(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流出路から噴出した流体ジェットから第１の液滴の連続流を生成するように構成された第１の液滴噴出装置と、
第２の液滴を噴出して前記第１の液滴に衝突させるように構成された第２の液滴噴出装置と、
液滴を収集する収集装置とを備え、
前記第２の液滴噴出装置は、前記第２の液滴を選択的に噴出し、所定の第１の液滴と衝突させるために制御回路に接続された、ドロップオンデマンド型の液滴噴出装置であり、印刷用の第１の液滴を選択するために、印刷基板に向かう予め決められた印刷軌道から第１の液滴を選択的にずらして前記収集装置に収集し、前記所定の第１の液滴を前記印刷基板に到達させないように構成されていることを特徴とする連続印刷装置。
【請求項２】
請求項１に記載の連続印刷装置において、
前記第２の液滴の温度を制御し、前記第２の液滴と衝突することによって前記第１の液滴の温度を変更するように構成された温度制御装置をさらに備えることを特徴とする連続印刷装置。
【請求項３】
請求項１に記載の連続印刷装置において、
前記制御回路は、前記第１の液滴噴出装置の液滴生成周波数を示す信号入力と、前記第２の液滴の液滴噴射を前記第１の液滴噴出装置の周波数と同期させる同期回路とを備えることを特徴とする連続印刷装置。
【請求項４】
請求項１に記載の連続印刷装置において、
前記流出路の直径は、２〜５００ミクロンの範囲内であることを特徴とする連続印刷装置。
【請求項５】
請求項１に記載の連続印刷装置において、
前記流出路の直径は、５〜２５０ミクロンの間であることを特徴とする連続印刷装置。
【請求項６】
請求項１に記載の連続印刷装置において、
前記流出路の直径は、５〜１００ミクロンの間であることを特徴とする連続印刷装置。
【請求項７】
請求項１に記載の連続印刷装置において、
前記流出路の長さは、０．１〜３ｍｍの範囲内であることを特徴とする連続印刷装置。
【請求項８】
連続プリンタを用いた印刷方法であって、
画像を印刷基板に印刷するために、第１の液滴噴出装置によって、流体ジェットから、前記印刷基板に向かう予め決められた印刷軌道の第１の液滴の連続流を生成し、
第２の液滴噴出装置によって、前記第１の液滴に衝突させる第２の液滴を生成し、
制御回路に接続されたドロップオンデマンド型の前記第２の液滴噴出装置によって、前記第２の液滴は、選択的に噴射されて所定の第１の液滴と衝突し、印刷用の第１の液滴を選択するために、前記印刷基板に向かう前記予め決められた印刷軌道から第１の液滴を選択的にずらして、液滴を収集するように構成された収集装置に収集することを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法において、
前記第１および第２の液滴は、互いに跳ね返るように軸外で衝突することを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法において、
前記第１および第２の液滴は、リサイクル用に別々に回収されることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項８に記載の方法において、
第１および第２の液滴は、絶縁印刷材料、または導電率が５００ｍＳ／ｃｍよりも低い印刷材料からなることを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項８に記載の方法において、
前記第１の液滴は、粘性が最大９００ｍＰａ．ｓの材料からなることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項８に記載の方法において、
前記第１の液滴は、粘性が３００〜９００．１０−３Ｐａ．ｓの範囲の材料からなり、前記第２の液滴は、粘性が３００．１０−３Ｐａ．ｓよりも低い材料からなることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法において、
衝突した液滴は収集されて分離されることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項８に記載の方法において、
前記連続流の液滴周波数は、２ｋＨｚよりも高いことを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項８に記載の方法において、
前記連続流の液滴周波数は、５〜１５０ｋＨｚの範囲内であることを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項８に記載の方法において、
