JP4117129B2 - 増幅された非対称加熱小滴偏向量を有するインクジェット装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタル制御される印刷装置に関し、より詳しくは、液体インクストリームが小滴にわかれ、その一部が選択的に曲げられる、継続インクジェットプリンタに関する。
【０００２】
【従来の技術及びその課題】
従来、デジタル制御されるカラー印刷能力は、２つの技術のうちの１つによって達成される。各技術において、インクは、印刷ヘッドに形成されたチャネルを通じて供給される。各チャネルは、ノズルを含み、当該ノズルからインクの小滴が選択的に押し出され、媒体上に堆積される。カラー印刷が望まれる場合、各技術は典型的に、印刷の際に使われる各インクカラーに対して、独立したインク供給源と、別個のインク配送システムと、を必要とする。
【０００３】
第１の技術は一般的に「ドロップオンデマンド」インクジェット印刷と呼ばれ、この技術では、与圧アクチュエータ（熱や圧電式など）の使用により記録表面と接触するインク小滴を提供する。アクチュエータを選択的に始動することにより、飛ぶインク小滴の形成及び噴射が行われ、このインク小滴は、印刷ヘッドと印刷媒体との間の空間を横切り、印刷媒体に当たる。これは、望ましい画像を作り出すために必要とされることであるが、印刷画像の形成は、個々のインク小滴の形成を制御することにより達成される。典型的には、各チャネル内の僅かに負の圧力が、インクが不本意にノズルから逃げることを防ぎ、また、ノズルにおいて僅かにくぼんだメニスカスを形成し、よって、ノズルを清潔に保つことを助ける。
【０００４】
従来の「ドロップオンデマンド」インクジェットプリンタは、与圧アクチュエータを用いて、印刷ヘッドのオリフィスにおいてインクジェット小滴を生成する。典型的には、熱アクチュエータと圧電アクチュエータの２種類のアクチュエータのうちの１つが使われる。熱アクチュエータの場合、都合のいい場所に配置された加熱器が、インクを加熱し、これにより、ある量のインクが気体流の泡に相転移し、この泡が、インク小滴の放出に十分な程度まで内部インク圧力を上昇させる。圧電アクチュエータの場合、圧電性質を有する物質に電界が印加され、これにより、機械的な応力が物質内に作り出され、インク小滴が放出される。最も一般的に生成される圧電物質は、ジルコン酸チタン酸鉛（ｌｅａｄ ｚｉｒｃｏｎａｔｅ ｔｉｔａｎａｔｅ）、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、及びメタニオブ酸鉛（ｌｅａｄ ｍｅｔａｎｉｏｂａｔｅ）などのセラミックスである。
【０００５】
ダッフィールド等に１９９０年４月３日に対し発行された米国特許第４,９１４，５２２号は、空気の圧力を用いて望まれるカラー密度を印刷画像内に生成する、ドロップオンデマンド式インクジェットプリンタを開示する。貯蔵器内のインクは、コンジットを通過し、インクジェットノズルの終端部でメニスカスを形成する。インクノズルの終端部において、空気ストリームがメニスカスを横切って流れるように配置された空気ノズルが、ノズルからインクを引き出し、細かい霧へと霧化する。空気ストリームは、コンジットを通じて、制御バルブへと一定の圧力で印加される。バルブは、圧電アクチュエータの行動によって開閉される。電圧がバルブに印加された時には、空気が空気ノズルを通じて流れることを可能にするために、バルブが開かれる。電圧が取除かれると、バルブが閉まり、空気は空気ノズルを通じて流れない。このため、画像上のインクドットの大きさは、一定に保たれ、同時に、インクドットの所望カラー密度は、空気ストリームのパルス幅に基づき変更される。
【０００６】
第２の技術は、一般的に「連続ストリーム」又は「継続」式インクジェット印刷と呼ばれ、与圧インク源を使い、連続的なインク小滴のストリームを生成する。従来の継続式インクジェットプリンタは、作業流体のフィラメントが個々のインク小滴に分離する点の近辺に配置された静電的な帯電装置を用いる。インク小滴は帯電され、そして、大きな電位差を有する偏向電極によって、適切な位置へと向けられる。印刷が望まれない場合、インク小滴は、インク捕獲機構（キャッチャ、遮断器、排水溝など）へと曲げられ、再利用される又は処理される。印刷が望まれる場合、インク小滴は曲げられず、印刷媒体に当たることが可能となる。この代わりに、偏向されたインク小滴が印刷媒体に当たることを可能にし、偏向されてないインク小滴がインク捕獲機構内に収集されてもよい。
【０００７】
１９７５年４月１５日にイートンに発行された米国特許第３，８７８，５１９号は、帯電トンネル及び偏向プレートによる静電偏向を使って液体ストリーム内での小滴形成を同期する方法及び装置を開示する。
【０００８】
１９８２年８月２４日にヘルツに発行された米国特許第４，３４６，３８７号は、電位傾斜を有する電界内に配置された小滴形成点での与圧液体ストリームの分離によって形成される小滴上の電荷を制御する方法及び装置を開示する。小滴の形成は、小滴形成点において小滴に配置することが望まれる所定の電荷に対応する電界内の一点において行われる。実際に小滴を曲げるために、帯電トンネルに加え、偏向プレートが使われる。
【０００９】
