JPS60500010A - 導電性小液滴放出装置 - 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】 導電性小液滴放出装置 本発明は導電性の小液滴を放出する装置に関する。

液体の小液滴、特にインクジェットプリンタにおいてインクを放出する装置には ２つの型がある。１つの型は加圧下でジェットを細分化して小液滴とすることか らなシ、加圧下の液体源、ジェット形成用のノズル、細分化のために流出時に高 い周期で圧力を変化させる手段、小液滴を指向させる手段、および未使用のイン クを回収して循環させる手段を有すると考えられる。特に大きな設備用の装置に 問題があって、これは多量のインクの流量を考慮して、比較的多数のかつ複雑な 手段を必要とすることによる。

コンピュータの印刷を大量に行ない、また極めて高い性能でテキストを処理する ことはこの機械の使命であシ、そのコストはこのよう外型のインクジェット装置 に鈎合っている。

他の型は指令によって小液滴を放出することができ、一般に、放出すべき液体を 入れである容器内に加圧手段を有し、この容器は開口を有し、この開口において 液体が形成するメニスカスの凝着力よシも圧力が高くなると、この開口を通して 液体をｄ出させる。このような装置は特に米国特許第３，８３２，５７９号に記 載されている。

この型の装置は小液滴の形成周期を有し、この周期は１つの液滴を飛出させた後 、再びメニスカスが形成される速さによって制限され、１００ＸＩＯ””６８程 度である。

公知のすべてのインクジェット装置は、貯槽に接続した小液滴放出用のオリフィ スを使用する。このような装置は、多数の小液滴を同時に形成する印刷の場合に は、１つの小液滴につき１つの管を必要とする。このような同時放出を行なうこ とができる管のマトリックスすなわち行と列は実施上の明白な問題を提起する。

その上、インク放出用ノズルが、特に非使用期間の後に詰まシやすい。

本発明の目的は上記欠点を少なくとも部分的に解消することである。

この目的を達成するために、本発明は導電性液体の液滴を放出する装置であって 、少なくとも１つの電極を有し、この電極の直径が放出すべき液滴の直径と同一 程度の大きさく１）であ勺、かっこの電極は電気絶縁性支持体の表面とほぼ同一 水準にあシ、断続電流源を有し、その１つの極が前記電極に接続し、所定の厚み を有する前記液体の層を形成する手段を有し、この液体の層が、前記電極とほぼ 同一水準にある前記支持体の少々くとも表面を被覆し、かつ前記液体の層と接触 する第２の電極を有し、この電極が断続電流源の他の極に接続して、前記液体を 通して電場を形成し、この電場が前記支持体の表面とほぼ同一水準にある電極の 部分の上において集中していることを特徴とする導電性液滴放出装置を対象とす る。

本発明の対象の装置の利点は多くある。小液滴が孔を通して放出されるのでは々 く、液体層の表面から放たれる。従って、液体層を再形成する速さは臨界性の少 ない因子である。小液滴を同時に放出するためにマ）　ＩＪワックス形成するこ とは、たとえばプリント回路の技術によって行なうととができる。小液滴を発生 する電極は、管のマ）　ＩＪワックス比べて、相互間の距離を小さくすることが できる。本発明は極めて単純な構造の形状として実施することができる。小液滴 の放出ができる力を発生させるのに変換器を必要としない。このような装置の製 造コストはかなシ低い。この事実から、現存する性能の低い装置のコストよシも コストが低い限シ、予想し得る応用は極めて多い。このような装置はコンピュー タの製表プリンタ、乗車券への日時印字、腐シやすい製品の梱包の日付印字、そ の他の可能力用途に、このような装置の使用を考えることができる。

添付図面は本発明の対象である装置の種々な実施態様を例示のために概略的に説 明するものである。

第１図は１つの実施態様の断面図であシ、第２ａおよび第２ｂ図は装置の給電回 路図であシ、第３図は他の実施態様の断面図であシ、第４図は第３図の平面図で あシ、 第５図は第３の実施態様の分解斜視図であシ、第６図は複数の電極にアドレスす る回路図であシ、第７図は第１図の装置の変形の断面図である。

第１図に示す装置は絶縁材料の円筒形ブロック状支持体１を軸方向に金属線２が 貫通しておシ、との線２は電流良導体の金属からなシ、第２ａまたは第２ｂ図に 示すパルス電源の１つの極に接続している。

