JPH04504828A - 長いアレイの連続的なインクジェットプリンタのための同期励振 - Google Patents

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】 長いアレイの連続的なインクジェットプリンタのための同期励振技術分野 本発明は連続的なインクジェットプリンタに関し、特に、プリンタにおける長い オリフィスアレイから発するインクジェットフィラメントの同期的な液滴分断を 行うように励振を生じさせるための改良した構造体に関する。

背景技術 連続的なインクジェット印刷においては、加圧インクをマニホルド領域へ供給し 、このマニホルド領域が直線アレイとして配列した複数個のオリフィスへインク を分配する。インクはフィラメントとしてオリフィスから吐出され、フィラメン トはインクをインク液滴の流れに分断される。これらのインク液滴の流れで印刷 を行う試みとしては、あるインク液滴を選択的にチャージし、その通常の軌道か ら選択的に逸れさせるものがある。　インク液滴に選択的にチャージを与えるた めには、オリフィス板の下流側の所定のチャージ領域内でフィラメントからのイ ンク液滴の分断を生じさせるように、その分断位置を制御する必要がある。この ような制御は、所定の振動数及び所定の振幅を有するエネルギ信号をインクフィ ラメントに加えることにより行われる。このようなフィラメント分断制御は、励 振（スティミュレーション）と呼ばれるもので、一様な液滴寸法及び液滴間隔を 維持し、液滴分断領域を制御する。

インクフィラメントに対してこのような励振を生じさせるための多数の異なる試 みがなされてきた。一般的な試みとしては、マニホルド領域においてインクに励 振エネルギを加えるか、オリフィス板に励振エネルギを加えるものがある。励振 エネルギを加える最適の方法は、各インクフィラメントが精確に位相を合わせた 精確に同じ振動数及び振幅の旧号を受けるようにすることである。このような同 期励振は情報チャージを与えるための時間間隔の正確な予想を可能にし、不当な 液滴チャージに起因する印字誤差を回避する。

米国特許第４，６４６．１０４号明細書は比較的短いアレイ（例えば、６４個の オリフィスを含むもの）で同期励振を達成させるための極めて望ましい装置を開 示している。この装置は、オリフィス板取り付は位置に対して垂直方向に細長い 音響上優れたＱ材料（例えば、スチール）の矩形で中実の印字ヘッド本体を使用 する。すなわち、所望の有力な振動方向における印字ヘッド本体の長さは印字ヘ ッド本体のその他の方向の長さより実質上大きく、インクマニホルド及びオリフ ィス板は本体の長手軸線に垂直な本体の長手方向両端部の一方に位置する。印字 ヘッド本体の寸法は、その材料組成を考慮して、長手方向の振動モードにおいて （インク液滴の流れの所望の液滴間隔に近似した）共振を生じさせるように、選 択しである。一対の圧電ストリップを印字ヘッド本体の両側で対称的に装着し、 これらのストリップは印字ヘッド本体の長手軸線の方向に膨張、収縮するように 構成しである。

上述の試みは、短いオリフィスアレイに対しては十分に動作する。しかし、長手 方向の振動モード原理を満足させるに必要な矩形の中実本体の幾何学的形状のた め、上記米国特許第　４，６４６，１０４号明細書における試みは、例えば４イ ンチ（約１０ｃｍ）又はそれ以上の長さのオリフィスアレイには適用できなかっ た。このような長いオリフィスアレイにおいては、オリフィス板の進行波の励振 （例えば、米国特許第４．８２７．２８７号明細書参照）及びマニホルド領域内 に位置したトランスジューサでのインクの振動による励振（例えば、米国特許第 ４．１３８，６８７号及び同第４，５８７，５２８号各明細書参照）を試みてい る。進行波の励振は同期的な液滴の分断の効果を減少させてしまう。マニホルド 領域内でインクに加える励振はエネルギ伝達損失及びエネルギ伝達変化を生じさ せてしまい、従ってオリフィス板の振動を介しての励振にとっては有効でない。

