(57)【要約】印刷ヘッドは、第一の状態において、流体ストリームから、経路方向に沿って移動する第一の体積を有する小滴を形成し、第二の状態において、流体ストリームから、経路の方向に沿って移動する第二の体積を有する小滴を形成するように動作可能な小滴形成ヒータを備える。小滴偏向システムは、小滴形成ヒータに関係して位置づけられ、経路方向に沿って移動する小滴に力を加え、その結果、第一の体積を有する小滴は経路方向から、第二の体積を有する小滴より大きくそれる。小滴方向転換用ヒータは、ストリームに熱を選択的に非対称的に加えて、経路方向を変化させるようになされている。
2010535115.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクの連続ストリームがノズル孔から吐出される連続インクジェットプリンタにおいてインクを制御する装置であって、
インク輸送チャネルと、
前記インク輸送チャネルと連通する圧縮インク源と、前記ノズル孔は前記インク輸送チャネルの中に向かって開いて、インクの連続流をストリームとして確立し、前記ノズル孔はノズル孔周囲を画定し、
前記ノズル孔から離れた位置において、前記ストリームを複数の小滴に分裂させる小滴形成用ヒータと、
前記ノズル孔の前記周囲全体の一部と関連付けられた少なくとも１つの選択的に作動される小区分を有する小滴方向転換用ヒータであって、前記小滴方向転換用ヒータの前記選択的に作動される小区分を作動させることで、前記ストリームに非対称的に熱を加えて前記ストリームの方向を制御するようにする小滴方向転換用ヒータと、
を備えることを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、
前記小滴方向転換用ヒータは、集合して前記ノズル孔を略取り囲む複数のヒータ小区分で形成され、前記ヒータ小区分は個々に選択的に作動されて、前記ストリームの方向を、前記作動され、加熱された小区分から遠ざかる複数の方向のいずれかに方向転換することができる装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置であって、
前記小滴形成用ヒータが前記小滴方向転換用ヒータの下流に位置づけられることを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１に記載の装置であって、
前記小滴形成用ヒータが前記小滴方向転換用ヒータの上流に位置づけられることを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項１に記載の装置であって、
前記小滴形成用ヒータと前記小滴方向転換用ヒータが同一平面上にあることを特徴とする装置。
【請求項６】
複数のノズルが１列に並べられた印刷ヘッドにおいて小滴着弾位置誤差を修正する方法であって、
第一の、小滴形成用ヒータを使って第一のノズルから吐出される流体から小滴を形成するステップであって、前記小滴が吐出方向に移動するようなステップと、
前記吐出方向が所望の方向ではない時にこれを判断するステップと、
第二の、小滴方向転換用ヒータを使って、前記流体に非対称的に熱を加えることにより、前記小滴の前記吐出方向を前記所望の方向に変更するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、
前記小滴形成ステップは、前記小滴が、第一の体積または前記第一の体積とは異なる第二の体積のいずれかを選択的に有するようにするステップを含み、前記方法はさらに、
前記第一の体積を有する前記小滴を、前記第二の体積を有する前記小滴からそらせるステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項６に記載の方法であって、
前記小滴形成用ヒータと前記小滴方向転換用ヒータに加えられるエネルギーの総量を調整することにより、修正された噴流の速度が修正されない噴流の速度と同じに保たれることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項６に記載の方法であって、
前記小滴形成用ヒータに加えられるエネルギー量を、前記小滴方向転換用ヒータに加えられるエネルギーと略等しい量だけ削減することによって、修正された噴流の速度が前記修正されない噴流と同じに保たれることを特徴とする方法。
【請求項１０】
印刷ヘッドであって、
第一の状態において、流体ストリームから、経路方向に沿って移動する第一の体積を有する小滴を形成し、第二の状態において、前記流体ストリームから、前記経路方向に沿って移動する第二の体積を有する小滴を形成するように動作可能な小滴形成用ヒータと、
前記小滴形成用ヒータに関して配置され、前記経路方向に沿って移動する前記小滴に力を加える小滴偏向システムであって、前記力が、前記第一の体積を有する前記小滴が前記第二の体積を有する前記小滴より大きく前記経路方向からそれるように加えられるような小滴偏向システムと、
前記経路方向が変更されるように、前記ストリームに選択的に非対称に力を加えるようになされた小滴方向転換用ヒータと、
