JPH02182462A - 液滴印刷システムの液滴偏向装置およびその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、インク・ジェット・プリンタ等の液滴印刷装
置に関する。

（従来の技術および解決しようとする課題）このような
装置は、単一液滴流装置および２列型等の復液滴流装置
を含む種々の形態がある。液滴印刷装置は、一般に、圧
電クリスタルを関連させた１つ以上のノズルに対して供
給される導電性インクを使用する。このインクは、ノズ
ルから強制的に送出され、インクがノズルから出る時圧
電素子により層数状の液滴が形成される。この液滴は、
次に選択的に電荷を液滴に与える荷電リングの如き荷電
装置を通過する。

即ち、ある液滴は荷電され、他の液滴は荷電されない。

荷電された液滴は、異なる大きさの電荷を帯び得る。

液滴がその初期の経路に沿フて流れると、１対の偏向板
により形成される１つの電界に入る。典型的には、これ
らの偏向板は電源によっである高い電圧に荷電されてい
る。液滴がこの偏向板間に形成された偏向電界に入ると
、荷電された液滴は自らが持つ電荷に比例する量だけそ
の元の飛行経路から偏向される。このため、荷電されな
い液滴は偏向されないが、高い電荷を帯びた液滴は大き
く偏向される。通常は、荷電された液滴は印刷ざわるべ
き基材へ偏向されるが、荷電されない液滴はインクの供
給源へ戻すため収集される。典型的なインク液滴印刷シ
ステムに関するこれ以上の詳細は、参考のため本文に引
用される米国特許第４，１２１，２２２号、同第４，３
１９，２５１号および同第４，５５５，７１２号に見出
すことができる。

本文に述べる形式のインク・ジェット プリンタにおける問題は、液滴を偏向させるための電界
を生成することを必要とするため生じる。

典型的には、この電界は、１つの偏向板即ち電極を高電
圧の電源に接続し第２の電極を接地することにより生じ
る。あるいはまた、ある極性の高電圧電源が第１の偏向
電極に接続され、逆の極性の電源が他の電極に接続され
ることにより生じる。

このような目的のため必要な高電圧の電源は、印刷装置
の安全性および性能におけるいくつかの問題の原因とな
る。第１に、この電源は、基材上に置かれる液滴印刷パ
ターンの決定および関連する諸機能を行なうコンピュー
タ・システムを含む印刷システムと関連する他の電気回
路の適正な機能を阻害する電気的ノイズを生じる。

更にまた、偏向電極間あるいは高電圧の回路の他の場所
におけるアーク現象が印刷品質その他の作動上の諸問題
の原因となる。安全性に関しては、偏向電極間のアーク
発生中に生じる電源エネルギは、特に、使用されるイン
クか通常そうであるように可燃性の溶剤を含む場合に火
災の危険を生じ得る。最後に、高電圧の電源は、電気的
なショックの可能性の故に生じ得る安全上の危険・を有
する。

従って、インク液滴を印刷目的のため基材上に選択的に
偏向させる能力を維持しながら、液滴印刷システムにお
ける高電圧の電源の必要を排除することが望ましい。こ
のようなシステムは、偏向電界を生じるため高電圧の電
源を使用する際に特有のノイズおよび安全上の問題を排
除することになろう。

従って、本発明の目的は、荷電された液滴に対する偏向
電界を提供することができ、偏向電界の維持のため高電
圧の電源の使用を必要としない装置の提供にある。

本発明の別の目的は、高電圧の電源を使用することを必
要せず荷電液滴を偏向させる方法の提供にある。

本発明の更に別の目的は、１つ以上のエレクトレットの
使用により外部の電源を必要とすることなく偏向電界が
維持される上記の形式の偏向電界を提供することにある
。

本発明の他の目的は、電気的ノイズが低減しかつ液滴の
指向精度が維持される改善された液滴印刷システムの提
供にある。

本発明の他の目的は、信頼性が高く、コストが安く構造
が複雑でない液滴印刷システムの提供にある。

本発明の上記および他の目的については、以降の詳細な
記述から明らかになるであろう。

（発明の要約） 本発明は、偏向電界を生じるため電源を使用する従来の
印刷システムに対する改善である。

本発明は、高電圧の電源の必要およびこのような電源の
電気エネルギ管理の必要性を排するものである。本発明
によれば、一方もしくは両方の電極が帯電体（エレクト
レット）から作られる荷電液滴偏向電極構造が提供され
る。エレクトレットは、実質的に恒久的なく残留静電分
極を有する）帯電体である。エレクトレットは、永久磁
石に類似する電気的なものである。エレクトレットは、
電気的エネルギー源を接続することなく電界を発生する
ものである。エレクトレットは、例えば、マイクロフォ
ンおよびスピーカ技術等の電気的技術において周知であ
る。本発明の主要部分は、液滴印刷システムにおける偏
向電界を生成する構造としてエレクトレットを使用する
ことにある。

