JPS597584B2 - 非衝撃式印刷装置に使用するインクカ−トリツジ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はエジエクタにてインク粒子を選択的に射出する
ことにより普通の紙上に図式記号等を記録するための装
置に使用する固体インク用カートリツジに関する。

従来のカートリツジにおいては、カートリツジ内にイン
ク液を収納し、インクの液滴は電圧クリスタルを介して
作動するエジエクタによりノズルを通して選択的に射出
される。

詳細には、クリスタルに加えられた電気的な応力に対応
してインク室の体積が圧縮減少し、それに対応して、イ
ンクの液滴がノズルを通して射出される。導電性の液体
インクとノズルの出口部との間に電位差を与えることに
よりインク滴を射出させるようにしたものも既知である
（例えば米国特許第１，９５８，４０６号）。

上述のような既知のカートリツジが有する問題点の１つ
は、液体インクがノズルを覆つてしまい時間がたつにつ
れてノズルを塞いでしまうということである。

たとえ水を基礎とした特殊なインクを用いたとしてもノ
ズルの封鎖というこの問題を完全に解決できない。それ
故、本発明の目的は、上述のような封鎖の問題をなくし
たエジエクタによりインク粒子を選択的に射出できるよ
うにしたカートリツジを提供することである。

本発明によれば、顔料粒子と結合剤との混合物にて形成
された電気的に導伝性の固体インク棒と：電気的に非導
伝性の材料から成る実質上管状のハウジングと；インク
粒子の通過を許容するノズルを有し前記ハウジングの一
端を一体的に閉じる端壁と；該ハウジングの他端を閉じ
るための電気的に導伝性の材料の閉止部材２２であつて
前記インク棒に電気的に接続された該閉止部材と；前記
インク棒を前記端壁の方へ偏倚するため該ハウジング内
部に位置したバネ手段と；から成る固体インク用カート
リツジが提供される。インク棒は結合剤としてステアリ
ン酸を５％〜２０％含むカーボンブラツクから成るとよ
い。第１図を参照すると、カートリツジ１０は電気的に
絶縁性の材料、例えばガラス、セラミツク、熱硬化性樹
脂から成る中空ハウジング１１を有し、このハウジング
の一端は端壁１２により塞がれており、ハウジングの壁
１２中央には１／１０ミリメートル程の直径を有する内
部に向つて末広がりした孔１３が設けてあり、従つてこ
の孔の縦断面はさい頭円すい状を呈する。壁１２の外表
面１４には、孔１３を取巻く円形突起１５が設けてある
。

中央に孔１７を有する円形のエレクトロード１６が外表
面１４上及び円形突起１５のまわりに設けてあり、孔１
７が孔１３と同心になるように配置されている。円形の
エレクトロード１６は壁の外表面１４に金属被覆を施す
ことにより得られる。中空ハウジング１１の内部には導
電性の円柱インク棒１９が装着してあり、このインク棒
は中空ハウジング１１の内径よりも僅かに小さい直径を
有し、種々のワツクス、脂肪酸、パラフイン、セルロー
ス樹脂、グリコール等の結合剤（５％〜２０％）とカー
ボンブラツク（９５％〜８０％）とを圧縮することによ
り得られる。

インク棒１９の一端１９ａは、棒１９の他端１９ｂと金
属接合部２２との間に設けた圧縮バネ２０の作用により
、壁１２に押付けられている。金属接合部２２は、例え
ばプラグのように押込むことにより中空ハウジング１１
に着脱可能に取付けられうる。円形エレクトロード１６
はしや断回路２４を介して高圧発生器２３の陽極に接続
され、固体インク棒１９はバネ２０及び金属接合部２２
を介して高圧発生器２３の陰極に接続される。

しや断回路２４を活動させることにより２つのエレクト
ロード１６，２２間に４，０００ボルト程の電位差を与
えることにより、インク棒１９の端部１９ａからのイン
ク粒子の腐食が生じ、これらのインク粒子は孔１３を通
つて射出され、この孔から０．５〜５能離れて位置した
記録用紙土に至り、この用紙上に充分に鮮明で焦点の定
まつた黒色のドツト（点）を生じさせる。

