JP2002225316A - イメージ印刷する装置及びインク液滴を分ける方法 - Google Patents

イメージ印刷する装置及びインク液滴を分ける方法

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JP2002225316A JP2001385392A JP2001385392A JP2002225316A JP 2002225316 A JP2002225316 A JP 2002225316A JP 2001385392 A JP2001385392 A JP 2001385392A JP 2001385392 A JP2001385392 A JP 2001385392A JP 2002225316 A JP2002225316 A JP 2002225316A
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デイビッド・エル・ジーンメイア
James M Chwalek
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Christopher N Delametter
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 イメージを印刷する装置を提供する。 【解決手段】 装置は、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ための第１の状態、および同
じ経路に沿って移動する多数の他の体積を有する液滴を
形成するための第２の状態において操作可能な液滴形成
機構を含む。液滴偏向板システムは、経路に沿って移動
する液滴に力を与える。力は、第１の体積を有する液滴
が前記経路から分岐し、他の体積を有する多数の液滴が
実質的に前記経路に沿って移動し続け、または僅かに分
岐して、側溝経路に沿って移動し始めるように与えられ
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、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、特に液体イン
ク流れを、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。最も一般に作製される圧電材
料は、ジルコン酸チタン酸鉛のようなセラミックス、チ
タン酸バリウム、チタン酸鉛および鉛メタニオベート
（ｍｅｔａｎｉｏｂａｔｅ）である。
【０００５】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。
【０００６】「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。
【０００７】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。
【０００８】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み、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。従来の連続インクジェットプリンタの例は
１９３３年１２月２６日にＨａｎｓｅｌｌに発行された
米国特許第１，９４１，００１号；１９６８年３月１２
日にＳｗｅｅｔ他に発行された米国特許第３，３７３，
４３７号；１９６３年１０月６日にＨｅｒｔｚ他に発行
された米国特許第３，４１６，１５３号；１９７５年４
月１５日にＥａｔｏｎに発行された米国特許第３，８７
８，５１９号；および１９８２年８月２４日にＨｅｒｔ
ｚに発行された米国特許第４，３４６，３８７号を含
む。
【０００９】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
に適用されるこを許容することができる。
【００１０】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。
【００１１】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。
【００１２】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。
【００１３】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。
【００１４】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
過度の時間がが必要とされることにおいて、必然的に遅
い。
