JP2010526684A - ガス流式液滴偏向改良型プリンタ - Google Patents

Abstract

液滴発生器は、その連携先のノズルから吐出された液体を操作して第１，第２サイズ液滴を発生させる。共に液滴弾道沿いに移動するこれらの液滴間には、第１サイズ液滴が第２サイズ液滴よりも大きいという関係がある。第１，第２サイズ液滴はいずれもある液滴速度で移動する。ガス流式偏向システムは、液滴弾道の少なくとも一部分を占める偏向ゾーンにガス流を送り込む。偏向ゾーンにおけるガス流の速度ベクトルは、液滴弾道に平行な平行速度成分及びその液滴弾道と直交する直交速度成分を含む。

Description

本発明はディジタル制御印刷機、特に液体インク流から液滴を生成しその一部又は全部を選別的に偏向させる連続式インクジェットプリンタに関する。

従来からガス流を用い液滴を偏向させる仕組みの印刷機が知られている。例えば特許文献２（発明者：Yamada、発行日：１９７８年１月１０日、名称：大小液滴交番型インクジェット記録器(Ink-jet recording device with alternate small and large drops)）に記載の印刷機では、プリントヘッドで生成された液滴に対し、その弾道に直交する方向からガス流を浴びせることで、それらの液滴を大小の別に仕分けている。大液滴に比べ小液滴の方が大きく偏向されるので、大液滴がキャッチャによって回収される一方、小液滴は大きく偏向してそのキャッチャの脇を抜け記録媒体に射突する。

米国特許第３５９６２７５号明細書 米国特許第４０６８２４１号明細書 米国特許第６４５７８０７号明細書（Ｂ１） 米国特許第６４９１３６２号明細書（Ｂ１） 米国特許第６５０５９２１号明細書（Ｂ２） 米国特許第６５５４３８９号明細書 米国特許第６５５４４１０号明細書（Ｂ２） 米国特許第６５７５５６６号明細書（Ｂ１） 米国特許第６５８８８８８号明細書（Ｂ２） 米国特許第６７９３３２８号明細書（Ｂ２） 米国特許第６８２７４２９号明細書（Ｂ２） 米国特許第６８５１７９６号明細書（Ｂ２）

こうしてガス流による偏向量の違いで液滴を大小別に仕分けうるものの、そのガス流が液滴列を通ることで液滴間相互作用が生じ液滴偏向量に影響が出ることも判明している。例えば、その液滴列内の先行する液滴のサイズやその液滴との間隔によって液滴偏向量に違いが生じ、記録媒体上での液滴位置が悪影響を受けることがある。また、大小液滴間偏向量差が先行する液滴の影響を受けると、一方のサイズは捕獲、他方のサイズは通して記録媒体射突、という動作が確実に行われにくくなる。こうしたことから、ガス流式液滴偏向器を改良して印刷装置の性能を高めることが求められている。

ここに、本発明の一実施形態に係る印刷装置は、その連携先のノズルから吐出された液体を操作して第１サイズ液滴及びそれ以下の大きさの第２サイズ液滴を発生させある液滴速度で液滴弾道上に送り出す液滴発生器を備える。本装置は、その偏向ゾーンにおけるガス流の速度ベクトルが、その液滴弾道に平行な平行速度成分及び当該液滴弾道に直交する直交速度成分を含むものになるよう、またその平行速度成分の大きさが液滴速度に比し０．２５倍超になり且つ直交速度成分の大きさが第１及び第２液滴を第１及び第２サイズ液滴弾道のうち対応するものへと偏向させるに足る大きさになるよう、液滴弾道の少なくとも一部分を占める偏向ゾーンにガス流を送り込むガス流式偏向システムを備える。本装置は、第１及び第２サイズ液滴弾道のうち一方を遮り、その弾道に沿って移動中の液滴を捕獲するが、他方の弾道に沿って移動中の液滴は捕獲しないよう、第１及び第２サイズ液滴弾道のうち一方に対応して配置されたキャッチャを備える。

本発明の他の実施形態に係る印刷方法では、連携先のノズルから吐出された液体を液滴発生器で操作して第１サイズ液滴及びそれ以下の大きさの第２サイズ液滴を発生させある液滴速度で液滴弾道上に送り出す。本方法では、その偏向ゾーンにおけるガス流の速度ベクトルが、その液滴弾道に平行な平行速度成分及び当該液滴弾道に直交する直交速度成分を含むものになるよう、またその平行速度成分の大きさが液滴速度に比し０．２５倍超になり且つ直交速度成分の大きさが第１及び第２液滴を第１及び第２サイズ液滴弾道のうち対応するものへと偏向させるに足る大きさになるよう、ガス流式偏向システムを用い、液滴弾道の少なくとも一部分を占める偏向ゾーンにガス流を送り込む。本方法では、第１及び第２サイズ液滴弾道のうち一方に対応して配置されているキャッチャによって、第１及び第２サイズ液滴弾道のうち一方を遮り、その弾道に沿って移動中の液滴を捕獲するが、他方の弾道に沿って移動中の液滴は捕獲しないでおく。

本発明の他の実施形態に係るプリントヘッドは、その連携先のノズルから吐出された液体を操作して大体積液滴及び小体積液滴を発生させ、ある液滴速度で初期液滴弾道上に送り出す液滴発生器を備える。本プリントヘッドは、小体積液滴がそのガス流によって初期液滴弾道から偏向され偏向後小体積液滴弾道沿いに移動し始めるよう、正圧源で生成されたガス流を第１ガス流ダクト経由で且つ非直交且つ不平行な方向から初期液滴弾道に送り込むガス流式偏向システムを備える。本プリントヘッドは、移動中の小体積液滴を捕獲するよう、また第１ガス流ダクト経由で送り込まれたガス流の一部を本プリントヘッドから排出するための第２ガス流ダクトが液滴発生器との間に形成されるよう、偏向後小体積液滴弾道を基準に配置されたキャッチャを備える。

