JP2005521574A - 誘電絶縁体を有するインクジェットプリンターの偏向電極 - Google Patents

Abstract

本発明の実施形態の或る態様によれば、基板に向かってインク滴の流れを放射し、個々のインク滴を選択的に帯電させて、帯電したインク滴に偏向電極アセンブリで作られた電界（偏向電界）を通過させることによってインク滴の基板上の位置を制御する型式の連続インクジェットプリンターに使うための偏向電極アセンブリが提供されている。偏向電極アセンブリは、高電圧偏向電極（５６）と、インク滴の流れの反対側に配置された低電圧偏向電極（４４）を含んでいる。両偏向電極の少なくとも一方の上には、誘電絶縁部材（４６）が取り付けられている。絶縁部材は、インクジェットの流れの経路に沿って偏向電極（４２）を露出する長手方向の開口を有し、これによって、蓄積したインクが偏向場の強さを減じる傾向を事実上無くしている。絶縁部材は、内向きに伸張し、少なくとも偏向電極の前縁部と側縁部に沿って偏向電極の底面の下に横たわる。絶縁材を偏向電極の前縁部と側縁部に沿って設けると、両偏向電極間にアークが飛ぶのを抑えることができる。絶縁部材に長手方向開口を設けることによって、絶縁部材上に蓄積しかねない微小衛星インク滴の場を歪ませる効果を抑制することができる。

Description

本発明は、インクジェット印刷に、厳密には、連続インクジェットプリンター用の改良された偏向電極アセンブリに関する。

連続インクジェットプリンターは、工業用コーディング及びマーキングの分野では周知であり、製造ライン上でプリンターを通過してゆく様々な型式の基板上に、有効期限のような情報を印刷するのに広く使用されている。図１に示すように、インクのジェットは、振動する圧電要素によって一様なインク滴の規則的な流れへとばらばらにされる。次に滴は、荷電電極を通過し、そこで個々の滴は選択された電圧に荷電される。次に滴は、一対の偏向電極を横切って作り出された直交電界（偏向場）を通過する。各滴は、それぞれの電荷によって決まる量で偏向される。滴が帯電していなければ、偏向無しに電極を通過する。帯電していないか又は僅かに帯電している滴は、キャッチャーに集められ、インク供給源に戻して再利用される。キャッチャーに捕捉されず弾道を描く滴は、滴の電荷で決まる基板上の点に衝突することになる。しばしば、各帯電した滴は、帯電した滴の間の静電及び空力的相互作用を減じるため、実質的に電荷を有しない滴でまき散らされる。基板がプリンターを通過するとき、基板の動く方向における基板上の滴の位置は、滴が発射される時間で決まる成分を有している。基板の動く方向を、今後は水平方向と呼び、これに直角な基板の面上の方向を、今後は垂直方向と呼ぶことにする。これらの方向は、空間内の基板とプリンターの方位とは関係しない。滴が垂直方向に偏向される場合、滴の垂直及び水平方向の位置は、滴上の電荷と基板の位置の両方で決まる。

滴の位置、従って印刷品質を良く制御するには、偏向場の強度を常に可能な限り高く維持するとよい。この点では、正（高電圧）の偏向電極を曲げるか角度を付けて、偏向電極を帯電した滴の経路に概ね合わせることが知られている。偏向場の強度は、偏向電極同士を互いに近づけても上げることができる。しかしながら、偏向電極同士を互いに近づけると、偏向電極の間にアークが飛び易くなる。

適位置の制御は、空力効果と滴対滴電荷相互作用効果を最小化することによっても改良することができる。両方共、荷電電極と基板の間の飛行距離を短くすることで減らすことができる。しかしながら、偏向電極を荷電電極に近づけすぎると、高圧の偏向電極と荷電電極の間にアークの飛ぶ可能性が増す。

アークが飛ぶのを抑えるため、高電圧偏向電極上に絶縁材を配し、場合によっては低電圧偏向電極上にも絶縁材を追加して配置することが知られている。顔料が入ったインクを含め、或る種のインクは、微小衛星滴を作り出す傾向がある。微小衛星滴は絶縁材上に蓄積し易いことが分かっている。帯電した微小衛星滴が絶縁材上に蓄積すると、偏向場の強度が低下し、滴の偏向と印刷品質を低下させることになる。これが起こると、プリンターを止めて積もったインクを絶縁材から取り除かなければならない。理解頂けるように、プリンターを止めなければならないのは、多くの用途で非常に望ましくないことである。

