JPS58501510A - インキ・ジエツト・プリント・ヘツド - 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】 この発明は、インキ・ジェット・プリント・ヘッドに関し、特にいわゆるドロッ プ−オン−デマンド法の動作を利用するインキ・ジェット・プリント・ヘッドに 関する。

背景技術 非叩打プリンタは、プリント中記録媒体に対する機械プリント要素の叩打がない ことからその動作が静かリンクの中で、特にインキ・ジェット・プリンタは特に 処理していない普通紙に高速で記録することができるため、特に重要である。

各種のインキ・ジェット・プリント法が過去長年に亘って開発されてきた。いわ ゆる連続インキ・ジェット法では、インキは各ノズルを通して連続インキ・ジェ ットを噴射させるために、プリント・ヘッドのノズルに対して圧力がかけられ送 出される。インキ・ジェットは振動がかけられて分離され、小滴流として充填さ れて、ノズルから飛翔する小滴は記録媒体に叩打されるか、又は静電的偏向を受 けて後に循環使用のため溝に集積されるかのどちらかとなる。

ドロップ−オン−デマンド法として知られるもう一つの方法は圧電素子の付勢に よシブリント・ヘッドのインキ・チャンバ又はインキ・チャンネルでひきおこさ れるその容積変化によってインキ小滴を噴射する。

容積変化はノズルに伝えられてインキ滴を噴出させる圧力液を発生する。

ドロアゾ−オン−デマンド法は上記の別の方法よシ数々の利点を持つ。ドロップ −オンーデマンド法ヲ使用したインキ・ジェット・プリンタはインキ滴の飛翔を 制御する偏向手段もいらず、インキ回集システムを用意する必要がない簡単な構 造を有する。

ドロアゾ−オン−デマンド法で動作するインキ・ジェット・プリント・ヘッドは 例えば米国特許第４，１５８，８４７号に開示されている。ドロップ−オン−デ マンド・トランスデー−サ１個を使用しただけでは潜在的性能に限界があるので 、この特許では数個のトランスデユーサを使用して多ノズル・プリント・ヘッド を形成する。

ノズルはプリントするラインに対して直角になるように直線に配置され、ヘッド はキャラクタをドツト・マトリックス方式でプリントするためにプリントのライ ンに沿って移動するよう配置される。ノズルはプリントしたドツトが適格に接近 して供給されるようにするために、互いに接近して設けなければならないので、 個々のインキ・チャンネルの周囲のスリーブを形成する圧電素子の物理的大きさ は、ノズルから放射状に延びるようにインキ・チャンネルを配置するこの発明に 従って克服しなければならないという設計上の困難性を有する。各チャンネルは 被覆されて異々る角度から夫々ノズルに到達し、そこに並列の孔を持つノズル板 がインキの方向を向は直し、噴射するインキ滴に対する必要な並列飛翔路を決定 する。

この構造の欠点の１つはインキ・チャンネルとノズル板の孔との正確な整列が難 かしいというところにあシ、特に最外側のインキ・チャンネルの角度は垂直から 相当ずれるようになるので特にそうである。

発明の開示 この発明の目的は、ドツト・マトリ、クス・プリントのために十分接近したドツ ト間隔を設けることができるにも拘わらず、上記の整列に関する問題を除去する ように構成した多ノズル・プリント・へ、ドを提供することである。

図面の簡単な説明 次に、添付図面を参照してその例にょシこの発明の一実施例を詳細に説明する。

第１図は、この発明のシリンド・ヘッドに使用される公知の型のトランスデユー サ素子の断面図である。

第２図は、２つの傾斜した行をなす第１図の一群のトランスデユーサの図である 。

第３図は、一群のトランスデー−サを収容するプリント・ヘッドの正面図である 。

第４図は、第３図のプリント・ヘッドの右側面図である。

第５図は、第３図のシリンド・ヘッドの底面図である。

第６図は、第３図のプリント・ヘッドの平面図である。

第７図は、第５図の面７−７に沿って切断した断面図である。

第８図は、ｌ傾斜性から成る一群のトランスデー−サの側面図である。

第９図は、第８図の１傾斜行から成る一群のトランスデー−サの端部の図である 。

第１０図は、３傾斜行から成る一群のトランスデー−サの端部の図である。

第１１Ａ図、第１１Ｂ図及び第１ＩＣ図は、トランスデー−サ・インキ・チャン バの入口端の変化を表わす図である。

ｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｗａｒｅ　）の図である。

発明を実施するための最良の形態 次に、図を参照する。第１図は米国特許第３，６８３，２１２号に開示したパル ス−オン−デマンド型のトランスデューサ素子を例示する。この種のトランスデ ユーサは相当速いインキの負荷又は充填を可能にし、インキ内の気泡の信頼性の ある追放を可能にし、動作速度が２．０００ドロップ／秒又はそれ以上の良い結 果を表わすものである。

