JP2002225280A - イメージを印刷する装置及びイメージを印刷する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 イメージを印刷するための装置を提供する。 【解決手段】 この装置は、選択的に多数の体積を有す
るインク液滴の流れをつくるように操作可能なインク液
滴形成機構およびガスソースを有する液滴偏向板を含
む。ガスソースは、インク液滴の流れに関してある角度
に配置され、インク液滴の流れと相互作用し、それによ
って多数の体積の他の体積を有するインク液滴から多数
の体積の１つの体積を有するインク液滴を分離する。イ
ンク液滴生成機構は、ノズルを有し、ノズルの近傍に配
置されるヒーターを含む。ヒーターは、多数の体積を有
するインク液滴の流れをつくるために多数の周波数で選
択的に活性化されてもよい。ヒーターは、電気抵抗発熱
体を含んでもよい。ガスソースは、インク液滴の流れに
実質的に垂直に配置される正圧力空気ソースであっても
よい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は、一般にデジタル的に制御される印刷装置の分
野に、そして、特に流体インク流れを幾つかが選択的に
偏向される液滴に分ける連続インクジェットプリンタに
関する。

【０００２】

【従来の技術】伝統的に、デジタル的に制御されるカラ
ー印刷能力は、２つの技術のうちの１つにより達成され
る。両方とも、提供されるインクの各々の色のための独
立のインク供給を必要とする。インクは、プリントヘッ
ドにおいて形成されるチャネルを通して供給される。各
々のチャネルは、インクの液滴を選択的に押し出して、
媒体に堆積させるノズルを含む。一般的に、各々の技術
は、印刷する際に使用される各々のインクカラーのため
の別々のインク配達システムを必要とする。普通は、３
つの一次減色、すなわちシアン、黄色およびマゼンタ、
が使用される。なぜならば、これらの色が一般に万まで
の知覚できる色の組み合わせを生成できるからである。

【０００３】第1の技術、「ドロップオンデマンド」イ
ンクジェット印刷と一般に呼称する、は、加圧アクチュ
エータ（サーマル、圧電、その他）を用いて記録面への
衝突のためにインク液滴を与える。アクチュエータの選
択的な活性化は、プリントヘッドおよびプリントメディ
アとの間のスペースと交差して、プリントメディアに衝
突する飛行インク液滴の形成および放出をもたらす。印
刷イメージの形成は、所望のイメージをつくることを必
要とされているように、インク液滴の個々の形成を制御
することによって成し遂げられる。一般的に、各々のチ
ャネルの中のわずかな負の圧力は、インクがノズルを通
して不注意に逃げないようにし、またノズルにおいて僅
かに凹メニスカスを形成し、したがって、ノズルをきれ
いに保つのを助ける。

【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、プリントヘッドのオリフィスでイン
クジェット液滴を生成するために加圧アクチュエータを
利用する。一般的に、熱アクチュエータおよび圧電アク
チュエータを含む２つのタイプのアクチュエータのうち
の１つが使われる。熱アクチュエータでは、便利な場所
に配置されるヒーターはインクを加熱して、ある量のイ
ンクの、排出されるべきインク液滴のために十分に内部
インク圧を上げるガス蒸気泡への相変化をもたらす。圧
電アクチュエータでは、電界は材料の機械的応力をつく
る特性を備えている圧電材料に与えられ、排出されるべ
きインク液滴をもたらす。代わりに、電界は材料に機械
の応力をつくる特性を備えている圧電材料に与えられ
て、インク液滴を放出させる。これらの特性を備えてい
る自然に起こっているいくつかの材料は、クォーツおよ
び電気石である。最も一般に作製される圧電セラミック
スは、ジルコン酸チタン酸鉛、チタン酸バリウム、チタ
ン酸鉛および鉛メタニオベート（ｍｅｔａｎｉｏｂａｔ
ｅ）である。

【０００５】例えば、バブルジェット（登録商標）プリ
ンタにおいては、プリントヘッドのチャネル内のインク
は、プリントヘッドのノズルからインク液滴を噴出する
内圧を増やす泡を作るため加熱される。それから発熱要
素が冷えるにつれて、泡は圧壊し、そして、結果として
生じる真空はノズルから噴出されたインクを置換するた
めにタンクから流体を引き出す。

【０００６】１９９３年７月６日にｖａｎＬｉｎｔｅｌ
に対して発行された米国特許第５，２２４，８４３号に
おいて開示されたもののような圧電アクチュエータは、
電流がそれを通して流れる時に曲がってノズルの外にイ
ンク液滴を強制するインク流体チャンネル内に圧電結晶
を有する。

【０００７】１９９０年４月３日にＤｕｆｆｉｅｌｄ他
に発行された米国特許第４，９１４，５２２号は、印刷
イメージの中に所望の色密度を生成するために空気圧力
を利用するドロップオンデマンドインクジェットプリン
タを開示する。リザーバー内のインクは、導管を通って
動いて、インクジェットノズルの端でメニスカスを形成
する。インクノズルの端におけるメニスカスと交差して
空気流が流れるように位置決めされる空気ノズルは、イ
ンクをノズルから抜き取って細かいスプレーに霧化す
る。空気の流れは、導管を通して制御弁に与えられる一
定の圧力が適用される。弁は、圧電アクチュエータの動
作によって開閉される。電圧が弁に印加されれば、弁が
開かれ、空気が空気ノズルを通して流れることを許容す
る。電圧が除去されれば、弁が閉じられ、そして、空気
は空気ノズルを通して流れない。このように、イメージ
上のインクドットサイズは一定のままであり、同時にイ
ンクドットの所望の色密度は空気流のパルス幅に依存し
て変化される。

