JPS593154B2 - 液体小滴流不安定性補償装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ク５ 本発明はインクジェット印刷装置に関し、特に小
滴の流れの不安定さを補償する装置に関する。

インクジェット印刷システムに於て、ノズルと該ノズル
に整列された記録表面との間で、時間の経過とともにい
ずれかの小滴の流れが整夕Ｉルた状マ０ 態から逸れる
事がある。インクジェット流のこのような不安定性がど
うして生じるのかは良く知られていないか時間か経つに
つれその不安定性は大きくなる。ノズルと該ノズルに整
夕１ルた記録表面上の位置マ５ との間にある小滴の流
れの所望の通路から小滴の流れが逸れる量はほんの２、
３ミリラジアンに限られるが、この僅かな差も、小滴の
流れが記録表面の所望の位置に当らなくなるであろうか
ら、印刷の質に大きな影響を及ぼし得る。

そしてイックジェット印刷装置は閉止されるまでかなり
長い期間にわたつて動作しているから、その流れは動作
中、最大２，３ミリラジアンにわたつて変動し得るＯ本
発明はその所望の経路からインク流が逸れる量を実質的
に制限する事によつて上述の問題を満足の行くよう解決
する。

本発明は各帯電小滴の流れを、該流れを射出するノズル
と整夕１ルた記録表面上の位置に、静電的に焦結する事
を企んだものである。各帯電小滴の静電的な焦結は各帯
電小滴の速度を何ら変化させる事なく好適に行なわれる
のが望ましい〇本発明の実施例は小滴の流れが進行して
行く方向に互いに等しい間隔で等しい向きで並んだ３個
の電極を有する「靜電レンズ（ＥｌｅｃｔｒＯｓｔａｔ
ｉｃｌｅｎｓ）」を用いる。

これらの電極の間隔は小滴が通り抜ける各電極の円形開
口部の直径よりも短い事が望ましい。帯電小滴の静電的
な焦結を得る為に、外側の各電極に印加される電位即ち
電圧（ＰＯｔｅｎｃｌａｌ）は帯電小滴の電荷あたりの
運動エネルギとほぼ同じでなければならない０この電圧
は単位電荷あたりの運動エネルギを大きさのオーダー１
つ位でされ超えてはならない〇Ｐｅｒｇａｍ０ｎＰｒｅ
ｓｓＬｔｄ．社発行の１９６５年の米国コピーライトの
あるＰ．Ｇｒｉｖｅｔ氏著「ＥｌｅｃｔｒＯｎＯｐｔｉ
ｃｓ（電子光学）」には電子の静電的焦結の概念が記さ
れている。

これは外側の各電極が同じ電圧を有する３個の電極を用
いる事について述べている。静電レンズは電子銃ととも
に使用されているので、各電子は同じ運動エネルギ及び
同じ電荷を有するのであろう０それらは各電子の単位電
荷あたり同じ運動エネルギと、同じ電荷とを受ける事に
なろうが、この事について「ＥｌｅｃｔｒＯｎＯｐｔｉ
ｃｓ」には何ら記されておらずまた認識されている様子
もない。この「ＥｌｅｃｔｒＯｎＯｐｔｉｃｓ」は靜電
粒子の軌跡が電荷または質量と独立である事を認識して
いるに過ぎない。

更に、イックジェット小滴は電子の質量よりも約２０倍
のオーダー位大きい質量を有する。

電子と比べてそんなにも質量の大きい粒子が静電的に焦
結され得る事も［ＥｌｅｃｔｒＯｎＯｐｔｉｃｓ］では
認識していない。ＥｌｓｅｖｉｅｒＳｃｉｅｎｔｉｆｉ
ｃＰｕｂｌｉｓｈｉｎｇＣＯｍｐａｎｙ社発行、１９７
６年の米国コピーライトのある、Ｅ．Ｈａｒｔｉｎｇ氏
及びＦ．Ｈ．Ｒｅａ砥による「ＥｌｅｃｔｒＯｓｔａｔ
ｉｃＬｅｎｓｅｓ（静電レンズ）には、開口を有する２
個のレンズ及び開口を有する３個のレンズに対する電子
並びにイオン用の像及び物体との距離の関係が図に開示
され、またそこでは開口を有する２個のレンズ及び開口
を有する３個のレンズの電極に印加される電圧の比も種
々の電圧の比について開示される。

