(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルから連続的なインク流が放出されるような連続型インクジェットプリンタにおいてインク流を制御するための装置であって、
インク搬送チャネル（３０）と、該インク搬送チャネルに連通しているとともに加圧状態でインクを収容しているインクソース（２８）と、流れ（６０）の形態で連続型インク流を確立し得るよう、前記インク搬送チャネル（３０）に対して開口するノズル穴（４６）を形成するノズル穴周縁部と、ヒータ（５０）と、を具備してなり、
前記ヒータ（５０）は、個別に選択的に駆動可能な３個以上のセグメント（Ｓ１〜Ｓ４）を備え、
これらセグメントは、前記ノズル周縁部の各部分に沿ってそれぞれ配置され、
各セグメントのための可変電源（Ｉ１〜Ｉ４）が設けられているとともに、前記セグメントの任意数のものを調節可能なパワー度合いでもって選択的に駆動可能なアクチュエータが設けられており、これにより、ｘ軸、ｙ軸、および、ｚ軸を互いに直交する座標軸としなおかつｚ軸をインク流が放出される向きとしたときに、前記ノズル穴周縁部の一部分だけのセグメントを駆動することによって、駆動したセグメントのパワー度合いの関数として前記流れの偏向方向と偏向量とをｘｙ平面内において全方位的に制御できるようになっていることを特徴とする装置。
【請求項２】
ノズル穴から連続的なインク流が放出されるような連続型インクジェットプリンタにおいてインク流を制御するための方法であって、
前記ノズル穴が、該ノズル穴のそれぞれの部分に沿って配置された個別に選択的に駆動可能な３個以上のセグメントへと分割されているヒータを備えている場合において、
前記セグメントの任意数のものを、調節可能なパワー度合いでもって選択的に駆動し、これにより、ｘ軸、ｙ軸、および、ｚ軸を互いに直交する座標軸としなおかつｚ軸をインク流が放出される向きとしたときに、前記ノズル穴周縁部の一部分だけのセグメントを駆動することによって、駆動したセグメントのパワー度合いの関数として前記流れの偏向方向と偏向量とをｘｙ平面内において全方位的に制御することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大まかには、デジタル的に制御されるプリントデバイスの技術分野に関するものである。より詳細には、単一基板上に複数のノズルが組み込まれているとともに、液体インク流の液滴への破裂が液体インク流に対しての周期的擾乱によって引き起こされるような連続型インクジェットプリントヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
多数のタイプのデジタル的に制御される印刷システムが既に提案されていて、多くのタイプのものが現在製造されている。これらのプリントシステムは、様々な駆動機構、様々なマーク材料、および、様々な記録媒体を使用している。現在使用されているデジタル的プリントシステムを例示すれば、ＬＥＤ電子写真プリンタ、ドットマトリクスインパクトプリンタ、感熱紙プリンタ、フィルム記録機、熱ワックスプリンタ、色素拡散型熱伝達プリンタ、インクジェットプリンタ、がある。しかしながら、現在のところ、このような電子プリントシステムは、機械的プリントプレス機を代替するには至っていない。これら従来型の機械的手法が、非常に高価な構成を必要とし、しかも、特定頁が数千枚印刷されない限りはほとんど経済的に見合わないものであるにもかかわらずである。よって、デジタル的に制御されるプリントシステムを改良することが要望されている。例えば、標準的な紙を使用して高速かつ低コストで高品質カラー像を複製できるように、改良することが要望されている。
【０００３】
インクジェットプリントは、デジタル的に制御される電子プリント分野において、支配的な手法として認識されるものとなった。その理由は、例えば、非インパクトタイプであるとともに低ノイズ特性を有しているからであり、また、通常紙を使用できるからであり、さらに、トナーの転写や固定を必要としないからである。インクジェットプリント機構は、連続型インクジェットと、必要時液滴型インクジェットと、に分類することができる。連続型インクジェットプリントは、少なくとも１９２９年に提案されたものである。これについては、Hansell 氏による米国特許明細書第１，９４１，００１号を参照されたい。
【０００４】
従来の連続型インクジェットは、流れ内において液滴が形成されるべき場所の近傍に配置された静電帯電トンネルを使用している。このようにして、個々の液滴を帯電させることができる。帯電した液滴は、偏向プレートどうしの間に大きな電位差を有している複数の偏向プレートを使用することによって、下流側へと偏向させることができる。帯電していない液滴の記録媒体への衝突は許容するものの帯電した液滴については遮蔽することを可能とするために、ガター（時に「キャッチャー」と称される）を使用することができる。１９７４年にEaton 氏に対して付与された米国特許明細書第３，８７８，５１９号には、帯電トンネルと偏向プレートとを使用して静電偏向を行って、液体流内において液滴を同期形成するための方法および装置が開示されている。
