JPH08238768A - ドット・サイズが変調されたインク・ジェット・プリント方法及び装置 - Google Patents

ドット・サイズが変調されたインク・ジェット・プリント方法及び装置

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JPH08238768A
JPH08238768A JP8017194A JP1719496A JPH08238768A JP H08238768 A JPH08238768 A JP H08238768A JP 8017194 A JP8017194 A JP 8017194A JP 1719496 A JP1719496 A JP 1719496A JP H08238768 A JPH08238768 A JP H08238768A
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デーヴィッド・エイ・テンス
Sharon S Berger
シャロン・エス・バーガー
Ronald F Burr
ロナルド・エフ・バール
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 単一のインク・ジェット・ヘッドを用い、こ
のオリフィスの大きさよりも小さく、制御可能な大きさ
のインク滴を、選択可能なプリント分解能により発生す
る。 【解決手段】 オリフィス１４に圧力室２２が流体的に
結合し、このオリフィス及び画像受け媒体を相対的に移
動させる。トランスジューサ・ドライバ３６は、圧力室
に結合したトランスジューサ３２を作動させる第１及び
第２エネルギーを発生して、オリフィスにインクのメニ
スカスを第１及び第２モード形状に励起して、夫々第１
量及び第２量のインク滴を噴射させる。第１エネルギー
入力のスペクトラム分布は、第１走査速度に応じて選択
されると共に、メニスカスを第１モード形状で励起させ
て、第１量のインク滴をオリフィスから第１分解能で噴
射させる。第２エネルギー入力のスペクトラム分布は、
第２走査速度に応じて選択されると共に、メニスカスを
第２モード形状で励起させて、第１量よりも少ない第２
量のインク滴をオリフィスから第２分解能で噴射させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、インク・ジェット
・プリント、特に、インク・ジェット・プリント・ヘッ
ドから異なる量のインク滴（流体）を噴射する方法及び
装置、即ち、ドット・サイズが変調されたインク・ジェ
ット・プリント方法及び装置に関する。
【０００２】従来のドロップ・オン・デマンド型インク
・ジェット・プリント・ヘッドは、典型的には、単一量
のインク滴を噴射する。このインク滴は、プリント媒体
（画像受け媒体）上に、インク・ドットを発生するが、
その大きさ（サイズ）は、１ミリメートル当たり１２ド
ットの如き所定分解能で、「一様な満たされた状態（ソ
リッド・フィル）」ができる程度である。単一ドットの
大きさのプリントは、ほとんどのテキストや、「写真」
画像品質を必要としないグラフィック・プリントのアプ
リケーションに対して充分である。写真画像品質には、
通常、高いドット分解能や、画像を形成するドットの反
射率（即ち、グレー・スケール）を変調できる能力が必
要とされる。
【０００３】単一ドットの大きさのプリントにおいて、
画像領域の平均反射率は、典型的には、「ディザ」の処
理により変調される。このディザでは、所定のドット密
度にてドット配列を選択的にプリントすることにより、
このドット配列の知覚輝度を変調する。例えば、５０パ
ーセントの局部的反射率が望ましいならば、その配列内
の半分のドットがプリントされる。「チェッカー・ボー
ド」パターンは、最も均一に現れる５０パーセント局部
平均反射率となる。多ディザ・パターン・ドット密度
は、反射率レベルの範囲を広くする。２×２のドット配
列では、４つの反射率レベル・パターンが可能である。
８×８のドット配列では、２５６種類の反射率レベルを
発生できる。無数の適切なディザ配列を所定配置でプリ
ント媒体に配分することにより、利用可能なグレー・ス
ケール画像を達成している。
【０００４】しかし、ディザにより、可能な反射率レベ
ルの数と、これらレベルを達成するのに必要なドット配
列領域とを交換している。１ミリメートル当たり１２ド
ット（１インチ当たり３００ドット）の分解能のプリン
タにおける８×８ドット配列ディザにより、有効グレー
・スケール分解能が１ミリメートル当たり１．５ドット
（１インチ当たり７５ドット）に下がる。しかし、かか
るディザ配列パターンによりプリントしたグレー・スケ
ール画像では、画像品質が低下する。
【０００５】ディザの代わりとしては、インク・ドット
の大きさを変調する方法があるが、これは、インク・ジ
ェット・ヘッドが噴射する各インク滴の量を制御する必
要がある。インク・ドットの大きさの変調（以下、「グ
レー・スケール・プリント」という）は、ディザが必要
ないので、完全にプリンタの分解能を維持する。さら
に、グレー・スケール・プリントにより、より高い有効
プリント分解能が得られる。例えば、１ミリメートル当
たり１２ドット（１インチ当たり３００ドット）の分解
能で２つのドットの大きさでプリントした画像は、２ド
ット・ディザ配列で１ミリメートル当たり２４ドット
（１インチ当たり６００ドット）の分解能で１ドットの
大きさによりプリントした同じ画像よりも一層鮮明であ
る。
【０００６】インク・ジェット・プリンタ・ヘッドから
噴射したインク滴の量を変調する装置及び方法が以前か
ら知られている。１９７６年３月２３日に発行された米
国特許第３９４６３９８号「書込み流体及び滴投影手段
による記録方法及び装置」では、インク滴の量が可変の
ドロップ・オン・デマンド型インク・ジェット・ヘッド
を開示しており、圧電セラミック・トランスジューサ
（変換器）（以下「ＰＺＴ」という）によりインク圧力
室内に発生した圧力パルスに応答して、インク滴を噴射
する。インク滴量の変調には、各圧力パルスを発生する
ためにＰＺＴに供給する電気波形エネルギーの量を変化
させる必要がある。しかし、インク滴量を変化させる
と、インク滴の噴射速度も変化して、インク滴が間違っ
た位置に到達する点に留意されたい。よって、一定のイ
ンク滴量が、画像品質を維持する方法とされている。さ
らに、インク滴噴射レートは、１秒間当たり約３０００
ドットに制限されており、このレートは、典型的なプリ
ント速度条件に比較して遅い。
【０００７】１９８３年７月１２日に発行された米国特
許第４３９３３８４号「インク・プリント・ヘッド小滴
噴射技術」は、改良されたＰＺＴ駆動波形を開示してお
り、この駆動波形が、インク・ジェット・オリフィス内
に位置するインク・メニスカスとの相互作用に時を合わ
せた圧力パルスを発生して、インク滴量を変調する。イ
ンク・メニスカス及びプリント・ヘッドが共振するのを
避けるように、そして極端な負圧力の可動域（エクスカ
ーション：excursion ）を防ぐように、駆動波形を整形
するので、高いインク滴噴射レートと、早いインク滴噴
射速度と、改善された精度のインク滴到達位置とを達成
できる。この技術により、インク滴量と噴射速度とを独
立に制御できる。
【０００８】しかし、この小滴噴射技術は、直径がオリ
フィスの直径以上のインク滴が得られるのみである。オ
リフィス直径のインク滴は、プリント媒体への衝突で平
らになり、オリフィス直径よりも大きいドットを形成す