また、オリフィス板に対する対する振動連結を阻止する必要があるから、このよ うな励振装置を構成するに当って、複雑で高価になってしまう。

発明の開示 本発明の目的は、オリフィス板からインクフィラメントへ加えられる振動エネル ギで、連続的なインクジェット印字流れの比較的長いアレイに同期励振を加える ための改善した構造体を提供することである。本発明の諸実施例の関連する効果 は、オリフィス板、及び液滴の流れ方向に整合した方向において印字ヘッドのオ リフィスへインクを供給するための流れ経路に振動エネルギを有効に伝達できる ことである。

本発明の一形態においては、平行で細長い貫通孔により複数個のほぼ同一の膨張 領域に分割された矩形で中実の共振／マニホルド本体を有する、連続的なインク ジェット印字のための改善した液滴吐出し装置が提供される。各膨張領域は所望 の液滴排出間隔にほぼ等しい長手方向の機械的な共振を行う。本体は貫通孔の長 手方向軸線に垂直な液滴吐出し面内に形成したインク供給みぞを有する。貫通孔 よりも実質上長いオリフィスの直線アレイを有するオリフィス板は吐出し面に取 り付けである。少なくとも１つの細長い圧電ストリップを膨張領域の主面に取り 付け、ストリップの膨張、収縮を生じる長手軸線を貫通孔に平行に位置させる。

ストリップの同期付勢時には、所望の液滴間隔で、オリフィス板を通して吐出さ れる流れは、所望の液滴間隔でのオリフィス板により同期的に励振せしめられる 。

図面の簡単な説明 以下、本発明の好ましい実施例を添付図面を参照して説明する。

第１図は本発明に係る好ましい印字ヘッドの液滴吐出し装置の部分断面分解斜視 図で、電気回路をも概略的に示す図、第２図は第１図の装置の共振／マニホルド 本体の一部の拡大斜視図、第３図は第１図の実施例の共振／マニホルド本体の主 面の１つの立面図、第４図は第３図の主面の端面図、 第５図は第３図に示す共振／マニホルド本体の一部の拡大断面図、第６図は第３ 図に示す共振／マニホルド本体の底面図、第７図は第６図のオリフィス板の拡大 断面図、第８図は共振／マニホルド本体のマニホルド縁部に結合された第１図の オリフィス板の平面図、 第９Ａ図及び第９Ｂ図は本発明に係るオリフィス板を接着結合するのに使用する 固定装置のそれぞれ上面図及び側面図である。

第１図は本発明に係る液滴吐出し装置の一実施例における緒素子を概略的に示す 。この液滴吐出し装置１０はインクジェットプリンタに使用する他の既知の緒素 子と共働することを諒解されたい。装置１０は精確に同期した状態で均一な寸法 で均一に離間した液滴の流れを生じさせるように作動する。連続的なインクジェ ットプリンタの他の素子、例えば、チャージ及び偏向電極、液滴キャッチャ（捕 獲器）、媒体搬送装置、データ入力及び機械制御電子機器（いずれも図示せず） は、連続的なインクジェット印字を生じさせるように、装置１０により発生せし められた液滴流れと共働する。装置１０は長いアレイを有するプリンタ内に同期 液滴流れを提供するように構成され、一般に、共振／マニホルド本体２０と、複 数個の圧電トランスジューサストリップ４０と、オリフィス板５０と、トランス ジューサ付勢回路６０とを有する。

共振／マニホルド本体２０はスチールの如き音響上優れたＱ材料でできており、 所定寸法の矩形の中実体の形をしており、その長さく１）はその高さくｈ）より 実質上大きく、本体の高さくｈ）は本体の厚さく１）より実質上大きい。第１． ２図に示すように、円筒状のインク供給ボア２１は本体２０の長さにわたって延 びていて、その上方に離間しており、（本体の液滴排出面としての）長手方向縁 部２２に平行に位置する。ボア　２１は本体２０の側縁部２５内のインク入口開 口２３及びインク出口開口２４で終端し、ボア２１に適合する内径を有する金属 カップリング２６はプリンタのインク供給及びインク帰還ライン（図示せず）に 接続するようになっている。カップリングは、励振エネルギが金属カップリング に伝達されないように、例えば接着剤により、密封的に取り付けるべきである。

