(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクの連続流がノズルから吐出される連続インクジェットプリンタでのインクを制御する装置であって、
細長いインク供給通路であり、インク吐出方向に垂直で且つ該インク供給通路の長手方向に垂直なインク側方流れを所定の大きさで発生させるように、前記ノズルに対向するように該インク供給通路内に配置される障害物を有するインク供給通路と、
前記インク供給通路と連通した加圧インク源と、
流れの中にインクの連続流を確立させるように、前記インク供給通路に対して開口する、ノズル孔外周を定めるノズル孔と、
それぞれが前記ノズル孔外周の一部と関連付けられるセクション群であり選択的に駆動されるセクション群を有するノズルヒータとを具備し、
前記ノズルヒータのセクションの駆動は、前記流れの方向を制御する、前記流れに対して非対称な熱の適用をもたらし、それによって、該適用された熱から離れる方向に前記流れが偏向させられるようにし、該偏向は、前記側方流れの大きさに比例した大きさである、
装置。
【請求項２】
連続インクジェットプリンタの画像品質を向上させる方法であって、
ノズル孔外周を定めるノズル孔と流体的に連通する細長いインク供給通路を有するプリントヘッドを提供するステップ、
それぞれが前記ノズル孔外周の一部に関連付けられるセクション群であり選択的に駆動されるセクション群を有するノズルヒータを提供するステップ、
インク吐出方向に垂直で且つ前記インク供給通路の長手方向に垂直なインク側方流れを創出するよう形作られる障害物であり、前記ノズル孔に対向するように前記インク供給通路内に配置される障害物を提供するステップであって、インクが該障害物を通過するときに該インク内で創出される該側方流れの大きさが該インクの偏向の大きさに影響するところのステップ、
前記ノズル孔から前記インクを吐出するのに十分な圧力の下で前記インク供給通路を通じて前記ノズル孔に前記インクを供給するステップであり、所定の大きさの前記側方流れが前記インク内で創出されるように前記インクが前記障害物を通過するところのステップ、及び
前記ノズル孔から吐出される前記インクが偏向されるように前記ノズルヒータの前記セクションを選択的に駆動させるステップであり、該偏向の大きさが前記側方流れの大きさに比例するところのステップ、
を具備する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタル制御されたインクジェット印字システムの分野に係り、より詳細には、非印字モードと印字モードとの間での連続インクの流れを偏向させるため、連続インクの流れを非対称に加熱させる印字システムを改良させることに関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット印字は、多くのデジタル制御印字システムの中の一つである。他のデジタル印字システムには、レーザ電子写真プリンタ、ＬＥＤ電子写真プリンタ、ドットマトリックスインパクトプリンタ、サーマルペーパプリンタ、フィルムレコーダ、サーマルワックスプリンタ及び色素拡散熱的移動プリンタがある。インクジェットプリンタはインクジェットの非接触性質、低ノイズ、普通紙の使用、及びトナー移動及び定着が回避できるのため、他のデジタル印字システムと比べて目立っている。
【０００３】
インクジェットプリンタはドロップオンデマンド又は連続システムの何れかに分類される。しかしながら、ここ数年連続インクジェットシステムはますます認識されてきている。連続インクジェット印字の大きな展開は以下のようである：
連続インクジェット印字自体は少なくとも１９２９年まで遡る。その年にHansellへ発行された米国特許第１,９４１,００１号を参照するとよい。
【０００４】
１９６８年３月にSweet他に発行された米国特許第３,３７３,４３７号には、連続インクジェットノズルアレイが開示されており、非印字インク液滴が選択的に帯電させられ、記録媒体に向かって偏向する。この技術は、バイナリー偏向連続インクジェット印字として公知であり、Elmjet及びScitexを含む、数社の製造業者により利用された。
【０００５】
１９６８年１２月にHertz他に発行された米国特許第３,４１６,１５３号には、連続インクジェット印字にて印字スポットの光学密度を可変させる方法が開示されている。その中で、荷電液滴流の静電分散は、微小な開口部を通過する液滴の数を調整する。本技術はIrisにより製造されたインクジェットプリンタに利用されている。