る。ソリッド・フィル・プリントでは、プリンタの分解
能で接線方向に離れた間隔で、最大量のインク滴の連続
的な流れを噴射する必要がある。したがって、１ミリメ
ートル当たり１２ドットの分解能のプリンタにおいて、
最大ドットは、直径が約１１８ミクロンでなければなら
ない。グレー・スケールのプリントが必要ならば、オリ
フィス直径よりもいくらか大きな直径に制限するのに、
小さなドットが必要である。明らかに、２５ミクロンに
近いオリフィス直径が必要であるが、これは、製造には
非現実的であり、インクの詰まり易い直径である。
【０００９】１９９２年６月２３日に発行され、本願出
願人に譲渡された米国特許第５１２４７１６号「ドロッ
プ・オン・デマンド型インク・ジェット・プリント・ヘ
ッドを用いた大きさ可変のインク滴によるプリント方法
及び装置」と、１９８７年１月２７日発行の米国特許第
４６３９７３５号「液体ジェト・ヘッド駆動装置」と
は、インク・ジェットのオリフィス直径よりも小さなイ
ンク滴を噴射するのに適した回路及びＰＺＴ駆動波形を
開示している。しかし、各インク滴の噴射速度はその量
に比例しており、残念なことに、この量により、インク
滴の到達位置にエラーが生じる。
【００１０】１９９２年６月３日に出願され、本願出願
人に譲渡された米国特許出願第０７／８９２４９４号
「電界を用いたドロップ・オン・デマンド型インク・ジ
ェット・プリント・ヘッドによるプリント方法及び装
置」は、インク滴の噴射速度の補償を開示している。こ
の特許出願では、時間的に変化しない電界が、インク滴
の量に反比例してこのインク滴を加速するので、噴射速
度の差による影響が減る。電界動作の他の観点では、イ
ンク・メニスカスがオリフィスから膨張するのに充分で
あるがインク滴噴射には不十分な波形で、ＰＺＴを駆動
する。電界は、膨張したメニスカスからのインクの細い
フィラメント（糸状体）を引きつけて、オリフィス直径
よりも小さなインク滴を形成する。残念なことに、この
電界は、プリンタを複雑にし、高価にし、潜在的に危険
とし、埃を引き寄せ、信頼性をなくす。
【００１１】インク滴の量を変調する他の方法は１９８
８年５月２４日に発行された米国特許第４７４６９３５
号「マルチトーン・インク・ジェット・プリンタ及び動
作方法」に開示されている。この米国特許は、オリフィ
スの大きさが多数で、各大きさが特定のインク滴量の噴
射に最適なインク・ジェット・プリント・ヘッドを開示
している。もちろん、かかるプリント・ヘッドは、少な
くとも２倍の数のジェットを有する単一オリフィス・サ
イズのプリント・ヘッドよりも非常に複雑であり、最小
のインク滴量を発生するのに非常に小さなオリフィスが
必要である。
【００１２】１９８５年３月５日発行の米国特許第４５
０３４４４号「高速熱インク・ジェット・プリンタによ
るグレー・スケールの発生方法及び装置」や、１９８５
年４月２３日発行の米国特許第４５１３２９９号「多数
のパルス共振インク滴噴射によるスポット・サイズの変
調」や、１９８５年発行のＳＩＤダイジェストの第３２
１頁及び第３２２頁に記載のイー・ピー・フォファ著
「ドロップ・オン・デマンド型インク・ジェット技術に
おけるスポット・サイズ変調」は、夫々、多パルスＰＺ
Ｔ駆動波形を用いて、所定数の小さなインク滴を噴射
し、飛行中に一緒にして、単一の大きなインク滴を形成
することを開示している。この技術は、インク滴噴射速
度が一定であるという利点があるが、インク・ジェット
・ヘッドのオリフィス直径よりも非常に大きなインク滴
を本来的に形成する。
【００１３】明らかに、インク・ジェットのインク滴の
形成及び噴射を管理する物理法則は、複雑に相互関連し
ている。よって、１９８８年３月８日に発行された米国
特許第４７３０１９７号「インパルス・インク・ジェッ
ト・システム」は、インク・ジェットの幾何学的特徴、
ＰＺＴ駆動波形、メニスカス共振、圧力室共振、及びイ
ンク滴噴射特性の間の多くの相互作用について説明する
と共に、これらを特徴つけている。特に、多オリフィス
・プリント・ヘッドにおいて、ジェット間のクロストー
クが、インク滴量の均一性に影響を与えるので、「ダミ
ー・チャンネル」及び柔軟性のある室壁を設けて、クロ
ストークの影響を最小にする。プリント・ヘッド及び流
体共振を左右するＰＺＴ駆動波形補償技術により、１０
キロヘルツのインク滴噴射レートを達成する。しかし、
この技術は、インク滴量を均一にしようとしているの
で、得られるインク滴の直径は、オリフィスの直径とほ
ぼ同じである。この従来特許は、インク滴量の変調を認
識していないし、グレー・スケール・プリントを目的と
していない。
【００１４】１９９２年１２月８日に発行され、本願出
願人に譲渡された米国特許第５１７０１７７号「インク
・ジェットを動作させて、高品質のプリント及び高速プ
リントを達成する方法」では、特別なエネルギー分布の
ＰＺＴ駆動波形により、主要なインク・ジェット・ヘッ
ド共振周波数を最低にすることを開示している。よっ
て、一定のインク滴量及び噴射速度が、広範囲のインク
滴繰り返しレートにわたって得られる。しかし、同様
に、米国特許第４７３０１９７号が、均一で最適なイン
ク滴量を開示しており、その結果得られたインク滴直径
は、オリフィス直径とほぼ同じである。また、この特許
は、インク滴量の変調を認識していないし、グレー・ス
ケールのプリントにも注意を払っていない。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】よって、性能を犠牲に
することなく、高分解能グレー・スケールのプリント
で、選択可能な分解能のプリントができる、簡単で、安
価なインク・ジェット・プリント・ヘッド・システムが
必要とされている。この必要性は、本発明の装置及び方
法に一致する。
【００１６】したがって、本発明の目的の１つは、オリ
フィスの大きさよりも小さくできる制御可能な大きさの
インク滴を高い繰り返しレートで発生できるグレー・ス
ケール・インク・ジェット・プリント方法を提供するこ
とである。
【００１７】本発明の他の目的は、従来のインク・ジェ
ット・ヘッドを駆動して、その性能及び出力生成物の分
解能を改善する方法を提供することである。
【００１８】本発明の更に他の目的は、大形のインク・
ジェット・オリフィスを製造する際の確実さ及び簡単さ
から、小形のインク・ジェット・オリフィスの性能を得
る装置及び方法を提供することである。
【００１９】本発明の他の目的は、ディザ、電界、多く
のジェット及び／又はオリフィスの大きさを必要とせず
に、高分解能のグレー・スケール・インク・ジェット・
プリント装置及び方法を提供することである。
【００２０】本発明の更に他の目的は、多くの選択可能
なプリント分解能が得られる高分解能インク・ジェット
・プリント装置及び方法を提供することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】本発明によるインク・ジ
ェット装置及び方法は、多くのＰＺＴ駆動波形を与え
て、高分解能のグレー・スケール・プリント、又は選択
可能な分解能のプリントを行う。なお、ＰＺＴ駆動波形
の各々は、インク・ジェット・プリント・ヘッドのオリ
フィスの異なるモーダル（modal）共振を励起するスペ
クトラム・エネルギー分布を有する。所望の発振モード
に関連した周波数でスペクトラム・エネルギーが集中
し、所望モードと競合して他の発振モードにおけるエネ
ルギーを抑圧する無関係周波数又は寄生周波数を避けた