【０００５】
英国特許公開明細書第２ ０４１ ８３１号には、偏向器がCoanda（壁付着）効果を使用してインクジェットを制御するような、機構が開示されている。偏向度合いは、偏向器の位置を移動させることによって、あるいは、ジェットに対しての擾乱強度を変化させることにより、調節することができる。
【０００６】
グラフィックアートに関してのプリントシステムにおいては、高品質像を得ることが期待されることのために、液滴が所定配置でもって極めて正確に着地することが要求される。例えばプリントヘッドと受け部材との間の空気の乱流化すなわち非一様空気流や、ヒータの抵抗変化や、液滴の偏向に影響を与えるような他の欠陥といったような、多くの要因が、液滴の配置に影響を与える。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
したがって、液滴配置の誤差を補償し得ることが要望されている。このような手法としては、乱流の除去、空気流の一様化、液滴の高速化、ヒータ抵抗の一様化、等がある。
【０００８】
したがって、本発明の主眼は、ノズルから連続的なインク流が放出されるような連続型インクジェットプリンタにおいてインク流を制御するための装置である。この装置は、連続型インク流を確立するためのノズル穴と、ノズル穴の各部分に沿ってそれぞれ配置された、個別に選択的に駆動可能な複数のセグメントを備えたヒータと、各セグメントのための可変電源と、セグメントの任意数のものを調節可能なパワー度合いでもって選択的に駆動可能なアクチュエータと、を具備している。これにより、ノズル穴の一部分だけのセグメントを駆動することによって、インク流に対して非対称に熱が印加され、駆動したセグメントのパワー度合いの関数としてインク流の偏向方向と偏向量とを制御できるようになっている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明およびその目的および利点は、以下の好ましい実施形態の詳細な説明によって、明らかとなるであろう。
【００１０】
以下の本発明の好ましい実施形態の詳細な説明においては、添付図面を参照する。
【００１１】
図１は、本発明によるプリント装置の一例を概略的に示すブロック図である。
図２は、非対称型の加熱偏向を行うノズルを示す断面図である。
図３は、非対称型の加熱偏向を行うノズルを示す平面図である。
図４は、非対称型の加熱偏向を行うノズルを拡大して示す断面図である。
図５は、ヒーターの断面長さが増大するにつれて偏向角度が大きくなることを示すグラフ図である。
図６は、インク液滴が飛び出してくるノズルの開口の内部を示す図である。
図７は、流れの偏向角度を規定するためのグラフである。
図８は、受け部材上において液滴を配置することができる領域の形状を示すグラフである。
図９は、図６と同様に、インク液滴が飛び出してくるノズルの開口の内部を示す図である。
図１０は、図７と同様に、流れの偏向角度を規定するためのグラフである。
図１１は、図８と同様に、受け部材上において液滴を配置することができる領域の形状を示すグラフである。
【００１２】
以下の説明は、特に、本発明による装置の一部を構成する部材に関して、また、本発明による装置と直接的に関連する部材に関して、なされる。詳細に図示していない部材や詳細に説明しない部材については、当業者にとって周知の様々な形態とし得ることを理解されたい。
【００１３】
図１に示すように、連続型インクジェットプリンタシステムは、イメージソース１０を備えている。このイメージソース１０は、例えばスキャナーやコンピュータといったものであって、ラスターイメージデータや、ページ表示言語の形態としてのアウトラインイメージデータや、デジタルイメージデータの他の形態のデータ、をもたらす。イメージデータは、イメージ処理ユニット１２によって、二階調の（ハーフトーンの）ビットマップイメージデータへと変換される。イメージ処理ユニット１２は、また、メモリ内にイメージを貯蔵することができる。複数のヒータ制御回路１４は、イメージメモリからデータを読み出し、プリントヘッド１６の一部をなす１組のノズルヒータ５０に対して時間変調電気パルスを印加する。これらパルスは、適切なノズルに対して適切なタイミングで印加される。これにより、連続型インクジェット流から形成される複数の液滴が、イメージメモリ内のデータによって規定された適切な位置において記録媒体１８上に複数のスポットを形成することとなる。
【００１４】
