(57)【要約】  印刷のために、偏向される連続したジェットが使用される。装置は連続した液体の流れを排出し、この液体の流れは複数の偏向させる電極によって創り出された電場によって偏向され、かつガーターに向けて導かれる。液滴の印刷は、連続したジェットを、偏向させる電極の上流にあるシールディング電極に対向して形成されるセグメントに断片化することによって行われ、その結果、セグメントは偏向されずに基板に向けて導くことができる。偏向電極（２２、２４）は絶縁体（２６）によって分離され、かつ可変ポテンシャルが各電極に印加される。電極の全組に対するポテンシャルはジェット（２）が帯電しないように相殺する。【選択図】図２Ｂ
2010505650.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体のジェット（２）を偏向させる方法であって、
−液体軌跡（Ａ）に沿って加圧されたチャンバーから所定の速度（ｖ）でノズル（４）から液体出力を導くジェット（２）を形成する段階と、
−前記液体軌跡（Ａ）の方向に沿って一連の数個の偏向させる電極（２２、２４）にポテンシャルを印加させることによって該液体軌跡（Ａ）に沿った可変な電場（Ｅ）を生成する段階であって、前記電極は互いに離隔されており、かつ前記ネットワークの長さ（Ｌ）に亘って前記液体軌跡（Ａ）に平行な電極平面（２８）に沿って延在する１組の電極（２０）を構成し、
前記１組の電極（２０）内の全ての電極に印加される前記ポテンシャルは可変であり、前記１組の電極（２０）内の全ての電極に印加される前記ポテンシャルは時間及び空間に関する平均が零に等しい、前記生成する段階と、
−前記ジェット（２）内での電荷の可動性によって該ジェット（２）を偏向させる段階と、を含んでいる方法。
【請求項２】
前記１組の電極（２０）は偶数個の偏向させる電極を含んでおり、及び２つの隣接する電極（２２ｉ、２４ｉ）への前記ポテンシャルは平均が零に等しい、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ノズル（４）から出力された前記ジェット（２）は接地されている、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記液体軌跡（Ａ）は、前記１組の電極（２０）の２つの電極（２２、２４）間の距離（Ｈ）の２倍より低いか又は等しい距離（ｄ）の前記電極平面（２８）から隔てられている、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
各偏向電極（２２、２４）に印加される前記ポテンシャルは同じ周波数（Ｆ）を有する正弦波であり、及び
各電極は前記電極平面（２８）内で同じ寸法（ｈ）を有することが好ましい、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記１組の電極の長さ（Ｌ）が、前記印加したポテンシャルの前記排出速度（ｖ）と前記周波数（Ｆ）との比より大きく、好ましくは、Ｌ≧５・ｖ≧Ｆである、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
連続したジェット（２）のセグメントを選択的に偏向させる方法であって、該方法は、請求項１に記載の前記ジェットを偏向させる方法と、前記ジェット（２）を破壊し、かつ、前記ジェット（２）のセグメント（１４）がこれらセグメント（１４）の長さ（ｌ）に応じて異なる態様で偏向されるように前記可変な電場（Ｅ）の上流側にあるジェット破壊点にセグメント（１４）を生成するように該ジェット（２）に外乱を印加する段階と、を含んでいる方法。
【請求項８】
前記破壊点に前記液体軌跡（Ａ）のシールディング（１６）を含んでおり、これにより、前記電場（Ｅ）はこの破壊点で作用しない、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記生成されたセグメント（１４）の長さは、前記液体軌跡（Ａ）の方向に前記１組の電極（２０）の長さ（Ｌ）より大きいか又は前記液体軌跡（Ａ）の方向に沿った２つの電極（２２，２４）を分離する寸法（Ｈ）未満である、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記ジェット（２）の摂動は液体を有するチャンバーのレベルに配置された圧電手段の作動によって行われる、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
液滴ジェットのカーテンを生成する方法であって、
該方法は、ジェット（２）の多数のノズル（４）による独立して同時に射出する段階を含んでおり、
前記ジェット（２）の外乱によるセグメント（１４）を生産する段階と、
請求項７から請求項１０までのいずれか１項に記載の方法を使用した前記セグメントを選択的に偏向させる段階であって、前記偏向されていないセグメント（１４ｂ）は前記液体軌跡（Ａ）に沿って液滴（１２）を生成する、前記選択的に偏向させる段階と、を含んでいる方法。
【請求項１２】
前記電場及び／又は前記シールディングは前記ジェットの全てに共通である、請求項１１に記載の生成方法。
【請求項１３】
インクジェット印刷方法であって、
請求項７から請求項１２までのいずれか１項に記載の方法によって液滴が逸れる、前記ジェットに対して偏向された軌跡に沿って液滴を生成する段階と、
前記電場によって偏向されたジェットのセグメントの収集をする段階と、を含んでいるインクジェット印刷方法。
【請求項１４】
導電性を有する液滴を選択的に偏向させる方法であって、
−加圧された液体のリザーバであって、連続したジェット（２）の形態をした少なくとも１つの排出ノズル（４）を含み、前記連続したジェット（２）は前記排出ノズル（４）の軸線によって与えられる液体軌跡（Ａ）に沿ったものである、前記リザーバと、
−前記ジェット（２）に外乱を与え、かつ該ジェット（２）をジェット破壊点で破壊する装置と、
−前記破壊点の下流側に位置付けられた幾つかの偏向する電極（２２、２４）を含んでいる１組の電極（２０）であって、前記電極は順々に位置付けられ、かつ前記液体軌跡（Ａ）の方向に互いに離隔されている、前記１組の電極（２０）と、
