(57)【要約】  液体パターンデータに従って受像器上に液体パターンを堆積する連続液滴放出システム用の液滴偏向装置が開示されている。当該液滴偏向装置は、ノズルアレイ軸に沿って形成される複数の液滴ノズルを有し、かつ複数の連続液体流を放出する。前記複数の連続液体流は、公称飛行面に対して実質的に平行でかつ該面内に属する公称飛行路を有する複数の液滴流に分割する。負圧発生源と接続する排気端部及び前記公称飛行面に隣接する開口部を有する衝突端部を有するエアフロープレナムが供される。大気は、前記公称飛行面に対して垂直な方向に液滴を偏向する目的で、前記開口部に引き込まれる。前記開口部は、上流壁、下流壁、第1壁、及び第2壁の端部によって境界が画定される。前記空気偏向方向における前記公称飛行面からの前記上流壁及び下流壁の端部の間隔は、前記空気偏向方向における前記公称飛行面からの前記第1壁及び第2壁の端部の間隔よりも離れている。液滴の流路用である貫通スロットを有するエアフロープレナムも開示されている。前記プレナムの設計は、所与の最大偏向空気速度を実現する偏向の液滴量を増大させ、かつ前記公称飛行路の周辺に存在する妨害空気流の影響を減少させる。連続流を大きな体積と小さな体積の複数の液滴に分割する液滴同期装置が開示されている。前記大きな体積と小さな体積の複数の液滴は前記エアフロープレナム内の空気流によってそれぞれ異なって偏向する。複数の液滴を液体パターンデータに従ってそれぞれ異なる経路に案内する複数の経路選択素子が開示されている。それぞれ異なる経路を追随する複数の液滴は前記エアフロープレナムによってそれぞれ異なった偏向がなされる。前記の開示された装置を用いた印刷方法も開示されている。
2010505658.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体パターンデータに従って受像体上に液体パターンを堆積する連続液滴放出システム用の液滴偏向装置であって、
当該液滴偏向装置は：
公称飛行面に対して実質的に平行でかつ該面内に属する公称飛行路を有する複数の液滴流に分裂する複数の連続液体流を放出する複数の液滴ノズル；
負圧発生源と接続する排気端部及び前記公称飛行面に隣接する開口部を有する衝突端部を有するエアフロープレナム；
を有し、
大気は、前記公称飛行面に対して垂直な方向に液滴を偏向する目的で前記開口部に引き込まれ、
前記開口部は、前記ノズル軸に平行に配向する上流内端と下流内端を有する上流壁端部と下流壁端部、及び前記公称飛行路に対して平行に配向する第1側壁内端と第2側壁内端を有する第1側壁端部と第2側壁端部によって境界が画定され、
前記空気偏向方向における前記公称飛行面からの前記上流壁端部と下流壁端部の間隔は、前記空気偏向方向における前記公称飛行面からの前記第1側壁端部と第2側壁端部の間隔よりも離れている、
液滴偏向装置。
【請求項２】
前記上流内端が、前記下流内端よりも、前記公称飛行面に対して近接している、請求項1に記載の液滴偏向装置。
【請求項３】
複数のノズルが前記ノズル軸に沿ってアレイ長LAにわたって配列され、
前記第1側壁内端に隣接する前記第1側壁端部は第1側壁厚さt1swを有し、
前記第2側壁内端に隣接する前記第2側壁端部は第1側壁厚さt2swを有し、
前記第1及び第2側壁内端は互いに、前記ノズルアレイ軸に平行な軸に沿ってプレナム幅Wpだけ離れ、
該プレナム幅Wpは、前記アレイ長に前記第1及び第2壁の厚さを加えた値以上、Wp≧(LA+t1sw+t2sw)、である、
請求項1に記載の液滴偏向装置。
【請求項４】
前記第1及び第2側壁端部が、前記第1及び第2側壁内端に対向する第1及び第2側壁外端を有し、かつ
前記第1及び第2側壁端部が、前記の第1及び第2側壁外端から前記の第1及び第2側壁内端へ向かう線に沿って曲率半径が増大する曲面形状を有するように形成される、
請求項1に記載の液滴偏向装置。
【請求項５】
前記上流内端は前記下流内端から空気偏向領域の距離Sdzの間隔が設けられ、かつ
前記第1及び第2側壁内端、前記空気偏向方向とは反対の方向に前記上流端部から、前記空気偏向領域の距離以上の間隔が設けられている、
請求項1に記載の液滴偏向装置。
【請求項６】
液体パターンデータに従って、連続液体流が少なくとも大きな体積又は小さな体積の複数を有する液滴に分裂するように備えられた液滴同期装置をさらに有する液滴偏向装置であって、
前記小さな体積の液滴は、前記大きな体積の液滴よりも、前記開口部へ引き込まれる大気によって前記空気偏向方向に、より大きく偏向される、
請求項1に記載の液滴偏向装置。
【請求項７】
前記上流壁端部が前記上流内端に対向する上流外端を有し、かつ
前記上流壁端部は、前記上流壁外端から前記下流壁内端へ向かう線に沿って曲率半径が増大する曲面形状を有するように形成される、
請求項1に記載の液滴偏向装置。
【請求項８】
前記複数の連続液体流が実質的に単一の液滴体積を有する複数の液滴流に分裂するように備えられている液滴同期装置；及び
前記複数の連続液滴流に対応する複数の経路選択素子であって、液体パターンデータに基づいて、前記空気偏向方向の前記公称飛行路から分岐する第1偏向路に沿って前記の対応する連続液滴流から個々の液滴を最初に偏向させるように動作することが可能な、経路選択素子；
をさらに有する、請求項1に記載の液滴偏向装置。
【請求項９】
前記上流壁内端に隣接する前記上流壁端部は上流壁厚さtuwを有し、
前記上流内端は、前記公称飛行面から前記空気偏向方向に上流内端間隔Suだけ離れて設けられ、
前記上流内端間隔Suは、前記上流壁厚さの1/2倍以上であって、かつ5倍以下、0.5tuw≦Su≦5tuw、である、
請求項8に記載の液滴偏向装置。
【請求項１０】
液体パターンデータに従って受像体上に液体パターンを堆積する連続液滴放出システム用の液滴偏向装置であって、
当該液滴偏向装置は：
公称飛行面に対して実質的に平行でかつ該面内に属する公称飛行路を有する複数の液滴流に分裂する複数の連続液体流を放出する複数の液滴ノズル；
液体パターンデータに従って、連続液体流が少なくとも大きな体積又は小さな体積の複数を有する液滴に分裂するように備えられた液滴同期装置；
負圧発生源と接続する排気端部、並びに、上流壁、下流壁、第1側壁と第2側壁、及び上流壁端部、下流壁端部と、第1側壁と第2側壁の端部によって取り囲まれる1次開口部を有する衝突端部を有するエアフロープレナム；
前記複数の液滴流が通過するように位置設定及びサイズ設定がなされた、前記上流壁を貫通する上流スロット開口部；
少なくとも大きな液滴堆積を有する液滴が通過するように位置設定及びサイズ設定がなされた、前記下流壁を貫通する下流スロット開口部；
を有し、
前記負圧源は、前記1次開口部、前記上流スロット、及び前記下流スロットを介して、大気を前記エアフロープレナムへ引き込み、
該引き込みにより少なくとも小さな液滴体積を有する液滴は、前記公称飛行面に対して垂直な空気偏向方向へ偏向される、
液滴偏向装置。
【請求項１１】
前記上流スロット開口部の一部は、前記空気偏向方向に前記公称飛行面から離れていて、かつ前記ノズルアレイ軸に対して平行な位置である前記上流壁の最近接面として定義される上流スロット第1内端によって取り囲まれ、
前記下流スロット開口部の一部は、前記空気偏向方向に前記公称飛行面から離れていて、かつ前記ノズルアレイ軸に対して平行な位置である前記下流壁の最近接面として定義される下流スロット第1内端によって取り囲まれ  
前記空気偏向方向では、前記下流スロット第1内端は、前記上流スロット第1内端よりも、前記公称飛行面からより離れている、
請求項10に記載の液滴偏向装置。
【請求項１２】
複数のノズルが前記ノズル軸に沿ってアレイ長LAにわたって配列され、
前記第1側壁端部は第1側壁厚さt1sw、及び前記上流スロットに隣接する第1側壁内面を有し、
前記第2側壁端部は第2側壁厚さt2sw、及び前記上流スロットに隣接する第2側壁内面を有し、
前記第1及び第2側壁内側面は互いに、前記ノズルアレイ軸に平行な軸に沿ってプレナム幅Wpだけ離れ、
該プレナム幅Wpは、前記アレイ長に前記第1及び第2壁の厚さを加えた値以上、Wp≧(LA+t1sw+t2sw)、である、
請求項10に記載の液滴偏向装置。
【請求項１３】
前記上流壁が、前記上流スロットが設けられている位置で平均上流壁厚さtuwを有し、
前記上流スロット開口部の一部は、前記空気偏向方向に前記公称飛行面から離れていて、かつ前記ノズルアレイ軸に対して平行な位置である前記上流壁の最近接面として定義される上流スロット第1内端によって取り囲まれ、
前記上流スロット開口部の一部は、前記空気偏向方向に対向する方向に前記公称飛行面から離れていて、かつ前記ノズルアレイ軸に対して平行な位置である前記上流壁の最近接面として定義される上流スロット第2内端によって取り囲まれ、
前記上流スロットは、実効上流スロット開口部高さhusを有し、
該実効上流スロット開口部高さhusは前記公称飛行面からの前記上流スロット第1及び第2内端の距離の総和として定義され、
前記上流スロット開口部高さは、前記平均上流壁厚さ以上、hus≧tuw、となるように形成される、
請求項10に記載の液滴偏向装置。
【請求項１４】
前記実効上流スロット開口部高さhusが、100μm以上であって1000μm以下、100μm≦hus≦1000μm、である、請求項13に記載の液滴偏向装置。
【請求項１５】
前記空気偏向方向に対向する方向に前記公称飛行面から最も離れていて、かつ前記ノズルアレイ軸に対して平行な位置である前記上流壁面として定義される前記上流壁端部が、前記上流スロット第1内端からプレナム拡張長Luexだけ離れて設けられ、かつ
該プレナム拡張長は前記実効上流スロット開口部高さの2倍以上、Luex≧2  hus、である、
請求項14に記載の液滴偏向装置。
【請求項１６】
前記上流壁が、大気圧に曝露された外側上流壁側部、及び負圧源に曝露された内側上流下部側部を有し、
前記上流スロット開口部の一部が、前記空気偏向方向に前記公称飛行面から離れていて、かつ前記ノズルアレイ軸に対して平行な位置である前記上流壁の最近接面として定義される上流スロット第1内端によって取り囲まれ、
前記上流スロット内端は、前記上流壁側部外端から前記下流壁側部内端へ向かう線に沿って曲率半径が増大する曲面形状を有するように形成される、
請求項10に記載の液滴偏向装置。
【請求項１７】
前記複数の連続液滴流が公称液滴速度Vdで放出され、かつ
前記エアフロープレナムへ引き込まれる大気は、前記前記エアフロープレナム内部で最大速度VAmaxを有し、
該最大速度は前記公称液滴速度の1/2以上、2VAmax≧Vd、である、
請求項10に記載の液滴偏向装置。
【請求項１８】
少なくとも小さな液滴体積を有する液滴を捕獲するように備えられている液滴捕獲装置をさらに有する液滴偏向装置であって、
