JP2005515918A - 収束軸線を有するツインノズルを具備するプリントヘッド及びこのプリントヘッドを装備したプリンタ - Google Patents

Abstract

それぞれ軸線を持つ２つのインクジェット吐出ノズル（３１、３２）を有するインク液滴発生器アセンブリ（１１６、１１６´）と、帯電電極（１２０、１２０´）と、帯電液滴を偏向させる偏向電極と、両ノズル（３１、３２）のための単一のインク液滴回収ガッタ（６）とを備え、前記ノズル（３１、３２）の軸線が単一の回収ガッタ（６）の単一の入口（６１）の軸線上で、この口（６１）の付近またはこのガッタ（６）の上流に位置する点で収束することを特徴とする、連続インクジェット偏向プリンタのためのツインノズルプリントヘッド（３０、３０´）。このヘッドを装備したプリンタは、良好な接合部を有する幅の広いスワスを印刷する。

Description

本発明は、連続インクジェット偏向プリンタ用プリントヘッドの分野に関する。より詳細には、本発明は、２つのインク吐出ノズルを備えた改良型プリントヘッドに関する。本発明は、この改良型ヘッドを備えたインクジェットプリンタにも関する。

インクジェットプリンタは、２つの主な技術範疇に分類される。第１の範疇は「ドロップオンデマンド」プリンタであり、第２は連続インクジェットプリンタである。

「ドロップオンデマンド」プリンタは一般に、シート基材上に黒またはカラーで文字および図形パターンを印刷するために設計されたオフィス用プリンタである。

「ドロップオンデマンド」プリンタは、所望のパターンを印刷するのに必要とされるインク液滴を実際に直接的かつ単独で生成するものである。こうしたプリンタのプリントヘッドは通常、ノズルの整列軸線に沿って整列し、それぞれ印刷媒体の単一点に向けられた複数のインク吐出ノズルを備える。吐出ノズルが十分な数だけ存在する場合、印刷は、ノズルの整列軸線に垂直のヘッドの下での印刷媒体の単純な移動によって行われる。ノズルの数が十分でない場合は、プリントヘッドに対する媒体の追加の走査が不可欠である。

連続インクジェットプリンタは通常、工業用マーキングおよびコーディング用途に使用される。

連続インクジェットプリンタの通常の機能は以下のように説明することができる。圧力下で維持された導電性インクは、較正されたノズルから流出してインクジェットを形成する。こうして形成されたインクジェットは、周期的刺激装置の作用により、空間内の単一点において一定の時間間隔で分割される。この強制のインクジェットの分割は通常、ノズルから上流のインク内に配置された圧電結晶の周期的振動によって、いわゆるジェット分割点で誘起される。分割後、連続ジェットは、同一の規則的な間隔を置いた一連のインク液滴になる。分割点の付近には、「帯電電極」と呼ばれる第１群の電極があり、その機能は、各液滴に所定量の電荷を選択的に転送することである。次いで、ジェット液滴は全て、帯電液滴の経路を偏向させる電界を形成する「偏向電極」と呼ばれる第２の構成の電極を通過する。

いわゆる連続インクジェット偏向プリンタの第１の変形形態では、インク液滴に転送される電荷量は可変であり、各液滴はその液滴に予め割り当てられた電荷に比例した偏向を記録する。液滴が印刷媒体に到達する点は、この電荷に依存する。偏向されない液滴は、ガッタに回収され、インク回路に向けて再循環される。

ジェットの分割タイミングと液滴への電荷信号の印加との間の一定の同期化を保証するために特定の装置が必要であることも当業者には周知である。この技法では、複数レベルの偏向によって、単一のノズルで、連続したスワス(swathes)、すなわち所与の幅にわたる複数の点からなる線でパターン全体を印刷できるようになることを留意されたい。あるスワスから別のスワスへの通過は、前記スワスに垂直のプリントヘッドに対する基材の相対的な連続運動によって行われる。単一のスワスの幅よりもわずかに広い印刷幅を必要とする応用例では、いくつかの、通常２〜８個の単一ノズルプリントヘッドを同一のケーシング内でグループ化することができる。

２値式連続インクジェットプリンタと呼ばれる連続インクジェットプリンタの第２の変形形態は、１レベルだけの液滴偏向がもたらされる点で、主に前述の変形形態と異なっている。したがって、文字またはパターンの印刷には、マルチノズルプリントヘッドを使用する必要がある。ノズルの中心間距離は、印刷媒体上のインパクトの中心間距離と一致する。通常、印刷に使用される液滴は非偏向液滴であることを留意されたい。２値式連続インクジェットプリンタは、文書のアドレス指定または個別化など高速印刷への応用が意図されたものである。

連続インクジェット技法は、インクを加圧する必要があるため、印刷の到達距離、すなわちプリントヘッドの下面と印刷媒体の間の距離が２０mmまで可能であり、すなわちこの距離はドロップオンデマンドプリンタの印刷距離よりも１０倍〜２０倍大きいことが強調される。

連続インクジェットプリンタのアドレス指定能力は、印刷されるスワスの単位幅当たりの個々のインパクト数である。たとえば、径が５０マイクロメートルのノズルを備えた単一ノズルの連続インクジェット偏向プリンタは、ミリメートル当たり約５インパクトを提供する。スワスにおけるインパクト数は、約２５である。この条件下で、スワスの最大幅は、通常の印刷距離では典型的に５mmである。

同じ印刷品質にするには、多くの応用例では、上記の例の条件下で１０mmまでのわずかに広い印刷幅が必要である。

こうしたスワス幅を得るための周知の一解決法は、上記で簡単に述べた２値式連続ジェットマルチノズルプリントヘッドを使用するものである。こうした機械は高速であり、５０mmまでのスワス幅が可能である。しかし、連続インクジェット偏向プリンタと同様の印刷品質にするには、インク吐出口の寸法公差が非常に厳しいノズルプレートが必要である。口径に差異があれば、液滴量が異なり、液滴のインパクトの寸法も異なる。口の間隔および方向についての公差も、それによって正確なインパクトの位置が決定されるため、非常に厳しいものである。

