JPH08510188A - インクジェットプリンタヘッドの滴容積の調節技術 - Google Patents

インクジェットプリンタヘッドの滴容積の調節技術

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JPH08510188A JP6525583A JP52558394A JPH08510188A JP H08510188 A JPH08510188 A JP H08510188A JP 6525583 A JP6525583 A JP 6525583A JP 52558394 A JP52558394 A JP 52558394A JP H08510188 A JPH08510188 A JP H08510188A
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Abstract

(57)【要約】 その一部が側部圧電アクチュエータにて規定されるインク収容チャンネルから容積の調節が可能な滴を排出させるために有効に駆動されるインクジエットプリンタヘッドと、これに関連した駆動方法。上記側部アクチュエータを横切って負荷される電圧は、この側部アクチュエータをその休止位置から第一位置にそらせるために休止電圧から第一電圧に上昇され、この第一電圧に第一時隔の間維持される。上記側部アクチュエータを横切って負荷される電圧はその後、上記側部アクチュエータを上記第一位置から上記休止位置を通って第二位置にそらせるために上記休止電圧よりも低い第二電圧に下降され、この第二電圧に第二時隔の間維持される。上記側部アクチュエータを横切って負荷される電圧はそれから、上記側部アクチュエータを上記休止位置にそらせ戻すために上記休止電圧に戻される。なお上記第一、二時隔は上記インク収容チャンネルから排出されるインク滴の容積を選択するために互いに相関して選択される。上記側部アクチュエータを横切って負荷される電圧は次いで、上記選択された容積を持つインク滴が排出されるように上記休止電圧に戻される。

Description

【発明の詳細な説明】 インクジエットプリンタヘッドの滴容積の調節技術 本発明は、一般的にインクジエットプリンタヘッド装置に関し、とりわけ、排 出されるインク滴の容積を調節できるように、デマンド式インクジエットプリン タヘッドを圧電的に駆動する方法に関する。 インクジエットプリンティング装置は、像を生み出すためにインクの小滴を用 いる。デジタルに貯えた像データによって条件づけられる位置に滴がプリントさ れるように、上記装置は高度に再生可能でしかも制御の可能な滴を生産する。商 業的に役立つ殆どのインクジエットプリンティング装置は一般に、“連続ジエッ ト”式、あるいは“デマンド”式に区分けすることが出来る。なお“連続ジエッ ト”式インクジエットプリンティング装置では、滴はプリンタヘッドから連続的 に排出されて、生み出されるべき所望の像に依存して上記滴は用紙に向かうか、 またはこの用紙からそれることになる。また“デマンド”式インクジエットプリ ンティング装置では、生み出されるべき像に関する特定の指令に応じて滴はプリ ンタヘッドから排出される。 多くのデマンド式インクジエットプリンタヘッドは、電気機械的に導かれる圧 力波を利用して所望のインク滴を生み出す。この種のプリンタヘッドの或る代表 的な形態では、デマンド式インクジエットプリンタヘッドは水平に間隔を置きか つ互いに平行である内部のインク収容チャンネルアレイを備える。これらの内部 チャンネルア レイは前端を板部材で覆われ、一連の間隔を置いた小さなインク吐出オリフィス が、この板部材を貫いて形成されている。各チャンネルは上記間隔を置いたオリ フィスの相違する一つを経て外に開いている。このようなプリンタヘッド内では 、上記内部チャンネルに収容した流体の容積変化は、この流体に直接的または間 接的に結合される圧電材料に電圧パルスを負荷することいよって導かれる。この 容積変化は、圧力/速度 過度現象を上記流体内に起こさせ、これらは不変な少 量のインクを滴の形状で、しかも上記吐出オリフィスを経て不変な速度で外に押 し出すように向けられる。この滴は生み出されようとする像に関連した用紙上の 特定点を打ち、この排出された滴の容積に直接関連した径を持つインク“点”を 形成する。用紙片上の任意位置に点を発生させるこの能力によってインクジエッ トプリンタおよび他の非衝撃プリンタは、連続的およびハーフトーンの像の生産 に特によく適合していると長い間考えられてきた。しかしながら殆どのインクジ エットプリンタヘッドが、不変の容積と不変の速度の両者を持つ滴を単に生産で きるにすぎないという事実から、上記連続的およびハーフトーンの像を生産する このインクジエットプリンタの能力は全く限られてしまう。またその結果、用紙 片を打つかゝる滴が生み出すインク点はその大きさが不変であり、典型的には12 0μm〜150μmの範囲にあって、強さも同じである。さらに全てのインクジエット プリンタヘッドは、用紙片に滴を置くのに不変の分解能を使用し、典型的には30 0-400dpi(または“dots/in”)乃至はそれ以下を使用する。これと相違し典型 的な高性能のハーフトーン像は、大きさが変えられる点の256レベルまでを、240 dots/inまでの分解能で使用して生み出される。 上述の限界により、これまではグレースケール像を生みだそうと試 みる時は、点の大きさと対照して点の密度を利用してきた。インクジエットプリ ンタヘッドではこのようにすると、不変の大きさのインク点の密度を変えること によって、灰色の微妙な差異を種々創り出すことになる。例えばより暗い色合い は、点密度を増やすことによって得られる。しかしながらこの方法でグレースケ ール像を生み出すことは、上記プリンタの空間的分解能を低下させ、その結果、 細かい詳細な像を生み出すプリンタの能力が限られてくる。さらに上記グレース ケールに加えられるレベルが増加するほど、上記プリンタの空間的分解能の結果 的な低下が増大する。次に提案される解決法は、種々の大きさの点を形成するた めに用紙片の一箇所に多くの滴を向かわせることであった。しかしこのような方 法は所望の像を生み出すことはできるが、この手法では、上記プリンタの速度を 許容できない低速度にまで低下させることになる。 滴寸法を変化させる手法は公知であるが、これによって生じる滴の速度は、滴 の容積と共に変化する傾向がある。