JPH0775890B2 - 音響インクプリンタ - Google Patents
音響インクプリンタInfo
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- JPH0775890B2 JPH0775890B2 JP32487389A JP32487389A JPH0775890B2 JP H0775890 B2 JPH0775890 B2 JP H0775890B2 JP 32487389 A JP32487389 A JP 32487389A JP 32487389 A JP32487389 A JP 32487389A JP H0775890 B2 JPH0775890 B2 JP H0775890B2
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- ink
- acoustic
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- 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
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
- B41J2/14008—Structure of acoustic ink jet print heads
-
- 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
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- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
- B41J2002/14322—Print head without nozzle
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- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は音響インクプリンタに関し、特に音響インク
プリンタにおいて、インク表面に至る音響波とインク表
面で反射して再度インク表面に至る音響波との干渉に伴
うインクの噴射不良を最少にする装置に関する。
プリンタにおいて、インク表面に至る音響波とインク表
面で反射して再度インク表面に至る音響波との干渉に伴
うインクの噴射不良を最少にする装置に関する。
(従来の技術) この発明が係わる型の音響インクプリンタはその特質
上、収束する各音響ビームをインク液のプールへと発射
し、一般に各ビームの一次束つまり主束がインクの自由
表面に対してほぼ直角の入射角を成すようにした1つ以
上の液滴噴射装置を具備しており、各ビームの角度収束
はビームがほぼインク自由表面へ収束するように選ばれ
ている。プリントは通常、各ビームがインク自由表面に
対して加える放射線圧(音圧)を変調することによって
行われる。この変調によって各ビームの有効圧力は短い
抑制された偏位運動を充分に高い圧力レベルとし、指令
に応じて個々のインク液滴をインク自由表面から近くの
記録媒体上へ像の形状で付着させるのに充分な速度で発
射させるのに適切な余裕を持たせて、表面張力の拘束力
に打ち勝つようになる。
上、収束する各音響ビームをインク液のプールへと発射
し、一般に各ビームの一次束つまり主束がインクの自由
表面に対してほぼ直角の入射角を成すようにした1つ以
上の液滴噴射装置を具備しており、各ビームの角度収束
はビームがほぼインク自由表面へ収束するように選ばれ
ている。プリントは通常、各ビームがインク自由表面に
対して加える放射線圧(音圧)を変調することによって
行われる。この変調によって各ビームの有効圧力は短い
抑制された偏位運動を充分に高い圧力レベルとし、指令
に応じて個々のインク液滴をインク自由表面から近くの
記録媒体上へ像の形状で付着させるのに充分な速度で発
射させるのに適切な余裕を持たせて、表面張力の拘束力
に打ち勝つようになる。
従来の研究は、音響的に照明される球面集束レンズから
構成された液滴噴射装置を有する音響インクプリンタ
が、比較的複雑な像の高品質プリントに充分な解像度
で、正確に位置決めされたピクセルを印字可能なことを
実証している。例えば、米国特許第4,751,529号、米国
特許第4,751,530号及びヨーロッパ特許出願公開第27209
2号を参照されたい。また、このようなプリンタにおい
て印字するピクセルのサイズを動的に変化させる手段を
設けることによって、例えば、可変なグレイレベル像の
プリントが容易に行えることも示されている。
構成された液滴噴射装置を有する音響インクプリンタ
が、比較的複雑な像の高品質プリントに充分な解像度
で、正確に位置決めされたピクセルを印字可能なことを
実証している。例えば、米国特許第4,751,529号、米国
特許第4,751,530号及びヨーロッパ特許出願公開第27209
2号を参照されたい。また、このようなプリンタにおい
て印字するピクセルのサイズを動的に変化させる手段を
設けることによって、例えば、可変なグレイレベル像の
プリントが容易に行えることも示されている。
現在のところ音響レンズが音響インクプリンタの液滴噴
射装置用の好ましい集束機構であるが、それに替わるも
のとして、(1)1981年12月29日に発行されたLovelady
等の米国特許第4,308,547号、名称「液滴噴射装置」に
記載されているような圧電シェルトランスデューサ、
(2)米国特許第4,697,195号に記載されているような
同心円状の噛み合い電極(IDT)を有する平面形圧電ト
ランスデューサ、を含め別のものも知られている。ま
た、既存の液滴噴射装置の技術が、(1)ラスター走査
プリント用の単一噴射装置の態様、(2)マトリックス
プリント用のマトリックス構成噴射装置アレイ、及び