【０００８】プリントヘッドのドット解像度は、個々の
ノズルの間隔に依存し、ノズルが近くて小さいほど解像
度が大きい。この技術がインクの各々の色のインクのた
めの別々のインク搬送システムを必要とするので、一般
的に、必要な色を生成するために少なくとも３つのイン
クチャンネルを必要とする。ノズルが更に離れていなけ
ればならないので、これは全体的な画像解像度を格下げ
する傾向がある。

【０００９】「連続流れ」または「連続」インクジェッ
ト印刷と一般に呼称される第２の技術は、インク液滴の
連続流れを生成する加圧されたインクソースを使用す
る。従来の連続インクジェットプリンタは、作動流体の
フィラメントが個々のインク液滴に分けられる位置の近
くに配置される帯電装置を利用する。インク液滴は、帯
電され、それから大きい電位差を有する偏向電極によっ
て適当な場所に向けられる。プリントが要求されないと
きには、インク液滴はインク捕獲機構（キャッチャー、
インターセプタ、排水溝、その他）に偏向され、リサイ
クルされるか廃棄される。プリントが要求されるときに
は、インク液滴は偏向されず、プリントメディアに衝突
することが許容される。あるいは、偏向されたインク液
滴はプリントメディアに衝突することが許容されていて
もよい。一方、非偏向インク液滴はインク獲得機構に集
められる。

【００１０】一般的に、連続インクジェット印刷装置
は、ドロップレットオンデマンド装置より速く、そして
より高品質の印刷イメージおよびグラフィックスを生成
する。しかしながら、印刷された各々の色は、個々の液
滴形成、偏向および捕獲システムを必要とする。

【００１１】１９３３年１２月２６日にＨａｎｓｅｌｌ
に発行された米国特許第１，９４１，００１号および１
９６８年３月１２日にＳｗｅｅｔ他に発行された米国特
許第３，３７３，４３７号のそれぞれは、印刷されるべ
きインク液滴が選択的に帯電されて、記録媒体の方へ変
更される連続インクジェットノズルのアレイを開示す
る。この技術は、バイナリの偏向連続インクジェットと
して知られている。

【００１２】１９６３年１０月６日にＨｅｒｔｚに対し
て発行された米国特許第３，４１６，１５３号は、小さ
い開口を通過する液滴の数を調整するために帯電された
液滴流れの静電的な分散を使用する連続インクジェット
印刷における印刷点の可変の光学濃度を成し遂げる方法
を開示する。

【００１３】１９７５年４月１５日にＥａｔｏｎに対し
て発行された米国特許第３，８７８，５１９号は、帯電
トンネルおよび偏向プレートによる静電的な偏向を使用
する流体流れにおける液滴形成を同期させるための方法
と装置を開示する。

【００１４】１９８２年８月２４日にＨｅｒｔｚに対し
て発行された米国特許第４，３４６，３８７号は、電位
勾配を有する電界の中に位置する液滴形成点で、加圧さ
れた流動流れの解体によって形成される液滴上の電荷を
制御するための方法と装置を開示する。

【００１５】それらの形成の点で液滴上に置かれるべき
所望の所定の電荷に対応する電界中の点で、液滴形成は
遂行される。帯電トンネルに加えて、偏向プレートは、
実際に液滴を偏向させるために用いられる。

【００１６】１９８７年１月２０日にＤｒａｋｅ他に対
して発行された米国特許第４，６３８，３８２号は、ノ
ズルから固定された距離でインク流れを液滴に分けるた
めに多数のノズルを通して入れられるインク流れをかき
乱すために一定の熱パルスを利用する連続インクジェッ
トプリントヘッドを開示する。この点で、液滴は帯電電
極によって個々に帯電され、それから、液滴経路に配置
された偏向プレートを用いて偏向される。

【００１７】従来の連続インクジェット式プリンタは、
帯電装置および偏向プレートを利用するので、それらは
作動する多くの構成要素および大きい空間体積を必要と
する。これは、連続インクジェットプリントヘッドおよ
びプリンタが複雑化することをもたらす。高いエネルギ
ー要求を有し、製造するのが困難であり、制御するのが
困難である。

【００１８】１９７３年１月９日にＲｏｂｅｒｔｓｏｎ
に発行された米国特許No.３，７０９，４３２号は、変
換器の使用によって一様に間隔を置かれたインク液滴に
分けられる作動流体をもたらす、作動流体のフィラメン
トを刺激するための方法と装置を開示する。インク液滴
に分けられる前のフィラメントの長さは、長いフィラメ
ントをもたらす低い振幅および短いフィラメントをもた
らす高い振幅の刺激を伴う変換器に供給される刺激エネ
ルギーの制御によって調整される。空気の流れは、長い
フィラメントおよび短いフィラメントの端への中間の点
における流体の経路を横切って発生される。空気流は、
インク液滴自身の軌跡に影響を及ぼすよりも、液滴に分
けられる前のフィラメントの軌道により多く影響を及ぼ
す。フィラメントの長さを制御することによって、イン
ク液滴の軌跡は、制御されることができるかまたは１本
の経路から他の経路に切り替えられることができる。こ
のように、あるインク液滴はキャッチャーに向けられて
もよく、同時に、他のインク液滴が受け入れ部材に適用
されることを許容することができる。

