(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体噴出装置の性能を測定する方法であって、
滴検出トランスデューサのセンサアレイに対して、前記装置から前記アレイ上に滴を射出するよう前記装置を配置すること、
前記アレイ上に少なくとも１つの滴を射出すること、
前記トランスデューサのそれぞれの出力を検出して、前記トランスデューサのそれぞれの上の前記滴から流体を表す信号を供給すること、
該信号を処理して、前記滴の大きさを求めること
を含む方法。
【請求項２】
所望の滴の位置を表すデータを記憶すること、
該記憶したデータを、求めた前記滴の位置と比較して、装置発射制御信号を供給すること、
該装置発射制御信号を用いて、前記装置から噴出される滴の飛翔経路を調整すること
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
所望の滴の大きさを表すデータを記憶すること、
該記憶したデータを、求めた前記滴の大きさを表すデータと比較して、装置発射制御信号を供給すること、
該装置発射制御信号を用いて、前記装置からの滴の発射を制御すること
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記発射制御信号を用いて、前記装置から噴出される滴の大きさを制御することを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記装置と前記アレイとは、前記装置を前記アレイに向かって動かすことによって動作可能位置に配置される、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記装置と前記アレイとは、前記アレイを前記装置に向かって動かすことによって動作可能位置に配置される、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記流体噴出装置は、インクジェットプリントヘッドである、請求項３に記載の方法。
【請求項８】
前記信号は、前記トランスデューサのうちの個々のものの上の流体の量を表す電気信号を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記検出することは、前記トランスデューサのうちの少なくともいくつかの電気インピーダンス、温度、および周波数応答のうちの少なくとも１つを求めることを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記信号は、前記トランスデューサのうちの個々のものの上の流体の存在を表す光信号を含む、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体噴出装置から噴出する流体滴の大きさおよび／または着地位置を求める（ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ）ことに関する。さまざまなタイプの流体噴出装置の例としては、インクジェットプリントヘッド、医療機器、燃料噴射器、およびその他、制御された状態で圧電、熱、その他何らかの流体滴噴出器等の装置から滴が強制的に噴出される用途等がある。便宜上、インクジェットプリンタに関して実施形態を説明する。インクジェットプリンタは、通常、熱または圧電手段を用いて、プリントを行う媒体上に、微小なオリフィスを通してインク滴を強制的に噴出するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェットプリンタには、さまざまなタイプのものがある。たとえば、１つまたは複数の、ペンとしても知られているインクジェットプリントヘッドが走査キャリッジ上に取付けられているものや、いわゆるページワイドアレイ（ＰＷＡ）プリント用としてプリントヘッドがフレーム上の静止位置に取付けられるものもある。走査すなわち往復運動を行うインクジェットプリンタは、通常、プリントヘッド整備ステーションを有している。プリントヘッド整備ステーションは、プリントヘッドキャリッジの移動経路上のどこかのポイント、典型的にはプリント領域のどちらかの側に配置され、走査キャリッジとその上にある関連したプリントヘッドとが整備ステーションのところまで動いて、スピッティング、プライミング、ワイピング、キャッピング、その他の方法でプリントヘッドのオリフィスを整備することができるようにしている。整備ステーションは、プリントヘッドのワイパー、プリントヘッド整備流体源、およびプリントヘッドのキャップを含んでもよい。これらのうちのいくつかまたはすべては、静止位置か、またはそり（sled）その他可動支持物上に取付けることができ、整備するプリントヘッドと整備ステーションの各構成要素とを整備のために互いに動作する近接状態にし、その状態を解徐している。静止したプリントヘッドすなわちペンを有するインクジェットプリンタも定期整備が必要な場合があり、このようなそりまたは可動支持物を用いて、プリントヘッドのオリフィスの整備が必要になると、整備ステーションを静止したプリントヘッドへと運んでもよい。