特定の駆動波形を選択することにより、噴射されたイン
ク滴の直径は、選択したメニスカス表面の発振モードで
の中央エクスカーション（excursion ：可動域）の大き
さに比例する。高いオーダーの発振モードの中央エクス
カーションの大きさは、オリフィス直径よりも非常に小
さいので、インク滴の噴射がオリフィス直径よりも小さ
くなる。特定のオリフィス直径が必要ないので、従来の
オリフィス製造技術を使用できる。
【００２２】本発明の利点の１つは、従来と異なる小さ
なオリフィスを必要としないで、噴射性能を改善し、ま
た、汚染物質がインク・ジェット・オリフィスに詰まる
可能性が低下することである。
【００２３】本発明の他の利点は、噴射繰り返しレート
の広い範囲にわたってほぼ同じ噴射速度において、噴射
インク滴量を選択できることである。
【００２４】本発明の更に他の利点は、プリント品質に
対してプリント速度を変更でき、多数のプリント分解能
を選択できることである。
【００２５】本発明のその他の目的及び利点は、添付図
を参照した好適実施例の以下の説明から明らかになろ
う。
【００２６】
【発明の実施の形態】図１は、本発明を用いるのに適す
るインク・ジェット・プリント・ヘッドの一部であるイ
ンク・ジェット１０の断面図である。インク・ジェット
１０は、インク多岐管（マニフォルド）１２の境界を定
める本体を具えており、このインク多岐管１２を介し
て、インクがインク・ジェット・プリント・ヘッドに供
給される。本体は、インク滴形成オリフィス１４を定め
ると共に、インク多岐管１２からオリフィス１４へのイ
ンク流経路を定める。一般的に、インク・ジェット・プ
リント・ヘッドは、インク滴を画像受け媒体（プリント
媒体：図示せず）にプリントするのに用いるため、互い
に密接に離間したオリフィス１４の配列を好ましくは含
んでいる。
【００２７】典型的なインク・ジェット・プリント・ヘ
ッドは、黒プラス減算混合３原色プリントに用いる黒、
シアン、マゼンタ及びイエロのインクを受ける少なくと
も４個の多岐管を具えている。しかし、かかる多岐管の
数は、プリントを黒インク単独で行うか、色の全範囲未
満で行うかにより、変化する。インクは、多岐管１２か
ら、入口ポート１６、入口チャンネル（溝）１８、圧力
室ポート２０を介してインク圧力室２２に流れる。イン
クは、出口ポート２４を介して、圧力室２２を離れ、更
に、出口チャンネル２８を介してノズル１４に流れる。
このノズル１４からインク滴が噴射される。代わりに、
オフセット・チャンネル２６を、圧力室２２及びオリフ
ィス１４の間に設けて、特定のインク噴射アプリケーシ
ョンに適合するようにしてもよい。
【００２８】インク圧力室２２は、フレキシブル隔壁
（ダイアフラム）３０が一方の側部となる。ＰＺＴの如
き電気機械トランスジューサ３２は、適切な接着剤で隔
壁３０に固定され、インク圧力室２２に被さる。従来形
式では、トランスジューサ３２は、金属フィルム層３４
を具えており、この金属フィルム層に電気トランスジュ
ーサ・ドライバ（駆動器）３６が電気的に接続される。
他の形式のトランスジューサを用いてもよいが、電圧が
金属フィルム層３４に供給されると、トランスジューサ
３２がその形を変化しようとするような曲がりモードで
トランスジューサ３２が動作する。しかし、トランスジ
ューサ３２は確実且つ堅固に隔壁３０に取り付けられて
いるので、トランスジューサ３２が曲がると、隔壁３０
が変形する。よって、インク圧力室２２にインクを供給
すると、インクは出口ポート２４及び出口チャンネル２
８を介してノズル１４に流れる。インク滴が噴射された
後、トランスジューサ３２が逆に曲がり、隔壁３０も付
随的に動くので、インク圧力室２２にインクが再び供給
される。
【００２９】本発明に利用可能なインク・ジェット・プ
リント・ヘッドの製造を容易にするために、好ましく
は、ステンレス・スチールの如き多くの薄板（薄いプレ
ート）又はシートによりインク・ジェット１０を形成す
る。これらシートを重ね関係で積み重ねる。図１の本発
明の実施例において、これらシート又は板は、隔壁３０
と多岐管１２の一部とを形成する隔壁板４０と；インク
圧力室２２と多岐管１２の一部との境界を定めるインク
圧力室板４２と；入り口チャンネル１８及び出口ポート
２４を定める入り口チャンネル板４６；出口チャンネル
２８を定める出口板５４；インク・ジェット１０のオリ
フィス１４を定めるオリフィス板５６とを含んでいる。
【００３０】図示したものよりも多いか又は少ない板
（プレート）を用いて、インク・ジェット・プリント・
ヘッドの種々のインク流れ経路、多岐管及び圧力室の境
界を定めてもよい。例えば、多数の板を用いて、図１に
示した単一板の代わりに、インク圧力室の境界を定めて
もよい。また、種々の機能の総てに対して、分離した金
属のシート又は層は必要ない。例えば、（化学的エッチ
ングを製造に用いるならば）化学的に金属をエッチング
するためにテンプレートとして用いるホトレジスト内の
パターンは、金属シートの各側部上で異なる。よって、
一層特定した例として、インク入口経路用のパターンを
金属シートの一方の側部上に配置できる一方、圧力室用
のパターンを他の側部にて前から後ろへのレジストレー
ションに配置できる。よって、注意深く制御したエッチ
ングにより、分離したインク入口経路と、層を含む圧力
室とを、１つの共通層に組み合わせることができる。
【００３１】組立コストを最小にするために、オリフィ
ス板５６を除いて、インク・ジェット・プリント・ヘッ
ドの総ての金属層を、金属シートに対する比較的安価な
従来の光パターン及びエッチング過程を用いて組立がで
きるようにする。機械加工又は他の金属加工過程は不要
である。オリフィス板５６は、任意の数の過程を用いて
適切に作るが、これらの過程には、硫化ニッケルのバス
（浴槽）による電鋳処理、３００シリーズのステンレス
・スチールにおける微小放電機械加工、３００シリーズ
のステンレス・スチールにおける打ち抜きがある。最後
の２つのアプローチは、オリフィス自体を除いて、オリ
フィス板５６の総ての特徴を光パターン処理及びエッチ
ングするのに用いる。他の適切なアプローチは、オリフ
ィスに穴をあけ、標準ブランキング処理を用いて、オリ
フィス板に残す任意の特徴を形成する。
【００３２】表１は、図１のインク・ジェットの許容寸
法である。用いる実際の寸法は、インク・ジェットの機
能と、特定のアプリケーションに対するパッケージとに
より決まる。例えば、オリフィス板５６内のオリフィス
１４のオリフィス直径は、約２５ミクロンから約１５０
ミクロンの間で可変できる。
【表１】 なお、この表１の単位は、総てミリメートルである。
【００３３】本発明のインク・ジェット・プリント・ヘ
ッド用に選択した電気機械変換機構は、エポキシにより
隔壁板４０に接着されたセラミック・ディスク・トラン
スジューサを具えており、このディスクは、インク圧力
室２２の中心に位置する。この形式のトランスジューサ
機構にとって、ほぼ円の形は、最高の電気機械効率であ
る。なお、この効率は、ピエゾセラミック要素の所定領
域に対して偏倚量を参照したものである。
【００３４】図１に示す如きインク・ジェット・ヘッド
から、制御可能な量のインク滴を噴射するには、トラン
スジューサ・ドライバ３６から多数の選択可能な駆動波
形をトランスジューサ３２に供給する必要がある。トラ
ンスジューサ３２は、インク内の圧力波を誘導すること
により、選択された波形に応答する。この圧力波は、オ
リフィス１４内で、インク表面メニスカスにて、インク
