JP2002210981A - 増幅された非対称加熱小滴偏向量を有するインクジェット装置 - Google Patents

増幅された非対称加熱小滴偏向量を有するインクジェット装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 改善された継続式インクジェットプリンタの
提供。 【解決手段】 継続式インクジェットプリンタにおいて
インクを制御する装置は、インク射出チャネル４０と、
インク射出チャネル４０と連結した与圧インク源と、イ
ンク射出チャネル４０の内部と連通し、インクのストリ
ーム内の連続的な流れを確立し、ノズル孔外辺部を定義
するノズル孔４２と、ストリームをインクストリーム発
生器から距離をおいた位置で複数の小滴に分離させる小
滴発生器と、インク小滴偏向量増幅システム３２と、を
含む。小滴発生器は、ノズル孔外辺部の一部のみと関連
する、選択的に作動される部分を有する加熱器５０を備
え、該加熱部分の作動が、ストリームへの非対称的な熱
の印加を生じ、ストリームの方向の部分的な制御を可能
にする。インク小滴偏向量増幅システム３２は、印刷方
向（パスＡ）と非印刷方向（パスＢ又はパスＣ）との間
で、ストリームを更に制御する気体源６６を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、デジタル制御され
る印刷装置に関し、より詳しくは、液体インクストリー
ムが小滴にわかれ、その一部が選択的に曲げられる、継
続インクジェットプリンタに関する。
【０００２】
【従来の技術及びその課題】従来、デジタル制御される
カラー印刷能力は、２つの技術のうちの１つによって達
成される。各技術において、インクは、印刷ヘッドに形
成されたチャネルを通じて供給される。各チャネルは、
ノズルを含み、当該ノズルからインクの小滴が選択的に
押し出され、媒体上に堆積される。カラー印刷が望まれ
る場合、各技術は典型的に、印刷の際に使われる各イン
クカラーに対して、独立したインク供給源と、別個のイ
ンク配送システムと、を必要とする。
【０００３】第１の技術は一般的に「ドロップオンデマ
ンド」インクジェット印刷と呼ばれ、この技術では、与
圧アクチュエータ（熱や圧電式など）の使用により記録
表面と接触するインク小滴を提供する。アクチュエータ
を選択的に始動することにより、飛ぶインク小滴の形成
及び噴射が行われ、このインク小滴は、印刷ヘッドと印
刷媒体との間の空間を横切り、印刷媒体に当たる。これ
は、望ましい画像を作り出すために必要とされることで
あるが、印刷画像の形成は、個々のインク小滴の形成を
制御することにより達成される。典型的には、各チャネ
ル内の僅かに負の圧力が、インクが不本意にノズルから
逃げることを防ぎ、また、ノズルにおいて僅かにくぼん
だメニスカスを形成し、よって、ノズルを清潔に保つこ
とを助ける。
【０００４】従来の「ドロップオンデマンド」インクジ
ェットプリンタは、与圧アクチュエータを用いて、印刷
ヘッドのオリフィスにおいてインクジェット小滴を生成
する。典型的には、熱アクチュエータと圧電アクチュエ
ータの２種類のアクチュエータのうちの１つが使われ
る。熱アクチュエータの場合、都合のいい場所に配置さ
れた加熱器が、インクを加熱し、これにより、ある量の
インクが気体流の泡に相転移し、この泡が、インク小滴
の放出に十分な程度まで内部インク圧力を上昇させる。
圧電アクチュエータの場合、圧電性質を有する物質に電
界が印加され、これにより、機械的な応力が物質内に作
り出され、インク小滴が放出される。最も一般的に生成
される圧電物質は、ジルコン酸チタン酸鉛（ｌｅａｄ
ｚｉｒｃｏｎａｔｅ ｔｉｔａｎａｔｅ）、チタン酸バ
リウム、チタン酸鉛、及びメタニオブ酸鉛（ｌｅａｄ
ｍｅｔａｎｉｏｂａｔｅ）などのセラミックスである。
【０００５】ダッフィールド等に１９９０年４月３日に
対し発行された米国特許第４,９１４，５２２号は、空
気の圧力を用いて望まれるカラー密度を印刷画像内に生
成する、ドロップオンデマンド式インクジェットプリン
タを開示する。貯蔵器内のインクは、コンジットを通過
し、インクジェットノズルの終端部でメニスカスを形成
する。インクノズルの終端部において、空気ストリーム
がメニスカスを横切って流れるように配置された空気ノ
ズルが、ノズルからインクを引き出し、細かい霧へと霧
化する。空気ストリームは、コンジットを通じて、制御
バルブへと一定の圧力で印加される。バルブは、圧電ア
クチュエータの行動によって開閉される。電圧がバルブ
に印加された時には、空気が空気ノズルを通じて流れる
ことを可能にするために、バルブが開かれる。電圧が取
除かれると、バルブが閉まり、空気は空気ノズルを通じ
て流れない。このため、画像上のインクドットの大きさ
は、一定に保たれ、同時に、インクドットの所望カラー
密度は、空気ストリームのパルス幅に基づき変更され
る。
【０００６】第２の技術は、一般的に「連続ストリー
ム」又は「継続」式インクジェット印刷と呼ばれ、与圧
インク源を使い、連続的なインク小滴のストリームを生
成する。従来の継続式インクジェットプリンタは、作業
流体のフィラメントが個々のインク小滴に分離する点の
近辺に配置された静電的な帯電装置を用いる。インク小
滴は帯電され、そして、大きな電位差を有する偏向電極
によって、適切な位置へと向けられる。印刷が望まれな
い場合、インク小滴は、インク捕獲機構（キャッチャ、
遮断器、排水溝など）へと曲げられ、再利用される又は
処理される。印刷が望まれる場合、インク小滴は曲げら
れず、印刷媒体に当たることが可能となる。この代わり
に、偏向されたインク小滴が印刷媒体に当たることを可
能にし、偏向されてないインク小滴がインク捕獲機構内
に収集されてもよい。
