JP2002036551A

JP2002036551A - インク滴の噴射方向を制御することができるドロップ・オン・デマンド・インク・ジェット・プリンタおよび方法

Info

Publication number: JP2002036551A
Application number: JP2001179028A
Authority: JP
Inventors: Yung-Rai R Lee; ユン−ライ・アール・リー; John A Lebens; ジョン・エー・レベンス; Gilbert A Hawkins; ギルバート・エー・ホーキンズ; Ravi Sharma; ラヴィ・シャルマ; Walter S Stevens; ウォルター・エス・スティーブンズ
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 2000-06-30
Filing date: 2001-06-13
Publication date: 2002-02-05
Also published as: EP1167038A1; EP1167038B1; US6536873B1; DE60100559D1; DE60100559T2

Abstract

(57)【要約】【課題】インク滴の噴射方向を制御可能なドロップ・
オン・デマンド・インク・ジェット・プリンタおよび該
プリンタを組み立てるための方法を提供する。【解決手段】上記方法は、インク噴射オリフィスを通
る中心軸を中心に、インク・メニスカスを平衡状態に形
成することができる上記オリフィスを持つ印刷ヘッド本
体を備える。偏向装置は、印刷ヘッド方向に接続してい
て、平衡状態にあるメニスカスの、ある領域の表面張力
を下げるために、平衡状態にあるメニスカスと連絡する
ことができる。平衡状態にあるメニスカスは、偏向した
メニスカスを形成するように、表面張力が低下した領域
から、および上記中心軸から遠ざかる方向に偏向し、そ
れにより、上記偏向したメニスカスにから分離したイン
ク滴が、上記中心軸に対してある角度で移動し、その結
果、インク滴が、印刷ライン上の複数の所定の位置の中
の一つの位置で記録媒体に衝突する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、概して、インク・
ジェット・プリンタ装置および方法に関し、特に、イン
ク滴の噴射方向を制御することができるドロップ・オン
・デマンド・インク・ジェット・プリンタおよび該プリ
ンタの組み立て方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】インク・ジェット・プリンタは、インク
滴を画像に従って記録媒体上に噴射することにより記録
媒体上に画像を形成する。インク・ジェット・プリンタ
が市場に広く受け入れられた主な原因は、このプリンタ
が、普通紙の上に印刷することができる上に、衝撃を与
えないで、低ノイズ、低エネルギーおよび低コストで動
作することができるからである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、できれば、イ
ンク滴が記録媒体に噴射される角度を制御することが望
ましい。例えば、インク噴射ノズルの中のどれかが詰ま
ったり、製造上の欠陥のために動作することができない
場合には、動作可能なノズルからのインク滴の方向を変
えて、現在動作できないノズルが、動作できた場合に印
刷した位置に印刷させることが望ましい。さらに、各ノ
ズルが、記録媒体上の複数の場所にドットを印刷するこ
とができる場合には、ノズルの数はもっと少なくてすむ
ので、印刷ヘッドの製造コストが安くなる。

【０００４】さらに、できれば、インク滴が記録媒体に
衝突する際の速度を制御することが望ましい。速度を制
御すれば、印刷速度を制御することができる。

【０００５】インク・ジェット・プリンタは、ＤＯＤ
（ドロップ・オン・デマンド）プリンタであっても、
「連続」インク・ジェット・プリンタであってもよい。
この点について説明すると、ＤＯＤインク・ジェット・
プリンタの場合には、各オリフィスのところにインク噴
射滴を形成するために加圧アクチュエータが使用されて
いる。二つのタイプのアクチュエータの中のどちらかが
使用される。これら二つのタイプのアクチュエータは、
熱アクチュエータと圧電アクチュエータである。

【０００６】１９７９年に遠藤に与えられた英国特許第
２，００７，１６２号が、熱アクチュエータを有するＤ
ＯＤインク・ジェット・プリンタを開示している。この
ようなプリンタの場合には、適当な場所に設置されたヒ
ータがインクを加熱し、ある量のインクの状態が変化し
てガス状の泡になり、インク内部の圧力が十分に高くな
り、インク滴が記録媒体の方向に噴射される。しかし、
遠藤他の特許は、プリンタから噴射されたインク滴の方
向を制御する技術は開示していない。より詳細に説明す
ると、遠藤他の特許は、記録媒体上の複数の印刷場所に
向けて、インク滴の方向を変えてやる技術を開示してい
ない。さらに、遠藤他の特許は、インク滴の速度を制御
するための技術を開示しているようには思われない。

【０００７】シエロ他の米国特許第４，２７５，２９０
号は、加圧タンクと熱補助滴噴射機構を結合しているＤ
ＯＤインク・ジェット・プリンタを開示している。シエ
ロ他の特許の場合には、液体インク印刷システムが、イ
ンクを所定の圧力でタンクに供給し、インクは、インク
をオリフィスから噴射し、紙の媒体に接触させる、電圧
が加えられる抵抗ヒータからの熱により表面張力が低下
するまでオリフィスのところに留まる。しかし、シエロ
他の特許は、プリンタから噴射されたインク滴の方向を
制御するための技術は開示していない。より詳細に説明
すると、遠藤他の特許は、記録媒体上の複数の印刷場所
に向けてインク滴の方向を変えてやる技術を開示してい
ない。さらに、シエロ他の特許は、インク滴の速度を制
御するための技術を開示しているとは思われない。

