JPS63166546A - 音響印刷用希薄アレイ - 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】 （産業上の利用分野） この発明は音響プリンタに関し、特にかかるプリンタ用
の音響液滴噴射器の希薄アレイに関する。

（従来の技術と問題点） 普通紙と適合可能な直接記録技術の開発に、多大の努力
と経費が費やされてきた。要求時滴下及び連続流のイン
クジェット印刷が投資のかなりの部分を占めているが、
従来のインクジェット方式は詰まり易い小さい噴射口を
持つノズルを必要とするという基本的な欠点を伴ってい
た。

音響印刷は、可能性のある重要な代りの直径記録技術で
ある。これはまだ開発の初期段階にあるが、独自の顕著
な利点を与えながら普通紙または特殊の記録媒体上にプ
リントする点で、従来のインクシェフ）方式と比べ有利
なことを入手可能な証拠は示している。すなわち、音響
印刷は詰まり易いノズルが存在しないので固有の高い信
頼性を有する。自明のごとく、詰まりによるノズル不良
モードが取り除かれることは、多数の個別プリント装置
から成るアレイの偉績性と特に関連している。さらに、
小さい噴射口が不必要なので、音響印刷はより高い粘性
を持つインク及び顔料やその他の粒状成分を有するイン
クを含め、従来のインクジェットよりも多種類のインク
で実施できる。

１９８６年１２月１９日に出願された米国特許出願番号
第９４４．２８６号、名称「スポットサイズ可変の音響
印刷」で出願され、審査中で、本出願人に譲渡されたエ
ルロッド（Ｅｌｒｏｄ）等の米国特許出願は、更にその
他の技術的特徴として、音響プリンタで印刷される個々
の画素（“ピクセル”）のサイズが、噴射される各イン
ク滴のサイズを変化させるか、または印刷像の各ピクセ
ルを形成するのに使われるインク滴を調整することによ
って、動作中制御できることを示している。

音響ビームが液プールの自由表面（つまり液／空気境界
面）に下方からぶつかると、音響ビームがその自由面に
加える放射圧は表面張力の抑制力に抗して、個々の液滴
をプール表面から解放することのに充分なレベルに達す
る。これを達成するためには、音響ビームをプールの表
面またはその近くに集束し、一定量の入力電力での放射
圧を増大させるのが有利である。

一方周知の技術水準についてみると、従来のインクジェ
ット及び音響印刷方式では、インクのプールからインク
小滴を解放するのに超音波（ｒｆ）音響ビームが用いら
れてきた。例えばケー・ニー・クラウゼ（Ｋ、Ａ、Ｋｒ
ｏｕｓｅ）は、「集束性インクシｓｙトヘッドのＪ　、
ＩＢＭ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ＤｉｓｃｌｏｓｕｒｅＢ
ｕｌｌｅｔｉｎ、　Ｖｏｌ、　１６、磁４．１９７３年
９月、１）６８〜１）７０頁で、凹面から発せられ円錐
状孔内に閉じ込められた音響ビームが、小さい噴射口か
らインク滴を推進するのに使われるインクジェットを記
述している。１９８１年１２月２９日に発行されたラブ
レディ　（Ｌｏｖｅｌａｄｙ）等の米国特許第４．３０
８．５４７号、「液滴放出装置」は、従来のインクジェ
ットでの小さい噴射口が不必要なことを示している。こ
のためにラブレディ等は収束音響ビームを供給してイン
クプールの自由表面からインク滴を噴射させるトランス
デユーサとして、球面状の圧電シェルを提供した。また
彼等は、平面状のトランスデユーサによって駆動され、
インク被覆ベルトからインク滴を噴射する音響ホーンも
提案した。更に最近、音響プリントヘッドのコストを削
減し且つマルチ噴射器アレイの製造を簡単にするため、
１９８５年９月１６日に出願番号第７７６．２９１号、
名称「漏れレーリー液によるノズルレス液滴噴射器」で
出願され、審査中で、本出願人に譲渡されたシー・エフ
・クェート（Ｑｕａｔｅ）等の米国特許出願は、平面状
の交互噛み合いトランスデユーサ（ＩＤＴ）と平面状Ｉ
ＤＴアレイを導入した。またクェート等は、音響ビーム
を直接変調するかあるいは適切に制御されるｒｆ源から
の補充電カバーストに間接的に応じて、液滴の噴射プロ
セスが制御可能なことも開示している。さらにこれと同
時に、１９８６年１２月１９日出願の米国特許出願番号
第９４４．６９８号、名称「印刷用音響レンズアレイ」
で出願され、審査中で、本出願人に譲渡されたエルロッ
ド（Ｅｌｒｏｄ）等の米国特許出願は、ライン印刷用の
フルベージ巾アレイを含め、各種の音響プリントヘッド
を製造するのに使える音響レンズ技術を導入している。

