JP4787304B2 - イメージ印刷する装置及びインク液滴を分ける方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般にデジタル的に制御される印刷装置の分野に、そして、特に液体インク流れを、選択的に偏向される液滴に分ける連続インクジェットプリンタに関する。

伝統的に、デジタル的に制御されるカラー印刷能力は、２つの技術のうちの１つにより達成される。両方とも、提供されるインクの各々の色のための独立のインク供給を必要とする。インクは、プリントヘッドにおいて形成されるチャネルを通して供給される。各々のチャネルは、インクの液滴を選択的に押し出して、媒体に堆積させるノズルを含む。一般的に、各々の技術は、印刷する際に使用される各々のインクカラーのための別々のインク配達システムを必要とする。普通は、３つの一次減色、すなわちシアン、黄色およびマゼンタ、が使用される。なぜならば、これらの色が一般に万までの知覚できる色の組み合わせを生成できるからである。

第１の技術、「ドロップオンデマンド」インクジェット印刷と一般に呼称する、は、加圧アクチュエータ（サーマル、圧電、その他）を用いて記録面への衝突のためにインク液滴を与える。アクチュエータの選択的な活性化は、プリントヘッドおよびプリントメディアとの間のスペースと交差して、プリントメディアに衝突する飛行インク液滴の形成および放出をもたらす。印刷イメージの形成は、所望のイメージをつくることを必要とされているように、インク液滴の個々の形成を制御することによって成し遂げられる。一般的に、各々のチャネルの中のわずかな負の圧力は、インクがノズルを通して不注意に逃げないようにし、またノズルにおいて僅かに凹メニスカスを形成し、したがって、ノズルをきれいに保つのを助ける。

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、プリントヘッドのオリフィスでインクジェット液滴を生成するために加圧アクチュエータを利用する。一般的に、熱アクチュエータおよび圧電アクチュエータを含む２つのタイプのアクチュエータのうちの１つが使われる。熱アクチュエータでは、便利な場所に配置されるヒーターはインクを加熱して、ある量のインクの、排出されるべきインク液滴のために十分に内部インク圧を上げるガス蒸気泡への相変化をもたらす。圧電アクチュエータでは、電界は材料の機械的応力をつくる特性を備えている圧電材料に与えられ、排出されるべきインク液滴をもたらす。最も一般に作製される圧電材料は、ジルコン酸チタン酸鉛のようなセラミックス、チタン酸バリウム、チタン酸鉛および鉛メタニオベート（ｍｅｔａｎｉｏｂａｔｅ）である。

１９９０年４月３日にＤｕｆｆｉｅｌｄ他に発行された米国特許第４，９１４，５２２号は、印刷イメージの中に所望の色密度を生成するために空気圧力を利用するドロップオンデマンドインクジェットプリンタを開示する。リザーバー内のインクは、導管を通って動いて、インクジェットノズルの端でメニスカスを形成する。インクノズルの端におけるメニスカスと交差して空気流が流れるように位置決めされる空気ノズルは、インクをノズルから抜き取って細かいスプレーに霧化する。空気の流れは、導管を通して制御弁に与えられる一定の圧力が適用される。弁は、圧電アクチュエータの動作によって開閉される。電圧が弁に印加されれば、弁が開かれ、空気が空気ノズルを通して流れることを許容する。電圧が除去されれば、弁が閉じられ、そして、空気は空気ノズルを通して流れない。このように、イメージ上のインクドットサイズは一定のままであり、同時にインクドットの所望の色密度は空気流のパルス幅に依存して変化される。

「連続流れ」または「連続」インクジェット印刷と一般に呼称される第２の技術は、インク液滴の連続流れを生成する加圧されたインクソースを使用する。従来の連続インクジェットプリンタは、作動流体のフィラメントが個々のインク液滴に分けられる位置の近くに配置される帯電装置を利用する。インク液滴は、帯電され、それから大きい電位差を有する偏向電極によって適当な場所に向けられる。プリントが要求されないときには、インク液滴はインク捕獲機構（キャッチャー、インターセプタ、排水溝、その他）に偏向され、リサイクルされるか廃棄される。プリントが要求されるときには、インク液滴は偏向されず、プリントメディアに衝突することが許容される。あるいは、偏向されたインク液滴はプリントメディアに衝突することが許容されていてもよい。一方、非偏向インク液滴はインク獲得機構に集められる。

一般的に、連続インクジェット印刷装置は、ドロップレットオンデマンド装置より速く、そしてより高品質の印刷イメージおよびグラフィックスを生成する。しかしながら、印刷された各々の色は、個々の液滴形成、偏向および捕獲システムを必要とする。