【０００８】１９７０年にカイザー他に与えられた米国
特許第３，９４６，３９８号は、圧電アクチュエータを
有するＤＯＤインク・ジェット・プリンタを開示してい
る。このタイプのプリンタの場合には、圧電材料を使用
しているが、この圧電材料は、圧電特性を持ち、そのた
め、電界が加えられると、材料内に機械的応力が発生
し、インク・チャネルの容積が少なくなり、その結果、
インク滴が噴射される。しかし、カイザー他の特許は、
プリンタから噴射されたインク滴の方向を制御するため
の技術を開示していない。より詳細に説明すると、カイ
ザー他の特許は、記録媒体上の複数の印刷位置に向けて
インク滴の方向を変えてやる技術を開示していない。さ
らに、カイザー他の特許は、インク滴の速度を制御する
ための技術を開示しているとは思われない。

【０００９】１９８６年１２月２３日に、ミカエル
Ｊ．ピアット他に与えられ、本発明の譲受人に譲渡され
た米国特許第４，６３１，５５０号は、「連続」インク
・ジェット・プリンタを開示している。上記連続インク
・ジェット・プリンタは、インク滴が流れの形で噴射中
の場所の近くに設置されている静電帯電トンネルを使用
する。インク滴の中の選択されたものが、帯電トンネル
により電気的に帯電する。帯電したインク滴は、それら
の間に所定の電位差を持つ偏向板により下方に曲げられ
る。帯電したインク滴を捕捉するためにガターを使用す
ることができ、一方、帯電していないインク滴は、自由
に記録媒体に衝突する。しかし、ピアット他の特許は、
ＤＯＤプリンタから噴射されたインク滴の方向を制御す
るための技術を開示していない。より詳細に説明する
と、カイザー他の特許は、ＤＯＤプリンタが噴射したイ
ンク滴の方向を記録媒体上の複数の印刷位置に変えてや
る技術を開示していない。さらに、ピアット他の特許
は、インク滴の速度を制御するための技術を開示してい
るようには思われない。

【００１０】しかし、走査線上の異なる位置にインク滴
を噴射することができるインク噴射ノズルを持つインク
・ジェット・プリンタを供給するための種々の試みが行
われてきた。例えば、１９９５年９月１０日にピーター
Ａ．クリーンに与えられた米国特許第４，５４０，９
９０号は、インク滴噴射位置の精度を改善する目的で、
インク滴の「噴射距離」の変動を補償するために、イン
ク滴の軌跡を修正するための手段を有する連続インク・
ジェット・プリンタを開示している。クリーンの特許の
場合には、距離感知センサが、周期的にインク滴の実際
の噴射距離を表わす信号を発生し、この信号を、ノズル
から所定の印刷面までの実際の噴射距離を示す信号と比
較する。比較信号は、例えば、記録媒体内の皺または記
録媒体送りシステム内の寸法の許容変動等による噴射距
離の変動により起こる印刷位置の誤差を修正するため
に、それに応じて、インク滴の軌跡を調整するプリンタ
・コントローラに送られる。インク滴の偏向は、インク
滴を帯電させる偏向電極の偏向電圧を変化することによ
り行われる。しかし、クリーンの特許は、ＤＯＤインク
・ジェット・プリンタから噴射インク滴の変動する方向
を制御するための技術を開示していない。何故なら、ク
リーンのデバイスは、ＤＯＤインク・ジェット・プリン
タではなく、連続インク・ジェット・プリンタであるか
らである。また、クリーンの特許は、インク滴の方向を
制御するための偏向電圧の使用以外の技術を開示してい
ない。さらに、クリーンのデバイスは、インク滴の速度
を制御するための技術を開示しているとは思われない。

【００１１】上記各デバイスは、その目的のためには役
に立つが、上記ＤＯＤインク・ジェット・プリンタの中
のどれもインク滴の噴射の方向を制御できないし、上記
連続インク・ジェット・プリンタの中のどれも、インク
滴の方向を制御するために、偏向電圧以外の技術を使用
していない。さらに、上記デバイスの中のどれもインク
滴の速度を制御しない。

【００１２】それ故、インク滴の方向を制御することが
できるドロップ・オン・デマンド・インク・ジェット・
プリンタ、および上記プリンタの組み立て方法の開発が
待望されてきた。

【００１３】本発明の目的は、プリンタに属する二つの
インク噴射ノズルの中の任意の一本が、記録媒体上の複
数の位置に印刷することができるように、インク滴の噴
射の方向を制御することができるドロップ・オン・デマ
ンド・インク・ジェット・プリンタを提供することであ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的のために、本発
明は、インク滴の噴射方向を制御することができるドロ
ップ・オン・デマンド・インク・ジェット・プリンタで
ある。上記プリンタは、オリフィスを通る中心軸を中心
に、インク・メニスカスを平衡状態に形成することがで
きるインク噴射オリフィスを有する印刷ヘッド本体と、
印刷ヘッド本体に接続していて、平衡状態にあるメニス
カスが、偏向したメニスカスを形成するように、表面張
力が低下した領域から、および中心軸から遠ざかる方向
に偏向し、それにより、偏向したメニスカスから分離し
たインク滴が、中心軸に対してある角度で噴射するよう
に、平衡状態にあるメニスカスの領域の表面張力を低下
させるために、平衡状態にあるメニスカスと連絡するこ
とができる偏向装置とを備える。

