JP5923087B2 - 流路が液滴の吐出を開始する状態となっているかどうかを判断する処理 - Google Patents

Description

本発明は流体吐出装置に関するものである。

幾つかの流体吐出装置では、流体液滴を１つ以上のノズルから記録媒体に吐出する。これらのノズルは、流体ポンプ室を含む流路に流体接続される。当該流体ポンプ室は、アクチュエータによって作動させることができ、これによって流体液滴の吐出が行なわれる。記録媒体は、流体吐出装置に対して移動させることができる。特定のノズルからの流体液滴の吐出の時点を記録媒体の移動の時点に合わせて、流体液滴を記録媒体上の所望の位置に滴下する。これらの流体吐出装置では普通、均一なサイズ及び速度の流体液滴を同じ方向に吐出して、流体液滴を記録媒体に均一に付着させることができるようにすることが望ましい。

１つの態様では、流路が吐出を開始する状態となっているかどうかを判断する方法は、液体を、ポンプ室及びノズルを含む前記流路に供給する工程と、液体を前記流路に供給した後、エネルギーを、前記ポンプ室に隣接するアクチュエータに印加する工程と、前記アクチュエータの電気的特性を測定して測定値を取得する工程と、そして前記測定値を閾値と比較して、前記流路が吐出を開始する状態となっているかどうかを判断する工程と、を含む。

この実施形態、及び他の実施形態は任意であるが、以下の特徴のうちの１つ以上の特徴を含むことができる。前記測定値は、前記アクチュエータの等価直列抵抗Ｒｓを含む。前記流路は印刷ヘッド内にあり、そして前記方法は、前記印刷ヘッドに信号送信して、前記等価直列抵抗が前記閾値を上回る場合に、前記流路が吐出を開始する状態となっていることを通知する工程を含む。前記閾値は、流路が吐出を開始する状態となっているときの前記アクチュエータの等価直列抵抗である。前記等価直列抵抗は、１００ｋＨｚ以上の周波数で測定される。前記方法は、前記等価直列抵抗が前記所定値を下回る場合に、流体で前記流路をパージする工程を含む。前記方法は更に、パージした後に、前記アクチュエータの前記等価直列抵抗を再測定する工程と、そして前記再測定した抵抗値を前記所定値と比較して、前記流路が吐出を開始する状態となっているかどうかを判断する工程と、を含む。前記アクチュエータは圧電材料を含む。前記測定値は、前記アクチュエータの等価並列抵抗（１／Ｒｐ）を含む。前記流路は印刷ヘッド内にあり、そして前記方法は、前記印刷ヘッドに信号送信して、前記等価並列抵抗（１／Ｒｐ）が前記閾値を下回る場合に、前記流路が吐出を開始する状態となっていることを通知する工程を含む。前記方法は、前記等価並列抵抗（１／Ｒｐ）が前記閾値を上回る場合に、流体で前記流路をパージする工程を含む。前記測定値は、前記アクチュエータの電力損失を含む。前記電力損失は、前記アクチュエータを流れる電流を求め、そして前記電流に印加電圧を乗算し、そして前記電流に前記印加電圧を乗算した値の時間平均を、方程式

を用いて算出することにより測定され、前記方程式において、Ｐ_ｌｏｓｓは電力損失であり、Ｉ（ｔ）は時間の関数としての電流であり、そしてＶ（ｔ）は時間の関数としての電圧である。前記流路は印刷ヘッド内にあり、そして前記印刷ヘッドは、複数の流路と、複数のアクチュエータと、そして複数のアクチュエータを流れる電流を検出する電流検出回路と、を含む。前記印刷ヘッドは、複数の流路と、複数のアクチュエータと、そして複数の電流検出回路と、を含み、各電流検出抵抗が搭載アクチュエータに接続されて、当該搭載アクチュエータを流れる電流を検出する。前記測定値は、前記アクチュエータの消費電力を含む。エネルギーを前記アクチュエータに印加する前記工程は、駆動パルスを前記アクチュエータに印加する工程を含む。前記駆動パルスを駆動振幅よりも小さい振幅として、流体液滴が前記ノズルから吐出されないようにする。エネルギーを前記アクチュエータに印加する前記工程は、正弦波、方形波、及び台形波から成るグループから選択される波形を印加する工程を含むことができる。前記方法は、前記アクチュエータの電気的特性を測定しながら基材に印刷する工程を含む。前記方法は更に、前記印刷ヘッドをメンテナンスステーションに移動させて、前記アクチュエータの前記電気的特性を測定する工程を含むことができる。

別の態様では、印刷システムは、ポンプ室及びノズルを含む流路を有する印刷ヘッドと、前記ポンプ室に隣接するアクチュエータと、前記アクチュエータの電気的特性を測定して測定値を取得するように構成される回路と、そして前記測定値を閾値と比較して、前記流路が吐出を開始する状態となっているかどうかを判断するように構成されるコントローラと、を含む。

この実施形態、及び他の実施形態は任意であるが、以下の特徴のうちの１つ以上の特徴を含むことができる。コントローラは、信号を前記印刷ヘッドに送信して、前記測定値が前記所定値を下回る場合に、流体で前記流路をパージするように構成される。前記コントローラは、信号を前記印刷ヘッドに送信して、前記測定値が前記所定値を上回る場合に、印刷を開始するように構成される。前記回路は、キャパシタンスメータ、マルチメータ、及びインピーダンスメータから成るグループから選択される部材を含む。前記印刷システムは、複数の流路と、そして複数のアクチュエータと、を含み、前記回路は、各アクチュエータに対応する電流検出回路と、各アクチュエータに対応するスイッチと、そして低域通過フィルタと、を含む。前記印刷システムは、複数の流路と、そして複数のアクチュエータと、を含み、前記回路は、前記複数のアクチュエータに対応する電流検出回路と、各アクチュエータに対応するスイッチと、そして低域通過フィルタと、を含む。前記回路は印刷ヘッド駆動回路基板に配置される。前記印刷システムは、メンテナンスステーションを含み、そして前記回路は、前記メンテナンスステーションに配置される。