(3)(i)パラレル/シリアルプリントの複合書式用
単一行、疎(sparse)アレイから、(ii)通常のライン
プリント用である、ページ幅画像域内の各ビクセル位置
またはアドレス毎に個々の噴射装置が配置された(すな
わち単一噴射装置/ビクセル/ラインの)複数行、ジグ
ザク(スタガー)配列、までの範囲にわたる異なる数種
類のページ幅噴射装置アレイを含め、さまざまなプリン
トヘッド構成を設計するのに充分であることも明かであ
る。さらに、実用上の考慮因子が幾つかのプリントヘッ
ドの構成に関する液滴噴射装置の選択に影響を及ぼした
り、あるいはそれを支配することさえあるので、前記の
米国特許はここでの概括説明を補完するものとして、参
照によってここに包含されることも理解されよう。
射装置用の好ましい集束機構であるが、それに替わるも
のとして、(1)1981年12月29日に発行されたLovelady
等の米国特許第4,308,547号、名称「液滴噴射装置」に
記載されているような圧電シェルトランスデューサ、
(2)米国特許第4,697,195号に記載されているような
同心円状の噛み合い電極(IDT)を有する平面形圧電ト
ランスデューサ、を含め別のものも知られている。ま
た、既存の液滴噴射装置の技術が、(1)ラスター走査
プリント用の単一噴射装置の態様、(2)マトリックス
プリント用のマトリックス構成噴射装置アレイ、及び
(3)(i)パラレル/シリアルプリントの複合書式用
単一行、疎(sparse)アレイから、(ii)通常のライン
プリント用である、ページ幅画像域内の各ビクセル位置
またはアドレス毎に個々の噴射装置が配置された(すな
わち単一噴射装置/ビクセル/ラインの)複数行、ジグ
ザク(スタガー)配列、までの範囲にわたる異なる数種
類のページ幅噴射装置アレイを含め、さまざまなプリン
トヘッド構成を設計するのに充分であることも明かであ
る。さらに、実用上の考慮因子が幾つかのプリントヘッ
ドの構成に関する液滴噴射装置の選択に影響を及ぼした
り、あるいはそれを支配することさえあるので、前記の
米国特許はここでの概括説明を補完するものとして、参
照によってここに包含されることも理解されよう。
音響インクプリンタによって噴射されるインク液滴のサ
イズと、それらが噴射される際の速度は、インクの経時
的な減少及び/又は蒸発によって生じるような、プリン
タのインク自由表面における微小な変化によって実質上
影響されないことが好ましい。インク自由表面の容易に
検出されるレベル変化を補償するには比較的簡単な手段
を講じ得るが、わずかな表面レベルの変化を、それらを
有効に補償するのに必要な精度で検出するのは技術的に
困難で、しかもコストがかかる。従って、インク自由表
面のわずかなレベル変化に対する音響インクプリンタの
許容度は、重要な考慮すべき因子である。
イズと、それらが噴射される際の速度は、インクの経時
的な減少及び/又は蒸発によって生じるような、プリン
タのインク自由表面における微小な変化によって実質上
影響されないことが好ましい。インク自由表面の容易に
検出されるレベル変化を補償するには比較的簡単な手段
を講じ得るが、わずかな表面レベルの変化を、それらを
有効に補償するのに必要な精度で検出するのは技術的に
困難で、しかもコストがかかる。従って、インク自由表
面のわずかなレベル変化に対する音響インクプリンタの
許容度は、重要な考慮すべき因子である。
(発明が解決しようとする課題) 残念ながら従来の音響インクプリンタは、インク自由表
面のレベル変化に対する感度が過剰すぎた。例えば、イ
ンク内における音響放射線の一波長オーダーの実用焦点
深度を有する球面状の音響集束レンズが、そのようなプ
リンタ用に開発されている。しかし、これらのレンズを
実施したプリンタでは、インク自由表面のわずか1/4波
長またはそれ以下のレベル変化でも、噴射される液滴の
サイズ及びそれら液滴が噴射されるときの速度に大きく
影響し易いことが判明している。研究の結果は、それら
プリンタの1つまたはそれより多い共振キャビティ内で
の音響反射によって生じる半波共振が上記の問題の主な
原因である。
面のレベル変化に対する感度が過剰すぎた。例えば、イ
ンク内における音響放射線の一波長オーダーの実用焦点
深度を有する球面状の音響集束レンズが、そのようなプ
リンタ用に開発されている。しかし、これらのレンズを
実施したプリンタでは、インク自由表面のわずか1/4波
長またはそれ以下のレベル変化でも、噴射される液滴の
サイズ及びそれら液滴が噴射されるときの速度に大きく
影響し易いことが判明している。研究の結果は、それら
プリンタの1つまたはそれより多い共振キャビティ内で
の音響反射によって生じる半波共振が上記の問題の主な
原因である。
自明のごとく、インク/空気の境界面は本質上不整合で
あるため、一般に入射する音響放射線のほとんどは、音
響インクプリンタのインク自由表面で反射される。ま
た、インクは必然的に有限の音響キャビティ内に含まれ
ているので、反射した放射線のかなりの部分は、液的噴
射装置が音響上インクと整合しているかどうかに応じ、
液滴噴射装置/インクの境界面あるいは液滴噴射装置背
後の音響的に不整合な境界面で反射された後、インク自
由表面に戻ろうとする。一般に、反射された放射線がイ
ンク自由表面へ戻るまでにかかる往復の伝播時間は、従
来の音響インクプリンタの液滴噴射装置を駆動するのに
提案されている非常に狭いバンド(すなわち単一周波
数)である高周波(rf)トーンバーストの持続時間より
短いので、インク自由表面に入射して反射した放射線と
未反応の放射線はコヒーレントに干渉する。この干渉は
強め合う増大、弱め合う消滅、または部分的な増大と部
分的な消滅となり得るが、共振の増大干渉及び反共振の
消滅干渉が生じるインク自由表面のレベルは相互に、イ
ンク内における音響放射線のわずか1/4波長だけ異な
る。従って、こうした共振を防止または抑制する適切な
手段を講じないと、インク自由表面のわずか1/4波長ま
