(57)【要約】  印刷システム（30）は、液滴放出器（32）、流体流装置（10）、および流体流源（16）を有する。液滴放出器は、複数の体積を有する液滴（34）を、第1の経路に沿って放出するように動作する。流体流装置は、隔壁（40）によって形成された複数のサブチャネル（120）を有する第1の区画（A1）と、隔壁（100）によって形成された複数のサブチャネルを有する第2の区画（A2）とを有する。各隔壁は、流体流装置の壁から見たとき、ある高さを有する。第2の区画の隔壁の高さは、第1の区画の隔壁の高さよりも低い。流体流源は、流体流装置を通る流体流（17）を発生するように動作する。流体流は、液滴（22）と相互作用し、前記複数の体積のうちの一つを有する液滴が、第2の経路に沿って移動し始める、
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の体積を有する液滴を、第1の経路に沿って放出するように動作する液滴放出器と、
第1の体積を有する第1の区画、および第2の体積を有する第2の区画を有する流体流装置であって、前記第1の体積は、前記第2の体積よりも大きい、流体流装置と、
前記流体流装置を通る流体流を発生するように動作する流体流源であって、前記流体流は、前記液滴と相互作用し、前記複数の体積のうちの一つを有する液滴が、第2の経路に沿って移動し始める、流体流源と、
を有する印刷システム。
【請求項２】
前記流体流装置の前記第1の区画は、隔壁によって形成された複数のサブチャネルを有し、
前記流体流装置の前記第2の区画は、隔壁によって形成された複数のサブチャネルを有し、
各隔壁は、前記流体流装置の壁から見たとき、ある高さを有し、
前記第2の区画の前記隔壁の高さは、前記第1の区画の高さよりも低いことを特徴とする請求項1に記載の印刷システム。
【請求項３】
前記流体流装置は、第3の体積を有する第3の区画を有し、
前記第3の区画の前記体積は、前記第2の区画の前記体積よりも小さく、前記第3の体積は、サブチャネルを有さないことを特徴とする請求項2に記載の印刷システム。
【請求項４】
前記流体流装置の前記第1の区画は、複数の閉止サブチャネルを有し、
前記流体流装置の前記第2の区画は、複数の閉止サブチャネルを有し、
前記第1の区画の前記複数の閉止サブチャネルは、ある体積を有し、
前記第2の区画の前記複数の閉止サブチャネルは、ある体積を有し、
前記第1の区画の前記複数の閉止サブチャネルの前記体積は、前記第2の区画の前記複数の閉止サブチャネルの前記体積よりも大きいことを特徴とする請求項1に記載の印刷システム。
【請求項５】
前記第1の区画と前記第2の区画の前記複数の閉止サブチャネルの少なくとも一つは、環状断面領域を有することを特徴とする請求項4に記載の印刷システム。
【請求項６】
前記流体流装置の前記第1の区画は、ある断面積を有する開口を有し、
前記流体流装置の前記第2の区画は、ある断面積を有する開口を有し、
前記第1の区画の前記開口の断面積は、前記第2の区画の前記開口の断面積よりも大きいことを特徴とする請求項1に記載の印刷システム。
【請求項７】
複数の体積を有する液滴を、第1の経路に沿って放出するように動作する液滴放出器と、
隔壁によって形成された複数のサブチャネルを有する第1の区画、および隔壁によって形成された複数のサブチャネルを有する第2の区画を有する流体流装置であって、各隔壁は、前記流体流装置の壁から見たとき、ある高さを有し、前記第2の区画の前記隔壁の高さは、前記第1の区画の前記隔壁の高さよりも低い、流体流装置と、
前記流体流装置を通る流体流を発生するように動作する流体流源であって、前記流体流は、前記液滴と相互作用し、前記複数の体積のうちの一つを有する液滴が、第2の経路に沿って移動し始める、流体流源と、
を有する印刷システム。
【請求項８】
前記流体流装置の前記第1の区画は、第1の体積を有し、
前記流体流装置の前記第2の区画は、第2の体積を有し、
前記第1の体積は、前記第2の体積とは異なることを特徴とする請求項7に記載の印刷システム。
【請求項９】
前記第1の区画と前記第2の区画の一方の隔壁は、複数の隔壁を有し、
前記複数の隔壁の一つの高さは、前記複数の隔壁の別のものの高さよりも低いことを特徴とする請求項7に記載の印刷システム。
【請求項１０】