当該液滴捕獲装置は、前記小さな液滴体積を有する液滴が前記エアフロープレナムを通過する前に、前記前記小さな液滴体積を有する液滴を捕獲する、
請求項10に記載の液滴偏向装置。
【請求項１９】
液体パターンデータに基づいて媒体上に液体パターンを生成する方法であって：
公称飛行面に対して実質的に平行でかつ該面内に属していて前記媒体に衝突する公称飛行路を有する複数の液滴流に分割される複数の連続液体流を放出する複数の液滴ノズルを供する工程；
液体パターンデータに従って、少なくとも小さな液滴体積又は大きな液滴体積を有する連続液滴流への前記複数の連続液体流の分裂の同期をとる工程；
負圧源と接続する排気端部と1次開口部を有する衝突端部、前記複数の液滴流が通過するように位置設定及びサイズ設定がなされた、前記上流壁を貫通する上流スロット開口部、及び、少なくとも大きな液滴堆積を有する液滴が通過するように位置設定及びサイズ設定がなされた、前記下流壁を貫通する下流スロット開口部を有するエアフロープレナムを供する工程；
前記1次開口部、前記上流スロット、及び前記下流スロットを介して前記エアフロープレナムへ大気を引き込む前記排気端部に負圧源を供することで、前記公称飛行面に対して垂直な空気偏向方向に小さな液滴体積を有する液滴を偏向する工程；
を有する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概してデジタル制御印刷及び液体印刷素子に関し、特に連続インクジェットシステムに関する。連続インクジェットシステムでは、液体流が液滴に分裂して、その一部が選択的に偏向される。
【背景技術】
【０００２】
従来デジタル制御された液体パターニング機能は、2つの手法のうちの1つによって実現されてきた。各手法では、パターニング用液体が、プリントヘッド内に形成されたチャネルを介して供給される。各チャネルはノズルを有し、そのノズルから液滴が選択的に押し出され、かつ媒体上に堆積される。カラーマーキングが必要なときには、各手法は典型的には、独立した液体供給体、及び印刷中に用いられる各液体色用の各独立した液体分配システムを必要とする。
【０００３】
第1手法-一般的には「ドロップ・オン・デマンド」インクジェットプリントと呼ばれる-は、加圧アクチュエータ（熱、圧電等）を用いて記録面上に衝突する液滴を供する。アクチュエータの選択的に起動することで、飛行液滴の生成及び引き出しが起こる。その飛行液滴は、プリントヘッドとパターン受け取り媒体との間の空間を横断して、その媒体に衝突する。プリントヘッド像又は他のパターンの生成は、そのパターン又は像を特定するデータに基づいた液滴の個々の生成の制御によって実現される。
【０００４】
従来の「ドロップ・オン・デマンド」インクジェットプリンタは、加圧アクチュエータを利用して、プリントヘッドのオリフィスでインクジェット液滴を生成する。典型的には加圧は、個々のノズルを供給する個々のチャンバ内の液体の一部を急速に変位させることによって実現される。アクチュエータの変位は最も一般的には、圧電トランスデューサ又は気泡生成ヒーター（熱インクジェット）に基づく。しかし熱力学及び静電膜の変位も開示され、かつ用いられてきた。
【０００５】
従来の連続インクジェットプリンタは、静電的に帯電した素子及び偏向板を利用する。その静電的に帯電した素子及び偏向板はアドレス指定可能な構成部品を必要とし、その構成部品は、パターニング用連続液体流に非常に近接してかつ厳密な位置合わせがなされていなければならないが、その連続液体流に接触はしない。そのパターニング用液体は、数μ秒以内で液滴が帯電できるように十分な伝導性を有していなければならない。この従来の連続インクジェットプリンタは便利ではあるが、この静電偏向プリントヘッドは低コストでの製造が難しく、かつ液滴を帯電させる電極及び偏向電場板の短絡及び付着物といった多くの信頼性に関する問題に悩まされる。液滴の帯電に依存しない連続インクジェットシステムはプリントヘッドの製造を大きく単純化し、かつ高伝導性の作動流体を必要としない。
【０００６】
特許文献2は、トランスデューサを用いて糸状体の作動流体に刺激を与えることで、その作動流体を均一な間隔が設けられた液滴に分裂させる方法及び装置を開示している。液滴に分裂する前のその糸状体の長さは、そのトランスデューサに供給される刺激エネルギーを制御することによって制御される。刺激の振幅が大きければその糸状体は短くなり、刺激の振幅が大きければその糸状体は長くなる。空気流は、液滴自体の軌道よりも、その液滴に分裂する前の糸状体の軌道に、より大きく影響する。その糸状体の長さを制御することによって、液滴の軌道は、一の経路から他の経路へ制御すなわち切り換えることが可能となる。そのようなものとして、一部の液滴はキャッチャーへ案内されて良い。その一方で他の液滴は受け取り部へ塗布されて良い。2つの異なる液滴経路の物理的な間隔すなわち違いの程度は非常に小さく、制御が難しい。
【０００７】
特許文献3は、単一ジェットの連続インクジェットプリンタについて開示している。その単一ジェットの連続インクジェットプリンタは、非印刷液滴をキャッチャーへ偏向する第1ニューマティック偏向器、及び印刷液滴を振動させる第2ニューマティック偏向器を有する。プリントヘッドは、各独立した液滴に分裂する糸状体の作動流体を供給する。続いてその液滴は、第1ニューマティック偏向器及び/又は第2ニューマティック偏向器によって選択的に偏向される。第1ニューマティック偏向器は、中央制御ユニットから受信される2つの異なる電気信号のうちの1つに依存して、ノズルを開閉する。これにより、液滴が媒体上に堆積されるか否かが決定される。第2ニューマティック偏向器は、絞り量が変化するダイアフラムを有する連続型である。ノズルは、中央制御ユニットから受信される2つの異なる電気信号のうちの1つに依存して開く。これにより、印刷液滴が垂直方向に偏向し、それにより文字が一度に印刷することができる。第1ニューマティック偏向器だけが用いられる場合、プリントヘッドを繰り返し移動させながら文字は一度に1行生成される。
【０００８】
この方法は液滴の軌道に影響を及ぼすのに静電的手段に依存しないが、第1（「開閉」）ニューマティック偏向器の厳密な制御及びタイミングに依存して、印刷液体と非印刷液体を生成する。係るシステムは製造及び厳密な制御が難しい。2つの異なる液滴経路間の物理的間隔すなわち違いの程度は不安定である。その理由は、切り換え中での空気流の増大や減少によって、液滴の軌道制御が不十分となり、かつ液滴の位置設定が厳密ではなくなるからである。空気流のオン/オフを必要とするニューマティック動作は必然的に遅くなってしまう。なぜなら空気流での過渡状態の解決に必要な時間と、機械動作の実行に必要な時間の合計時間は莫大だからである。さらに特許文献3の考え方を複数の近接したジェットに拡張するのに必要な均一な第1ニューマティック偏向器の近接アレイの製造にはコストがかかる。
【０００９】
特許文献4は連続インクジェットプリンタについて開示している。その連続インクジェットプリンタは微小機械アクチュエータを用いる。その微小機械アクチュエータは、糸状体である連続流が液滴に分裂する前に、その連続流とは反対の曲面を有する制御面に衝突する。この連続インクジェットプリンタは便利だが、連続流の偏向量の大きな異常振動を生じさせる。その理由は、この装置では、表面の特性が作動流体との接触によって影響を受けるためである。
【００１０】
特許文献5は連続インクジェットプリンタについて開示している。その連続インクジェットプリンタは、ノズル-分裂していない流体列に対して近接する-の下流に設けられた電極を用いて連続流である糸状体を、液滴に分裂する前に偏向させる。その電極に電圧を印加することによって、液滴は様々な偏向経路に従って進行して良い。この方法は便利であるが、この装置は絶縁破壊を起こしがちである。なぜならその偏向電極の周囲に伝導性残余物が付着するからである。
【００１１】
特許文献6は連続インクジェットプリンタについて開示している。その連続インクジェットプリンタは、2つの経路を用いて各ノズルへ流体を供給する。一の流路はノズル入口の穴の中心から外れた位置に設けられ、かつ供給される流体量を制御する微小機械バルブを有する。この流路からの中心から外れた流れによって、ジェットはある角度で放出される。よってこのバルブを操作することによって、液滴は様々な偏向経路へ案内されて良い。この方法は便利だが、プリントヘッド構造の製造がより複雑となり、ジェットの大きなアレイ内での全てのジェットから均一な偏向を実現することは困難である。
【００１２】
特許文献7は連続インクジェットプリンタについて開示している。その連続インクジェットプリンタは、非対称なヒーターを用いて、糸状体である作動流体から個々の液滴を生成し、かつこれらの液滴を偏向させる。プリントヘッドは、加圧液体源及び非対称なヒーターを有する。その加圧液体源及び非対称なヒーターは、印刷液滴と非印刷液滴を生成するように動作可能である。印刷液滴は印刷液滴経路に沿って進行して最終的には印刷媒体に衝突する。他方非印刷液滴は非印刷液滴経路に沿って進行して最終的にはキャッチャーに衝突する。非印刷液滴は、キャッチャー内に形成された液体除去チャネルを介して、リサイクル又は処理される。
【００１３】
特許文献7に開示されたインクジェットプリンタは意図した目的については十分に機能するが、印刷液滴と非印刷液滴との物理的間隔の大きさは制限される。そのため係るシステムの耐久性が制限されてしまう恐れがある。非対称加熱量を増大させてこの間隔を大きくする結果、温度が高くなり、信頼性が減少してしまう恐れがある。従って印刷液滴と非印刷液滴との間の間隔を増大させる装置は、特許文献7に開示されたシステムの信頼性の増大にとって有用となる。
【００１４】
特許文献8は特許文献7を改善したものを開示及び主張している。その改善では、複数の熱的に偏向された液体流が、大きな体積と小さな体積の液滴に分裂して、大きな断面積と小さな断面積となる。熱的な偏向は、小さな液滴を、複数の液滴流の面から外れるように導くのに用いられる。他方その熱的な偏向は、大きな液滴を公称「直線」経路に沿って進行させることを可能にする。液滴流アレイの断面積に対して実質的に垂直な方向の均一な気体流が、その断面積にわたって与えられる。この垂直な気体流は、断面積の大きな液滴よりも断面積の小さな液滴に、単位質量当たりのより大きな力を与える。その結果、その小さな液滴の偏向加速度が増大する。そのような気体流の偏向の増大によって、媒体上への堆積が可能な液滴に対して、ガター内に捕獲される液滴間に必要とされる追加の間隔を与えることができる。特許文献8は、選ばれた大きさのピークエアフロー速度を実現するエアフローの偏向を最適化するエアフロープレナムの設計については開示していない。また特許文献8は、意図しない液滴の側方への偏向、又は意図しない空気流の妨害に対する液滴の感度を最小限に抑制するための設計についても開示していない。
