JPH10235901A - インク移転式印刷装置及びインク移転式印刷方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コスト、印刷速度、印刷の品質、信頼性等に
優れたインク移転式印刷装置を提供する。 【解決手段】 液体インクを用いるドロップオンデマン
ド式のページ幅プリントヘッド１６は、半導体基板と、
該基板に組つけられた複数の液滴射出ノズルと、該ノズ
ルに連結されたインク供給通路と、該通路内のインクを
各ノズルにメニスカスを形成させる大気圧を超える圧力
まで加圧する加圧手段と、所定の選択されたノズルのメ
ニスカスの周囲に熱を加える手段と、選択されたノズル
の平衡状態となった液滴の体積を制御する手段と、記録
媒体１８に平衡状態にある液滴を移転する手段とを含ん
でいる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般的にはデジタ
ル制御されるインク移転式印刷装置に関するものであ
り、とくに液体インクを用いるドロップオンデマンド式
のプリントヘッドであって、単一の基板の上に多数のノ
ズルが一体形成され、熱的活性化により制御され、ノズ
ル上で平衡状態にある液体のメニスカスの体積が予め設
定されることができるようになっているものに関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット印刷は、例えば非押圧で
あり、低騒音であり、普通の紙を用いることができ、ト
ナーの移転及び固定が不要であることから、デジタル制
御される電子印刷の分野において、注目すべきものとし
て認識されるようになってきている。インクジェット印
刷機構は、連続式のインクジェットとドロップオンデマ
ンド式のインクジェットとに分類されることができる。
１９７０年にキセルら（Kyser et al.）に付与された米
国特許第３,９４６,３９８号は、ピエゾ電気結晶（圧電
結晶）に高電圧を印加し、該結晶に曲がりを生じさせ、
インク容器に圧力をかけ、要求される液滴を射出するよ
うにしたドロップオンデマンド式のインクジェットプリ
ンタを開示している。別のタイプのピエゾ電気のドロッ
プオンデマンド式のプリンタは、押圧モード、剪断モー
ド、及び圧搾モードのピエゾ電気結晶を利用している。
ピエゾ電気のドロップオンデマンド式のプリンタは、家
庭用及び事務用のプリンタに対して７２０ｄｐｉに達す
る解像度での商業的利用を成し遂げた。しかしながら、
ピエゾ電気の印加機構は、通常、複雑な高電圧駆動回路
と、大きなピエゾ電気結晶配列とを必要とするが、これ
らは生産性及び性能に不利である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】１９７９年に、エンド
ら（Endo et al.）に付与された英国特許第２,００７,
１６２号は、ノズル内の水を基調とするインクと熱的に
接触する電熱ヒータに電力パルスを印加する電熱ドロッ
プオンデマンド式のインクジェットプリンタを開示して
いる。少量のインクは、急速に蒸発し、ヒータの基板の
縁に沿った小さな穴から射出されるインクの液滴を生じ
させる泡が形成される。この技術は、日本のキャノン株
式会社の商標であるバブルジェット（Bubblejet^TM）と
して知られている。

【０００４】１９８２年に、ボートら（Vaught et a
l.）に付与された米国特許第４,４９０,７２８号は、泡
の形成により動作してヒータの基板の面に垂直な方向に
液滴を射出する電熱液滴射出システムを開示している。
ここで用いられているように、「サーマルインクジェッ
ト（thermal ink jet）」という語は、このシステム
と、商標名バブルジェットとして一般に知られているシ
ステムの両方を示すのに用いられる。

【０００５】サーマルインクジェット印刷は、典型的に
は、インクを２８０°Ｃと４００°Ｃの間の温度に加熱
して急速かつ均一に泡を形成するために、およそ２マイ
クロ秒の期間にわたっておよそ２０μＪの加熱エネルギ
を加えることを必要とする。急速な泡の形成は、液滴射
出のための運動量を与える。泡の衝突は、泡の破裂に起
因する、薄膜のヒータ材料での大きな圧力パルスを生じ
させる。必要とされる高温は、特別なインクの使用を必
要とし、駆動電子回路を複雑化し、ヒータの構成要素の
劣化を促進する。各ヒータの１０ワットの駆動電量消費
は、低コストで高速のページ幅プリントヘッドの製造を
妨げる多くの要因の１つである。

