JPS5829743B2 - 複数ノズルのインク・ジェット・プリント装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 高速インク・ジェット・プリントは複数ノズル方式を用
いてお一す、その各々がインク滴の流れを発生し、これ
らは記録媒体上に所望のデータとなる点群を与えるよう
個々に偏向される。

通常、複数個のノズルが媒体面移動方向に対し横方向に
列状に配置され、ノズルは各々滴荷電リングと偏向板組
合せを持ちインク滴をデータ点群となるよう滴当に配向
する。

不要の滴はインク受けに向けられ貯めて再利用される。

米国特許第３７８６５１７号が複数ノズル横方向配置の
代表例を示す。

ノズルの数とその制御は任意で、記録面を端から端迄渡
るに要する数迄沢装置くことも可能である。

所望の分解能を以て記録するには多くの偏向レベルを要
する。

この多くの偏向レベルは制御信号の複雑性を非常に高め
るが、それは電荷の相互作用と飛行力学による反作用的
効果の補償のためである。

米国特許第３７３９３９５号も類似であるが、これは複
数の横方向列を用い、各々が前のものと少しずれており
記録媒体の巾に沿って全部のデータ点をカバーするよう
になっている。

流れは直角な２つの方向に偏向される。

成る列の各ノズルは偏向電極対を有し、構成る列のノズ
ルすべての共通の偏向電極対を各々の対と直角方向に有
する。

共通電極の偏向方向は移動方向である。

これらの例では、記録面上の所望のデータ点すべてをカ
バーするよう、必要な構成を十分小さく作る際困難があ
る。

更に滴荷電と偏向信号の制御が過度に複雑になる。

ノズル横方向配置の他の例は米国特許第 ３８７１００４号で、ノズル列の移動方向に対しノズル
の上下に単ルベルの偏向をインク滴に与えて動かすよう
、選択的動作可能な偏向電極を用いている。

インク滴は必要によってのみ発生され、選択的に荷電さ
れず、切換型吸引電界の存在により偏向される。

各電極は、各ノズルに近く個々に形を作っである。

他の試みとしては横列ノズルの数を増し、データ点の１
本の線毎に１つのノズルを置き、制御は２進的即ち媒体
に当るか、インク受けに向けるかとするものもある。

これは、米国特許第３３７３４３７号に示される。

この構成は、必要な解像度を与える程ノズルを密接でき
なく用いられていない。

良質のプリントは１問に約１０ベル即ちプリントかそれ
以上を要する。

更に他の試みとして示されているものは、多数のノズル
の列を媒体とプリント・ヘッドとの相対移動方向に対し
傾け、１連のノズルからの各インク滴が互いにつながっ
て或いは重なって線的要素を作るように媒体に当る如く
されている。

ノズルは構造的な制限により、互いに十分に近づけるこ
とができないので、このノズルの傾きは相当強い。

媒体の巾方向に線のような印刷をするのに、多くのノズ
ルを正確に置き制御しなければならない。

プリント素子の各列又はプリントする線のデータ点の各
々に対し１つのノズルが必要とされる。

更に別の提案においては、■連のノズルが列状に、媒体
とヘッドの相対移動方向に対し傾けられている。

各ノズルからのインク滴は、別々の偏向レベルで媒体に
当るようになっている。

連続的な相対移動中にプリントをすると、各偏向装置は
データ点を最終的なプリント位置に正しく向うように希
望のデータ点の先を行くよう個々に合わせられねばなら
ない。

既存のインク・ジェット・プリンタは、各インク渦流に
ついて個々に偏向装置を要するか、偏向レベルが１段に
限られるか、相対移動方向にのみ偏向できるものである
。

更に、今迄のプリンタはインク滴流と媒体の動きについ
ての補償は考えておらず、或いは各派れについての信号
や構造上の調整を有する。

本発明の目的は、複数のノズルからのインク渦流を偏向
できる１対の共通電極を備えた複数ノズル・荷電装置配
置でノズル・媒体の相対移動についての補償を伴ったノ
ズル列・偏向電極の傾斜決定手段の設けられた静電偏向
インク・ジェット構成で、そのノズルの各々が媒体面上
で直交する枠内の予定のデータ点にインク滴を記録でき
る如きものを提供することである。

