JP4322966B2 - プリンタヘッドへ差動電圧の印加 - Google Patents

Description

本発明は、液体から物質を排出する方法及び装置に関する。本発明は、WO97/27057に記載された技術と同一又は類似の技術を使用し、特に、本発明はプリントヘッドの電極に差動電圧を印加することに関する。
物質の排出を制御するためには、排出位置における電位勾配を閾値未満から閾値を超えるように変化させることが必要である。これは、排出電極に電圧パルスを印加することにより達成されてきた。しかし、要求される電圧パルスを供給可能な小型電子駆動回路の入手可能性には限界があり、これは小さいプリントヘッドにおいては特に問題となる。また、排出位置のアレイを含むプリントヘッドでは、近接する排出位置間の容量結合が排出に悪影響を与える。より低い電圧を使用すればこのクロストークを減少させることができるので、排出を生じさせるために可能な限り小さい電圧を使用することが望ましい。
本発明によれば、複数のチャンバに関連する排出電極及び２次電極を有するマルチチャンバ装置のチャンバ内の液体から物質を排出する方法が提供され、その方法は、チャンバに関連する排出電極の各々に対する第１の電圧パルスの印加と、チャンバに関連する２次電極の各々への第２の電圧パルスの印加とを制御する工程であって、その工程は、排出電極にある電圧パルスが印加された時に、排出電極に印加されたパルスに対して反転した電圧パルスを２次電極に印加する。
本発明との関連において、“反転した”の語は、逆極性を有する電圧パルス、若しくは逆の方法で立ち上がり立ち下がる電圧を有する電圧パルスを定義することを意図すると理解すべきである。
また、等しく又は逆の大きさのパルスに対する制限は無いが、電圧パルスの電圧変化率の変化は等しいことが好ましい。
本発明によれば、液体から物質を排出する装置が提供され、その装置は、液体を収容する複数のチャンバと、各チャンバに関連する各排出電極及び各２次電極と、チャンバに関連する排出電極の各々に第１の電圧パルスを印加すると共に、チャンバに関連する２次電極の各々に第２の電圧パルスを印加する制御手段を備え、前記制御手段は、排出電極にある電圧パルスが印加された時に、排出電極に印加されたパルスに対して反転したパルスを２次電極に印加するように第１及び第２の電圧を制御する。
複数の排出電極及び複数の２次電極に電圧パルスを印加することができる。
本発明の複数の実施形態を、添付図面を参照して以下に説明し、添付図面において、
図１は、本発明による排出装置を含むプリントヘッドの一部の部分的斜視図であり、
図２は、図１と類似の図であって、排出装置の更なる代替的形態を示し、
図３は、図１のセルを通る部分断面図であり、
図４は、１つの電極に印加できる電圧の図式的説明図であり、
図５は、別の電極に印加できる電圧の図式的説明図であり、
図６は、図１に示す排出装置と類似する排出装置の平面図であり、
図７は、図６の排出装置のセルの近接平面図であり、
図８は、代替的排出装置の近接平面図であって変更された電界を示し、及び
図９は、代替的排出装置のセルの近接平面図であって変更された電界を示す。
図１を参照すると、我々の先行出願PCT/GB97/00186に記載されたのと同様のアレイタイププリントヘッドの一部が示され、そのプリントヘッドは、合成プラスチック材料又はセラミックなどの誘電体材料からなる本体２を有する。一連のグルーブ３が本体２に機械加工され、それらの間に板状のランド４を残している。グルーブ３の各々は、グルーブ３の対向する端部に配置されたインク入口及びインク出口を有し（図示しないが、矢印Ｉ及びＯで示す）、それにより、排出されるべき物質を運ぶ流体インクを（我々の先行出願WO97/27057に記載されるように）グルーブへ送り、使用後の流体を排出させる。
一組の隣接するグルーブ３の各々はセル５を規定し、一組のグルーブ３の間の板状のランド又はセパレータ４は（アレイ端部のすぐ隣りのセル以外の全てのセルについて）物質の排出位置を規定すると共に排出直立部６を有する。図面には２つのセル５が示され、左側のセル５は略三角形状の排出直立部６を有し、右側のセル５は切頭型直立部６’を有する。セル５は、板状ランド４の１つにより形成されるセルセパレータ７により分離され、各セパレータ７の角は図示のように整形又は面取りされて面８が設けられ、面取りされた面８により規定されるセルの外部を超えて排出直立部６がセルの外側へ突出することが可能となる。切頭型直立部６’をアレイの右側端部セル５において（及び、同様に他端の端部セルにおいて−図示せず）使用して電界により生じる端効果を減少させる。その電界は、直立部６、６’（即ち、各セルセパレータの内面）に対向する板状ランド４の面上の金属面として設けられる排出電極９に印加される電圧により生じる。端部セルは排出のためには使用されないが、切頭直立部６’は液体メニスカスを留めておくように動作し、その液体メニスカスは動作中に端効果を減少させ、そうしないと端効果は隣接するセルからの排出をゆがめてしまう。端部セル中の電極９は適当なバイアス電圧に維持され、その電圧は、既述の我々の先行出願に記載されているのと同様に動作セル内の排出電極９に印加されるバイアス電圧と同一とすることができる。図３に見られるように、排出電極９は、ランド４の側面及びグルーブ３の底面１０にわたり延びる。排出電極９の正確な範囲はプリンタの固有の設計及び目的に依存するであろう。必要であれば、いくつかのケースにおいては、隣接するセル５間の電気的短絡に対する保護対策を提供する隔離グルーブ１４が設けられる。
図２はプリンタのサイドカバーについて２つの代替的形態を示し、第１の形態は単純な直線状端部のカバー１１であり、そのカバー１１は図の上部に示されるように直線に沿ってグルーブ３の側部を閉鎖する。第２のタイプのカバー１２は図の下部に示され、そのカバーもグルーブ３を閉鎖するが、グルーブに対して整列する一連の端部スロット１３を有する。このタイプのカバー構造は、使用時に形成される流体メニスカスの位置の精度を高めるために使用することができ、そのカバーはそれがどのような形状であっても、排出プロセスを促進するために排出電極及び／又は２次的又は付加的電極を形成することが可能な面を提供するために使用することができる。
