JP7185593B2 - 標準コンピュータインタフェースを備えたインクジェットプリントヘッド - Google Patents

Description

本開示はプリントヘッドに関し、具体的にはプリントヘッドおよびプリントヘッド用制御電子機器に関する。

インクジェットプリンタは、一般に、画像データをプリントシステム内のプリントコントローラに送信する、ある種のコンピュータなどの画像データのソースに依存する。プリントコントローラは、通常、プリントシステム内またはプリントヘッド外部のプリンタ内にある。そして、プリントコントローラは、画像データに基づく制御信号をプリントヘッドに送信する。プリントヘッドは、マニホルドおよび他のインク経路構造、並びに液滴発生器及びそれらのそれぞれのアクチュエータを含む。

プリントコントローラは、通常、「ドットクロック」と呼ばれることもあるクロックを生成するか又は受信して、プリントヘッドによる液滴吐出をトリガする。プリントコントローラは、各液滴発生器のデータワードとしてコンピュータから画像データを受信することができ、各ワードはそれに関連する液滴発生器の連続した液滴吐出の回数を制御する。その後、プリントコントローラは、各ドットクロックの直後に液滴発生器に電圧波形群を生成し、これらの波形をプリントヘッドに送信する。波形群は、電圧極性とタイミングを規定するアナログ電圧とコントロールラインの両方を含むことができる。各ドットクロックはまた、次のドットクロックに続く次の波形群に対してどのジェットが選択されるかを規定するために、データをプリントヘッドに送信するようにコントローラをトリガする。波形群およびデータの両方は、液滴吐出と正確にタイミングを合わせてプリントヘッドに送信され、ドットクロックによってトリガされる。

通常、各プリンタは、必要な波形、コントロールライン及びデータをプリントヘッドに提供するように設計されたそれら自体の制御電子機器アーキテクチャを有する。しかしながら、プリントヘッドの外部にあるようなプリントコントローラを除去し、プリントシステムを簡略化し合理化することが可能である。

一実施形態は、プリントヘッドが標準コンピュータに直接接続されることを可能にする標準コンピュータインタフェースと、標準コンピュータからの画像データに従って、基板にインクを付着させるジェットアレイと、標準コンピュータインタフェースを介して画像データを受信する処理要素と、標準コンピュータインタフェースを介して受信した画像データを記憶し、かつドットクロックにトリガされるとき、画像データをジェットアレイに送信する、処理要素によって制御され、柔軟な記憶深度を有するバッファと、画像データに従ってジェットアレイのそれぞれをトリガするドライバを有するプリントヘッドを含む。

図１は、従来のプリントシステムの実施形態を示す。 図２は、独立型プリントヘッドの一実施形態を示す。 図３は、独立型プリントヘッド用の処理回路の一実施形態を示す。

現在利用できるプリントシステムは、外部制御電子機器を必要とする。通常、制御電子機器は、プリンタ内にあるがプリントヘッドの外側にある。図１に示すように、コンピュータシステム１０は、プリントシステム１２に有線または無線で接続されている。コンピュータシステムは、専用の画像プロセッサ、またはコンピュータシステムの中央処理装置を含む汎用プロセッサであり得る画像プロセッサ１４を有する。

コンピュータ１０は、画像データをプリントシステム１２内のプリントヘッドコントローラ１６に伝送する。プリントヘッドコントローラ１６は、コンピュータ１０およびプリントヘッド１８とインタフェースする。そして、プリントヘッド１８は、ジェットスタック２０を制御する。ジェットスタックは、通常、積み重ねられて、インクジェットのアレイまたはプリント基板２４にインクを滴下できるノズル２２にインクを送る一連のチャネルおよびチャンバを形成する１組のプレートで構成される。

ここで開示された実施形態には、分離型プリントコントローラはない。その代わりに、図２に示すように、プリントヘッド１８は、その内部にすべての電子機器を有する。それらは、処理要素２６と、ジェットスタック２０およびその個々のジェット２２を駆動するドライバ２８とを含み得る。

プリントヘッド１８は、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）のような標準コンピュータインタフェース３０を介して画像データを受信する。以下でより詳細に説明するように、これは、実施形態を全周波数アプリケーションに拡張することを可能にするＵＳＢタイプＣで構成されてよい。通常のＵＳＢ２で接続される高周波アプリケーションに対して、外部ＤＣ電源をプリントヘッドに印加することができる。

プリントヘッドは、内部で生成された「ドットクロック」または発射信号を含み得る。ドットクロックは、２２のようなジェットを作動させ、ジェットからプリント基板２４にインクを吐出させる波形群をトリガする。ドットクロックは、プリントヘッドの内部または外部で生成されてよい。内部ソースは外部エンコーダに位相ロックすることができる。図３は、本明細書で「独立型」プリントヘッドとも呼ばれる、内部処理電子機器を有するプリントヘッドの一実施形態のプリントヘッドアーキテクチャを示す。「独立型」という用語は、外部コンポーネントの使用を排除するものではなく、オプションであるため独立型であることに留意すべきである。