またその結果として滴の容積が著しく減少さ れる前に、滴の位置精度が著しく低められる。さらに、滴の位置精度が確保され ないなら、印刷技術におけるこのような手法の有用性は極めて小さい。 かくして上述したところから、改善されたデマンド式インクジエットプリンタ ヘッド駆動システム、すなわち種々の大きさの滴の排出速度に著しい変化を生じ させずに滴の容積が調節できる駆動システムの提供が望まれていることは容易に 理解されるであろう。したがってこのような改善されたデマンド式インクジエッ トプリンタヘッドを提供するのが本発明の目的である。 この発明の1つの実施例は、少なくともその一部が側部圧電アクチュエータに よって規定されるインク収容チャンネルから、選択さ れた容積のインク滴を排出させるためにインクジエットプリンタヘッドの上記側 部アクチュエータを有効に駆動させる方法である。上記側部アクチュエータをそ の休止位置から第一位置にそらすために、上記側部アクチュエータを横切って負 荷される電圧は休止電圧から上記第一電圧に上昇され、また上記電圧は、第一時 隔の間この第一電圧に維持される。その後上記側部アクチュエータを上記第一位 置から上記休止位置を通り第二位置にそらすために、上記側部アクチュエータを 横切って負荷される電圧は、上記休止電圧よりも低い第二電圧に上記第一電圧か ら下降され、また上記電圧は、第二時隔の間この第二電圧に維持される。上記第 一、第二時隔は、上記インク収容チャンネルから排出されるインク滴の容積を選 択するために互いに相関して選択される。上記側部アクチュエータを横切って負 荷される電圧はその後上記休止電圧に戻され、これによって上記選択された滴容 積を持つインク滴の排出が引き起こされる。 上記実施例の他の態様では、上記第二時隔は一定に保持され、上記第一時隔は 上記滴容積を選択するために変更される。あるいは上記第一時隔は一定に保持さ れ、上記第二時隔は上記滴容積を選択するために変更される。上記実施例のさら に他の態様では、上記第一時隔は20μsecに保持され、また上記第二時隔は、 上記滴容積を35〜65plの範囲に選択するために8〜20μsecの範囲で変 更される。 本発明の今一つの実施例では、1つのチャンネルに膨張圧力パルスを掛けてこ の膨張圧力パルスを第一時隔の間保持し、また上記1つのチャンネルに圧縮圧力 パルスを掛けてこの圧縮圧力パルスを第二時隔の間保持し、さらに上記1つのチ ャンネルからインク滴を排出させるために上記圧縮圧力パルスを除くことにより 、側部アクチ ュエータにてその隣りから相互に分離されている複数のインク収容チャンネルを 持つインクジエットプリンタヘッドの選択されたインク収容チャンネルから容積 の調整が可能なインク滴を排出させる方法である。 上記実施例の他の態様では、上記膨張圧力パルスは上記第一インク収容チャン ネル内の発生位置から前方および後方に伝わる圧力波を発生させることによって 与えられる。上記後方に伝わる圧力波は上記チャンネルの後壁から離れて上記前 端に向け反射される。上記膨張圧力パルスの伝達は、上記反射された圧力波が上 記発生位置に戻るまで維持される。それから上記圧縮圧力パルスが前方および後 方に伝わる圧力波を上記チャンネル内に再び発生させることによってこのチャン ネル内に与えられる。上記前方に伝わる圧力波は上記前方に伝わる反射圧力波を 強化する。その後活性引き上げ圧力パルスが、上記チャンネルから排出されるイ ンク滴を形成するために上記チャンネルに与えられる。さらに他の態様では、約 1〜1.8の容積の範囲で可変な容積を持つ滴は、上記第一時隔の約0.4〜1 .0の比の範囲内で上記第二時隔を変えることにより生み出される。 さらにこの発明の今一つの実施例では、上記第一インク収容チャンネルが膨張 され、上記第一、第二側部アクチュエータによってそれぞれその一部が規定され る第二、第三インク収容チャンネルが収縮されるように、上記第一チャンネルの 一部を規定する第一、第二側部アクチュエータをそらせて一次圧力パルスを与え ることにより、側部アクチュエータにてその隣りから相互に分離されている複数 のインク収容チャンネルを持つインクジエットプリンタヘッドの選択されたイン ク収容チャンネルから、容積の調整が可能なインク滴を排出させる方法である。 その後上記第一インク収容チャンネルが収縮され、上記第二、第三インク収容 チャンネルが膨張され、その結果、上記第一インク収容チャンネルにてインク滴 の排出が行われるよう、上記第一、第二側部アクチュエータをそらせることによ って、エコー圧力波が上記第一チャンネルに与えられる。排出されるインク滴の 容積は、一次パルスおよびエコーパルスの選択によって制御される。この実施例 の他の態様では、上記一次パルスおよびエコーパルスは共に上昇、休止および下 降部分を有し、また上記滴容積は、パルスの休止時間の選択によって制御される 。 この発明のさらに今一つの実施例では、少なくとも1つのインク収容チャンネ ルを持った主本体部分と、補強用第二音圧波を生み出すため上記チャンネル内に エコーパルスを与えるための手段と、選択された容積を持つインク滴を排出させ るために上記強化された音圧波を早期に終わらせる手段とを備える。また他の態 様では、上記選択的に排出する手段は約1.8〜1の間の可変容積を有しかつ約 1.2〜1の間の可変速度で移動するインク滴を排出する手段をさらに備えるこ とができる。 図1はインクジエットプリンタヘッドのチャンネル内に音圧波を発生させるた めの標準的台形パルスの説明図であり、 図2は図1の標準的台形パルスについての滴容積及び速度対休止時間を示す線 図であり、 図3は容積の調節ができるインク滴を排出するのに適した複数のインク収容チ ャンネルを備える、本発明を適用したインクジエットプリンタヘッドの斜視図で あり、 図4は図3の4−4線に沿ってかつプリンタヘッドを切る拡大された一部切断 面図であり、 図5は容積の調節可能なインク滴を排出させるため、図3−4に示すインクジ エットプリンタヘッドの選択されたチャンネルに圧電的に与えられるエコーパル スの説明図であり、 図6は図5に示すエコーパルスの一次およびエコー部分と、排出されるインク 滴の容積との関係を示す3次元的説明図であり、 図7は図5に示すエコーパルスの一次およびエコー部分の幅と、排出されるイ ンク滴の速度との関係を示す3次元的説明図であり、 図8Aは上記エコーパルスの一次部分の一定幅に比例したエコー部分の幅と、 排出されるインク滴の速度との関係を示す説明図であり、 図8Bは上記エコーパルスの一次部分の一定幅に比例したエコー部分の幅と、 排出されるインク滴の容積との関係を示す説明図である。 