JPH0669750B2 - インクジェットタイプのノズル、バルブ、ペン及びプリンタ - Google Patents
インクジェットタイプのノズル、バルブ、ペン及びプリンタInfo
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- JPH0669750B2 JPH0669750B2 JP2505808A JP50580890A JPH0669750B2 JP H0669750 B2 JPH0669750 B2 JP H0669750B2 JP 2505808 A JP2505808 A JP 2505808A JP 50580890 A JP50580890 A JP 50580890A JP H0669750 B2 JPH0669750 B2 JP H0669750B2
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- Pens And Brushes (AREA)
- Nozzles (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明はインクジェットプリンタまたはペン等の筆記具
に用いられるインクジェットノズルに関する。そしてプ
リンタに関して特に言及すれば、ノズル列から加圧状態
にてインク滴を選択的に噴射するいわゆるドロップオン
デマンド型のインクジェットプリンタに関する。
に用いられるインクジェットノズルに関する。そしてプ
リンタに関して特に言及すれば、ノズル列から加圧状態
にてインク滴を選択的に噴射するいわゆるドロップオン
デマンド型のインクジェットプリンタに関する。
背景技術 ドット印字を行う場合に、連続したソレノイド弁を用い
て複数のノズルを選択的に開閉して特定のノズルからイ
ンク滴を噴射することは知られている。このような従来
のプリンタが英国特許第2,134,452号に記載されてい
る。
て複数のノズルを選択的に開閉して特定のノズルからイ
ンク滴を噴射することは知られている。このような従来
のプリンタが英国特許第2,134,452号に記載されてい
る。
また弁駆動型のワイトレンジのドロップオンデマンド型
のプリンタは既に存在しているが、そのうちでソレノイ
ドによる駆動を受ける弁を用いて比較的大型の文字を印
字するようなプリンタがある。また圧電材料よりなる弁
アクチュエータや、作動プランジャや片持ち梁状の閉鎖
アーム等を使用することも提案されている。事務用のプ
リンタでは例えばインクを流体圧力にて加圧することに
よりする、開放オリフィス型のプリンタが用いられい
る。これは圧電ダイヤフラムまたはインクを部分的に加
熱することにより行うことができる。
のプリンタは既に存在しているが、そのうちでソレノイ
ドによる駆動を受ける弁を用いて比較的大型の文字を印
字するようなプリンタがある。また圧電材料よりなる弁
アクチュエータや、作動プランジャや片持ち梁状の閉鎖
アーム等を使用することも提案されている。事務用のプ
リンタでは例えばインクを流体圧力にて加圧することに
よりする、開放オリフィス型のプリンタが用いられい
る。これは圧電ダイヤフラムまたはインクを部分的に加
熱することにより行うことができる。
高速のインクジェットプリンタは一般的には連続タイプ
と称せられる。この種のプリンタでは特定のノズルから
インク滴が連続的に噴射されてインク滴流をなし、印字
を形成するためのインク滴は静電気の力によって電荷が
与えられ偏向して所定の印字位置に到達し、印字に寄与
しないインク滴は直接溝に到達して回収される。従って
このような連続タイプのインクジェットプリンタの制御
機構は複雑であって、そのために連続タイブのインクジ
ェットプリンタの単一のプリンタヘッドはドロップオン
デマンドタイプのプリンタのプリンタヘッドに比較して
かなり高価なものとなる。しかしながら、このような連
続タイプのプリンタは高さが一般に約5mm以下の小型の
文字や文字列を印加するために特に用いられるものであ
り、それより大きな文字を印字するためにノズルの数を
増やすとすれば制御機構が更に複雑化することを避けら
れない。
と称せられる。この種のプリンタでは特定のノズルから
インク滴が連続的に噴射されてインク滴流をなし、印字
を形成するためのインク滴は静電気の力によって電荷が
与えられ偏向して所定の印字位置に到達し、印字に寄与
しないインク滴は直接溝に到達して回収される。従って
このような連続タイプのインクジェットプリンタの制御
機構は複雑であって、そのために連続タイブのインクジ
ェットプリンタの単一のプリンタヘッドはドロップオン
デマンドタイプのプリンタのプリンタヘッドに比較して
かなり高価なものとなる。しかしながら、このような連
続タイプのプリンタは高さが一般に約5mm以下の小型の
文字や文字列を印加するために特に用いられるものであ
り、それより大きな文字を印字するためにノズルの数を
増やすとすれば制御機構が更に複雑化することを避けら
れない。
そのために、小型、中型、大型の文字を同一の技術によ
り印字が可能であり、規格化された部品を使用すること
が可能であるという利点があり、また種々の文字サイズ
を印字する種々のプリンタに適用可能な単一の制御シス
テムが提供可能なインクジェットプリンタの出現が望ま
れるのである。また単一のプリンタであっても互いに異
なるサイズの文字が印字可能であることが望まれるので
ある。
り印字が可能であり、規格化された部品を使用すること
が可能であるという利点があり、また種々の文字サイズ
を印字する種々のプリンタに適用可能な単一の制御シス
テムが提供可能なインクジェットプリンタの出現が望ま
れるのである。また単一のプリンタであっても互いに異
なるサイズの文字が印字可能であることが望まれるので
ある。
互いに異なるサイズの文字を印字するという技術は部分
的には連続タイプのプリンタによっても達成されてはい
るが、サイズの範囲が極めて限定的であった。種々のサ