図３では、コンピュータ４０は、プリントヘッド１８に対する標準コンピュータインタフェース３０を有する。インタフェース３０は、ＵＳＢ２．０からコンピュータ４０およびＵＬＰＩからＵＬＰＩまで対応するＵＳＢとして、ＵＬＰＩ物理的インタフェースチップに実装されてもよい。ＵＬＰＩは、低ピンインタフェースのＵＴＭＩ（ユニバーサルトランシーバマクロセルインタフェース）である。これは標準コンピュータインタフェースの一例にすぎないことに留意すべきである。公開された標準に準拠している任意のコンピュータインタフェース。

画像データは、標準コンピュータインタフェースのケーブルを介して、画像列順序であるジェット番号順序でジェット当たり１ワードの３２ビットワードの形式のコンピュータ４０に由来する。プリントヘッドは、外部または内部でドットクロックが供給されると、データを消費する。コンピュータインタフェースは、処理要素２６に接続される。処理要素は、画像データをバッファし処理して、ドライバにジェットを発射させるのに必要な波形を生成することができる任意の装置である。いくつかの実施形態では、それは、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）または特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、あるいはドットクロックに応答してデータをバッファリングし噴射波形を生成することができる他の装置であってよく、それはプリントヘッドの制御を提供するように製造されプログラムされた集積回路を意味する。

コンピュータ４０からの画像データは、通常、ドットクロックと同期していないＵＳＢパケットのようなバーストに到着する。処理要素２６は、画像データを内部バッファに記憶し、バッファが一杯になったときに、ＵＳＢ否定応答（ＮＡＫ）トークンなどの機構を使用して、画像データの送信を一時停止するようにコンピュータに信号を送信する。

各ドットクロックに続き、処理要素２６は、２つの並行処理を実行する。１つの処理は、内部バッファから画像データを読み取り、次のドットクロックに続く使用のためにドライバ２８に送信することである。通常、この画像データは、１ジェット当たり１ビットであるが、複数の液滴サイズを噴射することができるプリントヘッドに対しては、１ビット以上であってよい。通常、ドライバ２８への画像データは、また、ジェット番号（画像列）順序ではなく、ドライバ２８およびジェットスタック２０の物理的レイアウトによって決まる順序である。したがって、処理要素２６は、書き込まれた順序と異なる順序でその内部バッファからデータを読み取り、各ジェットに対して、各３２ビット画像ワードの特定のサブセットを選択する。画像ワードの３２ビットをすべて使用するのに十分なドットクロックが生成されると、そのワードはバッファから除去され、コンピュータからより多くの画像データを受信するスペースを解放する。

処理要素２６の第２の並行処理は、２２のようなジェットを発射させるために、ドライバ２８に使用されるＶＰＰおよびＶＳＳ波形を生成することである。処理要素の外部にあるアナログ回路は、ＶＰＰおよびＶＳＳ波形レール３４、３６の実行を終了する。これは、米国特許第５，６７７，６４７号に見られるようなアナログパルス増幅器を含み得る。それは、外部ＤＣ電源４４、またはＵＳＢインタフェースを介してコンピュータに由来する電源に接続されたＤＣ電力変換器３２をさらに含み得る。ＶＰＰおよびＶＳＳの生成とともに、処理要素２６は、有効にされたジェットをいつＶＰＰ又はＶＳＳに接続するか、或いはどちらにも接続しないかを示す制御信号をドライバ２８に送信する。前のドットクロックに続き、ドライバに送信された画像データに基づいてジェットを有効または無効にする。

同様に、ドットクロックは、固定周波数で、またはＥＮＣ ＡおよびＢなどのエンコーダ信号を処理要素に提供する位置エンコーダ４２に応答し、内部で生成されてよい。これらの信号は、ドットクロックを開始し停止し、かつドットクロックを位相ロックしてエンコーダ位置を追跡するように機能することができる。あるいは、エンコーダ入力は、外部ドットクロックと呼ばれるドットクロックとして直接使用されてよい。ドットクロックが内部または外部のどちらで生成されるかは、プリントアプリケーションに依存する。例えば、固定周波数の内部レート発生器は、プリント基板の動きが変化せず、既知の速度である状況で、うまく機能することができる。プリント基板の速度が変化すると、エンコーダは、ドットクロックを位相ロックしてプリント基板の位置を追跡することができる。これは、エンコーダの解像度の倍率でプリントの解像度を提供する処理要素２６内の位相同期ループ（ＰＬＬ）の使用を含み得る。ＰＬＬドットクロック発生器の一例は、その全体が明細書に組み込まれる米国特許第６，０７６，９２２号に見ることができる。