【００１５】本発明の例示としての実施形態の場合に
は、プリンタは、その内部に複数の細長いインク・チャ
ネルを持つ印刷ヘッド本体を備える。各インク・チャネ
ルは、ほぼ円形の噴射オリフィス内まで延びる。各オリ
フィスは、オリフィスの垂直な中心軸を中心にして対称
的にインク・メニスカスを平衡状態に保持することがで
きる。複数のアーチ状のヒータ・セグメントが、印刷ヘ
ッド本体に接続していて、各オリフィスを囲んでいる管
状リング内に対称的に配置されている。ヒータ・セグメ
ントは、平衡状態にあるメニスカスに熱を伝達すること
ができ、平衡状態にある複数のメニスカスの中のどれか
の所定の側面領域の表面張力を低下させるために電圧を
加えることができる。ヒータ・セグメントの中の、選択
したセグメントに電圧が加えられると、表面張力が低下
した領域が形成され、その結果、平衡状態にあるメニス
カスが、偏向メニスカスを形成するために、表面張力が
低下した側面領域から遠ざかるように、また中心軸から
遠ざかる方向に偏向する。このようにして、偏向したメ
ニスカスから分離したインク滴が、中心軸に対して所定
の角度で軌跡に沿って噴射される。上記角度は、ヒータ
・セグメントに加えられる電圧の値により変化する。

【００１６】加圧装置が、印刷ヘッド本体に接続してい
て、平衡状態にあるメニスカスを形成し、その後で、偏
向したメニスカスからインク滴を分離するために、チャ
ネルを加圧するために、各チャネルと連絡している。こ
の点について説明すると、加圧装置としては、複数の各
チャネルと連絡している複数の偏向することができる圧
電トランスジューサを使用することができる。上記圧電
トランスジューサは、チャネルにより加圧が行われるよ
うに、チャネルの容積を低減するために、電気的に刺激
されると、チャネル内に偏向することができる。別の方
法としては、加圧装置として複数の各チャネルに連絡し
ている、変位することができる柔軟な膜を使用すること
もできる。上記柔軟な膜は、チャネルが加圧されるよう
に、チャネルの容積を低減するために、圧力が加えられ
るとチャネル内に偏向することができる。一方、加圧装
置としては、複数の各チャネルと連絡している複数の可
動ピストンを使用することができる。上記ピストンは、
チャネルにより加圧が行われるようにチャネルの容積を
低減するために、チャネル内に移動することができる。
さらに、加圧装置が所定の速度でインク滴を分離するよ
うに加圧装置を制御することができる。

【００１７】本発明の一つの特徴は、偏向したメニスカ
スから分離したインク滴が、所定の可変角度で軌跡に沿
って移動するように、平衡状態にあるメニスカスを横方
向に偏向するための複数のアーチ状のヒータ・セグメン
トを供給することである。

【００１８】本発明のもう一つの特徴は、平衡状態にあ
るメニスカスを形成し、その後で、偏向したメニスカス
からインク滴を分離する目的で、チャネルに加圧するた
めに、各チャネルと連絡している加圧装置を供給するこ
とである。上記加圧装置は、また、インク滴の速度を制
御することもできる。

【００１９】本発明の一つの利点は、噴射オリフィスの
中の任意の一つが、詰まったり、製造上の欠陥のために
動作できない場合に、故障しなかった場合には、現在動
作不能なオリフィスが印刷したはずの場所に印刷するた
めに、動作可能なオリフィスからのインク滴の方向を変
えることである。

【００２０】本発明のもう一つの利点は、本発明を使用
すると、印刷ヘッドの製造コストが安くなることであ
る。

【００２１】本発明のさらにもう一つの利点は、印刷作
業の特定のニーズにより、印刷速度を変化させることが
できることである。

【００２２】本発明の上記および他の目的、特徴および
利点は、本発明の例示としての実施形態が図示され、説
明されている添付の図面を参照しながら以下の説明を読
めば、当業者であれば理解することができるだろう。

【００２３】

【発明の実施の形態】本明細書の末尾には、本発明の主
題を指摘し、ハッキリと記載している特許請求の範囲が
記載されているが、添付の図面を参照しながら、以下の
詳細な説明を読めば、本発明をよりよく理解することが
できるだろう。図１は、本発明の印刷ヘッドを持つドロ
ップ・オン・デマンド・インク・ジェット・プリンタの
斜視図；図２は、上記印刷ヘッドに関連するインク噴射
オリフィスまで延びる、その内部に複数のインク・チャ
ネルを持つ印刷ヘッド本体の部分垂直断面図；図３は、
上記噴射オリフィス、および各オリフィスに関連する、
それぞれが、二つのヒータ・セグメントを持つヒータ組
立体を示す、図２の３−３線に沿って切断した部分断面
図；図４は、印刷ヘッド本体およびインク・チャネルの
部分垂直断面図；図５は、ヒータ組立体に供給される電
気的信号に対する時間Ｔの関数としての電圧の振幅Ｖ_i
と、結果としての偏向距離Ｄ_iを示すグラフ；図６は、
ヒータ組立体の部分図であり、平衡状態にあるメニスカ
スが、ヒータ組立体により加熱される側面領域；図７
は、印刷ヘッド本体の部分垂直断面図；図８は、印刷ヘ
ッド本体の部分垂直断面図；図９は、偏向距離Ｄ_iの関
数としての、インク滴の速度を示すグラフ；図１０は、
ヒータ・セグメントに電圧が加えられた場合の、偏向距
離Ｄ_iの関数としての偏向角度±αの絶対値を示すグラ
フ；図１１は、ピストンが、印刷ヘッド本体に属する各
チャネル内に位置する場合の、プリンタの第二の実施形
態の部分垂直断面図；図１２は、プレート部材が、印刷
ヘッド本体に属する各チャネル内に位置する場合の、プ
リンタの第三の実施形態の部分垂直断面図；図１３は、
弾性部材が、印刷ヘッド本体に属する各チャネル内に位
置する場合の、プリンタの第四の実施形態の部分垂直断
面図；図１４は、弾性部材に圧力が掛かっている場合
の、プリンタの第四の実施形態の部分垂直断面図；図１
５は、各オリフィスに対向して、ガターが配置されてい
る場合の、プリンタの第五の実施形態の部分垂直断面
図；図１６は、各ヒータ組立体が四つのヒータ・セグメ
ントを持つ場合の、プリンタの第六の実施形態の部分垂
直断面図；図１７は、図面を簡単にするために、一部を
除去した、等間隔で一つのインク・マークを印刷するよ
うに、複数のヒータ素子が配置されている場合の、プリ
ンタの第七の実施形態の部分垂直断面図である。