流体の流れの共振を励起する。各選択した波形により、
異なる共振モードを励起し、各共振モードに応答して異
なる量のインク滴を噴射する。
【００３５】図２Ａ、２Ｂ及び２Ｃは、図１のプリント
・ヘッドのオリフィス部分の拡大断面図である。メニス
カス６２を有するインク・コラム（柱）６０がオリフィ
ス１４内に位置している。図２Ａ、２Ｂ及び２Ｃにおい
てモード（形状）０、１及び２と夫々なっている３つの
動作モードにて、メニスカス６２が励起される。図２Ｃ
は、高いオーダの発振モードのメニスカス表面の中央可
動域（エクスカーション）Ｃe を示している。以下の理
論的説明において、本発明の原理は非筒のオリフィス形
状にも等しく適用できるが、オリフィス１４は筒と仮定
する。
【００３６】オリフィス１４内で励起された特定モード
は、内部オリフィスの流れと、メニスカス面の力学との
組合せにより管理される。オリフィス１４が筒なので、
内部及びメニスカス表面の力学は、共に、制御流体力学
方程式のベッセル関数形式の解法に記載されたモード
で、メニスカス６２を発振させるように作用する。
【００３７】図２Ａは、動作モード０を示す。これは、
オリフィス１４の壁６４内のインク・コラム６０の容積
前方変位に対応する。従来は、インク・ジェット及び駆
動波形がモード０の動作を基本にしていた。壁６４に関
連したインク表面の張力及び粘性境界層の影響により、
メニスカス６２は、高いオーダ・モードでないことを示
す形の丸くなった特性となる。モード０の自然な共振周
波数は、インク・ジェット内側のインクの圧力と相互作
用するインクの集合の容積の動きにより（即ち、ヘルム
ホルツ発振器のように）、主に決まる。総て図１に示す
チャンネル１８及び２８、多岐管１２、部品１６、２
０、２２及び２４並びに圧力室２２の如く、流体的に結
合した種々のインク・ジェットの要素の幾何学的寸法
は、オリフィス発振モードと相互作用する不要又は寄生
共振周波数を避けるように設定される。
【００３８】したがって、インク滴の量の変調に適する
ように駆動波形を設定するには、オリフィス及びメニス
カス・システム要素の自然周波数を知ることが更に必要
である。よって、所望モードの自然周波数付近の周波数
にエネルギーを集中させ、他のモードの自然周波数や、
所望モードのエネルギーと競合する不要又は寄生共振周
波数で、エネルギーを抑圧するように、波形を設定でき
る。これら不要及び寄生共振周波数は、インク滴の大き
さやインク滴の噴射速度に限定されないが、これらを含
むいくつかの事項において、インク・ジェット・オリフ
ィスからのインク滴の噴射に不利な影響を与える。な
お、このインク滴噴射速度は、噴射されたインク滴が画
像受け媒体に到達するのにかかる時間に影響するので、
この媒体上でのインク滴の配置の精度も影響される。
【００３９】インク・メニスカス表面力学は、代表的な
オリフィス内の流体圧力流の解析により、モデル化す
る。以下に示す方程式は、流体力学及び境界条件を制御
する。制御方程式は、
【数１】 中心線境界の条件は、
【数２】 壁の外の境界条件は、
【数３】 底部の境界条件は、
【数４】 自由面境界条件は、
【数５】
【００４０】時間をラプラス変換し、変数を２つの空間
次元ｚ及びｒに分離して解法を得る。なお、ｚは軸方向
の距離であり、ｒはオリフィス１４内の半径（ラジア
ル）方向の距離である。半径方向の解法は、第１種のベ
ッセル関数である。
【数６】
【００４１】境界条件を一致させると、許容できるモデ
ル発振周波数が求まる。
【数７】
【数８】
【数９】
【数１０】 なお、Ｋ1 ＝３．８３２、Ｋ2 ＝７．０１６、Ｋ3 ＝１
０．１７４、ｈ＝０．１〜２．０（０．２ステップ）、
σ＝２５、ρ＝０．８５、Ｒ＝０．００３８センチメー
トルである。
【００４２】図３は、典型的なインク・ジェットの寸法
に対して、オリフィスのアスペクト比の関数である計算
したモード１、２及び３の周波数を示す。最も一般的な
オリフィスのアスペクト比に対して、モード１、２及び
３の周波数は、夫々３０キロヘルツ、６５キロヘルツ及
び１２０キロヘルツである。モード３については、図２
に示していない。
【００４３】図４は、図３に示すモード１、２及び３に
対応する計算したラジアル・モード形状をグラフ的に示
す。データは、次式を用いて計算する。
【数１１】 なお、Ｊ0 は、第１種及び０番目のオーダのベッセル関
数である。
【００４４】上述の分析は、オリフィスにおける粘性の
動きの影響を無視した基本的な表面モードを示す。粘性
オリフィスの流れを考慮すると、モード形用の簡略化し
た制御式は次のようになる。
【数１２】
【００４５】周波数ω＝２πｆの周期駆動圧力波を仮定
すると、次の複素ベッセル微分方程式を計算することに
より、ラジアル・モード形Ｒを決定する。
【数１３】
【００４６】図５Ａ〜５Ｆは、種々の周波数でのモード
形の得た実数成分及び虚数成分をグラフ的に示す。いく
つかの注意すべき現象を列記すると、（１）１及び２０
キロヘルツ（２００００ヘルツ）間の１次応答の位相シ
フト、（２）２０キロヘルツ以上の実数の応答における
オーバーシュート、（３）３５キロヘルツ以上の実数及
び虚数の両方の応答における中央モードである。
【００４７】内部及び表面力学の独立した解析により、
インク滴量変調を行うのに用いるオリフィスの流れモー
ドを確認する。図６及び図７は、米国ニューメキシコ州
ロス・アラモスのフロー・サイエンス社製のフロー３Ｄ
コンピュータ化の流体力学ソフトウェアを用いて作成し
たナビェ・ストークスのシミュレーションである。これ
ら図６及び図７は、それぞれモード０及び２を励起する
トランスジューサ駆動波形に応答して生じたオリフィス
の流れ及びインク滴の構成を示す。図６Ｂは、モード２
の励起がインク噴射コラム９０を発生し、その直径が図
７Ａ及び７Ｂに示すモード２のインク噴射コラム９２よ
りも非常に大きいことを示す。図６Ｂは、直径がオリフ
ィス１４とほぼ等しい大きさのインク滴９４を形成する
状態を示している。図７Ｂは、オリフィス１４から大き
なインク滴を噴射するには充分でない量で、残ったモー
ド０のエネルギーを表す膨張したメニスカス９６を示
す。
【００４８】上述の原理を、図１のインク・ジェットの
実施に適用する。図８Ａ、８Ｂ及び８Ｃは、トランスジ
ューサ・ドライバ３６（図１）が発生した典型的な電気
波形を示す。これら波形では、異なるモードの各々の周
波数範囲内にエネルギーが集中する一方、他の競合モー
ドでは、エネルギーが抑圧される。
【００４９】図８Ａは、モード０を励起するのに適する
２極波形１００を示す。波形１００では、＋２５ボルト
で７マイクロ秒のパルス成分１０２と、−２５ボルトで
７マイクロ秒のパルス成分１０４と、これらパルス成分
を分離する８マイクロ秒の待ち期間１０６とから構成さ
れる。パルス成分１０２及び１０４の総ての立上り時間
及び立下り時間は、３マイクロ秒である。波形１００に
より、モード０で発生したインク滴がオリフィス１４か
ら噴射する。
【００５０】図８Ｂは、モード１を励起するのに適する
２重パルス波形１１０を示す。波形１１０は、８マイク
ロ秒の待ち期間１１６で分離され、＋４０ボルトで１０
マイクロ秒の１対のパルス成分１１２及び１１４を有す
る。パルス成分１１２及び１１４の総ての立上り時間及
び立下り時間は、４マイクロ秒である。波形１１０によ
り、モード０のインク滴の３分の１の量のモード１のイ
ンク滴を、オリフィス１４から噴射させる。このモード
１のインク滴は、画像受け媒体に、モード０のプリント