【００１５】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。
【００１６】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。
【００１７】「ガス流インク液滴分離を有するプリント
ヘッドおよびインク液滴を広げる方法」と題され、同時
に出願され、共通に譲渡された米国特許出願は、印刷装
置を開示する。装置は、液滴偏向板システムおよび液滴
形成機構を含む。印刷の間、大きい体積および小さい体
積を有する多数のインク液滴は、流れの中において形成
される。液滴偏向板システムは、各々の液滴体積にした
がって分かれさせるための個々のインク液滴をもたらす
インク液滴の流れと相互に作用する。したがって、大き
い体積の液滴はプリントメディアに衝突することを許容
でき、同時に小さい体積の液滴は、それらが下向きに移
動してキャッチャー表面に衝突するにつれて偏向され
る。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】上記した装置がその意
図された目的のために極めてよく動くと共に、概して大
きい体積のインク液滴によって印刷されるイメージは、
小さい体積のインク液滴によって印刷されるイメージが
より低い解像度を有する。
【００１９】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
のインクジェットプリントヘッドおよび簡単な構造のプ
リンタを提供する必要があることが分かる。
【００２０】本発明の目的は、連続インクジェットプリ
ントヘッドおよびプリンタの構造を単純化することであ
る。
【００２１】本発明の他の目的は、連続インクジェット
プリントヘッドおよびプリンタのエネルギー要求および
パワー要求を減少させることである。
【００２２】本発明のさらに他の目的は、大きい体積の
インクを用いて高解像度のイメージを描写できる連続イ
ンクジェットプリントヘッドおよびプリンタを提供する
ことである。
【００２３】本発明のさらに他の目的は、多種多様な材
料上に多種多様なインクで印刷することができる連続イ
ンクジェットプリントヘッドおよびプリンタを提供する
ことである。
【００２４】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴によれば、
イメージを印刷するための装置は、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ための第１の状
態、および同じ経路に沿って移動する多数の他の体積を
有する液滴を形成するための第２の状態において操作可
能な液滴形成機構を含む。多数の他の体積の各々は第１
の体積より大きい。液滴偏向板システムは、経路に沿っ
て移動する液滴に液滴が経路から分かれる第１の体積を
有するような方向に与えられる力を与える。
【００２５】本発明の他の特徴によれば、イメージを印
刷する装置は、経路に沿って移動する印刷液滴を形成す
るための第１の状態、および同じ経路に沿って移動する
非印刷液滴を形成するための第２の状態において操作可
能な液滴形成機構を含む。システムは、経路に沿って移
動する印刷液滴および非印刷液滴に、印刷液滴が経路か
ら分かれて印刷経路に沿う移動を開始するような方向に
与えられる力を与える。
【００２６】本発明の他の特徴によれば、インク液滴を
分ける方法は、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；経路に沿って移動する多数の他
の体積を有する液滴を形成すること；および第１の体積
を有する液滴を経路から別れさせることを含む;本発明
の他の特徴および利点は、以下の本発明の好ましい実施
例および添付の図面から明らかになるであろう。
【００２７】
【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。
【００２８】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。インク液滴
形成機構１０は、プリントヘッド１２、少なくとも一つ
のインク供給１４およびコントローラ１６を含む。しか
しながら、インク液滴形成機構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。
【００２９】本発明の好ましい実施例において、プリン
トヘッド１２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１２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。
【００３０】図１を再度参照して、少なくとも一つのノ