ノズルを物体とみなし記録表面を像とみなせば、外側の
電極の各各に印加される電圧と央央電極に印加される電
圧との比がある特定の関係にある場合または静電レンズ
が開口を有する２個のレンズより成るときその２個の電
極の各々に印加される電圧がある特定の関係にある場合
に、静電レンズからノズルまでの大よその距離と静電レ
ンズから記録表面までの距離とを決定するのに「Ｅｌｅ
ｃｔｒＯｓｔａｔｉｃＬｅｎｓｅｓ」に示された図が利
用できる。本発明の実施例によれば、３個の電極レンズ
のうちの外側の電極に印加される電圧が小滴の電荷と反
対の電荷から成るようにする必要がある。上述のように
、この電圧はまた帯電小滴の単位電荷あたりの運動エネ
ルギとほぼ同じでなければならない〇本発明の目的は帯
電小滴の流れの不安定性を補償する事にある。

本発明の他の目的は帯電小滴のインク流の不安定性を補
償する事にある。

本発明の他の目的は流れの帯電小滴を静電的に焦結する
事にある。

第１図に於て、ポンプ１１にインクを与える為のインク
溜め１０が示される。

インクは加圧下でポンプ１１から弁１２を通りイックジ
ェットヘッド１５中のインク空洞部１４に送り込まれる
。このうち弁１２はポンプ１１からのインクの流れを開
始したり止めたりするのに使用される０イックジェット
ヘッド１５は圧電結晶変換器１６を含み、これがインク
空洞部１４内部の加圧されたインクに所定の周波数を与
える。ポンプ１１から供給されるインクの圧力は、イッ
クジェットヘッド１５からノズル１７（１本のみ図示）
を介して射出するときの速度を決める。

イックジェットヘッド１５がノズル１７を複数本有する
ものであつても良い。イックジェット流１８はノズル１
７から帯電電極１９を経て流れる。

イックジェット流１８は帯電電極１９内の所定の分離位
置で複数個の小滴２０に分離する。従つて、各小滴２０
は所望の大きさに帯電されたり、全く帯電されなかつた
りする事ができる。各小滴２０は一対の偏向板２２を通
り抜ける前に静電レンズ２１を通り抜ける。

各帯電小滴２０は例えば紙のような記録表面２３上の所
望の位置を打つよう偏向板２２で偏向される。記録表面
２３を打たない小滴２０があればそれはガタ一２４で受
取られる。各帯静小滴２０が記録表面２３上の選択位置
を打つ事になるようそれを静電的に焦結させる為に静電
レンズ２１が使用される。

上記の選択位置とは、偏向板２２が付勢されないために
偏向板２２で小滴２０の偏向が行なわれないときのノズ
ル１７と整列される位置であることが望ましい。静電レ
ンズ２１は帯電小滴２０の速度を結果的に何ら変えずに
帯電小滴２０を静電的に焦結する事が望ましい。従つて
、静電レンズ２１は開口付の３個の電極２５，２６及び
２７を含む事が望ましい。第２図に示すように中央電極
２６が外側電極２５及び２７間に配設される。各電極２
５乃至２７は内部に全く同じか或いはほぼ同じ寸法の開
口２８を有する。

各開口２８は円形である事が望ましい。ノズル１７から
記録表面２３に向かつて小滴２０が移行するときの方向
に計つた、３個の電極２５乃至２７のうちの各隣接する
対の電極相互の間隔は、Ｄを各電極２５乃至２７のうち
の開口２８の直径とすれば、０．５Ｄ乃至Ｄである事が
望ましい０また各電極２５乃至２７は０．０５Ｄの厚さ
を有する事が望ましい。