【０００６】シエロら（Cielo et al.）に付与された米
国特許第４,２７５,２９０号は、液体インクの印刷シス
テムを開示している。このシステムでは、インクが、電
気的にエネルギを与えられる抵抗ヒータからの熱によっ
て表面張力が低減されるまで、予め設定された圧力で容
器に供給され、表面張力によってオリフィス内に保持さ
れ、これによりインクをオリフィスから吐出させて受取
用紙に接触させる。このシステムは、インクが温度によ
り表面張力の変化、好ましくは大きな変化を呈するよう
に設定されることを必要とする。受取用紙はまた、オリ
フィスから液滴を分離するために、オリフィスに近接し
ていなければならない。

【０００７】また、シエロら（Cielo et al.）に付与さ
れた米国特許第４,１６６,２７７号は、インクが予め設
定された圧力で容器に供給され、表面張力によってオリ
フィス内に保持されるようになっている、上記のものと
関連する液体インクの印刷システムを開示している。表
面張力は、インクのオリフィスの上の配列中に位置する
１つ又はこれより多い電極に印加される電圧によってつ
くられる静電力によって打ち破られ、これによりインク
が選択されたオリフィスから射出されて受取用紙に接触
させられる。上記のシエロにかかる特許では、インクの
液滴を印刷する主要な手段である紙と接触する「インク
ジェット」とは反対に、射出の範囲は非常に小さいこと
が要求されている。このシステムは、複数の高電圧が制
御されて電極の配列に連結されなければならない点で不
利である。また、隣り合う電極間の電場が互いに干渉し
合う。さらに、要求される電場が、望ましくアークを防
止しうる値より大きいことと、受取用紙の特性偏差、例
えば厚さ、湿度などが印加される電場を変化させること
ができることとが必要とされる。

【０００８】サイト（Saito）に付与された米国特許第
４,７５１,５３１号においては、ヒータが、２つの対向
する壁部の間に保持されたインクのメニスカスの下に配
置されている。ヒータは、該ヒータの近傍に配置された
電極によって印加される静電場に関連して、インクの液
滴の射出を生じさせる。複数のヒータ／電極の対が存在
するが、オリフィスの配列は存在しない。液滴の射出を
生じさせるインク上の力は、電場によってつくられる
が、この力は単独では液滴の射出を生じさせるのに不十
分である。すなわち、ヒータからの熱はまた、電場力が
液滴の射出を生じさせるのに十分となる前に、ヒータ近
傍におけるインクの粘性力及び／又は表面張力を低減す
ることが必要とされる。静電力の単独使用は高電圧を必
要とする。かくして、このシステムは、複数の高電圧が
制御されて電極の配列に連結されなければならない点で
不利である。また、オリフィスの配列の欠如は、射出さ
れた液滴の密度及び制御性を低下させる。

【０００９】上記の各インクジェット印刷システムは、
利点と欠点とを有している。しかしながら、例えばコス
ト、速度、品質、信頼性、電力使用量、構造及び操作の
単純性、耐久性及び消耗品について利点を与えることが
できる改良されたインクジェット印刷の研究に対するニ
ーズは、いまなお大きいことが認識されている。

【００１０】ラムら（Lam et al.）にかかる米国特許第
５,４８１,２８０号においては、流体を加熱して、制御
された量のカラーインクをノズルを介してインク移転表
面に流し、この後印刷媒体との接触により該印刷媒体に
移転させるのを可能にすることにより、粘度を低減する
といった方法が開示されている。この方法においては、
印刷されるべきインクの体積は、必要な粘度変化を達成
するために、１００°Ｃに近い温度まで加熱されなけれ
ばならない。インクの静止粘度により、ノズル再充填時
間が長くなり、印刷速度が低下する。