イズの文字を印字可能とするための試みとしては、ドロ
ップオンデマンドタイプのプリンタを用いて、文字が印
字されるべき材料に対するノズルアセンブリの位置を調
節し、インク滴の被印字材料に対する衝突角度を変化さ
せ、しかして、文字の高さを変えることが考えられてい
る。しかしながら、かかる技術によっても文字サイズは
あまり大幅な変更できず、極めて限定的な範囲での変更
しか行うことができなかった。
的には連続タイプのプリンタによっても達成されてはい
るが、サイズの範囲が極めて限定的であった。種々のサ
イズの文字を印字可能とするための試みとしては、ドロ
ップオンデマンドタイプのプリンタを用いて、文字が印
字されるべき材料に対するノズルアセンブリの位置を調
節し、インク滴の被印字材料に対する衝突角度を変化さ
せ、しかして、文字の高さを変えることが考えられてい
る。しかしながら、かかる技術によっても文字サイズは
あまり大幅な変更できず、極めて限定的な範囲での変更
しか行うことができなかった。
筆記面へのインクを付着させるためのペンや同種の筆記
具においても種々の構成が採用されてきた。ここではあ
らゆる条件下で細く均一な濃い線を低い筆圧にて描ける
ことが一般的に要求されてきた。
具においても種々の構成が採用されてきた。ここではあ
らゆる条件下で細く均一な濃い線を低い筆圧にて描ける
ことが一般的に要求されてきた。
そこで本発明は上述した要求を満たすことが可能なプリ
ンタや筆記具に適用可能なノズルを提供することを目的
とする。
ンタや筆記具に適用可能なノズルを提供することを目的
とする。
発明の開示 本発明によれば、弾性材料のオリフィスにより形成され
たノズルをインクジェットプリンタが筆記具に用い、該
オリフィスはスリットまたは穴が形成され、弾性変形に
よりスリットまたは穴を開閉させている。
たノズルをインクジェットプリンタが筆記具に用い、該
オリフィスはスリットまたは穴が形成され、弾性変形に
よりスリットまたは穴を開閉させている。
本発明によればインクジェットプリンタ若しくは筆記具
のためのノズルと弁体の組合せが提供されており、該ノ
ズル/弁体は弾性材料に形成されたオリフィスを有し、
該オリフィスは圧力により通常は閉鎖状態になるように
あらかじめ負荷をかけられている。又、弾性材料内のス
リット若しくは穴はオリフィスが更に、設けられてお
り、これらは圧力により通常はオリフィスが閉鎖状態と
なるようにあらかじめ負荷をかけられており、制御によ
り変形しオリフィスを開状態にし得るものである。
のためのノズルと弁体の組合せが提供されており、該ノ
ズル/弁体は弾性材料に形成されたオリフィスを有し、
該オリフィスは圧力により通常は閉鎖状態になるように
あらかじめ負荷をかけられている。又、弾性材料内のス
リット若しくは穴はオリフィスが更に、設けられてお
り、これらは圧力により通常はオリフィスが閉鎖状態と
なるようにあらかじめ負荷をかけられており、制御によ
り変形しオリフィスを開状態にし得るものである。
更に本発明によれば、インクを貯留するためのインク室
が形成され、印字面に対してジェット状のインクを噴射
印字するため該インク室の壁に形成された閉鎖可能なオ
リフィスが設けられ、該オリフィスは該インク室の少な
くとも一部の壁部を構成する弾性材料と硬質な対向面と
の間に形成されたスリットまたは穴により形成され、該
スリットまたは穴を開閉するために該弾性材料に係合し
該弾性材料を変形させるために作動可能なアクチュエー
タが設けられたインクジェットプリンタを提供してい
る。
が形成され、印字面に対してジェット状のインクを噴射
印字するため該インク室の壁に形成された閉鎖可能なオ
リフィスが設けられ、該オリフィスは該インク室の少な
くとも一部の壁部を構成する弾性材料と硬質な対向面と
の間に形成されたスリットまたは穴により形成され、該
スリットまたは穴を開閉するために該弾性材料に係合し
該弾性材料を変形させるために作動可能なアクチュエー
タが設けられたインクジェットプリンタを提供してい
る。
インクジェットプリンタはインクを蓄えるためのインク
室と、該インク室の壁部に形成され、これを通してイン
クジェットが印字面に噴出させられるノズル/バルブ
と、弾性材料と接続され該弾性材料を変形させることが
でき、これによってスリット若しくは孔部を開閉させ得
るアクチュエータとを有していることが好ましい。
室と、該インク室の壁部に形成され、これを通してイン
クジェットが印字面に噴出させられるノズル/バルブ
と、弾性材料と接続され該弾性材料を変形させることが
でき、これによってスリット若しくは孔部を開閉させ得
るアクチュエータとを有していることが好ましい。
インク室は加圧される場合があり、例えば空気圧作動ダ
イアフラムによって加圧されているインク貯留部からの
圧力を受ける。しかしインク室加圧のためにその他の方
法も採用可能である。またインク室の壁の変形によりイ
ンク室自体が自己加圧性を有しても良い。
イアフラムによって加圧されているインク貯留部からの
圧力を受ける。しかしインク室加圧のためにその他の方
法も採用可能である。またインク室の壁の変形によりイ
ンク室自体が自己加圧性を有しても良い。
アクチュエータは好ましくは圧電変換素子であり、より
好ましくはユニモルフ(unimorph)タイプの圧電素子に
より構成される。
好ましくはユニモルフ(unimorph)タイプの圧電素子に
より構成される。
オリフィスはインク室の壁を構成する弾性材料に穴を形
成することにより、または、適当な型の周りにインク室
を成形することにより形成される。開口はスリットまた
は穴の形状にあり、一連のスリットまたは穴の形態をな
しても良い。弾性材料に形成されたスリットまたは穴は
弁体をなし、弁体はスリット周囲にある一部の弾性材料
が横方向に拡張または縮小することにより動作する。
成することにより、または、適当な型の周りにインク室
を成形することにより形成される。開口はスリットまた
は穴の形状にあり、一連のスリットまたは穴の形態をな