このような現象についての理論的な説明は正確には行な
えないが、多分、インク棒１゛９の端部１９ａの表面と
エレクトロード１６との間に電気アークが発生し、その
結果インクがエレクトロード１６の方へ動かされ、孔１
３が存在するためインクは孔１３を通つて記録用紙上に
至るのであろう。

付随的な効果は多分、円すい状の孔１３内の空気誘電が
破壊されるため、孔１３内及び中空ハウジング内部の該
孔１３に隣接する区域内に圧力波が生じ、記録用紙２５
に向けて腐食したインク粒子を推進させ、孔１３内を常
にインクによる目詰まりから防ぐことであろう。上述の
現象が生じる主な原因は電気アークによるものであると
いう確信は、前述のような電気的接続において極を交換
した場合（即ち、インク棒を陽極に接続した場合）上述
のような現象が最適な方法で現れないという事実により
裏付けられる。事実、電気アークを生じさせるためには
、陰極の加熱が必要であり、陰極を（固体インクにでは
なくて）金属エレクトロード１６に接続したときには陰
極の加熱は生じない。驚いたことには、極を交換した場
合には記録用紙上に沈着したインク粒子を孔１３の方へ
吸い戻し既に印刷されたドツトを少なくとも部分的に抹
消するような現象が生じることが判つた〇インク棒１９
の腐食は、平担面１９ａから始まつて、少なくとも初期
の間は全表面に亘つて均一に生じず、中央部の方がより
多く腐食し縁部に向かうにつれて腐食度は少なくなる。

それ故、長期に亘つて使用していると、表面１９ａは対
称性のため、第１図に点線で示すように、球状カツプの
形を呈するようになる。カートリツジが適正な機能を果
すためには、バネ２０により生起されるインク棒１９の
滑動作用によつて新たなインクを供給できるように、曲
状表面１９ａが壁１２と接触している区域（インク棒の
縁部）においても腐食を生じさせる必要がある〇孔１３
の平均直径を０．１〜０．３１ｔｍ１こし長さを０．６
〜１．５ｍｍとし、インク棒１９の直径を２〜３ｍｍと
し、バネの作用力を２００〜５００９にしたときに、イ
ンクの供給が規則正しく生じ、繰返しのドツト印刷が保
証されることが判つた。

最良の結果は、上述のような値を用い、エレクトロード
１６，２２間に４，０００Ｖ程のパルス状電位差を与え
ることにより得られる。

このようなパルスは１〜２００１ｔｓの持続時間Ｔｄを
有し、第５図に示すような波形をしており、図において
、Ｖｉは約４，０００ボルト、Ｖｅは約２，５００〜３
，０００ボルトである。これらの値を用いると、毎秒５
，０００ドツトの印刷速度が得られ、印刷されたドツト
は鮮明であつた。

エレクトロード１６の位置や形はカートリツジの作動に
影響を与えない。

事実、第２図のカートリツジによつても良好な結果が得
られた。この第２図のカートリツジにおいては、第２エ
レクトロード１６は記録用紙２５の背後に置かれており
、孔と記録用紙との距離は０．５〜１．０１ｉ１１程で
ある。一方、第２図のこの第２実施例において、印刷さ
れたドツトの抹消の現象は２つのエレクトロード１６，
２２の極性を交換することにより強められるＯ前述した
カートリツジは、事務機、更にはプロツタ一装置やフア
クシミルのための直列、直列並列及び並列式のアルフア
ベツト文字等の印刷機において有効に使用されうる低価
格の印刷ヘツドを構成する。

第３図は本発明のカートリツジを用いた直列式プリンタ
を示す。２つの印刷ヘツド１０ａ，１０ｂが無端ベルト
３５に装着されており、このベルトは、このベルトの走
行部３５ａ，３５ｂが記録用紙２５の印刷ラインに平行
になるように、歯車３８，３９のまわりに懸架されてお
り、記録用紙２５はステツプモータ４１により単位ライ
ンスペース分ずつ前進せしめられるプラテン４０に巻か
れている。

無端ベルト３５は直流モータ４２により一定速度で右回
り（第１図）に回転駆動される。各印刷ヘツド１０ａ，
１０ｂのエレクトロード１６はベルト３５を介して接地
されている。

