JPH07504369A - 電気的マーキング装置 - 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】 電気的マーキング装置 本発明は、ハンドベルトの電気的に制御可能な図面及び執筆用の装置に関するも のである。当該装置は、装置が作成するマークの幅及びパターンを電気的に制御 する。特に、本発明は、インクジェット技術を使用するライティング（ｗｒｉｔ ｉｎｇ　）装置に関するものである。

ボールペン、ファイバチップペン、鉛筆、万年筆などを含む種々の書き込み器具 があるが、これらを用いて、線を描き、文字や絵を形成することができる。異な る幅の線が必要な場合には別のペンを使用しなければならない。線の濃さを変更 しなければならない場合には他のペンまたはインクを使用しなければならない。

ユーザは、パターン、文字、構造を作り出すのに手の器用さが必要である。さら に、慣用の装置では、インクを基板に送るために、インク配送装置と基板とが接 触することを前提にしていた。インク配送装置が基板と接触しなければならない という制約のために、実現する特徴の数および性能のレベルを妥協しなければな らない。

ＵＳ−Ａ−４７４８９３８は、表面が凸凹であったり滑らかな為に慣用の接触式 マーキングが困難な場合に、インクジエツトノズルを使用し、完全に表面と非接 触なマーキングを可能にしたペンについて記載している。インクの配送は、ペン の側部に取り付けられた手動式スイッチによって制御される。このことによって 、難しい表面への書き込みに関する問題と取り組むものであるが、ライティング 装置を紙面上でスライドさせて、高品質なライティングおよび作図を供給する手 段を提供するものではない。

本発明は、現存するマーキング装置の欠点を解消し、慣用の技術では不可能であ った特徴および利益を提供するために案出された。

本発明によるハンドベルトマーキング装置は、書き込み面にマークを作成するた めの電気的に起動されるライティングヘッドと、前記書き込み面と平行な平面内 の任意の方向に前記ライティングヘッドが移動する場合を検出する移動検出セン サと、前記センサが前記ライティンク入ツドと前記書き込み面との相対的な動き を検出した時に、前記ライティングヘッドを起動させるための手段と、 を備えている。

複数の異なる種類または大きさのマークを書き込み面に作成できるように前記ラ イティングヘッドを構成し、且つ前記ハンドベルトマーキング装置が、前記具な るマークの種類または大きさのいづれを作成するかを選択するための選択手段を さらに備えていることが好ましい。

前記マークが、種々のパターンのマーク、種々の濃度のマーク、異なる幅のマー クなどを発生させるように構成することのできる複数ノズルのインクジェットラ イティングヘッドにょ７て作成されることが好ましい。しかし、単一のノズルを 有しているハンドベルトマーキング装置の場合は特に、発生する小滴の大きさを 前記選択手段によって調整し、例えばｊｍかれる線の幅を変更できる。

当該ハンドベルトマーキング装置は、電力を電子回路に供給し、前記選択手段及 び前記移動検出センサを監視すると共に適切な信号を供給し、前記ライティング ヘッドを制御し、また電力を電源回路に供給し、前記ライティングヘッド及び電 子回路を必要な電気供給を用いて駆動させるための（再充電可能な）バッテリを 備えていることが好ましい。

交換可能なカートリッジにマーキング液を備えていることが好ま、　しい。

本発明による好適例は、マーキング機構として複数ノズルのインクジェットカー トリッジを備えている。これは、マイクロプロセッサ、ＡＳＩＣ，離散形電子構 成素子、またはこれらの組み合わせによって制御され、ユーザによって選択され る可変の幅、濃度、パターンのラインを書き込む。同時係属特許出願の課題であ る好適なセンサは、前記書き込み面を移動する際のスタイラスの振動を検出ため のピエゾ電気振動センサである。