この目的は、本発明において多くのノズルを列に釦き、
各ノズルに滴荷電装置をもたせ、すべてのノズルはその
流れを平行に単一の平行平板静電偏向板付の間を通り媒
体に向けるように位置付けられているようにすることで
実現できる。

インク滴が同時にすべてのノズルから出て、この印字用
に選択された滴の群は所望の偏向レベルに荷電され、電
極の静電界により電極のたて軸に直角な経路に沿って偏
向され媒体上の各データ点に向う。

荷電されない滴は偏向されず受けに当り再利用される。

ノズルの列と平行電極対は相対移動方向に対し傾いてい
る。

各ノズルは媒体移動中に偏向の各レベルについて１列の
プリントができる。

荷電した滴の偏向は電極に直角であり媒体次行くのに飛
行時間を要するので、本発明の傾斜角は、いくつかの点
で考慮を要する。

そのうちのいくつかはデータ点パターン、希望の間隔、
各ノズルの記録時偏向レベルの数、直交するノズルの間
隔、記録データ点間で移動する時の動く方向の列にかけ
る発生滴数等である。

これらの関係は同じ軸方向でのデータ点間隔の整数倍で
表わされる。

多レベル偏向のできる斜めのノズル列はプリンタ構成の
簡素化を与え、より広いノズル間隔を許す。

ノズル列の傾きは種々の渦周波数とプリント速度に適合
でき種々の直交データ点間隔に対応して調節できる。

プリントはラスクーの前進時でも戻り時でもでき、又必
要ならインク滴はインタレース的にもプリントできる。

第１図のノズル１０，１１，１２が加圧されたマニホル
ド（多岐管部）１３からインクを受け、このマニホルド
には供給管１４から補給されている。

マニホルド１３内のインクは、図示時した周知の周期性
圧力による分散作用を受けている。

そこで、インクは各ノズル１５，１６，１７から流れて
出る時に、その流れの断面が均一でなく、共通でできれ
ば一定であるのが良い成る周波数で分断され、文字発生
器２３から選択的な電気信号を受ける荷電リング１９を
通る時に個々のインク滴になる。

インク流からインク滴が別れる時、その時の荷電リング
への信号に比例した電荷を持ち、一定の高圧をかけられ
ている１対の静電偏向電極２０．２１の間を飛行する。

偏向板の片方、この例では２０の方が不要のインク滴を
受けるための受は溝を有する。

例えば、この例でこの受けに捨てるべき滴は電荷を与え
ない。

そこでこれらは板２０．２１の間で電界によって偏向さ
れず１つすぐ受け２２に向う。

しかし、荷電した滴はローラ２４で動かされる媒体紙２
６に向いつづけ、その電荷の強さ、ノズル位置、荷電し
た時刻等で決する紙上の選定点に当る。

別の偏向を得るために、勿論、インク滴に別の電荷を与
えてもよい。

この例で、この３つの流れの滴は個々に選択的に、３つ
の電圧のうちの１つにその荷電リングにより荷電され、
媒体上の３組の水平線のうちの１つに偏向される。

例えば、ノズル１０からの滴１５は文字「２」の下方の
３列１〜３のプリント、ノズル１１の滴１６は中央の３
列４〜６のプリント、ノズル１２からの滴１７は上方の
３列７〜９のプリントに用いられる。

荷電信号は、各派れの切り分けと周波数に同期してリン
グに与えられ必要な偏向をもたらす。

必要なら偏向レベルの増減が可能。

本説明では、「データ点」はプリント可能な位置を意味
し、図でいえば均等な間隔の直交する列と行の各交点で
あり、水平即ちＸ方向の交点間の寸法は垂直即ちＹ方向
の交点間の寸法に等しくなっている。

