JP2010522105A

JP2010522105A - 液滴吐出器の空気力学的エラーの低減

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Publication number: JP2010522105A
Application number: JP2010500911A
Authority: JP
Inventors: ランドルフカールブロスト
Original assignee: イーストマンコダックカンパニー
Priority date: 2007-03-19
Filing date: 2008-03-07
Publication date: 2010-07-01
Also published as: US20080231669A1; EP2125375B1; EP2125375A1; CN101636274A; US7758171B2; WO2008115358A1

Abstract

印刷用液滴の液体パターンを形成する方法は、単位時間ｔ₀に非印刷用液滴形成エネルギーパルスを印加することによって非印刷用液滴（８４）を形成するステップと、大粒液滴時間ｔ_mに印刷用液滴形成エネルギーパルスを印加することによって印刷用液滴（８７）を形成するステップであって、大粒液滴時間は単位時間のｍ倍、つまりｔ_m＝ｍｔ₀、ｍ≧２とするステップと、液体パターンデータに応じて非印刷用液滴と印刷用液滴を形成するように、これに対応する複数の液滴形成エネルギーパルスシーケンスを形成するステップと、を含む。

Description

本発明は一般に、デジタル制御型印刷機器に関し、より詳しくは、単独基板に複数のノズルを搭載し、液体インクストリームの印刷用液滴への分裂が、液体インクストリームに擾乱を与えることによって引き起こされる連続式インクジェット印刷ヘッドに関する。

インクジェット印刷は、その非衝撃性、低ノイズという特性、普通紙が使用可能であること、トナーの転写と定着が不要であることから、デジタル制御型電子印刷分野において広く採用されている。インクジェット印刷機構は、技術によって、ドロップオンデマンドインクジェットまたは連続式インクジェットのいずれかに分類することができる。

１つ目の技術の「ドロップオンデマンド」インクジェット印刷では、加圧アクチュエータ（熱、圧電等）を使って記録面に衝突するインク小滴を供給する。一般に実践されている多くのドロップオンデマンド技術は、熱作動によってノズルからインク小滴を吐出させる。ノズル位置またはその付近に配置されたヒータがインクを沸騰するまで加熱して、蒸気の泡を形成し、これがインク小滴を吐出させるのに十分な内圧を生じさせる。この形態のインクジェットは一般に、「サーマルインクジェット（ＴＩＪ）」と呼ばれる。これ以外の良く知られたドロップオンデマンド小滴吐出機構には、１９９３年７月６日にバン・リンテルに発行された米国特許第５，２２４，８４３号で開示されているような圧電式アクチュエータ、２００３年５月１３日発行の米国特許第６，５６１，６２７号でジャロルド他により開示されているような熱機械式アクチュエータ、および２００２年１１月５日に発行された米国特許第６，４７４，７８４号でフジイ他により開示されているような静電式アクチュエータがある。

２つ目の技術の、一般に「連続式」インクジェット印刷と呼ばれるものは、ノズルからインク小滴の連続ストリームを生成する加圧インク源を利用する。ストリームに何らかの方法で摂動が与えられ、それによってストリームがノズルから名目上一定の距離、つまり破断長(break-off length)の位置で略均一の大きさの液滴へと分裂する。この名目上一定の距離の位置に帯電用電極構造が設置され、この電極構造が分裂の瞬間に液滴上にデータに応じた量の電荷を発生させる。帯電した小滴は、固定された静電領域を通って方向付けられ、その結果、各小滴がその電荷に応じて偏向する。破断開始地点において確立された電荷レベルにより、液滴は記録媒体上の特定の位置または、回収、再循環へと向かう溝へと移動する。

連続式インクジェット（ＣＩＪ）液滴発生器は、１８７８年出版の“Instability of jets," Proc. London Math. Soc. 10(4)の中でＦ．Ｒ．Ｓ．レイリー（卿）が初めて二次元で解析した非拘束流体噴流の物理的過程に基づくものである。レイリー卿の解析によれば、圧力Ｐ_rを受けた液体は、穴、つまりノズルから流出し、径Ｄ_jの噴流を形成し、速度ｖ_dで移動する。噴流の径Ｄ_jは、ノズルの有効孔径Ｄ_nと略等しく、噴流速度は、タンクの圧力Ｐ_rの平方根に比例する。レイリーの解析によれば、噴流は、πＤ_jより長い波長λを有する、つまりλ≧πＤ_jの表面波に基づいて変化する大きさの液滴へと自然に分裂する。またレイリーの解析によれば、特定の表面波長は、十分な大きさで起こされると卓越し、その結果、噴流を「同期」させて、単一の大きさの液滴を生成する。連続式インクジェット（ＣＩＪ）液滴発生器は、噴流上に特定の卓越した表面波を確立する効果を有する、ある周期的な物理的工程、いわゆる「擾乱(perturbation)」または「刺激」を利用する。表面波は成長し、それによって噴流は擾乱の周期に同期された単一の大きさの液滴に分裂する。

レイリーの刺激を与えた結果として得られる液滴ストリームは、本明細書おいて、自然に発生する、体積がばらばらに異なる液滴ストリームと区別するために、所定の体積の液滴ストリームと呼ぶことにする。先行技術によるＣＩＪシステムでは、印刷またはパターニングされた層堆積のための関心対象となる液滴は、変化することなく、略単一の体積を有するが、本発明に関しては、刺激信号を操作して、単一の体積の所定の略倍数である体積の液滴を生成することもできることを後に説明する。したがって、「所定の体積の液滴ストリーム」との表現は、名目上同一の大きさの液滴に細断される液滴ストリームも、選択された（所定の）異なる体積を有する液滴に細断されるストリームも含む。

ＣＩＪシステムにおいて、所定の単位体積よりはるかに小さい体積の、通常「衛星」と呼ばれるいくつかの液滴が、ストリームが細くくびれて流体の細い帯(ligament)となるときに形成されることがある。このような衛星は完全に予測可能ではないかもしれないし、あるいは常に予測可能な方法で別の液滴と融合するとは限らないかもしれないため、印刷またはパターニング用に意図された液滴体積を若干変化させる。しかしながら、小さく、予測不能な衛星液滴の存在は、本発明にとっては重要ではなく、本発明で使われる、液滴の大きさは同期エネルギー信号によって予め決められているという事実を排除するものではないと考えられる。したがって、本発明を説明するために用いられる「所定の体積」という表現は、予測不能な衛星液滴の形成により、液滴体積が所期の目標値から若干変化することもあるという点も想定内であると理解すべきである。

商業的に実現されているＣＩＪ印刷ヘッドは、印刷ヘッドに音響的に連結された圧電装置を使って、噴流上に卓越表面波を起こす。連結された圧電装置は、タンクの基準圧に周期的な圧力変化を加え、それによって速度擾乱または乱流を発生させ、これが同期表面波を起こす。圧電刺激方式のＣＩＪ装置の先駆的な開示は、１９７１年７月２７日発行の米国特許第３，５９６，２７５号でＲ．スイートにより行われており、同特許を以下、「スイートの‘２７５号特許」と呼ぶ。スイートの‘２７５号特許により開示されているＣＩＪ装置は、単独噴流、つまり１つの液滴発生液体チャンバと１つのノズル構造で構成される。

スイートの‘２７５号特許は、液滴の破断を擾乱周波数に同期させるために噴流に必要な周期的擾乱を与えるいくつかの方法を開示している。スイートの‘２７５号特許は、電気コイルで包囲された毛細ノズルに付着された磁歪材料を開示しており、電気コイルは所望の液滴発生周期で電気的に駆動され、ノズルを振動させ、これによって噴流速度を介して噴流に卓越表面波擾乱を与える。スイートの‘２７５号特許はまた、ノズルのすぐ下流で、細断されていない流体噴流の周辺に、これに接触しないように配置された薄いリング電極を開示している。噴射された流体が導電性を有し、糸状流体(fluid filament)とリング電極の間に周期的な電界が印加されると、流体噴流は周期的に膨張し、これによって、噴流の破断を同期化できる表面波擾乱を直接発生させる。このＣＩＪ技術は一般に、電気流体力学的（ＥＨＤ）刺激と呼ばれる。

スイートの‘２７５号特許はさらに、噴流を形成する液体タンク基準圧に圧力変化を加えることにより、同期擾乱を与えるためのいくつかの技術を開示している。スイートの‘２７５号特許は加圧された流体チャンバを開示しており、これは所望の刺激周波数で機械的に振動させることが可能な液滴発生チャンバである。開示されている機械的振動手段では、磁歪または圧電トランスデューサドライバまたは電磁可動コイルが使用される。このような機械的振動法は、ＣＩＪ文献に置いて、しばしば「音響刺激」と呼ばれる。

スイートの‘２７５号特許により開示されているいくつかのＣＩＪ刺激方法は、単独噴流系ではすべて実現可能である。しかしながら、多くの噴流を用いるＣＩＪシステムのための実用的な刺激機構を選択するとなると、はるかに複雑である。噴流群型(multi-jet)ＣＩＪ印刷ヘッドの先駆的開示は、１９６８年３月１２日発行の米国特許第３，３７３，４３７号においてスイート他により行われており、同特許を以下、「スイートの‘４３７号特許」という。スイートの‘４３７号特許は、液滴吐出ノズルの列（アレイ）と連通する共通液滴発生チャンバを有するＣＩＪ印刷ヘッドを開示している。共通液滴発生チャンバの後方の壁は、磁歪装置によって振動され、これによってチャンバの圧力を変調させて、噴流アレイの各噴流に噴流速度擾乱を加える。

スイートの‘２７５号特許とスイートの‘４３７号特許による先駆的なＣＩＪの開示以来、提案されてきた多くの噴流群型ＣＩＪ印刷ヘッドでは、両特許で開示された噴流破断擾乱手段の何らかの変形が採用されている。たとえば、１９７１年２月２日発行のテイラ他の米国特許第３，５６０，６４１号は、複数の噴流群アレイを有し、液滴破断刺激が、複数のＣＩＪ印刷ヘッドにインクを供給する高圧インク供給ラインに取り付けられた振動装置によって与えられるＣＩＪ印刷装置を開示している。１９７３年６月１２日発行のリオン(Lyon)他の米国特許第３，７３９，３９３号は、複数のノズルが単独の薄いノズルプレートの穴として形成され、液滴破断のための擾乱がノズルプレートを振動させることによって起こされる噴流群型ＣＩＪアレイを開示しており、この手法はスイートの‘２７５号特許で開示された単独ノズル振動装置と似ている。１９７５年４月８日発行のレオフラ他の米国特許第３，８７７，０３６号は、圧電トランスデューサを共通液滴発生チャンバの内壁に接合させた噴流群型ＣＩＪ印刷ヘッドを開示しており、これはスイートの‘４３７号特許と‘２７５号特許により開示された刺激方式を組み合わせたものである。

残念ながら、印刷ヘッド構造の何らかの構成要素の振動または共通供給圧の変調を利用する刺激方法はいずれも、噴流群型ＣＩＪアレイの個別の噴流の各々に加えられる擾乱の大きさに多少の不均一性を生じさせる。刺激が不均一であると、破断の長さとタイミングがそのアレイの噴流ごとに変化する。そして、この破断特性の可変性により、共通の液滴帯電アセンブリを配置することや、あるいはアレイのすべての噴流に作用することが可能なデータタイミング方式を利用することができなくなる。

１つのアレイの噴流間で破断時間を制御するという問題に対処することに加え、液体パターンデータに基づいて異なる所定の体積の液滴を発生させる連続式液滴吐出システムには、液体パターンデータに応答して、個別の噴流の各々を個々に刺激する手段が必要となる。そこで、近年、個別の噴流に個別の刺激信号を印加することのできる現実的な「噴流別刺激」装置の開発に努力が注がれている。

スイートの‘２７５号特許により開示される電気流体力学的（ＥＨＤ）噴流刺激方式は、吐出された糸状液体噴流に直接作用し、印刷ヘッド構造そのものの音響励振を最小限にし、それによって、上記のような印刷ヘッドと搭載構造の共鳴による複雑な影響を回避している。１９８０年９月２日発行のクローリの米国特許第４，２２０，９５８号は、小滴間隔の約半分の長さのポンプ電極で構成されるＥＨＤ励振器によって擾乱が起こされるＣＩＪプリンタを開示している。複数のポンプ電極はノズルの下流において、小滴間隔または波長の約半分の倍数の間隔で離間される。この装置では、スイートの‘２７５号特許により開示される構成と比較して、液滴破断を実現するのに必要な電圧が大幅に低下されている。

ＥＨＤ刺激は音響刺激の代替として研究されてきたが、商業的には利用されておらず、その理由は、噴流と電極の間隔と整合性が非常に緊密であることが求められ、その上で、静電破壊を発生せずに高い信頼性で動作する印刷ヘッド構造を製造するのが困難であるからである。また、電界効果の範囲が比較的長いため、ＥＨＤは緊密な間隔の噴流のアレイの中の個別の噴流に個別の刺激信号を供給するのに適していない。

音響またはＥＨＤ刺激の欠点のすべてを克服する、また別の噴流擾乱方式が、１９７５年４月１５日発行のＪ．イートンの米国特許第３，８７８，５１９号（以下、「イートン特許」という）において、単独噴流ＣＩＪシステムに関して開示された。イートン特許は、局所化された光エネルギーまたは、ノズル、つまり流体噴流形成地点に配置された抵抗ヒータによる糸状噴出流体の熱刺激を開示している。イートン特許は、噴流の被加熱部分の流体特性、特に表面張力が、加熱されていない部分と比較して十分に変化し、噴流の径を局所的に変化させ、それによって、好適な周波数で加えられていれば、卓越表面波を興すであろうと説明している。１９８７年１月２０日発行のドレイク他の米国特許第４，６３８，３２８号（以下、「ドレイク特許」という）は、サーマルインクジェット装置と同様の方法で製造される熱刺激噴流群型ＣＩＪ液滴発生器を開示している。つまり、ドレイク特許は、高圧インクを供給し、同期された破断は実現するが、蒸気の気泡を発生させないようなエネルギーパルスをヒータに印加することによって、従来のサーマルインクジェット（ＴＩＪ）のエッジシュータまたはルーフシュータ装置をＣＩＪモードで動作させることを開示している。

また、最近、作業を実行するための機械的エネルギーを発生するために電気機械的および熱機械トランスデューサを利用する微細電気機械構造（ＭＥＭＳ）が紹介されている。たとえば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（ＰＬＺＴ）またはマグネシウム・ニオブ酸鉛（ＰＭＮＴ）等の圧電、強誘電体または磁歪材料の薄膜を、スパッタリングまたはゾルゲル法によって堆積させ、印加された電界に応答して膨張または収縮する層としてもよい。たとえば、２００２年５月１４日発行のシマダ他の米国特許第６，３８７，２２５号、２００３年１月２８日発行のスミ他の米国特許第６，５１１，１６１号、２００３年４月８日発行のミヤシタ他の米国特許第６，５４３，１０７号を参照のこと。また、熱膨張率の大きい電気抵抗材料、たとえばチタンアルミナイドを利用した熱機械装置が、半導体基板上に構築された熱アクチュエータとして開示されている。たとえば、２００３年５月１３日発行のジャロルド他の米国特許第６，５６１，６２７号を参照のこと。したがって、噴流ごとに刺激エネルギーを供給するために、マイクロエレクトロニック工程を利用して電気機械的装置を構成、製作することもできる。

２００３年１月１４日発行のシュワレック他の米国特許第６，５０５，９２１号は、熱によって偏向された複数の液体ストリームを大小の体積、したがって大小の断面積を有する液滴に分裂させる方法と装置を開示している（以下、「シュワレックの‘９２１号特許」という）。熱による偏向を利用して、より小さな液滴を複数の液滴ストリームの面から外に方向付け、大きな液滴は名目上「まっすぐな」経路に沿って飛翔させる。さらに、均一なガス流が、さまざまな断面積を有する液滴ストリームのアレイに垂直でアレイを横切る方向で加えられる。ガス流の垂直速度成分は、より大きな断面の液滴より、より小さな断面の液滴により大きな質量あたりの力をかけるため、小さな液滴の偏向加速度が大きくなる。