たはそれ以下のレベル変化でも、1つまたはそれより多
い集束ビームの実効放射線圧(音圧)を著しく変化させ
てしまう。
あるため、一般に入射する音響放射線のほとんどは、音
響インクプリンタのインク自由表面で反射される。ま
た、インクは必然的に有限の音響キャビティ内に含まれ
ているので、反射した放射線のかなりの部分は、液的噴
射装置が音響上インクと整合しているかどうかに応じ、
液滴噴射装置/インクの境界面あるいは液滴噴射装置背
後の音響的に不整合な境界面で反射された後、インク自
由表面に戻ろうとする。一般に、反射された放射線がイ
ンク自由表面へ戻るまでにかかる往復の伝播時間は、従
来の音響インクプリンタの液滴噴射装置を駆動するのに
提案されている非常に狭いバンド(すなわち単一周波
数)である高周波(rf)トーンバーストの持続時間より
短いので、インク自由表面に入射して反射した放射線と
未反応の放射線はコヒーレントに干渉する。この干渉は
強め合う増大、弱め合う消滅、または部分的な増大と部
分的な消滅となり得るが、共振の増大干渉及び反共振の
消滅干渉が生じるインク自由表面のレベルは相互に、イ
ンク内における音響放射線のわずか1/4波長だけ異な
る。従って、こうした共振を防止または抑制する適切な
手段を講じないと、インク自由表面のわずか1/4波長ま
たはそれ以下のレベル変化でも、1つまたはそれより多
い集束ビームの実効放射線圧(音圧)を著しく変化させ
てしまう。
(課題を解決するための手段) 本発明によれば、液体インクの供給源と、一端が前記イ
ンク供給源のインク自由表面にある有限長のインクを収
容した音響キャビティと、前記インクに音響的に結合さ
れた液滴噴射器と、該液滴噴射器に接続されて該液滴噴
射器を前記インク自由表面からほぼ集束した音響パワー
を放射するように励起するパルス変調されたrf信号源と
から成るプリントヘッドを備えており、制御された大き
さのインク滴が制御された噴射速度で要求毎に個々に前
記インク自由表面から噴射される音響インクプリンタで
あって、前記パルス変調されたrf信号源は、前記液滴噴
射器を励起するために複数のrf周波数成分を発生してお
り、前記複数のrf周波数成分の周波数は、前記インク自
由表面において相互に実質的に中和させる共振反射と反
共振反射とを前記音響キャビティの中で生ずるように選
択されており、前記共振反射及び反共振反射が前記イン
ク自由表面において音響パワーを大きく揺動させるのを
阻止することを特徴とする音響インクプリンタが提供さ
れる。
ンク供給源のインク自由表面にある有限長のインクを収
容した音響キャビティと、前記インクに音響的に結合さ
れた液滴噴射器と、該液滴噴射器に接続されて該液滴噴
射器を前記インク自由表面からほぼ集束した音響パワー
を放射するように励起するパルス変調されたrf信号源と
から成るプリントヘッドを備えており、制御された大き
さのインク滴が制御された噴射速度で要求毎に個々に前
記インク自由表面から噴射される音響インクプリンタで
あって、前記パルス変調されたrf信号源は、前記液滴噴
射器を励起するために複数のrf周波数成分を発生してお
り、前記複数のrf周波数成分の周波数は、前記インク自
由表面において相互に実質的に中和させる共振反射と反
共振反射とを前記音響キャビティの中で生ずるように選
択されており、前記共振反射及び反共振反射が前記イン
ク自由表面において音響パワーを大きく揺動させるのを
阻止することを特徴とする音響インクプリンタが提供さ
れる。
この発明の上記以外の特徴及び利点は、添付の図面を参
照して以下の詳細な説明を読み進むにつれて明らかとな
ろう。
照して以下の詳細な説明を読み進むにつれて明らかとな
ろう。
(実施例) 次に図面、特にまず第1図を参照すると、音響インクプ
リンタ21(関連部分のみ示す)はプリントヘッド22を有
し、プリントヘッド22は指令に応じて、インク液の供給
溜めつまりインク26の自由表面25から個々の液滴24を、
近くの記録媒体27上へ像の形状ですばやく付着させるの
に充分な噴射速度で噴射させる1つまたはそれより多い
液滴噴射装置23(1つだけを示す)を備えている。図示
のごとく、液滴噴射装置23はインク26内に浸漬されてい
るが、1つまたはそれより多い液体または固体の中間音
響結合媒体(図示せず)によってインク26へ、それらの
液滴噴射装置を音響的に結合してもよいことは明かであ
ろう。また図示の実施例において、記録媒体27は動作中
矢印29で示すように、ページ幅アレイの液滴噴射装置23
によるラインプリントなどのため、プリントヘッド22に
対してラインを横断する方向つまり処理方向に(不図示
の手段によって)所定の速度で前進される。しかし、異
なるプリントヘッドの構成及び異なるプリントパターン
を許容するため、プリントヘッド22と記録媒体27間の相
対的な移動が必要に応じて変更可能なのはもちろんであ
る。
リンタ21(関連部分のみ示す)はプリントヘッド22を有
し、プリントヘッド22は指令に応じて、インク液の供給
溜めつまりインク26の自由表面25から個々の液滴24を、
近くの記録媒体27上へ像の形状ですばやく付着させるの
に充分な噴射速度で噴射させる1つまたはそれより多い
液滴噴射装置23(1つだけを示す)を備えている。図示
のごとく、液滴噴射装置23はインク26内に浸漬されてい
るが、1つまたはそれより多い液体または固体の中間音
響結合媒体(図示せず)によってインク26へ、それらの
液滴噴射装置を音響的に結合してもよいことは明かであ
ろう。また図示の実施例において、記録媒体27は動作中
矢印29で示すように、ページ幅アレイの液滴噴射装置23
によるラインプリントなどのため、プリントヘッド22に
対してラインを横断する方向つまり処理方向に(不図示
の手段によって)所定の速度で前進される。しかし、異
なるプリントヘッドの構成及び異なるプリントパターン
を許容するため、プリントヘッド22と記録媒体27間の相
