JPH0471712B2

JPH0471712B2 -

Info

Publication number: JPH0471712B2
Application number: JP57012581A
Authority: JP
Inventors: Dee Hookinsu Suchuaato
Original assignee: Dataproducts Corp
Current assignee: Ricoh Printing Systems America Inc
Priority date: 1981-01-30
Filing date: 1982-01-30
Publication date: 1992-11-16
Also published as: JPS57188372A

Description

【発明の詳細な説明】本発明はインクジエツト装置、とりわけ、印刷
媒体に印刷を行なうためにオリフイスからインク
の小滴を噴出するためのインクジエツト装置に関
する。

文字情報を印刷する場合等に印刷媒体の適当な
部位を同時に印刷するため、インクジエツト装置
を、密に詰まつたアレー（列）として配置される
複数個のインクジエツト（噴射用オリフイス）よ
り構成することが一般的には望ましい。複数個の
インクジエツトを密に詰まつたアレーとして構成
することは文字情報の印刷で高品質を達成するた
めにも望ましいことである。

使用される変換器の寸法すなわち容積が小さい
ためにアレー（列）を密に詰めて構成することは
困難である。アレーを緊密に構成した場合チヤン
ネル間に相当の機械的なクロストーク（cross
talk）が生じることがある。即ちアレー（列）を
形成しているインクジエツトのための変換器を適
切に励磁するためには駆動電圧を高くすることが
必要であり、このような高い駆動電圧はジエツト
が密に詰まつていることにより、望ましくない電
気的なクロストークを発生せしめるおそれがあ
る。

インクジエツト装置としてステム（Stemme）
氏の米国特許第3747120号に開示されている如き
技術がある。ステム氏の特許は単一のジエツト及
びジエツトのアレー（列）を開示しているが、一
般的に、この技術によつてアレーを密に詰めて構
成することは困難である。アレーが緊密に構成さ
れ得ないことから変換器はインクジエツト内のイ
ンクの容積に対して散開的な圧力源となり、低駆
動電圧時等において安定した自己完結的な作動と
高いインク小滴速度とを達成することが困難であ
る。

上記の技術及び他のインクジエツト技術の問題
点は、インクが漏れて変換器の短絡をひき起こす
こと、変換器を取り付けた構造における複雑な共
振特性がインクジエツトの作動特性に悪影響を及
ぼすこと、変換器からインクへエネルギ伝達の構
成が困難でありかつ不確実であること、等であ
る。

エルムクエスト（Elmquist）氏の米国特許第
4072959号はアレーを更に一層密に詰まつた構成
とすることに役立つ別の技術が開示するものであ
る。この特許に開示されている如くに、一連の細
長い変換器が伸長軸に対して横方向の電界を印加
する電極によつて励磁され、変換器はインクジエ
ツトチエンバの密に詰まつたアレー内で連動して
いる。この場合に、チエンバは極く小さいため
夫々の変換器の長さモードの共振周波数よりヘル
ムホルツ（Helm‐holtz）周波数が高くなつてい
る。長手方向の共振周波数を制動することは困難
なのでこのような関係は望ましくない。その上、
エルムクエスト氏のチエンバの寸法では、チエン
バへの吸込口を適切に制御してもヘルムホルツ周
波数と変換器の長手方向の共振周波数との関係は
何ら改善されない。

本発明の目的はインクジエツト作業に悪影響を
及ぼす変換器の取り付け構造における複雑な共振
を排除することである。

本発明のこの目的を達成するため、本発明のイ
ンクジエツト装置は、インク小滴の噴射用オリフ
イスを備えている容量可変チエンバと、伸長軸に対して実質的に横方向の電界に応じて
伸長軸に沿つて膨張、収縮する変換器と、チエンバと変換器とを連結するため設けられ、
伸長軸に沿つた変換器の前記膨張、収縮に応じて
チエンバを収縮、膨張させる連結手段と、前記チエンバへの絞られたインク流路を形成す
るべく前記連結手段に直近して設けられ、伸長軸
に沿つた変換器の膨張、収縮に係わらず前記イン
ク流路の断面積が実質的に一定に維持される吸込
手段とを有し、前記連結手段は、変換器の側へのインクの漏れ
を実質的に防止するべく、変換器をチエンバ及び
吸込手段から遮断しており、前記変換器は長さモードの共振周波数を有し、
チエンバのヘルムホルツ周波数は、10KHzより高
いが、変換器の前記長さモード共振周波数より低
く、これによつて前記変換器とチエンバとの間の
共鳴を防止している。

