JPH0577442A - 印刷ヘツド用弁要素及び印刷ヘツドアセンブリ - Google Patents

印刷ヘツド用弁要素及び印刷ヘツドアセンブリ

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JPH0577442A
JPH0577442A JP4068477A JP6847792A JPH0577442A JP H0577442 A JPH0577442 A JP H0577442A JP 4068477 A JP4068477 A JP 4068477A JP 6847792 A JP6847792 A JP 6847792A JP H0577442 A JPH0577442 A JP H0577442A
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JP
Japan
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ink
housing
conduit
end wall
valve
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Application number
JP4068477A
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English (en)
Inventor
Colin R Sharpe
コリン・アール・シヤープ
Robert I Keur
ロバート・アイ・キユアー
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Videojet Technologies Inc
Original Assignee
Videojet Systems International Inc
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Publication date
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Publication of JPH0577442A publication Critical patent/JPH0577442A/ja
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/17—Ink jet characterised by ink handling
    • B41J2/175—Ink supply systems ; Circuit parts therefor
    • B41J2/17596—Ink pumps, ink valves
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/015—Ink jet characterised by the jet generation process
    • B41J2/04—Ink jet characterised by the jet generation process generating single droplets or particles on demand

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  • Ink Jet (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 インクがソレノイド等の作動装置から隔離さ
れているドロップオンデマンド型のインクジェットプリ
ンタ用の応答性の速い弁を提供する 【構成】 弁５は、端壁部を有すると共に側部が開放さ
れ、加圧されたインクを受け入れる内部空間を画成する
ハウジング２０を備える。ハウジングの端壁部には、イ
ンクの液滴の排出を許容するオリフィス８０を有する導
管６０が形成される。ハウジングの端壁部には、レバー
１０が枢動可能に固定される。レバー１０は、ハウジン
グの中に位置する内方端と、ハウジングの外方へ伸長す
る外方端とを有する。内方端には、導管６０を封止して
オリフィス８０からのインクの排出を防止するシール３
５が設けられる。ソレノイド等の外部装置１５が、レバ
ー１０を周期的に枢動させ、シール３５により導管６０
の封止を解放する。これによりインクがオリフィスから
排出される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、「応答滴下（ドロップ
オンデマンド）型」のインクジェット印刷装置に用いら
れる弁及び印刷ヘッドアセンブリに関する。
【０００２】
【従来の技術】印刷すべき紙又は他の材料にインクの液
滴を排出する多数の応答滴下型の印刷装置が知られてい
る。そのような機構は例えば、管を介してノズルに供給