対的な移動が必要に応じて変更可能なのはもちろんであ
る。
動作時、各液滴噴射装置23は収束する音響ビーム30をイ
ンク26内へと発射し、ビーム30の一次束つまり主束がイ
ンク自由表面25に対してほぼ直角の入射角をなすように
する。従来の教示に従い、各ビーム30の角度収束は、ビ
ームがインク自由表面25上にほぼ焦点を結ぶように選択
されている。また、各ビーム30がインク自由表面25に対
して加える放射線圧(音圧)は、対応した液滴噴射装置
23に印加される画像データに従って変調され、“黒”の
ピクセルがプリントされるべきときには放射線圧が一時
的に液滴噴射の開始しきい圧より高いレベルに上昇され
る一方、“白”のピクセルがプリントされるべきときに
は放射線圧がそのしきい圧より下のレベルに維持され
る。
ンク26内へと発射し、ビーム30の一次束つまり主束がイ
ンク自由表面25に対してほぼ直角の入射角をなすように
する。従来の教示に従い、各ビーム30の角度収束は、ビ
ームがインク自由表面25上にほぼ焦点を結ぶように選択
されている。また、各ビーム30がインク自由表面25に対
して加える放射線圧(音圧)は、対応した液滴噴射装置
23に印加される画像データに従って変調され、“黒”の
ピクセルがプリントされるべきときには放射線圧が一時
的に液滴噴射の開始しきい圧より高いレベルに上昇され
る一方、“白”のピクセルがプリントされるべきときに
は放射線圧がそのしきい圧より下のレベルに維持され
る。
図示のように、各液滴噴射装置23は、基板32の上面つま
り前面の小さい球面状くぼみつまり凹部によって画成さ
れた球面状の音響集束レンズ31を備えるのが適する。1
つのレンズ31しか図示してないが、例えば、一次または
二次元アレイの液滴噴射装置23を有するページ幅のプリ
ントヘッドが所望なら、多くのレンズを基板32の上面を
横切りそれぞれ中心間隔を離して分散配置できるのはも
ちろんである。しかし、プリントヘッドの特定の形状に
関わりなく、基板32はシリコン、窒化シリコン、シリコ
ンカーバイド、アルミナ、サファイア、溶融水晶及び一
定のガラスなど、インク26の音響速度よりかなり高い音
響速度を有する材料からなる。1つの液滴噴射装置23を
有するプリントヘッド22でもこの発明が対処しようとす
る問題及び提供される解決策を充分示せるので、以下説
明の簡略化のため、プリントヘッド22が1つだけの集束
レンズ31を有するものと仮定する。
り前面の小さい球面状くぼみつまり凹部によって画成さ
れた球面状の音響集束レンズ31を備えるのが適する。1
つのレンズ31しか図示してないが、例えば、一次または
二次元アレイの液滴噴射装置23を有するページ幅のプリ
ントヘッドが所望なら、多くのレンズを基板32の上面を
横切りそれぞれ中心間隔を離して分散配置できるのはも
ちろんである。しかし、プリントヘッドの特定の形状に
関わりなく、基板32はシリコン、窒化シリコン、シリコ
ンカーバイド、アルミナ、サファイア、溶融水晶及び一
定のガラスなど、インク26の音響速度よりかなり高い音
響速度を有する材料からなる。1つの液滴噴射装置23を
有するプリントヘッド22でもこの発明が対処しようとす
る問題及び提供される解決策を充分示せるので、以下説
明の簡略化のため、プリントヘッド22が1つだけの集束
レンズ31を有するものと仮定する。
レンズ31に音響波を放射するため、基板32の下面つまり
背面上に被着されるかもしくはそこに密着接合された圧
電トランスデューサ36が、動作中両面間に印加されるパ
ルス変調高周波電圧で励振されて振動され、音響波を基
板32に結合する。トランスデューサ36は、一対の電極38
と39間に挟持された酸化亜鉛(ZnO)膜などの圧電膜か
らなるのが適切だが、それ以外の圧電材料及びトランス
デューサの構成も使えることは明かであろう。そしてレ
ンズ31が入射音響放射線の波面を再整形し、その音響放
射線をインク自由表面25にほぼ焦点を結ぶ収束する音響
ビーム30としてインク26内へと進める。
背面上に被着されるかもしくはそこに密着接合された圧
電トランスデューサ36が、動作中両面間に印加されるパ
ルス変調高周波電圧で励振されて振動され、音響波を基
板32に結合する。トランスデューサ36は、一対の電極38
と39間に挟持された酸化亜鉛(ZnO)膜などの圧電膜か
らなるのが適切だが、それ以外の圧電材料及びトランス
デューサの構成も使えることは明かであろう。そしてレ
ンズ31が入射音響放射線の波面を再整形し、その音響放
射線をインク自由表面25にほぼ焦点を結ぶ収束する音響
ビーム30としてインク26内へと進める。
第2図に示すごとく、インク自由表面25における音響パ
ワー密度は本質上、音響ビーム30の集束特性のため、イ
ンク表面レベルの関数として変化する。ここで他の因子
が存在しなければ、インク自由表面のレベルは、ビーム
30が加える放射線圧力に大きい影響を及ぼすことなく、
レンズ31の実用焦点深度によって決まる範囲(例えば、
レンズ31がF#1の場合、インク26内における音響放
射線の波長、λ、程度の範囲)で変化し得る。
ワー密度は本質上、音響ビーム30の集束特性のため、イ
ンク表面レベルの関数として変化する。ここで他の因子
が存在しなければ、インク自由表面のレベルは、ビーム
30が加える放射線圧力に大きい影響を及ぼすことなく、
レンズ31の実用焦点深度によって決まる範囲(例えば、
レンズ31がF#1の場合、インク26内における音響放
射線の波長、λ、程度の範囲)で変化し得る。
しかし残念ながら、第3図に示すように、従来の音響イ
ンクプリンタの集束感度を左右するものとして、これま
で認識されていなかったが一般的に半波の共振が主な因
子であった。前述したごとく、このような共振は一般的
に、インク自由表面25に入射する音響放射線のうち前に
反射されていない成分と反射された成分との間でのコヒ
ーレントな干渉のために生じる。また、共振の増大干渉
と反共振の消滅干渉を引き起こすインク自由表面レベル