前記第1の区画と前記第2の区画の一方の隔壁は、複数の隔壁を有し、
前記複数の隔壁の一つの高さは、前記複数の隔壁の別のものの高さと等しいことを特徴とする請求項7に記載の印刷システム。
【請求項１１】
前記第1の区画と前記第2の区画の一方の隔壁は、複数の隔壁を有し、
前記複数の隔壁の各々は、相互に対して、等間隔で配置されることを特徴とする請求項7に記載の印刷システム。
【請求項１２】
前記流体流装置は、中心線を有し、
前記第1の区画と前記第2の区画の一方の隔壁は、複数の隔壁を有し、
前記複数の隔壁の一つは、前記流体流装置の中心線に対して、前記複数の隔壁の別のものと対称に配置されることを特徴とする請求項7に記載の印刷システム。
【請求項１３】
前記第1の区画と前記第2の区画の一方の隔壁は、前記流体流装置の単一の壁のみから延在することを特徴とする請求項7に記載の印刷システム。
【請求項１４】
液滴放出器で、複数の体積を有する液滴を、第1の経路に沿って放出させるステップと、
第1の体積を有する第1の区画、および第2の体積を有する第2の区画を有する流体流装置を提供するステップであって、前記第1の体積は、前記第2の体積よりも大きい、ステップと、
前記流体流装置を通る流体流を発生するように動作する流体流源を提供するステップと、
前記流体流を前記流体流装置を通るように流すステップであって、前記流体流は、前記液滴と相互作用し、前記複数の体積のうちの一つを有する液滴が、第2の経路に沿って移動し始める、ステップと、
を有する印刷方法。
【請求項１５】
複数の体積を有する液滴を、第1の経路に沿って放出させるように動作する液滴放出器を提供するステップと、
隔壁により形成された、複数のサブチャネルを有する第1の区画、および隔壁により形成された、複数のサブチャネルを有する第2の区画を有する流体流装置を提供するステップであって、各隔壁は、前記流体流装置の壁から見たとき、ある高さを有し、前記第2の区画の前記隔壁の高さは、前記第1の区画の前記隔壁の高さよりも低い、ステップと、
前記流体流装置を通る流体流を発生するように動作する流体流源を提供するステップと、
前記流体流を前記流体流装置を通るように流すステップであって、前記流体流は、前記液滴と相互作用し、前記複数の体積のうちの一つを有する液滴が、第2の経路に沿って移動し始める、ステップと、
を有する印刷方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般に流体流の管理に関し、特に、印刷システムにおける流体流の管理に関する。
【背景技術】
【０００２】
気体流を使用して液滴を偏向させる印刷システムは、良く知られており、例えば、1978年1月10日に特許された山田らの米国特許第4,068,241号がある。
【０００３】
気体流液滴相互作用領域に気体流を提供する装置では、気体流に乱流が発生し、これにより、液滴の発散または偏向が大きくなり、結果的に、液滴の正確な発散または偏向が妨害される。通常、気体流を印刷システムの気体流液滴相互作用領域に搬送することに使用される構造またはプレナムを介して、気体流が移動すると、気体供給部から生じる乱流が大きくなりまたは成長する。
【０００４】
流体が無秩序に摂動する動き、すなわち乱流が存在する場合、液滴の発散または偏向は、例えば、経路に沿って気体流力で移動する液滴の相互作用領域に、影響を及ぼす。液滴に対する乱流の影響は、液滴の寸法に依存して変化する。例えば、比較的小さな体積の液滴が、気体流の力により、経路から偏向されまたは発散されると、乱流は、小体積の液滴を無秩序に散乱させ、結果的に液滴の偏向または発散の精度が低下する。これは、液滴配置の精度の低下につながる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第4,068,241号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、印刷システムの気体流液滴相互作用領域において、乱流気体流を抑制することに対する要望がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある態様では、印刷システムは、液滴放出器と、流体流装置と、流体流源とを有する。液滴放出器は、複数の体積を有する液滴を、第1の経路に沿って放出するように作動する。流体流装置は、第1の体積を有する第1の区画と、第2の体積を有する第2の区画とを有し、第1の体積は、第2の体積よりも大きい。流体流源は、流体流装置を通る流体流を発生するように作動する。流体流は、液滴と相互作用し、これにより、複数の体積の一つを有する液滴は、第2の経路に沿って移動し始める。