また１９８６年１２月１９日出願された米国特許出願番
号９４４．４９０号、名称「音響印刷用ミクロレンズ」
で出願され、審査中で、本出願人に譲渡されたエルロッ
ド等の米国特許出願も参照のこと。

標準的なライン印刷は、印刷像のラインを限定するのに
必要な各画素（“ビクセル”）毎に別々の音響液滴噴射
器を必要とする。これは、許容可能な高い解像度でライ
ン印刷を実施するのに、極めて多数の密語された液滴噴
射器が設けられねばならないことを意味する。５００ｓ
ｐｉ以上の解像度で印刷する音響レンズアレイも実現可
能と考えられるが、このようなアレイではレンズ間のク
ロストークを避けるのに注意を払わなければならない。

圧電シェルトランスデユーサ及びＩＤＴ等その他の周知
な音響液滴噴射技術も基本的に許容可能な技術だが、高
解像度のライン印刷については音響レンズより劣ると考
えられる。残念ながら、単一の音響液滴噴射器によるラ
スター走査印刷は、対象となる用途の多くの場合遅すぎ
る。従って、音響印刷を有利な直接記録技術とする。ビ
クセルサイズの制御能力またはビクセル定置精度を犠牲
とすることなく、適度な速度の音響プリンタに対してよ
り高い設計の融通性を与えられる別のプリンタ設計手法
が尚必要とされている。

（問題点を解決するための手段） この発明は、音響印刷用の液滴噴射器の希薄アレイを提
供することによって前記必要に応える。

液滴噴射器の希薄アレイは、並行現象のため単一の噴射
器プリントヘッドよりも高い印刷速度で実行可能である
と共に、通例のページ巾アレイに伴う設計制限の多くを
避けられる。例えば、希薄アレイにおける液滴噴射器の
大きい中心間距離は、大きいレンズ及びトランスデユー
サが使えるので音響レンズ型アレイの設計を著しく簡単
とし、トランスデユーサがより低いパワー密度で動作可
能とすることによってより厚い基板をレンズ用に使える
ようにすると同時に、音響パワーの回折を無視できる低
いレベルに維持し、更にレンズの許容可能な焦点距離を
大きくしてより厚いインク層の使用を可能とする。

この発明の更にその他の特徴及び利点は、添付の図面を
参照した以下の詳細な説明から明らかとなろう。

（実施例） 以下本発明を幾つかの図示例を参照して詳しく説明する
が、本発明はこれらの実施例に制限されないことが理解
されるべきである。反対に、特許請求の範囲の記載によ
って限定される発明の精神及び範囲内に入る全ての変更
、代替及び等個物が本発明に包含される。

次に図面、こ＼では特に第１及び２図を参照すれば、要
求に応じてインク１７のプール等インク溜りの自由表面
１６から個々のインク滴１５を噴射して普通紙シート等
適切な記録媒体１８上に像を印刷する音響レンズ１４ａ
〜１４ｉの希薄線形アレイ１３から成るプリントヘッド
１２を有する音響プリンタ１）　（関連部分のみ図示）
が示してある。駆動体１９が、インク１７の自由表面１
６から小ギヤツプ距離（例えば１〜２ｍ■）だけ離れて
記録媒体１８を支持し、更に記録媒体１８を後で詳述す
る所定の速度でアレイ１３を横切る方向及びその軸方向
に沿って前進させる。インク滴１５がインク１７のプー
ルの自由表面１６から噴射される速度は、正確に限定さ
れ且つ反復可能な軌道を辿ってインク滴を記録媒体１８
まで飛走させるのに充分な高さなので、像の画素（″ビ
クセル”）は正確に位置決めされた中心上に印刷される
。事実、液滴の定置精度は、インクの乾く前に複数の液
滴が迅速なトリガーシーケンスで相互に重ね合せて有効
に付着できるように充分正確に限定され且つ反復可能で
あるため、ピクセル毎のインク滴１５の数を制御して印
刷ビクセルのサイズを変え、印刷像にグレースケール濃
淡を与えることができる。この点については、　　　　
年月　　日に出願番号第　　　　　　号、名称「スポッ
トサイズ可変の音響印刷」で出願され、審査中で、本出
願人に譲渡されたエルロッド等の米国特許出願を参照。

