JPH03199049A

JPH03199049A - 音響式インク印刷ヘッド

Info

Publication number: JPH03199049A
Application number: JP32223790A
Authority: JP
Inventors: M Lennon John; ジョン　エム　レノン; Eric G Rawson; エリック　ジー　ローソン; Babur Hadimioglu; ハディミオグルバーブル
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1989-12-27
Filing date: 1990-11-26
Publication date: 1991-08-30
Anticipated expiration: 2009-12-14
Also published as: JPH06102378B2

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、音響式インク印刷に関し、特に、室温におい
て比較的高い粘性を持つ粘性可変液体状インクで音響式
印刷を実行する際に必要とされる入力エネルギを減少さ
せる方法及び手段に関する。

本明細書において、「粘性可変インク」とは、温度を関
数として粘性が変化するようなインクをいつ。

（従来技術）本発明が属する音響式インク印刷機は、収束した音響輻
射で液体状インクの自由表面の個々の部分を照射するた
めの１又は複数の音響式輻射体（しばしば、「液滴エジ
ェクタ」と呼ばれている）を備えている。自由インク表
面に対して照射するこれら音響ビームの各−放射圧力は
、入力データサンプルに従って独立して調節される。こ
の放射圧力によって、短時間の間且つ制＃された波がイ
ンクの表面に発生し、その表面張力を打ち破る程に大き
くなる。その結果、インクの個々の液滴は、要求に応じ
て十分な速度で自由インク表面より飛び出す、これによ
り、液滴は、近くに配置された記録媒体上に付着して像
を形成する。

より成熟した印刷技術のために開発されてきた多くの高
品質インクには、そのインク特性を向上させるレジン、
高粘性溶剤（例えば、熱硬化性油、低モル重量のポリポ
ル）等の添加剤が含まれている０例えば、これら添加剤
は、印刷した像が強固に硬化する割合を制御するのみな
らず、そのようなインクかにじんだり、立毛したり、あ
るいは流れ落ちたりしないように普通に使われている。

残念ながら、これらインクの組成は、−船釣に、その高
粘性により、安価な音響式インク印刷には適していなか
った６問題は、音響式インク印刷に必要な入力エネルギ
か、インクの粘性の関数として累積的に増大してしまう
点にあった。

（発明が解決しようとする課題）米国特許第４，７４５，４１９号（発明の名称二「加熱
溶融音響式インク印刷」）は、加熱溶融したワックスで
被覆したインクベースのキャリヤを加熱ゾーンを通し、
しかる後、印刷機の単数又は複数の噴射位置に搬送し、
それによって、印刷機の噴射位置の各にほぼ連続的に液
体状インクを供給する音響式インク印刷に関する。この
発明は、音響式インク印刷に高粘性のワックス／インク
ベースを使用できるようにした点において、大きな技術
的貢献をなしたが、実用化するにはやや高価であった０
例えば、加熱溶融インク被覆キャリヤを消費材として使
い捨てとするか、あるいは、適当な被覆機構によってそ
の場で再被覆する再使用可能な要素とするかにかかわら
ず、加熱溶融インク被覆キャリヤに関連して多額のラン
ニングコストかかかっていた。さらに、加熱溶融インク
被覆キャリヤを輸送するのに必要な電気ａ械的８１楕に
関連して、余分の費用がかかつていた。これら経費上の
問題に加えて、ワックス／インクベースで作られた像の
エンボス状の外観及び感じは、ある種の印刷においては
好ましいものではなかった。

従って、広範囲のインクを比較的安価に実行できる音響
式インク印刷に使用できるようにすることは有用である
。他の印刷プロセスのために開発されてきた高品質イン
クの特性に極めて近似した特性を有する液体状インクを
使用しつつ、比較的中程度の入力エネルギで音響式イン
ク印刷を実施できるようにすることは、本技術分野にお
いて有意義な進歩をもたらす。

（課題を解決するための手段）本発明によれば、単数又は複数の液滴エジェクタ付近の
粘性可変液体状インクを局部的に加熱し、自由インク表
面から個々のインク液滴を噴射するのに必要な音響エネ
ルギを減少させる音響式インク印刷ヘッドが提供される
。Ｉｉ射されたインク液滴は空中を飛翔している間に冷
却され、インクは記録媒体上に付着しつつほぼ常温印刷
特性に戻る。

インクを循環しながら又は循環させないで局部的に加熱
する抵抗及び音響加熱器を有する単室又は双室の音響式
インク印刷ヘッドが提供される。

本発明の他の目的及び利点は、添付図面と共に以下の詳
細な説明を読むことによって明らかになるであろう。

（実施例）本発明を、図示された実施例を参照して以下詳細に説明
するが、これら実施例に限定する意図はない、むしろ、
特許請求の範囲に規定された発明の精神及び範囲内の全
ての変更、代替及び均等物を含む意図である。

第１図を参照すると、球面焦点レンズ１４を音響的に照
射するための圧電変換器１３からなる液滴エジェクタ１
２を有する音響式インク印刷へ・ンド１１か図示されて
いる。圧電変換器１３及び球面焦点レンズ１４は、音響
的に導体である基体１５の両面に音響的に整列している
。この基体１５は、比較的高い音響伝搬速度を有するシ
リコン、石英、ある種のガラス等の材料から作られてい
る。