これは結局データ点の方形マトリクスをなす。

もつとも、後記のようにＸ、！：Ｙの寸法が異なるよう
なデータ点記録もできる。

図面で、ノズル１０〜１２の列は１線上に釦かれ、この
線は媒体２６の移動方向である矢印に対し傾いている。

荷電された滴は平行な板２０，２１間を通る際、これら
板のたて軸に直角な方向に偏向される。

そこで、ノズルに対する偏向は、成る線上に起き、これ
も相対移動方向に対し傾いている。

インク滴は、その特定データ点にプリントする必要の有
無に応じて選択即ち荷電される。

この選択は文字発生器の制御下に行われる。

第２図は媒体シート２６の１部を示し、交叉する直交枠
型の線群を有し、インク滴の当ることのできるデータ点
を規定している。

水平方向で距離Ｘ、垂直方向で距離Ｙへだてられている
、各データ点は、ノズル１０，１１，１２の列ｉ１回媒
体２６に沿って動かした時に記録できる滴付着可能位置
を示すものである。

各ノズルでプリントされるよう意図されたデータ点は丸
印で、又ノズルから見て各印字するためのインク滴を点
で示しである。

滴、印字点、枠等の相対的な大きさ関係は歪んでいるが
、それは説明の目的である。

実際には、枠交点のＸ、Ｙは約０．１ ｒｒａｎ又はそ
れ以下である。

この例では、正しい移動方向は矢印で示す水平方向であ
る。

方形の枠内の各データ点の記録には、データ点が媒体２
６の移動方向に対し４５°の角にある時に最小の偏向を
必要とする。

この角度で、偏向の各連続する段に対するデータ点は、
移動方向にＸ単位分を最小限として変位する。

データ点の成る１行から次への、媒体２６の水平移動時
に、所定のデータ点に対し各ノズルが十分なインク滴を
発生する必要がある。

この例では、ノズル１０，１１，１２は十印で示され、
各々がデータ点の行の間の水平移動に要する時間のうち
に少なくとも３つの滴群を発生できねばならない。

そこでシートが１つのＸ単位動く間に各ノズルからの滴
からできる２つのマーク付けを示すマーク・パターンが
示しである。

滴又はマークの一連の形とは、本説明では、シートが１
つのＸ単位進む間にプリントできる又は発生できるすべ
ての滴又はマークを意味する。

プリント媒体とプリント装置の間の相対移動は補償を必
要とし、これが第２図に示されている。

インク滴は、その飛行時間中の相対移動とノズルからの
滴群の連続的発生の遅れにより、各々対応するマーク位
置より先に向けられねばならない。

インク滴の飛行時間は各々はぼ同じだから、この時間内
の記録面の移動に対する補償のための先行量も各部につ
いて同じである。

従って、相対移動の軸方向に沿う記録マークに対するノ
ズルとインク滴の調整は、すべてのインク滴の飛行時間
を変えることになる。

しかし、これはノズル、マーク、滴の角度関係は変えな
い。

従って、ノズル１０゜１１．１２はその各々からのイン
ク滴により形成されるマークの上の線２５上に位置して
いる。

各ノズルは水平３列のデータ点を記録できるよう示され
ている。

荷電されてない滴は偏向されず、受けに入れられる。

インク滴は媒体間を通る際、完全に偏向されており、発
生時の打撃点の先に行くように図示されている。

媒体面移動時の連続的に発生するインク滴に対し必要と