従来の連続インクジェット式プリンタは、帯電装置および偏向プレートを利用するのみ、それらは作動する多くの構成要素および大きい空間体積を必要とする。これは、連続インクジェットプリントヘッドおよびプリンタが複雑化することをもたらす。高いエネルギー要求を有し、製造するのが困難であり、制御するのが困難である。従来の連続インクジェットプリンタの例は１９３３年１２月２６日にＨａｎｓｅｌｌに発行された米国特許第１，９４１，００１号；１９６８年３月１２日にＳｗｅｅｔ他に発行された米国特許第３，３７３，４３７号；１９６３年１０月６日にＨｅｒｔｚ他に発行された米国特許第３，４１６，１５３号；１９７５年４月１５日にＥａｔｏｎに発行された米国特許第３，８７８，５１９号；および１９８２年８月２４日にＨｅｒｔｚに発行された米国特許第４，３４６，３８７号を含む。

１９７３年１月９日にＲｏｂｅｒｔｓｏｎに発行された米国特許第３，７０９，４３２号は、変換器の使用によって一様に間隔を置かれたインク液滴に分けられる作動流体をもたらす、作動流体のフィラメントを刺激するための方法と装置を開示する。インク液滴に分けられる前のフィラメントの長さは、長いフィラメントをもたらす低い振幅および短いフィラメントをもたらす高い振幅の刺激を伴う変換器に供給される刺激エネルギーの制御によって調整される。空気の流れは、長いフィラメントおよび短いフィラメントの端への中間の点における流体の経路を横切って発生される。空気流は、インク液滴自身の軌跡に影響を及ぼすよりも、液滴に分けられる前のフィラメントの軌道により多く影響を及ぼす。フィラメントの長さを制御することによって、インク液滴の軌跡は、制御されることができるかまたは１本の経路から他の経路に切り替えられることができる。このように、あるインク液滴はキャッチャーに向けられてもよく、同時に、他のインク液滴が受け入れ部材に適用されるこを許容することができる。

一方、この方法は液滴の軌跡に影響を及ぼす静電手段に依存せず、それはフィラメントのブレークオフポイントおよび分けるポイントに対して中間の空気流の配置の正確な制御に依存する。そのようなシステムは、制御すること、および製造することが困難である。さらに、物理的な分離または２つの液滴経路の間の区別の量は、更に少ない制御および製造の困難性に少しをさらに加える。

１９８０年２月２６日にＴａｙｌｅｒに対して発行された米国特許第４，１９０，８４４号は、非印刷インク液滴のキャッチャーへの偏向のための第１の空気の作用による偏向板、および印刷インク液滴を振動されるための第２の空気の作用による偏向板を有する連続インクジェット式プリンタを開示する。プリントヘッドは、個々のインク液滴に分けられる作動流体のフィラメントを供給する。インク液滴は、それから第１の空気の作用による偏向板、第２の空気の作用による偏向板または双方によって選択的に偏向される。

第１の空気の作用による偏向板は、中央制御ユニットから受け取られた２つの別個の電気信号のうちの１つに依存して、ノズルを開きまたは閉じるダイアフラムを有する「オン／オフ」または「オープン／クローズ」タイプである。これは、インク液滴が印刷されるべきか非印刷されるべきかを決定する。第２の空気の作用による偏向板は、中央制御ユニットから受け取られる変化する電気信号に依存してノズルが開かれている量を変化させるダイアフラムを有する連続タイプである。これが印刷されるインク液滴を振動させ、一度に１つの文字で文字が印刷されてもよい。第１の空気の作用による偏向板のみが使用されれば、一度１ラインで、プリントヘッドの繰り返される横移動によって築き上げられる文字が作られる。

一方、この方法は液滴の軌跡に影響を及ぼす静電手段に依存せず、それは正確な制御および印刷され、および非印刷されるインク液滴を作るための第１の（「オープン／クローズド」）空気の作用による偏向板に依存する。そのようなシステムは、製造、および少なくとも上述のインク液滴の築き上げをもたらす正確な制御が困難である。さらに、物理的な分離または２つの液滴経路の間の区別の量は、劣等なインク液滴軌道制御をもたらす印刷されおよび非印刷されるインク液滴の制御の困難性を増加させる正確なタイミングの要求に起因して不規則である。

