JPS59115865A - インクジエツト印刷システムの調整方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の分野〕 本発明はインクジェットプリンタを調整する方法に関し
、特に「再サーボ」が必要な時間を決定する方法に関す
る。

ここで使用する「再サーボ」とは、インクジェットプリ
ンタの「印刷窓」を決定し判断するため該プリンタの制
御システム中のパラメータを調整することを云う。「印
刷窓」は、下記で説明するように衛星滴を生じない動作
領域のことである。

正確な滴の位置づけを達成するため、そして受容れ可能
な印字の質を得るため狭い動作領域の範回内にインクジ
ェットパラメータを維持したり印刷ヘッドの各構成部を
正確に組立てたシすることが、同期式の静電気的なイン
クジェット印刷に於ては必要である。複数本のノズルを
もつマルチノズルの印刷に於ては、ノズル毎の性能に変
化を生ぜしめるようなパラメータに注意してそれを制御
することが必要である。

成る種のインクジェットパラメータは機械加工を注意深
く行なえば制御でき゛る♂１例えば部品の工作を高精度
に行方うとか、初期設定を正確に行なうとか、インク温
度などの独立に制御できるようなある特定のパラメータ
を規制するなどにより制御できる。しかし複雑な相互作
用に依存するような他のインクジェットパラメータは制
御できない。

これらのパラメータ即ち特性は閉ループのサーボ制御系
を介して直接に制御される必要がある。

従来技法では１組の感知されるパラメータ、制御用の変
数及びサーボアルゴリズムが決定され使用されてきた。

マイクロプロセッサを基にしたサーボシステムは、イン
クジェット印刷システムに応用すると高信頼性で高品質
の印刷が可能に々る。

「再サーボ」には時間が必要なので、必要なときにそれ
を実行するだけでなく印刷の質の低下を避けるに足りる
程度にそれを実行することが必要である。

〔従来技術〕

インクジェット技法は、全ての点をアドレスできしかも
静かで、高速、高品質の印刷を行う手段である。このよ
うな利点は他の印刷技法に比べてもインクジェット技法
を非常に魅力的なものとしている。しかし同期式のイン
クジェット技法及びサーボシステムにも所定の範囲内に
インクジェットの動作点を維持するのに限界があること
が判ってきた。この限界の主たるものは文献に記されて
いる。

インクジェットプリンタのサーボ即ち「再サーボ」は従
来技法でも知られている。本出願人による「Ｂｒｅａｋ
−Ｏｆｆ　Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ　Ｍａｉｎｔｅｎａｎ
ｃｅ（分離を均一に維持すること）」と題する１９８２
年の米国特許出願第３６０２８０号（特願昭５６−６９
７６２号）は、印刷窓を決定することについて記してい
る。これは、結晶駆動器、インク流の速度、帯電電極信
号の期間を最適の値にセットすることも記している。

従来技法では、−再サーボ」動作が定期的に行なわれた
。即ち再サーボ相互間の期間が約４０分という一定の期
間であった。成る場合には、印刷の質に目に見える程の
劣化が生じるようになるまでは再サーボが行なわれない
。マルチノズルのインクシェツトヘッドを用いたシステ
ムでハ、文献にも記されているように自動技法を用いた
場合でさえ、２０秒までに再サーボが必要である。

〔発明の概要〕

本発明によれば、インクジェット印刷システムの動作パ
ラメータが最初に調整される。プリンタが動作する際、
このコントローラはパラメータの再調整相互の最適の期
間を決定する。その所定の期間が成る所定の最大の期間
と等しいか又はそれを超えるとき、その動作パラメータ
が再調整され、その印刷システムが動作している間はそ
の決定ステップ及び再調整ステップが反復される。

最適の期間は下記の式で表わされる。

ｔ−ｏｐｔ　＝Ｔ＋ｍ　Ｃ＋　ｋ　ＫＫ但しｔ−ｏｐ’
ｔ−最適の再す−ボ期間Ｔ−最近の再サーボ以来経過し
た時間 ｍ一定数 Ｃ−最近の再サーボ期間生じた印刷回数に一温度係数 に一温度変化 上述のように再サーボ期間を決定することによって、再
サーボ期間が最小になる一方で、プリンタ動作期間が最
大になシ、システム全体の安定性、信頼性及び効率が良
くなる。

