JP4938254B2 - インクジェット・プリンタ内の付随的な液滴射出方向の制御方法及びシステム - Google Patents

インクジェット・プリンタ内の付随的な液滴射出方向の制御方法及びシステム Download PDF

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Description

本発明の主題は、画像化技術に関連する。インクジェット画像レンダリング装置に関連する特定の用途を見出し、特にそれを参照して説明する。しかしながら、本技術分野における通常の知識を有する者であるならば、他の同様の用途にも修正可能であることを認識するであろう。
ドロップ・オン・デマンド流体インクジェット・プリンタ等の流体エジェクタ・システムは、圧電、音響、及び熱的方法を含み、これらに限定されない種々の方法を用いる。これらのシステムは、紙のシート等の記録媒体に面するインク射出面を有する印字ヘッドを含むことが多い。該印字ヘッドには、流体エジェクタのアレイが含まれ、そこから、流体の液滴が、記録媒体に向かって、それに対して略法線方向に射出される。
印刷動作においては、一般に、流体インクが射出されている間に、印字ヘッド及び記録媒体の少なくとも1つが、それらが互いに相対的に移動するように、前進させられる。一般に、印字ヘッドと記録媒体との間の相対移動は、記録媒体の面に略平行ないわゆる速い走査方向に沿っており、いわゆる遅い走査方向に一般に配列されたエジェクタのアレイに略垂直である。一部の用途では、エジェクタが、印字ヘッドを通過して一般に一方向に前進させられる媒体の略幅全体に沿って配列されているところでは、いわゆる幅の広いアレイ印字ヘッドが用いられている。
一般に、各エジェクタについては、流体インクを含むために、チャネル又は毛管(capillary)が、規定されている。流体の液滴を所望の回数で、印字ヘッドのインク射出面に位置する各チャネルの一端部において規定されているオリフィス又はノズルから放出させるために、推進パルスが使用される。供給コンテナは、流体を多数のチャネルに供給する。
たとえば、熱流体射出システムにおいては、たとえば、選択的に作動させられた抵抗ヒータによって推進パルスが生成される。ヒータは、一般に、各チャネルについて設けられている。各ヒータは一般に個別に加熱可能であり、チャネルの1つにおいて流体を気化でき、それによって、対応したヒータに結合したチャネルのノズルから液滴を射出する。
一般に、形成されて射出された主要な液滴に加え、付随的な液滴も形成され、射出される。
付随的な液滴の速度は、一般に、主要な液滴の速度に比べて遅い。したがって、記録媒体と印字ヘッドとの間の相対移動によって、印字ヘッドの速い走査方向と相対的な主要な液滴の正面にある記録媒体上に落下する、遅れる付随的な液滴をもたらす傾向がある。付随的な液滴が、対応する主要な液滴の落下の外側で記録媒体上に落下する時には、好ましくない画像のアーティファクトが生ずることがある。たとえば、与えられた画像内のエッジは、遅れたように見えるかも知れず、あるいはインクが効果的にカバーする領域が、好ましくなく増加しているかも知れない。
米国特許第4,463,359号 米国特許第5,142,296号 米国特許第5,192,959号 米国特許第5,461,406号 米国特許第5,594,478号 米国特許出願公開第2003 0179258A1号
インクジェット・プリンタの流体を射出させる方法、及びシステムを提供する。
1つの例示的な実施の形態によると、流体ジェット・プリンタを用いる印刷方法が提供される。本プリンタは、記録媒体に面する流体射出面を備える印字ヘッドを有し、流体射出面が、その上に配列された少なくとも1つの流体エジェクタを有する。本方法は、記録媒体が、速度(Vm)で速い走査方向に沿って流体エジェクタと相対的に移動するように、流体エジェクタ及び記録媒体の少なくとも1つを移動させることと、移動させると、流体エジェクタから記録媒体の方向に流体を選択的に射出することを含み、(i)主要な液滴が、第1の方向に第1の速度(Vd)を有して形成され、(ii)付随的な液滴が、第1の方向に対して角度(θ)を形成する第2の方向に第2の速度(vs)を有し、θは実質的に式tanθ=vm[1/(vscosθ)−1/vd] を満たすように形成される。