本発明の他の実施形態に係る印刷方法では、ノズルから吐出された液体を液滴発生器によって操作して大体積液滴及び小体積液滴を発生させ初期液滴弾道上に送り出す。本方法では、正圧源で生成されたガス流をガス流式偏向システム内の第１ガス流ダクト経由で供給する。本方法では、そのガス流を非直交且つ不平行な方向から初期液滴弾道に送り込むことで小体積液滴を初期液滴弾道から偏向後小体積液滴弾道へと偏向させる。本方法では、移動中の小体積液滴を偏向後小体積液滴弾道を基準に配置されているキャッチャで捕獲する。本方法では、第１ガス流ダクト経由で送り込まれたガス流の一部分をキャッチャと液滴発生器の間にある第２ガス流ダクト経由でプリントヘッドから排出する。

本発明の他の実施形態に係るプリントヘッドは、その連携先のノズルから吐出された液体を操作して大体積液滴及び小体積液滴を発生させ初期液滴弾道上に送り出す液滴発生器を備える。本プリントヘッドは、小体積液滴がそのガス流によって初期液滴弾道から偏向され偏向後小体積液滴弾道沿いに移動し始めるよう、正圧源で生成されたガス流を第１ガス流ダクト経由で且つ非直交且つ不平行な方向から初期液滴弾道に送り込むガス流式偏向システムを備える。本プリントヘッドは、移動中の大体積液滴を捕獲するよう、また液滴発生器との間に第１ガス流ダクトが形成されるよう、初期液滴弾道を基準に配置されたキャッチャを備える。

本発明の他の実施形態に係る印刷方法では、その連携先のノズルから吐出された液体を液滴発生器で操作して大体積液滴及び小体積液滴を発生させ初期液滴弾道上に送り出す。本方法では、正圧源で生成されたガス流をガス流式偏向システムの第１ガス流ダクト経由で供給する。本方法では、小体積液滴がそのガス流によって初期液滴弾道から偏向され偏向後小体積液滴弾道沿いに移動し始めるようそのガス流を非直交且つ不平行な方向から初期液滴弾道に送り込む。本方法では、液滴発生器との間に第１ガス流ダクトが形成されるよう初期液滴弾道を基準に配置されたキャッチャで移動中の大体積液滴を捕獲する。

従来技術に係る印刷装置を示す模式図である。 従来技術におけるガス流液滴間相互作用を示す自由体図である。 本発明におけるガス流液滴間相互作用を示す自由体図である。 本発明の実施形態に係る印刷装置を示す模式図である。 本発明の他の実施形態に係る印刷装置を示す模式図である。 本発明の他の実施形態に係る印刷装置を示す模式図である。 本発明の他の実施形態に係る印刷装置を示す模式図である。 本発明の他の実施形態に係る印刷装置を示す模式図である。 本発明の他の実施形態に係る印刷装置を示す模式図である。 本発明の他の実施形態に係る印刷装置を示す模式図である。

以下、別紙図面を参照しつつ本発明の実施形態について詳細に説明する。以下の説明は本発明に係る装置を構成し又はそれと比較的密接に連関する部材に関するものであるので、具体的な図示や説明のない部材については本件技術分野で習熟を積まれた方々（いわゆる当業者）にとり周知の様々な形態を採りうるものとご了解されたい。また、実施形態に関する以下の説明では同様の部材を表す参照符号をできる限り互いに同じ符号としてある。

図１に従来技術に係る印刷装置を示す。そのプリントヘッド２の液滴発生器１０には、加圧に応じ液体例えばインクを吐出し液フィラメント１４を発生させるノズル１２が１個又は複数個設けられている。更に、この液滴発生器１０には、そのフィラメント１４を攪乱しその本体から一部を分離させることで液滴１６を生成する液滴生成用励起器９、例えばヒータ、圧電アクチュエータ等も付設されている。この励起器９を選択的に稼働させることで、フィラメント１４の任意部分を分離させ粒状の液滴１６にすることができる。このヘッド２の如きプリントヘッドは既知であり、例えば特許文献３（発明者：Hawkins et al.、発行日：２００２年１０月１日）、特許文献４（発明者：Jeanmaire、発行日：２００２年１２月１０日）、特許文献５（発明者：Chwalek et al.、発行日：２００３年１月１４日）、特許文献７（発明者：Jeanmaire et al.、発行日：２００３年４月２９日）、特許文献８（発明者：Jeanmaire et al.、発行日：２００３年６月１０日）、特許文献９（発明者：Jeanmaire et al.、発行日：２００３年７月８日）、特許文献１０（発明者：Jeanmaire、発行日：２００４年９月２１日）、特許文献１１（発明者：Jeanmaire et al.、発行日：２００４年１２月７日）、並びに特許文献１２（発明者：Jeanmaire et al.、発行日：２００５年２月８日）に記載されている。なお、この参照を以てこれらの文献による開示を本願に繰り入れることとする。

通常、生成される液滴のサイズは複数通りある。図示例では、第１サイズ液滴たる大液滴１８及び第２サイズ液滴たる小液滴２０を生成している。小液滴２０に対する大液滴１８の質量比は２〜１０の範囲に属する略整数比にするのが普通である。これらの液滴１８，２０は液滴列２１をなして初期液滴弾道２６沿いに移動していく。

ガス流式偏向システムにはダクト２２が設けられている。このダクト２２は、初期液滴弾道２６上のある部分を過ぎるよう、ガス流例えば空気流２４を送り込むのに使用されている。その空気流２４は弾道２６上のその部分で液滴１８，２０にぶつかりその弾道を変化させる。そのため、この部分は偏向ゾーン２８と呼ばれている。偏向ゾーン２８を通過した液滴１８，２０が辿る弾道は未偏向の弾道２６に対し傾いており、その角度は偏向角と呼ばれている。

小液滴２０は大液滴１８に比べて空気流２４の影響を受けやすいので、小液滴弾道３０は大液滴弾道３２に比べ大きく反れていく。即ち、小液滴２０の偏向角は、大液滴１８の偏向角より大きくなる。従って、液滴１８，２０を十分に偏向させ、弾道３０，３２間の角度差を十分に大きくするには、それ相応の空気流２４を供給する必要がある。そうすれば、それら二種類の弾道３０，３２のうち一方を遮り他方を遮らないよう、キャッチャを配置することができる。即ち、一方の弾道を辿った液滴をキャッチャで捕獲し再循環させる一方で、他方の弾道を辿った液滴をそのキャッチャから反らし印刷媒体３６に射突させることができる。