ズル１８が、プリントヘッド１２上に形成される。ノズ
ル１８は、プリントヘッド１２においてまた形成される
インク通路２０を通してインク供給１４と流体連通され
ている。それは、特に熟慮され、したがって、この開示
の範囲内において、プリントヘッド１２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
加のインク供給および対応するノズル１８を組み込んで
いてもよい。その上、白黒または単色印刷は、単一のイ
ンク供給１４およびノズル１８を使用して達成されても
よい。
【００３１】ヒーター２２は、対応するノズル１８の周
りのプリントヘッド１２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２２が放射状に対応
するノズル１８の端から離れて配置されていてもよいけ
れども、ヒーター２２は好ましくは対応するノズル１８
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２２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２２が部分的なリン
グ、正方形、その他に形成されることは特に熟慮され、
したがって、本開示の範囲内である。好ましい実施例に
おけるヒーター２２は、導体２８を介して電気接触パッ
ド２６に電気的に接続される電気抵抗発熱要素２４を含
む。
【００３２】導体２８および電気接触パッド２６は、プ
リントヘッド１２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１６およびヒーター２２
間の電気接続を提供してもよい。代わりに、コントロー
ラ１６およびヒーター２２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１６は、比較的簡単な装置（ヒーター２２、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２２、インク液滴形成機構１０、プ
リントドラム８０、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。
【００３３】図２の（Ａ）および（Ｂ）を参照して、コ
ントローラ１６によってヒーター２２に与えられる電気
的活性化波形の例は、一般に図２の（Ａ）に示される。
このヒーター作動との組み合わせにおいて、ノズル１８
からのインクの噴出からもたらされる個々のインク液滴
３０、３１および３２は概略的に図２の（Ｂ）に示され
る。高周波のヒーター２２の活性化は小さい体積の液滴
３１、３２をもたらし、一方低高周波のヒーター２２の
活性化は大きい体積の液滴３０をもたらす。
【００３４】イメージ・ピクセルにつき多数の液滴の印
刷することを許す好適なインプリメンテーションにおい
て、イメージピクセルの印刷と関連する時間３９は、１
つのより大きい非印刷液滴３０を作るための時間をプラ
スして、小さい印刷液滴３１、３２の作成のために留保
されている時間副間隔を含む。図２の（Ａ）において図
示の単純化のために２つの小さい印刷液滴３１、３２の
作成のための時間だけが示されているが、大きな総数の
印刷液滴のための長い時間が本発明の範囲内であること
は理解されるべきである。
【００３５】各々のイメージピクセルを印刷するとき
に、概して０．１から１０マイクロ秒、より好ましくは
０．５から１．５マイクロ秒の持続期間の電気パルス時
間３３を伴うヒーター２２の活性化を通して大きい液滴
３０がつくられる。電気パルス３４を有する遅延時間３
６以後の、電気パルス３４を伴うヒーター２２の追加的
な（任意の）活性化は、少なくとも一つの印刷液滴が必
要なイメージデータに従って実行される。イメージデー
タが、作られるべき他の印刷液滴を必要とする場合に、
パルス３５を伴う遅延３７の後、ヒーター２２は再び活
性化される。
【００３６】ヒーター活性化電気パルス時間３３、３４
および３５は、遅延時間３６および３７が実質的に類似
しているように、実質的に類似している。遅延時間３６
および３７は、概して１から１００マイクロ秒、より好
ましくは３から６マイクロ秒である。遅延時間３８は、
最大数の印刷液滴の形成および３９で一般に示されてい
る各イメージピクセル時間を伴う次のイメージピクセル
を開始することと両立する電気パルス時間３３の開始後
の残り時間である。ヒーター２２の電気パルス時間３３
および遅延時間２８の合計は、ヒーター活性化時間３４
または３５および遅延時間３６または３７の合計よりか
なり大きくなるように選ばれ、それで、小さい印刷液滴
に対する大きい非印刷液滴の体積比率は優先的に４以上
である。
【００３７】ヒーター２２の活性化が必要で、対応する