しても良い。弾性材料に形成されたスリットまたは穴は
弁体をなし、弁体はスリット周囲にある一部の弾性材料
が横方向に拡張または縮小することにより動作する。
好ましくは、弾性材料に形成されたオリフィスはデーパ
状をなし、粘性抵抗効果により圧力水頭損失の減少を企
図する。オリフィスの最小断面積は弾性材料の外側面に
あり、テーパの具体的形状は適宜設計される。
状をなし、粘性抵抗効果により圧力水頭損失の減少を企
図する。オリフィスの最小断面積は弾性材料の外側面に
あり、テーパの具体的形状は適宜設計される。
直線テーパ状スリットまたはオリフィスとしたときは、
質量保存の法則に基づきあるオリフィスの断面部を通過
するインクの平均速度は断面積に反比例する。また、こ
の断面部が同じと仮定すると、インク速度はスリット幅
の2乗に反比例する。粘性抵抗はスリット幅に反比例す
る速度勾配に比例するので、圧力損失の増分はスリット
幅の3乗に反比例し、スリット長における圧力分布は4
乗ベキの法則に従い、オリフィスの極めて小さいスリッ
ト幅における程度にまで圧力水頭の損失を有効に制限す
る。この効果はより大きな曲率の曲線状のテーパを使用
した場合に顕著となる。その結果、厚い弾性材料の壁内
にある延伸されたテーパ状のオリフィスは、薄い膜を平
行面によりて形成されたオリフィスに比較して、より低
い圧力損失をもたらす。更に、バリア(弾性材料)の厚
肉部分は噴射物の方向調整にとって要求される高い剛性
をもたらすものとして利用され、またアクチュエータ取
付けスペースとしても利用される。更に噴流の安定化の
ためオリフィスの長さは調整される。
質量保存の法則に基づきあるオリフィスの断面部を通過
するインクの平均速度は断面積に反比例する。また、こ
の断面部が同じと仮定すると、インク速度はスリット幅
の2乗に反比例する。粘性抵抗はスリット幅に反比例す
る速度勾配に比例するので、圧力損失の増分はスリット
幅の3乗に反比例し、スリット長における圧力分布は4
乗ベキの法則に従い、オリフィスの極めて小さいスリッ
ト幅における程度にまで圧力水頭の損失を有効に制限す
る。この効果はより大きな曲率の曲線状のテーパを使用
した場合に顕著となる。その結果、厚い弾性材料の壁内
にある延伸されたテーパ状のオリフィスは、薄い膜を平
行面によりて形成されたオリフィスに比較して、より低
い圧力損失をもたらす。更に、バリア(弾性材料)の厚
肉部分は噴射物の方向調整にとって要求される高い剛性
をもたらすものとして利用され、またアクチュエータ取
付けスペースとしても利用される。更に噴流の安定化の
ためオリフィスの長さは調整される。
弾性材料における一連のスリットは、硬質のベース上に
薄肉の弾性材料基板を載置し、所望のテーパを有する点
状の刃先を弾性材料に突き刺すことにより形成可能であ
る。例えば単一若しくは2個の刃先が用いられスリット
を平坦状に加工する。または3個の刻面を有する刃によ
りオリフィスの軸に交わるような3個の刻面をなすスリ
ットが形成される。オリフィスの直径は弾性材料を突き
刺している貫通刃の貫通の深さにより調整される。貫通
刃の切れ味の度合い、貫通深さ、材料の厚さやその弾性
係数によりかかる調整がなされる。そのために。極めて
小さいサイズのオリフィスの形成の際にも寸法安定性を
保つことができる。
薄肉の弾性材料基板を載置し、所望のテーパを有する点
状の刃先を弾性材料に突き刺すことにより形成可能であ
る。例えば単一若しくは2個の刃先が用いられスリット
を平坦状に加工する。または3個の刻面を有する刃によ
りオリフィスの軸に交わるような3個の刻面をなすスリ
ットが形成される。オリフィスの直径は弾性材料を突き
刺している貫通刃の貫通の深さにより調整される。貫通
刃の切れ味の度合い、貫通深さ、材料の厚さやその弾性
係数によりかかる調整がなされる。そのために。極めて
小さいサイズのオリフィスの形成の際にも寸法安定性を
保つことができる。
弾性材料の硬質面との間にスリットを形成するために、
離型剤を硬質面の適当な箇所に塗布し、弾性材料を離型
剤塗布面以外の部分で硬質面と接着する。他の方法とし
て、スリットを形成する際に、非対称断面の刃により弾
性材料を突き刺し、該刃が自動的に硬質面に向かうよう
にしてもよい。
離型剤を硬質面の適当な箇所に塗布し、弾性材料を離型
剤塗布面以外の部分で硬質面と接着する。他の方法とし
て、スリットを形成する際に、非対称断面の刃により弾
性材料を突き刺し、該刃が自動的に硬質面に向かうよう
にしてもよい。
オリフィスを開閉するためには種々の手段を用いること
ができるが、オリフィスの周囲で弾性材料を放射状また
は平面圧縮することでオリフィスを閉じ、拡張すること
でオリフィスを開く。その結果、弁体としてインク流の
調節機能を果たすこととなる。
ができるが、オリフィスの周囲で弾性材料を放射状また
は平面圧縮することでオリフィスを閉じ、拡張すること
でオリフィスを開く。その結果、弁体としてインク流の
調節機能を果たすこととなる。
通常のプッシュプル変換器システムを用いてオリフィス
の横方向から直接オリフィスを圧縮する。その他の方法
としてはインク圧を利用することで弾性材料を膨張させ
て弾性材料を変形した梁、橋、板状の形状とし、スリッ
トを圧縮する。スリット閉鎖のための圧力はインク圧に
直接関係してるので、オリフィスは常にインク圧力以上
の圧力に耐え得るために最適な形状を有しなければなら
ない。オリフィスを開くためには、インク圧に対抗する
圧力を作用させてスリットに張力を生じさせ、またオリ
フィスの内側から開き始めるように、またオリフィスの
外側から閉じられるように設計する。そのためには弾性
材料の壁部の形状が極めて重要となる。
の横方向から直接オリフィスを圧縮する。その他の方法
としてはインク圧を利用することで弾性材料を膨張させ
て弾性材料を変形した梁、橋、板状の形状とし、スリッ
トを圧縮する。スリット閉鎖のための圧力はインク圧に
直接関係してるので、オリフィスは常にインク圧力以上
