(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴発生器から噴射されるインクを含む複数の液滴ストリームが、その上に電荷リードを有する複数の荷電電極が配置されたインクジェット・プリントヘッドの荷電板の荷電板面の近傍を通過し、このときに、複数の独立して切替可能な電源から前記複数の荷電電極へ静電電位が供給されて前記複数の液滴ストリームが電気的に荷電され、荷電された前記複数の液滴ストリームがキャッチャに衝突し、印刷媒体上で印刷プロセスが実行されるように、インク・フローが前記キャッチャの面に形成されるインクジェット印刷システムにおいて、前記インクジェット・プリントヘッドの前記荷電板上に蓄積される望ましくないインクによる短絡を検出する検出手段であって、前記検出手段は、
第１横断検出電極と、
第２横断検出電極とを備え、
前記第１横断検出電極および前記第２横断検出電極は、前記液滴ストリームの進行方向に対して前記複数の荷電電極の下に位置し、かつ、前記荷電板面と同一平面に位置し、
前記検出手段は、さらに、
前記第１横断検出電極と前記第２横断検出電極との間にインクが存在しない場合の前記第１横断検出電極と前記第２横断検出電極との間の容量性結合、および、前記第１横断検出電極と前記第２横断検出電極との間にインクが存在する場合の前記第１横断検出電極と前記第２横断検出電極との間の抵抗性結合を区別して、容量性結合を出力信号から排除することにより、前記第１横断検出電極と前記第２横断検出電極との間の抵抗性結合による短絡を検出するａｃ検出手段を備える、ことを特徴とする検出手段。
【請求項２】
請求項１記載の検出手段において、前記ａｃ検出手段は、容量性結合を排除する位相感応検出手段を備えることを特徴とする検出手段。
【請求項３】
請求項２に記載の検出手段において、前記位相感応検出手段が、同期整流を備えることを特徴とする検出手段。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載の検出手段において、前記第１横断検出電極および前記第２横断検出電極が近接配置されることを特徴とする検出手段。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項に記載の検出手段において、前記第１横断検出電極および前記第２横断検出電極の少なくとも１つは、前記荷電電極を形成するために用いられるプロセスとほぼ同じプロセスで製作されることを特徴とする検出手段。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項に記載の検出手段において、前記検出手段は、さらに、前記第１横断検出電極および前記第２横断検出電極と前記複数の荷電電極との間の短絡により発生するような上昇したｄｃ電圧を検出するｄｃ検知手段を備えることを特徴とする検出手段。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット・プリンタに関し、更に特定すれば、起動および印刷中に、荷電板上において望ましくないインクを検出する手段を必要とする平面荷電プリントヘッドに関し、更に特定すれば、このような印刷システムの荷電板領域に誤って配されたインク検出における改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット・プリンタにおいて液滴の荷電（charging）に用いる荷電板は、導電性インクによって短絡することがある。したがって、インクジェット・プリンタの分野では、起動および印刷中に荷電板上にある望ましくないインクを検出可能であることが望ましい。望ましくないインクとは、電荷リード上またはその付近におけるミスト（mist）の蓄積の場合もあるが、通常は、噴射口の湾曲または不適切な起動に起因する、電荷リード上またはその付近におけるインクの蓄積である。荷電板上に望ましくないインクがあると、電荷リードと接地との間に電気的な短絡が発生し、印刷の欠陥や、望ましくない電流の流れによる、荷電板に対する物理的な損傷を招く。
【０００３】
既存の電荷リード短絡検出方式は、導電性インクが電荷リードを近くにある何らかの接地に橋架することにより、荷電板の電圧源から引き出される電流の測定を拠り所としている。これは、電荷リード電圧が全て非ゼロである非印刷状態の間に、電流測定を行う必要がある。現行の短絡検出方式には、いくつかの問題点がある。