する遠隔型のソレノイド弁と、ノズルにおいて作動する
ソレノイド弁と、可撓性のあるいは剛性のケーブルを介
して作動するソレノイドとを備えている。例えば、米国
特許第４，７２３，１３１号及び米国特許第４，８０
９，０１７号の明細書を参照されたい。これらの装置
は、段ボール紙に用いるような大きな文字の印刷に適す
る大きな液滴を生ずる。
【０００３】従来技術の弁装置の他の例が、１９８５年
３月１４日に公開されたＰＣＴ国際公開番号ＷＯ８５／
０１１０３に示されている。この装置においては、コイ
ルに駆動される磁気リードがインク室を開閉する弁とし
て作動し、これにより弁の作動時にインクの液滴を排出
する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述のような装置には
多くの問題がある。遠隔型のソレノイド装置に関する重
要な問題は、弁の作動が遅いことにより弁／ノズルアセ
ンブリの周波数応答特性が低いことであり、これにより
ノズルから長い糸状のインクが排出されてしまう。従来
の装置に見られる他の問題としては、空気がノズルの中
に吸入されて印刷のエラーが生ずること、及びソレノイ
ド駆動型の弁ドライバを作動させるのに大きな電力が必
要とされることがある。
【０００５】隣接する弁アセンブリ、及びソレノイドと
インク排出ノズルの間にケーブルを用いているアセンブ
リには、信頼性における問題があった。また、そのよう
な装置に伴う高い製造コスト、及び上述の如き低い周波
数応答特性の問題が、そのような装置が受け入れられる
ことを制限している。
【０００６】他のタイプの弁アセンブリが、小さな文字
のプリンタ（書類用のプリンタ等）において用いられて
いる。そのような装置は、ノズルのオリフィスにおける
表面張力を用いて弁の機能を果たしている。この表面張
力は、インクの液滴の跳ね返りを吸収し、オリフィスか
ら漏れるのを防止している。小さなオリフィス（一般に
６０ミクロンよりも小さい）を用いる必要があり、また
インクの表面張力を大きくして漏れを防止する必要があ
る。そのような装置が、大きなインクの液滴を必要とす
る大きな文字のプリンタに適するということは明らかで
はない。
【０００７】上述の装置の多くに見られる他の問題は、
インクと弁作動装置との間の接触である。そのような接
触が許容される装置においては、そのような接触により
起こる損傷を制限するために、インクの組成を非腐食性
のものにする必要がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、インク
がソレノイド等の作動装置から隔離されている耐腐食性
の弁を提供することによって、従来技術のインクジェッ
ト供給装置における問題点を解消することである。
【０００９】弁を作動させる簡単な機械的なリンク機構
を採用する結果、比較的高い周波数応答特性が得られ
る。また、弁は簡単に製造することができ、各々の弁を
他の弁と容易に組み合わせて大きな文字あるいは小さな
文字を創出することのできる印刷ヘッドアレイを形成す
ることができる。更に、弁の用途は小さなオリフィス寸
法又は大きな表面張力を有するインクに限定されないの
で、ほとんど構造的な制約を受けずに、液滴のサイズを
変えて所望の印刷効果を得ることができる。
【００１０】従って、本発明は、インク室を画成するハ
ウジングを備えるドロップオンデマンド型のインクジェ
ットプリンタ用の弁アセンブリであって、弁からインク
を噴出するための導管が、上記ハウジング及びハウジン
グの壁部のオリフィスの端部に形成されるインクジェッ
トプリンタを提供する。レバーがハウジングに枢動可能
に連結されており、上記レバーは、インク室の中に配設
された内側端を有している。上記レバーは、上記導管を
封止しまたこの封止を解くための手段を備えており、こ
れにより導管の封止が解かれた時にインクが噴出され
る。
【００１１】本発明はまた、上述の如き弁を複数互いに
隔置することにより組み立て、これにより、弁の列を用
いて英数字あるいは他の文字又は図形表示に対応するパ
ターンを印刷することのできる印刷ヘッドを提供する。
【００１２】
【実施例】図１を参照すると、弁５が設けられており、
この弁は、ハウジング２０のネック部分３０に可撓性を
もって連結された作動レバー１０を備えている。レバー
１０、ハウジング２０及びネック部分３０は一体のアセ
ンブリであるのが好ましく、このアセンブリは、外方端
に与えられた力に応答してレバーが回転するのを許容す
る、例えばプラスチック、耐腐食性の金属又はエポキシ
等の、適宜な材料から形成される。製造を容易にするた
めに、このアセンブリは、射出成形されたプラスチック
から形成するのが好ましいが、打ち抜き、食刻、レーザ
加工あるいは他の手段により形成することができる。機
械的な加工あるいは成形により、ハウジング２０にネッ
ク部分３０を形成し、これらネック部分の寸法は、レバ
ー１０が回動できるような寸法になされている。