他の例示的な実施の形態によると、記録媒体に面する流体射出面を備える印字ヘッドを有し、該流体射出面が、その上に配列された少なくとも1つの流体エジェクタを有するプリンタが提供される。本プリンタは、前記記録媒体が、速度(Vm)で速い走査方向に沿って前記流体エジェクタと相対的に移動するように、前記流体エジェクタ及び前記記録媒体の少なくとも1つを移動させるための手段と、前記移動が実施されると、前記流体エジェクタから前記記録媒体の方向に流体を選択的に射出する手段であって、(i)主要な液滴が、第1の方向に第1の速度(Vd)を有して形成され、(ii)付随的な液滴が、前記第1の方向に対して角度(θ)を形成する第2の方向に第2の速度(vs)を有し、θは実質的に式tanθ=vm[1/(vscosθ)−1/vd]を満たすように形成される、手段と、を含む。
さらに他の例示的な実施の形態によると、プリンタは、流体射出面を有する印字ヘッドと、該印字ヘッドの流体射出面を通過して、速い走査方向に記録媒体を前進させる媒体搬送器(ハンドラー)と、前記印字ヘッドの流体射出面から前記記録媒体の方向に液体を射出する、少なくとも1つのエジェクタを含む、前記印字ヘッドによって担持されたエジェクタ・アセンブリと、を含む。エジェクタから流体が射出されると、主要な液滴が、第1の方向に第1の速度(Vd)を有して形成され、付随的な液滴が、前記第1の方向に対して角度(θ)を形成する第2の方向に第2の速度(vs)を有して形成され、前記角度θは式tanθ=vm[1/(vscosθ)−1/vd]を実質的に満たす。
図1を参照すると、ドロップ・オン・デマンドのインクジェット印刷機10が図示されている。プリンタ10は、次に説明するように、動作するサブシステム及びコンポーネントが直接又は間接に取り付けられた、フレーム又はハウジング11を含む。図示されているように、機械10はプリンタである。しかしながら、機械10は、複写機、ファックス機、多機能装置等であってもよい。インク及び/又はインク流体を参照して次に説明するように、より一般的な実施の形態では、機械10は、たとえば、受容する媒体上に、所望のパターンで、任意の適切な流体(インク、非インク又は他のものであってもよい)を析出する流体エジェクタ・プリントである。
プリンタ10は、たとえば、ペーパトレイ等の紙/媒体供給16から供給される紙のシート又は他の適切な記録媒体等の記録媒体14に面するインク射出面12aを有する印字ヘッド12を含む。印字ヘッド12には、そこから流体の液滴が記録媒体14の方向に射出される、流体エジェクタ18のアレイが含まれる。適切には、エジェクタ18は、プロセス又は矢印19によって示される遅い走査方向で整列される。
図2を参照し、及び図1をさらに参照すると、エジェクタ18は、印字ヘッド12によって担持されているか又は一体化されているエジェクタ・アセンブリ20から構成されているか、又はエジェクタ・アセンブリ20内に形成されている。各エジェクタ18について、流体インクを含むために、毛管又はチャネル22が規定されている。流体の液滴を、印字ヘッド12のインク射出面12aに近接して位置し各チャネル22の一端部において規定されたオリフィス24から所望の回数放出させるために、推進パルスが使用される。適切には、供給コンテナ(図示せず)が、流体インクを多数のチャネル22に供給する。
適切には,熱的流体射出アプローチが用いられる。熱的流体射出においては、たとえば、選択的に作動された抵抗ヒータ26によって、推進パルスが生成される。ヒータ26が、各チャネル22について設けられている。各ヒータ26は、一般に、チャネル22の1つの中で個別に加熱及び気化可能であり、それにより、ヒータ26に結合されたチャネル22のオリフィス24から液滴の推進力及び射出を生成する。あるいは、他の熱的アプローチ、圧電アプローチ、及び音響アプローチを含むがこれらに限定されない、他の既知の流体推進力及び/又は射出アプローチは、チャネル22からインクを推進及び/又は射出するために、任意に用いられる。
