(57)【要約】  複数の吐出ユニット（Ｅ）を有するインクジェットプリンタにおけるノズル故障検出方法であって、各々の吐出ユニットが、ノズル（１４）と関連付けられる液体チャンバであって、ノズル（１４）からインク液滴を排出するように、その液体チャンバ内で圧力波にエネルギーを印加するための電気機械変換器を有する液体チャンバとを備え、方法は、所与の最小検出頻度によって各吐出ユニットに対して実施されノズル故障検出のステップを備え、各々のノズル故障検出ステップは、−  液滴の吐出を生じさせず、吐出ユニットが動作不良状態にあるか否かに敏感である圧力変動を形成する波形によって変換器にエネルギーを印加するステップと、−  動作不良状態を検出するために圧力変動を測定するステップとを備え、本方法は、−  印刷される画像コンテンツ依存しないマスクパターン（２２）を画定するステップであって、前記マスクパターンは、暗い背景（２６）上のブランク画素（２４）の位置を、ブランク画素が画像（２０）の区域に亘って均一に分布させられるように画定し、１つのブランク画素が、ノズル（１４）の内の１つによって印刷される各々の画素列内に発生するステップと、−  画像が印刷されているとき、各ノズル（１４）がマスクパターン（２２）に属する画素位置内にあるタイミングにおいて、各吐出ユニットに対してノズル故障検出ステップを実施するステップと、を備える方法。
2021521036.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の吐出ユニット（Ｅ）を有するインクジェットプリンタにおけるノズル故障検出方法であって、各々の吐出ユニットが、ノズル（１４）と、ノズルと関連付けられる液体チャンバ（３４）であって、ノズル（１４）からインク液滴を排出するように、その液体チャンバ内で圧力波にエネルギーを印加するための電気機械変換器（４２）を有する液体チャンバ（３４）と、を備え、方法は、所与の最小検出頻度によって各々吐出ユニットに対して実施されるノズル故障検出ステップを備え、各々のノズル故障検出ステップは、
液滴の吐出を生じさせず、吐出ユニットが動作不良状態にあるか否かに敏感である圧力変動を形成する波形（６４）によって、変換器（４２）にエネルギーを印加するステップと、
動作不良状態を検出するために圧力変動を測定するステップと、
を備える方法において、
印刷される画像コンテンツに依存しないマスクパターン（２２）を画定するステップであって、前記マスクパターンは、暗い背景（２６）上のブランク画素（２４）の位置を、ブランク画素が画像（２０）の区域に亘って均一に分布させられるように画定し、１つのブランク画素が、ノズル（１４）の内の１つによって印刷される各々の画素列内に発生するステップと、
画像が印刷されているとき、各ノズル（１４）がマスクパターン（２２）に属する画素位置内にあるタイミングにおいて、各吐出ユニット（Ｅ）に対してノズル故障検出ステップを実施するステップと、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
マスクパターン（２２）が、印刷される画像の連続するタイルに繰り返し適用される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
検出波形（６４）が、吐出ユニットが動作状態にある場合にのみ、インクチャンバ（２４）内の残留圧力変動を抑制するように設計されるクエンチパルス（６８）が後に続く作動パルス（６６）を含み、動作不良状態が、クエンチパルス（６８）の後の残留圧力変動の振幅をしきい値（ｆ）と比較することにより検出される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
個々のノズル（１４）に対するノズル故障検出ステップが、プリンタのドロップオンデマンド期間より大きくない持続期間を有する時間区間（ｔ１−ｔ４）の中で実施される、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
動作不良状態が任意のノズル（１４）に対して検出されたとき、ノズル故障補償アルゴリズムが、そのノズルに対して動作され、ノズル故障が存続する限り動作が保たれる、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
特定の吐出ユニットの動作不良状態が検出されたとき、その検出ユニットがスイッチを切られる、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
動作不良状態が特定のノズルに対して検出されたとき、他のノズル故障検出プロセスが、動作不良の性質の特性をさらに明らかにするために、そのノズルに対して実施され、動作不良の性質が識別された場合、保守ステップが動作不良を除去するために実施される、請求項５または６に記載の方法。
【請求項８】
ノズル故障補償アルゴリズムが、ブランク画素（２４）の画素位置に対して実施される、請求項１から７のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多数の吐出ユニットを有するインクジェットプリンタにおけるノズル故障検出方法であって、それら吐出ユニットの各々は、ノズルと、ノズルと関連付けられる液体チャンバであって、ノズルからインク液滴を排出するように、その液体チャンバ内で圧力波にエネルギーを印加するための電気機械変換器を有する液体チャンバとを備え、本方法は、所与の最小検出頻度によって、各々の吐出ユニットに対して実施されることになるノズル故障検出のステップを備え、各々のノズル故障検出ステップは、
−  液滴の吐出を引き起こさないが、吐出ユニットが動作不良状態にあるか否かに対して敏感な圧力変動を形成する検出波形によって変換器にエネルギーを印加するステップと、
−  動作不良状態を検出するために圧力変動を測定するステップと、
を備える方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
既知のインクジェット印刷ヘッドは複数の吐出ユニットを備え、各々の吐出ユニットは、所定量の液体を保持するための液体チャンバを備える。一般に、液体は、溶剤系もしくは水性インク、昇温においてのホットメルトインク、またはＵＶ硬化性インクなどのインクであるが、液体は、任意の他の種類の液体であり得る。他の例は、正確に放出されることを必要とする液体を含む。
【０００３】
インクジェット印刷ヘッドの各々の吐出ユニットは、圧力波を液体チャンバ内で保持される液体内で生成するために、液体チャンバに動作可能に結合される電気機械変換器をさらに備える。既知の電気機械変換器は、２つの電極と、それらの電極の間に配置される圧電材料の層とを備える圧電アクチュエータである。電場が、電極に亘る電圧印加により付与されるとき、圧電材料は機械的に変形し、圧電アクチュエータの変形は、圧力波を液体内で生成する。静電アクチュエータなどの他の種類の電気機械変換器もまた、インクジェット印刷ヘッドにおいての使用に対して既知である。
【０００４】
各々の吐出ユニットは、液体チャンバと流体連通しているノズルをさらに備える。適切な圧力波が液体チャンバ内の液体内で生成される場合、液体の液滴が、ノズルを通して排出される。液体がインクの場合、液滴は、記録媒体に衝突し、記録媒体上に画像ドットを形成し得る。そのような画像ドットのパターンは、当技術分野においてよく知られているように、記録媒体上に画像を形成し得る。
【０００５】
上記で説明されたインクジェット印刷ヘッドの既知の不利な点は、吐出ユニットの動作不良に影響されやすいことである。特に、空気泡がノズル内に、または液体チャンバ内に取り込まれ得るということが知られている。そのような空気泡は、吐出ユニットの音響特性を変化させ、結果として、圧力波が生成されるときに液滴が形成されないことがある。動作不良の別の既知の原因は、ノズルを（部分的に）閉塞するほこり粒子である。ほこりの存在は、液体の流れを閉塞するのみでなく、さらには、音響特性を変化させる。
【０００６】
液体内の残留圧力波を検知することが、本技術分野においてよく知られている。圧力波の生成の後、吐出ユニットの音響特性は、経時的に弱まる残留圧力波を結果的に生じさせる。この残留圧力波を検知および分析することが、吐出ユニットの音響特性に関する詳細な情報をもたらす。残留圧力波から導出される音響特性と、動作可能状態での吐出ユニットの音響特性との間の比較は、吐出ユニットの動作状態を導出することを可能とする。その上、動作不良状態が導出される場合に、動作不良状態に対する原因を残留圧力波から決定することが知られている。
【０００７】
動作状態を検出するための既知の方法の不利な点は、残留圧力波を検知するために必要とされる時間、および、残留圧力波の分析のために必要とされる時間である。検知および分析のために必要とされる、この相対的に長い期間に起因して、各々の液滴吐出の後に各々の吐出ユニットに対する分析を実施することは可能でない。その上、連続的な液滴吐出の間に充分な時間が存することになる場合でさえ、各々の液滴吐出の後に各々の吐出ユニットを分析するために必要とされる計算力は、このことが商業的に引き合わないこととなるほどに高いことになる。
【０００８】