ジェット毎の等しい分割距離を可能にするジェット刺激装置を提供することも必要である。前記条件は、特にノズルプレートの端部ノズルからのジェットに関しては、実行が難しい。

特にノズルプレートおよび刺激装置の設計および製造の制約により、２値式連続ジェットマルチノズルヘッドに関連する印刷幅単位当たりのコストは上昇し、偏向連続ジェットヘッドに関連するコストを大幅に上回る。こうした制約に留意しなければ、印刷品質を落とすことになる。

他の周知の解決法は、２つのノズルを同一のケーシングに組み込み、各ノズルが偏向連続ジェット技法を用いてインクジェットを吐出するものである。

この解決法の第１の例は、本出願人名の従来技術文献に記載されている。この出願に記載されたヘッドは、同一の支持部に搭載された２つの単一ノズルプリントヘッドを備えたものである。有利には、２つのヘッドに対して戻り流路を１つだけ備えたインク回収モジュールが１つだけ存在する。ヘッドの形状寸法、具体的にはノズル軸線の相対角度、およびそれぞれ２つのヘッドから導出される液滴の偏向電圧は、印刷媒体上のそれぞれ２つのヘッドによって印刷されるスワスの接合部を得るように適合されて、ヘッド１つだけで得られる幅の２倍の幅の単一スワスが得られるようになされている（例えば、特許文献１参照）。
国際出願第９１/０５６６３号パンフレット（米国特許第５,４５７,４８４号明細書）

２つのスワスの接合部は、１つのヘッドからの偏向が最大の液滴のインパクトを、他のヘッドからの偏向が最小のインパクトと印刷媒体上に併置することによって得られ、この２つの液滴があたかも同一のヘッドからの２つの空間的に連続した液滴であるように相対的に位置付けされるようになされている。経路および偏向が最大の液滴のインパクト点は、特に他の液滴の存在によって引き起こされる、空力および静電による妨害の影響を非常に受けやすいため、可視の欠陥がない正確な連接部を得ることは難しい。この実施形態では、形成された液滴の量にいかなる変更が加えられてもプリントヘッドの形状寸法を再調査する必要がある。第１の理由は、帯電液滴の経路、特に偏向が最大の液滴など高帯電液滴の経路は、電荷と液滴量の比に関連して変化するからである。その結果、様々な径の液滴の経路は同一ではない。特に、様々な径を持つ偏向が最大の液滴のインパクト点は同一ではない。第２の理由は、インク液滴に与えることができる最大電荷はその径に依存するからである。これは、液滴量の変動を単に電荷の変動で補償して同じ偏向を得ることができないことを指す。そのため、各ヘッドによって形成されたスワスの間の良好な接合部を得るには、マルチノズルヘッドの形状寸法を液滴量に適合させなければならない。同様に、口径の差異は異なる液滴量をもたらし、それによって、同じ電荷に対して、液滴の偏向に、したがって基材へのインパクトの正確さに、ひいては接合部に影響が与えられる。

２つのノズルが同一のケーシング内に組み込まれており、両ノズルがそれぞれ偏向連続ジェット技法によって処理されたインクジェットを吐出する第２の実施形態が、別の従来技術文献に記載されている（例えば、特許文献２参照）。
国際出願第９１/１１３２７号パンフレット

本出願で記載する装置では、２つのヘッドは、インクリザーバ、ジェットを液滴に分割するために使用する振動器、および中央液滴偏向電極など一般の構造から利益を受けることができる。２つのノズルから吐出されるジェットは互いに平行である。本出願の図１で示したように、ジェット軸線によって画定される平面は、偏向電極によって偏向された液滴の経路を含む平面に対して垂直であることを留意されたい。その結果、以下に記載する特別の予防措置を取らない場合は、２つのスワスが互いの延長部内に位置しないことになる。ヘッドの１つによってたどることができる、各スワス内で互いに最も近接した連続する液滴、すなわち２つのスワスの接合部の液滴は、それぞれ２つのスワスの偏向が最小の液滴である。すなわち、この２つのノズルヘッドは、たとえば第１の２つのノズルヘッドと同じ欠点を持つものではない。共通の部材を使用するため、より低コストで作成することができる。ノズルの径を変更しても、ノズルの軸線の方向を調整してスワスの接合部を確保する必要はない。

しかし、この第２の実施形態には、他の欠点がある。第一に、上述のように、ノズル軸線は互いに平行であり、ジェット軸線によって画定される平面は液滴の経路を含む平面に垂直であるため、媒体が不動の場合に各ジェットによって描かれるスワスは互いに平行のスワスである。この２つのスワスを搬送する直線の間の距離は、各ヘッドからノズル軸線を引き離している距離dに実質的に等しい。通常の操作中、上記参照により、ヘッドおよび媒体がスワスに対して垂直方向に沿った相対運動を行うことが分かる。したがって、各ヘッドによる液滴吐出時間の遅れを調整するには、互いの延長部内に位置する、各ヘッドがたどるスワスについて、距離d、媒体の移動速度、および液滴の吐出とインパクトの間の飛行時間を考慮しなければならない。このことは、当業者は電子制御回路を利用することができることを示しており、そのため説明を省くが、３頁の１６〜１８行目に記載した経路以外では、この第２の例の説明では述べていない。各ノズルからの液滴の間の遅れの調整には、したがって、この遅れを管理するための特定の回路が想定されている。こうした回路が、基材の移動速度に関する遅れについての良好なサーボ制御装置を備える場合でも、スワスの接合部は、基材の移動速度および/または機械的張力、および/または液滴の速度の変動のために変動し続ける。液滴の速度の変動は、時間がたつと液滴の位置の対応する変動を招く。

他の欠点は、上記の第１および第２の実施形態のヘッドに共通である。

上記の従来技術と比較して、本発明の目的は、２つの吐出ノズルを有し、それによって単一ノズルヘッドで印刷したものの２倍の長さのスワスを印刷することができる偏向連続インクジェットプリンタ用プリントヘッドを作成することであり、また、簡略化した電子制御回路を使用して良好な接合部の品質を提供することである。

