JP4074098B2 - インクジェット・エアブラシ・システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、一般に、従来と異なる新しい環境において使用されるインクジェットプリント技術であって、エアブラシ塗装における色混合に関する。
【０００２】
【従来の技術】
これまで別個であった２つの技術の融合に取り組むことにより、特許性のあるいくつかの新しい概念が生み出された。そのような新しい概念の詳細を詳しく説明する前に、従来のエアブラシ技術が遭遇したいくつかの課題と共に、従来のインクジェット技術の簡単な考察をすることが有用であろう。
従来のインクジェットプリント機構は、しばしば「ペン」と呼ばれるカートリッジを使用し、このペンは、本明細書全体において「インク」と呼ばれる液体の着色剤の滴をページ上に発射する。各カートリッジは、インク滴を発射するきわめて小さいノズルで構成されたプリントヘッドを備える。プリントヘッドは、「双方向プリントヘッド」システムにおいてガイド・ロッドに沿って前後にスライドするキャリッジ内に保持され、ページ（プリント媒体）は、プリントヘッドの各通過の間に段階的に前送りされることが最も多い。たとえば、紙媒体上に画像をプリントするとき、プリントヘッドは、ページを横切って左右に推進され、移動しながらインクの滴を所望のパターンで発射する。「ページ幅アレイ」プリンタとして知られる他のプリントシステムは、プリントヘッドを固定位置でページの端から端まで拡張し、媒体がプリントヘッドの下を進むときにプリントする。どちらのタイプのプリントヘッドの中の特定のインク放出機構も、ピエゾ電気技術やサーマルプリントヘッド技術など、当業者に既知の様々な異なる形態をとることができる。
【０００３】
たとえば、以前の２つのサーマル・インク放出機構が、米国特許第５，２７８，５８４号と第４，６８３，４８１号に示されており、これらの特許は両方とも、本譲受人ヒューレット・パッカードに譲渡されている。サーマル・システムにおいて、ノズル・オリフィス板と基板層の間に、インク・チャネルと気化室を備える障壁層がある。この基板層は、一般に、抵抗器などの発熱素子を線形配列に設け、この発熱素子は、気化室内のインクを加熱するために通電される。加熱する際、通電された抵抗器と関連したノズルからインク小滴が放出される。プリントヘッドがページを横切って移動するときに抵抗器に選択的に通電することによって、インクは、プリント媒体上にパターンで放出され、所望の画像（たとえば、絵、図またはテキスト）が形成される。
【０００４】
一般にカートリッジによって分配される色は、ブラック、シアン、イエローおよびマジェンタであり、得られる画像の色は、インク小滴がページに衝突するときにこれらの４つの色を混合することによって得られる。最近、カリフォルニア州パロアルトのヒューレット・パッカード社は、インクジェット・プリンタ・モデルＤｅｓｋＪｅｔ（登録商標）６９３Ｃとして、画像形成カートリッジ・システムを紹介した。これは、シアン、マジェンタおよびイエローの完全な染料材料を保持する３色カートリッジと、３色画像形成カートリッジと交換可能なブラック・カートリッジを使用する２ペン・プリンタである。この画像形成カートリッジは、最大または最大でない染料材料濃度（ｒｅｄｕｃｅｄ ｄｙｅ−ｌｏａｄｓ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ）のブラック・インクと共に、シアンやマジェンタなどの低い染料材料濃度のいくつかの色を保持する。この画像形成カートリッジによって、プリンタは、より連続した階調変化、特に肌色を作り出すことができ、それにより、粒状性がきわめて低い写真に近い品質を有する画像が得られる。同じ趣旨で、商標用の特殊な色調のような特別注文の色を保持するインクジェット・カートリッジを作り出してもよい。
【０００５】
次に、エアブラシ技術に移ると、ほとんどの一般的な専門店では、様々な異なるスタイルおよびタイプの従来のエアブラシが販売されている。そのような携帯型のエアブラシは、模型、手工芸品、指の爪、絵、自動車、オートバイ、Ｔシャツなどを塗装するために使用される。そのようなエアブラシには、ラッカー、インク、水彩絵の具、溶剤で薄めたエナメル、エアブラシ用アクリル樹脂などの様々な異なるペイント合成物を使用することができる。典型的なエアブラシは、圧縮空気を使用してリザーバからノズル内に流体を引き込み、そこで、流体が霧状にされ、画像を作成する表面に進められる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