〔実施例〕

第１図においては、液滴印刷システムと関連して使用さ
れる本発明の第１の実ｈ＆態様の基本的要素が示されて
いる。印刷用（４Ｉｉｅ４１は、典型的なノズル・ハウ
ジング３の一端部に置かれたインク・ジェット・ノズル
のオリフィス２から放射される。この液滴は圧電素子４
により駆動され、この素子は通常の実施態様においては
、前記ハウジング３を包囲し、このハウジングに対して
エネルギを与えてインク流がノズル２から出る時液滴を
形成させる。液滴１は、ノズルを出る際荷電電極５によ
り荷電させられ、液滴が上部電極８と下部電極９間に存
在する偏向電界を通過する際偏向させられる。従来のシ
ステムにおいては、電極８および９は、少なくとも一方
が電源に接続され他ｌ方が接地されるかあるいは逆の極
性の電源に接続される１対の導体により形成され、これ
により当技術において周知の如く極板間に偏向電界を生
成する。

電荷を帯びない液滴は、極板間の電界による影習を受け
ず、液滴はインク・キャッチャ１０により捕捉され、こ
のインク・キャッチャはｆｉ？１２ｉを再び使用するた
めインク・システムへ戻す。電荷を帯びた液滴は、この
電界により偏向させられ、印刷されるべき基材に対して
付着させられる。

このように、液滴が付着されて、情報が基材！１上に記
録される。偏向電極は、通常は平坦板の形状に作られる
が、他の形状および平行以外の取付は方もまた可能であ
り、本発明の構成の範囲内にある。

本発明によれば、第１図に示されるように、偏向電極９
は、負の表面ポテンシャルが−３，０００乃至−６，０
００ボルトの範囲内である（以下に説明する）エレクト
レットから作られる。無論、所要の偏向量および偏向さ
れるインクの特性に従って・、他（正または負）の表面
ポテンシャルも使用することができる。２枚の電極間の
空隙に存在する電界６は、電荷を帯びた液滴に対して作
用し、この電界内の液滴の経路方向を変化させる、即ち
、図示の如く基材に向けて液滴が偏向される。特に、本
実施態様においては負の電荷を帯びたインク液滴は、負
の電荷を帯びたエレクトレット電極９と対向位置に置か
れる接地電極８に吸引される。

エレクトレット偏向電極９との電気的接続がないことに
注意されたい。電界６は、エレクトレフトの固有の電荷
分布によって生じる。電界６の確立あるいは維持のため
、電源の如き付加的なエネルギ供給源は不要である。こ
のため、本実施態様は、従来の液滴印刷システムにおい
て見出される電気的ノイズ、アークの発生その他安全上
の諸問題が本質的に生じない。

第２図においては、本発明の第２の実施態様が示されて
いる。本実施態様においては、基本的なシステムは、イ
ンク液滴が正の電荷を帯びることおよびエレクトレット
電極および接地電極の位置が逆であることを除いて、第
１図のシステムと同じものである。従って、正の電荷を
帯びた液滴がその経路から負の電荷を帯びたエレクトレ
ット電極１２により偏向されて、液滴を基材ｌｌに衝突
させる。電荷を帯びない液滴はキャッチャ１０に到達す
る。

第３図は、負の電荷を帯びた液ｔ４１が負の表面ポテン
シャルのエレクトレット９と正の表面ポテンシャルのエ
レクトレット１５との間の電界に向けて偏向される第３
の実施態様を示す。本実施悪事フにおいては、！対の逆
の電荷を帯びたエレクトレットの使用によってより強い
電界を生じることができる。このような実施態様におい
ては、偏向電界に対して基材を更に接近させることによ
り、インク液滴のより大きな偏向が得られ、あるいは同
じ偏向作用でより高い印刷精度が得られる。

第４図においては、正の表面ポテンシャルのエレクトレ
ット１６と負の表面ポテンシャルのエレクトレット１２
との間の電界において正の電荷を帯びた液滴１４が偏向
される第４の実施態様が示されている。本実施態様は、
インク電□荷の極性、および正および負の電荷を帯びた
エレクトレットの位置を逆にする点を除き、第３図の実
施態様と同じである。

第５図は、負の電荷を帯びた液滴がキャッチャｌＯに向
けて偏向されて電荷を帯びない液滴１７が基材に対して
付着される第５の実施態様を示している。電荷を帯びた
液滴は、負の電荷を帯びたエレクトレット電極１８から
反発して接地された電極１９へ偏向される。