第１図を参照すると、要求応答型すなわちイン
パルス型のインクジエツト装置がチエンバ１０と
オリフイス１２とを有していて、可動壁体１８を
形成している脚部１６を介してチエンバ１０と連
絡している。変換器１４の電圧印加の状態に応じ
てオリフイス１２からインクの小滴が噴出され
る。壁体１８に隣接して、オリフイス１２の位置
している前端に対向するチエンバ１０の後端部に
配置されている複数個の吸込口２０を通つてチエ
ンバ１０にインクが供給される。

本発明では、変換器１４の膨張、収縮の方向は
オリフイス１２を通るインク滴の噴出の方向に平
行に伸びている少なくとも１個の成分を有してい
る。第１図の実施例では、オリフイス１２からの
小滴の噴出の軸とほぼ平行な方向に変換器が膨
張、収縮する。変換器がこれに沿つて膨張、収縮
する伸長軸はオリフイス１２から遠い位置からオ
リフイス１２に近い位置までチエンバ１０を通つ
て伸びている。

本発明の重要な特徴としては、変換器１４は膨
張、収縮の方向に細長く、印加電圧による電界は
伸長軸に対して横方向に加えられている。この構
造は、単に変換器１４の長さを増大することによ
つて変位を大きくすることができ、又、下記に詳
細に説明する如くに変換器１４の長さを大きくし
ても第１図に示されているインクジエツトにより
形成されるアレーの密度は減少しないことにおい
て望ましいものである。その上、電気的クロスト
ークを生ずるような高電圧を加えることなく変位
を大きくとることができる利点がある。しかし、
変換器が長くかつ薄くなりすぎた時に生ずるおそ
れのある望ましくない撓み運動を制限し、後述の
ヘルムホルツ（Helmholtz）周波数に関して適切
な長さのモード共振を達成するために変換器１４
の長さを制限する必要がある。重量を最小にする
ために長さを限定することも望ましい。一般的
に、この望ましくない撓み運動を限定し、適切な
長さモード共振を達成するためには、円筒状変換
器の全体の長さに対する幅（すなわち、外径）の適切な比率は12対１、好ましくは７対１であ
る。円筒状変換器の全体の長さ対半径方向壁厚の
比率は60対１を越えてはならず、36対１が好都合
である。

本発明の更に別の重要な特徴としては、変換器
１４の形状がほぼ円筒形状であることである。た
わみの発生及び他の望ましくない振動モードを最
小にするために円筒形状が特に望ましい。アレー
中のインクジエツト間の機械的又は音響上のクロ
ストークを最小とするためにも円筒が望ましい。

本発明の更に別の重要な特徴としては、変換器
１４はこの変換器１４の膨張、収縮を行う伸長軸
と合致する中心軸に沿つて中空である。こうして
変換器駆動信号電圧が円筒状の開口２４内の第１
の電極２２と変換器１４の外側２８に沿つて伸び
ている接地電極２６との間の変換器１４の厚み間
に印加され、伸長軸に対して横方向に電界が発生
せしめられる。この形状によつて効果的な電気的
シールドが行なわれ、かくて電気的クロストーク
を最小とすることができる。接地されていないホ
ツト側の電極の極性は変換器の分極方向と同一方
向の電界が発生するように決められている。こう
して、ホツト側の電極へ電圧が印加されると変換
器が収縮し、ホツト側の電極へ電圧供給が停止さ
れると変換器は膨張する。導線３０が電極２２に
接続されている。導電性表面３２が電極２６に接
続されていて、変換器１４を包囲している板状絶
縁材料３４、例えばシリコーンゴムの後部におい
て変換器１４から外方に伸びている。別の薄板状
部材５４が導電性表面３２を被覆している。

中空の円筒状変換器１４を使用することによつ
て駆動信号電圧が変換器１４の比較的薄い部分を
横切つて均一に印加されるので、低電圧であるに
も係わらず比較的大きな変位が得られる。変換器
１４の薄い部分の厚味が均一なので発生する電界
が実質的に均一になる。変換器の厚みは0.1から
１mm、好ましくは、0.2から0.6mmの範囲にあり、
変換器に印加する電圧レベルを25ボルトから200
ボルトにすることができる。特に好適な実施例で
は変換器１４の厚みは0.10から0.50mm、好ましく
は0.20から0.30mmであり、25から80ボルトの電圧
を使用することができる。