得られる可能性のある利点は、以下の特徴のうちのいずれの特徴も含まなくてもよく、１つ以上の特徴を含むことができる。アクチュエータの電気的特徴付けを行なって、流路が、テストサンプルを印刷する必要なく液滴の吐出を開始する状態となっているかどうかを判断することができる。電気的特徴付けによって更に、噴射流体が無駄に消費されるのを、所定の間隔でパージするのではなく、必要時にのみパージすることにより防止することができる。パージ動作は、当該パージ動作が実際に必要となるときにのみ実行することができ、そして／または利用される必要がある流路に対してのみ実行することができる。それ以外の場合、印刷は、これらの流路の全てが吐出を開始する状態となっている場合に、中断することなく継続することができる。電気的特徴付けによって更に、パージ動作が成功したかどうかについてフィードバックすることができる。更に、アクチュエータの電気的特性の測定は、メンテナンスステーションに配置される回路、または印刷ヘッド駆動回路基板に配置される回路のいずれかの回路を用いて行なうことができる。これらのアクチュエータは、印刷ヘッドで印刷しながら、または印刷ヘッドが待機状態になっているときにテストすることができる。

本発明の１つ以上の実施形態の詳細は、添付の図面、及び以下の説明に示される。本発明の他の特徴、目的、及び利点は、説明及び図面から、そして請求項から明らかになる。

印刷ヘッドモジュールの斜視図である。 印刷ヘッドモジュールの本体及びフェースプレートの斜視図である。 印刷ヘッド本体の一部の側部断面図であり、２つの流路（一方の流路が想像線で示されている）及び２つのアクチュエータを示している。 アクチュエータの１つの実施形態の平面図である。 流路が吐出を開始する状態となっているかどうかを判断する方法のフローチャートである。 コンベヤ上を移動する基材に印刷する印刷ヘッドと、印刷ヘッドのメンテナンスステーションと、そして制御ユニットと、を含む印刷システムの模式図である。 印刷ヘッドがメンテナンスステーションに位置している状態の印刷システムの模式図である。 等価直列抵抗を含むアクチュエータの回路モデルである。 等価並列抵抗を含むアクチュエータの回路モデルである。 流体を複数の流路に流した場合、及び流さなかった場合の１０ｋＨｚ及び１００ｋＨｚの周波数におけるアクチュエータの等価直列抵抗（ＥＳＲ）測定値を示すグラフである。 複数の流路が吐出を開始する状態となっているかどうかを１回に１つの割合で検出するために使用される回路の模式図である。 複数の流路が吐出を開始する状態となっているかどうかを、印刷ヘッドで印刷している状態で検出するために使用される回路の模式図である。

印刷動作を行なう前に、流体吐出手段は、「プライミングされる（ｐｒｉｍｅｄ）」必要がある、すなわち流体吐出手段に、吐出対象の流体が充填される必要がある。従来、プライミングが成功したかどうかを判断するために、テストサンプルを印刷し、そして検査する。しかしながら、印刷テストサンプルを印刷し、そして分析する作業は多大な時間を必要とし、そして噴射流体を無駄にしてしまう。噴射する流体が高価である場合、テストサンプルもコストが高く付いてしまう。この問題を回避するために用いることができる手法では、アクチュエータの電気特性の特徴付けを行ない、そしてこの特徴付けられた特性を利用して、流路がプライミングされているどうかを判断する。同様に、アクチュエータの電気的特性を利用して、ノズルの目詰まり、またはアクチュエータの電気的問題のように、流路を完全に、または部分的に作動させることをできなくする他の不具合を検出することができる。例えば、当該電気的特性を利用して、流路が或る量の流体を吐出することができている場合であっても、吐出能力の低下を必ず検出することができる。

流体液滴吐出は、基材を用いて、例えば基材に形成されるマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）を用いて行なうことができる。基材は、流体流路本体と、膜（メンブレン）と、そしてノズル層と、を含むことができる。流路本体は、流路本体内に形成される流体流路を有し、この流体流路は、次の特徴：流体充填通路、流体ポンプ室、ディセンダー、及び吐出口を有するノズルのうちの幾つか、または全てを含むことができる。アクチュエータは、流路本体とは反対側にある表面であって、流体ポンプ室に近接する膜の表面に配置することができる。アクチュエータが作動すると、アクチュエータから圧力パルスが流体ポンプ室に加わって、流体液滴が吐出口から吐出されるようになる。流路本体は、複数の流路と、そして複数のノズルと、を含むことができ、そして各流体流路は、１つの搭載アクチュエータを有することができるので、当該基材は、個別に作動可能な複数の流体吐出手段を含むことができる。

流体液滴吐出システムは、１つ以上の個別に作動可能な流体吐出手段を備える基材と、当該基材の流体供給源と、そして電気信号を印加してアクチュエータ群を作動させるコントローラと、を含むことができる。当該流体供給源は、当該基材に、例えばチューブ状の流路群、ハウジング内のチャンバ群などを介して流体接続されて流体を供給して吐出する流体貯留室とすることができる。当該流体は液体であり、そして例えば化学化合物、生物学的物質、またはインクとすることができる。

