JPH0251735B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 液滴発生部によつてインクを噴出させて印刷
するためのものであり、その液滴発生部を複数
個、積重ねた液滴発生装置であつて、 液体を保有するための空洞を各々が有し、電気
絶縁材料からなる複数個の積重ね可能な保持手段
と、 前記保持手段の各々に関連して設けられ、電気
信号の第１の極性変化に応じて第１の変形をする
ことによつて、前記液体を保有する前記空洞内に
正の圧力波を発生させ、かつ前記電気信号の第２
の極性変化に応じて第２の変形をすることによつ
て、前記空洞内に負の圧力波を発生させる複数個
の圧力発生手段と、 前記圧力発生手段に前記電気信号を伝達するた
めのものであり、前記保持手段に積重ね可能な複
数個の電気信号伝達手段と、 前記空洞に液体を供給する液体供給手段と、 前記保持手段の各々と一体であり、液体が前記
空洞内に取入れられる取入端部と、液体が前記保
持手段から排出される出口とを有するノズルとを
備え、 前記空洞は、その内部に生じた圧力波を集中さ
せるために前記ノズルに係合するテーパ部分を有
し、 前記保持手段の各々は、インク溝と開口を有
し、前記インク溝が、前記空洞のそれぞれに液体
を供給するようにそれぞれ他の前記保持手段のイ
ンク溝と整列され、前記開口が、前記液滴発生部
を積重ねるための固定手段を受けるようにそれぞ
れ他の前記保持手段の開口と整列されるものであ
り、 前記電気信号伝達手段は、インク溝と開口とを
有する電極を含み、前記インク溝が、前記保持手
段のインク溝と整列され、前記開口が、前記液滴
発生部を積重ねるための固定手段を受けるように
前記保持手段の開口と整列されるものである、液
滴発生装置。 ２ 前記圧力発生手段は、圧電セラミツクドライ
バを含み、前記圧電セラミツクドライバは、前記
電極の１つが２つの隣接する前記圧電セラミツク
ドライバに前記電気信号を伝達することによつ
て、その隣接する前記圧電セラミツクドライバに
ついて交互に極性化される、請求の範囲第１項に
記載の液滴発生装置。 発明の背景 １ 発明の技術分野 この発明は、インクジエツト印刷用の改良され
た、積み重ねた液滴発生装置に関する。 ２ 先行技術の説明 インクジエツト印刷用の先行技術の液滴発生装
置は、作られる液滴の大きさに比較して容積が大
であつた。したがつて、印刷された文字ごとの液
滴発生装置の数は、物理的に制限された。しか
し、インク液滴間の間隔を詰めるために液滴発生
装置の大きさを小さくする代わりに、従来のイン
クジエツト印刷機は、液滴の大きさを増すことに
よつて液滴間の間隔を縮小した。液滴が大きくな
つた結果、文字の鮮明度及び印刷の質が低下し
た。 多くのインクジエツト印刷機は、いつたん噴射
機がインクを噴射するように付勢されると、噴射
口から液体が滴下する問題を首尾よく処理してい
ない。インクためにおいて静圧下にあり、かつ排
出を待つている液体は、噴出口から漏れるのを止
める抑止力下になかつた。 この発明は、小型の液滴発生装置を利用するこ
とにより、印刷された文字の鮮明度及び品質を増
進させる。各文字を印刷するためもつと多数の発
生装置を積み重ねることができる。この特徴によ
り、より小さい液滴、より優れた鮮明度の文字及
び改良された印刷品質が得られる。加うるに、こ
の発明は、印刷液即ちインクを通りぬける圧力波
パルスを生ずる変形可能な装置を使用する。この
圧力波は、液滴が充満している空洞から噴射口を
通して液滴を排出する。上記装置の逆方向変形が
次に生じて、噴射口の液を液体空洞内に引き戻
す。したがつて、要求次第でインク液滴が発生か
つ排出され、液滴発生間の噴射口からインク溝の