第１図のトランスデユーサ素子２０はガラス管２６の一端２４に入口管２２が取 付けられ、肢管２６の他方の端部は縮小又は狭くされて、通常ノズルから相当近 い距離に装備されている記録媒体３２に対してインキ滴３０を噴射させるノズル ２８を形成する。ガラス管２６は細長いインキ・チャンバとして働き、その周囲 には電気導線３６が接続されている圧電水晶スリーブ３４が設けられる。電気導 線３８はガラス管２６のすずめつきされた領域２７に接続されて、圧電スリーブ ３４の内壁に対する電気接触を提供する。圧電水晶３４が電気的に・ぐルスされ たときに、水晶３４の急激な圧縮と管２６の壁の圧搾とによってインキ滴３ｏが ノズル２８から噴射される。入口管２２は供給源（図示していない）からインキ を搬送し、又管２２はシリコン・コゞムのような柔軟性のある種類のエジストマ から成シ、」二流に伝搬する圧力パルスを吸収して、これらパルスがインキ滴発 生プロセスを邪魔しないように保護する。

管状のパルス−オン−デマンド型トランスデユーサの直径が小さいため、多数の これらトランスデー−サをある配列又はパターンに集団化して、マトリックス・ プリント・ヘッドを小形に形成することが可能である。

マトリックス・プリントの縦方向のドツト間隔は通常ンチ（１，２７ｍｍ）のよ うに個々のトランスデユーサの直径が小さく上記のように小形構造を可能とする ため、縦方向間隔で０．０１５インチ当９１ドツト及び水平方向間隔で０．０３ ０インチ（０，’７６２ｍｍ）当シ２ドツトのグリッド又はマトリックスを形成 すると、それは第２図に表わす折重ねパターンで例示するような小さな集団単位 を提供することができる。そこに見られる７ノズル・プリント・ヘッドについて は、上部の４トランスデー−サとインターリーブするために下の３１−ランスデ ー−サが右に割出し又はずらしてグリッドが構成される。換言すると、トランス デー−ザの一方の行が他方の行よシ横にずらして設けられる。７トランスると、 その構成はセル・サイズ０．３８１　Ｘ　Ｏ，３８１ｍｍを持つＮＸ７キヤラク タ・マトリックスをプリントするのに適切である。その場合、第２図のトランス デユーサ群の各々は垂直及び水平の両方向についてそこに表示しであるような寸 法、すなわち、マトリックス・セルの寸法に関する規定通シの割合による典型的 な寸法で分離されているということを指摘するのみ十分である。

全幅プリントのためには、すべてのプリント要素又は素子がラインの最初の列の ドツトと最後の列のドツトとを走引又は通過移動することが要求されるという必 要性があるため、第２図に見られるような折重ねられた一群のプリント素子を使 用すると、それは必要な行程を少くして動作の周期時間を短くシ、プリンタのス ルーｆ、ト能力を増し、プリンタの幅の要求を直接減じることができるというこ とがわかる。７ノズル折重ねノやターンにおいて要求される全幅プリント・ライ ンのために要求される十分な移動距離は０１８０インチ（４，５７２ｍｍ）であ る。キャレージ又はプリント・ヘッドの動きと共同作用する発射パルスを供給し 、データ・フローに従って作動されるべき電気チャンネルを選択して、上記のよ うな折重ねられた一群のプリント素子でプリントするようにした技術は現在、従 来又は公知のロジックの範囲内に存在する。

第３図、第４図、第５図、第６図及び第７図はプリント・ヘッド４０を表わし、 そこでは、第１図のような７個のトランスデー−サ２０が取付はラグ４４゜４６ を持つハウジング４２の中に収納される。インキのだめの入口接続４８と電気導 体のための接続又はポート５０どが夫々ハウジング４２の上部と右側に設けられ る。第７図のチャンバ５２はハウジング４２の上部のインキ・ゾリーナム（ｐｌ ｅｎｕｍ　）として形成され、る。トランスデユーサ２０はプリント・へ、ド４ ０のハウジング４２内に位置決めされ、ガラス管２６の端はバルクヘッド（ｂｕ ｌｋｈｅａｄ）５６を通してチャンバ５２の中に延びるようにする。セメント型 密封材５８がバルクヘッド５６の上に薄い層として及び管２６のガラス端の周囲 に与えられ、固い封入を行って、ノ・ウノング４２に対するバルクヘッド５６を 及びバルクヘッド５６に対するガラス管２６を密封的に接着する。