〔実施例の詳細な説明〕

マルチノズルのインクジェットプリンタが信頼性のある
動作をするか否かはヘッドの性能に影響するパラメータ
を厳格に制御できるか否かによる。

インクの比重など成る種の要素は比較的ゆっくりと変化
するが、電源をオンに切換えたときのヘッドの温度など
他の要素は早く変化する。信頼性にとって重要な要素を
測定し、フィードバックすることが、信頼性のある動作
を確保するための動作窓即ち印刷窓を発見し且つ維持す
るのに利用される。

成るシステムで一般に測定され制御されるパラメータは
、インクの比重、ヘッドの温度、飛行時間（入）、ヘッ
ドの入口圧力、結晶駆動器の電圧、結晶とデータとの同
期及び用紙に各流れが到達する時間などである。始動時
及び閉止時には、全ての重要な要素が流れの近傍から物
理的に除去される。ヘッドの弁の開閉は、ノズル面にイ
ンクが付着して堆積するのを防ぐため且つ空気の侵入を
避けるため最適化される。帯電電極、偏向板及びガター
は常時清潔を保つよう設計されている。この動作レベル
を得るためこのヘッドは印刷窓として知られている狭い
帯域の範囲内で常時作動される必要がある。この窓の範
囲内での動作を維持し且つ発見するのに使用される典型
的々マイクロプロセッサのアルゴリズムについて簡単に
説明する。

第１に、インクジェット印刷装置の動作温度範囲にわた
ってインクの粘性が大きく変化するのを許容す２よう結
晶駆動装置をサーボ制御することが必要である。第２に
、プリンタが自己テストモードに常時あるわけではない
ので、初期の急速な暖気運転のときやヘッドに薄いイン
クが急に到来したときなど急速な状態変化に応答するこ
とが必要になってくる。

下記の２つの基本的なパラメータが測定される。

滴が帯電されてから、その帯電された滴が感知用ワイヤ
を通過する際に得られる電気信号の波形が零を切る点（
零交叉点）までに要する時間が、飛行時間入を与える。

その感知された波形の振幅により、その誘導された電荷
を推定することができる。従ってその振幅は分離点のば
らつき（広がり若しくは範囲）を予測させたシデータと
結晶体との位相を合わせるのに使用できる。分離の状態
をよシ良く表示するため、位相のチェックを行なってい
るときはその帯電の期間が通常の帯電期間より短くされ
る。（これは下記の理由による。即ち通常の帯電期間は
、分離点が多少ばらついても帯電できるよう長目にとっ
である。帯電期間を短くすれば分離と正確に同期してい
ない限り帯電も不正確になり、そのことが感知ワイヤで
感知される。通常時に辛うじて帯電同期しているものは
、−寸した加減で同期外れになることがあるので印刷動
作上好ましくなく、位相のチェック時にそのような分離
状態もチェックできる方が好捷しいからである。） 下記ハプロセツザ・サーボ動作のアルゴリズムの一例の
言語を概略的に記したものである。