滴下が阻止される。 発明の簡単な要約 この発明に従つた液滴発生装置は、液滴発生部
によつてインクを噴出させて印刷するためのもの
であり、その液滴発生部を複数個、積重ねたもの
である。この液滴発生装置は、保持手段と圧力発
生手段と電気信号伝達手段と液体供給手段とノズ
ルとを備えている。保持手段は、液体を保有する
ための空洞を各々が有し、電気絶縁材料からなる
複数個の積重ね可能なものである。圧力発生手段
は、保持手段の各々に関連して設けられる複数個
のものである。この圧力発生手段は、電気信号の
第１の極性変化に応じて第１の変形をすることに
よつて、液体を保有する空洞内に正の圧力波を発
生させ、かつ電気信号の第２の極性変化に応じて
第２の変形をすることによつて、空洞内に負の圧
力波を発生させるものである。電気信号伝達手段
は、圧力発生手段に電気信号を伝達するためのも
のであり、保持手段に積重ね可能な複数個のもの
である。液体供給手段は空洞に液体を供給するも
のである。ノズルは、保持手段の各々と一体であ
り、液体が空洞内に取入れられる取入端部と、液
体が保持手段から排出される出口とを有するもの
である。 空洞は、その内部に生じた圧力波を集中させる
ためにノズルに係合するテーパ部分を有する。保
持手段の各々は、インク溝と開口を有する。この
インク溝は空洞のそれぞれに液体を供給するよう
にそれぞれ他の保持手段のインク溝と整列され
る。この開口は液滴発生部を積重ねるための固定
手段を受けるようにそれぞれ他の保持手段の開口
と整列されるものである。電気信号伝達手段はイ
ンク溝と開口とを有する電極を有する。このイン
ク溝は保持手段のインク溝と整列される。この開
口は液滴発生部を積重ねるための固定手段を受け
るように保持手段の開口と整列されるものであ
る。 この発明においては、液体を保有するために空
洞を有している各々の保持手段は積重ね可能であ
る。また、その保持手段から液体を噴出させるた
めに空洞内に圧力波を発生させる圧力発生手段
は、その保持手段の各々に関連して設けられてい
る。さらに、その圧力発生手段に電気信号を伝達
する電気信号伝達手段は、保持手段に積重ね可能
である。したがつて、保持手段と圧力発生手段と
電気信号伝達手段とは容易に積重ねて組立てられ
ることができるので、薄く積重ねられた複数個の
液滴発生部からなる液滴発生装置を提供すること
が可能である。その結果、その液滴発生装置によ
つて印刷されるプリンテイングドツトの間隔を最
小限にすることが可能である。 保持手段および電気信号伝達手段の各々には互
いに整列可能なインク溝が設けられている。これ
によつて各保持手段に連続したインク供給が可能
である。また、保持手段および電気信号伝達手段
の各々には互いに整列可能な開口が設けられてい
る。その開口は、液滴発生部を積重ねるための固
定手段を受けるように設けられている。これによ
つて安価で容易に組立てることが可能な液滴発生
装置を得ることができる。 圧力発生手段が保持手段に関連して設けられ、
この保持手段に電気信号伝達手段は積重ねられて
いるので、容易に圧力発生手段と電気信号伝達手
段との間の電気的接触を得ることができる。ま
た、圧力発生手段は負の圧力波も発生するので、
保持手段の空洞内の液体をノズルの取入端部に引
き戻すことができる。このことは、ノズルから液
体がたれるのを防止することに寄与する効果があ
る。 さらに、ノズルは、液体が空洞内に取入れられ
る取入端部と、液体が保持手段から排出される出
口とを有する。空洞には、その内部に生じた圧力
波を集中させるためにノズルに係合するテーパ部
分が形成されている。そのため、圧力波を、空洞
内の液体に集中させて伝達することにより、効率
