JP2004168059A - インク液滴を印刷媒体にほぼ垂直に当てて印刷する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来のインクジェットプリントヘッドで制御された液滴配置を、印刷用と非印刷用の経路に液滴を分けるためにガス流偏向器を用いて改善する。
【解決手段】 インク液滴を印刷媒体にほぼ垂直に当てて印刷する方法は、プリントヘッドに形成された複数のノズル孔から第１体積を有する第１インク液滴と第２体積を有する第２インク液滴をインクストリームとして出射するステップと、前記第１インク液滴又は前記第２インク液滴のいずれか一方を印刷媒体に対してほぼ垂直に当たる位置に向けるステップと、前記第１インク液滴又は前記第２インク液滴のいずれか一方を異なる液滴経路に沿って弁別するステップと、前記第１インク液滴又は前記第２インク液滴のいずれか一方をインクガターで捕獲するステップと、前記第１インク液滴又は前記第２インク液滴のいずれか一方を印刷媒体にほぼ垂直に当てるステップとを含む。
【選択図】 図６

Description

本発明は、およそデジタル制御プリント装置に関し、特に、液体インクストリームが複数の液滴にバラバラにされ、そのいくつかが選択的に偏向される連続インクジェットプリンタに関する。

一般に「連続ストリーム」又は「連続」インクジェットプリントとして知られている印刷技術では、インク液滴の連続ストリームを生み出す圧力が印加されたインク源を用いる。従来の連続インクジェットプリンタでは、インクのフィラメントが個々のインク液滴にバラバラになる箇所の近くに設けられた静電帯電デバイスを用いている。インク液滴は電気的に帯電させられ、偏向電極によってしかるべき位置に向けられる。印刷しない場合には、インク液滴は捕獲機構（時にキャッチャー、インタセプタ、あるいはガターと呼ばれる）に向けられる。印刷する場合には、インクは印刷媒体に当てるように向けられる。

およそ連続インクジェットプリント装置はドロップ・オン・デマンド装置より速く、より高品質の画像及びグラフィックを生み出す。しかし、それぞれの色ごとに液滴形成部、偏向部、捕獲システムがそれぞれ必要となる。

米国特許第１９４１００１号（第１特許文献）及び米国特許第３３７３４３７号（第２特許文献）には、それぞれ印刷するインク液滴を選択的に帯電させ、記録媒体に向って偏向させる連続インクジェットノズル列が記載されている。この技術は、双対偏向型（binary deflection）の連続インクジェットプリントとして知られている。

米国特許第３４１６１５３号（第３特許文献）には、連続インクジェットプリントにおいて、小さいアパーチャを介して通った液滴の数を調節するために帯電した液滴のストリームの静電分散を用いて印刷スポットの光学濃度を変化させる方法が記載されている。

米国特許第３８７８５１９号（第４特許文献）には、帯電したトンネルと偏向板とによる静電的偏向を用いて液体ストリームでの液滴形成を同期させる方法及び装置が記載されている。

米国特許第４３４６３８７号（第５特許文献）には、傾斜電場を有する電場中に配置された液滴形成点において圧力が印加された液体のストリームをバラバラにすることによって形成された液滴の帯電量を制御する方法及び装置が記載されている。液滴形成は、その形成点における液滴に付与される所定の電荷に対応する電場の影響を受ける。さらに、帯電したトンネル、偏向板は実際に液滴を偏向させるために用いられる。

米国特許第４６３８３８２号（第６特許文献）には、インクストリームをノズルから所定距離離れたところでそれぞれの液滴にバラバラにするために複数のノズルから入ったインクストリームを攪拌する定温パルスを用いた連続インクジェットプリントヘッドが記載されている。ここで、液滴は帯電電極によってそれぞれ帯電し、液滴経路に配置された偏向板によって偏向させられる。

従来の連続インクジェットプリンタでは、静電帯電デバイス及び偏向板を用いているので、有効に操作するために多くの部材や大きな体積の空間を必要とする。このため、連続インクジェットのプリントヘッド及びプリンタは複雑になり、高エネルギーを必要とし、製造が困難で、制御が難しい。

米国特許第３７０９４３２号（第７特許文献）には、トランスジューサを用いて作動液を一定間隔のインク液滴にバラバラにするインクストリームを刺激する方法及び装置が記載されている。インク液滴にバラバラにする前のフィラメントの長さは、トランスジューサに供給される刺激エネルギーを制御することによって制限され、高振幅の刺激によって短いフィラメントが得られ、低振幅の刺激によって長いフィラメントが得られる。長いフィラメント及び短いフィラメントのの両端間の中間で液体の経路に対して気流が生成される。気流は、インク液滴自体の軌道に影響を与えるのではなく、フィラメントが分解されて液滴になる直前にフィラメントの軌道に影響を与える。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道を制御でき、又は、ある軌道から別の軌道に切り替えることができる。これによって、あるインク液滴をキャッチャーに向け、別のインク液滴を印刷部材に当るようにすることができる。

この方法では液滴の軌道に影響を与える静電気的手段には頼っていないが、フィラメントの分解点及びその分解点に気流の中心を向ける正確な制御によっている。このようなシステムは、その制御も製造も難しい。さらに、２つの液滴の経路間の物理的な分離と差も小さく、制御も困難である。