さらに、本発明のプリントヘッドは、液滴量に関係なく共通の形状寸法を持つことができる。それによって、ノズル同士の中心間距離を広範な液滴量について一定に維持することができる。同様に、様々なインク液滴量のために設計されたヘッド用液滴発生器の形態および寸法を同一のままにすることができる。したがって、様々なインク液滴量のために設計されたこうしたヘッドは発生器本体を有し、この発生器本体は、振動器の特性またはノズルプレートのノズル径だけが異なるものである。

以下で分かるであろうが、２つのノズルを使用して印刷すべきスワスの全幅が単一ノズルで印刷されたスワスの最大幅の２倍未満の場合、印刷速度を上げることができる。

また、本発明のツインノズルヘッドでは、同一スワスの２つの部分を形成する液滴による媒体の印刷が実質的に同時に行われ、液滴の経路を調整するための非常に単純な電子回路を使用することができるようになる。

こうした目的は、本発明の２つのノズルのプリントヘッドにおいて、国際出願第９１/１１３２７号パンフレットに記載のように、２つのスワスの接合に寄与する液滴が、非偏向液滴または偏向が最小の液滴であることによって達成される。そのため、液滴の量が変わっても接合部は良好な品質のままである。さらに、ノズル軸線は収束し、単一の回収ガッタの単一の口はこれらの軸線間の収束点、またはこの収束点から下流に位置する。本発明のヘッドの単一の回収ガッタは、従来技術の単一ガッタとは、回収口も単一の口である点で異なる。このため、この回収ガッタはあまりスペースを必要としない。やはりインクは単一口から吐出されるため、２つの開口の間のチャネルでの圧力の損失はない。したがって、吸入は良好であり、それによって使用中でない場合の清掃が容易になる。そのため、口の間のチャネル内に乾燥したインクが溜まる可能性が低減する。

したがって本発明は、偏向連続インクジェットプリンタ用ツインノズルプリントヘッドに関し、そのヘッドは、
− ２つのインクジェット吐出ノズルを有し、各ノズルが軸線を有し、この軸線に沿って配置されているインク液滴発生アセンブリと、
− 帯電電極と、
− それぞれノズルに対して上流部分および下流部分を有し、各電極の活性面が連続する液滴の相対して位置する前記偏向電極の表面である、帯電液滴を偏向する第１および第２の偏向電極と、
− インク液滴を回収するための両ノズル用単一のガッタとを備え、
ノズル軸線が、単一回収ガッタの単一の入口の軸線上でこの単一の入口付近またはこのガッタより上流に位置する点で収束することを特徴とする。

ノズル軸線の収束点は、常にガッタの口の軸線上に位置付けられる。この軸線は、ノズル軸線の平面と前記ノズル軸線によって形成される角度の二等分線を含むこの平面に対して垂直の平面とに共通の直線によって形成されることが指定される。本発明によるプリントヘッドのガッタの単一口は、印刷不可能な液滴、すなわち印刷媒体に向けて偏向されていない液滴の経路の収束点に確実に位置付けられる。印刷不可能な液滴を含めて、液滴が全て偏向された液滴である場合、ノズル軸線の収束点は、この口の中心から上流側に位置付けられる。印刷不可能な液滴が非偏向液滴である場合、これは最も一般的な場合であるが、高速の液滴の経路は直線であり、したがって、各ノズルから導出される印刷不可能な液滴の経路の収束点は、回収ガッタの単一口の中心と一致すると考えることができる。製造公差を考慮すると、この場合この収束点は、この口の中心付近に位置付けられる。

本発明の有利な一実施形態では、偏向電極は縮小したスペースに配置されており、そのため、このヘッドが組み込まれるプリンタ内でのプリントヘッドが占める体積が減少することになる。

この有利な一実施形態では、偏向性能は、等電位の偏向電極についての通常の電源電圧と比較して大幅に低下した電圧で得ることができ、したがって、前記電極と前記低下させた電圧の発生器のプリントヘッドへの一体化が容易になる。

この有利な実施形態の変形形態のさらなる主題は、ジェットの開始および停止中に偏向電極の活性面上に不慮にインクを噴霧する危険性を大幅に低減することである。

各偏向電極は、ジェット吐出ノズルに対して、上流部分および下流部分の両方を有する。各偏向電極の活性面は、一連の液滴に相対して位置する前記電極の表面である。有利な一実施形態では、ジェット液滴のための偏向電極は、第１および第２の２つの電極を備える。第１の電極の活性面は、第１の凹面の長手方向の曲率を有し、その長手方向の曲率の局部の半径は、湾曲部の任意の点で、ノズルの収束軸線によって画定される平面内に位置する。ノズル軸線の平面も液滴の偏向の方向を含む。第２の電極の活性面は、第１の凸面の長手方向の曲率を有し、その局部の半径も湾曲部の任意の点でノズル軸線の平面内に含まれる。また、第１の電極はその下流部分に形状を備えた凹部を有する。

次に下流部分が意味することを詳細に述べる。凹部の機能は、非偏向またはほとんど偏向されていない液滴が第１の電極を通過することができるようにすることである。非偏向液滴は、第一次近似として直線と考えられる経路に実質的に従う。その結果、凹部形状の最上流である部分が、第１の電極とジェット軸線の交差点のすぐ近くでその交差点からわずかに上流に位置付けられる。したがって、凹部形状の最上流部分は、第１の電極とジェット軸線の交差点から十分距離を置いて位置付けなければならない。非偏向液滴が電極によって途中で捉えられる可能性をゼロに近くして、非偏向液滴が電極の凹部を通過することができるようにするためである。

わずかに帯電され、それによってわずかに偏向された液滴は、経路の曲率が第１の電極の曲率よりも小さい経路を有する。したがって、わずかに偏向された液滴の経路は、第１の電極の活性面のセカントである可能性が高い。凹部は、こうしたわずかに偏向された液滴が通過できるようになされなければならない。凹部の前方の、わずかに偏向された液滴の経路と電極の表面の間の可能な交差点は、上記で凹部からの最上流点として定義された点から下流に位置する必要がある。したがって、第１の電極の下流部分は、電極とジェット軸線の交差点から下流に位置するこの電極の一部であると考えられる。

