JPH09169116A - ジェットプリントシステムの構成要素に流体キャビティを形成する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 機械加工方法による典型的な諸問題を除去す
るインクジェット形プリンタヘッドにおける流体キャビ
ティの形成方法を提供する。 【解決手段】 ジェットプリントシステムは、内部流体
キャビティ（１８）を有する共振器（１２）を備えてい
る。最初に小さな径の孔（３０）をドリルで形成し、次
に、該孔にワイヤ放電加工を施して、内部流体キャビテ
ィを形成する。表面仕上げを改善するため、形成したキ
ャビティに研磨を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、連続インクジェッ
ト形プリンタに関し、特に、流体キャビティ内に存在す
るインク液滴のための真直ぐで且つ均一な孔を提供する
インクジェット形プリンタヘッドにおける流体キャビテ
ィの形成方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】連続インクジェット形プリンタは、一連
の電気的且つ流体的構成要素を備えており、それらは、
一又は二列以上のインクジェットを生成し、それらから
インク液滴が形成された時インク液滴に選択的に電荷を
付与するオリフィス板及び電荷付与板を含んでいる。典
型的には、各列ごとに数百のジェットが生成され、各ジ
ェットが励起されて所定割合のインク液滴を形成する。
それら全てのインク液滴は電気的偏向場を通って落下す
るが、電荷を付与されたインク液滴はキャッチャ部材に
偏向して捕獲される。電荷を付与されていないインク液
滴は、プリンタヘッドの下側に位置する印刷媒体上に載
せられる。

【０００３】一般的に、連続インクジェット形プリンタ
装置は、プリンタヘッドマニホールドを備えており、イ
ンクはこのマニホールドに圧力を掛けて供給され、それ
により、流体キャビティに流体的に接続したプリンタヘ
ッドオリフィス板からのインク流を形成する。周期的な
振動、例えば、電気機械的な変換器によって形成される
振動をインク流に付与し、インク流を均一サイズ且つ形
状のインク液滴に分割する。

【０００４】アドレス化可能な電極列を有する電荷付与
板はインク流の分割位置に隣接して配置されており、印
刷情報信号に従って隣接するインク液滴に選択的に電荷
を誘導付与する。電荷を付与されたインク液滴は、それ
らの通常の軌道から偏向される。例えば、普通の二値印
刷モードにおいては、電荷を付与された、すなわち、印
刷に寄与しないインク液滴はキャッチャ部材に偏向捕獲
され、一方、電荷を付与されていないインク液滴は、印
刷媒体方向に進行する。上述した構成要素は、印刷媒体
又はキャッチャ部材の表面へのインク液滴の正確な移動
を達成するため、大きさ及び位置を精密に形成しなけれ
ばならない。

【０００５】インクジェット形プリンタの重要な要求の
１つは、数百のインク液滴を生成するオリフィス板にあ
る。これら数百のインク液滴は、極めて均一な直径及び
形状を有し、精密に位置決めされ、さらに、正確に平行
となっていなければならない。オリフィス板は、流体キ
ャビティを画成すると共にこの流体キャビティから流体
を排出する開口を含む共振器ボディに関連して配置され
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】例えば、米国特許第
４、９９９、６４７号に記載された共振器において、イ
ンクが導入され且つ排出される共振器の内部流体キャビ
ティを適正な寸法にするために流体キャビティの表面に
機械加工を施すことが必要なことは知られている。例え
ば、共振器の両端から中央に向ってドリル穿孔を行い流
体キャビティを穿設する試みも行われてきた。残念なが
ら、流体キャビティの両端から穿設された孔の間には、
不整列が生じることがあった。この不整列は、ドリル穿
孔作業中における孔の位置ズレによるものであろう。こ
の不整列は、液を当該キャビティ内に一気に流した場合
において、当該流体キャビティ内に空気及びごみが残る
という好ましくない結果をもたらす。これは、また、壁
厚の不均一をもたらし、ジェットのインク液滴への励起
に悪影響を及ぼす。流体キャビティを構成する孔の位置
ズレは、流体キャビティに対し、インク液滴形成器の外
面を直角に機械加工することによって部分的に改善する
ことができる。流体キャビティに対しインク液滴形成器
の外面を直角にすることにより孔の端部と端部とのズレ
が著しく減少するにもかかわらず、孔はインク液滴形成
器の内部でのズレは依然としてあり得る。これは、依然
として、不均一な励起をもたらし得る。さらに、ドリル
加工は綺麗な仕上げ表面を提供することはできず、流体
キャビティ内に気泡を生じ得る。