・ドットの約６０パーセントの直径のドットをプリント
する。
【００５１】図８Ｃは、モード２を励起するのに適する
３重パルス波形１２０を示す。波形１２０は、６マイク
ロ秒の待ち期間１２８で分離され、＋４５ボルトで５マ
イクロ秒の３個のパルス成分１２２、１２４及び１２６
を有する。パルス成分１２２、１２４及び１２６の総て
の立上り時間及び立下り時間は、４マイクロ秒である。
波形１２０により、モード０のインク滴の６分の１の量
のモード２のインク滴を、オリフィス１４から噴射させ
る。このモード２のインク滴は、画像受け媒体に、モー
ド０のプリント・ドットの約４０パーセントの直径のド
ットをプリントする。
【００５２】図９Ａ、９Ｂ及び９Ｃは、波形１００、１
１０及び１２０の夫々の時間領域のスペクトラム・エネ
ルギーの分布を示す。特に、図９Ａは、モード０を励起
するのに必要な１８キロヘルツ（１８０００ヘルツ）以
上の周波数に集中している波形１００のエネルギーを示
す。図９Ｂは、３２キロヘルツ付近に集中している波形
１１０のエネルギーを示すが、この周波数はモード１を
励起するのに必要である。しかし、波形１１０のエネル
ギーは、約１８キロヘルツで最小となり、モード０の励
起を抑圧する。図９Ｃは、５０キロヘルツ付近に集中し
ている波形１２０のエネルギーを示すが、この周波数は
モード２を励起するのに必要である。しかし、波形１２
０のエネルギーは、約１８キロヘルツ及び約３５キロヘ
ルツで最小となり、モード０及び１の励起を抑圧する。
【００５３】図１０は、図８の波形１００、１１０及び
１２０を発生するのに適するトランスジューサ・ドライ
バ３６（図１）を表す装置のブロック図である。任意の
適切な市販の波形発生器を使用できる。波形発生器１５
０は、電圧増幅器１５２に電気的に接続される。この電
圧増幅器１５２は、トランスジューサ３２の金属フィル
ム層３４を駆動するのに適する出力信号を発生する。
【００５４】図１１Ａ、１１Ｂ及び１１Ｃは、インク・
ジェット１０のオリフィス１４からモード０のインク滴
１７０を発生する際の時間経過を示し、実際のインク滴
のビデオ・スチールフレーム画像を写真撮影して求めた
ものである。図１１Ａは、オリフィス１４から出てきて
インク滴１７０に発達し始め、その直径がオリフィス１
４で決まるモード０の容積の流れ１７２を示す。図１１
Ｂは、尾１７４を生じるにつれ、オリフィス１４に引っ
込む容積の流れを示す。図１１Ｃは、ほぼ発達した大き
なインク滴１７０と、オリフィス１４から取れ始めた尾
１７４とを示す。この実際のモード０のインク滴の発達
状態は、図６Ａ、６Ｂ及び６Ｃに示したシミュレーショ
ンのモード０のインク滴の発達状態にほぼ匹敵する。
【００５５】図１２Ａ、１２Ｂ及び１２Ｃは、インク・
ジェット１０のオリフィス１４からモード１のインク滴
１８０を発生する際の時間経過を示し、実際のインク滴
のビデオ・スチールフレーム画像を写真撮影して求めた
ものである。図１２Ａは、オリフィス１４から出てきて
図１２Ｃのインク滴１８０に発達し始め、その直径がオ
リフィス１４より小さいモード１の流れ１８２を示す。
図１２Ｂは、尾１８６を生じるにつれ、オリフィス１４
から現れるオリフィス直径の膨らみ１８４を示す。この
膨らみ１８４は、モード０の残りのエネルギーの存在を
示す。図１２Ｃは、ほぼ発達したモード１のインク滴１
８０と、膨らみ１８４から取れ始めた尾１８６とを示
す。図７を参照して説明した如く、膨らみ１８４に対す
るエネルギーは、大きなインク滴を形成するには不充分
である。
【００５６】図１３Ａ、１３Ｂ及び１３Ｃは、インク・
ジェット１０のオリフィス１４から、図１３Ｃのモード
２のインク滴１９０を発生する際の時間経過を示し、実
際のインク滴のビデオ・スチールフレーム画像を写真撮
影して求めたものである。図１３Ａは、オリフィス１４
から出てきてインク滴１９０に発達し始め、その直径が
オリフィス１４より小さいモード２の流れ１９２を示
す。モード２の流れ１９２の直径は、モード１の流れ１
８２よりも小さく、これは、高いオーダのモードの励起
エネルギーの存在を示している。図１３Ｂは、尾１９４
を生じるにつれ、オリフィス１４から再び出てくるオリ
フィス直径の膨らみ１８４を示す。再び、膨らみ１８４
の存在は、モード０の残余エネルギーの存在を示す。図
１３Ｃは、ほぼ発達したモード２のインク滴１７０と、
膨らみ１８４から取れ始めた尾１９４とを示す。モード
１のインク滴形成と同様な方法では、大きなインク滴を
形成するのに、膨らみ１８４のエネルギーは不充分であ
る。この実際のモード２のインク滴の発達状態は、図７
Ａ及び７Ｂに示したシミュレーションのモード２のイン
ク滴の発達状態にほぼ匹敵する。
【００５７】表２は、インク滴量、プリント・ドットの
大きさ、遷移時間（オリフィス１４から約０．８１ミリ
メートル離れた画像受け媒体までの時間）及びインク滴
噴射速度を比較した実験データを示す。
【表２】
【００５８】異なるインク滴の大きさに対する遷移時間
は、ほぼ同じであり、等価な速度を生じるのに充分な初
期運動エネルギーを有する異なる大きさのインク滴を発
生できる点を証明している。インク滴の速度を充分にし
て、インク滴の到達の精度及び高品質のドット形成を確
実にする。
【００５９】実験データを集めて得られた予期せぬ結果
では、インク滴の量及びインク滴の噴射速度が相対的に
独立している。好適な振幅付近での駆動波形１００、１
１０及び１２０の振幅変化は、インク滴の量を変えるこ
となく、インク滴の噴射速度を変化させる。この結果に
より、異なるインク滴量の噴射速度を一致させるのに有
用な調整の程度が判る。インク滴の量を決める際にモー
ドの形の支配的な役割も立証される。
【００６０】表２のデータは、２キロヘルツのインク滴
繰り返しレートで駆動される図１のインク・ジェット１
０を用いて集めたものである。インク・ジェット１０
は、カラー・イメージ配列プリント・ヘッドに用いるよ
うな単一の代表的なジェトである。インク・ジェット１
０の直径は表１に示すが、これは、本発明が用いるのに
適する典型的なＰＺＴ駆動インク・ジェット・プリント
・ヘッドの代表例である。
【００６１】１５キロヘルツを超えるインク滴の繰り返
しレートは、図１４に示す好適なインク・ジェットの設
計により可能になる。かかるインク・ジェット設計は、
インク滴量の変調に必要なオリフィス共振モードを励起
するのに要する周波数に近い内部共振周波数を除去する
ように最適化される。
【００６２】図１４は、本発明と共に用いるのに適する
インク・ジェット・プリント・ヘッドの一部である好適
なインク・ジェット２００の断面図である。インク・ジ
ェット２００の本体は、インク入り口ポート２０２、イ
ンク供給チャンネル２０４、インクがインク・ジェット
２００に伝送されるインク多岐管２０６を定める。ま
た、この本体は、インク滴形成オリフィス２０８も定め
る。このオリフィスからグレイ・スケール変調されたイ
ンク滴２１０が距離２１２に沿って画像受け媒体２１４
に向かって噴射される。一般的には、好適なインク・ジ
ェット・プリント・ヘッドは、インク・ジェット２００
の配列を具えている。これらインク・ジェットは、画像
受け媒体２１４に向かってグレイ・スケールの変調され
たインク滴２１０のパターンを噴出する際に用いるため
に、互いに近接している。また、このプリント・ヘッド
は、黒プラス減算混合３原色プリントに用いる黒、シア
ン、マゼンタ及びイエロのインクを受ける少なくとも４
個の多岐管２０６を有している。