インクジェットプリンタヘッドからインキ滴を排出させるため、このインクジ ェットプリンタヘッドのインク収容チャンネル内に音圧パルスを発生するために 使われる標準的台形パルスを含む電圧波形2を、今から先ず最初に図1について 詳細に説明する。休止電圧が圧電アクチュエータを横切って印加された休止状態 3から、この圧電アクチュエータを横切って印加される電圧で、電圧波形2は、 典型的におよそ5μsecの大きさの持続期間内に急速上昇4を始める。この電圧 上昇4は、上記アクチュエータをそのそらされた位置にそらし、それによって負 の圧力波を発生し、この波が、直接的または間接的に連結されたインク搬送チャ ンネルを通して前方および後方に伝播を開始する。 電圧波形2は、第1値即ちピーク値に達すると、運休状態5に入り、典型的に は約15μsecの間持続する。この持続期間内におい て、上期圧電アクチュエータをそらせ位置に保持するため、電圧は上記第1値に 留るよう一定に保持される。電圧波形2が運休状態5に保持されている間、上記 後方に伝播する負圧力波は上記プリンタヘッドの後壁から反射され、上記チャン ネル内において正圧力波としてその発生位置に向って前方に伝播するであろう。 この前方に伝播する反射圧力波が上記発生位置に達した時、電圧波形2は、典型 的に約5μsecの間の急速降下6を開始して休止状態3に復帰する。下降6の際 、上記アクチュエータを横切って印加された電圧は上記第1値から上記休止電圧 へと降下すると共に上記圧電アクチュエータは原位置に復帰し、これにより上記 前方伝播し反射された圧力波を強化する正圧力波を発生する。この前方伝播する 強化された圧力波はその後、上記チャンネルの前端へと伝わり、ここで上記チャ ンネルからインク滴を排出する。 次に図2について詳細に説明する。即ち、図1に示したような標準的台形パル スによってインクジェットプリンタヘッドのチャンネルから排出されるインク滴 の速度および容積の変化と、上記運休状態5に標準的台形パルスが留っている期 間(即ち「運休時間」)との関係についてである。上記標準的台形パルスの運休 時間の変化につれ、上記標準的パルスによって排出された滴の容積7および速度 8が変化することがわかる。最適運休時間、すなわち最大最速滴が作られる運休 時間は、約17.5μsecである。しかし、若し運休時間が最適運休時間より短 いかまたは長ければ、より遅くしかもより小さな滴が作られることになろう。 上記標準的台形パルスによって排出される滴の容積7を、上記運休時間を変化 させることにより減少させることは可能であるので、このパルスシークエンスを 使用してスポットサイズを調節すること ができる。しかし図2で明らかに示されているように、適速度8は上記運休時間 の変化に比例して減少する。例えば、上記運休時間が17.5μsecから8μsec へ減少すると、滴容積は1.8×10-13から1.4×10-133(容積減少比 が約1.2:1)へと減少すると共に、滴速度は3.1m/secから2.2m/s ec(速度減少比が約1.4:1)へと減少する。従って、作られるスポットのサ イズを調節するために充分な量から逸脱して滴容積を低減するいかなる試みも、 不釣り合いに大きな速度低下をもたらすであろう。そしてそのような速度低下は 上記滴の軌道を変化させ、それにより第1の変位誤差を生じ、更に、給紙および /またはプリンタヘッドは運動中であろうから、到着時間誤差を生じ、これが更 に第2の変位誤差を生じる。従って、標準的台形パルスによって作られた滴の容 積を調節しようとすると必ず、給紙に衝突するインク滴を高精度で位置設定する プリンタヘッド性能は著しく低下する。故にスポットサイズを調節するために標 準的台形パルスの運休時間を調節しようとすると必ず、空間的解像度が低下する であろう。 次いで図3および4において本発明の教示する所に従ってインジェットプリン タヘッド10について説明する。このプリンタヘッド10は、複数個のインク収 容チャンネル32と、チャンネル32内で圧力パルスを発生するように構成され た1個のディジタルドライブシステム12とを有する。ここで説明する本発明の 実施例では、インクジェットプリンタヘッド10は「I−フィールド」構成とし て公知の構成で配列されている。そしてこの構成では、このプリンタヘッド10 は、上部矩形状部16および下部矩形状部18を有する本体14を包含する。そ してこれら両矩形状部はセラミック材料のような不活性材料で形成されている。 矩形状中間本体部20は上 記上部および下部矩形状部16、18間に図示のような整列状態で締め込まれる と共に、方向P(図4参照)に極性を有する活性圧電材料で形成されている。し かし、本発明の別の実施例では、インクジェットプリンタヘッド10は、当時審 査中の米国特許出願第07/746,521号(1991年8月16日出願)に 開示され、現在、米国特許第5,227,813号に開示された、「U−フィー ルド」構成で配列されることができる。本体14の前端はオリフィス板部材22 によって形成されており、このオリフィス板部材22は、後方へ貫通するように 延設されかつ間隔を持って並んだ一組の微小インク排出オリフィス24を有する 。図示したオリフィス24は水平方向から傾斜した、それぞれ3個のオリフィス から成る列の形態で配列されている。 図3において左から右方向に見ると、プリンタヘッド本体部16、20は本体 部18よりも長さが短く、それ故、下部プリンタヘッド本体部18の後方頂面部 分26は露出している。後述する目的のため、電気操作用導線28が間隔を持っ て並んだ一組はこの露出した面26上に適切に形成されると共に、中間本体部2 0の下側と、本体部18の後端の近傍の面26上に取り付けられた駆動システム 12のコントローラ部30との間に延設されている。 図4において、所定の幅および深さを有する複数個の垂直溝がプリンタヘッド 本体部18および20に形成されている。この目的は、プリンタヘッド本体14 内に、内部のインク収容チャンネル32が間隔を持って平行に並んだ一組を形成 するためである。この内部のインク収容チャンネル32は、オリフィス板22( 図3参照)から後方に向って延設されると共に、前端においてオリフィス24を 通って外方に開口している。