１９８７年１月２０日にドレーク等に発行された米国特許第４，６３８，３８２号は、一定の熱パルスを用いて、複数のノズルから入れられたインクストリームを揺り動かし、ノズルから固定距離の位置でインクストリームを小滴へと分離させる継続式インクジェット印刷ヘッドを開示する。この時点で、小滴は、個々に帯電電極によって帯電され、そして、小滴パスに配置された偏向プレートを使い曲げられる。
【００１０】
従来の継続式インクジェットプリンタは、静電帯電装置及び偏向プレートを用いるため、多くの部品を必要とし、その中で動作するために、大きな空間的な体積を必要とする。この結果、継続式インクジェット印刷ヘッド及びプリンタは、複雑で、高いエネルギ必要要件を有し、製造が難しく、制御が難しい。
【００１１】
１９７３年１月９日にロバートソンに発行された米国特許第３，７０９，４３２号は、トランスデューサを使うことにより、作業流体のフィラメントを刺激し、均一に間隔をあけられたインク小滴へと、作業流体を分離させる方法及び装置を開示する。インク小滴に分離する前のフィラメントの長さは、トランスデューサに供給される刺激エネルギを制御することにより、調節される。高振幅の刺激は、短いフィラメントを生じ、低振幅の刺激は、長いフィラメントを生じる。空気の流れが、長いフィラメントの終端部と短いフィラメントの終端部との中間の点において、流体のパスを横切って生成される。空気の流れは、インク小滴自体の軌跡よりもインクに分離する前のフィラメントの軌跡に大きな影響を与える。フィラメントの長さを制御することにより、インク小滴の軌跡を制御でき、又は１つのパスから他のパスへと切り替えることができる。このため、インク小滴のいくらかをキャッチャに向け、同時に他のインク小滴を受け部材に塗布できる。
【００１２】
この方法は、小滴の軌跡に作用するのに静電手段に頼らないが、フィラメントの分離点及びこれらの分離点の中間での空気の流れの配置の精密な制御に頼る。このようなシステムは、制御が困難であり、また、製造も困難である。更に、２つの小滴パス間の物理的な距離又は区別の量が小さく、これにより、制御及び製造の困難性が更に追加される。
【００１３】
１９８０年２月２６日にテイラーに発行された米国特許第４，１９０，８４４号は、印刷されないインク小滴をキャッチャに曲げるための第１空気式デフレクタと、印刷インク小滴を振動（往復）させる第２空気式デフレクタとを有する継続式インクジェットプリンタを開示する。印刷ヘッドは、個々のインク小滴に分離する作業流体のフィラメントを供給する。インク小滴は次に、第１空気式デフレクタ、第２空気式デフレクタ、又はその両方によって選択的に曲げられる。第１空気式デフレクタは、「オン／オフ」又は「開／閉」のタイプであり、中央制御ユニットから受信した２つの別個の電気信号の１つに基づいて、ノズルを開ける又は閉める振動板（ダイヤフラム）を有する。これにより、インク小滴が印刷されるものか印刷されないものなのかを決定する。第２空気式デフレクタは、連続的なタイプであり、中央制御ユニットから受信した変化する電気信号に基づいて、ノズルの開いている量を変化させるダイヤフラムを有する。これは、印刷されるインク小滴を振動させ、これにより、一度に１文字づつ印刷される。第１空気式デフレクタのみが使われた場合、文字は、一度に１行づつ作り出され、印刷ヘッドが繰り返し横切ることにより、集積される（重ねられる）（ｂｅｉｎｇ ｂｕｉｌｌｔ ｕｐ）。
【００１４】
この方法は、小滴の軌跡に影響を与えるために静電手段に頼らないが、印刷されるインク小滴及び印刷されないインク小滴を作り出すための第１（「開閉」）空気式デフレクタの精密な制御及びタイミングに頼る。このようなシステムは、製造が困難であり、また、正確に制御することが困難であり、この結果、少なくとも上述のインク小滴の重なり（ｔｈｅ ｉｎｋ ｄｒｏｐ ｂｕｉｌｄ ｕｐ）集積が生じる。更に、２つの小滴パス間の物理的な距離又は区別の量が、精密なタイミング必要要件のため、不安定となり、印刷されるインク小滴及び印刷されないインク小滴の制御の困難性を増加させ、インク小滴軌跡制御の質が悪くなる。
【００１５】
これに加え、２つの空気式デフレクタを用いることにより、印刷ヘッドの構成処理が複雑となり、より多くの部品が必要となる。追加の部品及び複雑化した構成は、印刷ヘッドと媒体との間に大きな空間的体積を必要とし、インク小滴の軌跡距離を増大させる。小滴の軌跡距離が増大すると、小滴配置精度が減少し、印刷画質に影響を及ぼす。ここでも、小滴が印刷媒体に達するまでに移動する必要がある距離を最小限にし、高品質の画像を保証する必要がある。空気の流れをオン状態及びオフ状態にする必要のある空気式動作は、機械始動を実行するために過度の量の時間が必要とされ、そして、空気の流れにおける過渡現象が安定することに関連する時間が必要とされるため、遅い。
【００１６】
２０００年１月２７日にチュワレック等に発行された米国特許第６，０７９，８２１号は、作業流体のフィラメントから個々のインク小滴を作り出し、これらのインク小滴を曲げるための、非対称加熱器の作動を利用する継続式インクジェットプリンタを開示する。印刷ヘッドは、与圧インク源と、印刷されるインク小滴及び印刷されないインク小滴を形成するよう動作可能な非対称加熱器と、を含む。印刷されるインク小滴は、印刷インク小滴パスに沿って流れ、最終的には印刷媒体に当たる。一方、印刷されないインク小滴は、非印刷インク小滴パスに沿って流れ、最終的にはキャッチャ表面に当たる。印刷されないインク小滴は、キャッチャ内に形成されたインク除去チャネルを通じて再利用又は処理される。