ジョンメア他に発行された“Continuous ink-jet printing method and apparatus"と題する米国特許第６，５８８，８８８号（以下、「ジョンメアの‘８８８号特許」という）とジョンメア他に発行された“Continuous inkjet printhead with selectable printing volumes of ink"と題する米国特許第６，５７５，５６６号（以下、「ジョンメアの‘５６６号特許」という）は、経路に沿って移動する第一の体積を有する小滴を形成する第一の状態と、同じ経路に沿って移動し、第一の体積より大きい他の複数の体積を有する小滴を形成する第二の状態で動作可能な小滴形成機構を備える連続式インクジェット印刷装置を開示している。小滴偏向システムは、経路に沿って移動する小滴に力を加える。力は、第一の体積を有する小滴が経路から逸脱し、他の複数の体積を有する、より大きな小滴が引き続き経路に略沿って移動するか、若干逸脱して、印刷媒体に到達する前に回収されるように排出溝路に沿った移動を開始するように、ある方向に加えられる。第一の体積を有する小滴、つまり印刷用液滴は、これを受ける印刷媒体に当たることができ、他の複数の体積を有する、より大きな小滴は「非印刷用」液滴であって、排出溝または液滴キャッチャの中に形成されたインク排出チャネルを通ってリサイクルまたは処分される。

好ましい実施例において、可変液滴偏向手段は、空気またはその他のガス流を用いる。ガス流は、大きな液滴の軌道より小さな液滴の軌道により大きな影響を与える。一般に、異なる大きさの液滴を異なる軌道に追随させる上記のようなタイプの印刷装置は、印刷される液滴が大きな液滴か小さな液滴かに応じて、ジョンメアの‘８８８号特許またはジョンメアの‘５６６号特許で開示されている小粒液滴印刷モードと、やはりジョンメアの‘５６６号特許またはジョンメア他に発行された“Printhead having gas flow ink droplet separation and method of diverging ink droplets"と題する米国特許第６，５５４，４１０号（以下、「ジョンメアの‘４１０号特許」という）で開示されている大粒液滴印刷モードという２つのモードのうちの少なくとも一方で動作させることができる。以下で説明する本発明は、大粒液滴と小粒液滴のいずれの印刷モードでも採用できる方法と装置である。

個別噴流刺激と異なる大きさの液滴の空気力学的偏向を組み合わせることにより、所望の液体パターンを形成するために何らかの形態の液滴帯電と静電偏向に依存する従来のＣＩＪの実施例の問題点を排除する連続式液滴吐出システムが実現する。従来型の方式の代わりに、液体パターンは、各噴流に入力液体パターン依存の液滴形成パルスシーケンスを印加することを通じて作られた液滴体積のパターンと、その後の非印刷用液滴の偏向と捕捉によって形成される。その他の利点は、発生される液滴が名目上帯電しないため、液滴が受容媒体または捕捉溝へと移動する際に、液滴間で静電相互作用力が生まれないことである。

しかしながら、このような液体パターン堆積方式でも、高速で高パターン品質の印刷が行われるときには、問題が残る。高速で高品質の液体パターン形成には、近距離で離間された比較的小さな体積の液滴を受容媒体に向けることが必要である。液滴のパターンが印刷ヘッドから受容媒体に横断する際、ガス流偏向ゾーンの中で、液滴は隣接する液滴周辺のガス流を、パターンに依存する方法で変化させる。すると変化されたガス流によって、印刷用液滴のパターン依存軌道と受容媒体上の着弾位置が変化する。言い換えれば、受容媒体へと横断する印刷用液滴の間隔を緊密にすることにより、空気力学的相互作用が生まれ、その後、液滴着弾位置エラーが発生する。これらのエラーは、所期の印刷液体パターンを外側に広げる効果を有するため、本明細書においては、「スプレイ(splay)」エラーと名付けることとする。

以上のことから、個別噴流刺激と空気力学的液滴偏向により実現される連続式液滴吐出印刷ヘッド構造の簡素化という利点を十分に享受するために、空気力学的相互作用のエラーを低減させるための現実的で効率的な方法が必要である。

米国特許第５，２２４，８４３号明細書米国特許第６，５６１，６２７号明細書米国特許第６，４７４，７８４号明細書米国特許第３，５９６，２７５号明細書米国特許第３，３７３，４３７号明細書米国特許第３，５６０，６４１号明細書米国特許第３，７３９，３９３号明細書米国特許第３，８７７，０３６号明細書米国特許第４，２２０，９５８号明細書米国特許第３，８７８，５１９号明細書米国特許第４，６３８，３２８号明細書米国特許第６，３８７，２２５号明細書米国特許第６，５１１，１６１号明細書米国特許第６，５４３，１０７号明細書米国特許第６，５６１，６２７号明細書米国特許第６，５０５，９２１号明細書米国特許第６，５８８，８８８号明細書米国特許第６，５７５，５６６号明細書米国特許第６，５５４，４１０号明細書

そこで、本発明の目的は、印刷用液滴間の空気力学的相互作用によるエラーを低減させて、高品質の液体パターンを高速で堆積させる方法を提供することである。

本発明の別の目的は、印刷用液滴間の空気力学的相互作用によるエラーを低減させて、高品質の液体パターンを高速で堆積させる装置を提供することである。

本発明のまた別の目的は、体積の異なる印刷用および非印刷用液滴を使い、また印刷用液滴間の空気力学的相互作用を低減させた連続式液滴吐出印刷の方法を提供することである。

本発明の上記および上記以外のさまざまな特徴、目的、利点は、本明細書に記載する詳細な説明、特許請求の範囲、図面を参照することで、容易に明らかとなろう。これらの特徴、目的、利点は、液滴吐出器を使って液体パターンデータに応じて受容媒体に衝突する印刷用液滴の液体パターンを形成する方法によって実現され、この液滴吐出器は、ノズルアレイの方向に沿ってノズル間隔Ｓ_nで整列された有効径Ｄ_nの複数のノズルから、複数の連続する液体ストリームをストリーム速度ｖ_dで吐出し、液体ストリームは、対応する複数の液滴形成エネルギーパルスシーケンスが印加される、これに対応する複数の液滴形成トランスデューサにより、印刷用および非印刷用液滴の複数のストリームに細分される。この方法は、単位時間τ₀に非印刷用液滴形成エネルギーパルスを印加することによって非印刷用液滴を形成するステップと、大粒液滴時間τ_mに印刷用液滴形成エネルギーパルスを印加することによって印刷用液滴を形成するステップと、を含み、大粒滴時間は単位時間のｍ倍、つまりτ_m＝ｍτ₀、ｍ≧２であり、対応する複数の液滴形成エネルギーパルスシーケンスは、液滴パターンデータに応じて非印刷用液滴と印刷用液滴を形成するように形成される。隣接する液滴形成トランスデューサに印加される、対応する液滴形成エネルギーパルスシーケンスは、隣接する液滴ストリームの中で形成される印刷用液滴がノズルアレイの方向に沿って整列されないように、実質的に時間シフトされる。

本発明の他の実施例は、単位時間τ₀に印刷用液滴形成エネルギーパルスを印加することによって印刷用液滴を形成し、大粒液滴時間τ_mに非印刷用液滴形成エネルギーパルスを印加することによって非印刷用液滴を形成し、大粒液滴時間は単位時間のｍ倍、つまりτ_m＝ｍτ₀、ｍ≧２であり、対応する複数の液滴形成エネルギーパルスシーケンスを、液滴パターンデータに応じて非印刷用液滴と印刷用液滴を形成するように形成することによって実現される。隣接する液滴形成トランスデューサに印加される、対応する液滴形成エネルギーパルスシーケンスは、時間シフト量ｔ_sだけ実質的に時間シフトされ、この時間シフト量は単位時間τ₀の一部ｑ、つまりｔ_s＝ｑτ₀、０．２≦ｑ≦０．８である。

本発明のまた別の実施例は、パターニングされた液体層を受容基板の上に付着させるための液滴堆積装置によって実現され、この液滴堆積装置は、ノズルアレイの方向に沿ってノズル間隔Ｓ_nで整列された有効径Ｄ_nの複数のノズルから、複数の連続する液体ストリームをストリームの方向にストリーム速度ｖ_dで吐出する液滴吐出器と、対応する複数の液滴形成エネルギーパルスシーケンスが印加されて、実質的に異なる体積の非印刷用液滴と印刷用液滴を生成する、対応する複数の液滴形成トランスデューサを備える。この液滴堆積装置はさらに、液滴吐出器を印刷速度ｖ_PMで受容基板に関して印刷方向に移動させるようになされた相対移動装置と、液体パターンデータに応じて、非印刷用液滴時間τ_np内の非印刷用液滴形成エネルギーパルスと印刷用液滴時間τ_p内の印刷用液滴形成エネルギーパルスからなる液滴形成エネルギーパルスシーケンスを発生するようになされ、非印刷用液滴時間が印刷用液滴時間と実質的に異なり、それによって非印刷用液滴の体積が印刷用液滴の体積と実質的に異なるようにするコントローラと、印刷用および非印刷用液滴の実質的に異なる体積に応じて、印刷用および非印刷用液滴を異なる飛翔経路に追随させるようになされた液滴偏向装置と、を備え、コントローラはさらに、隣接する液滴形成トランスデューサに印加される、対応する液滴形成エネルギーパルスシーケンスを実質的に時間シフトして、隣接する液滴ストリームの中で形成された印刷用液滴がノズルアレイの方向に整列しないようにするようになされている。

本発明の上記および上記以外の目的、特徴、利点は、本発明の実施例が示され、説明されている、以下の詳細な説明を図面と併せて読むことにより、当業者にとって明らかとなるであろう。

下記の本発明の好ましい実施例の詳細な説明では、添付の図面を参照する。

本発明にしたがって製作された液体パターン堆積装置の一例の簡略ブロック図である。本発明の好ましい実施例による、ガス流液滴偏向を伴う連続式液滴吐出器の側方断面概略図である。本発明の好ましい実施例による、周辺に熱刺激ヒータを備える単独液滴吐出ノズルおよびこのようなノズルと刺激装置のアレイの一部を示す平面概略図である。本発明の好ましい実施例による、周辺に熱刺激ヒータを備える単独液滴吐出ノズルおよびこのようなノズルと刺激装置のアレイの一部を示す平面概略図である。本発明による、それぞれ単一の大きさの液滴と大小の大きさの液滴で動作する液滴吐出器の側方断面図である。本発明による、それぞれ単一の大きさの液滴と大小の大きさの液滴で動作する液滴吐出器の側方断面図である。本発明の好ましい実施例による、ストリーム刺激ヒータ抵抗によって液体噴流の分裂を刺激して、異なる所定の体積を有する液滴を発生させるためのエネルギーパルスシーケンスを示す図である。本発明の好ましい実施例による、ストリーム刺激ヒータ抵抗によって液体噴流の分裂を刺激して、異なる所定の体積を有する液滴を発生させるためのエネルギーパルスシーケンスを示す図である。本発明の好ましい実施例による、ストリーム刺激ヒータ抵抗によって液体噴流の分裂を刺激して、異なる所定の体積を有する液滴を発生させるためのエネルギーパルスシーケンスを示す図である。本発明の好ましい実施例による、ガス流液滴偏向を伴う連続式液滴吐出器の上面断面概略図である。それぞれ入力液体パターンデータと、これに対応する出力液体パターンを示す図である。それぞれ入力液体パターンデータと、これに対応する出力液体パターンを示す図である。４つごとの画素位置のグリッドパターンが印刷される場合の、それぞれ入力液体パターンデータと、これに対応する出力液体パターンを示す図である。４つごとの画素位置のグリッドパターンが印刷される場合の、それぞれ入力液体パターンデータと、これに対応する出力液体パターンを示す図である。隔離された試験画素を有する試験グリッドパターンが印刷される場合の、それぞれ入力液体パターンデータと、これに対応する出力液体パターンを示す図である。隔離された試験画素を有する試験グリッドパターンが印刷される場合の、それぞれ入力液体パターンデータと、これに対応する出力液体パターンを示す図である。隔離された３つの試験画素の列を有する試験グリッドパターンが印刷される場合の、それぞれ入力液体パターンデータと、これに対応する出力液体パターンを示す図である。隔離された３つの試験画素の列を有する試験グリッドパターンが印刷される場合の、それぞれ入力液体パターンデータと、これに対応する出力液体パターンを示す図である。隔離され、印刷された３つの画素の列の液体パターンにおいて発生する空気力学的液滴着弾位置エラー、つまりスプレイエラーを示す図である。隔離され、印刷された１７の画素の列の液体パターンおいて発生する空気力学的液滴着弾位置スプレイエラーを示す図である。隔離され、印刷された４×１７の画素のグループの液体パターンにおいて発生する空気力学的液滴着弾位置スプレイエラーを示す図である。それぞれ印刷された液体パターンの中の隔離された各種の線に関する、ｙ方向とｘ方向に測定したスプレイエラーのグラフである。それぞれ印刷された液体パターンの中の隔離された各種の線に関する、ｙ方向とｘ方向に測定したスプレイエラーのグラフである。受容媒体へ移動中の印刷用液滴ラインのガス流環境を示す図である。ガスがその間と周辺を流れなければならない円柱のラインとして見た場合の、印刷用液滴周辺の気流の二次元モデルを適用するために用いられる構成を示す図である。ガスがその間と周辺を流れなければならない円柱のラインとして見た場合の、印刷用液滴周辺の気流の二次元モデルを適用するために用いられる構成を示す図である。液滴ラインの中の液滴間を通過するガス流の圧力降下の二次元モデリングの結果を示すグラフである。数値液体力学的モデリングに基づく、受容媒体へと横断する液滴ラインの中の液滴のｘｙ面における、それぞれガス流偏向ゾーンに入る前、ガス流偏向ゾーンの中および受容媒体に衝突したときの位置を示す図である。数値液体力学的モデリングに基づく、受容媒体へと横断する液滴ラインの中の液滴のｘｙ面における、それぞれガス流偏向ゾーンに入る前、ガス流偏向ゾーンの中および受容媒体に衝突したときの位置を示す図である。数値液体力学的モデリングに基づく、受容媒体へと横断する液滴ラインの中の液滴のｘｙ面における、それぞれガス流偏向ゾーンに入る前、ガス流偏向ゾーンの中および受容媒体に衝突したときの位置を示す図である。選択された多数のレイノルズ数と正規化液滴間隔に関するｙ方向の空気力学的スプレイ力(splay force)の三次元数値液体力学的モデリングの結果を示すグラフである。それぞれ、噴流アレイの１２の噴流に関する印刷用および非印刷用液滴のパターンと、これらの噴流の液滴刺激手段に印加される、各々に対応する液滴形成パルスシーケンスを示す図である。それぞれ、噴流アレイの１２の噴流に関する印刷用および非印刷用液滴のパターンと、これらの噴流の液滴刺激手段に印加される、各々に対応する液滴形成パルスシーケンスを示す図である。図２０（ａ）のＢの部分の拡大図である。図２２（ａ）のＣの部分の拡大図である。それぞれ、噴流アレイの１２の噴流に関する印刷用および非印刷用液滴のパターンと、これらの噴流の液滴刺激手段に印加される、各々に対応する液滴形成パルスシーケンスを示す図である。それぞれ、噴流アレイの１２の噴流に関する印刷用および非印刷用液滴のパターンと、これらの噴流の液滴刺激手段に印加される、各々に対応する液滴形成パルスシーケンスを示す図である。それぞれ、噴流アレイの１２の噴流に関する印刷用および非印刷用液滴のパターンと、これらの噴流の液滴刺激手段に印加される、各々に対応する液滴形成パルスシーケンスを示す図である。それぞれ、噴流アレイの１２の噴流に関する印刷用および非印刷用液滴のパターンと、これらの噴流の液滴刺激手段に印加される、各々に対応する液滴形成パルスシーケンスを示す図である。文字“Ａａ”の、それぞれ隣接するストリーム液滴形成パルスシーケンスが時間シフトされなかった場合と０．５τ_mだけ時間シフトされた場合の、印刷された液体パターンを示す図である。文字“Ａａ”の、それぞれ隣接するストリーム液滴形成パルスシーケンスが時間シフトされなかった場合と０．５τ_mだけ時間シフトされた場合の、印刷された液体パターンを示す図である。ｃ_zy ^*とｃ_y2 ^*の値と大粒液滴の体積Ｖ_dmの関数のグラフである。噴流アレイの１２の噴流に関する印刷用および非印刷用液滴のパターンであって、小粒液滴分離距離がｃ_zy ^*＞ｃ_y2 ^*となるように増加された場合のパターンを示す図である。それぞれ、噴流アレイの１２の噴流に関する印刷用および非印刷用液滴のパターンと、これらの噴流の液滴刺激手段に印加される、各々に対応する液滴形成パルスシーケンスであって、液滴形成パルスシーケンスが隣接およびその次のストリームに関してシフトされている場合のパルスシーケンスを示す図である。それぞれ、噴流アレイの１２の噴流に関する印刷用および非印刷用液滴のパターンと、これらの噴流の液滴刺激手段に印加される、各々に対応する液滴形成パルスシーケンスであって、液滴形成パルスシーケンスが隣接およびその次のストリームに関してシフトされている場合のパルスシーケンスを示す図である。それぞれ、噴流アレイの１２の噴流に関する印刷用および非印刷用液滴のパターンと、これらの噴流の液滴刺激手段に印加される、各々に対応する液滴形成パルスシーケンスであって、液滴形成パルスシーケンスが隣接およびその次のストリームに関して等しくシフトされている場合のパルスシーケンスを示す図である。それぞれ、噴流アレイの１２の噴流に関する印刷用および非印刷用液滴のパターンと、これらの噴流の液滴刺激手段に印加される、各々に対応する液滴形成パルスシーケンスであって、液滴形成パルスシーケンスが隣接およびその次のストリームに関して等しくシフトされている場合のパルスシーケンスを示す図である。ｑ＝０．５とｑ＝０．３３３の場合にｃ_zy ^*＝ｃ_y2 ^*にするために必要なｍＬの値と大粒液滴の体積Ｖ_dmの関数のグラフである。それぞれ、ノズルが隣接するノズルとその次のノズルに関してシフトされている液滴吐出器アレイの一部の正面図である。それぞれ、ノズルが隣接するノズルとその次のノズルに関してシフトされている液滴吐出器アレイの一部の正面図である。