本発明の更に別の重要な特徴としては可動壁体
１８を形成している脚部１６が変換器１４の中空
端部に挿入されている栓を構成している。図示さ
れている如くにチエンバを形成する壁体１８の面
積は変換器１４の外径における横断面積とほぼ合
致する。壁体１８の面積が比較的小さいので壁体
１８は散開的なエネルギというよりは集中的なエ
ネルギ源として働き、これは低駆動電圧で安定し
た自己完結的な高速度のインク小滴の噴出を行な
うために最も重要である。壁体１８の全面積は50
mm²以下、好ましくは２mm²以下である。この面積
は、アレイの密実度を高くし、印刷時の解像度を
大きくするためには、できるだけ小さくするべき
である。いかなる場合にでも、壁体１８上の各点
からオリフイス１２までの圧力パルス通過時間の
差は１マイクロ秒以下である。壁体の面積を小さ
くしても必要な変位は変換器を長くとることによ
つて達成することができる。チエンバ１０内のイ
ンクと連絡している可動壁の端面の表面積は、変
換器１４の断面積より大きくとることも可能であ
り、所望の噴出表面を得ることができる。更に、
インクと変換器１４との間でインピーダンス整合
を行なわせるために壁体１８の面積を調節するこ
とができる。

更に脚部１６はさもなければ中空の変換器１４
内に戻つてしまうインクのシールとしても作用し
て電気的短絡を防いでいる。こうして変換器１４
とインクとの間に何ら中間部材を使用することな
く変換器１４をチエンバ１０内のインクと直接的
な連携を行わせることができる。そのような中間
部材を仮に設けるとするとインクジエツト作動に
悪影響を与えるか、そうでないまでもインクジエ
ツトの再現精度に問題が生じて、この問題に対処
するべく中間部材の変換器への接着を精度高く行
わなければならないという面倒があり、本実施例
はこれを解消するものである。

第２図及び第３図に示す如くに、吸入口２０
は、チエンバ１０の全周に沿つて配置される複数
の絞られた開き溝３６から構成される。この開き
溝３６はチエンバ１０の大部分を構成する薄板状
部材４０の環状のランド３８上を延設される。開
き溝３６に隣接する部材４０の表面は板状の絶縁
部材３４上のランド４４の表面４２と接触してお
り、これにより吸込口２０が完成されている。薄
板状の部材３４，４０によつて第１−３図の装置
の製造が非常に容易になることがわかる。

第１図においてインク溜め４６は大気と連通さ
れ、換言すれば非加圧状態に保持されており、か
つインク溜め４６は実質的に一定のインク流路断
面の吸込口２０と連通している。溜め４６とチエ
ンバ１０との間の漏れ及び他の漏れ、例えば脚部
１６周囲の漏れは吸込口２０の大きさと比べてそ
の漏れが比較的小さい限り、このような漏れの経
路が吸込口２０と平行なので不都合な結果が生じ
ることはない。従つて、第１図の多層板より成る
構造は、たとえインク漏れが発生したとしても大
した問題は起さない。又、吸込口２０をチエンバ
１０の後部に配置することによつて本明細書に示
す如くにジエツトの構成が非常に容易になる。そ
の上、チエンバの背後に吸込口２０を配置した構
成はインクジエツトの作用に気泡が及ぼす悪影響
の可能性を緩和することができる。

更に第１図に示されている如くに、オリフイス
プレート４８も多層板状構造体に含まれていて、
オリフイスに隣接して円錐台形状の開口５２を備
えている更に別の薄板状の部材５０によつて被覆
されている。更に別の薄板状の部材５４が部材３
４の端部に固着されていて導電性の表面３２に沿
つて伸びている。

円筒状の変換器１４の使用によつて非常に簡易
化されている第１図の層状の構造の製造に種々の
材料を使用できる。例えば、層状の部材４０，４
８，５０，５４はステンレス鋼で形成できる。代
わりにガラス、GE社により製造され、“Noly1”
として知られている変性ポリフエニレンオキサイ
ド及びガラス添加ジアリルフタレートも使用でき
る。脚部１６はプラスチツク又はセラミツク材料
から成り、圧電材料で形成されている変換器１４
に接着されている。