冒頭の段落において規定されたタイプの方法が、国際公開第２０１６／１１３２３２号において開示されている。この方法において、圧力波を液体内で生成後、電気機械変換器が、液体内の残留圧力波を抑制するために作動させられる。残留圧力波のそのような抑制は、一般にはクエンチングとも呼称される。クエンチングの後、液体内の残留圧力波の振幅が検知される。検知された振幅に基づいて、吐出ユニットは、（ｉ）残留圧力波の振幅がしきい値より下であるならば、動作可能状態にある、さもなければ、（ｉｉ）残留圧力波の振幅がしきい値より上であるならば、動作不良中、または少なくとも故障に陥りやすい状態にあるということが決定される。
【０００９】
次の液滴吐出に対して吐出ユニットを準備するために、吐出ユニット内のいかなる残留圧力波も除去するためのクエンチングが、従来技術より既知である。残留圧力波は、引き続いて生成される圧力波に影響を及ぼし、それによって、引き続く液滴に、寸法、速度および／または他の任意の特性において影響を及ぼす。クエンチングは、先の液滴形成からの影響力を伴わない液滴形成を確実にすることが知られている。
【００１０】
引用された文献において説明されている方法は、クエンチパルス、すなわち、残留圧力波をクエンチするために電気機械変換器に付与される作動パルスは、良好に機能する（動作可能な）液体チャンバ内での作動後に、通常は残存する残留圧力波に対して高度に適合されるという考えに基づく。液体チャンバの音響特性は既知であり、そのような既知の音響特性に基づいて、クエンチパルスは設計されている。そのようなクエンチパルスは、普通、タイミングおよび振幅に関して、ならびにしばしば、複数の他のパラメータに関しても調整される。正しく調整されるならば、そのときにのみ、非常に低い振幅を伴う残留圧力波が残存する。そのため、一般的に、クエンチパルスの後に残存するいかなる残留圧力波も、非常に低い振幅を有するはずであり、なぜならば、クエンチパルスは、そのようにするように設計されているからである。
【００１１】
液体チャンバの音響特性が、ほこり粒子もしくは気体（普通は空気）泡の存在、または、任意の他の原因に起因して変化するならば、クエンチパルスは、残留圧力波の振幅を充分に低下させることができないことになる。所定の環境の下で、クエンチパルスは残留圧力波の振幅を増大することさえある。
【００１２】
振幅を検知し、（低い）しきい値との比較により振幅の値をただ単に評価することは、掛かる時間が比較的短く、要する計算力は相対的にわずかである。吐出ユニットの状態を検出するために使用される圧力波は、適切な残留圧力波が生成され、一方で、液滴が排出されないようなもの（すなわち、非吐出圧力波）であり得る。次いで、対応するクエンチパルスを使用して、そのような残留圧力波がクエンチされ得るものであり、この方法は、よって、液滴を排出することなく履行され得る。そのような実施形態は、吐出ユニットの動作状態を容易および迅速に検出することを可能とし、検出波形は、吐出ユニットの動作可能または動作不良に対する残留圧力波の感度を最適化するように微調整され得る。
【００１３】
かくして、この方法は、印刷ジョブの間、特に、印刷ジョブの間に吐出される２つの液滴の間、例えば、２つの連続する記録シートの間の間隙が印刷ヘッドを通過する間、または、印刷されることになる画像の画像コンテンツが、吐出ユニットが休止するということを要する期間内でさえ、吐出ユニットの動作状態を検証することを可能とする。
【００１４】
マルチパス印刷プロセスにおいて、ノズル故障の発生が、走査パスの終了時、または、その終了前の、どこかの時点において検出されるならば、一般的には充分であり、なぜならば、それでもなお、引き続く走査パスにおいて近隣のノズルを動作させることにより、ノズル故障に対して補償すること、すなわち、ノズル故障により引き起こされる可視のアーチファクトをカムフラージュすることが可能だからである。しかしながら、単一パスのプロセスにおいて、ノズル故障は、それが発生した後に可能な限りすぐに検出されることが重要であり、そのことによって、故障補償アルゴリズムは、可能な限りすぐに動作され得る。補償されないノズル故障は、後で除去することができない可視のアーチファクトを結果的に生じさせ得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】国際公開第２０１６／１１３２３２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
それゆえに、本発明の目的は、ノズル故障を、それが発生した短い時間の後に直ちに検出することを可能にする、ノズル故障検出方法を提供することある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この目的を達成するために、本発明による方法は、
−  印刷される画像コンテンツに非依存的であるマスクパターンを画定するステップであって、前記マスクパターンは、暗い背景上のブランク画素の位置を、ブランク画素が画像区域に亘って均一に分布させられるように画定し、１つのブランク画素が、ノズル（１４）の内の１つによって印刷される各々の画素列内に発生するステップと、
−  画像が印刷されているとき、各ノズルがマスクパターンに属する画素位置上にあるタイミングにおいて、各々の吐出ユニットに対してノズル故障検出ステップを実施するステップと、
を備える。
【００１８】
実施形態において、前記マスクパターンは、暗い背景上のブランク画素の位置を、ブランク画素が画像区域に亘って均一に分布させられるように画定し、少なくとも１つのブランク画素が、ノズル１４の内の１つによって印刷される各々の画素列内に発生し、好ましくは、１つのブランク画素が、ノズルの内の１つによって印刷される各々の画素列内に発生する。それゆえに、マスクパターンは、少なくとも１つの、ただし好ましくは１つのブランク画素を、そのマスクパターンの列の各々内に内包する。
【００１９】
図と関連して下記で解説されるように、マスクパターンは、多数の画像タイルに繰り返し適用される。この方法で、ノズル故障検出ステップは、各々のノズルに対してタイル毎に少なくとも１回（および好ましくは１回）、個々のノズルそれぞれに対して実施される。
【００２０】
マスクパターンのブランク画素は、マスクパターンの画定において対策がとられない限り、印刷される画像内にアーチファクトを形成し得るものであり、そのことによって、ノズルが、印刷中にノズル故障検出プロセスの影響下にある（および、それゆえに同時に印刷できない）ことから結果的に生じるブランク画素は、どのようにそれらのブランク画素の位置決めが、印刷される画像に影響を及ぼし得るかを考慮に入れて設計される。前記対策は、ブランク画素が画像の同じ区域内に密集するのを妨げることを必然的に含み得るものであり、なぜならば、ブランク画素の密集は、とりわけ、ブランク画素が、暗色で印刷される区域内に密集したならば、画像内に可視のアーチファクトを形成することになるからである。
【００２１】
代替的、または追加的には、前記対策は、最大しきい値を確定することにより、印刷される画像の所定の区域内のブランク画素の数を制限することを含み得る。例えば、印刷される画像の、各々の２５６画素で１の最大しきい値が、ブランク画素のこの最大割合が、印刷される画像の特定の区域内で超過されないように設定され得る。代替的には、印刷中に実行されるノズル故障検出プロセスから結果的に生じる、均一に分布させられたブランク画素により引き起こされるアーチファクトに対する、印刷される画像の感度に依存して、１／５１２、１／１２８、１／６４、または１／３２などの、より高い、または、より低いしきい値が課されても良い。
【００２２】
結果として、印刷される画像の、各区域内のブランク画素の数における制限と連関する、ブランク画素の均一な分布は、人間観察者が、肉眼によってブランク画素を知覚する際の厳しい困難さを有することになるように、ブランク画素を細かく分布させることを可能とする。
【００２３】
本発明は、画像が印刷されている間に故障検出ステップを「急いで」実施するために、上記で説明された高速ノズル故障検出法（ＦＦＤ）を利用する。液滴は故障検出ステップの間に吐出され得ないので、この検出ステップは、それ自体が、印刷される画像内に、アーチファクト、すなわちブランク画素（白黒印刷の事例においては白および、カラー印刷の事例においては、誤った色を伴う画素）を生じさせることとなる。しかしながら、故障検出は、非常に短時間で達成することができるので、結果的に生じるアーチファクトは、非常に小さい数の近接する画素に亘ってのみ広がることになる。理想的には、検出は、単一の画素位置のみが影響を及ぼされることになるほどに高速である。次いで、故障検出ステップにより影響を及ぼされる画素位置が、マスクパターンによって選択されるとき、アーチファクトは、画像区域に亘って均一に分布させられる、および、それゆえに事実上知覚不可能である、孤立させられたブランク画素のみからなることとなる。
【００２４】
印刷される画像コンテンツに依存せず、マスクパターンは、各吐出ユニットが、所定の最小検出頻度によって、起こり得るノズル故障に対して試験されるように画定され得るものであり、そのことによって、ノズル故障の発生と、その故障の検出との間の時間遅延は、最大検出頻度に対応する期間を決して超過しないことになる。次いで、ノズル故障が検出されると、ノズル故障の補償および／またはノズル故障の消失などの、適した対応策が実施可能となり、そのことによって、単一パスプロセスにおいてでさえ、ノズル故障により形成されるアーチファクトは、ノズル故障の発生と検出との間の遅延時間に長さが対応する、相対的に短い画素ラインに局限されることになる。