【０００７】流体キャビティを形成する他のアプローチ
として、ガン穿孔（ｇｕｎ ｂｏｒｉｎｇ）を用いるこ
とがある。ガン穿孔は、標準的なドリル穿孔に比べて孔
の位置ズレは少なくなる傾向がある。ガン穿孔は、一方
の側からの流体キャビティの穿設を可能とし、中央にお
ける不整列を回避する。しかしながら、孔位置及び孔直
径に、依然として不均一が生じ得る。また、ガン穿孔方
式では、流体キャビティの一方の端と他方の端の間に千
分の数インチの不整列が生じ得る。他のドリル穿設技術
でも、同様の不整列の問題が生じる。これは、再び、流
体キャビティの壁厚の不均一をもたらし、ジェットのイ
ンク液滴への励起に悪影響を及ぼし得る。流体キャビテ
ィ内の位置のズレは、流体キャビティに対しインク液滴
形成器の外面を直角に機械加工することによって部分的
に改善することができる。流体キャビティに対しインク
液滴形成器の外面を直角にすることにより孔位置におけ
る両端のズレが著しく減少するにもかかわらず、キャビ
ティのインク液滴形成器の内部でのズレはあり得る。こ
れは、依然として、不均一な励起をもたらし得る。

【０００８】流体キャビティの寸法は非常に小さく且つ
精密であるため、ほとんどの機械加工方法は現実的でな
く、流体キャビティに対してインク液滴形成器の外面を
再度直角に加工しなければならない。流体キャビティの
位置及び直径が変動することは共振周波数を変更するこ
ととなり、共振器の不均一な振幅をもたらす。共振器の
振幅を変更することはインク液滴の形成及びプリント品
質に悪影響を及ぼす。現存する機械加工方法は、また、
共振器の仕上げ表面が粗く、幾つかのプリント上の問題
を引き起こしていた。例えば、粗い仕上げ面では、印字
バー内に気泡の発生が生じ得る。粗い仕上げ面からの脱
落した破片は、ジェットを歪めたり、あるいは詰まらせ
たりし得る。

【０００９】従って、現存する機械加工方法による典型
的な諸問題を除去するインクジェット形プリンタヘッド
における流体キャビティの形成方法の改善が要望されて
いる。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の要望は、本発明に
係る形成方法、すなわち、インクジェット形プリンタヘ
ッドの流体キャビティを排出するインク液滴のために直
線的で且つ均一な穴を形成するように形成する方法によ
って解決される。穴は均一で直線的であり外面に平行で
あるため、どこの部分も再度直角にする必要はない。

【００１１】本発明の１つの態様によれば、連続ジェッ
トプリントシステムは、内部流体キャビティを有する共
振器を含んでいる。最初に、ワイヤを共振器を貫通して
通し易いように、共振器を貫通して最初の小さなパイロ
ット孔、すなわち、孔がドリル穿孔される。このワイヤ
を用いて、内部流体キャビティの表面に放電加工（ＥＤ
Ｍ）工程が行われる。ワイヤの経路は、所望の最終寸法
のキャビティを画成するものであり、均一で直線的な孔
を形成する。仕上げ、すなわち、研磨工程は、必要に応
じて、最終寸法のキャビティの表面を改善するため実施
することができる。

【００１２】従って、本発明の目的は、インクジェット
プリントシステムの共振器孔のための改善された表面仕
上げを提供することである。改善された表面仕上げは、
液滴の形成及びプリント品質を改善するという利点を有
する。本発明は、また、共振器に沿ってより均一な振幅
を提供する利点を有する。最後に、本発明は、円形の孔
に限定されず、種々の寸法の孔にも適用でき、それによ
って、種々の流体流の利点を提供するという利点を有す
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るインクジェッ
ト形プリンタヘッドにおける流体キャビティの形成方法
について、図示された好ましい実施形態に基いて説明す
る。