記録媒体１８は、記録媒体搬送システム２０によってプリントヘッド１６に対して相対移動する。記録媒体搬送システム２０は、記録媒体搬送制御システム２２によって電気的に制御される。記録媒体搬送制御システム２２は、マイクロコントローラ２４によって制御される。図１に示す記録媒体搬送システムは、概略的なものであって、多数の他の機械的構成が可能である。例えば、転写ローラを、記録媒体搬送システム２０として使用することができる。これにより、記録媒体１８に対してのインク液滴の転写を容易なものとすることができる。このような転写ローラ技術は、当業者には周知である。ページ幅プリントヘッドの場合には、固定式のプリントヘッドに対して、記録媒体１８を移動させることが最も簡便である。しかしながら、走査型プリントシステムの場合には、一般に、プリントヘッドを１つの軸（副走査方向）に沿って移動させ、かつ、記録媒体をラスター移動に関しての直交軸（主走査方向）に沿って移動させることが最も簡便である。
【００１５】
インクは、インク貯蔵器２８内において加圧状態で収容されている。非プリント状態においては、連続型インクジェット液滴流は、記録媒体１８に到達することができないようになっている。それは、インクガター１７が、液滴流を遮蔽するからである。インクの一部は、インク再循環ユニット１９によって再循環される。インク再循環ユニットは、インクを再調整した後に、貯蔵器２８へと戻す。このようなインク再循環ユニットは、当業者には周知である。最適動作のために適切なインク圧力は、ノズルの形状やノズルの熱特性やインクの熱特性といったような、多数の要因に依存する。一定とされたインク圧力は、インク圧力調整器２６による制御のもとに、インク貯蔵器２８に対する圧力印加によって得られる。
【００１６】
インクは、インクチャネルデバイス３０によってプリントヘッド１６の背面上へと分散される。インクは、好ましくは、プリントヘッド１６のシリコン基板を貫通してエッチングされた複数のスロットおよび複数の穴を通って、前面側へと流通する。前面側には、複数のノズルおよび複数のヒータが配置されている。シリコンから形成されたプリントヘッド１６の場合には、ヒータ制御回路１４をプリントヘッドに組み付けることが可能である。
【００１７】
図２は、図１の連続型インクジェットプリントヘッド１６を形成している複数のノズルチップからなる配列のうちの、１つのノズルチップを示す断面図である。この例ではシリコン製とされている基板４２には、インク搬送チャネル４０と複数のノズル穴４６とが、エッチングされている。搬送チャネル４０とノズル穴４６とは、ノズル穴を形成するためのｐ+ エッチングストップ層を利用したシリコンの異方性ウェットエッチングによって形成することができる。搬送チャネル４０内のインク７０は、大気圧以上へと加圧され、流れ６０を形成する。ノズル穴４６のいくらか上方において、流れ６０は、ヒータ５０によって供給された熱によって、複数の液滴６６へと分裂する。
【００１８】
図３に示すように、ヒータ５０は、各々がノズル周縁部の約半分をカバーする２つの部分を備えている。パワー連結部材５９ａ、５９ｂと接地連結部材６１ａ、６１ｂが、環状ヒータ５０に対しての駆動回路を形成する。流れ６０は、一方のヒータ部分に通電しかつ他方のヒータ部分に通電しないことによる、非対称的な熱印加によって偏向させることができる。流れ６０が偏向されたときには、インクガター１７のような遮蔽デバイスによって、液滴６６が記録媒体１８へと到達することが阻止される。代替可能なプリント方式においては、これとは逆に、非偏向の液滴６７がインクガター１７によって遮蔽されかつ偏向した液滴６６が記録媒体１８へと到達するような位置に、インクガター１７を配置することができる。
【００１９】
ヒータは、単位面積あたり約３０オームのレベルにまでドーピングされたポリシリコン製である。もちろん、他の抵抗性ヒータ材料も使用することができる。ヒータ５０は、基板に対しての熱損失を最小化するために、熱的かつ電気的絶縁層５６を介することによって、基板から隔離されている。ノズル穴は、絶縁層５６にノズル出口オリフィスが形成されるようにして、エッチングすることができる。インクに対して接触する層は、保護のために、薄膜層６４によって保護することができる。プリントヘッド面は、プリントヘッドの前面にわたっての偶発的なインク拡散を防止するために、疎水性層６８によってコーティングすることができる。
【００２０】
図４は、ノズル領域を拡大して示す図である。液体流がヒータのエッジに対して当接するところに、メニスカス５１が形成されている。ヒータ５０の一部（図４における左側部分）に対して電気パルスが印加されたときには、ヒータの外側エッジ上に当初は位置していた接触ライン（破線で示されている）が、ヒータの内側エッジへと、内方側に移動する（実線で示されている）。流れの逆側（図４における右側部分）は、駆動されていないヒータに対してピン留めされた状態であって移動することはない。接触ラインが内方移動することの結果として、流れが、駆動されているヒータ部分から離間する向きに（図４においては、左側から右側へと、すなわち、＋Ｘ方向へと）偏向することとなる。電気パルスの印加を停止してから少し後に、接触ラインは、ヒータの外側エッジに向けて復帰する。
【００２１】