−各電極（２２、２４）に可変ポテンシャルを印加する装置であって、前記装置は１組の電極（２０）のネットワークに印加された前記ポテンシャルが時間及び空間に関する平均が零に等しく、この結果、前記ジェット（２）は前記ポテンシャルを電極（２０）に印加する際に創り出された前記場によってその液体軌跡（Ａ）から偏向される、前記装置と、を含んでいる方法。
【請求項１５】
前記液体軌跡（Ａ）と前記１組の電極（２０）のネットワークとの間の距離が、前記１組の電極（２０）のネットワーク内の２つの隣接する電極間の距離（Ｈ）未満又は２倍である、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記１組の電極（２０）のネットワークに絶縁フィルム（４０）をさらに含んでいる、請求項１４または請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記１組の電極（２０）のネットワークが偶数個の電極を含んでおり、前記装置が２つの連続する電極間で１８０度の位相シフトを有してポテンシャルを印加するように構成されている、請求項１４に記載の装置。
【請求項１８】
前記破壊点に始まる前記ジェットの前記軌跡に沿って延在するシールディング手段を含んでいる、請求項１４に記載の装置。
【請求項１９】
ジェットのカーテンが作り出されることを可能にする複数のノズルを含んでおり、前記１組の電極（２０）が前記ジェットのカーテンに対して１つのみである、請求項１４に記載の装置。
【請求項２０】
前記ジェットに外乱を与える前記手段は各チャンバーの前記レベルにある圧電アクチュエータを含んでいる、請求項１４に記載の装置。
【請求項２１】
請求項１４に記載の装置と、前記偏向されたジェットの前記インクを収集する手段と、を含んでいる印刷ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、噴霧化(atomization)技術とは本来異なる液体射出の分野に関し、及びより詳細には、例えば、デジタル印刷のために使用されるような、調整された液滴(calibrated droplets)の制御された製造に関する。
【０００２】
本発明は、適用分野がインクジェット印刷である流れに対して液滴を選択的に偏向可能にする、１つの好ましいが排他的でない、特に、インクジェットの偏向に関する。本発明による装置及び方法は、オンデマンド液滴技術(drop-on-demand techniques)に対抗するような、連続したジェット場内における非同期液体セグメント(asynchronous liquid segment)製造システムの何れにも関する。
【背景技術】
【０００３】
連続ジェットプリンタの通常の作用は以下のように記述することができる。導電性インクが、本体を含む印刷ヘッドの一部であるインクリザーバ内に圧力下で維持される。このインクリザーバは、特に、付勢されるべきインクを含有しているチャンバー、及び周期的インク付勢装置(ink stimulation device)用ハウジングを含んでいる。内側から外向きに働く、付勢チャンバーはノズルプレートに穴あけされ調整されたノズルまでの少なくとも１つのインク通路を含んでいる。加圧されたインクはノズルを通じて流れ、こうして、付勢される際に破壊し得るインクジェットを形成する。この強制的に断片とされたインクジェットは、通常、インクリザーバ内に含有されるインク内に位置する付勢装置の周期的な振動によって液滴破壊点と呼称される点に誘起される。
【０００４】
こうした連続ジェットプリンタは、印刷表面領域及び、従って、印刷速度を増大させるために、同時且つ平行に並んで作動する、幾つかの印刷ノズルを含み得る。
【０００５】
破壊点から始まり、連続したジェットは連続したインク液滴に変形される。印刷されるべき基板に向けて、あるいはガーターと呼称される回復装置に向けて、導かれる液滴を選択するために多様な手段が使用される。従って、同じ連続したジェットが、要求された印刷パターンを作るために基板を印刷するか又は印刷しないために使用される。
【０００６】
慣用的に使用される選り分け法は、連続したジェットからの液滴の静電気偏向である。破壊点に近接しており、かつ帯電電極(charging electrode)と呼ばれる第１群の電極は所定の電荷を各液滴に選択的に移送する。全液滴の幾らかは帯電しているジェット内の全液滴は、それから、これらの帯電に応じて液滴の軌跡を変更する電場を生成する偏向電極と呼ばれる電極から成る第２装置を通過する。
【０００７】
例えば、特許文献１(スイート(Sweet))に記載されている、偏向された連続したジェットの変形例は、多数の液滴軌跡を正確に制御するように液滴の生成と同期された適用例では、所定の電荷で液滴を帯電させるために多数の電圧を供給する段階から成る。別の変形例によれば、２つの帯電レベルに関連付けられた２つの好ましい軌跡のみに液滴を位置決めすることは、特許文献２(スイート(Sweet))に記載された双極の連続したジェット印刷技術に帰着する。
【０００８】
別の解決策は、帯電しているポテンシャルを設定し、かつ、付勢信号を変えてジェット破壊場所を移動させることから成る。各液滴によって担持された帯電量及び結果的に液滴軌跡は、全てのジェットに共通な帯電電極に近接しているか又は帯電電極から離れているかに応じて異なる。１組の帯電電極は多かれ少なかれ複雑なものであり得る。多数の形状構成が特許文献３(ハーツ(Hertz))に検討されている。この解決策の主な利点は電極ブロックの機械的簡素化であるが、２つの偏向レベル間の遷移を容易に操作することができない。１つの破壊点から別の破壊点への遷移は、制御されていない中間的な軌跡を有する一連の液滴を生み出す。
【０００９】