ノズル１８を通して放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１２の動き、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
よいことは明らかである。
【００３８】小さい液滴３１および３２および大きい液
滴３０の絶対体積がインクおよびメディアタイプまたは
イメージフォーマットおよびサイズのような特定の印刷
要求に基づいて調整されてもよいことは、特に熟慮さ
れ、したがって、この開示の範囲内である。
【００３９】このように、大きい体積の非印刷液滴３０
および小さい体積の印刷液滴３１および３２に対する後
の参照は、サンプル目的だけのためのコンテキストにお
いて相関的で、いかなるやりかたにおいても制限するこ
とと解釈されてはならない。
【００４０】図２の（Ｃ）から（Ｆ）を参照して、本発
明の好ましい実施例において各イメージピクセル時間３
９が実質的に一定のままであるように、大きい液滴３０
は、ヒーター２２によって生成された小さい液滴３１、
３２、１３６の数に基づいて、サイズ、体積および質量
が変化する。図２の（Ｃ）および（Ｄ）において、１つ
だけの小さい液滴３１が生成される。このように、大き
い液滴３０の体積は、図２の（Ｂ）および（Ｆ）におけ
る大きい液滴３０に対して相対的に増加される。図２の
（Ｅ）および（Ｆ）において、複数の小さい液滴３１、
３２、１３６が生成される。このように、大きい液滴３
０の体積は、図２の（Ｂ）および（Ｄ）における大きい
液滴３０の体積に対して相対的に減少される。好ましく
は上記の通りの好ましい実施例における４の因子によっ
て、図２の（Ｆ）における大きい液滴３０の体積は、小
さい液滴３１、３２、１３６の体積よりさらに大きい。
【００４１】ヒーター２２が遅延時間１３４だけ非活性
化された後、電気パルス時間１３２の間ヒーター２２を
活性化することによって小滴１３６が生成される。
【００４２】好ましいインプリメンテーションにおい
て、小さい液滴３１、３２、１３６がプリントメディア
Ｗに衝突する印刷液滴を形成し、大きい液滴３０がイン
クガタリング構造６０によって集められる。しかしなが
ら、大きい液滴３０が印刷液滴を形成することができ、
小さい液滴３１、３２、１３６がインクガタリング構造
６０によって集められることは、特に熟慮される。これ
は、いかなる既知の方法でも、インクガタリング構造６
０を、インクガタリング構造６０が小さい液滴３１、３
２、１３６を集めるように再配置することによって成し
遂げられ得る。このやり方の印刷は、変化するサイズお
よび体積を有する印刷液滴を提供する。
【００４３】図３を参照して、本発明にしたがって作ら
れる印刷装置４２（概して、インクジェットプリンタま
たはプリントヘッド）の一実施例が示されている。大き
い体積のインク液滴３０および小さい体積のインク液滴
３１および３２は、流れの経路Ｘに実質的に沿ってプリ
ントヘッド１２から噴出される。液滴偏向板システム４
０は、経路Ｘに沿ってインク液滴３０、３１および３２
を移動させるように、インク液滴３０、３１および３２
に力（一般に４６で示される）を与える。力４６は経路
Ｘに沿うインク液滴３０、３１および３２に相互作用
し、インク液滴３１および３２にコースを変えさせる。
インク液滴３０がインク液滴３１および３２と異なる体
積および質量を有するように、力４６は、小さい液滴３
１および３２を小さい液滴または印刷経路Ｙに沿って経
路Ｘから分けられる小さい液滴３１および３２を伴う大
きい液滴３０から分離させる。一方、大きい液滴３０は
僅かに力４６による影響を受けることができ、大きい液
滴３０は実質的に経路Ｘに沿って移動し続ける。しかし
ながら、大きい液滴３０の体積が減少するように、大き
い液滴３０は僅かに経路Ｘから分けられて、側溝経路Ｚ
（図４を参照して更に詳細に示される）に沿って移動し
始めることができる。インク液滴３０、３１および３２
に対する力４６の相互作用は、図４を参照して下に更に
詳細に説明される。
【００４４】液滴偏向板システム４０は、力４６を与え
るガスソースを含むことができる。一般的に、力４６は
インク液滴体積に依存してインク液滴を選択的に偏向さ
せるように操作可能なインク液滴の流れに関して、ある
角度に配置される。小さい体積の液滴は、より大きい体
積のインク液滴よりも偏向される。
【００４５】液滴偏向板システム４０は、プレナム４０
を通してのガスの層流を容易にする。液滴そらせ板シス
テム４０の端４８は、経路Ｘの近傍に配置される。イン
ク回収導管７０は、液滴偏向板システム４０の再循環プ
レナム５０の反対側に配置されて薄層をなすガス流れを
促進し、経路Ｘに沿って移動している液滴流れを空気の
外部空気妨害から保護する。インク回収導管７０は、プ