【００２４】以下の説明においては、本発明の装置の一
部を構成していて、本発明の装置ともっと直接的に協力
する複数の素子について特に重点を置いて説明する。詳
細に図示せず、説明しない素子は、当業者であれば周知
の種々の形をとることができることを理解されたい。

【００２５】それ故、図１および図２について説明する
と、これらの図は、全体を参照番号１０で示す、本発明
の主題であるＤＯＤ（ドロップ・オン・デマンド）イン
ク・ジェット・プリンタである。プリンタ１０は、以下
にさらに詳細に説明するように、記録媒体に対する印刷
ヘッド３０からのインク滴２０の噴射方向を制御するこ
とができる。記録媒体４０としては、反射タイプのもの
（例えば、紙）も使用することができるし、透過タイプ
の（例えば、透明な）ものも使用することができる。

【００２６】図１に示すように、画像形成装置１０は、
スキャナまたはコンピュータからのラスタ画像データで
あってもよいし、またはＰＤＬ（ページ記述言語）の形
の輪郭画像データであってもよいし、または他の形のデ
ジタル画像表現であってもよい画像源５０を備える。こ
の画像データは、画像源５０に接続している画像プロセ
ッサ６０に送られる。画像プロセッサ６０は、上記画像
データをピクセルでマッピングしたページ画像に変換す
る。画像プロセッサ６０は、ＰＤＬ画像データ変換の場
合には、ラスタ画像プロセッサであってもよいし、ラス
タ画像データ変換の場合には、ピクセル画像プロセッサ
であってもよい。いずれの場合でも、画像プロセッサ６
０は、連続トーン・データを、画像プロセッサ５０に接
続しているデジタル・ハーフトーン化ユニット７０に送
る。ハーフトーン化ユニット７０は、画像プロセッサ６
０が発生した連続トーン・データをハーフトーン化し、
画像化装置１０の構成により、全ページ・メモリであっ
ても、帯域メモリであってもよい画像メモリ８０に記憶
されるハーフトーン化ビットマップ画像データを作成す
る。画像メモリ８０に接続している波形ゼネレータ９０
は、画像メモリ８０からデータを読み出し、以下に説明
する理由で、印刷ヘッド３０に電気的刺激を与える。

【００２７】再び、図１について説明すると、記録媒体
４０は、移送制御システム１１０により電子的に制御さ
れる複数の移送ローラ１００により、印刷ヘッド３０に
対して、また支持プラテン９５を横切って移動する。移
送制御システム１１０は、適当なコントローラ１２０に
より制御される。記録媒体移送制御を行うために、異な
る機械的構成を使用することができることを理解するこ
とができるだろう。例えば、ページ幅印刷ヘッドの場合
には、固定印刷ヘッド３０に対して、記録媒体４０を移
動するのが便利である。一方、走査タイプの印刷システ
ムの場合には、一つの軸に沿って（すなわち、主走査方
向に）印刷ヘッド３０を移動し、記録媒体４０を、総体
的ラスタ運動により、直交軸に沿って（すなわち、主走
査方向に）移動させるのがより便利である。

【００２８】さらに、図１について説明すると、コント
ローラ１２０は、インク圧力レギュレータ１３０を制御
するために、同レギュレータに接続することができる。
レギュレータ１３０を設置した場合には、インク・タン
ク１４０内の圧力を調整することができる。インク・タ
ンク１４０は、液体インクを供給するために、コンジッ
ト１５０などにより印刷ヘッド３０に接続される。さら
に、コントローラ１２０は、以下に説明する理由によ
り、印刷ヘッド３０に接続している回路１６０を制御す
る。さらに、ヒータ制御回路１６０自身、以下に説明す
る理由により、画像プロセッサ６０からの画像データを
受け入れることができる。

【００２９】図１、図２および図３について説明する
と、印刷ヘッド３０は、全体を参照番号１７０で示す印
刷ヘッド本体を備える。印刷ヘッド本体１７０は、その
内部に設けられている複数の細長くて平行なインク・チ
ャネル１８０を備える。各チャネルは、その一方の端部
のところにチャネル出口１８５を形成する。チャネル１
８０の他方の端部を閉鎖しているのは、すべてのチャネ
ル１８０をカバーしている受け板１８７である。各イン
ク・チャネル１８０は、各チャネル１８０内でインク本
体１９０を形成するするために、タンク１４０からそこ
へ制御できるように供給されるインクを受け入れること
ができる。印刷ヘッド本体１７０は、また、その上に、
そこを貫通して形成されていて、各インク・チャネル出
口１８５と整合している複数のほぼ円形のオリフィス２
１５を持つオリフィス・プレート２１０が固定されてい
る面２００を含む。各オリフィス２１５は、オリフィス
２１５に垂直な中心軸２１７を形成する。