位置エンコーダは、第１軸に沿ったプリントヘッドとプリント支持部材との相対的な動きに応じて、エンコーダパルス信号を生成する。デジタル位相同期ループ回路は、エンコーダパルス信号およびフィードバック信号を受信し、少なくとも第１および第２状態を有する位相差信号を生成する位相比較器で構成される。ドットクロック発生器は、位相差信号の時間に関する積分を表すデジタル信号を出力する積分器と、積分に応じた周期を有するパルス出力信号を生成するデジタル信号に応答するパルス発生器と、パルス発生器のパルス出力信号を受信し、第１の出力信号と第２の出力信号を提供する出力回路とを有する。第１出力信号はフィードバック信号であり、第２の出力信号はドットクロック信号であり、出力回路は、パルス出力信号の周波数を選択された定数で除算して第２の出力信号を生成する分周カウンタを含む。

また、上述したように、通常のＵＳＢ２で接続されるより高周波のアプリケーションに対して、プリントヘッドは、ＤＣ電源４４に由来するような外部ＤＣ電源への接続を有し得る。１インチ当たりのドット数で表される、より高い解像度でプリントする場合、ドットクロックは、プリント基板の移動に伴い、所定の間隔内でジェットをより速く発射させる。したがって、より高い解像度はより高い周波数の動作を必要とする。

オンボード処理電子機器の一態様において、画像データを転送するために使用されるコンピュータクロックを起動する必要がなく、ドットクロックが生成されると、画像データはバッファされて消費される。処理要素は、ドットクロックを受信すると、ジェットの様々な量のデータを記憶することを可能にする柔軟深度バッファを含む。

一実施形態では、プリントヘッドは、ジェットと、ＶＰＰおよびＶＳＳパワーレール、そのうち内部にある制御信号およびデータ信号を含むすべての必要な噴射波形とを有する。内部処理はＰＬＬを含み、プリントヘッドの外部にあるエンコーダからエンコーダ信号を受信することができる。これは、システム設計者がエンコーダからの入力を含むか否かを選択することを可能にする。さらに、プリントヘッドの外部にあるＤＣ電源の供給に適用される。

Claims (6)

1. プリントヘッドであって、
   プリントヘッドがコンピュータに直接接続されることを可能にする標準コンピュータインタフェースと、
   前記コンピュータからの画像データに従って、基板にインクを付着させるジェットアレイと、
   バッファを有する処理要素であって、前記バッファは前記処理要素に含まれて前記処理要素に制御され、前記処理要素は、
   前記標準コンピュータインタフェースを介して画像データをそれぞれのジェットに対応するデータのワードとして受信し、
   前記バッファにおいて前記標準コンピュータインタフェースを介して受信した前記画像データの前記ワードを記憶し、
   前記バッファから前記画像データを前記画像データが書き込まれた順序と異なる順序で画像データのそれぞれのワードの部分セットとして前記バッファから前記画像データを読み出し、
   ドットクロックに駆動されるとき、画像データの前記ワードの前記部分セットを前記ジェットアレイに送信し、前記バッファは様々な量の画像データを記憶するための柔軟な記憶深度を有し、前記バッファは前記コンピュータからクロックに従って画像データを受信し、前記ドットクロックに従ってデータを出力する、ようにプログラムされた、処理要素と、
   画像データの前記ワードの前記部分セットに従って前記ジェットアレイのそれぞれを駆動するドライバと、を含み、前記標準コンピュータインタフェース、前記ジェットアレイ、前記処理要素、前記バッファ、および前記ドライバは、すべて前記プリントヘッド内にあり、
   位置エンコーダへの少なくとも一つの接続をさらに含み、
   前記ドットクロックは、プリント基板の動きが変化しない場合に固定周波数の内部レート発生器によって内部で生成され、前記プリント基板の速度が変化すると前記位置エンコーダによって位相ロックされて前記プリント基板の位置を追跡する、前記プリントヘッド。
2. 前記ドライバにＤＣ電力を提供するための外部直流電源への接続をさらに含む請求項１に記載のプリントヘッド。
3. 前記標準コンピュータインタフェースは、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）インタフェースを含む請求項１に記載のプリントヘッド。
4. 前記ＵＳＢインタフェースは、ＵＳＢ２、ＵＳＢパワーデリバリー、またはＵＳＢタイプＣインタフェースのうちの一つを含む請求項３に記載のプリントヘッド。
5. 前記処理要素はフィールドプログラマブルゲートアレイを含む請求項１に記載のプリントヘッド。
6. ＤＣ電源は、前記ドライバへの前記標準コンピュータインタフェースを介して供給される請求項１に記載のプリントヘッド。

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