図示例の場合、大液滴弾道３２を遮るよう配置したキャッチャ３４で大液滴１８を捕獲しそのインクを流体システム３５へと還流させる一方、小液滴２０を十分大きく偏向させてキャッチャ３４との接触を回避し印刷媒体３６に射突させることで、その媒体３６上にドット３８を発現させている。小液滴２０で印刷するのでこの仕組みは小液滴印刷モードと呼ばれている。これに対し、大液滴弾道ではなく小液滴弾道を遮るようキャッチャを配置し大液滴で印刷する仕組みで従来技術を実施することもできる。その仕組みは大液滴印刷モードと呼ばれている。

ただ、大液滴より小液滴の方が横方向空気流で偏向されやすいとはいえ、全ての小液滴が同じ弾道を辿るのでないことも、また全ての大液滴が同じ弾道を辿るのでないことも、経験的に明らかである。この現象は偏向用の空気流が安定でその空気流に乱流が生じていない場合ですら発生する。この点については、その液滴に先行する液滴が大，小いずれの液滴であるかが液滴偏向量差の一因であることが判明している。

図２に、従来技術に係る印刷装置乃至システムで発生させたガス流例えば空気流２４とそれを受ける個々の液滴１６との関係を自由体図により示す。図中、ベクトル４０は液滴１６の下降速度を表すベクトルである。ベクトル４４は空気流２４の速度を表すベクトルであり、その大きさは液滴弾道に対する所望量偏向量に応じ設定されている。ベクトル４６は空気流速度ベクトル４４・液滴速度ベクトル４０間のベクトル差を表すベクトルであり、空気流２４が液滴１６に及ぼす力はこのベクトル４６に沿った向きと相対速度の自乗に概ね相応する大きさとを有する力になる。この図から明瞭な通り、空気流２４の向きを液滴弾道の向きと直交させると、相対速度の向きひいては液滴１６に作用する力の向きが液滴弾道に対し直交しなくなる。即ち、空気流２４は、液滴１６に対し、横方向偏向だけでなく下降速度鈍化も及ぼしている。

ここに、どの液滴も偏向時に同じ空気流を過ぎるのであれば、液滴の速度成分のうちその弾道と平行な成分がその空気流の作用で抑圧されても問題にはならない。これは、それだけなら液滴の偏向量や飛行時間由来の紙上ドット位置ずれは一定になり、一定ならその分を勘定に入れておくことができるためである。しかし、その弾道と平行な成分を有する相対速度ベクトルによる液滴下降速度低下だけでは、液滴の偏向量に現れるばらつきを説明することができない。

液滴の偏向量に見られるばらつきを説明するには、空気流を浴びた液滴に生じるウェイクを考慮すべきである。ウェイクとは液滴に生じる尻尾状突起であり、その向きは相対速度ベクトルの向きに揃っている。従って、先行する液滴が空気流を浴びてウェイクを発生させると、当該先行する液滴から相対速度ベクトルに沿って延びるウェイクによって、後続する液滴に作用する空気流が攪乱されてしまい、当該後続の液滴の偏向量が大きく変化する。印刷時には大，小の液滴が様々なパターンで生成されるところ、個々の液滴に生じるウェイクのサイズがその液滴のサイズに依存し、また液滴間隔も大液滴同士か、小液滴同士かそれとも大液滴対小液滴かに依存する。即ち、ウェイクサイズ及び液滴間隔に違いがあるため、その液滴に先行する液滴が大液滴か小液滴かにより、液滴が浴びる空気流の速度ベクトルに相違が発生する。この相違分はベクトルであり直交成分及び平行成分を含んでいるので、結果として液滴の偏向量や印刷媒体までの液滴飛行時間がばらついてくる。

本発明では、この問題を解決するため、液滴に浴びせる偏向用ガス流の速度成分のうち、液滴弾道と直交する方向の成分を所要液滴偏向量の実現に足る大きさとし、また液滴弾道に対して平行な方向の成分を液滴速度とほぼ等しい大きさとすることにしている。図３にこのシステムの自由体図を示す。

図示の通り、ガス流例えば空気流２４の速度ベクトル６０は、液滴速度ベクトル４０に対し平行な成分即ち平行速度成分６２と、同ベクトル４０と直交する成分即ち直交速度成分６４とを有している。これらのうち直交速度成分６４を十分に大きくすることで、液滴弾道の偏向量を随意に増減することができる。相対速度ベクトル６６、即ち空気流速度ベクトル６０から液滴速度ベクトル４０を減じたベクトルは、図示の通り液滴速度ベクトル４０と直交している。即ち、相対速度ベクトル６６は液滴速度ベクトル４０と平行な成分を含んでいないので、液滴下降速度は液滴偏向用のガス流２４を浴びてもほとんど又は全く低下しない。更に、液滴ウェイクが相対速度ベクトル６６と同じ方向、即ち液滴弾道に対し直交する方向に延びるので、後続する液滴が過ぎるガス流２４中に、先行する液滴の影響が残ることはほとんどない。

その空気流速度ベクトル６０と液滴速度ベクトル４０がなす角度θは、平行速度成分６２及び直交速度成分６４に求められる大きさ、ひいてはそれらの間の比の所要値によって左右される。成分６２の大きさは液滴速度と概ね等しくすべきであり、成分６４の大きさは大，小の液滴がそのサイズに従い偏向し十分に相互離隔する大きさにすべきである。後者は、どちらか一方のサイズの液滴で印刷を行いつつ、他方のサイズの液滴を捕獲することができるようにするためである。もし平行速度成分の大きさが液滴速度と等しければこの角度θは約４５°になる。

また、平行速度成分６２の大きさを液滴速度ベクトル４０のそれに揃えるべきであるのは、そのようにすると本発明の効果が最大になるためである。従って、本発明を実施するに当たり成分６２の大きさを液滴速度ベクトル４０のそれに完全に揃える必要はない。空気流の平行速度成分が液滴速度ベクトルの例えば０．２５倍以上の大きさを有していれば、その大きさが液滴速度の０．７５倍未満でその向きが液滴速度ベクトルと平行な成分が相対速度ベクトルに生じるものの、本発明を好適に実施することができる。即ち、空気流に僅かな平行速度成分を持たせるだけで、液滴に生じるウェイクの向きを十分に変え、そのウェイクが後続の液滴に及ぼす影響をかなり抑えることができる。また、偏向に際し液滴に生じるウェイクが後続の液滴に及ぼす影響を、０．２５倍以上という小さな係数値で好適に抑えられることは、驚異的なことである。即ち、そうした僅かな平行速度成分を空気流に持たせることでそうした結果が得られることは、当初は予測できなかったことである。

