(57)【要約】概して、ある態様において、本発明は、基体の表面プロファイルを測定し、その表面プロファイルに基づいて、液滴吐出装置への発射指示を生成し、その指示にしたがって液滴吐出装置により基体上に液滴を付着させる各工程を有してなる方法を特徴とする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体の表面プロファイルを測定し、
前記表面プロファイルに基づいて、液滴吐出装置への発射指示を生成し、
前記指示にしたがって前記液滴吐出装置により前記基体上に液滴を付着させる、
各工程を有してなる方法。
【請求項２】
前記表面プロファイルを光学的に測定することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記表面プロファイルを光学的に測定する工程が、前記基体と変位計測器のアレイとを相対移動させながら、複数の位置で該基体と該計測器との間の距離をモニタする各工程を含むことを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記発射指示が、前記表面プロファイルにおける変動を考慮するように前記液滴の飛行時間の変動を補正することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記表面プロファイルを測定する工程が、前記基体とプロファイル作成装置とを相対移動させる工程を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記液滴を付着させる工程が、前記基体と前記液滴吐出装置とを相対移動させる工程を含むことを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記相対移動の速度が約１ｍ／ｓ以上であることを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項８】
一連の基体を提供し、各基体のプロファイルを連続的に測定し、各基体上に液滴を付着させる各工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記基体に付着した液滴の解像度が約１００ｄｐｉ以上であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記基体が、その表面の２点間で約０．１ｍｍ以上の隔離変動を有することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１１】
前記基体が食品であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１２】
前記食品が焼いた品であることを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記液滴吐出装置がドロップオンデマンド方式の圧電式プリントヘッドであることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１４】
基体に液滴を付着させるための装置であって、
液滴吐出装置、
表面プロファイラ、および
前記表面プロファイラと前記液滴吐出装置と連絡した電子プロセッサ、
を備え、前記表面プロファイラが前記基体の表面プロファイルを測定し、前記電子プロセッサが前記表面プロファイルに基づいて前記液滴吐出装置への発射指示を生成するものであることを特徴とする装置。
【請求項１５】
前記表面プロファイラおよび前記液滴吐出装置に対して前記基体を走査するように構成された基体コンベヤをさらに備えていることを特徴とする請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
前記電子プロセッサが、前記基体と前記液滴吐出装置との相対移動に基づいて発射指示を生成し、したがって、前記発射指示または前記基体の移動が、前記表面プロファイルの変動に応じて変えられることを特徴とする請求項１４記載の装置。
【請求項１７】
前記液滴吐出装置がインクジェットプリントヘッドであることを特徴とする請求項１４記載の装置。
【請求項１８】