ノズル周縁部の半分だけにヒータを設けたようなノズルを使用しても、液滴偏向を行うことができる。静止状態すなわち非偏向状態においては、液滴への分裂を引き起こすには十分であるけれども偏向を引き起こすには不十分な程度の、パルスを使用する。偏向が要望されたときには、ヒータに対してより強いパルスすなわちより時間幅の長いパルスが印加されて、より大きな非対称加熱が引き起こされる。
【００２２】
偏向角度に影響を及ぼすパラメータ
ノズルの振舞いについて考察すると、流れの偏向角度または液滴の偏向角度を、ヒータに印加するパワーを選択的に調節することによって、変更可能であることがわかる。図５には、流れのまたは液滴の偏向角度の、ヒータに対してのパワー入力に対する依存性が示されている。ヒータの部分に対して供給されるパワーが増大するにつれて、中程度のパワー領域においてはほぼ線形的といった具合で、偏向角度が増大することがわかる。この現象は、このタイプの連続型インクジェットプリントヘッドにおいて有利に使用することができる。よって、ヒータがセグメント化されていて、各セグメントに対するパワーが独立に調節可能であれば、液滴の配置に関しての微調整を行うことができる。実際、自動化手段を使用すれば、液滴配置の調整を動的に行うことができる。
【００２３】
図６に示すような４つの同一長さのセグメントを有したヒータについて考察する。各セグメントＳ１〜Ｓ４は、それぞれ個別の電源Ｉ１〜Ｉ４に対して接続されている。図６においては、インク流の方向は、紙面から飛び出す向きである。すなわち、図７におけるｚ方向である。図７においては、角度Θが、ｘ−ｚ面内における液滴偏向に対応しており、角度Φが、ｙ−ｚ面内における液滴偏向に対応している。
【００２４】
動作時には、最大パワーが２つの隣接するセグメントに対して印加されたときに、最大の偏向が得られる。つまり、セグメントＳ１，Ｓ２が最大パワーで駆動されたときには、流れは、＋ｘ、＋ｙ方向に４５°というように、最大程度に偏向される。これとは逆に、セグメントＳ３，Ｓ４が駆動されたときには、流れは、正確に反対側へと偏向される。しかしながら、１つのセグメントだけが最大パワーで駆動されたときには、偏向は、１つの主軸に沿うものとなり、この場合の偏向の大きさは、２つのセグメントが最大パワーで駆動されたときのものより小さくなる。よって、液滴は、図８に示すパターンによって規定される領域内に配置することができる。しかしながら、図４における曲線が完全には線形でないことにより、図８に示すパターンのコーナー部分は、いくらか丸めれることとなる。線形性からの変位量は、ノズルの詳細構成に依存する。実際のプリントシステムにおいては、ガターが設けられることにより、プリント可能な領域のいくらかが遮蔽されることとなる。
【００２５】
ヒータが図９に示すように８つのセグメントに分割されている場合には、アドレス可能な点の集合は、図１１に示すようなパターンとなる。図８と比較して、より多くの点にアドレス可能である。究極的に、ヒータが無限個数のセグメントに分割されている場合には、パターンは、半径が最大偏向量に等しいような円となる。この偏向量は、全ヒータの半分が、最大パワーで駆動された場合に得られる。
【００２６】
本発明について、好ましい実施形態の特定例を参照して詳細に説明してきたけれども、本発明の精神および範囲内において変更や修正が可能であることは理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明によるプリント装置の一例を概略的に示すブロック図である。
【図２】  非対称型の加熱偏向を行うノズルを示す断面図である。
【図３】  非対称型の加熱偏向を行うノズルを示す平面図である。
【図４】  非対称型の加熱偏向を行うノズルを拡大して示す断面図である。
【図５】  ヒータの断面長さが増大するにつれて偏向角度が大きくなることを示すグラフ図である。
【図６】  インク液滴が飛び出してくるノズルの開口の内部を示す図である。
【図７】  流れの偏向角度を規定するためのグラフである。
【図８】  受け部材上において液滴を配置することができる領域の形状を示すグラフである。
【図９】  図６と同様に、インク液滴が飛び出してくるノズルの開口の内部を示す図である。
【図１０】  図７と同様に、流れの偏向角度を規定するためのグラフである。
【図１１】  図８と同様に、受け部材上において液滴を配置することができる領域の形状を示すグラフである。
【符号の説明】
１６  プリントヘッド
２８  インク貯蔵器（インクソース）
３０  インクチャネルデバイス（インク搬送チャネル）
４６  ノズル穴
５０  ヒータ
６０  流れ、インク流
Ｉ１〜Ｉ４  可変電源
Ｓ１〜Ｓ４  セグメント
Ｓ１〜Ｓ８  セグメント
【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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