典型的には、圧電変換器１３は、液滴エジェクタ１２用
の入力データに従って（図示されていない手段によって
）調節された交流電圧によって作動される。これによっ
て、圧電変換器１３は、球面焦点レンズ１４を照射する
ための、対応して調節された音響平面波エネルギを基体
１５内に発生させる０球面焦点レンズ１４は、それに入
射した音響輻射を液体状インク１８の貯蔵自由表面１７
上の焦点に実質的に収束するように集める。従って、個
々のインク液滴１９は、要求に応じて自由表面１７から
飛び出し、付近に位置する記録媒体（図示されていない
）上に像を印刷する。

球面焦点レンズ１４の焦点深さに自由表面１７を維持す
るため、球面焦点レンズ１４に整列する比較的大直径の
貫通孔２２を有する薄い、横断膜又は楔状部材２１が、
（図示されていない手段によって）その内側表面が液体
状インク１８と親密に接触するようにして適当に支持さ
れている。従って、表面張力によって、液体状インク１
８は貫通孔２２を横断する比較的安定した形状の円弧表
面（ｎｅｎｉｓｃｕｓ）を形成する。この円弧表面は、
液滴エジェクタ１２の自由表面１７を構成する。所定の
バイアス圧力か、（図示されていない手段によって）液
体状インク１８に維持されており、これにより、横断膜
又は楔状部材２１は、円弧状の自由表面１７をほぼ一定
のレベルに保持する。

１つの液滴エジェクタ１２のみが図示されているが、音
響式インク印刷ヘッド１１は、そのような液滴エジェク
タを一列又は二剤にしたものからなるようにすることも
できる。さらに、図示された液滴エジェクタ１２の代り
に、圧電シェル変換器、交互に嵌まり合った電極を有す
る平らな圧電変換器、及び音響的に照射された複相フレ
ネル焦点レンズを代替手段として使用できることは理解
されるべきである。

第１図に図示されているように、音響式インク印刷へラ
ド１１は、液体状インク１８のための外側室３１と、Ｍ
衝液体等の適当な音響的に連結する媒体３３を充填する
ための内側室３２とを有している。金属又はシリコンか
ら作られた音響的に導体である材料からなる薄い横断内
部隔壁３４は、外側室３１及び内側室３２を物理的に相
互に分離している。即ち、球面焦点レンズ１４は、媒体
３３及び薄い横断内部隔壁３４を介して、液体状インク
１８に音響的に連結している。

本発明に従えば、単数又は複数の液滴エジェクタ１２の
直ぐ近くのインクを局部的に加熱するための手段が、液
体状インク１８に関連して設けられている。幸運なこと
に、高品質印刷インクの多くは粘性が変化するようにな
っている。その粘性は、それらが加熱されると飛躍的に
減少する。高い粘性のインクは、撹拌しにくいために、
制御しやすい、即ち、本発明が意図しているインクの局
部的加熱は、液体状インク１８が液滴エジェクタ１２の
方向に送られるとき周囲のインクを激しく掻き乱すこと
なく、粘性可変インクで音響式インク印刷を達成するの
に必要なエネルギを減少させる。さらに、噴射されたイ
ンク液滴１９はそれが空中を飛翔している間に冷却され
るため、液体状インク１８の常温印刷特性は、インク液
滴１９か記録媒体上に付着するときまでにほぼ戻ってい
る。

液体状インク１８の局部的加熱は、種々の方法によって
達成することができる０例えば、第１図においては、薄
い横断内部隔壁３４に支持された抵抗加熱器４１か、液
体状インク１８を加熱するために用いられており、この
抵抗加熱器４１は、液滴エジェクタ１２の高圧室即ち喉
部内に設けられている。尚、図示されているように、抵
抗加熱器４１は、貫通孔２２の縁部を越えて形成されて
おり、従って、円弧状自由表面１７を形成するインクは
、はぼ均一に高温レベルまで加熱される。

本実施例においては、追加の液体状インク１８が、自由
表面１７をほぼ一定のレベルに維持するように、要求に
応じて入口通＃Ｉ４３を通じて供給される。しかしなが
ら、入口通路４３は、液滴エジェクタ１２を越えた直ぐ
の位置で終っており、従って、液体状インク１８は循環
しない、液体状インク１８の加熱は、（図示されていな
い手段によって）自動調温制御により調節することか好
ましい。

第２図に、印刷へラド５１の液滴エジェクタ１２を越え
て液体状インク１８が循環するように、液体状インク１
８を加熱するための同様の＃Ｉ戒が開示されている。同
様の部分を示すのに同様の参照番号を付した。従って、
印刷へラド５１と音響式インク印刷へラド１１との唯一
の大きな相違点は、印刷ヘッド５１には、液体状インク
１８を入口ｍ＃１４３から、液滴エジェクタ１２を通っ
て、出口通路５２に循環させるための構成が設けられた
ことである。入口通路４３及び出口通路５２はそれぞれ
のマニホールドに適当に連結されており、これにより、
液体状インク１８を他の液滴エジェクタ１２に分配する
ため、マニホールド間に所定の圧力損失があるように維
持する。