多数の色を必要とするプロジェクトの場合、従来のエアブラシには、処理方法にいくつかの選択肢があった。複数の色を塗布するための１つの方法は、それぞれの色を別々に準備し、それを画像上に噴霧し、次にエアブラシを洗浄した後で次の色の塗布に移ることである。残念ながら、ある色から別の色に切り換えるプロセスは、エアブラシを色の切り換え時に完全に洗浄しなければならないため、時間がかかり煩雑である。実際には、色の混合、試行、および調整は、時間がかかり、また望みの色を出そうとしている間にインクが無駄になるために、コストが高くつく。複数の色を塗布するための別の選択肢は、塗装者が、それぞれ１つの色を保持する複数のエアブラシを使用することである。残念ながらこの選択肢は、複数のエアブラシを購入するコストがさらにかかり、また塗装作業が終ったときにそれらの各エアブラシを洗浄しなければならないため、やはり欠点を有する。このような従来からの方式のさらに他の欠点は、仕上がった画像が、エアブラシに装填された塗料の厳密な色と色相だけを有するように制限されることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの目標は、インクジェットプリントの概念を、アートワークやその他の画像をキャンバス、彫刻、壁、模型、車両などの品物に塗装するといった他の用途に拡張する新しいインクジェット・エアブラシ・システムおよび方法を提供することである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明により構成されたインクジェット・エアブラシ・システム２０の１つの形態を示す。システム２０は、圧縮空気供給源２２から圧縮空気の入力と、電源２４から電力を受け取り、これらは、この例では立方体または箱２６として示された対象物上に噴霧される流体小滴２５を生成するために使用される。示した実施形態では圧縮空気を使用しているが、空気供給源２２の代わりに他の類似の噴射ガスを使用することができる。システム２０は、オペレータ入力およびコントローラ部２８とを含み、コントローラ部２８は、オペレータから入力を受け取り、システムのインクジェット・エアブラシ部分３０に電力を供給するための制御信号を生成する。インクジェット・エアブラシ３０は、リザーバ部分３４内に１つ好ましくは複数の異なるタイプの流体を格納するために、インクジェット技術に基づいた流体分配カートリッジ３２を備える。カートリッジ３２は、また、プリントヘッド３５を含み、このプリントヘッド３５は、サーマル流体放出技術やピエゾ電気流体放出技術などの任意のタイプの既知のインクジェット技術を使用して構成することができる。カートリッジ３２は、また、カートリッジ３２がコントローラ部２８から発射信号３８を受け取ることができるようにする電気／機械的インタフェースとして使用されるフレックス回路３６を備える。インクジェットプリントヘッド３５は、発射信号３８を受け取ると、リザーバ部分３４から純粋流体４０を分配するように動作する。
【０００９】
図１に示したカートリッジ３２の代わりに、様々な異なるインクジェット・カートリッジを使用することができる。示したカートリッジ３２は、試作品試験に使用されたカートリッジを表し、ここでは、シアン、マジェンタおよびイエローのインクジェット・インクを保持する３つのリザーバを有するヒューレット・パッカード社の３色インクジェット・カートリッジ部品番号ＨＰ５１５２５Ａである。図１の純粋流体４０は、受け取る発射信号３８により、そのような色のうちの１つ、２つまたは３つすべてでもよい。インクジェット技術分野において、プリントヘッド３５に発射信号３８とインクを送るために使用されているのと同じ技術を使用することができ、その技術には、双方向プリントヘッドプリントシステムに使用され、走査軸に沿ってすべてのインク供給源を左右に送る「オン軸」システムとして知られるものや、主インク・リザーバが離れた位置に格納され、インクが、管やその他の流体導管を介して双方向プリントヘッドに送られる「オフ軸」技術を使用するものがある。実際には、ページ幅と同じ配列のプリントヘッド技術を使用することができ、その場合、用紙は、プリントゾーンの端から端に延在する単一の固定プリントヘッドの下を通る。したがって、発射信号３８の受け取りに応じて純粋流体４０を供給するために、様々な異なるインクジェットプリント技術を使用することができ、使用される厳密な方法は、採用される特定の実施態様に依存する。
【００１０】