【００１５】
特許文献9は特許文献8を改善したものを開示及び主張している。特許文献9は、液滴の捕獲の信頼性を向上させるように、気体流を用いて2つの相違する経路に沿って進行する液滴間の空間的な間隔を増大させる。特許文献9は気体流について教示している。その気体流は、液滴捕獲の縁であるガターの付近で放出され、かつ概して液滴の公称飛行路と熱的に偏向された飛行路のいずれとも対向する。特許文献9に係る気体流は、液滴をさらに2つの経路に分裂させるものとして図示され、かつその気体流は熱的に偏向される液滴が物理的に分離する地点で収束しないように設定される。
【００１６】
実効的には、特許文献9に教示される装置及び方法は、媒体及びガターの方向での液滴速度を減少させることによって、液滴経路の発散を増大させる。つまり飛行液滴の速度を遅くすることによって、ガターの捕獲縁に到達するまでに、より空間的に発散させるようにノズルにて与えられる軸外の熱的な偏向加速度に対してより長い時間が与えられる。特許文献9の気体流と発散液滴経路との相互作用は、像又は他のパターン印刷に本質的な液滴の時間変化パターンに非常に依存する。各異なる液滴シーケンスが各異なる偏向を受ける結果、データ依存する印刷液滴の位置設定エラーが加わる。さらに特許文献9の方法は、ジェットの大きなアレイの実装には適していないと考えられる。その理由は、広いスリット源に沿って十分均一な気体流の挙動を実現することは難しいため、アレイの全てのジェットについてノズルから同一距離で、コヒーレンスが失われた気体流の地点が生じるからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】米国特許第4914522号明細書
【特許文献２】米国特許第3709432号明細書
【特許文献３】米国特許第4190844号明細書
【特許文献４】米国特許第5963235号明細書
【特許文献５】米国特許第6509917号明細書
【特許文献６】米国特許第6474795号明細書
【特許文献７】米国特許第6079821号明細書
【特許文献８】米国特許第6505921号明細書
【特許文献９】米国特許第6508542号明細書
【特許文献１０】米国特許第6588888号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
上述した複数の発明にもかかわらず、耐久性を有し、高速で、高品質の液体パターンシステムが依然として必要とされている。そのようなシステムは、液滴の帯電及び静電液体偏向に依存しない連続インクジェット技術を用いて実現可能である。さらにそのようなシステムは、大きな体積の液滴又はノズルから媒体への長い飛行経路の生成によって印刷速度及びパターン解像度を犠牲にすることなく、耐久性を有する液滴捕獲を可能にするように十分な液滴偏向が実現される場合に、実現可能となる。最終的にはそのようなシステムは、空間的に近接するジェットの大きなアレイの製造の一助となる設計の単純さを必要とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の上記及び他多数の特徴、目的、及び利点は、詳細な説明、請求の範囲、及び図面を参照することによってすぐに明らかとなる。これらの特徴、目的、及び利点は、公称飛行面に対して実質的に平行でかつ該面内に属する公称飛行路を有する複数の液滴流に分裂する複数の連続液体流を放出する複数の液滴ノズルを有する連続液滴放出システム用の液滴偏向装置によって実現される。負圧発生源と接続する排気端部及び前記公称飛行面に隣接する開口部を有する衝突端部を有するエアフロープレナムが供される。大気は、前記公称飛行面に対して垂直な方向に液滴を偏向する目的で、前記開口部に引き込まれる。前記開口部は、上流壁、下流壁、第1側壁、及び第2側壁の端部によって境界が画定される。前記空気偏向方向における前記公称飛行面からの前記上流壁及び下流壁の端部の間隔は、前記空気偏向方向における前記公称飛行面からの前記第1側壁及び第2側壁の端部の間隔よりも離れている。
【００２０】
本発明はまた、所与の最大偏向空気速度を実現する偏向の液滴量を増大させ、かつ前記公称飛行路の周辺に存在する妨害空気流の影響を減少させるように、液滴の流路用である貫通スロットを有するエアフロープレナムも備える。
【００２１】
本発明はさらに、液体パターンデータに従って、連続液体流が大きな体積と小さな体積の複数の液滴に分裂するように備えられた液滴同期装置を有する。前記大きな体積と小さな体積の複数の液滴は前記エアフロープレナム内の空気流によってそれぞれ異なって偏向する。
【００２２】
本発明はまた、前記エアフロープレナムを飛び出す前に、小さな体積の液滴を捕獲して含むように備えられた液滴捕獲装置をも有する。
【００２３】
本発明はさらに液体パターンデータに基づいて媒体上に液体パターンを生成する方法をさらに有する。当該方法は、公称飛行面に対して実質的に平行でかつ該面内に属していて前記媒体に衝突する公称飛行路を有する複数の液滴流に分割される複数の連続液体流を放出する複数の液滴ノズルを供する工程を有する。負圧発生源と接続する排気端部及び1次開口部、前記複数の液滴流が上流壁を通過するように設けられ、かつ大きさが決定された前記上流壁を貫通する上流スロット開口部、及び少なくとも液滴体積の大きな液滴が下流壁を通過するように設けられ、かつ大きさが決定された前記下流壁を貫通する下流スロット開口部を有する衝突端部を有するエアフロープレナムが供される。負圧源は、前記1次開口部、前記上流スロット開口部、及び前記下流スロット開口部を介して、大気を前記エアフロープレナムへ引き込む前記排気端部と接続する。それにより、液滴体積の小さな液滴が前記公称飛行面に対して垂直な空気偏向方向に偏向される。液滴体積の小さな偏向液滴は、液滴捕獲装置によって捕獲される。液滴体積の大きな液滴は前記媒体に衝突して、前記液体パターンの生成が可能となる。
【００２４】
本発明のこれら及び他の目的、特徴、及び利点は、本発明を例示する実施例が表された図と共に以降の詳細な説明を読むことで当業者にはすぐに明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に従って作られた一の典型的液体パターン堆積装置の単純化された概略的ブロック図を表している。
【図２ａ】本発明の好適実施例による単一の熱的同期及び経路選択素子の概略的上面図を表している。
【図２ｂ】本発明の好適実施例による熱的同期及び経路選択素子のアレイの一部の概略的上面図を表している。
【図３ａ】液体の連続流が自然に分裂して液滴となる様子を表す概略的断面を図示している。
【図３ｂ】液体の連続流が同期して分裂することで液滴となる様子を表す概略的断面を図示している。
【図３ｃ】液体の連続流が同期及び偏向して分裂することで液滴となる様子を表す概略的断面を図示している。
【図４】a-cは、本発明の好適実施例による、ヒーター抵抗器による流体ジェットの同期分裂の刺激と、ヒーター抵抗器による第1偏向のエネルギーパルスシーケンスを表している。
【図５】a-cは、本発明の好適実施例による、ヒーター抵抗器によって流体ジェットの同期分裂を刺激する結果、複数の液滴がそれぞれ異なる所定の体積を有する様子を表している。
【図６】本発明の好適実施例による、公称飛行面に対して実質的に平行でかつ該面内に属する公称飛行路を有する複数の液滴流の斜視図を表している。
【図７】本発明の好適実施例による、液滴を偏向するエアフロープレナムの概略的斜視図を表している。
【図８】本発明の好適実施例による、液滴を偏向するエアフロープレナム内での空気流の速度ベクトルの概略的側面図を表している。
【図９】本発明の好適実施例による、液滴を偏向するエアフロープレナムの概略的上面図を表している。
【図１０】a及びbは、本発明の好適実施例による、各異なる形状を有するエアフロープレナム壁端部周辺での空気流速度ベクトルの概略的側面図を表している。
【図１１】本発明によるエアフロープレナムの側壁端部付近でのy方向での液滴偏向の概略的前面図を表している。
【図１２】本発明による側壁が拡張されたエアフロープレナムの斜視図を表している。
【図１３】本発明によるエアフロープレナムの概略的側面図及び同一の大きさを有する空気流速度の等高線を表している。
【図１４】本発明による拡張された側壁及び貫通スロットを有するエアフロープレナムの斜視図を表している。
【図１５】本発明の好適実施例による、拡張された側壁及び貫通スロットを有するエアフロープレナムの側面図を表している。
【図１６】本発明の好適実施例による、拡張された側壁及び貫通スロットを有するエアフロープレナムの側面図と、空気流速度ベクトルをさらに表している。
【図１７】本発明の好適実施例による、拡張された側壁及び貫通スロットを有するエアフロープレナムの側面図と、空気流速度の大きさの等高線をさらに表している。
【図１８】本発明の好適実施例による、拡張された側壁及び貫通スロットを有するエアフロープレナムの側面図と、拡張された壁を有していないプレナムについて空気流速度の大きさの等高線を比較用にさらに表している。
【図１９】本発明による壁の拡張長さがそれぞれ異なるエアフロープレナムのスロットを介したエアフロー体積への影響を表すプロットである。
【図２０】本発明による壁の拡張長さがそれぞれ異なるエアフロープレナムについて、媒体の移動によって生じる新たなエアフローの妨害が生じる公称液滴飛行領域でのエアフロー速度のプロットを表す。
【図２１】本発明による液体パターンを形成する方法を表している。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以降の本発明の好適実施例の詳細な説明では、添付の図面が参照されている。
【００２７】
本説明は、特に本発明による装置の一部を形成する素子、すなわちより直接的には当該装置と協働する素子に関する。機能的素子及び特徴部位が同一素子である場合、又は同一の機能を示す場合には、本発明の理解のため、図中においてそれらには同一の数値番号が与えられている。具体的に図示又は記載されていない素子は、当業者にとって周知である任意の形態を採って良いことに留意して欲しい。
【００２８】