図１Ａ及び１Ｂは、印刷ヘッドモジュール１００を示しており、この印刷ヘッドモジュール１００は、印刷ヘッド本体１０２と、そしてハウジング１０６の底面に取り付けられるフェースプレート１０４と、本体１０２に流体接続される流体通路群を含むフィルタアセンブリ１０８と、そして可撓性ケーブル１１０と、を含む。印刷ヘッド本体は、例えばＨｏｉｓｉｎｇｔｏｎ（ホイシントン）らによる米国特許第５，２６５，３１５号明細書に記載されている印刷ヘッド、またはＢｉｂｌ（ビブル）らによる米国特許第７，５６６，１１８号明細書に記載されている半導体印刷ヘッドユニットのようなＭＥＭＳシリコンチップとすることができ、これらの米国特許の開示内容は、本明細書において参照されることにより本明細書に組み込まれる。印刷ヘッド本体は、エッチングすることにより複数の流路を画定することができ、各流路は、ポンプ室と、そして流体液滴を吐出するノズルと、を含む。当該本体は更に、１つのアクチュエータが各流路に対応する構成の複数のアクチュエータ（例えば、圧電アクチュエータまたは熱アクチュエータ）を含むことができる。圧電アクチュエータは、電圧が印加されると幾何学的形状を変化させる：拡大する、縮小する、または湾曲させる圧電材料層を含むことができる。圧電層が変形すると、ポンプ室内の流体が流路に沿って加圧される。

印刷を開示する状態とするために、流体を印刷ヘッドモジュールに、例えば流体貯留室（図示せず）からフィルタアセンブリ１０８の流体流入口１１２を通って供給する。当該流体は、フィルタアセンブリ１０８及びハウジング１０６を通って流れて印刷ヘッド本体１０２に達することができる。当該流体は図２に示すように、流路２００に流入する。図２は、流路２００、及び想像線で表わされる別の流路２０２の断面を含む印刷ヘッド本体１０２の断面を示している。当該流体を当該流路に充填することができ、当該流路は、流体充填通路２０４と、ポンプ室２０６と、ディセンダー２０８と、そしてノズル２１０と、を含むことができる。負圧を流路に印加して、流体がノズル２１０から漏れ出すのを防止し、そして更に、メニスカスをノズル２１０に形成することができる。

当該流路に流体を充填する処理は、当該流路を「プライミングする」と表記することもできる。流体で当該流路をパージして、当該流路内の空気を追い出すことができるので、気泡を全く生じることなく、当該流路に流体を完全に充填することができる。印刷ヘッドは、印刷ヘッドが最初にプリンタに取り付けられるときに、印刷ジョブが始まる前に、または周期的な間隔で印刷動作中にプライミングを行なうことができる。従来、プライミングが成功したかどうかを判断するために、テストサンプルを印刷し、そしてプライミングしていない流路に対応する未印刷領域について検査する。テストサンプルを印刷し、そして分析する作業は多大な時間を必要とし、そして噴射流体を無駄にしてしまう。噴射する流体が高価である場合、テストサンプルもコストが高く付いてしまう。

印刷中、流路をプライミングすることができなくなる、閉塞してしまう、または当該流路に、別の種類の不具合が生じて、当該流路を完全に、または部分的に作動しないようにしてしまう。流路は、例えば気泡がノズルを通って取り込まれる場合、気泡が流路内で、精製されて拡散することにより大きくなる場合、インクに空気が溶存して空気で飽和してしまい、そして気泡が核となって合体し、そして流路を塞いでしまう（例えば、水系インクを加熱するときに）場合、または気泡が、流路に流体貯留室から流入する場合、プライミングすることができなくなる。流路は、例えば流体がノズル内で乾燥する、粒子が流路に流体供給源から、またはノズルの外部から入り込む場合、閉塞されてしまう。しかしながら、テストサンプルを印刷しないで、これらの流路のうちの何れの流路を利用する必要があるかについて知ることはできない。従って、パージ動作を普通、所定の間隔で実行して、プライミングすることができなくなる虞のある、または閉塞されてしまう虞のある流路がある場合には必ず、当該流路に対して再度プライミングを行なう。しかしながら、このパージ動作は、パージが実際に必要になる前に、またはパージが実際に必要になった後に、長時間に亘って実行する必要がある。パージ動作の後でも、テストサンプルを印刷しない限り、パージ動作が成功したかどうかを知る手段はない。

テストサンプルを印刷するのではなく、またはパージを所定の間隔で行なうのではなく、アクチュエータの電気的特性を測定することができ、そして当該特性の測定値を利用して、流路が吐出を開始する状態となっているかどうかを判断することができる。当該事例では、パージ動作は、当該パージ動作が実際に必要となるときにのみ実行し、そしてパージする必要がある流路に対してのみ実行する。更に、電気的特性の測定値から、プライミング処理が、テストサンプルを印刷する必要なく成功したかどうかについてフィードバックすることができる。当該電気的特性が、これらの流路の全てが、吐出を開始する状態になっていることを示している場合、印刷を中断することなく継続することができる。

例えば、アクチュエータの電気的特性は、アクチュエータのインピーダンスとすることができる。当該インピーダンスは、アクチュエータの電極群に接続される両端子で測定することができる。一次近似すると、圧電アクチュエータの場合、当該インピーダンスは、流体をこれらの流路から吐出するために使用される０〜２５０ｋＨｚのような周波数領域の容量性インピーダンスである。材料（例えば、圧電材料）の誘電損失、及び複素弾性率を考慮に入れると、アクチュエータのインピーダンスは、損失に対応する実部と、そして弾性特性及び誘電特性に対応する虚部と、から成る。流体をアクチュエータに電気機械的に接触している流路に流すと、粘性損失が増大し、これによって、インピーダンスの実部が、流体にアクチュエータが作用するので大きくなる。

