JPH0440186B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、通常流体ジエツト印刷装置に関し、
特に印刷幅が仮想的に無制限に印刷できる細長い
連続的な流体ジエツト印刷装置に関する。

先行技術において、種々の流体ジエツト印刷装
置が公知である。例えば、これらの内あるもの
は、現在商業的に供給されている。

主に、従来の流体ジエツト印刷装置は、加圧さ
れた不変色流体（インク、染料等）の芯状物が射
出される流体ジエツト小孔の線状に配列されたも
のを形成している。また各小孔の下流には、いわ
ゆる液滴形成領域に個々に制御可能な静電電荷電
極が配置される。静電誘導の公知な原理に従つ
て、流体芯状物は異極の電位を帯び、また各荷電
電極の電位の強さに関連する。このような流体芯
状物から液滴になつた時には、誘導された静電電
荷が液滴に荷電される。

代表的には、２個の荷電電位、すなわち零ある
いは所定の電圧が選択的に用いられる。従つて各
電極上の荷電電位を好ましく選択することによつ
て、各小孔から射出される液滴は選択的に荷電さ
れ、あるいは荷電されない。

各荷電電極の更なる下流において、液滴が主に
かなり強力な横断電界（偏向電極）によつて励起
される。この偏向電極は、帯電液滴を流体回収器
（キヤツチヤー）に偏向させて、印刷に用いられ
ない流滴を流体ジエツト小孔に供給する加圧流体
源に循環させる。無電荷の液滴は、主に印刷ある
いは選択的処理される基板（紙、織物等）に続行
（飛行）する。この基板は静止しても良いが、主
に液滴の飛行方向に対して横断する方向に移動し
ている。公知の技術は移動中の基板と、上記の流
体ジエツト小孔の配列の選択された小孔から射出
される個々の液滴の選択電荷とを整合して、基板
面に所望の模様（例えば、幾何学、アルフアベツ
ト模様等）を作るために用いられる。

次の米国特許で発行された先行の技術は、本発
明に関連する先行技術の徹底したリストに対して
意味がない。しかし、これらのリストは通常流体
ジエツト印刷装置の代表的なものである。

米国特許第3373437号スイート他 （1968） 〃 3596275号スイート （1971） 〃 3298030号ルイス他 （1967） 〃 3604980号ロバートソン （1971） 〃 3618858号カルプ （1971） 〃 3656171号ロバートソン （1972） 〃 3701998号マチス （1972） 〃 3787883号カシル （1974） 通常先行技術は各流体ジエツト小孔毎に個々の
分離した制御荷電電極を用いている。また複数の
流体ジエツト小孔配列物が（通常直線的に）装置
を横断する方向に用いられた場合には、注意深く
整合させ位置合せされた同数の流体ジエツト小孔
配列物および荷電電極配列物が用いられる。

例えば、上記先行技術において、この配列の例
外は５番目の米国特許第3656171号のロバートソ
ンの実施例である。ここでは、６個の小型の流体
ジエツト小孔の円周配列物が荷電電極と偏向電極
と両者を兼ねる単一の円筒電極内に配置される。
しかし、このような配列を線状に印刷する横断型
の機械の配列物に適用した場合には、流体ジエツ
ト小孔および電極間の正確な位置合せを維持する
ことがかなり制限された要求であることが明白で
ある。

通常、先行技術の流体ジエツト印刷装置が機械
の横断方向に直接的に配列されて、機械の貫通方
向（横断方向と直交する方向）に移動する基板に
線を印刷した場合には、かなり深刻な精度合せの
要求が流体ジエツト小孔および個々の荷電電極の
配列の正確に位置合せされた組立体および製造に
結果する。

例えば２番目の先行技術において、0.01667イ
ンチ（0.42mm）間隔で配置された約0.002インチ
（0.0508mm）直径の流体ジエツト小孔の配列物は、
約0.004インチ（0.10mm）直径の液滴を生じさせ
る。このような小孔は、内径が0.013インチ
（0.33mm）である導電荷電トンネルすなわち電極
によつて囲まれている。従つて個々の荷電トンネ
ルは、電気的に絶縁していなければならないの
で、かなり大きな径で作ることができない。も
し、各流体ジエツト小孔は、各荷電電極内に正確
な芯合せされていたと仮定したならば、液滴と荷
電トンネルの内壁との間に0.0045インチ（0.1143
mm）のみの放射間隔が必要である。