での境界条件は、相互にわずか1/4波長だけ異なる。こ
のため、プリンタ21(第1図)のインク自由表面レベル
がわずか1/4波長あるいはそれ以下変化するだけでも、
音響パワーが液滴噴射装置23からインク自由表面25に伝
達される効率(すなわち音響結合効率)は、噴射される
液滴のサイズ及び/又はそれら液滴が噴射される速度に
顕著な影響を及ぼすほど大きく変動し易い。
ンクプリンタの集束感度を左右するものとして、これま
で認識されていなかったが一般的に半波の共振が主な因
子であった。前述したごとく、このような共振は一般的
に、インク自由表面25に入射する音響放射線のうち前に
反射されていない成分と反射された成分との間でのコヒ
ーレントな干渉のために生じる。また、共振の増大干渉
と反共振の消滅干渉を引き起こすインク自由表面レベル
での境界条件は、相互にわずか1/4波長だけ異なる。こ
のため、プリンタ21(第1図)のインク自由表面レベル
がわずか1/4波長あるいはそれ以下変化するだけでも、
音響パワーが液滴噴射装置23からインク自由表面25に伝
達される効率(すなわち音響結合効率)は、噴射される
液滴のサイズ及び/又はそれら液滴が噴射される速度に
顕著な影響を及ぼすほど大きく変動し易い。
この問題に対する一つの可能な解決策は、音響インクプ
リント用に音響ロスのあるインクを用いることであり、
これによって反波共振は、生じるとしてもほとんど影響
を持たない程度に減衰される。インク26によって生じる
音響ロス(dB/m)は粘性の高いインクほど大きくなる傾
向を持つ結果として、有害な半波共振の振幅の有意な減
少は、水の粘性よりかなり高い絶対粘性を有するインク
で認められており、それよりさらに高い絶対粘性を用い
れば、半波共振が音響インクプリンタの集束感度に実質
上影響を及ぼさないと思われる。半波共振の有意な減衰
が生じる特定の粘性はインク26内における音響路の長さ
及び使用する高周波周波数に依存するが、一般に少なく
とも5〜10センチポアズ程度の絶対粘性を有するインク
を用いれば、インク自由表面25での音響パワーの揺動に
おける容易に認知可能な減少が認められる。但し当然な
がら、音響ロスインクの使用は、半波共振の問題に対す
る部分的または完全どちらの解決策ともなる。音響ロス
インクは、インク自由表面25へと戻る往復中に反射放射
線を大幅に減衰させ、それによってインク自由表面が生
じる揺動の大きさを減少させるものだからである。
リント用に音響ロスのあるインクを用いることであり、
これによって反波共振は、生じるとしてもほとんど影響
を持たない程度に減衰される。インク26によって生じる
音響ロス(dB/m)は粘性の高いインクほど大きくなる傾
向を持つ結果として、有害な半波共振の振幅の有意な減
少は、水の粘性よりかなり高い絶対粘性を有するインク
で認められており、それよりさらに高い絶対粘性を用い
れば、半波共振が音響インクプリンタの集束感度に実質
上影響を及ぼさないと思われる。半波共振の有意な減衰
が生じる特定の粘性はインク26内における音響路の長さ
及び使用する高周波周波数に依存するが、一般に少なく
とも5〜10センチポアズ程度の絶対粘性を有するインク
を用いれば、インク自由表面25での音響パワーの揺動に
おける容易に認知可能な減少が認められる。但し当然な
がら、音響ロスインクの使用は、半波共振の問題に対す
る部分的または完全どちらの解決策ともなる。音響ロス
インクは、インク自由表面25へと戻る往復中に反射放射
線を大幅に減衰させ、それによってインク自由表面が生
じる揺動の大きさを減少させるものだからである。
半波共振に対する音響インクプリンタの感度を低めるた
め、単独であるいは音響ロスインクと組み合わせて使え
る別の方法は、プリンタ21の液滴噴射装置23をマルチ周
波数の高周波トーンバーストで駆動し、1つの周波数成
分の共振によって生じるパワー揺動が別の周波数成分の
反共振によって生じるパワー揺動を実質上相殺または中
和化するように成すことである。すなわち、第4図に示
した二重トーンの場合を参照すると、レンズ基板32及び
トランスデューサ36(つまりプリントヘッド22)の共振
を無視すれば、一方の周波数f1が共振となり、他方の周
波数f2が反共振となるインク自由表面レベルを、レンズ
表面の中心部分(すなわちレンズ31の“音響中心”)か
らのインク自由表面25の変位liの関数として求められる
ことが理解されよう。レンズ基板32の音響インプーダン
スはその特性上、インク26の音響インピーダンスより高
いので、音響速度場はレンズ/インク境界面における反
射で180゜位相がシフトする。従って、インク自由表面2
5がレンズ31の音響中心から半波長の整数n倍だけ変位
したとき反共振が生じるため、反共振の条件は周波数f1
について次の場合に存在する: f1=nVi/2li (1) 但しVi=インク内での音速 一方、インク自由表面25がレンズ31の音響中心から1/4
波長の奇数倍だけ変化しとき共振が生じるため、共振の
条件は周波数f2について次の場合に存在する: f2=nVi/2li+Vi/4li (2) この結果、2つの高周波周波数f1とf2が、インク26内に
おけるそれらの周波数間隔Δfiが次式を満たすように選
ばれれば; Δfi=Vi/4li (3) 上記周波数での共振と反共振によって生じるパワーの揺
動は相互に相殺し合い、インク自由表面レベルの微小な
変化に対するプリンタ21の感度を減少せしめる(第5図
参照)。
め、単独であるいは音響ロスインクと組み合わせて使え
る別の方法は、プリンタ21の液滴噴射装置23をマルチ周
波数の高周波トーンバーストで駆動し、1つの周波数成
分の共振によって生じるパワー揺動が別の周波数成分の
反共振によって生じるパワー揺動を実質上相殺または中
和化するように成すことである。すなわち、第4図に示
した二重トーンの場合を参照すると、レンズ基板32及び
トランスデューサ36(つまりプリントヘッド22)の共振