第２図乃至第４図に示される液滴の極性と、エレクトレ
ットの表面電荷の極性との組合せもまた、電荷を帯びた
液滴がキャッチャに対し偏向されるが電荷を帯びない液
滴は基材に対し指向されるこの第５の実施態様にも妥当
する。

市販されるエレクトレットの製造技術は当業者には周知
である。しかし、開示内容の完全を図るた・め、エレク
トレットが本発明における使用に適するようにするため
の方法について次に記述することにする。エレクトレッ
トに関するこれ以上の情報については、（参考のため引
用される）下記の文献を参照されたい。

即ち、Ａ、　Ｄ、　Ｍｏｏｒｅ著「静電見学およびその
応用（ＥＬＥＣＴＲＯ５ＴＡＴＩＣ５ＡＮＤ　ＩＴＳ　
ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳ）　Ｊ（Ｊｏｈｎ　Ｗｉｌｅ
ｙ　＆　５ｏｎｓ、　Ｉｎｃ、刊、１２２〜１２９頁、
１９７３年版権）およびこれに引用された文献。

要約すれば、エレクトレットは、永久表面電位を持つ、
即ち永久磁石が持つ磁界と類似するそれ自体の電界を生
じるように処理された誘電材料である。第６図は、本文
に開示される本発明に関連して作られ成功裡に使用され
てきたエレクトレットの詳細を示している。このエレク
トレット電極は、裏面のみに用いられる金属板３０上に
形成される。この板３０の片面には、約０．１０ａ＋ｍ
　（４ミル）の厚さのテフロン■の長いテープ３２が取
付けられている。このテープは、裏面に′接着剤で固定
されることが望ましい。

あるいはまた、例示された実施態様の金属板の如き支持
構造を必要としない自己保持エレクトレット電極を作る
ため厚いプラスチック、ワックスあるいはセラミックを
使用することもできる。

このように調製された組立体に、次に、下記の方法で比
較的恒久性に冨む静電荷が与えられる。

スペルマン（Ｓｐｅｌｌｍａｎ）モデルＲ）（Ｒ１０Ｐ
Ｎ３０の如き高電圧の電源が工作ナイフ等の如き鋭利な
刃を持つブレードに接続される。このエレクトレットは
、テフロン■テープの表面付近で前記ブレードを通過さ
せることにより荷電される。関連する電界によりコロナ
放電が生じて、前記テープ上に比較的恒久的な電荷の分
布を生じる。コロナ放電が生じる時、テフロンは約　１
２１”Ｃ（２５０下）まで加熱され、次いで、例えばフ
レオン（Ｆｒｅｏｎ■）スプレー・カンの如き凍結ミス
トにより約−４０℃（−４０下）まで急速に冷却される
。痛論、このような方法は本発明の実施に対し重要では
なく、単にエレクトレット材料が調製可能である１つの
方法を示しているに過ぎない。エレクトレット技術にお
いては他の方法が公知であり、必要に応じて使用するこ
とができる。必要なことは、電荷を帯びたインク液滴に
必要な偏向電界を生じるに充分な適宜の電荷を持つエレ
クトレットが調製されることである。エレクトレット電
極の調製および使用に際しては、テフロン表面を清潔か
つ乾燥状態に維持して表面ポテンシャルの逸失を防止す
ることが重要である。