【０００４】
このような短絡検出方式に伴う問題の１つは、非印刷時の電流測定は、長いアレイ上で行うには、特に区分整相（segmented phasing）の可能性がある場合には、厄介な場合があることである。別の問題として、電荷リードを接地に橋架するインク量が非常に少ない場合、電荷リードの電源から引き込まれる電流は、高いインク経路抵抗のために、不適切な状態を知らせるために必要なスレシホルドに満たない虞れがあることがあげられる。したがって、「短絡」を検出するためのスレシホルド電流は、できるだけ小さくしなければならない。これは、荷電駆動部のスイッチング・スルーレートによって外部で発生するノイズによって大きく妨げられる。このため、小さく抵抗が高いインク経路の存在を許してしまい、ある時間量の間検出させず、破局的な障害が発生するまで、インクの蓄積および電荷リードの剥がれ（deplating）を進行させることになる。加えて、噴出口がクラッシング（crashing）の開始段階にあり、インクが荷電板領域の下側部分にしかなく、実際に電荷リードに電気的に接触しない場合、これは検出されず、印刷に問題が存在しても、プリントヘッドは機能することが許され、あるいは、荷電板領域に蓄積するインクによって、遥かに危険な状態（damaging condition）が生ずるに至る。
【０００５】
このような短絡を検出し補正処置を取ることを可能にする手段を設ける別の既存の方法は、荷電板の下に２本の検出ワイヤまたは電極を配置することである。これらの電極は、キャッチャ（catcher）の上側部分、または荷電板とキャッチャとの間に位置し、噴射口アレイの幅に及ぶ。荷電板上に荷電電極を短絡させるインクがあると、２本の検出ワイヤ間を連続させようとする。検出ワイヤ間が連続すると、種々の電子的な方式で検出可能となる。しかしながら、この短絡検出システムは、実施が困難でありかつ費用がかかることがわかっている。この方法に伴う問題には、インク液滴を全く妨害せずに、荷電板の下にワイヤを配置することの困難が含まれる。更に、インクの自然な液溜め（natural trap）の中には配置できない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
インクジェット・プリントヘッドの荷電板上において望ましくないインクを検出する短絡検出技法における改良が求められていることがわかる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、この必要性を短絡検出技法によって満たすものであり、荷電電極を製作するために用いるのと同じプロセスで、荷電板上に２つの短絡検出電極を製作する。これらの電極を明確に近接配置することにより、ａｃおよびｄｃ双方の短絡検出手段が容易に得られる。
【０００８】
本発明の一形態によれば、プリントヘッドの荷電板上に形成したインクを検出する検出手段は、第１および第２横断検出電極を備えている。第１および第２横断検出電極は、複数の荷電電極の下に位置し、荷電板面と同一平面となっている。ｄｃ検知手段が、第１および第２横断検出電極から出力信号を発生する。
【０００９】
したがって、本発明の利点は、短絡の検出に一貫性をもたらすことである。本発明の別の利点は、このプロセスによってもたらされる一貫性のために、ａｃおよびｄｃの短絡検出を組み合わせたシステムが容易に得られることである。
【００１０】
本発明のその他の目的および利点は、以下の説明、添付図面および請求の範囲から明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の短絡検出回路と共に使用するのに適した形式の連続インクジェット・システムの側面図である。
【図２】電鋳プロセスによって生産した場合における、電極パターンの一部を示す図である。
【図３】荷電板の上面に組み付けた場合における、２つの短絡検出電極を有する荷電板を示す図である。
【図４】本発明の短絡検出電子回路の概略図である。
【図５】本発明の二線センサにおける全抵抗性負荷の場合の波形図である。