図２は、圧電材料層２１４を駆動電極２１６と共通電極２１８との間に含むアクチュエータ２１２の断面を示している。この実施形態では、駆動電極２１６は、圧電層２１４の上面に配置され、そして共通電極２１８は、圧電層の底面に、かつ圧電層と膜２２０との間に配置されるが、逆の構成も可能である。アクチュエータ２１２は、折り返し部２２２を含むことができ、この折り返し部２２２は、圧電層２１４の上面にあるコンタクトパッド２２４を共通電極２１８に接続することにより、共通電極との電気的なコンタクトを圧電層２１４の上面から取ることができる。図３は、駆動電極２１６と、そして共通電極のコンタクトパッド２２４と、を圧電層２１４の上に含む１つのアクチュエータ２１２の上面図を示している。アクチュエータの電気的特性、例えばインピーダンスを、例えば駆動電極２１６と共通電極２１８との間で測定することにより、流路が吐出を開始する状態となっているかどうかを判断することができる。

図４は、流路が吐出を開始する状態となっているかどうかを判断する方法のフローチャート４００を示している。第１に、液体を流路に供給して、例えば当該流路をプライミングしようとする（工程４０２）。第２に、エネルギーを、当該流路内のポンプ室に隣接するアクチュエータに印加する（工程４０４）。当該エネルギーは、所定の電圧を有する波形のエネルギーとすることができる。当該波形のエネルギーは、流体液滴の吐出を生じさせるためには不十分となる虞がある。第３に、アクチュエータの電気的特性を、例えばエネルギーを当該アクチュエータに印加している状態で測定する（工程４０６）。当該電気的特性は、アクチュエータの等価直列抵抗、等価並列抵抗、消費電力または電力損失とすることができる。第４に、当該電気的特性の測定値を閾値と比較して、当該流路が吐出を開始する状態となっているかどうかを判断する（工程４０８）。当該閾値は、当該アクチュエータが吐出を開始する状態となっているときの電気的特性の値に対応させることができる。当該流路は、当該測定値が閾値に等しい、または閾値を超えている、例えば閾値を上回っているときに吐出を開始する状態となっていると考えられる。別の構成として、当該閾値は、当該アクチュエータが吐出を開始する状態となっていないときの値に、かつ当該測定値が、当該流路が吐出を開始する状態となっていると考えられる場合に対応する閾値を所定の割合だけ上回る必要があるときの値に対応させることができる。

図５Ａは、コンベヤ５０６でプロセス方向５０８に移動する基材５０４に印刷する印刷ヘッド５０２を含む印刷システム５００を示している。印刷ヘッド５０２は、メンテナンスステーション５１０に移動して、当該印刷ヘッドを保守する、例えば流体をノズル層から拭き取ることができる。図５Ｂは、印刷ヘッド５０２がメンテナンスステーション５１０に位置している状態の印刷システムを示している。メンテナンスステーションでは、印刷ヘッド５０２をテストして、これらの流路が吐出を開始する状態となっているかどうかを、各アクチュエータの電気的特性を測定することにより判断することができる。幾つかの実施形態では、メンテナンスステーション５１０は、キャパシタンスメータ、マルチメータ、またはＦｌｕｋｅ（フルーク）ＰＭ６３０４のようなインピーダンスメータを含むことができ、当該メータから正弦波電圧をアクチュエータの電極群に印加し、そしてアクチュエータを流れる電流の振幅及び位相を測定することができる。印加信号の電圧及び周波数は調整可能である。電圧振幅は、液滴をノズルから吐出するために使用される駆動パルスよりも小さくすることができる。周波数は１００Ｈｚ〜１ＭＨｚの範囲とする、例えば１００Ｈｚ、１ｋＨｚ、１０ｋＨｚ、１００ｋＨｚ、または１ＭＨｚとすることができる。インピーダンスメータは、駆動電圧と同相関係である電流振幅（損失成分に対応する）、及び入力電圧に対して９０度位相ずれした電流振幅（エネルギー保存を満たす成分に対応する）を算出する。２つの測定値（電圧及び電流）を用いて、等価直列抵抗Ｒｓ及び容量Ｃのような２つのインピーダンスの値を求めることができる。別の構成として、インピーダンスメータは、等価並列抵抗Ｒｐ及びＣ、または消費電力Ｄ及びＣを算出することができる。圧電アクチュエータは、印加エネルギーの約５％を消費してしまい、そしてこれが普通、当該システムの主要な損失となる。

測定値（Ｒｓ，Ｒｐ，Ｄ）は、コントローラ５１２に送信することができ、そして閾値と比較して、流路が吐出を開始する状態となっているかどうかを判断する。当該測定値が閾値を満たさない場合、当該流路は、流路が吐出を開始する状態となっていないと判断される。メンテナンスステーションでは、流体でノズルをパージして、当該流体をノズルから強制的に排出させて、不具合を生じている流路を再生処理しようとすることができる。パージした後、電気的特性を再測定することができる。再測定した値を閾値と比較する。これらの工程は、当該測定値が閾値を満たすまで繰り返すことができる。例えば、当該測定特性が、直列抵抗または消費電力である場合、当該測定特性は、当該測定特性が閾値に等しいか、または閾値を上回る場合に閾値を満たす。

幾つかの実施形態では、１回に１つの割合で１つの流路をテストし、そして一旦、これらの流路の全てが、吐出を開始する状態となっていると判断されると、コントローラ５１２は信号を印刷ヘッド５０２に送信して、当該印刷ヘッドが印刷を開始する状態となっていることを通知する。