【０００７】１９７５年４月１５日にイートンに発行さ
れた米国特許第３，８７８，５１９号は、帯電トンネル
及び偏向プレートによる静電偏向を使って液体ストリー
ム内での小滴形成を同期する方法及び装置を開示する。
【０００８】１９８２年８月２４日にヘルツに発行され
た米国特許第４，３４６，３８７号は、電位傾斜を有す
る電界内に配置された小滴形成点での与圧液体ストリー
ムの分離によって形成される小滴上の電荷を制御する方
法及び装置を開示する。小滴の形成は、小滴形成点にお
いて小滴に配置することが望まれる所定の電荷に対応す
る電界内の一点において行われる。実際に小滴を曲げる
ために、帯電トンネルに加え、偏向プレートが使われ
る。
【０００９】１９８７年１月２０日にドレーク等に発行
された米国特許第４，６３８，３８２号は、一定の熱パ
ルスを用いて、複数のノズルから入れられたインクスト
リームを揺り動かし、ノズルから固定距離の位置でイン
クストリームを小滴へと分離させる継続式インクジェッ
ト印刷ヘッドを開示する。この時点で、小滴は、個々に
帯電電極によって帯電され、そして、小滴パスに配置さ
れた偏向プレートを使い曲げられる。
【００１０】従来の継続式インクジェットプリンタは、
静電帯電装置及び偏向プレートを用いるため、多くの部
品を必要とし、その中で動作するために、大きな空間的
な体積を必要とする。この結果、継続式インクジェット
印刷ヘッド及びプリンタは、複雑で、高いエネルギ必要
要件を有し、製造が難しく、制御が難しい。
【００１１】１９７３年１月９日にロバートソンに発行
された米国特許第３，７０９，４３２号は、トランスデ
ューサを使うことにより、作業流体のフィラメントを刺
激し、均一に間隔をあけられたインク小滴へと、作業流
体を分離させる方法及び装置を開示する。インク小滴に
分離する前のフィラメントの長さは、トランスデューサ
に供給される刺激エネルギを制御することにより、調節
される。高振幅の刺激は、短いフィラメントを生じ、低
振幅の刺激は、長いフィラメントを生じる。空気の流れ
が、長いフィラメントの終端部と短いフィラメントの終
端部との中間の点において、流体のパスを横切って生成
される。空気の流れは、インク小滴自体の軌跡よりもイ
ンクに分離する前のフィラメントの軌跡に大きな影響を
与える。フィラメントの長さを制御することにより、イ
ンク小滴の軌跡を制御でき、又は１つのパスから他のパ
スへと切り替えることができる。このため、インク小滴
のいくらかをキャッチャに向け、同時に他のインク小滴
を受け部材に塗布できる。
【００１２】この方法は、小滴の軌跡に作用するのに静
電手段に頼らないが、フィラメントの分離点及びこれら
の分離点の中間での空気の流れの配置の精密な制御に頼
る。このようなシステムは、制御が困難であり、また、
製造も困難である。更に、２つの小滴パス間の物理的な
距離又は区別の量が小さく、これにより、制御及び製造
の困難性が更に追加される。
【００１３】１９８０年２月２６日にテイラーに発行さ
れた米国特許第４，１９０，８４４号は、印刷されない
インク小滴をキャッチャに曲げるための第１空気式デフ
レクタと、印刷インク小滴を振動（往復）させる第２空
気式デフレクタとを有する継続式インクジェットプリン
タを開示する。印刷ヘッドは、個々のインク小滴に分離
する作業流体のフィラメントを供給する。インク小滴は
次に、第１空気式デフレクタ、第２空気式デフレクタ、
又はその両方によって選択的に曲げられる。第１空気式
デフレクタは、「オン／オフ」又は「開／閉」のタイプ
であり、中央制御ユニットから受信した２つの別個の電
気信号の１つに基づいて、ノズルを開ける又は閉める振
動板（ダイヤフラム）を有する。これにより、インク小
滴が印刷されるものか印刷されないものなのかを決定す
る。第２空気式デフレクタは、連続的なタイプであり、
中央制御ユニットから受信した変化する電気信号に基づ
いて、ノズルの開いている量を変化させるダイヤフラム
を有する。これは、印刷されるインク小滴を振動させ、
これにより、一度に１文字づつ印刷される。第１空気式
デフレクタのみが使われた場合、文字は、一度に１行づ
つ作り出され、印刷ヘッドが繰り返し横切ることによ
り、集積される（重ねられる）（ｂｅｉｎｇｂｕｉｌｌ
ｔ ｕｐ）。
【００１４】この方法は、小滴の軌跡に影響を与えるた
めに静電手段に頼らないが、印刷されるインク小滴及び
印刷されないインク小滴を作り出すための第１（「開
閉」）空気式デフレクタの精密な制御及びタイミングに
頼る。このようなシステムは、製造が困難であり、ま
た、正確に制御することが困難であり、この結果、少な
くとも上述のインク小滴の重なり（ｔｈｅ ｉｎｋ ｄ
ｒｏｐ ｂｕｉｌｄ ｕｐ）集積が生じる。更に、２つ
の小滴パス間の物理的な距離又は区別の量が、精密なタ
イミング必要要件のため、不安定となり、印刷されるイ
ンク小滴及び印刷されないインク小滴の制御の困難性を
増加させ、インク小滴軌跡制御の質が悪くなる。
【００１５】これに加え、２つの空気式デフレクタを用
いることにより、印刷ヘッドの構成処理が複雑となり、
より多くの部品が必要となる。追加の部品及び複雑化し
た構成は、印刷ヘッドと媒体との間に大きな空間的体積
を必要とし、インク小滴の軌跡距離を増大させる。小滴
の軌跡距離が増大すると、小滴配置精度が減少し、印刷
画質に影響を及ぼす。ここでも、小滴が印刷媒体に達す
るまでに移動する必要がある距離を最小限にし、高品質
の画像を保証する必要がある。空気の流れをオン状態及
びオフ状態にする必要のある空気式動作は、機械始動を
実行するために過度の量の時間が必要とされ、そして、
空気の流れにおける過渡現象が安定することに関連する
時間が必要とされるため、遅い。
【００１６】２０００年１月２７日にチュワレック等に
