(57)【要約】【課題】液滴射出装置を提供する。【解決手段】液滴射出装置は、液滴生成器を含み、駆動信号波形を用いる。その駆動信号波形は、順に、第１極性パルス、第１の第２極性パルス、遅延期間、および第２の第２極性パルスを含む。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴射出装置であって、
液滴生成器と、
液滴射出サイクル期間中に前記液滴生成器に印加される液滴射出波形と、を有し、
前記液滴射出波形は、順に、第１極性パルス、第１の第２極性パルス、遅延期間、および第２の第２極性パルスを含む、液滴射出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の液滴射出装置において、
前記液滴生成器が、圧電式トランスデューサを含む、液滴射出装置。
【請求項３】
請求項１に記載の液滴射出装置において、
液滴の射出が実施されるよう作用するように、前記第１極性パルスおよび前記第１の第２極性パルスが構成されている、液滴射出装置。
【請求項４】
請求項１に記載の液滴射出装置において、
液滴の射出が実施されるよう作用するように、前記第１極性パルスおよび前記第１の第２極性パルスが構成されており、
液滴の射出後に前記液滴生成器に残っている残存エネルギを消すよう作用するように、前記第２の第２極性パルスが構成されている、液滴射出装置。
【請求項５】
請求項１に記載の液滴射出装置において、
液滴の射出が実施されるよう作用するように、前記第１極性パルスおよび前記第１の第２極性パルスが構成されており、
液滴の射出後に、前記液滴生成器内のメニスカスがくずれることを防止するよう作用するように、前記第２の第２極性パルスが構成されている、液滴射出装置。
【請求項６】
請求項１に記載の液滴射出装置において、
前記遅延期間が約２から約７マイクロ秒の範囲内である、液滴射出装置。
【請求項７】
請求項１に記載の液滴射出装置において、
前記液滴生成器が、少なくとも約１０ＫＨｚの液滴射出頻度で作動される、液滴射出装置。
【請求項８】
請求項１に記載の液滴射出装置において、
前記液滴生成器が、約１０ＫＨｚから約４０ＫＨｚの範囲内の液滴射出頻度で作動される、液滴射出装置。
【請求項９】
請求項１に記載の液滴射出装置において、
前記第１の第２極性パルスの継続時間が、前記第１極性パルスの継続時間より短い、液滴射出装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の液滴射出装置において、
前記第２の第２極性パルスの継続時間が、前記第１極性パルスの継続時間より短い、液滴射出装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の液滴射出装置において、
前記第２の第２極性パルスの継続時間が、前記第１の第２極性パルスの継続時間より短い、液滴射出装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の液滴射出装置において、
前記第２の第２極性パルスが略三角形状である、液滴射出装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の液滴射出装置において、
前記第２の第２極性パルスが略台形状である、液滴射出装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の液滴射出装置において、
前記第１極性パルスが、約３３ボルトから約４７ボルトの範囲の振幅を有する、液滴射出装置。
【請求項１５】
請求項１に記載の液滴射出装置において、
前記第１極性パルスが、約３９ボルト以下の振幅を有する、液滴射出装置。
【請求項１６】
請求項１に記載の液滴射出装置において、
前記第１の第２極性パルスが、約３０ボルトから約４７ボルトの範囲のピーク値を有する、液滴射出装置。
【請求項１７】
請求項１に記載の液滴射出装置において、
前記第１の第２極性パルスが、約３５ボルト以下のピーク値を有する、液滴射出装置。
【請求項１８】
請求項１に記載の液滴射出装置において、
前記第２の第２極性パルスが、約１５ボルトから約４７ボルトの範囲のピーク値を有する、液滴射出装置。
【請求項１９】
請求項１に記載の液滴射出装置において、
前記第２の第２極性パルスが、約２２ボルト以下のピーク値を有する、液滴射出装置。
【請求項２０】
請求項１に記載の液滴射出装置において、
