JPH06115069A - 音響的及び静電的力による小滴噴出方法 - Google Patents

音響的及び静電的力による小滴噴出方法

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JPH06115069A
JPH06115069A JP15394793A JP15394793A JPH06115069A JP H06115069 A JPH06115069 A JP H06115069A JP 15394793 A JP15394793 A JP 15394793A JP 15394793 A JP15394793 A JP 15394793A JP H06115069 A JPH06115069 A JP H06115069A
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mound
droplet
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liquid
electrode
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Calvin F Quate
カルビン・エフ・クウェイト
Eric G Rawson
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    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/14Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14008Structure of acoustic ink jet print heads
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 コーン形成を採用することにより低要領の小
滴を音響的に噴出できっるドロップレット・エジェクタ
を提供すること。 【構成】 液体の自由表面の上にマウンドを音響的に形
成し、レイリーの不安定性によってマウンドがちぎれる
まで、静電的にマウンドの液体を静電的に引き付ける段
階によって小滴噴出する。小滴を噴出するドロップレッ
ト・エジェクタは、液体が自由表面を有するように液体
を保持するインク溜まりと、液体の自由表面の上にマウ
ンドを音響的に形成する手段と、レイリーの不安定性に
よってマウンドがちぎれるまで、マウンドの液体を静電
的に引き付ける手段とを備え、マウンドの縦列を音響的
に形成すると共に、音響的に盛り上げられたマウンドの
ひとつから小滴が噴出されるように電極の横列から引付
け力を静電的に放射する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】本発明は、一般的に音響的なドロップレッ
トすなわち小滴の噴出に関する。
【0002】種々のインクジェット技術が開発されてお
り、且つ現在も開発されている。そのような技術のひと
つに、下記においてアコースティック・インク・プリン
ティング(AIP)と称する、音響的エネルギーにより
記録媒体上に画像を作製するものがある。AIP技術の
より詳細な説明が米国特許第4,308,547 号、第4,697,19
5 号、及び第5,028,937 号においてなされており、この
技術は、本質的に、液体インクの自由表面近傍に集中さ
れた音響的放射の破裂によってインクの小滴を記録媒体
に噴出するものである。
【0003】AIPを使用して高品質画像を作製するに
は、インクの小滴が小間隔で配置されねばならず、これ
には稠密に詰め込まれたドロップレット・エジェクタが
必要になる。ドロップレット・エジェクタを配置する一
般的な方法は、(1)等間隔のドロップレット・エジェ
クタの横列を形成し、(2)これらの横列が隣接し、か
つ隣接した横列のドロップレット・エジェクタがずれた
縦列を形成するように横列を配置し、(3)これらのエ
ジェクタを横列及び縦列のX- Y平面配列に電気的に互
いに接続することである。特定のドロップレット・エジ
ェクタから小滴を噴出するには、そのエジェクタを駆動
信号用の付与によって、ドロップレット・エジェクタの
横列及び縦列のコンダクタにアドレスする。この手法は
概してよくできてはいるがドロップレット・エジェクタ
の密度が増加するに伴い、必要な電気的コンダクタが使
用できる平面領域が減少する。ドロップレット・エジェ