円筒形ブロック１は電気絶縁材料からなるインク貯槽３内に配置されていて、と の貯槽３は開口４を有するが、インクはメニスカスの凝着力によって貯槽３内に 保持される。貯槽３内に１つの対向電極５が電極２からある距離をおいて配置さ れていて、パルス電源の他の極に接続している。

このパルス電源は第２ａ図に示すように、たとえば電極２に接続した電圧５００ 〜１５００Ｖの電源Ｅである。対向電極５は高圧トランジスタＴのコレクタに接 続し、そのベースはたとえば抵抗Ｒ□を介して（図示しない）５μＳ、５Ｖの低 圧インパルス電源に接続し、抵抗Ｒ２はトランジスタＴのベースとエミッタとの 間に接続しである。第２ｂ図に示す他の回路は第１図の回路と同様であるが、た だ相違する点は、電源Ｅ、が−、たとえば５〜１５　Ｖの低圧電源であって、昇 圧変圧器ＴＥがこの電源と、電極２および５との間に配置しである。残シの回路 は第２ａ図の回路と同一であるが、低圧トランジスタを使用することが相違する 。

本発明の実施態様において、電極として作用する金属線２は、直径２０μｍの白 金線であって、０．５　ｍｍの円筒形絶縁ブロック内に配置し、貯槽３の開口４ の直径は０．８　ｍｍであシ、絶縁ブロック１の端面ば開口４の水準よシ約Ｑ、 　２　ｍｍ下った水準にある。

試験はＩＢＭ製の種々な型の導電性インクＶａｒｉａｎを使用して行ない、我々 の操作方法によって点に放出した。

／」・液滴放出の物理的操作は完全には説明しないが実際に放出操作は、電極２ の近傍に電場を形成するときに、インクのなかに自由電荷を発生することによる 。周知のように、電解液のなかに抵抗の傾斜が現れ、これに次いで自由電荷が現 れる。しかるに、点と見働すことができる電極２の近傍に電場が強く集中すると 、この点の近傍において電流が集中してインキの加熱をおこす。その結果、すべ ての電解液が温度の上昇によって抵抗が低下するのと同様に、電極２に隣接する 部分のインクと残シ全部のインクとの間において、電極の端から液体の表面まで 環状の静電力が真直に作用して、液滴を放出する。

上記装置によって行なった試験では、電極を被う液体層の厚みが、測定において 比較的重要６役を演することを示し、この層が極めて薄くて数１０μｍ程度のと きは、液体が細分化し、この層の厚みが１０分の１　ｍｍの数倍程度のときは、 液滴の寄生が極めて少ない。電極２と電極５との間に印加する電圧は、パルス継 続期間と同様に液滴の大きさに影響する。必要々電圧を約５００〜４０００Ｖの 間で変化させることができることを確め、試験は５００〜１５００Ｖの間の電圧 を供給して実施することが必要であった。パルス継続は５μｓに選択した。

第７図に示す変形の装置は第１図の装置と同様であるが、ただ相違する点は、開 口にマスク１７があって、このマスクの中央開口が電極２に対向しておシ、この 開口の直径は電極の直径よシかなり大きく、同様に液滴の大きさよシ大きい。こ のマスクは、特に動作周期が高いときにメニスカスと周囲の空気との間で相互作 用がおきることを回避するように設定しである。実際に、この相互作用は寄生す る液滴の形成および液体の表面における泡の形成に影響を与える。

円筒形ブロック１および開口４の直径の大きさは、液滴の形成に直接には影響し ない。開口４の寸法は、インク貯槽３の開口４を垂直面に配置して使用する場合 にのみ重要であって、この場合はインクが安定したメニスカスを形成して、貯槽 ３に入れである液体による静圧に対抗できるように開口４の直径を設定する。

同筒形ブロック１および開口４の大きさは、液滴の形成プロセスに影響を与えな いので、第１図に示す装置とは相違する他の構造を思付くことができる。

第３および第４図に示すように、絶縁帯６を形成し、とのなかに電極２を設ける ことができる。絶縁帯６の端に導電路７がある。この絶縁帯には図示しないイン クロールがインクを供給して表面にインク膜８を形成し、このインク膜が絶縁帯 ６０表面を被い、電極２および導電路７と接触し、第１図の場合と同一条件にお いてインク膜８を通して電場を形成する。捷だ絶縁帯６は印刷領域に対向させて 遮蔽するように形成し、インク膜を限シなく順次再生させ、かつ電極２を選択的 に電源に接続することができる。