【０００８】
本発明の別の態様では、印刷システムは、液滴放出器と、流体流装置と、流体源とを有する。液滴放出器は、複数の体積を有する液滴を、第1の経路に沿って放射するように作動する。流体流装置は、隔壁によって形成された複数のサブチャネルを有する第1の区画と、隔壁によって形成された複数のサブチャネルを有する第2の区画とを有する。各隔壁は、流体流装置の壁から見たとき、ある高さを有する。第2の区画の隔壁の高さは、第1の区画の隔壁の高さよりも低い。流体源は、流体流装置を通る流体流を発生するように作動する。流体流は、液滴と相互作用し、これにより、複数の体積の一つを有する液滴は、第2の経路に沿って移動し始める。
【０００９】
本発明の別の態様では、
液滴放出器で、複数の体積を有する液滴を、第1の経路に沿って放出させるステップと、
第1の体積を有する第1の区画、および第2の体積を有する第2の区画を有する流体流装置を提供するステップであって、前記第1の体積は、前記第2の体積よりも大きい、ステップと、
前記流体流装置を通る流体流を発生するように動作する流体流源を提供するステップと、
前記流体流を前記流体流装置を通るように流すステップであって、前記流体流は、前記液滴と相互作用し、前記複数の体積のうちの一つを有する液滴が、第2の経路に沿って移動し始める、ステップと、
を有する印刷方法が提供される。
【００１０】
本発明の別の態様では、
複数の体積を有する液滴を、第1の経路に沿って放出させるように動作する液滴放出器を提供するステップと、
隔壁により形成された、複数のサブチャネルを有する第1の区画、および隔壁により形成された、複数のサブチャネルを有する第2の区画を有する流体流装置を提供するステップであって、各隔壁は、前記流体流装置の壁から見たとき、ある高さを有し、前記第2の区画の前記隔壁の高さは、前記第1の区画の前記隔壁の高さよりも低い、ステップと、
前記流体流装置を通る流体流を発生するように動作する流体流源を提供するステップと、
前記流体流を前記流体流装置を通るように流すステップであって、前記流体流は、前記液滴と相互作用し、前記複数の体積のうちの一つを有する液滴が、第2の経路に沿って移動し始める、ステップと、
を有する印刷方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例を有する印刷システムの3次元概略図である。
【図２Ａ】図1に示す印刷システムの2次元概略図である。
【図２Ｂ】本発明の一例としての実施例を有する図2Aに示す流体流装置の一部の断面図を含む図である。
【図３】本発明の別の一実施例の断面図を含む図である。
【図４】隔壁の高さが徐々に変化することを示す、本発明の別の一実施例の断面図である。
【図５】隔壁の高さが非漸次的に変化することを示す、本発明の別の一実施例の断面図である。
【図６】本発明の別の一実施例の断面図を含む図である。
【図７】本発明の別の一実施例の断面図を含む図である。
【図８】本発明の別の一実施例の断面図を含む図である。
【図９】本発明の別の一実施例の断面図を含む図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の一例としての実施例について、詳細に説明する。
【００１３】
本願の記載は、特に、本発明による機器の一部を構成する素子、あるいはより直接的に協働する素子に関する。特に記載され示された素子以外にも、当業者に良く知られた各種形態を取り得ることが理解される。
【００１４】
本発明の一例としての実施例は、明確化のため、概略的に示されている。当業者には、本発明の一実施例の素子の特定の寸法および相互関係は、容易に判断できる。以下の説明において、同一の素子を示すため、できる限り、同一の参照符号が使用される。
【００１５】