このようにして、ユーザは、異なる数のノズルを選択することによって書かれる ラインの幅を変更でき；電気的に発生する選択可能なパターンの範囲で描写を行 ったり陰影を付けることができるとともに；異なるインク配送速度を選択するこ とによってマークの濃度を変更することができる。

本発明によるハンドベルトマーキング装置は、ユーザによって前記マーキング装 置に供給される圧力を検出するための圧力検出手段を備え、当該圧力検出手段か らの信号を使用し、例えば、前記マーキング装置が供給する複数の異なるライン 幅のいづれかを選択することができる。前記圧力検出手段を移動検出センサと統 合し、パーツ数を減少させることが好ましい。

以下図面を参照して本発明の詳細な説明する。

図１は、本発明の一実施例を示す図式的な斜視図であり、・図２は、当該実施例 の制御用電子回路を示すブロック図であり、図３は、当該装置によって発生させ ることのできる種々のパターンを示す図であり、 図４は、当該装置によってマークされる一般的なビットマツプのパターンを示す 図である。

残りの図面は、第２の実施例に関する図であり、図５Ａは、第２実施例の分解図 であり、図５Ｂは、組み立てられた当該装置の側面図であり、図５Ｃは、組み立 てられた当該装置の断面図であり、図６は、第２実施例におけるノズルプレート および基板の平面図であり、 図７Ａ〜７Ｇは、インクジェットカートリッジ構成素子の種々の構成素子を示す 図であり、図７Ｇは、組み立てられたカートリッジを示す断面図であり、 図８Ａ〜８Ｃは、カートリッジのライティング装置への挿入工程を示す図であり 、 図９は、センサアセンブリの平面図であり、図１０は、センサアセンブリの部分 側面図であり、図１１ＡおよびＩＩＢは、ペーパーシートと接しているセンサの 一部を示す図であり、図１１Ｂはがなり拡大した図であり、図１２Ａおよび１２ Ｂは、電子構成素子のブロック回路図であり、図１３は、センナ信号のフィルタ 処理を示す波形図であり、図１４は、ノズル基板をペン内の電子構成素子に接続 するのに使用されるフレキシブルコネクタボードの平面図であり、図１５Ａおよ び１５Ｂは、インクカートリッジのペンベの取り付けをさらに詳細に説明する図 である。

第１の実施例による装置はケース１を備え、当該ケース１中には、取り外し可能 インクジェットカートリッジ２と、カートリッジ保持器３と、振動センサ４と、 ２個の電気回路基板５．６と、液晶ディスプレイ７と、スイッチ８〜１１と、バ ッテリ１２と、外部電源接続用のソケット１３と、コンピュータまたはデータ端 末用のソケット１４と、制御用電子回路をインクジェットカートリッジ２に接続 する為の相互接続及び接点１５．１６とが配置されている。ケース１は、作動素 子を保持するとともに、キャップ１７を有し、使用していないときに、センサ及 びインクジェットアクチュエータ又はカートリッジチップ１８を被覆している。

インクジェットアクチュエータは、ＵＳ−Ａ−４５００，１１９５に示されてい る種類のものとすることができる。その動作、使用方法、用途は、ヒユーレット ・パラカード設計者ガイド（ｔｌｅｗｌｅｔｔ　Ｐａｃｋａｒｄ　（ＩＰ）Ｄｅ ｓ１ｇｎｅｒ’ｓ　Ｇｕｉｄｅ　５９５４−８５１５　（１１／８Ｂ）　）　、 ＨＰジャーナル１９８５年５月、及びＨＰデータシートに記載されている。ハン ドベルト（ｈａｎｄｈｅｌｄ）の装置のサイズに匹敵するサイズを実現するため に、ＵＳ−Ａ−４７７１，２９５に示されている種類の発泡体ベースのインクタ ンク（ａ　ｆｏａｍ　ｂａｓｅｄ　ｉｎｋ　ｒｅｓｅｒｖｏｌｒ）とともにアク チュエータを使用することが望ましい。結果的に、小型プラスチック製カートリ ッジ２を使用した。当該カートリッジ２上に、アクチュエータ１８が取り付けら れ、カートリッジ２内の発泡体タンク（ａ　ｆｏａｍ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ）内 に多量のインクが蓄えられている。