【００１９】一方、この方法は液滴の軌跡に影響を及ぼ
す静電手段に依存せず、それはフィラメントのブレーク
オフポイントおよび分けるポイントに対して中間の空気
流の配置の正確な制御に依存する。そのようなシステム
は、制御すること、および製造することが困難である。
さらに、物理的な分離または２つの液滴経路の間の区別
の量は、更に少ない制御および製造の困難性に少しをさ
らに加える。

【００２０】１９８０年２月２６日にＴａｙｌｅｒに対
して発行された米国特許第４，１９０，８４４号は、非
印刷インク液滴のキャッチャーへの偏向のための第１の
空気の作用による偏向板、および印刷インク液滴を振動
されるための第２の空気の作用による偏向板を有する連
続インクジェット式プリンタを開示する。プリントヘッ
ドは、個々のインク液滴に分けられる作動流体のフィラ
メントを供給する。インク液滴は、それから第１の空気
の作用による偏向板、第２の空気の作用による偏向板ま
たは双方によって選択的に偏向される。

【００２１】第１の空気の作用による偏向板は、中央制
御ユニットから受け取られた２つの別個の電気信号のう
ちの１つに依存して、ノズルを開きまたは閉じるダイア
フラムを有する「オン／オフ」または「オープン／クロ
ーズ」タイプである。これは、インク液滴が印刷される
べきか非印刷されるべきかを決定する。第２の空気の作
用による偏向板は、中央制御ユニットから受け取られる
変化する電気信号に依存してノズルが開かれている量を
変化させるダイアフラムを有する連続タイプである。こ
れが印刷されるインク液滴を振動させ、一度に１つの文
字で文字が印刷されてもよい。第１の空気の作用による
偏向板のみが使用されれば、一度１ラインで、プリント
ヘッドの繰り返される横移動によって築き上げられる文
字が作られる。

【００２２】一方、この方法は液滴の軌跡に影響を及ぼ
す静電手段に依存せず、それは正確な制御および印刷さ
れ、および非印刷されるインク液滴を作るための第１の
（「オープン／クローズド」）空気の作用による偏向板
に依存する。そのようなシステムは、製造、および少な
くとも上述のインク液滴の築き上げをもたらす正確な制
御が困難である。さらに、物理的な分離または２つの液
滴経路の間の区別の量は、劣等なインク液滴軌道制御を
もたらす印刷されおよび非印刷されるインク液滴の制御
の困難性を増加させる正確なタイミングの要求に起因し
て不規則である。

【００２３】その上、２つの空気の作用による偏向板を
使用することは、プリントヘッドの構造を複雑にし、よ
り多くの構成要素を必要とする。追加の構成要素および
複雑化された構造は、プリントヘッドおよびメディア間
にインク液滴軌道距離を増やす大きな空間体積を必要と
する。液滴軌道の距離を増やすことは、液滴配置精度を
減少させて、プリント画質に影響を及ぼす。再び、高品
質イメージを保証するためにプリントメディアに衝突す
る前に液滴が移動しなければならない距離を最小化する
必要がある。オン、オフされるべき空気流を必要とする
空気の作用による作動は、空気流のいかなる一時的現象
の解決とも同様に機械的な作動を実行するために必要な
過度の時間が必要とされることにおいて、必然的に遅
い。

【００２４】２０００年６月２７日にＣｈｗａｌｅｋ他
に対して発行された米国特許第６，０７９，８２１号
は、作動流体のフィラメントからの個々のインク液滴を
作るための非対称のヒーターの作動を使用し、これらの
インク液滴を偏向させる連続インクジェットプリンタを
開示する。プリントヘッドは加圧されたインクソースお
よび印刷インク液滴および非印刷インク液滴を形成する
ために作動可能な非対称のヒーターを含む、印刷インク
液滴はプリント・メディアに最終的に衝突する印刷イン
ク液滴の経路に沿って流れ、一方、非印刷インク液滴は
キャッチャー表面に最終的に衝突する非印刷インク液滴
の経路に沿って流れる。非印刷インク液滴は、リサイク
ルされるかまたはキャッチャーにおいて形成されるイン
ク除去チャネルを通して廃棄される。

【００２５】一方、Ｃｈｗａｌｅｋ他において開示され
た、インク液滴をつくって、偏向させるためにヒーター
を使用するインクジェットプリンタは、その意図された
目的のために極めてよく働き、この装置のエネルギーお
よびパワー要求を増加させる。

【００２６】

【発明が解決しようとする課題】個々のインク液滴の単
純化された制御；印刷、非印刷液滴間の物理的分離の量
の増加；非印刷液滴のための偏向の量の増加；および多
種多様なインクを使用している多種多様な材料上に高解
像度のイメージの描写を可能にする減少されたエネルギ
ーおよびパワー要求を有する単純な構造のインクジェッ
ト式のプリントヘッドおよびプリンタを提供する必要が
あることが分かる。