【００２５】
本発明の有用なさらなる発展形態が、従属請求項において示される。
【００２６】
追加的な故障検出ステップが、印刷されることになる画像コンテンツの見地から、ユニットがいずれにしても動作していない画素位置において、各吐出ユニットに対して実施可能である。このことは、平均検出頻度をいっそうさらに増大することになる。
【００２７】
一実施形態において、特定の吐出ユニットに対するノズル故障が検出されたとき、ノズル故障補償アルゴリズムが直ちに呼び出される。
【００２８】
上で議論した、非常に高速のノズル故障検出ステップは、大部分の事例において、吐出ユニットが動作不良状態にあるかどうかの質問に対し、「はい」または「いいえ」の答えのみを提供することができるということが認められるであろう。動作不良の性質および原因に関する、より詳細な情報を得るために、残留圧力波の、より綿密な、および時間がかかる分析が必要にあることとなる。動作不良の精確な性質がまだ知られていない限り、動作不良が、所定の異常を伴う液滴の吐出を結果的に生じさせる、ノズルの部分的な詰まりに起因するということは排除され得ない。このことは、補償が困難なアーチファクトを引き起こし得るので、予測可能な結果を得るために、吐出ユニットを完全に使用不可能にすることおよび、単に故障の補償に頼ることが好まれ得る。
【００２９】
その一方で、１つ以上の非印刷パルスが、動作不良の性質を識別するように、より詳細に残留圧力波を分析するために、動作不良の吐出ユニットの変換器に印加され得る。次いで、ノズルを清浄すること、または、印刷ヘッドのノズル面を拭くことなどの適切な保守動作が、次の機会に、例えば、現在の走査パスの終了において、または、印刷されるページが完了されたときに起動されても良い。
【００３０】
高速故障検出ステップの高い感度のおかげで、非常に小さい空気泡がノズル内へと引き込まれる事象を、空気泡が、たとえ動作不良を引き起こすには小さすぎても検出することさえ可能である。しかしながら、吐出ユニットが、そのような事例において動作を維持するならば、空気泡は成長し、最終的には動作不良を引き起こす傾向にある。残留波のより詳細な分析が、そのような状況が発生したということを明らかにするとき、吐出ユニットは一時的に使用不可能とされてもよく、空気泡が縮小し、最終的には消滅することが、変換機に、そのために特別に形成された波形でエネルギーを印加するこにより生じさせる試みがなされてもよい。この方法により、本発明は、ノズル故障を、先手を打って阻止することさえも、ある程度まで可能にする。
【００３１】
カラー印刷において、異なる色成分に対して使用されるマスクパターンは同一であり得る、あるいは互いに異なるものとなり得る。後者の事例において、ブランク画素は白ではなく、単に色ずれを示すことになる。
【００３２】
実施形態例が、ここで図面と関連して説明されることとなる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明による方法が用いられる、インクジェットプリンタおよび印刷プロセスの概略図である。
【図２】印刷ヘッドの吐出ユニットの機械的部分の、そのユニットを制御および監視するための電子回路と共に示す断面図である。
【図３】吐出ユニットの変換器に印加される波形および、吐出ユニットのインクチャンバ内の圧力波の時間図である。
【図４】本発明による方法の本質的なステップを例示する流れ線図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図１は、プラテン１６に面し、プラテン１６の上方を通過させられる記録媒体１８上へとインク液滴を吐出することを、印刷される画像２０を記録媒体上に形成するように配置されるノズル１４の列を伴うノズル面１２を有するページワイドインクジェット印刷ヘッド１０を示す。
【００３５】
図面は、画像２０の画像コンテンツを示すのではなく、代わりに、ノズル故障検出プロセスにおいて使用されるマスクパターン２２の象徴的表現を示す。マスクパターン２２は、暗い背景２６上のブランク画素２４のパターンと仮定することができる。図面の再現性の理由から、マスクパターン２２は反転して、すなわち背景２６は白で示されており、ブランク画素２４は黒で示されている。ブランク画素２４の画素位置は、一様な密度を伴って、画像２０の区域に亘ってランダムに分布させられるように見えるが、画素位置の分布は、実際には単に擬似ランダムであり、厳密に１つのブランク画素２４が、ノズル１４の内の関連付けられる１つによって印刷される各々の画素列内に発生するということを保証するように設計されている。
【００３６】
下記で詳細に説明されることになるように、マスクパターン２２は、ノズル故障検出ステップのタイミングを、ノズル１４の各々に対して実施されるように制御する。シート１８が、副走査方向ｙに前進させられ、ノズル１４が主走査方向ｘに広がる、連続する画素ラインを印刷するためにエネルギーを印加される際、所与のノズル１４に対する故障検出ステップが、ノズル１４と同じ画素列内に配置されるブランク画素２４がノズルと位置合わせされるときの時間において実施される。故障検出ステップが実施されるとき、ノズルは液滴を吐出することができず、そのことによって、画素２４はブランクのままにされる。故障検出プロセスは、それが、単一のドロップオンデマンド期間の中で、すなわち、列内の次の画素がノズル１４の位置に到達する前に完了できるほどに高速であり、そのことによって、このノズルは、再び、次のインクドットを吐出することに対して用意が整う。これにより、印刷される画像２０は、マスクパターン２２により指定される画素位置においてのみ、ブランク画素２４により「穴をあけられる」ことになる。
【００３７】
例えば４００または６００ｄｐｉの典型的な解像度を有するプリンタにおいて、個々の画素のサイズは、ブランク画素２４が、画像の暗い背景上でさえ、肉眼によってほとんど目に見えないほどに小さいことになる。当然ながら、ブランク画素２４が、白い画像区域内に偶然配置されるならば、その画素は、まったく目に見えないことになる。
【００３８】
実用的な実施形態において、ノズル１４の数は、図１において示されるノズルの数よりも著しく多く、したがって、ブランク画素２４のサイズは、図１におけるよりも著しく小さくなることが理解されるであろう。
【００３９】
マスクパターン２２は、主走査方向ｘにおいて、印刷ヘッド１０の幅全体に亘って広がるが、副走査方向ｙにおける、そのマスクパターンの寸法は、印刷されることになるページの寸法より小さくて良い。かくして、図１において示される画像２０は、単に、完全な印刷される画像のタイルと考えられるべきであり、全体のページの画像は、多数の連続するタイルから構成されることになる。マスクパターン２２は、ノズル故障検出ステップが、ノズル１４の各々に対してタイル毎に１回実施されるように、各々のタイルに反復して適用される。その結果、故障検出ステップが各々の個々のノズルに対して実施される最小検出頻度は、副走査方向ｙにおけるシート１８の前進速度が、その方向ｙにおけるマスクパターン２２の長さで除算されたものにより与えられる。ノズル故障が印刷プロセスの間に発生するのがいつであれ、そのノズルに対する、故障の発生と、次の故障検出ステップにおいての故障の検出との間の時間遅延は、決して最小検出頻度の逆数より大きくならないことになる。
【００４０】
実施形態において、前記マスクパターンは、暗い背景上のブランク画素の位置を、ブランク画素が画像区域に亘って均一に分布させられるように画定し、少なくとも１つのブランク画素が、ノズル１４の内の１つによって印刷される各々の画素列内に発生し、好ましくは、１つのブランク画素が、ノズルの内の１つによって印刷される各々の画素列内に発生する。それゆえに、マスクパターンは、少なくとも１つの、ただし好ましくは１つのブランク画素を、そのマスクパターン列の各々の内に内包する。
【００４１】
マスクパターンのブランク画素は、マスクパターンの画定において対策がとられない限り、印刷される画像内にアーチファクトを形成し得るものであり、そのことによって、ノズルは、印刷中にノズル故障検出プロセスの影響下にある（およびそれゆえに、同時に印刷する能力がない）ことから結果的に生じるブランク画素がどのようにそれらのブランク画素の位置決めが印刷される画像に影響を及ぼし得るかを考慮に入れて設計される。前記対策は、ブランク画素が画像の同じ区域内に密集するのを妨げることを含み得るものであり、なぜならば、ブランク画素の密集は、とりわけ、ブランク画素が、暗色で印刷される区域内に密集したならば、画像内に可視のアーチファクトを形成することになるからである。
【００４２】
代替的または追加的には、前記対策は、最大しきい値を確定することにより、印刷される画像の所定の区域内でのブランク画素の数を制限することを含んでも良い。例えば、印刷される画像の、２５６画素各々で１の最大しきい値を、ブランク画素のこの最大割合が、印刷される画像の特定の区域内で超過されないように設定しても良い。代替的には、印刷中に実行されるノズル故障検出プロセスから結果的に生じる、均一に分布させられたブランク画素により引き起こされるアーチファクトに対する、印刷される画像の感度に依存して、１／５１２、１／１２８、１／６４、または１／３２などの、より高い、または、より低いしきい値が課され得る。