他の実施形態では、これらの流路をグループ群に分割することができ、そして特に、印刷ヘッドが非常に多数（例えば、３００以上、６００以上、または１０００以上）の流路を含む場合に、１グループの流路を一括してテストすることができる。この場合、当該グループの流路を一括して測定し、そして電気的特性の平均値を算出する。同様に、当該閾値は、所定の数の流路についての平均値であり、そしてこの平均閾値を平均測定値と比較して、当該グループの流路が吐出を開始する状態となっているかどうかを判断する。当該平均測定値が当該平均閾値を満たさない場合、当該グループの流路を一括してパージし、そして一括して再テストすることができる。当該グループが、吐出を開始する状態となっていると判断された後、次のグループをテストし、そして一旦、これらのグループの全てが、吐出を開始する状態となっていると判断されると、印刷を再開することができる。

図６Ａは、キャパシタＣ，６０２、及び等価直列抵抗Ｒｓ，６０４を含むアクチュエータ（例えば、圧電アクチュエータ）の回路モデル６００を示している。Ｒｓは、キャパシタＣが短絡状態となり始め、そして測定値が主としてＲｓにより構成されることになるので、高い周波数（例えば、１００ｋＨｚ以上）で測定する必要がある。Ｒｓの測定値が閾値を上回るか、または閾値に等しい場合、コントローラは信号を印刷ヘッドに送信して、当該印刷ヘッドが吐出を開始する状態となっていることを通知する。

図６Ｂは、キャパシタＣ，６０８、及び等価並列抵抗Ｒｐ，６１０を含むアクチュエータの回路モデル６０６を示している。等価並列抵抗Ｒｐは、キャパシタが開放状態となり始め、そして測定値が主として（１／Ｒｐ）により構成されることになるので、低い周波数（例えば、１００ｋＨｚ未満）で測定する必要がある。測定値（１／Ｒｐ）が閾値を下回るか、または閾値に等しい場合、当該流路は、吐出を開始する状態となっている。

特定の印刷ヘッドの閾値を決定するために、当該印刷ヘッドを、流体を流して、そして流体を流さずに、種々の周波数でテストして、印刷を開始する状態となっている流路群の電気的特性と、印刷を開始する状態となっていない流路群の電気的特性との対応付けを行なう。例えば、流体を流した場合の流路群が、プライミングされている流路群を表わしているのに対し、流体を流さなかった場合の流路群が、プライミングされていない流路群を表わしている。図７のグラフは、流体を複数の流路に流した場合、及び流さなかった場合の１０ｋＨｚ及び１００ｋＨｚの周波数における複数のアクチュエータについての等価直列抵抗（ＥＳＲ）測定値を示している。ｘ軸は、流路の本数、すなわちこの印刷ヘッド内の３０３本の流路に対応するジェットヘッド番号を表わしている。左側のｙ軸が、１０ｋＨｚの周波数で測定されるＥＳＲ値をオームで表わしているのに対し、右側のｙ軸は、１００ｋＨｚの周波数で測定されるＥＳＲ値をオームで表わしている。ライン７００及び７０２が、左側のｙ軸に対応しているのに対し、ライン７０４及び７０６は、右側のｙ軸に対応している。ライン７０６を参照すると、流体を流さなかった（プライミングされていない）場合に１００ｋＨｚで測定される平均ＥＳＲ値が約４５．９オームであるのに対し、ライン７０４については、流体を流した（プライミングされている）場合の平均ＥＳＲ値は約５９．２オームである。これらの測定値によれば、ＥＳＲ値は、流体を流路に流したときに約３０パーセントだけ増大した。従って、この印刷ヘッドでは、流路は、ＥＳＲ値が約５９オームである場合にプライミングされていると判断することができ、そしてＥＳＲ値が約４６オームである場合にプライミングされていないと判断することができる。しかしながら、ライン７０４は、凹みが、流路１００〜１１０の近傍に、ＥＳＲ値が約５５〜５７オームとなる箇所に生じる様子を示している。これは、これらの流路が部分的にプライミングされていて、完全にはプライミングされていないことを示唆することができる。従って、この印刷ヘッドの場合、約５８オームのＥＳＲ値を、流路が吐出を開始する状態となっているかどうかを判断するための閾値として選択することができる。

これらの流路が印刷を開始する状態となっているかどうかを判断するためにメンテナンスステーションを使用するのではなく、これらの流路をその場でテストすることができる。例えば、アクチュエータ群の電気的特性は、外部メンテナンスステーションではなく、印刷ヘッド駆動回路基板に配置される回路を使用して測定することができる。印刷ヘッド駆動回路基板は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）スイッチ群を含むことができ、これらのスイッチを利用して、アクチュエータ群の電気的特性を測定することができる。幾つかの実施形態では、当該電気的特性は、印刷ヘッドで基材に印刷している状態で測定することができる。印刷ヘッド内のこれらの流路が、吐出を開始する状態となっていると判断される場合、印刷を中断することなく継続することができる。１本の流路を完全に、または部分的に作動させることができないと判断される場合、印刷ヘッドをメンテナンスステーションに移動させて、当該流路が印刷を開始する状態となるまで流体でパージを行なうことができる。更に、正弦波に普通限定されるインピーダンスメータとは異なり、電気的特性を、正弦波、方形波、台形波、または駆動波形を含む任意の波形を用いて測定することができる回路を作製することができる。例えば、電気的特性は、アクチュエータの電力損失とすることができる。当該損失は、以下の方程式を用いて求めることができる：