発行された米国特許第６，０７９，８２１号は、作業流
体のフィラメントから個々のインク小滴を作り出し、こ
れらのインク小滴を曲げるための、非対称加熱器の作動
を利用する継続式インクジェットプリンタを開示する。
印刷ヘッドは、与圧インク源と、印刷されるインク小滴
及び印刷されないインク小滴を形成するよう動作可能な
非対称加熱器と、を含む。印刷されるインク小滴は、印
刷インク小滴パスに沿って流れ、最終的には印刷媒体に
当たる。一方、印刷されないインク小滴は、非印刷イン
ク小滴パスに沿って流れ、最終的にはキャッチャ表面に
当たる。印刷されないインク小滴は、キャッチャ内に形
成されたインク除去チャネルを通じて再利用又は処理さ
れる。
【００１７】チュワレック等に記載されたインクジェッ
トプリンタは、その意図される目的のためには非常にう
まく動くが、印刷されるインク小滴と印刷されないイン
ク小滴との間の物理的な間隙量は制限されており、この
ため、このようなシステムの丈夫さが制限される場合が
ある。単純に非対称加熱器の量を増やしてこの間隙を増
やすと、高い温度を生じ、これにより信頼性が低減され
る場合がある。
【００１８】印刷されるインク小滴と印刷されないイン
ク小滴との間の物理的な間隙量を増加し、エネルギ及び
電力必要要件が低減され、広範囲にわたる種類のインク
を使い広範囲にわたる種類の物質上に高品質な画像を描
写（レンダリング）できる、インクジェット印刷ヘッド
及びプリンタを提供する必要があることは明らかであ
る。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明の１つ目的は、印
刷インク小滴パスに沿って移動するインク小滴と、非印
刷インク小滴パスに沿って移動するインク小滴との間の
物理的な間隙の量を増加させることである。
【００２０】本発明のもう１つの目的は、印刷インク小
滴パスに沿って移動するインク小滴と、非印刷インク小
滴パスに沿って移動するインク小滴との間の発散角或い
は逸脱角を増加させることである。
【００２１】本発明のもう１つの目的は、インクジェッ
ト印刷ヘッド及びプリンタのエネルギ及び電力必要要件
（ｐｏｗｅｒ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ）を低減する
ことである。
【００２２】本発明のもう１つの目的は、インク小滴の
形成及びインク小滴の偏向が高速で行われ、性能が改善
された継続式インクジェット印刷ヘッド及びプリンタを
提供することである。
【００２３】本発明のもう１つの目的は、シリコン処理
技術の利点を用いて印刷ヘッドに一体化できるインク小
滴偏向量が増加された継続式インクジェット印刷ヘッド
及びプリンタを提供することであり、低コストな大量製
造方法を提供することである。
【００２４】本発明及びその目的及び利点は、以下に記
載する好適な実施形態の詳細な説明から、より明らかに
なるであろう。
【００２５】以下に示される本発明の好適な実施の形態
の詳細な説明では、添付する図面を参照する。
【００２６】
【発明の実施の形態】ここの説明は、特に、本発明に係
る装置の一部を形成する又はより直接的に本発明による
装置と協働する構成要素に向けられる。特に示されない
又は説明されない構成要素は、当業者には広く知られて
いる様々な形式を取ることがあることを理解されたい。
【００２７】図１において、継続式インクジェットプリ
ンタシステムは、ラスタ画像データ、ページ記述言語形
式での概要画像データ、又は他の形式のデジタル画像デ
ータを提供するスキャナ又はコンピュータなどの画像源
１０を含む。画像データは、画像処理ユニット１２によ
ってハーフトーンビットマップ画像データに変換され
る。この画像処理ユニット１２はまた、画像データをメ
モリに保存する。複数の加熱器制御回路１４が、画像メ
モリからデータを読取り、時間で変動する電気パルス
を、印刷ヘッド１６の一部である一連のノズル加熱器５
０に印加する。これらのパルスは、適切な時に適切なノ
ズルに印加され、これにより、連続的なインクジェット
ストリームから形成された小滴が、画像メモリ内のデー
タによって指定された、記録媒体１８上の適切な位置に
スポットを形成する。
【００２８】記録媒体１８は、記録媒体移動システム２
０によって、印刷ヘッド１６と相対的に移動される。こ
の記録媒体移動システム２０は、記録媒体移動制御シス
テム２２によって電気的に制御され、更にこの記録媒体
移動制御システム２２は、マイクロコントローラ２４に
よって制御される。図１に示す記録媒体移動システム
は、略図でのみ示してあり、多くの他の機械的な形態が
可能である。例えば、転送ローラを記録媒体移動システ
ム２０として使い、インク小滴の記録媒体１８への移送
（ｔｒａｎｓｆｅｒ）を容易にしてもよい。このような
転送ローラ技術は、当業者には広く知られている。ペー
ジ幅印刷ヘッド（page width printhead）の場合、記録
媒体１８を、静止印刷ヘッドを通過して移動させること
が最も便利である。しかしながら、走査印刷システムの
場合、通常は、印刷ヘッドを１つの軸（副走査方向）に
沿って移動させ、記録媒体を垂直軸（主走査方向）に沿
って相対的なラスタの動きで移動させることが最も便利
である。
【００２９】インクは、圧力下にあるインク貯蔵器２８
内に含まれている。印刷されない状態では、連続的なイ
ンクジェット小滴ストリームは、ストリームを妨げるイ
ンク排水溝１７のため、記録媒体１８には届かない。こ
のインク排水溝１７は、インクの一部がインク再利用ユ
ニット１９によって再利用されることを可能にする。イ
ンク再利用ユニットは、インクを再調整し、貯蔵器２８
に戻る。このようなインク再利用ユニットは、当業者に