インクジェット・エアブラシ３０は、また、流体小滴２５を放出するノズル部分４４を有する噴霧器部材４２を備える。インクジェット・エアブラシ３０は、また、カートリッジ３２を噴霧器４２と結合するために使用される構造（混合カップ）４５などの混合部材を有する。示した混合カップ４５は、プリントヘッド３５から放出された純粋流体４０を受け取るために、混合室４６を規定する内側面を有する。混合は、インク４０が、混合カップの方に移動し噴霧器４２の中を通るときに行われることがあり、またおそらく、小滴がノズルから出て対象物２６に衝突するときにも行われることがある。示した噴霧器４２は、混合カップ４５からノズル４４に送られる流体の量を計る流体制御部４８を備える内部噴霧器である。噴霧器４２の動作を考察する前に、最初に、噴霧器４２のいくつかの代替実施形態と共に、オペレータ入力および制御部２８の説明を行う。図１の示した実施形態において、示した噴霧器ノズル４４は、イリノイ州ロックフォードのＴｅｓｔｏｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって製造されたＡｚｔｅｋノズルを使用する考え抜かれた試作品噴霧器を表しているが、色を早く変化させるためには、もっと短い流路を有するノズルが好ましい。
【００１１】
インクジェット・エアブラシ・システム２０は、コントローラ部２８の一部分をなす小滴生成コントローラ５０を備える。生成コントローラ５０は、小滴信号５４を発射信号生成部５５に供給するマッピング部５２を有し、発射信号生成部５５は、コントローラ５０に供給される信号５６、５８などの入力信号に応じて、発射信号３８を生成する。マッピング部５２は、所望の色を要求する入力信号５６、５８を受け取り、マッピング部５２は、たとえば、紙などの媒体に画像をプリントするためにインクジェット技術分野において使用されている技術によって、所望の色を生成するために必要なシアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）および／またはマジェンタ（Ｍ）の小滴の数を決定する。この情報は、滴信号５４によって発射信号発生器５５に伝えられる。信号発生器５５は、たとえば、サーマル・インクジェット技術においてプリントヘッド全体に熱をより均一に分散させるためにノズルを交互にすることによって、インクジェット技術分野において既知の様々なパラメータに基づいてインクジェットプリントヘッド３５のどのノズルが発射するかを選択する高性能な装置でよい。混合カップ４５がプリントヘッド３５の真下にある状態では、所与のノズルからのどの小滴が発射されたかは重要でなくなり、どのノズルを発射させるかの選択によって、得られた画像のどこに滴が着陸するかが決まることが、プリント技術における重要な要素になる。たとえば、示した実施形態において、プリントヘッド３５のノズルは、０〜３０００Ｈｚ（ヘルツ）の周波数で発射される。対象物２６に塗布されるインクの濃さは、カップ４５内で混合する様々な量のインクを分配するために、アレイにおいて発射するノズルの数を変化させるか、またはすべてのノズルの発射周波数を変化させることによって変化させることができる。
【００１２】
コントローラ部２８に示された１つのオペレータ入力は、信号５６によって小滴生成コントローラ５０に送られる所望の色入力を選択するために使用することができるパーソナル・コンピュータ６０などのコンピュータ入力部である。様々な異なる手段を使用して入力信号５６を生成することができる。たとえば、コンピュータ６０は、色パレットを表示するために使用することができるタッチ画面モニタ６２を含むことがあり、オペレータは、所望の色の位置で画面６２に触れて入力信号５６を生成する。あるいは、コンピュータ６０は、キーボード６４、マウス、またはモニタ６２に表示されている色を選択するタッチ・パッド入力装置（図示せず）を備えることができる。たとえばスキャナ６５内に入れられた先在する画像を表す入力信号６６を生成するスキャナ６５を使用することによって、他の入力をコンピュータ６０に供給することができる。スキャナ６５から入力信号６６を受け取る際、入力信号５６を生成する前に、コンピュータ６０を使用して、走査された画像を変更または編集することができる。たとえば、モデムまたはウェブ・ベースのインタフェースを使用して、ワールドワイド・ウェブまたはインターネットから画像をダウンロードするか、あるいはフロッピ・ディスケットやＣＤ ＲＯＭディスクなどの従来の記憶媒体から画像を読み取ることによって、コンピュータ６０に画像データを供給するために、他の等価な入力機構を使用することができることは明らかである。実際には、インクジェット・エアブラシ・ノズル４４の動きが分かっている場合、対象物２６の動きが分かっている場合、またはノズル４４と対象物２６の相対的な動きが分かっており、かつたとえばロボット工学技術を使用して制御可能な場合は、コンピュータ６０は、小滴生成コントローラ５０に一列の色データを送って、対象物２６上に所望の画像を作成することができる。
【００１３】