前記インクジェットプリントヘッドの解像度が少なくとも約１００ｄｐｉであることを特徴とする請求項１７記載の装置。
【請求項１９】
前記表面プロファイラが光学的表面プロファイラであることを特徴とする請求項１４記載の装置。
【請求項２０】
前記光学的表面プロファイラが計測器のアレイを含み、該計測器のアレイが、該計測器から前記基体までの距離を測定するものであることを特徴とする請求項１９記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被印刷物のモルホロジーに対して補正される印刷に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット印刷において、インクは、狭いオリフィスから基体の方向に吐出される。ドロップオンデマンド方式印刷として知られている１つのタイプのインクジェット印刷において、インクは、一連の液滴として吐出される。これらの液滴は、多数のオリフィスを持つ圧電式インクジェットヘッド（ノズルとも称される）を用いて、生成され、制御される。各オリフィスは、画像の所望の位置、すなわちピクセルでインクを選択的に吐出するように別々に制御可能である。例えば、インクジェットヘッドは、１インチ当たり少なくとも１００ピクセル（ドット）（ｄｐｉ）、ときにはそれよりずっと高い印刷解像度の間隔があけられた２５６のオリフィスを有する。この緻密なオリフィスのアレイによって、複雑で高精度の画像を作成できる。高性能のプリントヘッドにおいて、ノズル開口部は一般に、５０マイクロメートル以下（例えば、２５マイクロメートル辺り）の直径を有し、２０〜３００ノズル／インチ（２．５４ｃｍ）のピッチで隔てられており、１００から３０００ｄｐｉ以上の解像度を有し、約２から５０ナノグラム（ｐｌ）以下の液滴サイズを有する。液滴吐出周波数は一般に１０ｋＨｚ以上である。ドロップオンデマンド方式の圧電式プリントヘッドが、ここに内容の全てを引用する特許文献１に記載されている。
【特許文献１】米国特許第４８２５２２７号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
概して、第１の態様において、本発明は、基体の表面プロファイルを測定し、その表面プロファイルに基づいて、液滴吐出装置への発射指示を生成し、その指示にしたがって液滴吐出装置により基体上に液滴を付着させる各工程を有してなる方法を特徴とする。
【０００４】
この方法の実施の形態は、以下の特徴および／または他の態様の特徴を１つ以上含んで差し支えない。表面プロファイルは、光学的に測定することができる。表面プロファイルの光学的測定は、基体と変位計測器(displacement meter)のアレイとを相対移動させながら、複数の位置で、基体と計測器との間の距離をモニタする工程を含んで差し支えない。発射指示は、表面プロファイルにおける変動を考慮することができる。例えば、発射指示は、表面プロファイルにおける変動を考慮するために、液滴の飛行時間変動を補正することができる。ある実施の形態において、発射指示は、基体と液滴吐出装置との間のミスアライメントを考慮する。表面プロファイルの測定は、基体とプロファイリング装置とを相対移動させる工程を含んで差し支えない。液滴の付着は、基体と液滴吐出装置とを相対移動させる工程を含んで差し支えない。相対移動の速度は、約１ｍ／ｓ以上であり得る。この方法はさらに、一連の基体を提供し、各基体のプロファイルを連続的に測定し、各基体に液滴を付着させる各工程を含んで差し支えない。基体に付着した液滴の解像度は、約１００ｄｐｉ以上（例えば、２００ｓｐｉ、３００ｓｐｉ、６００ｓｐｉ以上）であり得る。基体は、その表面上の２点間で約０．１ｍｍ以上（例えば、約０．２ｍｍ、０．３ｍｍ、０．５ｍｍ、１ｍｍ以上）の隔離変動を有する。基体は、焼いた品などの食品であり得る。液滴吐出装置は、ドロップオンデマンド方式の圧電式プリントヘッドであり得る。
【０００５】
概して、別の態様において、本発明は、基体の液滴を付着させるための装置であって、液滴吐出装置、表面プロファイラ、および表面プロファイラと液滴吐出装置と連絡した電子プロセッサを備え、表面プロファイラが基体の表面プロファイルを測定し、電子プロセッサが表面プロファイルに基づいて液滴吐出装置への発射指示を生成するものである装置を特徴とする。