【００１７】
チュワレック等に記載されたインクジェットプリンタは、その意図される目的のためには非常にうまく動くが、印刷されるインク小滴と印刷されないインク小滴との間の物理的な間隙量は制限されており、このため、このようなシステムの丈夫さが制限される場合がある。単純に非対称加熱器の量を増やしてこの間隙を増やすと、高い温度を生じ、これにより信頼性が低減される場合がある。
【００１８】
印刷されるインク小滴と印刷されないインク小滴との間の物理的な間隙量を増加し、エネルギ及び電力必要要件が低減され、広範囲にわたる種類のインクを使い広範囲にわたる種類の物質上に高品質な画像を描写（レンダリング）できる、インクジェット印刷ヘッド及びプリンタを提供する必要があることは明らかである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つ目的は、印刷インク小滴パスに沿って移動するインク小滴と、非印刷インク小滴パスに沿って移動するインク小滴との間の物理的な間隙の量を増加させることである。
【００２０】
本発明のもう１つの目的は、印刷インク小滴パスに沿って移動するインク小滴と、非印刷インク小滴パスに沿って移動するインク小滴との間の発散角或いは逸脱角を増加させることである。
【００２１】
本発明のもう１つの目的は、インクジェット印刷ヘッド及びプリンタのエネルギ及び電力必要要件（ｐｏｗｅｒ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ）を低減することである。
【００２２】
本発明のもう１つの目的は、インク小滴の形成及びインク小滴の偏向が高速で行われ、性能が改善された継続式インクジェット印刷ヘッド及びプリンタを提供することである。
【００２３】
本発明のもう１つの目的は、シリコン処理技術の利点を用いて印刷ヘッドに一体化できるインク小滴偏向量が増加された継続式インクジェット印刷ヘッド及びプリンタを提供することであり、低コストな大量製造方法を提供することである。
【００２４】
本発明及びその目的及び利点は、以下に記載する好適な実施形態の詳細な説明から、より明らかになるであろう。
【００２５】
以下に示される本発明の好適な実施の形態の詳細な説明では、添付する図面を参照する。
【００２６】
【発明の実施の形態】
ここの説明は、特に、本発明に係る装置の一部を形成する又はより直接的に本発明による装置と協働する構成要素に向けられる。特に示されない又は説明されない構成要素は、当業者には広く知られている様々な形式を取ることがあることを理解されたい。
【００２７】
図１において、継続式インクジェットプリンタシステムは、ラスタ画像データ、ページ記述言語形式での概要画像データ、又は他の形式のデジタル画像データを提供するスキャナ又はコンピュータなどの画像源１０を含む。画像データは、画像処理ユニット１２によってハーフトーンビットマップ画像データに変換される。この画像処理ユニット１２はまた、画像データをメモリに保存する。複数の加熱器制御回路１４が、画像メモリからデータを読取り、時間で変動する電気パルスを、印刷ヘッド１６の一部である一連のノズル加熱器５０に印加する。これらのパルスは、適切な時に適切なノズルに印加され、これにより、連続的なインクジェットストリームから形成された小滴が、画像メモリ内のデータによって指定された、記録媒体１８上の適切な位置にスポットを形成する。
【００２８】
記録媒体１８は、記録媒体移動システム２０によって、印刷ヘッド１６と相対的に移動される。この記録媒体移動システム２０は、記録媒体移動制御システム２２によって電気的に制御され、更にこの記録媒体移動制御システム２２は、マイクロコントローラ２４によって制御される。図１に示す記録媒体移動システムは、略図でのみ示してあり、多くの他の機械的な形態が可能である。例えば、転送ローラを記録媒体移動システム２０として使い、インク小滴の記録媒体１８への移送（ｔｒａｎｓｆｅｒ）を容易にしてもよい。このような転送ローラ技術は、当業者には広く知られている。ページ幅印刷ヘッド（page width printhead）の場合、記録媒体１８を、静止印刷ヘッドを通過して移動させることが最も便利である。しかしながら、走査印刷システムの場合、通常は、印刷ヘッドを１つの軸（副走査方向）に沿って移動させ、記録媒体を垂直軸（主走査方向）に沿って相対的なラスタの動きで移動させることが最も便利である。
【００２９】
インクは、圧力下にあるインク貯蔵器２８内に含まれている。印刷されない状態では、連続的なインクジェット小滴ストリームは、ストリームを妨げるインク排水溝１７のため、記録媒体１８には届かない。このインク排水溝１７は、インクの一部がインク再利用ユニット１９によって再利用されることを可能にする。インク再利用ユニットは、インクを再調整し、貯蔵器２８に戻る。このようなインク再利用ユニットは、当業者には広く知られている。最適な動作に適したインク圧力は、ノズルの形状及び熱特性並びにインクの熱特性などのいくつかの要因に依存する。一定のインク圧力は、インク圧力調整器２６の制御の下で、インク貯蔵器２８に圧力を加えることにより達成できる。
【００３０】