プリント・ヘッド４０におけるトランスデー−サ２０は、第５図に見られるよう な傾斜した又は斜めの行パターンに対応するハウジングの底壁の孔を通してトラ ンスデー−サのノズル端を延長するようにしてプラスチック・ハウジング４２の 中に収納される。それに対応する孔パターンを持つバルクヘッド５６はガラス管 ２６の入口端の上の場所に及びハウジングの壁に設けられた肩の上にセットされ て、トランスデー−サを正しい刷シ合わせ場所に維持する。次に、密封材５８が 与えられ、カバー５４が接着によってハウジング４２に取付けられる。各トラン スデユーサ２０からの電気導線３６．３８は接続又はポート５０を通して引き出 される。

第８図は、第９図の投影図で見られるような単−傾斜行に配置され、ＮＸ７キヤ ラクタ・マトリックスをプリントするに適し、簡単に前述した７トランスデ一− サ群を表わす。これらトランスデユーサは入口管２２と、ガラス管２６と、ノズ ル２８と、圧電水晶３４とから成シ、図示のように典型的な寸法の間隔で構成さ れる。

第１０図は１８トランスデー−サがら成る変形したアレイ又はＡ？ターンを表わ し、それは夫々典形的な寸法の間隔をあけて、高解像度のプリントに使用するた め、傾斜三重行に配置される。第１０図の３行配列を第９図の単−行と比べると 、両ツクターンの全体幅は単一・母ターン及び三重パターンのどちらも、同一行 のトランスデユーサ間では典型的なＱ、０６０インチ（１，５２４１ｍ）間隔を 持ち、全体で０．３６０インチ（９，１４４ｍ）幅を持つ。第２図の三重行及び 第１０図の三重行・ぐターンにおいて、同一行のｌＩシ合５トランスデユーサ間 で０．０６０インチ又はｓｂ合う行のｍ）合うトランスデユーサ間でｏ、ｏａｏ インチの典型的な間隔を用いると、三重行・母ターンの最左のトランスデー−サ ト最左のトランスデユーサとの雨中心間の全幅は０．３６０インチであシ、二重 行パターンの最左トランスデーーサと最左トランスデー−サとの雨中心間の全幅 は０．１８０インチである。

第１１Ａ図、第１１Ｂ及び第１１ｃ図は、動作中、波の反射を減少するために、 狭隘構造又は小径孔６４の入口端６２を有するガラス管６ｏの部分を表わす。

トランスデユーサ２０の圧電水晶素子３４の急激な電気鼓動及びインキ・チャン バ内の急激な容積の減少はその結果として液体インキに弾性波系が発生する。こ の液系はノズル２８からインキ滴３ｏを急進させる（第１１図の左方へ）だけで なく、該インキ液系の部分がインキの供給に逆って上流に好ましくない乱流を伝 えることになる。

考えられるそのような弾性波の１つは第１１Ａ図に見られるように管の端部近く の平面を伝搬する先導上流伝搬波Ａである。かかる伝搬波Ａが管の開放端に達す ると、該波は反対符号（＋に対するー）に反射される。すなわち、圧力波は強さ が等しい膨張波として反射され、膨張波は強さが等しい圧力波として反射される 。もし、波が閉じられた管の端部に投射された場合、その波は本質的に反射され 、反射した波のインキ滴発生処理は崩壊されてしまうであろうということを容易 に知ることができる。

このような状態は開放端のあるガラス管６ｏの入口ポート又は孔６４の直径を小 さくするが又は狭くすることによって緩和又は軽減することができる。ここで、 入射波Ａは時間ｔ＝ｔ１で入口ポート又は孔６４に達するように表わしである。

入射波Ａは時間１＝１．においてガラス管６０を去シ、その時トランスデユーサ のインキ・チャンネル又はチャンバの断面積の変化によって強さが弱められた波 Ｂが反射されて、第１１Ｂ図の左方又はノズルに対する下流に伝搬を開始する。

元の波Ａが実質上の開放場所或は容積内に対して管６０から出るか又は移動する と、その波は、該波を横切って立上シ又は立下る最初の圧力の変化が突然非常に 小さなレベルまで減少するので、急激に弱められる。

この減圧のだめの平衡の調整は管６０のチャンネル内で行われなければならず、 その調整は波Ｂと同族の波であるが強さ又は振幅が反対の圧力波Ｃの形をとる。

故に、直径比Ｄ２対Ｄ１が適切に決められ、圧力が動作で利用できるように調整 されるならば、波ＢとＣの強さ又は値は等しく、及び反対符号であるということ がわかる。波ＢとＣは時間及び空間でわずかに異なるという理由から、そのよう な波は互いに併合及び打消すことはできず、結果として横切る圧力の変化Ｐ３− Ｐ１が小さくなるか、もとの圧力の変化に比較して理想的には“θ”になるよう なダブレット又は二重波になる。