【００４３】
結果として、印刷される画像の各々の区域内のブランク画素の数における制限と関連する、ブランク画素の均一な分布は、人間観察者が、肉眼によるブランク画素の知覚における厳しい困難さを有することになるように、ブランク画素を細かく分布させることを可能にする。
【００４４】
個々のノズル１４に対する故障検出ステップを、ここで印刷ヘッド１０の単一の吐出ユニットＥを示す図２と関連して説明されることになる。印刷ヘッドは、薄い可撓性膜３２の両反対側に接合されるウェハ２８および支持部材３０により構成される。
【００４５】
液体チャンバ３４を形成する凹部が、膜３２と係合するウェハ１０の面、例えば、図２における底面内に形成される。液体チャンバ３４は、本質的に矩形の形状を有する。図２における左側端部がウェハ２０の厚さ方向に貫通するインク供給ライン３６に接続され、インク供給ライン３６は液体チャンバ３４への液体インクの供給に役立つ。
【００４６】
図２における右側の、液体チャンバ３４の反対側は、膜３２内の開口部を通してチャンバ３８に接続され、チャンバ３８は支持部材３０内に形成され、支持部材の底面に形成されるノズル１４内へと開口する。
【００４７】
膜３２に近接し、かつチャンバ３８から分離されて、支持部材３０は、膜３２に接合される圧電変換器４２を収容する別の空洞４０を形成する。
【００４８】
インク供給ライン３６、液体チャンバ３４、チャンバ３８およびノズル１４は、液体インクによって満たされる。ここで示されていないインク供給システムが、インクがノズル１４を通って外に漏れることを防止するために、大気圧よりわずかに下に、例えば、−１０００Ｐａの相対圧力で、この液体インクの圧力を保つ。ノズルオリフィスにおいて、液体インクはメニスカス４４を形成する。
【００４９】
圧電変換器４２は、図２の下側部分において示されている電子回路に接続される電極を有する。示される例において、変換器の１つの電極は、導線４６および抵抗器４８を介して接地される。変換器の別の電極は、フィードバックネットワーク５２によってフィードバック制御される増幅器５０の出力側に接続され、それによって、変換器に印加される電圧Ｖは、増幅器の入力導線５４上の信号に比例することになる。入力線路５４上の信号は、ローカルデジタルコントローラ５８からのデジタル入力を受信するＤ／Ａコンバータ５６により生成される。コントローラ５８は、プロセッサ６０に接続される。
【００５０】
インク液滴がノズル１４から放出されることになるとき、プロセッサ６０は、コントローラ５８にコマンドを送出し、そのコントローラ５８は、Ｄ／Ａコンバータ５６および増幅器５０が変換器４２に電圧パルスを付与することを引き起こすデジタル信号を出力する。この電圧パルスは、変換器が曲げモードで変形することを引き起こす。より具体的には、変換器４２は、下方に屈曲することを引き起こされ、そのことによって、変換器４２に接合される膜３２もまた下方に屈曲され、液体チャンバ３４の体積が増大することになる。結果として、追加的なインクが、供給ライン３６を経て吸い込まれることになる。次いで、電圧パルスが再びオフに下がるとき、膜３２は、元の状態へと戻るように屈曲することになり、そのことによって、正の音圧波が液体チャンバ３４内の液体インク内で生成される。この圧力波はノズル１４に伝搬し、インク液滴の排出を生じさせる。
【００５１】
変換器４２の電極はまたＡ／Ｄコンバータ６２に接続され、そのＡ／Ｄコンバータ６２は、変換器をまたぐ電圧降下および、さらには抵抗器４８をまたぐ電圧降下を、それによって暗黙裡には、変換器を通って流れる電流を測定する。対応するデジタル信号が、これらの信号から変換器４２のインピーダンスを導出することができるコントローラ５８に転送される。測定されたインピーダンスがプロセッサ６０に信号伝達され、そのプロセッサ６０において、インピーダンス信号が下記で説明されることになるように、さらに処理される。
【００５２】
液滴のノズル１４からの排出を生じさせた音響波は、開放ノズルにおいて（位相反転を伴って）反射させられることになり、液体チャンバ３４内へと戻るように伝搬することになる。その結果、液滴が排出された後でさえ、徐々に減衰する音圧波が導管１６内に依然として存在し、対応する圧力変動が曲げ応力を膜３２およびアクチュエータ４２上に作用させる。圧電変換器上でのこの機械的歪みは変換器のインピーダンスの変化につながり、この変化は、上記した電子回路によって測定可能である。測定されるインピーダンス変化は、音響波の圧力変動を表し、それゆえに、これらの圧力変動を説明する時間依存関数Ｐ（ｔ）を導出するために使用することができる。
【００５３】
図３（Ａ）は、変換器４２に印加され得る電圧信号Ｖ（ｔ）の波形６４を示す。通常印刷モードにおいて、波形は、上記した膜３２のたわみを生じさせ、かつノズルを通してインク液滴を排出するのに十分に大きい振幅を有する作動パルス６６を備える。波形は、この例では反対の極性を有するクエンチパルス６８をさらに含む。クエンチパルス６８のタイミングおよび振幅は、そのクエンチパルス６８が、液滴が排出された後にインクチャンバ３４内で振動し、徐々に減衰する残留圧力波を打ち消す（クエンチする）ように選択される。通常印刷モードにおいて、クエンチパルス６８は、液体チャンバ３４内の圧力変動が、別の作動パルス６６が次のドロップオンデマンドサイクルにおいて印加されるときの時間において、事実上ゼロに低減されることを保証する。
【００５４】
図３は、時間ｔ１から時間ｔ４の範囲に及び、かつ、例えば１０μｓの持続期間を有する、１つの完全なドロップオンデマンドサイクルを示す。作動パルスは時間ｔ２において印加され、クエンチパルスは時間ｔ３において印加される。
【００５５】
しかしながら、図３は、実際には、インク液滴が排出される通常印刷動作を例示するのではなく、代わりに、ノズル故障検出ステップに当てはまるものである。その結果、図３（Ａ）において示される波形６４は検出波形であり、その検出波形において、作動パルス６６およびクエンチパルス６８の振幅およびタイミング（および任意選択で形状）は、液滴を排出するためではなく、むしろノズル故障の検出のために最適化されている。つまり、図３（Ａ）において示される作動パルス６６の振幅は、液滴が排出されないほどに小さい。その結果、作動パルスのエネルギーは、形成された液滴上へと伝達されるのではなく、インクチャンバ３４内の液体内に留まり、そのことが、より高い振幅を有する「残留」圧力波を結果的に生じさせる。
【００５６】
図３（Ｂ）において、破線で示される曲線７０は、吐出ユニットが動作状態にある、すなわち、液滴が所望されるように排出されたであろうという事例において、故障検出ステップにおいて形成される残留圧力波に対する圧力関数Ｐ（ｔ）が、十分に大きい作動パルス６６の振幅を有したということを表す。クエンチパルス６８のタイミングおよび振幅は、曲線７０により示される残留圧力波が、弱め合う干渉によりほとんど完全に打ち消されるように設計されており、それよって、図３（Ｂ）において、圧力波の振幅は時間ｔ３において急激に減少する。
【００５７】
他方で、吐出ユニットＥが、任意の種類の動作不良状態、例えばノズル１４が部分的に、または完全に詰まった状態、あるいは、空気泡がノズル内に、またはチャンバ３８内に、または液体チャンバ３４もしくはインク供給導管３６内に存在する状態にあるならば、音響特性、すなわち、音響波の反射および伝達の挙動は、クエンチパルス６８のタイミングおよび振幅が、もはや残留圧力波との弱め合う干渉に対して調整されず、この圧力波を効率的に抑制することに失敗し、または、図３（Ｂ）において実線の曲線７２により例示されているように、残留圧力波を、強め合う干渉により上昇させさえするように変化させられることになる。その結果、曲線７２により表される圧力波の振幅は、ｔ３とｔ４との間の時間区間において、顕著により大きくなる。
【００５８】
吐出ユニットの動作不良状態は、それゆえに、単純に時間ｔ３とｔ４との間の圧力波の振幅が所定のしきい値ｆより上であるかどうかをチェックすることにより、非常に容易かつ短時間の中で検出することができる。そうであるならば、吐出ユニットは動作不良状態にあるということが判断され得るが、ユニットが何の種類の動作不良状態にあるかは、まだ決定することができない。他方で、振幅がしきい値ｆより下に留まるならば、吐出ユニットは動作状態にあるということが結論付けることができる。
【００５９】
この判断は、きわめて短い時間の中で、印刷ヘッドの単一のドロップオンデマンド期間の中でさえ為され得るということが認識されるであろう。
【００６０】
図３（Ｂ）においてさらに示されるように、ユニットが動作不良状態にあるか、それとも動作状態にあるかに関わらず、圧力波の振幅は、常に、それより上でインク液滴が噴射されることになるしきい値である、しきい値ｊより下に留まる。その結果、画素は、図３（Ｂ）において示される時間ｔ１とｔ４との間のドロップオンデマンド期間において、吐出ユニットＥによって印刷され得ないものであり、その結果、ブランク画素２４が、印刷される画像内に形成されることになる。
【００６１】
本発明の原理によるノズル故障検出を伴う印刷プロセスの本質的なステップが、図４にの流れ線図において要約されている。
【００６２】