更に、空気流の平行速度成分の大きさが液滴速度ベクトルのそれに対し０．２５倍以上もあれば本発明を好適に実施できるが、前者を後者に対し０．５倍超にした方がより好適な実施形態になる。即ち、空気流の平行速度成分が大きくなると、液滴ウェイクが更に回転して後続の液滴から遠ざかるため当該後続の液滴に対する影響が更に小さくなるほか、印刷媒体まで移動中の液滴に速度低下をもたらす空気抵抗も小さくなる。同様に、空気流の平行速度成分の大きさを液滴速度ベクトルのそれに対し０．７５倍にし、或いは更に０．９倍超にした方が、より好適な実施形態になる。

空気流の平行速度成分を０値から液滴速度相当値まで徐々に大きくしていくと、液滴に速度低下をもたらす空気抵抗が０値へと低下していく。液滴ウェイクの向きも液滴弾道に対し直交する向きに近づくので、後続の液滴にあまり影響を及ぼさなくなっていく。空気流の平行速度成分をそこから更に大きくしていくと、相対速度ベクトルの成分のうち液滴速度ベクトルと平行な成分（鉛直方向の成分）が再び大きくなっていく。その成分は、印刷媒体に向かう液滴を減速ではなく加速する方向に作用すると共に、その液滴のウェイクを液滴弾道に対し直交する向きから遠ざける方向に作用する。

空気流の平行速度成分が更に大きくなり液滴速度に比し顕著に大きくなると、液滴ウェイクは先行する液滴に影響を及ぼし始める。例えば、空気流の平行速度成分が液滴速度に比し２倍の大きさを有している場合、相対速度ベクトルの成分のうち液滴弾道と平行な成分は液滴速度と等しい大きさ、即ち空気流の平行速度成分が０値のときにもたらされるそれと等しい大きさになる。ご理解頂ける通り、この状態では、従来技術で生じていたものと同様のばらつきが液滴偏向量に発生する。

従って、空気流の平行速度成分の大きさが液滴速度のそれに対し０．２５倍以上であるとき本発明を好適に実施できるとした先の論拠と同様の論拠で、空気流の平行速度成分の大きさが液滴速度のそれに対し１．７５倍未満であるとき本発明を好適に実施できると認めうる。無論、空気流の平行速度成分の大きさが液滴速度のそれに対し１．５倍未満、１．２５倍未満、更には１．１倍未満の方がより好適な実施形態になる。最も効果的に本発明を実施するには、空気流の平行速度成分の大きさを液滴速度のそれと等しくすればよい。

次に、本発明の諸実施形態に関し模式図を参照して説明する。これから参照する図面は実物に忠実な縮小図ではないが、いわゆる当業者であれば、本発明の諸実施形態を構成する部材の具体的なサイズ及び接続・連結形態を容易に決めることができよう。また、以下の説明では、同様の部材にはできる限り同一の参照符号を使用するようにしてある。

図４に本発明の一実施形態を示す。このプリントヘッド２の液滴発生器１０にはノズル１２が１個又は複数個設けられている。ノズル１２は加圧に応じインクを吐出し液フィラメント１４を発生させる。更に、この液滴発生器１０には液滴生成用励起器９も付設されている。この励起器９は、フィラメント１４を攪乱しその本体から一部を分離させることで液滴を生成する。従って、このヘッド２では、大，小の液滴を選択的に発生させ、その下方にある印刷媒体３６へと飛ばすことができる。その励起器９としては、液フィラメントから大，小の液滴を選択的に生成可能な種々の既知部材、例えば圧電アクチュエータ、電気流体力学的電極構造体、ＭＥＭＳ（微小電気機械システム）アクチュエータ、電荷注入電極、レーザ、ヒータ、それらの任意の組合せ等を使用することができる。

第１空気ダクト７２は下部壁７４及び上部壁７６を備えており、約４５°の俯角θで正圧源１１６から入ってくる空気流を液滴偏向用のゾーン２８まで導き、偏向ゾーン２８の液滴列２１に作用させる。この作用で、その列２１内の液滴のうち小液滴が小液滴弾道３０へ、また大液滴が大液滴弾道３０へと送り込まれる。キャッチャ１１４はその前面１１２で弾道３０を遮るよう配置されている。その面１１２で捕獲された大液滴のインクは、キャッチャ１１４・プレート８８間に形成されているインク還流ダクト８６を介し、図示しない流体システムへと回送される。なお、この図ではＣｏａｎｄａ型キャッチャを示したが、Ｃｏａｎｄａ型、ナイフエッジ型、ポーラスフェイス型、デリミテドエッジ型、その任意の組合せ等、適当な構成のものを使用すればよい。

他方、小液滴弾道３０を辿った小液滴は、キャッチャ１１４では捕獲されず、印刷媒体３６に射突していく。第１空気ダクト７２によって俯角θで偏向ゾーン２８に送り込まれる空気流が、液滴速度に比し０．２５倍超の大きさを有する平行速度成分と共に、十分な液滴偏向量をもたらす直交速度成分を有しているので、大，小の液滴を当該直交速度成分により相互離隔させることができる。

ここでいう「偏向ゾーン」とは、液滴弾道及びその周囲領域のうち、液滴が大液滴と小液滴とに離隔していくよう空気流による力で液滴を強く横方向に加速する部分のことである。留意すべきことに、偏向ゾーンにて横方向加速度が作用しているので、偏向ゾーンを通過した後も液滴は横方向変位を続ける。これもまた留意すべきことに、偏向ゾーン内の諸部位間で空気流が均一なわけではない。即ち、液滴速度に対する空気流の平行速度成分の比は、偏向ゾーン内の諸部位間で異なっている。従って、空気流の平行速度成分の大きさが液滴速度のそれの０．２５倍、０．５倍、０．７５倍若しくは０．９倍超又は１．７５倍、１．５倍、１．２５倍若しくは１．１倍未満であるという場合、その表現は、偏向ゾーン内のあらゆる場所でその条件が成り立つという意味で使用されているわけではなく、その偏向ゾーン内のいずれかの場所で成り立つという意味、例えばその偏向ゾーンの主要部分で成り立つという意味で使用されているので、その点を了解されたい。