【図６】本発明の二線センサにおける全容量性負荷の場合の波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明は、図１に示す形式の連続インクジェット・システムに関するものである。液滴発生器によって高い空間解像度の複数の噴射（jet）を作成し、自然な噴射のブレークアップ（break-up）を刺激し、均一な液体粒子（droplet）のストリームに変える。複数の導通手段１６、即ち、電荷リードを、平坦な荷電板１８上に配置してある。液滴発生器２２が複数の液滴ストリーム２０を供給する。複数の独立して切替可能な電源２４が静電電位を複数の電荷リード１６に供給する。キャッチャ２６が僅かに偏向した液滴ストリームを途中で捕獲する（intercept）。キャッチャに衝突する複数の液滴ストリームが、インクの膜３０を形成し、これがインク・フロー２８を形成し、真空によってキャッチャの面から吸収される。参照番号３２は、偏向した液滴がキャッチャに衝突し、互いに融合してキャッチャ面においてインク膜を形成する、キャッチャ上のエリアを表わす。偏向しないインク液滴は、基板３４上に画像を印刷する。勿論、本発明の短絡検出技法の改良は、偏向電極を採用するか否かには拘わらず、あらゆるプリントヘッドに適用されることは理解されよう。
【００１３】
従来技術では、２つの短絡検出電極を荷電板の下にある凹部に配置していた。湾曲した噴射口からのインクが荷電板に衝突すると、荷電電極を短絡し、短絡検出電極間のギャップを塞ぎ、電極間に低い抵抗を生ずる可能性がある。これら２つの電極に取り付けてある電子検出手段は、この低抵抗状態を検出し、機械制御システムに補正処置を取るように知らせることができる。しかしながら、インクは集まる習性があり、荷電板の下にある凹部から除去するのは困難である。このために、荷電板がきれいな場合にも短絡の指示が出る可能性がある。本発明では、この問題を回避するにあたって、荷電板の下にある凹部から検出電極を取り除き、代わりにこれらを荷電板面に作成し、荷電板面と同一平面とした。この位置では、２つの短絡検出電極は、起動シーケンスの間に容易に掃除できるので、荷電電極から分離したこれらの電極上にインクが溜る機構がなくなる。
【００１４】
米国特許第4,560,991号では、荷電板を製造する方法が記載されている。フォトリソグラフィおよび電鋳プロセスを用いて、金属基板上に電極パターンを形成することができる。基板であり、取り付けられる電極パターンであるクーポン（coupon）を、ほぼ直角に折り曲げる。次に、折り曲げたクーポンを鋳型に配置し、続いて荷電板を成形する。成形部品が完全に硬化即ち固化した後、電極パターンを形成した基板を、エッチングによって除去する。このようにして、所望の荷電電極およびリード構造を製作することができる。
【００１５】
米国特許第5,512,117号は、改良した荷電板製作方法を提供する。この特許は、同様に金属基板上に電極パターンを形成する。同様に、クーポンを折り曲げる。成形プロセスを用いて荷電板を形成する代わりに、接着剤を用いて硬質誘電体基板上にクーポンを積層する。前述の特許の場合と同様、接着剤が固化した後、電極パターンを形成した金属基板を、エッチングによって除去する。接着剤または成形材が電極間の空間を充填するので、双方の製造プロセスにおいて、荷電電極は、荷電板面と同一平面となる。
【００１６】
米国特許第4,928,113号における荷電電極の下に偏向電極を生産するプロセスを利用することによって、荷電板の下に、一体化した短絡検出電極を有する荷電板を製作することができる。'113特許は、アクティブな荷電電極アレイの外側にある電極が、荷電板面の下においていかにして荷電電極よりも遠くに延出可能かを示す。次いで、電極は直角に折れ曲がり、アレイの幅全体を横断するように延びることができる。'113特許は、更に、どのようにして多数の横断電極をこのように製作できるかについても示す。'113特許では、このような電極は偏向電極として機能すると教示している。
【００１７】
本発明によれば、噴射口アレイの対向側のように、隣接する接地電極がなく、荷電電極がかなり長く１５ミル（約0.38mm）ないし２０ミル（約0.51mm）である場合、荷電電極の下にあるこれら余分な電極は、多くの偏向を発生しないことがわかった。したがって、電極の一方をａｃ電圧で駆動しても、キャッチまたは印刷液滴軌道に重大な影響を及ぼすことなく、これらの横断電極を短絡検出センサとして使用することが可能である。
【００１８】