クタを増加する可能性のある方法は、電気的コンダクタ
に必要な平面領域を減少させることであろう。しかしな
がら、これにはドロップレット・エジェクタのための異
なったアドレス手法が要求される。したがって、ドロッ
プレット・エジェクタの増加を可能とするアドレス技術
が有益である。
【0004】ジー・タイラー(G. Taylor) による、Pro
c. Roy. Soc. A, 280, pp. 383-397に記載された「電界
中における水滴の壊変(Disintegration of water drops
inan electric field)」、に注目すべきである。この
なかで、ある幾何学的配置において、強力な静電電界
(E−電界)が平らな液面を引き上げ49.3度の半角を有
する円錐体とすることが分析的かつ実験的に示されてい
る。このような円錐体は一般的に「タイラー・コーン
(Taylor cones)といわれている。実験によって、イン
クの平らな溜まり上にコーンが形成されるには秒のオー
ダー(適正なE−電界に対して約1から10) の時間が
かかるのに対して、一度形成されるとそれらはE−電界
の除去後約50msec以内に崩壊することが判明して
いる。コーンのゆっくりとした形成は、コーン形成初期
時において、電極を形成するコーンと液体との間の比較
的大きなギャップに関連すると考えられている。従っ
て、そのギャップが小さくなるにつれ、E−電界はコー
ンの頂点近傍に集中し始め、コーンを形成する率が増加
する。この仮説は、コーンの最終的な形成があるE−電
界において、15msecより非常に短時間で、非常に
速やかに行われることを示す実験によりサポートされて
いる。
【0005】タイラーが観察し、更に実験により確認さ
れたように、あるE−電界値によって、通常流れ即ち噴
流の形態で、コーンの頂点から物質が噴出される。又、
ある関連した効果が発生することがわかった。もし、液
体溜まりにコーンを非常に速やかに形成しようと企図す
るのであれば、その結果生じる「コーン」からなるむし
ろ多量の液体から物質の激変的な噴出が生じる。そのよ
うな噴出のインク量は必要とするインクの小滴の量より
非常に多いので、そのような激変的な噴出はAIPにお
いては回避すべきである。しかしながら、噴出される物
質の量を減少するための技術によって、AIPで使用さ
れるコーンの形成が可能となる。
【0006】本発明において、コーン形成を採用するこ
とにより低容量の小滴を音響的に噴出する技術が提供さ
れる。好ましくは、これは、コーン形成によってドロッ
プレット・エジェクタのアドレスが補助され、これによ
り、必要な電気的接続領域が減少され、その結果ドロッ
プレット・エジェクタのより稠密な取付けが可能となる
ように行われる。噴出技術には、電極に近接したインク
のマウンドを音響的に盛り上げ、次に速やかにE−電界
をそのマウンドに印加することが含まれる。このような
音響的に盛り上げられたマウンドの容量は制限されてお
り(音響波長オーダーの直径を有する)、印加されたE
- 電界によって、マウンドをちぎりとるレイリーの不安
定性が発生し、これによって、音響的放射(acous
ticradiation)及び電極電圧による小滴に
付与される合成された運動量のため、マウンドから噴出
される小滴が形成される。アドレス技術にはマウンドの
縦列(又は横列)を音響的に形成し、音響的に盛り上げ
られたマウンドがこれらの頂点に近接したとき辺りにド
ロップレット・エジェクタの横列(又は縦列)のすべて
の電極に電圧を印加することにより噴出するドロップレ
ット・エジェクタを選択することが含まれている。音響
的に盛り上げられたマウンドと印加された電極電圧の両
方を有するドロップレット・エジェクタのみが小滴を噴
出する。
【0007】図1は、本発明の本質によるドロップレッ
ト・エジェクタを単純化した断面図である。
【0008】図2は、本発明の本質によるドロップレッ
ト・エジェクタの他の実施例を示す断面図である。
【0009】図3は、図1のドロップレット・エジェク
タの配置を示すX−Y方向の略図である。なお、図面に
おいては同じ部材については同じ符号によって支持す
る。
【0010】図1において、本発明の本質によるアコー
ステック・インク・ドロップレット・エジェクタの断面
が図示されている。基本的に、インクの小滴12は、マ
ウンド14の近傍に位置する(図1の断面図において2
つの部分が示された)電極20に電圧が印加されること
により、インク溜まり18の自由表面16から音響的に
盛り上げられたマウンド14から噴出される。「近傍」
