(57)【要約】【課題】装置の温度変化にかかわらず正確迅速な印刷を可能とするインクジェットプリンタ等の液滴付着用装置を提供する。【解決手段】複数の流体射出チャンバ（２）をもち、それぞれのチャンバが電気信号によって作動しうる少なくとも１の壁（１１）によって部分的に構成されている。壁（１１）にその作動用の電気信号を循環的に付与する手段（１６）、壁への継続的な電気信号の付与の間の間隔内に、流体チャンバの壁の温度に依存する電気的性質を測定して流体チャンバ中の流体の温度に依存する大きさの信号を与える手段（６０）、及び該温度依存性信号の大きさに基づき、作動用電気信号を調節する手段からなる液滴付着用装置。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の液体チャンバ、それぞれの流体チャンバから液滴射出を行うために電気信号によって作動しうる圧電アクチュエータ、該アクチュエータの各々に電気信号を循環的に供給する手段、該アクチュエータ手段への継続的な電気信号の付与の間の間隔内に、該アクチュエータ手段の温度に依存する電気的性質を測定して該アクチュエータ手段と連結する流体チャンバ中の流体の温度に依存する大きさの信号を与える手段、及び該温度依存性信号の大きさに基づき、作動用電気信号を調節する手段からなることを特徴とする液滴付着用装置。
【請求項２】
供給手段が４〜５ｋＨｚの範囲の周波数にて電気信号をアクチュエータ手段に供給する請求項１の装置。
【請求項３】
供給手段が４．２ｋＨｚの周波数にて電気信号を供給する請求項２の装置。
【請求項４】
間隔が２４０μｓである請求項１〜３のいずれか１項の装置。
【請求項５】
温度に依存する電気的性質が電気容量である請求項１〜４のいずれか１項の装置。
【請求項６】
アクチュエータ手段がそれぞれのチャンバの壁の主要部を占める圧電材料をもち、各作動可能な流路が作動用電気信号を付与すると変形して流体チャンバから流体を射出できるものである請求項１〜５のいずれか１項の装置。
【請求項７】
測定手段がその入力部で測定用電圧を受け入れる連続的に接続された２個のトランジスタからなる測定用回路をもち、壁の一方の側がトランジスタの共通出力部に接続され、壁の他方の側が該回路から出力部に接続されており、さらに出力部で電圧の減衰割合を測定して流体チャンバ中の流体の温度に依存する大きさをもつ信号を与えるよう出力部に接続された手段をもつ請求項６の装置。
【請求項８】
測定用電圧を与えるために５Ｖの供給電圧が入力部に接続される請求項７の装置。
【請求項９】
圧電材料が作動用信号を付与すると剪断モードで変形して流体チャンバ内に音圧力波を生じ、それによって流体を射出するようになっている請求項６〜８のいずれか１項の装置。
【請求項１０】
圧電材料が各流体チャンバの側面に沿って配されている請求項６〜９のいずれか１項の装置。
【請求項１１】
複数の流体チャンバと、各流体チャンバ用に、同チャンバからの液滴射出を行うために電気信号によって作動できる圧電アクチュエータをもつ液滴付着用装置を操作するに際し、各アクチュエータ手段にその作動用に電気信号を循環的に供給し；該アクチュエータ手段への継続的な電気信号の付与の間の間隔内に、該アクチュエータ手段の温度に依存する電気的性質を測定して該アクチュエータ手段と直結する流体チャンバ内の流体の温度に依存する大きさの信号を与え；そしてこの温度依存性信号の大きさに依存する作動用電気信号の大きさを調節することからなることを特徴とする液滴付着用装置の操作方法。
【請求項１２】
図面を参照し明細書に実質的に記載されている液滴装置。
【請求項１３】