良く液体をその出口から噴射することができる。 また、この発明において好ましくは、圧力発生
手段が圧電セラミツクドライバを含めばよい。こ
の圧電セラミツクドライバは、電極の１つが２つ
の隣接する圧電セラミツクドライバに電気信号を
伝達することによつて、その隣接する圧電セラミ
ツクドライバについて交互に極性化されるように
してもよい。この場合、圧電セラミツクドライバ
が液体に圧力波を発生させるのに用いられ、かつ
保持手段の空洞内に置かれてもよい。この圧電セ
ラミツクドライバは電極から受けた電気信号の極
性変化に応答して双方向に変形され得る。 好ましい実施例によれば、これらの電極はイン
ク溝および固定装置を受ける孔を有し、この固定
装置は、多数の液滴発生部が積重ねられるとき
に、保持手段の対応するインク溝および孔に整列
可能である。インク供給溜めを有する端板は、液
滴発生装置の一端に係合可能で多量の液体を蓄え
る。この液体は、多数の液滴発生部において各保
持手段のインク溝に供給され、各空洞を満たす。
インク供給溜のない端板は、液滴発生装置の反対
端に係合し、液滴発生装置から液体が漏れるのを
阻止する。さらに、電気的パルスを圧電セラミツ
クドライバに印加すると、このパルスの極性によ
つてドライバの正または負の変形が生じ、かつ対
応する圧力波の空洞の液体に作用する。ドライバ
の正の変形に応答して、インクの液滴はノズルを
通して保持手段から排出される。ドライバの負の
変形は、ノズルの噴出口から空洞内へ液体を引き
込ませる低圧力波を与え、ノズルから液体が滴下
するのを阻止する。この負の変形に加え、ノズル
は非湿潤性材料からなり、噴出口から液が滴下す
るのを阻止する。 さらに、この発明の他の一形式では、バイモル
フドライバが液体に圧力波を発生させるのに使用
される。このバイモルフドライバは、保持手段の
空洞の外側に位置決めされ、かつ保持手段のダイ
ヤフラム壁に作用する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明を具体的に示す液滴発生装
置の分解等大図である。 第２図は、液体が定常状態位置にある液滴発生
装置の正面図である。 第２Ａ図は、第２図の２Ａ−２Ａ線による液滴
発生装置の断面図である。 第２Ｂ図は、第２図の２Ｂ−２Ｂ線による液滴
発生装置の断面図である。 第３図は、第２図に示された形式の、数個積み
重ねた液滴発生装置の断面上面図である。 第４図は、組立てられた、積み重ねた液滴発生
装置の正面図である。 第５図は、ノズルの噴出口からインク液滴を排
出するため変形されたドライバを有する液滴発生
装置を示す。 第６図は、ノズルの噴出口から液体空洞へイン
クを引き込むため変形されたドライバを有する液
滴発生装置を示す。 第７図は、液滴発生装置のドラムを変形させる
ための代表的電気パルスを示す。 第８Ａ図は、液体が定常状態位置にある、この
発明を具体的に示す他の一形式の液滴発生装置の
側面図である。 第８Ｂ図は、電極３４′を付加した、８Ｂ−８
Ｂ線による液滴発生装置の断面図である。 第９図は、第８Ａ図に示された形式の、数個積
み重ねた液滴発生装置の断面上面図である。

【発明の詳細な説明】

第１図について説明すると、インクジエツト印
刷用液滴発生装置２０は、印刷液２５（第２Ａ
図）で満たされた空洞２４を囲む電気的不導体材
料で作られたハウジング２２を含む。上記印刷液
２５内に圧力波を発生させるため、印加される電
気パルスに応答して変形する圧電セラミツク材料
で作られたドライバ２６を空洞２４内に挿入でき
る。このドライバ２６は厚さ約0.005インチ
（0.013cm）で、良好な印刷鮮明度が得られるよう
液滴を相互に隣接して僅かな間隔をあけるように
する。空洞２４内のドライバ２６（第３図）は、