特許文献４（イマージュ(Imaje))では、破壊長さの調整を含むこの困難性を克服するための解決策が考慮されてきたが、制御し難い破壊長さ（通常、５０〜６０ミクロン）に関する厳しい許容差を有している。あるいは、特許文献５（イマージュ(Imaje)）では、２つの明瞭に画定された破壊場所を分離する距離に等価な長さを有するジェットの部分的に帯電した部分の操作を記載しているが、これは、２つの破壊点の操作を要し、かつ、有効な液滴の生成周波数は、使用不可能なジェットのセグメント生成と共に減じられるべきである。
【００１０】
液滴の選択的偏向に対する代案は、例えば、静的、又は、可変な静電場によって、連続したジェットの直接的な偏向を含むものである。
【００１１】
例えば、特許文献６（トムソン(Thomson)）はこの技術を開示しており、静電場の振幅を可変させることによってジェットを実質的に偏向させ、その結果、ジェットは印刷要求に従ってガーターに入るか又はガーターから出るものである。しかしながら、遷移の操作は問題を含んでいる。ジェットはガーターのエッジに当たって該エッジを汚染させる。この技術は古典的な偏向された連続したジェットと同じ欠点の幾つかをも有している。すなわち、偏向電極を離隔させることができず、インク導電性に関する拘束を与えるものである。
【００１２】
特許文献７（ウィルズ(Wills)）に記載された１つの変形例は、ジェットを偏向させ、時間シフトされた電圧パルスが印加された１組の電極によって自身の偏向を増幅させ、ジェット進行速度に応じて位相をシフトさせる、ことから成る。偏向振幅が十分である際、偏向されたジェット部分は当然ながら連続したジェットから離れて、ジェットの端部がガーター内に収集されるか又は印刷されるべき媒体に射出されるかの何れかである液滴を生み出す。誘電体で電極を保護することができないという事実は別にして、全ての電圧は同じ極性を有するから、この原理に固有な欠点は、ポテンシャルの印加をジェット進行速度に同期させるサーボ制御を有する必要性があることである。さらにまた、電極に対するジェット進行速度は、偏向領域の上流側にあるジェットを破壊することを不可能にする、ノズルプレートからの電荷の移動を可能にする（電極の影響が及ぶ領域）。ジェットの破壊はジェットの連続性を妨げ、かつ電荷の位相を防ぐ。
【００１３】
一般的に、見慣れない液滴生成操作を可能にする熱付勢技術に基づくその液滴生成器のためのコダック社の方法のような最近の開発に対してさえ、ジェット偏向（熱（特許文献８）、静電気（特許文献９）、流体力学的（特許文献１０）、コアンダ効果（特許文献１１））のために提案された解決策の全ては、例外なしに、偏向されたジェットと偏向されていないジェットとの間の遷移の問題を提示している。
【００１４】
例えば、特許文献９では、ジェットのカーテンは、一定の高電圧ポテンシャルが印加される電極によって偏向される。２つの静電状態（偏向された位置及び偏向されていない位置におけるジェット）は正しく処理されているが、中間軌跡を有するジェットセグメントの生成は印刷されるべき基板に汚染物及び飛沫を生成する。再度、高電圧ポテンシャルは一定であるから、上述した随意のものに対しても同じ欠点が生じる。すなわち、液体の導電性が拘束され、偏向電極を電気的に保護することが不可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】米国特許第３，５９６，２７５号明細書
【特許文献２】米国特許第３，３７３，４３７号明細書
【特許文献３】米国特許第４，３４６，３８７号明細書
【特許文献４】欧州特許第０ ９４９ ０７７号明細書
【特許文献５】欧州特許第１ ０９２ ５４２号明細書
【特許文献６】英国特許第１ ５２１ ８８９号明細書
【特許文献７】国際特許出願第８８／０１５７２号パンフレット
【特許文献８】欧州特許第０ ９１１ １６６号明細書
【特許文献９】欧州特許第０ ９１１ １６７号明細書
【特許文献１０】欧州特許第０ ９１１ １６５号明細書
【特許文献１１】欧州特許第０ ９１１ １６１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、この技術は多くの制限を有している。
−偏向電極(deflection electrode)に印加されるポテンシャルの極性は常に同じ符号を有しており、これは、ジェットと電極との間の短絡の何れの危険性をも削除する電気絶縁体によって電極を保護することができないことを意味している。さらにまた、高電圧生成器は、このとき、短絡に対して効果的な保護を与える電子部品に隣接して置かれなければならないが、これは費用が掛かる。
−帯電電極に近接するジェット表面に存在する電荷は、通常は接地されているノズルプレートから生じる。ジェットに沿ったこれらの電荷を搬送する力学的運動は、要求された最小の導電性を有するインク特性に強力な拘束を課する。
−ジェットの制御された断片を付勢する信号で液滴を帯電させるための電気ポテンシャルの印加を同期させるために、液滴の電荷の測定を行い、及びサーボ制御をする必要がある。
−印刷可能な液滴の寸法は固定されている。その結果、印刷された画像に、グレーシェードの連続した範囲を創り出すことができない。
−多数のジェットが使用される場合、各ジェットに近接して配置された帯電電極は個々に接続され且つ制御されなければならない。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の利点の１つは既存の印刷ヘッドの欠点を克服することである。本発明は、偏向電極を保護し、かつ導電性インクの使用量を少なくすることを可能にする一方で、液体ジェットセグメントの偏向に関する操作(management)に関する。
【００１８】
本発明は、従って、連続した液体ジェットから抜き取られた液体セグメントの選択的偏向に基づく印刷技術に関する。液体セグメント偏向装置はジェット外乱の下流側、より詳細には、ジェットセグメント生成領域の下流側に位置する（ジェットセグメントは２つのジェット破壊点によって境界付けられた液体柱体として画定されている）。セグメントの軌跡は、時間に関して可変なポテンシャルが印加される１組の偏向電極によって制御されるが、空間及び時間に関する平均が実質的に零であり、高電圧正弦波状位相にシフトされた信号であることが好ましい。特に、いつも、電極によってジェットに誘起される正及び負の電荷(positive and negative charges)は、実際、等しく、電極の影響が及ぶ領域でジェットが電気的に中性であることを保証する。ジェットのける長い距離、特に、ノズルと、電極の電気的影響が及ぶ領域と、の間、に亘る電荷(electrical charges)の循環は少ないか又はない。