凹部の機能を考慮すると、この凹部の形状が、対称の線として、凹部の前方の電極と、ジェット軸線および液滴の偏向方向を含む平面との交差点によって画定される線を有することが理解されよう。したがって、この凹部は、上記で定義された対称の線を中心とする長楕円形である。

凹部の幅は、広い凹部を必要とする液滴と電極の間の衝突の危険性をなくして、液滴が第１の電極を通過することができるようにすること、および細い凹部を必要とする電極間フィールドの減少を制限することの２つの要件の折衷から決定される。

インク液滴の径は約数ダースμm、通常は３０〜１４０μm、たとえば１００μmである。

対称の線に対して垂直に測定した凹部の幅は、液滴径よりも大きく、理想的には液滴径の約２から３倍であり、すなわち通常は２００から３００μmである。しかし、液滴と第１の電極の間の衝突を確実に回避するには、幅を液滴径の約８から１０倍に決定することが必要である。

したがって、本発明の有利な実施形態による偏向電極の実施形態は、共に、または個別に、以下の特徴を有する。

第２の電極の曲率は、この第２の電極の活性面が第１の電極の活性面に実質的に平行であり、この２つの活性面が互いの間に実質的に一定の隙間eを有するようになされている。

凹部形状は、インクジェットの軸線を有し、第１の電極の凹部の前方の交差部付近に位置する最上流点を有する。

凹部はインクジェットの軸線を含む平面に対して対称である。

凹部の幅は、インク液滴の径の２から１０倍である。

凹部は長楕円形のスリットの形をしており、その１つの開口部は第１の電極の最下流部分に至る。

２つの電極の活性面の間の間隔は、電極の上流から下流まで実質的に一定であり、前記インク液滴の径の４〜２０倍、すなわち約０.５〜３mmである。この実質的に一定の間隔は、達成することが所望される偏向フィールドの値の関数であり、このフィールドは、電極間の距離、および２つの電極の間の電位差から生じるものである。

第１の電極の最下流に位置する１つの縁部は、回収ガッタの最下流である表面よりも下流である。

第２の電極は、その活性面上に、ジェット軸線を含む平面内に含まれる軸線に沿ってトレースされた溝が設けられている。

溝の１つの底部は、前記インク液滴の半径よりも大きい値の曲率半径に沿って横方向に湾曲した表面によって第２の電極の活性面に付けられている。

凹部の両側に形成された第１の電極および第２の電極のタングは、前記インク液滴の半径よりも大きい値の曲率半径に沿って横方向に湾曲している。

この有利な実施形態の好ましい実施形態では、各ノズルのジェットに割り当てられた第１の偏向電極は、対称の平面を有する機械的に単一部品からなる。対称の平面は、２つのノズルの軸線によって画定される平面に対して垂直であり、この２つの軸線によって形成される角度の二等分線を含む平面である。

本発明の特徴を有するプリントヘッドの実施形態の一例および変形形態、並びに機能を、添付の図面を参照して以下で説明する。これらの図面では、同じ参照番号または符号「´」を伴った同じ参照番号を持つ部分は同じ機能を有する。

図１は、本発明によるツインノズルプリントヘッド３０の概略図である。

このヘッドは、周知の方法で、インク液滴を発生させる発生器１１６を備える。液滴発生器１６６は、発生器チャンバ１１６内に加圧下で含まれた導電性インクから２つのインクジェットを形成する。各インクジェットは、たとえばチャンバ内に収容された１つまたは２つの振動器によって一連の液滴に分割される。この液滴は、各ジェットが通過する電極１２０、１２０´によって選択的に帯電され、電極は電圧発生器（図示せず）によって帯電される。各ジェットの帯電液滴は、２つの偏向電極２、３;２´、３´の間にある空間を通過する。液滴の電荷に依存して、液滴の偏向度合いは大きく、または小さくなる。偏向されない、または最も小さく偏向された液滴は、インク回収ガッタ６に向けられ、他の偏向された液滴は、支持部１３によって局所で担持された基材２７に向けられる。したがって、基材２７に到達する連射の連続液滴は、下限位置、上限位置、および連続的な中間位置に向けて偏向することができる。連射からの１組の液滴は、プリントヘッドおよび基材の進行方向Yに対して垂直の幅Xのスワスを形成する。プリントヘッドは、インクジェットを発生させ液滴に分割させる発生器１１６、帯電電極１２０、１２０´、偏向電極２、３;２´、３´、およびガッタ６によって形成される。このヘッドは通常、ケーシング（図示せず）内に収容される。基材上への連射の最初と最後の液滴が与える衝撃の時間差は非常に短い。これは、プリントヘッドと基材の間の連続移動に関係なく、連射の印刷時間中に、基材がプリントヘッドに対して相対的に移動していないとみなされることを指す。連射は、規則正しい空間間隔で行われる。ヘッドと基材の相対運動、および基材に直接向けられた各連射からの液滴の選択に組合せによって、任意のパターンの印刷が可能になる。

上記のものなど周知のプリントヘッドは、１つまたは複数のインク吐出ノズルを備えることができる。ヘッドがいくつかのノズルを備える場合、通常、こうしたノズルの軸線は互いに平行である。