それぞれ電極３２および３４のばね接点２８及び
３０によつて隣接側面に接触される。好ましく
は、電極３２及び３４は隣接空洞２４を約0.003
インチ（0.008cm）だけ離れる。ドライバ２６は、
接着剤または他の適当な手段により、ハウジング
２２の後部に固着される。ばね接点の方向は、各
電極を２個のドライバに接触させ、かつ２個のド
ライバ２６の隣接側面３６及び３８（第３図）へ
同じ極性の電的パルスを送信させる。それゆえ
に、単一電極を２個のドライバ２６に接触させる
ように矢印３Ａ及び３Ｂ方向にドライバ２６の交
互の極性が与えられる。ばね接点２８及び３０を
経てドライバ２６に送られる電気的パルスにより
ドライバ２６にトルクを伝えられるのを阻止する
ため、ばね接点はハウジング基板３９等距離でド
ライバ２６に当接する。インク液２５のためのハ
ウジング２２からの通路を設けるため、ノズル４
０（第２Ａ図）がハウジング２２内に一体形成さ
れ、空洞２４に隣接した取入れ端部４１と出口４
２とを有する。 完成した液滴発生装置２０は密封され、外部電
極３２と電極３４にそれぞれ端板４３と４４（第
１図および第４図）を固着することにより、ばね
開口部４８を通る液体の漏れを阻止する。複数の
ボルト４５は複数の孔４６（第１図）を通つて、
液滴発生装置２０を締め付ける。インク溝４９
（第２Ａ図および第４図）は、積み重ねた液滴発
生装置２０の長手方向に延び、各電極およびハウ
ジングの孔を適合させることにより各空洞２４に
液体を供給する。インク溝４９は、端板４３に設
けられたインク供給溜５０に貯えられた多量のイ
ンクにより供給される。 第５図に示されるように、液滴はドライバ２６
の正の変形により、要求があるときにハウジング
２２から排出される。電極３２及び３４は、これ
らの電極のばね接点２８および３０を経て、第７
図に示された正電圧パルス５２を送信し、上記電
極に直角方向に圧電セラミツクドライバを変形さ
せる。第５図に示された正のドライバ変形は、空
洞２４内の液体２５に高圧波を発生する。ノズル
４０に隣接する空洞２４の壁は、指数関数形ホー
ン形状を有し液体２５に作用する圧力波をノズル
４０に向ける。正電圧パルス５２に続いて、負電
圧パルス５４（第７図）が第６図に示されたよう
に電極３２および３４に印加され、それはドライ
バ２６を負に変形し、低圧力波を発生してノズル
４０の噴射口４２付近の液体をノズルの取入れ端
部方向に引き戻す。 上記ハウジング２２は、印刷に使用される液体
２５に対し非湿潤性の材料で作られる。ハウジン
グ２２に対する好適材料は、フルオロカーボン樹
脂、特にポリテトラフルオロエチレン
（TEFLON）又は代用として弗素化エチレンプロ
ピレンまたはフルオロカーボン共重合体である。
結果として液体２５は、定常状態下でノズル４０
の噴射口４２内部に位置する凸メニスカス５６を
形成する。ハウジング２２の非湿潤性表面によつ
て、上記液体のメニスカス５６がノズル４０の内
部に残り、かつしたがつて、ハウジングの面に液
体がたれるのが防止される。もしもハウジング２
２が湿潤性材料で作られていれば、凹メニスカス
が生じて、液体はノズル４０から毛管作用により
引かれる結果、液のたれを生じる。負の変形下の
ドライバ２６の作用は、液体２５に低圧力波を生
じ、かつノズル内部にメニスカス５６を有する定
常状態まで液体を早く戻すためにノズル内に液体
を引つ込める。この特徴は液のたれを阻止するな
お一層の助けとなる。 液体の上記メニスカス５６は、ノズル４０の十
分内側に位置決めされるので液体内の圧力の小変
動によつてノズルから液体が排出されることはな
い。しかし、メニスカス５６はノズルの噴射口４
２に十分近接しているので、高圧力波を発生する