図面を参照し明細書に実質的に記載されている液滴付着用装置の操作方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はドロップ−オン−デマンドインクジェットプリンタ等の液滴付着用装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明が対象とするのは特には電気信号によって生ずる音圧力波でチャンバから液体（たとえばインク）の液滴を射出するプリンタその他の液滴付着用装置である。この装置は単一の液滴射出チャンバをもつものも包含しているが、典型的なものはそれぞれにノズルを備えたこれらのチャンバ列をもつプリントヘッドであり、このプリントヘッドは要求に応じチャンバから液滴を射出するに必要な出力を与えるデータ伝達用作動電気信号を受け入れるようになっている。各チャンバは圧電要素によって結合されており、作動電気信号によって圧電要素が変形を起こして音圧力波を発生して液滴を射出する。これらの装置は本出願人の所有する特許文献１、特許文献２及び特許文献３に開示されている。
【０００３】
これらの特許文献には、圧電材料が山形構造をもち、チャンバの側面がチャンバの長さ方向にのびる。反対に分極した領域をもつ圧電材料によって結合されていて、電気信号を付与すると圧電材料の両方の領域が、断面でみて、同じ方向に山形に変形する構造のものが記載されている。この構造は特許文献１に「エンドシュータ」プリントヘッドと称して記載されており、これはノズルが長いチャンバの端にありそして圧電材料がチャンバの側面に沿って付着している方式のものである。一方それとは別に又はそれに加えて、特許文献３に記載されている「サイドシュータ」プリントヘッドがあり、これは圧電材料によって結合されていないチャンバの長さ方向の側面の一つにノズルがある方式のものである。いずれの方式も所定の液滴射出機能を示すためにかなりの駆動電圧の低下をもたらす。
【０００４】
印刷操作中に、圧電材料に作動電気信号を与える駆動回路等によって熱が発生する。この熱は射出チャンバ中に吸収されてそのなかの射出流体を加熱することになる。それに伴い射出流体の速度が低下する。このように射出流体の速度が変わると、液滴射出速度が変わり、その結果印刷された像のドット位置に誤差が生ずる。さらに、特許文献４に記載されているように、圧電材料の作動で生ずるヒステリシス損失が射出チャンネル中のインクの温度上昇をもたらしうる。極端な場合、この温度上昇がアクチブな流路とそれに隣接する流路にだけ局在化しうる。
【０００５】
本発明者等は印刷操作中の液滴射出流体の温度をモニターし、モニターした温度に応答する作動信号の大きさを調節することが望ましいことを見出した。公知技術として圧電要素の近くにあるプリントヘッドの外側表面上に、駆動回路に電気的に接続させたサーミスタを配する方法がある。サーミスタ位置の温度が上昇すると駆動回路の抵抗値が低下して、圧電要素に付与する作動信号の大きさを低下させる。しかし、プリントヘッドのケースによってサーミスタと圧電要素の間にもたらされた断熱とケースにサーミスタを取りつける接着剤層がサーミスタの温度と液滴射出流体の温度の間に差をもたらしてしまう。この差は印刷操作中のプリントヘッド内の温度変化が速いと、液滴射出流体中の温度変化に対する駆動回路のリアクタンスが遅いので、かなりのものとなる。
【０００６】
【特許文献１】欧州特許出願公開第０２７７７０３号明細書
【特許文献２】米国特許第４，８８７，１００号明細書
【特許文献３】国際公開第ＷＯ９１／１７０５１号パンフレット
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、これら及び他の問題を解決することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
一の態様において、本発明は、複数の液体チャンバ、それぞれの流体チャンバから液滴射出を行うために電気信号によって作動しうる圧電アクチュエータ、該アクチュエータの各々に電気信号を循環的に供給する手段、該アクチュエータ手段への継続的な電気信号の付与の間の間隔内に、該アクチュエータ手段の温度に依存する電気的性質を測定して該アクチュエータ手段と連結する流体チャンバ中の流体の温度に依存する大きさの信号を与える手段、及び該温度依存性信号の大きさに基づき、作動用電気信号（たとえば振幅及び／又は作用時間）を調節する手段からなる液滴付着用装置を提供する。