本発明の重要な特徴によれば、２つのノズル３１、３２の軸線は、点Aで収束される。ノズル３１、３２の収束軸線は、平面を画定する。この平面は、プリントヘッドおよび基材の相対的な進行方向Yに対して垂直のスワスの幅□Xを含む。図１で示した有利な実施形態では、偏向電極２および２´は、中央電極と呼ばれる単一の電極２として物理的に形成される。この中央電極は、いわゆる端部電極３と３´の間に配置される。ノズル３１、３２の軸線、帯電電極１２０、１２０´、および偏向電極２、３、３´は、ノズル軸線の平面に垂直な平面に対して対称に配置されておりノズル３１、３２の軸線によって形成される角度の二等分線を含む。この平面を以下で対称の平面と呼ぶ。印刷に使用されないインク液滴を回収するガッタ６は、ノズル３１および３２から導出される液滴に共通のものである。印刷に使用されないインク液滴は、この共通のガッタ６の単一の口６１に到達する。本発明の実施形態によれば、印刷に使用されないインク液滴は、非偏向液滴でもよく、この場合、共通口６１の中心は、ノズル３１、３２の軸線の収束点Aと一致し、またはわずかに偏向された液滴の場合は、ノズル３１、３２の軸線の収束点Aは前記口６１の上流に位置する。図１および２で示した例では、印刷不可能な液滴は非偏向液滴であり、ノズル３１、３２の軸線の収束点は、口６１の中心と実質的に一致し、この口６１を通って非偏向液滴は回収ガッタ６に入る。図１で示した例では、液滴発生器１１６は両ジェット用の単一チャンバの発生器である。単一チャンバを閉鎖するノズルプレート１１７は、対称の平面に対して対称性を有しており、二等分平面としての対称の平面を持つ二面体を形成し、その角度は、ノズル３１、３２の軸線によって形成される角度の補角（補角１８０°）である。ノズル軸線は、それぞれこの二面体の各面に対して垂直である。各ジェットから導出される接合部の液滴が非偏向またはほとんど偏向されない液滴であるこの実施形態は、ノズル３１、３２の軸線の収束点A、またはわずかに下流の点である、２つのノズルから導出される液滴の経路の収束点が、帯電電極の電圧、または液滴の電荷および偏向を決定する他のパラメータとは無関係または実質的に無関係であるために有利である。さらに、この構成では、以下の説明で分かるように、ガッタ６を下流部分に近接して配置することができ、また以下の説明で分かるように、偏向電極２、３、３´から最も下流の部分の上流にまでも近接して配置することができる。こうすると、ヘッド３０のスペース要件が低減される。図１では、点線は、ノズル３１、３２から導出される液滴のいくつかの顕著な経路を示す。それぞれノズル３１、３２から導出される第１の経路９、９´は、非偏向液滴の経路である。液滴が高速であることを考慮すると、こうした経路はそれぞれノズル３１、３２の軸線と実質的に一致する。上記で述べたように、こうした経路は、単一のガッタ６の口６１の中心と実質的に一致する点Aで収束する。対称の経路５、５´も、それぞれノズル３１、３２から導出される偏向が最小の液滴として示してある。経路５、５´は、それぞれ基材２７の点B、B´で収束する。点BおよびB´は、その間の距離が、連射からの２つの空間的に連続した液滴の間の距離と同じである。上記で説明したように、点B、B´は、基材２７と偏向が最小の印刷可能な液滴の経路との間の収束点に位置するため、これらの点の相対位置は、液滴量の変動からほとんど影響を受けない。この理由で、それぞれノズル３１、３２から導出された液滴がたどるスワスの間の接合部は常に、ヘッド３０の構成全体を変更する必要なく同じ品質である。２つの経路８、８´も、それぞれノズル３１、３２から導出された偏向が最大の液滴として示してある。それぞれ経路８、８´と印刷基材２７との交点C、C´は、対称の平面に対して互いに対称である。したがって、スワスBCおよびB´C´も対称の平面に対して対称である。これらのスワスは互いの延長部に位置する。したがって、本発明のツインノズルヘッドでは、単一のノズルを備えたヘッドで作成することができる幅の２倍の幅のスワスCC´を作成することができ、単幅の２つのスワスの間の接合部の品質を考慮すると、この２倍幅のスワスは、単一のスワスと同じ品質を有するものである。観察されるように、ジェット軸線の平面は液滴の経路を全て含む。上記の国際出願第９１/１１３２７号パンフレットで述べた場合のように、こうした経路は、様々な平行の平面に存在しないため、スワスB´C´およびBCを同時に印刷することができる。印刷すべき２倍幅のスワスCC´の幅全体が、単一のノズルから導出されるジェットで作成することができる単一のスワスの最大高さBCの２倍よりも小さい場合、簡単な方法で印刷速度を少なくとも２倍にすることが可能である。点BB´は幅を縮小した２倍のスワスの中心にあるため、振幅を小さくした連射の継続時間も短縮される。印刷速度が速くなるに従って、描かれるスワスが小さくなる。たとえば上記の国際出願第９１/１１３２７号パンフレットに記載されたヘッドでは、スワスが小さい場合に印刷速度を上げることが理論上可能であることを留意されたい。しかし、前記ヘッドに関して、ヘッドからの連射の継続時間を短縮した場合、各単一スワスの比較的低い高さを考慮すると、２つのノズルからの各連射の点火の間の時間のずれをそれに応じて小さくしなければならない。これは、単一スワスの幅に関して可変のオフセットを行うように案内電子回路を適合させることが想定されており、このことは、この特許出願では企図されていない。

一部が第１の解像度を有し、たとえば比較的下方の他の一部が、第１の解像度とは異なる第２の解像度を有することを必要とする一部の印刷操作に有利な任意選択の特徴によれば、ノズル３１、３２の径は様々な値でもよい。知られているように、インク液滴量、したがって印刷解像度は、ジェット分割の頻度および吐出ノズルの径に関連して変わる。同一ノズル径では、頻度が高くなるに従って、インク液滴量は小さくなる。同一の分割頻度では、ノズル径が大きくなるに従って、インク液滴量は大きくなる。そのため、２つのノズルによって行われる印刷間の接合部の正確さによって、各ノズルから様々な解像度の印刷を行うことができるようになる。

図１で示した実施形態では、液滴発生器チャンバ１１６は、ノズル３１、３２の両方に共通である。図２、３、および４では、ノズル毎に液滴発生器１１６、１１６´があるプリントヘッド３０´が示してある。各発生器には、それぞれ発生器自体の振動器およびノズルプレート１１７、１１７´が周知の方法で装備されている。ノズル３１、３２の軸線は、それぞれノズルプレート１１７、１１７´に対して垂直であり、ノズルプレート１１７、１１７´は共に前記ノズル３１、３２の軸線の間に形成された角度の補角である角度を形成する。