【００３０】図２、図３および図４について説明する
と、全体を参照番号２２０で示すインク本体１９０を加
圧するための複数のインク滴分離装置が、インク本体１
９０に流体により接続している。この点について説明す
ると、各インク分離装置２２０としては、各チャネル１
８０と連絡している偏向可能な圧電トランスジューサ２
３０を使用することができる。上記トランスジューサ２
３０は、電気的に刺激された状態で、チャネル１８０内
へ偏向するように適応されている。この点に関して、圧
電トランスジューサ２３０は、石英およびトルマリンの
ような天然材料から作ることができる。別の方法として
は、圧電トランスジューサ２３０を、ジルコン酸チタン
酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸バリューム、チタン酸鉛また
はマタニオベート鉛のような人工圧電セラミックから作
ることもできる。

【００３１】図１、図２、図３、図４および図５につい
て説明すると、上記波形ゼネレータ９０は、圧電トラン
スジューサ２３０を電気的に刺激するために、電気パル
ス２３５を圧電トランスジューサ２３０に供給する。圧
電トランスジューサ２３０は、電気的に刺激されると、
受け板１８７に対して距離「Ｄ_i」だけ偏向する。この
点について説明すると、各パルス２３５は、パルス幅
「Ｗ_i」、および偏向距離「Ｄ_i」に対応する電圧振幅
「Ｖ_i」を持つ。整数「ｉ」は、一意のパルス幅Ｗ _i、電
圧振幅Ｖ_iおよび偏向距離Ｄ_iに関連する一意のパルス２
３５を一意に識別する。それ故、特定のパルス幅Ｗ_iお
よび電圧振幅Ｖ_iに対して一意の偏向距離Ｄ _iが供給され
る。このようにして、偏向距離Ｄ_iは、パルス幅Ｗ_iおよ
び電圧振幅Ｖ_iの値により変化する。

【００３２】図４について説明すると、圧電トランスジ
ューサ２３０は、距離Ｄ_iだけ変位し、オリフィス２１
５のところの外側に延びるメニスカスは、中心軸を２１
７を中心にして対称的に位置する平衡状態にあるメニス
カス２４０を形成する。通常、圧電トランスジューサが
距離Ｄ_iだけ移動した場合に、圧電トランスジューサ２
３０が加える力は、インク滴２１ａ（図８参照）を、平
衡状態にあるメニスカス２４０から分離させ、中心軸２
１７に沿って移動させ、記録媒体４０に衝突し、その上
にインク・マーク（図示せず）を印刷するのに十分な強
さを持っている。しかし、オリフィス２１５の中の任意
のオリフィスが、詰まったり、製造上の欠陥のために動
作できない場合に、インクのマークが記録媒体４０に印
刷されなかったり、記録媒体４０の望ましくない位置に
印刷されたりすることが観察されている。それ故、動作
可能なオリフィスからのインク滴の方向を変えて、現在
動作できないオリフィスが、動作できた場合に印刷した
位置に印刷させることが望ましい。さらに、各オリフィ
ス２１５が、記録媒体４０の複数の位置にインク・マー
クを印刷することができる場合には、オリフィス２１５
の数はもっと少なくてすみ、関連インク・チャネル１８
０の数ももっと少なくてすみ、そのため、印刷ヘッド３
０の製造コストが安くなる。

【００３３】それ故、図２、図３、図６、図７および図
８について説明すると、オリフィス・プレート２１０上
に、また各オリフィス２１５に隣接して、全体を参照番
号２５０で示すインク滴２０が、偏向軌跡２６０ａまた
は２６０ｂに沿って移動するように、インク滴２０を、
中心軸２１７から遠ざかる方向に偏向させるための偏向
装置が装着されている。軌跡２６０ａおよび２６０ｂ
は、それぞれ、中心軸２１５に対して所定の可変角度−
αまたは＋αの方向を向いている。偏向装置２５０は、
印刷ヘッド本体１７０に接続していて、平衡状態にある
メニスカス２４０の側面領域２６７ａおよび２６７ｂ
（図６に点線で示す）の表面張力を小さくするために、
平衡状態にあるメニスカスに熱を伝達することができる
ヒータ組立体２６５を備える。このような結果を達成す
るために、ヒータ組立体２６５自身は、好適には、オリ
フィス２１５を囲むほぼ環状のリング内に対称的に配置
されている複数のアーチ状のヒータ・セグメント２７０
ａおよび２７０ｂを備えることが好ましい。各ヒータ・
セグメント２７０ａおよび２７０ｂは、電気接点２７５
ａおよび２７５ｂによりヒータ制御回路１６０に接続し
ている。このようにして、ヒータ制御回路１６０は、以
下に説明する理由により、ヒータ・セグメント２７０
ａ、またはヒータ・セグメント２７０ｂに、制御できる
ように、また選択的に電流を供給する。しかし、ヒータ
制御回路１６０は、また、以下に説明する理由により、
ヒータ・セグメント２７０ａおよびヒータ・セグメント
２７０ｂに同時に、制御できるように電流を供給するこ
とができる。