【０００６】
この装置の実施の形態は、以下の特徴および／または他の態様の特徴を１つ以上含んで差し支えない。この装置は、表面プロファイラおよび液滴吐出装置に対して基体を走査するように構成された基体コンベヤをさらに備えても差し支えない。電子プロセッサは、基体と液滴吐出装置との相対移動に基づいて発射指示を生成することができ、したがって、発射指示または基体の移動が、表面プロファイルの変動に応じて変えられる。液滴吐出装置は、インクジェットプリントヘッド（例えば、ドロップオンデマンド方式の圧電式プリントヘッド）であって差し支えない。インクジェットプリントヘッドは、少なくとも約１００ｄｐｉの解像度を有することができる。表面プロファイラは、光学式表面プロファイラであって差し支えない。例えば、表面プロファイラは、レーザ変位計測器のアレイ（例えば、計測器から基体までの距離を測定するように構成された計測器のアレイ）または走査レーザプロファイル計測器を含んで差し支えない。
【０００７】
本発明の実施の形態は、以下の特徴および／または他の態様の特徴を１つ以上含んで差し支えない。非平坦な基体表面上に液滴を付着させるときの液滴配置誤差を減少させることができる。基体が非平坦な高処理能力用途において液滴配置誤差を減少させることができる。プリントヘッドに対する基体のミスアライメントによる誤差を減少させることができる。市販の構成要素を使用して実施できる。
【０００８】
本発明の１つ以上の実施の形態の詳細が、添付の図面および以下の説明に述べられている。本発明の他の特徴、目的、および利点は、その説明と図面、および特許請求の範囲から明らかであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
様々な図面における同じ参照記号は、同じ要素を示す。
【００１０】
ある態様において、本発明は、非平坦な表面（例えば、不規則な表面および／または滑らかに湾曲した表面）上への液滴の付着（例えば、インクジェット印刷）に関する。
【００１１】
図１を参照すると、インクジェットプリントヘッドなどの液滴吐出装置１１０が、液滴１１１を、食品（例えば、クッキーなどの焼いた品）、または食品包装などの不規則な基体１０１上に付着させている。動作中、装置１１０が基体１０１に向かって液滴を吐出しながら、基体は装置と相対的に（矢印１３０により示される方向に）動く。典型的な実施の形態において、複数の基体が印刷ステーションに連続して向けられ、各基体は、無作為に変化する異なるモルホロジーを有していてよい。基体と装置との間の実際の隔離距離は、公称の基体位置（線１２０により示される）と液滴吐出装置１１０との間の公称の隔離距離Ｄに対して変動する。
【００１２】
基体が十分に平らであり、隔離距離がＤから実質的に離れない場合、液滴の飛行時間ＴＯＦは、
【数１】
2007526157.tif 000003
【００１３】
により与えられ、ここで、νdは液滴速度である。液滴が定間隔τで吐出される場合、基体上で隣接する液滴の間の距離χは、
【数２】
2007526157.tif 000004
【００１４】
により与えられ、ここで、νsは、基体と液滴吐出装置との間の相対速度である。
【００１５】
基体が非平坦な場合、実際の飛行時間ｔ実際は、
【数３】
2007526157.tif 000005
【００１６】
により与えられ、ここで、Δｄは、基体と公称の基体位置１２０との間の差である。補正されない場合、基体の不規則から生じる飛行時間の変動により、
【数４】
2007526157.tif 000006
【００１７】
により与えられる量Δχだけ液滴配置に誤差が生じ、ここで、Δｔ＝ｔ実際−ＴＯＦである。しかしながら、この実施の形態において、液滴吐出間のタイミングは、基体の不規則から生じる飛行時間の変動を調整するように量−Δｔだけ調節され、飛行時間の変動に関連する液滴配置の誤差を減少させる（例えば、なくす）。
【００１８】