本発明の実施形態の或る態様によれば、基板に向かってインク滴の流れを放射し、個々のインク滴を選択的に帯電させて、帯電したインク滴に偏向電極アセンブリで作られた電界を通過させることによってインク滴の基板上の位置を制御する型式の連続インクジェットプリンターに使うための偏向電極アセンブリが提供されている。偏向電極アセンブリは、インクジェットの流れの互いに反対側に配置された一対の偏向電極を含んでいる。電極間にアークが飛ぶのを抑えるために、両偏向電極の少なくとも一方の上に誘電絶縁材が配置されている。例えば、滴が負に帯電している場合、両電極は、高い正の電位を有する高電圧電極と、接地されている低電圧電極であってもよい。この構成では、少なくとも高電圧電極上には、絶縁材が配置されている。絶縁材には、インク滴の流れの経路に沿って偏向電極を露出させる長手方向開口が設けられている。その結果、微小衛星滴は、絶縁材上にではなく偏向電極上に蓄積する。微小衛星滴は、偏向電極に衝突する際に放電し、即ち電荷を失う。蓄積する微小衛星滴は偏向電極上で放電するので、その偏向場の強度に及ぼす有害な影響が大幅に低減される。絶縁部材は内向きに伸張し、少なくとも偏向電極の前縁部と側縁部に沿って偏向電極の内側面の下に横たわる。

図１は従来型の連続インクジェットプリンター１０を示す。インクジェットプリンター１０は、インク供給源１６からインクを受け取るために接続されている滴生成器１４を有するプリントヘッドを含んでいる。滴生成器１４には、ノズル１８でインクの流れに摂動を作り出す圧電振動子が組み込まれている。ノズルは、一様なサイズの一様に間隔を空けた滴の流れ１７を放出する。滴は、荷電トンネル２２を通り、そこでは各滴に異なる電荷を付けられるようになっている。続いて滴は、一対の相対する偏向電極２４、２６の間を通過する。電源（図示せず）は、偏向電極２４、２６に、比較的均一な電界が両電極の間に伸張するように接続されている。所与の滴上の電荷は、偏向電極２４、２６の間を通過する際に垂直方向に偏向する量を決めることになる。絶縁体２８は、偏向電極２４と２６の間に、そして偏向電極と荷電トンネル２２の間にアークが飛ぶのを防ぐために、偏向電極２４、２６の少なくとも一方の上に配置されている。

帯電していないか又は僅かに帯電している滴３０は、実質的に偏向されずにキャッチャー３２へ向かい、インク供給源１６に回収される。帯電した滴３４は、基板３６に向かって放射され、基板がプリントヘッドを水平方向に通過する際に基板に当たる弾道を辿るように偏向される。滴に印加される電荷は、基板３６上における滴の垂直位置／配置を制御する。

滴に印加される電荷は、コントローラ３８で決められるが、コントローラ３８は、当該技術分野では周知のように、汎用プロセッサ、マイクロコントローラ、又は適切な入出力回路を有する埋め込み型コントローラのような装置で作ることができる。コントローラ３８は、付帯するメモリに記憶された汎用プログラム命令制御の下で作動する。コントローラ３８は、荷電チャネル２２に制御信号を送って、個々の滴が荷電チャネル２２を通過する際に印加される電荷を制御する。この様なインクジェットプリンターの作動は当該技術分野では周知なので、ここで詳細に説明はしない。

図２−８を参照しながら、本発明の特定の実施形態の或る態様による偏向電極アセンブリ４０（又は、略して電極アセンブリ４０）について、詳しく説明する。電極アセンブリ４０は、先に図１で説明したプリンター１０のような従来型のインクジェットプリンターで使用されるように構成されている。電極アセンブリ４０は、図１に示す偏向電極２４、２６の代わりに使用される。電極アセンブリ４０は、荷電トンネル２２と基板３６の間に、滴の流れ１７に沿って挿入されている。図示の実施形態では、偏向アセンブリ４０は、高電圧偏向電極４２、低電圧（又は接地）偏向電極４４、及び絶縁部材４６の形態を取る誘電絶縁材を含んでいる。電源（図示せず）は、偏向電極４２、４４に接続され、両電極の間に偏向場を作り出し、滴がその個々の電荷に応じて垂直方向に偏向されるようになっている。説明し易くするため、偏向電極４２と４４を、高電圧偏向電極４２と低電圧偏向電極４４、又は単に高電圧電極４２と低電圧電極４４、と呼ぶことにする。