【００３４】再び、図２、図３、図６、図７および図８
について説明すると、ヒータ・セグメント２７０ａに電
圧が加えられると、側面領域２６７ａ内の平衡状態にあ
るメニスカス２４０の表面張力が小さくなり、偏向メニ
スカス２８０を形成するために、メニスカス２４０が横
方向に偏向するか、または側面領域２６７ａから離れる
方向に偏向する。偏向したメニスカス２８０は、通常、
中心軸２１７に対して、角度−αで、偏向軌跡２６０ａ
を中心にして中心に集まる。反対に、ヒータ・セグメン
ト２７０ｂに電圧が加えられると、側面領域２６７内の
平衡状態にあるメニスカス２４０の表面張力が小さくな
り、偏向メニスカス２８０を形成するために、メニスカ
ス２４０が横方向に偏向するか、または側面領域２６７
ｂから離れる方向に偏向する。この場合、偏向したメニ
スカス２８０は、通常、中心軸２１７に対して、角度＋
αで、偏向軌跡２６０ｂを中心にして中心に集まる。角
度−αおよび＋αの数値は、ヒータ制御回路１６０が、
ヒータ・セグメント２７０ａ／ｂに供給する電流の大き
さにより変化することができることを理解することがで
きるだろう。しかし、電流がヒータ・セグメント２７０
ａ／ｂに供給されていない場合には、インク滴２１ａ
は、中心軸２１７に沿って移動することを理解すること
ができるだろう（図８参照）。また、同じ量の電流が、
ヒータ・セグメント２７０ａ／ｂに、同時に供給されて
いる場合には、インク滴２１ｂは、中心軸２１７に沿っ
て移動する（図８参照）。さらに、圧電トランスジュー
サ２３０がインク本体１９０に加える力は、それぞれ、
上記力により、インク滴２０および２１ａ／ｂが、偏向
されたメニスカス２８０から、または偏向されていない
平衡状態にあるメニスカス２４０から分離されるように
選択される。

【００３５】図９および図１０に戻って説明すると、こ
れらの図面は、それぞれ、偏向距離Ｄ_iの関数としての
インク滴２０の速度、および偏向距離Ｄ_iの関数として
の偏向角度αのグラフである。より詳細に説明すると、
図９は、偏向距離Ｄ_iの関数としてインク滴２０の速度
が「Ｓ」字曲線を描くことを示す。図１０は、ヒータ・
セグメント２７０ａ、または２７０ｂに電圧が加えられ
た場合の、偏向距離Ｄ_iの関数として偏向角度αの絶対
値が直線的に変化することを示す。

【００３６】図１１について説明すると、この図は、圧
電トランスジューサ２３０の代わりに、インク本体１９
０を加圧するためのピストン２９０を使用する、本発明
の第二の実施形態を示す。ピストン２９０は、インク・
チャネル１８０内をスライドすることができ、ピストン
２９０の周囲を囲む環状シール２９５を含むことができ
る。シール２９５は、インク・チャネル１８０の壁部と
密封状態で係合することができ、そのため、ピストン２
９０の周囲でインクが漏れないで、その結果、インク本
体１９０の圧力をうまく維持することができる。ピスト
ン２９０は、また、それに接続していて、インク・チャ
ネル１８０内で、ピストン２９０をスライドさせるため
に、適当なモータ（図示せず）により移動することがで
きるピストン・ロッド２９７を含む。

【００３７】図１２について説明すると、この図は、圧
電トランスジューサ２３０の代わりに、インク本体１９
０に圧力を加えたり、インク本体１９０から圧力を除去
したりするために、上部電磁石３１０ａと下部電磁石３
１０ｂとの間に配置されている金属プレート部材３００
を使用する、本発明の第三の実施形態である。電磁石３
１０ａ／ｂには、交互に電圧を加えることができる。す
なわち、電磁石３１０ａに電圧が加えられると、プレー
ト部材３００は、垂直に上方に移動し、その結果、イン
ク本体１９０から圧力が除去され、メニスカスが形成さ
れない。代わりに、電磁石３１０ｂに電圧が加えられる
と、プレート部材３００は、下方に垂直に移動し、その
結果、インク本体１９０に圧力が加わり、平衡状態にあ
るメニスカス２４０が形成され、インク滴２０（また
は、２１ａ／ｂ）が噴射される。

【００３８】図１３および図１４について説明すると、
これらの図は、圧電トランスジューサ２３０の代わり
に、インク本体１９０に圧力を加えるために、インク・
チャネル１８０内で下方に湾曲し、インク本体１９０か
ら圧力を除去するために、インク・チャネル１８０内で
上方に湾曲するように交互に圧力を加えることができる
柔軟な、弾性膜３２０を使用する、本発明の第四の実施
形態を示す。もちろん、弾性膜３２０が垂直に上方に湾
曲すると、インク本体１９０から圧力が除去され、メニ
スカスは形成されない。代わりに、弾性膜３２０が垂直
に下方に湾曲すると、インク本体１９０に圧力が加わ
り、平衡状態にあるメニスカス２４０が形成され、イン
ク滴２０（または２１ａ／ｂ）が噴射される。弾性膜３
２０は、個々の制御弁３２７等により各弾性膜３２０と
連絡している全体を参照番号３２５で示す適当な加圧ユ
ニットおよび圧力除去ユニットにより、上方および下方
に湾曲する。加圧媒体としては、空気のような気体、水
のような液体を使用することができる。

【００３９】図１５について説明すると、この図は、未
使用のインク滴２１ａ／ｂがインク・タンク１４０に戻
り、再循環するように、記録媒体４０上にインク・マー
クを印刷するためのものではないインク滴２１ａ／ｂ
が、代わりに、インク・タンク１４０に接続しているイ
ンク再循環ガター３３０に送られる、本発明の第五の実
施形態である。インク・マークを印刷するためのインク
滴２０は、上記の方法で、記録媒体４０上に偏向され
る。