【０００３】
インクジェットプリントの技法において、プリント画像を形成する個々のインク滴の配置の精度は、通常、滴のテストパターンをプリント媒体上にプリントし、ベストマッチの（best-matched）パターン（複数可）を視覚的に選択することによって調べられる。自動システムにおいては、プリントしたパターンの選択した各ポイントの位置を光学的に測定し、そのパターンの選択した各ポイントの所望の位置を表す記憶データと比較することによって、プリントしたテストシートを評価し、プリントヘッドエラー補正制御信号を生成して、ペンのさまざまなオリフィスからのインク発射を調整している。これを行う方法として既知のものには、たとえば、テスト媒体シート上に滴をプリントした後に個々の滴の着地位置または大きさを検出する、というものがあるが、このプロセスによってプリントが中断され、媒体が浪費されるとともに、数秒かかってしまう、という欠点がある。プリントするステップと測定するステップとが連続して行われるからである。高速プリンタにおいては、１秒１秒がシステムの処理能力（スループット）にとって決定的に重要であり、しかも、滴の位置および大きさを検出するのに用いる光センサの精度は、用いる光センサのタイプだけでなく媒体のタイプによっても決まる。さらに、センサの窓にインクおよび／またはインクのエアロゾルが蓄積していくにつれて、センサの信頼性が低下する可能性がある。
【０００４】
以前の技法としては他に、たとえば、実際の飛翔経路を計算してプリントヘッドエラー補正制御信号を発生させるために、インクジェットの滴の飛翔中の飛翔経路を、滴の飛翔方向と垂直な少なくとも２つの異なる方向から、リアルタイムで光学的に測定する、というものがある。このタイプの装置は非常に高価であり、通常は管理された、または試験の環境においてのみ用いられている。
【０００５】
本発明の出願人が所有する、Ｓｃｈａｎｔｚ他への２０００年７月１１日発行の米国特許第６，０８６，１９０号において、飛翔中のインク滴を帯電させ、インク滴が静電センサに当たることによって、プリントヘッドがインクを発射しているかどうかを測定し、バーストで発射されるインク滴の体積および／または速度を測定する、低コストのインク滴読み取り技法が開示されている。このような技法では、発射した滴の着地位置を求めることはできない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、流体に応答するトランスデューサ（交換器、変換器）のアレイを用いて、流体噴出装置の性能を測定する方法および装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
一実施形態において、本発明は流体噴出装置の性能を測定する方法を提供するものであり、その方法は、
滴検出トランスデューサのセンサアレイに対して、前記装置から前記アレイ上に滴を射出するよう前記装置を配置すること、
前記アレイ上に少なくとも１つの滴を射出すること、
前記トランスデューサのそれぞれの出力を検出して、前記トランスデューサのそれぞれの上の前記滴から流体を表す信号を供給すること、
前記信号を処理して、前記滴の大きさおよび／または位置を求めること
を含んでいる。
【０００８】
本発明の別の実施形態は、そこから空間を通って目標上に滴が射出される流体噴出装置の性能を調整する方法を提供するものであり、その方法は、
前記装置と流体に応答するトランスデューサの滴検出アレイからなる目標とを、前記装置から前記アレイ上に滴を射出するよう相対位置に配置すること、
前記アレイ上に少なくとも１つの滴を射出すること、
前記トランスデューサのうちの少なくともいくつかの出力を検出して、前記アレイにおける前記トランスデューサのうちのいくつかの上の前記滴から流体を表す信号を供給すること、
前記信号を用いて、前記目標上の所望の場所に当たるよう、次の滴の噴出を調整すること
を含んでいる。
【０００９】