【００１３】図２に示すように、レバー１０には必要に
応じて、このレバー１０の回転軸線に沿う支点ピン４０
を設け、これによりレバーの回転が生じる点を安定させ
ることができる。代替的に、ピン４５をレバー１０の長
手方向の軸線に沿って挿入してレバーの長さ方向に沿っ
て剛性を与え、これにより、レバー１０の外方端の移動
により、レバー１０の内方端の同様な移動が確実に生ず
るようにすることができる。水平成分及び垂直成分の両
方の成分を有するピンを、レバー１０とネック部分３０
とが交差する点に成形することができる。そのような長
手方向のピンは、レバー１０の外方端から少なくともレ
バー１０の回転軸線を越えて伸長するに十分な長さにな
される。
【００１４】図１を参照すると、ハウジング２０の内側
に配設されるレバー１０の端部にはシール３５を装着す
ることができる。このシールはエラストマで形成するの
が好ましいが、インクの流れが必要とされない時に良好
なシールを提供するインクに対する耐性を有するいかな
る材料からも形成することができる。
【００１５】ハウジング２０には導管６０が設けられて
おり、この導管はハウジング２０と一体のアセンブリで
あるのが好ましい。導管６０は、インクがオリフィス８
０を通って弁から流出するのを許容する孔７０を有して
いる。レバー１０及び導管６０は、レバーが導管６０の
端部に形成された弁座９０から離れていない時に、シー
ル３５が上記弁座にぴったりと着座するように配設され
ている。
【００１６】使用に際しては、ソレノイド、ケーブル、
機械的なリンク機構、空圧あるいは油圧的な手段又は圧
電型の手段等の外部装置１５が作動すると、レバー１０
がその回転軸線の周囲で枢動する。例えば、機械的に、
あるいは接着剤あるいは他の手段によって、ソレノイド
を弁の外側に位置するレバー１０の端部に作動的に接続
することができる。弁からインクを供給する必要がある
時には、ソレノイドを作動させてレバー１０を下方に動
かす。このようにレバーの外側部分が下方に動くことに
より、レバーの内側部分が上昇して導管６０の封止を解
く。
【００１７】レバー１０が作動すると、ある圧力（必須
ではないが一般には０．７ｋｇ／ｃｍ2以下好ましくは
０．３５ｋｇ／ｃｍ2未満）にあるインクが弁を通り、
導管６０及びオリフィス８０を通って弁を出る。圧力
は、ポンプあるいは加圧されたインクカートリッジ又は
他の手段によって供給される。必要に応じて、金属ある
いはセラミック製の管の如きインサート及び／又は宝石
軸受されたオリフィスを孔７０に設け、導管を通るイン
クの流れを向上させることができる。
【００１８】上述の作動が、従来技術の弁の作動はとは
異なることに注目する必要がある。従来の装置において
は、インクは機械的な移動の結果として弁に解放され
る。弁は例えば、米国特許第４，３８３，２６４号及び
同第４，７２３，１３１号明細書に開示される如き可撓
性の隔膜の形態を取ることができる。そのような弁にお
いては、隔膜が撓むことにより、インクが押されてオリ
フィスを通過し、また隔膜が後退することにより、次の
撓みの際に印刷するためのインクが追加される。本発明
はそのような技術を採用しない。その代わりに、インク
室はほぼ一定の圧力で加圧されている。導管６０の封止
が解かれている時には、上記圧力に応答してインクが流
出する。その直後に、導管６０のシール３５が再度着座
することによりインクの流れを停止させ、これにより別
個の液滴を形成する。
【００１９】オリフィス８０を出るインクの流れは、印
刷すべき基材へ移動する液滴を形成する。そのようなド
ットは組合わされて、文字、数字、記号あるいは図形記
号及び図形パターンに対応するパターンを形成する。ド
ットのサイズは、シールが着座していない時間の関数で
ある液滴のサイズ、インクの圧力、インクの組成及びオ
リフィスの寸法に依存する。そのような変数を、印刷す
べきイメージに応じて調節すること、またそのような変
数を手持ちのデータから容易に決定できることは、当業
者には理解されよう。
【００２０】理想的な設定においては、弁のシールが開
放した時に、インクの圧力がインクのシリンダをオリフ
ィス８０の外へ押し出し、シール３５が再び着座すると
終了する。弁が閉止する実際の効果は、シリンダの中に
おけるインクの移動速度Ｃが変化する結果、涙形状のイ
ンクの液滴を生ずることである。直径Ｄのオリフィスに
対するこの液滴の容積は次式により計算することができ
る。
【００２１】 Ｖcylinder ＝ πＤ2Ｌ／４ （I） 上式において、シリンダの長さＬは、インクの平均移動
速度Ｃに、弁シールが開放している時間Ｔを掛けたもの
に等しい。これらの値をＬに代入すると、式（I）は以
下のように書き換えることができる。
【００２２】 Ｖcylinder ＝ πＤ2ＣＴ／４ （II） 液滴の容積は概略的には、シリンダの容積に等しいの
で、液滴のインクの容積は式（II）によって適切に表す
ことができる。