この流体ジエツト小孔配列物は、（例えば絶縁
基板において導電的に被覆された小孔の配列物の
ように）代表的に、荷電電極配列物から別々に製
造されて、板に配置される小孔配列物である。た
とえ、液滴が何の問題もなしに荷電トンネル面近
傍に直接通過できたと仮定しても、流体ジエツト
小孔配列物およびこれと別々に製造される荷電電
極配列物は、互いに組立後のどの位置においても
0.1143mmの誤差内に組立、製造しなければならな
いことが注目される。約10インチ（25.4cm）の印
刷幅を有する代表的な先行の装置においては、機
械的な組立製造の許容度がしばしば10000毎に約
4.5部以下に保持しなければならないことが注目
される。もし機械の横断方向が（代表的な織物に
印刷される応用例に要求されるように）十分に培
増したならば、要求される機械許容度は横に配列
させる毎に厳密になる。

さて、荷電電極配列物を有する小孔配列物の要
素−要素の機械的な位置合せのための従来の厳密
な要求が全く除去されることが可能であると発見
された。これら２種類の配列物を要素−要素の位
置合せの要求から効果的にはずすことによつて、
許容される製造および組立誤差は増加する。ある
環境において、機械的な許容誤差の増加は、例え
ば織物印刷および他の応用例に要求されるかなり
幅広の寸法の機械を実務的に実現するのに絶対的
でないけれど必要である。

例えば、織物模様発生器の場合には、２メータ
以上の範囲の幅にわたつて１インチ（2.54cm）毎
に100ドツトの割合の解像力を維持することが必
要である。また織物のシートに印刷するために
は、１インチ毎に70ドツトの寛大な解像力が要求
される。さらに紙に高解像度の文字等を印刷する
ことに関しては、存在する標準の品質に合わせる
ために、かなり小さい印刷幅（例えば8.5インチ）
と、１インチ毎に300ドツトの解像力とが代表的
に要求される。これら全ての応用例において、
別々に製造された小孔配列物および荷電電極配列
物との組立物を多数、要素（小孔）−要素（荷電
電極）の精度良く位置合せする従来の要求は、１
番因難および厳密な製造要求の１つを提供する。

本発明は、流体ジエツト小孔配列物と個々の荷
電電極配列物とを用いた流体ジエツト印刷装置の
製造あるいは組立時誤差の機械的許容度をかなり
増加させるものと信じれる。要約すると、流体ジ
エツ小孔（オリフイス）の数は個々の荷電電極の
数に対して実質的に増加し、実際的でないが無制
限の場合には流体オリフイスの無限数が仮想の流
体シートを生ずるために用いられる。従つてこの
仮想シートの断面は選択的に荷電および偏向され
て所望の印刷模様を生じさせる。

本発明で用いられるかなり高密度の線形小孔配
列物は、これら２個の組立配列物の長さに沿つて
厳密な要素（小孔）−要素（荷電電極）位置合せ
を要求されないで、かなり低密度の個々の荷電電
極配列物に組み込まれる。この組立後の向上した
印刷解像度は、要素−要素の厳密な位置合せの必
要性からシステムを同時に解放しながら低密度荷
電電極配列物によつて根本的に可能である。印刷
小孔が個々の荷電電極間に偶然位置されている限
り、ある度合の印刷誤差が起こるが、このような
誤差は最小にでき、またどんな時でも、多くの応
用例において、つまらないことである。この生じ
得る平均印刷ピクセルは、各電極に荷電され、こ
れと関連する複数の流体小孔によつて同時に低下
する。従つて各電極の幅は、本発明によつて生じ
る機械方向の印刷線に対応し、機械交差方向のド
ツト組立物のピクセル幅に略等しい。