前記第２の第２極性パルスのピーク値が、前記第１の第２極性パルスのピーク値より低い、液滴射出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的に、液滴生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
印刷物を作成するためのドロップオンデマンド方式のインクジェット技術は、プリンタ、プロッタ、およびファクシミリ装置などの市販製品において使用されている。一般的にインクジェットイメージは、プリントヘッドまたはプリントヘッドアセンブリ内に設けられた複数の液滴生成器によって射出されたインク滴を、着滴表面上に選択的に配置させることによって形成される。たとえば、プリントヘッドアセンブリと着滴表面とを互いに対して移動させつつ、適切な時点で液滴生成器から液滴が射出されるよう、適切な制御器などを用いて制御する。着滴表面は、転写表面であってもよいし、あるいは紙などの印刷基材であってもよい。転写表面である場合、そこに印刷されたイメージはその後、紙などの印刷出力基材に転写される。
【０００３】
既知のインクジェット液滴生成器の構造では、電気機械式トランスデューサを用いて、インクをインクチャンバから液滴形成用出口流路に移動させる。このような構造では、液滴速度および／または液滴重量を調節することが困難な場合がある。
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５，７３６，９９３号明細書
【特許文献２】米国特許第６，２１７，１４１号明細書
【特許文献３】米国特許第６，２１７，１５９号明細書
【特許文献４】米国特許第６，３０５，７７３号明細書
【特許文献５】米国特許第６，３１２，０８０号明細書
【特許文献６】米国特許第６，５９８，９５０号明細書
【特許文献７】米国特許出願公開第２００１／００２２５９６  Ａ１
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による液滴射出装置は、液滴生成器と、液滴射出サイクル期間中に液滴生成器に印加される液滴射出波形とを有する。液滴射出波形は、順に、第１極性パルス、第１の第２極性パルス、遅延期間、および第２の第２極性パルスを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図１は、ドロップオンデマンド方式の印刷装置の一実施形態を示す略ブロック図である。この印刷装置は、制御器１０と、液滴を射出する複数の液滴生成器を含むことが可能なプリントヘッドアセンブリ２０とを有する。制御器１０は、各液滴生成器にそれぞれ駆動信号を供給することによって、液滴生成器を選択的に作動させる。各液滴生成器において、圧電式トランスデューサを用いてもよい。他の例としては、各液滴生成器において、シアモードのトランスデューサ（shear-mode transducer）、環状狭窄式トランスデューサ（annular constrictive transducer）、電歪式トランスデューサ（electrostrictive transducer）、電磁式トランスデューサ（electromagnetic transducer）、または磁歪式トランスデューサ（magnetorestrictive transducer）を用いてもよい。プリントヘッドアセンブリ２０は、ステンレス鋼などのシートまたはプレートを積層して形成することが可能である。
【０００７】
図２は、図１に示す印刷装置のプリントヘッドアセンブリ２０において使用できる液滴生成器３０の一実施形態を示す、略ブロック図である。液滴生成器３０は、多岐管、貯液部、または他のインク収容構造体からインク３３を受ける入口チャネル３１を有する。インク３３は、加圧またはポンプチャンバ３５に流入する。加圧チャンバ３５は、片側が可撓性ダイヤフラム３７などで仕切られている。可撓性ダイヤフラム３７には、電気機械式トランスデューサ３９が取り付けられており、たとえばトランスデューサ３９が加圧チャンバ３５に重なるように配置されてもよい。電気機械式トランスデューサ３９は、ピエゾ部材４１を含む圧電式トランスデューサであってもよい。ピエゾ部材４１はたとえば、制御器１０から液滴射出信号および非射出信号を受信する電極４３に挟まれて設けられる。電気機械式トランスデューサ３９を作動させることで、加圧チャンバ３５から液滴形成出口チャネル４５へインクが流され、出口チャネル４５からインク滴４９が、たとえば転写表面である着滴基材４８に向けて射出される。出口チャネル４５は、ノズルまたは孔４７を含むことが考えられる。
【０００８】
インク３３は、溶融または相変化された固体インクであってもよく、電気機械式トランスデューサ３９はたとえば、曲げモードで動作する圧電式トランスデューサである。
