JP2000272146A - インクジェットプリンタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多額のコストを付加することなく、インクジ
ェットプリンタのプリントヘッドにおけるノズルの詰ま
りを除去し、且つプリントヘッドのより良好なインク供
給性能を提供することができる、改良された詰まり除去
機構を提供する。 【解決手段】 インクジェットプリンは、圧電素子１２
への電圧パルスの印加に応じてインクを射出するように
構成された圧電プリントヘッドを含む。プリント信号生
成器４４は、プリントヘッドからインクの印刷ドロップ
を射出するための圧電素子１２に対する第１の大きさの
印刷電圧パルスと、プリントヘッドの詰まりを除去する
ための第１の大きさよりも大きい第２の大きさの詰まり
除去電圧パルスとを生成する。コントローラ１６は、印
刷電圧パルス又は詰まり除去電圧パルスをプリントヘッ
ドに選択的に印加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般的にはインク
ジェット印刷装置に関し、特に、圧電効果により駆動さ
れるプリントヘッドとそのプリントヘッドの詰まりを除
去する（ｕｎｃｌｏｇ）手段を有するインクジェットプ
リンタに関する。

【０００２】

【従来の技術】ドロップ・オン・デマンド方式のインク
ジェットプリンタでは、ノズルからのインク射出の間の
時間間隔がインク液体キャリアの蒸発時間に比べて長い
と、インクが固まり始める。これはノズルを詰まらせて
（ｃｌｏｇ）、これらのノズルからの適量のインクの射
出を妨げる。加えて、ほこり粒のような小さな固体粒が
ノズルを詰まらせることもある。この場合、プリントヘ
ッドをクリーニングステーションに動かして、オリフィ
ス板を手入れするか真空排気して、ノズルの詰まりを取
り除いてもよい。プリントヘッドを取り外して、手作業
で手入れしてもよい。

【０００３】従来技術において、ノズル中のインク詰ま
りを取り除いたりノズルの詰まりを減少させるための様
々な技法が提案されている。１９８５年９月１０日にビ
ッグスら（Ｂｉｇｇｓ ｅｔ ａｌ．）に対して発行さ
れた「インクジェットプリンタのインクジェットにおけ
るインクの乾燥を避ける方法及び装置（Method and app
aratus for avoiding the drying of ink in the ink j
ets of ink jet printers）」という名称の米国特許第
４，５４０，９９７号には、規定の時間期間内にドロッ
プがノズルから確実に射出されるようにすることにより
ノズルの詰まりを防ぐインクジェットプリンタが開示さ
れている。シリコニクス（Ｓｉｌｉｃｏｎｉｃｓ）のモ
デル３０７９０−０２インクジェットプリンタは、通常
の印刷中に、マイクロプロセッサを使用して、各インク
チャネルが射出するドロップ数をモニタする。あるチャ
ネルが１００秒の期間中に使用されなければ、マイクロ
プロセッサはそのチャネルに、インクドロップを射出す
るように指令する。１９７５年１２月９日にカシオ（Ｋ
ａｓｈｉｏ）に対して発行された「インクジェット記録
装置（Ink jet recording apparatus）」という名称の
米国特許第３，９２５，７８９号に説明されているイン
クジェットプリンタでは、通常の印刷中にタイマを使用
して、各インクノズルからのインク射出の間の経過時間
をカウントする。そして、何れかのノズルからの射出間
の経過時間があらかじめ選択された時間を越えると、コ
ントロールユニットがトリガされ、これが今度はポンプ
を駆動して、このポンプが、その使用されていないノズ
ルからインクを射出する。加えて、この特許には、プリ
ンタの電源が投入された後に、各ノズルから数秒間イン
クを射出することが開示されている。１９８６年３月１
８日にカワムラ（Ｋａｗａｍｕｒａ）に対して発行され
た「インクジェット記録装置（Ink jet recording appa
ratus）」という名称の米国特許第４，５７７，２０３
号では、インクチャネルをインク溜まりから切り離すこ
とができるインクジェット記録装置が開示されている。
この時間の間に、吸引機構を使用してノズルを導通させ
る。１９９７年４月８日にマエノ（Ｍａｅｎｏ）に対し
て発行された「インクジェットプリンタのメンテナンス
ステーション並びにそこに含まれるキャップ及びポンプ
（Maintenance station of ink jet printer and cap a
nd pump included therein）」という名称の米国特許第
５，６１９，２３２には、同じ吸引方法を使用して詰ま
ったノズルを導通させる、インクジェットプリンタのた
めのメンテナンスステーションが開示されている。１９
８９年２月２１日にコトウら（Ｋｏｔｏ ｅｔａｌ．）
に対して発行された「インク・オン・デマンド型インク
ジェットプリンタ（Ink jet printer of the ink-on-de
mand type）」という名称の米国特許第４，８０６，９
５５号に説明されているインクジェットプリンタでは、
キャップがノズルを覆っており、且つポンプがノズルを
介してインクを射出させ、インクによるノズルの詰まり
を回避している。