【００１９】
本発明による液体セグメントの選り分けシステムは、偏向レベルが２つであり、かつ、多数のジェットに共通なものとすることができるから、多重ジェット印刷に特に適している。
【００２０】
より一般的には、本発明は、加圧されたチャンバーから形成され、かつ、所定速度で液体軌跡に沿ってノズルから流出するインクのような導電性液体からなるジェットを偏向させる方法に関する。可変電磁場が、ジェットを逸らすために、液体軌跡に沿って生成される。ジェットの液体軌跡に沿って、換言すれば、１組の電極の第１の長さに亘って、ノズルの中心線に沿って、位置付けられた幾つかの電極にポテンシャルを印加することによって、電場が生成される。互いに離隔された電極は液体軌跡に沿って概ね一直線上に配置される。軌跡の方向に沿った各電極の寸法は同じであることが好ましく、例えば、絶縁体によって、一定であることが有利である、所定距離だけ、隣接する電極から分離されている。各電極に印加された、ポテンシャル、特に高電圧信号は、可変であり、特に、例えば、正弦波のように周期的である。１組の電極に印加された１組のポテンシャルは時間及び空間に関する平均が零に等しい。好ましくは、１組の電極は偶数個の電極を含んでおり、２つの隣接する電極に印加されたポテンシャルの周波数及び振幅は等価であるが位相が反対である。
【００２１】
この性質を有するポテンシャルを印加することは、ネットワーク内の電極に面する液体イオンの可動性によってジェット内に双極子を形成する。局所的なジェットの帯電は該ジェットを偏向させる。好ましくは、ジェットそれ自体はリザーバ及び接地されたノズルから誘導される。
【００２２】
有利なことに、ジェットの液体軌跡から電極のネットワークを分離する距離が２つの隣接する電極を互いに分離する絶縁距離の２倍未満である場合には、これにより、最大偏向を得る。
【００２３】
好ましくは、電極のネットワークの長さが、ジェットの速度と、電極に印加された高電圧信号の周波数と、の比に対しておおきな場合、例えば、この比の少なくとも５倍である場合には、ジェットの偏向のおおよそ一定の振幅を達成する。
【００２４】
別の態様によれば、本発明は、セグメントの長さの関数として連続したジェットから流出したセグメントを選択的に偏向する方法に関する。この方法は、上記に規定されたもののようなジェットを偏向させ、かつ、ジェットを破壊してセグメントを生成するように該ジェットに外乱を印加する方法を含んでいる。ジェットの破壊点は電場の上流側で、例えば、シールディングによって保護されていることが好ましく、ノズルから一定の距離にあると有利である。
【００２５】
生成されたセグメントは異なる長さを有し得る。長いセグメントを有することが好ましい。換言すれば、長さが電極のネットワークの長さより長いか又は等しいセグメントは、２つの隣接する電極を分離する最小距離より短いことが好ましく、短いセグメントと互い違いになっており、長いセグメントは最大の振幅で偏向され、かつ、例えば、ガーター内に回復することができる。そして、短いセグメントは偏向されないか、又は少量だけ偏向され、かつ、例えば、印刷のために使用することができる。有利なことに、表面張力によって液滴を形成する短いセグメントは電苛を担持しない。
【００２６】
一つの好ましい用途では、この方法はインクジェット印刷のために使用され、ジェットの外乱は圧電アクチュエータを作動させることによって創り出される。多数のノズル及びアクチュエータは同時に作動してジェット及び／又は液滴のカーテンを形成することが好ましい。この場合、電極のネットワーク及び／又は破壊点のシールディング、及び回復ガーターが全てのジェットに対して共通である場合には有利である。
【００２７】
本発明は、例えば、インクのような、導電性を有する液滴の選択的偏向をすることができるように適合された装置に関する。この装置は、液体軌跡に沿った連続したジェットの形態をした液体排出ノズルによって加圧された液体の少なくとも１つのリザーバを含んでおり、この装置は、液滴のカーテンを形成するために、一直線上にあり得る、複数のリザーバを含んでいることが好ましい。
【００２８】
本発明による装置における各リザーバは、例えば、圧電アクチュエータのような、ジェットを乱し、該ジェットをジェット破壊点で破壊する手段と協働する。好ましくは、このシステムは、ジェット破壊点がノズルから一定の距離にあるようなものであり、そして、有利には、シールディングをこの位置、例えば、電極のような、適切な位置に配置することができる。リザーバ及びこれらのノズルは接地されていることが好ましい。
【００２９】
本発明による装置は、１組の電極を含んでおり、液体軌跡に沿って位置付けられ、かつ、所定の長さに亘って延在している、全てのノズルに共通な１組の電極も含んでいることが好ましい。ネットワークは、この液体軌跡に沿い、有利には互いに対して等価であり、かつ、例えば、絶縁体によって、好ましくは一定の距離だけ分離された、複数の偏向電極を含んでいる。一つの特に有利な実施形態では、電極の数は偶数である。
【００３０】
最終的に、装置は、例えば、正弦波のような、可変ポテンシャルを電極に印加する手段を含んでいる。この手段は、ネットワーク内の全ての電極に印加されるポテンシャルの空間及び時間に関する平均が零であるようなものである。特に、ネットワーク内の２つの隣接する電極に印加されたポテンシャルの周波数及び振幅が等価ではあるが位相が反対である場合に好ましい。このポテンシャルの印加はジェットを液体軌跡から偏向させる電場を生成する。
【００３１】
一つの好ましい実施形態によれば、電極のネットワークは電気絶縁性フィルムで覆われ、電極に印加された高電圧信号の振幅と、フィルム厚さと、の間の比が絶縁体の誘電強度未満であるような厚さで覆われることが好ましい。
【００３２】