チャンネル32は、上記プリンタヘッド 本体の内部動作側壁部分34の一組の対向する一対によってその長さ方向に沿っ て側方向に結合されている。 ここで説明されている本発明の実施例において、側壁部分34は、本体部分2 0の水平方向に分離された垂直部分によって形成されかつP方向に極性を有する 活性上部34aと、本体部分18の水平方向に分離された部分によって形成され た不活性下部34bとを有する。本体部分16の下側、活性動作側壁部分34a および不活性動作側壁部分34bはそれぞれ電導性金属層36、38、40およ び42で被覆されている。 本体部16および20は、金属層36および38間に位置する電導性接着材4 4の層により互いに固着されており、上および下動作部34aおよび34bは金 属層40および42間に位置する電導性材料46の層により互いに固着されてい る。上部プリンタヘッド本体部16の下側の上の金属層36は接地48されてい る。従って、上動作部34aの上側は電気的に互いに接続されていると共に、金 属層38、電導性接着剤層44および金属層36を経て接地48されている。 各チャンネル32は、適当なインク供給槽50(図3参照)から受け入れたイ ンクで充填されている。この供給槽50は、プリンタヘッド本体14内に配置さ れたインク供給マニホールド(図示せず)に連結されたインク配管52を経てチ ャンネル32に連結されていると共に、内部チャンネル32の後端につながれて いる。後述される手法により、水平方向に対向する側部アクチュエータ34の各 一対は、関連したチャンネル32内へまたは内から外へと圧電的にそらせること ができ、この変位は駆動システム12の制御下に行われ、作動されるチャンネル と関連したオリフィス24を通して外方へ( 滴状の)インクを排出する。 再び図3および4へ戻って、既述のように、駆動システム12は、電気操作用 導線28の後端に機能上連結されたコントローラ30を含む。導線28の前端は 、下動作部34bの頂面上の金属層42に個別に連結されている。コントローラ 30内には一連のスイッチング構造(図示せず)が在り、各スイッチング構造は 導線28の一つに連結された出力を有する。コントローラ30が、選ばれたチャ ンネル32からインク滴を排出しようとする時、このコントローラ30は上記ス イッチング構造への複数の制御入力をアサートおよび/またはデアサートして、 このスイッチング構造が所望の第1の電圧波形を導線28に出力する。ここで導 線28は作動されるチャンネル32を部分的に形成する第1の側部電圧アクチュ エータ34に電気的に接続されている。この間他方では、同じくコントローラ3 0の制御下にある第2のスイッチング構造は、発射されるチャンネル32を部分 的に形成する第2の側部電圧アクチュエータに向けて、第2の逆電圧波形を出力 する。 次に図5については、エコーパルス波形とも称する電圧波形53は、インクジ ェットプリンタヘッドのインク収容チャンネル内で圧力波を発生するための一次 およびエコー部分53a、53bを含み、容積が激しく調節されるインク滴を放 出させる。この間他方では、放出速度はほぼ一定に保たれる。以下、本発明の教 示に従って電圧波形53について詳述する。休止状態54の間、休止電圧が圧電 アクチュエータ34を横切って印加されると共に、このアクチュエータは不偏向 の休止位置に留まっている。圧電アクチュエータ34を横切って印加される電圧 の電圧波形53は、時刻T1に休止電圧54から出発して急速上昇56を開始す る。この電圧上昇56は圧電 アクチュエータ34を第1の外方そらせ位置へ向って移行させる。その際、拡張 する圧力波が発生し、この波はインク収容チャンネル32内を前方と後方の両方 向に向って伝播を開始する。 一旦時刻T2において第1またはピーク値に達した後、電圧波形53は一次運 休状態58に入り、この状態58は時刻T2からT3まで持続する。一次運休状態 58の間、圧電アクチュエータ34をそのそらせ位置に保持するため、電圧は上 記第1の値で一定に保持される。電圧波形53が運休状態58に保持されている 間、後方向に伝播した負圧力波はプリンタヘッド10の後壁で反射され、正圧力 波として前方向に伝播して、チャンネル32内の圧力発生位置に達するであろう 。前方向に伝播する反射圧力波が時刻T3において上記発生位置に達した時、電 圧波形53は急速下降60を開止する。この急速下降60の間、電圧は上記運休 電圧よりも低い値に降下し(これにより、一次部分53aを終えてエコーパルス 53のエコー部分を開始し)、時刻T4において第2の、より低い値に至る。こ の下降60の間、圧電アクチュエータ34を横切って印加される電圧は、第2の 値に降下し、それによって圧電アクチュエータ34は、第1の外方向にそらされ た位置から休止位置を通り越して第の2内方向にそらされた位置へと移動してチ ャンネル32を圧縮する。チャンネル32を圧縮することにより、圧電アクチュ エータ34はこのチャンネル中に正の圧力波を与え、上記前方向に伝播する反射 圧力波を強化する。更にまた、エコーパルス53の降下60は標準的台形パルス 2の降下6よりも大きいので、上記前方向に伝播する反射圧力波の正方向強化は 、標準台形パルス2によって得られる正方向強化よりも大きい。 一旦上記第2の、よい低い値に達した後、電圧波形53はエコー 休止状態62に入る。エコー休止状態62は時刻T4からT5まで持続する。この 状態において、圧電アクチュエータ34を第2の、チャンネルを圧縮するそらせ 位置に保持するため、電圧は上記第2の値で一定に保持される。電圧波形53が エコー休止状態62に保持されている間、上記前方向に伝播する強化された圧力 波はオリフィス24へ向って伝播するであろう。時刻T5において電圧波形53 は第2の電圧上昇を開始し、時刻T6において電圧波形53は休止状態54に復 帰することになろう。圧電アクチュエータ34は上記第2の、チャンネルを圧縮 する偏向位置から休止位置へと移行し、これによりチャンネル32中へ負の圧力 波を与える。この負の圧力波は活性引き上げ(active pull−up) として作用し、この引き上げは上記前方向に伝播する強化圧力パルスにより、滴 の生成過程を早目に終止させる。休止状態に復帰した後、電圧波形53はこの状 態に留まり、チャンネル34内の圧力パルスを時間の経過に伴って逃散させる。 本発明の典型的な実施例においては、上記休止、第1および第2の電圧は各々0 、+24および−24ボルトであることができ、上記上昇、降下および復帰時間 はすべて5μsecであることができ、上記運休時間は共に15μsecであることが できる。