図１および図２に関して示した実施形態では、偏向電極２、３、３´は以下に詳細に述べる有利な構成を持つことができる。それぞれ偏向電極は先ず、ジェットの吐出ノズルに対して、ノズルに近い部分である上流部分、およびノズルから離れた下流部分を有することを留意されたい。各偏向電極の活性面は、一連の液滴に相対して位置する前記電極の表面として画定される。有利な実施形態の偏向電極の活性面は、対称平面に対して対称である。この対称性を考慮して、互いに相対する電極２、３の部分に関する残りの説明では、電極２、３に関する記載は全て、電極２および電極３´の他方の半分に対しても有効に対称であることにさらに注目されたい。この有利な実施形態では、第１の電極２の活性面は、第１の凹面の長手方向の曲率を持ち、その長手方向の曲率の局所の半径は、インクジェット吐出ノズル３１、３２の軸線によって画定される平面内に位置する。第２の電極３の活性面は、第１の凸面の長手方向の曲率を持ち、第１の電極２はその下流部分に形状３８を持つ凹部１２を有する。対称面に対して互いに対称である、第１の電極の凹部１２、１２´は、図３の下側の図で、かつ図４では図２の線V-Vに沿って切り取られた断面図で示してある。これらの図は、スリット１２、１２´が２つのタング２４、２５;２４´、２５´の間にあることを示している。また、ガッタ６の入口６１が第１の電極２の中心部分内に収容されていることも示している。この口６１は、対称平面に対して垂直方向の長楕円形であり、その中心はこの対称の平面内にある。

口６１の寸法は、最も広い部分でノズル３１、３２の径の１０倍〜３０倍であり、好ましくはこの径の２０倍である。

口６１の寸法は、最も長い部分でノズル３１、３２の径の３０倍〜８０倍であり、好ましくはこの径の５０倍である。

たとえば、径５０μmのノズルでは、通常、口幅は１mm、長さは２.５mmである。

図５および図６Aおよび図６Bは、それぞれツインノズルを備えた偏向連続インクジェットプリントヘッド内で実施される電極の有利な実施形態による静電偏向電極の特定の実施形態の半分を示す正面概略図および左側面図である。これらの図は、偏向電極の有利な実施形態およびその機能を説明するためのものである。図７は、この有利な実施形態の変形形態におけるより実際的な方法で電極の形状を示すものである。図５〜図７は、有利な実施形態の主題である電極に関連する部分だけを示すものである。

一連の選択的に帯電した液滴１は、電極２および３によって区切られた空間内に入り、電極２と３の間には、電圧発生器（図示せず）によって与えられる電位差Vdがある。電極２および３は、実質的に等しい高さである。それぞれ電極２および３の活性面に接する平面は、その最上流部分がジェット軸線に平行であり、またはこの軸線に小さい角度で交差する。

第１の電極２の活性面１１は、第２の電極３の活性面１０の曲率と実質的に反対の凹面の長手方向の曲率を有する。電極３の活性面１０は、凸面の長手方向の曲率を有しており、この表面が下流部分で、偏向が最大の液滴の点線によって示された経路４に実質的に平行になるようになされている。経路は、液滴のストローブ照明によって周知の方法で視覚化することができる。

表面１０と１１の分割させるスペースeは、電極２、３の高さ全体にわたって実質的に一定である。スペースeの値は、３.５mm未満、好ましくは２mm未満である。最低帯電液滴の経路を妨げないように、図で示した例では、スリット１２の形状の凹部１２は、図５B、並びに図７Bおよび図７Cで見ることができ、電極２の下流部分に作成される。凹部１２の幅は、インク液滴の径よりも大きい。凹部の幅は実際、有利には、電極２、３の下流部分に存在する電界Edの値の降下が、その上流部分に設定された最適の電界値の１５%を超えないように制限される。電極２、３の活性表面の間に設定された電界Edの値は、この値が、安全マージンを差し引いた分だけ、活性面の間のスペースeに対応する絶縁破壊値よりもわずかに低い場合に最適値と呼ばれる。

図５Cで示した実施形態によれば、中央電極２は、対称平面に対して互いに対称の２つの中央電極２、２´と交換される。図５Cの半分の図では、電極２だけが示してある。それぞれ２つの電極は、好ましくは、長手方向の曲率の他に横方向の曲率を持つ金属シートの形をしている。２つのシートはその下流部分にスリットを有し、液滴が電極を通過できるようにしている。２つのシートは、同じ電位である。

電極２および３は、ステンレス鋼で作成されることが好ましい。

電極の長手方向の曲率は好ましくは一定であり、電極２、３の活性面は、ノズル３１、３２の軸線の平面に垂直の軸線を持つ円筒形の表面部分によって実質的に形成される。

機能は以下の通りである。

電位差Vdから生じる電界Edは、インク液滴をその電荷に比例して所定の経路に沿って偏向させる。経路４は、最大電荷Qmaxを担う液滴がたどる経路である。したがって、その経路は偏向が最大の液滴の経路である。第２の電極３の活性面１０は、経路４が第２の電極３の活性面１０と平行であり、少なくともその表面の下流部分で活性面１０に近づいても、経路４と第２の電極の間の衝突の可能性が実際にゼロであるように計算される。経路５は、回収ガッタ６の回避を可能にし、したがって、この最小電荷Qminを担う液滴を印刷基材２７に方向付けることができる、最小電荷Qminを担う液滴がたどる経路である。図１で示したように、印刷に使用される偏向が最小の液滴の対称の経路５、５´は、各ノズルがたどるスワスの間の接合部を形成する液滴の経路である。これらは、最短経路であり、妨げられる可能性が最も低い。こうすると、良好な品質の接合部が得られる。Qmax値とQmin値の間にある電荷を担う液滴は、たとえば経路７または８など中間の経路をたどる。経路９は、Qmin未満の電荷を担う液滴の経路に相当する。前記液滴は、回収ガッタ６によって捕獲され、プリンタのインク回路に向けて再循環される。

図５B、並びに図７Bおよび図７Cで示したスリット１２は、上記で説明したように、特にQmin未満の電荷を担う偏向が最小の液滴がこのスリットを通過するようになされている。その結果、このスリット１２の形状３８の最上流部分である部分３９は、ジェット軸線と第１の電極２の交差点に近い点に位置する。Qmin未満の電荷の液滴、およびQminとQmaxの間の電荷を担う最小帯電液滴は、電極２のスリット１２を通過し、たどるべきスワスの様々な点にインパクトを与える液滴の角度の分散を、従来技術の電極と比較してより小さい電極２と電極３の間のスペースｅに関係なく維持することができる。