とは、未だ説明していない電極電圧が小滴の噴出を引き
起こすような物理的近傍を意味する。最適な近傍とは、
インクの特性、電極に印加される電圧、マウンドを引き
起こす音響的エネルギー、及び小滴噴出率のような要素
に依存する。
【0011】マウンド14を盛り上げる音響的な放射
(radiation)は、端子26を介してRF駆動
力を受けるトランスジューサ24によって発生する。音
響的な放射は、アコーステック・レンズ30に到達する
まで物体28(好ましくはパイレックス・グラス(py
rex glass))を通過する。図示されたアコー
ステック・レンズは球面レンズであるが、フレネル・レ
ンズでもよい。とにかく、アコーステック・レンズは音
響的な放射を自由表面近傍の小さな焦点領域に集中させ
る。勿論、インクの深さ及びアコーステック・レンズと
物体28の寸法は、焦点領域が自由表面16に近くなる
ように調整される。
【0012】ドロップレット・エジェクタの作用は、電
極20近傍の頂点を有するマウンドの音響的な形成、及
びその電極への電圧の印加に依存する。音響的な放射2
2の強さは、マウンドを形成するには十分であるが、そ
れ自身によって小滴を噴出には十分でないように制御さ
れる。マウンドが形成されるに伴い運動量がインクに与
えられ、且つ、その頂点が電極に接近するに伴い、電極
に印加された電圧がインクを電極に向けて引っ張り、よ
り大きな運動量を発生する。マウンドは容量が制限され
ているので、レイリーの不安定性によってマウンドがち
ぎりとられるようになるまで変形し、小滴を形成する。
この形成された小滴12は、音響的に且つ静電的に付与
された運動量の合成効果によって、噴出される。電極2
0は開口32を有し、この開口を通り噴出された小滴1
2はその途中で記録媒体34上に付着する。
【0013】図2に、本発明の本質による他の実施例の
ドロップレット・エジェクタ40が図示されている。ド
ロップレット・エジェクタ40は、図1のドロップレッ
ト・エジェクタ10とほとんど同一であり、ドロップレ
ット・エジェクタ40が、記録媒体34の後ろに位置し
た電極20を有していること、及びこの電極20が開口
32を備えていないことが異なっている。実験によれ
ば、少なくともある記録媒体(紙のような)において、
静電力が、記録媒体が間に置かれているに拘わらず、マ
ウンド14のインク18を容易に十分に引きつけ、小滴
を噴出することが示されている。
【0014】実際のアコーステック・インク・プリンタ
は、物理的且つ作用的に横列と縦列に構成された多数の
(恐らく千個台の)個々のドロップレット・エジェクタ
10を含んでいる。その横列は印刷頁幅(例えば約8.
5インチ)に沿って延び、1インチ当たり約75個のド
ロップレット・エジェクタを有するように企図されてい
る。横列は、ドロップレット・エジェクタの縦列が、小
さな角度で(図3及び下記の説明を参照)ずれるように
形成されように積み重ねられる。これにより、1インチ
当たり75個のドロップレット・エジェクタより非常に
大きなドロップレット・エジェクタの有効直線密度が可
能となる。例えば、このようにずらされた8列によっ
て、記録媒体34を制御されたやり方で移動し、個々の
ドロップレット・エジェクタから適正なタイミングで小
滴を噴出することにより600のピクセルピッチ(75
の8倍)を達成することができる。既述のように、単一
面内のすべてのドロップレット・エジェクタを電気的に
接続することは、ドロップレット・エジェクタの密度を
制限しがちである。
【0015】静電的引付け(electric att
raction)と共に音響的な放射を採用することに
より、ドロップレット・エジェクタの連結のために必要
な平面領域を減少させることによって、ドロップレット
・エジェクタ密度の増加が可能になる。1列のすべての
トランスジューサを駆動して1列のマウンドを音響的に
形成し、一方、1横列のドロップレット・エジェクタの
すべての電極に電極電圧を印加することにより、アドレ
ッシングが実施される。音響的に盛り上げられたマウン
ドと印加された電極電圧の両方に対応したドロップレッ
ト・エジェクタのみが小滴を噴出する。
【0016】図3はドロップレット・エジェクタの発明
に関するアドレッシングの説明を補助するものである。
複数のドロップレット・エジェクタ50(そのうち13
個が示されている)は多数の横列52(そのうち4横列
のみが示されている)に構成されいる。これらの横列
は、隣接する横列の対応するドロップレット・エジェク