を備えることを特徴とする印刷ヘッド。
【請求項１１】
請求項１０に記載の印刷ヘッドであって、
前記小滴方向転換用ヒータが分割ヒータであることを特徴とする印刷ヘッド。
【請求項１２】
請求項１０に記載の印刷ヘッドであって、
前記小滴形成用ヒータが前記小滴方向転換用ヒータの下流に位置づけられていることを特徴とする印刷ヘッド。
【請求項１３】
請求項１０に記載の印刷ヘッドであって、
前記小滴形成用ヒータが前記小滴方向転換用ヒータの上流に位置づけられていることを特徴とする印刷ヘッド。
【請求項１４】
請求項１０に記載の印刷ヘッドであって、
前記小滴形成用ヒータと前記小滴方向転換用ヒータが同一平面上にあることを特徴とする印刷ヘッド。
【請求項１５】
インク小滴着弾位置が修正される画像印刷方法であって、
小滴形成用ヒータを使って、経路方向に沿って移動する、第一の体積を有する小滴と、前記経路方向に沿って移動する、第二の体積を有する小滴を形成するステップと、
前記経路方向に沿って移動する前記小滴に力を加え、前記第一の体積を有する前記小滴が前記経路方向から、前記第二の体積を有する前記小滴より大きくそれるようにするステップと、
小滴方向転換用ヒータを使って、前記経路方向が変更されるように、前記ストリームに選択的に非対称的に熱を加えるステップと、
を含むことを特徴とする画像印刷方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、デジタル制御型印刷機の分野に関し、特に、液体インクストリームが小滴に分裂し、その中のいくつかが選択的に偏向される連続インクジェットプリンタに関する。偏向された小滴と偏向されていない小滴のいずれも、小滴の印刷位置を修正した状態で、印刷媒体上に印刷することができる。
【背景技術】
【０００２】
従来、デジタル制御によるカラー印刷は、２つの技術のうちのいずれかによって実現される。第一の技術は、一般に「ドロップ・オン・デマンド」インクジェット印刷と呼ばれ、圧縮式アクチュエータ（熱、圧電等）を使い、インクの小滴を供給して、これを記録表面上に衝突させるものである。アクチュエータを選択的に作動させることにより、飛翔するインク小滴が形成、吐出され、このインク小滴が印刷ヘッドと印刷媒体の間の空間を横断し、印刷媒体に衝突する。第二の技術は、一般に「連続ストリーム」または「連続」インクジェット印刷と呼ばれ、インク小滴の連続ストリームを生成する圧縮インク源を用いる。従来の連続インクジェットプリンタは、静電帯電デバイスと偏向板を利用する。従来の連続インクジェットプリンタの例としては、１９３３年１２月２６日にハンセル（Ｈａｎｓｅｌｌ）に発行された米国特許第１，９４１，００１号、１９６８年３月１２日にスイート（Ｓｗｅｅｔ）他に発行された米国特許第３，３７３，４３７号、１９６８年１２月１０日にハーツ（Ｈｅｒｔｚ）他に発行された米国特許第３，４１６，１５３号、１９７５年４月１５日にイートン（Ｅａｔｏｎ）に発行された米国特許第３，８７８，５１９号、１９８２年８月２４日にハーツに発行された米国特許第４，３４６，３８７号等がある。
【０００３】
１９７３年１月９日にロバートソン（Ｒｏｂｅｒｔｓｏｎ）に発行された米国特許第３，７０９，４３２号は、インクフィラメントを刺激し、インクを均一に離間された小滴に分裂させることを開示している。インクが小滴に分裂する前に、トランスデューサに加えられる刺激エネルギーを制御することによってフィラメントの長さが調整され、高振幅の刺激ではフィラメントが短くなり、低振幅ではフィラメントが長くなる。その経路を横切る空気の流れは、フィラメントが小滴に分裂する前のフィラメントの軌道に影響を与える。フィラメントの長さを制御することにより、インク小滴の軌道を制御し、または１つの経路から別の経路に切り替えることができる。このようにして、一部のインク小滴をキャッチャ内へと方向付け、その一方で他のインク小滴を受像体に塗布してもよい。
【０００４】
２０００年６月２７日にシュワレック（Ｃｈｗａｌｅｋ）他に発行された米国特許第６，０７９，８２１号は、連続インクジェットプリンタを開示している。印刷ヘッドは複数のノズルを備え、各々のノズルは、単独の非対称ヒータの作動を利用して、作動流体のフィラメントから個々のインク小滴を作り出すことと、これらのインク小滴を偏向することの両方を行う。印刷用インク小滴は印刷用インク小滴経路に沿って流れ、最終的に受像体に衝突し、非印刷用インク小滴は非印刷用インク小滴経路に沿って流れ、最終的にキャッチャ表面に衝突する。非印刷用インク小滴は、キャッチャ内に形成されたインク排出チャネルを通じて再利用または廃棄される。
【０００５】
均等に離間されたノズルから吐出されるインク滴の経路は平行であるべきである。連続インクジェット印刷ヘッドは、たとえば印刷ヘッドの製造上の欠陥、液滴形成ヒータの抵抗差、ノズル孔付近の粒子やその他の破片、乱気流やスプレー(splay)、ステッチング不良(stitching defect)等による飛翔経路誤差に対抗するために、噴流の方向と液滴の着弾位置を微調整する必要があることが多い。このような調整は、上記の米国特許第６，０７９，８２１号においてソュワレック他が提案しているものと同様の方法で、液滴形成用ヒータをセグメント化することによって実行できることが提案されている。すると、ヒータセグメントに異なる出力レベルを加え、飛翔経路エラーを補償するために噴流を所望の方向に向けることができる。しかしながら、噴流方向と液滴着弾位置を調整するために液滴形成用ヒータを使用するには２つのプロセスが関わり、液滴形成と液滴着弾位置の最適化の間でトレードオフが必要となる可能性がある。