コンピュータ６０に追加するかあるいはその代わりに、インクジェット・エアブラシ・システム２０は、手動色入力選択装置７０を備えることができ、この例では、基部７２とトグル入力ハンドル７４を有する「ジョイスティック」入力装置として示されている。手動入力装置７０は、ハンドル７４を囲む面板７５を備える。前述のように、ジョイスティック・ハンドル７４は、図２に示した０〜３６０度の任意の方向にトグルすることができる。面板７５は、ここでは色スポット７６、７７、７８、７９、８０、８１、８２、８３として示されたハンドル７４を囲む複数の色表示を含む。示した試作品の実施形態では、後の表１に示したように、表示７６〜８３のそれぞれに割り当てられた色が選択されている。
【００１４】
【表１】

【００１５】
（１００％は、所与の色のすべてのノズルが３ＫＨｚで発射されたものである。）
【００１６】
図２に、一連の色スポット７６〜８３を示すが、実施形態によっては、様々な色が互いにゆるやかに配合している連続的な虹状の色パターンがジョイスティック・ハンドル７４のまわりを囲んでいることが望ましい場合があることは明らかである。実際には、この虹の選択は、隣り合ったスポット８１と８２や反対側にあるスポット８１と７７の間など、２つの色スポット間で選択するときジョイスティック７４を使用して達成される結果であった。使用されるジョイスティック装置７０のタイプは様々なものでよく、試作品試験において使用された単純なアナログ・ポテンショメータ型のユニットの場合は、インクジェット・エアブラシ３０を使用して虹の色を混合することができる。対象物２６に塗布されるそれぞれの色の濃さは、ノズル４４と対象物２６の間の間隔によって変化させることができ、間隔が近いほど、濃い画像のために対象物２６の単位面積あたり多くのインクが塗布され、間隔が遠いほどインクの飽和度が小さい明るい色ができる。より新しいディジタル・ジョイスティックや類似の入力装置を、選択装置７０として使用することによって、混色だけでなく濃さも容易にかつ別々に制御することができ、十分な３平面または３次元色信号５８を、小滴生成コントローラ５０に供給することができる。
【００１７】
さらに、噴霧ノズル４４と対象物２６の間の間隔が、比較的一定のままだと仮定すると、所望の色が得られた後で、プリントヘッド・ノズルの発射周波数を調整することによって、濃さを個別に変更することができる。発射周波数を制御することによって、対象物２６上の単位当りの色の濃さをより厳密に電子制御することができ、これは、従来のエアブラシでは利用できなかったオプションである。したがって、小滴生成コントローラ５０に３色平面データを供給することによって、インクジェット・エアブラシ・ノズル４４と液滴２５を受け取る対象物２６の間を一定の間隔に維持することができ、その結果、濃い色のために送られる液滴が多くなり、明るい濃淡の場合には供給される液滴が少なくなる。インクジェットプリント技術に精通していない人は、カートリッジ３２が、ブラック・インクを分配するための第４のチャンバを備えることができるが、このことは、ほぼ等しい量のシアン、イエローおよびマジェンタのインクの組み合せを混ぜて、ブラック・インクだけが入った別のリザーバから分配される「トゥルー・ブラック」とは別の、当該技術分野において「プロセス・ブラック」として知られるブラック色を形成するため、必要条件ではないことに注意されたい。したがって、３色（シアン、イエロー、マジェンタ）カートリッジを使用して、対象物２６上にブラックを含むすべての色を塗布することができる。
【００１８】
次に図３に移り、図１に示した内部噴霧器４２を使用する代わりに、前述のような流体分配カートリッジ３２と混合カップ４５を使用して代替インクジェット・エアブラシ３０’を形成することができる。混合室４６は、プリントヘッド３５によって分配される純粋インク４０を受け取る。混合室４６は、出口８４に流体輸送管８５が結合された漏斗として形成された円錐形のカップ面を有する。前述のような圧縮空気供給源２２によって、空気流管または導管８６、８８を介して圧縮空気を送り、外部噴霧器９０を駆動することができる。供給源２２からの圧縮空気は、流体導管８６と共に外部噴霧器９０を構成する噴霧ノズル９２に供給される。外部噴霧器ノズル９２は、流体導管８５の出口９６から圧縮空気９４を吹き出すように位置決めされる。空気ブラスト９４が、ベンチュリ効果によって導管出口９６から流れ出るとき、この早い流れの空気は、混合カップ４５からインクを吸い出し、このプロセスで、液体インクが霧状にされ、対象物２６を塗装する小滴２５が形成される。実際に、導管出口９６を通る圧縮空気９４の力は、その部分の圧力を低下させ、真空力を作り出す。ノズル９２から吹き出す空気９４によって生成されるこの真空力は、混合カップ４５からインクを吸い出すはたらきをし、この膨大な移動する空気の流れに流体がさらされることにより、流体が噴霧化され小滴２５が作成される。
