JPH05246035A - 液体噴射方法と、この方法を用いた連続インクジェットプリンターを有する高解像度印刷装置 - Google Patents

液体噴射方法と、この方法を用いた連続インクジェットプリンターを有する高解像度印刷装置

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JPH05246035A
JPH05246035A JP4201999A JP20199992A JPH05246035A JP H05246035 A JPH05246035 A JP H05246035A JP 4201999 A JP4201999 A JP 4201999A JP 20199992 A JP20199992 A JP 20199992A JP H05246035 A JPH05246035 A JP H05246035A
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voltage
ink
inkjet
axis
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Stephane Vago
ヴァゴ ステファン
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  • Ink Jet Recording Methods And Recording Media Thereof (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ノズル２から出たジョット１を静電的に荷電
する荷電装置７の近傍でこのジョット１を複数の液滴11
に分割する段階を含む連続ジェット装置で用いられる液
体噴射方法と装置。 【構成】 ジェット１の進行方向の軸線Ｄに対して非対
称な電界を荷電装置７によって形成し、主滴11が出来た
時にレイリー電圧以上の所定の荷電電圧ＶM を荷電装置
７に加えて主滴の上流側端で単一のミクロ滴14を形成
し、形成されたミクロ滴14のすぐ後の主滴に上記荷電電
圧ＶM およびレイリー電圧よりも低い別の荷電電圧Ｖc
を加えることによってミクロ滴14を偏向させる。荷電電
圧Ｖc は印刷物15へ向かうミクロ滴に対して選択し軌道
に応じて変調される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は液体を高精度に噴射する
方法と、この方法を用いた連続インクジェットプリンタ
ーを有する高解像度印刷装置とに関するものである。本
発明の液体噴射方法は高解像度印刷の分野に適用される
他に、例えば印刷マイクロ回路のトレースや、基板上に
電子部品を取付けたり、所定の幾何学形状に従って材料
粒子を集めるための導電性接着剤微粒子の塗布といった
物質をミクロに供給(microdosade) する分野にも適用で
きる。その他の重要な用途としては医薬製造時に化学反
応材または生物反応剤をミクロに供給する分野がある。
【０００２】
【従来の技術】高解像度プリンターの分野では、インク
ジェットを分裂または分割する励起または刺激(stimula
tion) の振幅値の関数で、主滴の上流側端または下流側
端から生じるインクの短い糸(filament)から「衛星粒(s
atellites)」と呼ばれる小さい液滴を形成する方法は日
立のアメリカ合衆国特許第 4,068,241号で公知である。
この方法では、偏向前のインクジェットは主粒と衛星粒
とが交互に配列したものによって構成されており、これ
らの直径比は約３である。衛星粒は２進化コードを用い
た偏向法で偏向される。従って、この系の各ノズルは印
刷される模様の１点のみと対応する。そのため、印刷物
の所定の表面を被覆するためには印刷ヘッドと印刷され
る支持体との間の相対運動を多数回行う必要があるとい
う欠点がある。電荷を有しないか、帯電量が低い主粒は
ダクトで回収されて、インク回路へ再循環される。この
印刷方法の他の欠点は、インクジェットの刺激方法に対
するその感度が高過ぎる点にある。すなわち、この方法
では、各機構の機械的応答性を個別に調節しないと、再
現性の良い励起特性は得られない。
【０００３】本出願人が出願した欧州特許出願第 0,36
5,454号衛星粒を用いた連続インクジェットプリンター
で用いられる高解像度印刷方法が記載されている。この
方法では、連続インクジェットが同一寸法の液滴Ｇn に