低電圧偏向電極４４は、荷電トンネル２２と基板３６の間の位置に、滴の流れ１７の下に配置された略平坦な偏向板４８を含んでいる。低電圧偏向電極４４は、更に、低電圧偏向電極４４をプリンター１０のフレーム（図示せず）又は他の搭載構造体に固定するための取り付け部分を有しているが、これも図示していない。

高電圧偏向電極４２は、偏向板５０と、取り付けブラケット５２を含んでいる。取り付けブラケット５２には、電極４２をプリンター１０のフレーム５３又は他の搭載構造体に締め付け具（図示せず）で固定できるように、開口５４が設けられている（図３参照）。ブラケット５２とフレーム５３の間には、高電圧偏向電極４２の接地を防ぐため、絶縁材５５が挿入されている。

高電圧偏向電極４２の偏向板５０は、インクの滴の流れ１７に沿って、低電圧偏向電極４４の偏向板４８と反対の位置に伸張している。偏向板５０は、前方部５６と後方部５８を含んでいる。前方部５６は、低電圧偏向電極４４の偏向板４８と略平行に伸張し、一方、後方部５８は、図２に示すように上向きに角度が付いており、帯電した滴の経路に概ね沿っている。

図示の実施形態では、インク滴は負に帯電しており、高電圧偏向電極４２は比較的高い正の電位に維持され、低電圧偏向電極４４は接地されている。その結果、負に帯電した滴は、電極４２と４４の間を通過する際、高電圧偏向電極４２に向けて偏向される。

偏向電極４２、４４の少なくとも一方の上には、絶縁材が配置されている。上記配置では、絶縁材は、少なくとも高電圧電極４２上には配置されている。しかしながら、絶縁材は、電極４２、４４の極性、及び帯電した滴の極性次第で、偏向電極４２、４４の一方又は両方の上に配置することができる旨理解されたい。例えば、負に帯電した滴は、接地した偏向電極と、高い負の電位を有する偏向電極の間を通すことができる。その様な構成では、滴は、負の電極に押され（弾かれ）接地電極に向かう。この様な構成では、絶縁材は、少なくとも（負の）高電圧電極上には配置される。また、正に帯電した滴は、高い正の電位を有する偏向電極と、接地電極の間を通すことができる。その様な構成では、正に帯電した滴は、（正の）高電圧電極から弾かれる。この様な構成では、絶縁材は、少なくとも（正の）高電圧電極上には配置される。また更に、正に帯電した滴は、接地した偏向電極と、高い負の電位に維持された電極の間を通すことができる。この様な構成では、絶縁材は、少なくとも（負の）高電圧電極上には配置される。

図示の実施形態では、絶縁材は、高電圧電極４２上に取り付けられた絶縁部材４６の形態を取っている。代わりに、絶縁材は、偏向電圧４２上にモールド成形してもよいし、スプレーしてもよい。絶縁部材４６は、高電圧偏向板５０の前方部５６上に取り付けられている。図３を見れば分かるように、絶縁部材４６は、偏向板５０の前方部５６の前縁部６０と側縁部６２、６４に沿って伸張している。絶縁部材４６は、偏向板５０の縁を超えて内向きに伸張し、偏向板５０の前縁及び側縁部６０−６４に重なっている。絶縁部材４６は、偏向板５０の縁部６０−６４に重なっているので、偏向電極４２と４４の間にアークの飛ぶ傾向が大幅に減る。同様に、偏向板５０の前縁部６０に沿う絶縁材は、高電圧偏向電極４２と荷電電極２２を互いに近接して配置したときに、両者の間にアークの飛ぶ傾向を大幅に減らす。