【００２７】本発明の目的は、連続インクジェットプリ
ントヘッドの構造を単純化することである。

【００２８】本発明の他の目的は、連続インクジェット
プリントヘッドにおける個々のインク液滴の制御を単純
化することである。

【００２９】本発明のさらに他の目的は、印刷インク液
滴経路のインク液滴および非印刷インク液滴経路のイン
ク液滴間の物理的な分離の量を増やすことである。

【００３０】本発明のさらに他の目的は、非印刷インク
液滴の偏向の量を増やすことである。

【００３１】本発明のさらに他の目的は、連続インクジ
ェットプリンタのエネルギーおよびパワー要求を減らす
ことである。

【００３２】本発明のさらに他の目的は、大きい体積の
インクを使用してイメージを描くための連続インクジェ
ットプリントヘッドの能力を向上させることである。

【００３３】本発明のさらに他の目的は、染料および／
または顔料を含んでいる水溶性および非水溶性溶媒イン
クを含む多種多様なインクを用いて、紙、ビニル、布お
よび他の大きい繊維の材料を含む多種多様な材料上に印
刷することに適している連続インクジェットプリンタの
構造および作動を単純化することである。

【００３４】

【課題を解決するための手段】本発明の特徴にしたがっ
て、イメージを印刷するための装置は、選択的に多数の
体積を有するインク液滴の流れを作るように操作可能な
インク液滴形成機構を含む。その上、ガスソースを有す
る液滴偏向板は、インク液滴の流れに関してある角度で
配置されて、インク液滴の流れと相互に作用するように
操作可能である。相互作用は、他の体積を有するインク
液滴から１つの体積を有するインク液滴を分離する。

【００３５】本発明の他の特徴にしたがって、インク液
滴生成機構は、ノズルを有し、ノズルの近傍に配置され
るヒーターを含んでいてもよい。ヒーターは、選択的に
多数の体積を有するインク液滴の流れをつくるように操
作可能である。

【００３６】本発明の他の特徴にしたがって、ヒーター
は多数の周波数で選択的に活性化され、それにより多数
の体積を有するインク液滴の流れをつくるように操作可
能である。

【００３７】本発明の他の特徴にしたがって、イメージ
を印刷するためのインクジェットプリンタは、選択的に
複数の体積を有するインク液滴の流れをつくるように操
作可能なノズルを有するプリントヘッドを含む。その
上、ガスソースを有する液滴偏向板は、インク液滴の流
れに関してある角度で配置される。液滴偏向板は、イン
ク液滴の流れと相互に作用するように操作可能である。
相互作用は、他の体積を有するインク液滴から１つの体
積を有するインク液滴を分離する。

【００３８】本発明の他の特徴にしたがって、ヒータ
は、多数の体積を有するインク液滴の流れを選択的につ
くっている前記ヒーターを有するノズルの近傍に配置さ
れてもよい。

【００３９】本発明の他の特徴にしたがって、コントロ
ーラは電気的にヒーターに連結されてもよい。コントロ
ーラは多数の周波数で選択的にヒーターを活性化し、そ
れによって多数の体積を有するインク液滴の流れをつく
るようにしてもよい。

【００４０】本発明の他の特徴にしたがって、イメージ
を印刷するための装置は、液滴形成機構を含む。液滴形
成機構は、経路に沿って移動する第１の体積を有する液
滴を形成する第１の状態、および前記経路に沿って移動
する第２の体積を有する液滴を形成する第２の状態にお
いて操作可能である。液滴偏向板は、前記経路に沿って
移動する液滴に力を印加する。力は、第２の体積を有す
る液滴から第１の体積を有する液滴を分離するように、
ある方向に印加される。

【００４１】本発明の他の特徴にしたがって、力は正圧
力であってもよい。力は、また、負圧力であってもよ
い。力は、また、前記経路に対して実質的に垂直な方向
に印加されてもよい。力は、また、ガス流を含んでもよ
い。

【００４２】本発明の他の特徴にしたがって、イメージ
を印刷メディアに印刷する方法は、複数の体積を有する
インク液滴の流れを選択的に形成すること；インク液滴
の流れに関してある角度でガス・ソースを設けること；
インク液滴の流れの中の他の体積を有するインク液滴か
ら、インク液滴の流れの中の１つの体積を有する液滴を
分離すること；１つの体積を有するインク液滴を集める
こと；および、他の体積を有するインク液滴をプリント
・メディアを接触させることを許容することを含む。

【００４３】本発明の他の特徴にしたがって、インク液
滴を分岐させる方法は、経路に沿って移動する第１の体
積を有する液滴を形成すること；前記経路に沿って移動
する第２の体積を有する液滴を形成すること；および、
少なくとも第１の体積を有する液滴を前記経路から分岐
せしめることを含む。

【００４４】本発明の他の特徴にしたがって、少なくと
も第１の体積を有する液滴を前記経路から分岐せしめる
ことは、少なくとも第１の体積を有する液滴に力を印加
することを含んでもよい。力を印加することは、前記経
路に沿って力を印加することを含んでもよい。

【００４５】本発明の他の特徴にしたがって、力を印加
することは、第２の体積を有する液滴から第１の体積を
有する液滴を分離するような方向の力を印加することを
含んでもよい。その上、力を印加することは、前記経路
に対して実質的に垂直な方向の力を印加することを含ん
でもよい。

【００４６】本発明の他の特徴および利点は、本発明の
好ましい実施例の以下の説明および添付の図面から明ら
かになるであろう。

【００４７】

【発明の実施の形態】本説明は、特に本発明にしたがう
装置の部分を形成し、またはより直接的に協動する要素
に向けられる。特に示されないかまたは記載されていな
い要素が当業者にとって周知のさまざまな形態でもよい
ことは理解されるべきである。