技術において、個々の流体芯状物および個々に
関連の電極によつて荷電される液滴共同物は単一
ドツトで印刷でき、従つて１ドツト幅の機械方向
のドツト線を印刷することができる。

別の言い方をすれば、本発明は、次のように形
成された約Ｌ／Ｎの平均ピクセル幅の容量および
向上した印刷解像位置を有する細長い流体ジエツ
ト印刷装置を提供する。

(a) 流体ジエツト芯を個々に通過させるための第
１の細長い流体ジエツト小孔配列物はＬの単位
長さ毎にＭ数の流体ジエツト小孔（オリフイ
ス）を有している。

(b) 第２の細長い個々の荷電電極配列物は、第１
の小孔配列物の下流の片側に離れて位置して流
滴が流体芯から形成された時に流滴を電気的に
荷電し得る。

(c) この第２の荷電電極配列物は、Ｌの単位長さ
毎にＮ数の荷電電極を有している。

(d) 流体ジエツト小孔Ｍは荷電電極Ｎよりかなり
大きい。

本発明に関連して、ピクセルとは、各電極によ
り制御される印刷されたインクのユニツトを意味
する。このピクセルは、１もしくはそれ以上のド
ツトを含むものであり、各電極によりいくつのジ
エツト流が制御されるか、およびいくつかの機械
方向のドツトが、電極が帯電しない各時間、各ジ
エツト流により印刷されるかに依存するものであ
る。機械方向の印刷の線は、基板が印刷ヘツドを
通過した際に、同じ電極により制御されるピクセ
ル群による印刷の結果である。

ある実施例においては、個々の荷電電極に対し
て少なくとも２倍の流体ジエツト小孔を有してい
る。ある実施例において荷電電極配列物が流体液
滴の片側のみに形成されてもよいが、本発明の他
の実施例は液滴の両側に配置された１対の荷電電
極配列物を備えている。また他の実施例は、１対
の平行な流体ジエツト小孔配列物の各々が各荷電
電極配列物によつて独立に制御される限り、小孔
配列物と荷電電極配列物とが互いに離されて、全
体の印刷装置のために向上した解像力を形成して
いる。

これらおよび他の目的および利点は、添付の図
面を参照して本発明の現在好ましい実施例の次の
説明から明らかになると理解される。

第１図において、加圧された流体源１００は、
下方に位置して移動する基板１０２上に（例えば
幾何学模様、文字等の）模様を選択的に置くイン
ク、染料あるいは他の流体を主に形成している。
主に基板１０２は、（矢印１０４で示すように）、
機械を貫通する方向に、駆動ローラ１０６として
概略的に示されている従来の移送機構によつて移
動させられる。

この加圧流体源１００は、（第１図の紙面に直
交する）機械と交差方向の全てに沿つて延長して
いる小孔配列物１０８に供給される。各小孔１１
０は液滴形成領域において個々の液滴１１４にな
る流体の芯状物１１２を射出する。この液滴形成
は公知の物理学的考慮によつていかなるシステム
においても予知できる。この液滴形成領域近傍の
小孔１１０の下流には、（１２０で示されるよう
に代表的に電気的に接地されている）小孔配列物
に対して荷電電圧を選択的に印加する個々の荷電
電極が機械を交差する方向に配置された荷電電極
配列物１１６が形成される。静電誘導現像を通し
て、分離された液滴１１４は、形成時に選択的に
荷電される。

これら液滴１１４は、第１図に示されるよう
に、荷電された液滴がゲツターすなわち回収装置
１２４に偏向させる偏向電極１２２から液滴の動
きの交差方向に指向させるかなり強力な（静電）
電界の下流に続行している。従つて配列は、荷電
液滴１１４が電気的に偏向されて回収器１２４に
回収され、ここからポンプ１２６を介して加圧流
体源１００に循環される。帯電していない液滴１
１４は、下流に続行して所定位置の可動基板１０
２上に結果として堆積される。