上式では、Ｐ_ｌｏｓｓは、アクチュエータの電力損失であり、Ｔは測定に要する合計時間であり、Ｉ（ｔ）は、時間の関数としての電流であり、そしてＶ（ｔ）は、時間の関数としての電圧である。回路を作製して、アクチュエータを流れる電流Ｉ（ｔ）を検出し、検出電流に印加電圧Ｖ（ｔ）を乗算し、そして時間平均処理を、例えば低域通過フィルタを用いて行なうことができる。出力は、コントローラでモニタリングすることができる。当該損失が閾値を下回る場合、信号を印刷ヘッドに送信して、流路が、吐出を開始する状態となっていないことを通知することができ、そして当該印刷ヘッドをメンテナンスステーションに移動させて流路をパージすることができる。

図８は、電力損失を検出するために使用される回路８００の一例を示している。当該回路は、検出抵抗Ｒを流れる電流を検出する電流検出回路８０６と、そして複数のキャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３，．．．Ｃｎと、を含むことができる。これらのキャパシタは、個々の流路に対応する個々のアクチュエータを表わすことができ、そして並列に接続されて、電圧波形を印加することができるコントローラ８０２に接続される。各キャパシタは、スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３，．．．Ｓｎに直列接続され、そしてこれらのスイッチの出力は、並列に接続されて、検出抵抗Ｒを介して接地される。この回路は、これらの流路を１回に１つの割合でテストするように設計される。従って、印刷ヘッドは、当該印刷ヘッドをテストしている状態で印刷を継続することはできない。テストするために、各スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３，．．．Ｓｎを、１回に１つの割合で閉じ、そして電流検出回路８０６は、検出抵抗Ｒを各搭載アクチュエータＣ１，Ｃ２，Ｃ３，．．．Ｃｎに対応して流れる電流を、１回に１つの割合で検出する。駆動波形のような任意の波形を、または駆動振幅よりも小さくて液滴がノズルから吐出されないような振幅の駆動波形のような任意の波形を印加することができる。

例えば、スイッチＳ１を閉じ、そして電圧Ｖ（ｔ）を有する波形をＣ１に印加して、電流検出抵抗Ｒで電流Ｉ（ｔ）を検出し、この電流Ｉ（ｔ）をコントローラに送信する。当該コントローラは、電流Ｉ（ｔ）に印加電圧Ｖ（ｔ）を乗算し、そして時間平均処理を行なって電力損失Ｐ_ｌｏｓｓを算出する。コントローラは、Ｐ_ｌｏｓｓの値を閾値と比較する。例えば、Ｐ_ｌｏｓｓの値が閾値を下回る場合、当該流路は、印刷を開始する状態となっていないと判断され、そして当該流路を、Ｐ_ｌｏｓｓの値が閾値に等しくなるか、または閾値を上回るようになるまでパージする。

印刷ヘッドを停止して各流路を１回に１つの割合でテストするのではなく、各アクチュエータＣ１，Ｃ２，Ｃ３，．．．Ｃｎは、図９の回路９００に示すように、電流検出抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，．．．Ｒｎを備える該当する電流検出回路を有することができるので、各流路を、印刷ヘッドで印刷している状態で個々にテストすることができる。この事例では、スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３，．．．Ｓｎを任意の時点で閉じて、流路が正常に作動しているかどうかをテストすることができる。例えば、１つのスイッチを、駆動パルスをアクチュエータに印加する時点と同じ時点で閉じ、そして電気的特性を、駆動パルスを用いて測定する。アクチュエータの電気的特性を測定するために、別のパルスを用いる必要はない。別のパルスを用いるのではなく、当該電気的特性は、駆動パルスをアクチュエータに印加して液滴を吐出する時点と同じ時点で測定することができる。これは、当該測定に同じパルスを用いるのでより効率的であり、そして別のテストパルスが必要ではないので、これにより時間を節約することができる。

図９を参照するに、スイッチＳ１を閉じることができ、プライミングパルスをアクチュエータＣ１に印加することができ、そして電流Ｉ１を電流検出抵抗Ｒ１で検出する。プライミングパルスは、駆動パルスよりも小さい振幅、及び／又は短いパルス周期を有することができるので、流路を、流体液滴をノズルから吐出することなくテストすることができる。上に説明したように、電流Ｉ１にプライミングパルスの電圧Ｖ（ｔ）を乗算することにより、アクチュエータＣ１の電力損失Ｐ_ｌｏｓｓを算出する。コントローラ９０２は、Ｐ_ｌｏｓｓを閾値と比較することにより、当該流路が吐出を開始する状態となっているかどうかを判断する。当該流路が吐出を開始する状態となっている場合、印刷ヘッドで印刷を中断することなく継続することができる。しかしながら、当該流路が吐出を開始する状態となっていない場合、印刷ヘッドをメンテナンスステーションに移動させて、不具合を生じている流路をパージすることができる。別の構成として、印刷ジョブの中断を回避するために、印刷ヘッドに送信される印刷データを再構成して、不具合を生じている流路によって失われた分を補充するために、隣接する流路群から吐出するようにする。不具合を生じている流路によって失われた分を補充することによって更に、メンテナンス作業の実行を遅らせることができ、これにより、パージによって無駄になるインクを節約することができ、パージには多大な時間を必要とするので、スループットを向上させることができ、そしてメンテナンス作業によって生じる印刷ヘッドの摩耗及び破損を低減することができる。

「ｔｏｐ（上部）」及び「ｂｏｔｔｏｍ（下部）」のような専門用語を本明細書及び請求項を通じて用いているのは、例示のために過ぎず、アセンブリの特定の方向を意味しているのではない。

本発明の多数の実施形態について説明してきた。しかしながら、種々の変形を本発明の思想及び範囲から逸脱しない限り加えることができることを理解されたい。従って、他の実施形態は、以下の請求項の範囲に含まれる。