【００２３】シールが開放している時間Ｔは、電子的な
装置を用いて制御することができ、時間が増加すると、
流体シリンダの長さが変化し、これと同時にインク液滴
の容積を変化させる。インクの移動速度Ｃはインクの圧
力の関数として変化し、従って、インクの圧力が増加す
ると、インクの移動速度が増加し、同時に液滴のサイズ
も増加する。これらの変数及びインクの粘性を調節する
ことによって所望のサイズの液滴を形成することができ
る。代表的な変数を下の表Iに示す。
【００２４】 表 I オリフィス寸法 １２０−３００μ インク圧力 ０．２１−０．３５ｋｇ／ｃｍ2（３−５psi） 移動速度 ３００−６００ｃｍ／ｓ 時間 １ ｍｓ 粘度 １．５−５ ｃｐ ハウジング２０は、その４つの端部において閉止されて
いるが、共通の供給源から加圧されているインクを受け
入れるために両側部は開放されている。上述の弁を複数
組み合わせたアセンブリは、図３に示す印刷ヘッドを形
成する。そのようなアセンブリを完成させるために、複
数の弁を連結可能とする取り付け穴５０（図１に示す）
がハウジング２０に設けられている。
【００２５】図３は、本発明により意図されるアレイ
（列）１６０として組み立てられた複数の弁５を示して
いる。これらの弁は、連結ピン１１０によって互いに接
続されている。各々の弁は、スペーサ１２０及びガスケ
ット１３０によって、隣接する弁から分離されている。
スペーサは、金属あるいは剛性のプラスチック等の剛性
材料から形成されるのが好ましく、一方ガスケットは、
エラストマ等の弾性材料から形成されるのが好ましい。
スペーサ及びガスケットを単一の要素に組み合わせるこ
とも望ましい。連結ピン１１０がスペーサ及びガスケッ
トを貫通することができるように、各々のスペーサ及び
ガスケットには穴が設けられている。図３の弁アセンブ
リはまた、印刷ヘッドの各端部において弁の側部を封止
し、これにより包囲されたインク室を画成する端部プレ
ート１４０を備えている。ガスケット１３０を、各端部
プレートとこれに隣接する弁５との間に設け、シールを
提供するのが好ましい。端部プレート１４０はまた、加
圧されているインクの流れが弁アセンブリに流入しある
いは弁アセンブリから流出するのを可能とする、入口及
び流出ポート１５０を備えている。
【００２６】スペーサ１２０の寸法は、各弁のオリフィ
スを流過するインクが、アセンブリの他の弁によって形
成されたドットから離れかつそのようなドットとは別個
のドットを印刷材料に形成するように、各弁の間に十分
な距離を提供するような寸法になされる。同時に、弁は
一般に、通常の観察者が文字又は記号を形成していると
認識できないようなドットパターンを生ずる程には大き
く隔置されない。
【００２７】図３に示すアセンブリに用いる弁の数は、
印刷した時に所望のイメージサイズを形成するに十分な
数としなければならない。この決定の際に考慮すべき要
因すなわちファクタとしては、オリフィス８０の寸法、
紙に印刷される対応するドットサイズ、使用するインク
のタイプおよび粘性、及び所望のイメージの特性等があ
る。当業者は容易にこの決定を行うことができる。
【００２８】例えば、７つの弁から成るアセンブリは、
図４に示すように、７ドットの高品質印刷マトリックス
から成る一本の線を形成することができる。追加の弁を
用いて、複数の文字の線あるいはより大きな文字を形成
することができる。
【００２９】本発明を、特定の例及び条件に関して説明
したが、これら例及び条件は、本発明を限定するもので
はないことを理解する必要がある。特許請求の範囲に記
載の本発明の範囲から逸脱することなく、上記例及び条
件を変更することができることは、当業者には理解され
よう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の弁の断面図である。
【図２】安定性及び操作性を向上させるために２つの選
択的な変更が加えられた弁の部分的な斜視図である。
【図３】本発明に従って印刷ヘッドに組み立てられた本
発明の複数の弁を示す正面図である。
【図４】本発明に従って文字を印刷するための列に組み
立てられた複数の弁を示す説明図である。
【符号の説明】
５ 弁 １０ 作動レバー ２０ ハウジング ３０ ネック部分 ３５ シール ６０ 導管 ８０ オリフィス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 コリン・アール・シヤープ アメリカ合衆国イリノイ州60618，シカゴ， ウエスト・ベル・プレイン・アベニユー 3217 (72)発明者 ロバート・アイ・キユアー アメリカ合衆国イリノイ州60648，ナイル ズ，リル・ストリート 7138

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ドロップオンデマンド型のインクジェッ
    トプリンタ用の複数の弁要素を含む印刷ヘッドを形成す