【００１１】本発明は、上記従来の問題点を解決するた
めになされたものであって、コスト、印刷速度、印刷の
品質、信頼性等に優れたインク移転式の印刷装置あるい
は印刷方法を提供することを解決すべき課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、広い範囲にわ
たって応用しうる能力を備えた、新規でかつ非自明な印
刷技術を提供するユニークなインクシステムを利用する
ものである。ノズルのオリフィスの上で平衡状態にある
液滴の体積は、電熱パルスによって制御され、印刷媒体
に移転されるまで安定性を維持することができる。液滴
の体積を制御するのに必要な熱パルスは、比較的低い電
力レベルであり、プリントヘッドがページ幅長となるこ
とを可能にする。インクの低粘性は再充填時間を改善す
る。液滴のインク体積の可変制御は、連続調色及び単色
調色がこの発明で成し遂げられることを可能にする。

【００１３】インク移転式印刷装置用の新規な手法の操
作を提供することが、本発明の１つの目的である。本発
明にかかる操作原理は、インク中に含まれる表面活性剤
の解放を熱的に制御することにより、ノズル上の可変制
御可能なインクの体積を平衡状態にすることである。予
め設定されたインクの体積は、この後印刷媒体に移転さ
れることができる。

【００１４】大気圧下で、表面活性剤を含んでいるイン
クは、大気圧よりは高いが、インクのメニスカスを形成
するためのノズルの臨界圧力よりは低い圧力に加圧され
る。この圧力は、ノズルの静止メニスカスの高さを決定
する。本願発明者は、ノズルに選択的に印加される電熱
パルスが、インク中の表面活性剤の解放と、インクの表
面への移動とを生じさせることを見いだした。これに対
応する表面張力の低下は、メニスカスの拡張を生じさせ
てその高さ及び体積を増加させる。この増加は、メニス
カスに供給される熱エネルギの量によって制御されるこ
とができる。インクの材料物性は、電熱パルス又はパル
スの終了後に、拡張された状態が予め設定されたポイン
トで停止されて、この状態が予め設定された時間、例え
ばおよそ１００マイクロ秒又はこれより長い時間維持さ
れ、これにより予め設定されたサイズ及び体積のインク
の液滴が形成されるようなものとされる。

【００１５】メニスカスが平衡状態となれば、液滴は印
刷媒体に移転されることができる。液滴は、印刷媒体を
選択されたメニスカスと接触させることにより移転され
てもよい。これに代えて、まずインクの液滴を中間表面
に移転させ、この後インクの液滴を中間表面から印刷媒
体に移転させるようにするのもまた好ましい。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照しつつ、
本発明の好ましい実施の形態を詳細に説明する。図１
は、制御された体積の液滴を生成することができるプリ
ントヘッドを用いたインク移転システムを示す図であ
る。画像ソース１０はスキャナ又はコンピュータからの
ラスター画像データであっても、紙面記載の言語の形態
の輪郭画像データであっても、あるいは他の形態のデジ
タル画像情報であってもよい。この画像データは、画像
処理ユニット１２によって、各画素のための適切な体積
のインクを提供するのに必要とされる熱的活性のマップ
に変換される。このマップは、この後画像メモリに転送
される。ヒータ制御回路１４は、画像メモリからデータ
を読み出し、プリントヘッド１６の一部をなす選択され
たノズルヒータに経時的に変化するか、又は多重の電気
パルスを印加する。これらのパルスは、適当な期間にわ
たって、適当なノズルに印加され、これにより制御され
た体積のインクからなる選択された液滴が、画像メモリ
中のデータによって定義される適当な位置に移転した
後、記録媒体１８の上にドットを形成する。