図1にさらに示すように、プリンタ10は、たとえば、媒体14を供給し、及び/又は他の方法で操作し、及び/又は保持する、ローラ、ベルト、及び/又は他の同様のコンポーネントを含む、媒体処理システム30を備える。適切には、該処理システム30は、媒体供給16から媒体14を取り出すか、他の方法で得て、たとえば、遅い走査又はプロセス方向19に略垂直な、矢印32によって示される速い走査方向に、媒体14を、印字ヘッド12のインク射出面12aを通過させて前進させる。他の実施の形態において、プリンタ10は、ページ幅の流体エジェクタ印刷として任意に構成されていてもよい。
プリンタ10の種々のサブシステム、コンポーネント、及び機能の動作及び制御は、コントローラ又は電子サブシステム(ESS)40を用いて実行される。たとえば、コントローラ又はESS40は、中央演算処理装置(CPU)、電子記憶装置、及び表示装置、又は他のユーザ・インタフェース(UI)を有する内蔵型の専用ミニコンピュータである。たとえば、コントローラ又はESS40は、画素配置及び制御手段ばかりでなく、センサ入力及び制御手段も含む。さらに、CPUは、走査システム又はオンライン若しくはワーク・ステーション接続、及び印字ヘッド12等の、画像入力ソース間の画像データフローを読み出し、捕捉し、準備し、及び管理する。このように、コントローラ又はESS40は、プリンタの印刷動作を含む、プリンタのサブシステム及び機能を動作させ制御するための、主要なマルチタスク・プロセッサである。
適切には、印刷動作については、生成されるべき画像についての画像データが、処理のために、走査システム又はオンライン若しくはワーク・ステーション接続のいずれかを通じて、コントローラ又はESS40に送られ、印字ヘッド12に出力される。さらに、コントローラは、たとえばユーザ・インタフェースを通じたオペレータ入力から、関連したサブシステム及びコンポーネント制御を決定及び/又は受け入れ、これにより、このような制御を実行する。その結果、インクは印字ヘッド12に適切に運ばれ、印字ヘッド12から射出される。さらに、画素配置制御は、記録媒体14と相対的に実行され、このような画像データごとに所望の画像を形成し、記録媒体14は媒体供給16によって供給され、画像形成との定期的な位置合わせで、処理システム30によって処理される。
本技術分野における通常の知識を有する者に認識されるように、本明細書で意図される種類のインク射出は、一般に、少なくとも1つの一般により小さな付随的な液滴と共に、主要な液滴の形成をもたらす。好ましい実施の形態において、付随的な液滴の方向は、有利に調整又は制御されている。再び図2に注目し、図3をさらに参照すると、ノズル板50は、印字ヘッド12のインク射出面の近くで、エジェクタ・アセンブリ20に取り付けられるか又は他の方法でその上に配列されている。ノズル板50は、チャネル22の端部においてオリフィス24に対応する複数のノズル52を有する。それぞれのチャネル22からのインクの推進されたスラッグが、ノズル板50のそれぞれのノズル52を通じて、最終的に射出される。
とりわけ、ノズル52をそれぞれの対応するオリフィス24に対して偏らせる(オフセット)ことによって(図3で最も良く見られるように)、生成された付随的な液滴の方向は、制御及び/又は調整される。すなわち、オフセットがそれ程大きくない場合には、主要な液滴の方向をあまり変更せずに、付随的な液滴は、オフセットの方向と同じ方向に方向付けられる傾向がある。
任意に、付随的な液滴の方向を変化可能に制御させるように、オフセットは、調整可能である。たとえば、ノズル板50は、ノズル板50内に形成されたスロット62を貫通する一対のねじ60等を用いて、エジェクタ・アセンブリ20に任意に取り付けられている。したがって、ねじ60を緩めると、板50は、スロット62の方向に、要求通りに変化するオフセットになり得る。付随的な液滴の所望の方向制御をもたらす所望のオフセットが実現されると、ノズル板50を所定位置に保持するために、ねじ60が締め付けられる。