を無視すれば、一方の周波数f1が共振となり、他方の周
波数f2が反共振となるインク自由表面レベルを、レンズ
表面の中心部分(すなわちレンズ31の“音響中心”)か
らのインク自由表面25の変位liの関数として求められる
ことが理解されよう。レンズ基板32の音響インプーダン
スはその特性上、インク26の音響インピーダンスより高
いので、音響速度場はレンズ/インク境界面における反
射で180゜位相がシフトする。従って、インク自由表面2
5がレンズ31の音響中心から半波長の整数n倍だけ変位
したとき反共振が生じるため、反共振の条件は周波数f1
について次の場合に存在する: f1=nVi/2li (1) 但しVi=インク内での音速 一方、インク自由表面25がレンズ31の音響中心から1/4
波長の奇数倍だけ変化しとき共振が生じるため、共振の
条件は周波数f2について次の場合に存在する: f2=nVi/2li+Vi/4li (2) この結果、2つの高周波周波数f1とf2が、インク26内に
おけるそれらの周波数間隔Δfiが次式を満たすように選
ばれれば; Δfi=Vi/4li (3) 上記周波数での共振と反共振によって生じるパワーの揺
動は相互に相殺し合い、インク自由表面レベルの微小な
変化に対するプリンタ21の感度を減少せしめる(第5図
参照)。
インク自由表面25でのパワー密度に対する半波共振の影
響をさらに一層減少するため、高周波駆動パルスの周波
数成分をもっと多くすることもできる。例えば第6図に
示すように、ミキサー51を用いて、150MHz搬送波などの
高周波搬送波を、約20MHzまでの周波数を有する周期的
な疑似ランダムなビットシーケンス信号と混合し、スイ
ッチゲートまたは変調器53によってトランスデューサ36
に印加される駆動パルスが、約130MHzから約170MHzまで
の範囲の多数の高周波周波数で構成されるようにしてよ
い。疑似ランダムなビットシーケンス信号は、プリンタ
21のデータ速度(すなわちデータビットが変調器53に印
加される速度)で周期変化し、トランスデューサ36に印
加される駆動パルスの高周波パワーが実質上一様となる
ようにするのが適切である。あるいは、高周波搬送周波
数を変調するのに線形のチャープ(chirp)信号も使え
るが、この方法は搬送波を高い速度で周波数変調しなけ
ればならないという欠点を有する。さらにその他、変調
されたデータ、つまり実質上“白”の高周波ノイズを用
いてトランスデューサ36を駆動することも考えられる
が、そのようなノイズの高周波パワーレベルはパルス毎
に大きく異なる可能性があるので、この方法は好ましく
ない。
響をさらに一層減少するため、高周波駆動パルスの周波
数成分をもっと多くすることもできる。例えば第6図に
示すように、ミキサー51を用いて、150MHz搬送波などの
高周波搬送波を、約20MHzまでの周波数を有する周期的
な疑似ランダムなビットシーケンス信号と混合し、スイ
ッチゲートまたは変調器53によってトランスデューサ36
に印加される駆動パルスが、約130MHzから約170MHzまで
の範囲の多数の高周波周波数で構成されるようにしてよ
い。疑似ランダムなビットシーケンス信号は、プリンタ
21のデータ速度(すなわちデータビットが変調器53に印
加される速度)で周期変化し、トランスデューサ36に印
加される駆動パルスの高周波パワーが実質上一様となる
ようにするのが適切である。あるいは、高周波搬送周波
数を変調するのに線形のチャープ(chirp)信号も使え
るが、この方法は搬送波を高い速度で周波数変調しなけ
ればならないという欠点を有する。さらにその他、変調
されたデータ、つまり実質上“白”の高周波ノイズを用
いてトランスデューサ36を駆動することも考えられる
が、そのようなノイズの高周波パワーレベルはパルス毎
に大きく異なる可能性があるので、この方法は好ましく
ない。
例示した音響インクプリンタの音響結合特性をもう少し
詳しく検討すると、レンズ31を1/4波長の音響整合層
(不図示)で被覆するなどして、プリントヘッド22がイ
ンク26と音響的に整合されていなければ、プリントヘッ
ド22はインク26と弱く結合されているだけの共振子であ
ることが理解されよう。また、そうした音響整合層がプ
リントヘッド/インク境界面に施されていても、音響結
合効率は周波数の関数として変化しようとする。第4図
の二重トーンの実施例では、2つの周波数成分f1とf2の
振幅を必要に応じてスケール調整し、それらの共振と反
共振がインク自由表面25において音響パワーを実質上等
しくかつ反対に揺動させるようにできる。しかし、第6
図などのように広いスペクトルの高周波源を用いた場合
には、その周波数スペクトル全体にわたって比較的フラ
ットな振幅を有するように、高周波源を設計する方がよ
り簡単である。従ってこのような実施例では、インク液
層26の厚さつまり共振キャビティ長さliよりはるかに大
きい共振キャビティ長さlsを持つプリントヘッド22を用
いるのが有利である。この場合、プリントヘッド22とイ
ンク26内における半波共振の周波数間隔ΔfsとΔfiはそ
れぞれ: Δfs=Vs/2ls (4) 及び Δfi=Vi/2li (5) 従って、プリントヘッド22とインク26内における音速間
の差に妥当な考慮を払えば、プリントヘッドの共振がイ
ンクの共振よりもはるかに狭い周波数間隔を有するよう
に、それぞれの共振キャビティ長さlsとlsを選ぶことが
できる。従って、高周波源の多くの周波数成分がインク
26の各共振の通過バンド内でレンズ31からインク26への
結合を行い、充分なスペクトルの周波数でインク26を励
起することによって、個々の周波数の半波共振及び反共
振で生じる音響パワーの揺動が実質上相互に中和し合う
ようにできる。
詳しく検討すると、レンズ31を1/4波長の音響整合層
(不図示)で被覆するなどして、プリントヘッド22がイ
ンク26と音響的に整合されていなければ、プリントヘッ
ド22はインク26と弱く結合されているだけの共振子であ