【０００９】
図３および図４は、射出サイクル期間Ｔのあいだにプリントヘッドに供給されることでインク滴を射出させる、駆動用液滴射出信号または波形５１の一実施形態を示す略図である。この時間変化する液滴射出波形５１は、液滴生成器からインク滴が射出されるように電気機械式トランスデューサを作動させる形状または構成になっている。波形５１の継続時間は、射出サイクル期間Ｔより短くてもよい。一例として射出サイクル期間Ｔは、約１００〜２５マイクロ秒の範囲内であることが考えられ、それによって液滴生成器が、約１０〜４０ＫＨｚの範囲内の液滴射出頻度で作動される。その場合、射出サイクル期間Ｔは、液滴射出頻度の逆数にほぼ等しい。波形５１の全継続時間はたとえば、約２０〜３０マイクロ秒の範囲内であることが可能である。
【００１０】
一例として液滴射出波形５１は、順に、正パルス成分６１、第１の負パルス成分７１、遅延期間ＤＥＬＡＹ、および第２の負パルス成分７２を含む、双極性電圧信号である。パルスが負または正であるということは、０ボルトなどの基準値に対してである。各パルスはそれぞれ、パルス継続時間ＤＰ、ＤＮ１、およびＤＮ２によって特徴づけられている。それらのパルス継続時間は、便宜上、パルス移行（すなわち、基準値からの移行または基準値への移行）時点間を測定した時間である。また各パルスはそれぞれ、ピークパルス値ＭＰ、ＭＮ１、およびＭＮ２によっても特徴づけられている。それらのピークパルス値は、ここでは正数で表す。
【００１１】
正パルス６１は、約１０〜１６マイクロ秒の範囲内の継続時間ＤＰを有することが可能である。第１の負パルス７１は、約３〜７マイクロ秒の範囲内の継続時間ＤＮ１を有することが可能である。第２の負パルス７２は、約２〜８マイクロ秒の範囲内の継続時間ＤＮ２を有することが可能である。このように正パルス６１は、第１の負パルス７１の継続時間ＤＮ１より長く、かつ第２の負パルス７２の継続時間ＤＮ２よりも長い継続期間を有することが可能である。第２の負パルス７２の継続時間ＤＮ２は、第１の負パルス７１の継続時間ＤＮ１より短い場合も長い場合もある。第１および第２の負パルス７１，７２の継続時間ＤＮ１，ＤＮ２は、同等であってもよい。
【００１２】
正パルス６１は、約３３〜４７ボルトの範囲内のピーク値ＭＰを有することが可能である。正パルス６１のピーク値ＭＰはたとえば、約３９ボルト以下である。正パルス６１はたとえば、以下の４つのセグメントを含むことが考えられる：第１の正方向セグメント６１Ａ、第２の正方向セグメント６１Ｂ、実質的に一定レベルのセグメント６１Ｃ、および負方向セグメント６１Ｄ。第１の正方向セグメント６１Ａは、第２の正方向セグメント６１Ｂに比べて、勾配がきつい。
【００１３】
第１の負パルス７１は、約３０〜４７ボルトの範囲内のピーク値ＭＮ１を有することが可能である。第１の負パルス７１のピーク値ＭＮ１はたとえば、約３５ボルト以下である。第１の負パルス７１のピーク値ＭＮ１は、正パルス６１のピーク値ＭＰより低いことが考えられる。第１の負パルス７１はたとえば、以下の４つのセグメントを含むことが考えられる：第１の負方向セグメント７１Ａ、第２の負方向セグメント７１Ｂ、実質的に一定レベルのセグメント７１Ｃ、および正方向セグメント７１Ｄ。第１の負方向セグメント７１Ａは、第２の負方向セグメント７１Ｂに比べて、勾配がきつい。実質的に一定レベルのセグメント７１Ｃは、正パルス６１における実質的に一定レベルのセグメント６１Ｃより、短いことが考えられる。
【００１４】
第２の負パルス７２は、約１５〜４７ボルトの範囲内のピーク値ＭＮ２を有することが可能である。第２の負パルス７２のピーク値ＭＮ２はたとえば、約２２ボルト以下である。第２の負パルス７２のピーク値ＭＮ２は、正パルス６１のピーク値ＭＰより低く、かつ第１の負パルス７１のピーク値ＭＮ１より低いことが考えられる。第２の負パルス７２はたとえば、三角形状（図３）または台形状（図４）であることが可能である。三角形状の実施形態では、第２の負パルス７２は、負方向セグメント７２Ａと、正方向セグメント７２Ｂとを含む。台形状の実施形態では、第２の負パルス７２は、第１の負方向セグメント１７２Ａと、実質的に一定レベルのセグメント１７２Ｂと、正方向セグメント１７２Ｃとを含む。
【００１５】