【００４０】図１６について説明すると、この図は、偏
向装置２５０が、オリフィス・プレート２１０上に、四
つの別々の角度のどれかで、中心軸２１７から遠ざかる
方向にインク滴２０を偏向するために、各オリフィス２
１５に隣接して装着されている四つのヒータ・セグメン
ト２７０ａ／ｂ／ｃ／ｄを備える、本発明の第六の実施
形態である。各ヒータ・セグメント２７０ａ／ｂ／ｃ／
ｄは、平衡状態にあるメニスカス２４０の任意の側面領
域２６７ａ／ｂ／ｃ／ｄ（図１６の点線）の表面張力を
下げるために、平衡状態にあるメニスカス２４０に熱を
伝えることができる。各ヒータ・セグメント２７０ａ／
ｂ／ｃ／ｄは、それぞれ、電気接点２７５ａ／ｂ／ｃ／
ｄによりヒータ制御回路１６０に接続している。このよ
うにして、ヒータ制御回路１６０は、上記の理由で、任
意のヒータ・セグメント２７０ａ／ｂ／ｃ／ｄに、制御
できるように、また選択的に電流を供給する。この点に
ついて説明すると、四つのヒータ・セグメント２７０ａ
／ｂ／ｃ／ｄを使用すれば、記録媒体４０上に、さらに
高い精度でインク滴を印刷するために、偏向メニスカス
２８０を、より多くの方向に向けることができる。しか
し、ヒータ制御回路１６０は、そうしたい場合には、イ
ンク滴２１ａ／ｂが、中心軸２１７に沿って移動するこ
とができるように、ヒータ・セグメント２７０ａ／ｂ／
ｃ／ｄに同時に、制御できるように電流を供給すること
ができることを理解されたい。

【００４１】図１７について説明すると、この図は、等
間隔で一つのインク・マーク３３５（図１７の点線の
丸）を印刷するように配置されている複数のヒータ組立
体２６５を備える、本発明の第七の実施形態を示す。各
ヒータ組立体２６５、およびその内部の各ヒータ・セグ
メント２７０ａ／ｂ／ｃ／ｄは、ヒータ制御回路１６０
により制御することができるので、インク・マーク３３
５が、画像源５０が供給する画像データをより正確に再
現するために複数の印刷トーン・レベルを入手すること
ができることを理解することができるだろう。

【００４２】本発明の利点は、詰まったり、製造の際の
欠陥により、噴射オリフィス２１５のどれかが動作でき
ない場合に、故障しなければ、現在の動作できないオリ
フィスが印刷した位置に印刷するために、動作できるオ
リフィスからのインク滴２０の方向を変えることであ
る。このようにできるのは、インク噴射オリフィスのと
ころで平衡状態にあるメニスカスを所定の方向に偏向
し、その結果、インク滴が上記方向に移動するからであ
る。

【００４３】本発明のもう一つの利点は、本発明を使用
することにより、印刷ヘッドの製造コストを安くするこ
とができることである。何故なら、各オリフィス２１５
が、記録媒体４０上の複数の位置にインク・マークを印
刷することができ、それにより、必要なオリフィスの数
を減らすことができるからである。

【００４４】本発明のさらにもう一つの利点は、印刷業
務の特定のニーズにより、印刷速度を変えることができ
ることである。何故なら、インク滴が記録媒体に衝突す
る速度が、インク・チャネル１８０内を移動する加圧装
置の変位量により制御されるからである。

【００４５】本発明の好適な実施形態を特に参照しなが
ら本発明を説明してきたが、本発明の精神および範囲か
ら逸脱することなしに、本発明を種々に変更および修正
することができることを理解されたい。例えば、ＤＯＤ
インク・ジェット・プリンタ内で使用する場合につい
て、本発明を説明したが、本発明は、「連続」インク・
ジェット・プリンタでも使用することができる。

【００４６】それ故、本発明は、インク滴噴射の方向を
制御することができるドロップ・オン・デマンド・イン
ク・ジェット・プリンタ、および上記プリンタの組み立
て方法である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の印刷ヘッドを持つドロップ・オン・
デマンド・インク・ジェット・プリンタの斜視図であ
る。

【図２】上記印刷ヘッドに関連するインク噴射オリフ
ィスまで延びる、その内部に複数のインク・チャネルを
持つ印刷ヘッド本体の部分垂直断面図である。

【図３】上記噴射オリフィス、および各オリフィスに
関連する、それぞれが、二つのヒータ・セグメントを持
つヒータ組立体を示す、図２の３−３線に沿って切断し
た部分断面図である。

【図４】印刷ヘッド本体およびインク・チャネルの部
分垂直断面図であり、また、圧電トランスジューサの中
の選択したものが距離Ｄ_iだけ偏向または変位している
各オリフィスのところに平衡状態にあるメニスカスを形
成するための各チャネル内に配置されている変位可能な
圧電トランスジューサも示す。

【図５】ヒータ組立体に供給される電気的信号に対す
る時間Ｔの関数としての電圧の振幅Ｖ_iと、結果として
の偏向距離Ｄ_iを示すグラフである。

【図６】ヒータ組立体の部分図であり、平衡状態にあ
るメニスカスが、ヒータ組立体により加熱される側面領
域も示す。

【図７】印刷ヘッド本体の部分垂直断面図であり、加
圧装置およびヒータ組立体の両方が動作した場合の、偏
向したメニスカスおよび偏向していないメニスカスの形
成も示す。また、この図は、加圧装置だけが動作した場
合の、偏向していないメニスカスを示す。

