JP6400069B2 - 基材への一貫した到達時間を液滴に提供する方法、装置、及びシステム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、液滴吐出に関し、より詳細には、ターゲット基材への可変液滴サイズの吐出及び一貫した到達時間のためのマルチパルス波形の使用に関する。

液滴吐出デバイスは、様々な目的で使用され、最も一般的には種々の媒体上に画像を印刷するのに使用される。これらのデバイスは、インクジェット又はインクジェットプリンタと呼ばれることが多い。ドロップオンデマンドの液滴吐出デバイスは、これらが融通性があり、経済的であるという理由から、多くの用途で使用されている。ドロップオンデマンドデバイスは、固有信号、通常は単一パルス又は多重（マルチ）パルスを含むことができる電気波形に応答して１又はそれ以上の液滴を吐出する。マルチパルス波形の異なる部分を選択的に作動させて液滴を生成することができる。

液滴吐出デバイスは、典型的には、流体供給源からノズル経路までの流路を含む。ノズル経路は、液滴が吐出されるノズル開口において終端する。各インクジェットは、所定長の吐出装置（又はジェット）を通って伝播する音波の周期の逆数に関連する固有周波数を有する。ジェット固有周波数は、噴射性能の多くの態様に影響を及ぼす可能性がある。例えば、ジェット固有周波数は、典型的には、プリントヘッドの周波数応答に影響を及ぼす。典型的には、ジェット速度は、実質的に固有周波数未満からジェットの固有周波数の最大で約２５％までの周波数範囲に対してはターゲット速度近傍のままである。周波数がこの範囲を超えて増大すると、ジェット速度は、増加量だけ変化し始める。この変動は、一つには、その前の駆動パルスからの残留圧力及び流れによって引き起こされる。これらの圧力及び流れは、現在の駆動パルスと相互作用し、強め合う又は弱め合う干渉のどちらかを引き起こす可能性があり、これは、他の場合の発射よりも速い又は遅い液滴発射をもたらす。

従来のインクジェット手法の１つは、パルス列及びその後に続いて相殺パルスを使用する。相殺パルスは、結果として得られる圧力パルスが前のパルスからの残留圧力に対して異なる位相でノズルに到達するように時間設定された短縮パルスである。ジェットが優位共振周波数を有する場合、相殺特徴要素は、共振周期Ｔｃを単位として時間設定される。図１ａ及び１ｂは、図１ａの同検知相殺パルス１８０と図１ｂの逆検知相殺パルス１９９の２つの一般的なタイプの相殺パルスを示している。同検知相殺パルスは、駆動パルス間の１又はそれ以上の遅延の電圧レベルに類似した電圧レベルを有する相殺エッジ遅延が先行する。逆検知相殺パルスは、駆動パルス間の１又はそれ以上の遅延の電圧レベルと異なる電圧レベルを有する相殺エッジ遅延が先行する。相殺エッジ遅延の電圧レベルは、発射パルスと比較して、バイアスレベル又は発射パルス間のレベルに対して反対方向にある。図１ａは、相殺パルス遅延１８２（例えば、Ｔｃ）及び次いで相殺パルス１８０が続くパルスの発射エッジ１８１を示す。図１ｂは、パルス１９０〜１９７と、相殺パルス遅延１８４（例えば、Ｔｃ）及び次いで相殺パルス１９９が続く発射エッジ１９８とを示す。これらのアーキテクチャにおいて、大きな液滴は、全てのパルスを示すことによって作成され、より小さな液滴は、早期のパルスを除去することによって示される。従って、図１ｂに示す逆検知相殺パルス１９９を考慮すると、中程度の液滴は、パルス１９３、１９４、１９５、１９６、１９７、及び相殺パルス１９９から構成することができ、小液滴は、パルス１９７及び相殺パルス１９９を用いて形成することができる。

図２及び２ｂは、同検知相殺パルス２１０及び逆検知相殺パルス２２０を有する小液滴に対する従来の波形設計を示す。両方のキャンセルパルススタイルにおいて、小液滴のパルスは、相殺パルス２１０又は２２０の直前の波端にて起こる。これらの波形は、相殺パルスが有効にメニスカス運動を制御するという利点を有する。これらの波形には、より早期に始まったパルスを使用する他の液滴形成に比べて小液滴形成が遅れるという欠点がある。この小液滴は、この液滴が遅延して形成され理由から、媒体（例えば、紙）により遅く到達する。典型的には、発射パルス振幅は、補償のために増大される。しかしながら、より迅速な液滴は、単一の液滴を形成しない傾向があるが、その代わりにテールから形成されたより遅い液滴を有するので、この方式には実施上の限界がある。

本発明は、添付図面において限定ではなく例証として示される。

従来の手法による、インクジェットの波形を示す図である。 従来の手法による、インクジェットの波形を示す図である。 別の従来の手法による、インクジェットの波形を示す図である。 別の従来の手法による、インクジェットの波形を示す図である。 １つの実施形態による、圧電インクジェットプリントヘッドの図である。 １つの実施形態による、インクジェットモジュールによる側断面図である。 １つの実施形態による、画像を描画するように基材上にインクの液滴を吐出するための圧電ドロップオンデマンドのプリントヘッドモジュールの図である。 １つの実施形態による、隣接する流路に対応する一連の駆動電極の平面図である。 １つの実施形態による、マルチパルス波形を有する液滴吐出デバイスを駆動するためのプロセスの流れ図である。 １つの実施形態による、駆動パルス及び相殺パルスを有する全体の波列８００を示す図である。 １つの実施形態による、駆動パルス及び相殺パルスを有するマルチパルス波形のサブセット９００を示す図である。 １つの実施形態による、駆動パルス及び相殺エッジを有するマルチパルス波形のサブセット１０００を示す図である。 １つの実施形態による、駆動パルス及び相殺エッジを有するマルチパルス波形のサブセット１１００を示す図である。 先行手法に従って、駆動パルス及び同検知相殺パルスを有するマルチパルス波形を示す図である。 先行手法に従って、１クロックサイクル当たりに基材上に交互する大及び小液滴の吐出を示す図である。 １つの実施形態による、駆動パルス及び同検知相殺パルスを有するマルチパルス波形を示す図である。 １つの実施形態による、１クロックサイクル当たりに基材上に交互する大及び小液滴の吐出を示す図である。 １つの実施形態による、駆動パルス及び同検知相殺パルスを有するマルチパルス波形のサブセット１４００を示す図である。 １つの実施形態による、インクジェットシステムのブロック図である。