の圧力に耐え得るために最適な形状を有しなければなら
ない。オリフィスを開くためには、インク圧に対抗する
圧力を作用させてスリットに張力を生じさせ、またオリ
フィスの内側から開き始めるように、またオリフィスの
外側から閉じられるように設計する。そのためには弾性
材料の壁部の形状が極めて重要となる。
壁部の内側面はオリフィスの周囲で稜線状またはドーム
状をなし、稜線またはドームの周縁部からの有効な移動
が可能となる。この構成ではインク圧により弁体を閉じ
るという利用もある。
状をなし、稜線またはドームの周縁部からの有効な移動
が可能となる。この構成ではインク圧により弁体を閉じ
るという利用もある。
本発明の実施例をプリンタに適用した場合に様々な利点
が生じる。第1に、インクを噴射する必要がないとき
は、オリフィスを積極的に閉じることができるので、オ
リフィス部におけるインクの乾燥を防止または減少で
き、インク顔料による目詰まりも生じない。第2に、イ
ンク噴出がオリフィスを内側から外側に開き、テーパ面
は粘性損失を低くおさえるので、プリンタ電源をオンし
たときにオリフィスに瞬時に全駆動圧力が作用される。
この利点は重要であり、インク流量が低いと溢流が生
じ、弾性材料の壁部の外側にインク滴が生じ、オリフィ
ス機能を損なう結果となるからである。このインク滴は
安定した噴流の発生を妨げるのみならず、初期の噴流の
方向にも影響を与え、噴流の発生すら妨げることとな
る。スリットがテーパ状に形成されていることにより、
初期のインク流がスリット開口部に流入しやすくなり、
その結果衝撃波が形成される。オリフィス開口部におけ
る衝撃波による圧力波動により確実に噴流が生じ、スリ
ットが膨張した場合にそこに残留していたであろう堆積
物も吹き飛ばすこととなる。また弁体(オリフィス)を
積極的に閉鎖することにより高圧が生じ、その結果スロ
ットから残留インクをも発散させることができる。よっ
てオリフィスはインク噴射開始時と同様にインク噴射終
了動作も正確に行われるように構成されている。オリフ
ィス周囲の外側面に残留インク滴が形成されることがな
いように、インク流が徐々に少なくなるような現象は生
じない。
が生じる。第1に、インクを噴射する必要がないとき
は、オリフィスを積極的に閉じることができるので、オ
リフィス部におけるインクの乾燥を防止または減少で
き、インク顔料による目詰まりも生じない。第2に、イ
ンク噴出がオリフィスを内側から外側に開き、テーパ面
は粘性損失を低くおさえるので、プリンタ電源をオンし
たときにオリフィスに瞬時に全駆動圧力が作用される。
この利点は重要であり、インク流量が低いと溢流が生
じ、弾性材料の壁部の外側にインク滴が生じ、オリフィ
ス機能を損なう結果となるからである。このインク滴は
安定した噴流の発生を妨げるのみならず、初期の噴流の
方向にも影響を与え、噴流の発生すら妨げることとな
る。スリットがテーパ状に形成されていることにより、
初期のインク流がスリット開口部に流入しやすくなり、
その結果衝撃波が形成される。オリフィス開口部におけ
る衝撃波による圧力波動により確実に噴流が生じ、スリ
ットが膨張した場合にそこに残留していたであろう堆積
物も吹き飛ばすこととなる。また弁体(オリフィス)を
積極的に閉鎖することにより高圧が生じ、その結果スロ
ットから残留インクをも発散させることができる。よっ
てオリフィスはインク噴射開始時と同様にインク噴射終
了動作も正確に行われるように構成されている。オリフ
ィス周囲の外側面に残留インク滴が形成されることがな
いように、インク流が徐々に少なくなるような現象は生
じない。
1個またはそれ以上のオリフィスが単一の弾性材料の壁
部に形成される。そして、オリフィスと同様のアクチュ
エータ、または複数のオリフィスに対して単一のアクチ
ュエータが設けられ、例えばバーコード印刷に用いられ
る。
部に形成される。そして、オリフィスと同様のアクチュ
エータ、または複数のオリフィスに対して単一のアクチ
ュエータが設けられ、例えばバーコード印刷に用いられ
る。
図面の簡単な説明 本発明によるノズルを用いたプリンタの実施例について
以下の図面に基づき説明する。図において Fig.1乃至Fig.3はノズルの断面図。
以下の図面に基づき説明する。図において Fig.1乃至Fig.3はノズルの断面図。
Fig.4はプリンタにおけるプリントヘッドの平面図。
Fig.5はプリントヘッドの断面図。
Fig.6は第2実施例によるプリンタのプリントヘッドを
示す平面図。
示す平面図。
Fig.7は第2実施例によるプリントヘッドのアクチュエ
タを示す図。
タを示す図。
Fig.8は本発明のノズルを使用した筆記具の例を示す
図。
図。
Fig.9は第3実施例によるプリンタのプリントヘッドを
示す断面図。
示す断面図。
Fig.10A,10B,10Cは第3実施例によるプリンタの動作順
序を示した断面図。
序を示した断面図。
Fig.11は第3実施例による縮小化されたプリントヘッド
を示す平面図。
を示す平面図。
発明を実施するための最良の形態 インク圧により弁を開弁するインクジェットプリンタの
1実施例がFig.1、2に示されており、これらの図はプ
リントヘッド軸を通る縦断面図である。加圧されたイン
ク2を蓄えるための比較的剛性の高い円筒部と、該円筒
部と一体であり該円筒部の端部にある円錐形状のプラグ
部3とによりゴム製部材1が構成されている。プラグ部
3は直線テーパ状のスリット4により切開されていて、
スリットの外側面はオリフィス5を形成している。硬質
のリング状の部材がアクチュエータ6を構成している。
アクチュエータ6に負荷が作用していないときはインク
圧により円錐状の端部プラグ部は皿状に外方にへこまさ
れてスリット部がシールされる結果となる。またアクチ
ュエータに圧力が作用するとその力がプラグ部に伝わ
り、その結果円錐状の内面に張力が作用してスリットが
開く。Fig.3はスリットが開いた状態を示している。ア
クチュエータは磁気材料により駆動を受けともよいし、