本願において、印刷システムという用語が使用されているが、今日では、印刷システムは、単なるインク以外の他のタイプの液体を放出する場合にも、使用されることを認識する必要がある。今日では、印刷システムを使用して、例えば、医薬、インク、顔料、色素、および他の材料など、各種流体の放出が可能である。従って、印刷システムという用語は、単にインクを放射するシステムに限定されると解してはならない。
【００１６】
図1を参照すると、この図には、流体流装置10の一実施例を取り入れた、印刷システム30の概略図が示されている。印刷システム30は、液滴放出器またはプリントヘッド32を有し、これは、流体流装置10の追加通路22を通る液滴34を放射するように配置される。少なくともいくつかの液滴34は、受容素子36と接触するが、他の液滴は、捕獲器38により収集される。
【００１７】
プリントヘッド32は、液滴形成機構33を有し、この機構は、第1の経路に沿って移動する、複数の体積を有する液滴34を形成するように作動する。流体流装置10を有する液滴偏向システム35は、第1の経路に沿って移動する液滴に、気体流力を提供する。気体流力は、複数の体積の一つを有する液滴が、第1の経路から発散（または偏向）し、第2の経路に沿って移動し始めるような方向に付与される。一方、複数の体積の別の体積を有する液滴は、実質的に第1の経路に沿っての移動を維持し、または僅かに発散（偏向）された、第3の経路に沿って移動し始める。受容素子36は、第1、第2および第3の経路の一つに沿って配置され、捕獲器38は、特定の使用用途に応じて、第1、第2および第3の経路の別のものに沿って配置される。プリントヘッド32のようなプリントヘッドは、良く知られており、例えば、2002年10月1日に発行された、Hawkinsらによる米国特許第6,457,807B1、2002年12月10日に発行された、Jeanmaireによる米国特許第6,491,362B1号、2003年1月14日に発行された、Chwalekらによる米国特許第6,505921B2号、2003年4月29日に発行された、Jeanmaireらによる米国特許第6,554,410B2号、2003年6月10日に発行された、Jeanmaireらによる米国特許第6,575,566B1号、および2003年7月8日に発行された、Jeanmaireらによる米国特許第6,588,888B2号に示されている。
【００１８】
液滴34は、プリントヘッド32の液滴形成機構33によって放出された後、プリントヘッド32に対して実質的に垂直な、第1の経路に沿って移動する。流体流装置10は、適正に成形された金属またはプラスチックの構造体であり、入口部40と、出口部42とを有し、これらは、進行経路のいずれかの側に配置される。流体流装置16は、入口部40と出口部42の一つまたは双方と動作可能に関連するようにされる。例えば、ポンプからの加圧気体（例えば空気）が、入口部40に導入され、および／または真空ポンプからの真空（周囲の作動条件に比べて負圧）が、出口部42に導入される。これらの流体流源が入口部40および出口部42に導入されると、流体流または気体流のシンクが提供される。液滴偏光器の流体流または気体流（矢印17で示す）は、放出された液滴34と相互作用し、これにより、液滴34は、前述のように、発散または偏向する。偏向の量は、大きな体積の液滴よりも、流体流または気体流によって偏向された小体積の液滴に、より依存する。
【００１９】
また、図1には、デカルト座標システムx-y-zが示されている。デカルト座標システムの3つの一次平面、x-y、x-z、およびy-z平面を使用して、印刷システム30の断面が表される。例えば、図2には、印刷システム30のx-z平面の断面が示されている。残りの全ての図において、一次平面の一つは、図1に示した印刷装置30に関する2次元図の相対位置を分かり易くするために示されている。
【００２０】