リント・ドラム８０によって担持される記録媒体Ｗに継
続させるために、大きい液滴３０の経路を妨害し、小さ
いインク液滴３１、３２が小さい液滴経路Ｙに沿って移
動することを許容することが目的であるインクガタリン
グ構造６０を含む。
【００４６】インク回収導管７０は、次の再利用のため
のインクリターンライン１００によって非印刷インク液
滴の回収を容易にするためにインク回収タンクと連通す
る。インク回収タンク９０は、プリントヘッド１２が迅
速に走査されているところでアプリケーションにおいて
インクがはねることを防止する開いたセルスポンジまた
は泡１３０を含むことができる。負圧源１１２と結合さ
れる真空導管１１０は、インク回収導管７０内に負圧を
つくって、インク液滴分離およびインク液滴除去を改善
するためにインク回収タンク９０と連通することができ
る。インク回収導管７０内のガス流速は、しかしなが
ら、小さい液滴経路Ｙを有意に混乱させることがないよ
うに選択される、加えて、ガス再循環プレナム５０は、
インク回収導管７０に引き込まれるガスのためのソース
を提供するためにインク液滴経路Ｘと交差しているガス
流の小部分をそらす。
【００４７】好ましいインプリメンテーションにおい
て、液滴偏向板システム４０およびインク回収導管７０
におけるガス圧は、インク回収導管７０および再循環プ
レナム５０の組み合わせにおいて、インクガタリング構
造６０に近いプリントヘッドアセンブリ内のガス圧はプ
リント・ドラム８０の近くの周囲空気圧力に関してポジ
ティブであるように調整される。環境の塵および紙繊維
は、このようにインクガタリング構造６０に接近し、付
着することがやめさせられ、加えて、インク回収導管７
０に入ることから締め出される。
【００４８】運転中に、記録媒体Ｗは、既知のやりかた
でプリントドラム８０によって、経路Ｘに対して直角な
方向に搬送される。記録媒体Ｗの搬送は、プリントメカ
ニズム１０の動ききおよび／またはプリントヘッド１２
の動きに整合される。
【００４９】これは、既知のやりかたでコントローラ１
６を使用して達成される。
【００５０】図４を参照して、本発明の他の実施例が示
されている。インク供給１４からの加圧されたインク１
４０は、作動流体１４５のフィラメントをつくっている
プリントヘッド１２のノズル１８を通して噴出される。
液滴形成機構１３８、例えばヒーター２２は、作動流体
１４５のフィラメントを、ヒーター２２の活性化の周波
数によって決定される各々のインク液滴３０、３１、３
２の体積を伴う個々のインク液滴３０、３１、３２の流
れに分ける種々の周波数で、選択的に活性化される。
【００５１】印刷の間、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つくる液滴形成機構１３
８、例えばヒーター２２、は選択的に活性化され、液滴
偏向板システム４０は運転可能である。形成の後、大き
い体積の液滴３０も、小さい体積の液滴３１および３２
よりも大きい質量および運動量を有する。ガスの力４６
がインク液滴の流れと相互に作用するにつれて、個々の
インク液滴は各々の液滴体積および質量にしたがって分
かれる。したがって、液滴偏向板システム４０のガス流
量は、小さい体積の液滴３１および３２がプリントメデ
ィアＷに衝突し、大きい体積の液滴３０が経路Ｘに沿っ
たままで下方へ移動し、または僅かにそれて側溝経路Ｚ
に沿って移動することを許容する、大きい液滴経路Ｘか
ら小さい液滴経路Ｙにおける充分な分化のために調節可
能である。最終的に、液滴３０は、インクガタリング構
造６０に衝突し、またはそうでなければ回収導管７０に
落ちる。
【００５２】好ましい実施例において、液滴偏向板シス
テム４０の端４８におけるポジティブな力４６（ガス圧
またはガス流）は、インク液滴３１、３２がプリント・
メディアＷの方へ移動するにつれて、インク液滴３１お
よび３２をインク回収導管７０から分離させ偏向させる
傾向がある。大きい体積の液滴３０と小さい体積の液滴
３１および３２（図４にＳとして示される）との間の分
離の量は、それらの相対的なサイズのみならず、液滴偏
向板システム４０から来るガスの速度、密度、および粘
度；大きい体積の液滴３０および小さい体積の液滴３１
および３２の速度および密度はの密度；および大きい体
積液滴３０と小さい体積液滴３１および３２とが力４６
を伴って液滴偏向板システム４０から流れているガスと
相互に作用する相互作用距離（図４にＬとして示され
る）にも依存する。異なる密度および粘性を有する空
気、窒素、その他を含むガスは、類似した結果を伴って
使われることができる。
【００５３】大きい体積の液滴３０および小さい体積液