インクは、インクチャネル装置３０によって、印刷ヘッド１６の背面に分配される。インクは好適には、印刷ヘッド１６のシリコン基板を通じてエッチングされたスロット及び／又は穴を通って印刷ヘッド１６の前面に流れる。この印刷ヘッド１６の前面には、複数のノズル及び加熱器が配置されている。シリコンから製作された印刷ヘッド１６の場合、加熱器制御回路１４と印刷ヘッドとを一体化することが可能である。下により詳しく説明するインク小滴偏向量増幅システム３２が、印刷ヘッド１６近辺に配置される。
【００３１】
図２は、本発明の好適な実施の形態による、図１の継続式インクジェット印刷ヘッド１６を形成するノズル先端アレイの１つのノズル先端の断面図である。インク射出チャネル４０が、複数のノズル孔４２と共に基板４４内に刻まれ（ａｒｅ ｅｔｃｈｅｄ）、この基板４４はこの例ではシリコンである。射出チャネル４０及びノズル孔４２は、ノズル孔を形成するためのシリコンのプラズマエッチングによって形成されてもよい。射出チャネル４０内のインク４６は、気圧よりも高い圧力まで与圧され、ストリームフィラメント４８を形成する。ノズル孔４２からある距離の位置で、ストリームフィラメント４８は、加熱器５０によって供給される熱によって、複数のサイズの小滴５２及び５４に分離する。各インク小滴（５２及び５４）の体積は、加熱器５０の作動周波数によって決定される。加えられた熱の大きさが十分に低い場合、小滴はパスＡを通る。加熱器５０は、３０オーム／平方のレベルにまでドープ（ｄｏｐｅｄ）されたポリシリコンから作られてもよいが、異なる抵抗性加熱物質（ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ ｈｅａｔｅｒｍａｔｅｒｉａｌ）を使うこともできる。加熱器５０は、熱及び電気絶縁層５６によって基板４４から分離され、基板への熱損失を最低限に留める。ノズル孔は、エッチングされてもよく、これにより、ノズル出口オリフィスを絶縁層５６によって定義することを可能にする。
【００３２】
インクと接触する層は、保護目的で、薄い膜層５８によって不動態化されてもよい。印刷ヘッド表面は、追加の層によって被覆されていてもよく、これにより、不本意にインクが印刷ヘッドの前面に広がることを防止する。このような層は、疎水性の性質を有していてもよい。既知のシリコンに基づく処理技術を使う処理の概要を示すが、ここでは、印刷ヘッド１６が、従来から当業者に知られているいずれの製作技術を使ったいずれの物質から形成してもいいことが特に企図され、したがって、本開示の範囲に含まれる。
【００３３】
図３を参照し、加熱器５０は２つの部分を備え、各々の部分が、ノズル周辺部のおおよそ半分を覆う。加熱器制御回路１４と加熱器環６４とを接続する電力接続部５８ａ及び５８ｂと、接地接続部６０ａ及び６０ｂとが図示されている。加熱器部分の一方に電流を供給し、他方には電流を供給しないことによって、非対称的に熱を加えることで、ストリームフィラメント４８が、パスＡからパスＢに曲げられてもよい。この技術は、２０００年１月２７日にチュワレック等に発行された米国特許第６，０７９，８２１号に記載されている。複数のこのようなノズルが、同一のシリコン基板上に形成されてもよく、これにより、印刷ヘッドアレイを形成し、このような印刷ヘッドの全体的な生産性を高める。
【００３４】
図２を再度参照し、インク小滴偏向量増幅システム３２は、力発生機構６８と、射出チャネル７２を定義するハウジング７０とを有する気体源６６を備える。射出チャネル７２は、力７４を供給する。力７４は、射出チャネル７２と実質的に類似した面積（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）を有する。例えば、長方形の形状をした射出チャネル７２は、実質的に長方形の形状の力７４を射出する（ｄｅｌｉｖｅｒｓ）。力７４は好適には層流であり、元のパス（一般的に符号７６で図示される）に沿って移動する。力７４は最終的に結合力を失い、元のパスから逸脱し、それる（ｄｉｖｅｒｇｅｓ）。この文脈において、用語「結合力」は、力７４が元のパスから広がる又は逸脱し始めた時の力７４を説明するために使われる。力７４は、インク小滴５２及び５４がパスＡ及びパスＢに沿って移動する際に、インク小滴５２及び５４と相互作用する。典型的には、相互作用は、力７４がその結合力を失う前に生じる。
【００３５】
図４を参照し、例えば上述のように動作する加熱器５０などの第一次選択装置７８を使い、印刷ヘッド１６は、複数の逸脱インク小滴パスに沿って移動するインク小滴のストリーム８０を提供するよう動作可能である。選択されたインク小滴８２は、選択された又は第１インク小滴パス８４に沿って移動し、一方、選択されていないインク小滴８６は、非選択又は第２インク小滴パス８８に沿って移動する。射出チャネル７２の終端部９０は、パス８４及びパス８８近辺に配置される。選択されたインク小滴８２及び選択されていないインク小滴８６は、力７４と相互作用する。この結果、選択されていないインク小滴８６と選択されたインク小滴８２とは、元の軌道を変更し、それぞれ、結果として生じる、非選択インク小滴パス９２及び選択インク小滴パス９４に沿って移動する。選択されていないインク小滴８６は、この結果生じる非選択インク小滴パス９２に沿って、キャッチャ１７の表面９６に当たるまで移動する。選択されていないインク小滴８６は次に、キャッチャ１７から取除かれ、インク再利用ユニット１９に運ばれる。選択されたインク小滴８２は、記録媒体１８の表面９８に当たるまで、結果として生じる選択インク小滴パス９４に沿って移動を続けることが可能である。