図1を参照すると、液体パターンを堆積する連続液滴放出システムが図示されている。典型的にはそのようなシステムはインクジェットプリンタで、液体パターンは受像シート又はウエブ上に印刷された画像である。しかし他の液体パターンが、その図示されたシステムによって堆積されても良い。そのような他の液体パターンには、製造プロセス用のマスク層及び化学開始剤層が含まれる。本発明を理解するため、「液体」及び「インク」という語は同義に用いられる。インクは典型的には画像印刷や本発明の考えられ得る用途の一部に関連することが分かる。当該液体パターン堆積システムはプロセス制御装置400によって制御される。プロセス制御装置400は、様々な入出力の構成部品とやり取りし、データの必要な変換を計算し、かつ必要なプログラム及びアルゴリズムを実行する。
【００２９】
当該液体パターン堆積システムは画像又は液体パターンデータの生成源410をさらに有する。その生成源410は、ページ記述言語の形式又はデジタル画像データの他の形式で表されるラスタ画像データ又はアウトライン画像データを供する。この画像データは、制御装置400によってビットマップ画像データに変換され、かつマルチジェット液滴放出プリントヘッド10へ送るために蓄積される。マルチジェット液滴放出プリントヘッド10へは、プリントヘッド電気インターフェース20に接続する複数のプリントヘッドトランスデューサ回路412を介して送られる。ビットマップ画像データは、位置-均一な間隔が設けられたパターンラスタ距離-の2次元マトリックスを構成する複数の画像要素（画素）への個々の液滴の堆積を特定する。係る特定は所望のパターン解像度-つまり「インチ当たりのドット数」等-によって決定される。ラスタ距離すなわち間隔は、2次元パターンにおいて同一であっても良いし、又は異なっていても良い。
【００３０】
制御装置400はまたプリントヘッドトランスデューサ回路への液滴同期信号をも生成する。その後前記液滴同期信号はプリントヘッド10へ与えられることで、放出された複数の液体流は、所定の体積及び予測可能なタイミングを有する複数の液滴に分裂する。プリントヘッド10は「ページワイド」のプリントヘッドとして図示されている。そのプリントヘッド10は、プリントヘッド自体を動かすことなく媒体10にわたって全走査線を印刷するのに十分な複数のジェットを有する。
【００３１】
記録媒体300は、記録媒体搬送システムによって、プリントヘッド10に対して移動する。係る移動は媒体搬送制御システム414によって電子的に制御され、かつ制御装置400によって制御される。図1に図示された記録媒体搬送システムは概略的に表したものに過ぎず、多くの異なる機器構成が可能である。たとえば入力搬送ローラー250及び出力搬送ローラー252が記録媒体搬送システム内で、記録媒体300への液滴の転写を助けるのに用いられても良い。係る搬送ローラー技術は当業者には周知である。図1に図示されたようなページ幅のプリントヘッドの場合では、静止プリントヘッドの上で記録媒体300を移動させるのが最も便利である。記録媒体300は速度VMで搬送される。走査印刷システムでは、一の軸（副走査軸）に沿ってプリントヘッドを移動させ、かつ直交軸（主走査軸）に沿って記録媒体を移動させる相対ラスタ運動が通常最も便利である。
【００３２】
パターン液体は圧力下で液体貯蔵容器418内に含まれる。非印刷状態では、連続液滴流は記録媒体300に到達できない。その理由は、流体ガター（図示されていない）が、その液滴流を捕獲し、かつ液体リサイクルユニット416によってその液体の一部をリサイクルできるようにするためである。液体リサイクルユニット416は、プリントヘッド流体排出口245を介して未印刷液体を受け取り、該液体を再生して貯蔵容器418へ戻す、すなわち前記液体を貯蔵する。前記液体リサイクルユニットはまた、プリントヘッド流体排出口245を減圧することで、液体の回復を助け、かつプリントヘッド10を流れる気体流に影響を及ぼすように備えられて良い。そのような液体リサイクルユニットは当技術分野において周知である。最適動作に適した液体圧力は多数の因子に依存する。多数の因子とはたとえば、ノズルの幾何学形状及び熱的特性、並びに液体の熱的特性が含まれる。一定の液体圧力は、制御装置400によって制御される液体供給制御装置424の制御下で、液体貯蔵容器418へ圧力を印加することによって実現されて良い。
【００３３】
液体は、液体流入ポート42でプリントヘッド10へ入り込む液体供給ラインを介して分配される。液体は、プリントヘッド10のシリコン基板を介してエッチングされたスロット及び/又は穴を介してプリントヘッド10の前面へ流れる。該前面には複数のノズルとプリントヘッドトランスデューサが設けられている。本発明の複数の好適実施例では、プリントヘッドトランスデューサは抵抗ヒーターである。他の実施例では、ジェット当たり2つ以上のトランスデューサが供されて良い。その2つ以上のトランスデューサには、抵抗ヒーター、電場電極、及び微小電気機械フローバルブの組合せのいくつかが含まれる。プリントヘッド10の少なくとも一部がシリコンから作られるとき、プリントヘッドトランスデューサ制御回路412をプリントヘッドと一体化することが可能である。
【００３４】
第2液滴偏向装置-詳細は後述する-は、液滴放出ノズルの下流に備えられている。この第2液滴偏向装置はエアフロープレナムを有し、そのエアフロープレナムは空気流を発生させる。その空気流は、パターンデータに基づいた所定の経路に沿って飛行する複数の液滴流中の個々の液滴に衝突する。負圧制御装置422によって制御される負圧源420は、負圧源入口99を介してプリントヘッド10と接続する。
【００３５】
好適なプリントヘッドの実施例に係る単一ノズル50の前面図が図2(a)に表されている。係るノズルのアレイの一部が図2(b)に図示されている。理解を単純にするため、複数のジェット及び構成部品が用いられるときには、”j”,”j+1”等の添え字が、係る素子の大きなアレイに沿って順序通りに、同一の機能素子を表すものとして用いられている。図2(a)及び図2(b)は、プリントヘッドの液滴生成部分であるノズル50を図示している。ノズル50は直径Ddnの円形で、ノズル50にはノズルアレイ軸すなわち方向に沿って均一な液滴ノズル間隔Sdnが設けられ、かつノズル50はノズル層14内に形成される。円形ノズルが図示されているが、液体放出オリフィスについては他の形状が用いられ、かつ実効的な直径が表されても良い。典型的にはノズル直径は、堆積される液体パターンにとって適切な液滴サイズに依存して、8μmから35μmの範囲で形成される。典型的には液滴ノズルの間隔は84μmから21μmの範囲である。この範囲は、ノズル軸方向でのパターンラスタ解像度である300画素/インチから1200画素/インチに対応する。
【００３６】
2つの抵抗ヒーターである側部1のヒーター30と側部2のヒーター38は、ノズル穴の対向する側部上の前面層に形成される。ここで「側部」とは、図3(b)から分かるように、ノズルのアレイ軸に対して垂直に上又は下の位置を意味する。側部ヒーターは、側部1についてのアドレスリード線36と29及び側部2についてのアドレスリード線37と28によって各別個に指定される。特許文献5に開示されているように、2つの側部ヒーターは、一又は他のヒーターの方向へ放出される流体流の一部を偏向させるため、その流体流の2つの側部へそれぞれ異なる熱エネルギーの付与を行うことを可能にする。これら同一の抵抗ヒーターはまた、適当な波長の表面波を与えて液体ジェットを同期させることで、実質的に均一な直径Dd及び間隔λdを有する複数の液滴に分裂するのに利用される。
【００３７】
ノズルの縁からの間隔及びノズルアレイに対して垂直な方向に沿った側部ヒーターの幅は重要な設計パラメータである。典型的には側部ヒーター抵抗器の内径は、ノズル端部から約1.5μmから0.5μm離れて位置している。側部ヒーター抵抗器の外形すなわち幅は典型的にはその側部ヒーター抵抗器の内径から1μmから0.5μmの位置である。
【００３８】
流体62の連続流への側部ヒーター30と38のパルス効果の一が図3(a)及び図3(b)において側面図として表されている。図3(a)及び図3(b)は、複数のノズルのうちの一のノズル50周辺の液滴発生基板12の一部を図示している。加圧流体60が、液体供給チャンバ48を介してノズル50へ供給される。ノズル50は、液滴ノズル前面層14内に形成され、かつ場合によっては断熱及び絶縁層26内に形成される。側部ヒーター抵抗器30と38も図示されている。
【００３９】
図3(a)では、側部ヒーター30と38は活性化していない。連続流体流62は様々な波長の自然な表面波64を生成する。その結果、位置77で同期されていない分裂が生じて、広範囲にばらついた直径及び体積を有する液滴66の流れ100が生成される。自然な分裂長BOLnは、ノズル面から、液滴が流体の連続列から脱離する地点までの距離で定義される。このような自然の同期されていない分裂の場合では、分裂長BOLnは明確にならず、時間に対して大きく変化する。
【００４０】
図3(b)では、側部ヒーターには、流隊列62上に支配的な表面波70を起こすのに十分なエネルギーパルスが与えられる。その結果分裂が同期して、ノズル面から動作距離BOLvの位置である安定な動作分裂地点76で、実質的に均一な直径Dd及び間隔λdを有する液滴80の流れ120が生じる。図3(a)及び図3(b)の流体流及び個々の液滴66と80は、流体の加圧の大きさ、ノズルの幾何学形状、及び流体の特性に基づいて、速度Vdで公称飛行路に沿って進行する。
【００４１】
図4(a)は、側部1のヒーター抵抗器30及び側部2のヒーター抵抗器38に印加されることで、図3(b)に図示された支配的な表面波70を起こすことが可能な出力パルスのシーケンスを表している。この例では、等しい同期エネルギーパルスPsが両側部ヒーターに印加されている。これらのパルスの周波数は、ジェット上での液滴分裂の周波数と同一となる。その流体流のレイリー分裂を実現するのに両側部ヒーターにパルスを印加する必要はない。所望の支配的表面波の振動が生じる限り、パルスを一の側部にのみ印加しても十分であり、両側部にそれぞれ異なる大きさのパルスを印加しても十分であるし、又は両側部にそれぞれ異なる時間に印加しても十分である。連続ジェットの分裂を同期させる熱エネルギーによる刺激は周知であり、特許文献7で説明されている。
【００４２】
図4(b)及び図4(c)は、ジェット分裂の同期だけではなく側方への流体の一部の偏向にも用いることのできる2つのパルスシーケンスを表している。たとえば図4(b)では、大きさPsのエネルギーパルスが主に側部1のヒーター30と側部2のヒーター38の両方に印加される。ただし図示された第3パルス時間帯の間に側部2のヒーター38へ印加されるエネルギーPdを有する一の大きなパルスは除く。側部2のヒーター抵抗器38へ印加されるエネルギーパルスが大きくなればなるほど、隣接する流体はより高温に加熱される。その結果、その隣接する流体はノズルの側部2をより高速に進行する。この非対称速度は、加熱された側部から遠ざかるようにその流体の一部を偏向させる。図3(c)は、流体の偏向部分を図示している。破線で描かれた1次流体列と液滴流120、及び第2の偏向した液滴流127を表すことによって、流体の偏向部分を図示している。