図4を参照すると、1つの適切な実施の形態において、エジェクタ18が媒体14の方向にインクを射出すると、記録媒体14は、速度vmで、印字ヘッド12のインク射出面12aを通過して前進させられている。図示のように、媒体は、速い走査方向32に前進させられる。落下距離hは、印字ヘッド12のインク射出面12aと媒体14との間の距離である。
例示的な目的のために、1つのエジェクタ18からのインクの単一の射出について説明する。ヒータ26の1つの作動に対応して、インクが推進され、関連したエジェクタ18から前進する媒体14の方向に射出される。射出されたインクは、速度Vdの主要な液滴を形成する。適切には、Vdは、記録媒体14に対し略法線に方向付けられている。主要な液滴に加え、付随的な液滴も、速度vsで形成される。適切には、vsはvd未満である。
付随的な液滴を、主要な液滴と略同じ位置の前進する記録媒体14上に有利に落下させるために、付随的な液滴は、主要な液滴の方向に対して角度θで方向付けられている。図4を検討すると、主要な液滴及び付随的な液滴がx軸に沿って前進する媒体14上に落下する位置は、式
d=−hvm/vd (1)
及び
s=[h/(vscosθ)][−vm+vssinθ] (2)
それぞれによって与えられる。
次に、主要な液滴と付随的な液滴との間の距離は、式
Δx=−hvm[1/(vscosθ)−1/vd]+htanθ (3)
のようになる。
付随的な液滴を主要な液滴と同じ位置に落下させるために、主要な液滴と付随的な液滴との間の距離は、0に設定されている(すなわち、Δx=0)。したがって、角度θは、次の式を満たすようにされている。
0=−hvm[1/(vscosθ)−1/vd]+htanθ (4)
又は、
tanθ=vm[1/(vscosθ)−1/vd] (5)
さらに、実験的に又は他の方法で、角度θをノズルオフセットの関数として判断することによって、数式(4)から、所望のオフセットを、関数媒体速度vm、主要な液滴の速度vd、及び付随的な液滴の速度vsとして、得ることができる。さらに、vd及びvsを測定することによって、所望のオフセットを、媒体の速度vmと関連付ける表現を得る。したがって、オフセットは、これらの測定された又は他の方法による既知のパラメータに基づいて設定可能である。あるいは、変化するパラメータを補償し、又は異なるパラメータを有する異なるアプリケーションを収容するために、たとえば、ねじ60及びスロット62又は交互に設けられた調整機構を使用して、オフセットを調整してもよい。
ノズル52をそれらの対応するオリフィス24に対して交互にオフセットさせることによって、付随的な液滴の方向制御が、前記実施の形態において実現されたが、他のアプローチ及び/又は方法が、付随的な液滴を主要な液滴の方向に対して角度θで方向付けるために用いられる。付随的な液滴を角度的に方向付けるための1つの選択は、ノズル板50を使用しない。むしろ、チャネル22自体は、付随的な液滴を所望の角度で方向付けるために、適切な形状で形成される。たとえば、円筒状であるのと反対に、チャネル22は、プロセス方向に対して非対称なオリフィス24を生成する、形状を有していてもよい。任意に、チャネル22が2つの隣り合うウェハ又はエジェクタ・アセンブリ20の部分の間に形成されているところでは、ウェハ又は部分は、任意に、異なる材料で作られている。
さらに、印字ヘッド12と媒体14との間の相対移動は、媒体14を交互に印字ヘッド12のインク射出面12aを通過して前進させることによって実現されたが、同様の相対移動は、印字ヘッド12を静止した媒体を横切って前進させることによって実現され、あるいは、任意に、同じ相対移動が、印字ヘッド12及び媒体14の両方を移動させることによって実現される。