【０００９】
本発明者等は温度センサは印刷操作中射出流体と直接接触していることを確実に行うことが重要であることを確認した。本発明者等はまたこれらの温度感知はプリントヘッドの標準的な印刷操作又は印刷速度と妨害すべきでないことも確信した。温度感知を継続的な電気信号の付与の間の間隔内に完全に行うので、温度感知が作動用電気信号を妨害したり、印刷速度を遅くすることはない。
【００１０】
一の態様において、電気信号の供給手段は４〜５ｋＨｚ、好ましくは４．２ｋＨｚの周波数で作動用手段に電気信号を供給するようにアレンジされる。作用時間は２４０μｓが好ましい。一の態様において、電気的性質の測定に要する時間は４２μｓであり、作動の間隔は２４０μｓより小さい。
【００１１】
好ましい態様において、この温度依存性の電気的性質は電気容量である。本発明者等は液体チャンバの圧電アクチュエータの電気容量は図１に示すように、温度の実質的に直線状の関数であることを見出し且つ実験的に確認した。その結果、温度依存信号の大きさはインクの温度に直接比例するといえる。
【００１２】
該アクチュエータ手段は好ましくは該チャンバのそれぞれの壁の主要部が圧電材料からなり、各作動可能な流路壁が作動用電気信号を付与すると変形して流体チャンバから流体を射出する。従って、好ましい態様において、本発明は、それぞれのチャンバから液滴射出を行うように電気信号によって作動しうる少なくとも１の壁によってそれぞれの一部が構成されている複数の流体チャンバ、作動のために壁に電気信号を循環的に供給する手段、壁に継続的に電気信号を付与する間の間隔内に液体チャンバの壁の温度依存性電気信号を測定して流体チャンバの流体の温度に依存する大きさの信号を与える手段、及び温度依存性信号の大きさに基づいて、作動用電気信号の大きさ（たとえば、作動用電気信号の振幅及び／又は作用時間）を調節する手段からなる液滴付着用装置を提供する。
【００１３】
この装置は好ましくは作動用電気信号上に調節手段によって付与するための温度依存性電圧信号を与えるために温度依存性信号を形づくる手段をもつ。この形成手段は信号が温度によって直線的にかわるか又は非直線的にかわるかによって適宜のアレンジを適用しうる。
【００１４】
一の態様において、測定手段はその入力部測定用電圧を受け入れる連続的に接続した２個のトランジスタ（壁の一方の側がトランジスタの共通出力部に接続し、壁の他方の側が回路の出力部に接続している）、及び出力部で電圧の減少速度を測定するために出力部に接続されて流体チャンバ内の流体の温度に依存する大きさの信号を与える手段とをもつ。測定中の壁の過熱を防ぐために、出力部に５Ｖを供給して測定用電圧を与えることができる。
【００１５】
好ましくは、圧電材料は作動用電気信号を付与すると剪断モードで変形して流体射出チャンバ内に音圧力波を生じそれによって流体を射出するようなものである。
好ましいアレンジにおいて、圧電材料を各流体チャンバの側面に沿って配する。この液滴付着用装置は「エンドシューター」構造又は「サイドシューター」構造のいずれもとりうる。また出願人自身の特許文献４に記載されているように、圧電材料を各流体チャンバの裏面に配することもでき、それにより圧電材料への作動用信号の付与によって射出チャンバのノズルの方向へ又はそれから離れる方向に同材料を動かして流体射出用の所望の音圧力波を生じさせることができる。
【特許文献４】国際公開第ＷＯ００／１６９８２号パンフレット
【００１６】