１　予想される結晶体の駆動をセットせよ。

ａ　初期の始動時なら、記憶されているうちの低い値を
用いよ。そしてオフセットせよ。

ｂ、ヘッドが概に高レベル（始動後）になっていれば、
最新のサーボ制御駆動を用いよ。

２　圧力をオンにし、真空ポンプもオンにせよ。

ろ　比重のテストを行え。（４回のテストの平均が比重
として使用される。） ４、ヘラドラ「スーパーガターＪ始動ステーションに移
せ。

５　インク溜めのチェックを行々え。（必要なら補充せ
よ。） ６、帯電電極等を周囲のノズルから引込めよ。

Ｚ　弁及び結晶体を周期的にオンにせよ。そして流れが
安定化するまで待機せよ。

８　ノズルのまわりに帯電電極等を再配置せよ。

９　ヘッドを帯電電極テストステーションへ移せ。

１０　　滴感知器の利得を標準化するため自動的な利得
の制御（ＡＧＣ）のテストを行なえ。

１１　　飛翔時間をサーボ制御せよ（第２Ｂ図）。

ａ、各流れを順に帯電せよ。

ｂ、平均飛翔時間を決定せよ。

Ｃ３調整器の修正を決定せよ。

ｄ、調整器をサーボ制御せよ。

ｅ、±１マイクロ秒の飛翔時間まで反復せよ。

１２　　結晶体を低駆動にセットせよ。

ａ、初期の始動なら、記憶されている低い値を用いよ。

ｂ、ヘッドが既に高レベルになっていれば、最新のサー
ボ制御駆動−オフセットを用いよ。

１６　　下記の状態まで実行せよ。

ａ、結晶体が高い限界に到達してしまうまで。

ｂ、動作点が発見され、失なわれてしまうまで。

１　位相チェックを実行せよ。

２、全ての流れについて合計せよ。

６　変化が検知されなかった節（０位相）をカウントせ
よ。

４　動作点が近づくまで結晶駆動を＋２増加せよ。そし
てそれが近づいたら＋１増加せよ。

５　動作点が５個の零位相よりも大きいか又は等しい。

１４１つの結晶駆動を選択し、それをセットせよ。

（零期間の最大数が印刷窓のほぼ中心となるから、それ
を基準にして選択せよ。） １５　　ノイズを阻むだめ４回のテストの平均値を用い
て飛翔時間を再サーボせよ。

１６　　位相チェックを行え。そして位相をセットせよ
。

１７　　空気動力学的な修正を計算し、それをセットせ
よ。

１８、現在の温度を測定し、それを記憶せよ。

１９　　偏向電圧及びガターの流れをオンに切換えよ。

この時点で、プリンタは動作状態になる。特に初期の始
動時などパラメータが急速に変わるかもしれないので、
成る期間毎にシステムを再サーボする（作成し直す）必
要がある。従来技法では、マイクロコード中に定数を記
憶しておき、これをプロファイルカウンタを減じるとき
に使用することによってその期間が通常は選択される。

時には、新しいインクや水が加えられた後の短い期間が
一定の期間のほかに使用されることがある。下記で説明
するように、本発明はもつと正確で、可変的な期間を決
定できるようにする。

インクジェットを制御するためのマイクロプロセッサ制
御システムが第１図に示される。マイクロプロセッサ１
０はプログラムメモリ１１に記憶された、上述のサーボ
プログラムを含む適当な制御プログラムを実行する。こ
のプログラムメモリ１１は通常−：不揮発性の読出専用
メモリである。

ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１２もまた動作情報
を記憶するために設けられる。

入力アースは、飛翔時間情報と振幅テークとを含むが、
これは第２図に示すようにして一般には得られる。

滴分離点の辺りに与えられる結晶付勢電圧Ｖ。０が、ノ
ズル板２０からのインク滴を偏向板２９を経てスーパー
ガター２１に向って加速する。１対の偏向板２９には偏
向電位−Ｅとアース電位とが印加されている。マイクロ
プロセッサ１０がｖｃＥ電圧を発生する時点で、ＴＯＦ
カウンタ２２にＴＯＦ（飛翔時間）カウンタ・スタート
信号が与えられる。尚、スーパーガター２１の前面はシ
ールド３１が施され、その下方には真空ガター３０も設
けられる。

感知器２４のところを帯電筒が通過する際信号が発生さ
れ、作動増幅器２６によって増幅される。

零交叉検出器２５は感知器２４の前をインク滴が通過す
°るのと同期する信号を与え、この与えられた信号がＴ
ＯＦカウンタ２２を停止させる。

この滴の電荷のピーク値は増幅器２６により増幅された
信号のピーク値に対応するが、これは積分器２６で積分
され、ピーク検出器２７で検出される。この値はアナロ
グからデジタルへのＡ／Ｄ変換器２８によってデジタル
形に変換される。

第１図に示すように、滴電荷の飛翔時間の情報及び振幅
がマイクロプロセッサ１０に与えられる。

これらの値はそのシステムをサー゛ボ制御□するのに使
用される。

このシステムは、各ノズルに１つずつという一組のイン
クジェット駆動器１９に必要な信号を結晶体で与えると
ころの発生器１８を含む。この発生器１８への典型的な
入力信号はデユーティサイクル（２０％／１００％）信
号、滴の数（１乃至ｎ）の信号、及びノズルの所望の組
合せを表わす信号を含む。マイクロプロセッサ１０から
の他の出力信号には、インク圧、滴発生型駆動のための
振幅、滴発生器駆動期間及び時として空気流速度を表わ
す各種信号が含まれる。

第６図は、滴発生器駆動電圧に対する滴分離時間を示す
グラフである。曲線部分■の衛星滴を生じない部分が印
刷窓に対応する。即ち動作に適する領域である。システ
ムのパラメータが、下記に説明するとおり時間とともに
変化するので、滴発生器の駆動電圧、就中その窓の内部
にプリンタ動作を維持するよう周期的に調整される必要
がある。