狭いスロット２７は液滴吐出し面に垂直にボア２１から延びていて、所望の方向 即ち液滴吐出し縁に実質上垂直な方向にインク流れチャンネルを形成する。ある 構成においては、第５図の別の実施例において示すように、スロット２７に外側 テーバ端部２８を設けると有効である。

始動操作においては、インクはリザーバを通って入口開口　２３から出口開口２ ４へ流れる。この流れにより、汚物やごみをオリフィス板のオリフィスから洗い 落とす。印字動作においては、外側ラインは閉じられ、インクはスロット２７（ 例えば、一実施例においては、幅約０．０２０インチ（約０．５ｍｍ）　、高さ ０．１００インチ（約２．５ｍｍ））によりオリフィスへ導かれる。第１図に示 すように、スロット２７はオリフィスアレイ（例えば、一実施例においては、長 さ約４．２５インチ　（約１０８ｍｍ））の全長にわたって延びる。この薄いス ロットは個々のオリフィスへのインク流れを真っすぐにし、アレイ全体にわたっ て一様なインク圧力を維持する。各オリフィスに対して真っすぐ（例えば、オリ フィス板の面に実質上垂直）なインク流れを提供することは重要である。その理 由は、オリフィスから発するインクジェットの直線性を左右するからである。一 様な圧力を提供することにより、インクジェットフィラメントの均一な長さの分 断及び正確な液滴チャージを可能にする。この点に関して、オリフィス圧力変化 を最小にするためには、ボアの入口横断面積をオリフィスの合計開口面積より大 きくするのが好ましい。

本体２０は、複数個の一様な寸法で均一に離間した貫通孔　２９により、複数個 のほぼ同一の膨張領域（第１図でａ−ｆにて示す）に分割される。本体２０の寸 法、及び貫通孔２９の寸法及び位置は、各膨張領域ａ−ｆが所望の液滴間隔にほ ぼ等しい長手方向の機械的な共振モードを有するように、（本体の材料に関して ）予め選定する。図示のように、貫通孔２９は本体２０の液滴吐出し面に垂直な 方向に細長いのが好ましい。貫通孔の幅寸法はその製造の許す限りできるだけ小 さくするのがよ（、その長さは本体の高さ寸法りの少なくとも主要部分にわたっ て延び、その長手方向軸線は液滴吐出し面に垂直となっている。しかし、貫通孔 ２９の長さはセグメントを結合する部分の曲げを許容するほどには長くならない ように選定する。

第１図に示すように、細長いストリップの形をした圧電クリスタル４０は、例え ば接着剤により、各膨張領域ａ−ｆの各主面に、対向する対となって取り付けら れている。ストリップ　４０は細長く、対称的に装着され、その長手方向の寸法 方向は液滴吐出し面に垂直となっている。ストリップは共振／マニホルド本体２ ０（第４図）の長手方向の共振部面Ｐ上で高さ方向においてほぼその中心に位置 する。しかし、本体の縁部近傍でのセグメントの結合により、正確なりリスタル の位置に実買上無関係な一様な励振が可能となる。従って、大半の応用において は、各セグメントに対しては、一対以上の対向するストリップは必要でない。

膨張、収縮の長手軸線を貫通孔に平行となるように方位付けた単一のストリ・ツ ブでさえ、作動的な励振を提供できる。しかし、低電圧レベルでの励振を容易に する点で、複数のストリップを用いるのが好ましい。