この出願は参照によってこ−に含まれる。

レンズ１４ａ〜１４ｉは固体基板２１の一表面に比較的
広く離れた中心に形成された小さい球状凹部つまりキャ
ビディによって形成され、レンズ１４ａ〜１４ｉの中心
間間隔はこれらレンズが相互に有効に音響的に分離され
ることを保証するように選定されている。圧電トランス
デユーサ２２が基板２１の反対表面へ機械的に密着結合
され、またコントローラ２３（第２図）がトランスデユ
ーサ２２に接続され、動作中トランスデユーサ２２に沿
って空間的に分離したサイトにわたっり独立に制御され
たｒｆ駆動電圧を印加する。これらの駆動電圧がトラン
スデユーサ２２を局部的に振動状態へと励起し、第１図
に２４ａで示すような空間的に分離した音響波を基板２
１内に発生し、レンズ１４ａ−１４＋をそれぞれ照明す
る。レンズ１４ａ〜１４１が音響的に照明される方法の
詳細については、前記の米国特許出願「印刷用音響レン
ズアレイ」を参照のこと。該米国特許出願は参照によっ
てこ＼に含まれる。

基板２１は、インク１７中の音速よりはるかに大きい音
速（つまり基板２１内の音速）を有するシリコン、窒化
シリコン、炭化シリコン、アルミナ、サファイア、溶融
水晶、及び一部のガラス等の材料から成る。つまり、２
４ａ　（第１図）等の音響波は比較的高い速度で基板２
１内を伝播してそれぞれのレンズ１４ａ　Ｎ１４ｉに入
射し、そこで第１図中２６ａで示すような集束音響ビー
ムとしてより低い音響速度の媒体（すなわちインク１７
または中間媒体）内へと出る。一般に曲率半径にほり等
しいレンズ１４ａ”１４ｉの焦点距離は、それぞれの音
響ビームがインク１７のプールの自由表面１６近くに集
束するように選定される。

実施上、基板２１内の音速はインク１７中の音速より少
なくとも約２．５倍大きいのが好ましく、これは２６ａ
等の集束音響ビームの収差が小さくなるのを保証するの
に充分である。上記収差を無視できる低いレベルに減少
する必要があるが、またはそれが望ましい場合には、４
：１もしくはそれより高い音速比も容易に達成可能であ
る。

プリントヘッド１）は図示のごとくインク１７のプール
内に浸漬させるか、またはマイラー薄膜等適切な担持体
に支持されたインク溜りりにレンズ１４ａ〜１４ｉを音
響的に結合する手段を講じてもよい、この点については
、　　　　年　　月日に出願番号第　　　　　　号、名
称「音響印刷用面一化プリントヘッド」で出願され、審
査中で、本出願人に譲渡されたエルロッド等の米国特許
出願を参照のこと。該米国特許出願は参照によってこ−
に含まれる。一般に、圧電トランスデユーサ２２は比較
的狭巾の共振周波数応答特性を有するので、２６ａ等の
各音響ビームがインク１７の自由表面１６に加える放射
圧は、要求時滴下印刷での必要に応じ、トランスデユー
サ２２に加えるｒｆ電圧の振巾、周波数または持続時間
を独立に変調できるようにコントローラ２３　（第２図
）を設計することによって、所定のしきいレベルに対し
て制御し得る。振巾制御、周波数制御及びパルス巾変調
は、噴射されるインク滴１５のサイズを制御するのにも
使える。前記エルロッド等の米国特許出願「スポットサ
イズ可変の音響印刷」を参照のこと。

インク溜り１７の自由表面１６からインク滴１５を噴射
させるしきい圧は、使用する特定のインクに依存し、経
験的に決められる。液滴噴射の制御プロセスを安定化さ
せるため、インク溜り１７の自由表面１６はレンズ１４
ａ〜１４ｉからはゾ焦点距離だけ離れた実質上一定の位
置に維持されるのが好ましい。これを達成するには各種
の方法が使える。例えば、第２図に示すように図示例で
は、インク溜り１７の自由表面１６にグレーズ入射角で
ふくつかる光ビーム３３を供給するレーザ３２と、自由
表面１６から反射した光ビーム３３を受は取るスプリン
ト形光検出器３４との組合せを含む閉ループ制御系３１
を用いている。インク溜り１７の自由表面１６が所望の
設定レベルにある場合にのみ、光ビーム３３が中心に入
射するように光検出器３４は光学的に整合される。従っ
て、自由表面１６のレベルの有意な変化は光検出器３４
の出力バランスをくずし、差動増巾器３５からモータ３
６を付勢するエラー信号を供給せしめる。モータ３６が
インク充填ポンプ３８のプランジャ３７を駆動し、必要
に応じ供給ライン３９を介してインク溜り１７ヘインク
を加えるかまたはそこから吸引することによって、自由
表面１６を所望の設定レベルに復帰させる。あるいは１
９８６年４月１日に名称「バブル崩壊による液滴噴射式
サーマルインクジェットプリンタ」で発行され、本出願
人に譲渡されたドモト（ＤｏＩｌｌｏｔｏ）等の米国特
許第４，５８０．１４８号に示されているように、ナイ
フェツジ形液晶レベル制御方式も使える。