なる補償は、各インク滴が目標のデータ点の少し先の線
２７に沿って実際に偏向されることの必要を意味する。

荷電された滴が電極２０゜２１の間の静電界に入ると、
その偏向の方向は電位勾配に平行で電極の軸に垂直であ
る。

そこで、平行電極２０．２１はノズル列に対し角度φだ
け位置を変え、これらインク滴のマークのための必要な
先行を与えねばならない。

ノズル列と偏向電極のこの開きは、ノズル列に作用する
電極間隔を増し、電極に余分の電圧を必要とする。

電極間隔の拡大の代替は、各ノズルに電極を与えること
であるが、このような電極は歪んだ電界を発生する。

補償用の先行角を連続して発生するインク滴に与えるこ
とは、ノズル１１と１２を元の間隔より大きくへだで、
偏向のレベルと筒周波数を考慮すれば実現できる。

角度θを方形の枠組みとその他の構成の両方について変
更できるようにするためいくつかの寸法上の関係を設定
できる。

第３図に、偏向電極がノズル列と平行でしかも、間隔も
満足できる、ノズル間隔の例を示す。

第２図の如くデータ点は、方形枠をなす直交線の交点に
ある。

滴群発生時ノズルにより形成されるマークは、相対移動
方向に対し４５°になっている。

ノズル１０゜１１．１２は水平方向にずれている。

この記録装置はすべてのデータ点にマークを付は得ねば
ならないので、隣接するノズルの間に記録不可能なデー
タ点水平列があってはならない。

これが、得られる偏向レベルの数を規制し、整数でノズ
ル間の水平列の数に等しいか、これより大である。

本例の場合、３又は４レベルの偏向が必要である。

点線で示した余分の滴は捨てられ、点線で示した潜在的
なマークは記録されない。

第３図のノズル１０の右側に区分２８で滴発生時のプリ
ント・ヘッドの逐次的位置を示す。

各ノズルのデータ点に正しい滴付着を維持するために、
この区分の数は整数でなければならず、端数があると誤
った位置付けを起す。

ノズル１０からの各連続するインク滴はこの区分（期間
）２８ずつ前の滴から遅れてつづくが、各々のデータ点
を一定量だけ先行することが判る。

図示したような満缶に段設大きくなる偏向値を普通前方
ラスタ一式と呼び、段々減少する場合を後方ラスク一式
と呼ぶ。

後方ラスタ一式は後に説明する。

隣接するノズルの水平方向間隔はノズルが同じ列にある
時は相当に変更できる。

しかし、ノズルとノズルの垂直方向間隔の均一性を維持
するという限定が水平間隔に対しである。

そこで、ノズル列と移動方向の間の角θが満足できるも
のになるためには、垂直と水平の寸法関係が特定の時の
みが動作可能となる。

角θの決定も、捨てる分を含めて一連の滴の発生数と各
発生筒の間にノズル列が動く距離を考えに入れねばなら
ない。

ノズル列と平行な偏向電極にするには、滴群の線２７は
ノズル列に垂直でなければならない。

傾斜角θの値は、次の連立方程式により決ｌる。

但しＸ、Ｙは各々データ点水平及び垂直間隔、Ｍ及びＬ
は相対移動方向及びその直角方向での隣接するノズルの
間のデータ点の数、Ｎは各発生する滴群（一連の）によ
りマークできるデータ点の数、ＫはＮ個のデータ点のマ
ークに必要な一連の滴の発生期間内のデータ点相対移動
数である。