その上、２つの空気の作用による偏向板を使用することは、プリントヘッドの構造を複雑にし、より多くの構成要素を必要とする。追加の構成要素および複雑化された構造は、プリントヘッドおよびメディア間にインク液滴軌道距離を増やす大きな空間体積を必要とする。液滴軌道の距離を増やすことは、液滴配置精度を減少させて、プリント画質に影響を及ぼす。再び、高品質イメージを保証するためにプリントメディアに衝突する前に液滴が移動しなければならない距離を最小化する必要がある。オン、オフされるべき空気流を必要とする空気の作用による作動は、空気流のいかなる一時的現象の解決とも同様に機械的な作動を実行するために必要な過度の時間がが必要とされることにおいて、必然的に遅い。

２０００年６月２７日にＣｈｗａｌｅｋ他に対して発行された米国特許第６，０７９，８２１号は、作動流体のフィラメントからの個々のインク液滴を作るための非対称のヒーターの作動を使用し、これらのインク液滴を偏向させる連続インクジェットプリンタを開示する。プリントヘッドは加圧されたインクソースおよび印刷インク液滴および非印刷インク液滴を形成するために作動可能な非対称のヒーターを含む、印刷インク液滴はプリント・メディアに最終的に衝突する印刷インク液滴の経路に沿って流れ、一方、非印刷インク液滴はキャッチャー表面に最終的に衝突する非印刷インク液滴の経路に沿って流れる。非印刷インク液滴は、リサイクルされるかまたはキャッチャーにおいて形成されるインク除去チャネルを通して廃棄される。
米国特許第６，０７９，８２１号

一方、Ｃｈｗａｌｅｋ他において開示された、インク液滴をつくって、偏向させるためにヒーターを使用するインクジェットプリンタは、その意図された目的のために極めてよく働き、この装置のエネルギーおよびパワー要求を増加させる。

「ガス流インク液滴分離を有するプリントヘッドおよびインク液滴を広げる方法」と題され、同時に出願され、共通に譲渡された米国特許出願は、印刷装置を開示する。装置は、液滴偏向板システムおよび液滴形成機構を含む。印刷の間、大きい体積および小さい体積を有する多数のインク液滴は、流れの中において形成される。液滴偏向板システムは、各々の液滴体積にしたがって分かれさせるための個々のインク液滴をもたらすインク液滴の流れと相互に作用する。したがって、大きい体積の液滴はプリントメディアに衝突することを許容でき、同時に小さい体積の液滴は、それらが下向きに移動してキャッチャー表面に衝突するにつれて偏向される。
米国特許第４，９１４，５２２号 米国特許第１，９４１，００１号 米国特許第３，３７３，４３７号 米国特許第３，４１６，１５３号 米国特許第３，８７８，５１９号 米国特許第４，３４６，３８７号 米国特許第３，７０９，４３２号 米国特許第４，１９０，８４４号

上記した装置がその意図された目的のために極めてよく動くと共に、概して大きい体積のインク液滴によって印刷されるイメージは、小さい体積のインク液滴によって印刷されるイメージより低い解像度を有する。

多種多様なインクを使用している多種多様な材料上に高解像度のイメージの描写を可能にする減少されたエネルギーおよびパワー要求を有する単純な構造のインクジェットプリントヘッドおよび簡単な構造のプリンタを提供する必要があることが分かる。

本発明の目的は、連続インクジェットプリントヘッドおよびプリンタの構造を単純化することである。

本発明の他の目的は、連続インクジェットプリントヘッドおよびプリンタのエネルギー要求およびパワー要求を減少させることである。

本発明のさらに他の目的は、大きい体積のインクを用いて高解像度のイメージを描写できる連続インクジェットプリントヘッドおよびプリンタを提供することである。

本発明のさらに他の目的は、多種多様な材料上に多種多様なインクで印刷することができる連続インクジェットプリントヘッドおよびプリンタを提供することである。

本発明の特徴によれば、イメージを印刷するための装置は、経路に沿って移動する第１の体積を有する液滴を形成するための第１の状態、および同じ経路に沿って移動する多数の他の体積を有する液滴を形成するための第２の状態において操作可能な液滴形成機構を含む。多数の他の体積の各々は第１の体積より大きい。液滴偏向板システムは、経路に沿って移動する液滴に液滴が経路から分かれる第１の体積を有するような方向に与えられる力を与える。

本発明の他の特徴によれば、イメージを印刷する装置は、経路に沿って移動する印刷液滴を形成するための第１の状態、および同じ経路に沿って移動する非印刷液滴を形成するための第２の状態において操作可能な液滴形成機構を含む。システムは、経路に沿って移動する印刷液滴および非印刷液滴に、印刷液滴が経路から分かれて印刷経路に沿う移動を開始するような方向に与えられる力を与える。

