JP4659439B2

JP4659439B2 - 液滴発生器

Info

Publication number: JP4659439B2
Application number: JP2004332752A
Authority: JP
Inventors: イーノーキティスマイケル; ディーダーリンダグラス
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2003-11-20
Filing date: 2004-11-17
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2024-11-17
Also published as: BRPI0405111A; CA2487507C; CA2487507A1; DE602004005401T2; US20050110834A1; EP1533122B1; CN1618608A; EP1533122A1; US7055939B2; DE602004005401D1; CN1618608B; JP2005153522A

Description

本発明は一般に、インクジェット印刷等の用途に有用な液滴発生器（ドロップジェネレータ）に関する。

印刷媒体を作成するドロップオンデマンド方式インクジェット技術は、プリンタ、プロッタ、およびファックス等の製品に利用されてきた。一般に、インクジェット画像は、プリントヘッドまたはプリントヘッドアセンブリに実装された複数の液滴発生器により射出されるインク滴を受像面上に選択的に配置することにより形成される。例えば、プリントヘッドアセンブリおよび受像面は互いに相対的に動かされて、適当なコントローラにより、例えば適当な時点で液滴を射出すべく液滴発生器が制御される。受像面は、転写面または紙等の印刷媒体であってよい。転写面の場合、上に印刷された画像は続いて紙等の出力印刷媒体へ転写される。

米国特許第５，７３６，９９３号明細書米国特許第６，２１７，１４１号明細書米国特許第６，２１７，１５９号明細書米国特許第６，３０５，７７３号明細書米国特許第６，３１２，０８０号明細書米国特許第６，５９８，９５０号明細書

公知のインクジェット液滴発生器構造は電気機械トランスデューサを用いてインクをインクチャンバから液滴形成流出路に移送するため、液滴速度および／または液滴量の制御が困難な場合がある。

本発明は、液滴発生器であって、圧力チャンバと、前記圧力チャンバに接続している流入チャネルと、前記圧力チャンバに接続していて、流出チャネル軸を有する流出チャネルであって、前記圧力チャンバに接続していて、断面が円形である第一円形流出チャネル区間と、前記第一円形流出チャネル区間に接続していて、断面が非円形である第一非円形流出チャネル区間と、前記第一非円形流出チャネル区間に接続していて、断面が円形である第二円形流出チャネル区間と、前記第二円形流出チャネル区間に接続していて、断面が非円形である第二非円形流出チャネル区間と、を含む、流出チャネルと、前記第二非円形流出チャネルの終端で配置されている液滴射出ノズルと、を備えることを特徴とする。

図１は、コントローラ１０および複数の液滴射出液滴発生器を含むことが可能なプリントヘッドアセンブリ２０を備えたドロップオンデマンド印刷装置の実施形態の概略ブロック図である。コントローラ１０は、各液滴発生器に各々駆動信号を与えることにより液滴発生器を選択的に起動する。各液滴発生器は、圧電トランスデューサを利用してよい。その他の例として、液滴発生器の各々は、シェア型トランスデューサ、環状収縮（ａｎｎｕｌａｒｃｏｎｓｔｒｉｃｔｉｖｅ）トランスデューサ、電歪トランスデューサ、電磁トランスデューサまたは磁歪トランスデューサを用いることができる。プリントヘッドアセンブリ２０は、ステンレス鋼等、積層シートまたはプレートのスタックで形成することができる。

図２および図３は、図１に示す印刷装置のプリントヘッドアセンブリ２０に利用可能な液滴発生器３０の実施形態の各々模式的な平面図および立面図である。液滴発生器３０は、多岐管や液溜めその他のインク貯蔵構造からインク３３を受容する流入チャネル３１を含む。インク３３は、例えば可撓性ダイアフラム３７により、一方の境界が規定された圧力またはポンプチャンバ３５内に流入する。電気機械トランスデューサ３９が可撓性ダイアフラム３７に取り付けらており、例えば圧力チャンバ３５上に重ねて配置できる。電気機械トランスデューサ３９は、例えばコントローラ１０から液滴噴射および非噴射信号を受信する電極４３の間に配置された圧電素子４１を含む圧電トランスデューサであってよい。電気機械トランスデューサ３９の起動により、インクが圧力チャンバ３５から液滴形成流出チャネル４５へ流れ、そこから例えば転写面等の受像媒体４８へ向けてインク滴４９が射出される。流出チャネル４５は、自身の終端にノズルまたはオリフィス４７を含んでいてよい。