静電レンズ２１の中央電極２６はノズル１７から距離ａ
、及び記録表面２３から距離ａ″隔てた位置にある。

距離ａ及びａ″は、各電極２５及び２７に印加される電
圧，が、電極２６に印加される電圧Ｃよりも実質上大き
くなるように選択される。Ｖ，に対する２の比はＯであ
る事即ち電極２６がアースされて２がＯになる事が望ま
しいが、その比は＋１より小さい値から−１より大きい
値までの範囲であつても良い。電極２６がアースされる
場合は、電圧源は１個しか必要でない。帯電小滴２０が
負の電荷を有しているならば、，は比較的高い正の電圧
にある。もしも帯電小滴２０が正の電荷を有するならば
、その場合は１は比較的大きな負の電圧にある。従つて
、Ｖ１は小滴２０の電荷に従つて３０００かまたは−３
０００にしても良い。電極２５及び２６間の電位差が第
１の電界勾配を生じる。

電極２６及び２７間の電位差が第２の電界勾配を生じる
。後者の電界勾配は前者の電界勾配と反対である。これ
らの電界勾配は夫々各帯電小滴２０を静電的に焦結する
よう各帯電小滴２０に放射方向の力を与える。これらの
勾配を生じる電界を第２図に示す。Ｖ，の大きさは、帯
電小滴２０が記録面２３上の所定の位置に衝突するよう
偏向されないときの各帯電小滴２０の単位電荷当りの運
動エネルギに等しい。

帯電小滴２０が偏向されるような異なる大きさの電荷を
有するならば、Ｖ，の大きさは帯電小滴２０の単位電荷
あたりの運動エネルギに全等しいという訳ではないが実
質的には等しい。即ち、もしも偏向されないときの帯電
小滴２０上の電荷の大きさが例えば１０１１クーロンで
あれば、偏向板２２による最大偏向を得るための１個の
小滴２０に印加される電荷の大きさは例えば０．５×１
０−１２クーロンになるだろう。従つて、電荷相互間の
大きさの差は１のオーダーよりも小さい〇斯して、Ｖ，
の大きさは、帯電小滴２０の単位電荷あたりの運動エネ
ルギに少なくとも実質的に等しいし、帯電小滴２０が偏
向されないときの帯電小滴２０の単位電荷あたりの運動
エネルギにも等しい。だから、Ｖ，の大きさは、偏向板
２２を通り抜けるときに何の偏向も受けない筈の帯電小
滴２０の単位電荷あたりの運動エネルギに従つて選択さ
れる。一例を挙げると、偏向されない筈の各小滴２０上
の電荷の大きさが１０１２クーロン、小滴２０の質量が
１０−１０Ｋｆｍ、そしてその速度が毎秒約１０ｍ（４
００インチ）である０ノズル１７から記録表面２３まで
の距離は、静電レンズ２１の中央電極２６がノズル１７
から約？．５４ＷｆＬ（０．１インチ）隔たつている場
合約１２．７ｍ（０．５インチ）である。

各電極２５乃至２７の開口２８の直径が約０．５１７ｍ
（０．０２インチ）の場合、ａ／Ｄは５、１／Ｄは２０
となる。電極２５乃至２７間の夫々の間隔が約０．２５
４ｆｆｉｊ！（０．０１インチ）の場合、「Ｅｌｅｃｔ
ｒＯｓｔａｔｉｃＬｅｎｓｅｓ」の第１７５頁に記され
た開口を有する３個の電極レンズに対する図が適用され
るが、それを倍率を省いて第３図に示す。この図は，に
対するＶ２の負の比か−０．１よりも小さくなるように
２がＯよりも少し低い値であるべき事を開示している。
この図は図中Ｐ／Ｄ及びＱ／Ｄを使用しているが、Ｐが
物体からレンズまでの距離を、またＱがレンズから像ま
での距離を表わしているので、Ｐ及びＱは夫々ａ及びａ
／と同じである。ノズル１７及び記録表面２１に対する
静電レンズ２１の位置を少し変えれば、，が正のときそ
れに印加する負の電圧をＯよりも少し低くしたりＶ，が
負のときＯよりも少し高くしたりする代りにアースさせ
る事ができる。