本明細書に記載されるのは、マルチパルス波形を有する液滴吐出デバイスを駆動するための方法、装置、及びシステムである。１つの実施形態において、アクチュエータを有する液滴吐出デバイスを駆動するための方法は、マルチパルス波形の第１のサブセットをアクチュエータに適用して、液滴吐出デバイスが第１のサブセットに応答して流体の第１の液滴を吐出するようにするステップを含む。本方法は、マルチパルス波形の第２のサブセットをアクチュエータに適用して、液滴吐出デバイスが第２のサブセットに応答して流体の第２の液滴を吐出するようにするステップを含む。第１のサブセットは、第１のサブセットのクロックサイクルの始まり付近の時間に位置決めされた駆動パルスを含む。第１の液滴は、第２の液滴よりも小さな容積を有する。

マルチパルス波形は、価値をもたらすためには多数の機能を一緒に実施する必要がある。これらの機能は、種々の液滴質量を提供すること、全体の発射頻度を維持すること、サテライト液滴を回避することにより許容可能な液滴形成を維持すること、吐出液滴の真直度を維持すること、液滴が指定ピクセル内のターゲット媒体（例えば、紙、その他）又は基材に到達することを保証すること、及びメニスカスポスト液滴離脱を制御及び安定化することを含むことができる。これら全ての機能は、波形に関しての競合的要求をする場合がある。本設計の波形は、メニスカス制御を強化し、ターゲット媒体への一貫した液滴到達時間を提供し、及び液滴形成を改善する。

図３は、１つの実施形態による、圧電式インクジェットプリントヘッドである。図３に示すように、プリントヘッド１２の１２８個の個々の液滴吐出デバイス１０（図３には１つのみ示す）は、個々の液滴吐出デバイス１０の発射を制御するために、供給ライン１４及び１５にわたって設けられ、オンボード制御回路１９によって分散される定電圧により駆動される。外部コントローラ２０は、ライン１４及び１５に電圧を供給し、追加のライン１６に対する制御データ及び論理出力並びにタイミングをオンボード制御回路１９に提供する。個々の吐出デバイス１０によって噴射されたインクを送出して、プリントヘッド１２の下で移動する基材１８上に印刷行１７を形成することができる。単一パスモードで固定プリントヘッド１２を通過する基材１８が示されているが、代替として、プリントヘッド１２はまた、スキャンモードで基材１８を横切って移動することもできる。

図４は、１つの実施形態による、インクジェットモジュールを通る側断面図である。図４を参照すると、各液滴吐出デバイス１０（例えば、装置）は、プリントヘッド１２の半導体ブロック２１の上面に細長いポンピングチャンバ３０を含む。ポンピングチャンバ３０は、入口３２から（側部に沿ってインク３４の供給源から）ディセンダー通路３６内のノズル流路まで延び、該ディセンダー通路３６は、ブロック２１の上面２２から下側層２９のノズル開口２８まで降下している。各ポンピングチャンバ３０を覆う平坦な圧電アクチュエータ３８は、ライン１４から提供された電圧によって作動されてオンボード回路１９からの制御信号によってオンオフが切り替えられ、圧電アクチュエータ形状及び従ってチャンバ３０の容積を歪曲させ、プリントヘッドデバイス１２を通過する基材１８の相対移動と同期して所望の時間に液滴を排出する。各ポンピングチャンバ３０への入口３２において、流量制限部４０が設けられる。

図５は、１つの実施形態による、基材上にインクの液滴を吐出して画像を描画（レンダリング）するための圧電式ドロップオンデマンドのプリントヘッドモジュールを示す。モジュールは、インクを吐出することができる一連の狭間隔で配置されたノズル開口を有する。各ノズル開口には、インクが圧電アクチュエータによって加圧されるポンピングチャンバを含む流路が乗り入れている。他のモジュールは、本明細書で記載される技術と共に使用することができる。

モジュール１００における単一ジェット構造の流路を通る断面を示した図５を参照すると、インクは、供給路１１２を通ってモジュール１００に入り、アセンダー１０８によってインピーダンス特徴部１１４及びポンピングチャンバ１１６に向けられる。インクは、インピーダンス特徴部１１４を通って流れる前に支持体１２６の周囲を流れる。インクは、アクチュエータ１２２によってポンピングチャンバにおいて加圧され、ディセンダー１１８を通って液滴が吐出されるノズル開口１２０に向けられる。

流路特徴部は、モジュール本体１２４において定められる。モジュール本体１２４は、ベース部、ノズル部及び皮膜を含む。ベース部は、シリコンのベース層（ベースシリコン層１３６）を含む。ベース部は、供給路１１２、アセンダー１０８、インピーダンス特徴部１１４、ポンピングチャンバ１１６、及びディセンダー１１８の特徴部を定める。ノズル部は、シリコン層１３２から形成される。１つの実施形態において、ノズルシリコン層１３２は、ベース部のシリコン層１３６に融着され、インクをディセンダー１１８からノズル開口１２０に向けるテーパ付き壁１３４を定める。皮膜は、ノズルシリコン層１３２に対向したベースシリコン層１３６に融着される皮膜シリコン層１４２を含む。