インク３３は溶融または相変化固体インクであってよく、電気機械トランスデューサ３９は、例えば曲げモード（ｂｅｎｄｉｎｇｍｏｄｅ）で動作する圧電トランスデューサであってよい。

流出チャネル４５は一般に、断面形状が異なる複数の部分または区間を含んでいる。例えば、流出チャネル４５は断面が円形である第一円形流出チャネル区間４５１、断面が非円形である第一非円形流出チャネル区間４５２、断面が円形である第二円形流出チャネル区間４５３、および断面が非円形である第二非円形流出チャネル区間４５４を含んでいてよい。図に示す例において、第一円形流出チャネル区間４５１はインク圧力チャンバ３５に接続し、第一非円形流出チャネル区間４５２は第一円形流出チャネル区間４５１に接続し、第二円形流出チャネル区間４５３は第一非円形流出チャネル区間４５２に接続し、第二非円形流出チャネル区間４５４は第二円形流出チャネル区間４５３に接続している。別の例として、流出チャネル４５はインク（圧力）チャンバ３５に接続している非円形流出チャネル区間、非円形流出チャネル区間に接続している円形流出チャネル区間、および円形流出チャネル区間に接続している非円形流出チャネル区間を含んでいてよい。

第一円形流出チャネル区間４５１は、例えば、実質的に同軸で断面積が異なる円形部分区間４５１Ａ、４５１Ｂ、４５１Ｃを有していてよい。同様に、第二円形流出チャネル区間４５３は、実質的に同軸で断面積が異なる円形部分区間４５３Ａ、４５３Ｂ、４５３Ｃを有していてよい。

第一非円形流出チャネル区間４５２は、断面が楕円形であってよく、一方、第二非円形流出チャネル区間４５４は断面が卵形であってよい。ノズルまたは開口が、例えば卵形断面の小径端、すなわち小さい方の半径を有する断面端部の半径の中心に配置されていてよい。

第一円形流出チャネル区間４５１、第一非円形流出チャネル区間４５２、および第二円形流出チャネル区間４５３は、流出チャネル軸ＣＡに中心が置かれていてよい。断面が卵形である第二非円形流出チャネル区間４５４の例の場合、卵形断面の大径端の半径の中心は流出チャネル軸ＣＡに配置されていてよく、ノズルまたは開口は流出チャネル軸ＣＡからオフセットの位置にあってよい。

第一円形流出チャネル区間４５１の長さＬ１は約０．５０８ミリメートル（２０／１０００インチ）未満、例えば約０．２７９４ミリメートル（１１／１０００インチ）〜約０．３３０２ミリメートル（１３／１０００インチ）の範囲にあってよい。第一円形流出チャネル区間４５１の平均直径は、例えば約０．２５４ミリメートル（１０／１０００インチ）〜約０．５０８ミリメートル（２０／１０００インチ）の範囲にあってよい。第一円形流出チャネル区間４５１の平均直径もまた、約０．２７９４ミリメートル（１１／１０００インチ）〜約０．３３０２ミリメートル（１３／１０００インチ）の範囲にあってよい。ここで、平均直径とは、第一円形流出チャネル区間４５１の部分区間の直径の平均を指す。

第二円形流出チャネル区間４５３の長さＬ３は約１．０１６ミリメートル（４０／１０００インチ）未満、例えば約０．６０９６ミリメートル（２４／１０００インチ）〜約０．６６０４ミリメートル（２６／１０００インチ）の範囲にあってよい。第二円形流出チャネル区間４５３の平均直径は、約０．２０３２ミリメートル（８／１０００インチ）〜約０．３８１ミリメートル（１５／１０００インチ）の範囲にあってよい。別の例として、第二円形流出チャネル区間４５３の平均直径は、約０．３０４８ミリメートル（１２／１０００インチ）〜約０．３５５６ミリメートル（１４／１０００インチ）の範囲にあってよい。ここで、平均直径とは、第二円形流出チャネル区間４５３の部分区間の直径の平均を指す。