ステップＳ１において、マスクパターン２２が、パターンにより決定される最小検出頻度が印刷ジョブに対する品質要件と整合するように画定される。
【００６３】
ステップＳ２において、画像２０、または、複数の画像もしくはタイルが媒体シート１８上に印刷され、図２および３に関連して説明されるような高速ノズル故障検出ステップが、各ノズル１４に対して、そのノズルがブランク画素２４の画素位置に到達すると直ちに実施される。インクドットがその位置において印刷されないことになることが予め分かっているので、故障補償ルーチンが、ブランク画素２４の可視性をさらに低減するために、その特定の画素位置に対して作動され得る。例えば、（近隣の画素列内の、および、さらには同じ列内の、ただし、ブランク画素２８の前にある、およびそのブランク画素の後に続く）近隣の画素位置に対するインク液滴の体積が、それぞれの作動パルス６６の振幅を増大することにより増大され得る。
【００６４】
ステップＳ３において、ノズル故障がノズル１４のいずれかに対して検出されたかどうかがチェックされる。
【００６５】
ノズル故障が検出されると直ちに、動作不良中ノズルは、ステップＳ４においてスイッチを切られ、故障補償が、近隣の画素列内の画素に対して継続される。
【００６６】
次いで、ステップＳ５において、詳細な故障分析が、動作不良の性質の特性をさらに明らかにするために、動作不良中の吐出ユニットに対して実施される。その目的のために、吐出ユニットの変換器が、液滴を吐出するには小さすぎる作動パルス６６を有する波形によってエネルギーを印加される。引き続くクエンチパルス６８は含まれ得る、または省略され得るものであり、インクチャンバ３４内で減衰する圧力波は、発生したノズル故障のタイプを識別するために、時間の延長された期間に亘って分析されることになる。
【００６７】
次いで、ステップＳ５における故障分析の結果に依存して、ノズル処置が、（例えば、印刷されることになる２つの順々に続くページの間の時間間隙内に、ノズル面１２を拭くことにより、または、ノズルを清浄化することにより）ノズルを動作状態へと戻すために、ステップＳ６において任意選択で実施され得る。
【００６８】
ステップＳ７において、マスクパターン２２の端部に到達したかどうかがチェックされる。そうであるならば（Ｙ）、マスクパターンはステップＳ８において繰り返され、それによってステップＳ２に戻るようにループすることにより、次のタイルまたは画像２０が印刷可能となるものであり、高速ノズル故障検出が継続され得る。
【００６９】
ノズル故障がステップＳ３において検出されないならば（Ｍ）、ステップＳ４からＳ６は飛ばされる。
【００７０】
ステップＳ３は、ノズル１４の内の１つが、マスクパターン内のブランク画素２８の内の１つの画素位置に到達したときはいつも実施されるということが理解されるであろう。その結果、２つ以上のノズル故障が検出され、ステップＳ４からＳ６が、次いで、動作不良中ノズルの各々に対して実施されるという事例が存し得る。
【図１】
2021521036.tif 000003
【図２】
2021521036.tif 000004
【図３】
2021521036.tif 000005
【図４】
2021521036.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】令和2年12月16日(2020.12.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多数の吐出ユニットを有するインクジェットプリンタにおけるノズル故障検出方法であって、それら吐出ユニットの各々は、ノズルと、ノズルと関連付けられる液体チャンバであって、ノズルからインク液滴を排出するように、その液体チャンバ内で圧力波にエネルギーを印加するための電気機械変換器を有する液体チャンバとを備え、本方法は、所与の最小検出頻度によって、各々の吐出ユニットに対して実施されることになるノズル故障検出のステップを備え、各々のノズル故障検出ステップは、
−  液滴の吐出を引き起こさないが、吐出ユニットが動作不良状態にあるか否かに対して敏感な圧力変動を形成する検出波形によって変換器にエネルギーを印加するステップと、
−  動作不良状態を検出するために圧力変動を測定するステップと、
を備える方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
既知のインクジェット印刷ヘッドは複数の吐出ユニットを備え、各々の吐出ユニットは、所定量の液体を保持するための液体チャンバを備える。一般に、液体は、溶剤系もしくは水性インク、昇温においてのホットメルトインク、またはＵＶ硬化性インクなどのインクであるが、液体は、任意の他の種類の液体であり得る。他の例は、正確に放出されることを必要とする液体を含む。
【０００３】
インクジェット印刷ヘッドの各々の吐出ユニットは、圧力波を液体チャンバ内で保持される液体内で生成するために、液体チャンバに動作可能に結合される電気機械変換器をさらに備える。既知の電気機械変換器は、２つの電極と、それらの電極の間に配置される圧電材料の層とを備える圧電アクチュエータである。電場が、電極に亘る電圧印加により付与されるとき、圧電材料は機械的に変形し、圧電アクチュエータの変形は、圧力波を液体内で生成する。静電アクチュエータなどの他の種類の電気機械変換器もまた、インクジェット印刷ヘッドにおいての使用に対して既知である。
【０００４】
各々の吐出ユニットは、液体チャンバと流体連通しているノズルをさらに備える。適切な圧力波が液体チャンバ内の液体内で生成される場合、液体の液滴が、ノズルを通して排出される。液体がインクの場合、液滴は、記録媒体に衝突し、記録媒体上に画像ドットを形成し得る。そのような画像ドットのパターンは、当技術分野においてよく知られているように、記録媒体上に画像を形成し得る。
【０００５】
上記で説明されたインクジェット印刷ヘッドの既知の不利な点は、吐出ユニットの動作不良に影響されやすいことである。特に、空気泡がノズル内に、または液体チャンバ内に取り込まれ得るということが知られている。そのような空気泡は、吐出ユニットの音響特性を変化させ、結果として、圧力波が生成されるときに液滴が形成されないことがある。動作不良の別の既知の原因は、ノズルを（部分的に）閉塞するほこり粒子である。ほこりの存在は、液体の流れを閉塞するのみでなく、さらには、音響特性を変化させる。
【０００６】
液体内の残留圧力波を検知することが、本技術分野においてよく知られている。圧力波の生成の後、吐出ユニットの音響特性は、経時的に弱まる残留圧力波を結果的に生じさせる。この残留圧力波を検知および分析することが、吐出ユニットの音響特性に関する詳細な情報をもたらす。残留圧力波から導出される音響特性と、動作可能状態での吐出ユニットの音響特性との間の比較は、吐出ユニットの動作状態を導出することを可能とする。その上、動作不良状態が導出される場合に、動作不良状態に対する原因を残留圧力波から決定することが知られている。
【０００７】
動作状態を検出するための既知の方法の不利な点は、残留圧力波を検知するために必要とされる時間、および、残留圧力波の分析のために必要とされる時間である。検知および分析のために必要とされる、この相対的に長い期間に起因して、各々の液滴吐出の後に各々の吐出ユニットに対する分析を実施することは可能でない。その上、連続的な液滴吐出の間に充分な時間が存することになる場合でさえ、各々の液滴吐出の後に各々の吐出ユニットを分析するために必要とされる計算力は、このことが商業的に引き合わないこととなるほどに高いことになる。
【０００８】
冒頭の段落において規定されたタイプの方法が、国際公開第２０１６／１１３２３２号において開示されている。この方法において、圧力波を液体内で生成後、電気機械変換器が、液体内の残留圧力波を抑制するために作動させられる。残留圧力波のそのような抑制は、一般にはクエンチングとも呼称される。クエンチングの後、液体内の残留圧力波の振幅が検知される。検知された振幅に基づいて、吐出ユニットは、（ｉ）残留圧力波の振幅がしきい値より下であるならば、動作可能状態にある、さもなければ、（ｉｉ）残留圧力波の振幅がしきい値より上であるならば、動作不良中、または少なくとも故障に陥りやすい状態にあるということが決定される。
【０００９】
次の液滴吐出に対して吐出ユニットを準備するために、吐出ユニット内のいかなる残留圧力波も除去するためのクエンチングが、従来技術より既知である。残留圧力波は、引き続いて生成される圧力波に影響を及ぼし、それによって、引き続く液滴に、寸法、速度および／または他の任意の特性において影響を及ぼす。クエンチングは、先の液滴形成からの影響力を伴わない液滴形成を確実にすることが知られている。
【００１０】
引用された文献において説明されている方法は、クエンチパルス、すなわち、残留圧力波をクエンチするために電気機械変換器に付与される作動パルスは、良好に機能する（動作可能な）液体チャンバ内での作動後に、通常は残存する残留圧力波に対して高度に適合されるという考えに基づく。液体チャンバの音響特性は既知であり、そのような既知の音響特性に基づいて、クエンチパルスは設計されている。そのようなクエンチパルスは、普通、タイミングおよび振幅に関して、ならびにしばしば、複数の他のパラメータに関しても調整される。正しく調整されるならば、そのときにのみ、非常に低い振幅を伴う残留圧力波が残存する。そのため、一般的に、クエンチパルスの後に残存するいかなる残留圧力波も、非常に低い振幅を有するはずであり、なぜならば、クエンチパルスは、そのようにするように設計されているからである。