ることが理解されよう。また、そうした音響整合層がプ
リントヘッド/インク境界面に施されていても、音響結
合効率は周波数の関数として変化しようとする。第4図
の二重トーンの実施例では、2つの周波数成分f1とf2の
振幅を必要に応じてスケール調整し、それらの共振と反
共振がインク自由表面25において音響パワーを実質上等
しくかつ反対に揺動させるようにできる。しかし、第6
図などのように広いスペクトルの高周波源を用いた場合
には、その周波数スペクトル全体にわたって比較的フラ
ットな振幅を有するように、高周波源を設計する方がよ
り簡単である。従ってこのような実施例では、インク液
層26の厚さつまり共振キャビティ長さliよりはるかに大
きい共振キャビティ長さlsを持つプリントヘッド22を用
いるのが有利である。この場合、プリントヘッド22とイ
ンク26内における半波共振の周波数間隔ΔfsとΔfiはそ
れぞれ: Δfs=Vs/2ls (4) 及び Δfi=Vi/2li (5) 従って、プリントヘッド22とインク26内における音速間
の差に妥当な考慮を払えば、プリントヘッドの共振がイ
ンクの共振よりもはるかに狭い周波数間隔を有するよう
に、それぞれの共振キャビティ長さlsとlsを選ぶことが
できる。従って、高周波源の多くの周波数成分がインク
26の各共振の通過バンド内でレンズ31からインク26への
結合を行い、充分なスペクトルの周波数でインク26を励
起することによって、個々の周波数の半波共振及び反共
振で生じる音響パワーの揺動が実質上相互に中和し合う
ようにできる。
(発明の効果) 本発明によれば、パルス変調されたrf信号源は、液滴噴
射器を励起するために複数のrf周波数成分を発生してお
り、前記複数のrf周波数成分の周波数は、インク自由表
面において相互に実質的に中和させる共振反射と反共振
反射とを音響キャビティの中で生ずるように選択されて
おり、その共振反射及び反共振反射がインク自由表面に
おいて音響パワーを大きく揺動させるのを阻止するの
で、インク自由表面に至る未反射音響波とインク表面で
反射して再度インク表面に至る反射音響波との干渉に伴
うインクの噴射不良が最少になり、音響インクプリンタ
におけるインク自由表面のレベルが変化しても音響パワ
ーは揺動せず、噴射されたインク滴は、制御された適正
サイズで且つ制御された適正速度で噴射される。
射器を励起するために複数のrf周波数成分を発生してお
り、前記複数のrf周波数成分の周波数は、インク自由表
面において相互に実質的に中和させる共振反射と反共振
反射とを音響キャビティの中で生ずるように選択されて
おり、その共振反射及び反共振反射がインク自由表面に
おいて音響パワーを大きく揺動させるのを阻止するの
で、インク自由表面に至る未反射音響波とインク表面で
反射して再度インク表面に至る反射音響波との干渉に伴
うインクの噴射不良が最少になり、音響インクプリンタ
におけるインク自由表面のレベルが変化しても音響パワ
ーは揺動せず、噴射されたインク滴は、制御された適正
サイズで且つ制御された適正速度で噴射される。
第1図は音響インクプリンタの簡略化した部分断面図、
第2図は第1図に示したプリンタのインク自由表面にお
ける焦点スポットの中心での音響パワー密度が、半波共
振の不在時にインク自由表面のレベル変化を関数として
いかに変化するかの概略を示すグラフ、第3図は単一周
波数の半波共振が、インク自由表面のレベル変化に対す
る第1図に示したプリンタの許容度に及ぼす影響を示す
グラフ、第4図は本発明の一特徴に基づき、半波共振を
抑制するため二重周波数の高周波パルスによって駆動さ
れる音響インクプリンタの簡略化した部分断面図;第5
図はインク自由表面のレベル変化に対する第4図に示し
たプリンタの改善された許容度を示すグラフ、第6図は
半波共振をさらに一層抑制するためマルチ周波数の高周
波パルスによって駆動される音響インクプリンタの簡略
化した部分断面図;第7図はインク自由表面のレベル変
化に対する第6図に示したプリンタの最適に近い許容度
を示すグラフである。 符号の説明 21……音響インクプリンタ、 22……プリントヘッド、 23……液滴噴射装置、 24……液滴、 25……インク自由表面、 26……インク(インク液供給溜め)、 30……音響放射線(ビーム)。
第2図は第1図に示したプリンタのインク自由表面にお
ける焦点スポットの中心での音響パワー密度が、半波共
振の不在時にインク自由表面のレベル変化を関数として
いかに変化するかの概略を示すグラフ、第3図は単一周
波数の半波共振が、インク自由表面のレベル変化に対す
る第1図に示したプリンタの許容度に及ぼす影響を示す
グラフ、第4図は本発明の一特徴に基づき、半波共振を
抑制するため二重周波数の高周波パルスによって駆動さ
れる音響インクプリンタの簡略化した部分断面図;第5
図はインク自由表面のレベル変化に対する第4図に示し
たプリンタの改善された許容度を示すグラフ、第6図は
半波共振をさらに一層抑制するためマルチ周波数の高周
波パルスによって駆動される音響インクプリンタの簡略
化した部分断面図;第7図はインク自由表面のレベル変
化に対する第6図に示したプリンタの最適に近い許容度
を示すグラフである。 符号の説明 21……音響インクプリンタ、 22……プリントヘッド、 23……液滴噴射装置、 24……液滴、 25……インク自由表面、 26……インク(インク液供給溜め)、 30……音響放射線(ビーム)。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エリック ジー ローソン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95070 サラトガ モーリーン ウエイ 20887
Claims (1)
- 【請求項1】液体インクの供給源と、一端が前記インク
供給源のインク自由表面にある有限長のインクを収容し
た音響キャビティと、前記インクに音響的に結合された