第一非円形のチャネル区間４５２の長さＬ２は約１．０１６ミリメートル（４０／１０００インチ）未満、例えば約０．６８５８ミリメートル（２７／１０００インチ）〜約０．７３６６ミリメートル（２９／１０００インチ）の範囲にあってよい。第一非円形流出チャネル区間の有効直径は、例えば約０．２５４ミリメートル（１０／１０００インチ）〜約０．５０８ミリメートル（２０／１０００インチ）の範囲にあってよい。別の例として、第一非円形流出チャネル区間４５２の有効直径は、約０．３８１ミリメートル（１５／１０００インチ）〜約０．４３１８ミリメートル（１７／１０００インチ）の範囲にあってよい。ここで、有効直径とは、第一非円形流出チャネル区間４５２の断面積と同じ面積を有する円の直径を指す。

第二非円形流出チャネル区間４５４の長さＬ４は、約０．１０１６ミリメートル（４／１０００インチ）〜約０．２５４ミリメートル（１０／１０００インチ）の範囲にあってよい。別の例として、第二非円形流出チャネル区間４５４の長さＬ４は、約０．１７７８ミリメートル（７／１０００インチ）〜約０．２２８６ミリメートル（９／１０００インチ）の範囲にあってよい。第二非円形流出チャネル区間４５４の有効直径は、約０．２０３２ミリメートル（８／１０００インチ）〜約０．４０６４ミリメートル（１６／１０００インチ）の範囲にあってよい。更なる例として、第二非円形流出チャネル区間４５４の有効直径は、約０．３３０２ミリメートル（１３／１０００インチ）〜約０．４０６４ミリメートル（１６／１０００インチ）の範囲にあってよい。ここで、有効直径とは、第二非円形流出チャネル区間４５４の断面積と同じ面積を有する円の直径を指す。

流出チャネル４５の全長は、約１．４９８６ミリメートル（５９／１０００インチ）〜約２．００６６ミリメートル（７９／１０００インチ）の範囲にあってよい。別の例として、流出チャネル４５の全長は約１．７５２６ミリメートル（６９／１０００インチ）〜約１．９５５８ミリメートル（７７／１０００インチ）の範囲にあってよい。

ノズルまたは開口４７の長さは約０．０３８１ミリメートル（１．５／１０００インチ）、直径は約４１．５マイクロメートルであってよい。

インク（圧力）チャンバ３５は例えば、一般に平行四辺形または長方形であってよい。インクチャンバ３５の角は丸まっていてよい。図に示す例において、インクチャンバ３５の高さすなわち厚さＨは約０．０７６２ミリメートル（３／１０００インチ）〜約０．１２７ミリメートル（５／１０００インチ）の範囲に、幅Ｗは約０．７３６６ミリメートル（２９／１０００インチ）〜約０．９３９８ミリメートル（３７／１０００インチ）の範囲に、長さＬは約０．９６５２ミリメートル（３８／１０００インチ）〜約１．１９３８ミリメートル（４７／１０００インチ）の範囲にあってよい。更なる実施例として、インクチャンバ３５の高さすなわち厚さＨは約０．１０１６ミリメートル（４／１０００インチ）に、幅Ｗは約０．８３８２ミリメートル（３３／１０００インチ）〜約０．８８９ミリメートル（３５／１０００インチ）の範囲に、長さＬは約１．０６６８ミリメートル（４２／１０００インチ）〜約１．１１７６ミリメートル（４４／１０００インチ）の範囲にあってよい。ここで、幅Ｗおよび長さＬとは、平行四辺形または長方形の面積を規定する平行四辺形または長方形の寸法（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）を指す。