第４図の実施例を参照すると、変換器１４及び
脚部１６によつて形成されている壁部１８を有し
ていて多くの点で第１−３図の装置と類似してい
るインクジエツト装置が図示されている。しか
し、チエンバ１０は単一の薄板状の部材１４０に
よつて形成されている。チエンバ１０はオリフイ
ス１２を備えていて、このオリフイスに対してチ
エンバ１０がテーパしている。変換器１４が貫通
している層状の部材１３４が部材１４０と共にイ
ンク溜め１４６を形成している。溜め１４６内で
部材１３４と部材１４０との間に突起部材１４８
が伸びていて、部材１３４，１４０間で位置合せ
及び取り付け手段として作用している。

伸長軸に沿つて膨張、伸縮する細長い変換器を
使用することによつて相当に密実なインクジエツ
トアレイを形成することができる。第５図に図示
されている如くにオリフイスプレート１４０ａは
複数個のオリフイス１２を有していて、オリフイ
スを包囲している破線の円はオリフイスプレート
１４０ａの後方に位置している変換器１４の直径
を示している。第６図はオリフイスプレート１４
０ｂ内の更に別のオリフイス１２のアレーを示し
ている。ジエツト１１２の千鳥状の配置は第５図
と第６図において異なつているが、いずれの場合
においてもジエツトが密に詰め込み配置されてい
て、これはインクジエツトアレーによつて高品質
の文字情報印刷を行なうためには非常に望まし
い。

次に第７図から第９図を参照すると、オリフイ
ス２０２を備えているチエンバ２００が列状の各
ジエツト用の変換器２０４の電圧印加の状態に応
じてインクの小滴を噴出する。変換器２０４は伸
長軸に沿つて第８図に示されている矢印の方向に
膨張、収縮し、この運動が連結手段２０６によつ
てチエンバ２００に伝達される。この連結手段２
０６は、変換器２０４に並列接続される粘弾性材
料部材２０８及び第７図及び第８図の位置をとる
ように予荷重されるダイヤフラム２１０を具備す
る。

非加圧の溜め２１２から絞られた吸込手段を介
してインクが流入される。この吸込手段は絞られ
た吸込口２１４より構成される。吸込口２１４は
第９図に示されている如くにレストリクタプレー
ト２１６に形成される開き溝より成る。本発明で
は、吸込口２１４を通つてチエンバ内に流入する
インクの流路断面積は、連結手段２０６及び変換
器２０４にすぐ隣接して吸込口２１４が位置して
いるにもかかわらず変換器２０４の膨張、収縮の
間において実質的に変化することがない。オリフ
イスプレート２１８におけるオリフイス２０２に
比較して吸込口２１４に適切な寸法を与えること
によつて、吸込口２１４におけるイナータンスと
オリフイス２０２におけるイナータンス
（inertance）との適切な関係を維持することがで
きる。第１図から第６図に図示されている実施例
にあてはまるこの関係を下記に更に詳細に論考す
る。

第７図に示す如くに、チエンバプレート２２０
に形成されている溜め２１２が吸込口２１４に続
いているテーパ端縁２２２を有している。第９図
に図示されている如くに、溜め２１２には送り管
２２３と逃し管２２５とが設けられている。チエ
ンバ内のインクを介しての機械的クロストークを
最小とするために、溜めはダイヤフラム２１０に
よつて可撓的に構成される。そして、ダイヤフラ
ム２１０はプレート２２６の逃げ２２９の領域に
並列配置されているレストリクタープレート２１
６の大きな開口２２７を介してインクと連絡して
いる。流体のクロストークを最小とするために、
第９図のアレー中の各ジエツトは第１図から第６
図に図示されている如くにインクから遮断されて
おりかつ単一のチエンバと連絡している。

第７図及び第９図に示されている如くに各変換
器２０４はその末端部において案内されていて、
変換器２０４の中間部は第７図に図示されている
如くに本質的に支承されていない。

変換器２０４の一端は脚部２０７とプレート２
２６の穴２２４との協働によつて案内されてい
る。第７図に示されている如くにプレート２２６
の穴２２４の直径は脚部２０７の直径よりもわず
かに大きい。従つて、脚部２０７と穴２２４の壁
部との間の接触はごく僅かであるが、この接触
は、脚部２０７の位置決めを行うと共に、第８図
の如く粘弾性材料２０８と接触せしめるべく変換
器２０４を支持する。変換器２０４の他の端部は
シリコーンゴムの如き可撓性の弾性材料２３０に
よつてブロツク２２８内に可撓的に取り付けられ
ている。この可撓性材料２３０は第９図に図示さ
れているスロツト２３２内に配置されていて、変
換器２０４の他端用の支持体を提供している。は
んだ２３６の如き適切な手段によつて変換器２０
４に電気接続されている可撓性プリント配線基板
２３４によつて変換器２０４との電気接触も円滑
に行なわれる。第７図に示されている如くに、プ
リント配線基板２３４上に導電性のパターン２３
８が形成される。