また、この図に示す実施形態では、第１空気ダクト７２の下部壁７４によってキャッチャ１１４の一表面が形成される一方、同ダクト７２の上部壁７６と液滴発生器１０の傾斜面７７とが位置合わせされており、それら上部壁７６・液滴発生器１０がシール８４によって気密封止されている。即ち、本実施形態における空気ダクト壁はキャッチャ１１４及び液滴発生器１０の一部として機能している。無論、空気ダクトを液滴発生器内やキャッチャ内に作り込み、或いは液滴発生器及びキャッチャとは別体に設けることも可能である。

図５に本発明の他の実施形態を示す。このプリントヘッド２の液滴発生器１０にはノズル１２が１個又は複数個設けられている。ノズル１２は加圧に応じインクを吐出し液フィラメント１４を発生させる。更に、この液滴発生器１０には液滴生成用励起器９（図４参照）も付設されている。この励起器９は、フィラメント１４を攪乱しその本体から一部を分離させることで液滴を生成する。従って、このヘッド２では、大，小の液滴を選択的に発生させ、その下方にある印刷媒体３６へと飛ばすことができる。

第１空気ダクト７２は下部壁７４及び上部壁７６を備えており、正圧源１１６から約４５°の俯角θで入ってきた空気流を液滴偏向用のゾーン２８に届けるのに使用されている。また、液滴列２１から見てダクト７２がある側（第１の側）とは別の側（第２の側）には第２空気ダクト７８が設けられている。このダクト７８は、偏向ゾーン２８からくる空気を排出することができるよう、キャッチャ８０と上部壁８２の狭間に形成されている。液滴発生器１０と上部壁７６，８２との間に、気密封止用のシール８４を設けるようにしてもよい。第２空気ダクト７８を負圧源１１８に連結すれば、そのダクト７８を介した空気の排出をより好適に行うことができる。

空気流が第１空気ダクト７２経由で液滴偏向用のゾーン２８に到達すると、その作用で大液滴が大液滴弾道３０に、小液滴が小液滴弾道３０にそれぞれ送り込まれていく。弾道３０に沿って移動中の小液滴はキャッチャ８０の前面にて捕獲され、そのインクはキャッチャ８０の表面を伝って流れ落ち、キャッチャ８０・プレート８８間に形成されているインク還流ダクト８６に入り、図１に示した流体システム３５へと回送されていく。他方、大液滴は小液滴ほど偏向されないので、キャッチャ８０では捕獲されず印刷媒体３６へと向かっていく。

第１空気ダクト７２によって俯角θで偏向ゾーン２８に送り込まれ、第２空気ダクト７８を介しそのゾーン２８から出て行く空気流は、液滴速度に比し０．２５倍超の大きさを有する平行速度成分と共に、大，小の液滴を相互離隔させるに足る液滴偏向量をもたらす直交速度成分を有している。即ち、その空気流の作用で液滴が偏向され弾道３０，３２間に十分な開きが生じるので、一方の弾道（図示例では弾道３０）を遮るが他方の弾道（図示例では弾道３２）を遮らないようキャッチャ８０を配置することができる。

図６に本発明の他の実施形態を示す。この実施形態では第２空気ダクト７８に変形が施され、その入口部分９０が第１空気ダクト７２の出口部分９２に対し連なるよう、またその向きが当該出口部分９２とほぼ平行になるよう形成されている。そのため、このダクト７８では、偏向ゾーン２８を通り抜けてきた空気流に対する擾乱がほとんど生じない。従って、本実施形態では、液滴速度に比し０．２５倍超の大きさの平行速度成分並びに大，小の液滴を相互離隔させるに足る液滴偏向量をもたらす直交速度成分を有する空気流を生成することができる。また、そのダクト７８に負圧源１１８を連結し、ダクト７８経由での空気排出を好適に行うことができる。

図７に本発明の他の実施形態を示す。この実施形態でも、前掲の実施形態と同じく、第１空気ダクト７２を介し偏向ゾーン２８内に俯角θで空気流を導き、その空気流を第２空気ダクト７８経由で排出させている。その第１空気ダクト７２は前掲の実施形態のものよりかなり太くより多量の空気を流すことができるが、第２空気ダクト７８に流しうる空気の量は先の実施形態と同程度である。従って、ゾーン２８を通過し第２空気ダクト７８経由で排出されるのは、第１空気ダクト７２経由で供給される空気流の一部分だけ、即ちゾーン２８を通過するときの平行速度成分が液滴速度の０．２５倍超の大きさで、且つ直交速度成分が大，小液滴間離隔に足る液滴偏向量をもたらす大きさになっている部分９６だけである。

その空気流の残りの部分９８は、液滴弾道沿いに送り偏向ゾーン２８から下降させるようにしている。これを実現するため、ゾーン２８を出たガス流の一部を第１又は第２サイズ液滴弾道上に送るための構造物が液滴弾道に付設されている。図示例ではキャッチャ８０がその構造物として使用されているが、それに代え又はそれと共に下部壁７４を使用してもよい。下部壁７４を延長してプリントヘッド出口９４を形成すること、例えばその下端をキャッチャ８０の底面とほぼ同じ高さにすることで、ガス流を大液滴弾道３２に沿ってプリントヘッド２外に出すことができる。

キャッチャ８０は液滴弾道から見てその逆側（第２の側）に配置されており、供給される空気流のうちその弾道を通過せず液滴偏向にも寄与しない部分９８を、その弾道に沿って偏向ゾーン２８の下方に送り、その出口９４を介しプリントヘッド２の筐体外に去らせている。空気流の一部分９８を印刷用の大液滴弾道３２とほぼ平行にすることは、印刷媒体３６に向かって移動中の液滴に作用しその速度を低下させる空気抵抗を抑える上で、ひいては空気抵抗に起因する飛行時間ばらつきによるドット位置ずれを抑える上で有益である。

また、空気流のうちその部分９８の平行速度成分は、プリントヘッド出口通過時に液滴速度に比し０．５超の大きさとなっていること、できれば液滴速度とほぼ等しい大きさになっていることが望ましい。その空気流をプリントヘッド出口９４から排出させることで、更に、水分、紙質塵埃等といった汚濁物のプリントヘッド２内への侵入を妨げることができる。