米国特許第４１９０８４４号（第８特許文献）には、非印刷用の液滴をキャッチャーに向ける第１気体偏向器と、印刷用インク液滴を振動させる第２気体偏向器とを備えた連続インクジェットプリンタが記載されている。また、ソビエト連邦特許第５８１４７８号及び欧州特許第４９４３８５号にも同様の構成が記載されている。インクストリームはプリントヘッドから供給され、個々のインク液滴に分解する。インク液滴は、第１気流偏向器、第２気流偏向器、あるいはその両方によって選択的に偏向される。第１気流偏向器は、中央制御ユニットから受けた２つの識別可能な電気的信号のうちの一つに従って一つのノズルを開放又は選択のいずれか一方を行うダイヤフラムを有する「オン／オフ」型である。これによってインク液滴が印刷用であるか非印刷用であるかを決定する。第２気流偏向器は、中央制御ユニットで受けた可変量の電気的信号に応じてノズルの開口量を変化させるダイヤフラムを有する連続型である。第２気流偏向器によって印刷用インク液滴を振動させるので、同時に一つのキャラクタを印刷できる。第１気流偏向器のみを用いた場合には、キャラクタは同時に一列だけ形成され、プリントヘッドを繰り返して横断させてキャラクタ全体が形成される。

この方法では、液滴の軌道に影響を与えるのに静電気的手段に頼っていないが、第１「オン／オフ」型気流偏向器の正確な制御及び正確なタイミングによっている。このようなシステムでは、各インクジェットごとに独立の気流アクチュエータが必要となるので、特に多くのノズルを有するプリントヘッドを製造することは難しい。さらに、気流を調整するために通常用いられる電気−機械的アクチュエータは、応答時間が遅い。そのため、現在市場にある他の商業的インクジェットプリントヘッドと比べて、画像データにしたがって個々の液滴を印刷するのが非常に遅くなる。さらに、正確なタイミングが要求されるために２つの液滴の経路間の物理的な分離と差は一定でなくなり、そのため、印刷用及び非印刷用のインク液滴を制御する困難さが増し、その結果、インク液滴の軌道制御が苦しくなる。

さらに、２つの気流偏向器を用いることによってプリントヘッドの構造を複雑にし、別の部材も必要になる。別の部材及び複雑な構造のためにプリントヘッドと媒体との間に大きな体積の空間が必要になり、インク液滴の軌道の間隔も大きくなる。インク液滴の軌道の間隔が増えると、インク液滴の付着位置の正確さが減り、印刷画像の品質にも影響を及ぼす。さらに、高品質画像を保証するためには、印刷媒体に当る前に液滴が飛ぶ距離を最小化する必要がある。

米国特許第６０７９８２１号（第９特許文献）には、非対称ヒータを作動させてインクストリームから個々のインク液滴を生成し、そ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が記載されている。プリントヘッドには、圧力が印加されたインクソースと、印刷用インク液滴及び非印刷用インク液滴を形成できる非対称ヒータとを備える。印刷用インク液滴は印刷用液滴経路に沿って流れ、最終的に印刷媒体に当り、非印刷用インク液滴は、非印刷用液滴経路に沿って流れ、最終的にキャッチャーの表面に当る。非印刷用インクは、キャッチャーに形成されたインク除去チャネルを通じて再利用されるか、又は捨てられる。米国特許第６０７９８２１号に記載のインクジェットプリンタは意図した目的についてきわめてうまく働き、温度に対して粘度が大きく変化するインクを用いる用途に合っている。上述のインクジェットプリントシステムは、それぞれ利点と欠点を有している。しかし、作動させるために低出力、低電圧でよいプリントヘッドは、市場で、特にページ幅アレイの市場では有利となる。ヒータは圧電変換器型よりもより小さく作ることができるので、インクストリームを個々の液滴に分解するためにヒータを用いることは圧電変換器よりも有利であり、インチ当りのノズル密度をより高くでき、ヒータ設計の製造コストを劇的に低くできる。さらに、圧電型振動器で形成された液滴は調整が難しく、インクの表面張力や粘度等の液体特性に大きく依存するのに対して、ヒータを用いることで大きな液滴と小さな液滴のいずれかの体積に容易に調整でき、制御できる。

米国特許第５４５５６１４号（第１０特許文献）には、印刷用液滴が印刷基体にむかってより垂直になるように印刷基体に対して傾けられた連続インクジェットプリンタ装置のシステムが記載されている。この方法では、インクノズルの面と偏向手段の面との両方が傾けられて、所望の印刷角度を実現している。この方法は、ノズルから印刷媒体への経路長さが相対的に長い場合に用いられるが、経路長さが短い場合（例えば、３−４ｍｍ）にはノズル板及びガス流偏向器を印刷媒体と平行な元の方向から離して傾けるには不十分な空間となる。

国際特許出願公開ＷＯ８１／０３１４９号パンフレット（第１１特許文献）には、静電的液滴偏向器を印刷用液滴と非印刷用液滴とに選別するために用いる連続インクジェット装置が記載されている。さらに、印刷用液滴の経路を変えて印刷媒体に垂直に当てるために第２電極構造体が用いられている。そこで、滑らかでない、あるいはしわのある面への印刷についても良好な液滴の付着が得られる。この方法によって垂直でない液滴の経路という問題は解決されるが、一方で液滴−液滴間の斥力を生む帯電をインク液滴にさせる必要がある。さらに、この方法では、高電圧で高価な制御回路を必要とし、所定の導電性の範囲のインクが必要となる。