【００６３】インクは、多岐管２０６から入り口ポート
２１６、入り口チャンネル２１８、圧力室ポート２０を
介してインク圧力室２２２に流れる。また、インクは、
圧力室２２２から出口ポート２２４を介して出ていき、
断面が長円の出口チャンネル２２８を介してオリフィス
２０８に流れる。このオリフィス２０８からインク滴２
１０が噴出する。
【００６４】インク圧力室２２２の一方の側部には、フ
レキシブル隔壁（ダイアフラム）２３０が結合する。Ｐ
ＺＴトランスジューサ２３２は、適切な接着剤で隔壁２
３０に固定され、インク圧力室２２２に被さる。インク
・ジェット１０と同様に、トランスジューサ２３２は、
金属フィルム層２３４を具えており、この金属フィルム
層に電気トランスジューサ・ドライバ（駆動器）３６が
電気的に接続される。ＰＺＴトランスジューサ２３２
は、曲がりモードにて適切に動作する。
【００６５】好適なインク・ジェット・プリント・ヘッ
ドの製造を容易にするために、インク・ジェット２００
を、重ね合わせ関係で積み重ねたステンレス・スチール
の如き多くの薄層から成るプレート（板）又はシートで
形成する。総てのプレートの厚さは、特に指定がなけれ
ば、０．２ミリメートルである。
【００６６】図１４に示した本発明の実施例において、
これらプレートは、隔壁２３０とインク入り口ポート２
０２の一部とを形成する０．０７６ミリメートルの厚さ
の隔壁板２３６；圧力室２２２、インク入り口ポート２
０２の一部を形成し、隔壁板２３６用の堅い裏宛となる
本体板２３８；圧力室ポート２２０と、インク入り口ポ
ート２０２及び出口ポート２２４の一部とを形成する分
離板２４０；入り口チャンネル２１８と、インク入り口
ポート２０２及び出口ポート２２４の一部とを形成する
０．１ミリメートルの厚さの入り口チャンネル板２４
２；入り口ポート２１６と、インク入り口ポート２０２
及び出口ポート２２４の一部を形成する分離板２４４；
インク多岐管２０６、インク供給チャンネル２０４、出
口チャンネル２２８の大部分、インク入り口ポート２０
２の残りの部分を形成する６個の多岐管板２４６；イン
ク多岐管２０６用の柔軟壁２５０と、出口チャンネル２
２８の小さな部分とを形成する０．０５ミリメートルの
厚さの壁板２４８；出口チャンネル２２８及びオリフィ
ス２０８間の遷移領域２５４と、柔軟壁２５０の後ろの
空気室２５６とを形成するオリフィス強化板２５２；オ
リフィス２０８を形成する０．０６４ミリメートルの厚
さのオリフィス板２５８を具えている。
【００６７】表３は、インク・ジェット２００を約２４
キロヘルツのヘルムホルツ共振周波数とするために必要
なこのインク・ジェット２００の内部特性に対する好適
な寸法を示す。
【表３】 なお、総ての寸法は、ミリメートルである。
【００６８】図１４に関連して、図１５Ａ及び図１５Ｂ
は、トランスジューサ・ドライバ３６が発生した好適な
電気的波形を夫々示す。これら波形は、モード０及び１
の各々の周波数範囲にエネルギーを集中させると共に、
他の競合モードにおけるエネルギーを抑制する
【００６９】図１５Ａは、モード０を励起するのに適す
る２極波形３６０を示す。波形３６０は、プラス３３ボ
ルトで１６マイクロ秒のパルス成分３６２と、１マイク
ロ秒の待ち期間３６６で分離されたマイナス１０ボルト
で１６マイクロ秒のパルス成分３６４とを有している。
パルス３６２及び３６４の立ち上がり時間及び立ち下が
り時間は、総て約３〜４マイクロ秒である。波形３６０
により、モード０で発生した約１０５ナノグラムのイン
ク滴がオリフィス２０８から噴射する。
【００７０】図１５Ｂは、モード１を励起するのに適す
る２重パルス波形３７０を示す。波形３７０は、プラス
３５ボルトで１８マイクロ秒のパルス成分３７２と、５
マイクロ秒の待ち期間３７６で分離されたプラス１４ボ
ルトで９マイクロ秒のパルス成分３７４とを有してい
る。これらパルス成分３７２及び３７４の立ち上がり時
間及び立ち下がり時間は、総て約３〜４マイクロ秒であ
る。波形３７０により、モード１で発生した約６５ナノ
グラムのインク滴がオリフィス２０８から噴射する。モ
ード１のインク滴は、画像受け媒体上に、モード０のプ
リント・ドットの約６０％の直径のドットをプリントす
る。
【００７１】図１６Ａ及び図１６Ｂは、波形３６０及び
３７０の夫々の時間領域でのスペクトラム・エネルギー
分布を示す。特に、図１６Ａは、モード０を励起するの
に必要な周波数である丁度２０キロヘルツ（２００００
ヘルツ）未満に集中した波形３６０のエネルギーを示
す。これとは対称に、図１６Ｂは、モード１を励起する
のに必要な周波数である３０キロヘルツ付近に集中し、
約２０キロヘルツで最小となってモード０の励起を抑圧
する波形３７０のエネルギーを示す。
【００７２】図１７は、波形３６０及び３７０により広
い繰り返しレート範囲にわたってインク・ジェット２０
０のＰＺＴトランスジューサ２３２が繰り返し駆動され
たときに、モード０（１０５ナノグラム）及びモード１
（６５ナノグラム）のインク滴がオリフィス２０８から
画像受け媒体２１４に噴射する際の遷移時間を示す。こ
れら遷移時間は、約０キロヘルツから約１８キロヘルツ
の繰り返しレート範囲にわたって充分に一致して、高品
質のグレイ・スケール・プリントか、又は選択的な分解
能のプリントを維持できるインク滴の到達精度を与え
る。
【００７３】選択的な分解能のプリントは、本発明の動
作モードである。ここでは、グレイ・スケール変調イン
ク滴により画像受け媒体２１４にプリントするのではな
く、単一のインク滴の大きさを選択し、画像受け媒体２
１４に対するインク・ジェット２００の走査速度を変化
させることにより、それに応じて、プリントしたドット
におけるドット間の間隔を変化させて、変化したインク
滴の大きさに適合するようにする。
【００７４】好適な切換可能な分解能の実施例におい
て、インク・ジェット２００は、モード０（１０５ナノ
グラム）のインク滴を噴射する一方、画像受け媒体に対
して相対的に第１走査速度で移動して、１ミリメートル
当たり１２ドット（１インチ当たり３００ドット）の標
準分解能のプリント画像を作成する。また、モード１
（６５ナノグラム）のインク滴を噴射する一方、画像受
け媒体に対して相対的に第２走査速度で移動して、１ミ
リメートル当たり２４ドット（１インチ当たり６００ド
ット）の高分解能プリント画像を作成する。勿論、イン
ク・ジェット２００は、より小さく高いモードのインク
滴を噴射して、他のプリント分解能となるようにしても
よい。
【００７５】本発明の更に別の実施例では、例えば、種
々の色の水性インク及び相変化インクに限定されない
が、これらインクを含んだ種々の流体形式の噴射にも適
用できる。
【００７６】同様に、本発明は、上述したモード１、２
及び３よりも高いモードを励起するのに有用であり、筒
状オリフィス内のこれらモードを励起するのに限定され
ないことが、当業者には理解できよう。
【００７７】波形１００、１１０、１２０、３６０及び
３７０以外の波形でも所望の結果を得ることができる
し、また、所望オリフィスの幾何学状態、流体形式、ト
ランスジューサ形式での特定オリフィス共振モードを励
起するように波形を整形しながら、スペクトラム・アナ
ライザを用いて、その結果のエネルギー・スペクトラム
を観察してもよいことが、当業者には理解できよう。
【００７８】改善された画像品質及びインク滴到達精度
を達成するために、ディザや、電界インク滴加速などの
種々の従来技術と組み合わせるのに、本発明は有用であ
る点に留意されたい。