共振／マニホルド本体２０は電気的に接地され、各クリスタルストリ・ノブの外 表面はり一ド６１により電気エネルギ源６２に結合される。電気エネルギ源は、 第１図に示す軸線方向りに沿ってクリスタルを交互に伸長、収縮させるために極 が変化する電圧を提供する。このような付勢により、別個の各膨張領域ａ−ｆを 、これらに接着したトランスジューサに同期させて　（従って、エネルギ源６２ からの信号に応じて）伸長、収縮させる。頭面Ｐに装着したとき、くぼみ４５（ 第４図）内のピン４４により、共振／マニホルド本体２０の各セグメントは一様 に振動（膨張）する。その理由は、各セグメントがほぼ同一の形状及び質量を有 するからである。共振／マニホルド本体の底面にオリフィス板５０を正確に接着 した場合は、このような振動は、各振動位置においてオリフィスを実質上共面関 係に維持したまま、（ストリップ４０の長手軸線に垂直な平面を通して）所望の 振動数でオリフィス板を往復運動させる。これにより、小さな位相差窓（例えば 、１８０°）内で均一にインクフィラメントを分断させる。また、振動の振幅の 検出及び調整を容易にするため共振本体のセグメント上に１以上のフィードツク ・ツク圧電クリスタルをも設けるのが好ましい（米国特許第４，４７３，８３０ 号明細書参照）。

オリフィス板５０の好ましい構造の位置例を第７図に詳細に示す。オリフィス板 は、例えば米国特許第４．１８４，９２５号明細書に開示されたような輝二・ソ ケル又はニッケル合金で電鋳するのが好ましく、複数個のオリフィス５２を画定 する第１層５１と、強度を増大させオリフィス板のチャンネル５３を画定する第 ２層５２とを有する。

従来は、はんだを用いて共振体とオリフィス板とを結合していた。しかし、結合 温度が高いため、オリフィス板が曲がってしまう危険性があった。また、はんだ の流れは均一な結合層厚さを提供できない。これらの欠点は短いアレイにとって は許容できるが、長いアレイにおいては、これらの欠点はかえって増長され、過 剰な位相及び真直性の変化を生じさせてしまう。それ故、共振体（ストリップ） ４０にオリフィス板５０を結合する改善した方法を開発した。このような方法は 長いアレイにとっても有効であるが、短いアレイにとっても有効である。

一形態によれば、この改善した方法はオリフィス板と共振体とを接着するために エポキシの如きポリマーを使用する。このような接着剤は高温を回避するには有 利であるが、その性質上、はんだ金属よりもエネルギ吸収量が大きい。しかし、 大きなモジュラスを有するエポキシを均一な薄い層（第７図の層５５参照）に使 用した場合は、極めて有効な接着構造を得られることが判明した。

極めて好ましい接着剤の一例としては、米国マサチューサッツ州ビレルシア（Ｂ ｉｌｌｅｒｃｉａ）在住のエポキシ・テクノロジー社（Ｅｐｏｘｙ　Ｔｅｃｈｎ ｏｌｏｇｙ）製の商品名３５３ＮＤなる２バート・エポキシを挙げることができ る。この材料を選んだ理由は、インクに対する固有の不活性を有し、オリフィス 板及び共振体に対する比較的良好な接着性を有するからである。しかし、このエ ポキシはある特定の特性を達成させるために変性される。接着剤と被接着部（オ リフィス板及び共振体）との接面の耐久性を増大させるため、結合剤をエポキシ に混入する。この目的のため、米国（７）フルスーアメリカ社（Ｈｕｌｓ　Ａｍ ｅｒｉｃａ　Ｉｎｃ、　）製の商品名　ＣＡＯ７５０なる製品（アミノプロビル トリエタオキシシラン）を使用する。空気の除去及び処理を補助するため、米国 ニューシャーシー州パダーリン（ｐａｔｔ６ｒｓｏｎ）在住のウルトラ−ｙディ ティ１社（Ｕｌｔｒａ　Ａｄｄｉｔｉｖｅｓ）製の商品名ＤＥＥ　ＦＯ３０００ なる気泡防止剤を使用する。

混合物の典型的な重量比は次の通りである。

１００％　３５３ＮＤ樹脂 １０％　３５３ＮＤ触媒 １％　ＣＡＯ７５０ ２％　ＤＥＥ　ＦＯ３０００ このような接着材料を施す前に、接着すべき表面を洗浄し、リンスし、乾燥する 。接着剤の厚さにわたってエネルギ損失を減少させるためには、薄い均一な接着 ラインが必要である。更に、小さな容積で良好に接着剤の流れを良好に制御でき る。本発明の好ましい形態においては、制御された薄い均一な量の接着剤を施す ためにシルクスクリーンを使用する。例えば、スクリーンは１．１ミル直径のス テンレススチールワイヤ製の　３２５メツシユのもので、１ミルの湿潤厚さの接 着剤を提供できる。接着剤層のこのような制御はまた、共振体の狭いスロットの 接着剤による橋渡を阻止するのに極めて好ましい。共振体のスロットに対するオ リフィスアレイの適正な整合も、均一なジェット励振にとって重要である。