本発明はまた、各液体射出チャンバが電気的作動用信号に応答して液滴を射出する手段、同チャンバ内の流体にさらされて流体の温度に依存する信号を与える手段及び作動用電気信号を調節するために温度依存性信号に応答する手段をもつ一列の流体射出チャンバをもつ液滴付着用装置を提供する。好ましくは、各流体射出チャンバはそこから液滴を射出するために電気信号で作動可能な少なくとも１の壁によってその一部が構成されており、同装置は信号を与えるために壁の温度依存性の電気的性質を用いる手段をもつ。
【００１７】
本発明はまた複数の流体チャンバと、各流体チャンバ用に、同チャンバからの液滴射出を行うために電気信号によって作動できる圧電アクチュエータをもつ液滴付着用装置の操作方法を提供する。この方法は、各アクチュエータ手段にその作動用に電気信号を循環的に供給し；該アクチュエータ手段への継続的な電気信号の付与の間の間隔内に、該アクチュエータ手段の温度に依存する電気的性質を測定して該アクチュエータ手段と直結する流体チャンバ内の流体の温度に依存する大きさの信号を与え；そしてこの温度依存性信号の大きさに依存する作動用電気信号の大きさを調節することからなる。
【００１８】
本発明の一態様を図面に基づいて説明する。
図１は流体チャンバの作動可能な壁の温度に対する電気容量の変化を示すグラフである。
図２はエンドシューター山形プリントヘッドの概略図である。
図３は図２のプリントヘッドの断面図である。
図４はコンデンサの充電曲線を示すグラフである。
図５はプリントヘッド内の温度指示性信号を与えるために用いる測定用回路のアレンジ図である。
図６は測定回路をもつテストボードのブロック図である。
図７は測定回路の出力を示すグラフである。
【００１９】
図２に示す本発明の一態様の平面列型ドロップ・オン・デマンドインクジェットプリンタは多くの平行流体チャンバ又は流路２をもってつくられたプリントヘッド１０をもち、ここでは流路２の９個だけを示しておりその長さ軸は平面に配されている。流路２はプリントヘッドの頂部全体を覆うカバー（図示せず）で閉ざされている。
【００２０】
流路はエンドシューター構造をしており、ノズル板５内のそれらの対応する端部で終わっている。ノズル板５内にはノズル６が形成されており、その一つは各流体射出流路２用のものである。インク４等の流体が、要求に応じ、流体射出流路２から液滴７の形で射出され印刷表面９の印刷線８上に付着される。印刷表面とプリントヘッドの間には流路軸の面に垂直な相対運動がある。
プリントヘッド１０は平らな基板部２０をもち、そのなかに流路がノズル板５から平行に後方向に切られるか又はＰＺＴ圧電材料から作られている。
【００２１】
流路２は長く狭くそして長方形の断面をもち、流路の長さ方向に対向する側壁１１をもっている。流体射出流路２の側壁１１は流路の長さ方向に沿って電極（図示せず）をもち、それにより側壁が長さ方向の実質上全体に沿う流路軸に対し横断的に剪断モードで変形可能となって、流路２内のインクに圧力変化をもたらしてノズルから液滴を射出させる。
【００２２】
流路２はノズルから離れた端部で横断チャンネル（図示せず）と接続しており、横断流路はパイプ１４によってインク貯蔵部（図示せず）と接続している。流体射出流路の側壁１１を作動するための電気的接続（図示せず）は基板部２０上にＬＳＩチップ１６になされている。典型的には、チップ１６は流体射出流路２の関連側壁の変形用の電気信号を供給するための３２個以下の別々の電極に接続しており、従って通常は一列の全流路の側壁に作動用電気信号を与えるよう複数のチップ１６をもつ。しかしチップと接続する電極の数は当然要求に応じかえうる。
【００２３】
図３に示すように、流路側壁１１は反対に分極した領域をもっていて電界の付与によってそれらが山形に変形する。この列は基板と頂部壁２５及び２７間にはさまれた剪断モードアクチュエータ１５、１７、１９、２１及び２３の形の変形可能な側壁１１を有しており、各々は上壁部及び下壁部２９及び３１からつくられており、これらは矢印３３及び３５で示すように、流路軸を含む面と垂直に反対センスに分極される。