１つの実施形態において、アクチュエータ１２２は、約２１ミクロンの厚みを有する圧電層１４０を含む。圧電層１４０は、他の厚みで設計することもできる。圧電層１４０上の金属層は、接地電極１５２を形成する。圧電層１４０上の上側金属層は、駆動電極１５６を形成する。ラップアラウンド接続１５０は、接地電極１５２を圧電層１４０の露出面上の接地コンタクト１５４に接続する。電極中断部１６０は、接地電極１５２を駆動電極１５６から電気的に隔離する。金属化圧電層１４０は、接着層１４６によってシリコン皮膜１４２に結合される。１つの実施形態において、接着剤は、重合ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）であるが、他の種々のタイプの接着剤であってもよい。

金属化圧電層１４０を分割して、ポンピングチャンバ１１６にわたって活性圧電領域を定める。詳細には、金属化圧電層１４０を分割して、隔離区域１４８を設ける。隔離区域１４８において、圧電材料は、ディセンダーにわたる領域から除去される。この隔離区域１４８は、ノズルアレイの両側のアクチュエータのアレイを分離する。

図６は、１つの実施形態による、隣接する流路に対応する一連の駆動電極の平面図を示す。各流路は、駆動パルスを送出するために電気接続が形成される駆動電極コンタクト１６２に狭電極部１７０を通じて接続される駆動電極１５６を有する。狭電極部１７０は、インピーダンス特徴部１１４の上に位置し、起動する必要のないアクチュエータ１２２の一部分にわたる電流損失を低減する。複数のジェット構造は、単一プリントヘッドダイにおいて形成することができる。１つの実施形態において、製造中、複数のダイが同時に形成される。

ＰＺＴ部材又は要素（例えば、アクチュエータ）は、駆動電子回路から印加された駆動パルスに応答して、ポンピングチャンバにおいて流体の圧力を変化させるように構成される。１つの実施形態では、アクチュエータは、ポンピングチャンバを介してノズルから流体の液滴を吐出する。駆動電子回路はＰＺＴ部材に結合される。プリントヘッドモジュールの作動中、アクチュエータは、ノズルから流体の液滴を吐出する。１つの実施形態において、駆動電子回路は、アクチュエータに結合され、該駆動電子回路が、予め設定した時間位置を有するマルチパルス波形の第１のサブセットと、マルチパルス波形の第２のサブセットとを用いてアクチュエータを駆動し、アクチュエータに対して、第１のサブセットに応答して流体の第１の液滴を吐出させ、第２のサブセットに応答して流体の第２の液滴を吐出させるようにする。第１のサブセットは、第１のサブセットのクロックサイクルの始まり付近の時間に位置決めされた駆動パルス（例えば、クロックサイクルの第１又は第２の予め設定した位置での駆動パルス）を含む。第１の液滴は、第２の液滴よりも小さな容積を有する。第１のサブセットのクロックサイクルの始まりに向かう駆動パルスの位置決めに起因して、第１の液滴は、第１のピクセルに到達し、第２の液滴は、基材の第１のピクセルに隣接した第２のピクセルに到達する。

第１のサブセットの駆動パルスの後に、駆動パルスに関連する圧力応答波を減少させる相殺パルス又は相殺エッジが続くことができる。マルチパルス波形の第２のサブセットは、少なくとも２つの駆動パルス及び少なくとも２つの相殺エッジを有することができる。第２のサブセットの相殺エッジは、後続の駆動パルスに対して大量の流体を蓄えることができる。第１の相殺エッジは、マルチパルス波形の第２のサブセットの第１の駆動パルスの後に印加することができる。第２又は第３の相殺エッジは、マルチパルス波形の第２のサブセットの第２の駆動パルスの後に印加される。マルチパルス波形の第２のサブセットは、４つの駆動パルス及び３つの相殺エッジを含むことができる。駆動電子回路は、少なくとも２つの駆動パルス及び少なくとも２つの相殺エッジを有するマルチパルス波形の第３のサブセットをアクチュエータに印加して、アクチュエータに流体の第３の液滴を吐出させるようにすることができる。第３の液滴は、第１の液滴の容積よりも少ない容積を有することができる。

別の実施形態において、プリントヘッドは、インクジェットモジュールを含み、該インクジェとモジュールは、対応するポンピングチャンバ及びアクチュエータに結合された駆動電子回路から流体の液滴を吐出するアクチュエータを含む。作動中に、駆動電子回路は、クロックサイクル中にマルチパルス波形の第１のサブセットで第１のアクチュエータを駆動して流体の第１の液滴を吐出し、クロックサイクル中にマルチパルス波形の第２のサブセットで第２のアクチュエータを駆動して流体の第２の液滴を吐出する。第１のサブセットは、クロックサイクルの始まり付近の時間に位置付けられた駆動パルスを含む。第１の液滴は、第２の液滴よりも小さな容積を有する。駆動電子回路は、クロックサイクル中に少なくとも２つの駆動パルス及び少なくとも２つの相殺エッジを有するマルチパルス波形の第３のサブセットを第３のアクチュエータに印加して、第３のアクチュエータに流体の第３の液滴を吐出させるようにすることができる。第１の相殺エッジは、マルチパルス波形の第２のサブセットの第１の駆動パルスの後に印加される。第２又は第３の相殺エッジは、マルチパルス波形の第２のサブセットの第２の駆動パルスの後に印加される。マルチパルス波形の第２のサブセットは、４つの駆動パルスと少なくとも２つの相殺エッジとを含むことができる。第１のサブセットの第１の液滴は、第３のサブセットの第３の液滴よりも小さな容積を有することができる。