本発明の他の特徴によれば、インク液滴を分ける方法は、経路に沿って移動する第１の体積を有する液滴を形成すること；経路に沿って移動する多数の他の体積を有する液滴を形成すること；および第１の体積を有する液滴を経路から別れさせることを含む;
本発明の他の特徴および利点は、以下の本発明の好ましい実施例および添付の図面から明らかになるであろう。

本説明は、特に本発明にしたがう装置の部分を形成し、またはより直接的に協動する要素に向けられる。特に示されないかまたは記載されていない要素が当業者にとって周知のさまざまな形態でもよいことは理解されるべきである。

図１を参照して、本発明の好ましい実施例のインク液滴形成機構１０が示されている。インク液滴形成機構１０は、プリントヘッド１２、少なくとも一つのインク供給１４およびコントローラ１６を含む。しかしながら、インク液滴形成機構１０は、概略的に示され、そして、明瞭さのために変倍されず、当業者は具体的なサイズおよび好ましい要素の相互接続を容易に決定できるであろう。

本発明の好ましい実施例において、プリントヘッド１２は既知の半導体製造技術（ＣＭＯＳ回路製造技術、マイクロ電子機械構造（ＭＥＭＳ）製造技術、その他）を使用して半導体材料（シリコン、その他）から形成される。しかしながら、プリントヘッド１２が技術分野において従来から知られているいかなる製造技術を用いていかなる材料からも形成できることは特に熟慮され、したがって、この開示の範囲内である。

図１を再度参照して、少なくとも一つのノズル１８が、プリントヘッド１２上に形成される。ノズル１８は、プリントヘッド１２においてまた形成されるインク通路２０を通してインク供給１４と流体連通されている。それは、特に熟慮され、したがって、この開示の範囲内において、プリントヘッド１２は、３つ以上のインクカラーを使用してカラー印刷を提供するために追加のインク供給および対応するノズル１８を組み込んでいてもよい。その上、白黒または単色印刷は、単一のインク供給１４およびノズル１８を使用して達成されてもよい。

ヒーター２２は、対応するノズル１８の周りのプリントヘッド１２上に少なくとも部分的に形成されるかまたは配置される。ヒーター２２が放射状に対応するノズル１８の端から離れて配置されていてもよいけれども、ヒーター２２は好ましくは対応するノズル１８に近接して同心状に配置される。好ましい実施例において、ヒーター２２は実質的に円形またはリング形状に形成される。しかしながら、ヒーター２２が部分的なリング、正方形、その他に形成されることは特に熟慮され、したがって、本開示の範囲内である。好ましい実施例におけるヒーター２２は、導体２８を介して電気接触パッド２６に電気的に接続される電気抵抗発熱要素２４を含む。

導体２８および電気接触パッド２６は、プリントヘッド１２上に少なくとも部分的に形成され、または配置されて、コントローラ１６およびヒーター２２間の電気接続を提供してもよい。代わりに、コントローラ１６およびヒーター２２間の電気接続は、いかなる周知のやりかたで成し遂げられてもよい。その上、コントローラ１６は、比較的簡単な装置（ヒーター２２、その他のためのパワー供給）または所望のやりかたで多くの構成要素（ヒーター２２、インク液滴形成機構１０、プリントドラム８０、その他）を制御するように操作可能な比較的複雑な装置（ロジックコントローラ、プログラム可能なマイクロプロセッサ、その他）であってもよい。

図２の（Ａ）および（Ｂ）を参照して、コントローラ１６によってヒーター２２に与えられる電気的活性化波形の例は、一般に図２の（Ａ）に示される。
このヒーター作動との組み合わせにおいて、ノズル１８からのインクの噴出からもたらされる個々のインク液滴３０、３１および３２は概略的に図２の（Ｂ）に示される。高周波のヒーター２２の活性化は小さい体積の液滴３１、３２をもたらし、一方低高周波のヒーター２２の活性化は大きい体積の液滴３０をもたらす。

イメージ・ピクセルにつき多数の液滴の印刷することを許す好適なインプリメンテーションにおいて、イメージピクセルの印刷と関連する時間３９は、１つのより大きい非印刷液滴３０を作るための時間をプラスして、小さい印刷液滴３１、３２の作成のために留保されている時間副間隔を含む。図２の（Ａ）において図示の単純化のために２つの小さい印刷液滴３１、３２の作成のための時間だけが示されているが、大きな総数の印刷液滴のための長い時間が本発明の範囲内であることは理解されるべきである。