本発明は、荷電電極の下に、２つの横断電極即ち「余分な」電極を利用する。図２は、電鋳プロセスによって金属基板上に製作した場合の電極パターンを示す。図示のように、上側および下側検出電極４０および４２それぞれは、荷電電極を形成する際に用いるのと同じフォトリソグラフィおよび電鋳プロセスによって形成することができる。電気シールド４８によって、検出電極４０および４２を電気的に遮蔽する。第１および第２接続部位４４および４６が、検出電極４０および４２を、荷電電極アレイの両端にある短絡検出電子回路に接続する。これは、短絡検出電極への接続に、ある程度の冗長性を持たせるものである。クーポン、基板および取り付けた電極パターンは、ほぼ直角に折り曲げる。次に、'117特許に記載されているように、セラミックのような硬質の誘電体基板上に、これを積層する。
【００１９】
図３は、荷電板面の断面図を示す。荷電電極３８ならびに上側および下側検出電極４０および４２は、それぞれ、セラミック基板上に積層してある状態を示している。積層プロセスで用いたエポキシ３６は、電極間の空間を充填する。その結果、短絡検出電極４０および４２は、荷電板面と同一平面となるので、これらの電極が液滴の飛翔を妨げる問題は生じない。
【００２０】
短絡検出電極の幾何学的形状（geometry）は、荷電電極３８を規定する際に用いるのと同じフォトリソグラフィ・プロセスによって形成するので、その位置は、荷電電極に対して明確に規定してある。その結果、これらは、荷電板の短絡を検出可能な程荷電電極に接近して位置するが、十分に離れているので、インク橋架を形成せず短絡を防止することができる。同様に、このプロセスは、検出電極間に一貫した間隔を確保する。これによって、誤った短絡指示を生ずることなく、検出回路を調整し、高い検出感度を得ることが可能となる。例えば、図３に示す好適な実施形態は、荷電電極の下に、５ミル（約0.13mm）離間した上側電極４０を有する。検出電極間の空間は３ミル（約0.08mm）であり、各検出電極の幅は３ミル（約0.08mm）である。
【００２１】
次に図４を参照し、ｄｃおよびａｃ電荷検出手段の構成図５０を示す。この電子的構造は、短絡を検出するために２つの相補的手段を備えている。第１に、通常高電圧である、荷電電極から容量的に接地した検出電極への短絡を検出する、ｄｃ検知を採用することができる。荷電電極から検出電極への短絡は、検出電極にｄｃ電圧を発生するので、これを検出することができる。
【００２２】
ＤＣ検知手段５２は、２つの同一回路を備えており、各々２つの抵抗５４および演算増幅器５６から成る。荷電板上にインクがあると、高電圧荷電電極および検知電極から導通経路ができ、検知電極の電圧が上昇する。抵抗５４は、分圧器を構成し、その出力を利得１の演算増幅器５６に供給する。演算増幅器の出力は、０から５ボルトまで変化することができ、短絡状態の指示を与える。
【００２３】
ｄｃ検知出力の一方または双方に、非ゼロの測定電圧があると、これは検知ライン４０，４２および荷電電極３８間に導通経路があることの指示となる。ＤＣ短絡検出は、短絡状態を検出するためには、荷電電極上に電圧の存在を必要とする。
【００２４】
また、好適な短絡検出回路は、短絡用ａｃ検査も行う。ここで図４および図５を参照すると、方形波源８２が波形７２を生成し、これを積分器８４で積分し、増幅器８６でバッファすることにより、三角波形７０を生成する。この三角波形を検知抵抗８８、ＤＣブロック・コンデンサ９０、検知電極４０および４２、ならびに別のＤＣブロック・コンデンサ９２の直列結合に印加する。ｄｃ検知回路における抵抗値は、十分に高いので、これらを通過するａｃ電流は無視することができる。ＤＣブロック・コンデンサは、荷電電極上の電圧が生成するｄｃ電流が検知電極を通過して接地およびＡＣ検知回路に流れるのを防止する。しかしながら、ＤＣブロック・コンデンサは、三角波電圧７０によるＡＣ電流は通過させる。動作において、検知電極４２は、容量的に、あるいは水分によって短絡した場合は抵抗的に、検知電極４０に結合する。構成部品８８，９０，４０，４２および９４の直列結合を通過するＡＣ電流は、検知抵抗８８間に電圧を発生する。この電圧を差動増幅器９４に印加する。差動増幅器９４は、この電圧を増幅し、その基準点が接地に対応するようにシフトする。レベル・シフトした電圧を同期整流器９６に印加する。同期整流器は、２つの入力、信号入力およびクロックを有する。同期整流器９６は、クロック入力における論理レベルに応じて、＋１から−１に切り替わる乗数（multiplier rate）を有する増幅器として作用する。この場合、クロックは、方形波源８２が生成する方形波であるが、移相器９８によって、９０度位相シフトされ、波形７６となる。９６からの整流出力電圧７８をローパス・フィルタ１００に印加する。