ドライバ２６の作用は、ノズルの噴出口から液体
を排出する。上記メニスカスの位置は、ノズルへ
の近接を引締めまたは拡大するようにノズルに隣
接した空洞２４の形状を変えることにより変更で
きる。加うるに、上記位置は、印刷インクとして
用いられる液体２５の性質を変えることにより変
更できる。 この発明を具体化した他の一形式の液滴発生装
置は、第８Ａ図、第８Ｂ図および第９図に示され
ている。これらの図面では、変更のない要素を示
すため同一参照数字が用いられるが、肩にプライ
ム符号のある数字は、変形した要素を示すのに用
いられる。変更液滴発生装置は、ハウジング２
２′のダイヤフラム壁５８上の空洞２５の外側に
位置決めされるドライバ２６′を利用する。ドラ
イバ２６′は、ハウジング２２′内に形成されるみ
ぞ６０内に保持され、かつ適当な接着剤で上記ダ
イヤフラム壁５８に固定できる。このドライバ２
６′は、正および負のパルスを印加するとき大き
い振れが生じるように、好ましくはバイモルフド
ライバである。 電極３４′はばね接点３０′を有し、この接点は
ダイヤフラム壁５８内の渦巻き６２の後方を通
り、バイモルフドライバ２６′の後部に係合する。
電極３２′はばね接点２８′を有し、この接点２
８′はバイモルフドライバ２６′の前部と係合す
る。 バイモルフドライバ２６′の動作は、圧電ドラ
イバ２６の動作と同様である。正電圧パルスバイ
モルフドライバ２６′に印加され、それによつて
ドライバがノズル４０に向つて内方にダイヤフラ
ム壁５８をたわまてかつ屈曲させて、噴射口４２
から液体を排出する。負パルスが次いでドライバ
２６′に印加されると、このドライバを反対方向
にたわませ又ノズル４０から外方にダイヤフラム
壁５８を屈曲させて、空洞２４内に液体２５を引
つ込ませる。 したがつて、バイモルフドライバ２６′は、圧
電ドライバ２６の動作と同等の態様で、ノズル４
０を通し液体を排出および引き込む作用をするこ
とが解る。バイモルフドライバ２６′の外部配置
に対する一利点は、液体２５がドライバと相互作
用しないことである。その結果として、特定の液
体が化学的にまたは電気的にドライバと相互作用
するか否かに関係なく、液体２５の性質が選定さ
れる。 第９図は、電極３２′と電極３４′が電極の両側
面で、ドライバと接触できるように、液滴発生装
置がどのように配置されるかを示す。バイモルフ
ドライバ２６′は隣接ドライバの極性が反対にな
るように位置決めされる。この配置は第３図に示
される液滴発生装置の配列と同様の機能を達成す
る。 従来技術で得られる以上に多くの液滴発生装置
が使用できるように、装置２０を形成する個々の
液滴発生装置は、十分な鮮明度で、予め決められ
た、良質の文字を印刷するため、薄く、積み重ね
可能で、かつ連続的にアドレス指定できるように
作られている。 垂直配列に配置された、積層した10個の液滴発
生装置は、ページ印刷機内に印字ヘツドとして可
動的に装着され、ページを水平に横切らせる。液
滴発生装置の垂直配列の選択的作動によつて、印
字ヘツドが水平ページを横切る時に、そのページ
上に文字が印刷される。この発明の他の一適用で
は、10個の液滴発生装置の３グループの配列が、
３行書き小切手又は文書裏書を形成するために使
われる。この使用法では、液滴発生装置の配列
は、小切手又は文書がこの配列を通過する間固定
されたままである。上記両使用法とも、液滴発生
装置の配列は、ドツト・マトリツクス・プリンタ
として機能する。その結果として、広範囲の文字
フオントが得られ、かつこの配列はグラフ印刷能
力を有する。当業者には、ドツト・マトリツク
ス・プリンタの電子制御は周知であり、かつ当業
者の普通の熟練を有する人によつて実施できるも
のである。