更に本発明で意図されいることを述べれば、若し前記特許出願明細書中 に開示されたような適切に構成されたディジタルスイッチングシステムがコント ローラ30の一部として組み込まれるならば、上記上昇、降下および復帰時間を 効果的に零にすることが恐らくできるであろう。 次に図4および5について、チャンネル内のインク量を、関連するインク排出 オリフィス24を通して外方向に滴状で放出する動作を図解して詳細に述べる。 チャンネル32aを作動させるに先立っ て、その水平方向に左右対向する側部アクチュエータ34Lおよび34Rは、(図 5の時刻T0において)図4に実線で示した初期側方向不偏向(または「休止」 )位置に在る。チャンネルからインク滴を排出するために、電圧波形53がチャ ンネル32の一部分を形成する第1の側部圧電アクチュエータ34に印加される 一方で、休止状態電圧54を基準として上記電圧波形53に対して反対極性を有 する第2の電圧波形が、チャンネルを作動させるため、チャンネル32の一部を 同様に形成する第2の側部圧電アクチュエータに同時に印加される。従って上記 左側部アクチュエータ34LはT1−T2時間に電圧上昇56が印加されて一次運 休状態58に達し、時刻T2には、一定の正電圧が印加される。同時に上記右側 部アクチュエータ34RにはT1−T2時間に同じ大きさの負電圧降下が印加され て負の一次運休状態に達し、時刻T2には、(上記休止電圧を基準にして)一定 の負電圧が印加される。側部アクチュエータ34Lおよび34Rに与えられる互い に逆極性の電圧パルスは、これらのアクチュエータを着目するチャンネル32a の外方向に引離すように、しかも図4に点線72で示したように、隣接するチャ ンネル32bおよび32c内へとそらせる。これにより、当該圧縮圧パルスがチ ャンネル32bおよび32cへ、膨張パルスがチャンネル32aへ与えられ、こ れらのパルスはチャンネル32a、32bおよび32c内で前方向および後方向 へ伝播する。側部アクチュエータ34Lおよび34Rは外方向にそらされた位置に 保持されているので、チャンネル32aに与えられた後方向に伝播する負圧パル スはインクジェットプリンタヘッド10の後壁(図示せず)で反射され、チャン ネル32a内で正圧力パルスとして前方向に伝播する。 次に時刻T3において側壁アクチュエータ34Lへ伝達された正 電圧パルス70と、側壁アクチュエータ34Rへ伝達された休止電圧54を基準 とする、対応負電圧パルスとは終了し、左側壁アクチュエータ34Lには期間T3 〜T4時間に亘って下降電圧54が印加されて、エコー休止状態62に達する。 この状態では、休止電圧54を基準にして、一定の負電圧が時刻T4に印加され る。上記時刻T3では、右側壁アクチュエータ34RにはT3〜T4時間に亘って等 大の上昇正電圧が印加されて、正エコー休止状態に達するであろう。この状態で は、一定の正電圧が時刻T4に印加される。これらの互いに逆向きの電圧パルス は側壁アクチュエータ34Lおよび34Rを、初期不偏向位置を通り越して図4の 点線76で示したように、チャンネル32aの内部へと内方向にそらせる。これ により各圧縮圧力パルスが同時にチャンネル32a内に与えられ、これは、側壁 アクチュエータ34Lおよび34Rの外方向への偏向の間に与えられた圧力波の前 方伝播する反射を強化する。このような側壁アクチュエータ34Lおよび34Rの 内方向への偏向はチャンネルaの容積を減少させ、これにより同チャンネル内の インク圧を滴の形成を開始するに充分な程度に上昇させ、これによりインク量が 、作動されたチャンネル32aの内を通って排出用オリフィス24に向って前方 向に伝播する。次に時刻T5において、側壁アクチュエータ34Lに印加された負 電圧パルス62と、側壁アクチュエータ34Rに印加された休止電圧54を基準 とする対応正電圧パルスとは終了し、左側壁アクチュエータ34LにはT5〜T6 時間に亘って第2の上昇電圧64が印加された後、時刻T6には休止状態54に 復帰する。時刻T5においては同時に、右側壁アクチュエータ34RにT5〜T6時 間に亘って休止電圧54を基準とする等大の、負の降下電圧が印加され、時刻T6 には休止状態に復帰する。こう して側壁アクチュエータ34Lおよび34Rはそれぞれの休止位置に向って外方向 に偏向後退する。この休止位置に向う外方向の偏向後退は、作動下のチャンネル 32aの内を前方向に伝播する圧力波を相殺し、これにより作動下のチャンネル 32a内のインク滴の形成が早目に終了するので、排出される滴の容積は、側壁 アクチュエータ34Lおよび34Rが休止状態に引き戻される時間によって決まる 。この後、側壁アクチュエータ34Lおよび34Rは、作動下のチャンネル32a 内の残存圧力波が時間の経過と共に消滅する迄、休止状態電圧54に保持される 。 次に図6において、チャンネル32aの作動により排出されるインク滴の容積 と、図5のエコーパルス53の一次部分53aおよびエコー部分53bの持続期 間との間の関係を見ることができる。図6に示すように、排出される滴の容積は 、エコーパルス53の一次部分53aおよびエコー部分53bの持続期間の選択 に依存して変化する。図示された三次元図上の急勾配は、滴容積が一次部分53 aおよびエコー部分53bの持続期間の変化によって最も急激に変化する区域上 に存在する。従って、この最も急勾配の区域は当初特に興味深いものである。 次に図7において、チャンネル32aの作動により排出されるインク滴の速度 と、図5のエコーパルス53の一次部分53aおよびエコー部分53bの持続期 間との間の関係を見ることができる。上記と同様に、放出される滴の速度は、エ コーパルス53の一次部分53aおよびエコー部分53bの持続期間の選択に依 存して変化する。滴の排出速度の変動を低減するのが望ましいので、図示された 三次元図上のほぼ水平な区域が当初興味のある所である。 図6および7の三次元図は合わせて、エコーパルス53の一次部 分53aおよびエコー部分53bの好ましいパルス持続期間を見出すために使用 されることができる。特に、滴容積の三次元図上で勾配が最大でありかつ滴速度 の三次元図上で勾配が最小である一次およびエコー部分パルス持続期間は本発明 で使用するのに最適と思われるパルス持続期間である。図6の滴容積の三次元図 上の二次元切片を20μsecの一次部分の線に沿って取り出したものを図8Aに 示す。