各々のイメージピクセルを印刷するときに、概して０．１から１０マイクロ秒、より好ましくは０．５から１．５マイクロ秒の持続期間の電気パルス時間３３を伴うヒーター２２の活性化を通して大きい液滴３０がつくられる。電気パルス３４を有する遅延時間３６以後の、電気パルス３４を伴うヒーター２２の追加的な（任意の）活性化は、少なくとも一つの印刷液滴が必要なイメージデータに従って実行される。イメージデータが、作られるべき他の印刷液滴を必要とする場合に、パルス３５を伴う遅延３７の後、ヒーター２２は再び活性化される。

ヒーター活性化電気パルス時間３３、３４および３５は、遅延時間３６および３７が実質的に類似しているように、実質的に類似している。遅延時間３６および３７は、概して１から１００マイクロ秒、より好ましくは３から６マイクロ秒である。遅延時間３８は、最大数の印刷液滴の形成および３９で一般に示されている各イメージピクセル時間を伴う次のイメージピクセルを開始することと両立する電気パルス時間３３の開始後の残り時間である。ヒーター２２の電気パルス時間３３および遅延時間２８の合計は、ヒーター活性化時間３４または３５および遅延時間３６または３７の合計よりかなり大きくなるように選ばれ、それで、小さい印刷液滴に対する大きい非印刷液滴の体積比率は優先的に４以上である。

ヒーター２２の活性化が必要で、対応するノズル１８を通して放出されるインクカラー、プリントメディアＷに対するプリントヘッド１２の動き、および印刷されるべきイメージに基づいて独立に制御されてもよいことは明らかである。

小さい液滴３１および３２および大きい液滴３０の絶対体積がインクおよびメディアタイプまたはイメージフォーマットおよびサイズのような特定の印刷要求に基づいて調整されてもよいことは、特に熟慮され、したがって、この開示の範囲内である。

このように、大きい体積の非印刷液滴３０および小さい体積の印刷液滴３１および３２に対する後の参照は、サンプル目的だけのためのコンテキストにおいて相関的で、いかなるやりかたにおいても制限することと解釈されてはならない。

図２の（Ｃ）から（Ｆ）を参照して、本発明の好ましい実施例において各イメージピクセル時間３９が実質的に一定のままであるように、大きい液滴３０は、ヒーター２２によって生成された小さい液滴３１、３２、１３６の数に基づいて、サイズ、体積および質量が変化する。図２の（Ｃ）および（Ｄ）において、１つだけの小さい液滴３１が生成される。このように、大きい液滴３０の体積は、図２の（Ｂ）および（Ｆ）における大きい液滴３０に対して相対的に増加される。図２の（Ｅ）および（Ｆ）において、複数の小さい液滴３１、３２、１３６が生成される。このように、大きい液滴３０の体積は、図２の（Ｂ）および（Ｄ）における大きい液滴３０の体積に対して相対的に減少される。好ましくは上記の通りの好ましい実施例における４の因子によって、図２の（Ｆ）における大きい液滴３０の体積は、小さい液滴３１、３２、１３６の体積よりさらに大きい。

ヒーター２２が遅延時間１３４だけ非活性化された後、電気パルス時間１３２の間ヒーター２２を活性化することによって小滴１３６が生成される。

好ましいインプリメンテーションにおいて、小さい液滴３１、３２、１３６がプリントメディアＷに衝突する印刷液滴を形成し、大きい液滴３０がインクガタリング構造６０によって集められる。しかしながら、大きい液滴３０が印刷液滴を形成することができ、小さい液滴３１、３２、１３６がインクガタリング構造６０によって集められることは、特に熟慮される。これは、いかなる既知の方法でも、インクガタリング構造６０を、インクガタリング構造６０が小さい液滴３１、３２、１３６を集めるように再配置することによって成し遂げられ得る。このやり方の印刷は、変化するサイズおよび体積を有する印刷液滴を提供する。

図３を参照して、本発明にしたがって作られる印刷装置４２（概して、インクジェットプリンタまたはプリントヘッド）の一実施例が示されている。大きい体積のインク液滴３０および小さい体積のインク液滴３１および３２は、流れの経路Ｘに実質的に沿ってプリントヘッド１２から噴出される。液滴偏向板システム４０は、経路Ｘに沿ってインク液滴３０、３１および３２を移動させるように、インク液滴３０、３１および３２に力（一般に４６で示される）を与える。力４６は経路Ｘに沿うインク液滴３０、３１および３２に相互作用し、インク液滴３１および３２にコースを変えさせる。インク液滴３０がインク液滴３１および３２と異なる体積および質量を有するように、力４６は、小さい液滴３１および３２を小さい液滴または印刷経路Ｙに沿って経路Ｘから分けられる小さい液滴３１および３２を伴う大きい液滴３０から分離させる。一方、大きい液滴３０は僅かに力４６による影響を受けることができ、大きい液滴３０は実質的に経路Ｘに沿って移動し続ける。しかしながら、大きい液滴３０の体積が減少するように、大きい液滴３０は僅かに経路Ｘから分けられて、側溝経路Ｚ（図４を参照して更に詳細に示される）に沿って移動し始めることができる。インク液滴３０、３１および３２に対する力４６の相互作用は、図４を参照して下に更に詳細に説明される。