従来の印刷工程制御回路１２８は、基板１０２
上に所望の模様を印刷するために、従来の模様入
力機構１３０に従つて、（荷電電極配列物１１６
を経由して）選択的に液滴を荷電しながら（輸送
ローラ１０６を介して）基板の動きを整合するた
めに用いられる。

第１図に示される全ての要素およびシステム
は、小孔配列物１０８および荷電電極配列物１１
６以外が従来的であるので、ここでより詳細に説
明しない。しかし、当該技術者は、第１図に示す
通常の型の全体的な流体ジエツト印刷機構の輪郭
および変形が可能であり、また本発明の実施に用
いられることが認識される。

小孔配列物１０８と、要素−要素毎の位置合せ
された荷電電極配列物１１６との代表的な従来の
構造は第２図，第３図に示されている。この第２
図の従来の配置は、既に述べた様に、小孔配列物
１０８と荷電電極配列物１１６との間の組立誤差
が約25.4cmのみの機械交差幅にわたつて10.000毎
に約4.5部以上に保持しなければならない。

またほとんど従来の配置は、第３図に示すよう
に、各流体小孔毎に対面して単一の電極のみが形
成されていた。これら先行のシステムは、高解像
力が得られたが、小孔配列物と個々の荷電電極配
列物との間の組立誤差が厳密に要求される。

さて、第１図および第４図に示す本発明の実施
例においては、オリフイス板すなわち小孔配列物
における流体ジエツト小孔１１０ａ〜１１０ｇお
よび荷電電極１６ａ，１６ｂ間の要素−要素毎の
位置合せが要求されないで、従来と略等しいある
いはいくぶん高解像度の印刷を達成することが可
能である。このゆるい許容できる機械的交差は、
個々の荷電電極１６ａ，１６ｂ等の数より流体ジ
エツト小孔１１０の数をかなり多く形成すること
によつて達成される。従つて、小孔配列物および
荷電電極配列物間の要素−要素の精密な位置合せ
が必要ないが、各荷電電極は１個以上の流体ジエ
ツト小孔を制御することが確保される。

基板上に同じ平均的な流体流量を維持するため
には、かなり小径の小孔１１０が従来のそれと比
較した時に本発明において用いられる。要する
に、小孔配列物上の一体化された小孔領域の合計
は、ほとんどの例において略一定に維持される。
従つて第４図に示されるように、同じ流体流が先
行技術の第２図の実施例に示すように維持された
ならば、各小孔１１０の直径は小孔密度の比の平
方根を基準とするフアクタで減少しなければなら
ない。

第５〜第８図に示す本発明の実施例に関して
は、印刷ヘツドの一部が示されている。従つてこ
の構造は両方の方向に外方に延びて所望の機械交
差長さまで連続している。これら交互の実施例
は、２個の荷電電極配列物間の所定の位置合せの
公差要求が仮定されるが、このような要求は、荷
電電極配列物および小孔板のような類似しない構
造間の先行技術の位置合せ要求より実際的実現す
ることがほとんど要求されないものと信じられ
る。本発明は、各荷電電極が第５〜第７図に示す
ように対面する荷電電極を有し、あるいは第８図
に示すようにずれて対面する荷電電極を有して、
オリフイス板から飛行する個々の液滴の流れおよ
び流体芯の一つ以上に作用あるいは影響してい
る。

例えば第５図に示すように各電極２２および２
４は少なくとも２個の流体芯２８に関連しあるい
は作用される。また第６図においては電極３０お
よび３２が３個の流体芯３４，３６および３８に
影響すなわち作用し、一方第７図において電極の
各々が４個の流体芯４４〜５０に影響している。
さらに第８図においては、各電極が複数のジエツ
ト流体芯に影響しているが、この例における電極
は対立的に対にならないように互い違いにずれて
両側に配置されている。従つて２列のジエツトは
違いにずれて配置されている。この配置は一列の
小孔配列物および単一あるいは両側の荷電電極配
列物の配置に対して約２倍の解像力を形成してい
る。代表的に共通の偏向電極が２列の小孔配列物
間の下流に配置される。