マーキング装置を作動させるために、カートリ・ンジ２が、ケース１のカートリ ッジ保持部３に挿入される。カートリッジ及びケースの特徴から、アクチュエー タ上の接点１６が、ケース内の接点１５に対して正しく位置決めされることが保 証される。ケース接点１５は、カートリッジ保持器内に取り付けられたフレキシ ブルプリント回路上の領域として形成されることが好ましい。クリップを用いて 、カートリッジ２を、ケース接点１５との良好な接触を保ちつつ、カートリッジ 保持器３内に固定することができる。

インクジェットアクチュエータ１８は、ガラス製基板から成り、その基板上に、 オリフィス（孔口：　ｏｒｉｆｉｃｅ　）から成る整合アレイの下方に位置決め された薄膜抵抗性加熱素子のアレイと、インクジェットアクチュエータ基板表面 に固定された電気的に形成されたプレート内に形成されたインク室と、が形成さ れている。このインク室は、プレート内のマニフォールド（多岐管：　５ａｎ１ ｆｏｌｄ）及び基板内の穴を介して、基板後方のインクタンクに通じて（する。

アクチュエータ基板上の薄膜導体によって、アクチュエータ接点が形成され、加 熱素子に接続される。電気）くルス信号が加熱素子の接点に供給された場合、加 熱素子はインク内に気相Ｉくプルを発生させ、対応するオリフィスから少量のイ ンクを放出する。

カートリッジ保持器３に、振動センサ４が形成される。当該振動センサ４は、メ タル・カンチレバー（ｃａｎｔｌ　１ｅｖｅｒ）ビーム（当該出願人による同時 係属出願９２０４５９２．１参照）で構成され、自由端にスタイラス（ｓｔｙｌ ｕｓ）を有している。ピエゾ電気によるセラミックトランスデユーサをビームに 接触させる。ペンが表面上を移動する際、ビームが振動し、これらの振動からト ランスデユーサが電気信号を発生させる。この信号を用いて、インクジェットヘ ッドを作動させる制御用電子回路を制御する。

図２は、制御用電子回路のブロック図である。コンパクトなサイズにするために 、２個の小型プリント基板５．６を用いて制御用電子回路を構成することが好ま しい。特定目的の集積回路を用いて、できるだけ小体積内に、多くの所望の機能 的ブロックを実現する。

スイッチ８〜１１及びディスプレイ７によって、ユーザが所望の動作パラメータ を選択することができる。ディスプレイは、多数のアイコン又はメツセージを示 し、どの動作モードが選択されたのかを示すことができる。７セグメントキヤラ クタ等の数字のインディケータは、多数の適用例の中のどの適用例が選択された のかを示す。

ユーザは、３個のパラメータ設定モード、すなわちラインモード、パターンモー ド及び濃度モードを切り替えることができる。ラインモードが選択された場合、 ユーザは、起動されるべきノズル数を特定することができる。上記実施例におい ては、ノズル数を１〜１２個の範囲にすることができる。インクジェットヘッド が書き込み基板上を走査している時、センサ信号が供給されている限り、選択さ れた数のノズルが反復的に起動され、約０．２５ｍｍ〜３ｍｍの幅のラインマー クが供給される。

マイクロプロセッサ１９は、制御用パルスをインクジェットヘッドに供給するこ とによつて、適切なノズルを起動させる。インクジェットヘッドは、マイクロプ ロセッサが使用するよりも高い正確な電圧値のパルスを必要とする。インクジェ ットヘッドパルスでは、パルス長も正確でなければならず、多数のノズルが起動 される場合には、これらはわずかに異なる時点で起動され、望ましくない相互作 用を避ける必要がある。基本的なマイクロプロセッサのロジック信号は、駆動回 路によって、インクジェットヘッドによって必要と、される形式に変換される。