図１には、従来の連続インクジェットプリンタシステムを示している。この従来の連続インクジェットプリンタシステム５は、ラスタ画像データ、ページ記述言語の形式でのアウトライン画像、又はその他のデジタル画像形式を提供するスキャナ又はコンピュータ等の画像ソース１０を含む。この画像データは、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、メモリ１３に記録される。ヒータ制御回路１４によって画像メモリ１３からデータを読み出し、プリントヘッド１６の一部を構成するヒータ３２に電気的パルスを印加する。これらのパルスは適当な時間に印加され、連続インクジェットストリームから形成された液滴によって、画像メモリのデータに示された記録媒体１８の適当な位置にスポットを印刷できる。図１に示すプリントヘッド１６は、一般にページ幅プリントヘッドと言われる。

記録媒体１８は、マイクロコントローラ２４によって制御された記録媒体移送制御システム２２によって電気的に制御された記録媒体移送システム２０によってプリントヘッド１６に対して相対的に移動する。図１に示す記録媒体移送システム２０は、一つの例でしかないが、様々な異なる機械的な機構であってもよい。例えば、移送ローラをインク液滴の記録媒体への転送を容易にするために記録媒体移送システム２０として用いてもよい。このような移送ローラ技術はよく知られている。ページ幅プリントヘッド１６の場合には、静止したプリントヘッド１６を超えて記録媒体１８を移動させることが最も便利である。

インクは、圧力が印加されてインクリザーバ２８に収納されている。非印刷状態では、連続インクジェットの液滴のストリームは、ストリームを遮るインクガター３４によって記録媒体１８に達しない。インクガター３４によって、インク再利用ユニット３６でインクを再利用できる箇所に運んでもよい。インク再利用ユニット３６でインクを再利用し、リザーバ２８に戻す。このようなインク再利用ユニット３６は周知である。最適な作動のための適当なインク圧力は、図２に示すようなノズル孔の構造的、熱的性質やインクの熱的性質を含む多くの要因に依存している。インクへの圧力印加は、インク圧力調整器２６の制御下でインクリザーバ２８に圧力を印加することによって実現できる。システム５には、カラー印刷に対応するために別のインクリザーバ２８を組み込んでもよい。この方法で作動させた場合には、インクガター３４に集められたインクは通常のように集められ、捨てられる。

インクチャネル３０からプリントヘッド１６の裏面にインクがばらまかれる。プリントヘッド１６のシリコン基板を貫いて複数のノズル及びヒータが置かれる前面までエッチングされたスロット及び／又はホールを介してインクが流れることが好ましい。プリントヘッド１６がシリコンでできているため、プリントヘッドにヒータ制御回路１４を一体化することができる。プリントヘッド１６は、既知の半導体製造方法（ＣＭＯＳ回路製造方法、マイクロエレクトロメカニカル構造体ＭＥＭＳ製造方法等）を用いて製造することができる。また、プリントヘッド１６は、シリコン以外の半導体材料で作製してもよい。

図２にはプリントヘッド１６をさらに詳細に示している。プリントヘッド１６には液滴形成機構３８を含む。液滴形成機構３８にはプリントヘッド１６に形成された複数のノズル孔４２の周りに配置された複数のヒータ４０を含む。各ヒータ４は対応するノズル孔４２の縁から半径方向に離れるように配置されるが、ヒータ４０は対応するノズル孔４２の近くに同軸に配置されることが好ましい。およそヒータ４０は、ほぼ環状又は導線４８を介してコンタクトパッド４６と電気的に接続された抵抗加熱部４４からなる。通常、インクに対して電気的絶縁をもたらすために抵抗加熱部４４及び導線４８を覆って保護層が設けられる。コンタクトパッド４６及び導線４８によってマイクロコントローラ２４と接続されたヒータ制御回路１４の部分を形成する。別の例として、別の型のヒータを用いて同様の結果を得てもよい。

例えば、米国特許公開公報第２００２／００８５０７１号（第１２特許文献）に記載されているように、ヒータ４０を選択的に作動して液滴を形成する。形成された液滴の体積は、ノズルを介したインク流のレートとヒータの作動レートとの関数であるが、ヒータで分散したエネルギーの総量には依存しない。図３は、マイクロコントローラ２４からヒータ４０に与えられた電気的作動波形の概略例である。一般にヒータの素早いパルスによって小さなインク液滴が形成され、ゆっくりしたパルスによって大きな液滴が形成される。この場合の例では、小さなインク液滴は画像レシーバにマーキングするために用いられ、大きな非印刷用の液滴はインク再利用のために捕獲される。

この場合には、ノズルごと、画素ごとに複数の液滴が形成される。周期Ｐ_０、Ｐ_１、Ｐ_２等は、画素に関連付けられた印刷時間であり、添え字は、画素の時間の間に生成する印刷用液滴の数を示す。概略図では、様々な波形の結果として得られる液滴を示している。図では簡単のために２つの小さな印刷用液滴を最大数として示しているが、より多くの印刷用液滴に拡張してもよい。