２４ａ等の音響波は、基板２１内を伝播しながら回折さ
れる。そこでこの発明では、基板２１がレーリー波長の
オーダーの厚さを有するためかあるいは隣接レンズ間の
距離を経て生じる消失のために、回折音響パワーが隣接
のレンズに及ぼす影響を無視できるほど充分に大きく、
レンズ１４ａ〜１４ｉの中心間間隔が選定される。音響
的な不整合領域（不図示）を基板２１内に形成すること
もできるが、レンズ１４ａ〜１４ｉを大きく分離した中
心に配置しただけの希薄アレイでも、レンズ１４ａ〜１
４ｉの充分な音響的絶縁が得られる。

例えば、５００ｓｐｉの像を印刷するのに、中心間間隔
が１）ＩＩＩＩ＋のレンズ１４ａ−１４ｉを使える。

５００ｓｐｉでのビクセル直径は５０ミクロンなので、
レンズ１４ａ〜１４ｉがそれぞれ１ａｎｅ間隔の中心に
位置すれば、アレイ１３の長さに沿って実線像を形成す
るのに各レンズは２０ビクセルだけを必要とする。これ
は、５００ｓｐｉの解像度で通常８＃〜１０＃（約２０
．３〜２５．４ｃｍ）の作像域にわたって実線像を形成
するのに約４０００〜５０００ピクセルを印刷しなけれ
ばならない単一噴射器スキャナと比べ有利である。レン
ズ１４ａ〜１４ｉの中心間間隔がビクセルビクセルの直
径よりはるかに大きくなるので（一般に１桁のオーダー
以上）、レンズの中心間間隔の選択には印刷速度上の振
りが伴うが、レンズ１４ａ〜１４ｉのより広い分離はプ
リントへラド１２の製造を大巾に簡単化する。

第１図に最も解り易（示すように、駆動体１９は例えば
、記録媒体１８を支持するドラム４１と、アレイ１３の
縦軸とはり平行な軸に関してドラム４１を回転及び並行
移動させるためのアクチュエータ４２とで構成される。

ドラム４１は比較的高い速度で回転されるアレイ１３を
横切って記録媒体１８を前進させると共に、アレイ１３
の長さ方向にそれよりはるかに遅い速度で連続的または
間欠的に並行移動され、ドラム４１の１回転毎に記録媒
体１８がアレイ１３に対しては一１ビクセルの直径骨だ
け縦方向にシフトされる。この結果、アレイ１３を横切
る方向に実線及びアレイ１３の長さ方向に断続線を印刷
することによって像が構成される。勿論、その他の駆動
体も可能なのは自ずと明らかであろう。

本発明による希薄アレイを与えるのに、上記以外の音響
液滴噴射器を用いることもできる。例えば第３図に示す
ように、圧電球面状シェルトランスデユーサ５３ａ〜５
３ｉの希薄アレイを支持する適切な枠体５２から成るプ
リントへラド５１を、この発明の実施に使うこともでき
る。従来、圧電球面状シェルトランスデエーサは、それ
らの直径が大き過ぎ隣接ピクセルの同時印刷に必要な実
装密度を達成できないため、アレイで用いるのに有利で
なかった。しかし、本発明は上記制限を取り除いたので
、そのような液滴噴射器にも拡張し得る。プリントヘッ
ド５１を除き、第３図の実施例は第１及び２図に示した
実施例とはり同じなので、同じ部分を表わすのに同じ参
照番号を用いた。