第７図及び第９図に詳細に示されている如く、
プレート２２６はスロツト２３７の基部に開口２
２４を有し、この開口２２４は変換器２０４を収
容する。プレート２２６はサンドイツチ構造のヒ
ータ２４０の受け器２３９を有する。前記ヒータ
２４０はコイル２４４を備えているヒータ要素２
４２と、保持プレート２４６と、プレート２４６
と協働しているばね２４８と、ヒータ２４０の真
下に位置している支承プレート２５０とから構成
される。ヒータ２４２の温度を制御するためにサ
ーミスタ２５２がスロツト２５３に装着されてい
る。ヒータ全体２４０がカバープレート２５４に
よつてプレート２２６内の受け器内に保持されて
いる。

第９図からわかるように、複数の板状部材を積
層して成る構造はその全体が開口２５７を通つて
上方に伸びているボルト２５６及びプリント配線
基板２３４をプレート２２８上の所定位置に保持
するために開口２５９を通つて下方に伸びている
ボルト２５８によつて相互に保持されている。第
９図に図示されていないが第７図に破線で示され
ている如くに、プリント配線板２３４上のプリン
ト回路２３８に端子２６０が接続されている。第
７図及び第８図に図示されている粘弾性の層２０
８も第９図には図示されていない。

本発明の目的を達成するため、インクジエツト
の作動周波数を非常に高くすることが望ましい。
インクジエツトのチエンバが十分に小さい場合に
は望ましい程度に高い作動周波数が達成される。
即ち下記の式により得られるヘルムホルツ
（Helmholtz）（すなわち液体）共振周波数ｆが高
くなる。

式中、C_cはチエンバ内のインク量に関連するコ
ンプライアンス、 C_dは可動壁体のコンプライアンス、 L_oはノズル内の液体のイナータンス、 L_iは吸込口内の液体のイナータンスであ
る。

詳しくはC_c，L_o及びL_iは、夫々、 C_c＝Ｖ／ρc² （式中、Ｖはチエンバの容量であり、ρはイン
クの密度、ｃはインク内の音響速度である。） L_o＝4ρl_o／3πr² （式中、l_oはノズルの長さであり、ｒはノズル
の半径である。） L_i＝kρl_i／nA （式中、ｋは吸込口を構成する溝断面形状によ
つて定められる形状係数、Ａは吸込口を構成する開き溝一個の横断面積、ｎは吸込口を構成する開き溝の数、 l_iは１個の開き溝の長さである。

一般的にいつてヘルムホルツ共振周波数はイン
ク小滴の噴出の速度よりも相当に大きいことが望
ましい。ヘルムホルツ共振周波数は少なくともイ
ンク噴出速度の２倍であることが好都合である。
数字的に表現すれば、少なくとも10kHz以上、
100kHz以下のヘルムホルツ周波数を有すること
が望ましく、要求ベースで高い小滴噴出速度を得
るためには25kHzから50kHzが好都合である。

上記の記述から、高いヘルムホルツ共振周波数
を達成して要求ベースで高い小滴噴出速度を得る
ためには小さなチエンバを形成することが一般的
に望ましいことがわかる。しかし、ヘルムホルツ
共振周波数はさておいて、小滴噴出速度及びジエ
ツトの安定性は、チエンバの音響上の共振周波数
や伸長軸に沿つた変換器共振周波数（例えば、変
換器１４，２０４の長手方向又は長さモード共振
周波数）が必要以上に低いことによつて悪影響を
受ける。従つて、チエンバの全長さがチエンバの
最大横断面寸法、例えば円筒状のチエンバの場合
には直径を大きく越えないようにすることが望ま
しい。本明細書では、チエンバの全体の長さとい
う用語はオリフイスから離間した側のチエンバの
後部からオリフイスの外側方向へ計測される、小
滴の噴出軸線に平行な長さを示している。第１ａ
図に示されている如くにこの寸法は距離Ｘによつ
て表わされており、最大横断面寸法は寸法Ｙによ
つて表わされている。