液滴偏向板システム４０は、力４６を与えるガスソースを含むことができる。一般的に、力４６はインク液滴体積に依存してインク液滴を選択的に偏向させるように操作可能なインク液滴の流れに関して、ある角度に配置される。小さい体積の液滴は、より大きい体積のインク液滴よりも偏向される。

液滴偏向板システム４０は、プレナム４０を通してのガスの層流を容易にする。液滴そらせ板システム４０の端４８は、経路Ｘの近傍に配置される。インク回収導管７０は、液滴偏向板システム４０の再循環プレナム５０の反対側に配置されて薄層をなすガス流れを促進し、経路Ｘに沿って移動している液滴流れを空気の外部空気妨害から保護する。インク回収導管７０は、プリント・ドラム８０によって担持される記録媒体Ｗに継続させるために、大きい液滴３０の経路を妨害し、小さいインク液滴３１、３２が小さい液滴経路Ｙに沿って移動することを許容することが目的であるインクガタリング構造６０を含む。

インク回収導管７０は、次の再利用のためのインクリターンライン１００によって非印刷インク液滴の回収を容易にするためにインク回収タンクと連通する。インク回収タンク９０は、プリントヘッド１２が迅速に走査されているところでアプリケーションにおいてインクがはねることを防止する開いたセルスポンジまたは泡１３０を含むことができる。負圧源１１２と結合される真空導管１１０は、インク回収導管７０内に負圧をつくって、インク液滴分離およびインク液滴除去を改善するためにインク回収タンク９０と連通することができる。インク回収導管７０内のガス流速は、しかしながら、小さい液滴経路Ｙを有意に混乱させることがないように選択される、加えて、ガス再循環プレナム５０は、インク回収導管７０に引き込まれるガスのためのソースを提供するためにインク液滴経路Ｘと交差しているガス流の小部分をそらす。

好ましいインプリメンテーションにおいて、液滴偏向板システム４０およびインク回収導管７０におけるガス圧は、インク回収導管７０および再循環プレナム５０の組み合わせにおいて、インクガタリング構造６０に近いプリントヘッドアセンブリ内のガス圧はプリント・ドラム８０の近くの周囲空気圧力に関してポジティブであるように調整される。環境の塵および紙繊維は、このようにインクガタリング構造６０に接近し、付着することがやめさせられ、加えて、インク回収導管７０に入ることから締め出される。

運転中に、記録媒体Ｗは、既知のやりかたでプリントドラム８０によって、経路Ｘに対して直角な方向に搬送される。記録媒体Ｗの搬送は、プリントメカニズム１０の動ききおよび／またはプリントヘッド１２の動きに整合される。

これは、既知のやりかたでコントローラ１６を使用して達成される。

図４を参照して、本発明の他の実施例が示されている。インク供給１４からの加圧されたインク１４０は、作動流体１４５のフィラメントをつくっているプリントヘッド１２のノズル１８を通して噴出される。液滴形成機構１３８、例えばヒーター２２は、作動流体１４５のフィラメントを、ヒーター２２の活性化の周波数によって決定される各々のインク液滴３０、３１、３２の体積を伴う個々のインク液滴３０、３１、３２の流れに分ける種々の周波数で、選択的に活性化される。

印刷の間、多数の体積を有する多数のインク液滴を有するインクの流れをつくる液滴形成機構１３８、例えばヒーター２２、は選択的に活性化され、液滴偏向板システム４０は運転可能である。形成の後、大きい体積の液滴３０も、小さい体積の液滴３１および３２よりも大きい質量および運動量を有する。ガスの力４６がインク液滴の流れと相互に作用するにつれて、個々のインク液滴は各々の液滴体積および質量にしたがって分かれる。したがって、液滴偏向板システム４０のガス流量は、小さい体積の液滴３１および３２がプリントメディアＷに衝突し、大きい体積の液滴３０が経路Ｘに沿ったままで下方へ移動し、または僅かにそれて側溝経路Ｚに沿って移動することを許容する、大きい液滴経路Ｘから小さい液滴経路Ｙにおける充分な分化のために調節可能である。最終的に、液滴３０は、インクガタリング構造６０に衝突し、またはそうでなければ回収導管７０に落ちる。