【００３６】
好適な実施の形態では、選択されたインク小滴８２が、記録媒体１８に当たることが可能なように示され、一方、選択されていないインク小滴８６が、最終的にキャッチャ１７に当たるように示される。しかしながら、選択されたインク小滴８２が最終的にキャッチャ１７に当たることができ、一方、選択されていないインク小滴８６が、記録媒体１８に当たることが可能な場合も、特に企図され、したがって、本開示の範囲に含まれる。これに加え、選択されたインク小滴８２は、体積が大きい小滴５２か、体積が小さい小滴５４（下に説明する）の一方であってもよく、選択されていないインク小滴８６が、体積が大きい小滴５２又は体積が小さい小滴５４（下に説明する）の他方であってもよい。
【００３７】
図４を再度参照し、選択されたインク小滴８２と排水溝１７との間の空間距離１００は、選択されたインク小滴８２が力７４と相互作用した後では、増加される（空間距離１０２に比べて）。これに加え、選択インクパス９４と非選択インク小滴パス８８との間の、結果としてのインク小滴発散角（角度Ｄとして図示される）もまた、増加される（パス８４とパス８８との角度Ａに比べて）。これにより、選択されたインク小滴８２が、不用意にキャッチャ１７に当たる可能性が低減され、この結果、キャッチャ１７上のインクの集積が低減される。インク集積が低減されるので、印刷ヘッドメンテナンス及びインク洗浄が低減される。結果としての増加されたインク小滴発散角Ｄは、選択されたインク小滴８２が記録媒体１８に当たる前に移動する必要のある距離を低減させることができる。これは、選択されたインク小滴８２が記録媒体１８に当たる前に偏向し、印刷ヘッド１６に触れずに通過するように十分な空間を提供するのに大きな空間距離が必要とされなくなるからである。このため、インク小滴配置精度が改善される。
【００３８】
インク小滴偏向量増幅システム３２は、帯電トンネルまた偏向プレートを必要としないため、単純な構成を有する。このため、インク小滴偏向量増幅器３２は、これらの部品を収容するための大きな空間距離を必要としない。これはまた、選択されたインク小滴８２が記録媒体１８と当たることが可能になる前に移動すべき距離を低減することを助け、この結果、小滴配置精度が改善される。
【００３９】
インク小滴偏向量増幅システム３２は、いずれの種類であってもよく、適切なプレナム、コンジット、ブロワ、ファン、などをいくつ含んでいてもよい。これに加え、インク小滴偏向システム３２は、正の圧力源、負の圧力源、又はその両方を含んでいてもよく、圧力傾斜又は気体の流れを作り出すための、なんらかの構成要素を含んでいてもよい。また、ハウジング７０は、適切な形状のいずれであってもよい。
【００４０】
好適な実施の形態では、力７４は、気体源６６から起こる気体流であってもよい。気体源６６は、空気、窒素、などであってもよい。力発生機構６８は、気体圧力発生器、空気を動かすための何らかのサービス、ファン、タービン、ブロワ、静電空気移動装置、などを含む、適切な機構のいずれであってもよい。気体源６６及び力発生機構６８は、いずれの適切な方向へも気体流を作ることができ、正の圧力又は負の圧力を生成できる。しかしながら、力７４が、他の種類の力を含むことも想定している。この中には、例えば、帯電されたインク小滴が、反対に帯電されたプレートに引かれる又は同様に帯電されたプレートに反発されるなどの力が含まれる。
【００４１】
図２を再度参照し、動作例を説明する。印刷の際には、加熱器５０が選択的に作動され、複数の体積を有する複数のインク小滴からなる（ｈａｖｉｎｇ）インクのストリームを作り出し、小滴偏向量増幅システムが動作可能である。形成後、体積が大きな小滴５２はまた、体積が小さな小滴５４よりも、大きな質量及び運動量を有する。力７４がインク小滴ストリームと相互に作用するにつれて、個々のインク小滴は、各小滴の体積及び質量に基づいて別々の方向に進む（ｓｅｐａｒａｔｅ）。体積が小さな小滴は、力７４と相互作用した後、図２のパスＣをたどり、よって、印刷されるインク小滴（パスＣ）及び印刷されないインク小滴（パスＡ）と排水溝１７との間の物理的な間隙の総量を増加させる。非対称加熱偏向パスＢは、ストリームフィラメント４８の動きを伴うが、気体力７４は小滴５４自体のみと相互作用することに留意されたい。これに加え、小滴デフレクタ３２によって提供される気体力はまた、体積が大きな小滴５２にも作用する。したがって、小滴デフレクタ３２内の気体流率（ｔｈｅ ｇａｓ ｆｌｏｗ ｒａｔｅ）及び加熱器５０に供給されるエネルギは、大きな小滴のパスＡから小さな小滴のパスＣを十分に区別できるよう調整でき、これにより、体積が小さな小滴５４は印刷媒体１８に当たり、一方、体積が大きな小滴５２は下に向かって移動するにしたがって曲げられ、インク排水溝１７に当たることを可能にすることもできる。パスＣの小滴とパスＢの小滴との間の間隙が増加することにより、小滴パスと、排水溝１７の縁との間の距離又はマージンは、Ｓ₁からＳ₂に増加される。
【００４２】