【０００６】
２００３年２月１１日にホーキンズ（Ｈａｗｋｉｎｓ）他に発行された米国特許第６，５１７，１９７号では、インク小滴形成メカニズムとインク小滴方向転換メカニズムは同じメカニズムであってもよいが、小滴形成メカニズムと小滴方向転換メカニズムを別の独立したメカニズムとすることも可能であると認めている。ホーキンズ他が提案する例としては、セグメント化されたヒータによる小滴方向転換メカニズムを伴う圧電アクチュエータ式小滴形成メカニズムがある。このようなシステムは、シュワレック他のデバイスの場合に生じるかもしれない液滴形成と液滴着弾位置の最適化のトレードオフの必要性の問題を克服するが、セグメント化されたヒータによる小滴方向転換メカニズムを使用すると、噴流に若干の余分なエネルギーが加わる可能性がある。その結果、不利なことに、修正された噴流の速度が増し、修正された噴流が無修正の噴流との同期から外れる原因となる。本発明の特徴は、セグメント化されたヒータによって加えられる追加のエネルギーを、ヒータを小滴形成メカニズムとして設置することによって補償することと、小滴形成メカニズムからのエネルギーを、セグメント化されたヒータによって加えられた追加のエネルギーと略同じ量だけ減少させることによって、修正された噴流の速度を無修正の噴流の速度と同じになるように、修正された噴流にかかるエネルギーの総量を調整することである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第１，９４１，００１号
【特許文献２】米国特許第３，３７３，４３７号
【特許文献３】米国特許第３，４１６，１５３号
【特許文献４】米国特許第３，８７８，５１９号
【特許文献５】米国特許第４，３４６，３８７号
【特許文献６】米国特許第３，７０９，４３２号
【特許文献７】米国特許第６，０７９，８２１号
【特許文献８】米国特許第６，５１７，１９７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、高品質の画像を提供するために、個々のインク滴の着弾位置精度を改善した連続インクジェット印刷ヘッドとプリンタの構築を簡素化することである。
【０００９】
本発明の別の目的は、大量のインクを用いて、画像アーチファクトの少ない、高解像度の画像を提供できる連続インクジェット印刷ヘッドとプリンタを提供することである。
【００１０】
本発明のまた別の目的は、連続インクジェット印刷ヘッドの信頼性を改善することである。
【００１１】
本発明の他の目的は、液滴着弾位置の定誤差によるアーチファクトを減少させた、高品質の画像を印刷するのに適した連続インクジェットプリンタの構築と操作を簡素化することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の特徴によれば、インクの連続ストリームがノズル孔から吐出される連続インクジェットプリンタは、インクの連続ストリームを作るためのインク輸送チャネルと圧縮インク源を備える。小滴形成用ヒータは、ストリームを複数の小滴に分裂させる。ノズル孔の周囲全体のうちの一部分と関連付けられている、少なくとも１つの選択的に作動される小区分を有する小滴方向転換用ヒータを作動させることにより、ストリームに対して熱が非対称に加えられ、ストリームの方向が制御される。小滴方向転換用ヒータは、好ましくは複数のヒータ小区分で形成され、これらのヒータ小区分が集合してノズル孔を略取り囲み、ヒータの小区分を選択的に作動させると、ストリームは、作動され、加熱された小区分から遠ざかる複数の方向へと方向転換される。
【００１３】
本発明の別の特徴によれば、印刷ヘッドは、第一の状態において、流体ストリームから、経路方向に沿って移動する第一の体積を有する小滴を形成し、第二の状態において、流体ストリームから、経路方向に沿って移動する第二の体積を有する小滴を形成するように動作可能な小滴形成用ヒータを備える。小滴方向転換システムは、小滴形成用ヒータに関係して配置され、経路方向に沿って移動する小滴に力を加え、その結果、第一の体積を有する小滴は、第二の体積を有する小滴より大きく経路方向からそれる。小滴方向転換用ヒータは、ストリームに選択的に非対称的に熱を加え、経路方向を変更させるようになされている。
【００１４】
本発明のまた別の特徴によれば、印刷ヘッドの小滴着弾位置誤差を修正する方法は、第一の小滴形成用ヒータを使って、第一のノズルから吐出される流体から小滴を形成するステップであって、小滴が吐出方向に移動するようなステップと、吐出方向が所望の方向ではない時にこれを判断するステップと、第二の小滴方向転換用ヒータを使って、流体に非対称に熱を加えることにより、小滴の吐出方向を所望の方向へと偏向させるステップと、を含む。