図2Aを参照すると、図1に示した印刷システム30のx-z平面の概略的な2次元図が示されている。図2Bは、流体装置10の区画AA、BBおよびCC でのx-y平面の断面図であり、区画AA、BBおよびCCは、それぞれ、本一実施例の第1の区画、第2の区画、および第3の区画に相当する。入口40の近傍では、流体流装置10は、流路に沿って変化する区画を有する。例えば、区画AA、BBおよびCCは、2つの点で異なっている。一つは、断面積が異なっていることである。面積は、流路に沿って、区画AAから区画BB、区画CCに向かって小さくなる。第2点目は、流体装置10がサブチャネル120を有することである。サブチャネル120は、図2Bに示すように流路に沿って変化する。区画AA、BBおよびCCでの入口部40は、出口壁90と、隔壁100、110とを有し、これらの隔壁は、流体装置10の流れサブチャネル120を形成する。隔壁100、110の高さは、区画AAからBB、CCに向かって流路に沿って減少する。区画CCでは、隔壁100および110は、消滅する。サブチャネル120は、単一のチャネル130に一体化される。区画CCから、および区画CCでは、流れは、プリントヘッドを通り、単一チャネル130に沿って移動する。図2Aにおいて、矢印17は、気体流の方向を表している。
【００２１】
流体流装置10の区画AA、BBおよびCCに対応する体積は、必ずしも等しい必要はないが、等しくても良い。例えば、気体流液滴相互作用の領域から除去された（または近接する）位置から始まり、気体流液滴相互作用の領域に隣接する位置で終わる、流体流装置10の経路に沿って見たとき、流体流装置10の区画AAに対応する体積は、区画BBに対応する体積よりも大きく、区画BBに対応する体積は、区画CCに対応する体積よりも大きくても良い。あるいは、流体流装置10の区画CCに対応する体積は、区画BBに対応する体積よりも小さく、区画BBに対応する体積は、区画AAに対応する体積よりも小さくても良い。
【００２２】
入口に気体供給部を提供する通常の方法は、ファンを使用して、気体を供給プレナムに送り込むことである。しかしながら、通常、この場合、気体供給部に乱流が生じてしまい、正確なインク滴の偏向が妨害される。本発明では、供給プレナムにおける気体の移動方向に沿ったサブチャネル120の導入により、乱流の抑制が助長される。サブチャネル120の導入は、流れの特性距離を低下させる。流体力学から、流れが層流であるか乱流であるかを定める因子は、無次元レイノルド数による流体中の粘性力に対する慣性力の比である。
【００２３】
【数１】
2010526685.tif 000003
ここでρは、流体の密度であり、μは、流体の粘度であり、Vは、流れ特性速度であり、Dは、チャネルの特性長さである。例えば、パイプ管内の流れの場合、Vは、平均流速であり、Dは、パイプ管の直径である。流体流は、レイノルド数が最大2000まで、層流である。レイノルド数が4000を超えると、流れは、完全に乱流となる。2000から4000の場合、流れは、層流と乱流の間の遷移状態にある。サブチャネル120の導入により、特性長さDが減少し、従って、レイノルド数が低下し、乱流が抑制される。
【００２４】
図3を参照すると、この図には、区画AAから区画BB、区画CCまでの流路に沿った隔壁100および110の概略的な2次元図が示されている。図2Bに示した実施例とは異なり、断面のx方向とy方向の寸法は、区画AAから区画BB、CCに向かって減少しており、図3においてy方向の流体装置10の幅は、区画AAから区画BB、CCまで、一定で変化しない。しかしながら、x方向における流体装置10の幅は、区画AAから区画BB、CCに向かって減少する。
【００２５】
図4を参照すると、この図には、区画AAから区画BB、CCへの流路に沿った、隔壁100、110の概略的な2次元図が示されている。これは、x-z平面における流体装置10の断面図である。隔壁のプロファイルは、斜線部分で示されている。この一実施例では、隔壁100、110の区画AAから区画BB、CCまでの高さの減少は、図4に示すように、漸次的であり、連続的である。隔壁100および110は、区画CCで存在しなくなる。当然のことながら、隔壁100、110の高さの漸次的で連続的な減少は、図4に示すような直線的なものに限定される必要はない。他のいかなる連続的なプロファイルの形状も、同様に許容される。
【００２６】