好ましい実施例において、液滴偏向板システム４０の端４８におけるポジティブな力４６（ガス圧またはガス流）は、インク液滴３１、３２がプリント・メディアＷの方へ移動するにつれて、インク液滴３１および３２をインク回収導管７０から分離させ偏向させる傾向がある。大きい体積の液滴３０と小さい体積の液滴３１および３２（図４にＳとして示される）との間の分離の量は、それらの相対的なサイズのみならず、液滴偏向板システム４０から来るガスの速度、密度、および粘度；大きい体積の液滴３０および小さい体積の液滴３１および３２の速度および密度はの密度；および大きい体積液滴３０と小さい体積液滴３１および３２とが力４６を伴って液滴偏向板システム４０から流れているガスと相互に作用する相互作用距離（図４にＬとして示される）にも依存する。異なる密度および粘性を有する空気、窒素、その他を含むガスは、類似した結果を伴って使われることができる。

大きい体積の液滴３０および小さい体積液滴３１および３２は、いかなる適当な相対的なサイズでもあることができる。しかしながら、液滴サイズは主としてノズル１８を通るインク流量、およびヒーター２２がサイクルされる周波数によって決定される。流量は、ノズル直径および長さ、インクに与えられる圧力、およびインク粘度、密度および表面張力のようなインクの流体特性のようなノズル１８の幾何学的特性によって主として決定される。そのように、典型的インク液滴のサイズは、１から１０，０００ピコリットルまで変動するが、これに限定されない。

広範囲にわたる液滴サイズが可能であるけれども、典型的なインク流量で、１０ミクロンの直径のノズルのために、大きな体積の液滴３０が、体積が約２０ピコリットルの液滴を生成する約５０ｋＨｚの周波数でヒーターをサイクルすることによって形成され、小さい体積の液滴３１および３２が、体積が約5ピコリットルの液滴を生成する約２００ｋＨｚの周波数でヒーターをサイクルすることによって形成される。これらの液滴は、１０ｍ／ｓの初速で概して移動する。上記の液滴速度およびサイズを伴っていても、大きい体積および小さい体積の液滴間の広範囲の分離距離Ｓは、前に述べたように、使用されるガスの物理的な特性、ガスの速度および相互作用距離Ｌ、に依存して可能である。例えば、ガスとして空気を用いる時に、典型的な空気の速度が速度が１００から１０００ｃｍ／ｓまで変動するけれどもこれに限定されず、相互作用距離Ｌが０．１から１０ｍｍまで変動するけれどもこれに限定されない。

ほとんど全ての流体は、温度に伴う表面張力のゼロ以外の変化を有する。その技術においてよく知られているように、作動流体１４５内の表面張力の空間的変化によって液体の文化が駆動されるので、プリントメカニズム１０が種々のインクに適応することを許容するヒーター２２はしたがって、作動流体１４５を液滴３０、３１、３２に分けることが可能である。インクは、水溶性もしくは非水溶性の溶媒をベースとする、染料、顔料、その他の何れかを含むインクを含むどのようなタイプであってもよい。加えて、複数の色または単色のインクが使われることができる。

いかなる種類ものインクを使用し、多種多様な液滴サイズ、分離距離（図４にＳとして示される）および液滴偏向（図４に分岐角度Ｄとして示される）を生成する能力は、紙、ビニル、布、他の繊維材料、その他を含む多種多様な材料への印刷を許容する。本発明も非常に低いエネルギーおよび力しか必要としない。なぜならば、大きい体積の液滴３０および小さい体積の液滴３１および３２を形成するために少しの量のパワーしか必要でないからである。加えて、プリントメカニズム１０は、帯電装置および偏向装置を必要とせず、インクは、特定の範囲の電気伝導度である必要はない。パワーの要求の低減を助けると共に、これも液滴形成機構１０の構造およびインク液滴３０、３１および３２の制御を簡単化する。

プリントヘッド１２は、ＣＭＯＳおよびＭＥＭＳ技術のような既知の技術を用いて製造されることができる。加えて、インク液滴３０、３１、３２をつくるために、プリントヘッド１２はヒーター、圧電アクチュエータ、熱アクチュエータ、その他を組み込むことができる。いかなる数のノズル１８があってもよく、そして、ノズル１８間の距離はインクの合併を避けるための特定のアプリケーションにしたがって調整されることができ、所望の解像度を実現することができる。