この説明は特に、本発明による装置の一部を形成する、またはこの装置とより直接的に協働する要素に関する。本発明を理解するために、図中の機能的要素と特徴には、これらが同じ要素である、または同じ機能を果たすものであれば、同じ番号を付した。特に図示されていない、あるいは説明されていない要素は、当業者にとって周知の各種の形態をとることができると理解されるべきである。

図１，２を参照すると、液体パターンを堆積させるための連続式液滴堆積装置１０が示されている。一般に、このようなシステムはインクジェットプリンタであり、液体パターンは、受容シートまたはロール紙に印刷される画像である。しかしながら、図のシステムでは、たとえば製造工程のためのマスキングおび化学的開始剤の層等、画像以外の液体パターンも堆積させることができる。本発明を理解するために、「液体」と「インク」という用語は、インクが一般に本発明の応用分野の１つである画像印刷に関連していることを考慮して、互換的に使用される。液体パターン堆積システムは、各種の入出力コンポーネントと連結し、必要なデータ変換を計算し、必要なプログラムやアルゴリズムを実行するプロセスコントローラ４００によって制御される。

液体パターン堆積システム１０はまた、画像または液体パターンデータ源４１０を備え、これがラスタ画像データ、ページ記述言語の形態によるアウトライン画像データまたは他の形態のデジタル画像データを供給する。この画像データは、コントローラ４００によってビットマップ画像データに変換され、印刷ヘッド電気インタフェース２２に連結された複数の印刷ヘッドトランスデューサドライバ回路４１２を介して噴流群型液滴吐出印刷ヘッド１１に転送されるのに備えて保存される。ビットマップ画像データは、所望のパターン解像度、つまり「ドット・パー・インチ」その他のパターンによって決定される、パターンラスタ距離だけ均等に離間された二次元位置マトリクスの画像要素（画素）への個別の液滴の堆積を特定する。ラスタ距離または間隔は、二次元パターンの中で等しくても、異なっていてもよい。

コントローラ４００はまた、印刷ヘッドコントローラ４２６の中で液滴同期または形成信号を生成し、この信号は印刷ヘッドトランスデューサ駆動回路４１２に印加された後に、印刷ヘッド１１に印加され、吐出された複数の液体ストリームを所定の体積を有する液滴に、予測可能なタイミングで分裂させる。印刷ヘッド制御およびトランスデューサ駆動回路の一部または全部を、印刷ヘッド１１の中に集積させてもよい。印刷ヘッド１１は、図１，２において、それが印刷ヘッド１１を移動させることなく、媒体２９０の幅全体のすべての走査線を印刷するのに十分な数の複数の噴流を有する点で、「ページ幅」印刷ヘッドとして描かれている。

記録媒体２９０は、記録媒体輸送システムによって印刷ヘッド１１に相対して移動され、輸送システムは媒体輸送コントローラ４１４によって電子的に制御され、輸送コントローラはコントローラ４００によって制御される。図１に描かれている記録媒体輸送システムは概略図にすぎず、これとは異なるさまざまな機械的構成が可能である。たとえば、輸送ローラ２１３と輸送ローラ２１２と媒体支持ドラム２１０を記録媒体輸送システムに使用して、記録媒体２９０への液滴の輸送を容易にすることもできよう。このような媒体輸送技術は、当業界でよく知られている。図１に描かれているようなページ幅印刷ヘッドの場合、記録媒体２９０を、静止した印刷ヘッドを通過するように移動させるのが最も好都合である。記録媒体２９０は、速度ｖ_PMで輸送される。走査型印刷ヘッド印刷システムの場合、印刷ヘッドを１つの軸（主要走査方向）に沿って、また記録媒体を縦軸（副走査方向）に沿って、相対的ラスタ運動で移動させるのが一般的に最も好都合である。

パターン液は、加圧される液体タンク４１８に収容され、液体供給コントローラ４２４によって制御され、液体供給コントローラはコントローラ４００によって制御される。最適な動作に適したパターン液正圧は、ノズルの形状や熱特性および液体のさまざまな特性等、多数の要因に依存する。

非印刷状態において、連続液滴ストリームは、印刷ヘッド１１の中の、ストリームを捕捉して、この液体の一部を液体リサイクルユニット４１６によってリサイクルされるようにする液体排出溝部のために、記録媒体１８に到達できない。液体リサイクルユニット４１６は、印刷されなかった液体を印刷ヘッド液体回収用排出口４８から受け取り、液体を保存または再調整して、タンク４１８に戻す。液体リサイクルユニットはまた、液体の回収を助け、液滴偏向を目的として印刷ヘッド１１を通過するガス流に影響を与えるために、液体回収用排出口４８に負圧を加えるように構成してもよい。負圧供給源４２０は、液体リサイクル用経路を介して連結される。システムコントローラ４００によって制御される負圧コントローラ４２２が、負圧を管理する。液体リサイクルユニットは、当業界で周知である。

印刷ヘッド１１の要素のいくつかは、図２の断面図においてより明瞭に見ることができる。パターン液６０は、液滴発生器本体１２の中の液体給入ポート４０で印刷ヘッド１１に入る液体供給管を通じて導入される。連続式の噴流群型液滴吐出装置２０が液滴発生器本体１２に取り付けられている。液体は好ましくは、ガスケットシール４４によって共通の供給タンク４６に密着されたインレットフィルタ４２を通って流れ、その後、液滴吐出装置２０、好ましくは個々の噴流と液滴形成トランスデューサを高密度で備える半導体装置の中に入る。

図２に描かれている印刷ヘッド１１の側方断面図は、噴流アレイの中の１つの噴流に関して描かれたもので、所定の体積を有する液滴の１本のストリーム１００を示している。ストリーム１００の液滴のいくつか、つまり非印刷用液滴は、図２において下方に偏向され、偏向液滴捕捉リップ１５２に当たる。それ以外の液滴、つまり印刷用液滴は、偏向量がずっと少なく、捕捉リップ１５２を越えて受容媒体２９０に当たり、所望の液体パターンを形成する。捕捉された非印刷用液滴液体１５６は、液滴偏向ガスおよび液体回収マニホルド１５０の中のプレナム１５４を経由して液体リサイクル用サブシステムへと戻される。非印刷用液滴は、液体回収用排出口４８に負圧をかけることにより生じる気流１６０によって、液滴捕捉リップに向かって偏向される。

噴流群型液滴発生装置２０は個別液滴形成刺激手段を設けて製作され、刺激手段は、印刷ヘッドの柔軟性電気接続部材２２を介して印刷ヘッド制御用電子部品に接合される。保護カプセル２８が、液体吐出装置２０とフレキシブルコネクタ２２との相互接続部分を被覆する。本発明のいくつかの好ましい実施例において、噴流刺激トランスデューサは抵抗ヒータである。別の実施例では、１つの噴流につき１つより多いトランスデューサを設けてもよく、これにはたとえば、抵抗ヒータ、電界電極、微細電気機械構造型流量弁のいくつかの組み合わせがある。液滴発生装置２０が少なくとも部分的にシリコンで製作されている場合、印刷ヘッドトランスデューサ制御回路４１２の一部を印刷ヘッドと一体化し、印刷ヘッド電気コネクタ２２を単純化させることが可能である。

印刷ヘッドの好ましい実施例の１つのノズル２６の正面図を図３（ａ）に示す。このようなノズルの長いアレイの一部である５つのノズルを図３（ｂ）に示す。わかりやすくするために、噴流群とコンポーネント要素を描く際、これらの要素の大きなアレイに沿って、同じ機能的要素を指示するのに、順番に末尾に“ｊ”，“ｊ＋１”等々とつけることとする。

図３（ａ），３（ｂ）は、印刷ヘッド１１の液滴発生装置２０の部分のノズル２６を示し、このノズルは孔径Ｄ_nの円形で、ノズルアレイの方向、つまり軸Ａ_nに沿って、液滴ノズル間隔Ｓ_nで均等に離間され、ノズル前面層１４に形成されている。円形のノズルが描かれているが、別の形状の液体吐出オリフィスを使ってもよく、また有効径、つまり同等の開放面積を特定する円の直径を利用できる。一般に、ノズル孔径は、堆積される液体パターンにとって好適な液滴の大きさに応じて、６ミクロンから３５ミクロンの範囲で形成される。一般に、液滴ノズル間隔Ｓ_nは、３００画素／インチから１２００画素／インチのノズル軸方向へのパターンラスタ解像度に応じて、８４から２１ミクロンの範囲である。

包囲型の抵抗ヒータ３０は、前面層にノズル孔を取り囲んで形成される。抵抗ヒータ３０は、電極リード線３８，３６によってアドレスされる。電極の一方、たとえば電極３６は、他の噴流を取り囲む抵抗器と共有されてもよい。しかしながら、少なくとも一方の抵抗器電極リード線、たとえば電極３８は、その噴流に個別に電気パルスを供給し、当該の噴流を個別に刺激するようにする。あるいは、ある噴流に選択的に刺激パルスを印加するように、２つのアドレスリード線３８，３６を一緒に使用するマトリクスアドレシング方式を用いてもよい。これらの抵抗ヒータは、液体のジェットを同期化して、実質的に均一な径Ｄ_d0、体積Ｖ₀、間隔λ₀の液滴に分裂させるために適正な波長の表面波を起こさせるのに利用できる。抵抗ヒータのパルス供給は、融合してＶ₀の倍数である体積Ｖｍを有する液滴、つまり〜ｍＶ₀の体積（ｍは１より大きい数、つまりｍ≧２）の液滴となる、液体のより大きな断片にストリームを分裂させるように設計することもできる。

本発明を理解するために、最小の所定の体積Ｖ₀を有する液滴を「小さな（小粒）」液滴または「名目上」もしくは「基本的」体積の液滴と呼び、約ｍＶ₀の体積を有する融合した液滴を「大きな（大粒）」液滴と呼ぶ。所望の液体出力パターンまたは画像は、小粒または大粒液滴のいずれからも受容媒体上に形成することができる。図２に描かれているシステムは、大粒液滴で液体パターンを形成するように操作されている。小粒、または名目上の大きさの液滴は下方に偏向され、液滴捕捉リップ１５２に当たる。以下に説明するように、本発明は、小粒液滴または大粒液滴印刷モード構成のいずれにも有益に応用することができる。

パルス式噴流刺激ヒータ３０が連続液体ストリーム６２に与える１つの影響が図４（ａ），４（ｂ）の側面図に示されている。図４（ａ），４（ｂ）は、複数のノズルの中の１つのノズル２６の周辺にある液滴発生装置基板１８の一部の側方断面図である。加圧された作用液６０は、内部の液滴発生装置液体供給チャンバ１９を通ってノズル２６に供給される。ノズル２６は、液滴ノズルの前面層１４の中に形成され、またおそらくは断熱および電気絶縁層１６ならびに液滴発生装置の生産に使用されるその他の層にも形成できる。図４（ａ），４（ｂ）には、各噴流に関連付けられ、コンタクト２５を介してリード線３８に接続された集積型のパワートランジスタ２４も描かれている。

図４（ａ）において、ノズルヒータ３０には十分なエネルギーパルスを受けて波動し、卓越表面波を起こし、液柱６２上に卓越した表面湾曲狭小部(necking)７０を発生させ、ノズル面から作用距離ＢＯＬ₀の位置にある安定した動作破断開始地点７４において、略均等な径Ｄ_d0と間隔λ₀の液滴８４のストリーム８０の分裂を同期させる。液体ストリームと個々の液滴８４は、液体供給タンク圧Ｐ_r、ノズル形状および流体特性に基づき、名目上の飛翔経路に沿って、速度ｖ_dで移動する。

連続する液体噴流の分裂を熱パルスで同期化することは、所定の体積の液滴ストリームの発生を可能にするとも知られており、一部の液滴は、単位体積Ｖ₀の倍数の体積ｍＶ₀で形成できる。たとえば、ジョンメア他に発行され、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第６，５８８，８８８号を参照のこと。図５（ａ）−５（ｃ）は、電気エネルギーパルスの数種の異なるシーケンス６００による連続ストリームの熱刺激を描いたものである。エネルギーパルスシーケンス６００は、ヒータ抵抗器を「オン」と「オフ」にして、持続期間τ_pの刺激エネルギーパルスを生成するように概略的に示されている。液滴形成パルスシーケンスによって形成される液滴パターンがパルスシーケンスの下に概略的に描かれている。

図５（ａ）において、刺激パルスシーケンスは、単位周期パルス６１０の列で構成される。このパルス列によって刺激される連続噴流ストリームは、すべて体積Ｖ₀を有し、時間τ₀だけ時間間隔が空けられ、その飛翔経路に沿ってλ₀だけ離間された液滴８４へと分裂する。図５（ｂ）に描かれているエネルギーパルス列は、単位周期パルス６１０と、サブシーケンス６１２に関しては４τ₀の周期とサブシーケンス６１６に関しては３τ₀の周期を作るいくつかのパルスの消去で構成される。刺激パルスの消去により、噴流内の液体は集まり（融合し）、単位時間より長い周期のものと同じ体積の液滴となる。つまり、サブシーケンス６１２により約４Ｖ₀の融合体積を有する液滴８６が形成され、サブシーケンス６１６により約３Ｖ₀の融合体積を有する液滴８５が形成される。図５（ｃ）は、約８Ｖ₀の融合体積を有する液滴８８を発生させる周期８τ₀のサブシーケンスを有するパルス列を示している。複数の単位液体が１つの液滴に融合するには、破断開始地点からある程度の移動距離と時間が必要となる。融合した液滴は、液体が名目上の体積Ｖ₀の複数の個別の液滴に細分されていれば占めていたであろう空間の中央付近に位置する傾向がある。

図４（ｂ）は、図５（ｂ）に示される液滴形成パルスシーケンスにより形成されるような、大粒と小粒の両方の所定の体積を有する液滴のストリーム１００を形成するように操作される連続式液滴吐出器を示している。図４（ｂ）の液滴形成シーケンスは、図５（ｂ）において右から左に時間が増加する場合に、図５（ｂ）の液滴形成パルスシーケンスに対応する。液体が融合して単独の大きな液滴となるには、破断開始地点からある程度の移動距離と時間が必要であるかもしれない。融合した大きな液滴は、液体が名目上の体積Ｖ₀の複数の個別の液滴に細分されていれば占めていたであろう空間の中央付近に位置する傾向がある。図４（ｂ）は、融合がすぐに起こった場合に、複数の所定の体積を有する液滴のストリームがどのように現れるかを説明する図であると理解するべきである。

液滴形成パルスシーケンスを操作することによって大小両方の液滴を生成する能力は、印刷用および非印刷用液滴を区別する利点を得るために利用できる。液滴は、直交するガス流場においてこれらを付着(entrain)させることによって偏向させてもよい。大粒液滴は、抵抗対質量比がより小さいため、ガス流場において、より小さな体積の液滴より偏向量が少ない。したがって、ガス偏向ゾーンは、異なる体積の液滴を異なる飛翔経路に分散させるのに利用できる。液体パターン堆積システムは、大きな体積の液滴で印刷して小さな液滴を排出するように、あるいはその反対に構成できる。本発明は、いずれの構成にも応用可能である。