スペースeが小さいため、従来技術の等電位電極装置で通常使用される８または１０kVではなく、約３kVのVd値を使用することができるようになる。したがって、電極２をインクの基準電位、通常はプリンタの地電位に配置することによって、電位差Vdを得ることは特に有利である。こうした条件下で、この電位がインクの電位に対して電極３の電位の反対である従来技術とは違い、図２、図４、図５で示したように、回収ガッタ６と電極２の位置の間の絶縁破壊の危険性を伴わずに、２つの電極２と３の間の電界Ｅｄを低下させずに、この２つの部分を近接して、または一体化して位置付けることができる。

こうした条件下で、ガッタ６の下方縁部２１と印刷媒体１３の間の距離d１は、電極２の下流縁部２２を同じ印刷媒体１３から分割させている距離d２よりも大きくてもよい。これは、ガッタ６に向けて液滴が移動する経路を大幅に縮小することになり、したがってこうした液滴がこのガッタに到達しない可能性を低減することになる。この実施形態では、偏向電極の最下流縁部２２がガッタ６の最下流の表面２１よりも下流にあることを留意されたい。

図６Aおよび図６B、並びに図７Dは、それぞれ電極２および３の有利な実施形態の有利な変形形態を示す。それぞれこうした実施形態は、図５Aで画定した平面zに概ね沿って切り取った拡大断面図で図６に示されている。電極２、３の表面の間の交差湾曲部の形状は、断面の平面と共に、その高さ全体にわたって、または少なくとも下流部分において活性面１０および１１を特徴付けるものである。

平面zによって切り取られた断面は、図５Bで示したスリット１２の最上流の点３９の下流にある。図３および４に関して上記で説明したように、スリット１２は、半分の電極２をそれぞれ２つのタング２４、２５に分割する。図６は、横方向の曲率を持つ、タング２４、２５およびそれらの反対側にある電極３を有利に示すものである。こうした横方向の曲率は図７でも見ることができる。

図６Aで示した横方向の曲率の目的は、電界Edを弱め、または絶縁破壊を引き起こす可能性がある放電現象を生じさせやすい鋭い金属縁部またはあらさを全て除去するためである。タング２４、２５の表面１１および電極３の横方向の曲率半径は、インク液滴の半径よりも完全に大きい。

図６Bは、Aで示した電極２と同じ横方向の曲率特性を持つ電極２を示す。Bで示した実施形態の一変形形態によれば、放電の発生を減少する際に、電極３の活性面１０もAで示した電極３と同じ大きさの横方向の曲率を持つ。

電極３も長手方向のへこみ、または溝１４を有する。この凹部は、表面１０の高さ全体にわたって、または図７Bおよび図７Dで示した下流部分だけにわたって延びる。へこみ１４は、電極２の凹部１２の反対側に横方向に位置する。へこみ１４の幅は、インク液滴径よりも大きいが、フィールドFdを最適値からあまり遠ざけないように十分小さく維持される。

前記凹みは、電極３の活性面１０への一定のインク噴霧を回避するのに特に有用である。いくつかの液滴の電荷と体積の比がうまく制御されず、所定の最大値を超えた場合、こうした液滴は誤った経路３５に従い、 − 表面１０に衝突せずに凹み１４に入り、 − 凹み１４内で非常に弱い電界の作用を受ける。

フィールド値のこの降下により、誤った経路が安定化され、偏向装置の出口で、偏向が最大の液滴の経路４上にそれらが維持される。偏向が最大の液滴の体積に対する電荷の比は所定の最大値に一致する。こうした液滴は、誤った経路を有しても、電極３と衝突しない。そのため、電極３はクリーンなままであり、これは電極上のインクの存在によって偏向されないことを指す。したがって、後続の液滴は、潜在的に誤った経路を持つ液滴の存在によって経路の偏向を受けない。この構成は、プリンタを起動する際に、電極に与えるべき電圧の調整を容易にする利点もある。

従来技術に勝る本発明のこの有利な実施形態およびその変形形態の以下の利点は明らかである。
単純な設計および偏向効率を同時に達成できること、
少なくとも１つの活性面の形状寸法を調整することによって、電極への一定のインク噴射から保護することである。

低い値のVdおよび高い位置の回収ガッタ６により、プリントヘッドのスペース要件が著しく低減され、インク液滴が移動する経路が短縮される。したがって、液滴の経路の派生的変動は小さい範囲であり、印刷品質が向上する。

単一のジェット発生チャンバだけを備えた、本発明のツインノズルプリントヘッドの第１の実施形態を示す概略図である。 ノズル毎のジェット発生チャンバを備えた、本発明のツインノズルプリントヘッドの第２の実施形態による、ノズル軸線の平面で垂直方向から見た概略図である。 本発明のツインノズルプリントヘッドの２つのジェットに共通の中央偏向電極を示す下側の概略図である。 図３で示した中央偏向電極の、図２の線V-Vに沿って切り取った概略断面図である。 偏向電極の有利な実施形態による静電偏向電極の半分を示す正面図である。 図５Aで示した概略図の左側面図である。 ２つの中央電極を備えた静電偏向電極の半分を示す正面図である。 偏向電極の有利な実施形態の変形形態による静電偏向電極の半分を示す断面図である。 偏向電極の有利な実施形態の変形形態による静電偏向電極の半分を示す断面図である。 偏向電極の有利な実施形態による２つの電極のアセンブリの半分を示す側面斜視図である。 図７Aの線B-Bに沿って切り取った２つの電極の半分を示す断面図である。 本発明の実施形態によるスリット付き電極の半分を示す斜視図である。 表面のへこみを示すための、凹面電極を示す斜視図である。

符号の説明

２、２´ 第１の電極
３、３´ 第２の電極
６ ガッタ
１０、１１ 活性面
１２ 凹部
１４ 溝
１５ 上流部分
１６ 下流部分
２１ 下方縁部
２２ 下流縁部
２４、２５ タング
３０、３０´ プリントヘッド
３１、３２ ノズル
３８ 形状
６１ 口
１１６、１１６´ 液滴発生器チャンバ
１２０、１２０´ 帯電電極