値Ｌ、ＭｌＮ、には各々整数でなければならない。

ＮとＫの値が、滴の率とノズル列の媒体に対する相対速
度との関係を決める。

式（１）と（２）を結合すると第３図から判る下記の式
を得る。

通常のデータ点は等間隔の直交軸の交点にある。

これは、前夫でＸ及びＹ項を消す。

他の形の格子を希望する時は、ＸとＹ項がこれら寸法の
比を定める。

同じく、多くの応用例でＫは犬低１に等しく、それはす
べてのデータ点のカバーが１回のノズル列と媒体の移動
により行えるからである。

しかし、記録速度が１つのノズル列と得られる滴発生率
に対し、極く早い時には、Ｋは１より大きい整数値とな
る。

式（３）をみると、３グループの解がある。

Ｘ＝ＹとＬ＝ＮとＬ＝Ｎの時のＸ＝Ｙである。

この最後のものが特解であり、マーク対発生する滴の項
として多分能率的である。

一連の滴数Ｎは、用いる偏向レベル数に等しいかこれよ
り大でもよい。

例えば、第３図ではＮ２２で偏向レベル数は３である。

第４のインク滴は余分で捨てられ、即ち荷電されず受け
に向けられる。

連続する２つ以上の滴を同じに荷電し、１つのマークの
プリントに用いることもできる。

例えば１つのマークに２個か３個の滴を用いてもよく、
又１つの滴を用いるのに２，３個ずつ群に発生して残余
を捨ててもよい。

しかし、位置付けの確度維持のためＫＸ移動期間中の滴
数は整数でなければならない。

ノズル１０，１１，１２と媒体シート２６の相対移動方
向は前方ラスタ一式を行いつつ逆向きにできる。

この変更の効果は第４図に示す。記録すべきデータ点は
ここでも、交点上の斜のデータ点を結ぶ線上にある。

ノズルは再びマークに合わせられ、各ノズルのマークを
結ぶ線２５にインク滴の線２７が交叉する。

偏向されるインク滴は相対移動補償のため目標マークを
先行しなければならない。

方向逆転の影響により、式（３）で値Ｋを値Ｎから引く
のでなく、加算する必要ができ、この式％式％ ここでも、値り、Ｍ、Ｎ、には整数であるという制約が
ある。

しかし、Ｎ之りなので、Ｌ、Ｍ、Ｎ。Ｋが整数でＸ＝Ｙ
の時の式（４）の明確な解はない。

従って、との配向では、データ点の直交２方向での関係
は次のようになる必要が有る。

第４図でＸとＹの寸法が不同であるので、このことが判
る。

相対移動方向は、インク滴の後方（逆向）ラスタ一式を
行ってノズル列傾斜角について逆転することができる。

この点は、第５図ノズル１０゜１１が第３図と同じ角度
傾いており、シート２６の移動が反対方向であることで
示されている。

Ｎ連の滴が理論的に、ノズル１０では斜線のマーク３０
、ノズル１１ではマーク３５に向けられているが、その
第１のインク滴は実際には捨てられ、滴３１，３２．３
３と３６．３７，３８が連続した一連の滴の中にあるも
のとして発生され比較的少ない電荷をもちシート２６上
で同時に対応するマークの所へ打撃する。

一連になったインク滴は各間隔２８を以って発生され、
ノズル列に垂直な線２７に沿って偏向される。

前方及び後方ラスターの使用は、プリント・ヘッドと偏
向装置の傾斜角を変えずにどちらの方向にでもマークを
記録することを可能にする。

第５図で、線２７は第１のマーク３０と３５の理論的位
置でマークの線２５と交叉するように、ノズルとインク
滴をマークに対し調節した。

これは幾何学的関係を示すために行われた。

ラスターとプリント・ヘッドの行程の両方が方向を変え
ると、滴群のタイミングがいくらかの調節を要するが、
他の角度関数は不変である。

多レベル偏向を高級化するとインタレース方式となる。

この高級化は、飛行時のインク滴を更に離し電荷と空気
力学的干渉を防ぐが、この干渉は前後の滴の電荷と空気
力学的撹乱がそれらの軌道を希望のものから外すに十分
な程になることである。

インタレース方式は相続く荷電した滴の配置を隣接する
マーク位置では排除することにより行われる。

多レベル偏向傾斜ノズル形式は第６図から判るようにイ
ンタレース方式に適用できる。

インタレース方式の利益は５レベル以下では疑わしく、
図では６滴一連として示されている。

シート２６の動きに対し角度θをなす列上にノズル１０
だけが示されている。

ＸとＹの寸法は不同であることが判る。

これらは説明上の都合でこうした。ノズル列に平行な偏
向板で、インク滴は線４０方向に列と直角に偏向され、
媒体シートがＫＸの長さ移動する間に区分２８の所で発
勢される。