【００１５】
本発明の他の特徴によれば、画像を印刷する方法は、小滴形成用ヒータを使って、経路方向に添って移動する第一の体積を有する小滴と、経路方向に沿って移動する第二の体積を有する小滴を形成するステップと、経路方向に沿って移動する小滴に力を加え、第一の体積を有する小滴が、第二の体積を有する小滴より大きく経路方向からそれるようにするステップと、小滴方向転換用ヒータを使って、ストリームに選択的に非対称に熱を加え、経路方向が変更されるようにするステップと、を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の好ましい実施例にしたがって作製された印刷ヘッドの平面概略図である。
【図２】図１の印刷ヘッドで使用されるインク小滴形成用ヒータの平面概略図である。
【図３】図１の印刷ヘッドで使用されるインク小滴方向転換用ヒータの平面概略図である。
【図４】図２のインク小滴形成用ヒータと図３のインク小滴方向転換用ヒータを組み立てたものの上面図である。
【図５】図４の線５−５に沿った、図１の印刷ヘッドの側方断面図である。
【図６】本発明の他の好ましい実施例にしたがって作製された印刷ヘッドの平面概略図である。
【図７】小滴形成用ヒータの周波数制御とその結果得られるインク小滴を説明する図である。
【図８】本発明の好ましい実施例にしたがって作製されたインクジェットプリンタの概略図である。
【図９】湾曲した軌道で吐出された小滴が修正されなかった、印刷ヘッドの側方断面図である。
【図１０】湾曲した軌道で吐出されたであろう小滴が修正された、図９の印刷ヘッドの側方断面図である。
【図１１】図２のインク小滴形成用ヒータと図３のインク小滴方向転換用ヒータを組み立てたものの、別の実施例の上面図である。
【図１２】図２のインク小滴形成用ヒータと図３のインク小滴方向転換用ヒータの別の実施例を組み立てたものの、別の実施例の上面図である。
【図１３】図１２のインク小滴形成用ヒータとインク小滴方向転換用ヒータを図１２とは逆の順序で積み重ねた図である。
【図１４】小滴の軌道を小滴方向転換用ヒータにより提供される制御の方向に対して垂直な方向に制御するために、小滴形成用ヒータを２分割できることを示す図である。
【図１５】２つのヒータのうち一方が他方の外側にあり、両方が同一平面上にある様子を示す図である。
【図１６】図１５の線１６−１７に沿った、側方断面図である。
【図１７】図１５の線１６−１７に沿った、別の側方断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下の説明は特に、本発明による装置の一部を構成する、またはこの装置とより直接的に協働する要素に関するものである。詳細に図示または説明されていない要素は、当業者の間で周知の各種の形態をとることができると理解すべきである。
【００１８】
図１を参照すると、集積型印刷ヘッド１０が少なくとも１つのインク供給手段１２とコントローラ１４に関連付けられている。コントローラ１４はどのようなタイプでもよく、たとえば、所定のプログラムを有するマイクロプロセッサに基づくデバイス等とすることができる。集積型印刷ヘッド１０は概略的に示されており、明確化のため、正確に拡大縮小されていないものの、当業者であれば、好ましい形態の要素の具体的な大きさや相互接続が容易にわかるであろう。
【００１９】
少なくとも１つのノズル孔１６が印刷ヘッド１０に形成されている。ノズル孔１６は、やはり印刷ヘッド１０の中に形成されているか、または印刷ヘッド１０に連結されているインク通路１７を通じてインク供給手段１２と流体連通している。１つのインク供給手段１２とノズル孔１６の集合を使って、白黒または単色印刷が実現されてもよい。印刷ヘッド１０には、２つまたはそれ以上の原色インクを使ってカラー印刷を行うために、さらに多くのインク供給手段と、それに対応するノズル孔の集合を組み込んでもよい。
【００２０】
集積型印刷ヘッド１０は、ＣＭＯＳやＭＥＭＳ技術等、周知の技術を使って製造することができる。ノズル孔１６はいくつあってもよく、ノズル孔間の距離を特定の用途にしたがって調整して、インクの癒合を防止し、所望の解像度を提供することができる。集積型印刷ヘッド１０は、シリコン基板等を用いて形成することができる。また、集積型印刷ヘッド１０はどのようなサイズでもよく、その構成要素はさまざまな相対的寸法であってよい。
【００２１】