【００１７】記録媒体１８は、用紙移送ローラ２０によ
ってプリントヘッド１６に対して相対的に移動させら
れ、該ローラは用紙移送制御システム２２によって電子
制御され、さらに該システムはマイクロコントローラ２
４によって制御される。図４中に、より詳細に示されて
いるように、記録媒体はプラテン２１（ローラ）に対し
て張力がかけられている。プラテン２１は、記録媒体１
８との摩擦を低減し、かつ全印刷領域にわたって位置決
め精度を維持するために、高度に研磨され、場合によっ
ては平坦な表面を備えるべきである。プラテン２１は、
上記の形態に代えて、さらに摩擦を低減するために２つ
又はこれより多いローラ（図示せず）で構成されてもよ
い。該ローラは、記録媒体１８の位置決め精度を維持す
るためにバンド（図示せず）によって囲まれていてもよ
い。プラテン２１は、分極軸３３を有するピエゾ電気セ
ラミック３１（圧電セラミック）に固定されている。ピ
エゾ電気結晶は、印刷時にはプリントヘッド１６に対し
て機械的に固定されるプレート２９に固定されている。
電極３２は、ピエゾ電気結晶３１につけられている。プ
リントヘッド表面上に配置された選択的に平衡が保たれ
た液滴を印刷するために電極３２に電圧が印加され、プ
リントヘッド１６が記録媒体１８に接触させられる。

【００１８】インク通路組立体３０によってプリントヘ
ッド１６にインク７０が供給される。インク通路組立体
３０はまた、プリントヘッド１６を所定位置に固定的に
保持するとともに、プリントヘッド１６中でのそりを補
正するといった機能を発揮してもよい。これに代えて、
これらの機能はその他の構造によって付与されてもよ
い。ヒータを駆動するための電力は、２つの電力接続部
３８、３９によって供給される。これらの接続部は、容
易に数百ミクロンの厚さとされることができる導電性金
属で製作されることができ、かつこれらの接続部はプリ
ントヘッド１６の全長にわたってもよいので、小さな電
圧降下でもってプリントヘッド１６に大電流が供給され
ることができる。ページ幅のカラープリントヘッドで
は、数千のノズルが同時に駆動されるときには２０アン
ペア程度の電流を用いるかもしれないので、これは重要
なことである。

【００１９】図５は、印刷媒体１８への移転に先立って
平衡が保たれている３つのノズルを拡大して模式的に示
している。３つのノズル９０、９１、９２で平衡が保た
れているインクの液滴の体積は、該図中では左から右に
向かって増加しているが、これは電熱パルスの印加を増
やすことによりそうなっている。記録媒体１８に移転さ
れるインクの体積は、平衡に保たれた液滴の体積にほぼ
比例するであろう。

【００２０】ペーパーガイド３６は、固定ブロック３４
に対して作用する弾性的に変形することができる材料３
５によって与えられる圧力の下で記録媒体１８に軽く接
触する。ガイド３６は２つの目的をもっている。すなわ
ち、１つは用紙移送ローラ２０に係合するプラテン２１
に対して記録媒体１８を引っ張ることであり、もう１つ
は紙などの記録媒体１８から突き出るかもしれない繊維
を適宜平坦化することである。突き出ている繊維を平坦
化して、プリントヘッド１６から記録媒体１８の有効表
面までの距離のばらつきを低減することにより印刷の質
を高めることは望ましいことである。突き出ている繊維
は、このように低減されたノズルから記録媒体１８の近
接部までの距離により示唆されるほどには、印刷された
ドットのサイズに重要な影響を及ぼさない。これは、イ
ンクの液滴は、全表面にしみ込むほど速くは、突き出て
いる小さな繊維の表面にしみ込みまないからである。そ
れゆえ、インクの液滴の分離の前の時間、ひいては供給
されるインクの全量は、大きくは変化しない。印刷速
度、記録媒体のタイプ及び印刷システムのその他の態様
により、ペーパーガイド３６は必要とされないかもしれ
ず、あるいは摩擦を低減するための、引っ張られたロー
ラで置き換えられてもよい。

【００２１】該装置の上記に代わる構造は、逆に、固定
されたプラテンに対してプリントヘッドの位置を変える
ピエゾ電気結晶を用いることである。この構造は、上記
の好ましい装置に対して機能が等価であり、多くの場合
その製作が比較的難しいことを除けば、何ら重要な欠点
をもたない。