これを達成するため、共働する整合素子５７ａ、５７ｂ及び５８ａ、５８ｂをオ リフィス板及び共振体の両方に設ける。詳細には、第３．６．８図を参照すると 、オリフィス板５０は、その両端で電鋳した円形の孔５７ａと細長い孔（スロッ ト）５８ａとを有することが分かる。これらの孔及びスロットは、光学技術によ り、オリフィスアレイ５２に対して差向かいに精確に位置決めされる。同様に、 円形の孔５７ｂとスロット５８ｂとを共振動体の底表面に形成する。これらの孔 及びスロット５７ｂ、５８ｂは電鋳したオリフィス板の孔及びスロット５７ａ、 ５８ａの隆起縁部に対する逃げ部を提供するように皿もみしである。

オリフィス板の電鋳期間中、縁部での隆起を伴う板加工が厚さを変え、有効な接 着を阻止する可能性がある。しかし、板はこれらの縁部の内側では実質上均一な 厚さを有する。第４．５図に示すように、他の好ましい形態においては、共振体 （ストリップ）４０はみそ付き周辺部３０を有し、接着期間中のオリフィス板の 不均一肉厚縁部と共振動体との接触を防止する。孔及びスロット５７ｂ、５８ｂ の皿もみした周辺部は同様な逃げ部を提供する。これにより、極めて均一な表面 間での接着を保証する。

組立て時に、固定装置９０を使用して、接着期間中にオリフィス板を平坦に維持 する。ピン９１は固定装置から延びるように上から螺入され、孔及びスロット５ ７ａ、５８ａを通して孔及びスロット５７ｂ、５８ｂ内へ延出させることにより 、共振体にオリフィス板を整合させるために使用する。固定装置９ｏの本体内に 埋設した磁石９２は接着剤による結合操作期間中オリフィス板を保持する。固定 装置のこれらの素子の（寸法及び密度に関する）総重量は、接着剤の過剰な流れ を伴わずに適正な接着が生じるように、選定しである。この総重量が接着期間中 に約０．１ないし０．２プサイの圧力を提供するのが望ましい。また、接着層の 最終厚さは１ミル又はそれ以下であるのが好ましい。

産業上の利用可能性 本発明は長いアレイを有する連続的なインクジェットプリンタのための一層有効 な同期励振を可能にすることにより産業上の効果を提供する。

長いアレイの連続的なインクジェットプリンタのための同期励振連続的なインク ジェット印字のための液滴吐出し装置は、平行で細長い貫通孔により複数個のほ ぼ同一の膨張領域に分割された矩形の中実体を含む。このような領域の各々は、 所望の液滴吐出し周波数とほぼ等しい長手方向の機械的共振モードを有する。本 体は、貫通孔の長手方向軸線に垂直な液滴吐出し面に隣接したインク供給マニホ ールドを有する。実質的に貫通孔よりも長い直線状のオリフィスのアレイを有す るオリイス板が吐出し面に取り付けられている。複数の細長い圧電ストリップの 対が各膨張領域の主面上の対向位置に取り付けられている。作動時において、前 記ストリップは、膨張及び収縮し所望の液滴周波数での同期励振を生じる。