図８に本発明の他の実施形態を示す。この実施形態でも、第１空気ダクト７２を介し液滴弾道へと送り込まれた空気流の一部が前掲の実施形態と同じく偏向ゾーン２８を通って第２空気ダクト７８に抜けている。その第１空気ダクト７２には、空気流の平行速度成分が液滴速度に比し０．２５超の大きさとなり、直交速度成分による液滴偏向で大，小液滴弾道間が十分に分離するよう、俯角θが付けられている。空気流の他の部分は印刷用の液滴弾道に沿ってゾーン２８の下方に抜け、印刷媒体に向かって移動中の液滴に速度低下をもたらす空気抵抗を抑えている。

この実施形態では更に障壁１００が設けられており、液滴発生器１０と障壁１００及び上部壁８２との間には空気室１０２が、障壁１００・上部壁８２間には間隙１０４が、それぞれ形成されている。液滴発生器１０から吐出された液滴はこの間隙１０４を通り抜けていく。また、空気室１０２には空気ダクト１０６、１０８又はその双方を介し空気が供給されている。この空気供給に空気ダクト１０６及び１０８の一方しか使用しない場合は、他方を図示しないシールによって封止しておくとよい。いずれにせよ、空気室１０２に供給された空気はその室１０２から間隙１０４へと出て行く。この第２の空気流は、間隙１０４を通り抜ける際に液滴を包み込み、その弾道とほぼ平行に流れて偏向ゾーン２８へと向かっていく。従って、ゾーン２８に到達する前の液滴に作用し速度低下をもたらす空気抵抗を抑えることができる。当該第２の空気流はゾーン２８内に流れる空気流の平行速度成分にも寄与する。

これら、図５〜図８を参照して説明した諸実施形態は、大液滴印刷モードで稼働する印刷装置向けの実施形態である。即ち、これらの実施形態では、小液滴弾道３０を遮るが大液滴弾道３２は遮らないようキャッチャ８０が配置されているので、大液滴がキャッチャ８０に射突せずに印刷媒体３６まで進んでいく。しかしながら、本発明は、小液滴印刷モードで稼働する印刷装置向けにも実施することができる。

図９に本発明の他の実施形態を示す。この図の実施形態は図５に示したものと類似しており、その第１空気ダクト７２がやはり下部壁７４及び上部壁７６で形成されている。空気はその第１空気ダクト７２経由で偏向ゾーン２８に送り込まれ、第２空気ダクト７８経由で排出されていく。その第２空気ダクト７８は、図示の通り上部壁８２・壁１１０間に形成されている。

従って、本実施形態では、その平行速度成分が液滴速度に比し０．２５超の大きさで且つその直交速度成分が大，小液滴弾道間を相互分離させるに足る液滴偏向量をもたらせる大きさの空気流を、第１空気ダクト７２によって供給することができる。

また、図７に示したキャッチャ８０が、第１空気ダクト７２経由で供給される空気流の一部を液滴弾道沿いに偏向ゾーン２８の下方に送り、印刷用の液滴と共にプリントヘッド出口を通過させる構造物として機能していたのと同じく、図９中の壁１１０もそれと同様の効果をもたらす構造物として機能している。

キャッチャ８０は下部壁７４の下方にあり、液滴弾道から見ると第１空気ダクト７２と同じ側に位置している。このキャッチャ８０の前面１１２は大液滴弾道３２を遮るが小液滴弾道３０は遮らない位置にあるので、小液滴はキャッチャ８０の脇を抜けて印刷媒体３６へと進んでいく。他方、キャッチャ８０の前面１１２に射突したインクはその面１１２を伝って流れ落ち、キャッチャ８０・プレート８８間に形成されているインク還流ダクト８６に入っていく。なお、この図ではキャッチャ８０と下部壁７４が別部材として示されているが、自明な通り、両者を単一部材として形成することもできる。

図１０に、小液滴印刷モードで稼働する印刷装置向けの他の実施形態を示す。この実施形態では、下部壁７４がキャッチャ１１４の一部として形成され、液滴列から見て第１の側に配置されている。また、前掲の諸実施形態と同じく下部壁７４及び上部壁７６によって第１空気ダクト７２が形成されており、空気はそのダクト７２を介し俯角θにて偏向ゾーン２８に送り込まれていく。

この実施形態では、液滴弾道から見て第２の側に第２の構造物例えば壁１１０が配されており、その壁１１０の前面１１６が、第１空気ダクト７２の下部壁７４に対して平行に、また上部壁７６とほぼ連なるように設けられている。従って、この面１１６は、第１空気ダクト７２から液滴偏向用のゾーン２８を跨いで液滴列の第２の側に現れた一種の延長部分となっている。その第１空気ダクト７２は、平行速度成分が液滴速度に比し０．２５超の大きさで且つその直交速度成分が大，小液滴弾道間を相互分離させるに足る液滴偏向量をもたらせる大きさの空気流を供給する。キャッチャ１１４の前面１１２が大液滴弾道３２を遮り小液滴弾道３０を遮らないよう配置されているので、小液滴はそのキャッチャ１１４の脇を抜け印刷媒体３６上へと進んでいく。他方、キャッチャ１１４の前面１１２に射突したインクはその面１１２を伝って流れ落ち、キャッチャ８０・プレート８８間に形成されているインク還流ダクト８６に入っていく。なお、図９では壁１１０の前面が液フィラメント１４の向きと、図１０では壁１１０の前面１１６が第１空気ダクト７２と、それぞれほぼ平行であるが、ご理解頂ける通り、この面の傾きはそれらの中間に位置する様々な角度にもすることができる。

なお、以上説明した諸実施形態では第１空気ダクト７２の俯角θを約４５°としている。この角度設定は、液滴を十分に偏向させ大，小液滴弾道間を分離するため空気流に求められる直交速度成分の大きさが平行速度成分のそれとほぼ等しく、またその平行速度成分の大きさが液滴速度ベクトルのそれに比し０．２５倍超のシステムを想定した設定である。