【００４８】図１を参照して、本発明の好ましい実施例
のインク液滴形成機構１０が示されている。機構１０
は、プリントヘッド２０、少なくとも一つのインク供給
３０およびコントローラ１６を含む。しかしながら、機
構１０は、概略的に示され、そして、明瞭さのために変
倍されず、当業者は具体的なサイズおよび好ましい要素
の相互接続を容易に決定できるであろう。

【００４９】本発明の好ましい実施例において、プリン
トヘッド２０は既知の半導体製造技術（ＣＭＯＳ回路製
造技術、マイクロ電子機械構造（ＭＥＭＳ）製造技術、
その他）を使用して半導体材料（シリコン、その他）か
ら形成される。しかしながら、プリントヘッド２０が技
術分野において従来から知られているいかなる製造技術
を用いていかなる材料からも形成できることは特に熟慮
され、したがって、この開示の範囲内である。

【００５０】図１を再度参照して、少なくとも一つのノ
ズル１４が、プリントヘッド２０上に形成される。ノズ
ル１４は、プリントヘッド２０においてまた形成される
インク通路（図示せず）を通してインク供給３０と流体
連通されている。好ましい実施例において、プリントヘ
ッド２０は２つのノズル１４とそれぞれ流体連通される
２つのインク供給３０を有している。各々のインク供給
３０は、カラー印刷のために異なるカラーインクを含ん
でいてもよい。しかしながら、プリントヘッド２０は、
３つ以上のインクカラーを使用してカラー印刷を提供す
るために追加のインク供給３０および対応するノズル１
４を組み込んでいてもよいことは、特に熟慮され、した
がって、この開示の範囲内である。その上、白黒または
単色印刷は、単一のインク供給３０およびノズル１４を
使用して達成されてもよい。

【００５１】ヒーター１６は、対応するノズル１４の周
りのプリントヘッド２０上に少なくとも部分的に形成さ
れるかまたは配置される。ヒーター１６が放射状に対応
するノズル１４の端１５から離れて配置されていてもよ
いけれども、ヒーター１６は好ましくは対応するノズル
１４の端１５に近接して同心状に配置される。好ましい
実施例において、ヒーター１６は実質的に円形またはリ
ング形状に形成される。しかしながら、ヒーター１６が
部分的なリング、正方形、その他に形成されてもうよい
ことは特に熟慮され、したがって、この開示の範囲内で
ある。ヒーター１６は、導体１８を介して電気接触パッ
ド２２に電気的に接続される電気抵抗発熱要素１７を含
む。

【００５２】導体１８および電気接触パッド２２は、プ
リントヘッド２０上に少なくとも部分的に形成され、ま
たは配置されて、コントローラ４０およびヒーター１６
間の電気接続を提供してもよい。代わりに、コントロー
ラ４０およびヒーター１６間の電気接続は、いかなる周
知のやりかたで成し遂げられてもよい。その上、コント
ローラ４０は、比較的簡単な装置（ヒーター１６、その
他のためのパワー供給）または所望のやりかたで多くの
構成要素（ヒーター１６、機構１０、その他）を制御す
るように操作可能な比較的複雑な装置（ロジックコント
ローラ、プログラム可能なマイクロプロセッサ、その
他）であってもよい。

【００５３】図２を参照して、コントローラ４０によっ
てヒーター１６（カーブＡとして一般に示される）に提
供される活性化周波数の例および結果として生じる個々
のインク液滴１００および１１０は示されている。ヒー
ター１６の活性化の高周波は小さい体積の液滴１１０を
もたらし、ヒーター１６の活性化の低周波は大きい体積
の液滴１００をもたらす。ヒーター１６の活性化は、要
求され、対応するノズル１４を通して噴出されるインク
カラー；プリントメディアＷに対するプリントヘッド２
０の相対的な動き；および印刷されるべきイメージに基
づいて独立に制御されてもよい。多数の体積を有し、中
間の体積の液滴、その他をもたらすヒーター１６の中間
レンジの活性化周波数を含んで、多数の液滴が作られて
もよいことは特に熟慮され、したがって、この開示の範
囲内である。このように、大きい体積の液滴１１０およ
び小さい体積の液滴１１０に対する下の参照は、例の目
的だけであって、いかなるやりかたでも制限することと
解釈されてはならない。

【００５４】図３を参照して、本発明にしたがって作ら
れる装置（概して、インクジェットプリンタまたはプリ
ントヘッド）は示されている。大きい体積のインク液滴
１００および小さい体積のインク液滴１１０は、実質的
に流れにおける噴出経路Ｘに沿って、インク液滴形成機
構１０から噴出される。液滴偏向板システム４５は、イ
ンク液滴１００、１１０の経路Ｘに沿う移動につれて、
液滴１００、１１０に力（４６で一般に示される）を与
える。力４６は、経路Ｘに沿うインク液滴１１０、１１
０と相互に作用し、インク液滴１００、１１０にコース
を変えさせる。インク液滴１００、１１０が異なる体積
および質量を有するので、力４６は、小さい液滴１１０
を偏向角Ｄに沿って経路Ｘから分岐させて小さい液滴１
１０を大きい液滴１００から分離させる。一方、大きい
液滴１００は僅かしか力４６による影響を受けず、大き
い液滴１００は実質的に経路Ｘに沿って移動し続ける。