滴の番号１〜６は発生順であり、マークの２つの小群を
作る例えば、滴１，３．５が第１の、滴２，４．６が第
２の小群となる。

図示のマーク位置から、片方の小群のマークが他方の小
群のマークから、６滴全部の発生時間中に動いた長さＫ
Ｘの１部分だけずれていることが判る。

インタレースのためのこのずれの量は次式で示される。

ここでＫＸは滴群発生中の移動距離、Ｎは一連の群内の
滴数、Ｊは各小群中の滴数である。

インタレース方式は２小群以上にも拡大でき、その各々
が互いにずれていることが判る。

インタレース方式での傾斜角の決定は、移動方向に平行
な線に沿う小群のデータ点を用いる点を除いて、式（１
）と式（２）に類似である。

これらを縫合した結果は次式になる。

プリント・ヘッドの媒体に対する移動方向とマークの（
ノズルからの）発生順は第３図と同じなので式（７）を
式（３）と比べてみる。

２式はＮ＝Ｊの時間−であることが判る。

傾斜ノズル多レベル傾向プリント時の記録点の選定は多
少複雑である。

各ノズルは、一度の滴群発生時に、偏向の各レベルにつ
いて別個の垂直列に滴を付着できる。

例えば、第１図のようなノズル１つで垂直線の断片をプ
リントする際に３行分動く。

各ノズルは、動く各行について別個の偏向レベルに単一
のマークを与′える。

他のレベルの滴はすべて捨てられる。

滴の荷電制御は必要な除去作業についての考慮を要する
。

上記の如く、一連の滴の発生時にノズル列が偏向のすべ
てのレベルのプリントについて動く量ハ、隣接する格子
の行の間隔かその整数倍に等しい。

例えば、Ｋ＝２なら、プリント・ヘッドは行間隔の整数
倍離れた２つの平行ノズル列を有し、各ノズルはヘッド
の値に分の動きの間にＮ滴発生する。

これの代替法は、同一線上を１つのノズル列で２乃至３
回走らせ、但し第１の通過時にブランクで残された区域
に記録するよう滴付着を時間的にずらせることである。

これら例のすべてで、プリント装置は記録媒体シートに
対し固定されているものとして示された。

これらの説明や理論の関係は、相対速度を同じにして記
録媒体を固定しプリント装置を動かしても成立する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のインク・ジェット・プリント装置の計
画図、第２図は相対的に移動する記録媒体に対しマーク
を付はプリントする関係を示す図、第３図は偏向電極と
ノズルの関係を示す第２図類似の図、第４図は移動方向
反対時の第２図類似の図、第５図は後方ラスタ一式を示
す図、第６図はインク滴のインタレース方式を示す図で
ある。 １０．１１，１２・・・ノズル、１８・・・インク滴、
２０．２１・・・偏向電極、２６・・・媒体シート。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 予定の間隔を置いて列状に配置され被印刷媒体に向
   って互いにほぼ平行に飛行するインク滴群を同期的に発
   生する複数のインク滴供給ノズルと、上記ノズルの列に
   平行に各々配置され上記ノズルの列と上記媒体との間に
   おいて横方向に電界を与えるｌ対の電極と、上記ノズル
   の列方向に対し予定の角度傾斜した方向に沿って上記ノ
   ズルの列と上記媒体との間に相対的移動関係を与える装
   置と、上記相対的移動の単位距離当り一個の割合で一連
   のインク滴を上記ノズルから発生するように制御する装
   置と、上記ノズルの各々において各インク滴に相異なる
   可変量の電荷を荷電することにより該インク滴がその電
   荷に応じて上記電界により、上記相対移動方向に平行な
   複数の等間隔になった印刷位置列のうち各ノズル毎に定
   められた複数個の印刷位置の１つに配向される如くする
   選択的荷電装置とよりなる複数ノズルのインク・ジェッ
   ト・プリント装置において、 上記相対的移動の単位距離をＸ、 等間隔の印刷位置列の間隔をＹ、 各ノズル毎に定められた印刷位置の個数をＮ、上記相対
   的移動の方向において成るノズルとこれと隣接するノズ
   ルとの間に在る印刷位置の間隔の個数をＭ、 上記相対的移動の方向とは垂直の方向にむいて成るノズ
   ルとこれと隣接するノズルとの間に在る印刷位置の間隔
   の個数をＬ、 上記Ｎ個のインク個を発生する間に上記媒体が相対的移
   動する距離を上記単位距離Ｘで表わした値をＫとし、 上記媒体が相対的移動する方向に対向する方向に上記Ｎ
   個のインク滴が発生される場合にはで与えられるθを、 上記媒体が相対的移動する方向に対しこれを追う方向に
   上記Ｎ個のインク滴が発生される場合には、 で与えられるθを上記ノズルの傾斜角度とする複数ノズ
   ルのインク・ジェット・プリント装置。