各画素についての液滴形成において、通常、非印刷用の大きな液滴９５、１０５、１１０と、さらに選択可能な小さな印刷用液滴とが形成される。各画素についてのヒータ４０の作動波形は、電気的パルス時間６５から始まる。遅延時間８３の後、電気的パルス７０を伴うヒータ４０のさらなる作動は、画像データに従って導かれ、間隔Ｐ_１について示されるように少なくとも一つの印刷用液滴が必要とされる。画像によって間隔Ｐ２でさらに印刷用液滴を形成する必要がある場合には、ヒータ４０は遅延時間８４の後、パルス７５を伴って再度作動される。ヒータの作動パルス時間６５、７０、７５は、ほぼ同じであり、全ての遅延時間８３、８４も同様である。遅延時間８０、８５、９０は画素時間の間隔Ｐにおけるパルスの残りであり、順に短くなる。全ての小さな印刷用液滴１００は同じ体積である。しかし、画素時間の間隔Ｐの間に大きな液滴から小さな液滴が生成して離れるので、大きな非印刷用液滴９５、１０５、１１０の体積は先行する画素時間の間隔で生成された小さな液滴の数に応じて変化する。遅延時間９０は、遅延時間８３、８４よりはるかに長くすることが好ましく、それによって大きな非印刷用液滴１１０の小さな印刷用液滴１００に対する体積比を４以上にすることができる。

米国特許第１９４１００１号 米国特許第３３７３４３７号 米国特許第３４１６１５３号 米国特許第３８７８５１９号 米国特許第４３４６３８７号 米国特許第４６３８３８２号 米国特許第３７０９４３２号 米国特許第４１９０８４４号 米国特許第６０７９８２１号 米国特許第５４５５６１４号 国際特許出願公開ＷＯ８１／０３１４９号 米国特許公開公報第２００２／００８５０７１号

そこで、従来のインクジェットプリントヘッドで制御された液滴配置を、印刷用と非印刷用の経路に液滴を分けるためにガス流偏向器を用いて改善する必要がある。特に、印刷媒体に対して改善された印刷用液滴の経路の間、連続インクジェットプリントヘッドの低出力低電圧のプリントヘッド作動の特徴を保つ必要がある。

上記の要求は、以下の本発明により満足することができる。すなわち本発明に係るインク液滴を印刷媒体にほぼ垂直に当てて印刷する方法は、プリントヘッドに形成された複数のノズル孔から第１体積を有する第１インク液滴と第２体積を有する第２インク液滴をインクストリームとして出射するステップと、前記第１インク液滴又は前記第２インク液滴のいずれか一方を印刷媒体に対してほぼ垂直に当たる位置に向けるステップと、前記第１インク液滴又は前記第２インク液滴のいずれか一方を異なる液滴経路に沿って弁別するステップと、前記第１インク液滴又は前記第２インク液滴のいずれか一方をインクガターで捕獲するステップと、前記第１インク液滴又は前記第２インク液滴のいずれか一方を印刷媒体にほぼ垂直に当てるステップとを含む。

また、本発明に係る印刷可能な液滴の経路が画像レシーバ（印刷媒体等を意味する。）に対して垂直である画像印刷装置は、調整可能な体積を有するインク液滴のストリームを出射する一以上のノズルと、インク液滴のストリームに所定角度で力を印加し、それによって第１範囲の体積を有する前記インク液滴のストリームを第１組の経路に沿って移動させ、第２範囲の体積を有する前記インク液滴のストリームを第２組の経路に沿って移動させる第１液滴偏向器とを備えたプリントヘッドと、印刷する画像データに応じて前記一以上のノズルから出射した前記インク液滴のストリームを調整するコントローラと、前記第１組の経路に沿って移動する前記インク液滴のストリームについて障害となることなく通過させ、一方、前記第２組の経路に沿って移動する前記インク液滴を遮るインク捕獲器と、前記第１範囲の体積を有するインク液滴のストリームの第１組の経路を変更し、前記画像レシーバに対して垂直にする第２液滴偏向器とを備える。

本発明は、本発明に基づく装置を構成又はさらに連係する要素に関する。また、明確に記載又は記述していない要素は、当業者にとって周知の様々な形態を取り得る。

米国特許第６５５４４１０号及び米国特許公開公報第２０００／００８５０７１号には、ノズルヒータが複数の周波数で選択的に作動されて複数個のインク液滴のストリームを生み出す連続ジェット印刷について記載されている。また、ガス流によって液滴の体積に応じて液滴を印刷用と非印刷用とに分離している。

ジーンマイア（Ｊｅａｎｍａｉｒｅ）らによって示されたこの印刷方法ではほとんど電力を消費せず、広範囲にインクを印刷するのに好都合であるが、一方、印刷する液滴は角度をなして偏向するので、その経路は印刷媒体の面に対して垂直ではない。このため、印刷媒体は印刷プラテン上に完全に平坦に固定されていない場合には、印刷の間にプリントヘッドから印刷媒体までの距離が変化するという困難さが生じる。そのため、インク液滴は印刷媒体の所定位置に当らず、画像品質が失われる。