【０００６】
１９８２年にHertzに発行された米国特許第４,３４６,３８７号には、液滴への静電荷を制御する方法及びその装置が開示されている。液滴は圧のかかった液体の流れを、電界を有する静電荷トンネル内に位置する液滴形成点にて破壊することにより形成される。液滴形成は電界内のある点で行われ、所定の電荷は望まれる場所ならどこででも破壊される。荷電トンネルに加えて、偏向板は液滴を実際に偏向させるために利用される。
【０００７】
最近まで、従来の連続インクジェット技術は、静電荷トンネルをある形態または別の形態で利用し、液滴は流れに形成される点の近くに載置される。トンネル内では、個々の液滴は選択的に帯電する。選択液滴は帯電し、偏向板の存在により下に向かって偏向され、その板の間には大きな電位差が生じている。ガター（しばしば、「キャッチャ」という）が通常利用され、帯電液滴を遮断し、非印字モードを確立するのに対し、非帯電液滴は自由であり、インクの流れが「非印字モード」と「印字モード」との間で偏向されるので、印字モードで記録媒体に衝突する。
【０００８】
連続インクジェットプリンタシステムは、前記した静電荷トンネルを不必要なものにした。さらに、液滴形成（１）の機能と液滴偏向（２）の機能とを結び付ける役目をする。プリンタシステムは、インク供給通路と、そのインク供給通路と連通した加圧インク源と、インク供給通路に開口した孔を有するノズルとを具備し、その孔から連続インク液滴が流れる。ノズル内の液滴発生器によりインクの流れは破壊されて複数の液滴が、ノズルから離間した位置で生じる。その液滴は（ノズル孔にある）ヒータからの熱により偏向され、ヒータは選択的に駆動されるセクションを有する、つまりノズル孔の一部分のみと関連したセクションを有する。ノズル孔の特定の部分での特定のヒータセクションの選択的動作により、流れへの非対称熱供給と呼ばれるものが生じる。それらセクションを交互に駆動させることにより、非対称な熱供給の方向が交互に変わり、よってインク液滴を偏向させ、とりわけ、「印字」方向（記録媒体に向かう方向）と「非印字」方向（「キャッチャ」に戻る方向）との間で偏向させる。
【０００９】
非対称に供給される熱により、流れに偏向が生じ、その大きさは数多の因子に左右される。例えば、ノズルの形状及び熱的性質、供給熱量、印加された圧力、インクの物理的、化学的及び熱的性質である。溶媒を基礎とする（特に、アルコールを基礎とする）インクはすこぶる良好な偏向パターンを有し、非対称加熱連続インクジェットプリンタにて高画質を達成するが、水を基礎とするインクでは、現在までのところ、良好な偏向パターン及び高画質を得ることができていない。水を基礎とするインクは、同程度の画像品質のために、その非対称処理、ジェット速度、間隔及び整列公差が過去に許容したよりも大きな偏向度を必要とする。したがって、システムの公差内でのかかる連続インクジェットシステムのための偏向度を向上させる手段は、本技術分野において驚くべき顕著な進展をもたらし、水を基礎とする、したがって、環境により優しいインクに対する当該業界における大きな必要性を満足させ得る。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、許容可能なシステム公差を否定することなく、連続インクジェット非対称加熱印字システム内でのインク液滴の偏向の大きさを向上させることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、インクの連続流がノズルから吐出される連続インクジェットプリンタでのインクを制御する装置であって、細長いインク供給通路であり、インク吐出方向に垂直で且つ該インク供給通路の長手方向に垂直なインク側方流れを所定の大きさで発生させるように、前記ノズルに対向するように該インク供給通路内に配置される障害物を有するインク供給通路と、前記インク供給通路と連通した加圧インク源と、流れの中にインクの連続流を確立させるように、前記インク供給通路に対して開口する、ノズル孔外周を定めるノズル孔と、それぞれが前記ノズル孔外周の一部と関連付けられるセクション群であり選択的に駆動されるセクション群を有するノズルヒータとを具備し、前記ノズルヒータのセクションの駆動は、前記流れの方向を制御する、前記流れに対して非対称な熱の適用をもたらし、それによって、該適用された熱から離れる方向に前記流れが偏向させられるようにし、該偏向は、前記側方流れの大きさに比例した大きさである、装置により達成される。
【００１２】