【００１１】
液体チャンバの音響特性が、ほこり粒子もしくは気体（普通は空気）泡の存在、または、任意の他の原因に起因して変化するならば、クエンチパルスは、残留圧力波の振幅を充分に低下させることができないことになる。所定の環境の下で、クエンチパルスは残留圧力波の振幅を増大することさえある。
【００１２】
振幅を検知し、（低い）しきい値との比較により振幅の値をただ単に評価することは、掛かる時間が比較的短く、要する計算力は相対的にわずかである。吐出ユニットの状態を検出するために使用される圧力波は、適切な残留圧力波が生成され、一方で、液滴が排出されないようなもの（すなわち、非吐出圧力波）であり得る。次いで、対応するクエンチパルスを使用して、そのような残留圧力波がクエンチされ得るものであり、この方法は、よって、液滴を排出することなく履行され得る。そのような実施形態は、吐出ユニットの動作状態を容易および迅速に検出することを可能とし、検出波形は、吐出ユニットの動作可能または動作不良に対する残留圧力波の感度を最適化するように微調整され得る。
【００１３】
かくして、この方法は、印刷ジョブの間、特に、印刷ジョブの間に吐出される２つの液滴の間、例えば、２つの連続する記録シートの間の間隙が印刷ヘッドを通過する間、または、印刷されることになる画像の画像コンテンツが、吐出ユニットが休止するということを要する期間内でさえ、吐出ユニットの動作状態を検証することを可能とする。
【００１４】
マルチパス印刷プロセスにおいて、ノズル故障の発生が、走査パスの終了時、または、その終了前の、どこかの時点において検出されるならば、一般的には充分であり、なぜならば、それでもなお、引き続く走査パスにおいて近隣のノズルを動作させることにより、ノズル故障に対して補償すること、すなわち、ノズル故障により引き起こされる可視のアーチファクトをカムフラージュすることが可能だからである。しかしながら、単一パスのプロセスにおいて、ノズル故障は、それが発生した後に可能な限りすぐに検出されることが重要であり、そのことによって、故障補償アルゴリズムは、可能な限りすぐに動作され得る。補償されないノズル故障は、後で除去することができない可視のアーチファクトを結果的に生じさせ得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】国際公開第２０１６／１１３２３２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
それゆえに、本発明の目的は、ノズル故障を、それが発生した短い時間の後に直ちに検出することを可能にする、ノズル故障検出方法を提供することある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この目的を達成するために、本発明による方法は、
−  印刷される画像コンテンツに非依存的であるマスクパターンを画定するステップであって、前記マスクパターンは、暗い背景上のブランク画素の位置を、ブランク画素が、肉眼での認識か困難な程度に精細となるように画像区域に亘って分布させられるように画定するステップと、
−  画像が印刷されているとき、各ノズルがマスクパターンに属する画素位置上にあるタイミングにおいて、各々の吐出ユニットに対してノズル故障検出ステップを実施するステップと、
を備える。
【００１８】
本発明は、画像が印刷されている間に故障検出ステップを「急いで」実施するために、上記で説明された高速ノズル故障検出法（ＦＦＤ）を利用する。液滴は故障検出ステップの間に吐出され得ないので、この検出ステップは、それ自体が、印刷される画像内に、アーチファクト、すなわちブランク画素（白黒印刷の事例においては白および、カラー印刷の事例においては、誤った色を伴う画素）を生じさせることとなる。しかしながら、故障検出は、非常に短時間で達成することができるので、結果的に生じるアーチファクトは、非常に小さい数の近接する画素に亘ってのみ広がることになる。理想的には、検出は、単一の画素位置のみが影響を及ぼされることになるほどに高速である。次いで、故障検出ステップにより影響を及ぼされる画素位置が、マスクパターンによって選択されるとき、アーチファクトは、画像区域に亘って均一に分布させられる、および、それゆえに事実上知覚不可能である、孤立させられたブランク画素のみからなることとなる。
【００１９】
印刷される画像コンテンツに依存せず、マスクパターンは、各吐出ユニットが、所定の最小検出頻度によって、起こり得るノズル故障に対して試験されるように画定され得るものであり、そのことによって、ノズル故障の発生と、その故障の検出との間の時間遅延は、最大検出頻度に対応する期間を決して超過しないことになる。次いで、ノズル故障が検出されると、ノズル故障の補償および／またはノズル故障の消失などの、適した対応策が実施可能となり、そのことによって、単一パスプロセスにおいてでさえ、ノズル故障により形成されるアーチファクトは、ノズル故障の発生と検出との間の遅延時間に長さが対応する、相対的に短い画素ラインに局限されることになる。
【００２０】
本発明の有用なさらなる発展形態が、従属請求項において示される。
【００２１】
追加的な故障検出ステップが、印刷されることになる画像コンテンツの見地から、ユニットがいずれにしても動作していない画素位置において、各吐出ユニットに対して実施可能である。このことは、平均検出頻度をいっそうさらに増大することになる。
【００２２】
一実施形態において、特定の吐出ユニットに対するノズル故障が検出されたとき、ノズル故障補償アルゴリズムが直ちに呼び出される。
【００２３】
上で議論した、非常に高速のノズル故障検出ステップは、大部分の事例において、吐出ユニットが動作不良状態にあるかどうかの質問に対し、「はい」または「いいえ」の答えのみを提供することができるということが認められるであろう。動作不良の性質および原因に関する、より詳細な情報を得るために、残留圧力波の、より綿密な、および時間がかかる分析が必要にあることとなる。動作不良の精確な性質がまだ知られていない限り、動作不良が、所定の異常を伴う液滴の吐出を結果的に生じさせる、ノズルの部分的な詰まりに起因するということは排除され得ない。このことは、補償が困難なアーチファクトを引き起こし得るので、予測可能な結果を得るために、吐出ユニットを完全に使用不可能にすることおよび、単に故障の補償に頼ることが好まれ得る。
【００２４】
その一方で、１つ以上の非印刷パルスが、動作不良の性質を識別するように、より詳細に残留圧力波を分析するために、動作不良の吐出ユニットの変換器に印加され得る。次いで、ノズルを清浄すること、または、印刷ヘッドのノズル面を拭くことなどの適切な保守動作が、次の機会に、例えば、現在の走査パスの終了において、または、印刷されるページが完了されたときに起動されても良い。
【００２５】
高速故障検出ステップの高い感度のおかげで、非常に小さい空気泡がノズル内へと引き込まれる事象を、空気泡が、たとえ動作不良を引き起こすには小さすぎても検出することさえ可能である。しかしながら、吐出ユニットが、そのような事例において動作を維持するならば、空気泡は成長し、最終的には動作不良を引き起こす傾向にある。残留波のより詳細な分析が、そのような状況が発生したということを明らかにするとき、吐出ユニットは一時的に使用不可能とされてもよく、空気泡が縮小し、最終的には消滅することが、変換機に、そのために特別に形成された波形でエネルギーを印加するこにより生じさせる試みがなされてもよい。この方法により、本発明は、ノズル故障を、先手を打って阻止することさえも、ある程度まで可能にする。
【００２６】
カラー印刷において、異なる色成分に対して使用されるマスクパターンは同一であり得る、あるいは互いに異なるものとなり得る。後者の事例において、ブランク画素は白ではなく、単に色ずれを示すことになる。
【００２７】
実施形態例が、ここで図面と関連して説明されることとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明による方法が用いられる、インクジェットプリンタおよび印刷プロセスの概略図である。
【図２】印刷ヘッドの吐出ユニットの機械的部分の、そのユニットを制御および監視するための電子回路と共に示す断面図である。
【図３】吐出ユニットの変換器に印加される波形および、吐出ユニットのインクチャンバ内の圧力波の時間図である。
【図４】本発明による方法の本質的なステップを例示する流れ線図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１は、プラテン１６に面し、プラテン１６の上方を通過させられる記録媒体１８上へとインク液滴を吐出することを、印刷される画像２０を記録媒体上に形成するように配置されるノズル１４の列を伴うノズル面１２を有するページワイドインクジェット印刷ヘッド１０を示す。
【００３０】