一般的に、アスペクト比、すなわち長さと横断
面寸法との比を５対１以下、好ましくは２対１以
下とすることが望ましい。長さＸは断面寸法Ｙよ
りも小さい。このアスペクト比を使用することに
よつて、チエンバの音響上の共振周波数（すなわ
ちオルガンパイプ共振）が十分に高く維持され、
その結果チエンバが持つ音響上の共振周波数が、
その作動周波数での安定したインクジエツトの形
成に支障をきたすことはない。

変換器の全長を大きくしない限りは横断面寸法
Ｙには下限がある。変換器の全長が増大すると変
換器の軸方向のすなわち長さモード共振周波数が
減少して、要求ジエツトの作動周波数が限定され
る。Ｙ＝0.6の最小値とすると軸方向における長
さモード共振周波数を最大にできることがわかつ
た。この場合に、チエンバの最大断面寸法Ｙが減
少しているので必要な変位を達成するために変換
器の全長さが必然的に増加することになる。

前述した如くに、変換器を点圧力源としてチエ
ンバ内に連結することが望ましい。この場合に、
変換器連結壁上の各点からの圧力パルス走行時間
の差が１マイクロ秒以下、好ましくは0.1マイク
ロ秒以下であることが望ましく、0.05マイクロ秒
が最適である。所定のインク組成、従つてチエン
バ内のインクを通る所定の音響速度が存在すると
仮定すると、音響通路の差、すなわち第１ａ図に
示す如くにd_naxからd_nixの差がその高周波での音
響的干渉のため決定される。この場合に、少なく
とも100kHz、好まくは1MHzの高周波成分の存在
下でインクジエツトが作動することが望ましい。
水中の音響速度が1.5×10⁵cm／秒であり、100kHz
の高周波成分を使用すると仮定すると、音響通路
長さの差、すなわち、d_naxとd_nixの差は1.5mm（60
ミル）を越えるべきではなく、0.15mm（６ミル）
以下が好都合である。1MHzの周波数の成分を使
用すると仮定すると、通路長さの差は0.15mm（６
ミル）を越えるべきではない。第７図から第９図
の実施例についても通路長さの差は同様とする。

本発明の種々の特徴を例示するために種々の寸
法のチエンバの実施例を下記に示す：実施例１Ｘ＝2.54mm（100ミル）Ｙ＝1.78mm（70ミル）音響速度 1.5×10⁵cm／秒 1MHzの高周波成分。

実施例２Ｘ＝2.54mm（100ミル）Ｙ＝1.60mm（63ミル）音響速度 1.2×10⁵cm／秒 1MHzの高周波成分（油ベースのインクを使
用）。

実施例３Ｘ＝1.27mm（50ミル）Ｙ＝1.27mm（50ミル）音響速度 1.5×10⁵cm／秒 1MHzの高周波成分。

上記の説明から、インクジエツトの作動周波数
と比較して十分に高く、しかし音響共振周波数及
び変換器１４，２０４の長手方向すなわち長さモ
ード共振周波数と比較して十分に小さいヘルムホ
ルツ（Helmholtz）周波数を達成するためにチエ
ンバ１０，２００の断面寸法を十分に大きくしな
ければならないことがわかる。この点について、
小滴噴出の軸に対して横方向のチエンバの横断面
寸法を小滴噴出の軸に対して横方向のオリフイス
の横断面寸法の少なくとも10倍にしなければなら
ないことがわかつた。寸法的に言うと、オリフイ
スの断面寸法が0.025mmから0.075mmの範囲内とす
ると、チエンバの断面寸法が0.6mm以下であるこ
とが好都合であり、0.6mmから1.3mmの範囲内にあ
ることが好ましい。

本発明の別の重要な特徴としては、ヘルムホル
ツ周波数を不都合に減じないように第１ａ図に図
示されている長さＸが短くなつている。同時に、
比較的短いチエンバによつて比較的高い音響共振
周波数が生じる。図示されている如くに、変換器
の軸方向の全長さは、音響共振周波数が変換器の
長手方向の、すなわち長さモード共振周波数より
も高くなるようなものである。

一般的に、変換器の連結軸に沿つた共振周波
数、例えば変換器の長手方向の共振周波数はヘル
ムホルツ周波数よりも少なくとも25％大きいこと
が好都合である。連結軸に沿つた共振周波数はヘ
ルムホルツ周波数よりも少なくとも50％大きいこ
とが好都合である。