絶縁部材４６は、長手方向の開口即ち空白部６６を有し、インク滴の流れ１７に沿って偏向板５０を露出している。図示の実施形態では、長手方向開口６６は、略長方形のスロットの形をしているが、理解頂けるように、本発明の範囲から逸脱することなく、他の形状でもよい。インク滴の流れ１７の経路に沿って絶縁材を取り除くと、蓄積された微小衛星滴が偏向場に及ぼす有害な影響を、事実上無くすことができる。これは、微小衛星滴は、電極４２上に蓄積する際に放電し、即ち電荷を失うからである。更に、テストの結果によれば、インクの蓄積は、長手方向スロット６６を採用した場合に減少する。長手方向スロット６６は、幅が０．１２インチ程度で、偏向板５０の前方部５６の実質的に全長に沿って伸張している。この点に関し、絶縁部材４６と偏向板５０の前縁部６０の間の重なりの量は最小なので、偏向板５０は実質的にその全長に沿って露出される。例えば、偏向板５０の前縁部６０に沿う重なり合いは、０．０１０インチ程度である。

図４−６に示すように、絶縁部材４６は、一対の横方向に間隔を空けて設けられた底脚部６８、７０から成る下側部分を有している。前方横断部材７２は、両底脚部６８、７０の間を横方向に伸張している。長手方向開口６６は、両底脚部６８、７０の間の空間で画定されている。上壁７４は、横断部材７２の頂部から、底脚部６８、７０の面と略平行な面内を伸張している。上壁７４と底脚部６８、７０は、偏向板５０の前方部が入る大きさの横方向スロット７６を画定している。ロックタブ７８は、底脚部６８、７０から上向きに伸張し、偏向板５０に形成された相補的スロット８０（図９）に嵌り、絶縁部材４６を偏向板５０に固定する。ロックタブ７８とスロット８０は、絶縁部材４６を高電圧偏向電極４２にスナップ嵌合するように協働する。代わりに、絶縁部材４６は、偏向電極４２に、接着剤、締まり嵌め、適切な締結材、その他適切な手段で固定してもよい。更に、先にも述べたように、用途によっては、絶縁材は、偏向電極４２上にスプレーしてもモールド成形してもよい。

絶縁部材４６は、プラスチックのような適切な誘電性材料から形成される。適切な材料の一例は、Ｅ．Ｉ．デュポン社から市販されているデルリン（商標）アセタール樹脂である。製造時、絶縁部材４６は、機械加工、モールド成形、押出成形を含む適した製造工程で形成することができる。絶縁部材４６は、電極同士を互いに近接配置したときに電極間にアークが飛ぶのを抑制する働きがある。しかしながら、インク滴の流れ１７の経路沿いに絶縁材はないので、蓄積した微小衛星が偏向場の強さに悪影響を及ぼす傾向は、事実上取り除かれる。これは、微小衛星滴が、高電圧偏向板５０上に蓄積し、そこで放電するからである。その結果、偏向場の場の強さの低下は、先行技術による設計で起こるような、帯電した微小衛星滴が直接的に偏向電極の絶縁材上に蓄積する場合に起こるものよりも少ない。

代表的な連続インクジェットプリンターを示す。 本発明の特定の実施形態による偏向電極アセンブリの或る態様を示す。 図２のアセンブリの、高電圧偏向電極と絶縁部材の底面図を示す。 図３の絶縁部材の側面図である。 図３の絶縁部材の上面図である。 図４のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図３の絶縁部材の端面図である。 図３の高電圧偏向電極の側立面図である。 図３の高電圧偏向電極の上面図である。 図３の高電圧偏向電極の端面図である。

Claims (15)