前記連続流の液滴周波数は、１０〜７０ｋＨｚの範囲内であることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続印刷システムのための液滴選択装置に関する。ここで、連続ジェット印刷とは、所定の印刷処理のために選択的に使用される液滴を連続的に生成することを意味する。液滴の供給は連続的に行われる。これは、所定の印刷処理に応じて液滴が生成される、いわゆるドロップオンデマンドの技術とは対照的である。
【背景技術】
【０００２】
既知の装置が、例えばUS4,341,310に開示されている。この公報には、吐出路から噴出した流体から第１の液滴の連続流を生成するよう構成された第１の液滴噴出装置を用いた、印刷材料用のいわゆる連続ジェットプリンタが開示されている。吐出路から流体が噴出する間、圧力調整機構は所定の間隔で、流出開口に隣接する粘性流体の圧力に変化を与える。これにより、流出開口から流出する流体ジェットに乱れが発生する。この乱れによってジェットが圧縮され、ジェットが液滴に分散される。その結果、液滴の寸法等の特性が均一に分布した吐出液滴の連続流が生成される。
【０００３】
この公報には、さらに、第２の液滴を生成し、第２の液滴を第１の液滴と衝突させて第１の液滴を選択的に予め決められた印刷軌道からずらすように構成された第２の液滴噴出装置が開示されている。第２の液滴噴出装置は、連続的なものであり、極性流体を用いて第１の液滴噴出装置の連続流の方向に第２の液滴流を偏向させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
１つの態様として、本発明は、第１の液滴の連続流をずらすために用いられる連続液滴噴出システムに代わるシステムを提供することを目的とする。別の態様として、本発明は、極性流体を用いる偏向機構に代わるものを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の態様による連続印刷装置は、流出路から噴出した流体ジェットから第１の液滴の連続流を生成するように構成された第１の液滴噴出装置と、第２の液滴を噴出して第１の液滴に衝突させるように構成された第２の液滴噴出装置と、液滴を収集する収集装置とを備え、第２の液滴噴出装置は、第２の液滴を選択的に噴出し、所定の第１の液滴と衝突させるために制御回路に接続された、ドロップオンデマンド型の液滴噴出装置であり、印刷用の第１の液滴を選択するために、印刷基板に向かう予め決められた印刷軌道から第１の液滴を選択的にずらして収集装置に収集し、所定の第１の液滴を印刷基板に到達させないように構成されている。
本発明の第２の態様は、第１の態様による連続印刷装置において、第２の液滴の温度を制御し、第２の液滴と衝突することによって第１の液滴の温度を変更するように構成された温度制御装置をさらに備える。
本発明の第３の態様は、第１の態様による連続印刷装置において、制御回路は、第１の液滴噴出装置の液滴生成周波数を示す信号入力と、第２の液滴の液滴噴射を第１の液滴噴出装置の周波数と同期させる同期回路とを備える。
本発明の第４の態様は、第１の態様による連続印刷装置において、流出路の直径は、２〜５００ミクロンの範囲内である。
本発明の第５の態様は、第１の態様による連続印刷装置において、流出路の直径は、５〜２５０ミクロンの間である。
本発明の第６の態様は、第１の態様による連続印刷装置において、流出路の直径は、５〜１００ミクロンの間である。
本発明の第７の態様は、第１の態様による連続印刷装置において、流出路の長さは、０．１〜３ｍｍの範囲内である。
本発明の第８の態様による連続プリンタを用いた印刷方法は、画像を印刷基板に印刷するために、第１の液滴噴出装置によって、流体ジェットから、印刷基板に向かう予め決められた印刷軌道の第１の液滴の連続流を生成し、第２の液滴噴出装置によって、第１の液滴に衝突させる第２の液滴を生成し、制御回路に接続されたドロップオンデマンド型の第２の液滴噴出装置によって、第２の液滴は、選択的に噴射されて所定の第１の液滴と衝突し、印刷用の第１の液滴を選択するために、印刷基板に向かう予め決められた印刷軌道から第１の液滴を選択的にずらして、液滴を収集するように構成された収集装置に収集する。
本発明の第９の態様は、第８の態様による方法において、第１および第２の液滴は、互いに跳ね返るように軸外で衝突する。
本発明の第１０の態様は、第９の態様による方法において、第１および第２の液滴は、リサイクル用に別々に回収される。
本発明の第１１の態様は、第８の態様による方法において、第１および第２の液滴は、絶縁印刷材料、または導電率が５００ｍＳ／ｃｍよりも低い印刷材料からなる。
本発明の第１２の態様は、第８の態様による方法において、第１の液滴は、粘性が最大９００ｍＰａ．ｓの材料からなる。
本発明の第１３の態様は、第８の態様による方法において、第１の液滴は、粘性が３００〜９００．１０−３Ｐａ．ｓの範囲の材料からなり、前記第２の液滴は、粘性が３００．１０−３Ｐａ．ｓよりも低い材料からなる。