タが僅かにずれるように、隣接して配置されている。こ
の僅かなずれにより、小さな角度を有する、ドロップレ
ット・エジェクタの縦列54ができる。各縦列のドロッ
プレット・エジェクタのトランスジューサは電気的に接
続されている。同様に、各縦列のドロップレット・エジ
ェクタの電極も電気的に接続されている。各縦列のドロ
ップレット・エジェクタのトランスジューサをそれぞれ
駆動することにより、マウンドの縦列が形成される。電
極電圧を横列のドロップレット・エジェクタの各電極に
印加することにより、音響的盛り上げられたマウンドと
印加された電極電圧の両方に対応するドロップレット・
エジェクタが小滴を噴出する。勿論、当業者は、上述の
横列及び縦列の構成を互いに変換することができること
を理解するであろう。
【0017】上記説明から、本発明の本質の多数の変形
及び変更は当業者にとって明らかである。従って、本発
明の範囲は請求の範囲によってのみ制限される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の本質によるドロップレット・エジェク
タを単純化した断面図である。
【図2】本発明の本質によるドロップレット・エジェク
タの他の実施例を示す断面図である。
【図3】図1のドロップレット・エジェクタの配置を示
すX- Y方向の略図である。
【符号の説明】
10 ドロップレット・エジェクタ,12 小滴,14
マウンド,16 自由表面,18 インク溜まり,2
0 電極,22 音響的放射,24 トランスジューサ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 液体の自由表面の上にマウンドを音響的
    に形成する段階と、レイリーの不安定性によって前記マ
    ウンドがちぎれるまで、静電的に前記マウンドの液体を
    静電的に引き付ける段階とからなる小滴噴出方法。
  2. 【請求項2】 液体の自由表面から記録媒体の上に小滴
    を噴出するドロップレット・エジェクタであって、 前記液体が自由表面を有するように液体を保持するイン
    ク溜まりと、 液体の自由表面の上にマウンドを音響的に形成する手段
    と、 レイリーの不安定性によって前記マウンドがちぎれるま
    で、前記マウンドの液体を静電的に引き付ける手段とを
    有することを特徴とするドロップレット・エジェクタ。
  3. 【請求項3】 音響トランスジューサ及び電極をそれぞ
    れ有する複数のドロップレット・エジェクタをアドレス
    する方法であって、 液体の自由表面上にマウンドの縦列を音響的に形成する
    段階と、 前記音響的に盛り上げられたマウンドのひとつから小滴
    が噴出されるように、電極の横列から引付け力を静電的
    に放射する段階とからなることを特徴とする方法。
  4. 【請求項4】 インクが自由表面を有するようにインク
    を保持するインク溜まりを備えた印字ヘッドを有し、 該印字ヘッドは更に前記インク溜まりに保持されたイン
    クの小滴を噴出する複数のドロップレット・エジェクタ
    を備え、これらのドロップレット・エジェクタの各々は
    前記自由表面上にマウンドが形成されるように音響エネ
    ルギーを前記自由表面に向けて放射するトランスジュー
    サを含み、更に各ドロップレット・エジェクタは対応す
    るマウンドに隣接して配置された電極を含み、 更に、第1のマウンドが前記自由表面上に形成されるよ
    うに、前記複数のドロップレット・エジェクタの中の第
    1のドロップレット・エジェクタのトランスジューサを
    駆動する手段と、 レイリーの不安定性によって前記第1のマウンドから小
    滴をちぎりとるように、静電引付け力により前記第1の
    マウンドを引き付けるため前記第1のドロップレット・
    エジェクタの電極に電圧を印加する手段と、 前記小滴が記録媒体の上に付着するように該記録媒体を
    位置決めする手段とを有するプリンタ。
JP15394793A 1992-09-04 1993-06-24 音響的及び静電的力による小滴噴出方法 Withdrawn JPH06115069A (ja)

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JP (1) JPH06115069A (ja)

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