ベルト３５の上方走行部３５ａに平行に金属ストリツプ
４５が設けてあり、このストリツプは論理ユニツト６９
（第３，４図）に接続され、説細には附勢回路９９を介
して高圧発生器１００の陰極に接続されている。発生器
１００の陽極はアースされている。ヘツド１０ａ，１０
ｂは左右等間隔で無端ベルト３５上に位置し、そのため
一方が走行部３５ａの左端にあるときには他方は走行部
３５ｂの右端に存在する。

ベルト３５により動かされる各ヘツド１０ａ，１０ｂは
、上方走行部にあるときには、その後部エレクトロード
２２が金属ストリツプ４５から数ミリメートル離れるよ
うな状態で動かされ、そのため金属ストリツプ４５とエ
レクトロード２２とは金属的な接触（即ち直接接触）し
ていない。

高圧パルスはストリツプ４５により空気誘電層を通る電
気アークを介してエレクトロード２２へ伝達される。ベ
ルトの走行部３５ａ，３５ｂ上には更に、複数個のノツ
チ５８ａ，５９ａ及び５８ｂ，５９ｂも形成されており
、これらのノツチは光電感知装置６０，６１（第３図）
によりそれぞれ感知される。

ノツチ５９ａ，５９ｂはベルト３５の運動方向において
ヘツド１０ａ，１０ｂをそれぞれ追従し、感知装置６０
を介して制御ユニツト６９（第４図）へストロボ（Ｓｔ
ｒＯｂｅ）信号ＴＴ（第５ａ図）を送る。

これらのストロボ信号は印刷ラインに沿つての各ドツト
の印刷位置を決める。各走行部の第１ノツチ５８ａ，５
８ｂ（第３図）は光電感知装置６１により感知され、こ
の装置６１は制御ユニツトへ信号ＴＩ（第５ｂ図）を送
り、この信号はドツトの新たな印刷ラインの印刷の開始
を可能化し、そしてステツプモータ４１によるプラテン
４０の単位ラインスペース操作の遂行を命令する。

プリンタの制御論理ユニツト６９（第４図）はシフトレ
ジスタ７０を有し、このレジスタ内には印刷のラインに
関連する情報が記憶され、この情報は、例えばプリンタ
を接続したプロセツサ一の中央ユニツトの出力チヤンネ
ルの如きチヤンネル７１から来る。

ワイヤ７２，７３をそれぞれ通つてプロセツサ一から来
る信号ＰＲ，ＰＬは入力として制御論理ユニツトへも送
られ、これらの信号は、論理「１」のレベルにあるとき
に、制御論理ユニツトのために、プロツタ一の作動モー
ドＰＬ及びプリンタの作動モードＰＲを選択する。

第１の場合（ＰＬ＝１）、レジスタ７０の記憶セル（Ｓ
ｔＯｒａｇｅｃｅｌｌ）と印刷ラインのドツト印刷位置
との間に１対１の対応が存在する。

それ故、レジスタ７０の各記憶セルは、対応する印刷位
置に印刷されるべきでないドツトに対して論理「０」レ
ベルの情報ビツトを記憶するか、又は対応する印刷位置
に印刷すべきドツトに対して論理「１」レベルの情報ビ
ツトを記憶する。第２の場合（ＰＲ＝１）、レジスタ７
０は８個の記憶セルから成る群団に分割されたものとみ
なすことができ、各群団はアルフアベツト文字等の２進
コードを記憶することができ、各群団は印刷ライン内の
文字の印刷位置に対応する。

文字が７列５行（５つの縦列と７つの横列）のマトリツ
クスにて印刷されるものとすると、すべての５個のドツ
ト印刷位置に対して１つの文字印刷位置が存在する。光
電感知装置６０から来る信号ＴＴは、条件ＰＲ＝１によ
り開かれるＡＮＤ回路８１を介して行カウンタ８０へ入
力カウント信号として送られる。

カウンタ８０は１から５までを周期的に計数し、最大計
数容量（５）に達したときに、出力８０ｂ上に信号Ｔ５
を発生させる。光電感知装置６１から来る信号ＴＴは、
条件ＰＲ＝１により開かれるＡＮＤ回路８３を介して列
カウンタ８２へ入力カウント信号として送られる。