流入口３１および流出チャネル４５は、例えば、一般に台形または一般に長方形のインクチャンバ３５の対角にある隅においてインクチャンバ３５に接続されてよい。図に示す例では、流入口３１の長さは約１．２４４６ミリメートル（４９／１０００インチ）〜約１．５７４８ミリメートル（６２／１０００インチ）の範囲に、幅は約０．１５２４ミリメートル（６／１０００インチ）〜約０．２５４ミリメートル（１０／１０００インチ）の範囲に、高さは約０．０５０８ミリメートル（２／１０００インチ）〜約０．１２７ミリメートル（５／１０００インチ）の範囲にあってよい。

図に示す例によれば、本液滴発生器は、約２３ＫＨｚ（キロヘルツ）〜約３０ＫＨｚの範囲の液滴射出周波数で動作することができる。液滴発生器は、液滴質量が例えば約２０ナノグラム〜約３０ナノグラムの範囲にある液滴を射出することができる。別の例として、液滴発生器は、質量が約２３ナノグラム〜約２７ナノグラムの範囲にある液滴を射出することができる。

請求項は、当初のものであろうと、補正されたものであろうと、現時点では予見、予想されないもの、および例えば出願人、特許権者、その他の者の考案によるものを含め、本明細書に開示した実施形態および示唆の変更、代替物、改造、改良、均等物および実質的均等物を包含するものである。
＜付記＞
（１）請求項１に記載の液滴発生器において、前記円形区間は、第一円形部分区間および第二円形部分区間を含む液滴発生器。
（２）請求項１に記載の液滴発生器において、前記非円形区間の断面は、楕円形である液滴発生器。
（３）請求項１に記載の液滴発生器において、前記非円形区間の断面は、ほぼ卵形であり、前記ノズルは、前記卵形断面の小径端に配置されている液滴発生器。
（４）請求項１に記載の液滴発生器において、前記圧力チャンバの断面は、ほぼ平行四辺形である液滴発生器。
（５）請求項１に記載の液滴発生器において、前記圧力チャンバは、約２３ＫＨｚ〜約３０ＫＨｚの周波数で動作する液滴発生器。

ドロップオンデマンド液滴射出装置の実施形態の模式的なブロック図である。図１の液滴射出装置に利用可能な液滴発生器の実施形態の模式的な平面図である。図２の液滴発生器の模式的な立面図である。

符号の説明

１０コントローラ、２０プリントヘッド、３０液滴発生器、３１流入チャネル、３３インク、３５（インク）圧力チャンバ、３７可撓性ダイアフラム、３９電気機械トランスデューサ、４１圧電素子、４３電極、４５流出チャネル、４５１第一円形流出チャネル区間、４５２第一非円形流出チャネル区間、４５３第二円形流出チャネル区間、４５４第二非円形流出チャネル区間、４５１Ａ，４５１Ｂ，４５１Ｃ（第一）円形部分区間、４５３Ａ，４５３Ｂ，４５３Ｃ（第二）円形部分区間、４７ノズル（開口）、４８受像媒体、４９インク滴、ＣＡ流出チャネル軸。

Claims

圧力チャンバと、
前記圧力チャンバに接続している流入チャネルと、
前記圧力チャンバに接続していて、流出チャネル軸を有する流出チャネルであって、前記圧力チャンバに接続していて、断面が円形である第一円形流出チャネル区間と、前記第一円形流出チャネル区間に接続していて、断面が非円形である第一非円形流出チャネル区間と、前記第一非円形流出チャネル区間に接続していて、断面が円形である第二円形流出チャネル区間と、前記第二円形流出チャネル区間に接続していて、断面が非円形である第二非円形流出チャネル区間と、を含む、流出チャネルと、
前記第二非円形流出チャネルの終端で配置されている液滴射出ノズルと、を備える、液滴発生器。
請求項１に記載の液滴発生器において、圧電素子を更に含む液滴発生器。
請求項１に記載の液滴発生器において、前記流入チャネルは、溶融固体インクを受容する液滴発生器。
請求項１に記載の液滴発生器において、前記第二非円形チャネル区間の断面は、ほぼ卵形である液滴発生器。
請求項１に記載の液滴発生器において、前記ノズルは、約２０ナノグラム〜約３０ナノグラムの範囲の質量を有する液滴を射出する液滴発生器。