これら種々の配置から、本発明のジエツト小孔
の密度および流体芯の流れは、標準インク装置の
１インチ毎に100のドツト数に比べてかなり高い
解像力、約150〜400ジエツト／インチのドツト数
を有している。

従来のシステムに依存する流体を維持するため
には、インチ毎のホール数が対応の先行技術のシ
ステムに対して数が増加しているので、本発明の
ホール直径の各々は数および２群のホールの回収
領域から引き出される式に従つて減少させなけれ
ばならない。丸い穴だと仮定すると、直径ＤのＭ
数のホールの全領域はＭ×π（１／2D）²であり、
これが従来のシステムの直径D′のM′数のホール
ノ全領域すなわちM′×π（１／2D′）²と等しい。
従つて直径Ｄは、 Ｄ＝D′×√′ である。

従つて本発明のホールの寸法は、ホールの２個
の数すなわち密度の比の平方根に比例する。例え
ば従来の装置における小孔密度が100／インチ
（すなわち100ドツト／インチの解像力）であり、
本発明によつて実施された対応のシステムが
200／インチ（２列に各々100個／インチの荷電要
素を有して）の小孔密度であるならば、従来のシ
ステムのホール寸法は代表的に0.002インチであ
り、一方本発明のホール直径は0.002×√100×
200すなわち約0.001414インチである。本発明に
おける各ジエツト小孔からの流れは半分になる
が、ホールの数が２倍であるので単位長さのオリ
フイス板の流れは２つのシステムにおいて同じで
ある。

本発明の現在好ましい一実施例において、この
荷電電極板は中心−中心間が約0.007インチで間
隔配置され、すなわち約143個／インチの荷電電
極で間隔配置されている。これと関連の小孔は中
心−中心間が約0.0035インチすなわち約283個／
インチの密度で配置され、また直径が各々約
0.0013インチである。従つて液滴は小孔の直径の
約２倍すなわち0.0026インチである。

本発明の実施例において、オリフイス板および
印刷ヘツドの棒状物は1.8〜３メートル以上でよ
い。

第５図において、荷電電極２２および２４は、
真正面に対面して配置されて少なくとも２個のジ
エツト流２６および２８に影響している。

第６図において、荷電電極３０および３２は、
真正面に対面して配置されて少なくとも３個のジ
エツト流３４，３６および３８に影響している。

第７図において、荷電電極４０および４２は、
真正面に対面して配置されて少なくとも４個のジ
エツト流４４，４６，４８および５０に影響して
いる。

第８図において、荷電電極６０，６２および６
４は２列にジエツト小孔配列物６６，６８の片側
に位置し、一方荷電電極７０，７２，７４および
７６は２列に小孔配列物６６，６８の反対側に位
置している。この電極６０は電極７０および７２
間のギヤツプを補い、また電極７０は電極６０お
よび６２間のギヤツプを補つている。このような
２列の小孔配列物６６および６８の両側間電極の
ずれた配置は、全長に沿つて続行して、どの電極
も真正面に対面配置されていない。このジエツト
の互い違いは、単一列の小孔配列物と比較して印
刷される２重の解像力を許容する。

各配列において電極と整合するように制御する
ことによつて、主に個々の電極長さに等しい増加
量で機械交差方向に沿つて印刷あるいはギヤツプ
を残すことが可能である。また印刷が２列の小孔
配列物で影響される時はいつも、機械交差方向の
解像力は二重であるが、最少の可能な印刷増量は
単一の電極幅である。

前述したように、本発明の現在の応用例は、１
インチ毎に約100以上の電極を配置することが好
ましい。しかし各電極はその近傍の２個あるいは
３個以上のジエツトを荷電する。従つてジエツト
小孔と荷電電極と間に要求される位置合せが存在
せず、第４図〜第８図に示すように種々の形態の
荷電電極が用いられることが注目される。従つて
２個以上のジエツトが１個の電極によつて制御さ
れる。すなわち単位長当りジエツト数Ｍと荷電電
極数Ｎとの比は整数でなくても良い。