カウンタ８２は１から７まで周期的に計数し、最大計数
容量（７）に達したときにその出力８４に信号Ｔ７を発
生させる。更に、信号ＴＴは入力カウンタ信号としてカ
ウンタ１４０へ送られる。このカウンタ１４０はレジス
タ７０の記憶セルの数に等しい最大計数容量を有し、最
大計数容量に達したときに論理「１」のレベルの信号Ｍ
Ａを発生させる。それ故、プリンタの作動において、カ
ウンタ８０，８２，１４０は、７×５のマトリツクスの
ドツトを限定し、その印刷はカウンタ１４０により決め
られる印刷位置において行なわれる。

カウンタ８０，８２の出力８０ａ，８２ａは、条件ＰＲ
＝１により開かれるＡＮＤ回路８５，８６を介して、Ｒ
ＯＭ（リード・オンリー・メモリー）９０へ入力として
送られ、このＲＯＭはまた、チヤンネル８７及びＡＮＤ
回路８８を介して、レジスタ７０の最も左側の記憶セル
群団８９内に収容されたアルフアベツト文字の２進コー
ドを、入力として受ける。ＲＯＭ９Ｏはセル群団（Ｂｙ
ｔｅ）８９により確認された（即ち、与えられた）各印
刷可能なアルフアベツト文字（スペースも含む）に対し
てカウンタ８０，８２により確認された７×５のマトリ
ツクスの各ドツトのための印刷及び不印刷情報を記憶す
る。

ＲＯＭ９Ｏは、マトリツクスの確認されたドツトが確認
された文字の形成のために印刷すべき場合に、ワイヤ９
１上に出力として論理「１」のレベルの信号を供給し、
上記と反対の場合には論理［０」のレベルの信号を供給
する。条件ＰＲ＝１の場合、出力９１はＡＮＤ回路９５
を開き、この回路は、タイミングユニツト９６により供
給された信号ＴＲのタイミングによつて０Ｒ回路９７を
介して、高圧発生器１００の陰極とストリツプ４５との
間に介在する附勢回路９９を活動させ、そして、印刷ヘ
ツド１０を附勢させることにより、記録用紙上にド゛ン
トを印刷させる。高圧発生器の附勢回路は更に０Ｒ回路
９７及びＡＮＤ回路９８を介してプロツタ一作動モード
（ＰＬ＝１）にて作動され、このＡＮＤ回路９８は条件
ＰＬ二１により、及び信号ＴＲのタイミングによつてレ
ジスタ７０の最左側の記憶セル８９ａ内での論理「１」
レベルのビツトの存在により開かれる。既知の型式のも
のであるタイミング回路９６は入力として信号ＴＴｌ信
号Ｔ５及び信号ＰＲ，ＰＬを受け、そしてレジスタ７０
への入力として、出力１０１上に、ＰＬ＝１のときに受
けられた各信号ＴＴに対する左方へのシフトのための信
号ＳＲｌ及びＰＲ＝１のときに受けられた各信号Ｔ５に
対する左方へのシフトのための８つの連続する信号ＳＲ
を発するようになつており、これらの信号ＳＲは信号Ｔ
Ｔ，Ｔ５（第５図）に関して所定の遅れで発生する。

タイミング回路９６は更に出力として各入力信号ＴＴの
ための信号ＴＲを発する。印刷作動モードの間、条件Ｐ
Ｒ＝１により可能化されるチヤンネル１０７はレジスタ
７０のセル群団８９の出力をレジスタ７０の最右側のセ
ル群団１０５に接続する。それ故、条件ＰＲ＝１におい
て、（各信号Ｔ５にて）５個のノツチによるベルト３５
の各前進時に、レジスタ７０内に記憶されたアルフアベ
ツトコードは８つの信号ＳＲにより１バイト（Ｂｙｔｅ
）即ち１記録セルずつ左方へ移送され、バイト８９のコ
ードはセル群即ちバイト１０５内に記憶され、そのため
ドツトマトリツクスの列の印刷のために先に処理された
アルフアベツト文字のコードに隣接するアルフアベツト
文字コードがチヤンネル８７を介してＲＯＭ９Ｏへ入力
として供給される。