液滴噴射器と、該液滴噴射器に接続されて該液滴噴射器
を前記インク自由表面からほぼ集束した音響パワーを放
射するように励起するパルス変調されたrf信号源とから
成るプリントヘッドの備えており、制御された大きさの
インク滴が制御された噴射速度で要求毎に個々に前記イ
ンク自由表面から噴射される音響インクプリンタにおい
て、 前記パルス変調されたrf信号源は、前記液滴噴射器を励
起するために複数のrf周波数成分を発生しており、前記
複数のrf周波数成分の周波数は、前記インク自由表面に
おいて相互に実質的に中和させる共振反射と反共振反射
とを前記音響キャビティの中で生ずるように選択されて
おり、前記共振反射及び反共振反射が前記インク自由表
面において音響パワーを大きく揺動させるのを阻止する
ことを特徴とする音響インクプリンタ。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US28779188A | 1988-12-21 | 1988-12-21 | |
US287791 | 1988-12-21 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02219656A JPH02219656A (ja) | 1990-09-03 |
JPH0775890B2 true JPH0775890B2 (ja) | 1995-08-16 |
Family
ID=23104371
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP32487389A Expired - Fee Related JPH0775890B2 (ja) | 1988-12-21 | 1989-12-14 | 音響インクプリンタ |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0375433B1 (ja) |
JP (1) | JPH0775890B2 (ja) |
DE (1) | DE68916628T2 (ja) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5339101A (en) * | 1991-12-30 | 1994-08-16 | Xerox Corporation | Acoustic ink printhead |
US5191354A (en) * | 1992-02-19 | 1993-03-02 | Xerox Corporation | Method and apparatus for suppressing capillary waves in an ink jet printer |
US5828391A (en) * | 1994-03-08 | 1998-10-27 | Sony Corporation | Thermal transfer recording device |
JPH07242009A (ja) * | 1994-03-08 | 1995-09-19 | Sony Corp | 熱転写記録装置 |
JPH08309968A (ja) * | 1995-04-27 | 1996-11-26 | Xerox Corp | 音響インクプリントヘッド |
US5958119A (en) * | 1997-09-23 | 1999-09-28 | Xerox Corporation | Hot melt ink compositions |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4460987A (en) * | 1982-04-22 | 1984-07-17 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Variable focus sonar with curved array |
JPS597055A (ja) * | 1982-07-05 | 1984-01-14 | Ricoh Co Ltd | インクジエツト記録装置 |
JPH078562B2 (ja) * | 1986-01-21 | 1995-02-01 | ゼロツクス コ−ポレ−シヨン | ノズルレス液滴エジェクタの発射コントローラ |
JPS63166545A (ja) * | 1986-12-19 | 1988-07-09 | ゼロックス コーポレーション | スポットサイズ可変の音響プリンタ |
-
1989
- 1989-12-14 JP JP32487389A patent/JPH0775890B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1989-12-21 DE DE1989616628 patent/DE68916628T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1989-12-21 EP EP19890313455 patent/EP0375433B1/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH02219656A (ja) | 1990-09-03 |
EP0375433A3 (en) | 1990-09-12 |
EP0375433B1 (en) | 1994-07-06 |
DE68916628D1 (de) | 1994-08-11 |
EP0375433A2 (en) | 1990-06-27 |
DE68916628T2 (de) | 1995-01-12 |
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---|---|---|---|
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