さもなければ、印刷の質が低下し、インクの飛散りゃ羽
毛で擦ったような跡、その他の不具合が生じる。

本システムの動作の高レベルのフローチャートが第４図
に示される。このシステムが初期設定され、そしてサー
ボサブルーチン（第４図で両側の線が二重線になった矩
形で表わされる）が呼ばれて適正なシステム機能付けの
ためのパラメータをセットする。この「サーボ」サブル
ーチンの完了時の動作温度に２が、再す−ボアルゴリズ
ムで使用できるよう記憶される。このシステムは動作モ
ノニールを実行する。この動作モジュールは、プリンタ
挨所望の文書を印刷する機能を含んでいる。

内部の時間カウンタ（図示せず）がＴという値を与える
。Ｔは、そのシステムが最後にサーボ制御（再サーボ制
御）されてからの時間を表わす。この制御プログラムの
動作期間の適当な時点、例えば印刷が行なわれないとき
や期間割込みのとき、プリセットされている最大の再サ
ーボ期間即ち所定数Ｍが、計算によシ得られたｔ−ｏｐ
ｔに比較される。ｔ−ｏｐｔは、そのシステムのパラメ
ータをサーボ動作するときと次にサーボ動作するときと
の間の最適の期間を表わす。もしもｔ−ｏｐｔがＭより
も太きいか等しい場合、そのプログラムはサーボ・サブ
ルーチンを呼ぶため戻るようブランチする。さもなけれ
ばそのプログラムはそのプログラムの動作モジュールヘ
ブランチして戻る。

第５図のフローチャートはｔ−ｏｐｔＯ値を決定する仕
方を示す。このプログラムは第４図の動作プログラムモ
ジュールの一部とみなされる。

各文書の印刷が完了する際、コピーカウント即ちＣカウ
ントが歩進される。代りに、そのＣカウントは各インク
滴若しくは各画素毎に歩進しても良い。しかしそうした
場合は、大きな値が必要となるであろう。Ｃカウントの
目的は、文書を生じるのに使用されるインクの量を表わ
すことである。

この温度に１が読出され記憶される。そしてその現在の
温度とに２に記憶された温度との差絶対値がＫを引出す
ために計算される。Ｋは前回、サーボザイクルを行なっ
て以来の温度変化を表わす。

Ｔという値が見出され、そして下記の計算が行なわれる
。

＊ ｔ−ｏｐｔ＝Ｔ＋ｍ　　Ｃ＋に＊に＊に但し４′は乗算
することを表わす。定数ｍとｋとは実験的に決定され、
実際に使用されるシステムに大きく依存する。

Ｔという要素はインクの蒸発量に比例する。Ｃという値
Ｕ：、使用量を表わす。温度変化には、その小をい変化
が無視されるが、１襲気運転中などに生じる大きい変化
が大きい効果をもつよう非線形で処理される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明が実施されるインクジェットプリンタ
のための、マイクロプロセッサを基本とする制御システ
ムのブロック図である。第２図は制御システムへ入力デ
ータを力える入力源とそこからどのようにして信号が誘
導されるかを表わす図である。第６図は、「印刷窓」を
示すグラフである。第４図は、動作モジュールに対する
サーボサブルーチンの関係を示す一般的な制御プログラ
ムのフローチャートである。第５図は、ｔ−ｏｐｔを決
定するだめのフローチャートである。 出願人インタ〒カンヨナル・ビジネス・マシーンズ・コ
ーポレーションＦＩＧ、　３ ＦＩＧ、　４ ＦＩＧ、　５

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　インクジェット印刷システムの調整方法に−
   して、 印刷動作前に上記システムの動作パラメータを階と、 該決定された期間に従って上記システムの動作パラメー
   タを再調整する段階と、 上記システムの使用中の上記決定する段階及び上記再調
   整する段階を反復する段階と を含むインクジェット印刷システムの調整方法。
2. （２）上記決定する段階は、上記最適の期間ｔ−ａｐｔ
   を下記の式 ％式％ 但し乍は、前回の調整以来経過した時間、イ゛　Ｃは、
   使用量を表わす値、 Ｋは、温度変化、 ｍ、には実験的に決定される定数 で計算する段階を含むことを特徴とする特許請求の範囲
   第（１）項記載のインクジェット印刷システムの調整方
   法。