ほぼ等間隔で細分化される。主滴Ｇn が荷電電極を通過
した時に適当な電圧Ｖn を印加すると、インクジェット
が所定の条件下にあれば、主滴Ｇn の上流側で糸(filam
ent)が離れて衛星滴Ｓnが生じる。次の主滴Ｇn+1 の形
成時には、衛星滴Ｓn が主滴Ｇn と主滴Ｇn+1 と間のイ
ンクジェット中に十分長い時間残って、下流側に形成し
た偏向電圧を横断して印刷媒体へ向かって偏向されるよ
うに、Ｖn とほぼ同じ振幅の電圧Ｖn+1 を印加する。ほ
とんど偏向されなかった主滴は回収されてインク回路へ
再循環される。この方法の実施にもいくつかの問題点が
ある。先ず第１に、所望のインクジェットを作るには特
定の条件が必要になる。第２に、衛星滴に使用される振
動はインクジェットの励起に使用される振動の３分の１
に過ない。すなわち、一般に、印刷される模様の点と荷
電値とが対応していないため、液滴Ｇn の荷電量とほぼ
同じ荷電量に帯電された液滴Ｇn+1 自体が印刷には使用
されない衛星滴を発生させる。また、この特許に記載の
静電的閉じ込め方法では、衛星滴が不安定なバランス均
衡状態に置かれるため、偏向精度が悪くなる。この問題
は、荷電電極間を通過して偏向電界に入る衛星滴が通過
する軌道の長さが長くなればなる程、重大になる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的はこれら
の欠点を解消し、ミクロ滴をインクジェットを分割させ
るのに用いる励起振動すなわち振幅以外の方法で形成し
且つインクジェット中での液滴間の相互作用によって生
じる偏向作用以外の追加の偏向手段を使用しないで連続
ジェットで液体を噴射する方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の対象は、ジョッ
トを静電的に荷電する荷電装置の近傍でこのジョットを
複数の液滴に分割し、ジェットの軸線に対して非対称な
電界を形成する第１段階とと、荷電装置に所定の電圧Ｖ
M を印加して主滴の上流側端に単一のミクロ滴を形成す
る第２段階と、このミクロ滴の直ぐ後の主滴に電圧ＶM
以下の別の荷電電圧Ｖc を印加して、使用されるミクロ
滴を偏向させる第３段階とを有する高解像度の液体射出
方法にある。
【０００６】本発明の他の対象は、下記： (a) インクジェットをその進行方向軸線に沿って噴射す
るための少なくとも１つのノズルを有する加圧されたイ
ンク容器と、(b) 給電回路に接続された静電的に荷電さ
せる荷電装置の近傍で、インクジェットをインク滴に分
割する分裂点を決める励起手段と、(c) 荷電装置によっ
て帯電されたインク滴の近傍に配置され且つ情報処理回
路に接続された検出回路と、(d) インク供給回路と連通
して、印刷に用いられなかった液滴を回収するダクト
と、で構成される上記方法を用いた連続ジェット装置を
有する高解像度印刷装置において、(e) 荷電装置がイン
クジェットの軸線に対して非対称な電界を生じさせる単
一の荷電電極を有することを特徴とする装置にある。本
発明の上記以外の特徴および利点は、添付図面を参照し
た以下の実施例の説明から明らかになろう。しかし、本
発明が以下の実施例に限定されるものではない。なお、
各図において同じ参照符号を付けた要素は同じ機能で同
じ結果を得るものである。
【０００７】
【実施例】この実施例では、本発明を高解像度プリンタ
ーに応用した場合を説明する。図１は本発明方法を高解
像度連続インクジェットプリンターを有する印刷装置に
用いた場合の一実施態様を示す概念図である。この印刷
装置はインクジェット１が放出される放出ノズル２を備
えた加圧インクの容器３を有している。インクジェット
１は変調器５に電気的に接続された共振回路４によって
励起(stimuler)される。励起されたインクジェット１の
分裂点６(point de brisure)は共振回路４によって決ま
る。この分裂点６の近傍には荷電装置７が配置されてい
る。この荷電装置７には給電回路８が接続されている。
荷電装置７はジェットの軸線Ｄに対して非対称的な電界
を生じさせる特性を有している。インクジェット１を液
滴11に細分化する操作と各液滴11に電荷を与える操作と
を同期させるために、インクの液滴が通る軌道の近傍に
検出回路９が配置されている。この検出回路９は印刷情
報を処理する回路10に接続されている。印刷に用いられ
なかった大部分のインク液滴11はダクト（溝）12の中に