国際調査報告 ＰＣＴ／ＵＳ　９０１０フ３４３ Ｓ＾　４３８８０

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. １．連続的なインクジェット印字に使用するための印字ヘッド装置において、（ イ）音響上優れたＱ材料でできた矩形の中実体を有する共振及びインク供給本体 であって、（ｉ）厚さより実質上大きな高さ及びこの高さよりも実質上大きな長 さと、（ｉｉ）前記本体の長手方向寸法に沿って厚さ表面上に位置した液滴吐出 し面へインクを供給するため、該本体に形成したインクマニホルド領域と、（ｉ ｉｉ）ブロックの主面を通って垂直に延び、前記液滴吐出し面に垂直な長手軸線 をそれぞれ有し、実質的に同一の長手方向モードと液滴の公称間隔にほぼ等しい 機械的な共振周波数とを有する複数個の膨張領域に前記ブロックを分割するよう に互いに等間隔で離間し、相互に平行に位置した複数個のスロットと、を備えた 共振及びインク供給本体； （ロ）前記膨張領域の対向する表面上に対となって取り付けられた複数個の細長 い圧電ストリップ； （ハ）前記液滴吐出し面に取り付けられ、前記ブロックの長手方向寸法に沿って 延びた細長いオリフィスアレイを有するオリフィス板；及び（ニ）所望の液滴間 隔で長手方向に膨張、収縮を生じさせるようにトランスジューサを同期付勢する ための手段； を備えた印字ヘッド装置。
2. ２．請求の範囲第１項に記載の印字ヘッド装置において、前記オリフィス板を共 振体に結合する高いモジュラスのエポキシ接着剤の薄く均一な厚さの層を更に有 する印字ヘッド装置。
3. ３．請求の範囲第２項に記載の印字ヘッド装置において、前記共振体が、前記オ リフィス板に結合すべき表面の周辺縁部に沿ってみぞ付き領域を有する印字ヘッ ド装置。
4. ４．請求の範囲第１項に記載の印字ヘッド装置において、前記オリフィス板及び 前記共振体の結合された表面が相互はめ合い整合素子を有する印字ヘッド装置。
5. ５．請求の範囲第４項に記載の印字ヘッド装置において、前記整合素子が光学的 に形成されている印字ヘッド装置。
6. ６．連続的なインクジェット印字に使用するための印字ヘッド装置において、（ イ）音響上優れたＱ材料でできた矩形の中実体を有する共振／マニホルド本体で あって、（ｉ）優勢な長手方向の振動方向と、（ｉｉ）前記本体の１つの隣接し た長手方向端面から延びたインク供給ボアと、（ｉｉｉ）前記ボアから共振体の 端面へ延び、前記ボアより小さな横断面を有するスロットと、を備えた共振／マ ニホルド本体； （ロ）前記スロットに正確に整合して位置した直線オリフィスアレイを有するオ リフィス板；及び （ハ）前記オリフィス板を前記共振体の端面に結合する高いモジュラスの接着剤 の薄く均一な層； を備えた印字ヘッド装置。
7. ７．請求の範囲第６項に記載の印字ヘッド装置において、前記共振体が前記オリ フィス板の縁部厚さ振動に順応するように周辺縁部に沿ってみぞ付き領域を有す る印字ヘッド装置。
8. ８．請求の範囲第６項に記載の印字ヘッド装置において、前記オリフィス板及び 前記共振体の表面が、これらの正確な結合を生じさせるための相互はめ合い整合 素子を有する印字ヘッド装置。
9. ９．請求の範囲第８項に記載の印字ヘッド装置において、前記整合素子が光学的 に形成されている印字ヘッド装置。
10. １０．連続的なインクジェット印字のための液滴吐出し装置において、（イ）平 行で細長い貫通孔により、所望の液滴吐出し間隔にほぼ等しい長手方向の機械的 な共振動モードをそれぞれ有する複数個の膨張領域に分割され、前記貫通孔の長 手軸線に垂直な液滴吐出し面に形成したインク供給みぞを有する定形の中実本体 を備えた共振／マニホルドと；（ロ）前記液滴吐出し面に取り付けられ、前記貫 通孔よりも実質上長いオリフィスアレイを有するオリフィス板と； （ハ）前記膨張領域の主面に取り付けられ、前記貫通孔に平行な膨張、収縮用の 長手軸線を有する少なくとも１つの細長い圧電ストリップと；を備えた液滴吐出 し装置。
11. １１．請求の範囲第２項に記載の印字ヘッド装置において、前記接着剤の層が１ ミル又はそれ以下の均一厚さを有する印字ヘッド装置。