また、それぞれのトランスデューサがその上の滴から流体の存在を示す信号を供給することが可能であり、互いに間隔を置いて配置した流体に応答するトランスデューサのアレイを含む、滴受取表面を有する滴検出装置のさまざまな実施形態も開示している。
【００１０】
【発明の実施の形態】
少なくとも１つの、通常４つ以上の（２つのみを図示）インクジェットプリントヘッド３０が取付けられている走査プリントヘッドキャリッジ２０を用いて媒体２５上にプリントを行うために、インクジェットプリントシステムの一形式が図１に示されている（ここでは、ワイドフォーマットの（ｗｉｄｅ ｆｏｒｍａｔ）プロッタまたはプリンタ１０として示す）。キャリッジ２０は、横方向に延びるロッドまたはバー（図示せず）上に取付けられており、ロールフィードの媒体の上方で当業者に既知の機構によってＸ方向へ左右に往復駆動してもよい。媒体はＹ方向に動き、インク滴を負のＺ方向に噴出するインクジェットプリントヘッドによってその上にプリントが行われる。例示的なタイプのプリンタについては、本明細書において開示する主題の現出願人が所有する米国特許第５，３４２，１３３号においてより詳細に示されているが、これにおいて、プリントヘッド整備ステーション４０は、媒体経路のどちらかの側の横（図ではプリンタの右側）位置に配置されてもよい。この「オフ・アクシス」のタイプのインク送出システムにおいては、プリント中にキャリッジによって運ばれるプリントヘッド３０から用いるインクを補充する供給インクを収容する、内蔵されていない（ｏｆｆｂｏａｒｄ）インク供給ステーション４２が、他方の側に設けられていてもよい。または、交換式のインクジェットカートリッジを有するもの等、他のインク送出システムを用いてもよい。したがって、プリントヘッドキャリッジ２０と、その上に取付けられているプリントヘッド３０とは、整備ステーション４０のところに止めて、所望のとおりにワイピング、クリーニング、スピッティング、またはプライミングによってプリントヘッドの微小流体噴出オリフィスを整備することができるようになっている。ワイパーやキャップ等のプリントヘッド整備装置は、整備ステーション４０のところの可動そり（図示せず）上に取付けられ、これらそりおよび整備装置は、止めているキャリッジ２０およびプリントヘッド３０に近づくかまたは遠ざかる方向に動かされ、プリンタをプリントに使用していない期間中、プリントヘッドを整備するおよび／または湿った状態に保つようにしてもよい。
【００１１】
図２は、部分ブロック図と、滴センサパネル５０の一実施形態の部分斜視図とを含んでいる。滴センサパネル５０は半導体基板５２を含み、半導体基板５２は、絶縁層５４と、絶縁層５４内またはその上に形成された、流体に応答する素子すなわちトランスデューサ５６のアレイとを有している。トランスデューサ５６はそれぞれ、トランスデューサ５６の滴受取表面上に射出する滴Ｄからのインク等の流体を検出することができるようになっている。各トランスデューサ５６は、その流体に応答する表面上の流体量５８を表す電気的、光学的、その他のタイプの出力信号を供給するものである。本明細書において、「流体」という用語は、センサパネル５０上にデポジットされる液体、気体、固体微粒子、その他いかなる容易に流動可能な材料も広く包含するよう意図されている。
【００１２】
図２はまた、限定ではなく例示として、アクチュエータの２つの例を概略的に示している。アクチュエータはそれぞれ、センサパネルを動作不能位置と動作可能位置との間で動かすのに用いられている。第１のアクチュエータは、モータ／ギヤアセンブリ６２によって駆動されるラックアンドピニオンの歯車機構６０であり、第２のアクチュエータは、パネル５０に作動的に連結されたソレノイドリニアアクチュエータ７０である。トランスデューサ５６はそれぞれ、図２において概略的に示す回路に連結され、プリンタコントローラ８０その他何らかの制御装置に信号５８を供給することができるようになっている。プリンタコントローラ８０その他何らかの制御装置は、キャリッジ２０上のプリントヘッド３０等の流体噴出装置を制御する発射信号８２を生成している。
【００１３】
微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）の技術において、読み取り表面上の温度、水分、または圧力に従って電気インピーダンスが変化するトランスデューサ素子を含んでいるが、必ずしもこれに限定されるものではない、さまざまなタイプの流体読み取り素子が既知である。柔軟性を有する微小カンチレバーまたは微小梁（ｍｉｃｒｏ−ｂｅａｍｓ）からなる、読み取り表面に当たる流体の存在によって生じる可変周波数応答を提供するトランスデューサもまた、ＭＥＭＳ技術において既知であり、素子上の滴Ｄからの流体の存在に応答してデジタルまたはアナログの信号を供給する、流体に応答するいかなる他の素子と同様に、本発明において流体滴読み取り素子として用いてもよい。