は広く知られている。最適な動作に適したインク圧力
は、ノズルの形状及び熱特性並びにインクの熱特性など
のいくつかの要因に依存する。一定のインク圧力は、イ
ンク圧力調整器２６の制御の下で、インク貯蔵器２８に
圧力を加えることにより達成できる。
【００３０】インクは、インクチャネル装置３０によっ
て、印刷ヘッド１６の背面に分配される。インクは好適
には、印刷ヘッド１６のシリコン基板を通じてエッチン
グされたスロット及び／又は穴を通って印刷ヘッド１６
の前面に流れる。この印刷ヘッド１６の前面には、複数
のノズル及び加熱器が配置されている。シリコンから製
作された印刷ヘッド１６の場合、加熱器制御回路１４と
印刷ヘッドとを一体化することが可能である。下により
詳しく説明するインク小滴偏向量増幅システム３２が、
印刷ヘッド１６近辺に配置される。
【００３１】図２は、本発明の好適な実施の形態によ
る、図１の継続式インクジェット印刷ヘッド１６を形成
するノズル先端アレイの１つのノズル先端の断面図であ
る。インク射出チャネル４０が、複数のノズル孔４２と
共に基板４４内に刻まれ（ａｒｅ ｅｔｃｈｅｄ）、こ
の基板４４はこの例ではシリコンである。射出チャネル
４０及びノズル孔４２は、ノズル孔を形成するためのシ
リコンのプラズマエッチングによって形成されてもよ
い。射出チャネル４０内のインク４６は、気圧よりも高
い圧力まで与圧され、ストリームフィラメント４８を形
成する。ノズル孔４２からある距離の位置で、ストリー
ムフィラメント４８は、加熱器５０によって供給される
熱によって、複数のサイズの小滴５２及び５４に分離す
る。各インク小滴（５２及び５４）の体積は、加熱器５
０の作動周波数によって決定される。加えられた熱の大
きさが十分に低い場合、小滴はパスＡを通る。加熱器５
０は、３０オーム／平方のレベルにまでドープ（ｄｏｐ
ｅｄ）されたポリシリコンから作られてもよいが、異な
る抵抗性加熱物質（ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ ｈｅａｔｅｒ
ｍａｔｅｒｉａｌ）を使うこともできる。加熱器５０
は、熱及び電気絶縁層５６によって基板４４から分離さ
れ、基板への熱損失を最低限に留める。ノズル孔は、エ
ッチングされてもよく、これにより、ノズル出口オリフ
ィスを絶縁層５６によって定義することを可能にする。
【００３２】インクと接触する層は、保護目的で、薄い
膜層５８によって不動態化されてもよい。印刷ヘッド表
面は、追加の層によって被覆されていてもよく、これに
より、不本意にインクが印刷ヘッドの前面に広がること
を防止する。このような層は、疎水性の性質を有してい
てもよい。既知のシリコンに基づく処理技術を使う処理
の概要を示すが、ここでは、印刷ヘッド１６が、従来か
ら当業者に知られているいずれの製作技術を使ったいず
れの物質から形成してもいいことが特に企図され、した
がって、本開示の範囲に含まれる。
【００３３】図３を参照し、加熱器５０は２つの部分を
備え、各々の部分が、ノズル周辺部のおおよそ半分を覆
う。加熱器制御回路１４と加熱器環６４とを接続する電
力接続部５８ａ及び５８ｂと、接地接続部６０ａ及び６
０ｂとが図示されている。加熱器部分の一方に電流を供
給し、他方には電流を供給しないことによって、非対称
的に熱を加えることで、ストリームフィラメント４８
が、パスＡからパスＢに曲げられてもよい。この技術
は、２０００年１月２７日にチュワレック等に発行され
た米国特許第６，０７９，８２１号に記載されている。
複数のこのようなノズルが、同一のシリコン基板上に形
成されてもよく、これにより、印刷ヘッドアレイを形成
し、このような印刷ヘッドの全体的な生産性を高める。
【００３４】図２を再度参照し、インク小滴偏向量増幅
システム３２は、力発生機構６８と、射出チャネル７２
を定義するハウジング７０とを有する気体源６６を備え
る。射出チャネル７２は、力７４を供給する。力７４
は、射出チャネル７２と実質的に類似した面積（ｄｉｍ
ｅｎｓｉｏｎ）を有する。例えば、長方形の形状をした
射出チャネル７２は、実質的に長方形の形状の力７４を
射出する（ｄｅｌｉｖｅｒｓ）。力７４は好適には層流
であり、元のパス（一般的に符号７６で図示される）に
沿って移動する。力７４は最終的に結合力を失い、元の
パスから逸脱し、それる（ｄｉｖｅｒｇｅｓ）。この文
脈において、用語「結合力」は、力７４が元のパスから
広がる又は逸脱し始めた時の力７４を説明するために使
われる。力７４は、インク小滴５２及び５４がパスＡ及
びパスＢに沿って移動する際に、インク小滴５２及び５
４と相互作用する。典型的には、相互作用は、力７４が
その結合力を失う前に生じる。
【００３５】図４を参照し、例えば上述のように動作す
る加熱器５０などの第一次選択装置７８を使い、印刷ヘ
ッド１６は、複数の逸脱インク小滴パスに沿って移動す
るインク小滴のストリーム８０を提供するよう動作可能
である。選択されたインク小滴８２は、選択された又は
第１インク小滴パス８４に沿って移動し、一方、選択さ
れていないインク小滴８６は、非選択又は第２インク小
滴パス８８に沿って移動する。射出チャネル７２の終端
部９０は、パス８４及びパス８８近辺に配置される。選
択されたインク小滴８２及び選択されていないインク小
滴８６は、力７４と相互作用する。この結果、選択され
ていないインク小滴８６と選択されたインク小滴８２と
は、元の軌道を変更し、それぞれ、結果として生じる、
非選択インク小滴パス９２及び選択インク小滴パス９４
に沿って移動する。選択されていないインク小滴８６
は、この結果生じる非選択インク小滴パス９２に沿っ
て、キャッチャ１７の表面９６に当たるまで移動する。
選択されていないインク小滴８６は次に、キャッチャ１