1. 基板（３６）に向かってインク滴の流れ（１７）を放射し、個々のインク滴を選択的に帯電させて、帯電したインク滴に偏向電極アセンブリ（４０）で作られた電界を通過させることによってインク滴の基板（３６）上の位置を制御する型式の連続インクジェットプリンター（１０）に使うための偏向電極アセンブリにおいて、
   前記インク滴の流れ（１７）に沿って配置されている高電圧偏向電極（４２）と、
   前記インク滴の流れ（１７）に沿って、前記高電圧偏向電極（４２）の反対側に配置されている低電圧偏向電極（４４）と、
   前記両偏向電極（４２、４４）の少なくとも一方の上に配置されていて、前記偏向電極（４２、４４）を露出し前記インク滴の流れ（１７）の経路を追尾する長手方向開口（６６）を有している誘電絶縁材（４６）と、を備えており、
   前記偏向電極アセンブリ（４０）は、印刷中に形成される微小衛星インク滴が、前記開口（６６）内の前記露出した偏向電極（４２、４４）上に蓄積し、前記微小衛星滴はその結果放電し、それによって、それらが両偏向電極（４２、４４）間の偏向場の強さに及ぼす有害な影響を大幅に減じるように構成されていることを特徴とする電極アセンブリ。
2. 前記絶縁材は、前記偏向電極の一方に取り付けられている絶縁部材を備えていることを特徴とする、請求項１に記載の電極アセンブリ。
3. 前記絶縁部材は、前記高電圧偏向電極に取り付けられていることを特徴とする、請求項２に記載の電極アセンブリ。
4. 前記絶縁部材は、前記偏向電極にスナップ嵌合するように構成されていることを特徴とする、請求項２に記載の電極アセンブリ。
5. 前記絶縁部材は、プラスチックで形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の電極アセンブリ。
6. 前記高電圧電極は、前縁部と、一対の互いに反対側の側縁部と、前記インク滴の流れに面する内側面とを有する偏向板を含んでおり、前記絶縁部材は、前記前縁部と側縁部の内向きに伸張し、前記偏向板の内側面上に配置されていることを特徴とする、請求項３に記載の電極アセンブリ。
7. 前記長手方向開口は、前記絶縁材に形成された略長方形のスロットで構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の電極アセンブリ。
8. 基板（３６）に向かってインク滴の流れ（１７）を放射し、個々のインク滴を選択的に帯電させて、帯電したインク滴に、一対の横方向に間隔を空けて配置された偏向電極（４２、４４）で作られた電界を通過させることによって、インク滴の基板（３６）上の位置を制御する型式の連続インクジェットプリンター（１０）に使うための絶縁材（４６）において、
   前記両偏向電極（４２、４４）の間にアークが飛ぶのを抑制するために前記両偏向電極（４２、４４）の少なくとも一方の上に配置され、前記偏向電極（４２、４４）を露出し前記インクジェットの流れ（１７）の経路を追尾する長手方向開口（６６）を画定している誘電絶縁材（４６）を備えており、前記絶縁材（４６）を使用することにより、印刷中に形成される微小衛星インク滴が、前記開口（６６）内の前記露出した偏向電極（４２、４４）上に蓄積し、前記微小衛星滴はその結果放電し、それによって、それらが両偏向電極（４２、４４）間の偏向場の強さに及ぼす有害な影響を大幅に減じることができることを特徴とする絶縁材。
9. 前記偏向電極は、高電圧偏向電極と低電圧偏向電極を備えており、前記絶縁材は、前記高電圧偏向電極上に配置されていることを特徴とする、請求項８に記載の絶縁材。
10. 前記絶縁材は、前記両偏向電極の一方に取り付けられていることを特徴とする、請求項８に記載の絶縁材。
11. 前記絶縁部材は、前記両偏向電極の一方にスナップ嵌合するように構成されていることを特徴とする、請求項１０に記載の絶縁材。
12. 前記絶縁部材は、プラスチックで形成されていることを特徴とする、請求項１０に記載の絶縁材。
13. 前記高電圧偏向電極は、前縁部と、一対の互いに反対側の側縁部と、前記インクジェットの流れに面する内側面とを有する偏向板を含んでおり、前記絶縁材は、前記前縁部と側縁部の内向きに伸張し、前記偏向板の内側面上に配置されていることを特徴とする、請求項９に記載の絶縁材。
14. 基板（３６）に向かってインク滴の流れ（１７）を放射し、個々のインク滴を選択的に帯電させて、帯電したインク滴に偏向電極（４２、４４）で作られた電界を通過させることによってインク滴の基板（３６）上の位置を制御する型式の連続インクジェットプリンター（１０）内の一対の偏向電極（４２、４４）の間にアークが飛ぶのを防ぐための方法において、
    前記偏向電極（４２、４４）の間にアークが飛ぶのを抑えるため前記偏向電極（４２、４４）の少なくとも一方の上に誘電絶縁材（４６）を配置する段階と、
    前記偏向電極（４２、４４）を露出し前記インク滴の流れ（１７）の経路を追尾する長手方向開口（６６）を前記誘電絶縁材（４６）内に設ける段階と、から成り、印刷中に形成される微小衛星インク滴が、前記開口（６６）内の前記露出した偏向電極（４２、４４）上に蓄積し、前記微小衛星滴はその結果放電し、それによって、それらが両偏向電極（４２、４４）間の偏向場の強さに及ぼす有害な影響が大幅に減じることを特徴とする方法。
15. 前記絶縁材は、プラスチックで形成されていることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。

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