また、上記の目的は、連続インクジェットプリンタの画像品質を向上させる方法であって、ノズル孔外周を定めるノズル孔と流体的に連通する細長いインク供給通路を有するプリントヘッドを提供するステップ、それぞれが前記ノズル孔外周の一部に関連付けられるセクション群であり選択的に駆動されるセクション群を有するノズルヒータを提供するステップ、インク吐出方向に垂直で且つ前記インク供給通路の長手方向に垂直なインク側方流れを創出するよう形作られる障害物であり、前記ノズル孔に対向するように前記インク供給通路内に配置される障害物を提供するステップであって、インクが該障害物を通過するときに該インク内で創出される該側方流れの大きさが該インクの偏向の大きさに影響するところのステップ、前記ノズル孔から前記インクを吐出するのに十分な圧力の下で前記インク供給通路を通じて前記ノズル孔に前記インクを供給するステップであり、所定の大きさの前記側方流れが前記インク内で創出されるように前記インクが前記障害物を通過するところのステップ、及び、前記ノズル孔から吐出される前記インクが偏向されるように前記ノズルヒータの前記セクションを選択的に駆動させるステップであり、該偏向の大きさが前記側方流れの大きさに比例するところのステップ、を具備する方法により達成される。
【００１３】
本発明の態様によれば、連続インクジェット印字システムのノズル孔セクションに進入するインクの側方流れが増大する。その印字システムは、液滴偏向用の非対称加熱を利用するタイプである。前記側方流れは、ノズル孔の入口の上流位置に特定の形状の障害物を配置することにより増大する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の装置及び方法と直接協働する部分を構成する要素を、特に説明する。具体的に示さない又は説明しない要素は、当業者には周知で、さまざまな形態を構成する。
【００１５】
図１を参照するに、連続インクジェットプリンタシステムを１０で表示する。ノズルヒータ２のアレイが延在するプリントヘッド１は、インク圧力調節器（図示せず）への信号を処理するヒータ制御回路（図示せず）を収納する。
【００１６】
ヒータ制御回路は画像メモリからのデータを読出し、時間系列の電気パルスをノズルヒータ２のアレイへ伝送する。上記パルスは適正な時間、適正なノズルへ印加され、連続インクジェット流から形成された液滴は、記録媒体３上の、画像メモリから伝送されたデータにより指定された適正な位置にスポットを形成する。加圧インクはインク貯蔵器（図示せず）からインク供給通路４に移動し、ノズルアレイ２を通過して、記録媒体３またはガター９の何れかに到達する。
【００１７】
図２を参照すると、先行技術と同様である図１に示すノズルアレイ２の中の単一のノズルヒータ２ａ/２ａ’の拡大断面図が示されている。なお、インク供給通路４は、ノズル孔６へ向かう、実質的に垂直なインクの流れを指す矢印５を示す。とりわけ、ノズルヒータ２ａ/２ａ’にて発生した熱から通路４内のインクを隔離する働きをする比較的肉厚な壁７がある。また、肉厚壁７は「オリフィス膜」ともいう。インク流８はノズル２ａ/２ａ’から最初に放出されるインクのメニスカスを形成する。ノズル２ａ/２ａ’の下にある間隔において、インク流８は複数の液滴１１に分割される。
【００１８】
図３は、ヒータ２ａ/２ａ’の拡大底面図であり、図２の断面図は、２−２ラインに沿って表されることとなる。ヒータ２ａ/２ａ’は二つのセクション（セクション２ａ及びセクション２ａ’）を有することがわかる。各セクションはノズル孔の開口部６のおおよそ半分を覆う。あるいは、ヒータセクションはその数及び設計が変更されてもよい。一方のセクションは共通接続部Ｇと分離接続部Ｐとをもたらす。他方のセクションはそれぞれＧ’及びＰ’を有する。非対称に熱を供給することは、一方又は他方のセクションに独立して電流を印加することを意味する。そのようにすることにより、熱はインク流８を偏向させ、液滴１１を特定の熱源から離れるように偏向する。一定量の熱では、インク液滴１１は（図２の）角度θ１で偏向し、プリントヘッドから記録媒体３へ垂直距離ｄ１移動する。また、距離「Ａ」は、偏向角度θ１が記録媒体（またはキャッチャ）へ偏向液滴１１を置くであろう場所と、液滴１２が偏向せずに到達する場所との間の間隔を定める距離である。そのインク流は熱の供給によって何れの方向にも偏向する。インクガター９は、非偏向液滴１２を記録媒体に到達させながら、偏向インク液滴１１を捕獲するような配置を有する。本発明の別の実施例では、インクガター（「キャッチャ」）９の配置を変えて、偏向液滴１１を記録媒体に到達させながら、非偏向液滴１２を捕獲するようにしてもよい。