明かなように、この場合は平行する多数の電極２を配置することができる。

この変形として、第５図に示すように、絶縁支持体を固定ブロック９によって形 成し、その表面まで電極２を延在させる。インクを保持する絶縁帯１０は、たと えばプラスチック材料に開口１１を貫通させて作製し、図示しないインクロール によって・インクを満たす。このロールは絶縁帯１０の内面に肖て、その外面は 金属層１２であって対向電極を形成する。

明かなように、金属層１２は絶縁帯１０の表面に長手方向に平行して延在する種 々の導電路で形成することができる。

インクは通液孔を通して供給しないので、特に多数の液滴を同時に放出する装置 において利益が太きい。実際にこの孔の存在は相互に分離された管状構造を必要 とする。このような孔を設けないので、電極２を相互に近接させて、単位表面に ついての液滴姿度を増大させる。この条件において、電極２に給電するだめのア ドレス系を使用すると、電極のマトリックスおよびその選択的励起を思付くこと ができる。こうして文字のみでなく画像も形成して、たとえば画像および図形を 遠距離に伝達することができる。

電極２のアドレス回路は、たとえば第６図に示すように形成することができる。

図示のように、ｎ系列の電極群があシ、第１系列では電極２．ａ、２．ｂ。

２、。＋２１ｄｓ第２系列では電極２゜ユ、２□ｂ、２□。。

２□ｄ１第ｎ系列では電極２ｎａ、２ｎｂ、２ｎ。、２ｎｄがある。同一系列の 各電極は、一方において導線１３ａ。

９ １３ｂ、１３ｃ、１３ｄと、他方において第１系列では導線ＡＩ　＋　Ｂｌ　＋ 　ｃｌ　１　ＤＩ　、第２系列では導線Ａ２　ＨＢ２　ＨＣ２、Ｄ２　Ｎ第ｎ系 列では導線Ａｎ。

Ｂｎ、Ｃｎ、Ｄｎとの接続点に位置する。従って電極２１ａ、２２ａ、２ｎａは 同一のスイッチ１４ａに、電極２１ｂ、２２ｂ、２ｎｂは同一のスイッチ１４ｂ に、電極２、Ｃｊ　２２０１２ｎｅはスイッチ１４ｃに、電極２．ｄ。

２□ｄ　ｒ　２ｎｄはスイッチ１４ｄに接続する。同一系列の電極２１＋２２＋ ２ｎは、それぞれ同一のスイッチ１５、．１５□および１５ｎに接続し、これら はｎ個の貯槽１６１　．１６２　．１６ｎに入れである導電性インクを介して接 続する。明かなように、第５図の場合は、貯槽１６、〜１６ｎが絶縁帯１０の表 面に形成した導電路１２に対応することができる。

各電極にアドレスするには、まずスイッチ１５１と、電圧を印加しようとする電 極に対応するスイッチ１４ａ〜１４ｄとを閉じる。次にスイッチ１５１とスイッ チ１４ａ〜１４ｄとを開いて、スイッチ１５２と、電圧を印加しようとする電極 に対応するスイッチ１４ａ〜１４ｄとを閉じる。

電極間の距離は１００μｍよシ小さくして°、電極間に寄生する相互作用を回避 しなければならない。活性および非活性の電極間にこの距離があるので、非活性 電極の電位は活性しきい値よシ遥かに低い。貯槽あるいは電極の時間的多重性は 容易である、これはパルス継続が２〜５μｓ程度であシ、最大周期が１０４Ｈｚ であること、による。

このようなアドレス回路は、１列の質権と同様に、たとえば第５図に示すように 、行と列のマ）　ＩＪワックスならんだ電極についても使用することができる。

明かなように、本発明の装置は現存するすべての装置よシ遥かに有利である。こ の利益は液滴が液層から放出されるので、ノズルを必要とせずに平坦な構造とす ることができることによる。所与の液体に対して、液滴の形成に影響するパラメ ータは、液層の圧力の他は、すべて電気的パラメータである。その上、電流は変 換器を介することなく直接液体に刺激を与える。給電回路には寄生する抵抗が接 続されない、すべての電気抵抗は電場の勾配を強めるのと１有用な領域に集中し ている。