７から取除かれ、インク再利用ユニット１９に運ばれ
る。選択されたインク小滴８２は、記録媒体１８の表面
９８に当たるまで、結果として生じる選択インク小滴パ
ス９４に沿って移動を続けることが可能である。
【００３６】好適な実施の形態では、選択されたインク
小滴８２が、記録媒体１８に当たることが可能なように
示され、一方、選択されていないインク小滴８６が、最
終的にキャッチャ１７に当たるように示される。しかし
ながら、選択されたインク小滴８２が最終的にキャッチ
ャ１７に当たることができ、一方、選択されていないイ
ンク小滴８６が、記録媒体１８に当たることが可能な場
合も、特に企図され、したがって、本開示の範囲に含ま
れる。これに加え、選択されたインク小滴８２は、体積
が大きい小滴５２か、体積が小さい小滴５４（下に説明
する）の一方であってもよく、選択されていないインク
小滴８６が、体積が大きい小滴５２又は体積が小さい小
滴５４（下に説明する）の他方であってもよい。
【００３７】図４を再度参照し、選択されたインク小滴
８２と排水溝１７との間の空間距離１００は、選択され
たインク小滴８２が力７４と相互作用した後では、増加
される（空間距離１０２に比べて）。これに加え、選択
インクパス９４と非選択インク小滴パス８８との間の、
結果としてのインク小滴発散角（角度Ｄとして図示され
る）もまた、増加される（パス８４とパス８８との角度
Ａに比べて）。これにより、選択されたインク小滴８２
が、不用意にキャッチャ１７に当たる可能性が低減さ
れ、この結果、キャッチャ１７上のインクの集積が低減
される。インク集積が低減されるので、印刷ヘッドメン
テナンス及びインク洗浄が低減される。結果としての増
加されたインク小滴発散角Ｄは、選択されたインク小滴
８２が記録媒体１８に当たる前に移動する必要のある距
離を低減させることができる。これは、選択されたイン
ク小滴８２が記録媒体１８に当たる前に偏向し、印刷ヘ
ッド１６に触れずに通過するように十分な空間を提供す
るのに大きな空間距離が必要とされなくなるからであ
る。このため、インク小滴配置精度が改善される。
【００３８】インク小滴偏向量増幅システム３２は、帯
電トンネルまた偏向プレートを必要としないため、単純
な構成を有する。このため、インク小滴偏向量増幅器３
２は、これらの部品を収容するための大きな空間距離を
必要としない。これはまた、選択されたインク小滴８２
が記録媒体１８と当たることが可能になる前に移動すべ
き距離を低減することを助け、この結果、小滴配置精度
が改善される。
【００３９】インク小滴偏向量増幅システム３２は、い
ずれの種類であってもよく、適切なプレナム、コンジッ
ト、ブロワ、ファン、などをいくつ含んでいてもよい。
これに加え、インク小滴偏向システム３２は、正の圧力
源、負の圧力源、又はその両方を含んでいてもよく、圧
力傾斜又は気体の流れを作り出すための、なんらかの構
成要素を含んでいてもよい。また、ハウジング７０は、
適切な形状のいずれであってもよい。
【００４０】好適な実施の形態では、力７４は、気体源
６６から起こる気体流であってもよい。気体源６６は、
空気、窒素、などであってもよい。力発生機構６８は、
気体圧力発生器、空気を動かすための何らかのサービ
ス、ファン、タービン、ブロワ、静電空気移動装置、な
どを含む、適切な機構のいずれであってもよい。気体源
６６及び力発生機構６８は、いずれの適切な方向へも気
体流を作ることができ、正の圧力又は負の圧力を生成で
きる。しかしながら、力７４が、他の種類の力を含むこ
とも想定している。この中には、例えば、帯電されたイ
ンク小滴が、反対に帯電されたプレートに引かれる又は
同様に帯電されたプレートに反発されるなどの力が含ま
れる。
【００４１】図２を再度参照し、動作例を説明する。印
刷の際には、加熱器５０が選択的に作動され、複数の体
積を有する複数のインク小滴からなる（ｈａｖｉｎｇ）
インクのストリームを作り出し、小滴偏向量増幅システ
ムが動作可能である。形成後、体積が大きな小滴５２は
また、体積が小さな小滴５４よりも、大きな質量及び運
動量を有する。力７４がインク小滴ストリームと相互に
作用するにつれて、個々のインク小滴は、各小滴の体積
及び質量に基づいて別々の方向に進む（ｓｅｐａｒａｔ
ｅ）。体積が小さな小滴は、力７４と相互作用した後、
図２のパスＣをたどり、よって、印刷されるインク小滴
（パスＣ）及び印刷されないインク小滴（パスＡ）と排
水溝１７との間の物理的な間隙の総量を増加させる。非
対称加熱偏向パスＢは、ストリームフィラメント４８の
動きを伴うが、気体力７４は小滴５４自体のみと相互作
用することに留意されたい。これに加え、小滴デフレク
タ３２によって提供される気体力はまた、体積が大きな
小滴５２にも作用する。したがって、小滴デフレクタ３
２内の気体流率（ｔｈｅ ｇａｓ ｆｌｏｗ ｒａｔ
ｅ）及び加熱器５０に供給されるエネルギは、大きな小
滴のパスＡから小さな小滴のパスＣを十分に区別できる
よう調整でき、これにより、体積が小さな小滴５４は印
刷媒体１８に当たり、一方、体積が大きな小滴５２は下
に向かって移動するにしたがって曲げられ、インク排水
溝１７に当たることを可能にすることもできる。パスＣ
の小滴とパスＢの小滴との間の間隙が増加することによ
り、小滴パスと、排水溝１７の縁との間の距離又はマー
ジンは、Ｓ1からＳ2に増加される。
【００４２】この増加したマージンは、小滴の軌跡の変
量（ｖａｒｉａｔｉｏｎ）に対して、より大きな許容度
を提供するため、より丈夫な動作（ｒｏｂｕｓｔ ｏｐ
ｅｒａｔｉｏｎ）を可能にする。小滴の軌跡の変量は、
例えば、ノズル間の製作非均一性により、又はノズル孔
内又はノズル孔周辺で形成することもある埃、破片、堆
積物、などによって、生じる場合がある。これに加え、