動作時には、正パルス６１および第１の負パルス７１が、加圧チャンバ３５（図２）の体積を変動させることによって液滴を射出させる。第２の負パルス７２は、液滴が射出された後に印加され、直前に射出された液滴と実質的に同じ重量および速度を有する液滴がその後に射出されるように液滴生成器をリセットするよう機能する。第２の負パルス７２は、直前の第１の負パルス７１と同じ極性を有し、ノズル４７におけるメニスカスを内側に引き入れるよう作用し、メニスカスがくずれることを防止する。メニスカスがくずれてインクがノズルの外に漏れてしまうと、液滴生成器は、その後の射出時に液滴を形成できなくなる場合がある。
【００１６】
第１の負パルス７１と第２の負パルス７２との間の遅延期間は、約２〜７マイクロ秒の範囲であることが可能である。
【００１７】
第２の負パルス７２の形状は、以下の条件を満たすように選択されることが考えられる：（１）第２の負パルスによって適切な量のエネルギを印加することで、液滴射出後に液滴生成器に残っていた残存エネルギが除去される；（２）第２の負パルス自体は、液滴を射出させない；ならびに（３）液滴生成器が、ノズルを通じて気泡を吸い込まない。例として、第２の負パルス７２は、全体的に三角形状（図３）であってもよいし、または全体的に台形状（図４）であってもよい。他の形状を用いることも可能である。
【００１８】
さらに包括的に考えると、波形５１は順に、第１の極性を有する第１パルス、第２の極性を有する第２パルス、遅延期間、および第２の極性を有する第３パルスを含むと説明できる。図５および図６は、図３および図４の波形とは逆極性の駆動用射出信号または波形５１の実施形態を示す略図である。図５および図６の波形は、負方向パルス６１と、第１の正方向パルス７１と、遅延期間と、第２の正方向パルス７２とを含む。図５および図６に示す波形のパルスの継続時間ＤＮ，ＤＰ１，ＤＰ２および振幅ＭＮ，ＭＰ１，ＭＰ２は、図３および図４の波形中の対応するパルスの継続時間ＤＰ，ＤＮ１，ＤＮ２および振幅ＭＰ，ＭＮ１，ＭＮ２と、実質的に同等であることが可能である。
【００１９】
図５および図６の波形において、負方向パルス６１は、以下の４つのセグメントを含むことが考えられる：第１の負方向セグメント６１Ａ、第２の負方向セグメント６１Ｂ、実質的に一定レベルのセグメント６１Ｃ、および正方向セグメント６１Ｄ。第１の負方向セグメント６１Ａは、第２の負方向セグメント６１Ｂに比べて、勾配がきつい。第１の正パルス７１はたとえば、以下の４つのセグメントを含むことが考えられる：第１の正方向セグメント７１Ａ、第２の正方向セグメント７１Ｂ、実質的に一定レベルのセグメント７１Ｃ、および負方向セグメント７１Ｄ。第１の正方向セグメント７１Ａは、第２の正方向セグメント７１Ｂに比べて、勾配がきつい。実質的に一定レベルのセグメント７１Ｃは、負パルス６１における実質的に一定レベルのセグメント６１Ｃより、短いことが考えられる。第２の正パルス７２はたとえば、三角形状（図５）または台形状（図６）であることが可能である。三角形状の実施形態では、第２の正パルス７２は、正方向セグメント７２Ａと、負方向セグメント７２Ｂとを含む。台形状の実施形態では、第２の正パルス７２は、第１の正方向セグメント１７２Ａと、実質的に一定レベルのセグメント１７２Ｂと、負方向セグメント１７２Ｃとを含む。
【００２０】
添付の請求項は、出願時の状態および補正された状態において、本明細書中に開示された実施形態および教示事項の変形、代替形態、修正、改良、同等物、および実質的同等物を、現時点で予測および認識されていないものや、たとえば出願人／特許権者および他者が想到するものも含めて、包含する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】ドロップオンデマンド方式の液滴射出装置の一実施形態を示す、略ブロック図である。
【図２】図１の液滴射出装置において使用できる液滴生成器の一実施形態を示す、略ブロック図である。
【図３】図２の液滴生成器を駆動する際に使用できる駆動信号の一実施形態を示す、略図である。
【図４】図２の液滴生成器を駆動する際に使用できる駆動信号の別の実施形態を示す、略図である。
【図５】図２の液滴生成器を駆動する際に使用できる駆動信号のさらなる実施形態を示す、略図である。
【図６】図２の液滴生成器を駆動する際に使用できる駆動信号のさらに別の実施形態を示す、略図である。
【符号の説明】
【００２２】
１０  制御器、２０  プリントヘッド。
【図１】
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【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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