本発明を静電レンズ２１が３個の電極２５，２６及び２
７を含むものとして図示し説明もしてきたが、静電レン
ズ２１が開口の付いたレンズを３個ではなく２個しか含
まないものでも良い事を理解されない。

しかしこの場合は、上記のような３個の電極２５乃至２
７であれば小滴２０に何ら加速を生じないのに対し、２
個の電極であるからこれによつて加速を生じ、従つてそ
の補償をしてもよい０２個の電極の場合、帯電小滴２０
に与えられる電荷と反対の極性の電圧を両電極が有し、
しかもノズル１７からもつとも遠い電極が大きい電圧を
有する。もし必要であれば、レンズ即ち静電レンズ２１
の電極２５乃至２７または開口付きの２個の電極を有す
る静電レンズが円形以外の形状をもつ開口を有しても良
い。

しかし、これは開口が円形でない為に小滴２０に作用す
る力が一定にならなくなり、この事から小滴２０の偏向
を補償する必要が生じよう〇本発明を説明するに際しイ
ックジェット流１８が加圧されているものとして図示し
説明もしてきたが、ノズル１７に対する電極２５上の電
圧によつて静電レンズ２１がノズル１７から小滴２０を
引出すものでも良い事を理解されたい。

しかし、これはノズル１７からイックジェット流１８が
射出する前にそれを帯電する必要があり、これによつて
帯電電極１９が使用されない事になろう。本発明の効果
は、インク小滴の流れがさまよう即ち所望の経路から逸
れるのを防止できる事である。本発明の他の効果は、小
滴が記録表面上の選択された位置を打つよう確保できる
事である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の焦結補償技法を利用したイックジェッ
ト印刷装置の図式図である。 第２図は第１図の装置で使用される３個の電極レンズの
図式的断面図でありそれらの電極レンズ間の電界をも示
した図である０第３図は第２図の３個の電極レンズにつ
いてノズル及び記録表面からの距離並びに電極に与えら
れる電圧の比の関係を示す図である０１０・・・・・・
インク溜め、１１・・・・・・ポンプ、１８・・・・・
・イックジェット流、１９・・・・・・帯電電極、２０
・・・・・・小滴、２１・・・・・・静電レンズ、２３
・・・・・・用紙、２４・・・・・・ガタ一、２５，２
７・・・・・・（外側）電極、２６・・・・・・（中央
）電極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 液体流を与える供給手段と、 上記供給手段から上記液体流が離れた後該液体流をほぼ
   一様な間隔の複数個の小滴に分離する分離手段と、上記
   複数個の小滴のうちの少なくとも幾つかが帯電されてい
   るよう上記供給手段から上記液体流が離れる前乃至離れ
   た後にそれを帯電する手段と、少なくとも帯電された小
   滴を受取る手段と、上記各小滴の流れが整列しなくなる
   という不安定性を補償する為上記受取手段の所定の位置
   に上記各帯電小滴を静電的に焦結する所の、上記分離手
   段と上記受取手段との間に配設された補償手段であつて
   、少なくとも一方が他方よりも実質的に高い電位を印加
   されて電界を生じる少なくとも２個の電極を含み、上記
   各帯電小滴を通すため上記各電極が上記供給手段から出
   て来る液体流に整列するほぼ同じ寸法の開口部を有し、
   上記電極が上記開口の寸法よりも長くない距離だけ上記
   液体流の方向に隔てられ、且つ上記実質的に高い方の電
   位が上記各帯電小滴の単位電荷あたりの運動エネルギに
   ほぼ等しい電位であることとより成る上記補償手段とを
   具備する液体小滴流不安定性補償装置。 ２ 上記少なくとも２個の電極を含む上記補償手段が、
   上記液体流の方向に互いにほぼ等間隔に隔てられた３個
   の電極を含むことと、上記電極の外側の２個に印加され
   る電位が上記電極のうちの第３の電極に印加される電位
   よりも実質的に高い電位である事を特徴とする特許請求
   の範囲第１記載の液体小滴流不安定性補償装置。