また、図２は排出電極９の代替的形態をも示し、その排出電極９は、排出直立部６、６’を支持するランド４の面上に付加的な金属面を有する。これは電荷の注入を補助し、電界の前方成分を改善することができる。
図３は、図１のセル５の１つの片側から見た部分的断面図であり、２次電極１９がセルセパレータランド４上の面取りされた面８上に位置し、よって排出直立部に実質的に並んで配置されているのが示されている。さらなる実施形態（図示せず）では、２次電極は少なくとも部分的にセルセパレータランド４の面上（及び、よって排出直立部の背後に）形成することができ、排出電極もその面上に形成できるが、そこから分離させる。
次に、図４及び５を参照すると、例えば電圧パルスＡ及びＢが電極９及び１９にそれぞれ印加される。排出を達成するためには、電極９と１９の間の電位を十分に変化させなければならない。電圧パルスが印加されると、電極９と１９に印加される電圧Ｖ₁とＶ₄の差は大きく、排出を生じさせるに十分である。しかし、排出を促進するために使用される電極が排出電極９のみであった場合に排出電極９に印加することが必要な電圧変化よりも小さい電圧変化を電極９、１９のそれぞれに与えることが可能であることが理解される。
例えば、各電極９、１９に印加される初期電圧Ｖ₂、Ｖ₃は８００Ｖとすることができ、排出が望まれる時は、排出電極９をＶ₁＝１１５０Ｖに増加させ、２次電極１９の電圧をＶ₄＝４５０Ｖに減少させることができる。こうして、局部的な正味効果は排出位置で７００Ｖの変化であるが、印加される実際の最大電圧変化は３５０Ｖにすぎない。しかし、排出を促進するために使用される電極が排出電極９のみであったならば、７００Ｖ全ての電圧変化を排出電極９に与える必要がある。これは、例えば局部化の程度が低い電界を生じさせ、排出位置間に容量結合を生じさせるので、不利である。
代わりに、両電極がインクに接触し、さもなくば２次電極１９が絶縁されている場合、電極に最初に印加される電圧は、排出電極９にＶ₂＝７５０Ｖ、２次電極１９にＶ₃＝１１００Ｖとすることができる。排出が望まれる場合、電圧を切り換える。即ち、排出電極９の電圧をＶ₁＝１１００Ｖに増加し、２次電極１９の電圧をＶ₄＝７５０Ｖに減少させる。この実施形態は、荷電されたインク中の粒子に依存し、その粒子は、電極の電圧が切り換えられた時に排出すべき粒子の正味の効果が電位の２倍となるような平均電圧レベルを生成する。
よって、両例において、排出を生じさせるために使用される実際の電圧変化は３５０Ｖにすぎず、それは排出電極９の電圧が変化すべき唯一の電圧であったならば排出電極９に印加することが必要となる電圧変化の半分である。また、この性質のパルスを印加するためにはかなり単純な回路のみが必要となることが理解されるであろう。
図６に示すプリントヘッドにおいて、等電位線２３は、２つの隣接するセル５Ａと５Ｂのみの１次電極９に６００Ｖの電気パルスを印加することによりその２つセル５Ａと５Ｂから排出が生じた時に生成される電界を示す。セル５Ｂの近接図である図７からは、等電位線２３が示す電界は、セル５Ｂと基板２１の間の最短経路である望ましい小滴の軌道に対して直交しないことが分かる。
図７に示すように、結果として生じる電界内の非対称性は、水滴を望ましい軌道から片側へずれて移動させるように作用し、本例では排出位置の電界が望ましい小滴の軌道に対して約６度の角度を有することが分かる。そのようなずれは、１．０ｍｍのヘッド基板ギャップについて、約１００ミクロンの変位誤差を生じさせる。
別の例では、図８に示すように、排出電極９と基板２１の間に位置する支持部材２０上に複数組の２次電極１９が設けられる。本例では２次電極１９はほぼ平坦であり、排出電極９に平行に支持部材２０の面上に横たわる。この面を横断し、若しくは他の形状又は方向を有する２次電極１９は同様に良好に動作することができる。各組の２次電極１９間には穴２２があり、それら各々は対応するセル５Ａ、５Ｂ、５Ｃの排出直立部６のすぐ前方に配置される。穴２２は（図示のように）スリット又はノッチの形状とすることができ、支持部材２０は一体のユニットであり、図示の部分は図面の平面外で一体に接合されていることが理解される。代わりに穴２２を円形とすることができ、そのとき各穴の周りに単一の２次電極１９を設けることができる。２次電極を穴２２の両側又は穴２２の周辺の周りに配置し、穴２２を通る排出物質に接近させる。
動作時には、排出電極９に電圧パルスを印加すると共に、本例では対応する穴２２の一組の２次電極１９に反転パルスを印加する。本例では、電圧パルスと反転パルスを同時に印加する。このアプローチの利点は、近接セル５Ｂに対するセル５Ａの排出の効果を考慮した時に明らかになる。
図８及び９は、１次電極９を＋３００Ｖのパルスで駆動し、対応する２次電極１９を同期した−３００Ｖのパルスで駆動した時の電界パターンを示す。この電界は全ての場所において対称というわけではないが、ここでは排出先端部の電界は望ましい小滴の軌道に平行となっている。よって、２次電極１９が無い場合又は２次電極にチャージしない場合とは異なり、１次電極９からの結合した正パルス及び２次電極１９からの同時に印加される反転パルスにより生成される電界は、近接する排出セル５において電界の大きなひずみを生じさせることはなく、存在するそのようなひずみは非対称ではない。そのような構成により、ドットのサイズ及びドットの位置は、隣接する電極が駆動されるパターンと顕著に独立になる。
そのような構成においては、高い画像品質を確保しつつ、全てのセル５を同期して高いデューティサイクルで駆動することができる。これは、高速、高品質印刷のために特に有益である。
排出電極９に印加される電圧パルスと２次電極１９に印加される電圧パルスの相対的大きさの最適パフォーマンスは装置の詳細な形状に依存して変化することが分かった。所定の形状については、パルスの大きさを変化させて、各駆動セル内の電界が図９に示すように望ましい小滴の軌道と平行にとなることを確実にする。
また、同様の構成はマトリクスアドレッシング（matrix addressing）の使用を可能とする。ここでは、あるパルスが排出電極９に印加され、反転パルスが２次電極１９に印加された時にのみ排出が得られたが、排出を生じさせること無く、１つ又は他のパルスをセル５のグループに印加することもできる。そのようなスキームは、マルチチャンネル装置を駆動するために必要な電子駆動装置の総数を減少させることを可能する。