また明らかなごとく、本発明の原理は２列以上の液滴噴
射器を有するプリントヘッドにも拡張できる。例えば、
第４図のプリントヘッド６１を参照のこと。

（発明の効果） 上記から、本発明は液滴噴射器のアレイを有する音響プ
リントヘッドの設計を簡単化すると同時に、そのような
アレイで使われる液滴噴射器の選択に関する設計上の取
捨範囲を増すものであることが理解されよう。またこの
点は、音響印刷を有利な直径記録技術とするピクセルサ
イズの制御またはピクセル定置の精度を著しく犠牲とせ
ずに達成することも認識されよう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による音響レンズの希薄アレイを備えた
プリントヘッドを有する音響プリンタの部分簡略化等周
回；第２図は第１図に示したプリンタのより詳細な断面
図；第３図は圧電球面状トランスデユーサシェルの希薄
アレイを備えたプリントヘッドを有する音響プリンタの
部分等周回；及び第４図は本発明による液滴噴射器の２
次元希薄アレイを有するプリントヘッドの部分概略平面
図である。 １）・・・音響プリンタ、１２．５１，６１・・・プリ
ントヘッド、１３・・・希薄線形アレイ、１４ａ〜１４
ｉ・・・音響レンズ、１５・・・インク滴、１６・・・
自由表面、１７・・・インク、１８・・・記録媒体、１
９・・・駆動体、２２・・・圧電トランスデユーサ手段
、２４ａ・・・音響波、２６ａ・・・音響ビーム、５３
ａ〜５３ｉ・・・球面状の圧電トランスデユーサシエル
。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）自由表面を有するインク溜り、記録媒体、及び該
   記録媒体を前記インク溜りの自由表面近くに前記記録媒
   体を支持する駆動体を含む音響プリンタにおいて： 要求に応じ前記インク溜りの自由表面から 個々の液滴を噴射して前記記録媒体上に像を印刷する音
   響液滴噴射器の希薄アレイを有するプリントヘッドを備
   え、該像が所定の中心間間隔の複数の個別ピクセルから
   構成され、前記液滴噴射器が、該ピクセルの中心間間隔
   よりほぼ少なくとも１桁大きい中心間間隔を有し； 更に前記像が前記記録媒体上に印刷されている間に、前
   記駆動体が前記アレイの長さ方向及び横断方向に前記記
   録媒体を前進させることを特徴とする音響プリンタ。
2. （２）前記液滴噴射器が： 相互に実質上音響的に絶縁されたそれぞれの球面状音響
   レンズ；及び 別々の音響波を供給して前記レンズを照明する圧電トラ
   ンスデューサ手段；を備えた特許請求の範囲第（１）項
   の音響プリンタ。
3. （３）前記液滴噴射器の中心間間隔が、前記音響レンズ
   を相互に実質上音響的に絶縁するのに充分な大きさであ
   る特許請求の範囲第（２）項の音響プリンタ。
4. （４）前記液滴噴射器がそれぞれ球面状の圧電トランス
   デューサシェルである特許請求の範囲第（１）項の音響
   プリンタ。
5. （５）前記液滴噴射器が前記インク溜りの自由表面に音
   響的に結合されて該自由表面を集束音響ビームで噴射す
   る特許請求の範囲第（１）〜（４）項の何れか１項の音
   響プリンタ。
6. （６）前記液滴噴射器が前記プリントヘッドの縦方向に
   整列されて希薄アレイを形成する特許請求の範囲第（５
   ）項の音響プリンタ。
7. （７）前記駆動体が前記記録媒体を比較的高い速度で前
   記アレイの横断方向に周期的に前進させると同時に、前
   記記録媒体を上記よりはるかに遅い速度で前記アレイの
   縦方向に並行移動し、前記記録媒体の１サイクル毎の並
   行移動が前記ピクセルの中心間距離にほぼ等しくなるよ
   うに前記両速度が選定されている特許請求の範囲第（６
   ）項の音響プリンタ。
8. （８）前記プリントヘッドが前記インク溜りの中に浸漬
   され、前記液滴噴射器を前記自由表面に音響的に結合す
   る特許請求の範囲第（５）項の音響プリンタ。
9. （９）前記液滴噴射器が前記プリントヘッドの縦方向に
   整列されて希薄アレイを形成し；更に 前記駆動が前記記録媒体を比較的高い速度で前記アレイ
   の横断方向に一方向且つ周期的に前進させると同時に、
   前記記録媒体を上記よりはるかに遅い速度で前記アレイ
   の縦方向に並行移動し、前記記録媒体の１サイクル毎の
   並行移動が前記ピクセルの中心間距離にほぼ等しくなる
   ように前記両速度が選定されている特許請求の範囲第（
   ８）項の音響プリンタ。