図７は、１つの実施形態による、マルチパルス波形のサブセットを用いて少なくとも１つの液滴吐出デバイスを駆動するプロセスの流れ図を示す。マルチパルス波形は、第１、第２、及び第３のサブセットを含む。各サブセットは、同じクロックサイクル中に異なる液滴吐出デバイスに印加することができ、或いは、これらのサブセットは、異なるクロックサイクル中に同じ液滴吐出デバイスに印加することができる。例えば、第１のサブセットは、第１のクロックサイクル中に液滴吐出デバイスに印加することができ、第２のサブセットは、第２のクロックサイクル中に液滴吐出デバイスに印加することができ、第３のサブセットは、第３のクロックサイクル中に液滴吐出デバイスに印加することができる。１つの実施形態において、液滴吐出デバイスを駆動するプロセスは、処理ブロック７０２において、マルチパルス波形の第１のサブセットを液滴吐出デバイスのアクチュエータに印加するステップを含み、該第１のサブセットは、第１のサブセットのクロックサイクルの始まり付近の時間に位置付けられた駆動パルスを含む。本プロセスは、処理ブロック７０４において、液滴吐出デバイスに対して第１のサブセットに応答して流体の第１の液滴を吐出させるステップを含む。液滴吐出デバイスを駆動するプロセスは、処理ブロック７０６において、マルチパルス波形の第２のサブセットをアクチュエータに印加するステップを含む。プロセスは、処理ブロック７０８において、液滴吐出デバイスに対して、第２のサブセットに応答して流体の第２の液滴を吐出させるようにするステップを含む。１つの実施形態において、第１のサブセットは、第１のサブセットのクロックサイクルの始まり付近又はほぼその時点の時間に位置付けられた駆動パルスを含む。例えば、駆動パルスは、第１又は第２の予め設定した位置にあり、相殺パルスは第２又は第３の予め設定した位置にあることができる。第１の液滴は、第２の液滴よりも小さな容積を有する。より小液滴は、より大液滴よりも基材に向かってより緩慢に進む。第１のサブセットの第１の位置における駆動パルスの早期位置決めに起因して、第１の液滴は、第１のピクセルに到達し、第２の液滴は、サブセットの第１のピクセルに隣接した第２のピクセルに到達し、このことは、第１の液滴のより遅い速度を補償するのに役立つ。マルチパルス波形の第２のサブセットは、少なくとも２つの駆動パルスと少なくとも２つの相殺エッジ（例えば、第１の相殺エッジ及び別個の第２の相殺エッジ、第１及び第２の相殺エッジ並びに別個の第３の相殺エッジを有する第１の相殺パルス）とを含む。相殺エッジ又は相殺パルスは各々、前の駆動パルスに対して異なる位相であること、及び駆動パルスと比べて低い最大電圧振幅を有することに基づいて液滴を吐出しないように設計される。

プロセスは更に、処理ブロック７１０において、少なくとも２つの駆動パルス及び少なくとも２つの相殺エッジを有するマルチパルス波形の第３のサブセットをアクチュエータに印加するステップを含むことができる。次いで、プロセスは、処理ブロック７１２において、液滴吐出デバイスに流体の第３の液滴を吐出させるようにするステップを含む。

１つの実施形態において、第３のサブセットの第１の相殺エッジは、第３のサブセットの第１の駆動パルスの後に発射される。第２又は第３の相殺エッジは、第３のサブセットの第５の駆動パルスの後に発射される。マルチパルス波形の第３のサブセットは、５つの駆動パルスと２つ又は３つの相殺エッジとを含むことができる。本方法７００の液滴吐出デバイスは、波形の第１のサブセット、第２のサブセット、及び第３のサブセットに基づいて液滴を吐出する。本方法７００はまた、プリントヘッドの各液滴吐出デバイスに波形が印加されて実施することができる。別の実施形態において、各サブセットは、同じクロックサイクル中に異なる液滴吐出デバイスに印加することができる。

１つの実施形態において、ジェットアーキテクチャは、各発射クロックサイクルにおいて各増幅器に送られた異なる波形を有する。この実施例において、全てがクロックサイクルの最初から始まる。しかしながら、全ての波形がクロックサイクルの発射周期の最初から始まる場合、小さな及び大きなサイズの液滴は、一貫した到達時間を有するが、中程度のサイズの液滴は早期に到達することになる。発射周期の終りに向かう中程度の液滴の発射の遅延は、中程度のサイズの液滴に対してより一貫した到達時間を生じることになる。

１つの実施形態において、液滴吐出デバイスは、マルチパルス波形のパルスに応答して又は追加のマルチパルス波形のパルスに応答して流体の追加の液滴を吐出する。波形は、連結された一連のセクションを含むことができる。各セクションは、固定の時間期間（例えば、１〜３マイクロ秒）及び関連するデータ量を含む一定数のサンプルを含むことができる。サンプルの時間期間は、駆動電子回路の制御論理が次の波形セクションに対して各噴射ノズルを有効又は無効にするのに十分に長い。１つの実施形態において、波形データは、一連のアドレス、電圧、及びフラグビットサンプルとして表に格納され、ソフトウェアによりアクセスすることができる。波形は、単一サイズの液滴及び種々の異なるサイズの液滴を生成するのに必要なデータを提供する。例えば、波形は、２０キロヘルツ（ｋＨｚ）の周波数で作動し、波形の異なるパルスを選択的に作動することによって３つの異なるサイズの液滴を生成することができる。これらの液滴は、ほぼ同じターゲット速度で吐出される。

図８は、１つの実施形態による、駆動パルス及び相殺パルスを有する全体の波列８００を示す。波列８００は、駆動パルス８０２、８１０、８２０、８３０、８４０、相殺パルス８０４、及び相殺エッジ８４４を含む。駆動又は発射パルス８０２と相殺パルス８０４との間の相殺エッジ遅延８０３は、相殺パルス８０４に関連する圧力応答波が、駆動パルス８０２に関連する圧力応答波と弱め合って組み合わされるように、ほぼ共振周期Ｔｃである。駆動又は発射パルス８４０と相殺エッジ８４４との間の相殺エッジ遅延８４２は、ほぼ共振周期Ｔｃである。波列の異なる部分をアクチュエータに印加して、異なる液滴サイズ（例えば、小さな、中間の、大きな）を生成することができる。例えば、パルス８０２及び８０４を印加して、小液滴（例えば、１〜３ピコリットル（ｐｌ）液滴）を生成することができる。駆動パルス８０２を印加して、ネイティブの液滴サイズを生成することができる。駆動パルス８０２を異なるクロックサイクルで繰り返し印加して、複数倍のネイティブ液滴サイズを生成することができる（例えば、６つの駆動パルスは、ネイティブ液滴サイズの６倍のサイズを生成する）。パルス８０２、８０４、８２０、８３０、８４０、及び８５０を印加して、中間の液滴（例えば、４〜８ｐｌ液滴）を生成することができる。波列８００のパルスの全てを印加して、大型の液滴（例えば、９ｐｌ以上の大液滴）を生成することができる。波列の他の変形形態も実施可能である。図９〜１１は、異なるサイズの液滴を生成するための異なる波形を示す。