第１２図は、一般にウェーブ・ダイヤグラムと呼ばれる波光の移動対時間のゾロ ットであシ、前述の現象又は動作状態の要約形式を表わす。

次に、波の反射問題の分析に進み、−その波が平面（ｐｌａｎｅ）波であると仮 定し、更に液体は圧縮可能性且つ不粘着性或は非粘着性であシ、液体の流れは一 次元として説明するものと仮定する。波の強さは波を横切って生じる速度の変化 又は圧力の変化のどちらかによって特徴付けることができ、それら波Ａ、Ｂ及び Ｃの関係は夫々法の方程式のようになる。

Ｐｔ　Ｐ６　＝ｄｃ（ＶＩＶ６　）　方程式ｌ　Ｐ２　Ｐ　ｌ＝　ｄＣ（Ｖ２　 Ｖｌ　）　方程式２Ｐａ　Ｐ２　＝　ｄａ　（Ｖ３　Ｖ２　）　方程式３そこで Ｐ＝正圧 力＝濃度 Ｃ＝液内の音速 付記の数字はトランスデー−サ内のインキ・チャンバの対応する領域或は範囲を 表わす。

ガラス管６０の入口端６２に咽喉として作用するような穴６４を用いることによ って、時間ｔ２後、領域３と４の間及びそれらの領域内において安定した流れ状 態を与えることができるようになる。これら咽喉状態を表わすだめに肩付記記号 のアステリスクを用いることによシ下記の運動量及び連続方程式を与えることｄ ｖ＊Ｄ２−ｄ■３Ｄ１２方程式５ 方程式４と５を組合わせて方程式６を作る。

咽喉Ｐ＊の圧力は領域４におけるものと同じ静的圧力でｐ＊＝ｐ４　方程式７ 放射された波Ａ′は相当弱いため、 ｐ４＝ｐ、（約）　方程式８ そのため方程式６は方程式９に置換えることができる。

すなわち、 Ｐ３と■３との間の第２の関係は方程式１．２及び３からめることができる。Ｖ ｏ”０であることに注意して、 Ｐ３　ＰＩ　＝−ｄｃ（Ｖｓ　Ｖｔ　）　方程式１０しかし、二重波を横切って 正味の変化がないことを保証するために賦課されるべき条件は ｐ３＝ｐｌ（賦課することによって）　方程式１１であるだめ、次のようになる 。

ｖ３＝■１　方程式１２ 次に、これらを方程式９に代入し、ｐ、−Ｐｏを用いてｖｌを置換えるために方 程式ｌを使用すると、方程式９は次式のようになる。

この結果は、要求する直径比を算出することができる。

ｄ　＝　１１００　ｈ／ｍ２ ｃ　＝　１　’５　０　０　ｍ／　ｓ ＰＩ　Ｐｏ　＝１００，０００　ｐａ ＦＩＧ、　Ｉ ＦＩＧ、　２ ＦＩＧ、　８ １５空カブ問 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　ハウジングと、該ハウジング内に配置されプリント・ヘッドからインキを小 滴の形で噴射するよう動作可能な複数の電気的にパルス可能なインキ滴駆動要素 とを含み、前記駆動要素（２０）は細長くされ、プリント・ヘッド（４０）が移 動するように配置された方向に対して傾斜した少くとも１行に沿って互いに大体 並列に配置されたことを特徴とし、動作の際プリント・ラインに沿って移動する よう構成したインキ・ノ２　各前記駆動要素（２０）は管状部材（２６）と、そ の周囲にあり前記管状部材（２６）からインキ滴を噴射させるように前記管状部 材（２６）を圧搾するスリーブ（３４）とを含む請求の範囲１項記載のプリント 　・ヘラ　ド。 ３　前記管状部材（２６）はガラス製であシ、ノズルに形成された小内径部を持 つ請求の範囲２項記載のプリント・ヘッド。 ４、前記スリーブ（３４）は圧電素子である請求の範囲３項記載のプリント・ヘ ッド。 ５、前記管状部材（６０）の入口端（６２）は動作中波反射を減するために小径 孔（６４）を持つ請求の範囲２項記載のプリント・ヘッド。 ６、前記ハウジング（４２）は前記駆動要素に共通のインキ・チャンバ（５２、 特許請求の範囲１項記載のプリント・ヘッド。 ７　前記管状部材（２０）は傾斜した２行に構成され、ドツト・マトリックス・ キャラクタのプリントを達成する請求の範囲２項記載のプリント・ヘッド。 ８、　前記管状部材（２０）は傾斜した３本の行に配置され、高解像度のドツト ・マトリックス・キャラクタのプリントを達成する請求の範囲２項記載のグリノ ９一方の行の前記管状部材（２０）は他の行の管状部材に対して横にずらされた 請求の範囲７項又は８項記載のプリント・へ、ド。