然るに、大，小液滴弾道間を分離するため空気流に求められる直交速度成分の大きさはシステム仕様で異なってくる。例えば、ノズル直径が大きい場合はノズル直径が小さい場合に比べて空気流の直交速度成分を大きくしないと大，小液滴弾道を好適に分離できない、というように、大，小液滴弾道間分離上空気流に求められる直交速度成分の大きさがノズルの大きさに依存することが判明している。従って、第１空気ダクト７２の俯角は、上述した諸実施形態に対するシステム仕様の差に応じ、前掲の４５°からずらすのが望ましい。

また、以上の説明では俯角(downward angle)について言及している。その基準となる「下」(downward)方向は液滴発生器から液滴が吐出される方向のことである。重力の作用で液滴が移動していく方向には限られない。従って、液滴が例えば空に向けて吐出されるよう液滴発生器の向きを設定する実施形態もあり得る。

更に、本願でいう「空気」には狭義の空気に限られない。使用に適するものなら他の種類の気相流体であってもよい。加えて、偏向ゾーンに供給される手前で空気をフィルタリング、即ち清浄化するようにした方が、プリントヘッド稼働環境を清浄に保つ上で望ましい。そうしたフィルタリングを行う際には従来技術を活用することができる。例えば、１個又は複数個のＨＥＰＡ（高効率気中粒子除去）フィルタを空気流発生源・偏向ゾーン間に配置すればよい

そして、本願でいう「液滴」は主として液体インクの液滴のことであるがそれに限られるものではない。媒体に対し部位選択的に付着させうる液状混合物であれば別のものでもよい。また、液滴がインクの液滴なら媒体は通常は印刷媒体であるが、液滴が他種液体の液滴なら媒体は他種構造物、例えば回路基板素材、三次元リソグラフィ基板、メディカルデリバリデバイス等となろう。

２ プリントヘッド、９ 液滴生成用励起器、１０ 液滴発生器、１２ ノズル、１４ 液フィラメント、１６ 液滴、１８ 大液滴、２０ 小液滴、２１ 液滴列、２２ ダクト、２４ 空気流、２６ 初期液滴弾道、２８ 偏向ゾーン、３０ 小液滴弾道、３２ 大液滴弾道、３４，８０，１１４ キャッチャ、３５ 流体システム、３６ 印刷媒体、３８ ドット、４０ 液滴速度ベクトル、４４，６０ 空気流速度ベクトル、４６ 相対速度ベクトル、４７ 空気速度輪郭、４８ 第１液滴、４９ 第２液滴、５０ 液滴ウェイク、６２ 空気流の平行速度成分、６４ 空気流の直交速度成分、７２ 第１空気ダクト、７４ 下部壁、７６，８２ 上部壁、７８ 第２空気ダクト、８４ シール、８６ インク還流ダクト、８８ プレート、９０ 入口部分、９２ 出口部分、９４ プリントヘッド出口、９６ 空気流の一部分、９８ 空気流の別の部分、１００ 障壁、１０２ 空気室、１０４ 間隙、１０６，１０８ 空気ダクト、１１０ 壁、１１２ 前面、１１６ 正圧源、１１８ 負圧源。

Claims (30)