液滴吐出間のタイミングは、表面プロファイルまたは基体のモルホロジーに基づいて調節される。ある実施の形態において、基体の表面プロファイルは、光学的に得られる。図２Ａおよび２Ｂを参照すると、液滴付着システム２００がレーザ変位計測器のアレイ２１０を備えている。この実施の形態において、アレイ２１０は、基体２０１の異なる部分までの距離を測定する、８個のレーザ変位計測器２１１〜２１８を含む。コンベヤ２４０は、アレイ２１０の下で基体２０１を走査する。このアレイは、基体と液滴吐出装置２２０との相対移動の方向に対して垂直に（以後、「横向き(cross-web)」方向と称する）基体２０１に亘る。図２Ａにおいて、液滴吐出装置２２０が、アレイ２１０の下で先に走査された別の基体２１１上に液滴２１５を付着させているのが示されている。液滴吐出装置２２０は、横向き方向に延在する複数のノズル（図示せず）を含む。ある実施の形態において、ノズル密度、および対応して付着される液滴解像度は、比較的高くあり得る。例えば、ある用途（例えば、インクジェット印刷）において、解像度は、３００ｄｐｉ以上などの、１インチ辺り約１００ドット（ｄｐｉ）以上であり得る。基体と液滴吐出装置２２０との相対移動の方向（以後、「進行(process)」方向と称する）に付着した液滴解像度は、システムの吐出周波数に依存する。進行方向解像度も比較的高く（例えば、約１００ｄｐｉ、３００ｄｐｉ、６００ｄｐｉ以上）あり得る。多くの用途において、進行方向解像度は、横向き方向解像度と同じである。
【００１９】
基体２０１がアレイ２１０の下を移動するにつれ、各変位計測器が、計測器と基体との間の変位を測定する。これらの測定を行うために、各変位計測器は、レーザビームを基体２０１の表面に向ける。各ビームは、表面の異なる部分から反射し、各反射ビームは、それぞれの変位計測器における受光要素（例えば、電荷結合素子または位置敏感検出器）により検出される。受光要素上の反射光の位置に基づいて、各変位計測器は、出ていく反射レーザビームから基体表面の位置を三角測量し、計測器に対する基体表面の変位の値を提供する。変位計測器は、基体２０１がその下を移動するにつれ、多数の変位測定を行う。測定された変位は、液滴吐出装置２２０と基体との間の変動する隔離距離に対応する。それゆえ、アレイ２１０の下で基体２０１を走査することにより、基体全体の表面プロファイルが提供される。
【００２０】
図３を参照すると、表面プロファイルは電子プロセッサ２３０（例えば、コンピュータ）により受信され、このプロセッサが表面プロファイルに基づいて液滴吐出装置２２０への発射指示を生成する。発射指示は、液滴吐出装置２２０のノズルに、各液滴吐出サイクルを作動させるように伝える。液滴吐出サイクルは、エンコーダ（図示せず）からの信号により制御され、このエンコーダは、基体と液滴吐出装置の相対位置をモニタし、進行方向解像度に対応する所定の変位後に液滴吐出を始動させる。プロセッサ２３０は、クライアントから受信したジョブデータに基づいて、発射指示を生成する。例えば、印刷用途においては、ジョブデータは画像に相当する。そのような用途において、クライアントは、典型的に、コンピュータであり、ジョブデータは、デスクトップ・パブリッシング・プログラムの出力である。ラスタ・イメージ・プロセッシング（ＲＩＰ−ｉｎｇ）において、プロセッサ２３０は、ジョブデータと表面プロファイルに基づいて、吐出装置２２０への発射指示を生成する。発射指示は、どのノズルに各吐出サイクルを始動させるかについての情報、また液滴の飛行時間の変動を補正するためにエンコーダ信号に対して各ノズルの始動の相対的なタイミングのずれ（すなわち、Δｔ）についての情報を含む。
【００２１】
ある実施の形態において、基体の処理能力が高い。例えば、νsは、約１ｍ／ｓ以上（例えば、約３ｍ／ｓ、５ｍ／ｓ、８ｍ／ｓ、１０ｍ／ｓ以上）であり得る。さらに、多くの用途において、νdは、約３ｍ／ｓから約８ｍ／ｓである。これらの速度では、液滴変位誤差は、隔離変動１ｍｍ当たり約０．１２５から３．３３ｍｍに及び得る。したがって、高解像度用途（例えば、３００ｄｐｉ以上などの約１００ｄｐｉより高い）において、補正されない場合、１ｍｍの数分の一の隔離変動（例えば、０．１ｍｍ）で、ピクセルピッチに匹敵する液滴配置誤差が生じ得る。この範囲の液滴速度について飛行時間の変動を補正するために、Δｔは、隔離変動の１ｍｍ当たり、約１．２５×１０-2から３．３３×１０-2秒である。実施の形態において、基体は、横向き方向で、約３インチ（約７．５ｃｍ）以上の幅（例えば、５から１０インチ（約１２．５から２５ｃｍ）以上の幅）である。