【００２５】
検知電極間に水分がない場合、検知電極は容量的に結合状態にある。この場合、検知抵抗間に得られる電圧は、図６に示すような方形波７４となる。同期整流した信号は、０ボルトを中心とする元のクロック信号の２倍の周波数の方形波である。整流電圧を波形７８として示す。同期整流信号をローパス・フィルタに通過させ、波形８０で示すような、０ボルトのｄｃ信号を生成する。
【００２６】
図５および図６に移り、下側の検出ワイヤが他方の検出ワイヤまたは何らかの他の接地に、インクの存在によって短絡した場合、下側検出電極は、抵抗的に接地に結合する。抵抗性結合の場合、検出電極への電流の流れは、三角波の形態を有する。三角波の振幅は、下側検出電極と接地との間の抵抗によって異なる。三角波を同期整流器に通過させると、周期が元の三角波の２倍の三角波となる。この三角波は、０ボルトを中心とするのではなく、三角波の基底が０ボルトとなる。ローパス・フィルタを通過させると、非ゼロ振幅のｄｃ信号が得られる。接地に対する抵抗が小さい程、出力信号は大きくなる。
【００２７】
検出電極間で抵抗性結合および容量性結合を区別可能なこの検出システムを利用することにより、短絡に対する感度を高めた短絡検出システムの設計が可能となる。容量性結合を出力信号から排除するので、検出電極を近接配置することができ、容量増大による誤ったエラー信号の生成を招くことはない。検出電極の近接配置により、少量のインクのみが２つの電極間を橋架する場合でも、大きな出力信号を確保する。
【００２８】
好適な実施形態では、下側検出電極に供給する三角波信号は、振幅がピーク・ピークで８Ｖである。検査周波数は５ｋＨｚであった。この周波数は、刺激周波数即ち荷電電圧切替周波数とは著しく異なるので、検出システムは、したがって、プリントヘッド内で生ずるノイズには非常に強い。また、低周波数のため、検出電極上におけるａｃ電圧が、キャッチまたは印刷液滴の偏向に対して検出可能な効果を生ずる危険性も最少に抑える。
【００２９】
本発明による回路は高い荷電板電圧とは異なる低検査電圧を用いるので、この短絡検出システムは、荷電板に高電圧を印加する前に、活性化することができる。これによって、プリンタは、高電圧が供給される前に、潜在的に損傷の可能性がある短絡を検出することが可能となる。また、正常な起動シーケンスの間、水分が荷電板上に凝縮する。その際、ヒータを用いて結露を乾燥させる。乾燥時間は、周囲条件によって異なる可能性がある。起動中に短絡検出システムを用いれば、荷電板電圧をオンにする前に、乾燥が完了したことが確認でき、所定の時間量の経過のみに頼らなくて済む。
【００３０】
以上ある好適な実施形態を特定的に参照しながら本発明について詳細に説明したが、本発明の精神および範囲以内において、変更や変形が可能であることは理解されよう。
【符号の説明】
【００３１】
１６    電荷リード
１８    荷電板
２０    液滴ストリーム
２２    液滴発生器
２６    キャッチャ
２８    インク・フロー
３４    基板
３６    エポキシ
３８    荷電電極
４０    上側検出電極
４２    下側検出電極
４４，４６    接続部位
４８    電気シールド
５０    ｄｃおよびａｃ電荷検出手段
５２    ＤＣ検知手段
５４    抵抗
５６    演算増幅器
８２    方形波源
８４    積分器
８６    増幅器
８８    検知抵抗
９０    ＤＣブロック・コンデンサ
９２    ＤＣブロック・コンデンサ
９４    差動増幅器
９６    同期整流器
９８    移相器
１００    ローパス・フィルタ
【図１】
0004740355.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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