図９は、１つの実施形態による、駆動パルス及び相殺パルスを有するマルチパルス波形のサブセット９００を示す。サブセット９００は、第１の予め設定した位置に発射エッジ９０４を有する駆動パルス９０２と、第２の予め設定した位置に相殺パルス９１０とを有して予め設定した時間位置を含む。これらのパルスをアクチュエータに印加して、小液滴サイズを生成することができる。駆動又は発射パルス９０２と相殺パルス９１０との間の相殺エッジ遅延９０４は、ほぼ共振周期Ｔｃである。相殺パルス９１０は、相殺エッジ９１２から始まる。図示の実施形態において、相殺パルス９１０の振幅は、メニスカス運動を制御する。

図１０は、１つの実施形態による、駆動パルス及び相殺エッジを有するマルチパルス波形のサブセット１０００を示す。サブセット１０００は、異なる予め設定した位置にある駆動パルス１０３０、１０４０、１０５０、相殺パルス１０２０、相殺エッジ１０５６、エッジ１０１２（例えば、第１の予め設定した位置にエッジ１０１２、第２の予め設定した位置にパルス１０２０、その他）を有した予め設定した時間位置を含む。これらのパルスをアクチュエータに印加して、中間の液滴サイズを生成することができる。エッジ１０１２と相殺パルス１０２０との間の相殺エッジ遅延１０１４は、ほぼ共振周期Ｔｃである。相殺パルス１０２０は、相殺エッジ１０１８から始まる。駆動又は発射パルス１０５０と相殺エッジ１０５６との間の相殺エッジ遅延１０５４は、ほぼ共振周期Ｔｃである。図示の実施形態において、相殺パルス１０２０の振幅は、２つの機能を実施する。この振幅は、メニスカス運動を制御し、後続のパルス（例えば、パルス１０３０）に質量を提供することができる。

図１１は、１つの実施形態による、駆動パルス及び相殺エッジを有するマルチパルス波形のサブセット１１００を示す。駆動パルス１１１０、１１３０、１１４０、１１５０、１１６０、相殺パルス１１２０、及び相殺エッジ１１６６を有するサブセット１１００をアクチュエータに印加して、大きな液滴サイズを生成することができる。駆動パルス１１１０は、液滴を吐出するための発射エッジ１１１１を含む。駆動又は発射パルス１１１０と相殺エッジ１１２０との間の相殺エッジ遅延１１１２は、ほぼ共振周期Ｔｃである。相殺パルス１１２０は、相殺エッジ１１１８から始まる。駆動又は発射パルス１１６０と相殺エッジ１１６６との間の相殺エッジ遅延１１６４は、ほぼ共振周期Ｔｃである。図示の実施形態において、相殺パルス１１２０の振幅は、２つの機能を実施する。振幅は、振幅が十分大きい場合、メニスカス運動を制御し、後続のパルス（例えば、パルス１１３０）に質量を提供する。

図１２Ａは、従来手法に従って、駆動パルス及び同検知相殺パルスを有するマルチパルス波形１２００を示す。駆動パルス１２１０、１２２０、１２３０、１２４０、１２５０、及び１２６０並びに相殺パルス１２７０を有するマルチパルス波形１２００をアクチュエータに印加して、大きな液滴サイズを生成することができる。駆動パルス１２６０及び相殺パルス１２７０を印加して、小さな液滴サイズを生成することができる。駆動又は発射パルス１２６０と相殺エッジ１２７０との間の相殺エッジ遅延１２６２は、ほぼ共振周期Ｔｃである。相殺パルス１２７０は、相殺エッジ１２６６から始まる。

図１２Ｂは、従来手法による、１クロックサイクル当たりに基材上に大きな液滴と小さな液滴の交互した吐出を示す。クロックサイクルｎの間に波形１２８０の１つの大きな液滴サブセット１２８１とクロックサイクルｎ−１の間に波形１２８０の１つの小さな液滴サブセット１２８２が液滴吐出デバイスのアクチュエータに繰り返し加えられ、これにより、適切に意図したピクセル（例えば、Ｐｎ−１０、Ｐｎ−８、Ｐｎ−６）で大きな液滴を吐出するが、小さな液滴は適切な意図したピクセル（例えば、Ｐｎ−５、Ｐｎ−７、Ｐｎ−９）内に到達せずにピクセルを跨いでいる。小さな液滴は、大きな液滴よりも緩慢に進み、大きな液滴は、前のクロックサイクルの小さな液滴に追いつく。例えば、ピクセルＰｎ−６の大きな液滴１２９２は、ｎ−６クロックサイクル中に発射され、ｎ−７クロックサイクル中に発射されピクセルＰｎ−６及びＰｎ−７をまたぐ小さな液滴１２９１に追いついている。小さな液滴は、小さな液滴のサブセット（例えば、１２８２）が、クロックサイクルの終わりに向かむ発射パルスで小さな液滴を発射する理由から、後続の大きな液滴と同じピクセルになる可能性が高い。この従来手法による一連の小さな液滴の後に一連の大きな液滴が続く場合、小さな液滴波形においてクロックサイクル内の発射パルスの送出が遅い理由から、小さな液滴はピクセルを跨ぐことになる。

図１２Ｂは、単一ジェットから異種の液滴吐出及び液滴速度によって生じる異種の液滴到着の影響を示している。当然ながら、従来手法における同じ影響は、空間オフセットの追加の作用を有する隣接ジェットでも起こることになる。