人の筆記圧により駆動される。
1実施例がFig.1、2に示されており、これらの図はプ
リントヘッド軸を通る縦断面図である。加圧されたイン
ク2を蓄えるための比較的剛性の高い円筒部と、該円筒
部と一体であり該円筒部の端部にある円錐形状のプラグ
部3とによりゴム製部材1が構成されている。プラグ部
3は直線テーパ状のスリット4により切開されていて、
スリットの外側面はオリフィス5を形成している。硬質
のリング状の部材がアクチュエータ6を構成している。
アクチュエータ6に負荷が作用していないときはインク
圧により円錐状の端部プラグ部は皿状に外方にへこまさ
れてスリット部がシールされる結果となる。またアクチ
ュエータに圧力が作用するとその力がプラグ部に伝わ
り、その結果円錐状の内面に張力が作用してスリットが
開く。Fig.3はスリットが開いた状態を示している。ア
クチュエータは磁気材料により駆動を受けともよいし、
人の筆記圧により駆動される。
アクチュエータ自動化のための種々の具体例が考えられ
る。実際にはアクチュエータが使用される形態によりそ
の設計がなされる。Fig.4、5はノズル列を具備したプ
リントヘッドの長手方向及び横方向断面図をそれぞれ示
す。
る。実際にはアクチュエータが使用される形態によりそ
の設計がなされる。Fig.4、5はノズル列を具備したプ
リントヘッドの長手方向及び横方向断面図をそれぞれ示
す。
ゴム製部材7は加圧インク供給部8と接続されており、
テーパ状のスリット9が形成されたノズル列を含むもの
である。スリットは、ゴム部材をインク供給部8から導
入された櫛状の貫通刃で突き刺すことにより簡易に形成
可能である。
テーパ状のスリット9が形成されたノズル列を含むもの
である。スリットは、ゴム部材をインク供給部8から導
入された櫛状の貫通刃で突き刺すことにより簡易に形成
可能である。
Fig.4、5はノズル列を有するプリントヘッドの長手方
向並びに横方向の断面図である。
向並びに横方向の断面図である。
このプリントヘッドは例えば真鍮により形成された本体
部11を有しており、本体部11にはインク室8を規定する
大型の凹部と、その延長部8′を規定する小型の凹部が
形成されている。延長部8′は例えばゴムまたは他のエ
ラストマー材料よりなる弾性部材7に設けられ、テーパ
状のスリットが形成された複数のノズル9に接続されて
おり、該弾性部材7は延長部8′の端部を閉鎖してい
る。
部11を有しており、本体部11にはインク室8を規定する
大型の凹部と、その延長部8′を規定する小型の凹部が
形成されている。延長部8′は例えばゴムまたは他のエ
ラストマー材料よりなる弾性部材7に設けられ、テーパ
状のスリットが形成された複数のノズル9に接続されて
おり、該弾性部材7は延長部8′の端部を閉鎖してい
る。
本体部11の長さ方向に沿って複数の圧電アクチュエータ
10が設けられている。それぞれのアクチュエータは金属
製の裏当て部材13上に設けられた細長上の圧電セラミッ
ク層12を有している。インク室8を閉鎖するために例え
ばゴムシール14が圧電アクチュエータの上面を横切るよ
うに設けられている。Fig.4ではゴムシールは示されて
いないが他の手段によりインク室8をシールしても良
い。
10が設けられている。それぞれのアクチュエータは金属
製の裏当て部材13上に設けられた細長上の圧電セラミッ
ク層12を有している。インク室8を閉鎖するために例え
ばゴムシール14が圧電アクチュエータの上面を横切るよ
うに設けられている。Fig.4ではゴムシールは示されて
いないが他の手段によりインク室8をシールしても良
い。
図示された例では、それぞれのノズルは互いに約0.25mm
ずつ離れて設けられており、圧電アクチュエータの長さ
は約7mmである。ゴム部材7の厚さは10μmである。こ
のプリントヘッドは予荷重が与えられ、そのためにゴム
部材7は厚さが5μmとなるごとく圧縮を受ける。その
ことにより、スリット弁は静的な状態にて積極的に閉弁
する。熱膨張、溶剤の膨潤、またはゴムのクリープ現象
によるプリントヘッドの寸法変化は、ノズルスリット9
が通常条件下で閉鎖状態を保ち得るように、予め考慮さ
れている。圧電アクチュエータはノズル部分において約
30μmの変位量となっており、そのことによりゴム製の
ノズルが作動したときに該ノズルの有効開口長が約20μ
mとすることができる。
ずつ離れて設けられており、圧電アクチュエータの長さ
は約7mmである。ゴム部材7の厚さは10μmである。こ
のプリントヘッドは予荷重が与えられ、そのためにゴム
部材7は厚さが5μmとなるごとく圧縮を受ける。その
ことにより、スリット弁は静的な状態にて積極的に閉弁
する。熱膨張、溶剤の膨潤、またはゴムのクリープ現象
によるプリントヘッドの寸法変化は、ノズルスリット9
が通常条件下で閉鎖状態を保ち得るように、予め考慮さ
れている。圧電アクチュエータはノズル部分において約
30μmの変位量となっており、そのことによりゴム製の
ノズルが作動したときに該ノズルの有効開口長が約20μ
mとすることができる。
多数のインクを極めて短い部分に配列することも可能で
あり、ノズル間の距離を0.1mm程度の極めて短距離とす
ることも可能である。
あり、ノズル間の距離を0.1mm程度の極めて短距離とす
ることも可能である。
それぞれの圧電アクチュエータ10は電子制御手段と接続
され、適当な動作プログラムに基づいてマイクロプロセ
ッサの制御の下にそれぞれのスリットを開口または閉鎖
する。
され、適当な動作プログラムに基づいてマイクロプロセ
ッサの制御の下にそれぞれのスリットを開口または閉鎖
する。
Fig.6、7は第2実施例によるノズル列を有したプリン
トヘッドの長手方向および横方向断面図をそれぞれ示
す。
トヘッドの長手方向および横方向断面図をそれぞれ示
す。
ゴム製部材7は加圧インク供給部8とテーパ状のスリッ
ト9を形成したノズル列を一体的に有する。スリットは
ゴム部材の全体を貫通刃により突き刺すことにより形成