図面は、画像２０の画像コンテンツを示すのではなく、代わりに、ノズル故障検出プロセスにおいて使用されるマスクパターン２２の象徴的表現を示す。マスクパターン２２は、暗い背景２６上のブランク画素２４のパターンと仮定することができる。図面の再現性の理由から、マスクパターン２２は反転して、すなわち背景２６は白で示されており、ブランク画素２４は黒で示されている。ブランク画素２４の画素位置は、一様な密度を伴って、画像２０の区域に亘ってランダムに分布させられるように見えるが、画素位置の分布は、実際には単に擬似ランダムであり、厳密に１つのブランク画素２４が、ノズル１４の内の関連付けられる１つによって印刷される各々の画素列内に発生するということを保証するように設計されている。
【００３１】
下記で詳細に説明されることになるように、マスクパターン２２は、ノズル故障検出ステップのタイミングを、ノズル１４の各々に対して実施されるように制御する。シート１８が、副走査方向ｙに前進させられ、ノズル１４が主走査方向ｘに広がる、連続する画素ラインを印刷するためにエネルギーを印加される際、所与のノズル１４に対する故障検出ステップが、ノズル１４と同じ画素列内に配置されるブランク画素２４がノズルと位置合わせされるときの時間において実施される。故障検出ステップが実施されるとき、ノズルは液滴を吐出することができず、そのことによって、画素２４はブランクのままにされる。故障検出プロセスは、それが、単一のドロップオンデマンド期間の中で、すなわち、列内の次の画素がノズル１４の位置に到達する前に完了できるほどに高速であり、そのことによって、このノズルは、再び、次のインクドットを吐出することに対して用意が整う。これにより、印刷される画像２０は、マスクパターン２２により指定される画素位置においてのみ、ブランク画素２４により「穴をあけられる」ことになる。
【００３２】
例えば４００または６００ｄｐｉの典型的な解像度を有するプリンタにおいて、個々の画素のサイズは、ブランク画素２４が、画像の暗い背景上でさえ、肉眼によってほとんど目に見えないほどに小さいことになる。当然ながら、ブランク画素２４が、白い画像区域内に偶然配置されるならば、その画素は、まったく目に見えないことになる。
【００３３】
実用的な実施形態において、ノズル１４の数は、図１において示されるノズルの数よりも著しく多く、したがって、ブランク画素２４のサイズは、図１におけるよりも著しく小さくなることが理解されるであろう。
【００３４】
マスクパターン２２は、主走査方向ｘにおいて、印刷ヘッド１０の幅全体に亘って広がるが、副走査方向ｙにおける、そのマスクパターンの寸法は、印刷されることになるページの寸法より小さくて良い。かくして、図１において示される画像２０は、単に、完全な印刷される画像のタイルと考えられるべきであり、全体のページの画像は、多数の連続するタイルから構成されることになる。マスクパターン２２は、ノズル故障検出ステップが、ノズル１４の各々に対してタイル毎に１回実施されるように、各々のタイルに反復して適用される。その結果、故障検出ステップが各々の個々のノズルに対して実施される最小検出頻度は、副走査方向ｙにおけるシート１８の前進速度が、その方向ｙにおけるマスクパターン２２の長さで除算されたものにより与えられる。ノズル故障が印刷プロセスの間に発生するのがいつであれ、そのノズルに対する、故障の発生と、次の故障検出ステップにおいての故障の検出との間の時間遅延は、決して最小検出頻度の逆数より大きくならないことになる。
【００３５】
個々のノズル１４に対する故障検出ステップを、ここで印刷ヘッド１０の単一の吐出ユニットＥを示す図２と関連して説明されることになる。印刷ヘッドは、薄い可撓性膜３２の両反対側に接合されるウェハ２８および支持部材３０により構成される。
【００３６】
液体チャンバ３４を形成する凹部が、膜３２と係合するウェハ１０の面、例えば、図２における底面内に形成される。液体チャンバ３４は、本質的に矩形の形状を有する。図２における左側端部がウェハ２０の厚さ方向に貫通するインク供給ライン３６に接続され、インク供給ライン３６は液体チャンバ３４への液体インクの供給に役立つ。
【００３７】
図２における右側の、液体チャンバ３４の反対側は、膜３２内の開口部を通してチャンバ３８に接続され、チャンバ３８は支持部材３０内に形成され、支持部材の底面に形成されるノズル１４内へと開口する。
【００３８】
膜３２に近接し、かつチャンバ３８から分離されて、支持部材３０は、膜３２に接合される圧電変換器４２を収容する別の空洞４０を形成する。
【００３９】
インク供給ライン３６、液体チャンバ３４、チャンバ３８およびノズル１４は、液体インクによって満たされる。ここで示されていないインク供給システムが、インクがノズル１４を通って外に漏れることを防止するために、大気圧よりわずかに下に、例えば、−１０００Ｐａの相対圧力で、この液体インクの圧力を保つ。ノズルオリフィスにおいて、液体インクはメニスカス４４を形成する。
【００４０】
圧電変換器４２は、図２の下側部分において示されている電子回路に接続される電極を有する。示される例において、変換器の１つの電極は、導線４６および抵抗器４８を介して接地される。変換器の別の電極は、フィードバックネットワーク５２によってフィードバック制御される増幅器５０の出力側に接続され、それによって、変換器に印加される電圧Ｖは、増幅器の入力導線５４上の信号に比例することになる。入力線路５４上の信号は、ローカルデジタルコントローラ５８からのデジタル入力を受信するＤ／Ａコンバータ５６により生成される。コントローラ５８は、プロセッサ６０に接続される。
【００４１】
インク液滴がノズル１４から放出されることになるとき、プロセッサ６０は、コントローラ５８にコマンドを送出し、そのコントローラ５８は、Ｄ／Ａコンバータ５６および増幅器５０が変換器４２に電圧パルスを付与することを引き起こすデジタル信号を出力する。この電圧パルスは、変換器が曲げモードで変形することを引き起こす。より具体的には、変換器４２は、下方に屈曲することを引き起こされ、そのことによって、変換器４２に接合される膜３２もまた下方に屈曲され、液体チャンバ３４の体積が増大することになる。結果として、追加的なインクが、供給ライン３６を経て吸い込まれることになる。次いで、電圧パルスが再びオフに下がるとき、膜３２は、元の状態へと戻るように屈曲することになり、そのことによって、正の音圧波が液体チャンバ３４内の液体インク内で生成される。この圧力波はノズル１４に伝搬し、インク液滴の排出を生じさせる。
【００４２】
変換器４２の電極はまたＡ／Ｄコンバータ６２に接続され、そのＡ／Ｄコンバータ６２は、変換器をまたぐ電圧降下および、さらには抵抗器４８をまたぐ電圧降下を、それによって暗黙裡には、変換器を通って流れる電流を測定する。対応するデジタル信号が、これらの信号から変換器４２のインピーダンスを導出することができるコントローラ５８に転送される。測定されたインピーダンスがプロセッサ６０に信号伝達され、そのプロセッサ６０において、インピーダンス信号が下記で説明されることになるように、さらに処理される。
【００４３】
液滴のノズル１４からの排出を生じさせた音響波は、開放ノズルにおいて（位相反転を伴って）反射させられることになり、液体チャンバ３４内へと戻るように伝搬することになる。その結果、液滴が排出された後でさえ、徐々に減衰する音圧波が導管１６内に依然として存在し、対応する圧力変動が曲げ応力を膜３２およびアクチュエータ４２上に作用させる。圧電変換器上でのこの機械的歪みは変換器のインピーダンスの変化につながり、この変化は、上記した電子回路によって測定可能である。測定されるインピーダンス変化は、音響波の圧力変動を表し、それゆえに、これらの圧力変動を説明する時間依存関数Ｐ（ｔ）を導出するために使用することができる。
【００４４】
図３（Ａ）は、変換器４２に印加され得る電圧信号Ｖ（ｔ）の波形６４を示す。通常印刷モードにおいて、波形は、上記した膜３２のたわみを生じさせ、かつノズルを通してインク液滴を排出するのに十分に大きい振幅を有する作動パルス６６を備える。波形は、この例では反対の極性を有するクエンチパルス６８をさらに含む。クエンチパルス６８のタイミングおよび振幅は、そのクエンチパルス６８が、液滴が排出された後にインクチャンバ３４内で振動し、徐々に減衰する残留圧力波を打ち消す（クエンチする）ように選択される。通常印刷モードにおいて、クエンチパルス６８は、液体チャンバ３４内の圧力変動が、別の作動パルス６６が次のドロップオンデマンドサイクルにおいて印加されるときの時間において、事実上ゼロに低減されることを保証する。
【００４５】
図３は、時間ｔ１から時間ｔ４の範囲に及び、かつ、例えば１０μｓの持続期間を有する、１つの完全なドロップオンデマンドサイクルを示す。作動パルスは時間ｔ２において印加され、クエンチパルスは時間ｔ３において印加される。
【００４６】
しかしながら、図３は、実際には、インク液滴が排出される通常印刷動作を例示するのではなく、代わりに、ノズル故障検出ステップに当てはまるものである。その結果、図３（Ａ）において示される波形６４は検出波形であり、その検出波形において、作動パルス６６およびクエンチパルス６８の振幅およびタイミング（および任意選択で形状）は、液滴を排出するためではなく、むしろノズル故障の検出のために最適化されている。つまり、図３（Ａ）において示される作動パルス６６の振幅は、液滴が排出されないほどに小さい。その結果、作動パルスのエネルギーは、形成された液滴上へと伝達されるのではなく、インクチャンバ３４内の液体内に留まり、そのことが、より高い振幅を有する「残留」圧力波を結果的に生じさせる。
【００４７】