【００５５】液滴偏向板システム４５は、力４６を与え
るガスソース４８を含むことができる。一般的に、力４
６は、インク液滴の体積にしたがって選択的にインク液
滴を偏向させるように操作可能なインク液滴の流れに関
して、ある角度に位置させられる。より小さい体積を有
するインク液滴は、より大きい体積を有するインク液滴
よりも偏向される。

【００５６】液滴偏向板システム４５のガスソース４８
は、プレナム５２を通してガスの層流を容易にするため
に少なくとも一つのバッフル５４を有するプレナム５２
に連結されるガス圧力発生器５０を含む。プレナム５２
の端は、経路Ｘの近傍に位置させられる。回収プレナム
８０は、プレナム５２に対向して配置され、少なくとも
一つのバッフル８２を含む。加えて、バッフル８２は、
経路Ｘに近いその表面上で定義されるキャッチャー表面
８８を含む。あるいは、回収プレナム８０の表面は、そ
の上にキャッチャー表面を定義してもよい。インク回収
導管８４は、次の使用のためのインク再生器９２による
非印刷インク液滴の回収を容易にするために回収プレナ
ム８０に連通している。その上、負の圧力ソース９０に
連結する真空導管８６は、インク液滴分離およびインク
液滴除去を改善している回収プレナム８０内に負の圧力
を作るために回収プレナム８０に連通できる。

【００５７】操作中に、プリントメディアＷは、ドライ
ブローラ７０およびアイドルローラ７２により既知のや
りかたで、軸Ｘに直角な方向に搬送される。プリントメ
ディアＷの搬送は、機構１０の動きおよび／またはプリ
ントヘッド２０の動きにで調整される。これは、コント
ローラ４０を使用して既知のやりかたで達成されること
ができる。図４を参照して、インク供給３０からの加圧
されたインク９４は、作動流体９６のフィラメントを作
るプリントヘッド２０のノズル１４を通して噴出され
る。ヒーター１６は、作動流体９６のフィラメントを、
ある体積を有する各々のインク液滴（１００、１１０）
を伴う個々のインク液滴９８の流れに分けさせるさまざ
まな周波数で、選択的に活性化される。各々のインク液
滴（１００、１１０）の体積は、ヒーター１６の活性化
の周波数に依存する。

【００５８】印刷の間、ヒーター１６は、多数の体積を
有する多数のインク液滴を有するインクの流れを作るよ
うに選択的に活性化され、液滴偏向板システム４５は使
用できる。形成の後、大きい体積液滴１００も、小さい
体積液滴１１０より大きい質量および多くの運動量を有
する。ガスソース４８がインク液滴の流れと相互に作用
するので、個々のインク液滴は各々の液滴の体積および
質量にしたがって分離する。したがって、ガスソース４
８は大きい体積の液滴１００がプリントメディアＷに衝
突することを許容するために調整されることができる。
一方、小さい体積の液滴１１０は、それらが下方へ移動
し、キャッチャー表面８８に衝突し、またはそうでなけ
れば回収プレナム８０に入るにつれて偏向される。

【００５９】好ましい実施例を参照して、プレナム５２
の一端での正のガス圧力またはガス流は、インク液滴が
プリントメディアＷの方へ移動するにつれて、分離して
インク液滴を回収プレナム８０に向かって偏向する傾向
がある。泥除け８５は、回収プレナム８０に受け取られ
たインクがプリントメディアＷ上へ飛び散ることを防止
する。

【００６０】したがって、ヒーター１６は調整されるよ
うに制御されることができ、さまざまな色をイメージを
形成するためにプリントメディアＷ上に衝突させる。

【００６１】大きい体積の液滴１００と小さい体積の液
滴１１０（図３のＳとして示される）との間の分離の量
は、それらの相対的サイズのみならず、ガス・ソース４
８から来るガスの速度、密度および粘度；大きい体積の
液滴１００および小さい体積の液滴１１０の速度および
密度；および大きい体積の液滴１００および小さい体積
の液滴１１０がガス・ソース４８からのガスと相互作用
する相互作用距離（図３にＬとして示される）に基づ
く。空気、窒素、その他を含み、異なる密度および粘度
を有するガスはまた、類似した結果で使われることがで
きる。

【００６２】大きい体積の液滴１００および小さい体積
の液滴１１０は、いかなる適当な相対的なサイズでもあ
ることができる。しかしながら、液滴サイズは主にノズ
ル１４によるインク流量およびヒーター１６が循環され
る周波数によって決定される。流量は、主に、ノズルの
直径および長さ、インクに与えられる圧力およびインク
粘度、密度および表面張力のようなインクの流体特性の
ようなノズル１４の幾何学的特性によって決定される。
そのように、典型的インク液滴サイズは１から１０，０
００ピコリットルにわたってもよいが、これには限定さ
れない。