インク小滴形成用ヒータ１８とインク小滴方向転換用分割ヒータ１９は、印刷ヘッド１０の上の、対応するノズル孔１６の周辺に形成または配置される。図２は小滴形成用ヒータ１８の詳細図であり、図３は小滴方向転換用ヒータ１９の詳細図であり、図４はヒータ１８，１９を組み立てた状態の図である。図５は、図４の線５−５に沿った印刷ヘッド１０の断面図である。インク小滴方向転換用ヒータ１９は、印刷ヘッド１０の上の、対応するノズル孔１６の周辺に形成または配置される第一の側部２０ａと第二の側部２０ｂを有する。小滴方向転換用ヒータ１９は、対応するノズル孔１６の周縁から半径方向に離れた位置に設置してもよいが、この分割ヒータは、好ましくは、対応するノズルに近い位置に同心円状に配置される。好ましい実施例において、分割ヒータは、略円形またはリング形状に形成される。別の好ましい実施例において、図６に示されるように、小滴方向転換用ヒータ１９は、長方形の第一の側部２０ａと長方形の第二の側部２０ｂを有する。小滴方向転換用ヒータ１９は、部分的にセグメント化されたリング、正方形その他の形状に形成してもよい。小滴形成用ヒータ１８と小滴方向転換用ヒータ１９は電気抵抗材料、たとえば、窒化チタンまたはポリシリコン等の薄膜材料で作製され、導体２５を通じて、それぞれ電気コンタクトパッド２２，２３に接続される。これらのヒータは、周知の薄膜堆積およびパターニング技術、たとえば、蒸着、スパッタリング、化学蒸着、フォトリソグラフィ、エッチング等によって設置してもよい。
【００２２】
導体２５とこれに関連付けられた電気コンタクトパッド２２，２３は、少なくとも部分的に、印刷ヘッド１０の上に形成または配置され、コントローラ１４とヒータの間の電気接続を行う。あるいは、コントローラ１４とヒータの間の電気接続は、周知のどのような方法でも実現できる。小滴形成用ヒータ１８、小滴方向転換用ヒータ１９、電気コンタクトパッド２２，２３および導体２５は、蒸着、リソグラフィ技術等によって形成、パターニングすることができる。小滴形成用ヒータ１８と小滴方向転換用ヒータ１９は、どのような形状および種類の加熱素子を備えてもよく、これにはたとえば、抵抗ヒータ、放射ヒータ、対流ヒータ、化学反応ヒータ（吸熱性または発熱性）等がある。
【００２３】
コントローラ１４が小滴形成用ヒータ１８に供給する電気作動波形が概して図７において時間（横軸）に関して示されている。ノズル１６からのインク吐出と小滴形成用ヒータ１８の作動によって生成される個々のインク小滴３０，３１，３２が、図７の一番下に概略的に示されている。ヒータ１８を高周波で作動させると、小さな体積の小滴３１，３２が生成され、ヒータ１８を低周波で作動させると、大きな体積の小滴３０が生成される。インク滴は、電気波形と同じ時間軸にしたがって、ノズル１６から吐出される際に時間的に間隔が空けられる。
【００２４】
画像画素１つにつき複数の小滴の印刷が可能となる好ましい実現例において、ある画像画素の印刷に関わる時間３９は、小粒の印刷用小滴３１，３２を作るために充てられる時間的部分区間に、１つのより大粒の非印刷用小滴３０を作るための時間的部分区間を足したものを含む。図７において、説明を簡単にするために、２つの小粒の小滴３１，３２を作るための時間だけが示されているが、より多数の小粒の小滴を作るために、もっと多くの時間をとっておくことも、明らかに本発明の範囲内であると理解すべきである。
【００２５】
各画像画素を印刷する場合、パルス幅が一般的には０．１マイクロ秒から１０マイクロ秒、より好ましくは０．５から１．５マイクロ秒の電気パルス時間３３で小滴形成用ヒータ１８を作動させることによって大粒の小滴３０が作られる。少なくとも１つの小粒の小滴を必要とする画像データに応じて、遅延時間３６の後に、小滴形成用ヒータ１８が電気パルス３４でもう一度（任意で）作動される。画像データがもう１つの小粒の小滴を作ることを必要している場合、小滴形成用ヒータ１８は再び、遅延３７の後に、パルス３５で作動される。この例では、小粒の小滴３１，３２が印刷され、大粒の小滴３０が排出される。
【００２６】
ヒータ作動電気パルス時間３３，３４，３５は、遅延時間３６，３７と略同じである。遅延時間３６，３７は、一般に１マイクロ秒から１００マイクロ秒であり、より好ましくは３マイクロ秒から６マイクロ秒である。遅延時間３８は、最大数の小粒の小滴が形成された後の残り時間であり、電気パルス時間３３の開始は次の画像画素の開始と一致し、各画像画素時間は概して３９で示される。小滴形成用ヒータ１８の電気パルス時間３３と遅延時間３８の合計は、ヒータ作動時間３４または３５と遅延時間３６または３７の合計より有意に大きくなるように選択し、大粒の小滴と小粒の小滴の体積比が好ましくは４倍またはそれ以上になるようにする。小滴形成用ヒータ１８の作動は、要求され、対応するノズル１６から吐出されるインクの色と、印刷媒体に関する印刷ヘッド１０の相対的移動と、印刷されるべき画像に基づいて、個々に制御してもよい。小粒の小滴３１，３２と大粒の小滴３０の絶対体積は、インクと媒体の種類または画像フォーマットと大きさ等、具体的な印刷要求事項に基づいて調整してもよい。このように、大きな体積の非印刷用小滴３０と小さな体積の印刷用小滴３１，３２に関する以下の記載は、例示のためにすぎず、いかようにも限定的であるものとは解釈すべきでない。
【００２７】
図８は、１つの実施例としての印刷装置４２（一般に、インクジェットプリンタまたは印刷ヘッド）を示しており、大きな体積のインク小滴３０と小さな体積のインク小滴３１，３２がストリーム内の経路Ｘに略沿って集積型印刷ヘッド１０から吐出される。小滴偏向システム４０は、インク小滴３０，３１，３２が経路Ｘに沿って移動すると、インク小滴３０，３１，３２に力（概して４６で示す）を加える。力４６は経路Ｘに沿うインク小滴３０，３１，３２と相互作用して、インク小滴３１，３２にその経路を変更させる。インク小滴３０はインク小滴３１，３２と異なる体積と質量を有するため、力４６によって小粒の小滴３１，３２は大粒の小滴３０から分離し、小粒の小滴３１，３２は経路Ｘからそれて、小粒小滴経路つまり印刷経路Ｙに沿って移動する。大粒の小滴３０は、力４６によって若干影響を受ける可能性があるが、大粒の小滴３０は、そのまま経路Ｘに略沿って移動する。