【０００４】幾つかのインクジェットプリンタで使用さ
れている代わりの方法では、選択されたページ数の印刷
後にノズルを洗浄する。これらの方法では、ノズルが洗
浄ステーションに運ばれて、ここで、異なる手段により
ノズルの洗浄又はふき取りが行われる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記で説明した方法
は、ノズルに詰まりが形成されることを防ぐ方法を提供
するか、又はノズルから詰まりを除去する方法を提供す
る。上記の方法は何れも、何らかの欠点を含んでいる。
ノズルを洗浄してインクを除去する場合には、オリフィ
ス板がダメージを受ける可能性がある。吸引キャップ及
び真空又は圧力ポンプの使用はプリンタ装置の複雑さを
増すことがあり、このためにプリンタ装置のコストが増
す可能性がある。一定の時間間隔でドロップを射出して
詰まりを防ぐ方法では、タイミング回路が必要となり、
且つインクが無駄を生じる。したがって、多額のコスト
を付加することなく、ノズルの詰まりを除去し（ｄｅc
ｌｏｇ）且つプリントヘッドのより良好な供給性能を提
供することができる、改良された詰まり除去（ｄｅｃｌ
ｏｇｇｉｎｇ）機構が必要とされている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明にかかるインクジ
ェットプリンタは、圧電素子への電圧パルスの印加に応
答してインクを射出するように構成された圧電プリント
ヘッドを有する。信号生成器は、プリントヘッドからイ
ンクの印刷ドロップを射出するための圧電素子に対する
第１の大きさの印刷電圧パルスと、プリントヘッドの詰
まりを除去するための前記第１の大きさよりも大きい第
２の大きさの詰まり除去電圧パルスとを生成する。コン
トローラは、印刷電圧パルス又は詰まり除去電圧パルス
をプリントヘッドに選択的に印加する。

【０００７】

【発明の実施の形態】ドロップ・オン・デマンド印刷の
ために使用される圧電プリントヘッドは、プリントヘッ
ド中に位置する圧電素子を使用して圧力波又は体積変位
を生成し、インクドロップをプリントヘッド中のオリフ
ィスから排出する。圧電素子は、大きさＶを有する電圧
パルス波形によって駆動される。電圧Ｖはかなり小さ
く、例えば１０〜１００ボルトの範囲である。本発明に
よれば、印刷電圧よりも大きいがリミット電圧Ｖstress
（これを越えると圧電素子がダメージを受けるか又はス
トレスを受ける）又は電圧Ｖingest（これを越えるとプ
リントサイクルの充填位置で空気がプリントヘッドの中
に吸い込まれることがある）よりは小さい、より大きな
電圧（Ｖ＋ΔＶボルト）が圧電素子に印加されると、そ
れによって大きな圧力波が生成されて、プリントヘッド
の中のノズルの詰まりを除去することができる。

【０００８】図１は、圧電プリントヘッドにて見られる
圧電素子及びドライバのアレイの一般的な構造を示す。
この構造は従来技術としてよく知られており、スイッチ
ングトランジスタ１０のアレイを含み、これは、圧電素
子に相当するキャパシタ１２のアレイに接続されてい
る。

【０００９】デジタルイメージデータは、一度に一列ず
つ、デジタル論理モジュール１４に入力される。デジタ
ル論理モジュール１４は、複数のシフトレジスタ及び複
数のラッチを有する。デジタル論理モジュールは、デジ
タルプリントデータの一列をシフトレジスタのセットの
中にクロックする。コントローラモジュール１６はタイ
ミングを設定して、プリンタの機能を同期させる。プリ
ント信号生成器１８は、電源２０から電圧Ｖをスイッチ
ングトランジスタアレイ１０に提供し、これがキャパシ
タのアレイとして示されている圧電素子１２を駆動する
電圧を印加する。プリント信号生成器１８は、最適な形
状の信号を、印刷のために圧電素子に供給する。