本発明によれば、画像を画像レシーバ上に印刷する装置は、インク液滴のストリームが出射される一群のノズルを有するプリントヘッドを備える。機構が各ノズルに関連付けられており、ノズルから出射されるインク液滴の体積を独立して調整するように設けられている。通常、液滴の体積としては、一方が他方より実質的に小さい体積の２つの範囲が一つの所定ノズルで作られる。液滴偏向器は、出射させた液滴に力を印加するために設けられる。その力は、インク液滴のストリームに対してある角度をなし、第１の体積を持つインク液滴を第１組の経路に沿って移動させ、第２の体積を持つインク液滴を第２組の経路に沿って移動させる。インクキャッチャーは、第１組の経路に沿って飛ぶ液滴が遮られることなく該キャッチャーを超えて移動できるようにし、その一方で第２組の経路に沿って飛ぶ液滴を遮る。本発明によれば、印刷する液滴のストリームを印刷媒体に垂直に当てる手段が設けられており、その上、プリントヘッド上のインクノズルの面を印刷媒体の面に本質的に平行にする。本発明の一例によれば、インクノズルの下のインク含有領域では液体導入リブ構造が用いられ、プリントヘッドの表面から９０度以外の角度でインクジェットを出射させる。第２例では、インクキャッチャーの後に第２の液滴偏向器による第２ガス流が印刷液滴の経路に用いられて該液滴を偏向させ、それによって最終的な液滴の経路を印刷媒体に対して垂直にする。第３例では、印刷媒体とプリントヘッドとの相対運動による空気によって上記第２ガス流が生じる。

解決すべき問題の一例として図４を参照すると、プリントヘッド１６は上述のように画素ごとに一つの印刷用液滴を供給するように作動される。その後、ガス流弁別器１３０によって液滴の体積によって印刷用経路と非印刷用経路とに分離される。インクはプリントヘッドのノズル４２から排出され、インクストリーム６２を形成し、プリントヘッド１６に対してほぼ垂直（α＝９０°）でＸ軸に沿って移動する。ヒータ４０は、画像データに応じて様々な周波数で選択的に作動され、インクストリーム６２をバラバラにして個々のインク液滴のストリームにする。時には液滴が合体が生じて非印刷用の液滴１０５を形成する。ガス流弁別器１３０は、Ｘ軸に対してゼロでない角度のガス流によって生み出され、第１の液滴偏向器を形成する。たとえば、ガス流はＸ軸に対して垂直であってもよい。ガス流弁別器１３０によって長さＬにわたって作用し、弁別器１３０からのガス力はインク液滴のストリームと相互作用するので、個々のインク液滴はその体積及び質量に応じて弁別される。ガス流レートは、小さい液滴の経路Ｓと大きな液滴の経路Ｋとの間に十分な偏差を確保できるように調整でき、それによって小さい液滴１００を印刷媒体Ｗに角度βで当てることができ、その上、大きな、非印刷用液滴１０５をインクガター２４０によって捕獲する。実際の偏差Ｄの値について、角度βは９０°でなく、およそ６０°−８０°である。その結果、プリントヘッドから印刷媒体Ｗまでの距離が印刷の間に変化すると、角度βのわずかな値が大きな位置誤りとなるので、液滴の位置誤りが生じる。印刷媒体Ｗには画像レシーバも含む。

本発明の第１例では、ノズルの面に対するインクジェットの角度α（図４参照）は９０°とは異なっている。その結果、インク液滴経路Ｘ，Ｋ，及びＳは、変化するので、経路Ｓは、印刷媒体Ｗに対して垂直になる（β＝９０°）。ジェットの先端を傾けることによってノズルの面（この例ではプリントヘッドの前面）、ガス流弁別器１３０、インクガター２４０、及び印刷媒体Ｗを平行にし、それによってプリントヘッド装置全体を可能なかぎりコンパクトにでき、プリントヘッド１６から印刷媒体Ｗへの間隔を最小化できる。

ノズル面に対してインクストリーム６２を傾けることは、様々な方法で果たすことができる。その一つとして、米国特許第６０７９８２１号に記載されているように、各ノズルの周りを非対称に加熱する方法がある。ジェットの熱的偏向に関する関連する方法が米国特許第６４９７５１０号に記載されており、非対称加熱とプリントヘッド近傍のインクチャネル内の物理構造の組み合わせを含んでいる。しかし、大きなジェットの偏向を得るためには高温が必要となるので、非対称加熱を使用することは好ましくない。