１００ 印刷ヘッドモジュール
１００〜１１０ 流路
１０２ 印刷ヘッド本体
１０４ フェースプレート
１０６ ハウジング
１０８ フィルタアセンブリ
１１０ 可撓性ケーブル
１１２ 流体流入口
２００ 流路
２０２ 別の流路
２０４ 流体充填通路
２０６ ポンプ室
２０８ ディセンダー
２１０ ノズル
２１２ アクチュエータ
２１４ 圧電材料層、圧電層
２１６ 駆動電極
２１８ 共通電極
２２０ 膜
２２２ 折り返し部
２２４ コンタクトパッド
４００ フローチャート
４０２，４０４，４０６，４０８ 工程
５００ 印刷システム
５０２ 印刷ヘッド
５０４ 基材
５０６ コンベヤ
５０８ プロセス方向
５１０ メンテナンスステーション
５１２，８０２，９０２ コントローラ
６００ 回路モデル
６０４、Ｒｓ 等価直列抵抗
６０６ アクチュエータの回路モデル
６０８、Ｃ 容量、キャパシタ
６１０、Ｒｐ 等価並列抵抗
７００，７０２，７０４，７０６ ライン
８００，９００ 回路
８０６ 電流検出回路
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，．．．Ｃｎ キャパシタ、アクチュエータ
Ｄ 消費電力
Ｉ（ｔ），Ｉ１ 電流
Ｐ_ｌｏｓｓ アクチュエータの電力損失
Ｒ 検出抵抗
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，．．．Ｒｎ 電流検出抵抗
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，．．．Ｓｎ スイッチ
１／Ｒｐ 測定値
Ｔ 測定合計時間
Ｖ（ｔ） 電圧

Claims (31)

1. 流路が吐出を開始する状態となっているかどうかを判断する方法であって：
   流体を、ポンプ室及びノズルを含む前記流路に供給する工程と、
   前記流体を前記流路に供給した後、エネルギーを、前記ポンプ室に隣接するアクチュエータに印加する工程と、
   前記アクチュエータの電気的特性を測定して、前記アクチュエータの等価直列抵抗Ｒｓを含む測定値を取得する工程と、
   前記アクチュエータの等価直列抵抗Ｒｓを含む測定値を閾値と比較して、前記流路が吐出を開始する状態となっているかどうかを判断する工程と、
   を含む、方法。
2. 前記流路は印刷ヘッド内にあり、前記方法は更に、前記印刷ヘッドに信号送信して、前記等価直列抵抗が前記閾値を上回る場合に、前記流路が吐出を開始する状態となっていることを通知する工程を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記閾値は、流路が吐出を開始する状態となっているときの前記アクチュエータの等価直列抵抗である、請求項１または２に記載の方法。
4. 更に、前記等価直列抵抗が前記閾値を下回る場合に、前記流体で前記流路をパージする工程を含む、請求項１に記載の方法。
5. 更に、パージした後に、前記アクチュエータの前記等価直列抵抗を再測定する工程と、そして前記再測定した抵抗値を前記閾値と比較して、前記流路が吐出を開始する状態となっているかどうかを判断する工程と、を含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記等価直列抵抗は、１００ｋＨｚ以上の周波数で測定される、請求項１から５いずれか１項に記載の方法。
7. 流路が吐出を開始する状態となっているかどうかを判断する方法であって：
   流体を、ポンプ室及びノズルを含む前記流路に供給する工程と、
   前記流体を前記流路に供給した後、エネルギーを、前記ポンプ室に隣接するアクチュエータに印加する工程と、
   前記アクチュエータの電気的特性を測定して、前記アクチュエータの等価並列抵抗（１／Ｒｐ）を含む測定値を取得する工程と、
   前記アクチュエータの等価並列抵抗（１／Ｒｐ）を含む測定値を閾値と比較して、前記流路が吐出を開始する状態となっているかどうかを判断する工程と、
   を含む、方法。
8. 前記流路は印刷ヘッド内にあり、前記方法は更に、前記印刷ヘッドに信号送信して、前記等価並列抵抗（１／Ｒｐ）が前記閾値を下回る場合に、前記流路が吐出を開始する状態となっていることを通知する工程を含む、請求項７に記載の方法。
9. 更に、前記等価並列抵抗（１／Ｒｐ）が前記閾値を上回る場合に、流体で前記流路をパージする工程を含む、請求項７に記載の方法。
10. 流路が吐出を開始する状態となっているかどうかを判断する方法であって：
    流体を、ポンプ室及びノズルを含む前記流路に供給する工程と、
    前記流体を前記流路に供給した後、エネルギーを、前記ポンプ室に隣接するアクチュエータに印加する工程と、
    前記アクチュエータの電気的特性を測定して、前記アクチュエータの電力損失を含む測定値を取得する工程と、
    前記アクチュエータの電力損失を含む測定値を閾値と比較して、前記流路が吐出を開始する状態となっているかどうかを判断する工程と、
    を含む、方法。
11. 前記電力損失は、前記アクチュエータを流れる電流を求め、そして前記電流に、印加電圧を乗算し、そして前記電流に前記印加電圧を乗算した値の時間平均を、方程式
    

    