【００４３】
あるいはその代わりに図4(c)は、図4(b)と同様のパルスシーケンスを図示している。ただし側部1のヒーター抵抗器30は、第3パルス時間スロットの間に大きなエネルギーパルスPdを受け取る点は除く。非対称な熱パルスを付与しても常に、液滴流が正味で最も熱い側部抵抗器から遠ざかるように偏向するわけではない。側部抵抗器が狭い場合、その側部抵抗器が熱くなる結果、ノズルの熱い側部から液体メニスカスが脱離する。それにより流体流は、熱い側部ヒーター抵抗器へ向かわずに偏向する。連続ジェット流の熱偏向の減少は特許文献7で説明されている。
【００４４】
本発明を理解する目的では、連続ジェットのノズルで非対称な熱を付与することでそのジェットを偏向させることができることさえ分かっていればよい。実際には到達可能な偏向の大きさは数度のオーダーである。本発明については、熱偏向又は後述する他の手段による偏向は、未偏向液滴流の公称飛行路-つまり未偏向飛行路-から0.5°から2.0°の偏向を実現すると推定される。
【００４５】
連続液体ジェットの分裂の熱パルス同期は、所定体積の液滴流を生成する機能を供することが知られている。単位体積V0の整数倍の体積mV0を有する一部の液滴が生成されても良い。たとえば特許文献10を参照のこと。図5(a)-図5(c)は、複数の異なる電気エネルギーパルスパルスによる連続流の熱刺激を表している。エネルギーパルスシーケンスは、単位周期τ0の間にヒーター抵抗器の”on”と”off”を切り換えている様子が概略的に表されている。
【００４６】
図5(a)では、刺激パルスシーケンスは単位周期パルス610の列で構成される。このパルス列によって刺激される連続ジェット流は液滴85に分裂する。その液滴85は全て体積をV0有し、全ての液滴85には時間τ0の間隔が設けられ、かつ飛行路に沿ってλ0の間隔が設けられている。図5(b)に図示されたエネルギーパルス列は、単位周期パルス610で構成されている。それに加えて図5(b)に図示されたエネルギーパルス列では、サブシーケンス612については、いくつかのパルスを削除して時間周期4τ0が生成され、かつサブシーケンス616については、いくつかのパルスを削除して時間周期3τ0が生成される。刺激パルスを削除することで、ジェット中の流体は、単位時間周期よりも長い時間のパルスに対して一致する体積を有する液滴となって収集される。つまりサブシーケンス612の結果体積4V0の液滴86に分裂し、かつサブシーケンス616の結果体積3V0の液滴86に分裂する。図5(c)は、体積8V0の液滴88を生成するサブシーケンスの周期8τ0を有するパルス列を表している。
【００４７】
単位体積V0の整数倍の単位で液滴を生成する機能は、印刷液滴と非印刷液滴との差異化をつけると利点を得るのに用いることができる。後述するように、液滴は、交差する空気流によって引き込まれることによっても偏向されうる。大きな液滴は、質量比に対して小さな引き込み係数を有するので、体積の小さな液滴ほどには空気流によって偏向されない。よって偏向領域は、各異なる体積の液滴を各異なる飛行路へ分散させるのに用いられて良い。本発明では、小さな体積の液滴はエアフロープレナム内で最大に偏向し、かつその小さな体積の液滴が液体パターン受像媒体に到達する前に捕獲される。液滴パターンは偏向されにくい大きな体積の液滴によって形成される。大きな体積の液滴と小さな体積の液滴は、液体パターンデータに応じたパルスシーケンス-たとえば図5(a)-図5(c)に表されたようなもの-によって生成される。本発明を理解して実施する目的では、「大きな体積」の液滴という語は、「小さな体積」の液滴の体積の2倍以上の体積を有する液滴を意味する。
【００４８】
図6は、連続液体流放出体（プリントヘッド）10の斜視図を表している。当該連続液体流放出体10はアレイ軸140に沿ってアレイを形成する複数のノズルを有する。該複数のノズルは、受像媒体300の面で線310に沿って受像媒体310に衝突する複数の未偏向液滴流120を放出する。全ての図について一貫した方法で素子の配向及び方向を表すのに用いられるようなxyz座標系が示されている。ノズルアレイ軸は座標系のy方向に対して揃っていて、そのノズルはノズルアレイ長さ-つまりジェットの端部から端部まで-LAにわたって拡張する。未偏向液滴流120は、プリントヘッド10のノズル面に対して実質的に垂直で、かつ相互に平行であるz方向の公称液滴飛行路122に沿って正の方向に進行する。それにより座標系のyz平面に対して平行な公称液滴飛行面150が画定される。媒体300は、速度VMで正の「x方向」に搬送される。
【００４９】
本発明による側壁90が拡張されたエアフロープレナムが、図7の斜視図に表された液体パターン書き込み装置に追加される。図2(a)から図5(c)について上述したように、複数の連続パターン流体流62が、液体パターンデータに従って、大きな体積85と小さな体積84からなる液滴流に分裂する。本発明の理解を目的として、本明細書の図は、大きな体積の液滴を小さな体積の液滴の5倍の体積を有するものとして表している。しかし液滴体積の比については如何なる数が選ばれても良い。ただし非印刷液滴である小さな体積の液滴を捕獲する飛行路との十分な差異化をつけながら、大きな体積の液滴を受像媒体に衝突させて液体パターンを生成することが可能であることを条件とする。
【００５０】
エアフロープレナム90は、所定の体積の液滴流が進行する1次開口部98を有した状態で図示されている。負圧源（図示されていない）が、前記エアフロープレナムの対向する端部と排気端部97に設けられる。それにより概して負のx方向に沿った、方向”A”を流れる空気流が生成される。エアフロープレナム90は、上流壁160、下流壁170、第1側壁180、及び第2側壁190によって取り囲まれている。本明細書においては「上流」及び「下流」という語は、液体が進行する上流端に位置するプリントヘッド10から、液体が進行する下流端に位置する受像媒体300への液滴の運動を表すものとして用いられる。1次開口部98は、上流壁端部162、第1側壁端部182、及び第2側壁端部192によって形成される。1次開口部98はさらに、衝突壁端部の内端によって画定される。つまり1次開口部98は、上流壁内端164、下流壁内端174、第1側壁内端184、及び第2側壁内端194によって画定される。
【００５１】
本発明の複数の好適実施例については、側壁端部は、第1側壁拡張長L1sw及び第2側壁拡張長L2swだけ、上流及び下流壁端部よりも拡張される。側壁がこのようにして拡張されることで、空気流が側壁にわたってプレナムに流れ込むことで生じる、y方向での端部ジェット液滴の意図しない偏向が減少する。
【００５２】
エアフロープレナムの排気端部97に設けられる負圧源（図示されていない）によるエアフロープレナム90内に発生する空気流は、大きな体積の液滴85だけでなく小さな体積の液滴84も取り込む。その理由は、大きな体積の液滴85も小さな体積の液滴84も1次開口部にわたって進行するからである。含まれるレイノルズ数空間については、個々の液滴への空気流の引き込みはストークスの法則によって近似されて良い。質量がmdで直径がDdの液滴への空気によって引き込む力Faは次式のように近似される。
【００５３】
Fa=mdad=3πVADdνA  (1)
ここでadは空気流速度VAの方向での液滴の加速度で、νAは空気の粘性である。液滴の体積と液滴の密度ρを式(1)に代入すると、液滴直径Ddの関数としての空気偏向方向での液滴加速度についての表式が与えられる。
【００５４】
【数１】
2010505658.tif 000003
(2)式から、液滴の加速度はその直径の3乗に反比例し、大きな体積の液滴よりも小さな体積の液滴の方が、空気流によって加速される。
【００５５】
液滴の加速度を生じさせる空間偏向の大きさは、空気流が液滴に衝突するまでの時間に依存する。空気流偏向による力が作用する時間は、公称飛行面付近をz方向に沿ってエアフロープレナム内部の長さSdzを液滴又は流体速度Vdで除した値と推定される。空気流方向A（図7ではマイナスx方向）での液滴偏向の大きさは次式のように推定される。
【００５６】
【数２】
2010505658.tif 000004
上式の物理量は上で定義されている。たとえば以下のようなパラメータ及び偏向量が代表的である。νA=181μpoise、ρ=1g/cm3、Sdz=0.2cm、VA=1500cm/sec、及びVd=1500cm/secである。式(3)は以下のようになる。
【００５７】
【数３】
2010505658.tif 000005
従って、Dd=17.8μm（3pLの液滴）ではxd≒137μmで、かつDd=30.6μm（15pLの液滴）ではxd≒46.3μmである。これらの例示的な値については、空気偏向システムが3pLの液滴を偏向する大きさは、空気偏向システムが15pLの液滴を偏向する大きさよりも、〜91μm大きい。
【００５８】
式(3)から、空気流偏向を用いて2つの分離した飛行路への大きな液滴と小さな液滴の分散は、複数の設計因子を操作することによって増大させることが可能である。その分散は、偏向領域の長さSdzの2乗、大きな液滴の直径Ddlに対する小さな液滴の直径Ddsの比の逆2乗、液滴速度Vdの逆2乗、及び空気流速度VAと共に増大する。液滴直径が液滴体積の逆3乗として変化するので、液滴偏向の分散は液滴体積の逆2/3乗で変化する。上記の例では、空気流偏向領域の長さSdzが0.3cmに増大し、かつ液滴速度Vdが1000cm/secにまで減少した場合には、全ての液滴は増大した因子(1.5)4=5.05の分だけ偏向されるので、3pLの液滴と15pLの液滴との間の分散もまた、この量-つまり〜460μm-だけ増大する。
【００５９】
図7では、小さな体積の液滴84が、捕獲された液滴捕獲位置の線130に沿って内側の下流プレナム壁に衝突するものとして図示されている。大きな体積の液滴は、小さな体積ほどには偏向されずに、下流壁170を通り越して印刷線320に沿って受像媒体300に衝突する。印刷線320は、未偏向液滴310の衝突線の「下」である。つまり印刷線320は、印刷面内において空気偏向方向”A”にある程度変位する。
【００６０】
本発明の重要な目的は、実効偏向空気流速度又は平均偏向空気流速度を増大させることによって、液滴がエアフロープレナムの排気端に設けられる所与の大きさの負圧の影響を受けるようにすることである。他の目的は、アレイの端部ジェット付近でy方向に沿って進展する空気流による液滴位置設定エラーを減少させることである。
【００６１】