第３図を参照すると、中間に音響伝搬媒体を介在させる
ことなしに直接液滴エジェクタ１２を液体状インク１８
に音響的に連結するタイプの印刷ヘッド６２において、
液体状インク１８を局部的に加熱するための抵抗加熱器
６１が開示されている。この実施例においては、加熱器
６１は、基体１５上の液滴エジェクタ１２の入力側にご
く近接して支持されている０図示されているように、液
体状インク１８は、入力通路から液滴エジェクタ１２の
両側に配置された一対の出口通路６３．６４へと送られ
る。液体状インク１８が循環すると否とにかかわらず、
加熱器６１は液体状インク１８を局部的に加熱する位置
に配置される。

第４図を参照すると、液体状インク１８が液滴エジェク
タ１２に近付いたときに液体状インク１８を加熱する非
焦点型の音響輻射体７２を有する印刷へラド７１か開示
されている６図示されているように、音響輻射体７２は
、基体１５の裏面の液滴エジェクタ１２の入力側に配置
又は接着された第二の圧電変換器７３を備えている。こ
の第二の圧電変換器７３は、基体１５の反対側の音響的
にほぼ平穏な領域を経由して液体状インク１８に音響エ
ネルギを付与すべく（図示されていない手段によって）
Ｗ当な周波数で励起される。第二の圧電変換器７３の励
起周波数は、液体状インク１８内における音響エネルギ
の波長が液体状インク１８の全厚さ（即ち、入口通路４
３の横断長さ）に亘ってできるだけ均一に吸収されるよ
うに選択される。もし必要であれば、非焦点音響エネル
ギが液体状インク１８内に入ることができるように、基
体１５の上側表面の所定領域に反射防止コーティングを
塗布し、それにより、この領域における音響反射損失を
減少させることができる。さらに、音響エネルギが伝搬
するインクによって吸収される音響エネルギの均一性を
改善するため、金の薄膜等の反射コーティングを音響加
熱領域の入口通路４３の上下面に塗布し、音響エネルギ
を入口通路４３の間で往復反射することもできる。液体
状インク１８が循環すると否とにかかわらず、この構成
は液体状インク１８を局部的に加熱する上で有用である
。

液体状インク１８の音響加熱は、抵抗加熱器によって達
成される拡散形式の加熱に比べて、液体状インク１８の
全厚さに亘って均一に加熱できる。

液体状インク１８をより均一に加熱するため、入口通路
４３の両側に一対の抵抗加熱器を設置することができる
が、音響加熱の均一性は、それよりも優れているようで
ある。さらに、液体状インク１８外部へのエネルギ消散
が少ないため、音響加熱の効率は、抵抗加熱器の加熱に
比べて幾分優れている。しかしながら、当業者は、本発
明の実施のための他の加熱機構を採用することの利害得
失を分析できるであろう。

いずれにしても、本発明は、優れた印刷特性を持つよう
に調整されたインクを含む粘性可変インクで音響インク
印刷を実行する上で必要とされる入力エネルギを減少す
る方法及び手段を提供するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、液滴エジェクタ付近の液体状インクを循環し
ないで局部的に加熱する抵抗加熱器を有する双室音響式
インク印刷ヘッドの部分断面図である。第２図は、第１図に図示された印刷ヘッドに対応する部
分におけるインクの循環を示す部分断面図である。第３図は、液滴エジェクタ付近の液体状インクを循環し
て局部的に加熱する抵抗加熱器を有する単室音響式イン
ク印刷ヘッドの部分断面図である。そして、第４図は、液滴エジェクタ付近の液体状インクを循環し
て局部的に加熱する音響加熱器を有する単室音響式イン
ク印刷ヘッドの部分断面図である。１１・・・音響式インク印刷ヘッド１２・・・液滴エジェクタ１３・・・圧電変換器１４・・・球面焦点レンズ１５・・・基体１７・・・自由表面１８・・・液体状インク１つ・・・インク液滴２１・・・横断膜又は楔状部材２２・・・貫通孔１・・・外側室２・・・内側室３・・・媒体４・・・薄い横断内部隔壁１・・・抵抗加熱器３・・・入口通路１．６２．７１・・・印刷ヘッド２・・・出口通路１・・・加熱器３．６４・・・出口通路２・・・輻射体３・・・第二の圧電変換器５・・・反射防止コーティング記憶媒体へ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）粘性可変インクの自由貯蔵表面から、要求に応じ
て個々のインク液滴を噴出するための少なくとも１つの
液滴エジェクタを有する音響式インク印刷ヘッドにおい
て、前記インクに連結された加熱手段を備えており、前
記加熱手段は、液滴エジェクタとは物理的に分離できる
部品であると共に、前記液滴エジェクタ付近のインクを
局部的に加熱するため前記液滴エジェクタに隣接するよ
うに音響式インク印刷ヘッド内に取付けられている音響
式インク印刷ヘッド。