一方、条件ＰＬ＝１において、１つのノツチ５９による
各前進時に、レジスタ７０の記憶セルの内容は１記憶セ
ルだけ左方へ移送され、そのためドツトの印刷のために
先に処理された情報ビツトに隣接する情報ビツトがセル
８９ａ内に記憶され、先に処理された情報ビツトはシフ
トにおいて消失される。条件ＰＲ二１の場合、レジスタ
７０の内容は印刷機を接続したプロセツサにより一新さ
れ、信号ＭＡを［１」のレベルに上昇させ、それに続い
て信号Ｔ７が「１］のレベルに上昇され、ＡＮＤ回路１
１２及び０Ｒ回路１１３を介してチヤンネル７１を可能
化する。一方、条件ＰＬ＝１の場合、レジスタ７０の内
容は、ＡＮＤ回路１１２及び０Ｒ回路１１４を介して各
信号ＭＡ＝１毎にプロセツサにより一新される。

各信号ＴＩは更に、対応する単位ラインスペースを行な
わせるためステツプモータ４１の駆動回路１１０を活動
させ、一方条件ＰＲ二１の場合、信号ＭＡ：：１に続い
て信号Ｔ７が論理「１」のレベルへ上昇し、文字の１つ
のラインと文字の次のラインのと間の間隔に対応する３
つの連続する単位ラインスペースを行なわせるためＡＮ
Ｄ回路１２０を介して駆動回路１１０を活動させる。ヘ
ツド１０のための印刷命令はストリツプ４５へ送られ、
金属的連結によるヘツドのエレクトロード２２へは直接
送られないので、印刷命令は、この印刷命令の付与期間
中ストリツプ４５に隣接して走行しているヘツド１０に
対してのみ有効である。それ故、制御ユニツトは、各ヘ
ツドが位置を感知されうる基準ノツチ及びその位置と同
期せしめられるストリツプ４５上の命令パルスにより伴
なわれる場合は、１，２又はそれ以上のヘツド数には無
関係となる。

更に、ヘツド１０の非接触制御を許容するため、ストリ
ツプ４５とヘツドの後部エレクトロードとの間に展開さ
れる電気的な放電がインク棒１９とエレクトロード１６
との間の電気アークの形成を補助し、それ故ドツトの印
刷のためのインク粒子の射出を補助する。

第１６図は別の直列並列式プリンタ２００を示し、この
プリンタにおいては、複数のヘツド１０がキヤリツジ２
０１に次のような状態で装着されている。

即ち、これらのヘツドは、ステツプモータ２０５により
単位ラインスペースにて前進せしめられる記録用紙２２
５の印刷ラインに平行に互に整合しかつ互に等間隔を保
つて位置している。キヤリツジ２０１は直流モータ２１
１により駆動される偏心装置２１０によつて印刷ライン
に平行に振動せしめられる。キヤリツジ２０１に装着す
るヘツド１０の数は印刷ラインに書込まれる文字の数に
等しいとよく、この場合、キヤリツジのストロークはラ
インの文字の幅に少なくとも等しく、各ヘツド１０は各
振動においてアルフアベツト文字のマトリツクスのドツ
トの列を描き、繰返しの振動においては印刷ラインの文
字のすべてのマトリツクスドツトの列を描く。代りとし
て、ヘツド１０の数は印刷ラインに書込まれる文字の数
の半分でもよく、この場合キヤリツジのストロークは２
つの文字の幅と文字間の間隔との合計に少なくとも等し
く、各ヘツドは、キヤリツジの繰返しの振動によつて、
印刷ラインの２つの隣接する文字のすべてのマトリツク
スドツトを描く。

印刷命令は、既知の方法でメモリーから、一時に１つの
ラインの印刷情報を同時に読取る（第６図）ことにより
、制御ユニツト２２０を介してすべての印刷ヘツド１０
に同時に与えられ、該命令はケーブル２２２及びエレク
トロードを介して、偏心装置２１０により生起されるキ
ヤリツジ２０１の通過期間中文字マトリツクス内の列の
数に等しい回数だけすべての印刷装置１０の射出手段１
９を選択的にかつ同時に作動させる。