有利なことに、電極のネットワークと、排出ノズルの長手方向軸線と、の間の距離、換言すれば、液体軌跡は、ネットワーク内の２つの隣接する電極を分離する距離の２倍未満である。
【００３３】
この装置は偏向されたジェット内に含有されている液体用回収ガーターを含むこともできる。
【００３４】
最終的に、本発明は上掲したもののような装置を含み、及び／又は、上述した原理に従って作動する印刷ヘッドに関する。
【００３５】
例示として与えられ、しかも、何等限定的ではない、添付図面を参照した以下の説明を読めば、本発明の他の特徴及び利点はより明瞭になる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１Ａ】連続したジェットを電場によって偏向させる方法を例示する図である。
【図１Ｂ】連続したジェットを電場によって偏向させる方法を例示する図である。
【図２Ａ】本発明の好ましい実施形態による偏向を示す図である。
【図２Ｂ】本発明の好ましい実施形態による偏向を示す図である。
【図３】本発明による好ましい偏向方法で使用される高電圧信号を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態による電極の配置に対するポテンシャルの変位を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
本発明による印刷原理によれば、及び仏国特許出願第０５ ５３１１７号（Ｉｍａｊｅ）に記載されたように、印刷ヘッドによって形成された連続したジェットは静的な又は正弦波状の高電圧が印加される電極によって偏向され、そして、ジェットのほとんどは印刷されない。印刷のためには、インクジェットのセグメントが、非同期的にサンプリングされ、これらのセグメントの長さに基づいて異なる態様で偏向され（長さは単位長さ当たりに埋設された電荷を可変する手段を供する）、かつ基板に向けて導かれる。表面張力の影響下で球状の液滴に変形し得る、これらのインクジェットのセグメントの部分は、これらのインクジェットのセグメントの部分の軌跡が異なるように偏向される以前にジェットから脱着されており、システムは全体的に双極子モードで機能している。
【００３８】
特に、図１Ａに示すように、非印刷状態では、液滴生成器１は、例えば、圧電素子によって付勢されて、液体軌跡に沿って連続した液体のジェット２を構成する。生成器１のノズル４によって所定の速度ｖで排出されたジェット２は、ノズル４の軸線Ａ、要するに、液体軌跡、から電場Ｅによって偏向される。電場Ｅは電極６によって創り出し得る。
【００３９】
高ポテンシャルになされることが好ましい、電極６は、ジェット２と共にキャパシタを構成する。２つのジェット／電極キャパシタプレート２、６間の引付力は、ポテンシャルを２乗した差分(potential squared difference)と、ジェット２と電極６との間の距離と、に主に依存する。
【００４０】
電極６の下流側では、ジェット２は、電場Ｅの領域からの出力部において、その軌跡に正接するように沿ってその軌跡を続け、インク回収ガーター８に向かって偏向された軌跡Ｂに沿って導かれる。
【００４１】
ジェットｖの速度に従って、偏向された軌跡Ｂと液体軌跡Ａとの間に形成される角度、並びに印刷ヘッドの長さである、ノズル４とガーター８との間の距離をこうして決定することができる。
【００４２】
図１Ｂを参照すると、基板１０上へのインク液滴１２の印刷は、表面張力によって、前記液滴１２を構成する液体のセグメント１４を境界付けるように、ジェット２が２回破砕されるべきことを要する。セグメント１４は短く且つ電場Ｅによって影響されない。電極６による偏向の影響を受けず、ジェット２の崩壊点２が、液滴及びノズル４と同じポテンシャルになされた電極１６のような、シールドのレベルに位置し、偏向させる電極６によって作り出された電場Ｅから崩壊点をシールドし、その結果、短いセグメント１４によって生じた電荷は零、あるいは極めて低いことが、好ましい。最終的に、ジェットのセグメント１４は、偏向させる電極６の正面を通過する際に偏向されないか、あるいは極めて僅かにしか偏向されない。従って、その軌跡は、ノズル４から排出されるジェット２の液体軌跡Ａに近接している。こうして形成されたセグメント１４及び結果として得られた液滴１２は、従って、インク収集ガーター８によって遮られないが、印刷されるべき基板１０に導くことができる。
【００４３】
この形状構成では、電極６に印加されたポテンシャルが従来技術による他のシステムに対するもののように一定である場合には、電極は絶縁フィルムによって保護することができない。何故なら、絶縁フィルムの表面は電気の偏向場を乱す電荷を蓄えているためである。さらにまた、ジェットは、ジェットと電極との間に短絡を生じさせる、該ジェット２から電極６上への偶発的なインクの射出を何れも防ぐために、電極からかなり離れた距離に配置しなければならない。短絡の危険性及び部品に対する結果的に起こり得る損傷は高電圧生成器に隣接する効率的な電気保護システムを設置することを必要にしており、従って、これは高価である。実際、短絡は必ずしも回避することができず、これらの短絡は電力供給源を使えなくさせる。こうした場合、ジェットはもはや偏向されないし、ガーター８によって収集されず、結果として、印刷支持部である基板１０は望ましくないインクで覆われるようになる。
【００４４】
さらにまた、これと同じ形状構成の電場Ｅが可変になされている場合、ノズル４と電極６による影響が及ぶ領域との間の電荷の移送は、液滴１２が高電圧信号によって形成される瞬間を同期させることを必要にする。ジェットの断片化を制御する信号によって液滴を帯電又は偏向させる電気的ポテンシャルの印加は液滴の帯電の測定及び／又はスレービング(slaving)をすることを必要にもさせる。
【００４５】
最終的に、ジェット崩壊プロセス（ジェット２から液滴１２を形成するための変形）とジェット２の帯電速度との間の従属性は制御し難く、かつインクの物理化学的特性に拘束を課する。
【００４６】