本発明によつては、荷電電極とオリフイス板要
素との間の組立公差を近く維持することがもはや
要求されない。従つて公差はインクジエツトシス
テムの機械幅に制限されることがなく、これが無
いことでかなり短幅の装置においても原価を安く
することができる。また微細な孔を近接して形成
する従来の製法が半導体あるいはプリント基板製
造業界で供給可能であるので、オリフイス板に好
適な輪郭の小孔を各々作ることに問題がない。同
様に、荷電板は従来の技術（写真エツチング技術
によるプリント基板の製造）によつて好適な公差
に製造できる。

もしジツトは荷電電極と非荷電電極と間に正確
に配置されていたならば、液滴が部分的に帯電し
て従つて部分的にゲツターすなわち循環機構に偏
向される。この場合、液滴はわずかに基板に付着
する。しかし、液滴ゲツタ構造はかなり低角度の
偏向でも液滴を回収でき、わずかに誤差的な液滴
が基板に付着する。

本発明は、現在最も実務的で好ましい実施例を
考慮して記述したが、これらの実施例に限定され
るものではなく、反対に全ての変形例および等価
の配列が含まれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施した流体ジエツト印刷装
置の概略図、第２図は従来の流体ジエツト印刷装
置の小孔と電極との配置図、第３図は別の従来の
流体ジエツト印刷装置の小孔と電極との配置図、
第４図は第１図の流体ジエツト印刷装置に用いら
れる小孔配列物および荷電電極配列物の一実施例
の詳細図、第５図〜第８図は第１図の流体ジエツ
ト印刷装置に用いられる小孔配列物および荷電電
極配列物の別の一実施例の詳細図である。 １６ａ，１６ｂ…荷電電極、１０８…小孔配列
物、１１０…小孔（オリフイス）、１１２…流体
の芯状物、１１６…荷電電極配列物。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 芯状の流体ジエツト流を個別に通過させる小
   孔が単位長さＬ毎にＭ個配列された第１の配列物
   と、 この第１の配列物の下流の少なくとも片側に配
   置されると共に前記流体ジエツト流が液滴になつ
   たときに該液滴を帯電させる荷電電極を有し、こ
   の荷電電極が単位長さＬ毎にＮ個配列され、かつ
   この荷電電極が１インチあたり100個以上設けら
   れた第２の配列物と、 前記荷電電極により帯電された液滴を偏向させ
   る手段とを有し、 前記第１および第２の配列物間には、前記小孔
   と前記荷電電極との位置合わせがされておらず、 また、前記Ｍが前記Ｎの少なくとも２倍であ
   り、 さらに、平均ピクセル幅がＬ／Ｎであることを
   特徴とする流体ジエツト印刷装置。 ２ 前記第１の配列物が、前記第２の配列物と平
   行であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載の流体ジエツト印刷装置。 ３ 前記第２の配列物が、前記第１の配列物の下
   流の両側に配置されていることを特徴とする特許
   請求の範囲第２項記載の流体ジエツト印刷装置。 ４ 前記小孔に印刷液を供給して複数の平行な流
   体ジエツト流を発生させる手段を有することを特
   徴とする特許請求の範囲第３項記載の流体ジエツ
   ト印刷装置。 ５ 予め決めれた電気的な信号により、電極を通
   過する液滴を荷電するための対応する電極を選択
   する手段を有することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項から第４項までのいずれかに記載の流体
   ジエツト印刷装置。 ６ 前記偏向させる手段により偏向された液滴を
   回収する手段を有することを特徴とする特許請求
   の範囲第１項から第５項までのいずれかに記載の
   流体ジエツト印刷装置。 ７ 前記各荷電電極の幅が、前記複数の小孔から
   噴射される少なくとも２個の芯状の流体ジエツト
   流にまたがる幅であることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項から第６項までのいずれかに記載の
   流体ジエツト印刷装置。 ８ 対応する予め定められた液滴を荷電するため
   の複数の個々の選択された荷電電極に電圧を加え
   るための手段を有することを特徴とする特許請求
   の範囲第１項から第７項までのいずれかに記載の
   流体ジエツト印刷装置。