円筒状の変換器１４を使用することによつて変
換器の共振モードの数が減少することで都合がよ
い。しかし、伸長の方向に膨張するが円筒状横断
面を備えていなくて、例えば、第７図から第９図
に示す如くに30対１以下の全長さ対最小幅比と、
0.4mmから0.6mmの範囲の長さに対して横方向の厚
みを有している矩形の横断面を備えている他の変
換器も使用できる。

前述した如くに、吸込口２１４，２０が伸長軸
に沿つての変換器の膨張、収縮間にチエンバ内に
流入するインクの流路断面積を実質的に一定に保
持する。第８図に示されている如くにダイヤフラ
ム２１０が吸込口２１４に相当する領域内に移動
する限りにおいて、吸込口２１４の高さｈによつ
て示されているインクの流路断面寸法は変換器が
膨張、収縮する場合の変換器の長さの変化よりも
相当に大きくなくてはならない。この場合に、全
高さｈは0.025mmから0.075mmの範囲内にあつて
0.05mm以下であることが好都合であり、変換器２
０４の長さの全変化は0.05から0.50ミクロンであ
り、0.24ミクロン以下であることが好都合であ
る。このために、吸込口を構成する開き溝とオリ
フイスとは、共に、イナータンスが10⁷から10⁹Pa
sec²／m³の範囲にあることも重要である。

吸込口の開き溝の全寸法はインクジエツトオリ
フイスと一定の関係を持つていなくてはならな
い。この関係において、開き溝の最小断面寸法が
オリフイスの直径又は断面寸法以下又はこれに等
しく保持されていることが望ましい。こうしてヘ
ルムホルツ周波数が確実に作動周波数よりも大き
く、しかし長さモード若しくは音響共振周波数以
下となることが確保される。

以上のように、本発明においては変換器の長さ
モード共振周波数以下、好ましくはこの周波数の
半分のヘルムホルツ（流体）共振周波数を備えて
いるインクジエツトが提供される。同時に、ヘル
ムホルツ周波数は液滴の所望反復速度よりも相当
に高い、すなわち、10kHz以上、好ましくは25k
Hz以上である。ヘルムホルツ周波数が良好に制動
されるのでその周波数におけるシステムの共鳴が
液滴形成工程に悪影響を及ぼすことはない。更
に、長さモード周波数よりも相当に低いヘルムホ
ルツ周波数では流体系は制動不良を若起させる変
換器の長さモード共鳴に不感となる。この長さモ
ード共鳴の制動が良好に行われないすると、流体
系が長さモード周波数に応答する際の装置の性能
に悪影響を与えることがある。このような状況に
おいて従来は変換器アレー（列）の外部制動が必
要になり、大きな駆動電圧を必要としていたが、
このような問題は本発明では生じない。

第１図から第４図及び第７図から第９図の実施
例に図示されている如くに、変換器の伸長軸に対
して横方向に電界が印加される。第１図及び第４
図に示す如くにこれは電極３０，２６によつて行
なわれ、一方第７図から第９図ではこれは電極２
６０，２６２に電気接続されている印刷回路要素
２３８によつて達成される。これらの電極が変換
器に電界を印加するための手段を提供するので変
換器が伸長軸に沿つて収縮してチエンバを収縮さ
せ、変換器に電圧を印加しないときには変換器が
軸に沿つて膨張してチエンバを膨張させる。この
点は変換器１４，２０４が早期に劣化すること
や、極端な場合に起るデポーラライゼーシヨン
（depolarization）を防ぐために特に重要である。
逆に変換器膨張させるため変換器に対して横方向
に電界を印加するとすると、このような電界が変
換器のデポーラライゼーシヨンを行なわしめ、少
なくとも域る期間にわたつて変換器を制御不能の
状態とする。従つて、変換器に対して横方向に印
加される電界が変換器を収縮させるように加えら
れることが重要である。

変換器に電界を印加する方法を更に説明するた
めに第１０図及び第１１図を参照する。第１０図
に示す如くに変換器２０４が電極２６０を備えて
いて、変換器２０４が電極２６０の先端を越えて
外方に伸びている。第１の電極２６０が接地され
ている。第２の電極が励磁されていない場合には
変換器２０４が第１０図に示す形状をなしてい
る。前記した第２の電極２６０が第１１図に示す
如くに正電圧に励磁されると（他方の電極２６０
が接地）、変換器２０４がその厚味方向に伸びる
がその長さ方向に沿つて収縮する。従つて、第１
１図に示す如くに印加された電圧によつて発生す
る電界が変換器２０４の分極と同じ方向であるこ
とが重要である。第１０図及び第１１図に示され
ている膨張と収縮が誇張して図示されたものであ
ることは言うまでもない。