インクストリームを傾ける第２の方法として、ノズル又はノズルの近傍の非対称な構造を用いる方法がある。米国特許第６３６４４７０号に記載されているように、一例として、ノズル孔のノッチ構造を用いる方法がある。別の方法として、図５に概略的に示したように、非対称なインク供給チャネルをノズルに設ける方法がある。このようなインク供給チャネルは、米国特許第６４７４７９４号に記載されているようにシリコンで作成できる。シリコンの「リブ」又は障壁構造体５６、５８によってインクをノズル孔４２に供給するインクチャネル５１を形成する。障壁構造体５６、５８は、ノズル膜５４に接着してもよく、また、これらは金属又は窒化シリコンで構成してもよい。また、障壁構造体５６、５８に相当する物理的な非対称構造を設けてもよい。一例として、下の構造体５８を構造体５６よりもノズル孔４２の端部に近づけて、構造体５８をノズル孔４２からｄ１だけ離し、構造体５６をノズル孔４２からｄ２だけ離す。しかし、距離ｄ１、ｄ２は別の例では逆にしてもよい。さらに別例では、インクマニホールド５９内のインクマニホールド障壁６１によってインクストリームを印刷媒体Ｗに対して垂直に当る位置に向けることができる。構造体５６、５８及び／又はインクマニホールド障害物６１の異物を置くことによってインクストリーム６２をノズル孔４２からノズル膜５４に対して９０°未満の角度αで噴出させることができる。角度αは２°−４５°の範囲である。

本発明の第１例を含むプリントヘッド装置の概略として図６を参照すると、プリントヘッド１６上のヒータ４０によってインクストリーム６２が大きな非印刷用の液滴１０５と、最初に経路Ｘに沿って飛ぶ小さい印刷用の液滴１００とにバラバラに分けられる。ガス流弁別器１３０は、大きな液滴と小さな液滴とを弁別し、小さな印刷用液滴１００は経路Ｓに偏向され、大きな非印刷用液滴は経路Ｋに偏向される。インクキャッチャー２４０は、経路Ｋに沿って移動する液滴を捕獲し、その一方、経路Ｓに沿って移動する液滴は印刷媒体Ｗに垂直（β＝９０°）に当る。

本発明の第２例では、第２ガス流（すなわち第２液滴偏向器）を用いて小さい印刷用液滴の経路の修正を行い、それによって印刷媒体に垂直に当る。図７は、この例の特徴を有する印刷装置の一例を示している。インクはプリントヘッドのノズル孔４２を通じて排出され、インクストリーム６２を生み出し、プリントヘッド１６に対してほぼ垂直（α＝９０°）にＸ軸に沿って移動する。ヒータ４０は画像データに応じて選択的に作動され、インクストリーム６２をバラバラにして個々のインク液滴のストリームにする。ガス流弁別器１３０はＸ軸に対して垂直なガス流によって準備される。ガス流弁別器１３０はＬ１の間隔にわたって機能し、ガス流弁別器１３０からのガス流による力がインク液滴のストリームと相互作用するので、個々のインク液滴はそれぞれの体積及び質量に応じて弁別される。そのため、小さい印刷用の液滴１００は経路Ｓ１に沿って偏向され、大きな非印刷用の液滴１０５は経路Ｋに沿って偏向される。大きな液滴１０５は、インクガター構造体２４０で捕獲されるが、小さい液滴１００は、ガター構造体２４０をかわして、第２液滴偏向用のガス流の力と相互作用する。この力は、ガス流弁別器１３０とは反対方向に間隔Ｌ２にわたって印加される。その結果、小さい液滴１００は新たな経路Ｓ２に向けられ、ほぼ９０°の角度βで印刷媒体Ｗに当る。角度βは８８°−９２°の範囲にあればよい。さらに、ガス流１３２の力は、空気による外乱について補償するために双方向印刷用に可変であってもよい。印刷媒体Ｗは、プリントヘッドに対してゆっくり動くか、又は全く動かない。

本発明の第３実施例によれば、プリントヘッド装置と印刷媒体との間の相対運動が得られ、それによって印刷用液滴の経路を修正する第２の気流を生み出すことができるという利点がある。この実施例は、図８にプリントヘッド装置の概略図として示されている。上記の実施例に示されたように、インクはプリントヘッド１６のノズル孔４２を介して排出され、プリントヘッド１６にほぼ垂直（α＝９０°）にＸ軸に沿って移動するインクストリーム６２を形成する。ヒータ４０は、画像データに応じて様々な周波数で選択的に作動され、インクストリーム６２をバラバラにして個々のインク液滴のストリームにする。ガス流弁別器１３０は、Ｘ軸に対して垂直なガス流によって用意される。ガス流弁別器１３０は間隔Ｌ１にわたって機能し、ガス流弁別器１３０からのガス流による力がインク液滴のストリームと相互作用するので、個々のインク液滴はそれぞれの体積及び質量に応じて弁別される。そのため、小さい印刷用の液滴１００は経路Ｓ１に沿って偏向され、大きな非印刷用の液滴１０５は経路Ｋに沿って偏向される。大きな液滴１０５は、インクガター構造体２４０で捕獲されるが、小さい液滴１００は、ガター構造体２４０をかわして、第２液滴偏向器用のガス流の力と相互作用する。この力１３４は、プリントヘッド装置と印刷媒体との高速の相対運動による気流によって形成される。例えば、この実施例は印刷速度が１ｍ／ｓ以上のプリンタの設計について最高の有用性が得られることが予想できる。空気の動きによる気流の力１３４は、間隔Ｌ２にわたってガス流弁別器１３０と反対方向に作用する。その結果、小さい印刷用の液滴１００は、新たな液滴の経路Ｓ２に向けられ、ほぼ９０°の角度βで印刷媒体Ｗに当る。角度βは８８°−９２°の範囲内にあればよい。