図６は、Ｖ_m＝５Ｖ₀の大きな体積の液滴８５で印刷し、Ｖ₀の小粒液滴８４を排出させ、これらの小粒液滴に気流プレナム１５０により作られるｘ方向への偏向気流が加えられるように構成された液滴パターン堆積システムの断面図である。噴流群型アレイ印刷ヘッド１１は、複数の噴流で形成される半導体液滴吐出装置２０と、液滴発生器本体１２に取り付けられた噴流刺激トランスデューサでなる。パターニング液６０は、液体供給用給入口４０と共通供給タンク４６を通じて供給され、噴流アレイの長さにわたってスリットが設けられている。図６の大粒液滴８５は全体を通じて「融合したもの」として描かれているが、実際には、大粒液滴８５を形成する液体は、液体ストリーム破断開始地点からある程度の距離だけ離れるまで融合しないかもしれない点に注意されたい。

噴流アレイから吐出される液滴の密集体は、液滴吐出装置のノズル面と受容媒体の間の空間を横断する液体の「カーテン」を形成するものとして見ることができる。初期の液体カーテンは、入力液体パターンデータに従って実質的に異なる体積を有する印刷用および非印刷用液滴を形成し、その後、異なる径（体積）を有する液滴を差別的に偏向する直交ガス流に液体を曝すという複合的な効果により、非印刷用液滴カーテンと印刷用液滴カーテンに分離される。本発明は主に、この印刷用液滴カーテンの中の液滴間の空気力学的相互作用に焦点を当てている。

「空気（気）」流と「ガス」流という用語は、本明細書における本発明の説明の中で互換的に使用される。図１，６に描かれている偏向システムの構成では、印刷用および非印刷用液滴を偏向するのに使用される流動ガスとして、真空源により引き込まれる周辺空気を利用しやすい。しかしながら、本発明では、調整されたガス、つまり印刷ヘッドを取り囲む周辺空気とは異なる濃度と特性の成分を含むガスで偏向流場が形成されるような他の構成も利用できる。「ガス流」という用語は、連続式液滴吐出システムにおいて大小の体積の液滴を差別的に偏向するのに使用されるガスの具体的な組成に関係なく、本発明を適用できることを伝えるために用いられている。

次に、図７（ａ）から１４を使って、印刷用液滴カーテンにおける液滴間の主要な空気力学的相互作用について説明するが、この相互作用を以下、「スプレイ」と呼ぶ。図８（ａ）から図１４は印刷用液滴実験に基づいており、この実験では、表１に掲載のパラメータが図中のすべての実験結果について同じであった。

図７（ａ），７（ｂ）はそれぞれ、入力液体パターンデータと非実験的な、エラーのない出力液体パターンを示す。図７（ａ）において、所望の液体データパターンは、使用されうる画素位置３０２のｘｙラスタグリッドの形に区画された入力画像面上の影付きの画素領域３０４で表される。画素は、それぞれｘ方向とｙ方向に沿って同等の間隔Ｓ_pxとＳ_pyを有する。液体で印刷される予定のない画素３０６は空白である。図７（ｂ）は、受容媒体２９０上に印刷されたエラーのない液体パターンを描いたもので、液体パターンは上記と同様に、図７（ａ）に示されている入力液体パターンデータ画素位置３０２に対応する、使用されうる出力画素位置３１２のｘｙラスタグリッドの形に区画される。図７（ｂ）の液体パターンは「完全な」液体パターンを示しており、実際に印刷されたパターン結果を描いているのではない。パターン液のドット３１４は、入力液体パターンデータにｘｙ方向に完全に対応した状態で受容媒体２９０の上に堆積されているように描かれている。

本発明の発明者が発見したのは、多くの入力液体パターンは、印刷用液滴の多くが実質的に位置ずれした状態で出力媒体上に堆積され、この位置ずれは液滴が受容媒体へと横断する際の液滴間の空気力学的相互作用による、ということである。空気力学的な液滴の着弾位置を研究するためには、堆積された液滴の所期のｘｙ位置からのずれを注意深く測定するのを助けるような、特別な試験パターンを構築することが有益である。図８（ａ），８（ｂ）は、ｘおよびｙ方向に沿って４つずつの画素が書き込まれる試験パターンの構成を示している。図８（ａ）は入力液体パターンデータ３３０、図８（ｂ）は表１に掲載のパラメータを使用した実験で印刷された、入力に対応する出力液体パターン３５０を示している。

すべての図面において、要素の参照番号は、以下に列挙する部品とパラメータに記されたものと同じ意味を有する。本発明の発明者は、二次元で４つずつの画素３３０を印刷する均一なパターンが液滴間の空気力学的相互作用によるエラーを実質的に生じることなく印刷されることを発見し、これは図８（ｂ）において歪みのないグリッドの液体出力パターン３５０として示されている。出力パターン３５０に関連付けられる印刷用液滴カーテンは、液滴間の空気力学的相互作用が非常に小さく、（ｘとｙの両方向に）バランスがとれた状態で、受容媒体へと横断する。

図９（ａ），９（ｂ）は、すでに図示した４×４のグリッドパターンの中央部分を除去して、空隙試験エリア３４０を作った入力パターンと出力パターンを示し、空隙試験エリア３４０には、孤立した印刷画素と印刷用液滴カーテンの中の印刷用液滴を挿入することができる。グリッドパターンの中で入力パターン内に残っている部分は、図９（ｂ）において破線で示されるグリッド線の外挿により、空虚化された中央部分の中の所期の画素位置の配置を決定するのに役立つ。入力パターンでは空隙とされた中央部分３４０の中で１つの入力画素３３２が指定されており、これは出力パターンの空隙エリア３６０内で隔離された印刷ドット３５２として印刷される。隔離された印刷画素３３２は、図９（ｂ）の出力液体パターン画像の中の対応する位置３５２に正確に印刷されることがわかる。

本発明の発明者は、図９（ａ）に描かれている入力画像により作られる液滴カーテンがパターン内のすべての液滴を空気力学的に十分に隔離することから、これらが実質的に歪みのない印刷を行うことを発見した。画素３５２を印刷する隔離された液滴は、次に最も近い液滴から、印刷用液滴分離距離の８倍、つまり８λ_mより離れた状態で移動している。以下でさらに詳しく説明するように、空気力学的相互作用力は、液滴間分離距離による影響を非常に受けやすく、１λ_mから８λ_mの分離で１桁以上低下する。

図１０（ａ）は、３つの印刷画素の列３３４が中央の空隙領域３４０に挿入される入力液体パターンデータを示す。これに対応して印刷された液体パターンを図１０（ｂ）に示す。３つの印刷された液滴の列３５４は、直線から歪んでいるように見えるかもしれない。印刷された３つの液滴パターン３５４は、入力パターン３３４の複製の理念上の形から遠ざかるように広がる。印刷された液滴のこのような広がりは、本明細書において「スプレイ」エラーと呼ばれ、３つの液滴が各々の印刷ヘッドノズルから受容媒体へと横断する際のこれら３つの液滴間の空気力学的相互作用により、３つの液滴の各々が遭遇するガス流場が均一かつ対称ではないために液滴上に非対称の力がかかるという理由で発生する。

図１０（ｂ）の領域“Ａ”を拡大したものを図１１に示す。図１１では３つの画素からなる入力パターン３３４を重ねて、空気力学的相互作用の影響によってスプレイエラーが生じていない場合に印刷液滴が着弾したはずの場所を示している。空隙領域３６０で省略されたグリッドドット３１４の位置は、破線のグリッド線の交点３４２によって示される。ｘ方向の最大スプレイエラーδ_xとｙ方向の最大スプレイエラーδ_yは、印刷された液滴３５４が理想位置３３４から最も外れたものとして示されている。３つの画素のラインの中で測定された最大のｙスプレイエラーはδ_y〜２８μｍであり、測定された最大のｘスプレイエラーはδ_x〜７２μｍであった。つまり、隔離された３つの液滴のラインについて、ｙ方向の最大のスプレイエラーは、大きさにおいて画素間隔（Ｓ_py＝４２．３μｍ）の半分より大きく、ｘ方向の最大のスプレイエラーは、画素間隔（Ｓ_px＝４２．３μｍ）より大きかった。この大きさのエラーは、細いフォントによるテキスト印刷の場合のように、パターンが予想され、認識可能である画像で発生すれば、観察者にとって目に見えるかもしれない。たとえば、後に説明する図２４（ａ）は、この大きさの空気力学的スプレイメカニズムが存在する場合に発生する可能性のある試験用文字の歪みを示している。

図１２は、出力印刷画像エリアの図１１と同様の部分を描いたものである。入力液体パターンデータには、ｗ画素分の長さ（ｗ＝１７画素）のライン３３６が含まれ、これらは空隙試験パターンエリア３６０の中で液滴パターン３５６として印刷される。図１１と同様に、ｘ方向とｙ方向の最大のスプレイエラーが示されている。受容媒体へと横断するこのような長い液滴ラインの場合、最大のｙスプレイエラーはδ_y〜４１μｍに増し、ほとんど画素間隔分のエラーとなっている。最大のｘスプレイエラーはδ_x〜９２μｍに増しており、これは画素間隔の２倍以上である。

図１３もまた、出力印刷画像エリアの図１１と同様の部分を描いたものである。入力液体パターンデータには、画素単位で幅ｈ（ｈ＝４）、画素単位で長さｗ（ｗ＝１７）の、より広い入力ラインパターン３３８が含まれており、これは空隙となった試験パターンエリア３６０の中で液滴パターン３５８として印刷された。４×１７画素のラインの激しい歪みが観察される。図１１−１３に示される実験結果から、空気力学的スプレイエラーは大きさにおいて１つまたはそれ以上の画素間隔分の液滴着弾位置エラーを引き起こし、入力画素パターンに応じて大幅に変化するかもしれないことがわかるであろう。このようなエラーは、出力画像や液体パターンの品質を大きく低下させることがある。

図１４（ａ），１４（ｂ）は、幅ｈ＝１，４、８画素、長さｗ＝１，３，９，１７，３３画素の入力ラインパターンに関して測定された、それぞれ最大ｙスプレイエラーと最大ｘスプレイエラーをグラフに表したものである。最大ｙスプレイエラーは常に、試験対象となった各種の液滴ラインパターンの端にある液滴の着弾位置において見られた。この実験システムパラメータセット（表１）に対するδ_yとδ_xエラーは、長さ１画素（ｗ＝１）ではどのラインについてもゼロであった。つまり、高さ８画素（ｈ＝８）、長さ１画素（ｗ＝１）のラインでも、感知可能なｘまたはｙ方向のスプレイエラーを生じることなく印刷された。

図１４（ａ）をよく見ると、長さ３画素のラインが印刷されたとき、ｙ方向のスプレイエラーは、ラインの幅に応じて、ゼロから２８μｍ−３８μｍに跳ね上がることがわかるであろう。ラインの長さがさらに増しても、ｙスプレイエラーは微増するだけで、長さ３３画素のラインの場合、約３８μｍに下降し、あるいはその周辺で飽和するように見える。ラインの幅は、ｙスプレイの大きさにあまり影響を与えない。図１４（ｂ）をよく見ると、ｘ方向のスプレイエラーは、長さ１画素のラインのゼロから長さ３画素のラインで実質的な量まで跳ね上がる。さらに、ｘスプレイエラーの量は、図の範囲、つまりｈ＝１から８のライン幅の影響を強く受ける。

図１４（ａ）に示される最大ｙ方向スプレイは常に、試験ラインパターンの端にある液滴について発生した。液滴間の空気力学的な力は、液滴ラインを外側に広げる効果を有するが、この効果は急速に飽和するようである。これは、発生されるｙ方向の力が画素距離の点で非常に「狭い範囲」であることを示唆する。つまり、液滴ラインパターンの終端にある液滴に及ぶ非対称の力は、ラインの長さが９液滴分になる時点までに十分に発生する。ラインがそれ以上長くなっても、終端の液滴が受ける非対称のｙ方向の力はそれほど変化しない。

最大ｘ方向スプレイエラーは、印刷された液滴ラインの中央領域にある液滴に関して発生する。図１４（ｂ）に示されるデータから、ｘ方向スプレイエラーは、試験対象となった６００スポット／インチのシステムの場合、画素間隔Ｓ_px＝４２．３μｍの２倍を超える距離まで及ぶかもしれないことがわかるであろう。

印刷液滴が吐出されるノズルアレイとその相対的軌道が最終的に「終結する」受容媒体の間の空間を横切る印刷液滴間の空気力学的相互作用は、きわめて複雑である。空気力学的相互作用は、標準的な三次元数値液体力学（ＣＦＤ）モデリング技術を用いることによって含められ、解析された。しかしながら、三次元ＣＦＤモデルの結果を説明する前に、液滴間の空気力学的相互作用の二次元モデルの閉鎖域解析を調べることが有益である。

図１５は、本発明による連続式液滴印刷ヘッドのガス偏向ゾーンの中央部分を横断する印刷用液滴のラインが受ける形状および空気力学的影響の理念上の図である。図１５は、ｗ＝１６、ｈ＝１のライン印刷用液滴の端の８つの液滴のｘｙ面の断面図である。この分析例の場合、矢印で表される偏向ガス流１６０は、ｘ方向に整列され（図６と同様）、大きさｖ_xを有する。液滴ラインはｙ方向に沿って延びており、つまり、図中の飛翔する液滴ラインは、ｙ方向に沿って整列されたノズルアレイの隣接する噴流群からの印刷用液滴として同時に生成されたものである。液滴ラインの速度は基本的に、マイナスｚ方向、大きさｖ_dで、図１５の「用紙面」に垂直である。

液滴が偏向ガス流場を横切る際、液滴はすべて、偏向ガス流場の空気力学的抵抗効果によって多少ｘ方向に加速される。図６に戻ると、非印刷用液滴、この解析例では小粒液滴は、ｘ方向への加速が大粒の印刷用液滴より実質的に大きいことがわかるであろう。小粒の非印刷用液滴は、ｘ方向に大きく加速されるため、図６に示されるように液滴捕捉リップ１５２に衝突する軌道をたどる。本明細書の解析では、非印刷用液滴カーテンが印刷用液滴カーテンから十分に分離されているため、印刷用液滴への小粒液滴の空気力学的影響は無視できることを前提としている。

図１５の湾曲したガス流の矢印は、液滴ラインの外側の液滴１８２の周辺の非対称のガス流１６４を示している。湾曲した矢印の合流は、液滴ラインの内側の液滴１８０のように、液滴間でガス流１６２が密集することを示している。液滴ラインの下流のガス流１６６は、速度の点で当初の大きさから若干小さくなるかもしれない。このことは、液滴ラインの中央部分の下流側の矢印を短く描くことにより、誇張して示される。ｘｙ面における液滴への正味の非対称偏向力Ｆ_xyもまた、各液滴から発する力のベクトル１６８で描かれている。力のベクトル１６８の方向は、端部の液滴１８２が大きなｙ成分を持つ偏向力を受けることを示すように描かれている。液滴ラインの中の端の次の液滴１８４は、ｙ成分が非常に弱い偏向力を受ける。内側の液滴１８０は、ｙ成分の力がほとんど、またはまったくない状態で偏向される。

図１５に示されているような液滴ラインの中の液滴周辺のガス流の二次元近似は、無限に長い離間された円柱のラインの周辺のガス流を調べることによって構成できる。この構成を図１６（ａ），１６（ｂ）に示す。図は、ｘｙ面と円柱がｚ方向に無限に延びることを示している。図１６（ｂ）は図１６（ａ）の領域１７４の拡大図であり、この中で、二次元計算を行い、円柱１７２の周辺のガス流をモデル化する。円柱１７２は、ｙ方向に並べられた液滴ラインの中で飛翔する液滴を表しており、その直径Ｄ_dmは印刷用液滴の径で、離間距離Ｓ_nは液滴吐出器のノズル間隔である。大きさｖ_inの偏向ガス流は当初、ｘ方向に整列され、二次元ガス噴流１７０の形で分割され、円柱間を横断するようにモデル化されている。液滴ラインを通じたガス流の圧力低下、ΔＰ＝Ｐ_in−Ｐ_outは、ガス流ノズルがその間に開放分離部、つまり間隔ｃを置く２つの半円柱の形を有するものとしてモデル化されており、ｃ＝Ｓ_n−Ｄ_dmである。

質量流連続性方程式とベルヌーイ方程式を使って、円柱間を通過するガス流の圧力低下ΔＰを計算する。簡単にするために、ガス流は安定しており、非粘性で、圧縮されず、流線に沿っており、重力の影響を受けず、ガス流噴流の入口と出口で均一であると仮定すると、質量流の連続性は以下の関係を有する。