本発明の望ましい実施態様について示し記したか、他の
実ｂＫ態様が可能であり、従って本発明は頭書の特許請
求の範囲によってのみ限定されるべきことが理解されよ
う。

【図面の簡単な説明】

第１図は単一のエレクトレットを使用する本発明の第１
の実Ｍｉ態様を示す概略図、第２図は液滴が逆の極性の
電荷を与えられる第１の実施態様と類似する第２の実施
態様を示す概略図、第３図は′偏向電界を形成するため
１対のエレクトレットが使用されるＴＳ３の実施態様の
概略図、第４図は第３図と類似するも正の電荷を帯びた
液滴を使用する第４の実施態様を示す概略図、第５図は
電荷を帯びない液滴が基材に当たる間負の電荷を帯びだ
液滴が基材から反らされる単一の負の電荷を帯びたエレ
クトレットを使用する第５の実施態様を示す概略図、お
よび第６図はエレクトレットの１形態の構造を示す断面
図である。 １・・・印刷用液層、２・・・ノズル、３・・・ノズル
・ハウジング、４・・・圧電素子、５・・・荷電電極、
６・・・電界、８・・・上部電極、９・・・下部電極、
１０−・・インク・キャッチャ、ｌｌ・・・基材、１２
−・・負の表面ポテンシャルのエレクトレット電極、１
４・・・正の電荷を帯びた液滴、１５・・・エレクトレ
ット、Ｉ６・・・正の表面ポテンシャルのエレクトレッ
ト電極、１７・・・電荷を帯びない液滴、１８・・・負
の電荷を帯びたエレクトレット電極、１９・・・接地さ
れた電極、３０・・・金属板、３２・・・テープ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、導電性を有するインク液滴を使用する液滴印刷シス
   テム用の液滴偏向装置において、 前記インク液滴の飛行経路に置かれ電界を生成する偏向
   電極構造体を設け、該構造体の少なくとも一部が帯電体
   （エレクトレット）であり、前記インク液滴が前記電界
   を通過する時その電荷の極性および大きさの関数として
   液滴の初期の経路から偏向されることを特徴とする液滴
   偏向装置。 ２、前記偏向電極構造体が、１対の隔てて配置された電
   極を含み、該電極の少なくとも一方がエレクトレットで
   あり、前記インク液滴が前記電極間に生じる電界を通過
   することを特徴とする請求項１記載の液滴偏向装置。 ３、前記電極が共にエレクトレットであり、一方のエレ
   クトレットが負の表面ポテンシャルを持ち、他方のエレ
   クトレットが正の表面ポテンシャルを有することを特徴
   とする請求項２記載の液滴偏向装置。 ４、前記電極の一方が負の表面ポテンシャルを持ち、他
   方の電極が接地されることを特徴とする請求項２記載の
   液滴偏向装置。 ５、前記電極が平行に隔てられた極板であることを特徴
   とする請求項２記載の液滴偏向 装置。 ６、前記電極が隔てられ放射状に拡がる極板であること
   を特徴とする請求項２記載の液滴偏向装置。 ７、前記エレクトレットが、ルーサイト（Ｒ）（Ｌｕｃ
   ｉｔｅ）、マイラー（Ｒ）（Ｍｙｌａｒ）、テフロン（
   Ｒ）（Ｔｅｆｌｏｎ）、ワックスまたはセラミックから
   なるグループから選択された材料から形成されたエレク
   トレットであることを特徴とする請求項１記載の液滴偏
   向装置。 ８、通過する電荷を帯びた液滴を偏向させる電界を生成
   する偏向電極構造体において、該構造体の少なくとも一
   部が帯電体即ちエレクトレットであることを特徴とする
   偏向電極構造体。 ９、前記偏向電極構造体が、１対の隔てられた電極から
   なり、該電極の少なくとも一方がエレクトレットであり
   、前記液滴は該電極間に生じる電界を通過するよう構成
   されたことを特徴とする請求項８記載の偏向電極構造体
   。 １０、前記電極が共にエレクトレットであり、一方のエ
   レクトレットが負の表面ポテンシャルを持ち、他方のエ
   レクトレットが正の表面ポテンシャルを持つことを特徴
   とする請求項９記載の偏向電極構造体。 １１、前記電極の一方が負の表面ポテンシャルを持ち、
   他方の電極が接地されることを特徴とする請求項９記載
   の偏向電極構造体。 １２、前記エレクトレットが、ルーサイト（Ｒ）（Ｌｕ
   ｃｉｔｅ）、マイラー（Ｒ）（Ｍｙｌａｒ）、テフロン
   （Ｒ）（Ｔｅｆｌｏｎ）、ワックスまたはセラミックか
   らなるグループから選択された材料から形成された薄膜
   エレクトレットであることを特徴とする請求項８記載の
   偏向電極構造体。 １３、高電圧の電源を使用することなく電荷を帯びた液
   滴を偏向させる電界を生成する偏向電極構造体において
   、該構造体の少なくとも一部が帯電体即ちエレクトレッ
   トであることを特徴とする偏向電極構造体。 １４、前記偏向電極構造体が１対の隔てられた電極から
   なり、該電極の少なくとも一方が エレクトレットであり、前記液滴が前記電極間に生成さ
   れる電界を通過するよう構成されたことを特徴とする請
   求項１３記載の偏向電極構造体。 １５、前記電極が共にエレクトレットであり、一方のエ
   レクトレットが負の表面ポテンシャルを持ち、他方のエ
   レクトレットが正の表面ポテンシャルを持つことを特徴
   とする請求項１４記載の偏向電極構造体。 １６、前記電極の一方が負の表面ポテンシャルを持ち、
   他方の電極が接地されることを特徴とする請求項１４記
   載の偏向電極構造体。 １７、高電圧の電源を使用することなく電荷を帯びた液
   滴を偏向させる方法において、 （ａ）少なくとも一部が帯電体即ちエレクトレットから
   形成される偏向電極構造体を提供し、 （ｂ）液滴を該偏向電極構造体を通過するよう指向させ
   る ステップからなることを特徴とする方法。