距離Ｓ2が大きくなるほど、インク排水溝１７を印刷ヘ
ッド１６に近づけて配置することができ、したがって、
印刷ヘッド１６は、記録媒体１８により近づけて配置で
きる。この結果、小滴配置エラーが低減され、画質が高
められる。また、特定のインク排水溝−印刷ヘッド間距
離の場合、大きな距離Ｓ2によって、偏向された小滴と
インク排水溝との間の空間がより大きくなり、これによ
り、インク排水溝から印刷ヘッドへの配置（アラインメ
ント）許容度がより大きくなる。これに加え、この小滴
デフレクタ３２によって与えられた増加した間隙は、加
熱器５０に供給されるエネルギ量の低減を可能にし、こ
の結果、温度が低くなり、信頼性が高くなる。代替印刷
計画では、小さな小滴５４がブロックされ、大きな小滴
５２が記録媒体１８に届くようにインク排水溝１７が配
置されてもよい。
【００４３】体積が大きな小滴５２と体積が小さな小滴
５４との間の間隙の量は、小滴同士の相対的な大きさの
みに依存するのではなく、小滴デフレクタ３２から来る
気体の速度、密度、及び粘性に依存し、また体積が大き
な小滴５２及び体積が小さな小滴５４の速度及び密度に
依存し、さらに力７４を伴って小滴デフレクタ３２から
流れる気体と体積が大きな小滴５２及び体積が小さな小
滴５４とが相互作用する相互作用距離（図２ではＬで示
される）にも依存する。空気や窒素などを含む、異なる
密度及び粘性を有する気体を使い、同様の結果を導くこ
ともできる。
【００４４】体積が大きな小滴５２及び体積が小さな小
滴５４は、適切ないずれの相対的なサイズであってもよ
い。しかしながら、小滴のサイズは、ノズル４２を通る
インクの流率（インク流率）（ｉｎｋ ｆｌｏｗ ｒａ
ｔｅ）及び加熱器５０が循環（ｃｙｃｌｅｄ）される周
波数によって主に決定される。この流率は、主としてノ
ズル直径及び長さや、インクに加えられる圧力などのノ
ズル４２の形状的な特性によって決定されるとともに、
インクの粘性、密度及び表面張力などのインクの流体的
な特性によって主に決定される。このため、典型的なイ
ンク小滴のサイズさは、１から１００００ピコリットル
の範囲であるが、これに限定されるものではない。
【００４５】広い範囲の小滴サイズが可能であるが、直
径が１０マイクロメートルのノズルにおける典型的なイ
ンク流率としては、体積の大きな小滴５２は、約５０ｋ
Ｈｚの周波数で加熱器を循環させることにより形成さ
れ、体積が約２０ピコリットルの小滴が生成される。体
積が小さな小滴５４は、約２００ｋＨｚの周波数で加熱
器を循環させることにより形成され、体積が約５ピコリ
ットルの小滴が生成される。これらの小滴は、典型的に
は、１０ｍ／ｓの初期速度で移動する。上述の小滴速度
及びサイズにおいても、使われる気体の物理的な性質、
気体の速度、及び相互作用距離Ｌによって、体積が大き
い小滴と体積が小さい小滴との間における広範囲の間隙
形成が可能である。例えば、空気を該気体として使う場
合、典型的な空気の速度は、ここに示すものに制限され
ないが、１００から１０００ｃｍ／ｓの範囲であり、相
互作用距離Ｌは、ここに示すものに制限されないが、
０．１から１０ｍｍの範囲である。これに加え、ノズル
形状及び流体性質の両方が、米国特許第６，０７９，８
２１号に記載されているように、非対称加熱偏向（パス
Ｂ）に影響を及ぼす。与えられたノズル形状、インク、
及び気体性質に対して、最適な状態を達成するために、
少規模の実験が必要とされる場合があることを理解され
たい。
【００４６】図５を参照し、印刷しない状態又は待機状
態のための電気作動波形（ｔｈｅａｃｔｉｖａｔｉｏｎ
ｗａｖｅｆｏｒｍ）を一般的に曲線（ｉ）として示
す。この電気作動波形は、加熱器制御回路１４から加熱
器５０に供給される。この加熱器の作動と組合せてイン
クをノズル４２から噴射することで生じる個々のインク
小滴５２を（ｉｉ）として概要を示す。個々の小滴５２
を形成するためには十分であるが、非対称加熱偏向によ
るパスＡからの小滴の実質的な逸脱を生じるためには不
十分なエネルギが加熱器５０に供給される。加熱器５０
に配送されるエネルギ量は、印加される電圧及びＴnに
よって示されるパルス時間によって制御できる。時間遅
延Ｔiで示す過熱器５０の低周波数作動により、体積が
大きな小滴５２が生じる。この大きな小滴体積はいつで
も、加熱器５０を電気パルス時間Ｔnだけ作動すること
により作り出され、このパルス時間Ｔnは、典型的には
０，１から１０マイクロ秒の期間、より好適には０．１
から１．０マイクロ秒の期間である。遅延時間Ｔiは、
１０から１００００マイクロ秒の範囲であってもよい
が、これに制限されるものではない。
【００４７】図６を参照し、印刷状態のための電気作動
波形の例を曲線（ｉｉｉ）として一般的に示す。この電
気作動波形は、加熱器制御回路１４から加熱器５０に供
給される。この加熱器の作動と組み合わせてインクをノ
ズル４２から噴射することにより生じる個々のインク小
滴５２及び５４を（ｉｖ）として概要を示す。図５及び
図６は、同じスケールでないことに留意されたい。印刷
状態では、十分なエネルギが加熱器５０に供給され、こ
れにより、個々の小滴５４が形成されて非対称加熱偏向
によってパスＢに沿って曲げられる。非印刷状態と同様
に、加熱器５０に配送されるエネルギ量は、印加される
電圧及びパルス時間によって制御できる。印刷状態では
より多くのエネルギが必要とされ、これにより、印刷状
態のパルス時間が長くなるか、印加電圧が高くなるか、
又はその両方が必要となる。印刷状態中の高周波数の加
熱器５０の作動は、図２、図４、及び図６に示すよう
に、体積が小さな小滴５４を生じる。
【００４８】好適な実施の形態では、画像画素毎での複
数の小滴の印刷を可能にし、画像画素の印刷に関連する