Claims (17)

1. ２つのインクジェット吐出ノズル（３１、３２）を有しており、前記ノズルの各々が軸線を有し、この軸線に沿って配置されるインク液滴発生器アセンブリ（１１６、１１６´）と、
   帯電電極（１２０、１２０´）と、
   各々がジェット吐出ノズル（３１、３２）に対して上流部分（１５）および下流部分（１６）を有し、各偏向電極（２、３）の活性面（１１、１０）が一連の液滴に相対して位置する偏向電極（２、２´;３、３´）の表面である、帯電液滴を偏向させる第１（２、２´）および第２（３、３´）の偏向電極と、
   両ノズル（３１、３２）のための単一のインク液滴回収ガッタ（６）と、を備え、
   前記ノズル（３１、３２）の軸線、前記単一の回収ガッタ（６）の単一の入口（６１）の軸線上で、この口（６１）の付近またはこのガッタ（６）の上流に位置する点で収束することを特徴とする、連続インクジェット偏向プリンタのためのツインノズルプリントヘッド（３０、３０´）。
2. ジェット吐出ノズル（３１、３２）の収束軸線によって画定される平面に対して垂直であり、前記インクジェット吐出ノズル（３１、３２）の収束軸線の間に形成される角度の二等分線を含む平面である対称平面を有することを特徴とする、請求項１に記載のツインノズルプリントヘッド（３０、３０´）。
3. 帯電液滴を偏向させる前記第１の偏向電極（２、２´）が、インクジェット吐出ノズル（３１、３２）から導出される液滴に共通の第１の電極（２）であり、この共通の帯電液滴のための偏向電極（２）が、帯電液滴のための前記第２の偏向電極（３、３´）の間に位置付けられることを特徴とする、請求項１に記載のツインノズルプリントヘッド（３０、３０´）。
4. 帯電液滴を偏向させる前記第１の偏向電極（２、２´）がインクジェット吐出ノズル（３１、３２）から導出される前記液滴に共通の第１の電極（２）であり、この共通の帯電液滴のための偏向電極（２）が、帯電液滴のための前記第２の偏向電極（３、３´）の間に位置付けられることを特徴とする、請求項２に記載のツインノズルプリントヘッド（３０、３０´）。
5. ジェットからの液滴を偏向させる前記第１の偏向電極（２）の前記活性面（１１）が、前記活性面（１１）の長手方向の曲率の局部半径が前記インクジェット吐出ノズル（３１、３２）の収束軸線によって形成される平面内に位置する第１の凹面の長手方向の曲率を有し、前記同じジェットからの液滴を偏向させる前記第２の偏向電極（３）の前記活性面（１０）が、第１の凸面の長手方向の曲率を有し、前記ジェットからの液滴を偏向させる前記第１の偏向電極（２）が、その下流部分（１６）に形状（３８）を持つ凹部（１２）を有することを特徴とする、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のツインノズルプリントヘッド（３０、３０´）。
6. 形状（３８）が、前記インクジェットの前記吐出ノズル（３１、３２）の軸線を有し、前記ジェットを偏向させる前記第１の偏向電極（２）の凹部の前方の交差部付近に位置する最上流点を有することを特徴とする、請求項５に記載のプリントヘッド（３０、３０´）。
7. 前記凹部（１２）が、前記インクジェット吐出ノズル（３１、３２）の収束する軸線によって画定される平面に対して対称であることを特徴とする、請求項５または請求項６に記載のプリントヘッド（３０、３０´）。
8. 前記凹部（１２）の幅が前記インク液滴の径の２〜１０倍であることを特徴とする、請求項５から請求項７までのいずれか１項に記載のプリントヘッド（３０、３０´）。
9. 前記凹部（１２）が、長楕円形のスリットの形状であり、前記スリットの１つの開口部が第１の電極（２）の最下流である部分（２２）に至ることを特徴とする、請求項５から請求項８までのいずれか１項に記載のプリントヘッド（３０、３０´）。
10. ノズル（３１、３２）から導出されるジェットを偏向させる偏向電極（３、２）の前記活性面（１０、１１）の間の間隔が、前記電極の上流から下流まで実質的に一定であり、前記インク液滴の径の４〜２０倍であることを特徴とする、請求項５から請求項９までのいずれか１項に記載のプリントヘッド（３０、３０´）。
11. 第１の偏向電極（２）の最下流の１つの縁部（２２）が、回収ガッタ（６）の最下流である表面（２１）よりも下流であることを特徴とする、請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載のプリントヘッド（３０、３０´）。
12. インクジェットを偏向させる前記第２の偏向電極（３）が、前記ノズル（３１、３２）の収束軸線によって画定される平面内に含まれる軸線に沿った溝（１４）を有することを特徴とする、請求項５から請求項１１までのいずれか１項に記載のプリントヘッド（３０、３０´）。
13. 溝（１４）の底部が、前記インク液滴の半径よりも大きい値の曲率半径に沿って横方向に湾曲した表面を介して前記第２の電極（３）の前記活性面（１０）に付けられていることを特徴とする、請求項１２に記載のプリントヘッド（３０、３０´）。
14. 凹部（１２）の両側に形成された前記第１のジェット偏向電極および同じジェットを偏向する第２の偏向電極（３）のタング（２４、２５）が、前記インク液滴の半径よりも大きい値の曲率半径に沿って横方向に湾曲していることを特徴とする、請求項５から請求項１３までのいずれか１項に記載のプリントヘッド（３０、３０´）。
15. 前記ノズル（３１、３２）が異なる直径を有することを特徴とする、請求項５から請求項１４までのいずれか１項に記載のプリントヘッド（３０、３０´）。
16. ガッタ（６）の口（６１）が長楕円形であることを特徴とする、請求項５から請求項１５までのいずれか１項に記載のプリントヘッド（３０、３０´）。
17. 請求項１から請求項１６までのいずれか１項に記載のプリントヘッドを装備することを特徴とするプリンタ。
    
    

Images