1. その連携先のノズルから吐出された液体を操作して第１サイズ液滴及びそれ以下の大きさの第２サイズ液滴を発生させ、ある液滴速度で液滴弾道上に送り出す液滴発生器と、
   その偏向ゾーンにおけるガス流の速度ベクトルが、その液滴弾道に平行な平行速度成分及び当該液滴弾道に直交する直交速度成分を含むものになるよう、またその平行速度成分の大きさが液滴速度に比し０．２５倍超になり且つ直交速度成分の大きさが第１及び第２液滴を第１及び第２サイズ液滴弾道のうち対応するものへと偏向させるに足る大きさになるよう、液滴弾道の少なくとも一部分を占める偏向ゾーンにガス流を送り込むガス流式偏向システムと、
   第１及び第２サイズ液滴弾道のうち一方を遮り、その弾道に沿って移動中の液滴を捕獲するが、他方の弾道に沿って移動中の液滴は捕獲しないよう、第１及び第２サイズ液滴弾道のうち一方に対応して配置されたキャッチャと、
   を備える印刷装置。
2. 請求項１記載の印刷装置であって、上記平行速度成分の大きさが液滴速度に比し０．５倍超の印刷装置。
3. 請求項１記載の印刷装置であって、上記平行速度成分の大きさが液滴速度に比し０．７５倍超の印刷装置。
4. 請求項１記載の印刷装置であって、上記平行速度成分の大きさが液滴速度に比し０．９倍超の印刷装置。
5. 請求項１記載の印刷装置であって、そのガス流式偏向システムが、偏向ゾーンにおけるガス流方向が液滴弾道に対し斜めになるよう液滴弾道に対し斜め向きに配置されたダクトを有し、そのダクトが液滴弾道に対してなす角度で上記平行速度成分と上記直交速度成分との比が左右される印刷装置。
6. 請求項５記載の印刷装置であって、液滴弾道から見て第１ダクトたる上記ダクトがある側とは別の側に位置する第２ダクトを備え、偏向ゾーンを通過したガス流の出口としてその第２ダクトが機能する印刷装置。
7. 請求項６記載の印刷装置であって、液滴弾道にまつわる構造物として、偏向ゾーンを通過したガス流の一部を第１又は第２サイズ液滴弾道にほぼ沿った向きに追いやる構造物を備える印刷装置。
8. 請求項７記載の印刷装置であって、その構造物がキャッチャであり且つ液滴弾道から見て第１ダクトとは逆側に位置する印刷装置。
9. 請求項７記載の印刷装置であって、ガス流のうち第１又は第２サイズ液滴弾道沿いに追いやられた部分が、液滴速度に比し０．５倍超の大きさの速度成分を有する印刷装置。
10. 請求項６記載の印刷装置であって、第１ダクトの出口部分と第２ダクトの入口部分が互いに平行に配置された印刷装置。
11. 請求項５記載の印刷装置であって、液滴弾道とほぼ平行な第２ガス流を偏向ゾーンに送り込める位置に設けられた室構造を備える印刷装置。
12. 請求項５記載の印刷装置であって、そのキャッチャが、第１サイズ液滴を捕獲できるよう液滴弾道から見てガス流式偏向システム内ダクトと同じ側に配置された印刷装置。
13. 請求項５記載の印刷装置であって、そのキャッチャが、第２サイズ液滴を捕獲できるよう液滴弾道から見てガス流式偏向システム内ダクトと逆の側に配置された印刷装置。
14. 請求項５記載の印刷装置であって、そのダクトが、液滴弾道から見て互いに別の側を占めるダクト壁及びダクト内構造物を有し、そのダクト内構造物の前面がダクト壁とほぼ平行な印刷装置。
15. 請求項５記載の印刷装置であって、そのダクトが液滴発生器の一部分を利用し形成された印刷装置。
16. 請求項１記載の印刷装置であって、上記平行速度成分が液滴速度に比し１．７５倍未満の大きさを有する印刷装置。
17. 請求項１記載の印刷装置であって、上記平行速度成分が液滴速度に比し１．１倍未満の大きさを有する印刷装置。
18. 請求項１記載の印刷装置であって、ガス流式偏向システム内ガス源と偏向ゾーンとの間にフィルタが配された印刷装置。
19. 連携先のノズルから吐出された液体を液滴発生器で操作して第１サイズ液滴及びそれ以下の大きさの第２サイズ液滴を発生させ、ある液滴速度で液滴弾道上に送り出すステップと、
    その偏向ゾーンにおけるガス流の速度ベクトルが、その液滴弾道に平行な平行速度成分及び当該液滴弾道に直交する直交速度成分を含むものになるよう、またその平行速度成分の大きさが液滴速度に比し０．２５倍超になり且つ直交速度成分の大きさが第１及び第２液滴を第１及び第２サイズ液滴弾道のうち対応するものへと偏向させるに足る大きさになるよう、ガス流式偏向システムを用い、液滴弾道の少なくとも一部分を占める偏向ゾーンにガス流を送り込むステップと、
    第１及び第２サイズ液滴弾道のうち一方に対応して配置されているキャッチャによって、第１及び第２サイズ液滴弾道のうち一方を遮り、その弾道に沿って移動中の液滴を捕獲するが、他方の弾道に沿って移動中の液滴は捕獲しないでおくステップと、
    を有する印刷方法。
20. その連携先のノズルから吐出された液体を操作して大体積液滴及び小体積液滴を発生させある液滴速度で初期液滴弾道上に送り出す液滴発生器と、
    小体積液滴がそのガス流によって初期液滴弾道から偏向され偏向後小体積液滴弾道沿いに移動し始めるよう、正圧源で生成されたガス流を第１ガス流ダクト経由で且つ非直交且つ不平行な方向から初期液滴弾道に送り込むガス流式偏向システムと、
    移動中の小体積液滴を捕獲するよう、また第１ガス流ダクト経由で送り込まれたガス流の一部を本プリントヘッドから排出するための第２ガス流ダクトが液滴発生器との間に形成されるよう、偏向後小体積液滴弾道を基準に配置されたキャッチャと、
    を備えるプリントヘッド。
21. 請求項２１記載のプリントヘッドであって、その第２ガス流ダクトに連結された負圧源を備えるプリントヘッド。
22. 請求項２１記載のプリントヘッドであって、第１ガス流ダクトに付設されており第１ガス流ダクト経由で送り込まれたガス流の別の部分を大体積液滴弾道沿いに本プリントヘッドから排出させる構造物を備えるプリントヘッド。
23. ノズルから吐出された液体を液滴発生器によって操作して大体積液滴及び小体積液滴を発生させ初期液滴弾道上に送り出すステップと、
    正圧源で生成されたガス流をガス流式偏向システム内の第１ガス流ダクト経由で供給するステップと、
    そのガス流を非直交且つ不平行な方向から初期液滴弾道に送り込むことで小体積液滴を初期液滴弾道から偏向後小体積液滴弾道へと偏向させるステップと、
    移動中の小体積液滴を偏向後小体積液滴弾道を基準に配置されているキャッチャで捕獲するステップと、
    第１ガス流ダクト経由で送り込まれたガス流の一部分をキャッチャと液滴発生器の間にある第２ガス流ダクト経由でプリントヘッドから排出するステップと、
    を有する印刷方法。
24. その連携先のノズルから吐出された液体を操作して大体積液滴及び小体積液滴を発生させ初期液滴弾道上に送り出す液滴発生器と、
    小体積液滴がそのガス流によって初期液滴弾道から偏向され偏向後小体積液滴弾道沿いに移動し始めるよう、正圧源で生成されたガス流を第１ガス流ダクト経由で且つ非直交且つ不平行な方向から初期液滴弾道に送り込むガス流式偏向システムと、
    移動中の大体積液滴を捕獲するよう、また液滴発生器との間に第１ガス流ダクトが形成されるよう、初期液滴弾道を基準に配置されたキャッチャと、
    を備えるプリントヘッド。
25. 請求項２４記載のプリントヘッドであって、初期液滴弾道から見て第１ガス流ダクトとは逆側に第２ガス流ダクトを備え、第１ガス流ダクト経由で送り込まれたガス流の一部分をその第２ガス流ダクト経由で本プリントヘッドから排出するプリントヘッド。
26. 請求項２５記載のプリントヘッドであって、その第２ガス流ダクトに連結された負圧源を備えるプリントヘッド。
27. 請求項２４記載のプリントヘッドであって、そのキャッチャに備わる面のうち初期液滴弾道に対しある角度をなす面によって、移動中の大体積液滴を捕獲するプリントヘッド。
28. その連携先のノズルから吐出された液体を液滴発生器で操作して大体積液滴及び小体積液滴を発生させ初期液滴弾道上に送り出すステップと、
    正圧源で生成されたガス流をガス流式偏向システムの第１ガス流ダクト経由で供給するステップと、
    小体積液滴がそのガス流によって初期液滴弾道から偏向され偏向後小体積液滴弾道沿いに移動し始めるようそのガス流を非直交且つ不平行な方向から初期液滴弾道に送り込むステップと、
    液滴発生器との間に第１ガス流ダクトが形成されるよう初期液滴弾道を基準に配置されたキャッチャで移動中の大体積液滴を捕獲するステップと、
    を有する印刷方法。
29. 請求項２０記載のプリントヘッドであって、そのキャッチャがＣｏａｎｄａ型キャッチャであるプリントヘッド。
30. 請求項２４記載のプリントヘッドであって、そのキャッチャがＣｏａｎｄａ型キャッチャであるプリントヘッド。

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