【００２８】
小滴偏向システム４０は、力４６を供給するガス源を備えていてもよい。一般に、力４６はインク小滴のストリームに関してある角度で位置づけられ、インク小滴の体積に応じて選択的にインク小滴を偏向するように動作することができる。より小さな体積のインク小滴は、より大きな体積のインク小滴より大きく偏向される。
【００２９】
小滴偏向システム４０は、プレナム４４の中でガスの層流が起こりやすくする。小滴偏向システム４０の端部４８は、経路Ｘに近接して設置される。インク回収コンジット７０は、小滴偏向システム４０の再循環プレナム５０の反対に配置され、ガスの層流を促進すると同時に、経路Ｘに沿って移動する小滴ストリームを空気の外部擾乱から保護する。インク回収コンジット７０はインク排出構造６０を有し、その目的は、大粒の小滴３０の経路を妨害し、その一方で小粒小滴経路Ｙに沿って移動する小粒のインク小滴３１，３２が印刷ドラム８０によって運搬される受像体Ｗの上へと引き続き移動することができるようにする。
【００３０】
好ましい実施例において、小滴偏向システム４０とインク回収コンジット７０の中のガス圧力は、インク回収コンジット７０と再循環プレナム５０の設計に合わせて調整され、印刷ヘッドアセンブリの中のインク排出構造６０付近のガス圧力が、印刷ドラム８０の付近の周囲空気圧力に関して陽圧になるようになされる。その結果、周囲の塵埃と紙繊維がインク排出構造６０に接近してこれに付着することが阻止され、さらには、インク回収コンジット７０の中に進入できなくなる。
【００３１】
動作中、記録媒体Ｗは、印刷ドラム８０によって周知の方法で経路Ｘを横切る方向に輸送される。記録媒体Ｗの輸送は、集積型印刷ヘッド１０の運動と調和される。これは、コントローラ１６を使用して、周知の方法で実現することができる。
【００３２】
インク回収コンジット７０はインク回収タンク９０と連通し、非印刷用インク小滴のその後の再利用に備えたインク回帰線１００による回収を助ける。インク回収タンク９０は、連続気泡構造のスポンジまたは発泡材料１３０を備えていてもよく、これは、集積型印刷ヘッド１０が高速で走査されるような用途におけるインクの飛び散りを防止する。真空コンジット１１０は、負圧源１１２に連結され、インク回収タンク９０と連通して、インク回収コンジット７０中に負圧を発生させ、インク小滴の分離とインク小滴の除去を改善する。しかしながら、インク回収コンジット７０内のガス流速は、小粒小滴経路Ｙをあまり動揺させないように選択される。さらに、ガス再循環プレナム５０は、インク小滴経路Ｘを横断するガス流のうちの少量の一部分を迂回させ、インク回収コンジット７０の中に引き込まれるガスの供給源とする。
【００３３】
小滴偏向システム４０は、どのようなタイプであってもよく、適当なプレナム、コンジット、ブロワ、ファン等をいくつ備えていてもよい。さらに、小滴偏向システム４０は、陽圧源、負圧源またはその両方を備えていてもよく、圧力勾配またはガス流を作るための要素を備えていてもよい。インク回収コンジット７０は、偏向された小滴を捕捉する、どのような構成であってもよく、必要に応じて換気することもできる。
【００３４】
図の実施例においては、小粒の小滴が受像体上に衝突する印刷用小滴を形成し、一方、大粒の小滴がインク排出構造によって回収される。しかしながら、大粒の小滴が印刷用小滴を形成して、小粒の小滴がインク排出構造によって回収されてもよい。これは、周知のどのような方法であってもよいが、インク排出構造が小粒の小滴を回収するようにインク排出構造を配置することによって実現できる。このような印刷により、さまざまなサイズと体積を有する印刷用小滴が供給される。
【００３５】
大きな体積の小滴３０と小さな体積の小滴３１，３２は、適当であればどのような相対的大きさであってもよい。しかしながら、小滴の大きさは主として、ノズル孔１６を通じたインクの流速と、小滴形成用ヒータ１８の作動周期によって決定される。流速は主として、たとえばノズルの半径や長さ等のノズル孔１９の幾何学的特性と、インクにかかる圧力と、インク粘度、濃度、表面張力等のインクの流体特性によって決定される。このようにし、一般的なインク小滴の大きさは、これに限定されないが、１から１０，０００ピコリットルの範囲とすることができる。
【００３６】