更に、ラインスペース手段２０５はキヤリツジ２０１の
各戻り運動期間中に記録用紙２２５を前進させるように
条件ずけられており、それによつて文字のラインは文字
マトリツクス内の列の数に等しい数の連続する通過の間
に印刷される。ヘツド１０の前部エレクトロード１６は
、プリンタ２００においては、第２図に示した形状のよ
うに、記録用紙の背後に位置しアースされた単一のエレ
クトロード２２３と取換えてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るカートリツジを合体した印刷装置
の第１実施例の縦断面図。 第２図は本発明のカートリツジを合体した印刷装置の第
２実施例の縦断面図。第３図は上記印刷装置を使用した
直列印刷装置の斜視図。第４図は第３図のプリンタの制
御ユニツトの論理線図。第５ａ，５ｂ，５ｃ及び５ｄ図
は第４図の制御ユニツトにより生起された信号のタイミ
ング線図。第６図は印刷装置を使用した直列並列プリン
タの斜視図である。１０：カートリツジ、１１：ハウジ
ング、１３：孔、１６：エレクトロード、１９：インク
棒、２０：バネ、２２：エレクトロード、２３：高圧発
生器、２５：記録用紙、３５：ベルト、４５：金属スト
リツプ、６９：論理ユニツト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 非衝撃式印刷装置に使用する固体インク用カートリ
   ッジにおいて、顔料粒子と結合剤との混合物にて形成さ
   れた電気的に導伝性の固体インク棒と；電気的に非導伝
   性の材料から成る実質上管状のハウジングと；インク粒
   子の通過を許容するノズルを有し前記ハウジングの一端
   を一体的に閉じる端壁と；該ハウジングの他端を閉じる
   ための電気的に導伝性の材料の閉止部材２２であつて前
   記インク棒に電気的に接続された該閉止部材と；前記イ
   ンク棒を前記端壁の方へ偏倚するため該ハウジング内部
   に位置したバネ手段と；から成る固体インク用カートリ
   ッジ。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載のカートリッジにおい
   て、前記管状のハウジングが円柱状中空内部を有し、前
   記インク棒が該中空内部の直径より僅かに小さな外径を
   有しているカートリッジ。 ３ 特許請求の範囲第２項に記載のカートリッジにおい
   て、前記閉止部材が前記ハウジングの前記他端に嵌合し
   たキャップの形をしており、前記バネ手段が該キャップ
   の一端とこれに対面する前記インク棒の端部との間に位
   置した圧縮バネから成るカートリッジ。 ４ 特許請求の範囲第３項に記載のカートリッジにおい
   て、前記圧縮バネが電気的に導伝性の材料で作られてい
   るカートリッジ。 ５ 特許請求の範囲第２項に記載のカートリッジにおい
   て、前記ノズルが該ハウジングの中心軸線上に位置して
   おりかつ該ハウジングの内部の方に向つて末広がりとな
   つた孔から成るカートリッジ。 ６ 特許請求の範囲第５項に記載のカートリッジにおい
   て、前記端壁が、前記末広がりの孔の最小直径に等しい
   直径をもちかつ該末広がりの孔に整合している孔を具備
   した円形の突起を備えているカートリッジ。 ７ 特許請求の範囲第５項に記載のカートリッジにおい
   て、前記端壁の外表面に円形のエレクトロードが装着し
   てあり、該エレクトロードが、前記末広がりの孔の最小
   直径に等しい直径を有する孔を備え、この孔が該末広が
   りの孔と整合しているカートリッジ。 ８ 特許請求の範囲第１項に記載のカートリッジにおい
   て、前記インク棒が、８０％ないし９５％のカーボンブ
   ラックと２０％ないし５％の結合剤との混合物を圧縮す
   ることにより作られているカートリッジ。 ９ 特許請求の範囲第８項に記載のカートリッジにおい
   て、前記結合剤がワックス、脂肪酸、パラフィン、セル
   ロース樹脂又はグリコールから成るカートリッジ。 １０ 特許請求の範囲第９項に記載のカートリッジにお
   いて、前記ハウジングを作つている電気的に非導伝性の
   材料がガラス、セラミック又は熱硬化性樹脂から成るカ
   ートリッジ。 １１ ８０％ないし９５％のカーボンブラックと、２０
   ％ないし５％のワックス、脂肪酸、パラフィン、セルロ
   ース樹脂又はグリコールから成る結合剤とで形成された
   圧縮混合物にて構成された、電子プリンタに使用する固
   体インク。