Claims (6)

1. 複数のチャンバに関連する各排出電極及び各２次電極を有するマルチチャンバ排出装置のチャンバ内の液体から物質を排出する方法において、
   チャンバに関連する排出電極の各々に対する第１の電圧パルスの印加と、チャンバに関連する２次電極の各々への第２の電圧パルスの印加とを制御する工程であって、排出電極にある電圧パルスを印加した時に、排出電極に印加したパルスに対して反転したパルスを２次電極に印加する工程を有し、
   前記排出される物質は、チャンバ内で集塊した粒子の集塊を含むことを特徴とする方法。
2. 第１の電圧パルスの電圧変化率と第２の電圧パルスの電圧変化率が等しい請求項１に記載の方法。
3. 第１の電圧パルスはチャンバに関連する複数の排出電極の各々に印加され、第２の電圧パルスはチャンバに関連する複数の２次電極の各々に印加される請求項１又は２に記載の方法。
4. 液体から物質を排出する装置において、
   液体を収容する複数のチャンバと、
   各チャンバに関連する各排出電極及び各２次電極と、
   チャンバに関連する排出電極の各々に第１の電圧パルスを印加すると共に、チャンバに関連する２次電極の各々に第２の電圧パルスを印加する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、排出電極にある電圧パルスが印加された時に、排出電極に印加したパルスに対して反転したパルスを２次電極に印加するように第１及び第２の電圧を制御し、
   前記排出される物質は、チャンバ内で集塊した粒子の集塊を含むことを特徴とする装置。
5. 前記制御手段は、第１の電圧パルスの電圧変化率と第２の電圧パルスの電圧変化率が等しくなるように電圧を制御する請求項４に記載の装置。
6. 前記制御手段は、第１の電圧パルスをチャンバに関連する複数の排出電極の各々に印加し、第２の電圧パルスをチャンバに関連する複数の２次電極の各々に印加する請求項４又は５に記載の装置。

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