【００１９】
したがって、広義において、本明細書で開示した概念は、インクジェット技術を使用して望みの正確な液体複合物を作るために、単一液体の正確な計量供給と測定、あるいは複数の液体の正確な計量供給、測定および混合に関するものである。実際に、インクジェット・カートリッジ３２は、単一流体の正確な計量供給に使用することができる。たとえば、内部噴霧器４２を使用することによって、ノズル４４を通る流体の流れは、一般に、流体流量制御４８を使用して制御され、流体流量制御４８は、内部のニードルをインクの流路に出し入れし、その流れを制限または増大させるはたらきをする。ニードル調整４８によって実現される流量制御は、インクジェット・エアブラシとして使用する際にはなくすことができ、その場合、ノズル４４内を流れる流体の量は、混合カップ４５に入る純粋流体４０の量を計量供給し測定することによって制御することができる。したがって、プリントヘッド３５による流体の正確な電子的計量供給が、従来のエアブラシの不完全な機械的流体流量制御部に取って替わる。
【００２０】
従来のエアブラシのもう１つの欠点は、大量の洗浄時間が必要なことであった。インクジェット・エアブラシ・システム２０を使用することによって、流体分配カートリッジ３２内にインクが自給されるため、洗浄は、はるかに容易になる。さらに、インク溶剤リザーバとしてリザーバ・チャンバ３４のうちの１つを使用することによって、エアブラシ３０は、実際に、プリントヘッド３５から溶剤を排出させて、混合カップ４５、噴霧器４２の内部およびノズル４４を洗浄することによって自己洗浄される。図３の外部噴霧器９０に関しては、プリントヘッド３５によって分配されるそのようなインク溶剤や他の流体溶剤を使用して、出口９６と一緒に、混合カップ４５、出口８４および導管８５の内部を洗浄することができる。実際に、洗浄の１つの改善は、図１に概略的に示した本体９８内に取り付けられたプリントヘッド３５と噴霧器ノズル４４、９６の間の容積または空間を最小にすることによって実現された。
【００２１】
本体９８の正確な形態は、使用されるカートリッジ３２のタイプと噴霧器４２、９０のタイプと共に、使い易さと人間工学的な配慮に依存する。機能的には、本体９８は、システム２０のオペレータ入力およびコントローラ部２８によって生成された発射信号を受け取るために、フレックス回路３６による電気接続を提供する。さらに、本体９８は、混合カップ４５などのインク混合部分の上にプリントヘッド・オリフィス板３５を配置するはたらきをし、広義には、カートリッジ３２によって分配される１つまたは複数の流体を正確に計量供給するはたらきをする。エアブラシの状況におけるより詳細な例において、本体９８は、また、カップ４５によって提供されるこの混合部分もしくはチャンバを、この例では噴霧器４２、９０である流体分配器と結合するはたらきをする。
【００２２】
色の選択に関して、エアブラシ３０、３０’によって分配される流体小滴２５の色は、純粋流体４０として放出されるインクの比率によって決定される。実際には、図のエアブラシ・システム２０は、ジョイスティック装置として示された独立した手動色入力選択装置７０を示しているが、実施形態によっては、色選択機能を本体９８に組み込むことが望ましい場合があり、その色選択機能は、この例では、一体化された色入力選択装置１００として示され、装置７０に関して前に説明したのと同じように動作することができる。そのような実施態様において、実装された色選択装置１００を使用することによって、たとえば、小滴生成コントローラ５０を、集積回路として、より好ましくは特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ）１０２または現場でプログラム可能なゲート・アレイとして供給することによって、小滴生成コントローラ５０を、インクジェット・エアブラシ３０に組み込み、また本体９８が支持することができる。
【００２３】
実際には、選択装置１００とコントローラ１０２を本体９８上またはその中に取り付けることによって、また、たとえば電池の形の電源２４を本体９８内に組み込むことによって、小型の携帯型ユニットまたはエアブラシ・ヘッドを形成することができ、圧縮空気供給源２２の取り付けしか必要としない。さらなる機能強化として、圧縮空気供給源２２は、たとえば、空気銃や散弾銃に使用されるのと類似の小型圧縮空気カートリッジの形で、本体９８によって支持されてもよい。したがって、本体９８に、コントローラ１０２および色選択トグル装置１００と共に、電源２４と圧縮空気供給源２２の両方を実装することにより、まったく小型のエアブラシ・ユニットが形成される。
【００２４】