【００２２】結晶が剪断モード（シェアモード）で動作
する構造や、要求される制御電圧の大きさを低減するた
めに多重に積層されたピエゾ電圧結晶を用いる構造を含
む、多数の異なる構造のピエゾ電気結晶を用いることが
可能である。これらの変形例は当業者にとって自明なこ
とであり、この発明の範囲内のものである。

【００２３】静止状態（選択されたインクの液滴がない
状態）では、インクの圧力は、インクの表面張力に打ち
勝ち液滴を射出するには不十分である。図２及び図３に
示すように、最適な操作のためのインクの圧力は、主と
して、ノズルの直径と、ノズル孔４６及びノズルリム５
４の表面特性（疎水性の程度など）と、インクの表面張
力と、ヒータのパルスの電圧及び経時的プロフィールと
に依存するであろう。一定のインク圧力は、図１に示す
ように、インク圧力レギュレータ２６の制御の下で、イ
ンク容器２８に圧力をかけることによって成し遂げられ
ることができる。これに代えて、比較的大きい印刷シス
テムに対しては、インクの圧力は、インク容器２８内の
インクの頂面をプリントヘッド１６の上方の適当な距離
のところに位置させることにより非常に正確に形成さ
れ、制御されることができる。このインクのレベルは、
簡単なフロートバルブ（図示せず）によって調整される
ことができる。

【００２４】インクは、インク通路装置３０によってプ
リントヘッド１６の後面に分布させられる。このインク
は、プリントヘッド１６のシリコン基板を貫通して形成
された貫通スロット及び／又は貫通孔を経由して、ノズ
ル及びヒータが配置されている前面に好ましく流れる。

【００２５】図２は、本発明の好ましい実施の形態にか
かるドロップオンデマンド式のインクジェットプリント
ヘッド１６の単一のノズル先端部の詳細な拡大断面図で
ある。インク供給通路４０が、複数のノズル孔４６に沿
って、この例ではシリコンからなる基板４２内に形成さ
れている。ある具体例においては、供給通路４０及びノ
ズル孔４６は、ノズル孔４６の形状を形成するためのｐ
⁺エッチング係止層を用いて、シリコンの異方性ウエッ
トエッチングによって形成された。供給通路４０内のイ
ンク７０は、大気圧より高圧に加圧され、そして液滴を
閉じ込めようとする表面張力が、該液滴を押し出そうと
するインク圧力と釣り合うところに、ノズルリム５４か
らいくらか突き出たメニスカス６０（液面）を形成す
る。

【００２６】この例においては、ノズルは円柱形のもの
であり、環状のヒータ５０を伴っている。その他の抵抗
加熱材料を用いることもできるが、この例においては、
ヒータはおよそ３０オーム／平方のレベルにドープされ
たポリシリコンでつくられた。ノズルリム５４は、メニ
スカス６０（液体表面）との接触点が得られるよう、ヒ
ータ５０の頂部に形成されている。この例では、ノズル
リム５４の幅は、０.６μｍ〜０.８μｍであった。ヒー
タ５０は、基板への熱損失を最小にするために、熱的及
び電気的に絶縁性の絶縁層５６によって基板４２から仕
切られている。

【００２７】インクと接触している層は、保護用の薄膜
層６４を備えることができ、また再充填時間を改善する
ためにインクによるノズルの濡れを改善する層をも含む
ことができる。プリントヘッド１６の表面は、該プリン
トヘッド１６の前部と交差する方向にインクが事故で広
がるのを防止するために、疎水性層６８で被覆されるこ
とができる。ノズルリム５４の頂部はまた、疎水性又は
親水性のいずれかであることができる保護層で被覆され
てもよい。

【００２８】図３は、本発明の好ましい実施の形態にか
かるドロップオンデマンド式のインクジェットプリント
ヘッド１６の単一のノズルの拡大平面図である。ノズル
リム５４と該ノズルリム５４の直下に配置された環状の
ヒータ５０とは、ノズル孔４６の周縁を取り囲んでい
る。駆動回路から環状のヒータ５０に至る１組の電源用
及びアース用の接続部５９が示され、これらはノズルリ
ムの下方のヒータ面に位置するように組み立てられてい
る。