【００１４】図面を参照すると、図１に、インクジェッ
ト形プリンタシステムのプリンタヘッド１０の一部分が
図示されている。プリンタヘッド１０は、関連する取付
けピン２８を有する共振器１２を備えている。共振器１
２は、典型的には、ステンレス材料から所定寸法の中実
の直方体形状に作られている。プリンタヘッド１０は、
また、液滴選択手段１４を備えている。プリンタヘッド
１０は、共振器１２の表面に一又は二列以上のオリフィ
スを有するオリフィス板１６を画成する。これらオリフ
ィスは、流体キャビティ１８内に収容された加圧流体供
給体から、水ベースのインクのような導電性の記録流体
を受け入れる。流体は、孔１９を通ってインク液滴２２
で示されているような列状の平行な流れ２０として共振
器から排出される。液滴キャッチャ装置２４及び電荷付
与板２６は、各流れ中のインク液滴２２に選択的に電荷
を付与して偏向させると共にインク液滴２２の少なくと
も一部を印刷媒体上に載着する液滴選択手段１４を構成
する。

【００１５】プリンタヘッド１０及び共振器１２は、イ
ンクジェット形プリンタに用いられている他の周知の構
成要素と共働するものであることは理解されるべきであ
る。プリンタヘッド１０及び共振器１２は、均一なサイ
ズ及び間隔の液滴からなる高同期状態の所望の流れを形
成するように機能する。連続インクジェット形プリンタ
の他の構成要素、例えば、電荷付与偏向用電極、液滴キ
ャッチャ部材、印刷媒体送りシステム、データ入力及び
機械制御電子機器（図示せず）は、プリンタヘッド１０
によって形成された液滴流れに作用して連続インクジェ
ットプリントを行う。

【００１６】図２（ａ）及び（ｂ）に示す本発明に係る
共振器１２は、所定の外形を有するように機械加工され
且つ研磨される。図２（ｂ）に示されているように、仮
の孔、すなわち、パイロット孔３０が共振器１２を貫通
して穿設される。パイロット孔３０は、最終的な流体キ
ャビティのサイズよりも小さい。位置決め及び同心性を
保持するため、共振器１２の両端にＣＮＣミルなどの適
当な方法を用いて座ぐりを形成する。

【００１７】図３（ａ）及び（ｂ）は、図２（ｂ）に示
されたドリル穿設工程に続いて共振器１２に実施する本
発明に係るワイヤＥＤＭ（放電加工）工程を示してい
る。図３（ａ）に示されているように、ワイヤ３２は、
パイロット孔３０を貫通して挿入され、ワイヤ３２がパ
イロット孔３０中を連続的に移動する間、矢印３４方向
の軸方向に沿ってピンと張られる。ワイヤ３２が軸方向
に沿って放電加工する間、ワイヤ３２はまた矢印３６方
向にパイロット孔３０の周縁に沿って回転し、徐々に且
つ均一にパイロット孔３０、すなわち、仮の孔を拡張し
所望の流体キャビティ３０´を形成する。流体キャビテ
ィ３０´は所望の流体キャビティに近付いていく間、流
体キャビティ３０´の均一性及び直線性は、ワイヤＥＤ
Ｍ工程によって維持される。流体キャビティ３０´の形
状は、その形状が円形でない場合においても、真性に維
持される。すなわち、共振器の流体キャビティは円形に
限定されるものではなく、種々の寸法形状の流体キャビ
ティとすることができる。

【００１８】ワイヤＥＤＭ工程は、最初のパイロット孔
３０、すなわち、仮の孔の寸法を大きくして所望の流体
キャビティ３０´の寸法に近付けるため、放電加工のス
ピードにより仕上げの程度を変更することができる。さ
らに、研磨仕上げを改善し且つ最終的な流体キャビティ
から再凝固した層を除去するため、研磨工程を実施する
ことができる。この工程は、流体キャビティから少量の
材料を除去する研磨装置を使用する。これは、極めて精
密に形成された硬い砥石を回転させながら流体キャビテ
ィの両端から出し入れすることによって行われる。ワイ
ヤＥＤＭ工程の後残された再凝固層は除去され、流体キ
ャビティの壁は滑らかな鏡のような仕上げ面とされる。
研磨工程は、最終的な流体キャビティの寸法を変更する
ものではなく、最終的な流体キャビティの精度の一体性
の範囲内で行われる。さもないと、流体キャビティの真
性、すなわち、精度に悪影響を及ぼすこととなる。