時間Ｔp（図６を参照）が、小さな印刷小滴を作り出す
ために確保された時間副期間Ｔd及びＴzと、大きな１つ
の非印刷小滴を作り出すための時間Ｔiと、を含む。図
６では、図示を簡略化するために、２つの小さな印刷小
滴を作り出すための時間のみが示されているが、より大
きな数の印刷小滴を作るためにより多くの時間を確保す
ることは、明らかに本発明の範囲に含まれることを理解
すべきである。少なくとも１つの印刷小滴が必要な画像
データに基づき、加熱器５０は、電気パルスＴwの間作
動され、遅延時間Ｔdの後、電気パルスＴ xの間作動され
る。画像データがもう１つの印刷小滴を作り出すことを
必要とする場合、加熱器は遅延Ｔzの後、パルスＴyの間
もう一度作動される。加熱器作動電気パルス時間Ｔw、
Ｔx及びＴyは、遅延時間Ｔd及びＴzと同様に、実質的に
同様であるが、等しい必要はない。遅延時間Ｔd及びＴz
は、典型的には１から１００マイクロ秒であり、より好
適には、３から１０マイクロ秒である。前に述べたよう
に、パルスＴw、Ｔx及びＴyにおける電圧振幅又はパル
ス時間が、非印刷パルスＴnにおける電圧振幅又はパル
ス時間よりも大きい。Ｔw、Ｔx及びＴyのパルス時間は
通常、１から１０マイクロ秒の範囲であるが、これに制
限されるものではない。遅延時間Ｔiは、最大数の印刷
小滴が形成された後であり、次の画像画素の開始と同時
に発生する電気パルス時間Ｔwの開始までの、残りの時
間である。遅延時間Ｔiは、遅延時間Ｔd又はＴzよりも
相当に大きくなるよう選択され、これにより、大きな非
印刷小滴５２に対する小さな印刷小滴５４の体積比は、
好適には４倍又はそれ以上となる。これを図７に示す。
図７には、２つの待機又は非印刷期間の後、３つの小滴
を発出し、その後待機期間となる電気作動波形が（ｖ）
として概略的に示されている。この電気作動波形は、加
熱器制御回路１４から加熱器５０へと供給される。図５
及び図６と同様に、この加熱器の作動と組み合わせてノ
ズル４２からインクを噴射することにより生じる個々の
インク小滴５２及びインク小滴５４を、（ｖｉ）として
示す。図７の例では、遅延時間Ｔiが一定に保たれ、等
しい体積の大きな非印刷小滴５２が生成される。この代
わりに、画素時間Ｔpを一定に保ち、望まれる小さな印
刷小滴５４の数に基づいて時間Ｔiを変更し、したがっ
て、大きな非印刷小滴５２の体積を変更することも、本
発明の範囲に含まれる。この場合、結果としての複数の
大きな非印刷小滴５２の最低体積が、好適には４倍又は
それ以上に小さな印刷小滴５４の体積よりも大きいこと
が望まれる。
【００４９】加熱器５０の作動は、必要とされて対応す
るノズル４２から噴射されるインクカラー、印刷ヘッド
１６の印刷媒体１８に対する相対的な動き、及び印刷さ
れる画像に基づいて、独立して制御されてもよい。小さ
な小滴５４の絶対量（体積）及び大きな小滴５２の絶対
量（体積）は、インク及び媒体の種類又は画像形式及び
画像サイズなどの特定の印刷必要要件に基づいて調整さ
れてもいいことも、特に企図され、したがって、本発明
の範囲に含まれる。このため、以下の、体積が大きな小
滴５２及び体積が小さな小滴５４の引用では、例示する
目的のみの文脈であり、いずれの形でも制限するものと
して解釈されるべきではない。
【００５０】図８に、システム３２の１つの可能な実現
手段を示す。この実施の形態では、力７４が、減圧源１
２０などによって作り出される負の圧力から起こり、デ
フレクタプレナム１２５を通って伝えられる。印刷ヘッ
ド１６には、インク貯蔵器２８（図１に示す）によって
提供されるインクが供給され、印刷ヘッド１６は、上で
概要を説明した方法で、小滴のストリームを生成する。
典型的には、力７４はインク小滴のストリームに対して
角度を付けられて配置され、インク小滴の体積に基づい
て、インク小滴を選択的に曲げるよう動作可能である。
小さな体積を有するインク小滴は、大きな体積を有する
インク小滴よりも多く曲げられる。システム３２の終端
部１０４は、パスＢの近辺に配置される。上述のよう
に、パスＢは、非対称加熱偏向によって、小さなインク
小滴５４が辿るパスである。力７４は、全体的な間隙を
増加させ、これにより、小さなインク小滴５４はパスＣ
を辿る。インク回収コンジット１０６は、大きな小滴５
２のパスを遮る一方で、小さな小滴を記録媒体１８へと
継続させることが目的である排水インク構造体１７を含
む。この実施の形態では、記録媒体１８は、印刷ドラム
１０８によって運ばれる。インク回収コンジット１０６
は、インク回収貯蔵器１１０と連絡し、その後の再使用
のための、インク回帰ライン１１２による非印刷インク
小滴の回収を容易にする。負の圧力源と連結された減圧
コンジット１１４が、インク回収貯蔵器１１０と連通で
き、これにより、インク回収コンジット１０６内に負の
圧力を作り出し、インク小滴の分離及びインク小滴の除
去を改善する。しかしながら、インク回収コンジット１
０６内の気体流率は、小さな小滴のパスＣを実質的にか
き乱さないように選択される。上述のインク回収システ
ムは、図１に示すインク再利用ユニット１９の一部とし
て考えてもよい。
【００５１】本発明の実施には、ストリームのアレイは
必要ではないが、印刷速度を高めるために、ストリーム
のアレイを含む装置が望ましい場合もある。この場合、
個々のストリームの偏向及び修正は、単純に及び物理的
に小さな方法で、単一のストリームに関して上で説明さ
れたように達成されてもよく、これは、このような偏向
が小さな電位の印加のみに頼り、この小さな電位の印加
が、ＣＭＯＳ技術などの従来の集積回路技術によって容
易に提供できるからである。
【００５２】印刷ヘッド１６は、いずれのサイズ及び種
類のものであってもよい。例えば、印刷ヘッド１６は、