これらの問題は、ジェット２に印加された電場Ｅを可変になし、かつ、図２及び図３を見れば分かるように、可変ポテンシャルを供給される多数の偏向電極の組２０を使用することによって、解消される。
【００４７】
特に、本発明による装置及び方法のための１組の電極２０は、電場Ｅの時間的平均が零に等しいか、あるいはほとんど零であるようなものである。その結果、ジェット２は１組の電極２０の影響が及ぶ領域では電気的に中性である。しかしながら、１組の電極２０から成るネットワークによってジェット２に配分された正及び負の電荷は分離され、これにより、偏向が可能である。従って、負の信号が供給された１組の電極２０から成るネットワークの電極によって何れの時にもジェット２に誘起される正の電荷の量は、正の信号が供給された電極によってジェット２に誘起される負の電荷の量とほとんど等しい。従って、特に、ノズル４と、１組の電極２０の電気的影響が及ぶ領域と、の間のジェット２の長い距離に亘る電荷の循環は無いか又はほとんど無い。従って、低い導電性を有するインクを使用することができる。ノズルプレート４（通常、接地されている）から電極６の影響が及ぶ領域まで電荷に可動性を与える必要性はインクの導電性に強い拘束を課する。
【００４８】
同じ幾何形状を有して（例えば、１対の電極２２、２４のような）偶数個の電極によってジェット２に作用する段階から成る、１つの好ましい実施形態では、各電極に対する電気信号は同じ振幅、周波数及び形状を有するが、位相はずれている（１対の電極の位相とは反対の位相）。
【００４９】
さらにまた、好ましい用途は”多数のジェット(multi-jets)”に関し、換言すれば、通常、一直線上にある複数のノズル４は、複数の平行なジェット２の排出を可能にし、ノズルの配置に応じて１つ又は幾つかの平面を構成する。１組の電極２０は、このとき、全てのジェット２に対して共通とすることができ、これらのジェット２の各々は生成器１によって個々に生成されたものである。
【００５０】
図２Ａに例示された本発明の第１実施形態によれば、１組の電極２０は、寸法Ｈを有する電気絶縁体２６によって分離された、液体軌跡Ａの方向に沿って正に同じ寸法ｈを有する２つの電極２２、２４を含んでいる。各電極２２、２４には、所与の振幅Ｖ０、等価な周波数Ｆ及び形状を有するが、これら電極間に位相差を有する可変高電圧信号が供給される。特に、図３に例示するように、これら２つの信号は１８０度の位相差を有する正弦波（サイン）曲線である。電極２２、２４及び絶縁体２６は、切断線、換言すれば、多数のノズル４がある場合の電極平面２８、を画定する液体軌跡Ａから同じ距離ｄにあることが好ましい。１組の電極２０の影響が及ぶ領域は電極平面２８からジェット２に向かって、短い距離に亘って、外向きに延在している。
【００５１】
所与の瞬間ｔ０では、正の電荷を有する第１の電極２２は、ジェット２に面する表面に反対の符号（−）の電荷を誘起し、ジェットの静電的に影響を及ぼす部分３２と、電極２２と、の間に引付力を創り出す。同様に、負に帯電した電極２４は自身に面するジェット２の部分３４に反対の符号（＋）の電荷を含んでおり、こうして、誘起された電荷の２乗に比例する引付力を創り出す。ジェット２は２つの電極２２、２４によって創り出された力の作用下で液体軌跡Ａから偏向されており、かつ１組の電極２０に向けて移動する傾向がある。
【００５２】
電極２２、２４の信号及び幾何形状にも関して十分に対称なこの形状構成では、静電気による作用はジェット２における電気的双極子３６を含んでおり、正及び負の電荷の分離から生じる双極子３６に含まれる電荷はジェット２内部に電荷（イオン）を運ぶ。この電荷の分離現象は、１組の電極２０の影響が及ぶ領域３０へのノズルプレート４（ノズルプレート４内部では、例えば、ジェット２が接地することができる）からの導電に基づく電荷移送機構とは全く異なるものであることに留意されたい。特に、インク、リザーバ及びノズル４が接地されている場合には、平均した電荷は零のままである。
【００５３】
結果として、局所的な帯電によって連続したジェット２が、ジェット全体を帯電させること無しに、こうして偏向される。
【００５４】
明らかに、要求されている効果は、１組の電極２０の影響が及ぶ領域３０でジェットの電気的な中性を達成することであるから、これらの２つの条件を満足することができる電極の何れかの組合せ（寸法、ポテンシャル、配置、数）も本発明によるジェットのセグメントに対する選り別け（ｓｏｒｔｉｎｇ）原理を満足する。図２Ｂは、１組の電極２０が、逆のポテンシャルにある電極２４ｉと同じポテンシャルにある電極２２ｉの交番を含む、一実施形態を例示している。電極は絶縁体２６によって分離されている。絶縁体２６は互いに同じ寸法及び同じ性質を有することが好ましい。
【００５５】
電極２２、２４によって放射された電場Ｅは、これらの電極からの距離が増加するにつれて、これら電極間の補償効果によって、急速に零に向かう傾向がある。例えば、１組の電極２２、２４に正弦波的に印加されたポテンシャル１０００Ｖの振幅Ｖ０に対して、図４は、ポテンシャルＶが、電極の平面２８（ｘ、ｙ）からの距離が（Ｚ軸に沿って）増加するにつれて、急速に零に向かうことを示している。これは、電極２２ｉ、２４ｉの効果は長距離では相殺し合うためである。当然ながら、他の実施形態に対しては、１組の電極２０に近接するポテンシャルの配置は異なるようにすることができるが、プロファイル及び結果は類似している。ポテンシャルＶに比例して、Ｚ軸に沿った電場Ｅの減少は、通常、減少指数曲線に追従し、最大有効静電作用距離ｄ０は電場Ｅが弱いか又は無視し得る範囲を超えて規定することができる。
【００５６】
ジェット２に印加される引付力が大きくなるように、ジェット２は１組の電極２０に十分近接して配設されている。特に、マルチ−ジェット印刷ヘッドの場合には、各ノズル４は同じ直線上に配設されている。液体軌跡Ａによって形成される平面は、２つの隣接する電極２２、２４間の絶縁距離Ｈ未満又は２倍に等しい距離ｄによって電極の平面２８から分離されており、そうでなければ、ジェット偏向振幅は減じられる。ｄ≦２・Ｈ≦ｄ０（複数の位置合わせされていないノズル４の場合、各ジェット２は電極平面２８からの分離距離ｄに関連するこの条件を満足することが好ましい。）