適切には、一方向性の印刷について(すなわち、インクは、一方向のみの相対的な媒体の移動の間に射出される)、付随的な液滴を相対的な媒体移動の方向のみに角度的に方向付ければ十分である。しかしながら、双方向印刷(すなわち、インクは、前後両方向の相対的な媒体の移動の間に射出される)のために、任意に、エジェクタ18の第1のセットからの付随的な液滴は一方向に方向付けられており、エジェクタ18の第2のセットからの付随的な液滴は、他の方向に方向付けられている。たとえば、ノズル52の第1のセットは、前方への速い走査方向に対応する第1の方向に、それらのそれぞれのオリフィス24から任意にオフセットされ、ノズル52の第2のセットは、後方への速い走査方向に対応する第2の方向に、それぞれのオリフィス24から任意にオフセットされる。したがって、前方への速い走査方向に印刷する時は、エジェクタ18の第1のセットが用いられ、後方の速い走査方向に印刷する時は、エジェクタ18の第2のセットが用いられる。
本発明の主題の態様を具体化する、インクジェット・プリンタの正面図を示し、素子を記録媒体のシートの裏の点線で示す、概略図である。 図1で示される例示的なエジェクタ・アセンブリの垂直断面図を示す、概略図である。 図2に示すエジェクタ・アセンブリの正面図を示し、素子を例示的なノズル板の裏の点線で示す、概略図である。 図1に示す例示的な印字ヘッドによって前進する記録媒体の方向へのインクの例示的な射出の平面図を示す、概略図である。
符号の説明
10:印刷機械(ジェット・プリンタ)
12:印字ヘッド
12a:流体射出面
14:記録媒体
18:流体エジェクタ

Claims (3)

  1. 記録媒体に面する流体射出面を備える印字ヘッドを有する流体ジェット・プリンタを用いる印刷方法であって、前記流体射出面が、その上に配列された少なくとも1つの流体エジェクタを有し、
    (a)前記記録媒体及び前記印字ヘッドの少なくとも一方を他方に対して相対的に移動させることであって、当該移動によって定まる、前記印字ヘッドに対して前記記録媒体が相対的に移動する移動方向に沿って前記記録媒体が、速度(Vm)で前記印字ヘッドと相対的に移動するように、前記印字ヘッド及び前記記録媒体の少なくとも一方を他方に対して移動させることと、
    (b)前記移動が実施されると、前記流体エジェクタから前記記録媒体に垂直に向かう第1の方向に流体を選択的に射出することを含み、ここで、
    (i)主要な液滴が、前記第1の方向に第1の速度(Vd)を有して形成され、
    (ii)付随的な液滴が、前記移動方向と前記第1の方向とに並行な平面内で、前記第1の方向に対して角度(θ)を形成する第2の方向に第2の速度(vs)を有して形成され、
    θは式
    tanθ=vm[1/(vscosθ)−1/vd]
    を満たし、
    tanは三角法正接関数であり、cosは三角法余弦関数であり、
    前記印字ヘッドは、
    インクが射出される開口であるオリフィス(24)及び当該オリフィス(24)までインクが流動する流路であるチャネル(22)が形成されたエジェクタ・アセンブリ(20)と、
    前記エジェクタ・アセンブリ(20)より前記記録媒体側に前記エジェクタ・アセンブリ(20)と接するように配置され、前記オリフィス(24)と同じ開口径を有する貫通口であるノズル(52)が形成されたノズル板(50)と、
    を備えると共に、
    前記エジェクタ・アセンブリ(20)と前記ノズル板(50)には、長手方向が前記移動方向となる矩形の開口である2つのスロット(62)が、当該2つのスロット(62)の間に前記オリフィス(24)及び前記ノズル(52)を挟む位置に形成され、
    記θが前記式を満たすように前記オリフィス(24)に対する前記ノズル(52)の位置のずれの量が調整された後、前記2つのスロット(62)各々に1つずつ挿入されたネジにより、前記エジェクタ・アセンブリ(20)と前記ノズル板(50)とが互いに固定された
    ことを特徴とする前記方法。
  2. 記録媒体に面する流体射出面を備える印字ヘッドを有するプリンタであって、該流体射出面が、その上に配列された少なくとも1つの流体エジェクタを有し、
    前記記録媒体及び前記印字ヘッドの少なくとも一方を他方に対して相対的に移動させるための手段であって、当該移動によって定まる、前記印字ヘッドに対して前記記録媒体が相対的に移動する移動方向に沿って前記記録媒体が、速度(Vm)で前記印字ヘッドと相対的に移動するように、前記印字ヘッド及び前記記録媒体の少なくとも一方を他方に対して移動させるための手段と、