そのような携帯型エアブラシ・ユニットは、概略的に入力装置１０４として示された、個別の携帯型装置または他の計算装置に結合することができるディジタル入力装置を備えることができる。たとえば、ディジタル入力１０４を、パントン・ブック、比色計、他の色標準などの色選択チャートを表示する装置に結合させることが特に有効なことがあり、その場合、色選択を、携帯型装置上の選択グリッドから行うか、または数字または英数字の形でディジタル的に入力することができる。あるいは、入力１０４がディジタル入力ではなく、入力１０４は、プリントヘッド３５によって分配される所望の流体を選択するために、たとえば１つまたは複数の回転つまみを使用するアナログ入力を表すこともできる。代替の実施形態において、ディジタル入力装置１０４は、標準カラーチャートの選択色に対応する数値または英数字コードでダイヤルすることができる数値回転ホイール入力でもよい。そのような装置は、特に、自動車の補修塗装を行うための様々な状況で役立つことになり、車両の色コードは、メーカが車両に付けた様々な名前カードまたは標札にプリントされていることが多い。ディジタル入力１０４が、コンピュータやその他の携帯型計算装置に結合されるとき、それらの２つを結合する厳密な方法は、たとえば電気ケーブル、光ファイバ、赤外線技術などを使用することによって、当業者に知られた様々な方法で達成することができる。
【００２５】
混合カップ４５の色混合面に関しては、インクやその他の純粋流体４０が、プリントヘッド３５から放出され、それが混合面に衝突するため、混合面の機能は、インクを、インクや他の流体が乾く前に分散させるために、混合カップの漏斗状の構造を通ってエアブラシまで素早く流すことである。したがって、インクまたは流体が、内部噴霧器４２の供給口または外部噴霧器９０の導管８５に入る前に混合面に溜まりすぎるのは望ましくない場合がある。たとえば、漏斗状の混合カップ４５の底にあるエアブラシ供給口に１つの色が入り、同時に混合面の隣の部分に別の色が溜まっている場合は、エアブラシの色出力が変化することになる。混合面は、たとえばステンレス鋼またはプラスチックで作成されたものであり、これらは両方とも適切に働き、インクが無抵抗に混ざるようにした。試作品試験の際に、混合カップ４５内に溝を彫ることで、混合カップ内のインクの混合と流れが改善されるかどうかを決定するために、混合カップの内側面のテクスチャを変化させた。しかしながら、試作品試験では、試験した染料インクに関して、滑らかな混合面よりもテクスチャ化した面のほうがはるかに優れていることは分からなかったが、他の流体を使用する他の実施態様では、溝を彫ったかまたはテクスチャ化した内側面が、滑らかな面よりも満足の行くものであることが分かる。
【００２６】
このように液体を正確に計量供給するため、より詳細には複数の液体を混合するためのより具体的な使用例を、インクジェット・エアブラシ・システム２０の形で示す。エアブラシ技術の２つの例、すなわち図１の内部噴霧器４２と図３の外部噴霧器９０を示した。発明者によるさらなる研究によって、本明細書で説明した概念により、３０や３０’などのインクジェット・エアブラシを作成する際に、噴霧器４２、９０の代わりに様々な等価な噴霧器を使用できることが明らかになった。
【００２７】
噴霧器４２、９０の代わりに使用でき、かつインクジェット・エアブラシ・システムに組み込むことができる一般的な噴霧方法には、様々な種類がある。第１の一般的な噴霧化方法の１つは、二流体噴霧器として知られている。内部エアブラシ４２と外部エアブラシ９０は、この二流体噴霧器のカテゴリに入り、この場合、一方の流体は、インクジェット・インクであり、他方の流体は、圧縮空気供給源２２からの空気である。インクジェット・エアブラシの実施態様によっては適切となり得る別のタイプの噴霧器は、外部空気ポンプを必要とせずに噴霧化する回転噴霧器である。回転噴霧器は、一般に、流体小滴２５の正確なビームではなく、３６０°に広がるスプレー・パータンを提供し、これは、たとえばパイプ、貯蔵タンクなどの内側を塗装するのに有効である。別のタイプの適切な噴霧器は、自動車燃料噴射器および無気塗装システムと類似の方式で動作する圧力噴霧器である。噴霧器が加圧されているため、流体の圧力は十分に高く、ノズル出口の直径は、放出された流体が空気と接触したときに霧になるほど十分に小さい。噴霧化の他の２つの一般的な方法には、一般に医療用に使用される超音波噴霧と、一般に塗料噴霧器に使用される静電噴霧がある。そのような噴霧機構および噴霧法のうちのいくつかは、米国のＨｅｍｉｓｐｈｅｒｅ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ社から出版されたＡｒｔｈｕｒ Ｈ．Ｌｅｆｅｂｖｒｅによる「Ａｔｏｍｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｐｒａｙｓ」と題する書籍で考察されている。Ｌｅｆｅｂｖｒｅの書籍には、噴霧器４２、９０と等価な様々な異なる噴霧器が示されているが、噴霧器４２、９０の代わりに、液体流体４０から流体小滴２５の噴霧を生成する他の噴霧器やその他の装置を使用できることは明らかである。