側壁が拡張されたエアフロープレナム90の断面図が図8に図示されている。その断面は、プリントヘッド10、エアフロープレナム90、及び受像媒体300を介して、たとえば概して図6の線”B-B”のような線に沿ってとられている。断面図が当該装置の大体中心を介して生成されるので、拡張された側壁180と190は直接的に見えない。参照用に第1側壁は破線で示されている。液滴発生装置の基板12と加圧液体供給マニホールド40を有し、かつ加圧液体流入口41を介して正に加圧された液体60が供給されるプリントヘッド10が表されている。上流プレナム壁160、下流プレナム壁170、及び破線で示されたプレナムの第1側壁180を有する、側壁が拡張されたエアフロープレナム90が図示されている。当該エアフロープレナムには、該エアフロープレナム90の排気端97にて概略的に表された負圧源420が備えられている。公称飛行面92の下に位置する当該エアフロープレナムの排気された内部もまた表されている。
【００６２】
空気流速度ベクトル200のコンピュータによる計算結果が、当該装置の素子上に重ねられている。そのコンピュータによる計算は、標準的な有限体積の計算流体力学(CFD)法を用いて行われた。フローサイエンス社(Flow  Science  Incorporated)から販売されている”Flow-3D”コードが用いられた。空気流ベクトル200は、方向とその相対長さによる速度の大きさの両方を含む。空気は、全ての方向からエアフロープレナム90の液滴衝突端98へ引き込まれる。図示された単純な長方形の形状については、空気流は、z方向に沿ったベクトル成分を有する。そのベクトル成分は、当該エアフロープレナムの上流端ではz方向の液滴速度を増大させ、かつ下流端ではz方向の速度を減少させる。1次のオーダーでは、液滴へのこれらz方向の加速度の影響は互いに打ち消し合うことで、マイナスx方向に1次加速効果が残る。
【００６３】
小さな体積の液滴84は飛行路128に沿って偏向され、最終的には地点130で下流壁170の内側表面に衝突する。非印刷液滴を回収する捕獲された液滴回復用導管240が供される。液滴捕獲装置は周知の形式を有して良い。液滴は、エアフロープレナム内部92内において下流壁の内部面に沿った下流壁端部表面上で捕獲されて良い。あるいは液滴は、下流壁後方であって受像媒体300の前方に位置する補角装置によって捕獲されても良い。液体を衝突地点から迅速に外すことで、起こりうるしぶき及びぼやけの発生を減少させるのを助けるため、有孔性材料242もまた液滴捕獲設計に含まれて良い。液体回復接続245が概略的に示されている。その液体回復サブシステムは液体回復導管240を真空引きしても良いし、又は液体を回復させるために負圧源420からの負圧が用いられても良い。
【００６４】
上の計算で示された小さな液滴の偏向量と一致させる際、小さな液滴の衝突及び収集地点130は、公称飛行面から100〜700μmのオーダーで離れていて良い。大きな液滴は下流壁端部を通り越して受像媒体300に到達しなければならないので、下流壁端部の最近接面は、大きな液滴の偏向の大きさよりも離れていなければならない。それに加えて信頼性のために多少のマージンも必要である。
【００６５】
側壁が拡張されたエアフロープレナム92に係る複数の追加的特徴が、図9の概略的上面図に表されている。図は厳密な断面図ではない。なぜならエアフロープレナム90の端部壁160,170,180と190は同一面内にはないし、また公称液滴飛行面と同一面内でもないからである。図8の概略図は、以下の空間的要素を明らかにすることを意図している。その空間的要素とは、ノズルアレイ長LA、第1側壁厚さt1sw、第2側壁厚さt2sw、空気偏向領域の長さSdz、及び空気偏向プレナムの幅Wpである。図9において他のラベルが付された要素は図6から図8ですでに説明したものである。この概略的上面図は、小さな体積の液滴84が下流壁170の内側で偏向されて捕獲される様子を表している。大きな体積の液滴は多少偏向されるものの、下流壁170を通り越して受像媒体300に衝突する。
【００６６】
図8に図示された上流壁160にわたって流れる空気流200の計算されたベクトルの拡大図が図10(a)に図示されている。空気が壁の端部162を超えてエアフロープレナム内部92へ引き込まれるとき、低速度の渦領域94が発生する。上流壁160は上流壁端部162ではtuwの厚さ-つまり最外端面166と最内端面164との間の距離-を有する。図10(a)に図示されているような正方形の形状を有する壁端部162については、渦領域は概して壁の厚さの1〜2倍の距離だけ内部で拡張する。低速度渦領域は、空気流偏向領域の一部での偏向空気流速度を減少させる効果を有する。その効果によって、エアフロープレナム偏向サブシステムによって実現される小さな体積の液滴と大きな体積の液滴との間の分散量が減少する。
【００６７】
空気流がエアフロープレナムに引き込まれる際に超える壁端部に、空気抵抗の小さな形状が与えられる場合、低速度の渦はその大きさを減少させ、かつ公称液滴飛行領域から遠ざかるようにエアフロープレナムへ引き込まれて良い。図10(b)は、減少した低速度渦を図示している。低速度渦の減少は、壁端部162を滑らかな曲面として形成することによって実現可能である。その滑らかな曲面は、外端166の面から内端164の面へ進行するに従って曲率半径が大きくなる。本発明の複数の好適実施例は、エアフロープレナムの1次開口部を空気抵抗が小さくなる形状にするように1つ以上の壁端部を形成することによって偏向効率の向上を実現する。曲率半径は、壁端部に垂直な線に沿ってエアフロープレナム外部から内部へ向かって増大する。
【００６８】
図11は、本発明において側壁空気流の偏向エラーを考慮するエアフロープレナム設計の別な態様を図示している。図11は、従来技術の場合についての、第1壁端部180に隣接するノズルアレイ端部付近のノズルから放出される液滴の計算された空気流偏向をプロットしている。従来技術の場合、側壁は正のx方向には拡張していない。この従来技術の場合についての空気流ベクトルパターンは図10(a)で描かれたものと同一である。図11は、空気流偏向がない場合について、3つのノズルからの液滴が衝突する受像媒体のxy平面300での計算された地点310を図示している。また図11は、図10(a)に図示されたような空気流が存在する場合について、3つのノズルからの液滴が衝突する受像媒体のxy平面300での計算された地点342、344及び346を図示している。第1壁内端184及び第1壁外端188を有する第1壁端部182の位置及び厚さが、液滴の偏向と壁の厚さとの関係を理解する目的で図示されている。図11で表されている距離はμm単位で表されている。この例示的計算については第1側壁180の厚さt1swは250μmである。
【００６９】
第1側壁内端184から内側へ約360μmに位置する端部ジェットからの偏向液滴は媒体面の地点342に到達する。600μm及び830μm内側に位置するジェットからの液滴はそれぞれ地点344及び346に到達する。空気流偏向サブシステムは、マイナスx方向にδx1v=46μmだけ大きな体積の印刷液滴を偏向させた。計算シミュレーションでは、小さな体積の液滴はかなり大きく偏向され、受像媒体面300へ到達する前に捕獲された。
【００７０】
大きな体積の印刷液滴もまた、y方向を第1側壁内端184から遠ざかるように偏向される。その偏向の大きさは、エアフロープレナム内部へ向かう距離と共に増大する。プロットされた計算例については、第1側壁内端から360μmに位置する端部ジェットについてのy偏向δyejは約7μmである。より内側のジェットから放出される液滴344と346のy偏向位置δy1とδy2ははるかに小さくなる。図10(a)でプロットされた空気流ベクトルを検討することで明らかとなるように、端部ジェットが第1側壁端部184の側壁厚さの範囲内に位置する場合には、より大きなy方向の偏向が見られる。
【００７１】
側壁偏向効果は、3つの設計上の特徴のうちの1つ以上を含むエアフロープレナムにより、本発明に従って減少可能である。第1に、側壁は、印刷液滴の最近接流から少なくとも壁1つ分の厚さだけ離れて設けられる。図11は、端部印刷ジェットから〜1.4t1swの距離だけ離れた位置に側壁が設けられている設計を図示している。第2に、側壁端部は公称飛行面よりも上に拡張することで、液滴はy方向の速度が小さい空気流の領域を通り抜ける。しかし図10(a)に図示された低速度渦領域94を回避するためには、拡張された側壁位置についてもまた、端部ジェット液滴の公称飛行路から側壁2つ分以上の厚さだけ間隔が設けられていることが好ましい。第3に、側壁は、図10(b)に図示されているように空気抵抗の小さな形状168を有するように形成される。この設計上の特徴は、側壁内端付近での空気流速度の大きさを減少させ、かつ側壁内端に近づくように低速度渦領域94を押す効果を有する。
【００７２】
本発明によるエアフロープレナムは、上述した3つの設計上の特徴又はその組合せを利用して、ノズルアレイの端部付近のノズルから放出される液体パターン生成液滴の意図しないy偏向を減少させる。その一方でノズルアレイ軸方向に沿った空気流偏向装置の大きさは小型のまま維持される。図12は、側壁が拡張されたエアフロープレナム90の斜視図を表している。本発明の好適実施例によると、側壁180と190は、側壁拡張長さL1swだけ拡張する。第1側壁拡張長さL1swは、公称飛行面150と第1側壁端部182との間の間隔として定義される。
【００７３】
本発明の空気流偏向の好適実施例の中には、連続液滴放出体が共に利用されて良いものがある。図2(a)、図2(b)、及び図3に図示されているように、その連続液滴放出体は、単一サイズの液滴と、経路選択素子を用いたノズルでの初期偏向を利用する。放出された液滴には、液体パターンデータに応じて、周知の手法によってマイナスx方向に第1偏向が与えられる。前記周知の手法とは、非対称加熱、静電引力、又はノズル流速操作である。最初に偏向された液滴は捕獲され、偏向されなかった液滴は受像媒体へ衝突して所望の液体パターンを生成することが許される。本発明による空気偏向サブシステムは、最初に偏向される液滴と最初に偏向されない液滴との間の軌道の分散を増大すなわち増幅するのに用いられて良い。
【００７４】