本発明の３つの実施例の全ては、小さい液滴よりもむしろ大きい液滴を印刷用に用いるプリンタの設計にも用いることができる。図８に示す本発明の第２実施例を用いて印刷用の大きな液滴に適用する例をここに示す。この場合、たった一つの液滴が一つの画素に用いられ、そこでヒータ４０を印刷用と非印刷用の２つの状態で作動させる。印刷時のヒータ４０の作動の電気的波形を図９（ａ）に概略的に示す。図７、８に示されたように、ノズル孔４２からのインクのジェットからヒータの作動（電気的パルス持続時間）６５と遅延時間８０との組み合わせによって個々の大きな非印刷用インク液滴９５が生み出され、それが図９（ｂ）に概略的に示されている。非印刷時のヒータ４０の作動の電気的波形は、図９（ｃ）に概略的に示されている。しかし、電気的パルス６５の持続時間は図９（ａ）からわかるように非帯電のままであるが、活動パルス間の遅延時間８３は遅延時間８０の１／４より短い。図９（ｄ）に図示されているように、この非印刷時の波形を伴うヒータの活動の結果、小さい印刷用液滴１００が生じる。

図９（ｅ）は、非印刷状態から印刷状態に移り、さらに非印刷状態に戻る変遷を示す混在した画像データのヒータ活動の電気的波形の概略図である。図９（ｆ）は、その結果得られる液滴のストリームの概略図である。このことから、必要であって対応するノズル孔から排出されるインクカラー、印刷媒体Ｗに対するプリントヘッドの動き、及び所望の印刷画像に応じてヒータ４０の活動を独立に制御できることはあきらかである。

プリントヘッド装置の概略図である図１０を参照すると、プリントヘッドのノズル孔４２を介してインクが排出され、インクストリーム６２を形成し、プリントヘッド１６にほぼ垂直（α＝９０°）にＸ軸に沿って移動する。ヒータ４０は、図９（ａ）〜図９（ｆ）に示されているように、画像データに応じて様々な周波数で選択的に作動されインクストリーム６２をバラバラにして個々のインク液滴のストリームにする。時には液滴の合体が生じて液滴９５を形成する。ガス流弁別器１３０は、Ｘ軸に対してゼロでない角度のガス流によって提供される。ガス流弁別器１３０は間隔Ｌ１にわたって作用し、弁別器１３０からのガスの力はインク液滴のストリームと相互作用して、個々のインク液滴はその体積及び質量に応じて弁別される。そこで、小さな非印刷用液滴１００は経路Ｓに沿って偏向され、大きな印刷用液滴９５は経路Ｋ１に沿ってわずかに偏向される。小さな非印刷用液滴１００はインクガター構造体２４０によって捕獲され、大きな印刷用液滴９５はガター構造体２４０をかわして第２ガス流の力１３３を受ける。第２ガス流の力１３３はガス流弁別器１３０とは反対方向で間隔Ｌ２にわたって働く。その結果、大きな印刷用液滴９５は新たな経路Ｋ２に向けられ、ほぼ９０°の角度βで印刷媒体に当る。

本発明は、様々な実施の形態に示されている以下の構成をとることができる。本発明は、前記インク液滴の印刷方法であって、第１インク液滴の第１体積は、第２インク液滴の第２体積より少ないことを特徴とする。

本発明は、前記インク液滴の印刷方法であって、第１インク液滴の第１体積は、第２インク液滴の第２体積より多いことを特徴とする。

本発明は、前記インク液滴の印刷方法であって、さらに、インクストリームを加熱するステップを含むことを特徴とする。

本発明は、前記インク液滴の印刷方法であって、さらに、複数のノズルを非対称に加熱するステップを含むことを特徴とする。

本発明は、前記インク液滴の印刷方法であって、さらに、非対称なインク供給チャネルを形成するために複数のノズル孔を備えた空間的関係の非対称構造を設けるステップを含むことを特徴とする。

本発明は、前記インク液滴の印刷方法であって、さらに、インクストリームを印刷媒体に対して垂直に当る位置に向けるインクマニホールド障害物を準備するステップを含むことを特徴とする。

本発明は、前記インク液滴の印刷方法であって、さらに、第１インク液滴又は第２インク液滴のいずれか一方を印刷媒体にほぼ垂直に向けるガス流を準備するステップを含むことを特徴とする。

本発明は、前記インク液滴の印刷装置であって、インク液滴のストリームを垂直面からそらせる手段は、一以上のノズルを非対称に加熱する手段であることを特徴とする。

本発明は、前記インク液滴の印刷装置であって、インク液滴のストリームを垂直面からそらせる手段は、一以上のノズルの近傍に設けられた非対称な物理的構造体であることを特徴とする。

本発明は、前記インク液滴の印刷装置であって、第１液滴偏向器は、ガス流であることを特徴とする。

本発明は、前記インク液滴の印刷装置であって、第２液滴偏向器は、ガス流であることを特徴とする。

本発明は、前記インク液滴の印刷装置であって、ガス流は、画像レシーバに対するプリントヘッドの相対的運動によって生じる気流であることを特徴とする。

本発明は、前記インク液滴の印刷装置であって、インク液滴のストリームを垂直面からそらせる手段は気流であって、該気流によってインク液滴を画像レシーバにほぼ垂直に当てるように再度向きを変えることを特徴とする。