図１３Ａは、１つの実施形態による、駆動パルス及び同検知相殺パルスを有するマルチパルス波形１３００を示す。駆動パルス１３０２、１３２０、１３３０、１３４０、１３５０、１３６０、１３７０、並びに相殺パルス１３１０及び１３８０を有するマルチパルス波形１３００をアクチュエータに印加して、大きな液滴サイズを生成することができる。駆動又は発射パルス１３０２と相殺パルス１３１０との間の相殺エッジ遅延１３０６は、ほぼ共振周期Ｔｃである。相殺パルス１３１０は、相殺エッジ１３０８から始まり、相殺エッジ１３１２で終わる。駆動又は発射パルス１３７０と相殺パルス１３８０との間の相殺エッジ遅延１３７２は、ほぼ共振周期Ｔｃである。相殺パルス１３８０は、相殺エッジ１３７４から始まる。駆動パルス１３０２及び相殺パルス１３１０を印加して、小さな液滴サイズを生成する。

図１３Ｂは、１つの実施形態による、１クロックサイクル当たりに基材上に大きな液滴と小さな液滴の交互した吐出を示す。クロックサイクルｎの間に波形１３８０の大きな液滴サブセット１３８１と、クロック回路ｎ−１の間に波形１２８０の小さな液滴サブセット１３８２が液滴吐出デバイスのアクチュエータに繰り返し印加され、これにより適切に意図したピクセル（例えば、Ｐｎ−１０、Ｐｎ−８、Ｐｎ−６）で大きな液滴と、適切に意図したピクセル（例えば、Ｐｎ−５、Ｐｎ−７、Ｐｎ−９）で小さな液滴とを吐出する。小さな液滴サブセット（例えば、１３８２）が、クロックサイクルの始まり付近の時間に位置付けられた（例えば、第１の予め設定した時間の位置に）発射パルスで小さな液滴を発射する理由から、小さな液滴は、基材の適切に意図したピクセル内に到達する。

図１４は、１つの実施形態による、駆動パルス及び同検知相殺パルスを有するマルチパルス波形のサブセット１４００を示す。駆動又は発射パルス１４１０と相殺パルス１４２０との間の相殺エッジ遅延１４１２は、ほぼ共振周期Ｔｃである。相殺パルス１４２０は、相殺エッジ１４１４から始まる。第１の予め設定した時間の位置の駆動パルス１４１０及び第２の予め設定した時間の位置の相殺パルス１４２０を印加して、小さな液滴サイズを生成することができる。

以下の表は、図１２Ａ及び１３Ａの波形で生成された小さな液滴及び大きな液滴の到達時間の比較を示す。

両方の小さな液滴及び両方の大きな液滴の液滴速度は、ＴｒｕｅＶｅｌ１０００（ｍ／ｓ）の縦列に示されるように同じである点に留意されたい。マイクロ秒（ｕｓｅｃ）単位の「到達時間」は、ノズルプレートからターゲット媒体（例えば、紙）までの３つの異なる距離（例えば、９００ｕｍ、１０００ｕｍ、１１００ｕｍ）に対して与えられる。「到達時間差」の縦列は、図１２Ａ及び１３Ａの波形により発生する小さな液滴及び大きな液滴に対しての１０００ｕｍの距離における到達時間差を示す。例えば、図１３Ａにおいて、小さな液滴は１０１ｕｓｅｃの到達時間を有するが、大きな液滴は９８ｕｓｅｃの到達時間を有する。従って、「到達時間差」の縦列は、−３ｕｓｅｃの値を有する。換言すると、小さな液滴は、大きな液滴よりも３ｕｓｅｃ後で紙に到達する。対照的に、図１２Ａの従来の波形についての「到達時間差」の縦列は、−２７ｕｓｅｃである。単一タイプの液滴（すなわち、図１２の波形、図１３の波形）は異種速度を有し、図１３Ａの新しい設計で作られた波形における大きな液滴と小さな液滴の間の到達時間差は小さい（３ｕｓｅｃ）が、図１２Ａの従来の波形における到達時間差は大きい（２７ｕｓｅｃ）。

特定の実施形態において、上の表のピクセルは、長さが２１ｕｍ及び幅が２１ｕｍである。従って、基材又は媒体（すなわち、紙）が１ｍ／ｓで移動している場合、２７ｕｓｅｃ遅れて到達する液滴は、次のピクセルに着地することになる。この到達時間差は、場合によっては追加の設計パラメータで補償することができる。しかしながら、図１３Ａの新しい波形は、その補償を必要としない。

小さな液滴は空気抵抗により更に減速するので、大きな液滴と小さな液滴が異なる速度を有することは極めてよく起こることである。液滴は、より速く進むように設計することができるが、限度（例えば、正確なプリントヘッド設計に応じて約１２ｍ／ｓ）を超えると、滴形成が粘質になり不十分なものとなる。大きな液滴は、大きな質量を有するように設計される。大きな液滴がより遅い速度で設計される場合、質量は減少する。従って、大きな液滴はより速く進むのが一般的である。マルチパルスのパルスは、近共振で設計され、従って、より速く進むのにそれほど電圧を必要としない。これらの性質によって、大きな液滴は、これらが極端に緩慢に（例えば、７ｍ／ｓ未満）進まない限り大きなテールを有する傾向がある。従って、より多くの質量を得るために大きな液滴をわずかに速く進めることにより、大きな液滴がわずかに緩慢に進んだ場合よりも実際には大きな液滴を特にそれ以上悪化させることはない。