【００６３】１２ミクロン直径のノズルのために典型的
インク流量で、広範囲にわたる液滴サイズが可能である
が、大きい体積の液滴１００は直径約６０ミクロンの液
滴を生成する約１０ｋＨｚの周波数で、循環ヒーターに
よって形成されることができ、小さい体積の液滴１１０
は直径約２５ミクロン液滴を生成する約１５０ｋＨｚの
周波数で、循環ヒーターによって形成されることができ
る。これらの液滴は、１０ｍ／ｓの初速で概して移動す
る。上記の液滴速度およびサイズであっても、大きい体
積および小さい体積の液滴間の広範囲にわたる分離距離
Ｓは、使用するガスの物理的な特性、前記したようにガ
スの速度および相互作用距離Ｌ、に依存して可能であ
る。例えば、空気をガスとして使用する場合には、典型
的な空気の速度は１００から１０００ｃｍ／ｓまでにわ
たってもよいが、これに限定されない。一方、相互作用
距離Ｌは０．１から１０ｍｍまでにわたってもよいが、
これに限定されない。

【００６４】印刷および非印刷液滴を偏向させるために
ガスソース４８を使用することは、多種多様なインクに
対応するために機構１０を許容する。インクは、染料ま
たは顔料、その他を含んでいる水溶性または非水溶性の
溶媒ベースのインクを含むいかなるタイプであってもよ
い。その上、複数の色または単色のインクが使用可能で
ある。例えば、典型的インク（色が黒）の組成物は、消
イオン化された水であるバランスを伴う３．５％の染料
（Ｔｒｉｃｏｎ Ｃｏｌｏｒｓから入手可能な反応性ブ
ラック３１）、３％のジエチレングリコールを含む。

【００６５】いかなるタイプのインクでも使用するため
の、および多種多様な液滴サイズ、分離距離および液滴
偏向（図３に角度Ｄとして示される）を生成するための
能力は、紙、ビニル、布、他の大きい繊維の材料、その
他を含む多種多様な材料に印刷するのを許容する。本発
明は、非常に低いエネルギーおよびパワーしか必要とし
ない。なぜならば、大きい体積の液滴１００および小さ
い体積の液滴１１０を形成するために少量のパワーのみ
が必要だからである。その上、機構１０は帯電および偏
向装置を必要としない。パワー要求の低減を助けると共
に、これも機構１０の構成および液滴１００および１１
０の制御を単純化する。

【００６６】インク液滴形成機構１０は、ＣＭＯＳおよ
びＭＥＭＳ技術のような既知の技術を用いて製造される
ことができる。その上、機構１０はヒーター、圧電アク
チュエータ、熱アクチュエータ、その他を組み込むこと
ができる。いかなる数のノズル１４があってもよく、そ
して、ノズル１４間の分離は、汚れを防止し、所望の解
像度をもたらすための特定のアプリケーションにしたが
って調整されることができる。

【００６７】液滴偏向板システム４５は、いかなるタイ
プであってもよく、いかなる数の適当なプレナム、導
管、ブロワー、ファン、その他を含むことができる。そ
の上、液滴偏向板システム４５は、正圧力ソース、負圧
力ソースまたは双方を含むことができ、圧力勾配または
ガス流を作るためのいかなる要素でも含むことができ
る。回収プレナム８０は、偏向した液滴を捕えるための
いかなる構成であってもよく、必要に応じて換気される
ことができる。ガスソース４８は、ガス圧力発生器５
０、空気を動かすためのいかなるサービス、ファン、タ
ービン、ブロワー、静電空気可動装置、その他を含むい
かなる適当なソースであってもよい。ガスソース４８お
よびガス圧力発生器５０は、いかなる適切な方向のガス
流をも巧みに作ることができ、正または負の圧力を生成
することができる。

【００６８】プリントメディアＷは、いかなるタイプで
も、そして、いかなる形状でもよい。例えば、プリント
メディアは、ウェブまたはシートの形状でもよい。その
上、プリントメディアＷは、紙、ビニル、布、他の大き
い繊維の材料、その他を含む多種多様な材料から作られ
ることができる。いかなる機構も、従来のラスタスキャ
ン機構、その他のような媒体と関連してプリントヘッド
を移動させるために使われることができる。

【００６９】プリントヘッド２０は、シリコン基板、そ
の他を使用して形成されることができる。また、プリン
トヘッド２０は、いかなるサイズでもよく、それの構成
要素はさまざまな相対的な寸法を有していてもよい。ヒ
ーター１６、パッド２２および導体１８は、蒸着および
リソグラフィー技術、その他を通して形成され、パター
ン化されることができる。ヒーター１６は、電気抵抗ヒ
ーター、放射ヒーター、対流ヒーター、化学反応ヒータ
ー（吸熱性または放熱性）、その他のようないかなる形
状およびタイプの発熱要素でも含むことができる。本発
明は、いかなる適切なやりかたでも制御されることがで
きる。このように、コントローラ４０は、予め定められ
たプログラム、その他を有するマイクロプロセッサベー
スの装置を含むいかなるタイプであってもよい。

【００７０】図５〜図９を参照して、本発明の別の実施
例は、同様の参照符号を用いて記載される同様の要素を
伴って示されている。液滴偏向板システム４５は、イン
ク液滴１００、１１０が経路Ｘに沿って移動するにつれ
て、力（４６で一般に示される）をインク液滴１００、
１１０に与える。力４６は、経路Ｘに沿うインク液滴１
００、１１０と相互に作用して、インク液滴１００、１
１０にコースを変えさせる。インク液滴１００、１１０
が異なる体積および質量を有しているので、力４６は、
小さい液滴１１０を偏向角Ｄに沿って経路Ｘから分岐さ
せて小さい液滴１１０を大きい液滴１００から分離させ
る。一方、大きい液滴１００は僅かしか力４６による影
響を受けず、大きい液滴１００は実質的に経路Ｘに沿っ
て移動し続ける。