また同様の切片を図7の滴速度の三次元図から取り出したものを図8Bに 示す。これらの両図は、20μsecの一次部分58および長さが可変のエコー部 分62を有するエコーパルス53によって作動されたチャンネル32aから排出 された滴の容積および速度の変化をそれぞれ示す。以下判明するように、エコー パルス53を使用して排出された滴の容積および速度がエコー部分53bの持続 期間と共に増大する一方、このエコー部分の或る区域においては、滴容積の増加 の割合が滴速度の増加の割合よりも著しく大きい。このことは、容積と速度との 間の関係がかなり一定に近い標準的台形パルスからの著しい逸脱を意味する。ま た図8Aおよび8Bは次のことを特に示している。即ち一次部分一定幅20μse cの場合、本発明で述べる技術によって排出されるインク滴は、エコー部分8μs ecを有するエコーパルスによって排出された時、容積が35pl.であろうが、 エコー部分20μsecを有するエコーパルスによって排出された時、容積は65 pl.となるであろう。しかしさらに重要なこととして、上記滴35pl.は速 度3.5m/secで排出されるであろう一方、上記滴65pl.は速度4.2m /secとなるであろう。これは、滴速度がたったの1.2:1(20%)増加す るのに対して、滴容積の増加は1.8:1(80%+)よりも大きいことを意味 する。 こうしてこれまで、インクジェットプリンタヘッドによって排出される滴の容 積が、滴の排出速度を著しく変動することなしに激しく変化されることができる 種々の技術が記載、説明され開示された。容積と速度との関係におけるこの変化 を得るインク排出パルスシークエンスの発見により、給紙面上に、スポットサイ ズの調節が可能なインク滴を正確に配することができるデマンド式インクジェッ トプリンタヘッドが今や可能となった。 上述の詳細な記載は、あくまでも説明および例示のためにのみなされたものと して明確に理解されるべきであり、本発明の真意と範囲とは付属の請求の範囲に よってのみ制限されている。
【手続補正書】特許法第184条の8 【提出日】1995年3月20日 【補正内容】 請求の範囲 1.隣接のインク収容チャンネルから側部アクチュエータ(32)によって相互 に分離された複数のインク収容チャンネル(32)を持つインクジエットプリン タヘッド(10)の選択されたインク収容チャンネルから容積の調節が可能なイ ンク滴を排出する方法であって、 選択されたインク収容チャンネルから排出されるべきインク滴の容積を選択す る段階と、 第一、第二時隔を、上記選択された容積に基づいて選択する段階と、 上記選択されたインク収容チャンネルに一次圧力パルスを与えることにより、 この選択されたインク収容チャンネル内に後方に伝わる圧力波を発生させる段階 と、 上記一次圧力パルスを第一時隔の間維持することにより、上記選択されたイン ク収容チャンネルの一部を規定する後壁から離れた後の上記後方に伝わる圧力波 を前方に伝わる圧力波として反射させる段階と、 上記選択されたインク収容チャンネルにエコー圧力パルスを与えることにより 上記前方に伝わる圧力波を第二の前方に伝わる圧力波で強化する段階と、 上記エコー圧力パルスを上記第二時隔の間維持することによって上記前方に伝 わる強化圧力波を上記選択されたインク収容チャンネルの前端に向けて伝える段 階とから成る方法。 2.上記伝播する圧力波は、上記側部アクチュエータ(34)を横 切って電圧(53)を負荷することにより与えられ、上記後方に伝わる圧力波を 上記インク収容チャンネル内に発生させる段階は、上記側部アクチュエータを上 記休止位置から第一位置にそらすために上記側部アクチュエータ(34)を横切 って負荷される電圧を休止電圧(54)から上昇させる段階を含み、 上記前方に伝わる圧力波は第一の前方に伝わる圧力波でありかつ上記一次圧力 パルスは、上記側部アクチュエータに負荷される上記第一電圧を第一時隔の間維 持することによって維持され、 上記側部アクチュエータを上記第一位置から上記休止位置を通って第二位置に そらすために、上記側部アクチュエータを横切って負荷される電圧を上記第一電 圧から、上記休止電圧よりも低い第二電圧(62)に下降させることによって上 記エコー圧力パルスは与えられ、 上記側部アクチュエータに上記第二時隔の間負荷される上記第二電圧を維持す ることによって上記エコー圧力パルスは上記第二時隔の間維持され、 上記方法は上記側部アクチュエータを横切って負荷される電圧を上記第二電圧 から上記休止電圧に戻すことによって上記前方に伝わる強化圧力波を終わらせる と共に、上記選択された容積を持つインク滴を上記インク収容チャンネルの前端 から排出する段階をさらに有する請求項1記載の方法。 3.上記圧縮圧力パルスを除くことによって上記前方に伝わる強化圧力波を終わ らせかつ上記選択された容積を持つインク滴を上記選択されたインク収容チャン ネル(32)の前端から排出させる段階をさらに具備すると共に、 上記選択されたインク収容チャンネルは第一インク収容チャンネ ルであり、 上記一次圧縮パルスは膨張圧パルスであると共に、上記第一インク収容チャン ネルを膨張させ、上記第一、第二側部アクチュエータでその一部がそれぞれ規定 された第二、第三インク収容チャンネルを圧縮させるように、上記第一インク収 容チャンネルの一部を規定する第一、第二側部アクチュエータ(34)をそらす ことによって上記後方に伝わる圧力波は発生させられ、 上記エコー圧力パルスは圧縮圧力パルスであると共に、上記第一インク収容チ ャンネルを圧縮させ、上記第二、第三インク収容チャンネルを膨張させるように 上記第一、第二側部アクチュエータをそらすことによってこの圧縮圧力パルスは 与えられる請求項1記載の方法。 4.上記前方に伝わる強化圧力波を終わらせる段階は上記インク滴の形成を終わ らせる活性引き上げ圧力パルスを上記第一インク収容チャンネル(32)に負荷 する段階をさらに備える請求項3記載の方法。 5.