図13は、本発明による側壁が拡張されたエアフロープレナム90を有する単一サイズ液滴システムの断面図を表している。その断面図は、たとえば図6の線B-Bのようにz方向に沿ってプリントヘッド及びプレナムの中心を通る線に沿って生成される。偏向されない液滴89は、エアフロープレナム90の空気流が止まった状態で、受像媒体300での衝突点310への公称飛行路に従って進む。最初に偏向した液滴83は、エアフロープレナム90の空気流が止まった状態で、液滴飛行路124に従って進む。エアフロープレナム内に空気流が流れるとき、最初の飛行路122と124に従って進む単一サイズの液滴は、それぞれ新たな飛行路123と125へ偏向される。最初に偏向した液滴83は、空気流によって液滴捕獲経路125へ偏向されて、地点130で内側上流壁170に衝突する。最初に偏向しない液滴89もある程度は偏向されて、新たな部分的に偏向した飛行路123に従って進み、地点330で受像媒体300に衝突する。
【００７５】
エアフロープレナム90内での空気流パターンがマイナスx方向に速度の大きさの勾配を有する場合、最初に偏向する経路124に従って進む液滴は、公称飛行路122に従って進む液滴よりも大きく偏向される。図8、図10(a)、及び図11において例示目的に用いられている同一の計算例から得られる速度の大きさの等高線が、図13のエアフロープレナム90に重ねてプロットされている。プロットされた等高線は、それぞれ異なる最大空気流速度の大きさVAmaxの割合について以下のように示されている。等高線210はVAmaxの90%、等高線208はVAmaxの70%、等高線206はVAmaxの50%、等高線204はVAmaxの30%で、等高線202はVAmaxの10%である。図13にプロットされた具体的計算例では、VAmax=1700cm/secである。図13から、偏向しない液滴89と最初に偏向する液滴83が進行する空気流領域には、大きな空気流速度の勾配dVA/dxが存在することが分かる。正方形の形状を有する上流及び下流壁端部にわたる空気流パターンは、空気抵抗の小さな形状の壁端部にわたる空気流パターンの場合よりも、大きな勾配を生成する。その結果、単一サイズの液滴パターン生成装置と共に用いられる側壁が拡張されたエアフロープレナムは、鋭い端部形状を有することが好ましいと考えられる。
【００７６】
アレイ端部付近のノズルから放出される単一サイズの液滴は、2種類の体積サイズの印刷システムで用いられる大きな体積の液滴よりも、y方向の空気流による影響を強く受ける。上述した側壁間隔、拡張、及び空気抵抗の少ない形状の好適実施例は、単一サイズの液滴印刷で用いられるエアフロープレナムにとっても好ましい。
【００７７】
側壁だけではなく上流壁と下流壁も拡張した本発明の代替エアープレナム設計の実施例が図14から図20に図示されている。このエアフロープレナムの設計は、上流壁内と下流壁内に、y方向に沿ったスロットを有する。そのスロットは、偏向しない液滴をエアフロープレナムへ入り込ませること、少なくとも印刷液滴が下流壁を超えて現れ、そして受像面に到達することを可能にする。図14はスロットを有するエアフロープレナム91の斜視図を表している。上流壁160と下流壁170は、公称飛行路を超えて拡張する。それにより負圧源420によって空気が引き込まれる1次開口部98が正のx方向を向く。1次開口部98は、上流壁端部162、下流壁端部172、第1壁端部182、及び第2壁端部192によって取り囲まれる。下流スロット開口部230は斜視図でも見えるが、上流スロット開口部220はこの図では見えない。
【００７８】
図15はスロットを有するエアフロープレナム91のさらなる特徴の断面図を表している。上流スロット開口部高さhusを有する上流スロット開口部220が上流壁160内に形成される。上流スロット開口部220は、上流スロット第1内端222及び上流スロット第2内端224を有する。スロットを有するエアフロープレナム91及びプリントヘッド10は、公称飛行面（すなわち偏向しない液滴飛行路122）が上流スロット第1内端からx方向に上流間隔Suだけ離れて設けられるように、設置される。上流壁160は、上流スロット第1内端付近に上流壁厚さtuwを有する。上流壁160は、上流スロット第2内端224より上に距離Luexだけ拡張する。
【００７９】
本発明を実施するのに、スロットを有するエアフロープレナム91の全ての壁を、公称飛行面を超えた同一の大きさに拡張する必要はない。各プレナム壁は、偏向空気流の最適化と形状の設定をそれぞれ独立して行うように設計され、かつ他の周辺印刷ステムハードウエアに従って設計されて良い。公称飛行面に対する下流スロット開口部230に対する公称飛行面に対して高さ又は位置もまた、上流スロット開口部220に対する公称飛行面に対して高さ又は位置と等しい必要はない。たとえば液滴捕獲又は印刷液滴の明瞭さの許容範囲にとっては、公称飛行面からのマイナスx方向での下流スロット230の第1内端232の間隔を、上流間隔の大きさSuよりも大きくするように位置設定することが有利になると考えられる。
【００８０】
図16は、図15と同一の断面図に、図8にプロットされた空気流ベクトルで述べた計算ソフトウエアと同一のものを用いて計算した空気流速度ベクトル200を追加したものを図示している。空気流ベクトル200は、方向とその相対長さによる速度の大きさの両方を含む。空気は、全ての方向から、エアフロープレナム91の上流スロット開口部220と下流スロット開口部230だけではなく、液滴衝突端95へも引き込まれる。空気流の合計速度（単位時間あたりの体積）Qtotalは、図16において概略的に示されている負圧源420の手段によってスロットを有するエアフロープレナム91の排気端97へ向かう。合計空気流速度Qtotalは、空気流が1次開口部98へ向かう速度Qpo、空気流が上流スロット開口部220へ向かう速度Qus、及び空気流が下流スロット開口部230へ向かう速度Qdsからなる。
【００８１】
図示された単純な長方形の形状については、空気流は、z方向に沿ったベクトル成分を有する。そのベクトル成分は、当該エアフロープレナムの上流端ではz方向の液滴速度を増大させ、かつ下流端ではz方向の速度を減少させる。1次のオーダーでは、液滴へのこれらz方向の加速度の影響は互いに打ち消し合うことで、マイナスx方向に1次加速効果が残る。小さな体積の液滴と大きな体積の液滴は、側壁が拡張されたエアフロープレナムで述べたように、マイナスx方向にそれぞれ異なる偏向を示す。ストークスの法則の加速度及び偏向の大きさについての先の議論は、スロットを有するエアフロープレナムの実施例にも類推適用される。
【００８２】
側壁が拡張されたエアフロープレナムの設計に対するスロットを有するエアフロープレナムの設計の1次のオーダーの利点は、当該エアフロープレナム内部での公称飛行面領域にわたる平均偏向空気速度が増大することである。図17は、図14-図16のスロットを有するエアフロープレナム91に、速度の大きさについての計算した等高線を一貫した空間スケールで重ねたものを図示している。プロットされた等高線は、それぞれ異なる最大空気流速度の大きさVAmaxの割合について以下のように示されている。等高線210はVAmaxの90%、等高線208はVAmaxの70%、等高線206はVAmaxの50%、等高線204はVAmaxの30%で、等高線202はVAmaxの10%である。図13にプロットされた具体的計算例では、VAmax=1700cm/secである。
【００８３】
スロットを有するエアフロープレナム91の3つの最高速度の大きさについての等高線が、側壁が拡張されたエアフロープレナムについて計算した、破線で示される比較可能な3つの速度の等高線と共に、再度図18でプロットされている。つまり、等高線211はスロットを有するエアフロープレナムでのVAmaxの90%、等高線210は側壁が拡張されたエアフロープレナムでのVAmaxの90%である。同様に、等高線209と208は比較可能なVAmaxの70%、等高線207と206は比較可能なVAmaxの50%である。液滴捕獲飛行路126に沿って進行する小さな体積の液滴84は、比較可能な側壁が拡張されたエアフロープレナムの中心領域でよりも、スロットを有するエアフロープレナムの中心領域で、より大きな偏向空気流速度を受ける。スロットを有するエアフロープレナムの設計は、側壁が拡張された設計よりも〜20%程度、マイナスx方向での平均空気流速度を増大させる。
【００８４】
スロットを有するエアフロープレナムの設計は、図10(b)に図示されているように、当該プレナムの内部に向かって半径が増大する空気抵抗を小さくする曲面形状を有する上流及び下流スロット第1内端222と232を形成することによってさらに改善可能である。これらのスロット端部に空気抵抗を小さくする形状を供することで、z方向の速度成分が減少し、かつ引き込まれる際に空気が超える端部の下に生成される低速度の渦の大きさ及び近接性が減少する。
【００８５】
スロットを有するプレナムの拡張に係る最適長さは、1次開口部98を流れる流速と比較して、上流スロット開口部220と下流スロット開口部230を介して流れる流速を計算することによって説明された。スロット開口部を流れる流速が最小限に抑制されるとき、平均の偏向空気流速度の増大という観点からスロットを有するエアフロープレナムの性能が最適化される。流速の計算は、上流と下流スロット開口部の高さがhus=500μmで等しく、かつ壁の厚さがtuw=250μmで等しい、スロットを有するエアフロープレナムについて上述のソフトウエアを用いて行われた。偏向領域の長さSdz=2000μmであった。負圧源は、ピーク空気流速度の大きさが1700cm/secとなるように調節された。
【００８６】
上流壁及び下流壁の拡張長さLuexに対する上流スロット開口部の空気流速度及び下流スロット開口部の空気流速度の合計Qus+Qdsが、図19にて曲線502でプロットされている。流速(Qus+Qds)は1cm3/sec/0.005cmに規格化される。その結果(Qus+Qds)の値は、合計流の25%がスロットを有するエアフロープレナム91のスロット220と230を介して引き込まれ、かつ合計流の75%がスロットを有するエアフロープレナム91の1次開口部98を介して引き込まれることを意味する。流速のプロット502は、拡張長さLuexが0.6cm以上のときにおいて、スロットを介する空気流体積は、プレナム壁の拡張に伴って飽和値〜24.5%にまで減少することを示している。この結果は幾何学的外挿することで、次のような結論を得ることができる。その結論とは、プレナム壁の拡張長さがz方向において1次開口部の長さの約3倍-つまりLuex=3Sdz-に到達するまでは、前記拡張長さの増大によって、中心の空気流速度が改善される、ということである。
【００８７】
スロットを有するエアフロープレナム設計の別な利点は、様々なシステムハードウエア構成部品によって、特にプリントヘッドと受像媒体の相対運動によって生成される恐れのある空気流の振動を弱めることである。拡張されたプレナム壁は、該プレナム外部で生成される空気流の一部から内部を遮蔽する。一例が、これまでの全計算パラメータに加えて、たとえばプリントヘッドを越して空気膜に沿ってVM=100cm/secで引っ張ることによって正のx方向に100cm/secで移動する受像媒体によって生成される100cm/secの指数関数的に減衰する空気流速度を用いて計算された。