同様にメニスカスの再形成はノズルの直径に関係がなく、かつ液体のレオロジー 的性質に依存しないことに留意すべきである。この事実よシ、ノズルの使用を必 要とするインクジェット装置に比べて、液滴形成の最大周期を増大できることを 評価し得る。

本発明の装置が消費するエネルギーは極めて僅かである。たとえば電極と、これ に組合せたインクの抵抗がｉ　ｏ　ｏ、ｏ　ｏ　ｏΩであシ、給電電圧がＬＯＯ ＯＶとすると、このときの電流は であり、このときの出力は ５μｓのパルス間において消費するエネルギーは５’Ｘ１０　Ｊである。このエ ネルギーはパルス継続がる。

） 手続補正書く方式） 昭和５９年ｌＯ月　７６日 特許庁長官　志　賀　学　殿 １　事件の表示 ＰＣＴ／ＣＨ８３１０Ｏ１１０ ２発明の名称 導電性小液滴放出装置 ３　補正をする者 事件との関係　特許出願人 名称　ハテル　メモリアル　インステイチュート４代理人 住所　〒１０５東京都港区虎ノ門−丁目８番１０号５　補正命令の日付 昭和５９年８月７日（発送日） ６　補正の対象 （１）特許法第１８４条の５第１項の規定による書面の出願人の住所の欄 （２）　明細書（１１頁） （３）国籍証明書 （４）法人証明書 ７　補正の内容 （１１，（３１，（４）。

添付の証明書、商業登記簿謄本、及び昭和５９年６月６日提出の法人証明書をも って代えます。但し法人証明書に記載された法人の支店の住所は「スイス、カル −シュ（ジュネーブ）、ルート　ドウ　ドリゼ。

７」となっており、願書翻訳文の第１欄に記載されたあて名、「スイス、　１２ ２７　カル−シュ、ルート　ドウ　ドリゼ、７」と相違しております。しかしな がら、添付の証明書で明らかなように、（ジュネーブ）の表示の有無は住所の同 一性に影響を与えるものではなく、上記両住所の表示は同一の（２） ものを表すものでありまず。

（２）明細書（１１頁）の浄書（内容に変更なし） ８　添付書類の目録 （１）明細書（１１頁）　１通 （２）証明書及び訳文　各１通 （３）商業登記簿謄本及び訳文　各１通（３） 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、導電性液体の液滴を放出する装置であって、少なくとも１つの電極を有し、 この電極の直径が放出すべき液滴の直径と同一程度の大きさであフ、かつこの電 極は電気絶縁性支持体の表面とほぼ同一水準にあり、断続電流源を有し、その１ つの極が前記電極に接続し、所定の厚みを有する前記液体の層を形成する手段を 有し、この液体の層が前記電極とほぼ同一水準にある前記支持体の少なくとも表 面を被覆し、かつ前記液体の層と接触する第２の電極を有し、この電極が断続電 流源の他の極に接続して、前記液体を通して電場を形成し、この電場が前記支持 体の表面とほぼ同一水準にある電極の部分の上において集中していることを特徴 とする導電性液滴放出装置。 ２、前記電気絶縁性支持体が帯状体によって構成されている、請求の範囲第１項 記載の装置。 ３、　前記液体の層を形成する手段が絶縁性帯状体から構成され、その１つの面 が前記電気絶縁性支持体と接触するように設定され、かつその反対の面が金属化 されていて前記第２の電極を形成している、請求の範囲第１項記載の装置。 ４　前記液体を入れる貯槽を有し、との貯槽の横壁を横切って開口があり、この 開口は前記液体によって形成されるメニスカスが、貯槽に入れであるある量の液 体によっておきる静圧と平衡するように開口の寸法を選択し、前記電気絶縁性支 持体が円筒形要素によって構成され、前記電極がこの円筒・を軸方向に貫通し、 かつ液体に露出している電極の面が前記開口の端に対して引込んで位置し、この 引込みの値が前記液体の層にとって好ましい厚みに対応している、請求の範囲第 １項記載の装置。 １