【００２８】
エアブラシ３０、３０’の色出力は、カートリッジ３２内のそれぞれの色リザーバからの混合室４６に発射されるインクの量によって決定することができる。圧縮空気供給源２２は、インクが混合室４６内に発射されるときに作動され、混合インクが、チャンバから出てエアブラシ・ノズル４４または開口９６内に送られ、そこで流体は、噴霧化され、次に小滴２５として放出されることが好ましい。空気供給源２２が、純粋流体４０の放出中に活動化されない場合は、インクが、混合カップ４５に一杯になりすぎて、エアブラシ本体９８の内部を汚す可能性がある。この状況を防ぐために、コントローラ５０、１０２は、発射信号３８によって空気供給源２２の動作を調整して、このこぼれる状況を回避するようにする。しかしながら、混合室４６に流れ込むインク４０が、ノズル４４または開口９６から流れ出るインクの量よりも多いときは、こぼれの問題が生じることがある。したがって、インクの流れ、空気の流れ、およびノズルの幾何学的形状を釣り合わせることによって、このこぼれの問題を十分に解決することができる。たとえば、試作品では、インクが混合室４５からあふれるのを防ぐために、ノズル４４の幾何学的形状および導管８８に流す空気を調整した。
【００２９】
インクジェット・エアブラシ・システム２０は、個別のオペレータ入力およびコントローラ部２８を使用するか、実装された入力１００、１０４を使用するかに関係なく、エアブラシ３０、３０’のユーザが、望みの色出力２５を素早く選択しかつ生成することを可能にする。さらに、インクがプリントヘッド３５から噴霧ノズル４４の出口まで移動するスペースの量が小さいほど、達成される色の変化が早くなる。選択する色の範囲は、カートリッジ３２の内部の流体リザーバ３４の内容に基づく。さらに、手動入力装置６４、７０、１００、１０４を使用するかスキャナ６５とコンピュータ６０を使用するかに関係なく、従来のエアブラシで過去のように色を手作業で混合する必要なしに、望みの色を調整することができ、時間を大幅に節約することができる。また、カートリッジ３２内のインク供給材料からエアブラシ出力４４、９６への色マッピングにより、コンピュータ画面６２からの色選択が可能になる。色を選択した後で、マッピング部５２は、望みの色を生成するために必要な基色の比率を決定する。このように、インクジェット・カートリッジ３２を使用して、ディジタル的で正確な計量供給が達成され、以前の他のエアブラシ技術よりも優れた色再現が実現される。
【００３０】
前述のように、エアブラシ・システム２０の別の用途または非芸術的な用途は、混合するために複数の流体を正確に計量供給したり、１つの流体を計量供給したりすることである。示した実施形態において、単に便宜上、インクジェット・インクが使用されており、エアブラシ・システム３０、３０’を使用して他の流体を混合し放出することもできることは明らかである。たとえば、エアブラシ３０、３０’を使用して、混合したときに硬化するまで時間と共に性質が変化する混合物を形成する流体と試薬を有する様々なエポキシ型化合物を適切に分配することができる。そのようなシステムでは、流体と試薬を混ぜるとすぐに硬化が始まり、純粋流体４０を混合カップ４５に放出した後に素早く流体小滴２５を加える必要性が高い。いくつかの接着または結合の実施態様では、噴霧器４２、９０内を移動中に混合物が硬化するのを遅らせるために、紫外線硬化ステップなどの第３の操作を含めることが望ましい場合がある。
【００３１】
当然ながら、さらに他の修正として、たとえば、混合カップ４５を従来のエアブラシ塗装リザーバ内に入れることによって、インクジェット・エアブラシ１００を、エアブラシ色混合器になるように修正することができる。そのような実施形態は、指の爪に研磨剤を塗装または塗布するときなど、ほんの少しの量の着色剤を必要とする場合に特に有効なことがある。代替として、より小さくて軽いアプリケータによって操作性を大幅に高めるため、混合カップ３０から取り外し可能な小さいインク・リザーバを備えるようにエアブラシ４２を設計することができる。さらに他の代替として、使用中に、混合カップ４５が、噴霧器４２に取り付けられたままでも、カートリッジ３２が、混合カップ４５から取り外し可能であってもよい。
【００３２】