され、その後に適当な接着剤を用いて端壁を介してこれ
らをシールする。アクチュエータ10はゴム製部材に接着
されたバネクリップにより形成される。インク圧との協
働により、バネは圧縮力を生じさせて弁を閉弁状態とす
る。コイル11を励起させるとヨーク12を介して磁力が発
生し、該磁力によりバネクリップ拡開させ、その結果ノ
ズルを開く。複数のクリップが対応するオリフィス(ノ
ズル)に対して設けられてる。
ト9を形成したノズル列を一体的に有する。スリットは
ゴム部材の全体を貫通刃により突き刺すことにより形成
され、その後に適当な接着剤を用いて端壁を介してこれ
らをシールする。アクチュエータ10はゴム製部材に接着
されたバネクリップにより形成される。インク圧との協
働により、バネは圧縮力を生じさせて弁を閉弁状態とす
る。コイル11を励起させるとヨーク12を介して磁力が発
生し、該磁力によりバネクリップ拡開させ、その結果ノ
ズルを開く。複数のクリップが対応するオリフィス(ノ
ズル)に対して設けられてる。
Fig.8に示されるペン体に関する実施例では、加圧剤に
よりインクが加圧されている。この加圧材はガス体がイ
ンク内にあって加圧下で溶解しているか、インク内で低
沸点溶液として存在する。インク内の加圧剤溶液はペン
体内に設けられた多孔性エレメント内に保持され、それ
は毛細管現象を利用して流体的にノズルと接続される。
かかる構成によりインク漏れが防止されると共に加圧剤
の消耗が防止される。加圧剤はインク液面上を浮遊する
低沸点液体でもよく、このような加圧剤を優先的に吸収
し得る連続セル状のスポンジ挿入体にインクを含ませて
も良い。その他の例としては移動可能なピストンにより
インクと加圧剤とを物理的に分離することが考えられ
る。
よりインクが加圧されている。この加圧材はガス体がイ
ンク内にあって加圧下で溶解しているか、インク内で低
沸点溶液として存在する。インク内の加圧剤溶液はペン
体内に設けられた多孔性エレメント内に保持され、それ
は毛細管現象を利用して流体的にノズルと接続される。
かかる構成によりインク漏れが防止されると共に加圧剤
の消耗が防止される。加圧剤はインク液面上を浮遊する
低沸点液体でもよく、このような加圧剤を優先的に吸収
し得る連続セル状のスポンジ挿入体にインクを含ませて
も良い。その他の例としては移動可能なピストンにより
インクと加圧剤とを物理的に分離することが考えられ
る。
Fig.8は中心軸を対称的に通過した矢じり状のペン体断
面図である。筒体101はインク102を貯留し、インクは低
沸点液体103により加圧される。そして低沸点液体103は
ゴム製のピストン104によりインクと画成されている。
ゴム製部材105は筒体101に挿入されペン体全体をシール
するとともにオリフィス(ノズル)を構成する。筒体10
1はゴム製部材105上を摺動的に移動可能であり、これと
嵌合してゴム製部材に半径方向の圧力を生じさせる。そ
のことによりオリフィス穴107が閉じられる。金属製ア
クチュエータ108に筆圧が作用すると、ゴム製部材105が
後退し、その結果オリフィスが開かれる。このオリフィ
ス開弁動作はオリフィス内側面から外側に向かってなさ
れ、かくして初期の開弁動作から始まって全圧力がオリ
フィスに作用する。換言されば、オリフィス(ノズル)
は当初は外側から閉じ、その外周面にインク液が生じる
のを防止している。
面図である。筒体101はインク102を貯留し、インクは低
沸点液体103により加圧される。そして低沸点液体103は
ゴム製のピストン104によりインクと画成されている。
ゴム製部材105は筒体101に挿入されペン体全体をシール
するとともにオリフィス(ノズル)を構成する。筒体10
1はゴム製部材105上を摺動的に移動可能であり、これと
嵌合してゴム製部材に半径方向の圧力を生じさせる。そ
のことによりオリフィス穴107が閉じられる。金属製ア
クチュエータ108に筆圧が作用すると、ゴム製部材105が
後退し、その結果オリフィスが開かれる。このオリフィ
ス開弁動作はオリフィス内側面から外側に向かってなさ
れ、かくして初期の開弁動作から始まって全圧力がオリ
フィスに作用する。換言されば、オリフィス(ノズル)
は当初は外側から閉じ、その外周面にインク液が生じる
のを防止している。
Fig.9乃至Fig.11に示される第3実施例によるプリント
ヘッドは,Fig.4、5に示される構成と同様であり、同一
の番号は同一の部材を示している。
ヘッドは,Fig.4、5に示される構成と同様であり、同一
の番号は同一の部材を示している。
プリンタ本体11は非加圧インク供給部8と複数のインク
通路8′を有している。複数(例えば128個)のインク
通路8′は本体11とインバール(商標)製の裏当てスト
リップ13との間に形成され、該ストリップ13上には単一
形態性(ユニモルフ,unimorph)の圧電セラミックエレ
メント12が設けられている。ゴム製部材7はインク通路
8′の端部に設けられて通常インク通路8′を閉鎖す
る。このゴム製部材7はテーパ状のスリット9が複数形
成された128個のノズル列を有しており、スリットは、
ゴム部材をインク供給部8または外部から導入された櫛
状の貫通刃を用いて突き刺すことにより簡易に形成可能
である。本体部11は例えば真鍮により形成され、本体部
11はインク室8を規定する大形の凹部と、インク通路
8′を規定する小型の凹部を形成している。
通路8′を有している。複数(例えば128個)のインク
通路8′は本体11とインバール(商標)製の裏当てスト
リップ13との間に形成され、該ストリップ13上には単一
形態性(ユニモルフ,unimorph)の圧電セラミックエレ
メント12が設けられている。ゴム製部材7はインク通路
8′の端部に設けられて通常インク通路8′を閉鎖す
る。このゴム製部材7はテーパ状のスリット9が複数形
成された128個のノズル列を有しており、スリットは、
ゴム部材をインク供給部8または外部から導入された櫛
状の貫通刃を用いて突き刺すことにより簡易に形成可能