【００２９】サイズが小さい液滴については、インクの
液滴上の重力は非常に小さく、表面張力のおよそ１０^-4
倍であり、このため重力は大抵の場合無視されることが
できる。これは、プリントヘッド１６及び記録媒体１８
が、局所的な重力の場に関して任意の方向に向けられる
ことを許容する。これは携帯式プリンタにおいては重要
な要求である。

【００３０】インクは温度に伴って減少する表面張力を
有しており、これにより電熱パルスの印加の後にヒータ
からインクに伝達された熱が、平衡が保たれたメニスカ
ス６０の拡張を引き起こす。さらに、インクは、電熱パ
ルスが終了した後で、予め設定された期間、例えばおよ
そ１００マイクロ秒又はこれより長い期間、固定された
体積に拡張を維持する能力を有しているのが好ましい。
このような特性を呈するインクは、カルボン酸などの固
体の界面活性剤の混合物を含んでいる界面活性剤ゾルを
含む。１９９６年１２月３０日に、Ｐ．バグチ エトア
ール（P. Bagchi et al.）の名で出願され、一般譲渡さ
れた米国特許出願第０８／７７７,１３３号「固体の界
面活性剤の混合物を含んでいる界面活性剤ゾルを含んで
いるインク組成」は、このようなインクの組成を開示し
ている。

【００３１】（実験結果）図２及び図３中に模式的に示
されているような液滴分離手段を伴ったインクジェット
プリントヘッドが前記のように組み立てられ、実験的に
テストされた。プリントヘッド１６から射出された液滴
を描写するために用いられる該実験装置の模式図が図６
に示されている。コンピュータ８２とプリンタ８４とに
接続されたＣＣＤカメラ８０は、加熱パルスに対応する
種々の遅れ時間での液滴の画像を記録するのに用いられ
る。インクジェットプリントヘッド１６は、水平方向に
対して３０°傾けられ、これにより全ヒータ５０が観察
されることができる。表面の反射特性のため、液滴の反
射画像が液滴の画像とともに出現する。１つのユニット
として示されたインク容器及び圧力制御手段８６が、イ
ンク解放の閾値より低い地点でインクのメニスカスを平
衡に保つために設けられている。高速ストロボ８８は動
いている液滴の画像を固定するために用いられる。ヒー
タ電力供給部９０は、ヒータ５０にパルス電流を供給す
るために用いられる。ストロボ８８とカメラ８０とヒー
タ電力供給部９０とは、タイミングパルス発生器９２に
よって同期して駆動される。このようにして、ストロボ
８８とヒータ電力供給部９０との間の時間遅れが、液滴
形成時における種々のポイントでの液滴を把握するよう
に設定されることができる。

【００３２】前記のように組み立てられ、図２及び図３
中に模式的に示されている直径が２０μｍのノズルは、
図６中に模式的に示された実験装置に取り付けられた。
ノズルの容器はテスト用の流体で満たされた。これらの
結果を得るために用いられた流体は、前記のバグチ エ
トアールにかかる出願の例１〜例３に記載されている
が、表面活性剤として、混合されたカルボン酸を含んで
いた。

【００３３】図７（ａ）は、容器８６を、実測された臨
界圧力１３.６ｋＰａより低い９.４４ｋＰａまで加圧す
ることにより、ノズルリム５４の上で平衡が保たれたメ
ニスカス６０の画像である。該画像は、水平方向に対し
て３０°の傾斜でもって撮影され、平衡が保たれたメニ
スカスの反射画像も伴われているということが注目され
なければならない。また、画像の上には電極５９が付さ
れている。