【００１０】上記で説明した装置は、図２に示されてい
るような駆動波形を生成することができる。プリントサ
イクル２１は、充填期間２２と、プリント期間２３と、
休止期間２４とを含む。充填期間２２では、負の電圧が
圧電素子１２に印加されて、これによりノズルがインク
で充填される。プリント期間２３では、正の電圧が圧電
素子１２に印加され、これによりノズルがインクを射出
する。休止期間２４では、次のプリントサイクルのため
にノズルがインクで再充填される前に、圧電素子への印
加電圧が零に戻る。図２に示される波形は、圧電インク
ジェットヘッドの駆動に使用される波形の単なる一例に
過ぎない。プリントサイクルパルスは、異なった形状を
有して異なった機能を達成するように設計することがで
きる。様々な電圧（Ｖ）の大きさを有することもでき
る。圧電アクチュエータには、典型的には２つの電極が
取り付けられており、これらが電気信号を受け取って、
これがこのアクチュエータによって機械エネルギーに変
換される。説明されている例では、一方の電極が接地さ
れ、他方の電極が図２に示される電気信号を受け取る。
正負の電圧極性は、負の電圧によってインクを保持して
いるチャンバの機械的な拡張が生じ、また正の電圧によ
ってインクを保持しているチャンバの機械的な圧縮が生
じるように選択される。電圧が一定であれば、チャンバ
サイズは一定に保持される。これより、電圧波形の遷移
のみが、インクの充填あるいは射出時にアクティブであ
る。図２の波形における第１の（下向きの）遷移２５
は、チャンバを追加のインクで充填させる。この大きさ
をＶfillと称する。波形の第２の（上向きの）遷移２６
は、ドロップを射出させる。この大きさをＶfire又は単
にＶと称する。第３の（下向きの）遷移２７により、チ
ャンバはオリジナルサイズに戻る。この遷移は、ノズル
の出口における残存メニスカス運動のキャンセルに役立
つように選ばれてもよく、これをＶcancelと称する。波
形におけるこれらの部分の後に休止期間Ｔrestを設定
し、この休止期間の後に先述のプリントサイクルを再び
実行してもよい。

【００１１】本発明にしたがってプリントヘッドを操作
する方法を、以下に説明する。図３を参照すると、詰ま
り除去パルス（ｕｎｃｌｏｇｇｉｎｇ ｐｕｌｓｅ）２
８が生成されるが、この信号における第２の（上向き
の）遷移２６は、ＶではなくＶ＋ΔＶである。ここでＶ
＋ΔＶは、詰まり除去電圧（ｕｎｃｌｏｇｇｉｎｇ ｖ
ｏｌｔａｇｅ）Ｖunclogである。図４を参照すると、詰
まり除去パルス制御ユニット３０は、幾つかの入力源の
何れから入力信号を受け取ることもできる。この場合の
入力源には、マニュアルの詰まり除去ボタン３２、プリ
ントヘッドの以前の最後の駆動からの経過時間をモニタ
するオフタイムカウンタ３４、及び、印刷されたテスト
パターン３７における印刷ドットの欠落によって詰まっ
たノズルを検出する光学センサ３６が含まれる。テスト
パターンは、プリンタのイメージメモリ３８に記憶され
ている。テストパターン３７の一例が図５に示されてお
り、ここでは、参照番号３９として示されている位置に
おいて、幾つかのノズルが詰まっていることが示されて
いる。

【００１２】詰まり除去パルスコントローラユニット３
０は、論理ブロック４０と、事前の実験の結果に基づい
たルックアップテーブル（ＬＵＴ）４２とを含んでい
る。事前の実験の結果により、ルックアップテーブル
（ＬＵＴ）４２は、経過時間、光学的エラーの結果、あ
るいはオペレータの入力に基づいて、詰まり除去パルス
強度インデックスｎ及び詰まり除去パルス形状インデッ
クスｍを選ぶことができる。詰まり除去パルスコントロ
ーラユニット３０の出力は、スイッチ４６を介してプリ
ント信号生成器４４に供給される。出力成分の一つは強
度インデックスｎであり、これが、スイッチ４６に信号
を送って、利用可能な幾つかの電圧のうちのどれか一つ
を可変電源４８からプリント信号生成器４４に供給す
る。この実施形態では、プリント信号生成器４４を有用
に使用して、詰まり除去信号を生成する。この特徴によ
り、本発明の印刷システムの製造及びメンテナンスのコ
ストを低減することができる。