滴３１および３２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、液滴サイズは主と
してノズル１８を通るインク流量、およびヒーター２２
がサイクルされる周波数によって決定される。流量は、
ノズル直径および長さ、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１８の幾何学的特性によって主と
して決定される。そのように、典型的インク液滴のサイ
ズは、１から１０，０００ピコリットルまで変動する
が、これに限定されない。
【００５４】広範囲にわたる液滴サイズが可能であるけ
れども、典型的なインク流量で、１０ミクロンの直径の
ノズルのために、大きな体積の液滴３０が、体積が約２
０ピコリットルの液滴を生成する約５０ｋＨｚの周波数
でヒーターをサイクルすることによって形成され、小さ
い体積の液滴３１および３２が、体積が約5ピコリット
ルの液滴を生成する約２００ｋＨｚの周波数でヒーター
をサイクルすることによって形成される。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
度およびサイズを伴っていても、大きい体積および小さ
い体積の液滴間の広範囲の分離距離Ｓは、前に述べたよ
うに、使用されるガスの物理的な特性、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、ガ
スとして空気を用いる時に、典型的な空気の速度が速度
が１００から１０００ｃｍ／ｓまで変動するけれどもこ
れに限定されず、相互作用距離Ｌが０．１から１０ｍｍ
まで変動するけれどもこれに限定されない。
【００５５】ほとんど全ての流体は、温度に伴う表面張
力のゼロ以外の変化を有する。その技術においてよく知
られているように、作動流体１４５内の表面張力の空間
的変化によって液体の文化が駆動されるので、プリント
メカニズム１０が種々のインクに適応することを許容す
るヒーター２２はしたがって、作動流体１４５を液滴３
０、３１、３２に分けることが可能である。インクは、
水溶性もしくは非水溶性の溶媒をベースとする、染料、
顔料、その他の何れかを含むインクを含むどのようなタ
イプであってもよい。加えて、複数の色または単色のイ
ンクが使われることができる。
【００５６】いかなる種類ものインクを使用し、多種多
様な液滴サイズ、分離距離（図４にＳとして示される）
および液滴偏向（図４に分岐角度Ｄとして示される）を
生成する能力は、紙、ビニル、布、他の繊維材料、その
他を含む多種多様な材料への印刷を許容する。本発明も
非常に低いエネルギーおよび力しか必要としない。なぜ
ならば、大きい体積の液滴３０および小さい体積の液滴
３１および３２を形成するために少しの量のパワーしか
必要でないからである。加えて、プリントメカニズム１
０は、帯電装置および偏向装置を必要とせず、インク
は、特定の範囲の電気伝導度である必要はない。パワー
の要求の低減を助けると共に、これも液滴形成機構１０
の構造およびインク液滴３０、３１および３２の制御を
簡単化する。
【００５７】プリントヘッド１２は、ＣＭＯＳおよびＭ
ＥＭＳ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。加えて、インク液滴３０、３１、３２をつく
るために、プリントヘッド１２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１８があってもよく、そし
て、ノズル１８間の距離はインクの合併を避けるための
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、所望の解像度を実現することができる。
【００５８】プリントヘッド１２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１２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２２、電気接触パッド２６および導体２８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２２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、いかなる適切な方法でも制御されるこ
とができる。このように、コントローラ１６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。
【００５９】液滴偏向板システム４０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、その他を含んでいてもよい。そ
の上、液滴偏向板システム４０は、正圧力ソース、負圧
力ソースまたは双方を含んでもよく、圧力勾配またはガ