【００３４】図７（ｂ）は、５個の１０マイクロ秒の継
続時間のパルスが印加された後およそ１ミリ秒の時点に
おけるメニスカス６０の撮影画像であり、それぞれヒー
タ５０に印加された電力レベルは９０ｍＷである。これ
は比較的低い電力レベルであり、プリントヘッド１６が
ページ幅長となるのを許容する。ヒータ５０からの熱エ
ネルギによって惹起された局所的な温度上昇は、表面張
力の低下を含む、流体の物理的特性の変化を起こした。
表面張力の低下は、メニスカス６０のノズルからのさら
なる移動を惹起した。メニスカス６０は、基本的には、
電熱パルスの終了後、長くこの位置で固定されたままで
ある。この予期しない新規な観察結果は、該インク近接
型印刷装置における基本原理を与える。

【００３５】９個の１０マイクロ秒を超える継続時間の
パルスを印加した結果、図７（ｃ）に示すような画像が
得られた。メニスカス６０はさらに拡張した上で、再
び、基本的には電熱パルスの終了後、長くこの位置で固
定されたままである。

【００３６】図７（ａ）〜図７（ｃ）から明らかなとお
り、メニスカス領域の大きさ、ひいては体積は、予め設
定された数及び継続時間の電熱パルスを印加することに
より得られる。

【００３７】図８は、ドラム内にインク容器を備えたド
ラム１０２の上に配置されたノズル配列１００を伴って
いるインク移転装置の、前記のもの代わる実施構造を示
している。選択されたノズル中のインクの熱的活性化
は、各ノズルに電気ヒータを配置することにより成し遂
げられることができる。前記のものに代わる実施の形態
では、ノズル上で平衡が保たれたインクは、ミラー１０
８で反射されたレーザビーム１０６を用いて図８中に模
式的に示されているようにノズルを走査させることによ
って、光学的に加熱されることができる。

【００３８】別の実施の形態では、用紙輸送システムの
代わりに中間の移転表面が用いられ、記録媒体へのイン
クの液滴の移転を促進することができる。中間の移転表
面は、インクが中間の移転表面へ、きれいに移転するよ
うな、既知の品質及び吸収性を有している。このような
移転ローラ技術は当該技術分野でよく知られている。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明にかかる１つの典型的な印刷装置の単
純化された模式的なブロック図である。

【図２】 本発明にかかるノズル先端部の断面図であ
る。

【図３】 本発明にかかるノズル先端部の平面図であ
る。

【図４】 本発明にかかるウェブ供給式印刷システムの
ためのインク移転プリントヘッド及びローラ組立体の断
面図である。

【図５】 ３つの選択されたノズルのメニスカスを示す
図である。

【図６】 本発明をテストするために用いられた実験装
置の単純化された模式的なブロック図である。

【図７】 （ａ）〜（ｃ）は、３つのノズルのメニスカ
スを示す図であり、１つはその静止位置におけるもので
あり、２つは本発明に従って異なる体積で選択されたも
のであり、膨張しているメニスカスは、それらの形成の
原因である電熱パルスの終了後に、予め設定された期間
それらの拡張している体積を維持している。

【図８】 インク移転システムの３次元的な図であり、
この図中ではノズルが本発明にかかる移転ローラの上に
配置されている。

【符号の説明】

１０…画像ソース、１２…画像処理ユニット、１４…ヒ
ータ制御回路、１６…プリントヘッド、１８…記録媒
体、２０…用紙移送ローラ、２１…プラテン、２２…用
紙移送制御システム、２４…マイクロコントローラ、２
６…インク圧力レギュレータ、２８…インク容器、２９
…プレート、３０…インク通路組立体、３１…ピエゾ電
気セラミック、３２…電極、３６…ペーパガイド、４０
…インク供給通路、４２…基板、４６…ノズル孔、５０
…ヒータ、５４…ノズルリム、５６…絶縁層、５９…接
続部、６０…メニスカス、７０…インク、８０…ＣＣＤ
カメラ、８２…コンピュータ、８４…プリンタ、８８…
ストロボ、９０…ノズル、９１…ノズル、９２…ノズ
ル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 プラナブ・バグチ アメリカ合衆国14580ニューヨーク州ウェ ブスター、ハンツマン・ウェイ３番