この増加したマージンは、小滴の軌跡の変量（ｖａｒｉａｔｉｏｎ）に対して、より大きな許容度を提供するため、より丈夫な動作（ｒｏｂｕｓｔ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）を可能にする。小滴の軌跡の変量は、例えば、ノズル間の製作非均一性により、又はノズル孔内又はノズル孔周辺で形成することもある埃、破片、堆積物、などによって、生じる場合がある。これに加え、距離Ｓ₂が大きくなるほど、インク排水溝１７を印刷ヘッド１６に近づけて配置することができ、したがって、印刷ヘッド１６は、記録媒体１８により近づけて配置できる。この結果、小滴配置エラーが低減され、画質が高められる。また、特定のインク排水溝−印刷ヘッド間距離の場合、大きな距離Ｓ₂によって、偏向された小滴とインク排水溝との間の空間がより大きくなり、これにより、インク排水溝から印刷ヘッドへの配置（アラインメント）許容度がより大きくなる。これに加え、この小滴デフレクタ３２によって与えられた増加した間隙は、加熱器５０に供給されるエネルギ量の低減を可能にし、この結果、温度が低くなり、信頼性が高くなる。代替印刷計画では、小さな小滴５４がブロックされ、大きな小滴５２が記録媒体１８に届くようにインク排水溝１７が配置されてもよい。
【００４３】
体積が大きな小滴５２と体積が小さな小滴５４との間の間隙の量は、小滴同士の相対的な大きさのみに依存するのではなく、小滴デフレクタ３２から来る気体の速度、密度、及び粘性に依存し、また体積が大きな小滴５２及び体積が小さな小滴５４の速度及び密度に依存し、さらに力７４を伴って小滴デフレクタ３２から流れる気体と体積が大きな小滴５２及び体積が小さな小滴５４とが相互作用する相互作用距離（図２ではＬで示される）にも依存する。空気や窒素などを含む、異なる密度及び粘性を有する気体を使い、同様の結果を導くこともできる。
【００４４】
体積が大きな小滴５２及び体積が小さな小滴５４は、適切ないずれの相対的なサイズであってもよい。しかしながら、小滴のサイズは、ノズル４２を通るインクの流率（インク流率）（ｉｎｋ ｆｌｏｗ ｒａｔｅ）及び加熱器５０が循環（ｃｙｃｌｅｄ）される周波数によって主に決定される。この流率は、主としてノズル直径及び長さや、インクに加えられる圧力などのノズル４２の形状的な特性によって決定されるとともに、インクの粘性、密度及び表面張力などのインクの流体的な特性によって主に決定される。このため、典型的なインク小滴のサイズさは、１から１００００ピコリットルの範囲であるが、これに限定されるものではない。
【００４５】
広い範囲の小滴サイズが可能であるが、直径が１０マイクロメートルのノズルにおける典型的なインク流率としては、体積の大きな小滴５２は、約５０ｋＨｚの周波数で加熱器を循環させることにより形成され、体積が約２０ピコリットルの小滴が生成される。体積が小さな小滴５４は、約２００ｋＨｚの周波数で加熱器を循環させることにより形成され、体積が約５ピコリットルの小滴が生成される。これらの小滴は、典型的には、１０ｍ／ｓの初期速度で移動する。上述の小滴速度及びサイズにおいても、使われる気体の物理的な性質、気体の速度、及び相互作用距離Ｌによって、体積が大きい小滴と体積が小さい小滴との間における広範囲の間隙形成が可能である。例えば、空気を該気体として使う場合、典型的な空気の速度は、ここに示すものに制限されないが、１００から１０００ｃｍ／ｓの範囲であり、相互作用距離Ｌは、ここに示すものに制限されないが、０．１から１０ｍｍの範囲である。これに加え、ノズル形状及び流体性質の両方が、米国特許第６，０７９，８２１号に記載されているように、非対称加熱偏向（パスＢ）に影響を及ぼす。与えられたノズル形状、インク、及び気体性質に対して、最適な状態を達成するために、少規模の実験が必要とされる場合があることを理解されたい。
【００４６】
図５を参照し、印刷しない状態又は待機状態のための電気作動波形（ｔｈｅ ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ ｗａｖｅｆｏｒｍ）を一般的に曲線（ｉ）として示す。この電気作動波形は、加熱器制御回路１４から加熱器５０に供給される。この加熱器の作動と組合せてインクをノズル４２から噴射することで生じる個々のインク小滴５２を（ｉｉ）として概要を示す。個々の小滴５２を形成するためには十分であるが、非対称加熱偏向によるパスＡからの小滴の実質的な逸脱を生じるためには不十分なエネルギが加熱器５０に供給される。加熱器５０に配送されるエネルギ量は、印加される電圧及びＴ_nによって示されるパルス時間によって制御できる。時間遅延Ｔ_iで示す過熱器５０の低周波数作動により、体積が大きな小滴５２が生じる。この大きな小滴体積はいつでも、加熱器５０を電気パルス時間Ｔ_nだけ作動することにより作り出され、このパルス時間Ｔ_nは、典型的には０，１から１０マイクロ秒の期間、より好適には０．１から１．０マイクロ秒の期間である。遅延時間Ｔ_iは、１０から１００００マイクロ秒の範囲であってもよいが、これに制限されるものではない。
【００４７】
図６を参照し、印刷状態のための電気作動波形の例を曲線（ｉｉｉ）として一般的に示す。この電気作動波形は、加熱器制御回路１４から加熱器５０に供給される。この加熱器の作動と組み合わせてインクをノズル４２から噴射することにより生じる個々のインク小滴５２及び５４を（ｉｖ）として概要を示す。図５及び図６は、同じスケールでないことに留意されたい。印刷状態では、十分なエネルギが加熱器５０に供給され、これにより、個々の小滴５４が形成されて非対称加熱偏向によってパスＢに沿って曲げられる。非印刷状態と同様に、加熱器５０に配送されるエネルギ量は、印加される電圧及びパルス時間によって制御できる。印刷状態ではより多くのエネルギが必要とされ、これにより、印刷状態のパルス時間が長くなるか、印加電圧が高くなるか、又はその両方が必要となる。印刷状態中の高周波数の加熱器５０の作動は、図２、図４、及び図６に示すように、体積が小さな小滴５４を生じる。