本発明の別の重要な特徴としては、変換器１
４，２０４とチエンバとの間は連結手段（脚部又
はダイヤフラム等）のみによつて連結されてい
る。従つて、第５，６，９図に示されている如く
に整列している変換器は実質的にインクから遮断
されていて、単一のチエンバ又はジエツトと排他
的に連絡されている。その上、チエンバと変換器
との間に密封手段、例えば第９図に図示されてい
るダイヤフラム２１０が設けられていて、大量の
インクが上方に流動して変換器、例えば変換器２
０４の周囲に流入することを防ぎ、実質的なイン
クの遮断を行つている。

本明細書では、細長いという用語は長さが幅よ
りも大きいことを示している。換言すれば、本明
細書に使用されている伸長軸は横方向の寸法より
も大きく、この横方向の寸法を横切つて電界が印
加される。更に、変換器を深さ方向に細長くし
て、全深さを長さよりも大きくすることもでき
る。従つて、細長いという用語は相対的な用語で
ある。その上、変換器は伸長軸に沿つた方向に加
えて他の方向にも膨張、収縮するが、このような
膨張及び収縮は連結の方向におけるものではない
ので、この点如何は本発明とは無関係である。本
明細書に示されている実施例では、連結の軸は伸
長軸である。従つて、長さモード共振は連結の方
向におけるものであり、図示されている実施例で
は、伸長軸に沿つた共振周波数を持つている。し
かし、膨張と収縮は伸長軸に沿つて十分とること
ができ、最大限のインク押出し量を得ることがで
きる。

本発明の特定の実施例に関する説明を行なつた
が、本発明の範囲内で他の実施例も当業者には明
らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示しているイン
クジエツト装置の断面図、第１ａ図は第１図に図
示されているチエンバの拡大断面図、第２図は、
第１図の２−２線に沿つた断面図、第３図は、第
１図の断面図の部分拡大図、第４図は、本発明の
別の実施例の断面図、第５図は、第１−４図に図
示されている如きインクジエツトを複数配列して
構成されるオリフイスプレート、第６図は、第１
−４図に図示されている如きインクジエツトを複
数配列して構成される別実施例のオリフイスプレ
ート、第７図は、本発明の更に別の実施例を示し
ているインクジエツト装置の断面図、第８図は第
７図の断面図の一部分の拡大図、第９図は、第７
図及び第８図に図示されている実施例の分解斜視
図、第１０図は、消磁状態にある第７図に図示さ
れている変換器の概略図、第１１図は、励磁状態
にある第１０図の変換器の概略図である。（図中符号）、１０，２００……チエンバ、１
２，２０２……オリフイス、１４，２０４……変
換器、１６，２０７……脚部、１８……可動壁
体、２０，２１４……吸込口、２０６……連結手
段、３６……開き溝、２１０……ダイヤフラム。

Claims

【特許請求の範囲】１インク小滴の噴射用オリフイスを備えている
容量可変チエンバと、伸長軸に対して実質的に横方向の電界に応じて
伸長軸に沿つて膨張、収縮する変換器と、チエンバと変換器とを連結するため設けられ、
伸長軸に沿つた変換器の前記膨張、収縮に応じて
チエンバを収縮、膨張させる連結手段と、前記チエンバへの絞られたインク流路を形成す
るべく前記連結手段に直近して設けられ、伸長軸
に沿つた変換器の膨張、収縮に係わらず前記イン
ク流路の断面積が実質的に一定に維持される吸込
手段とを有し、前記連結手段は、変換器の側へのインクの漏れ
を実質的に防止するべく、変換器をチエンバ及び
吸込手段から遮断しており、前記変換器は長さモードの共振周波数を有し、
チエンバのヘルムホルツ周波数は、10KHzより高
いが、変換器の前記長さモード共振周波数より低
く、これによつて前記変換器とチエンバとの間の
共鳴を防止するようにしたインクジエツト装置。２前記連結手段は実質的に剛直な脚部より成
り、該脚部は変換器に取り付けられていると共
に、前記チエンバの一壁面を形成している特許請
求の範囲１に記載のインクジエツト装置。３伸長軸に対して横方向における変換器の断面
形状は矩形である特許請求の範囲１に記載のイン
クジエツト装置。４伸長軸に対して横方向における変換器の断面
形状は円形である特許請求の範囲１に記載のイン
クジエツト装置。