回収され、管路を介してインク供給回路13へ戻される。
【０００８】ミクロな液滴14（その発生方法および偏向
方法については後で説明する）は印刷媒体15へ向かって
その軌道上を通る。本発明の噴射方法では電導性液滴の
有する１つの特性すなわち１つの電導性液滴が受けるこ
とができる電荷量には上限があるという特性を利用す
る。この特性は1882年にレイリー卿(Lord Rayleigh) が
見つけている（バイレイ(Adrian G. Bailey)「液体の静
電噴霧 (ElectrostaticSpraying of Liquids)」、Resea
rch Studies Press ltd. 1988 年参照) 。液滴が外部
から全く影響を受けない場合の上記上限はレイリー(Ray
leigh)限界と呼ばれている。この荷電限界値を越えると
液滴〔 "親滴"(goutte-mere)と呼ばれる〕が不安定にな
って、強く荷電された１つまたは複数のミクロな液滴
（以下ミクロ滴(microgouttes)という）を放出し、その
結果、液滴の荷電がレイリー臨界値以下に下がる。本発
明方法では、導電性液滴は静電気的に不安定性であると
いう上記現象を、親滴の上流端でミクロ滴を完全に反復
可能な状態で放出させるという目的で、制御下で励起さ
れた連続ジェットに利用する。
【０００９】図２の(a) は本発明でミクロ滴が生成する
過程を示す概念図である。荷電装置すなわち荷電電極７
は、導電性液体すなわちインク１のジェットの分裂点６
の近傍にジェットの軸線Ｄに対して非対称な電界を生じ
させ、それによって親滴20、22および24に所定の電荷値
ＶM を与えてミクロ滴を放出させる。すなわち、親滴2
2、24から各ミクロ滴26、27を放出させる。液滴20から
生じたミクロ滴はもはや見えなくなっている。一方、主
要な液滴（以下、主滴(gouttes principales) という）
21、23、25は荷電されないので、親滴22と24との間の静
電反発力により各ミクロ滴26、27は荷電されていない主
滴23、25に直ちに捕捉される。荷電電極７（図２の(a)
では単純な電極）の幾何学形状は非対称であるので、ミ
クロ滴26がそのすぐ後ろの主滴23によって捕捉される捕
捉点28はインクジェットの軸線Ｄからわずかにズレてい
る。
【００１０】図２の(b) は、給電回路８から荷電電極７
へ与えられる電圧値、すなわち、図２の(a) で示した各
液滴に対して印加される荷電電圧を示しており、親滴に
対してはＶM が印加され、主滴に対しては電圧ゼロが印
加される。本発明方法では、ミクロ滴を生成した各親滴
のすぐ後ろにある主滴を適当な方法で荷電させることに
よって印刷に用いられるミクロ滴を偏向させる。従っ
て、この主滴は「偏向滴(goutte de deflexion) 」と呼
ばれる。実際には、この偏向滴の有する電圧は最小値Ｖ
ｃmin であるので、インクジェット中でのこの偏向滴と
その前方のミクロ滴との間に生じる静電反発力だけでミ
クロ滴は荷電電極７が作る非対称な電界で規定される方
向へインクジェットの軸線Ｄから離れる。この結果得ら
れる偏向角は偏向滴に印加する電荷の量を変えることに
よって連続的に変えることができる。印刷用のミクロ滴
を偏向させるために偏向滴に加える最小電圧Ｖc min が
存在するとともに、親滴に印加された電圧ＶM が影響が
全くない状態での厳密な定義でのレイリー電圧値以上で
ある場合でも、それを越えると偏向滴と親滴との間の強
い静電相互作用によって親滴からのミクロ滴の放出が妨
げられる最大値Ｖc max も存在する。偏向滴に印加され
る電圧Ｖc はレイリー電圧以下となるように選択して利
用不可能な偏向滴が出ないようにし、それによって本発
明方法の印刷速度を良くする必要がある。
【００１１】図３の(a) は印刷用液滴の生成および偏向
プロセスを示す概念図であり、図３の(b) は本発明によ
りインクジェットの液滴に印加される荷電電圧の値を示
すダイヤグラムである。インクジェット１は主滴30〜35
に分割され、液滴30、32、34はレイリー電圧以上の電圧
ＶM に荷電されて各ミクロ滴36、37、38を生成する。こ
れらのミクロ滴の中の２つのミクロ滴36と36は、電圧Ｖ
c31 及びＶc32 に荷電された偏向滴31、33によって偏向
される。主滴35は荷電されていないので、液滴34から来
るミクロ滴38を吸収する。各ミクロ滴の偏向角度は偏向