容積の調節が可能なインク滴は調節可能な滴速度で排出され、 上記容積を選択する段階は1.8:1の調節可能な範囲から容積を選択し、 上記方法は上記選択されたインク収容チャンネル(32)から排出されるべき 上記インク滴の速度を1.2:1の調節可能な範囲から選択する段階をさらに有 し、 第一、第二時隔を選択する上記段階において上記時隔は上記選択されたインク 収容チャンネルにより排出されるべきインク滴の選択された速度に基づいて選択 され、 上記後方に伝わる圧力波は第一の後方に伝わる圧力波であると共 に、上記選択されたインク収容チャンネルを膨張させ、上記第一、第二側部アク チュエータでその一部をそれぞれ規定された第一、第二インク収容チャンネルを 圧縮させるように、上記選択されたインク収容チャンネルの一部を規定する第一 、第二側部アクチュエータ(34)を第一、第二休止位置から第一、第二のそら された位置にそらすことによって上記選択されたインク収容チャンネル内の発生 位置において発生させられ、 上記後方に伝わる圧力波を前方に伝わる圧力波として反射させる上記段階にお いて上記一次圧力パルスは上記第一、第二側部アクチュエータをそれぞれ上記第 一、第二のそらされた位置にかつ上記第一の選択された時隔の第一部分の間維持 することによって維持され、 上記方法は上記第一、第二側部アクチュエータをそれぞれ上記第一、第二のそ らされた位置にかつ上記選択された時隔の第二部分の間維持することによって、 上記前方に伝わる波を上記発生位置に伝える段階をさらに有し、 上記前方に伝わる圧力波を強化する段階において上記エコー圧力パルスは上記 選択されたインク収容チャンネルを圧縮させ、上記第二、第三インク収容チャン ネルを膨張させるように、上記第一、第二側部アクチュエータを上記第一、第二 のそらされた位置から第三、第四のそらされた位置にそれぞれそらすことによっ て与えられ、 上記前方に伝わる強化圧力波を伝える段階において上記エコー圧力パルスは上 記第一、第二側部アクチュエータを上記第三、第四のそらされた位置に上記第二 時隔の間それぞれ維持することによって維持され、 上記方法は上記第一、第二側部アクチュエータを上記第一、第二休止位置に戻 すことによって上記選択された容積と速度とを持つイ ンク滴を上記選択されたインク収容チャンネルから排出する段階をさらに有する 請求項1記載の方法。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FR,GB,GR,IE,IT,LU,M C,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF,CG ,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE,SN, TD,TG),AT,AU,BR,CA,CH,CN, CZ,DE,DK,ES,FI,GB,HU,JP,K R,NL,NO,NZ,PL,PT,RU,SE 【要約の続き】 電圧に戻される。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.少なくともその一部が側部圧電アクチュエータにより規定されるインク収容 チャンネルから、選択された容積のインク滴を排出させるためにインクジエット プリンタヘッドの上記側部アクチュエータを有効に駆動させる方法であって、 上記側部アクチュエータを休止位置から第一位置にそらすために、この側部ア クチュエータを横切って負荷される電圧を休止電圧から第一電圧に上昇させる段 階と、 上記側部アクチュエータに負荷される第一電圧を第一時隔の間維持する段階と 、 上記側部アクチュエータを上記第一位置から上記休止位置を通り第二位置にそ らすために、上記側部アクチュエータを横切って負荷される電圧を上記休止電圧 よりも低い第二電圧に上記第一電圧から下降させる段階と、 上記側部アクチュエータに負荷される第二電圧を第二時隔の間維持する段階と 、 上記選択された滴容積のインク滴を排出するために、上記側部アクチュエータ を横切って負荷される電圧を上記第二電圧から上記休止電圧に戻す段階とから成 り、 上記第一、第二時隔はインク収容チャンネルから排出されるインク滴の容積を 選択するために互いに相関して選択される方法。 2.上記インク収容チャンネルから排出されるインク滴の容積を選択するために 上記第二時隔は一定に保持され、上記第一時隔はこの第二時隔と相関して変更さ れる請求項1記載の方法。 3.上記インク収容チャンネルから排出されるインク滴の容積を選択するために 上記第一時隔は一定に保持され、上記第二時隔はこの第一時隔に対応して変更さ れる請求項1記載の方法。 4.上記滴容積を35〜65plの範囲に選択するために上記第一時隔は20μ secであり、上記第二時隔は8〜20μsecの範囲で変更が可能である請求項3記 載の方法。 5.上記第一電圧、第二電圧間の電圧差は上記休止電圧、第一電圧間の電圧差の 2倍である請求項4記載の方法。 6.上記第一電圧は上記休止電圧の上方で約24ボルトであり、上記第二電圧は 上記休止電圧の下方で約24ボルトである請求項5記載の方法。 7.上記休止電圧は0ボルトである請求項6記載の方法。 8.種々の容積の滴を生じさせるために上記第二時隔は上記第一時隔と相関して その比が約0.4から約1.0の間で変更される請求項3記載の方法。 9.側部アクチュエータによって相互にその隣りから分離された複数のインク収 容チャンネルを持つインクジエットプリンタヘッドの選択されたインク収容チャ ンネルから容積の調整が可能なインク滴を排出させる方法であって、 第一インク収容チャンネルを膨張させ、その一部が第一、第二側部アクチュエ ータによってそれぞれ規定された第二、第三インク収容チャンネルを収縮させる ように、上記第一インク収容チャンネルの一部を規定する第一、第二側部アクチ ュエータをそらせることにより上記第一インク収容チャンネルに膨張圧パルスを 与える段階と、 この膨張圧パルスを第一時隔の間維持する段階と、 上記第一インク収容チャンネルを収縮させ、上記第二、第三イン ク収容チャンネルを膨張させるように、上記第一、第二側部アクチュエータをそ らせることによって上記第一インク収容チャンネルに圧縮圧パルスを与える段階 と、 この圧縮圧パルスを第二時隔の間維持する段階と、 上記選択された容積のインク滴を上記第一インク収容チャンネルから排出させ るために上記圧縮圧パルスを除く段階とから成り、 上記第一、第二時隔はインク滴の容積を選択するために互いに相関して選択さ れる方法。 10.上記第一インク収容チャンネルから排出されるインク滴の容積を選択する ために上記第二時隔は一定に保持され、上記第一時隔はこの第二時隔と相関して 変更される請求項9記載の方法。 11.上記第一インク収容チャンネルから排出されるインク滴の容積を選択する ために上記第一時隔は一定に保持され、上記第二時隔はこの第一時隔と相関して 変更される請求項9記載の方法。 12.