ページ幅印刷ヘッドや走査印刷ヘッドなどであってもよ
い。印刷ヘッド１６の部品は、様々な相対的な寸法を有
していてもよい。加熱器５０は、蒸着法及びリソグラフ
ィ技法などによって形成及びパターン化できる。加熱器
５０は、抵抗加熱器、放射加熱器、対流加熱器、化学反
応加熱器（吸熱性又は発熱性）などのいずれの形状及び
種類の加熱素子を含むこともできる。本発明は、いずれ
の適切な方法で制御されてもよい。このため、コントロ
ーラ２４は、所定のプログラムやソフトウェアを有する
マイクロプロセッサに基づく装置など、いずれの種類で
あってもよい。
【００５３】印刷媒体１８は、いずれの種類及びいずれ
の形式であってもよい。例えば、印刷媒体は、ウェブ
（ｗｅｂ）又はシートの形式でもよい。これに加え、印
刷媒体１８は、紙、ビニール、布、他の大きな繊維性物
質、などを含む、広い範囲の物質から成っていてもよ
い。印刷ヘッドを媒体に対して相対的に移動させるため
に、従来のラスタ走査機構などのいずれの機構を使用し
てもよい。
【００５４】これに加え、本発明をインク小滴の偏向を
必要とする、いずれのシステムにおいても使えることが
特に企図される。これらのシステムは、偏向プレート、
静電偏向、圧電アクチュエータ、熱アクチュエータなど
を使う、継続的なシステムを含む。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に基づいて作られた印刷装置を例示す
る簡略ブロック略図である。
【図２】 本発明の好適な実施の形態を示す略断面図で
ある。
【図３】 非対称加熱器を備える従来のノズルの平面図
である。
【図４】 図４に示す実施形態の略断面図である。
【図５】 本発明に係る加熱器に印加される電子パルス
列の例と、その結果のインク小滴の形成とを示す図であ
る。
【図６】 本発明に係る加熱器に印加される電子パルス
列の例と、その結果のインク小滴の形成とを示す図であ
る。
【図７】 本発明に係る加熱器に印加される電子パルス
列の例と、その結果のインク小滴の形成とを示す図であ
る。
【図８】 本発明に係る代替実施形態に基づいて作られ
る装置の略図である。
【符号の説明】
１０ 画像源、１２ 画像処理ユニット、１４ 加熱器
制御回路、１６ 印刷ヘッド、１７ インク排水溝、１
８ 記録媒体、１９ インク再利用ユニット、２０ 記
録媒体移動システム、２２ 記録媒体移動制御装置、２
４ マイクロコンピュータ、２６ インク圧力調整器、
２８ インク貯蔵器、３０ インクチャネル装置、３２
インク小滴偏向量増幅システム、４０ インク射出チ
ャネル、４２ ノズル孔、４４ 基板、４６ インク、
４８ ストリームフィラメント、５０ ノズル加熱器、
５２ 大きな小滴、５４ 小さな小滴、５６ 熱及び電
気絶縁層、５８ 薄膜層、５８ａ，５８ｂ 電力接続
部、６０ａ，６０ｂ 接地接続部、６４ 加熱器環、６
６ 気体源、６８ 力生成機構、７０ ハウジング、７
２ 射出チャネル、７４ 力、７６ 元のパス、７８
第一次選択装置、８０インク小滴のストリーム、８２
選択されたインク小滴、８４ 選択又は第１インク小滴
パス、８６ 選択されなかったインク小滴、８８ 非選
択又は第２インク小滴パス、９０ 終端部、９２ 非選
択インク小滴パス、９４ 選択インク小滴パス、９６
インク排水溝表面、９８ 記録媒体表面、１００，１０
２ 空間距離、１０４ 終端部、１０６ インク回収コ
ンジット、１０８ 印刷ドラム、１１０インク回収貯蔵
器、１１２ インク回帰ライン、１１４ 減圧コンジッ
ト、１２０ 減圧源、１２５ デフレクタプレナム。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デイヴィッド エル ジャンメール アメリカ合衆国 ニューヨーク州 ブロッ クポート メイン ストリート 316 Ｆターム(参考） 2C057 DA10 DB02 DB04 DC03 DC08 DC17 DC19 DE10 EA09

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 インク小滴デフレクタ機構であって、 インク小滴の源と、 該源からの小滴の方向を第１のパスに沿って向ける第１
    の状態と、該源からの小滴の方向を第２のパスに沿って
    移動させる第２の状態と、で動作可能なパス選択装置で
    あって、前記第１パス及び前記第２パスが前記源から逸
    れる、パス選択装置と、 前記第１パス及び前記第２パスの少なくとも１つに沿っ
    て移動する小滴に力を加えるシステムであって、前記力
    が、前記第１パスに実質的に垂直な方向に加えられ、前
    記第１パスの逸脱量が増加されるシステムと、 を含むインク小滴デフレクタ機構。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載のインク小滴デフレクタ
    機構であって、 前記システムが、気体流を発生させる気体源を備え、前
    記気体流が、前記第１のパスに実質的に垂直な前記方向
    に加えられ、これにより前記第１パスの逸脱量が増加さ
    れるインク小滴デフレクタ機構。
  3. 【請求項３】 インク小滴の逸脱量を増加させる方法で
    あって、 インク小滴の源を設けるステップと、 インク小滴の方向を、源から逸れる第１のパスに沿った
    第１の状態で移動するように向け、源から逸れる第２の
    パスに沿った第２の状態で移動するように向けるステッ
    プと、 少なくとも１つのパスの逸脱量を増加させるステップ
    と、 を含む方法。
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