図5を参照すると、この図には、区画AAから区画BB、CCに向かう流路に沿った、隔壁100および110の概略的な2次元図が示されている。これは、x-z平面における流体装置10の断面図である。隔壁のプロファイルは、斜線部で示されている。この一実施例では、内部壁100の区画AAから区画BB、CCまでの高さの減少は、漸次的ではなく、あるいは連続的ではない。これは、区画BBの近傍で急激な変化を有する。隔壁100および110は、区画CCでは、存在しなくなり、このため、区画CCから流れが液滴34で相互作用される領域まで、流れは、均一になる。隔壁100、110の高さの減少は、図4に示したような、漸次的な／連続的な変化の組み合わせであっても良く、あるいは図5に示すような、非漸次的な／非連続的な変化であっても良い。
【００２７】
図6を参照すると、この図には、区画AA、BBおよびCCでの流体装置10の概略的な断面図が示されている。この一実施例では、区画AAでの壁110および110は、相互に接続され、閉止サブチャネル120が形成される。隔壁100、110の高さは、区画AAから区画BB、CCまで、流路に沿って減少する。区画CCでは、隔壁100、110は、消滅する。サブチャネル120は、単一のチャネル130に一体化される。区画CCから、および区画CCでは、流れは、単一のチャネル130に沿って移動し、プリントヘッドを通過する。
【００２８】
図7を参照すると、この図には、区画AA、BBおよびCCでの流体装置10の概略的な断面図が示されている。この一実施例では、サブチャネルは、外壁90と、内壁110のない内壁100とによって形成される。内壁100の高さは、区画AAから区画BB、CCまで、流路に沿って減少する。区画CCでは、内壁100は、消滅する。サブチャネル120は、単一チャネル130に一体化される。区画CCから、および区画CCでは、流れは、単一のチャネル130に沿って移動し、プリントヘッドを通過する。別の実施例では、図8に示すように、隔壁100、110は、同じ高さを有し、対称に分配される。また、隔壁100、110は、x座標またはy座標のいずれかと平行に配置された、特定の区画の中心線を参照したとき、外壁90に沿って均等に分配されても、不均一に分配されても良い。内壁100または内壁110の高さは、ある区画において、外壁90に沿って変化しても良い。
【００２９】
入口40の近傍の流体流装置10の構造は、外部壁90および隔壁100または110によって形成されるサブチャネルに限定されなくても良い。図9に示す一実施例では、サブチャネルは、穴140で構成され、これらの穴は、結果的に、単一のチャネル150として、相互に一体化される。穴140は、フランク（側面）160を通るドリル処理によって得られる。当然のことながら、穴の形状は、特に限定されず、環状断面（AA）、または実質的に環状の断面（区画BB）であっても良い。
【００３０】
また、流体流および放出された液滴の流速は、調整され、液滴および流体流相互作用の領域における乱流の抑制が助長される。例えば、これらの速度の一方または双方は、速度が、好ましくは実質的に等しくなるように調整されても良い。これは、例えば、既知の方法を用いて、液滴速度を測定し、その後、流体流源を調整することにより、行うことができ、これにより、所望の流体流速が得られる。この場合、液滴および流体流相互作用の領域での乱流が抑制される。
【符号の説明】
【００３１】
10  流体流装置、16  流体流源、17  矢印、22  追加通路、30  印刷システム、32  プリントヘッド、33  液滴形成機構、34  液滴、35  偏光器システム、36  受容素子、38  捕獲器、40  入口部、42  出口部、90  出口壁、100  隔壁、110  隔壁、120  サブチャネル、130  単一チャネル、140  穴、150  単一チャネル、160  フランク。
【図１】
2010526685.tif 000004
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
2010526685.tif 000006
【図３】
2010526685.tif 000007
【図４】
2010526685.tif 000008
【図５】
2010526685.tif 000009
【図６】
2010526685.tif 000010
【図７】
2010526685.tif 000011
【図８】
2010526685.tif 000012
【図９】
2010526685.tif 000013
【国際調査報告】
2010526685.tif 000014
2010526685.tif 000015