【００２２】
適切な変位計測器は、キーエンス社(Keyence Corp.)（ニュージャージー州、ウッドクリフレイク）からのＬＣシリーズ超高精度変位計測器(Ultra-high Accuracy Displacement Meters)である。この変位計測器では、赤色ダイオードレーザ（６７０ｎｍ）を使用する。このレーザは、約２０マイクロメートル以下のスポットサイズに集束させることができる。この計測器は、５０ｋＨｚのサンプリング周波数で動作する。アレイ２１０は、上述した実施の形態において８個の変位計測器を有しているが、一般に、いくつの変位計測器を用いても差し支えない。変位計測器の数は、アレイ２１０が基体に亘り、基体の表面変動を十分に補正するのに横方向の表面プロファイルに関して十分な解像度を提供するように選択できる。ある実施の形態において、変位計測器の数は、液滴吐出装置２２０におけるノズルの数と同じであって差し支えない。しかしながら、より一般的には、飛行時間の変動は、横方向の液滴解像度よりも低い解像度の表面プロファイルを用いて適切に補正できる。例えば、表面プロファイル解像度は、液滴解像度の約１０％以下（例えば、５％、２％、１％、０．５％、０．１％以下）であって差し支えない。各ノズルについて補正を行うために、プロセッサ２３０は、表面プロファイルデータを補間して、液滴吐出装置と同じ解像度を持つ調節された表面プロファイルを提供することができる。例えば、プロセッサは、隣接する変位計測器からの表面プロファイルデータを線形に補間しても、または他の関数（例えば、高次の幾何学関数）を用いてこのデータを補間しても差し支えない。
【００２３】
アレイ２１０の最大横方向解像度は変位計測器の数に対応するが、アレイ２１０は、より低い解像度で動作させても差し支えない。例えば、表面プロファイルの変動の平均長さ規模が、横方向の解像度よりも著しく大きい（例えば、２倍大きい）場合、それから発射指示に対する適切な補正を行える表面プロファイルを提供するために、基体上のより少ない位置しかモニタする必要がない。
【００２４】
アレイ２１０は、進行方向に対してずれて配置された変位計測器の列を含んでも差し支えない。例えば、解像度が変位計測器の物理的幅により制限される場合、２列以上の計測器をずらして（それぞれ、横方向に関して互いからずれている）、全体的に増加したアレイ解像度を提供できる。
【００２５】
表面プロファイルの進行方向解像度は、変位計測器のサンプリングレートおよび基体の速度に関連する。この解像度は、横方向の解像度と同じであっても異なっていても差し支えなく、進行方向の液滴解像度と同じであっても異なっていても差し支えない。
【００２６】
適切な液滴吐出装置は、スペクトラ社(Spectra, Inc.)（ニューハンプシャー州、ハノーバー）から市販されているＧａｌａｘｙまたはＮｏｖａシリーズのプリントヘッドなどのインクジェットプリントヘッドである。プリントヘッドの追加の例が、ここにその内容全てを両方とも引用する、２００３年７月３日に出願された、「プリントヘッド」と題する米国特許出願公開第２００４−０００４６４９号、および２００３年１０月１０日に出願された、「薄膜を備えたプリントヘッド」と題する米国仮特許出願第６０／５１０４５９号の各明細書に記載されている。ある実施の形態において、液滴吐出装置２２０は、プリントヘッドのアレイを含む。
【００２７】
上述した実施の形態では、表面プロファイルを作成するためにレーザ変位計測器を用いているが、他のプロファイル作成装置を使用しても差し支えない。例えば、走査レーザ検査システムを用いて、基体表面が液滴吐出装置の下を通過する前に、横方向にその表面を走査しても差し支えない。市販のレーザ検査システムの例としては、ＳｈａｐｅＧｒａｂｂｅｒ（登録商標）ＡＩシリーズの自動化検査システム（カナダ国、オタワ所在の「ＳｈａｐｅＧｒａｂｂｅｒ」社）が挙げられる。走査検査システムの別の例は、コニカ・ミノルタ社（ニュージャージー州、ラムジー所在のミノルタＵＳＡ）から入手できるＶＩＶＩＤシリーズのスキャナである。検査システムの走査周波数は、所望の表面プロファイル解像度を提供するのに、基体速度に対して十分に速いべきである。あるいは、プロファイル測定をオンラインで行い、プロファイル測定に適応するためにプロセシングを設定しても差し支えない。実施の形態において、例示の基体のプロファイルまたは基体の一部からの平均プロファイルを決定し、発射指示を生成するために使用しても差し支えない。