【００５７】
電場は最大の偏向効率を得るために強くされなければならない。これらの電場はこれらの電極の周囲に影響を及ぼし、かつ静電沈殿タイプの問題（塵及び飛沫は電気的に帯電し、かつ導電体に被着する）又は電磁気的互換性問題を生じさせる。従って、電極にインクを集めるこのタイプは本発明によって最小化することができる。電場は電極にできるだけ近接して拘束されたままであるため、これに応じて、ジェット偏向の信頼性及び再生産性を増大させる。
【００５８】
さらにまた、１組の電極２０及び／又はジェット２間の電気的破壊の危険性を完全に回避するために、本発明によれば、１組の電極２０から成るネットワークを電気絶縁フィルム４０によって覆うことができる。高電圧ポテンシャルは可変であるから、ジェット２に作用する電場Ｅは絶縁体４０の外側表面上への電荷の蓄積又は散逸によって乱されない。電気を導き、かつ接地されたインクが偶発的に誘電体４０の表面を覆う／汚染したとしても、高電圧に抵抗するように、絶縁体４０の厚さｅが選択されることが好ましい（この場合、全体的なポテンシャルの低下が誘電体４０の厚さｅ内に生じる）。好ましくは、誘電体４０の厚さｅは、高電圧信号の振幅Ｖ０と、フィルム４０の厚さｅと、の比率が絶縁体４０の誘電強度未満であるようなものである。
【００５９】
例えば、１つの好ましい実施形態では、電極システムはセラミック（酸化アルミニウム、９９％）又はＦＲ４（編まれ、かつエポキシマトリックス内に接合されたグラスファイバー）の形態をしている。これらの材料は、本来、電気的に絶縁性を有しており、かつ、フォトリソグラフィー技術を使用して電極を作るために、導電性トラック、通常、金メッキされた銅で覆われている。電気的な電圧の振幅の値はＶ０＝８００ボルトＲＭＳであり、その周波数はＦ＝７０ｋＨｚである。２７０Ｖ／μｍの誘電強度を有するタイプＣパリレン（Ｐａｒｙｌｅｎｅ）で作られた絶縁フィルム４０が、ｅ＝５０μｍの厚さを有する１組の電極２２、２４に被着されており、Ｈ＝３００μｍの絶縁距離だけ互いに対して分離されている。
【００６０】
ジェット２の直線状部分に対する遷移時間は高周波数信号振動周期１／Ｆより極めて大きくなるべきであることが望ましく、もって、一定の偏向レベルを保証し、かつ、それにより、偏向されたジェットからのインクのための回復ガーターの場所を最適化する。このように、直線状ジェットの部分２の引付は高電圧信号の幾つかの周期１／Ｆに亘って集積化され、偏向レベルは静電場Ｅ内へのジェットの何れかの部分の入力時間ｔ０から、換言すれば、ジェット２の端部に該ジェット２が到着するときにおける第１電極２２１に印加される電圧にも拘わらず、実際には独立している。
【００６１】
特に、１組の電極２０から成るネットワークの長さＬ（あるいは、１組の電極２０の影響が及ぶ領域３０の寸法）は、ジェット２の速度ｖと、高電圧信号の周波数Ｆと、の比率に対して優れている。その結果、かなり多くの引付期間が全ての直線状部分２毎に印加される。好ましくは、１組の電極２０から成るネットワークの長さＬに、ジェット２の速度ｖに対する偏向周波数Ｆを乗じた比率は５より大きくなるように選択される（Ｌ・Ｆ／ｖ≧５．）。
【００６２】
例えば、ジェットの速度が１０ｍ／ｓに等しく、１組の電極２０から成るネットワークの長さＬが１ｍｍに等しく、高電圧信号の周波数Ｆが１００ｋＨｚに等しいものに対して、ジェット２は約２０倍の静電引付力を受ける。
【００６３】
印刷時に、ジェット２は、例えば、生成器１の圧電アクチュエータに印加されたパルスによって破壊され、そして、セグメント１４が形成される。印刷されるべき基板１０とガーター８との間の距離を決定し、それから、１組の電極２０の長さＬと比較されたセグメント１４の長さｌにも依存する。極めて長いセグメント１４ａ、換言すれば、電極の作用領域３０（ｌ≧Ｌ）を通過するセグメントに対しては、偏向振幅は、ジェット２の進行する方向において、１組の電極２０の影響が及ぶ領域の長さと共に増加する。これに反して、セグメント１４ｂの寸法が電極２２の高さｈの大きさの程度が典型的である際には、もはや双極子３６を構成することはできず、従って、偏向レベルはほとんど零である。
【００６４】
従って、好ましくは、偏向されるべきであり、かつ印刷のために使用されるべきジェットのセグメント１４ａの長さは、１組の電極２０の全長Ｌより大きいか又は等しい。偏向されるべきでなく、液滴１２を形成し、しかも、印刷のために使用されるセグメント１４ｂの長さは２つの隣接する電極２２ｉ、２４ｉを分離する最小距離Ｈ未満である。セグメント１４の長さｌはジェット２の２つの乱れ信号を分離する間隔によって与えられる。例えば、圧電アクチュエータに関する２つのパルス間の作用時間の関数として調節することができる。従って、液滴１２の寸法を好ましくは要求された範囲（１≦ｈ）にしたままで、基板１０の状態の関数として調節することもできる。
【００６５】
有利なことに、インクの印刷可能なセグメント１４ｂは電荷を担持しない、換言すれば、液体はリザーバ内で接地されている。好ましくは、シールドはジェット２の破壊点の周りでノズル４に面する生成器１からの出力部にも配置されており、かつ接地されている。もって、電場Ｅの影響から印刷に使用される短いセグメント１４ｂを完全にシールディングすることができる。
【００６６】
１つの有利な実施形態によれば、ジェット２はノズル４から固定距離で破壊される。例えば、仏国特許第０５ ５２７５８号明細書に開示されたもののように、これは、圧電アクチュエータに短い強力なパルスを印加することによって行うことができる。
【００６７】
本発明による装置、かくして、連続したジェットから生じ且つ印刷することができる液滴を作り出すことができる。現存する技術に比較して、ジェットを偏向させる印刷する原理は以下のような利点を供する。
【００６８】
−印刷状況を除けば、装置の作用はほとんど静的である。ジェットの射出及び収集の機能は分離されている。生成器１の射出が失敗しても、インクのジェット２が適切に収集されることを妨げない。さらになお、ジェット射出装置は電気信号によって一定に供給されないから、長寿命であり、信頼性が向上している。