ｖ_inＳ_n＝ｖ_outｃ…………………………………（１）
ただし、ｖ_inは初期のｘ方向偏向ガス流の正味の速度であり、ｖ_outは円柱間のギャップにおけるｘ方向ガス流の正味の速度である。さらに、ベルヌーイ方程式により、ガスが円柱間を流れる際の圧力変化ΔＰについて、以下の関係が得られる。

ただし、ｃ^*＝ｃ／Ｄ_dm＝（Ｓ_n／Ｄ_dm−１）であり、ρは偏向ガス（空気）の質量密度である。ｃ^*は開放間隙分離部ｃの正規化数であり、つまり液滴径Ｄ_dmにより正規化されたものである。

は正規化された圧力変化であり、圧力変化ΔＰは単位

で表される。正規化された間隙分離距離ｃ^*は、本発明の発明者により、高品質、高速の液体パターン印刷と堆積のための関心対象となる液滴の大きさと分離距離の範囲について、液滴間の空気力学的相互作用の大きさをモデル化するために計算するのに有益なパラメータであることが発見された。

式６により予測される正規化圧力変化

は、図１７において、ｃ^*の関数としての曲線６２０に描かれている。図１７には、液滴分離（このモデル計算ではノズル間隔と同じ）が、６００ジェット／インチの印刷ヘッドの好適なノズル間隔である４２．３μである場合の、横座標のｃ^*の値が得られる印刷用液滴の体積Ｖ_dmも示されている。印刷用液滴体積の関係６２４の単位は、ピコリットル（ｐＬ）である。液滴ライン中の液滴間にガス流が密集する結果として発じる圧力上昇が、ｙ方向スプレイエラーの主要な原因である。上昇した圧力ΔＰは、印刷用液滴ラインの内側の液滴については均衡がとれているが、端部の液滴については十分に均衡がとられず、その結果、この液滴への正味の力は外側、つまりｙ方向に向かう。

式５のｃ^*の項と図１７の曲線６２０をよく見ると、端部の液滴に作用する不均衡の圧力である

は、ｃ^*の影響を非常に受けやすく、ｃ^*＝０．１から２．１の範囲で２桁低下する。選択されたノズル間隔、たとえば６００ジェット／インチのＳ_n＝４２．３μｍの場合、ｃ^*の値は、液滴の体積２９．６ｐＬから１．３ｐＬに関して、この範囲内となる。図８（ｂ），９（ｂ），１０（ｂ），１１，１２，１３，１４に示されている実験結果は、図１７において“Ｅｘｐ”の矢印で示される、１１ｐＬの液滴、ｃ^*が０．５３に関するものであった。

上記の二次元モデル計算は、球状の液滴の代わりに二次元の円柱と仮定し、非粘性流を想定したため、大まかな概算にすぎない。それでもなお、このわかりやすいモデルは、スプレイエラーが正規化液滴間間隙長さｃ^*による影響をどれだけ受けるかを示すのに役立つ。液滴ラインにそって４２．３μｍだけ離間された１１ｐＬの印刷用液滴を使った前述の実験に関して、印刷用液滴ラインの中の隣接する液滴は、正規化分離間隙長さｃ^*＝０．５３を有し、対応する正規化圧力変化は、式６から

である。実験印刷画像の中で、４画素分だけ離間されて印刷されたグリッド液滴については、隣接する印刷用液滴が受容体へと横断する際の液滴間の正規化液滴間間隙は、ｃ^*＝４Ｓ_n／Ｄ_dm−１＝５．１３である。これに対応する式６による正規化済み圧力変化は、

であり、これは１画素分のラスタ距離だけ離間された液滴の大きさの６％にすぎない。

上記の結果は、たとえば図１０（ｂ）または図１１の試験パターンの空隙エリア３６０の辺と接するグリッド液滴３１４には、これらがｙ方向に沿った両側の同等に離間された印刷用液滴によって「均衡がとられていない」のに、なぜｙ方向スプレイエラーが見られないかを説明するのに役立つ。前述のように二次元モデルの結果によって定性的に確認されたこの実験結果は、ｃ^*を増大させると、スプレイエラーを発生させる空気力学的力を有効に減らすことができることを示している。

本発明の発明者はまた、市販の数値流体力学（ＣＦＤ）ソフトウェアツールを使って、液滴間の空気力学的相互作用を解析するさまざまな三次元計算を実行した。これらの計算には非常に大量の演算資源が費やされたが、これらは閉鎖域の数学的手法より、液滴印刷実験で観察された効果の現実的なシミュレーションと解析を行うことができた。以下のパラグラフで説明する結果は、Ｆｌｏｗ−３ＤＣＦＤモデリングソフトウェア（６８３ＨａｒｋｌｅＲｏａｄ，ＳａｎｔａＦｅ，ＮＭ８７５０５のフロー・サイエンス社販売）を利用し、一般的な移動物体のモデルを使って、液滴を空気の周辺流体の中に埋め込まれた剛球としてモデル化して得られた。球は、印刷用液滴と同じ密度を有するようにモデル化し、自由に移動するが、周囲の流体と連結されるようにした。つまり、流体が液滴に力を及ぼして液滴を加速させ、その一方で、液滴は対応する反応力を流体に及ぼし、その推進力と流れのパターンを変化させた。球により変位する液体体積は液滴の大きさに相応し、これによっても流体の流れのパターンが変化した。

図１８（ａ），１８（ｂ），１８（ｃ）は、図１５に描かれたものと同様の印刷液滴ライン構成に関するＣＦＤ計算の結果を示しており、一部は二次元近似（式１−６）を使ってモデル化されている。図１８（ａ）−１８（ｃ）において、ＣＦＤモデル印刷用液滴は４ｐＬ、径１９．７μｍで、ｙ方向に沿った中心間間隔４２．３μｍで吐出される。したがって、ｙ方向の正規化液滴分離間隙ｃ_y ^*は、ｃ_y ^*＝（４２．３μｍ／１９．７μｍ−１）＝１．１４である。図１８（ａ）から１８（ｃ）は、３つの異なる時点での印刷用液滴ラインのＣＦＤ計算による「スナップショット」を表しており、１８（ａ）は印刷用液滴が最初に形成された時、１８（ｂ）は液滴ラインがガス流偏向ゾーンの中を、このゾーンの長さのほとんどにわたって通過した後、１８（ｃ）は受容媒体面に到達した時点をそれぞれ示す。液滴位置は、ｘｙ面において、相互に関して略同じ縮尺と位置で描かれている。

図１８（ｃ）では、内側の液滴３８０、端の液滴３８２および端の次の液滴３８４は、実際には紙等の受容媒体に衝突していないため、図１２に描かれているような同様の実際の印刷された液滴ラインパターンのようには径が広がっていない点に注意されたい。また、図１８（ｃ）でシミュレートされた印刷用液滴は、図１２に示された実験で使われたものより小さい。したがって、上記の両方の理由から、図１８（ａ）に描かれた受容媒体面の印刷用液滴ラインは、図１２における印刷されたラインのように「塗りつぶされて」いない。しかしながら、図１８（ｃ）と図１２を比較すると、ＣＦＤ計算により、印刷用液滴実験で観察された主要なスプレイエラーの効果が捕捉されることが容易にわかる。

図１８（ｂ）は、ＣＦＤモデルによって計算された空気流速度の等値線を示す。偏向気流１６０の初期速度の大きさｖ_xは２０ｍ／秒である。等値線５１０は、若干低下した気流速度、〜１９ｍ／秒を表し、初期速度の大きさが、液滴ラインによって生じる流れの障害によって縮小し始めた箇所を示している。等値線５１０はまた、液滴ラインの中の印刷用液滴間の位置に見られる。続いて、等値線５１２，５１４，５１６は低下した空気速度の等値線で、それぞれ約１５ｍ秒、１０ｍ／秒、５ｍ／秒である。液滴ラインの中心より後ろの下流領域１６６は、空気速度が〜１７ｍ／秒であり、初期速度１６０より若干低い。

端の印刷用液滴１８２と端の次の印刷用液滴１８４の周辺の気流速度等値線の形状は、特にｙ方向へのスプレイエラーの原因となる非対称性を示している。印刷用液滴ラインの中心に向かう空気速度の等値線５１０の一般的曲率は、ｘ方向のスプレイの原因となる空気力学的効果を示しており、ラインの中央の液滴は、印刷用液滴ラインの端部の液滴よりｘ方向への偏向量が大きい。

図１９は、異なる相対的気流速度ｖ_relx、印刷用液滴径および正規化液滴間間隙ｃ^*の値を用いた印刷用液滴ラインの数多くのシミュレーションに関するＣＦＤ計算結果をまとめたものである。相対的気流速度ｖ_relxは、全体的偏向気流速度ｖ_xと液滴の横速度ｖ_dropxの差、つまりｖ_relx＝ｖ_x−ｖ_dropxである。多くのＣＦＤ計算結果についてバッキンガムのパイ定理による解析を実施し、スプレイエラーを低減させるために調整可能な、影響を受けやすい制御システムのパラメータを特定した。バッキンガムのパイ定理による解析の詳細な実行方法は、フォックス、マクドナルド、プリチャードの“Introduction to Fluid Mechanics", Wiley, 2004に掲載されている。

本発明を理解するために、印刷用液滴ラインの端部の液滴に対するｙ方向スプレイ力Ｆ_yedに関するバッキンガムのパイ定理による解析を実施した。Ｆ_yedは、前述のように、二次元パラメータであるレイノルズ数Ｒｅと正規化液滴間間隙の長さｃ^*の関数として有益に説明できることがわかった。つまり、以下の計算によって、Ｆ_yedに関する１つの関係におけるすべてのＣＦＤ計算の結果をほぼ捕捉できることが判明した。

ただし、μは偏向ガス（空気）の粘性であり、他のパラメータは先に定義したとおりである。式８は、図９において直線６２６として示されている。ＣＦＤソフトウェアツールを用いたＦ_yedの個々の計算結果は、図１９で、ひし形の点で示される。

図１９から捉えられるＣＦＤモデリングの結果とバッキンガムのパイ定理によるパラメータ解析の結果は、ｙ方向スプレイが主としてレイノルズ数Ｒｅの１．１２乗と正規化液滴間間隙長さｃ^*の１．４５乗の逆数によって増大されることを示している。上記のようにスプレイエラーの力を解析的および数値的に理解したところで、本発明の発明者は、印刷用液滴カーテンの中の液滴の間の正規化液滴間間隙長さを増大させるような液滴印刷方法と装置を開発すれば、スプレイエラーを最も大幅に削減できることに気づいた。

噴流群型連続式液滴吐出器により生成される液滴カーテンの一部を図２０（ａ）に示す。所定の体積を有する１２本の液滴ストリーム１００が描かれている。液滴カーテンの１２の噴流、つまりノズルの部分が、ガス流偏向システムが非印刷用小粒液滴８４を印刷用液滴８７から分離する前の液滴カーテンによって形成されるｙｚ面に描かれている。図の例における印刷用液滴は、小粒印刷用液滴の体積の３倍になるように形成される。つまり、ｍ＝３、Ｖ_m＝３Ｖ₀である。

図２０（ａ）の液滴カーテンパターンを作るために１２の噴流に関連付けられた１２の液滴形成トランスデューサに印加される液滴形成パルスシーケンス６００を図２０（ｂ）に示す。小粒液滴形成期間τ₀だけ時間的に分離された持続時間τ_pの液滴形成エネルギーパルス６１０により、体積Ｖ₀の小粒液滴が形成される。τ_mの大粒液滴形成時間６１６に印加される液滴形成パルスにより、流体ストリームが液体要素に分裂し、これらは融合して、その期間τ_mの間に吐出される体積を有する液滴となる。複数の所定の体積を有する液滴の形成については、先に図５（ａ）−５（ｃ）に関して説明した。図２０（ａ），２０（ｂ）の例では、τ_m＝３τ₀である。

図２０（ａ）の“Ｂ”の部分を拡大したものを図２１（ａ）に再現する。図２１（ａ）ではいくつかの幾何学的パラメータが用いられているが、これらについては本発明の説明の中で論じる。液滴カーテンの異なるストリーム１００の中の液滴は、ｙ方向に印刷ヘッドアレイノズル分離距離Ｓ_nだけ最小限に分離されている。印刷用液滴は、ｚ方向に大粒液滴の分離距離λ_mだけ最小限に分離されている。非印刷用液滴は、小粒液滴分離距離λ₀だけ最小限に分離されている。図２１（ａ）の例では、λ_m＝３λ₀である。また、小粒液滴分離が基本的な連続式液滴発生工程の「波長」と呼ばれることも多い点にも注意されたく、λ₀＝ｖ_dτ₀で、ｖ_dはノズルから吐出された後の流体および液滴ストリームの速度である。大粒印刷用液滴は直径Ｄ_dmである。

各印刷用液滴は、ｙｚ面において最も近い隣接液滴から液滴間隙分離距離ｃ_y，ｃｚ，ｃ_zyだけ最小限に分離されていると考えることができる。正規化間隙ｃ_y ^*，ｃ_z ^*，ｃ_zy ^*は、液滴間間隙を印刷用液滴径Ｄ_dmで割ることによって計算される。本明細書における本発明の説明をバランスのとれたものにするために、上記の解析結果に合わせて正規化間隙長さを使用する。

図２１（ａ）から、印刷用液滴ラインの中の液滴について、３つの正規化液滴間間隙のうち正規化間隙ｃ_y ^*が最も小さいことがわかる。したがって、スプレイエラーの原因となる空気力学的相互作用の主要な影響は、ギャップｃ_yで気流が圧縮されることから生じる。本発明の発明者は、液滴形成工程が印刷ヘッドの中で各噴流について個別に制御されるため、隣接するストリームの液滴形成工程を相互に関して時間シフトすることによってｃ_y ^*を直ちに２倍以上に増大させることができるかもしれないことに気づいた。

そこで、本発明の好ましい実施例を図２１（ｂ）に示しており、この中では液滴ストリーム１００_j-2と１００_j-4が、ストリーム１００_j-3と１００_j-5に関して、ｚ方向に量ｑλ_mだけ空間シフトされている。パラメータ“ｑ”は、液滴形成のシフトを、印刷用液滴分離距離の一部ｑλ_mとして、また以下では印刷用液滴形成期間の一部ｑτ_mとして表すのに用いられる。隣接するストリームをｚ軸にシフトすると、ｃ_yは別の単位であるノズル間隔Ｓ_nだけ増大し、ｃ_y ^*は２倍プラス１だけ増大する。たとえば、Ｓ_n＝４２．３μｍだけ離間されたノズルから吐出された１１ｐＬの液滴（Ｄ_dm＝２７．６μｍ）の場合、図２１（ｂ）に描かれているように液滴形成工程をシフトすることにより、ｙ方向の液滴間間隙はｃ_y1 ^*＝０．５３からｃ_y2 ^*＝２．０６に増大する。上記の解析から、ｃ_y ^*がこのように大幅に増加すると、ｙ方向のスプレイ力は急激に、つまり式８により８６％も減少することがわかるであろう。ｃ_yn ^*（ｎ＝１，２または３）との表記は、本明細書において、印刷用液滴カーテンの中の印刷用液滴がｙ方向に沿って距離ｎＳ_nだけ分離されている場合に、ｙ方向の正規化液滴間分離距離ｃ_yn ^*を指すのに用いられる。もちろん、図２１（ｂ）に描かれている液滴形成シフトにより、正規化対角間隙ギャップｃ_zy ^*が気流にとって「最も狭い」間隙となる。その結果、ｚｙ方向へのスプレイ力が空気力学的相互作用によるエラーの主原因となる。しかしながら、大粒液滴で印刷する構成の場合、隣接するストリームの液滴形成工程のシフトによってスプレイエラーの力は実質的に縮小され、これは、ｃ_zy ^*の新たな値が「古い」シフトされていない値ｃ_y ^*より常に大きい、つまりｃ_zy ^*＞ｃ_y1 ^*であるからである。

さらに図２２（ａ），２２（ｂ）は本発明による隣接ストリームの液滴形成シフトの好ましい実施例を紹介しており、図２１（ａ），２１（ｂ）と同様の方法で液滴カーテンパターンとこれに関連する液滴形成パルスシーケンスを示す。図２２（ｂ）により、本発明の方法が、隣接するストリーム間の液滴形成パルスシーケンスのタイミングを時間シフト量ｔ_sだけシフトすることによって実行されることが明らかとなる、ｔ_s＝ｑτ_m、ｑは時間シフト率である。現実問題として、本発明は、液滴形成シーケンスにおける実質的な相対的シフトを発生させるｑの値について実行されるのが最も好ましい。本発明の目的のために、実質的シフトは２０％かそれ以上のうちの一方と理解されるであろう。したがって、本発明の好ましい実施例は、ｑに０．２≦ｑ≦０．８の範囲の値を使って実行される。