図３（Ｂ）において、破線で示される曲線７０は、吐出ユニットが動作状態にある、すなわち、液滴が所望されるように排出されたであろうという事例において、故障検出ステップにおいて形成される残留圧力波に対する圧力関数Ｐ（ｔ）が、十分に大きい作動パルス６６の振幅を有したということを表す。クエンチパルス６８のタイミングおよび振幅は、曲線７０により示される残留圧力波が、弱め合う干渉によりほとんど完全に打ち消されるように設計されており、それよって、図３（Ｂ）において、圧力波の振幅は時間ｔ３において急激に減少する。
【００４８】
他方で、吐出ユニットＥが、任意の種類の動作不良状態、例えばノズル１４が部分的に、または完全に詰まった状態、あるいは、空気泡がノズル内に、またはチャンバ３８内に、または液体チャンバ３４もしくはインク供給導管３６内に存在する状態にあるならば、音響特性、すなわち、音響波の反射および伝達の挙動は、クエンチパルス６８のタイミングおよび振幅が、もはや残留圧力波との弱め合う干渉に対して調整されず、この圧力波を効率的に抑制することに失敗し、または、図３（Ｂ）において実線の曲線７２により例示されているように、残留圧力波を、強め合う干渉により上昇させさえするように変化させられることになる。その結果、曲線７２により表される圧力波の振幅は、ｔ３とｔ４との間の時間区間において、顕著により大きくなる。
【００４９】
吐出ユニットの動作不良状態は、それゆえに、単純に時間ｔ３とｔ４との間の圧力波の振幅が所定のしきい値ｆより上であるかどうかをチェックすることにより、非常に容易かつ短時間の中で検出することができる。そうであるならば、吐出ユニットは動作不良状態にあるということが判断され得るが、ユニットが何の種類の動作不良状態にあるかは、まだ決定することができない。他方で、振幅がしきい値ｆより下に留まるならば、吐出ユニットは動作状態にあるということが結論付けることができる。
【００５０】
この判断は、きわめて短い時間の中で、印刷ヘッドの単一のドロップオンデマンド期間の中でさえ為され得るということが認識されるであろう。
【００５１】
図３（Ｂ）においてさらに示されるように、ユニットが動作不良状態にあるか、それとも動作状態にあるかに関わらず、圧力波の振幅は、常に、それより上でインク液滴が噴射されることになるしきい値である、しきい値ｊより下に留まる。その結果、画素は、図３（Ｂ）において示される時間ｔ１とｔ４との間のドロップオンデマンド期間において、吐出ユニットＥによって印刷され得ないものであり、その結果、ブランク画素２４が、印刷される画像内に形成されることになる。
【００５２】
本発明の原理によるノズル故障検出を伴う印刷プロセスの本質的なステップが、図４にの流れ線図において要約されている。
【００５３】
ステップＳ１において、マスクパターン２２が、パターンにより決定される最小検出頻度が印刷ジョブに対する品質要件と整合するように画定される。
【００５４】
ステップＳ２において、画像２０、または、複数の画像もしくはタイルが媒体シート１８上に印刷され、図２および３に関連して説明されるような高速ノズル故障検出ステップが、各ノズル１４に対して、そのノズルがブランク画素２４の画素位置に到達すると直ちに実施される。インクドットがその位置において印刷されないことになることが予め分かっているので、故障補償ルーチンが、ブランク画素２４の可視性をさらに低減するために、その特定の画素位置に対して作動され得る。例えば、（近隣の画素列内の、および、さらには同じ列内の、ただし、ブランク画素２８の前にある、およびそのブランク画素の後に続く）近隣の画素位置に対するインク液滴の体積が、それぞれの作動パルス６６の振幅を増大することにより増大され得る。
【００５５】
ステップＳ３において、ノズル故障がノズル１４のいずれかに対して検出されたかどうかがチェックされる。
【００５６】
ノズル故障が検出されると直ちに、動作不良中ノズルは、ステップＳ４においてスイッチを切られ、故障補償が、近隣の画素列内の画素に対して継続される。
【００５７】
次いで、ステップＳ５において、詳細な故障分析が、動作不良の性質の特性をさらに明らかにするために、動作不良中の吐出ユニットに対して実施される。その目的のために、吐出ユニットの変換器が、液滴を吐出するには小さすぎる作動パルス６６を有する波形によってエネルギーを印加される。引き続くクエンチパルス６８は含まれ得る、または省略され得るものであり、インクチャンバ３４内で減衰する圧力波は、発生したノズル故障のタイプを識別するために、時間の延長された期間に亘って分析されることになる。
【００５８】
次いで、ステップＳ５における故障分析の結果に依存して、ノズル処置が、（例えば、印刷されることになる２つの順々に続くページの間の時間間隙内に、ノズル面１２を拭くことにより、または、ノズルを清浄化することにより）ノズルを動作状態へと戻すために、ステップＳ６において任意選択で実施され得る。
【００５９】
ステップＳ７において、マスクパターン２２の端部に到達したかどうかがチェックされる。そうであるならば（Ｙ）、マスクパターンはステップＳ８において繰り返され、それによってステップＳ２に戻るようにループすることにより、次のタイルまたは画像２０が印刷可能となるものであり、高速ノズル故障検出が継続され得る。
【００６０】
ノズル故障がステップＳ３において検出されないならば（Ｍ）、ステップＳ４からＳ６は飛ばされる。
【００６１】
ステップＳ３は、ノズル１４の内の１つが、マスクパターン内のブランク画素２８の内の１つの画素位置に到達したときはいつも実施されるということが理解されるであろう。その結果、２つ以上のノズル故障が検出され、ステップＳ４からＳ６が、次いで、動作不良中ノズルの各々に対して実施されるという事例が存し得る。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の吐出ユニット（Ｅ）を有するインクジェットプリンタにおけるノズル故障検出方法であって、各々の吐出ユニットが、ノズル（１４）と、ノズルと関連付けられる液体チャンバ（３４）であって、ノズル（１４）からインク液滴を排出するように、その液体チャンバ内で圧力波にエネルギーを印加するための電気機械変換器（４２）を有する液体チャンバ（３４）とを備え、方法は、所与の最小検出頻度によって各々吐出ユニットに対して実施されるノズル故障検出ステップを備え、各々のノズル故障検出ステップは、
液滴の吐出を生じさせず、吐出ユニットが動作不良状態にあるか否かに敏感である圧力変動を形成する波形（６４）によって、変換器（４２）にエネルギーを印加するステップと、
動作不良状態を検出するために圧力変動を測定するステップと、
を備える方法において、
印刷される画像コンテンツに依存しないマスクパターン（２２）を画定するステップであって、前記マスクパターンは、暗い背景（２６）上のブランク画素（２４）の位置を、ブランク画素が、肉眼での認識が困難な程度に精細となるように画像（２０）の区域に亘って分布させられるように画定するステップと、
画像が印刷されているとき、各ノズル（１４）がマスクパターン（２２）に属する画素位置内にあるタイミングにおいて、各吐出ユニット（Ｅ）に対してノズル故障検出ステップを実施するステップと、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
マスクパターン（２２）が、印刷される画像の連続するタイルに繰り返し適用される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
検出波形（６４）が、吐出ユニットが動作状態にある場合にのみ、インクチャンバ（２４）内の残留圧力変動を抑制するように設計されるクエンチパルス（６８）が後に続く作動パルス（６６）を含み、動作不良状態が、クエンチパルス（６８）の後の残留圧力変動の振幅をしきい値（ｆ）と比較することにより検出される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
個々のノズル（１４）に対するノズル故障検出ステップが、プリンタのドロップオンデマンド期間より大きくない持続期間を有する時間区間（ｔ１−ｔ４）の中で実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
動作不良状態が任意のノズル（１４）に対して検出されたとき、ノズル故障補償アルゴリズムが、そのノズルに対して動作され、ノズル故障が存続する限り動作が保たれる、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
特定の吐出ユニットの動作不良状態が検出されたとき、その検出ユニットがスイッチを切られる、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
動作不良状態が特定のノズルに対して検出されたとき、他のノズル故障検出プロセスが、動作不良の性質の特性をさらに明らかにするために、そのノズルに対して実施され、動作不良の性質が識別された場合、保守ステップが動作不良を除去するために実施される、請求項５または６に記載の方法。
【請求項８】
ノズル故障補償アルゴリズムが、ブランク画素（２４）の画素位置に対して実施される、請求項１に記載の方法。
【国際調査報告】
2021521036.tif 000007
2021521036.tif 000008
2021521036.tif 000009