小滴の大きさは幅広い範囲から選択できるが、一般的なインク流速で、ノズル径が１０ミクロンの場合、大きな体積の小滴３０は、５０ｋＨｚの周波数でヒータを周期的に作動させて、体積２０ピコリットルの小滴を生成することによって形成でき、小さな体積の小滴３１，３２は、２００ｋＨｚの周波数でヒータを周期的に作動させて、体積５ピコリットルの小滴を生成することによって形成できる。これらの小滴は一般に、初期速度１０ｍ／ｓから２０ｍ／ｓで移動する。上記の小滴速度と大きさの場合であっても、前述のように、使用するガスの物理的特性、ガスの速度および相互作用の距離Ｌに応じて、大きな体積と小さな体積の小滴の間の分離距離Ｓを幅広い範囲から選択することができる。たとえば、ガスとして空気を使用した場合、一般的な空気の速度は、これに限定されないが、１００から１，０００ｃｍ／ｓの範囲とすることができ、相互作用の距離Ｌは、これに限定されないが、０．１から１０ｍｍの範囲とすることができる。
【００３７】
受像体Ｗはどのような種類でも、どのような形態でもよい。たとえば、受像体は、ロール紙でも単票でもよい。さらに、受像体Ｗは、紙、ビニール、布、その他大きな繊維性材料等、幅広い材料で構成することができる。印刷ヘッドを受像体に関して移動させるためには、従来のラスタスキャンメカニズム等、どのようなメカニズムでも利用できる。
【００３８】
上記の実施例では、コントローラ１４が設置され、ノズル孔１６から吐出されるインク滴３０，３１，３２の低速走査の方向への軌道を制御して、低速走査での受像体上のインク滴着弾位置を制御する。このようにして、低速走査方向でのインク滴の位置ずれによる画像アーチファクトを削減した、簡素化された印刷ヘッドとプリンタが提供される。また、印刷されたインク滴の位置が低速走査方向において所望の印刷位置と異なる場合、インク滴の位置ずれが、集積型印刷ヘッド１０に供給される電気作動波形を制御または変調することによって修正されることも想定されている。これを実現するためには、１つまたは複数の印刷ヘッドノズル孔から吐出されたインク滴の低速走査方向における着弾位置ずれの程度を確かめる。これは、当業界で周知のどのようなデバイスおよび／または方法を使用しても実現できる。修正が必要な場合、コントローラ１４からの電圧波形は、着弾位置ずれを修正するように電気作動波形を提供する。この点で、低速走査方向は、１つまたは複数の画像スワス(swath)の高速度印刷中の記録媒体と集積型印刷ヘッド１０の移動方向に略垂直であることが理解される。
【００３９】
インクジェット印刷技術においてよく知られているように、着弾位置誤差は、たとえばデジタルイメージャ等を使って、特定の位置に印刷されるべきインク滴の着弾位置を観察することによって測定してもよい。次に、ルックアップテーブルを用いて、集積型印刷ヘッド１０に供給されるべき適切な電気作動波形を決定する。あるいは、これを決定する手順、たとえば、垂直テストラインの位置を示す出力を有する４分割フォトダイオード等の光センサを用い、飛翔するインク滴に光を投射し、反射された光の量によって位置ずれを検出し、インク滴の位置を検出するための光学的手法を用い、インク滴位置測定のために圧電検出器を用いる手順を使用できる。インク滴位置ずれの程度の測定は繰返し行うことができ、必要に応じて修正し、これによって、繰り返される毎回の印刷中の、その後のインク滴着弾位置誤差を減少させ、その間、ルックアップテーブルが精密化される。
【００４０】
インク滴の体積、間隔、速度等は小滴形成用ヒータ１８によって決定されるが、小滴の方向転換はヒータ１９によって制御される。それぞれ第一と第二の側部２０ａ，２０ｂの異なる電気的作動を使って吐出される小滴は、その印刷位置が、集積型印刷ヘッド１０のノズル孔の列によって決定される方向に略平行な方向に異なる。たとえば、コントローラ１４の使用等によって、電気作動波形を制御することにより、小滴の印刷位置を制御できる。より一般的に述べると、本発明によれば、集積型印刷ヘッド１０によって供給されるインク滴は、小滴方向転換用ヒータ１９が方向転換を行う方向に平行な方向に異なる位置に印刷することができる。これらの位置は、電気作動波形に依存する。
【００４１】
異なる位置に小滴を印刷することは、小滴方向転換用ヒータ１９の動作によって可能となり、ヒータ１９の動作により、小滴経路または軌道は斜めに分岐し(angulation)、小滴の方向転換の方向に沿ったものとなる。その結果、コントローラ１４とともに、ノズル孔１６から吐出されるインク滴の経路を制御することができる。たとえば、ノズル孔１６から吐出されるインク滴の経路は、高速走査方向に沿って見たときに平行になるように制御できる。
【００４２】
図１，２の小滴方向転換メカニズムは、噴射されたインク滴を図１，２に示されるように左右の方向へと方向転換する。そのため、記録媒体上の小滴の位置は、ノズルの列に平行な線、つまり低速走査方向において制御される。小滴方向転換用ヒータ１９の方向転換の方向はその対称軸に垂直であり、たとえば図１の小滴方向転換用ヒータ１９を回転させたとすれば、方向転換の方向は変化するであろう。より一般的には、小滴の方向転換の方向と、したがって方向転換メカニズムによって受像体上に小滴を制御可能に配置できる方向は、小滴方向転換用ヒータ１９の、対応する側部２０ａ，２０ｂの間の直線に平行である。
【００４３】