【００２４】
流体射出流路２の内壁はそれぞれの電極３７、３９、４１、４３及び４５でカバーされている。従って、電圧をある特定流路の電極、たとえば剪断モードアクチュエータ１９及び２１間の流路２の電極４１、に付与すると、電極４１の内壁のいずれかの側の流路２の電極３９及び４３は接地のままだが、電界がアクチュエータ１９及び２１に反対センスで付与される。上壁部と下壁部２９及び３１の反対の分極のため、これらは点線４７及び４９で示すようにそれらの間の流路２中に山形に剪断モードで偏向する。かくして衝撃がアクチュエータ１９及び２１間の流路２中のインクに付与され、音圧力波が生じて流路の長さ方向に移動してそこからインク液滴７を射出する。
【００２５】
印刷操作の間に、たとえばチップ１６によって熱が発生する。この熱は流体チャンバ２中に放散し、インク４の温度を上げ、インク４の粘度を低下させる。このようにインクの粘度が変動すると、液滴射出速度が変化し、その結果、印刷像にドット配置の誤差が生ずる。これらの誤差の発生を防ぐため、本発明の液滴付着用装置では、インクの温度を印刷操作中モニターする。これにより、流体射出チャンバ２の壁１１に付与される作動用信号の大きさを、インクの粘度の低下を補うようにモニターした温度に応答して調節することが可能となる。
【００２６】
本発明の装置では、作動可能な側壁１１の温度依存性のある電気的性質を印刷操作の間中インク４の温度のモニターに用いる。壁１１がインク４に直接接触しているので、インクの温度の速やかな変化を検知して速やかに対応できる。
【００２７】
本発明者等は流路２の壁１１の電気容量が温度の実質的に直線状の関数であることを見出し、また図１に示すように、確認した。その結果、温度依存性信号の大きさはインクの温度に直接比例しうる。図４にコンデンサ用の標準的充電曲線を示す。
図５において、測定用回路６０が流路２内のインクの温度に依存する大きさをもつ信号を与えるために用いられる。
【００２８】
回路６０は２個の入力の抵抗器６２、６４をもち、それらは各々連結している一対のトランジスタ６６、６８のそれぞれ１つのゲートに接続している。流路２の壁は測定されるべき電気容量Ｃとして７０に表され、コンデンサ７０はその一方の側においてトランジスタ６６、６８の共通して接続されたドレンに接続されその他方の側において第１の出力抵抗器７２に接続される。第２の出力抵抗器７４はトランジスタ６８の源に接続される。５ボルトの入力をトランジスタ６６の源に供給し、そして出力７６をコンデンサ７０の他方の側に接続する。この測定回路は、たとえばチップ１６の一部としてプリントヘッド上にとりつけたＡＳＩＣ中に組み込みうるほど十分に簡単なものである。
【００２９】
図６に測定用回路６０、電源８２、コントローラ８４及び比較器回路８６をもつテストボード８０を示す。
測定用回路６０の出力を比較器回路８６に供給する。接触７６における出力を図７に示す。これは時間ｔの関数として、コンデンサ７０の充電用電流Ｉｃ又は電圧Ｖｏのいずれかを示す曲線を示している。
【００３０】
電流又は電圧が急激に増加するとマイナスになる前にゼロに減少する。コンデンサ７０の電気容量はこの減衰又は充電時間、ｔ（ｃｈ）に比例する。比較器回路８６をこの時間を測定するようにアレンジする。コントローラ８４を、たとえば９０％というような予め定めた％に減衰を測定するように比較器８６をセットするために用いうる。
【００３１】
本発明者等は、充電／減衰時間が流路２の活性化の間の時間よりも短く、活動している流路２の壁の電気容器の測定を行うことができることを見出した。その結果、印刷操作を妨害することはない。
たとえば４．２ｋＨｚの周波数で操作している２００ドット／インチのプリントヘッドでは、壁の電気容量の測定を４２マイクロ秒内に行うことができる。これは十分に流路の活性化の間の２４０マイクロ秒の時間内にある。より速い測定をより速やかにプリントヘッドで行うこともできる。