である。本体部11は例えば真鍮により形成され、本体部
11はインク室8を規定する大形の凹部と、インク通路
8′を規定する小型の凹部を形成している。
ノズルは互いに約0.25mm離れて設けられ、圧電アクチュ
エータの長さは約4mmである。ゴム製部材7の厚さは50
μmであり、かかるプリントヘッドは予荷重が与えら
れ、そのためにゴム部材7は適当な厚みとなるように圧
縮を受ける。
エータの長さは約4mmである。ゴム製部材7の厚さは50
μmであり、かかるプリントヘッドは予荷重が与えら
れ、そのためにゴム部材7は適当な厚みとなるように圧
縮を受ける。
長孔の形成されたユニモルフと、貫通用櫛体と、プリン
タ本体との積層体に生ゴムを注入し硬化させと、テーパ
状の端部を伴った通路と、アクチュエータ間の流体シー
ル部と、隣接するインク通路間の孤立したゴム壁と、ア
クチュエータの周囲の電気絶縁体が形成される。その後
に外部から圧力を作用させると櫛形貫通刃の切断部が外
壁に突き刺さり、オリフィス列が形成される。その後に
ユニモルフは、ゴム体内に所望の残留圧縮応力を生じさ
せる程度の隙間を保しつつプリンタ本体と接着される。
タ本体との積層体に生ゴムを注入し硬化させと、テーパ
状の端部を伴った通路と、アクチュエータ間の流体シー
ル部と、隣接するインク通路間の孤立したゴム壁と、ア
クチュエータの周囲の電気絶縁体が形成される。その後
に外部から圧力を作用させると櫛形貫通刃の切断部が外
壁に突き刺さり、オリフィス列が形成される。その後に
ユニモルフは、ゴム体内に所望の残留圧縮応力を生じさ
せる程度の隙間を保しつつプリンタ本体と接着される。
Fig.11に示されるように、それぞれの圧電アクチュエー
タ10はそれぞれ群をなして電子制御手段と接続される。
電子制御手段は一部に複数のシリアル・パラレル集積回
路駆動チップ15を有し、適当な動作プログラムに基づい
てマイクロプロセッサの制御の下にそれぞれのスリット
を開口または閉鎖する。かかる構成により、単一の低電
圧データラインにより複数のアクチュエータを駆動させ
ることができ、凋密なピッチの高電圧マルチウェイコネ
クタの使用を排除することができる。個のチップ15は図
示されるようなエッヂコネクタ16を介して適当な入力部
が設けられている。
タ10はそれぞれ群をなして電子制御手段と接続される。
電子制御手段は一部に複数のシリアル・パラレル集積回
路駆動チップ15を有し、適当な動作プログラムに基づい
てマイクロプロセッサの制御の下にそれぞれのスリット
を開口または閉鎖する。かかる構成により、単一の低電
圧データラインにより複数のアクチュエータを駆動させ
ることができ、凋密なピッチの高電圧マルチウェイコネ
クタの使用を排除することができる。個のチップ15は図
示されるようなエッヂコネクタ16を介して適当な入力部
が設けられている。
Fig.10A乃至10Cはそれぞれのスリット9の動作順序を示
しており、それぞれの圧電ユニモルフ12が励起されるこ
とにより、インク供給室8からのインクをそれぞれのイ
ンク通路8′に導いている。ここでは圧力の減少により
スリット9は依然閉じている。次にユニモルフはもとの
位置に戻るが、その結果インク通路に流入したインクは
減速されインク圧力が必然的に増加し、スリット9を開
口させてノズルよりインクを噴射する。圧力が減少する
とノズルが閉じ、噴射されるべきインク流が遮断され
る。インクの流れの中断はインクが依然高圧下にある時
になされ、実際上同様の速度にて流れているインク流は
完全に遮断される。ユニモルフは次に待機位置にもと
る。
しており、それぞれの圧電ユニモルフ12が励起されるこ
とにより、インク供給室8からのインクをそれぞれのイ
ンク通路8′に導いている。ここでは圧力の減少により
スリット9は依然閉じている。次にユニモルフはもとの
位置に戻るが、その結果インク通路に流入したインクは
減速されインク圧力が必然的に増加し、スリット9を開
口させてノズルよりインクを噴射する。圧力が減少する
とノズルが閉じ、噴射されるべきインク流が遮断され
る。インクの流れの中断はインクが依然高圧下にある時
になされ、実際上同様の速度にて流れているインク流は
完全に遮断される。ユニモルフは次に待機位置にもと
る。
ユニモルフの性能は明らかにせん断応力に対するユニモ
ルフとインバールとの接着強度に依存する。最適な接着
剤は有機ポリマー系のものであり、それは基本的にユニ
モルフ材料より低い強度を具備する。一つの方法とし
て、接着面を粗面化し、調整された粒径を有する角のあ
る硬質粉体を接着剤に混ぜて使用することがあげられ
る。または粉体を粗面内に位置させ、せん断応力を作用
させて粉体を粗面内に詰め込めば、上記粉体混合の接着
剤と同等の強固な接着を得ることができる。次に粉体を
所定の場所に保持するために接着剤を注入すれば良い。
ルフとインバールとの接着強度に依存する。最適な接着
剤は有機ポリマー系のものであり、それは基本的にユニ
モルフ材料より低い強度を具備する。一つの方法とし
て、接着面を粗面化し、調整された粒径を有する角のあ
る硬質粉体を接着剤に混ぜて使用することがあげられ
る。または粉体を粗面内に位置させ、せん断応力を作用
させて粉体を粗面内に詰め込めば、上記粉体混合の接着
剤と同等の強固な接着を得ることができる。次に粉体を
所定の場所に保持するために接着剤を注入すれば良い。
インクの非圧縮性により、アクチュエータがわずかでも
変形すればインク圧力が即座に上昇する。アクチュエー
タの変形量に相当するインク量がスリット又はノズルか
ら滲出する。変位したインクのうちのいずれかは弁を開
弁させ、弁は変換器の最大変位以上の変位量にて閉弁さ
れる。よってこの装置は流体圧増幅器として作用する。
変形すればインク圧力が即座に上昇する。アクチュエー
タの変形量に相当するインク量がスリット又はノズルか
ら滲出する。変位したインクのうちのいずれかは弁を開
弁させ、弁は変換器の最大変位以上の変位量にて閉弁さ