上記第一インク収容チャンネルは後壁と前端とをさらに有し、上記第一イ ンク収容チャンネルに膨張圧パルスを与える段階は上記第一インク収容チャンネ ル内のその発生位置から前方および後方に伝わる圧力波を発生する段階をさらに 有し、上記後方へ伝わる圧力波は上記第一インク収容チャンネルの後壁から離れ て上記前端に向け反射される請求項9記載の方法。 13.上記膨張圧パルスは上記圧力反射波が正の圧力パルスとして上記発生位置 に戻るまで維持される請求項12記載の方法。 14.上記第一インク収容チャンネルに圧縮圧力パルスを与える段階はこの第一 インク収容チャンネル内の上記発生位置から前方および後方に伝わる圧力波を発 生する段階をさらに有し、上記前方へ伝わる圧力波は上記前方に伝わる圧力反射 波を強化する請求項13記 載の方法。 15.上記圧縮圧パルスを除く段階は上記第一インク収容チャンネルに活性引き 上げ圧力パルスを与える段階をさらに有し、この活性引き上げ圧力パルスは上記 インク滴の形成を終わらせる請求項14記載の方法。 16.上記第一インク収容チャンネルから排出されるインク滴の容積を選択する ために上記第一時隔は一定に保持され、上記第二時隔はこの第一時隔と相関して 変更される請求項15記載の方法。 17.種々の大きさをもつ容積の滴を得るために上記第二時隔は上記第一時隔と 相関してその比が約0.4〜約1.0の間で変更される請求項16記載の方法。 18.容積の大きさが1.8:1の比で可変に作られた滴を得るために上記第二 時隔は上記第一時隔と相関して変更される請求項17記載の方法。 19.側部アクチュエータによって相互にその隣りから分離された複数のインク 収容チャンネルを持つインクジエットプリンタヘッドの選択されたインク収容チ ャンネルから容積の調節が可能なインク滴を調節可能な滴速度で排出させる方法 であって、 上記第一インク収容チャンネルを膨張させ、その一部が上記第一、第二側部ア クチュエータによってそれぞれ規定された第二、第三インク収容チャンネルを収 縮させるように、上記第一インク収容チャンネルの一部を規定する第一、第二側 部アクチュエータをそらせることにより第一インク収容チャンネルに膨張圧パル スを与える段階と、 この膨張圧パルスを第一時隔の間維持する段階と、 上記第一インク収容チャンネルを収縮させ、上記第二、第三イン ク収容チャンネルを膨張させるように上記第一、第二側部アクチュエータをそら せることにより上記第一インク収容チャンネルに圧縮圧パルスを与える段階と、 この圧縮圧パルスを第二時隔の間維持する段階と、 上記選択された容積のインク滴を上記第一インク収容チャンネルから排出させ るために上記圧縮圧パルスを除く段階とから成り、 上記第一、第二時隔は調節可能な1.2:1の滴速度を備えた1.8:1の調 節可能な滴容積を選択するために互いに相関して選択される方法。 20.上記第一インク収容チャンネルから排出されるインク滴の容積を選択する ために上記第二時隔は一定に保持され、上記第一時隔はこの第二時隔と相関して 変更される請求項19記載の方法。 21.上記第一インク収容チャンネルから排出されるインク滴の容積を選択する ために上記第一時隔は一定に保持され、上記第二時隔はこの第一時隔と相関して 変更される請求項20記載の方法。 22.側部アクチュエータによって相互にその隣りから分離された複数のインク 収容チャンネルを持つインクジエットプリンタヘッドの選択されたインク収容チ ャンネルから容積の調節が可能なインク滴を排出させる方法であって、 上記第一インク収容チャンネルを膨張させ、その一部が上記第一、第二側部ア クチュエータによってそれぞれ規定された第二、第三インク収容チャンネルを収 縮させるように、上記第一インク収容チャンネルの一部を規定する第一、第二側 部アクチュエータをそらせることにより第一インク収容チャンネルに一次圧パル スを与える段階と、 上記第一インク収容チャンネルよってインク滴を排出させるため にこの第一インク収容チャンネルを収縮させ、上記第二、第三インク収容チャン ネルを膨張させるように、上記第一、第二側部アクチュエータをそらせることに より上記第一インク収容チャンネルにエコー圧パルスを与える段階とから成り、 上記一次圧およびエコー圧は、上記第一インク収容チャンネルにて排出される インク滴の容積を選択するために互いに相関して選択される方法。 23.上記一次パルスは上昇部分、休止部分および下降部分を、上記エコーパル スは下降部分、休止部分および上昇部分をそれぞれ有し、 上記滴容積を選択するために上記一次およびエコーパルスの休止部分を互いに 相関して変更する段階をさらに有する請求項22記載の方法。 24.上記第一インク収容チャンネルから排出されるインク滴の容積を選択する ために上記エコーパルスの休止部分は一定に保持され、上記一次パルスの休止部 分はこのエコーパルスの休止部分と相関して変更される請求項22記載の方法。 25.上記第一インク収容チャンネルから排出されるインク滴の容積を選択する ために上記一次パルスの休止部分は一定に保持され、上記エコーパルスの休止部 分はこの一次パルスの休止部分と相関して変更される請求項24記載の方法。 26.その内部を貫いて延びる少なくとも1つのインク収容チャンネルを持つ主 本体部分と、 種々の容積のインク滴を上記少なくとも1つのインク収容チャンネルからほぼ 一定速度で選択的に排出させる手段とから成るデマンド式インクジエットプリン タヘッド。 27.上記インク滴を選択的に排出させる手段は約1.8:1間の可変容積を有 しかつ約1.2:1間の可変速度を持つインク滴排出手段をさらに備える請求項 26記載のインクジエットプリンタヘッド。 28.上記インク収容チャンネル内に第一音圧波を生じさせる一次パルスを上記 インク収容チャンネルに与える手段と、 上記インク収容チャンネル内に上記第一音圧波を強化する第二音圧波を生じさ せるエコーパルスを上記インク収容チャンネルに与える手段と、 選択された容積を有するインク滴を排出させるために上記強化された音圧波を 早期に終わらせる手段とからさらに成る請求項26記載のデマンド式インクジエ ットプリンタヘッド。 29.上記音圧波を早期に終わらせる手段は約1.8:1間の可変容積を有しか つ約1.2:1間の可変速度を持つインク滴排出手段をさらに備える請求項28 記載のデマンド式インクジエットプリンタヘッド。
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