【００６９】
−蓄積した汚染物による高電圧回路の切込み(cutting out)又は印刷品質の低下の危険性は、完全に削除できないとしても、極めて減じられ、これは装置をより信頼し得るものにする。ジェット２の電気的に偏向される場Ｅは時間的に平均値零を有し、かつ粒子（埃、インク飛沫）の蓄積を制限する。これは、電極６が、印刷ヘッドの周囲に存在する帯電した汚染物を永久的に引き付け、かつ収集する、固定されたポテンシャルで駆動される場合とは異なる。
【００７０】
−電極２２、２４は、インクのジェット２に作用しながらも、誘電体４０によって保護することができる。電気的絶な絶縁層４０は、こうして、電極２２、２４と、導電性液体ブリッジ（汚染物等）の偶発的な形成による接地点と、の間の短絡のあらゆる危険性を削除する。結果として得られた安全性は比較できない程に良く、インクが燃え易い際に必要な回路切込み装置の付加的なコストが削除される。
【００７１】
−印刷ヘッドは絶縁体４０上のインクの存在に極めて寛容である。この利点は、印刷ヘッドの要素の汚染をしばしば引き起こすジェット２の始動／停止シーケンスの間中の無効化の重要性である。絶縁体４０に配置されたインクの液滴は偏向場Ｅをほんの僅かに乱す浮動ポテンシャルである。他方で、一定電圧にある電極６を有し、かつ、絶縁体４０を使用することができない従来技術によるシステムでは、インク液滴は電極６に延在し、インク液滴はこの電極からポテンシャルを獲得し、ジェット２に静電気的な作用を局所的に増大させて、最終的には、接地されたＨＶ電極間の液体ブリッジを作り出す（短絡）。
【００７２】
−低導電性流体を使用することができ、ジェット２は接地する必要がない。ジェットのセグメント１４が荷電される速度は（双極子３６を構成するために）ジェット２における荷電の再配置に依存し、地面（通常はノズルプレート４）から高電圧電極に及ぶ領域３０への荷電の移送にはもはや依存しない。
【００７３】
−電極２２、２４の高電圧制御信号間の全ての依存又は同期（従って、ジェット２の偏向）及びジェット破壊信号（射出(stimulation)）は、ノズル４と１組の電極２０との間のジェットにおける電荷の移動が何れも欠如することによって削除することができる。
【００７４】
−ジェットのセグメント１４の長さｌは所望に応じて調節することができる。これは、液滴１２の衝撃直径を連続して変える可能性を供し、従って、異なるグレーレベルで画像を印刷すること又は異なるタイプの基板１０上で衝撃直径を維持することを可能にしている。
【００７５】
−特に、一対の隣接する電極２２ｉ、２４ｉによって創り出される場Ｅが互いに補償し合い、かつヘッドの周囲で相殺し合うように、偶数の電極から構成される１組の電極２０の場合には、印刷の失敗間の時間が引き延ばされる。
【００７６】
・ジェット破壊点をシールディングし、かくして、電荷を担持する従属(satellite)液滴の形成を回避し、及び印刷出力を強く偏向させ且つ乱すことができる。
【００７７】
・ガーター８によって作り出されたインク飛沫によって生じた液滴及びミストは帯電せず、かつ、結果的に、汚染することが少ない（ガーター８外部での電気的引付）。
【００７８】
・機能要素（シールディング１６、偏向させる１組の電極２０、ガーター８）はノズル４によって規定される方向に対して同じ側に配設されており、印刷ヘッドは維持作用を遂行するためにアクセス可能である。
【符号の説明】
【００７９】
１  液滴生成器
２  ジェット
４  ノズル
６  電極
８  ガーター
１０  基板
１２  液滴
１４、１４ａ、１４ｂ  セグメント
１６  電極
２０  １組の電極
２２、２４；２２１〜２２ｎ、２４１〜２４ｎ；２２ｉ、２４ｉ  電極
２６  絶縁体
２８  電極平面
３０  領域
３２  符号（−）の電荷を有する部分
３４  符号（＋）の電荷を有する部分
３６  電気的双極子
４０  絶縁体
Ａ  液体軌跡
Ｂ  偏向された軌跡
ｄ  距離
ｄ０  最大有効静電作用距離
ｅ  厚さ
Ｅ  電場
ｈ  電極寸法
Ｈ  電極間の距離
ｌ  セグメントの長さ
Ｌ  ネットワークの長さ
Ｖ  ポテンシャル
Ｖ０  所与の振幅
ｔ０  所与の瞬間
１／Ｆ  高周波数信号振動周期
【図１Ａ】
2010505650.tif 000003
【図１Ｂ】
2010505650.tif 000004
【図２Ａ】
2010505650.tif 000005
【図２Ｂ】
2010505650.tif 000006
【図３】
2010505650.tif 000007
【図４】
2010505650.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成21年4月7日(2009.4.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１４】
導電性を有する液滴を選択的に偏向させる装置であって、
−加圧された液体のリザーバであって、連続したジェット（２）の形態をした少なくとも１つの排出ノズル（４）を含み、前記連続したジェット（２）は前記排出ノズル（４）の軸線によって与えられる液体軌跡（Ａ）に沿ったものである、前記リザーバと、
−前記ジェット（２）に外乱を与え、かつ該ジェット（２）をジェット破壊点で破壊する装置と、
−電極平面に沿って延在する１組の電極（２０）であって、前記破壊点の下流側に位置付けられた幾つかの偏向する電極（２２、２４）を含んでおり、前記電極は順々に位置付けられ、かつ前記液体軌跡（Ａ）の方向に互いに離隔されている、前記１組の電極（２０）と、
−各電極（２２、２４）に可変ポテンシャルを印加する装置であって、前記装置は１組の電極（２０）のネットワークに印加された前記ポテンシャルが時間及び空間に関する平均が零に等しく、この結果、前記ジェット（２）は前記ポテンシャルを電極（２０）に印加する際に創り出された前記場によってその液体軌跡（Ａ）から偏向される、前記装置と、を含んでいる装置。
【国際調査報告】
2010505650.tif 000009
2010505650.tif 000010