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱的に解放される表面活性剤を含み、表
   面張力を有する加圧下の液体インクの供給源と、 上記のインクの供給源に接続され、インクのメニスカス
   が該メニスカス内に予め設定された体積のインクを伴っ
   てノズル先端部で平衡を保つようになっているノズル
   と、 メニスカス内のインクと熱的に係合する熱活性体とを含
   んでいて、 上記熱活性体が、選択的に変化することができる制御信
   号によって活性化されたときに、メニスカス内のインク
   を加熱しこれにより上記表面活性剤を解放して、インク
   の表面張力を低下させるとともに、印刷媒体への移転の
   ためにノズル先端部で平衡を保っているメニスカスを拡
   張させ、 上記インクが、電熱パルスが終了した後、予め設定され
   た最小の期間、メニスカスを固定された体積に拡張した
   状態に維持させるといった物性を有していることを特徴
   とするインク移転式印刷装置。
2. 【請求項２】 上記熱活性体が電熱パルスによって制御
   されるようになっていることを特徴とする請求項１に記
   載のインク移転式印刷装置。
3. 【請求項３】 液滴の体積を制御するのに必要とされる
   電熱パルスが比較的低出力レベルであって、上記プリン
   トヘッドがページ幅長となるのを許容するようになって
   いることを特徴とする請求項２に記載のインク移転式印
   刷装置。
4. 【請求項４】 上記の選択的に変化することができる制
   御信号が、連続調色及び無彩色調色が印刷媒体への移転
   によって成し遂げられることを許容するようになってい
   ることを特徴とする請求項１に記載のインク移転式印刷
   装置。
5. 【請求項５】 上記インクの物性が、拡張状態が予め設
   定されたポイントで停止させられることができ、電熱パ
   ルスが終了した後で長い秒数それを維持することがで
   き、予め設定されたサイズ及び体積のインクの液滴を形
   成するようなものであることを特徴とする請求項１に記
   載のインク移転式印刷装置。
6. 【請求項６】 上記の予め設定された期間が少なくとも
   約１００マイクロ秒であることを特徴とする請求項１に
   記載のインク移転式印刷装置。
7. 【請求項７】 インクのメニスカスがノズル先端部で平
   衡状態を維持することができない臨界圧力を有している
   インクをノズルから移転させるインク移転式印刷方法で
   あって、 表面活性剤を含んでいるインクをノズルに供給し、 上記インクを、大気圧よりは高く、ノズルの臨界圧力よ
   りは低い圧力に加圧してメニスカスを形成し、ここでイ
   ンクの圧力がノズルの静止メニスカスの高さを決定し、 上記インクに含まれている表面活性剤の解放を熱的に制
   御し、これによりインク中の表面活性剤でもってメニス
   カスの拡張を生じさせてその高さ及び体積を増加させ、 予め設定されたポイントで表面活性剤の解放を熱的に制
   御するのを停止させ、ここでインクの物性が、表面活性
   剤の解放の終了後、予め設定された最小の期間安定を維
   持し、これにより予め設定されたサイズ及び体積のイン
   ク液滴を形成できるものであり、 そして、予め設定された体積のインクを印刷媒体に移転
   させるといった各ステップを含んでいることを特徴とす
   るインク移転式印刷方法。
8. 【請求項８】 上記の表面活性剤の解放を制御するステ
   ップが、熱パルスをノズル中のインクに選択的に印加す
   るステップを含んでいることを特徴とする請求項７に記
   載のインク移転式印刷方法。
9. 【請求項９】 上記の表面活性剤の解放を制御するステ
   ップが、表面活性剤をインクの表面に移動させるステッ
   プを含んでいて、これに対応する表面張力の低下がメニ
   スカスの拡張を生じさせるようになっていることを特徴
   とする請求項７に記載のインク移転式印刷方法。
10. 【請求項１０】 上記の予め設定された期間が少なくと
    も約１００マイクロ秒であることを特徴とする請求項７
    に記載のインク移転式印刷方法。