【００１４】
センサパネル５０上のアレイにおけるトランスデューサ５６の大きさおよび間隔は、好適な絶縁層上または直接好適な基盤上に必要な精度の大きさおよび間隔で製造できる限り、特に決定的に重要ではない。好ましくは、トランスデューサ５６の大きさおよび間隔は、デポジットするインク滴Ｄの予想面積よりも小さくして、それぞれの滴Ｄが多数のトランスデューサ５６の流体受取表面に接触することが予想できるようにするべきである。滴の形状がおおよそ既知である場合には、トランスデューサの出力信号から得たデータを予想形状に当てはめることによって、個々のトランスデューサ５６の分解能よりもはるかに高精度でその位置および大きさを計算することができる。一般的に、画素格子上に配置される円は、グレースケール画素値に基づく円と交わる画素に理想円を当てはめることによって、画素格子の分解能よりも高精度で位置決めすることができる。このような方法を用いれば、画素当たりのグレーレベルの平方根にほぼ比例して、位置決め精度を高めることができる。
【００１５】
図３は、トランスデューサ表面上のインク等の流体の存在を表すデジタルまたはアナログの出力信号をそれぞれが供給することができる２５個のトランスデューサからなる、トランスデューサのアレイの一例を示している。各トランスデューサは、トランスデューサ表面のうちの流体が覆う比例面積を略表す出力信号を供給するものである。この出力信号は、一般にグレースケール値と呼ばれる値が０〜２５５までの範囲である。正方形の画素において、アレイ上の流体が覆う滴またはスポットの面積は、このようなグレースケール出力値を合計し、本例においては２５５で割ることによって求められる。長方形の座標系において、滴またはスポットの重心のＸ、Ｙ座標は、図示のように、各トランスデューサの出力の重みつき平均を計算することによって求められる。当業者であれば、図３に示す方法はほんの一例であり、非長方形の座標系および／またはその他の重みづけ方法およびグレースケール値を用いる他の方法も、充分に本発明の教示の範囲内であることが理解されよう。
【００１６】
噴出する滴Ｄの特性次第であるが、大きさおよび間隔が０．１〜１０ｍｍの範囲であるトランスデューサは、特に有用であり得ることが予想される。さらに、図２および図３においては個々のトランスデューサ５６の構成を正方形で示しているが、トランスデューサ５６の形状は正方形である必要はなく、意図する用途に適合するよう選択してもよいことに注意すべきである。たとえば、個々の実施については、円形、長方形、その他の多角形、または曲線状の滴受取表面が好ましい場合がある。また、トランスデューサ５６は、センサパネル５０の表面上に幾何学的に反復するパターンで配置する必要はないが、通常は、幾何学的に反復するパターンが好ましい。反復パターンは、もちろん、図２および図３に示すような行／列のうちの１つであることができ、トランスデューサ５６は、用途の性質次第で有利であると考えられる、三角形その他の多角形の間隔を置いて配置しても、円形その他規則的、不規則的、またはランダムなパターンに配置してもよい。さらに、図２においては、限られた数のトランスデューサ５６が特定の構成のアレイを形成し、デポジットする微小滴Ｄの大きさに対して特定の関係にある、センサパネル５０を示しているが、図２におけるセンサパネル５０の外観は単に例示的なものであり、用いられ得るトランスデューサ５６のタイプ、数、形状、大きさ、または構成を限定することを意図するものではないということが注意されるべきである。
【００１７】
上述の１つまたは複数のセンサパネル５０をインクジェットプリンタとともに用いるときには、センサパネル５０がインクジェットプリンタを走査または往復するプリントヘッド整備ステーション４０の近傍に配置されるということと、プリントヘッドキャリッジ３０を整備ステーション４０その他、センサパネル５０が位置付けられる場所まで動かすことによって、トランスデューサ５６の１つまたは複数のアレイをその上に有するパネル５０が、インクジェットプリントヘッド３０（またはその他流体噴出装置）のインク噴出オリフィスに対して動作可能位置に動かすことができる、ということが予想される。または、パネル（複数可）５０は、１つまたは複数のセンサパネル５０がその上に取付けられている整備ステーションのそりまたは支持物を、調べるインクジェットプリントヘッド（複数可）３０その他流体噴出装置に対して動作可能位置となるように動かすことによって、動作可能位置に配置してもよい。ＰＷＡプリンタ等、非可動のインクジェットプリントヘッドすなわちペンを用いるインクジェットプリンタその他装置については、１つまたは複数のセンサパネル５０を可動のそりその他支持物上に取付けて、静止した１つまたは複数のプリントヘッドと動作する近接状態にし、さまざまなトランスデューサ５６上の噴出した流体滴Ｄの大きさおよび／または位置を読み取ることによって、プリンタの性能を定期的に測定することができるようにしてもよい。