従来技術の連続インクジェットプリンタシステムの概略図である。 従来の液滴形成機構を備えたプリントヘッドの平面図である。 小さいインク液滴を印刷に用いる場合の従来のヒータの周波数制御を示す図である。 液滴形成機構と課題を解決する液滴偏向器システムとを備えたプリントヘッドの概略側面図である。 小インク液滴で印刷する場合の、本発明の第１実施例に係る液滴形成機構と液滴偏向器システムとを備えたプリントヘッドの概略側面図である。 小インク液滴で印刷する場合の、本発明の第１実施例に係る液滴形成機構と液滴偏向器システムとを備えたプリントヘッドの概略側面図である。 小インク液滴で印刷する場合の、本発明の第２実施例に係る液滴形成機構と液滴偏向器システムとを備えたプリントヘッドの概略側面図である。 小インク液滴で印刷する場合の、本発明の第３実施例に係る液滴形成機構と液滴偏向器システムとを備えたプリントヘッドの概略側面図である。 ヒータの周波数制御を示す図である。 大インク液滴で印刷するための、本発明の第２実施例に係る液滴形成機構と液滴偏向器システムとを備えたプリントヘッドの概略側面図である。

符号の説明

５ 従来型連続インクジェットプリンタシステム
１０ 画像
１２ 画像処理ユニット
１３ メモリ
１４ ヒータ制御回路
１６ プリントヘッド
１８ 記録媒体
２０ 記録媒体転送システム
２２ 記録媒体転送制御システム
２４ マイクロコントローラ
２６ インク圧力調圧器
２８ インクリザーバ
３０ インクチャネル
３２ ヒータ
３４ インクガター
３６ 熱再利用ユニット
３８ 液滴形成機構
４０ ヒータ
４２ ノズル孔
４４ 加熱用抵抗体
４６ 接触パッド
４８ ガイド
５１ インクチャネル
５４ ノズル膜
５６、５８ 障壁構造体
５９ インクマニホールド
６１ インクマニホールド障害物
６２ インクストリーム
６５、７０、７５ 電気パルス継続時間
８０、８３、８４、８５、９０ 遅延時間
９５、１０５、１１０ 非印刷用液滴
１００ 印刷用液滴
１３０ ガス流弁別器
１３２ ガスによる力
１３３ 空気による力
２４０ インクガター

Claims (3)

1. ａ）プリントヘッドに形成された複数のノズル孔から第１体積を有する第１インク液滴と第２体積を有する第２インク液滴とをインクストリームとして出射するステップと、
   ｂ）前記第１インク液滴又は前記第２インク液滴のいずれか一方を印刷媒体に対してほぼ垂直に当たる位置に向けるステップと、
   ｃ）前記第１インク液滴又は前記第２インク液滴のいずれか一方を異なる液滴経路に沿って弁別するステップと、
   ｄ）前記第１インク液滴又は前記第２インク液滴のいずれか一方をインクガターで捕獲するステップと、
   ｅ）前記第１インク液滴又は前記第２インク液滴のいずれか一方を印刷媒体にほぼ垂直に当てるステップと
   を含む、インク液滴を印刷媒体にほぼ垂直に当てて印刷する方法。
2. ａ）
   ａ１）調整可能な体積のインク液滴のストリームを出射する一以上のノズルと、
   ａ２）インク液滴のストリームを前記一以上のノズルの面に対する垂直面から２°〜４５°そらせる手段と
   を備えるプリントヘッドと、
   ｂ）インク液滴のストリームに力を所定角度で印加し、それによって第１範囲の体積を有する前記インク液滴のストリームを前記画像レシーバに対して垂直な第１組の経路に沿って移動させ、第２範囲の体積を有する前記インク液滴のストリームを第２組の経路に沿って移動させる液滴偏向器と、
   ｃ）印刷する画像データに応じて前記一以上のノズルから出射した前記インク液滴のストリームを調整するコントローラと、
   ｄ）前記第１組の経路に沿って移動する前記インク液滴のストリームについて障害となることなく通過させ、一方、前記第２組の経路に沿って移動する前記インク液滴を遮るインク捕獲器と
   を備える、インク液滴を画像レシーバに垂直に当てて印刷する装置。
3. ａ）
   ａ１）調整可能な体積を有するインク液滴のストリームを出射する一以上のノズルと、
   ａ２）インク液滴のストリームに力を所定角度で印加し、それによって第１範囲の体積を有する前記インク液滴のストリームを第１組の経路に沿って移動させ、第２範囲の体積を有する前記インク液滴のストリームを第２組の経路に沿って移動させる第１液滴偏向器と、
   ｂ）印刷する画像データに応じて前記一以上のノズルから出射した前記インク液滴のストリームを調整するコントローラと、
   ｃ）前記第１組の経路に沿って移動する前記インク液滴のストリームについて障害となることなく通過させ、一方、前記第２組の経路に沿って移動する前記インク液滴を遮るインク捕獲器と、
   ｄ）前記第１範囲の体積を有するインク液滴のストリームの第１組の経路を変更し、前記画像レシーバに対して垂直にする第２液滴偏向器と
   を備えた、印刷可能な液滴の経路が画像レシーバに対して垂直である画像印刷装置。

Images