【００１３】図６に示されている代替的な実施形態で
は、詰まり除去パルスコントローラユニット３０の出力
である形状インデックス（ｍ）及び強度インデックス
（ｎ）が、詰まり除去信号生成器５０に供給される。詰
まり除去信号生成器５０は、詰まり除去機能に特に整合
された幾つかのパルス形状のうちのどれか一つを生成で
きる。

【００１４】図３に示されているように、詰まり除去パ
ルスの形状を、射出遷移の大きさＶが強度インデックス
ｎにより特定される量だけ大きくなるように選ばれる点
を除き、７に示されているように、詰まり除去パルスの
形状を、形状インデックスｍによって特定されるよう
に、異なったものになるように選んでもよい。図示され
る例では、ノズルに空気が吸い込まれる可能性を最小限
にするために、キャンセル遷移２７（Ｖcancel）の傾き
が、より小さくなるように選ばれている。

【００１５】重要な点は、詰まり除去パルスが好ましく
は、ページ印刷動作の間ではなく、プリントヘッドがキ
ャッピングステーション又はクリーニングステーショ
ン、あるいはインク受領ステーションに位置していると
きにプリントヘッドに印加されることである。これは、
生成された詰まり除去ドロップが通常の印刷ドロップよ
りもかなり大きく、ページ上に付着すると目立つことが
あるためである。これより、インク除去信号がオペレー
タの関与によって生成される場合であっても、あるいは
光学センサによって又はタイマによって生成される場合
であっても、プリントヘッドは、好ましくは、詰まり除
去パルスが印加される前に、特定の詰まり除去ステーシ
ョンに移動される。

【００１６】何れの実施形態においても、詰まり除去パ
ルスの大きさ（Ｖ＋ΔＶ）が、上述の２つのリミット電
圧のどちらかよりも小さいこと、すなわち、 Ｖ＋ΔＶ＜Ｖstress Ｖ＋ΔＶ＜Ｖingest となることが重要である。

【００１７】加算される電圧（ΔＶ）が１０〜２０ボル
トの範囲で、リミット電圧よりも十分に低い値であって
も、詰まったノズルの詰まりを除去するために有用であ
ることが見いだされた。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来の圧電インクジェットプリントヘッドの
駆動回路を示す模式図である。

【図２】 図１に示される駆動回路によって生成される
従来技術のインクジェット駆動信号を示す波形図であ
る。

【図３】 本発明の実施形態にかかるジェット詰まり除
去駆動信号を示す波形図である。

【図４】 本発明の実施形態にかかる圧電インクジェッ
トプリントヘッドの駆動回路を示す模式図である。

【図５】 本発明の実施形態にかかる所定のモードで使
用されるテストパターンを示す図である。

【図６】 本発明の他の実施形態にかかる駆動回路を示
す模式図である。

【図７】 本発明の実施形態にかかる代替的なパルス形
状を示す波形図である。

【符号の説明】

１０ スイッチングトランジスタ、１２ キャパシタと
して示されている圧電素子、１４ デジタル論理モジュ
ール、１６ コントローラモジュール、１８プリント信
号生成器、２０ 電源、２１ プリントサイクル、２２
充填期間、２３ プリント期間、２４ 休止期間、２
５ 第１の遷移、２６ 第２の遷移、２７ 第３の遷
移、２８ 詰まり除去パルス、３０ 詰まり除去パルス
制御ユニット、３２ マニュアル詰まり除去ボタン、３
４ オフタイムカウンタ、３６光学センサ、３７ 印刷
されたテストパターン、３８ イメージメモリ、３９詰
まったノズルの位置、４０ 論理ブロック、４２ ルッ
クアップテーブル（ＬＵＴ）、４４ プリント信号生成
器、４６ スイッチ、４８、可変電源、５０詰まり除去
信号生成器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電素子に印加した電圧パルスに応じて
   インクを射出するように構成された圧電プリントヘッド
   と、 前記プリントヘッドからインクの印刷ドロップを射出す
   るための前記圧電素子に対する第１の大きさの印刷電圧
   パルスと、前記プリントヘッドの詰まりを除去するため
   の前記第１の大きさよりも大きい第２の大きさの詰まり
   除去電圧パルスとを生成する信号生成器と、 前記印刷電圧パルス又は前記詰まり除去電圧パルスを前
   記プリントヘッドに選択的に印加するコントローラと、
   を備える、インクジェットプリンタ。