【００１８】
もちろん、ワイパー（図示せず）または何か他のクリーニングまたは乾燥装置を用いて、所望の整備間隔でセンサのトランスデューサ５６をクリーニングまたは「リセット」することもできる。センサパネル５０の滴受取表面は、ぬれ角や、トランスデューサ５６の多数回の使用およびクリーニングにわたる耐久性等の性能属性（ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ａｔｔｒｉｂｕｔｅｓ）を最適化すべく、適切に構成してもよい。たとえば、個々のトランスデューサ５６の読み取り表面は、絶縁層５４の表面と同一平面上にあっても、それよりも引っ込んでいても、そこから突出していてもよい。センサパネル５０は、酸化物その他半導体材料等のパッシベーション層でコーティングして、測定している流体と特定の相互作用を行うようにしてもよい。
【００１９】
トランスデューサ５６の表面上のインクの存在によって、マトリクス内の個々のトランスデューサ５６が生成する出力信号は、したがって出力信号５８は変化するので、上述の方法によって、滴Ｄの大きさおよび／または着地位置の両方を求めることができる。所望の滴の大きさを表すデータは、記憶してセンサパネル５０内のトランスデューサ５６の信号出力５８から得たデータと比較し、コントローラ８０において有用なエラーデータを明らかにし、たとえばインクジェットプリントヘッド３０の発射を制御してそのエラーをなくしてもよい。パネル５０はまた、たとえば熱ターンオンエネルギー（ＴＴＯＥ）確立ルーチンを行うときに、インク滴の単なる存在または不在を簡単に検出するのにも有用であるかもしれない。このルーチンにおいては、プリント中のエネルギーを節約するため、発射信号は、滴が噴出される最低エネルギーに合わせて調整されている。
【００２０】
噴出装置からセンサパネルまでの滴の飛翔経路は、滴Ｄのパネル５０上の実際の着地位置を表すデータを所望の滴の位置を表す記憶データと比較して、プリントヘッドの発射を制御するエラー補正信号を発生させることによって求め、かつ調整することができる。最後に、当業者にとって有利であると思われる場合には１つまたは複数のセンサパネル５０を用いることができ、同じかまたは異なるパネル５０上に同一のまたは異なるタイプのトランスデューサを用いてもよく、パネル５０は、平面状、曲線状、またはその他の構成の滴受取表面を有してもよく、センサパネル５０の滴受取表面は同じ平面を占める必要はないことが明白なはずである。
【００２１】
また、当業者であれば、図示および上述した好ましい実施形態にさまざまなさらなる変更を行ってもよく、保護の範囲は併記の特許請求の範囲の文言によってのみ限定されることも理解しよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本明細書において開示する滴検出システムを用いることができるものであって、ここではワイドフォーマットの走査インクジェットプロッタとして示す、インクジェットプリント機構の一形式の斜視図である。
【図２】流体読み取りトランスデューサのアレイを含む滴センサパネルの一実施形態の斜視図および流体噴出装置の制御の概略図である。
【図３】トランスデューサのアレイの一例と、流体読み取りトランスデューサから得た信号から、前記アレイ上の滴の大きさおよび位置を求める方法の概略図である。
【符号の説明】
２０  キャリッジ
３０  インクジェットプリントヘッド
４０  プリントヘッド整備ステーション
５０  滴センサパネル
５２  半導体基板
５４  絶縁層
５６  トランスデューサ
５８  出力信号
６０  歯車機構
７０  ソレノイドリニアアクチュエータ
８０  プリンタコンローラ
Ｄ  インク滴
【図１】
0003990640.tif 000002
【図２】
0003990640.tif 000003
【図３】
0003990640.tif 000004