    を用いて算出することにより測定され、前記方程式において、Ｐ_ｌｏｓｓは電力損失であり、Ｉ（ｔ）は時間の関数としての電流であり、そしてＶ（ｔ）は時間の関数としての電圧である、請求項１０に記載の方法。
12. 流路が吐出を開始する状態となっているかどうかを判断する方法であって：
    流体を、ポンプ室及びノズルを含む前記流路に供給する工程と、
    前記流体を前記流路に供給した後、エネルギーを、前記ポンプ室に隣接するアクチュエータに印加する工程と、
    前記アクチュエータの電気的特性を測定して、前記アクチュエータの消費電力を含む測定値を取得する工程と、
    前記アクチュエータの消費電力を含む測定値を閾値と比較して、前記流路が吐出を開始する状態となっているかどうかを判断する工程と、
    を含む、方法。
13. 前記アクチュエータは圧電材料を含む、請求項１から１２いずれか１項に記載の方法。
14. エネルギーを前記アクチュエータに印加する前記工程は、駆動パルスを前記アクチュエータに印加する工程を含む、請求項１から１２いずれか１項に記載の方法。
15. エネルギーを前記アクチュエータに印加する前記工程は、駆動振幅よりも小さい振幅の前記駆動パルスを印加して、流体液滴が前記ノズルから吐出されないようにする工程を含む、請求項１４に記載の方法。
16. エネルギーを前記アクチュエータに印加する前記工程は、正弦波、方形波、及び台形波から成るグループから選択される波形を印加する工程を含む、請求項１から１５いずれか１項に記載の方法。
17. 更に、前記アクチュエータの前記電気的特性を測定しながら基材に印刷する工程を含む、請求項１から１６いずれか１項に記載の方法。
18. 前記流路は印刷ヘッド内にあり、更に、前記印刷ヘッドをメンテナンスステーションに移動させて、前記アクチュエータの前記電気的特性を測定する工程を含む、請求項１から１７いずれか１項に記載の方法。
19. 前記流路は印刷ヘッド内にあり、前記印刷ヘッドは更に、複数の流路と、複数のアクチュエータと、そして複数のアクチュエータを流れる電流を検出する電流検出回路と、を備える、請求項１から１８いずれか１項に記載の方法。
20. 前記流路は印刷ヘッド内にあり、前記印刷ヘッドは更に、複数の流路と、複数のアクチュエータと、そして複数の電流検出回路と、を備え、各電流検出抵抗が搭載アクチュエータに接続されて、当該搭載アクチュエータを流れる電流を検出する、請求項１から１８いずれか１項に記載の方法。
21. ポンプ室及びノズルを含む流路を有する印刷ヘッドと、
    前記ポンプ室に隣接するアクチュエータと、
    前記アクチュエータの電気的特性を測定して、前記アクチュエータの等価直列抵抗Ｒｓを含む測定値を取得するように構成される回路と、
    前記アクチュエータの等価直列抵抗Ｒｓを含む測定値を閾値と比較して、前記流路が吐出を開始する状態となっているかどうかを判断するように構成されるコントローラと、
    を備える、印刷システム。
22. ポンプ室及びノズルを含む流路を有する印刷ヘッドと、
    前記ポンプ室に隣接するアクチュエータと、
    前記アクチュエータの電気的特性を測定して、前記アクチュエータの等価並列抵抗（１／Ｒｐ）を含む測定値を取得するように構成される回路と、
    前記アクチュエータの等価並列抵抗（１／Ｒｐ）を含む測定値を閾値と比較して、前記流路が吐出を開始する状態となっているかどうかを判断するように構成されるコントローラと、
    を備える、印刷システム。
23. ポンプ室及びノズルを含む流路を有する印刷ヘッドと、
    前記ポンプ室に隣接するアクチュエータと、
    前記アクチュエータの電気的特性を測定して、前記アクチュエータの電力損失を含む測定値を取得するように構成される回路と、
    前記アクチュエータの電力損失を含む測定値を閾値と比較して、前記流路が吐出を開始する状態となっているかどうかを判断するように構成されるコントローラと、
    を備える、印刷システム。
24. ポンプ室及びノズルを含む流路を有する印刷ヘッドと、
    前記ポンプ室に隣接するアクチュエータと、
    前記アクチュエータの電気的特性を測定して、前記アクチュエータの消費電力を含む測定値を取得するように構成される回路と、
    前記アクチュエータの消費電力を含む測定値を閾値と比較して、前記流路が吐出を開始する状態となっているかどうかを判断するように構成されるコントローラと、
    を備える、印刷システム。
25. 前記コントローラは更に、信号を前記印刷ヘッドに送信して、前記測定値が前記閾値を下回る場合に、流体で前記流路をパージするように構成される、請求項２１から２４いずれか１項に記載の印刷システム。
26. 前記コントローラは更に、信号を前記印刷ヘッドに送信して、前記測定値が前記閾値を上回る場合に、印刷を開始するように構成される、請求項２１から２４いずれか１項に記載の印刷システム。
27. 前記回路は、キャパシタンスメータ、マルチメータ、及びインピーダンスメータから成るグループから選択される部材を備える、請求項２１から２６いずれか１項に記載の印刷システム。
28. 更に、複数の流路と、そして複数のアクチュエータと、を備え、前記回路は、各アクチュエータに対応する電流検出回路と、各アクチュエータに対応するスイッチと、そして低域通過フィルタと、を備える、請求項２１から２７いずれか１項に記載の印刷システム。
29. 更に、複数の流路と、そして複数のアクチュエータと、を備え、前記回路は、前記複数のアクチュエータに対応する電流検出回路と、各アクチュエータに対応するスイッチと、そして低域通過フィルタと、を備える、請求項２１から２７いずれか１項に記載の印刷システム。
30. 前記回路は印刷ヘッド駆動回路基板に配置される、請求項２１から２９いずれか１項に記載の印刷システム。
31. 更に、メンテナンスステーションを備え、そして前記回路は、前記メンテナンスステーションに配置される、請求項２１から３０いずれか１項に記載の印刷システム。

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