【００４８】
好適な実施の形態では、画像画素毎での複数の小滴の印刷を可能にし、画像画素の印刷に関連する時間Ｔ_p（図６を参照）が、小さな印刷小滴を作り出すために確保された時間副期間Ｔ_d及びＴ_zと、大きな１つの非印刷小滴を作り出すための時間Ｔ_iと、を含む。図６では、図示を簡略化するために、２つの小さな印刷小滴を作り出すための時間のみが示されているが、より大きな数の印刷小滴を作るためにより多くの時間を確保することは、明らかに本発明の範囲に含まれることを理解すべきである。少なくとも１つの印刷小滴が必要な画像データに基づき、加熱器５０は、電気パルスＴ_wの間作動され、遅延時間Ｔ_dの後、電気パルスＴ_xの間作動される。画像データがもう１つの印刷小滴を作り出すことを必要とする場合、加熱器は遅延Ｔ_zの後、パルスＴ_yの間もう一度作動される。加熱器作動電気パルス時間Ｔ_w、Ｔ_x及びＴ_yは、遅延時間Ｔ_d及びＴ_zと同様に、実質的に同様であるが、等しい必要はない。遅延時間Ｔ_d及びＴ_zは、典型的には１から１００マイクロ秒であり、より好適には、３から１０マイクロ秒である。前に述べたように、パルスＴ_w、Ｔ_x及びＴ_yにおける電圧振幅又はパルス時間が、非印刷パルスＴ_nにおける電圧振幅又はパルス時間よりも大きい。Ｔ_w、Ｔ_x及びＴ_yのパルス時間は通常、１から１０マイクロ秒の範囲であるが、これに制限されるものではない。遅延時間Ｔ_iは、最大数の印刷小滴が形成された後であり、次の画像画素の開始と同時に発生する電気パルス時間Ｔ_wの開始までの、残りの時間である。遅延時間Ｔ_iは、遅延時間Ｔ_d又はＴ_zよりも相当に大きくなるよう選択され、これにより、大きな非印刷小滴５２に対する小さな印刷小滴５４の体積比は、好適には４倍又はそれ以上となる。これを図７に示す。図７には、２つの待機又は非印刷期間の後、３つの小滴を発出し、その後待機期間となる電気作動波形が（ｖ）として概略的に示されている。この電気作動波形は、加熱器制御回路１４から加熱器５０へと供給される。図５及び図６と同様に、この加熱器の作動と組み合わせてノズル４２からインクを噴射することにより生じる個々のインク小滴５２及びインク小滴５４を、（ｖｉ）として示す。図７の例では、遅延時間Ｔ_iが一定に保たれ、等しい体積の大きな非印刷小滴５２が生成される。この代わりに、画素時間Ｔ_pを一定に保ち、望まれる小さな印刷小滴５４の数に基づいて時間Ｔ_iを変更し、したがって、大きな非印刷小滴５２の体積を変更することも、本発明の範囲に含まれる。この場合、結果としての複数の大きな非印刷小滴５２の最低体積が、好適には４倍又はそれ以上に小さな印刷小滴５４の体積よりも大きいことが望まれる。
【００４９】
加熱器５０の作動は、必要とされて対応するノズル４２から噴射されるインクカラー、印刷ヘッド１６の印刷媒体１８に対する相対的な動き、及び印刷される画像に基づいて、独立して制御されてもよい。小さな小滴５４の絶対量（体積）及び大きな小滴５２の絶対量（体積）は、インク及び媒体の種類又は画像形式及び画像サイズなどの特定の印刷必要要件に基づいて調整されてもいいことも、特に企図され、したがって、本発明の範囲に含まれる。このため、以下の、体積が大きな小滴５２及び体積が小さな小滴５４の引用では、例示する目的のみの文脈であり、いずれの形でも制限するものとして解釈されるべきではない。
【００５０】
図８に、システム３２の１つの可能な実現手段を示す。この実施の形態では、力７４が、減圧源１２０などによって作り出される負の圧力から起こり、デフレクタプレナム１２５を通って伝えられる。印刷ヘッド１６には、インク貯蔵器２８（図１に示す）によって提供されるインクが供給され、印刷ヘッド１６は、上で概要を説明した方法で、小滴のストリームを生成する。典型的には、力７４はインク小滴のストリームに対して角度を付けられて配置され、インク小滴の体積に基づいて、インク小滴を選択的に曲げるよう動作可能である。小さな体積を有するインク小滴は、大きな体積を有するインク小滴よりも多く曲げられる。システム３２の終端部１０４は、パスＢの近辺に配置される。上述のように、パスＢは、非対称加熱偏向によって、小さなインク小滴５４が辿るパスである。力７４は、全体的な間隙を増加させ、これにより、小さなインク小滴５４はパスＣを辿る。インク回収コンジット１０６は、大きな小滴５２のパスを遮る一方で、小さな小滴を記録媒体１８へと継続させることが目的である排水インク構造体１７を含む。この実施の形態では、記録媒体１８は、印刷ドラム１０８によって運ばれる。インク回収コンジット１０６は、インク回収貯蔵器１１０と連絡し、その後の再使用のための、インク回帰ライン１１２による非印刷インク小滴の回収を容易にする。負の圧力源と連結された減圧コンジット１１４が、インク回収貯蔵器１１０と連通でき、これにより、インク回収コンジット１０６内に負の圧力を作り出し、インク小滴の分離及びインク小滴の除去を改善する。しかしながら、インク回収コンジット１０６内の気体流率は、小さな小滴のパスＣを実質的にかき乱さないように選択される。上述のインク回収システムは、図１に示すインク再利用ユニット１９の一部として考えてもよい。