図９，１０は、印刷ヘッド上の１対のノズル穴を示している。明確化のために、これらの概略図ではインク小滴形成用ヒータが省略されている。図９において、小滴方向転換用ヒータ１９は作動されていない。左側のノズル孔１６ａからのインク小滴は垂直の軌道を進むが、右側のノズル穴１６ｂからのインク小滴の軌道は湾曲している。このような湾曲した軌道は、孔とインクチャネルの位置ずれに起因するかもしれない。逸脱角度が十分に大きく、修正されないと、湾曲した軌道は画像アーチファクトの原因となる。当業者であれば、本発明は湾曲された軌道の修正だけに限定されず、直線軌道の噴流の方向を目的的に変化させ、液滴着弾精度を改善し、ストリークアーチファクトを覆い、噴流をディザ(dither)し、ステッチングアーチファクトを隠すためにも応用できることを理解するであろう。
【００４４】
１つまたは複数のノズル孔１６からのインク滴がノズルの欠陥によって体系的に位置ずれすることがわかった場合、コントローラ１４は、位置ずれしたノズルの、関連する小滴方向転換用ヒータ１９の第一と第二の側部２０ａ，２０ｂのいずれかに印加される電気作動波形を制御して、位置ずれした各ノズルについて、インク滴軌道が所望の軌道となり、位置ずれが修正されるようにすることができる。
【００４５】
図１０には、電気作動波形が小滴方向転換用ヒータ１９の第一の側部２０ａに印加され、吐出された小滴の適正な軌道が回復される位置ずれの修正が示されている。ノズル１６ｂの位置ずれは、分割小滴方向転換用ヒータ１９の第一の側部２０ａに印加される電気作動波形を変更することによって修正されている。
【００４６】
吐出された小滴の適切な軌道を回復するために方向転換用ヒータ１９によって小滴に印加されるエネルギーは、補償されなければ、小滴形成用ヒータ１８によって形成されるインク滴の速度を上昇させ、その結果、受像体上でのインク滴の位置ずれが発生する。小滴形成メカニズムと小滴方向転換メカニズムはどちらもヒータであり、相互に分離していることから、小滴方向転換用ヒータによって小滴に加えられる追加のエネルギーは、小滴形成用ヒータ１８によって供給されるエネルギーを減少させるようにコントローラ１４をプログラムすることによって簡単に補償できる。
【００４７】
図２−４に示される本発明の実施例では、図の向きにおいて、小滴形成用ヒータ１８が小滴方向転換用ヒータ１９の下にあるが、図１１に示される実施例では、ヒータの順序が逆転されている。図１２に示される別の実施例において、小滴方向転換用ヒータ１９は四分円２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆに分割され、小滴の軌道をさらに制御する。図１３は、ヒータの積み重ね順序を図１２とは逆にして、この特徴を示したものである。図１４は、小滴の軌道を小滴方向転換用ヒータにより提供される制御の方向に対して垂直な方向に制御するために、小滴形成用ヒータ１８を２つのセグメント１８ａ，１８ｂにも分割できることを示している。もちろん、軌道制御のために分割ヒータを回転させる角度は何度であってもよい。
【００４８】
上述の本発明の実施例では、小滴形成用ヒータ１８と小滴方向転換用ヒータ１９を相互の上に重ねるものとされている。これは必要条件ではなく、上下以外の向きも、本発明の範囲内で想定される。たとえば、図１５は、図１６，１７の別の図に示されるように、一方がもう一方の外側に、同じ平面上で配置されている２つのヒータを示している。
【符号の説明】
【００４９】
１０  集積型印刷ヘッド、１２  インク供給手段、１４  コントローラ、１６  ノズル孔、１７  経路、１８  インク小滴形成用ヒータ、１９  インク小滴方向転換用ヒータ、２０ａ  方向転換用ヒータの第一の側部、２０ｂ  方向転換用ヒータの第二の側部、２０ｃ  ヒータの四分円、２０ｄ  ヒータの四分円、２０ｅ  ヒータの四分円、２０ｆ  ヒータの四分円、２２  コンタクトパッド、２３  コンタクトパッド、２５  導体、３０  大きな体積のインク小滴、３１  小さな体積のインク小滴、３２  小さな体積のインク小滴、４０  小滴偏向システム、４２  印刷装置、４４  プレナム、４６  偏向力、４８  端部、５０  再循環プレナム、６０  インク排出構造、７０  インク回収コンジット、８０  印刷ドラム、９０  インク回収タンク、１００  インク回帰線、１１０  真空コンジット、１１２  負圧源、１３０  スポンジまたは発泡材料。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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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】
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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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【国際調査報告】
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