    るために用いる弁要素であって、 （ａ） 端壁部を有すると共に側部が開放され、加圧さ
    れたインクを受け入れる内部空間を画成するハウジング
    と、 （ｂ） 前記ハウジングの端壁部に形成され、インクの
    液滴の排出を許容するオリフィスを有する導管と、 （ｃ） 前記ハウジングの端壁部に枢動可能に固定され
    た細長いレバーアームであって、（１）前記ハウジング
    の中に位置する第１の端部と、（２）前記ハウジングの
    外方へ伸長する第２の端部と、（３）前記第１の端部に
    設けられ、前記導管を封止して前記オリフィスからのイ
    ンクの排出を防止する手段とを有する、前記レバーアー
    ムと、 （ｄ） 前記レバーアームを周期的に枢動させて前記導
    管の封止を開放し、これによりインクが前記オリフィス
    から排出されるのを許容する手段とを備えて成ることを
    特徴とする弁要素。
  2. 【請求項２】 請求項１の弁要素において、前記レバー
    アームが、前記ハウジングの端壁部と一体の部分として
    形成されることを特徴とする弁要素。
  3. 【請求項３】 請求項１の弁要素において、前記レバー
    アームは、該レバーアームが前記ハウジングの端壁部に
    接続する点の周囲を枢動し、前記端壁部は、該端壁部の
    中に挿入され前記枢動点を補強する支点ピンを有するこ
    とを特徴とする弁要素。
  4. 【請求項４】 請求項１の弁要素において、前記導管が
    更に、該導管を通るインクの流れを良くするインサート
    を有することを特徴とする弁要素。
  5. 【請求項５】 請求項４の弁要素において、各弁の間に
    介挿される離隔手段を更に備え、該離隔手段が、漏洩を
    防止する弾性的なシールを有することを特徴とする弁要
    素。
  6. 【請求項６】 ドロップオンデマンド型のインクジェッ
    トプリンタ用の印刷ヘッドアセンブリであって、 （ａ） 複数の弁要素であって、各々が、i）端壁部を
    有すると共に側部が開放され、加圧されたインクを受け
    入れる内部空間を画成するハウジングと、ii）前記ハウ
    ジングの端壁部に形成され、インクの液滴の排出を許容
    するオリフィスを有する導管と、iii）前記ハウジング
    の中に位置する第１の端部、前記導管を封止して前記オ
    リフィスからのインクの排出を防止する支持手段、及び
    前記ハウジングの外方へ伸長する第２の端部を有し、前
    記ハウジングの端壁部に枢動可能に固定された細長いレ
    バーアームとを具備する、前記複数の弁要素と、 （ｂ） 該アセンブリの両端部に設けられ、インクの流
    入あるいは流出を許容するポートを具備する端部プレー
    トと、 （ｃ） 前記弁要素及び前記端部プレートを一緒に固定
    し、内部貯槽を有する印刷ヘッドアセンブリを形成する
    手段と、 （ｄ） 前記レバーアームの選択したものを枢動させ、
    前記導管の封止を開放してインクが該導管を流過するの
    を許容するように、互いに独立して作動可能な作動手段
    とを備えて成る印刷ヘッドアセンブリ。
JP4068477A 1991-03-26 1992-03-26 印刷ヘツド用弁要素及び印刷ヘツドアセンブリ Pending JPH0577442A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/675,987 US5126755A (en) 1991-03-26 1991-03-26 Print head assembly for ink jet printer
US675987 1991-03-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0577442A true JPH0577442A (ja) 1993-03-30

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ID=24712750

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4068477A Pending JPH0577442A (ja) 1991-03-26 1992-03-26 印刷ヘツド用弁要素及び印刷ヘツドアセンブリ

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US (1) US5126755A (ja)
EP (1) EP0506232B1 (ja)
JP (1) JPH0577442A (ja)
AU (1) AU641890B2 (ja)
CA (1) CA2061425A1 (ja)
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