対角液滴間間隙ｃ_zyの最大値はｑ＝０．５で実現されることに注意すべきである。ｑの値の好ましい範囲である０．２≦ｑ≦０．８には、どの液滴ストリームがどのストリームに関してシフトされるかの曖昧さを取り除くために、０．５以上の値も含まれる。たとえば、図２１（ｂ）の印刷用液滴カーテン構成を見ると、液滴ストリーム１００_j-4は、液滴ストリーム１００_j-3に関して約０．２２λ_mだけシフトされており、つまり、ｑ＝０．２２である。あるいは、図の同じ液滴カーテンの液滴間間隙は、液滴ストリームを（ｑ−１）＝０．７８だけシフトすることによって作られたかもしれない。どちらの実施例も、本発明の範囲に含まれる。

図２２（ａ），（ｂ）に描かれている本発明の実施例は、印刷ヘッドの噴流を２つの相互にずれ合う(interdigitated)グループに分割することによって実現された。しかしながら、本発明を実施するためには、隣接するストリーム間の液滴形成シーケンス６００のシフトに、隣接する液滴ストリーム１００の間でｑと（ｑ−１）の反復する同じ値を使用する必要はない。最小の液滴間間隙ｃ_*を所望の量だけ実質的に増大させるのには、時間シフト率の値をいくつでも使用できる。しかしながら、システムの簡素化という他の理由のために、噴流を、相互に関して同じ時間量だけシフトされる１つまたは複数の相互にずれ合うブロックにまとめることが好ましいかもしれない。

図２３（ａ），（ｂ）に示される本発明の実施例では、隣接する液滴ストリーム１００が２つの相互にずれ合うブロックにまとめられ、その後、液滴形成パルスシーケンス６００の１つのブロックが、約ｑ＝０．５だけ時間シフトされ、つまりｔ_s＝０．５τ_mとなっている。図２３（ａ）をよく見ると、液滴形成パルスシーケンスの、相互にずれ合うブロックをｑ＝０．５だけ時間シフトすることにより、時間シフトだけで実現できる最小の印刷用液滴間隙の値の増加が最大となることがわかるであろう。したがって、２つの相互にずれ合うブロックにまとめて、その液滴形成パルスシーケンスをｑｔ_sだけ時間シフトする場合、ｑを略（１／２）、つまり０．４≦ｑ≦０．６となるよう選択することが好ましいであろう。

本発明の方法を適用することによって実現される液滴位置、つまり画像またはパターン品質の改善を、図２４（ａ），２４（ｂ）で実証する。これらの図面はある画像の一部、つまり３ポイント活字の文字“Ａａ”を再現したもので、図２４（ａ）は隣接するストリームの液滴形成工程を時間シフトせずに印刷したもの、図２４（ｂ）は同じ入力液体パターンデータファイルが、隣接する液滴ストリームの２つの相互にずれ合うブロックの液滴形成パルスシーケンスにｑ＝０．５の時間シフトを与えて印刷したものである。図２４（ａ），２４（ｂ）に再現された画像を作るのに用いられた実験条件は、上記のような各種の長さと幅を有する液滴ラインの試験画像を作るのに用いられた、表１に掲載の条件と同様であった。

隣接するストリームの液滴形成工程を時間シフトすることによって実現される最小液滴間間隙の増加量は、ｚ方向に沿った印刷用液滴の離間に大きく依存しており、これは、シフトによって正規化対角間隙ｃ_zy ^*が最小の間隙となり、したがってこれがスプレイエラーの最も重要な決定要素であるからである。そのため、スプレイエラーは、初期の液体吐出方向およびｖ_dの方向でもあるｚ方向に沿った印刷用液滴分離距離λ_mを長くすることによってさらに減少させることができるかもしれない。印刷用液滴分離距離λ_m＝ｍλ₀は、（ａ）液滴期間の乗数ｍを大きくする、または（ｂ）基準液滴分離距離λ₀を延ばす、という２つの方法のうちのいずれかによって長くすることができる。これらのメカニズムは、いずれか一方でも両方でも、システム設計上の他の制約の範囲内で許容される。

一般に、印刷用液滴の体積Ｖ_mは印刷またはパターン品質に関する検討事項によって決定され、本発明により正規化液滴間隙の値を増大させるように設計を変更したときに、選択された値に保持しなければならない。しかしながら、印刷用液滴体積の目標値は、基準となる小粒液滴の体積を適正に縮小することにより、ｍの値を増大させながら保持できるかもしれない。たとえば、ノズル孔径Ｄ_nを若干小さくしながらストリーム速度または基準液滴形成期間を増大させることによって、同じ基準液滴体積を保ちながら、基準液滴分離距離λ₀を延ばせるかもしれない。

大粒および小粒液滴生成可変値のいくつかの間に見られる関係には以下のような有益なものがある。
λ₀＝ＬＤ_n……………………………………………（９）

ただし、Ｌは小粒液滴生成比で、連続式インクジェットの分野においてレイリー励振波長比ともいわれるもので、その他の可変値は先に定義したとおりである。

上記の関係を利用して、各々の液滴形成パルスシーケンスをτ_s＝ｑτ_m（ｑ≦０．５）と時間シフトした（図２３（ａ）参照）隣接するストリームの正規化印刷用液滴間隙の最小値を次のように表すことができる。

ｑ≦０．５という制約は、ｃ_zy ^*の最小値が必ず式１５で計算されるようにするためにすぎない。式１３から１５のパラメータはすべて、先に定義したとおりである。

ｃ_y2 ^*とｃ_zy ^*の値と大粒液滴の体積Ｖ_mの関係のグラフを図２５に示す。曲線６３０は、Ｓ_n＝４２．３μｍとしたときに式１３から得られるｃ_y2 ^*を表す。印刷用液滴体積の横座標は、ピコリットル（ｐＬ）で表される。曲線６３２，６３４は、ｑ＝０．５、ｍ＝３、Ｓ_n＝４２．３μｍ、Ｌ＝４（曲線６３４）またはＬ＝７（曲線６３２）としたｃ_zy ^*の値を表す。Ｌ＝４とＬ＝７の値は、小粒液滴生成比のための最も一般的な動作間隔の範囲を定めるために選択された。Ｌがこれらの２つ値より上または下であっても動作は可能であるが、液滴形成パルスエネルギーを大幅に増やすことが必要となろう。

図２５に示されたｃ_y2 ^*とｃ_zy ^*の値および式１３，１５から、選択された印刷用液滴体積Ｖ_mについて、正規化間隙ｃ_zy ^*がｙ方向の間隙ｃ_y2 ^*を超えるｑ，ｍ，Ｌの値があるかもしれないことがわかるであろう。たとえば、ｃ_zy ^*曲線６３２（Ｌ＝７）は、Ｖ_m〜５ｐＬでｃ_y2 ^*曲線６３０と交差する。従って、〜５ｐＬより大きなすべての印刷用液滴体積について、ｍ＝３，Ｓ_n＝４２．３μｍ，Ｌ＝７、隣接する液滴ストリームの間の時間シフト率、ｑ＝０．５とした場合にｃ_zy ^*＞ｃ_y2 ^*となる。Ｌ＝４でｃ_zy ^*とｃ_y2 ^*が交差するのは、それより大きな印刷用液滴体積Ｖ_m〜１７．５ｐＬのときである。ｃ_zy ^*＝ｃ_y2 ^*の交差地点は、Ｌの値が４から７である場合に、〜５と１７．５ｐＬの範囲の体積について生じる。

空気力学的に誘発されるスプレイの要因を最大限に減らすためには、液滴形成シーケンスに時間シフトを加え、かつｍを増やす、Ｌを増やす、または両方を増やすことによって“ｍＬ”の要素を長くすることが有利である。図２６は、図２３（ａ）と同じ液滴カーテンのパターンに、正規化対角液滴間間隙ｃ_zy ^*がｙ方向への正規化液滴間隙ｃ_y2 ^*より大きくなるまで小粒液滴分離距離λ₀を長くすることによる効果を追加したものを示している。Ｓ_zyは、ｚｙ方向の液滴の中心から中心までの分離距離である。前述の解析から、最小液滴分離間隙を最大にするように印刷用液滴カーテンを構成した場合、特にこの行為で最小値がｃ^*＞２となるように変化すると、空気力学的スプレイ力と印刷用液滴の着弾位置エラーが大幅に削減されることがわかるであろう。

全体のシステム設計が、液滴カーテンをｚ方向に拡張し続けること、つまり“ｍＬ”要素を拡張することと両立する場合、隣接する液滴ストリームの液滴形成パルスシーケンスだけでなく、隣接ストリームの次のストリームの液滴形成パルスシーケンスも時間シフトすることが有利かもしれない。たとえば、ノズルと液滴ストリームは、相互に関して第一と第二の時間シフト率ｑ₁とｑ₂だけシフトされた３つの相互にずれ合うグループにまとめてもよい。本発明のこの実施例を、図２７（ａ），２７（ｂ）に示す。図２７（ａ）では、１２の液滴ストリーム１００が、グループ１（１００_j-6，１００_j-3，１００_j，１００_j+3）とグループ２（１００_j-5，１００_j-2，１００_j+1，１００_j+4）とグループ３（１００_j-4，１００_j-1，１００_j+2，１００_j+5）の３つの相互にずれ合うグループにまとめられる。グループ２の液滴ストリームはグループ１に関してｑ₁λ_mだけシフトされ、グループ３の液滴ストリームはグループ１に関してｑ₂λ_mだけシフトされている。

図２７（ｂ）は、図２７（ａ）の液滴カーテン構成を発生させる液滴形成パルスシーケンスの時間シフトを表す。１２の液滴形成パルスシーケンス６００は、グループ１（６００_j-6，６００_j-3，６００_j，６００_j+3）とグループ２（６００_j-5，６００_j-2，６００_j+1，６００_j+4）とグループ３（６００_j-4，６００_j-1，６００_j+2，６００_j+5）の３つの相互にずれ合うグループにまとめられる。グループ２の液滴ストリームは、グループ１に関してｑ₁τ_mだけシフトされ、グループ３の液滴ストリームはグループ１に関してｑ₂τ_mだけシフトされる。前述のように、本発明の実施には、液滴ストームのシフトを、０．２≦ｑ₁≦０．８および０．２≦ｑ₂≦０．８となるように大きくする必要がある。

図２７（ａ）から、本発明のこの実施例の場合、ｙ方向への正規化液滴間間隙長さは、分離距離に単位ノズル間隔をもう１単位加えることによって、また大幅に跳ね上がることがわかる。前に計算したＶ_m＝１１ｐＬ，Ｄ_dm＝２７．６μｍ、Ｓ_n＝４２．３μｍの例では、ｃ_y ^*がｃ_y3 ^*＝３Ｓ_n／Ｄ_dm−１＝３．６０となる。図２７（ａ），２７（ｂ）に示されているように液滴形成工程をシフトすることにより、シフトしていない印刷用液滴ラインパターン（図２０（ａ），２０（ｂ）参照）に関して、端部の液滴にかかるｙ方向のスプレイ力は、式８により９４％減少する。

図２７（ｂ）に描かれている液滴形成のシフトにより、正規化対角間隙ギャップｃ_zy ^*は、再び、気流にとって「最も狭い」間隙となる。その結果、今度はｚｙ方向へのスプレイ力が空気力学的相互作用によるエラーの主な原因となる。しかしながら、液滴ストリームの３つの相互にずれ合うグループをシフトする方法によれば、正規化対角間隙ギャップｃ_zy ^*が、前述の２つの相互にずれ合うグループをシフトする本発明の実施例に関して本明細書でｃ_y2 ^*としたｙ方向の正規化間隙ギャップより大きいと、空気力学的スプレイ力とエラーが大幅に減少する。つまり、空気力学的スプレイエラーは、液滴ストリームを３つの相互にずれ合うグループにまとめ、これらのグループを相互に関して時間シフトして、最小の対角液滴間間隙ｃ_zy ^*がｃ_y2 ^*より大きくなる、つまりｃ_zy ^*＞２Ｓ_n／Ｄ_dm−１となるようにすることによって、さらに減らすことができる。

図２８（ａ），２８（ｂ）は、液滴ストリームの３つの相互にずれ合うグループを相互に関してシフトすることによって、最小の液滴間間隙をさらに増大させる印刷用液滴カーテンの設計を示している。図２７（ａ），２７（ｂ）に関して説明したものと同じ液滴ストリーム１００と液滴形成パルスシーケンス６００のグループ分けを用いて、図２８（ａ），２８（ｂ）に示す構成を構築した。相対的シフト率ｑ₁，ｑ₂には別の値も選択できるが、ｍＬ要素の具体的な値について、液滴カーテンの中の液滴の分離は、ｑ₁＝（１／３）かつｑ₂＝（２／３）の時、またはその逆のときに最大となる。したがって、３つの相互にずれ合うブロックにまとめ、その液滴形成パルスシーケンスをｑ₁ｔ_sとｑ₂ｔ_sだけ時間シフトする場合、ｑ₁とｑ₂は略（１／３）と（２／３）、つまり０．２６≦ｑ₁≦０．４と０．６≦ｑ₂≦０．７４になるように選択することが好ましいかもしれない。図２８（ａ）に描かれている印刷用液滴カーテンの設計は、グループ２をグループ１に関してｑ₁＝１／３だけ時間シフトし、グループ３をグループ１に関してｑ₂＝２／３だけ時間シフトすることによって構築される。前述のように、最小液滴間間隙は、ｃ_zy ^*＞２Ｓ_n／Ｄ_dm−１であれば、図２７，２８に示される３つのストリームグループの実施例を用いてさらに増大させることができる。ｃ_zy ^*は、式１５から計算してもよい。Ｓ_zyは、ｚｙ方向への液滴の中心から中心までの分離距離である。他のパラメータの所与の値について、ｃ_zy ^*は印刷用液滴間の分離を最大にするようなｑ₁とｑ₂の値を選択する、つまりｑ₁＝（１／３）かつｑ₂＝（２／３）またはその逆にすることによって最大化される。したがって、ｍＬ要素の「交差」の値は、ｑ＝（１／３）を使い、「交差」試験のｃ_zy ^*＝ｃ_y2 ^*を満たす式９−１５により決定される。この等式が真実となるＬの値をＬ₁ということとし、これは最初の交差Ｌ値である。

ｍＬ₁のための式１７を、Ｓ_n＝４２．３μｍと印刷用液滴体積Ｖ_mの関数として、図２９の曲線６３６で示す。図２９ではまた、

である時の式１６について、ｍＬの値ｍＬ₃と印刷用液滴体積の関数である曲線６３８も示されている。この後者の曲線は、図２５に示されるｃ_zy ^*＝ｃ_y2 ^*の交差点と等しい。図２９の２つの曲線は、“ｍＬ”の間隔を３つの型に分割するものとして見ることができる。印刷用液滴体積のある選択値について、ｍＬの値を下側の曲線６３８より低く選択すると、液滴ストリームの相互にずれ合う２つのグループを相互に関してシフトしたときにｃ_zy ^*が液滴間間隙の最小値になるという結果が得られる。ｍＬの値を下側の曲線より上に選択すると、ｑの値が十分に大きければ、ｙ方向の正規化間隙ｃ_y2 ^*が最小となる。

ｍＬの値を上側の曲線より上に選択し、ｑ₁とｑ₂の値を十分に高くして、隣接するものとその次の液滴形成パルスシーケンスの両方をシフトすると、液滴ストリームの相互にずれ合う３つのグループについてｚｙ方向の間隙は最小となるが、それでもなお、相互にずれ合う２つのグループしかシフトしなかった場合のｙ方向の間隙より大きい。言い換えれば、曲線６３６より上のｍＬ間隔で動作する場合、２つのシフトしたグループの代わりに３つのシフトした液滴形成パルスシーケンスグループを用いれば、空気力学的相互作用の影響をさらに減らすことができる。