【００１９】
インク供給通路のインクを加圧貯蔵器（図示せず）から放出させ、通路中のインクは、圧力下に置かれる。過去において、最適動作に適するインク圧力は、数多くの要因に左右され、特にノズルの形状及び熱的性質、並びにインクの熱的性質に左右される。一定圧力は、インク圧力調節器（図示せず）を利用することにより達成され得る。
【００２０】
図４を参照するに、本発明の動作では、インク供給通路４のインク流パターンの側方流れは、ノズル孔６の真下でインク供給通路４内に置かれた障害物２０により強化される。この側方流れを強化させる障害物２０は、サイズ、形及び位置が変更され得るが、その流れが横向きであることに基づいて、その偏向を大きくする働きをし、したがって、より大きな制御性と改良された画質とをもたらしながら、インク特性（例えば、表面張力、密度、粘度、熱伝導性、比熱等）、ノズル形状、ノズルの熱的性質への依存性を低減させる。障害物２０は、壁７の貯蔵器側に平行な、正方形、立方体、矩形、三角形等の側壁を有することが好ましい。偏向の強化は、例えば、図２のθ１と図４のθ２との間の差を比較することからわかる。この増大した流れの偏向は、他のシステムレベルの公差（つまり、空間、整列等）を維持させながら（例えば、距離Ａ参照。）、プリントヘッド１により近いところに記録媒体３を置くことができるようにすることによって（ｄ２はｄ１以下である）、液滴配置（及び画質）の改善を可能にする。また、オリフィス膜つまり壁７はより薄いものとなり得る。発明者らは、より薄い壁が、偏向にさらなる強化をもたらし、偏向角度θ２の一度当たりに必要な熱量を低減させるのに役立つことを見出した。
【００２１】
図５を参照するに、液滴配置及びそれによる画質は、ノズル孔６の入口でほぼ完全な側方流れを提供する障害物２０により、より一層強化され得る。記録媒体３への距離ｄ３は熱一度当たりで減少する。なぜなら、偏向角度θ３は単位温度当たりで増大され得るからである。
【００２２】
図６は、偏向角度θ１、θ２及びθ３が徐々に大きくなるにつれて、記録媒体までの距離ｄ１、ｄ２及びｄ３が短くなるという、一定の液滴配置Ａにおける関係を示す。強化された側方流れの結果として、画像サイズ及び画像の詳細を改善させながら、プリンタ構造の寸法を小さくすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】インクジェットヘッドの下を印字媒体（例えば、紙）が進む、典型的な連続インクジェットプリントヘッド及びノズルアレイの模式図である。
【図２】ｄ１（印字媒体までの距離）とθ１（偏向角度）を示す先行技術におけるノズルアレイの一つのノズル先端部の断面図である。
【図３】ノズルを囲繞する非対称ヒータのあるノズルの平面図である。
【図４】ｄ２及びθ２を示す、本発明の一実施例における一つのノズル先端部の断面図である。
【図５】ｄ３及びθ３を示す、本発明の好適な実施例における一つのノズル先端部の断面図である。
【図６】ｄ１−ｄ３、θ１−θ３及びＡの間の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１          プリントヘッド
２          ノズルヒータアレイ
２ａ        ノズルヒータセクション
２ａ’      ノズルヒータセクション
３          記録媒体
４          インク供給通路
５          インク流パターン
６          ノズル孔
７          オリフィス膜壁
８          インク流
９          インクガター、またはキャッチャ
１０        通常のインクプリンタシステム
１１        偏向インク液滴
１２        非偏向インク液滴
１３        インクメニスカス
θ１、θ２、θ３        偏向角度
ｄ１、ｄ２、ｄ３        記録媒体への距離
Ａ          記録媒体での非偏向液滴と記録媒体での偏向液滴との間の間隔
Ｇ、Ｇ’    ヒータ部分の基礎部分
Ｐ、Ｐ’    ヒータ部分の電力接続
【図１】
0004594516.tif 000002
【図２】
0004594516.tif 000003
【図３】
0004594516.tif 000004
【図４】
0004594516.tif 000005
【図５】
0004594516.tif 000006
【図６】
0004594516.tif 000007