【００７１】図５において、力４６は、ガスソース４８
（正圧力ソース）によって生成される正ガス流（正圧
力）、および負圧力ソース９０（真空ソース、その他）
によって生成される負ガス流（負圧力）である。その
上、プレナム５２および回収プレナム８０はバッフル５
４、８２なしで形成される。

【００７２】図６および図７において、力４６はガスソ
ース４８（正圧力ソース）によって生成される正ガス流
（正圧力）である。その上、プレナム５２および回収プ
レナム８０は、バッフル５４、８２なしで（図６）、そ
して、バッフル５４、８２を伴って（図７）形成され
る。

【００７３】図８および図９において、力４６は負圧力
ソース９０（真空ソース、その他）によって生成される
負ガス流（負圧力）である。その上、プレナム５２およ
び回収プレナム８０は、バッフル５４、８２なしで（図
８）、そして、バッフル５４、８２を伴って（図９）形
成される。

【００７４】図１０を参照して、本発明の他の別の実施
例は示されている。図１０において、プリントヘッド２
０はインク搬送チャネル１１４の中に配置されるアクチ
ュエータ１１２を含む。アクチュエータ１１２は、電極
１１８および１２０を通して電圧ソース１１６と電気的
に接続されている。多数の振幅および／または周波数で
活性化されるときに、アクチュエータ１１２は大きい液
滴１００および小さい液滴１１０を形成して、ノズル１
２２を通して大きい液滴１００および小さい液滴１１０
を強制する。大きい液滴１００および小さい液滴１１０
は、それから図３を参照して上記されたように分離され
る。本実施例において、アクチュエータ１１２は圧電ア
クチュエータである。しかしながら、アクチュエータ１
１２が他の種類の電歪アクチュエータ、熱アクチュエー
タ、その他を含むことができることは、特に熟慮され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の好ましい実施例にしたがって作られ
るプリントヘッドの概略図である。

【図２】 図１の好ましい実施例において使用されるヒ
ーターの周波数制御を示す図である。

【図３】 本発明の前記好ましい実施例にしたがって作
られるインクジェットプリンタの概略図である。

【図４】 本発明の前記好ましい実施例にしたがって作
られるインクジェットプリントヘッドの断面図である。

【図５】 本発明にしたがって作られる他の実施例の概
略図である。

【図６】 本発明にしたがって作られる他の実施例の概
略図である。

【図７】 本発明にしたがって作られる他の実施例の概
略図である。

【図８】 本発明にしたがって作られる他の実施例の概
略図である。

【図９】 本発明にしたがって作られる他の実施例の概
略図である。

【図１０】 本発明にしたがって作られる他の実施例の
概略図である。

【符号の説明】

１０ インク液滴形成機構 １４ ノズル １５ ノズル端 １６ ヒーター １７ 発熱体 １８ 導体 ２０ プリントヘッド ２２ パッド ３０ インク供給 ４０ コントローラ ４５ 液滴偏向板システム ４６ 力 ４８ ガスソース ５０ 空気流発生器 ５２ プレナム ５４ バッフル ７０ ドライブローラ ７２ アイドルローラ ８０ 回収プレナム ８２ バッフル ８４ インク回収導管 ８５ 泥除け ８６ 真空導管 ８８ キャッチャー表面 ９０ 負の圧力ソース ９２ インク再生器 ９４ 加圧されたインク ９６ 作動流体のフィラメント ９８ 個々のインク液滴の流れ １００ 大きい液滴 １１０ 小さい液滴 １１２ アクチュエータ １１４ インク搬送チャネル １１６ 電圧ソース １１８ 電極 １２０ 電極 １２２ ノズル Ｗ プリントメディア Ｌ 相互作用距離 Ｓ 分離距離 Ｄ 偏向角 Ｘ 噴出経路

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2C057 DA05 DB01 DB02 DC03 DC08 DC17 DE10

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 選択的に複数の体積を有するインク液滴
   の流れを作るように適合されたインク液滴形成機構、お
   よび前記インク液滴の流れに関してある角度で配置され
   る、前記インク液滴の流れと相互に作用して前記多数の
   体積の中の他の体積を有するインク液滴から前記多数の
   体積の中の1つ体積を有するインク液滴を分離するガス
   流を有する液滴偏向板を含むイメージを印刷する装置。
2. 【請求項２】 多数の体積を有するインク液滴の流れを
   選択的に形成すること、 前記インク液滴の流れに関してある角度でガス流を設け
   ること、 前記インク液滴の流れの中の前記多数の体積の他の体積
   を有するインク液滴から、前記インク液滴の流れの中の
   前記多数の体積の1つの体積を有する液滴を分離するこ
   と、 前記多数の体積の他の体積を有する前記インク液滴を集
   めること、および 前記多数の体積の1つの体積を有する前記インク液滴を
   プリントメディアに接触させることを許容することを含
   むイメージを印刷する方法。
3. 【請求項３】 経路に沿って移動する第1の体積を有す
   る液滴を形成する第1 の状態、および前記経路に沿って移動する第2の体積を
   有する液滴を形成する第2の状態において操作可能な液
   滴形成機構、および前記経路に沿って移動する前記液滴
   に、前記第2の体積を有する液滴から前記第１の体積を
   有する液滴を分離するように、力を印加するシステムを
   含むイメー ジを印刷する装置。