【００３２】
インク４の温度の室温からの偏差による、壁の電気容器の変動は、比較器回路８６が流路２中のインクの温度を示す信号を出力するのに応答して減衰又は充電時間、ｔ（ｃｈ）を変える。この信号は次いで壁に供給された作動用電気信号上に付加されることができるような形を形成する。これがさらに液滴の配置誤差を防ぐように射出流路２から射出された液滴の速度を修正する。
【００３３】
上記したように、好ましい態様において、単一のチップ１６が作動用信号を３２以下の電極だけに供給し、従って３２以下の流路のグループからの液滴の射出を制御する。それ故、典型的には複数のチップ１６を用いて、それぞれがそれぞれの流路グループからの射出を制御する。一の態様において、各グループの壁の１つの電気容量をそれぞれのチップ１６によって定期的に測定し、そのグループの流路の壁に供給される作動用流路の大きさを調節する。かくして、その列の各３２番目の壁の電気容量を測定することによって、作動用電気信号を作動順序に依存して列を横切ってかえることができる。列を横断する温度感応性を増加させるために、各グループの壁の数を減らすことができる。
【００３４】
本発明の利点の１つは、活動している流路を用い、多流路プリントヘッドを横断する温度の均一性を測定できることにある。さらなる利点は測定用回路がプリントヘッド上に設けたＡＳＩＣ中に、たとえばチップ１６の一部として組み込むことができるほど十分に単純であるということである。また、５ボルトの供給源の使用は測定を毎秒行った場合でさえプリントヘッドのさらなる加熱をもたらさない。
【００３５】
以上、本発明を例示的に説明したが、本発明の範囲内で種々の変形をなしうることは当然のことである。たとえば、上記では本発明を「エンドシューター」プリントヘッドを例に説明したが、本発明は「サイドシューター」形その他のプリントヘッドにも同様に適用できる。
さらに、適宜の手段を作動可能な流路の電気容量その他の適当な電気的性質を検知するために用いうる。たとえば、デジタル検知回路を選択された電気的性質の検知の間にノイズの発生に伴って生ずる問題を防ぐために用いることができる。
請求項を含むこの明細書及び／又は図面に開示した各特徴は他の開示及び／又は記載した特徴とは別に本発明に包含されうる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
流体チャンバの作動可能な壁の温度に対する電気容量の変化を示すグラフ。
【図２】
エンドシューター山形プリントヘッドの概略図。
【図３】
図２のプリントヘッドの断面図。
【図４】
コンデンサの充電曲線を示すグラフ。
【図５】
プリントヘッド内の温度指示性信号を与えるために用いる測定用回路のアレンジ図。
【図６】
測定回路をもつテストボードのブロック図。
【図７】
測定回路の出力を示すグラフ。
【符号の説明】
２　　流路
４　　インク
５　　ノズル板
６　　ノズル
７　　液滴
８　　印刷線
１０　　プリントヘッド
１１　　側壁
１４　　パイプ
１５，１７，１９，２１，２３　　アクチュエータ
１６　　チップ
２０　　基板部分
３７，３９，４１，４３，４５　　電極
【国際公開パンフレット】
2004509790.tif 000003
2004509790.tif 000004
2004509790.tif 000005
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2004509790.tif 000018
2004509790.tif 000019
2004509790.tif 000020
2004509790.tif 000021
【国際調査報告】
2004509790.tif 000022
2004509790.tif 000023
2004509790.tif 000024