さらに、インクジェット・エアブラシ・システム２０によって実現される正確な色混合の用途によって、たとえば２人の人が、２つの異なるインクジェット・エアブラシを使用して１つのプロジェクトで作業しているときに、２つの別個のインクジェット・エアブラシが同じ色出力を正確に提供することが可能になる。さらに、混合カップ４５内の小さい混合面を使用することによって、インクが重力で混合カップ４５の円錐壁に落ちたときに、異なるインクを素早く合わせ、無抵抗の混合を促進することができる。さらに、混合カップ４５において、液体の表面張力により、インクは、一緒に、混合カップの下部にある出口の方に引っ張られる。実際には、噴霧器４２によって提供される吸引力と組み合わさった混合カップ４５内の流体の液体表面張力が、実際に重力よりも大きくなることがあり、ユーザは、こぼれなしに頭上の対象物を塗装することができる。この方式では、無駄になるインクは最少であり、対象物２６に付けるために必要なインクだけが混合され使用され、それにより消費者に、耐久性の長いカートリッジ３２が提供される。さらに、インクジェット・エアブラシ３０、３０’が、ニードル弁、機械式レバー、モータなどの機械的装置を使用してインクの流量を計量供給または制御しないため、インクジェット・エアブラシ３０、３０’は、以前のエアブラシ・システムに比べかなり複雑ではない。さらに、前述のように、混合カップ４５のテクスチャ面と滑らかな面は両方とも、性能に明らかな差がないことが試験で分かったため、テクスチャ面よりも洗浄しやすいので、滑らかな面が好ましい。最終的に、プリントヘッド３５から分配される流体で実際に濡れるインクジェット・エアブラシ３０、９０の構成要素が少なくなるため、必要な洗浄の量が、最小限に抑えられる。
【００３３】
したがって、流体塗布システムに様々な異なる修正を行うことができ、その用途は、インクジェット・インクの混合または塗装以外でかつ併記の特許請求の範囲の意図の範囲内にある応用例でもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】いくつかの異なるオペレータ入力システムと一緒に内部噴霧器を使用するインクジェット・エアブラシ・システムの１つの形態の部分概略図である。
【図２】図１の線２−２に沿って切断したオペレータ入力機構の１つの形態の上面図である。
【図３】図１のシステムに使用することができる外部噴霧器を有する代替インクジェット・エアブラシ・システムの拡大部分的破断正面図である。
【符号の説明】
２５ 流体
２６ 対象物
３０、３０’ エアブラシ機構
３４ 流体リザーバ
３５ プリントヘッド
３８ 発射信号
４０ 流体
４２、９０ 噴霧器
４５ 構造
４６ 混合室
９８ 本体
１０２ コントローラ

Claims (12)

1. 発射信号に応じて選択的に流体を放出するプリントヘッドと、
   前記プリントヘッドから放出された流体を受け取りかつ混合すべく、前記プリントヘッドから放出された流体が衝突する漏斗状の混合面を有している混合室と、
   前記混合室からの前記混合した流体を霧状にし、前記霧状の流体を放出する噴霧器と
   を具備するエアブラシ機構。
2. 前記プリントヘッドと前記混合室を収容している本体をさらに具備する請求項１に記載のエアブラシ機構。
3. 前記噴霧器が、前記混合した流体を放出する前記混合室の出口に、ノズルから噴射した圧縮空気が通るようにした外部噴霧器である請求項１に記載のエアブラシ機構。
4. 前記噴霧器が、前記混合室からの前記混合した流体と、供給された圧縮空気とをノズルから噴射するようにした内部噴霧器である請求項１に記載のエアブラシ機構。
5. 前記プリントヘッドが、サーマル・インクジェットプリントヘッドである請求項１に記載のエアブラシ機構。
6. 前記プリントヘッドが、ピエゾ電気インクジェットプリントヘッドである請求項１に記載のエアブラシ機構。
7. コントローラが、前記発射信号を生成するようになっている請求項１に記載のエアブラシ機構。
8. 発射信号を生成する段階と、
   前記発射信号に応じて流体放出ヘッドから流体を放出する段階と、
   前記流体放出ヘッドから放出された流体を混合室内の漏斗状の混合面に衝突させて混合する段階と、
   前記混合した流体を霧状にする段階と、
   前記霧状にした流体を対象物上に推進させる段階と
   を含んでいる対象物上に流体を塗布する方法。
9. 本体内にプリントヘッドおよび混合室を収容する段階をさらに含む請求項８に記載の方法。
10. 本体内に混合室および噴霧器を収容する段階をさらに含む請求項８に記載の方法。
11. 本体内にプリントヘッド、混合室および噴霧器を収容する段階をさらに含む請求項８に記載の方法。
12. 生成する段階が、オペレータ入力装置に応じて、前記発射信号を生成する段階をさらに含む請求項８に記載の方法。

Images