以上の本発明の説明は、受容媒体上に液体パターンを形成するために、所定の体積の液滴のストリームの中の大粒液滴を使用するシステムに関するものであった。単位体積Ｖ₀の小粒液滴は偏向ガス流によって差別的に偏向され、図２の液滴捕捉リップ１５２で捕捉された。本発明を有益、有効に使用できる別のシステムの例としては、「小粒液滴」印刷構成がある。この別の構成は、前述の大粒液滴システムとほとんど同じ方法であるが、小粒液滴が（図６において）マイナスｘ方向に上向きに偏向されるように液滴偏向ガスマニホルド１５０の中の偏向ガス流を逆転させ、液滴捕捉リップを大粒の非印刷用液滴カーテンだけを捕捉するのに十分な高さに上昇させれば実現できる。本発明のこの開示の用語において、大粒液滴印刷モードを使った場合、印刷用液滴形成時間τ_p＝τ_mであり、非印刷用液滴形成時間τ_np＝τ₀である。小粒液滴印刷モードを使用した場合は逆、つまりτ_p＝τ₀．τ_np＝τ_mとなる。

大粒および小粒液滴印刷モードについては、本発明の譲受人に譲渡された過去の開示において詳しく説明されている。たとえば、小粒液滴印刷モードは、ジョンメアの‘８８８号特許またはジョンメアの‘５６６号特許で開示され、大粒液滴印刷モードは、ジョンメアの‘５６６号特許またはジョンメアの‘４１０号特許で開示されている。スプレイ力と液滴着弾位置エラーは、大粒液滴印刷装置について先に説明し、解析したものと同じ理由で、小粒液滴印刷においても発生する。小粒液滴印刷モードでは、ｍ＝１、印刷用液滴形成時間をτ₀として式９−１５でも説明されたようなｚｙ面の液滴間間隙の値を有する、小粒液滴体積Ｖ₀の液滴で構成される印刷用液滴カーテンが作られる。隣接する液滴ストリームを量ｔ_s＝ｑτ₀（ただし、０．２≦ｑ≦０．８）だけ時間シフトすることにより、同様に、ｙ方向の液滴間間隙が増大する。ｑ＝０．５とすると、所与のＬについての液滴間間隙の値は最大となる。

小粒液滴印刷はまた、隣接する液滴形成シーケンスを時間シフトし、Ｌを増大させることによってｚ方向に液滴ストリームを引き伸ばすことの複合的な効果によっても非常に有利となるかもしれない。事実、印刷用液滴がｚ方向に、大粒液滴印刷モードに適用されたｍλ₀の長さではなく、λ₀しか分離されないため、ｚ方向の正規化液滴間間隙ｃ_z ^*が小粒印刷用液滴カーテンの中で「最も狭い」液滴間間隙となるかもしれない。したがって、ｚ方向の正規化液滴間間隙が少なくとも、ｙ方向の名目上の正規化間隙ｃ_y1 ^*と同じ大きさになるまでλ₀を延ばすことが有利である。ｃ_z ^*＝ｃ_y1 ^*となるＬの値を、本明細書において、第二の交差Ｌ値Ｌ₂と呼ぶこととする。式９，１３，１４を使ってＬ₂を決定する。

ただし、Ｄ_nはノズル孔径、Ｓ_nはノズル間隔である。

Ｌの値が大きい、特にＬの値が〜１０より大きいと、連続式液滴吐出器を動作させる上で現実的な限界がある。Ｌの値が大きくなるにつれ、液滴形成を同期させるのに十分な刺激を与えるように液滴形成パルスエネルギーを大きくしなければならず、その結果、刺激トランスデューサの信頼性と廃棄エネルギー散逸という問題が生じる。しかしながら、液滴形成トランスデューサの今後の改良により、Ｌの実用的動作範囲は広がるであろう。それでもなお、小粒液滴印刷モードを用いる場合、式１９で定義されるようにＬ＝Ｌ₂より大きな値のＬで連続式液滴吐出装置を動作させることは、液滴間の空気力学的相互作用を減らし、従って、印刷された液体パターンにおけるスプレイエラーを減少させるのに有利である。

液滴ストリームを時間シフトして印刷すると、必然的に各ストリームにより印刷される走査線がシフトする。印刷ヘッドと受容媒体は相互に関して速度ｖ_PMで移動しているため、隣接する印刷用液滴に関して時間ｔ_sだけシフトされた印刷用液滴は、シフトされた印刷距離Ｓ_ps、つまりＳ_ps＝ｔ_sｖ_PMで受容媒体に衝突する。本発明によれば、ｔ_sは、印刷液滴モードに応じて、印刷用液滴形成時間τ₀またはτ_mの一部分ｑであるため、シフトされた印刷距離は、ｘ方向への液体パターン画素の間隔の同じ部分となる。つまり、Ｓ_ps＝ｑＰ_pxである。本発明の発明者は、隣接する走査線の印刷において発生するこのシフト量は、液体パターン画素間隔全体より大きい空気力学的スプレイエラーを大幅に削減することから、容認できるであろうと考える。

しかしながら、本発明による特定の印刷用液滴カーテンの設計と併せて、噴射群型液滴吐出器を、液滴ストリームのタイミングシフトによって発生するｘ方向のシフトの一部または全部を物理的に相殺するような方法で設計することもまた有利かもしれない。図３０（ａ），３０（ｂ）は、図３（ｂ）に示されるものと同様の液滴吐出器の前面を示しているが、ノズルが、相互にずれ合う２つまたは３つのグループに分けられ、相互に関してｘ方向に物理的にシフトされている点が異なる。図３０（ａ）は、相互に関してずれ合う１つのノズルグループの中のノズル全部に適用される同一のノズルシフト量Ｓ_nsを示している。図３０（ｂ）は、ノズルが相互にずれ合う３つのグループに分けられ、相互に関して、２つのノズルシフト量Ｓ_ns1とＳ_ns2だけシフトされている場合を示す。

本発明によれば、噴流群型液滴吐出器で採用されるノズルシフト量Ｓ_nsには、正確にｑＰ_pxの量、またはこの量の実質的部分、またはこの量より幾分大きいものを選択できる。

印刷ヘッドと受容媒体の間の相対速度ｖ_PMは、印刷品質モード、画像の乾燥、エネルギーの制限、発熱性その他、システム面の各種検討事項に応じて変化させることができる。したがって、ノズルシフト量が一定であると、本発明による液滴形成パルスシーケンスの時間シフトのための補償量が変わるかもしれない。本発明の好ましい実施例において、ノズルシフト量は、システムの最高品質モードにおける時間シフトされた液滴形成パルスシーケンスについて、そのモードのための印刷ヘッドと媒体の相対速度ｖ_PMHQに基づいて、ほとんど完全に補償するように選択されるかもしれない。つまり、ノズルシフトＳ_nsは、Ｓ_ns＝ｑ₃ｔ_sｖ_PMHQ、０．８≦ｑ₃≦１．２（ｑ₃はノズルシフト率である）となるように選択されるであろう。同じ液体パターン堆積システムの、異なる速度で動作する別のモードの場合、ノズルシフト補償は、完全補償より小さいか、または過剰補償となる場合さえあるかもしれない。

しかしながら、本発明によれば、複数の印刷速度モードを有するシステムのために、一定のノズルシフト距離Ｓ_nsについて均衡をとるための他のさまざまな方法が有利に採用されるかもしれない。本発明の目的のために、ｘ方向の液滴ストリームのシフトのノズルシフト率ｑ₃は、Ｓ_ns＝ｑ₃ｔ_sｖ_PMの場合に０．２≦ｑ₃≦１．２の範囲で選択でき、ｖ_PMは、液体パターン堆積中にシステムが採用する印刷ヘッドから受容媒体までの相対速度のいずれでもよい。したがって、ノズルシフト量Ｓ_nsが一定であると、ｑ₃は、その液滴堆積装置がサポートしている各種の印刷ヘッド相対速度に応じて、異なる値となる。

１０連続式液滴堆積装置
１１連続式液滴吐出印刷ヘッド
１２液滴発生器本体
１４液滴ノズルの前面層
１６パシベーション層
１８液滴発生装置基板
１９内部液滴発生装置液体供給チャンバ
２０噴流群式液滴発生装置
２２印刷ヘッドの柔軟な回路用電気接続部材
２４熱エネルギーパルスを発生する、各噴流に対して１つの個別トランジスタ
２５駆動トランジスタのコンタクト
２６有効孔径Ｄ_nのノズル吐出口
２８液滴発生装置と相互接続された保護カプセル
３０ノズルを取り囲む熱刺激ヒータ抵抗
３６ヒータ抵抗アドレスリード線
３８ヒータ抵抗アドレスリード線
４０加圧液板供給用給入口
４１共通の液体供給経路
４２給入口フィルタ
４４給入口シール
４６液滴発生器共通供給タンク
４８空気偏向のための液体回収用排出口および負圧供給用給入口
６０正圧の加えられた液体
６２連続液体ストリーム
７０刺激を受けて発生する連続液体ストリームの表面くびれ
７４制御された刺激による動作破断長さ
８０均一な所定の小さな、または単位体積Ｖ₀の液滴のストリーム
８４均一な小さな体積〜Ｖ₀の液滴、単独体積の液滴
８５体積〜５Ｖ₀を有する大きな体積の液滴
８６体積〜４Ｖ₀を有する大きな体積の液滴
８７体積〜３Ｖ₀を有する大きな体積の液滴
８８体積〜８Ｖ₀を有する大きな体積の液滴
９０（マイナスＸ方向への）液滴偏向のための気流プレナム
１００複数の所定の体積を有する液滴のストリーム
１５０液滴偏向ガスと液体回収マニホルド
１５２偏向液滴捕捉リップ
１５４偏向気流と捕捉された液体を戻すためのプレナム
１５６リサイクルのために捕捉された液体
１６０液滴偏向気流
１６２飛翔する印刷用液滴の間で密集する偏向気流
１６４飛翔する印刷用液滴ラインの外側の液滴を囲む偏向気流
１６６飛翔する印刷用液滴ラインの下流の偏向気流
１７０飛翔中の印刷用液滴の周辺の二次元気流
１７２二次元気流モデルで印刷用液滴の代わりとなる円柱
１７４二次元気流モデル計算エリア
１８０多数の印刷用液滴の飛翔ライン内の内側の液滴
１８２多数の印刷用液滴の飛翔ライン内の端部の液滴
１８４多数の印刷用液滴の飛翔ライン内の端部の次の液滴
１９０液滴間相互作用の影響を受けた正味気流偏向力のベクトル
２１０媒体支持ドラム
２１２媒体輸送のための供給排出駆動手段
２１３媒体輸送のための供給排出駆動手段
２４５液体リサイクルユニットへの連結部
２９０印刷または液体パターン受容媒体
３００印刷または堆積面
３０２液体パターンデータ内の画素位置（入力画像）
３０４液体パターンデータ内の印刷予定画素
３０６液体パターンデータ内の印刷されない画素
３１０入力画像または液体パターン面
３１２出力液体パターンまたは画像の画素位置
３１４液体パターンまたは画像内に印刷された画素
３１６液体パターンまたは画像内に印刷されていない画素
３３０二次元で印刷された４つずつの画素からなる入力データ試験パターン
３３２試験パターングリッドの空隙エリア内の１つの隔離された印刷画素の入力データ
３３４試験パターングリッドの空隙エリア内の３つの画素の列の入力データ
３３６試験パターングリッドの空隙エリア内の１７の画素の列の入力データ
３３８試験パターングリッドの空隙エリア内の４×１７の画素のバーの入力データ
３４０試験パターングリッド入力画像または液体パターンの空隙エリア
３４２４×４のグリッド液滴のための所期の印刷画素位置
３４４入力データパターンのための所期の印刷画素位置
３５０二次元で印刷された４つごとの画素の出力印刷試験パターングリッド
３５２試験パターングリッドの空隙エリア内に出力として印刷された１つの隔離された印刷画素
３５４試験パターングリッドの空隙エリア内に出力として印刷された３つの画素の列
３５６試験パターングリッドの空隙エリア内に出力として印刷された１７の画素の列
３５８試験パターングリッドの空隙エリア内に出力として印刷された４×１７の画素のバー
３６０試験パターングリッドの出力画像または液体パターンの空隙エリア
３８０多数の印刷用液滴の飛翔ライン内の内側の液滴の媒体着弾点
３８２多雨の印刷用液滴の飛翔ライン内の端部の液滴の媒体着弾点
３８４多数の印刷用液滴の飛翔ライン内の端部の次の液滴の媒体着弾点
４００コントローラ
４１０入力データ源
４１２印刷ヘッドトランスデューサ駆動回路
４１４媒体輸送制御回路
４１６液体リサイクル用サブシステム
４１８液体供給タンク
４２０負圧源
４２２空気サブシステム制御回路
４２４液体供給サブシステム制御回路
４２６印刷ヘッド制御回路
５１０ＣＦＤにより計算された気流速度等値線ｖ_x〜１９ｍ／秒
５１２ＣＦＤにより計算された気流速度等値線ｖ_x〜１５ｍ／秒
５１４ＣＦＤにより計算された気流速度等値線ｖ_x〜１０ｍ／秒
５１６ＣＦＤにより計算された気流速度等値線ｖ_x〜５ｍ／秒
６００液滴形成パルスシーケンス
６１０単位時間τ₀のパルス
６１２体積〜４Ｖ₀の液滴を生成するための４τ₀時間シーケンス
６１４消去された液滴形成パルス
６１５体積〜８Ｖ₀の液滴を生成するための８τ₀時間シーケンス
６１２体積〜３Ｖ₀の液滴を生成するための３τ₀時間シーケンス
６２０（２ｃ^*-1＋ｃ^*-2）対ｃ^*のグラフ
６２４Ｓ_n＝４２．３μｍの場合のＶ_dm対ｃ^*のグラフ
６２６ＣＦＤとバッキンガムのパイの定理による解析、式８から得られたＦ_yedのグラフ
６３０Ｓ_n＝４２．３μｍの場合のｃ_y2 ^*対Ｖ_dmのグラフ
６３２ｑ＝０．５、Ｓ_n＝４２．３μｍ、ｍ＝３、Ｌ＝７の場合のｃ_zy ^*対Ｖ_dmのグラフ
６３４ｑ＝０．５、Ｓ_n＝４２．３μｍ、ｍ＝３、Ｌ＝４の場合のｃ_zy ^*対Ｖ_dmのグラフ
６３６ｙ間隔＝２Ｓ_n、ｑ＝０．３３３でｃ_zy ^*＝ｃ_y2 ^*となるｍＬの値のグラフ
６３８ｙ間隔＝２Ｓ_n、ｑ＝０．５でｃ_zy ^*＝ｃ_y2 ^*となるｍＬ₁の値のグラフ

Ａ図１０（ｂ）から図１１への試験印刷パターン拡大部分
Ｂ図２０（ａ）から図２１（ａ）への液滴カーテン拡大部分
Ｃ図２２（ａ）から図２１（ｂ）への液滴カーテン拡大部分
ｃ隣接する液滴の間の開放空間の長さ
ｃ^* 隣接する液滴の間の開放空間の正規化された長さｃ^*＝ｃ／Ｄ_dm
ｃ_y ｙ方向の最小液滴間分離
ｃ_y ^* ｙ方向の正規化最小液滴間分離ｃ_y ^*＝ｃ^*／Ｄ_dm
ｃ_y1 ^* ｃ_y1 ^*＝Ｓ_n／Ｄ_dm−１
ｃ_y2 ^* ｃ_y2 ^*＝２Ｓ_n／Ｄ_dm−１
ｃ_y3 ^* ｃ_y3 ^*＝３Ｓ_n／Ｄ_dm−１
ｃ_zy ｙｚ方向の最小液滴間分離
ｃ_zy ^* ｙｚ方向の正規化最小液滴間分離ｃ_zy ^*＝ｃ_zy／Ｄ_dm
ｃ_z ｚ方向の最小液滴間分離
ｃ_z ^* ｚ方向の正規化最小液滴間分離ｃ_z ^*＝ｃ_y／Ｄ_dm
Ｄ_d0 小粒液滴の径
Ｄ_dm 印刷用（大粒）液滴の径（大粒液滴印刷モード）
Ｄ_n ノズルの孔径
Ｅ液滴形成パルスエネルギー
Ｅｘｐ液滴ライン印刷実験のｃ^*の最小値
Ｆ_xy ｘｙ面の正味気流力
ｆ₀ 小粒液滴Ｖ０形成周波数
ｆ_p 印刷用液滴周波数
ｈ画素で表す試験ラインパターンの幅
Ｌ小粒液滴生成比Ｌ＝λ₀／Ｄ_n
Ｌ₂ ｃ_z ^*＝ｃ_y ^*の場合の小粒液滴生成比Ｌ₂＝Ｓ_n／Ｄ_n
Ｌ₁ ｃ_yz ^*＝ｃ_y2 ^*の場合の小粒液滴生成比Ｌ₁＝２７^(1/2)Ｓ_n／ｍＤ_n
λ₀ 小粒液滴分離距離 λ₀＝ＬＤ_n
λ_m 大粒液滴分離距離 λ_m＝ｍλ₀
ｍ印刷用液滴の中の小粒液滴の数Ｖ_m＝ｍＶ₀
μ 偏向ガスの粘性
ΔＰ二次元モデルの円柱間のギャップを通じた圧力低下