【００８８】
図20は、上流スロットと下流スロットの中心でのx方向での空気速度の大きさVAxへの影響をz軸に沿って図示している。スロットを有するプレナム内での最大の振動していない空気流速度は1700cm/secに調節された。曲線504は、空気流速度の振動を指数関数的に減衰する速度プロファイルとして図示している。その指数関数的に減衰する速度プロファイルは、媒体300の位置で100cm/secであり、z=-0.3cmでは0である。z方向に沿ったエアフロープレナム内部の長さは0.2cmである。そのプレナムの中心でz軸の値は0となる。曲線506、508、及び510は、指数関数的に減衰する空気流の振動504の効果を加えたときの計算結果と加えないときの計算結果との間での空気流速度の差異ΔVAxのプロットである。曲線506は、スロットが存在せず、公称液滴飛行面に隣接して1次開口部が設けられ、かつ壁が拡張されていない-つまりLue=0-従来技術に係るエアフロープレナムについてのプロットである。曲線508は、壁の拡張長さがLue=0.25cmであるスロットを有するエアフロープレナムについてのプロットである。そして曲線510は、Lue=0.5cmであるスロットを有するエアフロープレナムについてのプロットである。計算結果は、スロットを有するエアフロープレナムの拡張された壁が、速度の振動の効果を顕著に弱めることを示している。0.5cmに拡張されたプレナム壁（曲線510）を用いることによって、空気流速度の偏位は、拡張のないプレナム壁（曲線506）と比較して、ほぼ半分にまで減少する。
【００８９】
本発明のエアフロープレナム設計を用いて液体パターンを生成する多くの方法が上記の記載から明らかになるだろう。本発明による一組の方法が図21に表されている。公称飛行面内部を進行して受像媒体に衝突する複数の連続液滴流が工程800において供される。係る複数の液滴流はたとえば図6に図示されている。工程802では、液体パターンデータに従って、連続液滴流は、所定の小さな液滴体積と大きな液滴体積の液滴に分裂する。前述した好適実施例は、ノズルアレイの各ジェットに供される加熱抵抗器の手段による液滴分裂の同期をとる工程を有する。工程804では、本発明による偏向エアフロープレナムが供される。当該エアフロープレナムは、図12に図示されたような側壁が拡張されたエアフロープレナムであって良いし、又は図14に図示されたようなスロットを有するエアフロープレナムであっても良い。
【００９０】
工程806では、大気が、当該エアフロープレナムの排気端と接続する負圧源の手段によって当該偏向エアフロープレナムへ引き込まれる。当該偏向エアフロープレナム内に生成される内部空気流は、大きな体積の液滴よりも、小さな体積の液滴をより顕著に偏向する。それにより当該エアフロープレナム内における空気流の方向での小さな体積の液滴と大きな体積の液滴との空間的分散が生じる。小さな体積の液滴は、当該偏向エアフロープレナム内若しくは該エアフロープレナム上で捕獲され、又は当該偏向エアフロープレナムの通過後、受像媒体への到達前に捕獲される。大きな液滴は当該エアフロープレナム領域を通過して受像媒体へ進行することが可能となる。それにより最終工程である工程810では、受像媒体内に所望の液体パターンが生成される。
【符号の説明】
【００９１】
1  連続液滴放出プリントヘッド
11  液滴発生装置背面板
12  液滴発生装置基板
14  液滴ノズル前面層
20  プリントヘッド電気エンターフェース
28  ノズル側部2のヒーターアドレス電極
29  ノズル側部1のヒーターアドレス電極
30  ノズル側部1のヒーター抵抗器
36  ノズル側部1のヒーターアドレス電極
37  ノズル側部2のヒーターアドレス電極
38  ノズル側部2のヒーター抵抗器
40  加圧液体供給マニホールド
42  加圧液体流入ポート
50  ノズル開口部
60  正に加圧された液体
62  液体の連続流
64  液体連続流の自然表面波
66  体積が不定の液滴
70  連続液体流への刺激表面波
76  刺激を制御することによって操作された分裂長
77  自然分裂長
80  所定体積の液滴
83  経路選択素子によって最初に偏向される単位体積の液滴
84  単位体積V0である小さな体積の液滴
85  体積5V0を有する大きな体積の液滴
86  体積4V0を有する大きな体積の液滴
87  体積3V0を有する大きな体積の液滴
88  体積8V0を有する大きな体積の液滴
89  空気流によって補助的に偏向される単位体積の印刷液滴
90  側壁が拡張されたエアフロープレナム
91  スロットを有するエアフロープレナム
92  公称飛行面の空気偏向側でのエアフロープレナム内部
93  空気偏向方向に対向する公称飛行面の側部でのエアフロープレナムの内部
94  プレナム内側壁に沿った空気流の沈滞
95  エアフロープレナムの液滴衝突端
96  空気偏向方向
97  エアフロープレナムの排気端
98  エアフロープレナムの1次開口部
99  負圧発生源流入口
100  自然分裂からの体積が不定の液滴流
120  偏向していない所定体積の液滴流
122  偏向していない公称飛行経路
123  空気偏向効果によってのみ偏向される印刷液滴の経路
124  経路選択素子によって偏向された液滴の経路
125  空気偏向と経路選択素子の両方によって偏向された液滴の経路
126  大きな体積の液滴の飛行路
127  経路選択装置によって偏向される液滴流
128  小さな体積の液滴の飛行経路
130  液滴捕獲位置での小さな体積の液滴が衝突する線（点）
140  ノズルアレイ軸及びアレイ長LA
150  偏向していない液滴の公称飛行面
160  上流壁
162  上流壁端部
164  上流壁の内端
166  上流壁の外端
168  上流プレナム壁端部の曲面形状
170  下流プレナム壁
172  下流壁端部
174  下流壁の内端
180  第1側壁
182  第1側壁端部
184  第1壁内端
188  第1壁外端
190  第2側壁
192  第2側壁端部
194  第2側部の内端
196  第2側壁の内端
200  空気流パターンを表す矢印
202  空気速度の大きさVAmaxの10%の等高線
203  拡張プレナムでの空気速度の大きさVAmaxの10%の等高線
204  空気速度の大きさVAmaxの30%の等高線
205  拡張プレナムでの空気速度の大きさVAmaxの30%の等高線
206  空気速度の大きさVAmaxの50%の等高線
207  拡張プレナムでの空気速度の大きさVAmaxの50%の等高線
208  空気速度の大きさVAmaxの70%の等高線
209  拡張プレナムでの空気速度の大きさVAmaxの70%の等高線
210  空気速度の大きさVAmaxの90%の等高線
211  拡張プレナムでの空気速度の大きさVAmaxの90%の等高線
220  下流スロット開口部
222  上流スロット第1内端
224  上流スロット第2内端
230  下流スロット
232  下流スロットの第1内端
234  下流スロットの第2内端
240  捕獲液滴を回復させる流路
242  液滴回復導管の有孔性媒体
245  液体リサイクルユニットへの接続
250  媒体輸送入力駆動手段
252  媒体輸送出力駆動手段
300  印刷すなわち堆積面
310  印刷面300での偏向されていない液滴の衝突線（点）
320  印刷面300での大きな体積の液滴の衝突線（点）
330  空気による偏向後における印刷面での単位体積の液滴の衝突点
342  空気偏向後に端部ジェットから放出される印刷液滴の衝突点
344  空気偏向後に第1内部ジェットから放出される印刷液滴の衝突点
346  空気偏向後に2番目に内側のジェットから放出される印刷液滴の衝突点
400  制御装置
410  入力データ源
412  プリントヘッドトランスデューサ駆動回路
414  媒体輸送制御回路
416  真空源を含む液体循環サブシステム
418  液体供給容器
420  負圧源
422  空気サブシステム制御回路
424  液体供給サブシステム制御回路
502  プレナムの拡張長さに対するスロットを流れる流速
504  媒体の運動によって生じる空気流速度の振動
610  単位周期τ0のパルス
612  体積4V0の液滴を生成する時間周期4τ0のシーケンス
615  体積8V0の液滴を生成する時間周期8τ0のシーケンス
616  体積3V0の液滴を生成する時間周期3τ0のシーケンス
【図１】
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【図２（ａ）】
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【図２（ｂ）】
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【図３（ａ）】
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【図３（ｂ）】
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【図３（ｃ）】
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【図４（ａ）】
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【図４（ｂ）】
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【図４（ｃ）】
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【図５（ａ）】
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【図５（ｂ）】
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【図５（ｃ）】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０（ａ）】
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【図１０（ｂ）】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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