【００７９】要約すれば、本発明は、多くの流体ジェト
駆動機構に適用できると共に、適切なオリフィス及びそ
の流体メニスカス表面に必要な駆動波形エネルギー分布
を行える。
【００８０】上述は、本発明の好適な実施例について説
明したが、本発明の要旨を逸脱することなく、上述の本
発明の実施例の細部に対して種々の変形変更が可能であ
ることが当業者には明らかであろう。例えば、上述のＰ
ＺＴ曲がりモード形式以外の電気機械トランスジューサ
を用いることもできる。切り取りモード、環状抑制、電
気ひずみ、磁界、磁歪などのトランスジューサも適切に
利用できる。同様に、トランスジューサを駆動する電気
エネルギー波形の観点から上述したが、音響又はマイク
ロ波エネルギーに限定されるものではないが、これらを
含んだ任意の他のエネルギーを用いてトランスジューサ
を励起できる。また、電気波形を用いる場合、単極又は
双極の対又はグループのパルスにより、同様に波形を形
成できる。よって、本発明は、インク・ジェット・プリ
ンタ以外の流体インク滴の大きさを変調するアプリケー
ションにも適用できる。したがって、本発明の要旨は、
上述の特許請求の範囲に記載されている。
【００８１】
【発明の効果】上述の如く本発明によれば、単一のイン
ク・ジェット・ヘッドを用い、このオリフィスの大きさ
よりも小さく、制御可能な大きさのインク滴を、多くの
選択可能なプリント分解能により、高い繰り返しレート
で発生できる。。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が用いる形式のインク・ジェット・プリ
ント・ヘッドに用いるのに適するＰＺＴ駆動インク・ジ
ェットの断面図である。
【図２】図１のプリント・ヘッドのオリフィス部分の拡
大断面図であり、本発明による代表的なオリフィスでの
流体の流れの動作モード０、１及び２を示す。
【図３】オリフィス・アスペクト比の関数であるメニス
カス面の波形モード周波数を示す図である。
【図４】オリフィスの半径方向の距離とモード数との関
数として数式的にモデル化したメニスカス面の波モード
の偏倚を表す図である。
【図５】１、１０、２０、３５、５０及び１００キロヘ
ルツの励起周波数に対する内部慣性及び粘性オリフィス
速度モード形状の計算した実数成分及び虚数成分を表す
図である。
【図６】オリフィスに形成された動作モード０（大きい
サイズ）のインク滴を２つの時点でコンピュータでシミ
ュレーションした断面図である。
【図７】オリフィスに形成された動作モード２（小さい
サイズ）のインク滴を２つの時点でコンピュータでシミ
ュレーションした断面図である。
【図８】本発明の方法により、多い量、中間の量及び少
ない量（夫々動作モード０、１及び２）のインク滴を発
生するのに用いるＰＺＴ駆動波形の電圧及び時間の関係
を示す波形図である。
【図９】図８に示すＰＺＴ駆動波形の周波数を関数とし
たスペクトラム・エネルギーを示す図である。
【図１０】図８に示すＰＺＴ駆動波形を発生するのに用
いる装置の電気的な相互接続を示すブロック図である。
【図１１】本発明により、オリフィスから噴射される多
量のインク滴の３つの時間経過に伴った拡大断面図であ
る。
【図１２】本発明により、オリフィスから噴射される中
位の量のインク滴の３つの時間経過に伴った拡大断面図
である。
【図１３】本発明により、オリフィスから噴射される少
量のインク滴の３つの時間経過に伴った拡大断面図であ
る。
【図１４】本発明のインク・ジェット配列プリント・ヘ
ッドに用いるのに適する好適なＰＺＴ駆動インク・ジェ
ットの拡大断面図である。
【図１５】本発明の好適実施例にて２つのインク滴量
（夫々動作モード０及び１）を発生するのに用いるＰＺ
Ｔ駆動波形の電圧及び時間関係を示す波形図である。
【図１６】図１５に示したＰＺＴ駆動は計の周波数の関
数であるスペクトラム・エネルギーを示す図である。
【図１７】図１４のインク・ジェットを図１５の波形で
広範なインク滴噴射レートにわたって駆動した際に、オ
リフィスから画像受け媒体に向かうインク滴の遷移時間
を示す図である。
【符号の説明】
１０、２００ インク・ジェット １２、２０６ 多岐管 １４、２０８ インク滴形成オリフィス １６、２０２ 入口ポート １８、２１８ 入口チャンネル ２０、２２０ 圧力室ポート ２２、２２２ 圧力室 ２４ オフセット・チャンネル・ポート ２６ オフセット室 ２８、２２８ 出力チャンネル ３０ フレキシブル隔壁 ３２、２３２ 電気機械トランスジューサ ３４、２３４ 金属フィルム層 ３６ トランスジューサ・ドライバ ４０、２３６ 隔壁板 ４２ インク圧力室板 ４４ 分離板 ４６ 入口チャンネル板 ４８ 分離板 ５０ オフセット・チャンネル板 ５２ 分離板 ５４ 出口板 ５６、２５８ オリフィス板 ２１４ 画像受け媒体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シャロン・エス・バーガー アメリカ合衆国 オレゴン州 97306セイ ラム サウス・イースト バクスター・コ ート 5290 (72)発明者 ロナルド・エフ・バール アメリカ合衆国 オレゴン州 97070ウィ ルソンビル サウス・ウエスト ローズ・ レーン 29965 ナンバー 107

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 インクがメニスカスを形成するオリフィ
    スに圧力室が流体的に結合し、上記オリフィス及び画像
    受け媒体が選択可能な走査速度で相対的に移動し、上記
    オリフィス及び上記画像受け媒体を第１走査速度で相対
    的に移動させると共に上記オリフィスから第１量のイン
    ク滴を噴射することにより第１直径のインク・ドットを
    上記画像受け媒体上に第１分解能で形成するインク・ジ
    ェット・プリント装置において、 上記圧力室に結合したトランスジューサを作動させる選
    択可能な少なくとも第１及び第２エネルギー入力を発生
    して、上記メニスカスを夫々第１及び第２モード形状に
    励起し、上記第１量及び第２量のインク滴を噴射させる
    トランスジューサ・ドライバを具え、 上記第１エネルギー入力が、上記第１走査速度に応じて
    選択されると共に上記メニスカスを第１モード形状で励
    起させる第１スペクトラム・エネルギー分布を有して、
    上記第１量のインク滴を上記オリフィスから噴射させ、 上記トランスジューサ・ドライバが第２走査速度に応じ
    て上記第２エネルギー入力を選択し、上記第２エネルギ
    ー入力が上記メニスカスを第２モード形状で励起させる
    第２スペクトラム・エネルギー分布を有して、上記第１
    量よりも少ない第２量のインク滴を上記オリフィスから
    噴射させ、 上記第２エネルギー入力及び上記第２走査速度が協働し
    て上記画像受け媒体上に第２直径のインク・ドットを第
    ２分解能で形成することを特徴とするインク・ジェット
    ・プリント装置。
  2. 【請求項２】 上記第１モード形状は、モード０のモー
    ド形状であることを特徴とする請求項１の装置。
  3. 【請求項３】 上記第２モード形状は、モード１、モー
    ド２及びモード３のモード形状の内の１つであることを
    特徴とする請求項１の装置。
  4. 【請求項４】 上記第１分解能では、上記画像受け媒体
    上に１ミリメートル当たり約１２ドットの分解能でドッ