本発明の第１４の態様は、第１３の態様による方法において、衝突した液滴は収集されて分離される。
本発明の第１５の態様は、第８の態様による方法において、連続流の液滴周波数は、２ｋＨｚよりも高い。
本発明の第１６の態様は、第８の態様による方法において、連続流の液滴周波数は、５〜１５０ｋＨｚの範囲内である。
本発明の第１７の態様は、第８の態様による方法において、連続流の液滴周波数は、１０〜７０ｋＨｚの範囲内である。
【０００６】
本発明の別の態様によると、連続プリンタから噴出された流体ジェットからの液滴を衝突させる方法は、流体ジェットから第１の液滴の連続流を生成し、第１の液滴に衝突させる第２の液滴を生成し、第２の液滴は、選択的に噴射されて所定の第１の液滴と衝突する。
【０００７】
液滴周波数は２〜８０ｋＨｚ、液滴は８０ミクロンよりも小さくしてもよいが、これには限定されない。
【０００８】
さらに、高圧を利用することにより、処理の際に、とくに高い粘性の流体、例えば３００・１０−３  Ｐａ・ｓ以上の粘性流体を印刷することもできる。とくに、所定の圧力を、最大６００ｂａｒとしてもよい。
【０００９】
他の特徴および効果は、明細書および添付の図面から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明に用いられる印刷システムの第１の実施の形態を概略的に示す。
【図２】図２は、衝突により２つの液滴が合体する様子を示している。
【図３】図３は、軸外衝突により２つの液滴が跳ね返る様子を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、本発明による連続印刷プリンタヘッド１の第１の実施の形態を示す。プリンタヘッド１は、吐出路５から噴出した流体ジェット６０から第１の液滴６の連続流を生成するよう構成された第１の液滴噴出装置１０を備える。液滴噴出装置１０は、壁４によって規定されたチャンバ２を備える。チャンバ２は、例えばポンプや加圧装置(不図示）で加圧された加圧液体３を収容するのに適している。チャンバ２は吐出路５を備え、この吐出路５を通って、加圧された流体ジェット６０が噴出し、液滴６の形状に分離される。概略的に示すように、アクチュエータ７は吐出路の近傍に形成される。アクチュエータ７は振動圧電部材であってもよい。アクチュエータ７の作動により、圧力パルスが形成されて流体ジェットを分裂し、これにより微細な単分散液滴が生成される。
【００１２】
吐出路５は、比較的薄いノズル板４に設けられている。ノズル板４は、厚さ０．３ｍｍ、例えば０．１〜３ｍｍの金属箔から製造された板とすることができる。プレート４内の吐出路５の直径は、本実施例では５０μｍである。吐出路５の横方向の寸法は、２〜５００μｍの間とすることができる。圧力調整範囲のサイズを示すものとして、例えば、平均圧力は最大６００ｂａｒｓ（≡６００ｘ１０５Ｐａ）である。プリンタヘッド１０には、チャンバ内の高圧によって崩壊しないように、ノズル板４を支持する支持板４０を設けてもよい。振動アクチュエータの例は、例えば、ＷＯ２００６／１０１３８６に記載されており、吐出路５の近傍に配置された振動プランジャピンを備えるものとすることができる。
【００１３】
図１において、液滴噴出装置１００は第２の液滴６１を選択的に噴出するように構成されている。第２の液滴６１は、プリンタヘッド１０から連続的に噴出される液滴６の流れに向けられている。第２の液滴６１は所定の第１の液滴６２に向けて噴出され、第１の液滴６２と衝突させて第１の液滴６２を予め決められた印刷軌道からずらす。第２の液滴６１を第１の液滴６２に衝突させることにより、第１の液滴６２は基板８には到達せず、例えば収集溝９に収集される。好ましい実施の形態においては、収集溝９の印刷材料は液滴６１と液滴６２の混合物であり、分離（demix）またはすくい取り（skim）により、印刷液体３をプリンタヘッド１０に循環、および／または印刷液体３０をプリンタヘッド１００に供給する。一般に、プリンタヘッド１０は連続プリンタヘッド、プリンタヘッド１００はドロップオンデマンド型のプリンタヘッドとすることができる。このため、第２のプリンタヘッド１００は、チャンバ２０と流体接続するものであり、当技術分野で周知のタイプのアクチュエータ７０を備えている。アクチュエータ７０は、吐出路５０を介して第２の液滴６１を選択的に噴出するように構成されている。アクチュエータ７０は、制御回路１１によって制御される。制御回路１１は、アクチュエータ７０の作動を制御する信号出力１２と、第１の液滴噴出装置１０の液滴生成周波数を示す信号入力１３とを備える。さらに、制御回路１１は、第２の液滴６１の液滴噴出を、プリンタヘッド１０による第１の液滴６の噴出周波数（頻度）に同期させる同期回路１４を備える。