滴に印加される電圧Ｖc によって決まるということは理
解できよう。すなわち、液滴31の荷電電圧Ｖc31 より高
い荷電電圧Ｖc33 に印加された液滴33は、ミクロ滴37を
ミクロ滴36よりも大きく偏向させる。親滴30、32、34
と、偏向滴31、33と、荷電されていない液滴35とは印刷
媒体15の方へ偏向されずに、ダクト12中に回収されてイ
ンク回路内を再循環する。印刷媒体15上に所定のドット
を印刷する場合には、インクジェットの２つの液滴を下
記の順序で操作する必要がある。すなわちレイリー電圧
以上の上部臨界電圧値ＶM を印加して印刷用マイロク滴
を生成させ、次いで、Ｖc min とＶc maxとの間の下部
臨界電圧値Ｖc を印加してマイクロ滴を偏向する必要が
ある。
【００１２】図４の(a) 〜(c) はインクジェット１の軸
線Ｄに対して非対称な電界を作るための幾何学形状が互
いに異なるインク滴荷電電極の３つの実施例を示す概念
図である。図４の(a) の第１実施例では、荷電電極70は
インクジェット１の軸線Ｄと同軸な半円筒形をしてい
る。この荷電電極70では荷電電極70とインクジェット１
との間の静電気の影響が強いので、インク滴に低い荷電
電圧を加えるだけでプリンターを作動させることができ
る。図４の(b) の第２実施例では、荷電電極71が単一の
長方形のプレートの形をしている。このプレートの縦軸
線はインクジェット１の軸線Ｄと平行である。この荷電
電極71とインクジェット１との間の静電気の影響は第１
実施例の場合より小さい。しかし、荷電電極が単純な形
になり且つ小型になるので、製造が容易となり、高密度
に集積することができる。図４の(c) の第３実施例は第
１実施例の幾何学形状の効率と第２実施例の単純さとを
折衷したものである。この荷電電極72はインクジェット
の軸線Ｄと平行な方向に沿って互いに交差した２枚のプ
レートによって構成されている。
【００１３】本発明方法は、放出ノズルの直径よりはる
かに小さい直径の液滴を印刷媒体上に衝突させることが
でき，それによって装置の精度を上げることができ、従
ってプリンターの解像度を高くすることができるという
利点がある。本発明では、その性能に比べて小さな公差
で液体噴射系を高密度に集積することができる。さら
に、ジェット液滴間の静電気相互作用で生じる偏向のみ
を利用し、その他の捕捉用偏向手段は不要であるので、
本発明方法では液体噴射ヘッドの部品数を減らすことが
できる（単一の荷電電極で十分である）。本発明方法の
他の利点は、インクジェットの励起用振幅の変化に対し
て感度が低いミクロ滴のみで印刷できる点にある。すな
わち、本発明のミクロ滴はインクジェットを分割するた
めの振幅や周波数に対する作用で生じるものではない。
本発明方法のさらに他の利点は、スクリーンモードでイ
ンク滴を印刷することができる点にある。この点で、単
一のインクジェットによって液滴の偏向度の変調に対応
した複数の液滴のラインを印刷する従来法とは相違して
いる。
【００１４】本発明方法は産業上の種々の分野で利用す
ることができる。先ず第１に、印刷されるミクロ滴が極
めて小さい直径であるので、写真印刷とほぼ同じ品質を
必要とする分野で使用されるプリンターを設計すること
ができる。本出願人が製作したプロトタイプのプリンタ
ーでは、直径が35μｍの放出ノズルを用いた場合に直径
が10μｍ以下の印刷用ミクロ滴を得ることができた。さ
らに、印刷用ミクロ滴の各偏向角度を選択的に変調する
ことができるので、適当な制御アルゴリズムを用いるこ
とによって、複雑な形状の印刷媒体上に極めて高品質の
印刷を行うことができる。高解像度と高速印刷との両方
が要求される工業装飾分野にも本発明方法は適用でき
る。すなわち、本発明方法では、印刷に必要な部品数が
少なく且つ単純であるので、各部品を多重ジェットモジ
ュールに高密度に集積することができる。本発明は上記
実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱
しない限り、種々の均等手段とそれらを組み合わせるこ
とができる。例えば、同一容器に接続された複数のノズ
ルからノズルと同数の連続インクジェットを同時に噴射
するプリント装置にすることもできる。既に述べたよう
に、本発明はプリント回路のトレース、電子素子の組立
て、医薬の製造にも使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明方法を用いた連続インクジェットプリ