本開示の実施形態による波形には、従来手法と比較して優れた利点がある。クロックサイクルの始めに向かって印加された発射パルスで生成される小さな液滴は、他の液滴（例えば、中間液滴、大きな液滴）が基材に到達するのとほぼ同時のタイミングで基材に到達する。小さな液滴は、適切に意図したピクセル内に着地する。波形の内部又は中央における相殺パルスの位置決めにより、強力な第１のパルスから生じる大きなメニスカス運動を除去又は少なくとも低減可能にし、これにより後続のパルスがより大きな質量を送出できるようになる。図１ａ、１ｂ、２ａ、及び２ｂで分かるように、従来手法の波形は、第１のパルスと小さな液滴パルス（例えば、図１ｂのパルス１９７）との間の振幅を減少させる。パルスの数が増加すると、前のパルスからの残留エネルギが、不十分な液滴形成をもたらすメニスカスを過度に作動させる傾向がある理由から、この振幅減少は必要であり、後続のパルスの振幅を減少させることによって対処される。しかしながら、振幅の減少は、次いで、追加のパルスなどを必要とする質量の減少につながる。このように、パルス列は、大きな液滴がこの従来手法にとって望ましい場合には、極めて大きくなる傾向がある。

従来手法とは対照的に、本発明の実施形態は、第１の発射パルス後に第１の相殺パルスがメニスカスを停止することを許容する。メニスカス運動は、本明細書で説明するように、波形の大きな液滴においては比較的小さい。従って、振幅が大きくなる可能性があり、より少ないパルスを必要とする。本明細書で開示され説明される実施形態において、必要とされるパルスの数は、各々がほぼ同じ振幅を有し、単一液滴とほぼ同じ質量をもたらすことを可能にするのに十分に少ない。本設計による波形において、パルス当たりの追加の質量は、ネイティブ液滴の質量に極めて近くなる可能性がある。例証として、２ピコリットル（ｐｌ）の小さな液滴質量を有する図９及び１１に示す波形を用いて、大きな液滴容積は、わずか１１．４ｐＬ余りで、小さな液滴容積の約９０〜９５％の液滴当たりの容積をもたらす。対照的に、図１ａ、１ｂ、２ａ、及び２ｂに示すもののような波形は、多くの場合、大きな液滴を達成しようと試みる際に小さな液滴の８０％未満となる。

本開示の波形は、広範囲の作動周波数に使用して、ほぼ同時に基材に到達する異なる液滴サイズを有利に提供することができる。これは、各滴サイズに対して液滴形成の改善を許容し、液滴速度及び液滴到達時間にわたる制御の改善（すなわち、配置制御の改善）を可能にし、メニスカス跳ね返りを減少及び／又は排除し、かつ広範囲の周波数にわたってインクジェット作動を可能にする。

図１５は、１つの実施形態による、インクジェットシステムのブロック図を示す。インクジェットシステム１５００は、電圧対圧力変圧器１５１０（例えば、ポンピングチャンバ及びアクチュエータ）に印加される電圧源１５２０を含み、該変圧器１５１０は、圧電又は熱変換器とすることができる。インク供給源１５３０は、インクを流体流チャネル１５４０に供給し、該流体流チャネル１５４０はインクを変圧器に供給する。変圧器は、インクを流体流チャネル１５４２に供給する。この流体流チャネルは、変圧器からの圧力がオリフィス又はノズルを有する液滴発生デバイス１５５０に伝播し、１又はそれ以上の圧力パルスが十分に大きい場合に１又はそれ以上の液滴を発生させることを可能にする。インクジェットシステム１５００におけるインクレベルは、インク供給源１５３０への流体接続により維持される。液滴発生デバイス１５５０、変圧器１５４０、及びインク供給源１５３０は、流体接地に結合されるが、電圧供給源は電気接地に結合される。

上記の説明は例証であって限定を意図していないことを理解されたい。上記の説明を読み理解すると、他の多くの実施形態があることが当業者には明らかであろう。従って、本発明の範囲は、このような特許請求の範囲が享受する均等物の全範囲と共に、添付の特許請求の範囲を参照して決定すべきである。

１０ 液滴吐出デバイス
１２ プリントヘッド
１８ 基材
１９ オンボード制御回路
２０ 外部コントローラ
２１ 半導体ブロック
３０ ポンピングチャンバ
３８ 圧電アクチュエータ
４０ 流量制限部
１００ モジュール
１２０ ノズル開口
１４０ 金属化圧電層

Claims (18)