【００５１】
本発明の実施には、ストリームのアレイは必要ではないが、印刷速度を高めるために、ストリームのアレイを含む装置が望ましい場合もある。この場合、個々のストリームの偏向及び修正は、単純に及び物理的に小さな方法で、単一のストリームに関して上で説明されたように達成されてもよく、これは、このような偏向が小さな電位の印加のみに頼り、この小さな電位の印加が、ＣＭＯＳ技術などの従来の集積回路技術によって容易に提供できるからである。
【００５２】
印刷ヘッド１６は、いずれのサイズ及び種類のものであってもよい。例えば、印刷ヘッド１６は、ページ幅印刷ヘッドや走査印刷ヘッドなどであってもよい。印刷ヘッド１６の部品は、様々な相対的な寸法を有していてもよい。加熱器５０は、蒸着法及びリソグラフィ技法などによって形成及びパターン化できる。加熱器５０は、抵抗加熱器、放射加熱器、対流加熱器、化学反応加熱器（吸熱性又は発熱性）などのいずれの形状及び種類の加熱素子を含むこともできる。本発明は、いずれの適切な方法で制御されてもよい。このため、コントローラ２４は、所定のプログラムやソフトウェアを有するマイクロプロセッサに基づく装置など、いずれの種類であってもよい。
【００５３】
印刷媒体１８は、いずれの種類及びいずれの形式であってもよい。例えば、印刷媒体は、ウェブ（ｗｅｂ）又はシートの形式でもよい。これに加え、印刷媒体１８は、紙、ビニール、布、他の大きな繊維性物質、などを含む、広い範囲の物質から成っていてもよい。印刷ヘッドを媒体に対して相対的に移動させるために、従来のラスタ走査機構などのいずれの機構を使用してもよい。
【００５４】
これに加え、本発明をインク小滴の偏向を必要とする、いずれのシステムにおいても使えることが特に企図される。これらのシステムは、偏向プレート、静電偏向、圧電アクチュエータ、熱アクチュエータなどを使う、継続的なシステムを含む。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に基づいて作られた印刷装置を例示する簡略ブロック略図である。
【図２】 本発明の好適な実施の形態を示す略断面図である。
【図３】 非対称加熱器を備える従来のノズルの平面図である。
【図４】 図４に示す実施形態の略断面図である。
【図５】 本発明に係る加熱器に印加される電子パルス列の例と、その結果のインク小滴の形成とを示す図である。
【図６】 本発明に係る加熱器に印加される電子パルス列の例と、その結果のインク小滴の形成とを示す図である。
【図７】 本発明に係る加熱器に印加される電子パルス列の例と、その結果のインク小滴の形成とを示す図である。
【図８】 本発明に係る代替実施形態に基づいて作られる装置の略図である。
【符号の説明】
１０ 画像源、１２ 画像処理ユニット、１４ 加熱器制御回路、１６ 印刷ヘッド、１７ インク排水溝、１８ 記録媒体、１９ インク再利用ユニット、２０ 記録媒体移動システム、２２ 記録媒体移動制御装置、２４ マイクロコンピュータ、２６ インク圧力調整器、２８ インク貯蔵器、３０ インクチャネル装置、３２ インク小滴偏向量増幅システム、４０ インク射出チャネル、４２ ノズル孔、４４ 基板、４６ インク、４８ ストリームフィラメント、５０ ノズル加熱器、５２ 大きな小滴、５４ 小さな小滴、５６ 熱及び電気絶縁層、５８ 薄膜層、５８ａ，５８ｂ 電力接続部、６０ａ，６０ｂ 接地接続部、６４ 加熱器環、６６ 気体源、６８ 力生成機構、７０ ハウジング、７２ 射出チャネル、７４ 力、７６ 元のパス、７８ 第一次選択装置、８０インク小滴のストリーム、８２ 選択されたインク小滴、８４ 選択又は第１インク小滴パス、８６ 選択されなかったインク小滴、８８ 非選択又は第２インク小滴パス、９０ 終端部、９２ 非選択インク小滴パス、９４ 選択インク小滴パス、９６ インク排水溝表面、９８ 記録媒体表面、１００，１０２ 空間距離、１０４ 終端部、１０６ インク回収コンジット、１０８ 印刷ドラム、１１０インク回収貯蔵器、１１２ インク回帰ライン、１１４ 減圧コンジット、１２０ 減圧源、１２５ デフレクタプレナム。

Claims (2)

1. インク小滴デフレクタ機構であって、
   インク小滴の源と、
   該源からの小滴の方向をキャッチャ行きの第１のパスに沿って向ける第１の状態と、該源からの小滴の方向を記録媒体行きの第２のパスに沿って向ける第２の状態と、で動作可能なパス選択装置であって、前記第１パス及び前記第２パスが前記源から逸れる、パス選択装置と、
   前記第１パス及び前記第２パスの少なくとも１つに沿って移動する小滴に力を加えるシステムであって、前記力が、前記第１パスと前記第２パスとの間の間隙が増加されるように、前記源と前記キャッチャとの間で前記第１パスに実質的に垂直な方向に加えられるシステムと、
   を含むインク小滴デフレクタ機構。
2. 請求項１に記載のインク小滴デフレクタ機構であって、
   前記システムが、気体流を発生させる気体源を備え、前記気体流が、前記第１パスと前記第２パスとの間の間隙が増加されるように、前記第１のパスに実質的に垂直な前記方向に加えられるインク小滴デフレクタ機構。

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