【００１９】

【発明の効果】本発明は、インクジェット形プリントの
分野において有用であり、現状の流体キャビティを機械
加工で形成する方法によって引き起こされる望ましくな
いプリント上の問題を除去するという利点を有してい
る。本発明によれば、また、流体キャビティの位置及び
サイズが均一となったため、共振器に沿った振幅はより
均一となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 共振器を有するプリンタヘッド構造の一部分
を示した概略図であり、本発明に係る形成方法を説明す
るためのものである。

【図２】 （ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、図１の共振
器を形成するステップを説明するための概略斜視図であ
る。

【図３】 （ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、本発明に従
って共振器にワイヤＥＤＭ工程を実施した各ステップを
説明するための概略斜視図である。

【符号の説明】

１０ プリンタヘッド １２ 共振器 １４ 液滴選択手段 １６ オリフィス板 １８ 流体キャビティ １９ 孔 ２０ 流れ ２２ インク液滴 ２４ 液滴キャッチャ装置 ２６ 電荷付与板 ２８ 取付けピン ３０ パイロット孔 ３０´ 所望の流体キャビティ ３２ ワイヤ ３４、３６ 矢印

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ジェットプリントシステムの構成要素に
   流体キャビティを形成する方法であって、 共振器を提供する工程と、 共振器を貫通して最初の孔をドリル穿孔する工程と、 最初の孔を貫通してワイヤを送り込む工程と、 共振器内に所望の最終寸法のキャビティを形成するため
   のワイヤの移動経路を画成する工程と、 を備える流体キャビティの形成方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の流体キャビティの形成
   方法において、ワイヤ経路画成工程が、所望の最終寸法
   のキャビティを得るためキャビティ表面にワイヤ放電加
   工を行うワイヤを用いる工程からなることを特徴とする
   流体キャビティの形成方法。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の流体キャビティの形成
   方法において、所望の最終寸法のキャビティの表面仕上
   げを改善するため所望の最終寸法のキャビティを研磨す
   る工程を、さらに、備えたことを特徴とする流体キャビ
   ティの形成方法。
4. 【請求項４】 ジェットプリントシステムの構成要素に
   流体キャビティを形成する方法であって、 共振器を提供する工程と、 所望の最終寸法を有する流体キャビティを形成するよう
   に、共振器に機械加工技術を施す工程と、そして、 所望の最終寸法のキャビティの表面仕上げを改善するた
   め流体キャビティを研磨する工程と、 を備える流体キャビティの形成方法。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の流体キャビティの形成
   方法において、所望の最終寸法を有する流体キャビティ
   を形成するように、共振器に機械加工技術を施す工程
   が、 共振器を貫通して最初の孔をドリル穿孔する工程と、 最初の孔を貫通してワイヤを送り込む工程と、 ワイヤの移動経路を画成する工程と、 を備える流体キャビティの形成方法。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の流体キャビティの形成
   方法において、所望の最終寸法を有する流体キャビティ
   を形成するように、共振器に機械加工技術を施す工程
   が、さらに、所望の最終寸法を得るためキャビティの表
   面にワイヤ放電加工を行うワイヤを用いる工程を備える
   流体キャビティの形成方法。
7. 【請求項７】 ジェットプリントシステムの構成要素に
   流体キャビティを形成する方法であって、 構成要素を貫通して最初の孔をドリル穿孔する工程と、 最初の孔を貫通してワイヤを送り込む工程と、そして、 構成要素内に所望の最終寸法のキャビティを形成するワ
   イヤの移動経路を画成する工程と、 を備える流体キャビティの形成方法。
8. 【請求項８】 請求項７に記載の流体キャビティの形成
   方法において、ワイヤ経路画成工程が、所望の最終寸法
   のキャビティを得るためキャビテイ表面にワイヤ放電加
   工を行うワイヤを用いる工程からなることを特徴とする
   流体キャビティの形成方法。