1. 液滴吐出装置からの流体の液滴を吐出する方法であって、
   マルチパルス波形の第１のサブセットを液滴吐出デバイスのアクチュエータに印加するステップと、
   前記第１のサブセットに応答して前記液滴吐出デバイスに流体の第１の液滴を吐出させるようにするステップと、
   前記マルチパルス波形の第２のサブセットを前記アクチュエータに印加するステップと、
   前記第２のサブセットに応答して前記液滴吐出デバイスに前記流体の第２の液滴を吐出させるようにするステップと、
   を含み、
   前記第１のサブセットが、前記マルチパルス波形において前記第２のサブセットに先行しており、前記第１の液滴が前記第２の液滴よりも小さな容積を有しており、かつ、
   前記第１のサブセットは前記マルチパルス波形の第１のサブセットにおける相殺パルスに先行する第１の駆動パルスを含み、前記第２のサブセットは前記第１の駆動パルス、第２の駆動パルス及び、前記第１の駆動パルスと前記第２の駆動パルスの間の前記相殺パルスを含み、これにより、前記第１の駆動パルスと協働するメニスカス動作を制御し、かつ第２のサブセットの前記第２駆動パルスのための質量を与える、ことを特徴とする方法。
2. 前記第１の液滴が第１のピクセルに到達し、前記第２の液滴が、基材の前記第１のピクセルに隣接した第２のピクセルに到達する、請求項１に記載の方法。
3. 前記マルチパルス波形の第３のサブセットを前記アクチュエータに印加するステップと、
   前記マルチパルス波形の第３のサブセットに応答して前記液滴吐出デバイスに前記流体の第３の液滴を吐出させるようにするステップと、
   を更に含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記マルチパルス波形の第３のサブセットが、少なくとも２つの駆動パルス及び少なくとも２つの相殺エッジを含み、前記第１のサブセットを印加することによって生じる前記第１の液滴が、前記第３の液滴よりも小さな容積を有する、請求項３に記載の方法。
5. 第１の相殺エッジが、前記第３のサブセットの前記第１の駆動パルスの後に印加され、第２の相殺エッジが、前記マルチパルス波形の第３のサブセットの第２の駆動パルスの後に印加される、請求項４に記載の方法。
6. 前記マルチパルス波形の第３のサブセットが、５つの駆動パルス及び３つの相殺エッジを含む、請求項４に記載の方法。
7. 前記マルチパルス波形の第２のサブセットが４つの駆動パルスと３つの相殺パルスを含む、請求項１に記載の方法。
8. 液滴吐出装置からの流体の液滴を吐出する方法であって、
   マルチパルス波形の第１のサブセットを液滴吐出デバイスのアクチュエータに印加するステップと、
   前記第１のサブセットに応答して前記液滴吐出デバイスに流体の第１の液滴を吐出させるようにするステップと、
   前記マルチパルス波形の第２のサブセットを前記アクチュエータに印加するステップと、
   前記第２のサブセットに応答して前記液滴吐出デバイスに前記流体の第２の液滴を吐出させるようにするステップと、
   を含み、
   前記第１のサブセットが、マルチパルス波形において前記第２のサブセットに先行しており、前記第１の液滴が前記第２の液滴よりも小さな容積を有しており、かつ、
   相殺パルスの第１の相殺エッジが前記マルチパルス波形の第２のサブセットの第１の駆動パルスにつづいて印加されるようになっており、前記第２のサブセットが、前記第１の駆動パルス、第２の駆動パルス及び、前記第１の駆動パルスと前記第２の駆動パルスの間の前記相殺パルスを含み、これにより、前記第１の駆動パルスと協働するメニスカス動作を制御し、かつ前記第２のサブセットの前記第２駆動パルスのための質量を与える、ことを特徴とする方法。
9. 第２の相殺エッジが前記マルチパルス波形の第２のサブセットの第２の駆動パルスにつづいて印加される、請求項８に記載の方法。
10. 流体の液滴を吐出する装置であって、
    ポンピングチャンバから流体の液滴を吐出するアクチュエータと、
    前記アクチュエータに結合された駆動電子回路と、
    を備えた装置であって、
    作動中に、前記駆動電子回路が、マルチパルス波形の第１のサブセットで前記アクチュエータを駆動して流体の第１の液滴を吐出し、前記マルチパルス波形の第２のサブセットで前記アクチュエータを駆動して前記流体の第２の液滴を吐出し、前記第１のサブセットが前記マルチパルス波形において前記第２のサブセットに先行しており、前記第１の液滴が、前記第２の液滴よりも小さな容積を有しており、相殺パルスの第１の相殺エッジが前記マルチパルス波形の第２のサブセットの第１の駆動パルスにつづいて印加されるようになっており、前記第２のサブセットが、前記第１の駆動パルス、第２の駆動パルス及び、前記第１の駆動パルスと前記第２の駆動パルスの間の前記相殺パルスを含み、これにより、前記第１の駆動パルスと協働するメニスカス動作を制御し、かつ前記第２のサブセットの前記第２駆動パルスのための質量を与える、ことを特徴とする装置。
11. 前記第１の液滴が第１のピクセルに到着し、前記第２の液滴が基材の前記第１のピクセルに隣接している第２のピクセルに到着する、請求項１０に記載の装置。
12. 第２又は第３の相殺エッジが、前記マルチパルス波形の第２のサブセットの前記第２の駆動パルスの後に印加され、前記マルチパルス波形の第２のサブセットが、４つの駆動パルス及び少なくとも２つの相殺エッジを含む、請求項１０に記載の装置。
13. 前記駆動電子回路が、少なくとも２つの駆動パルス及び少なくとも２つの相殺エッジを有する前記マルチパルス波形の第３のサブセットを前記アクチュエータに印加して、前記液滴吐出デバイスに前記流体の第３の液滴を吐出させるようにする、請求項１２に記載の装置。
14. 対応する複数のポンピングチャンバから流体の液滴を吐出する複数のアクチュエータと、前記複数のアクチュエータに結合された駆動電子回路とを含むインクジェットモジュールを備えたプリントヘッドであって、
    作動中に、前記駆動電子回路が、クロックサイクル中にマルチパルス波形の第１のサブセットで第１のアクチュエータを駆動して流体の第１の液滴を吐出し、前記クロックサイクル中に前記マルチパルス波形の第２のサブセットで第２のアクチュエータを駆動して前記流体の第２の液滴を吐出し、前記第１のサブセットが、前記第１のサブセットの第１又は第２の所定の位置に位置付けられた第１の駆動パルスを含み、前記第１の液滴が、前記第２の液滴よりも小さな容積を有し、かつ、前記第２のサブセットが、前記第１の駆動パルス、第２の駆動パルス及び、前記第１の駆動パルスと前記第２の駆動パルスの間の前記相殺パルスを含み、これにより、前記第１の駆動パルスと協働するメニスカス動作を制御し、かつ前記第２のサブセットの前記第２駆動パルスのための質量を与える、ことを特徴とするプリントヘッド。
15. 前記駆動電子回路が、前記クロックサイクル中に少なくとも２つの駆動パルス及び少なくとも２つの相殺エッジを有する前記マルチパルス波形の第３のサブセットを第３のアクチュエータに印加して、前記第３のアクチュエータに前記流体の第３の液滴を吐出させるようにする、請求項１４に記載のプリントヘッド。
16. 第１の相殺エッジが、前記マルチパルス波形の第２のサブセットの第１の駆動パルスの後に印加される、請求項１５に記載のプリントヘッド。
17. 第２又は第３の相殺エッジが、前記マルチパルス波形の第２のサブセットの第２の駆動パルスの後に印加され、前記マルチパルス波形の第２のサブセットが、４つの駆動パルス及び少なくとも２つの相殺エッジを含む、請求項１６に記載のプリントヘッド。
18. 前記第１の液滴が、前記第３の液滴よりも小さな容積を有する、請求項１５に記載のプリントヘッド。

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