制御回路１１により、プリンタヘッド１０の液滴流６から液滴６２を個々に選択的にずらすことができる。本発明の１つの態様においては、プリンタヘッド１０の液滴周波数は２０ｋＨｚよりも高い。このような周波数の場合、とくに、液滴の直径は１００ミクロン未満、とくに５０ミクロン未満とすることができる。ジェット速度を８ｍ/ｓ以上とすることに加えて、ドロップオンデマンド型のプリンタヘッド１００は、連続流６の所定の液滴６２を選択し、第２の液滴６１と衝突させるのにとくに適している。とくに、液滴のサイズが小さいため、従来の静電偏向機構では実現が困難である。ジェット材料６０の粘性が３００〜９００  １０−３Ｐａ．ｓの範囲から選択されることもあること、およびジェット材料が電気的に絶縁された印刷材料から生成され、印刷材料が非極性であることもあることから、生成された液滴６を電磁場により偏向するのは困難である。本発明概念により、従来の連続偏向システムと比較して、個々の液滴を正確に特定して制御する適切な代替システムを提供することができる。例えば、液滴６の連続流れの個々の液滴６２について、液滴の局所的な速度差、例えば連続流の第１の液滴が異なる速度で噴出されたという現象による速度差も考慮されている。この現象は、周辺雰囲気の摩擦効果によって発生することがある。このように、本発明の実施の形態による偏向方法によって、高ダイナミックレンジを得ることができる。１つの態様においては、第１の液滴は粘性が高く、絶縁印刷材料、または導電率が５００ｍＳ／ｃｍ未満と低い印刷材料である。この場合、第２の液滴は異なる粘性とすることができ、普通の印刷目的のための一般的な粘性、すなわち、３００ｍＰａ．ｓよりも十分に低い粘性とすることができる。図１に示す構成により、連続プリンタヘッドから噴出された流体ジェット６０から液滴を選択する方法を提供することができる。液滴は、イメージプリント、高速生産、医療器具、および重合体エレクトロニクスを含む多くの目的に使用できる。とくに、この方法は、静電気、または、電気力学的な偏向方法に反応しない印刷流体に適している。従って、流体ジェット６０から発生する第１の液滴６の連続流についての偏向方法は、所定の印刷軌道をもつ選択された第１の液滴に衝突させる第２の液滴を生成する。第２の液滴の射出は、液滴の連続流６０から生成された多くの液滴６のうちの所定の１つの液滴と衝突するように、個々に、かつ選択的に設定される。
【００１４】
１つの態様では、第１の液滴を印刷基板８に向かう所定の印刷軌道から選択的にずらすために、衝撃伝達による偏向を利用することもできる。
【００１５】
あるいはまた、図２の顕微鏡写真に示すように、液滴衝突方法を用い、第２の液滴６１を第１の液滴６２と合体させることも可能であり、例えば、所定の印刷作用を得るために、第１のジェット６０から液滴６２の特性を選択的に変化させることができる。例えば、温度を変化させたり、混合により化学特性を変化させることができる。
【００１６】
図３に示す実施の形態には、第１および第２の液滴を軸外で衝突させることによる液滴の跳ね返りが示されている。この場合、混合は起こらず、第１および第２の液滴は互いに跳ね返るだけであるので、別々に回収することができる(図３）。このような特殊なケースの場合、異なる材料を簡単にリサイクルすることができる。
【００１７】
さらに、液滴の跳ね返り、または衝突により、とくに、複数回の衝突により、カプセルに封入された特別な形状の液滴を提供することができる。例えば、２つの液滴噴出装置を、第１の液滴の連続流に対向するように配置し、連続流に向けて第２の液滴を選択的に射出する。これにより、特別な液滴組成を提供することができる。例えば、親水側と疎水側を有する液滴、または複数の有色側を有する液滴、例えば黒色側と白色側を有する液滴や赤色側、緑色側、および青色側を有する液滴を提供することができる。
【００１８】
本発明は、例示的な実施の形態に基づいて説明したが、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の範囲内に入る種々の変形も可能である。例えば、流出路内の粘性印刷液体を、例えば１５〜３００℃の温度範囲内で加熱する調節可能な発熱体を設けることも考えられる。流体の温度を調整することによって、処理（プリント）目的のための特定の粘性を得ることができる。これにより、例えば、異種のプラスチックや金属（はんだ等）の粘性流体も印刷可能となる。
【図１】
0005415436.tif 000002
【図２】
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【図３】
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