    前記移動が実施されると、前記流体エジェクタから前記記録媒体に垂直に向かう第1の方向に流体を選択的に射出する手段とを有し、ここで、
    (i)主要な液滴が、前記第1の方向に第1の速度(Vd)を有して形成され、
    (ii)付随的な液滴が、前記移動方向と前記第1の方向とに並行な平面内で、前記第1の方向に対して角度(θ)を形成する第2の方向に第2の速度(vs)を有して形成され、θは式
    tanθ=vm[1/(vscosθ)−1/vd]
    を満たし、
    tanは三角法正接関数であり、cosは三角法余弦関数であり、
    前記印字ヘッドは、
    インクが射出される開口であるオリフィス(24)及び当該オリフィス(24)までインクが流動する流路であるチャネル(22)が形成されたエジェクタ・アセンブリ(20)と、
    前記エジェクタ・アセンブリ(20)より前記記録媒体側に前記エジェクタ・アセンブリ(20)と接するように配置され、前記オリフィス(24)と同じ開口径を有する貫通口であるノズル(52)が形成されたノズル板(50)と、
    を備えると共に、
    前記エジェクタ・アセンブリ(20)と前記ノズル板(50)には、長手方向が前記移動方向となる矩形の開口である2つのスロット(62)が、当該2つのスロット(62)の間に前記オリフィス(24)及び前記ノズル(52)を挟む位置に形成され、
    記θが前記式を満たすように前記オリフィス(24)に対する前記ノズル(52)の位置のずれの量が調整された後、前記2つのスロット(62)各々に1つずつ挿入されたネジにより、前記エジェクタ・アセンブリ(20)と前記ノズル板(50)とが互いに固定された
    ことを特徴とする前記プリンタ。
  3. 流体射出面を有する印字ヘッドと、
    該印字ヘッドの流体射出面に対応する面を通過して更に前進する前進方向に沿って記録媒体を前進させる媒体搬送器であって、当該流体射出面に対応する面は、当該媒体搬送器により前進させられる記録媒体の通過する面内にありかつ当該流体射出面から当該記録媒体の通過する面に垂直に投影される面である、当該媒体搬送器と、
    前記印字ヘッドの流体射出面から前記記録媒体の方向に液体を射出する、少なくとも1つの流体エジェクタを含む、前記印字ヘッドによって担持されたエジェクタ・アセンブリと、
    を含むプリンタであって、
    射出時には、主要な液滴が、前記流体エジェクタから前記記録媒体に垂直に向かう第1の方向に第1の速度(Vd)を有して形成され、付随的な液滴が、前記前進方向と前記第1の方向とに並行な平面内で、前記第1の方向に対して角度(θ)を形成する第2の方向に第2の速度(vs)を有して形成され、前記角度θは式
    tanθ=vm[1/(vscosθ)−1/vd]
    を満たし、
    tanは三角法正接関数であり、cosは三角法余弦関数であり、
    前記エジェクタ・アセンブリ(20)には、インクが射出される開口であるオリフィス(24)及び当該オリフィス(24)までインクが流動する流路であるチャネル(22)が形成され、
    前記印字ヘッドは、前記エジェクタ・アセンブリ(20)より前記記録媒体側に配置され、前記オリフィス(24)と同じ開口径を有する貫通口であるノズル(52)が形成されたノズル板(50)を備え、
    前記エジェクタ・アセンブリ(20)と前記ノズル板(50)には、長手方向が前記前進方向となる矩形の開口である2つのスロット(62)が、当該2つのスロット(62)の間に前記オリフィス(24)及び前記ノズル(52)を挟む位置に形成され、
    記θが前記式を満たすように前記オリフィス(24)に対する前記ノズル(52)の位置のずれの量が調整された後、前記2つのスロット(62)各々に1つずつ挿入されたネジにより、前記エジェクタ・アセンブリ(20)と前記ノズル板(50)とが互いに固定された
    ことを特徴とする前記プリンタ。
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