【図８】印刷ヘッド本体の部分垂直断面図であり、ま
た、偏向した、および偏向していないインク滴の形成も
示す。

【図９】偏向距離Ｄ_iの関数としての、インク滴の速
度を示すグラフである。

【図１０】ヒータ・セグメントに電圧が加えられた場
合の、偏向距離Ｄ_iの関数としての偏向角度±αの絶対
値を示すグラフである。

【図１１】ピストンが、印刷ヘッド本体に属する各チ
ャネル内に位置する場合の、プリンタの第二の実施形態
の部分垂直断面図である。

【図１２】プレート部材が、印刷ヘッド本体に属する
各チャネル内に位置する場合の、プリンタの第三の実施
形態の部分垂直断面図である。

【図１３】弾性部材が、印刷ヘッド本体に属する各チ
ャネル内に位置する場合の、プリンタの第四の実施形態
の部分垂直断面図である。上記弾性部材には、圧力は掛
けられていない。

【図１４】弾性部材に圧力が掛かっている場合の、プ
リンタの第四の実施形態の部分垂直断面図である。

【図１５】各オリフィスに対向して、ガターが配置さ
れている場合の、プリンタの第五の実施形態の部分垂直
断面図である。

【図１６】各ヒータ組立体が四つのヒータ・セグメン
トを持つ場合の、プリンタの第六の実施形態の部分垂直
断面図である。

【図１７】図面を簡単にするために、一部を除去し
た、等間隔で一つのインク・マークを印刷するように、
複数のヒータ素子が配置されている場合の、プリンタの
第七の実施形態の部分垂直断面図である。

【符号の説明】

Ｖ_i 電圧振幅Ｗ_i パルス幅１０ＤＯＤインク・ジェット・プリンタ２０インク滴３０印刷ヘッド４０記録媒体５０画像源６０画像プロセッサ７０ハーフトーン化ユニット８０画像メモリ９０波形ゼネレータ９５プラテン１００移送ローラ１１０移送コントローラ１２０コントローラ１３０インク圧レギュレータ１４０インク・タンク１５０コンジット１６０ヒータ制御回路１７０印刷ヘッド本体１８０インク・チャネル１８５インク・チャネル出口１８７受け板１９０インク本体２００（印刷ヘッド本体上の）表面２１０オリフィス・プレート２１５オリフィス２１７中心軸２２０インク滴分離装置２３０圧電トランスジューサ２３５電気パルス２４０平衡状態にあるメニスカス２５０偏向装置２６０偏向軌跡２６５ヒータ組立体２６７ａ／ｂ／ｃ／ｄ（メニスカスの）加熱された側
面領域２７０ａ／ｂ／ｃ／ｄヒータセグメント２７５ａ／ｂ／ｃ／ｄ電気接点２８０偏向メニスカス２９０ピストン２９５シール２９７ピストン・ロッド３００プレート部材３１０ａ／ｂ電磁石３２０弾性膜３２５加圧装置／減圧装置ユニット３２７制御弁３３０インク再循環ガター３３５単一インク・マーク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ジョン・エー・レベンスアメリカ合衆国・14543・ニューヨーク・ラッシュ・ラッシュ・スコッツヴィル・ロード・1819 (72)発明者ギルバート・エー・ホーキンズアメリカ合衆国・14506・ニューヨーク・メンドン・ドラミング・ビュー・ドライブ・50 (72)発明者ラヴィ・シャルマアメリカ合衆国・14450・ニューヨーク・フェアポート・フォックス・ヒル・ドライブ・33 (72)発明者ウォルター・エス・スティーブンズアメリカ合衆国・14450・ニューヨーク・フェアポート・ブラム・ロード・20 Ｆターム(参考） 2C057 AF41 AF42 AF43 AG24 AG44 BA04 BA14 DA10 DB01 DC05 DC10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インク滴噴射方向を制御することができ
るドロップ・オン・デマンド・インク・ジェット・プリ
ンタであって、（ａ）インク噴射オリフィスを通る中心軸を中心に、イ
ンク・メニスカスを平衡状態に形成することができる前
記オリフィスを有する印刷ヘッド本体と、（ｂ）前記印刷ヘッド本体に接続していて、平衡状態に
あるメニスカスが、偏向したメニスカスを形成するよう
に、表面張力が低下した領域から、および前記中心軸か
ら遠ざかる方向に偏向し、それにより、前記偏向したメ
ニスカスから分離したインク滴が、前記中心軸に対して
ある角度で移動するように、前記平衡状態にあるメニス
カスの領域の表面張力を低下させるために、前記平衡状
態にあるメニスカスと連絡することができる偏向装置と
を備えることを特徴とするプリンタ。
【請求項２】請求項１記載のドプリンタにおいて、前
記プリンタが、複数のオリフィスと、一つのオリフィス
と関連する偏向装置が、詰まった隣接オリフィスを補償
することができることを特徴とするプリンタ。
【請求項３】請求項１記載のプリンタにおいて、前記
プリンタが、複数の前記オリフィスを備え、前記各オリ
フィスからの偏向インク滴が、一つの位置に印刷される
ことを特徴とするプリンタ。
【請求項４】インク滴噴射方向を制御することができ
るドロップ・オン・デマンド・インク・ジェット・プリ
ンタを動作する方法であって、（ａ）インク噴射オリフィスを通る中心軸を中心に、イ
ンク・メニスカスを平衡状態に形成することができる前
記オリフィスを持つ印刷ヘッド本体を供給するステップ
と、（ｂ）前記平衡状態にあるメニスカスが、偏向したメニ
スカスを形成するように、表面張力が低下した領域か
ら、および前記中心軸から遠ざかる方向に偏向し、それ
により、前記偏向したメニスカスから分離したインク滴
が、前記中心軸に対してある角度で移動するように、前
記平衡状態にあるメニスカスの領域の表面張力を低下さ
せるように動作する偏向装置を前記印刷ヘッド本体に対
して動作できるようにするステップとを含むことを特徴
とする方法。