【００２８】
さらに、上述した実施の形態では、吐出パルスタイミングを調節することによって液滴配置誤差を減少させているが、他の補正モードを用いても差し支えない。例えば、表面変動に適応するように液滴速度を調節するために、表面プロファイル情報を用いても差し支えない。ほとんどの圧電式インクジェットプリントヘッドにおいて、例えば、液滴速度は、圧電式アクチュエータに印加される吐出パルスの電圧に応じて変わる（例えば、電圧が高いほど、速度が速くなる）。したがって、隔離距離が基体プロファイルのために増加する場合、吐出パルス電圧をより大きくすることにより、液滴の飛行時間を実質的に一定にするのに十分な量だけ液滴速度を増加させることができる。
【００２９】
あるいは、もしくはそれに加えて、横方向の基体の変動が進行方向の変動と比較して無視できるほどの場合、不規則な基体表面に適応するために、隔離距離を変動させても差し支えない。例えば、液滴吐出装置および／または基体を搬送するコンベヤは、動作中にそれらの相対位置を変動させるアクチュエータ上に取り付けることもできる。このようにして、基体の表面プロファイルの変動にもかかわらず、飛行時間が一定に維持される。
【００３０】
ある実施の形態において、基体は、固体食品および発泡体などの食用品目を含んで差し支えない。食用基体への印刷の例が、ここにその内容の全てを引用により含む、２００４年１月２０日に出願された、「食用基体への印刷」と題する米国特許出願第１０／７６１００８号明細書に記載されている。不規則な基体の他の例としては、食品包装（例えば、ボトル、缶、および不規則な食品の箱）、家庭用家電製品、おもちゃ（例えば、人形）、およびアパレルなどの包装製品が挙げられる。
【００３１】
液滴付着は、非インク印刷用途を含む。例えば、上述した実施の形態は、マイクロ電子機器における流体の精密な供給（例えば、はんだ）およびフラットパネルディスプレイの製造（例えば、有機発光ダイオード材料やカラーフィルタ材料）などの様々な製造プロセスに適用できる。
【００３２】
表面の不規則性以外に他の表面不整合に関連する付着誤差を減少させるために、表面プロファイル情報を用いても差し支えない。例えば、液滴吐出装置に関する基体の無機の変動を補正するために、基体プロファイルを用いても差し支えない。この例は、矩形の基体上に矩形の画像を印刷することがある。上述した装置を用いて、基体のプリントヘッドに関するミスアライメントを表面プロファイルから検出する。したがって、プリントジョブデータは、ミスアライメントを補正するようにラスタ・イメージ処理され、画像は、基体に対して向きが補正されて印刷される。
【００３３】
本発明の実施の形態をいくつか説明してきた。しかしながら、本発明の精神および範囲から逸脱せずに様々な改変を行ってもよいことが理解されよう。したがって、本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】非平坦な基体に印刷するときの飛行時間の差の影響を示す概略図
【図２Ａ】非平坦な基体上に液滴を付着させるための液滴吐出装置の一部の概略図であって、進行方向に沿って装置を示す図
【図２Ｂ】非平坦な基体上に液滴を付着させるための液滴吐出装置の一部の概略図であって、横向き方向で装置の一部を示す図
【図３】非平坦な基体に液滴を付着させるプロセスを示す流れ図
【符号の説明】
【００３５】
１０１，２０１    基体
１１０，２２０    液滴吐出装置
１１１    液滴
１３０    矢印
２１０    変位計測器のアレイ
２３０    電子プロセッサ
【図１】
2007526157.tif 000007
【図２Ａ】
2007526157.tif 000008
【図２Ｂ】
2007526157.tif 000009
【図３】
2007526157.tif 000010
【国際調査報告】
2007526157.tif 000011
2007526157.tif 000012