プリントヘッド１２は、シリコン基板、その他を使用して形成されることができる。また、プリントヘッド１２は、いかなるサイズでもよく、それの構成要素はさまざまな相対的な寸法を有していてもよい。ヒーター２２、電気接触パッド２６および導体２８は、蒸着およびリソグラフィー技術、その他を通して形成され、パターン化されることができる。ヒーター２２は、電気抵抗ヒーター、放射ヒーター、対流ヒーター、化学反応ヒーター（吸熱性または放熱性）、その他のようないかなる形状およびタイプの発熱要素でも含むことができる。本発明は、いかなる適切な方法でも制御されることができる。このように、コントローラ１６は、予め定められたプログラム、その他を有するマイクロプロセッサベースの装置を含むいかなるタイプであってもよい。

液滴偏向板システム４０は、いかなるタイプであってもよく、いかなる数の適当なプレナム、導管、ブロワー、ファン、その他を含んでいてもよい。その上、液滴偏向板システム４０は、正圧力ソース、負圧力ソースまたは双方を含んでもよく、圧力勾配またはガス流れを作るためのいかなる要素をも含んでもよい。インク回収導管７０は、偏向された液滴を捕えるためのいかなる構成でもよく、必要に応じて換気されることができる。

プリントメディアＷは、いかなるタイプでも、そして、いかなる形式であってもよい。例えば、プリントメディアは、ウェブまたはシートの形であってもよい。その上、プリントメディアＷは、紙、ビニル、布、他の大きい繊維材料、その他を含む多種多様な材料から作られてもよい。従来のラスタ・スキャン機構、その他のような、メディアに対してプリントヘッドを相対的に移動させるためのいかなる機構も使用可能である。

図５を参照して、本発明の他の実施例は、同様の要素を同様の参照符号で記述して示されている。

インク液滴３０、３１および３２が経路Ｘに沿って移動するにつれて、偏向板プレナム１２５はインク液滴３０、３１および３２に力（４６で一般に示される）を与える。力４６は経路Ｘに沿うインク液滴３０、３１および３２と相互作用し、インク液滴３１および３２のコースを変更させる。インク液滴３０、３１および３２が異なる体積および質量を有しているので、力４６は、経路Ｘから分岐し、小さい液滴経路Ｙに沿う小さい液滴３１および３２を伴って小さい液滴３１および３２を大きい液滴３０から分離させる。大きい液滴３０は、僅かしか力４６による影響を受けないことができる。このように、大きい液滴３０は、大きい液滴の経路Ｘに沿う移動、または僅かな分岐および経路Ｘから僅かだけ分岐した側溝経路Ｚに沿う移動の開始の何れでも継続する。図５において、力４６は真空ソースによる作られた負圧から、負の圧力ソース１１２、その他を起こし、変更板プレナム１２５を通して連通した。

本発明の好ましい実施例に従って作られるプリントヘッドの概略平面図である。 （Ａ）〜（Ｆ）は、 図１の好ましい実施例において使用されるヒータの周波数制御および結果として生じるインク液滴を示す図である。 本発明の好ましい実施例に従って作られるインクジェットプリンタの概略図である。 本発明の好ましい実施例に従って作られるインクジェットプリントヘッドの部分的な断面概略図である。 本発明の代わりの実施例に従って作られるインクジェットプリンタの概略図である。

符号の説明

１０…インク液滴形成機構、１２…プリントヘッド、１４…インク供給、１６…コントローラ、１８…ノズル、２０…インク通路、２２…ヒーター、２４…電気抵抗発熱要素、２６…電気接触パッド、２８…導体、３０…液滴、３１…液滴、３２…液滴、３４…電気パルス、３６…遅延時間、３８…遅延時間。

Claims (1)

1. 電気的活性化パルスを提供するコントローラと、
   第１の体積を有する液滴が、第１の周波数の電気的活性化パルスに応じて生成されると共に、第２の体積を有する液滴が、第１の周波数よりも低い第２の周波数の電気的活性化パルスに応じて生成されるように、コントローラからの電気的活性化パルスに応じて液滴を生成する液滴形成機構であって、第２の体積が第１の体積よりも大きく、且つ、第１の体積を有する液滴と第２の体積を有する液滴が、経路に沿って移動する液滴形成機構と、
   前記経路に沿って移動する第１の体積を有する液滴と第２の体積を有する液滴に、第１の体積を有する液滴を、第２の体積を有する液滴よりも大きく前記経路から偏向させるような方向に、力を与える液滴偏向板システムと
   を備え、液滴形成機構が、第１の体積を有する液滴又は第２の体積を有する液滴を生成するように選択的に活性化されて、イメージを印刷する装置。

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