二次元モデルの円柱間のギャップを通じた正規化圧力低下
Ｐ_in 二次元モデルの上流の圧力
Ｐ_out 二次元モデルの下流の圧力
Ｐ_r 流体供給タンクの圧力
ρ 偏向ガスの質量密度
ｑ時間シフト率
ｑ₁ 第一の時間シフト率
ｑ₂ 第二の時間シフト率
ｑ₃ ノズルシフト率
Ｒｅレイノルズ数
Ｓ_px ｘ方向の液体パターン画素間隔
Ｓ_py ｙ方向の液体パターン画素間隔
Ｓ_n ノズル間隔
Ｓ_ns 時間シフトされた液滴形成パルスシーケンスに合わせるためのノズルシフト
Ｓ_ns1 時間シフトされた液滴形成パルスシーケンスに合わせるためのノズルシフト
Ｓ_ns2 時間シフトされた液滴形成パルスシーケンスに合わせるためのノズルシフト
τ₀ 小粒液滴または基準液滴形成時間
τ_m 大粒液滴形成時間
τ_p 液滴形成エネルギーパルス幅
τ_npd 非印刷用液滴形成時間 τ_m／τ₀は小粒／大粒液滴印刷
τ_pd 印刷用液滴形成時間 τ₀／τ_mは小粒／大粒液滴印刷
τ_s 液滴形成パルスシーケンスの時間シフト
τ_s1 液滴形成パルスシーケンスの第一の時間シフト
τ_s2 液滴形成パルスシーケンスの第二の時間シフト
Ｖ₀ 小粒非印刷用液滴の体積
ｖ_d 液滴および液体ストリームの速度
ｖ_dropx 横、つまりｘ方向の液滴速度
ｖ_in 二次元モデルの用いられる初期偏向ガス速度
ｖ_out 二次元モデルの円柱間の偏向ガス流速度
ｖ_rel 偏向気流の正味相対速度
ｖ_relx 偏向気流のｘ方向の正味相対速度
ｖ_x 偏向気流のｘ方向の速度
Ｖ_m 大粒印刷用液滴の体積
ｖ_PM 媒体輸送速度
ｖ_PMHQ システムの最高品質印刷モードでの印刷ヘッド／媒体の相対速度
ｗ画素で表す試験ラインパターンの長さ

Claims

対応する複数の液滴形成エネルギーパルスシーケンスが印加される、対応する複数の液滴形成トランスデューサによって印刷用および非印刷用液滴の複数のストリームに細断される複数の連続する液体ストリームを、ノズルアレイの方向に沿ってノズル間隔Ｓ_nで並べられた、有効径Ｄ_nを有する複数のノズルから、ストリーム速度ｖ_dで吐出する液滴吐出装置を使って、液体パターンデータに応じて受容媒体に衝突する印刷用液滴の液体パターンを形成する方法であって、
単位時間τ₀に非印刷用液滴形成エネルギーパルスを印加することによって非印刷用液滴を形成し、大粒液滴時間τ_mに印刷用液滴形成エネルギーパルスを印加することによって印刷用液滴を形成し、前記大粒液滴時間は前記単位時間のｍ倍、つまりτ_m＝ｍτ₀、ｍ≧２であるようにするステップと、
前記液体パターンデータに応じて非印刷用液滴と印刷用液滴を形成するように、前記対応する複数の液滴形成エネルギーパルスシーケンスを形成するステップと、
隣接する液滴形成トランスデューサに印加される、前記対応する液滴形成エネルギーパルスシーケンスを、隣接する液滴ストリームの中で形成された前記印刷用液滴が前記ノズルアレイ方向に沿って整列しないように、時間的に実質的にシフトするステップと、
を含むことを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法であって、
いずれかの隣接し合う１対の液滴形成トランスデューサに印加される前記液滴形成エネルギーパルスシーケンスは、時間シフト量ｔ_sだけ時間的にシフトされ、前記時間シフト量は大粒液滴時間τ_mの一部ｑであり、ｔ_s＝ｑτ_m、０．２≦ｑ≦０．８であることを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法であって、
いずれかの隣接し合う１対の液滴形成トランスデューサに印加される前記液滴形成エネルギーパルスシーケンスは、大粒液滴時間の約半分である時間シフト量、つまりｔ_s＝０．５τ_mだけシフトされることを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法であって、
前記対応する複数の連続液体ストリームと、ノズルと、対応する複数の液滴形成エネルギーパルスシーケンスが印加される液滴形成トランスデューサは、第一と第二の相互にずれ合うグループに分けられ、前記第一のグループに印加される前記液滴形成エネルギーパルスシーケンスは、前記第二のグループに関して時間シフト量ｔ_sだけ時間的にシフトされ、前記時間シフト量は前記大粒液滴時間τ_mの一部ｑであり、ｔ_s＝ｑτ_m、０．２≦ｑ≦０．８であることを特徴とする方法。
請求項２に記載の方法であって、
前記乗数ｍは、２，３，４または５の整数であることを特徴とする方法。
請求項２に記載の方法であって、
単位液滴時間にノズルから吐出される液体は小粒液滴生成比Ｌを有し、Ｌはストリーム速度ｖ_dに前記単位時間τ₀を乗じて、有効ノズル孔径Ｄ_nで割ったものに等しい、つまりＬ＝τ₀ｖ_d／Ｄ_nであり、隣接するストリームの中で形成される印刷用液滴の間の最小対角印刷用液滴分離距離Ｓ_zyが、ｑが約３分の１に等しいときに、ノズル分離距離Ｓ_nの２倍に等しくなる前記小粒液滴生成比の値として定義される第一の交差小粒液滴生成比Ｌ₁がある、つまりＬ₁＝２７^(1/2)Ｓ_n／ｍＤ_nであり、前記小粒液滴生成比は前記第一の交差小粒液滴生成比と等しい、またはこれより小さくなるように選択される、つまりＬ≦Ｌ₁であることを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法であって、
さらに、隣接するものの次の液滴形成トランスデューサに印加される、前記対応する液滴形成エネルギーパルスシーケンスを時間的に実質的にシフトして、隣接するものとその次の液滴ストリームにおいて形成された前記印刷用液滴が前記ノズルアレイの方向に沿って整列しないようにするステップを含むことを特徴とする方法。
請求項７に記載の方法であって、
いずれか３つの隣接し合う液滴形成トランスデューサに印加される前記液滴形成エネルギーパルスシーケンスは、相互に関して、第一と第二の時間シフト量ｔ_s1とｔ_s2だけ時間的にシフトされ、前記第一と第二の時間シフト量は前記大粒液滴時間τ_mの第一と第二の部分ｑ₁とｑ₂であり、ｔ_s1＝ｑ₁τ_m、ｔ_s2＝ｑ₂τ_m、０．２≦ｑ₁≦８と０．２≦ｑ₂≦０．８となることを特徴とする方法。
請求項７に記載の方法であって、
前記対応する複数の連続液体ストリームと、ノズルと、対応する複数の液滴形成エネルギーパルスシーケンスが印加される液滴形成トランスデューサは、第一と第二と第三の相互にずれ合うグループに分けられ、前記第二のグループに印加される前記液滴形成エネルギーパルスシーケンスは、前記第一のグループに関して、第一の時間シフト量ｔ_s1だけ時間的にシフトされ、前記第三のグループに印加される前記液滴形成エネルギーパルスシーケンスは、前記第一のグループに関して、第二の時間シフト量ｔ_s2だけ時間的にシフトされ、前記第一と第二の時間シフト量は前記大粒液滴時間τ_mの第一と第二の部分ｑ₁とｑ₂であり、ｔ_s1＝ｑ₁τ_m、ｔ_s2＝ｑ₂τ_m、０．２≦ｑ₁≦８と０．２≦ｑ₂≦０．８となることを特徴とする方法。
請求項８に記載の方法であって、
乗数ｍは整数２，３，４または５であることを特徴とする方法。
請求項８に記載の方法であって、
単位液滴時間にノズルから吐出される液体は小粒液滴生成比Ｌを有し、Ｌはストリーム速度ｖ_dに前記単位時間τ₀を乗じて、有効ノズル孔径Ｄ_nで割ったものに等しい、つまりＬ＝τ₀ｖ_d／Ｄ_nであり、隣接するストリームの中で形成される印刷用液滴の間の最小対角印刷用液滴分離距離Ｓ_zyが、ｑ₁が約３分の１に等しく、ｑ₂が約３分の２に等しいときに、ノズル分離距離Ｓ_nの２倍に等しくなる前記小粒液滴生成比の値として定義される第一の交差小粒液滴生成比Ｌ₁がある、つまりＬ₁＝２７^(1/2)Ｓ_n／ｍＤ_nであり、前記小粒液滴生成比は前記第一の交差小粒液滴生成比と等しい、またはこれより大きくなるように選択される、つまりＬ≧Ｌ₁であることを特徴とする方法。
対応する複数の液滴形成エネルギーパルスシーケンスが印加される、対応する複数の液滴形成トランスデューサによって印刷用および非印刷用液滴の複数のストリームに細断される、複数の連続する液体ストリームを、ノズルアレイの方向に沿ってノズル間隔Ｓ_nで並べられた、有効径Ｄ_nを有する複数のノズルから、ストリームの方向に、ストリーム速度ｖ_dで吐出する液滴吐出装置を使って、液体パターンデータに応じて受容媒体に衝突する印刷用液滴の液体パターンを形成する方法であって、
単位時間τ₀に印刷用液滴形成エネルギーパルスを印加することによって印刷用液滴を形成し、大粒液滴時間τ_mに非印刷用液滴形成エネルギーパルスを印加することによって非印刷用液滴を形成し、前記大粒液滴時間は前記単位時間のｍ倍、つまりτ_m＝ｍτ₀、ｍ≧２であるようにするステップと、
前記液体パターンデータに応じて非印刷用液滴と印刷用液滴を形成するように、前記対応する複数の液滴形成エネルギーパルスシーケンスを形成するステップと、
隣接する液滴形成トランスデューサに印加される、前記対応する液滴形成エネルギーパルスシーケンスを、時間シフト量ｔ_sだけ時間的に実質的にシフトし、前記時間シフト量は単位液滴時間τ₀の一部ｑであり、ｔ_s＝ｑτ₀、０．２≦ｑ≦０．８となるようにするステップと、
を含むことを特徴とする方法。
請求項１２に記載の方法であって、
いずれかの隣接し合う液滴形成トランスデューサに印加される前記液滴形成エネルギーパルスシーケンスは、単位時間の約半分である時間シフト量、つまりｔ_s＝０．５τ₀だけシフトされることを特徴とする方法。
請求項１２に記載の方法であって、
前記対応する複数の連続液体ストリームと、ノズルと、対応する複数の液滴形成エネルギーパルスシーケンスが印加される液滴形成トランスデューサは、第一と第二の相互にずれ合うグループに分けられ、前記第一のグループに印加される前記液滴形成エネルギーパルスシーケンスは、前記第二のグループに関して時間シフト量ｔ_sだけ時間的にシフトされ、前記時間シフト量は前記単位液滴時間τ₀の一部ｑであり、ｔ_s＝ｑτ₀、０．２≦ｑ≦０．８であることを特徴とする方法。
請求項１２に記載の方法であって、
前記乗数ｍは２，３，４または５の整数であることを特徴とする方法。
請求項１２に記載の方法であって、
単位液滴時間にノズルから吐出される液体は単位ストリーム長λ₀を有し、λ₀はストリーム速度ｖ_dに前記単位時間τ₀を乗じて、有効ノズル孔径Ｄ_nで割ったものに等しい、つまりλ₀＝ｖ_d／τ₀であり、また、前記単位ストリーム長を前記有効ノズル孔径Ｄ_nで割ったものに等しい、つまりＬ＝λ₀／Ｄ_nの小粒液滴生成比Ｌを有し、前記単位ストリーム長が前記ノズル間隔と等しい、つまりＬ₂＝Ｓ_n／Ｄ_nである前記小粒液滴生成比の値として定義される第二の交差小粒液滴生成比Ｌ₂がある、つまりＬ₂＝Ｓ_n／Ｄ_nであり、前記小粒液滴生成比は前記第二の交差小粒液滴生成比と等しい、またはこれより大きくなるように選択される、つまりＬ≧Ｌ₂であることを特徴とする方法。
ノズルアレイ方向に沿って、ノズル間隔Ｓ_nで並べられ、有効孔径Ｄ_nを有する複数のノズルから、複数の連続液体ストリームを、ストリームの方向に、ストリーム速度ｖ_sで吐出する液滴吐出器と、
実質的に異なる体積を有する非印刷用液滴と印刷用液滴を生成するために、対応する複数の液滴形成エネルギーパルスシーケンスが印加される、対応する複数の液滴形成トランスデューサと、
前記液滴吐出器を前記受容基板に関して、印刷方向に、印刷速度ｖ_PMで移動させるようになされた相対移動装置と、
非印刷用液滴時間τ_np内の非印刷用液滴形成エネルギーパルスと印刷用液滴時間τ_p内の印刷用液滴形成エネルギーパルスからなる液滴形成エネルギーパルスを、前記液体パターンデータに応じて生成するようになされ、前記非印刷用液滴時間は前記印刷用液滴時間と実質的に異なり、それによって非印刷用液滴体積が印刷用液滴体積と大幅に異なるようにするコントローラと、
前記印刷用および非印刷用液滴の前記大幅に異なる体積に応じ、印刷用および非印刷用液滴を偏向して、異なる飛翔経路をたどらせるようになされた液滴偏向装置と、
を備える、受容基板上にパターニングされた液体層を付着させるための液滴堆積装置であって、
前記コントローラはさらに、隣接する液滴形成トランスデューサに印加される、対応する液滴形成エネルギーパルスシーケンスを時間的に実質的にシフトして、隣接する液滴ストリームの中で形成される前記印刷用液滴が前記ノズルアレイの方向に沿って整合されないようにするようになされていることを特徴とする液滴堆積装置。
請求項１７に記載の液滴堆積装置であって、
いずれかの隣接しあう１対の液滴形成トランスデューサに印加される前記液滴形成エネルギーパルスシーケンスは、時間シフト量ｔ_sだけ時間的にシフトされ、前記時間シフト量は前記印刷用液滴時間τ_pの一部ｑである、つまりｔ_s＝ｑτ_p、０．２≦ｑ≦０．８であり、前記対応する１対のノズルは、印刷方向に沿ってノズルシフト距離Ｓ_nsだけ相互に関して変位され、Ｓ_nsは前記時間シフトｔ_sの実質的部分ｑ₃に前記印刷速度ｖ_PMを乗じたものに等しい、つまりＳ_ns＝ｑ₃ｔ_sｖ_PM、０．２≦ｑ₃≦１．２であることを特徴とする液滴堆積装置。
請求項１７に記載の液滴堆積装置であって、
前記対応する複数の連続液体ストリームと、ノズルと、対応する複数の液滴形成エネルギーパルスシーケンスが印加される液滴形成トランスデューサは、第一と第二の相互にずれ合うグループに分けられ、前記第一のグループに印加される前記液滴形成エネルギーパルスシーケンスは、前記第二のグループに関して時間シフト量ｔ_sだけ時間的にシフトされ、前記時間シフト量は前記印刷用液滴時間τ_pの一部ｑであり、ｔ_s＝ｑτ_p、０．２≦ｑ≦０．８であり、前記第一と第二の相互にずれ合うグループは、前記印刷方向に沿って、相互に関して、ノズルシフト距離Ｓ_nsだけ変位され、Ｓ_nsは前記時間シフトｔ_sの実質的部分ｑ₃に前記印刷速度ｖ_PMを乗じたものに等しい、つまりＳ_ns＝ｑ₃ｔ_sｖ_PM、０．２≦ｑ₃≦１．２であることを特徴とする液滴堆積装置。
請求項１７に記載の液滴堆積装置であって、
前記液滴偏向装置は、前記ストリーム方向に垂直な成分を有する気流を生成し、前記液滴形成トランスデューサは、対応する液体ストリームに熱エネルギーを加える抵抗ヒータを備えることを特徴とする液滴堆積装置。