れる。よってこの装置は流体圧増幅器として作用する。
単にユニモルフを押圧することによる圧力衝撃によって
えられる流体圧力よりも、スロット8′を拡開するため
のユニモルフの初期励起により得られる流体圧力のほう
が高圧でありノズルを流れるインク変位量をより以上と
することができる。消費電力の削減のため励起電圧を低
下させ、より頻繁に作動させるためにユニモルフの長さ
を減少させることによりこのような利点を活かすことと
なる。
えられる流体圧力よりも、スロット8′を拡開するため
のユニモルフの初期励起により得られる流体圧力のほう
が高圧でありノズルを流れるインク変位量をより以上と
することができる。消費電力の削減のため励起電圧を低
下させ、より頻繁に作動させるためにユニモルフの長さ
を減少させることによりこのような利点を活かすことと
なる。
ゴム製の弁又はノズルはユニモルフのプリンタ本体アセ
ンブリに外側から組み付けることもできる。そのことに
より弁に関する自由度が増し、製造上の許容性が増加
し、製品の機械的特性を不当に変化させることなくゴム
の膨潤について溶剤量がわずかであってもよい。
ンブリに外側から組み付けることもできる。そのことに
より弁に関する自由度が増し、製造上の許容性が増加
し、製品の機械的特性を不当に変化させることなくゴム
の膨潤について溶剤量がわずかであってもよい。
Claims (20)
- 【請求項1】弾性材料(1)に形成されたオリフィスを
有するノズル/弁体(4)であって、該オリフィスが弾
性材料内のスリット若しくは穴(4、9、109)であ
り、上記弾性材料(1)が圧力により通常はオリフィス
を閉鎖しており、制御によって弾性変形し該オリフィス
を開状態とし得るものであることを特徴とするインクジ
ェットプリンタや筆記具に用いられる組み合わされたノ
ズルと弁体(4)。 - 【請求項2】請求の範囲第1項に記載されたノズル/弁
体を有するインクジェットプリンタ。 - 【請求項3】インクを貯留するためのインク室(8)が
形成され、印字面に対してジェット状のインクを噴射印
字するため該インク室(8)の壁に形成された閉鎖可能
なオリフィスが設けられ、該オリフィスは該インク室の
少なくとも一部の壁部を構成する弾性材料(1)に形成
されたスリットまたは穴(4、9)により形成され、該
スリットまたは穴(4、9)を開閉するために該弾性材
料(1)に係合し該弾性材料(1)を変形させるために
動作可能なアクチュエータ(6、12)が設けられたこと
を特徴とするインクジェットプリンタ。 - 【請求項4】該インク室(8)は外方から加圧されてい
ることを特徴とする請求の範囲第3項記載のインクジェ
ットプリンタ。 - 【請求項5】該インク室(8)は該アクチュエータ(1
2)の移動により加圧されることを特徴とする請求の範
囲第3項記載のインクジェットプリンタ。 - 【請求項6】該アクチュエータ(12)は圧電素子により
構成されることを特徴とする請求の範囲第3項または第
5項記載のインクジェットプリンタ。 - 【請求項7】該圧電素子は圧電ユニモルフにより構成さ
れていることを特徴とする請求の範囲第6項記載のイン
クジェットプリンタ。 - 【請求項8】該圧電素子(12)は該インク室(8)側で
裏打ちストリップ(13)に接合されていることを特徴と
する請求の範囲第6項または第7項記載のインクジェッ
トプリンタ。 - 【請求項9】複数の閉鎖可能なスリット若しくは孔部
(4、9)とそれぞれに関連するアクチュエータ(6、
12)とを有する請求の範囲第1項乃至第8項のいずれか
1記載のインクジェットプリンタ。 - 【請求項10】該圧電素子(12)は櫛形形状であること
を特徴とする請求の範囲第6項乃至第8項を前提とした
請求の範囲第9項記載のインクジェットプリンタ。 - 【請求項11】該弾性材料(1)よりなるオリフィスは
テーパ状をなし粘性抵抗効果により圧力水頭の損失を減
少させたことを特徴とする請求の範囲第2項乃至第6項
のいずれか1記載のインクジェットプリンタ。 - 【請求項12】複数の閉鎖可能なスリット若しくは穴
(9)と、これにそれぞれ対応する複数のアクチュエー
タ(12)と、上記スリット若しくは穴(9)にインク室
(8)からインクを導くためのスリット若しくは穴
(9)に対応した複数のインク通路(8′)とを有し、
上記インク通路(8′)が一体的に形成されたゴム製部
材によって流体的に分離されていることを特徴とする請
求の範囲第3項乃至第10項のいずれか1記載のインクジ
ェットプリンタ。 - 【請求項13】該弁体/ノズルがその内側面から外側面
に向かって開き、外側面から内側面に向かって閉じるこ
とを特徴とする請求の範囲第2項乃至第12項のいずれか
1記載のインクジェットプリンタ。 - 【請求項14】該弁体/ノズルがアクチュエータ(12)
と支持部材(11、13)とに接続されていることを特徴と
する請求の範囲第3項乃至第13項のいずれか1記載のイ
ンクジェットプリンタ。 - 【請求項15】請求の範囲第3項乃至第14項のいずれか
1記載のインクジェットプリンタの動作方法であって、
該インク室(8)の容量を減少させるように該アクチュ
エータ(12)を作動させることを特徴とするインクジェ
ットプリンタの動作方法。 - 【請求項16】該インク室(8)は最初に拡大してイン
クの該インク室(8)に対する流入を引き起こすことを
特徴とする請求の範囲第15項記載の方法。 - 【請求項17】請求の範囲第1項記載のノズルを設けた
筆記具。 - 【請求項18】該インクは加圧ガス体または低沸点液体
により噴出することを特徴とする請求の範囲第17項記載
の筆記具。 - 【請求項19】該加圧体は該インク内に溶解しているこ
とを特徴とする請求の範囲第18項記載の筆記具。 - 【請求項20】該インクと加圧体が筆記具内の多孔性材
料内に吸収されて保持されていることを特徴とする請求
の範囲第18項記載の筆記具。
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