ンターを有する印刷装置の一実施態様を示す概念図。
【図２】 図２の(a) は本発明によりミクロ滴が生成す
る過程を示す概念図であり、図２の(b) は印刷用ミクロ
滴を生成するために、インクの主滴に印加される荷電電
圧の形を示すグラフである。
【図３】 図３の(a) は本発明によるミクロ滴の生成お
よび偏向方法を示す概念図であり、図３の(b) は本発明
方法でインク滴に印加される荷電電圧の形を示すグラフ
である。
【図４】 図４の (a)〜(c) は、本発明によりインク滴
に荷電電圧を加える荷電装置の変形例を示す図。
【符号の説明】
１ インクジェット ２ ノズル ３ 加圧インク容器 ４ 共振器 ５ 変調回路 ６ 分裂点 ７ 荷電電極 ８ 給電回路 ９ 検出回路 10 情報処理
回路 11 インク滴 12 ダクト 13 インク供給回路 14 ミクロ滴 15 印刷媒体 20、22、24
親滴 21、23、25 主滴 26、27 ミク
ロ滴 30、32、34 主滴 31、33 偏向
滴 36、37、38 ミクロ滴

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ノズル(2) から出たジョット(1) を静電
    的に荷電する荷電装置(7) の近傍で、このジョット(1)
    を複数の液滴(11)に分割する第１段階を有する連続ジェ
    ット装置で用いられる液体噴射方法において、以下の段
    階をさらに有することを特徴とする方法： (a) ノズル(2) から来るジェット(1) の進行方向の軸線
    (D) に対して非対称な電界を荷電装置(7) によって形成
    し、(b) 主滴(11)が出来た時にレイリー電圧以上の所定
    の荷電電圧(VM ) を荷電装置(7) に加えて、主滴の上流
    側端で単一のミクロ滴(14)を形成し、(c) 形成されたミ
    クロ滴(14)の直ぐ後の主滴に上記荷電電圧(VM ) および
    レイリー電圧よりも低い別の荷電電圧(Vc ) を加えるこ
    とによってミクロ滴(14)を偏向させる。
  2. 【請求項２】 ミクロ滴(14)の偏向に用いる荷電電圧(V
    c ) が、液体が噴射される支持体(15)へ向かって進むミ
    クロ滴の選択された軌道の関数で振幅変調される請求項
    １に記載の方法。
  3. 【請求項３】 インクジェット(1) をその進行方向軸線
    (D) に沿って噴射するための少なくとも１つのノズル
    (2) を有する加圧されたインク容器(3) と、給電回路
    (8) に接続された静電的に荷電させる荷電装置(7) の近
    傍で、インクジェット(1) をインク滴(11)へ分割する分
    裂点(6) を決める励起手段(4, 5)と、荷電装置(7) によ
    って帯電されたインク滴(11)の近傍に配置され且つ情報
    処理回路(10)に接続された検出回路(9) と、インク供給
    回路(13)と連通した印刷に用いられなかった液滴を回収
    するダクト(12)とを有する請求項１または２に記載の方
    法を用いた連続インクジェットプリンターを有する高解
    像度の印刷装置において、 荷電装置(7) がインクジェット(1) の軸線(D) に対して
    非対称な電界を生じさせる単一の荷電電極を有すること
    を特徴とする装置。
  4. 【請求項４】 荷電電極がインクジェット(1) の軸線
    (D) に平行な軸線を有する半円筒形の荷電電極(70)であ
    る請求項３に記載の装置。
  5. 【請求項５】 荷電電極がインクジェット(1) の軸線
    (D) に平行なプレートである請求項３に記載の装置。
  6. 【請求項６】 荷電電極がインクジェット(1) の軸線
    (D) と平行な方向に沿って互いに交差した２枚のプレー
    トである請求項３に記載の装置。
JP4201999A 1991-07-05 1992-07-06 液体噴射方法と、この方法を用いた連続インクジェットプリンターを有する高解像度印刷装置 Pending JPH05246035A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9108482 1991-07-05
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