    トを形成することを特徴とする請求項１の装置。
  5. 【請求項５】 上記第２分解能では、上記画像受け媒体
    上に１ミリメートル当たり約２４ドットの分解能でドッ
    トを形成することを特徴とする請求項１の装置。
  6. 【請求項６】 上記第１エネルギー入力は第１電気的波
    形であり、上記第２エネルギー入力は第２電気的波形で
    あることを特徴とする請求項１の装置。
  7. 【請求項７】 上記第２モード形状は、モード１、２又
    は３のモード形状であり、上記第２電気的波形は、単一
    極性のパルスのグループ及び２極性のパルスのグループ
    の一方を含むことを特徴とする請求項６の装置。
  8. 【請求項８】 上記第１モード形状は、モード０のモー
    ド形状であり、上記第１電気的波形は、待ち期間により
    分離された単一極性の１対のパルスと、待ち期間で分離
    された２極性の１対のパルスとの一方を含むことを特徴
    とする請求項６の装置。
  9. 【請求項９】 上記トランスジューサ・ドライバは、１
    秒当たり０から少なくとも約２００００インク滴の範囲
    のインク滴噴射レートで、選択した上記第１及び第２イ
    ンク滴量が上記オリフィスから噴射するようなレート
    で、上記第１及び第２エネルギー入力の選択した一方を
    繰り返し発生することを特徴とする請求項１の装置。
  10. 【請求項１０】 選択した第１及び第２インク滴量が、
    １秒当たり０から少なくとも約１８０００インク滴のイ
    ンク滴噴射レート範囲にわたって上記オリフィスから上
    記画像受け媒体へのインク滴遷移時間と実質的に等しく
    なるような調整可能な振幅を上記第１及び第２エネルギ
    ー入力の各々が有することを特徴とする請求項９の装
    置。
  11. 【請求項１１】 上記第１及び第２エネルギー入力の各
    々が、所望オリフィス共振周波数の付近に集中し、望ま
    しくないオリフィス共振周波数を抑圧するスペクトラム
    ・エネルギー分布を有することを特徴とする請求項１の
    装置。
  12. 【請求項１２】 上記トランスジューサは、圧電型であ
    ることを特徴とする請求項１の装置。
  13. 【請求項１３】 インク多岐管を更に具え、該インク多
    岐管、上記圧力室及び上記インク・ジェット・オリフィ
    スが、オリフィス・モード形状の励起周波数における寄
    生共振を避ける形状のチャンネルにより流体的に結合し
    ていることを特徴とする請求項１の装置。
  14. 【請求項１４】 互いに相対的に移動するインク・ジェ
    ット・オリフィス及び画像受け媒体を有し、上記オリフ
    ィスが所定分解能で上記画像受け媒体上にインク・ドッ
    トを形成するプリンタにおいて、 インクがメニスカスを形成する上記オリフィスに流体的
    に結合する圧力室を設け、 選択可能なエネルギー入力を発生し、選択したエネルギ
    ー入力が、該圧力室に結合したトランスジューサを作動
    させ、上記メニスカスを対応するモード形状に励起し
    て、関連した量のインク滴を噴射させ、 上記オリフィス及び上記画像受け媒体を第１走査速度で
    相対的に移動させ、 上記メニスカスを第１モード形状に励起して第１量のイ
    ンク滴を上記オリフィスから噴射させる第１スペクトラ
    ム・エネルギー分布を有する第１エネルギー入力を選択
    し、 上記第１量の上記インク滴を上記画像受け媒体に向かっ
    て噴射して、第１分解能のインク滴を上記画像受け媒体
    上に形成し、 上記オリフィス及び上記画像受け媒体を第２走査速度で
    相対的に移動させ、 上記メニスカスを第２モード形状に励起して第２量のイ
    ンク滴を上記オリフィスから噴射させる第２スペクトラ
    ム・エネルギー分布を有する第２エネルギー入力を選択
    し、 上記第２量の上記インク滴を上記画像受け媒体に向かっ
    て噴射して、第２分解能のインク滴を上記画像受け媒体
    上に形成することを特徴とするインク・ジェット・プリ
    ント方法。
  15. 【請求項１５】 上記第１モード形状は、モード０のモ
    ード形状であることを特徴とする請求項１４の方法。
  16. 【請求項１６】 上記第２モード形状は、モード１、モ
    ード２及びモード３のモード形状の内の１つであること
    を特徴とする請求項１４の方法。
  17. 【請求項１７】 上記第１分解能では、上記画像受け媒
    体上に１ミリメートル当たり約１２ドットの分解能でド
    ットを形成することを特徴とする請求項１４の方法。
  18. 【請求項１８】 上記第２分解能では、上記画像受け媒
    体上に１ミリメートル当たり約２４ドットの分解能でド
    ットを形成することを特徴とする請求項１４の方法。
  19. 【請求項１９】 上記第１エネルギー入力は第１電気的
    波形であり、上記第２エネルギー入力は第２電気的波形
    であることを特徴とする請求項１４の方法。
  20. 【請求項２０】 上記第２モード形状は、モード１、２
    又は３のモード形状であり、上記発生ステップは、単一
    極性のパルスのグループ及び２極性のパルスのグループ
    の一方を含む上記第２電気的波形を発生することを特徴
    とする請求項１９の方法。
  21. 【請求項２１】 上記第１モード形状は、モード０のモ
    ード形状であり、上記発生ステップは、待ち期間により
    分離された単一極性の１対のパルスと、待ち期間で分離
    された２極性の１対のパルスとの一方を含む上記第１電
    気的波形を発生することを特徴とする請求項１９の方
    法。
  22. 【請求項２２】 上記発生ステップは、１秒当たり０か
    ら少なくとも約２００００インク滴の範囲のインク滴噴
    射レートで、選択した上記第１及び第２インク滴量が上
    記オリフィスから噴射するようなレートで、上記第１及
    び第２エネルギー入力の選択した一方を繰り返し発生す
    ることを特徴とする請求項１４の方法。
  23. 【請求項２３】 上記発生ステップでは、選択した第１
    及び第２インク滴量が、１秒当たり０から少なくとも約
    １８０００インク滴のインク滴噴射レート範囲にわたっ
    て上記オリフィスから上記画像受け媒体へのインク滴遷
    移時間と実質的に等しくなるように、上記第１及び第２
    エネルギー入力の振幅を調整することを特徴とする請求
    項２２の方法。
  24. 【請求項２４】 上記発生ステップでは、上記第１及び
    第２エネルギー入力の各々のスペクトラム・エネルギー
    分布を所望オリフィス共振周波数の付近に集中させると
    共に、上記第１及び第２エネルギー入力の各々のスペク
    トラム・エネルギー分布を望ましくないオリフィス共振
    周波数で抑圧させることを特徴とする請求項１４の方
    法。
  25. 【請求項２５】 インク多岐管を設け、該インク多岐
    管、上記圧力室及び上記インク・ジェット・オリフィス
    を、オリフィス・モード形状の励起周波数における寄生
    共振を避ける形状のチャンネルにより流体的に結合させ
    ることを特徴とする請求項１４の方法。
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