ス流れを作るためのいかなる要素をも含んでもよい。イ
ンク回収導管７０は、偏向された液滴を捕えるためのい
かなる構成でもよく、必要に応じて換気されることがで
きる。
【００６０】プリントメディアＷは、いかなるタイプで
も、そして、いかなる形式であってもよい。例えば、プ
リントメディアは、ウェブまたはシートの形であっても
よい。その上、プリントメディアＷは、紙、ビニル、
布、他の大きい繊維材料、その他を含む多種多様な材料
から作られてもよい。従来のラスタ・スキャン機構、そ
の他のような、メディアに対してプリントヘッドを相対
的に移動させるためのいかなる機構も使用可能である。
【００６１】図５を参照して、本発明の他の実施例は、
同様の要素を同様の参照符号で記述して示されている。
【００６２】インク液滴３０、３１および３２が経路Ｘ
に沿って移動するにつれて、偏向板プレナム１２５はイ
ンク液滴３０、３１および３２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３
０、３１および３２と相互作用し、インク液滴３１およ
び３２のコースを変更させる。インク液滴３０、３１お
よび３２が異なる体積および質量を有しているので、力
４６は、経路Ｘから分岐し、小さい液滴経路Ｙに沿う小
さい液滴３１および３２を伴って小さい液滴３１および
３２を大きい液滴３０から分離させる。大きい液滴３０
は、僅かしか力４６による影響を受けないことができ
る。このように、大きい液滴３０は、大きい液滴の経路
Ｘに沿う移動、または僅かな分岐および経路Ｘから僅か
だけ分岐した側溝経路Ｚに沿う移動の開始の何れでも継
続する。図５において、力４６は真空ソースによる作ら
れた負圧から、負の圧力ソース１１２、その他を起こ
し、変更板プレナム１２５を通して連通した。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の好ましい実施例に従って作られるプ
リントヘッドの概略平面図である。
【図２】 （Ａ）〜（Ｆ）は、 図１の好ましい実施例
において使用されるヒータの周波数制御および結果とし
て生じるインク液滴を示す図である。
【図３】 本発明の好ましい実施例に従って作られるイ
ンクジェットプリンタの概略図である。
【図４】 本発明の好ましい実施例に従って作られるイ
ンクジェットプリントヘッドの部分的な断面概略図であ
る。
【図５】 本発明の代わりの実施例に従って作られるイ
ンクジェットプリンタの概略図である。
【符号の説明】
１０…インク液滴形成機構、１２…プリントヘッド、１
４…インク供給、１６…コントローラ、１８…ノズル、
２０…インク通路、２２…ヒーター、２４…電気抵抗発
熱要素、２６…電気接触パッド、２８…導体、３０…液
滴、３１…液滴、３２…液滴、３４…電気パルス、３６
…遅延時間、３８…遅延時間。
フロントページの続き (72)発明者 クリストファー・エヌ・デラメッター アメリカ合衆国14624ニューヨーク州ロチ ェスター、テイロス・ウェイ２番 Ｆターム(参考） 2C057 CA01 DB02 DC09 DC17

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 経路に沿って移動する第１の体積を有す
    る液滴を形成するための第１の状態、および前記経路に
    沿って移動する多数の他の体積を有する液滴を形成する
    ための第２の状態において操作可能であり、多数の前記
    他の体積の各々は前記第１の体積より大きい液滴形成機
    構；および前記経路に沿って移動する前記液滴に前記液
    滴が前記経路から分かれる前記第１の体積を有するよう
    な方向に与えられる力を与える液滴偏向板システムを含
    むイメージを印刷する装置。
  2. 【請求項２】 経路に沿って移動する印刷液滴を形成す
    るための第１の状態、および前記経路に沿って移動する
    非印刷液滴を形成するための第２の状態において操作可
    能な液滴形成機構；および経路に沿って移動する前記印
    刷液滴および前記非印刷液滴に、前記印刷液滴が前記経
    路から分かれて前記印刷経路に沿う移動を開始するよう
    な方向に与えられる力を与えるシステムを含むイメージ
    を印刷する装置。
  3. 【請求項３】 経路に沿って移動する第１の体積を有す
    る液滴を形成すること；前記経路に沿って移動する多数
    の他の体積を有する液滴を形成すること；および前記第
    １の体積を有する前記液滴を前記経路から別れさせるこ
    とを含むインク液滴を分ける方法。
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