センサ回路は、振動センサ出力から、望ましくないノイズ及び信号をフィルタ処 理する。センサ回路は、比較器を使用し、十分な振動が生じている時に、マーキ ング装置が書き込み面上を移動していること、及びインクジェットヘッドが起動 されるべきことをマイクロプロセッサ１９に対して示すロジック信号を生成する 。

パターンモードが選択された場合、ユーザはブツシュボタンスイッチを使用し、 特定の番号が付されたパターンを利用可能なパターンの中から選択することがで きる（例えば、図３参照）。パターンは、特定のパターンによって規定されるタ イムシーケンスで選択的にノズルを起動させることによって生成される。当該シ ーケンスは、種々の方法で生成される。シーケンスは、方程式又はアルゴリズム 、例えば規則的なチェッカー盤パターン又は疑似ランダムパターンを生成するこ とによって供給される。また、シーケンスは所望のパターンのルックアップテー ブルまたはビットマツプ表示を参照することによっても供給される。

パターンシーケンスの長さは、シーケンスを記憶するのに必要なメモリ量などの 技術的なこと、及び芸術的な考慮に関連する選択的な事項である。

上記実施例においては、ビットマツプパターンのパターンシーケンスの長さを、 ４８画素、すなわち４８ドツトに選択する。パターンの高さは、ノズル数によっ て１２に規定される。図４は、典型的なパターンビットマツプを示している。

電気回路は、ソフトウェア及びパターンのためのメモリを必要とする。上記実施 例においては、コンパクト設計及び経済的な設計のために、使用されるマイクロ プロセッサ１９は、オンチップＲＯＭ及びＲＡＭを備え、トータルで約４０のビ ットマツプパターンを記憶することができる。

通常、マイクロプロセッサ１９は、ビットマツプパターンを反復して配列し、ユ ーザがマーキング装置を移動させている限り、連続的なパターンラインを生成す る。マーキング装置のモードを、パターンを１シーケンスだけ起動させるシング ルショットモードに切り替えるための装置を設けることもできる。

マイクロプロセッサ１９がインクジェットノズルを起動する周波数は、基本的に は、システムのクロック周波数から得られる。上記の種類のインクジェットヘッ ドは、０〜約２　ｋＨｚの周波数で起動される。ラインを描いている時、ノズル 起動速度が速いほど、ラインの単位長さ当たりのインク堆積量は多く、従って、 より濃いラインが生成される。同様に、パターンモードにおいて、起動速度が速 いほど、パターンシーケンスが圧縮される距離が短く、従って濃度が高くなる。

濃度設定モードにおいて、ユーザは、インクジェットヘッドが起動する速度に関 連する番号を選択することができる。

ユーザは、制御回路を操作し動作速度を手動で調整し、異なる書き込み速度に合 わせることができる。このことに関連して、振動センサは、書き込み速度に伴っ て変動する信号を生成する。センサ回路を付加し、例えば中間振動周波数を測定 し、書き込み速度信号を生成することができる。マイクロプロセッサ１９は、こ の書き込み速度信号を使用し、起動速度を、その公称値から自動的に調整できる 。

マイクロプロセッサ１９は、設けられたソケット１４を介して、シリアル相互接 続にわたって、コンピュータ或いはその他の電気デバイスと通信することができ る。このリンクの１つの用途として、ジョイスティック速度制御が提供される。

他の用途として、書き込み速度信号が、ライティング器具が書き込みを行う書き 込み媒体の下方のグラフィックス・タブレット（ｇｒａｐｈｉｃｓ　ｔａｂｌｅ ｔ　）から、マイクロプロセッサ１９に供給される。さらに他の用途として、パ ターンが、コンピュータ又はその他のパターンが作成される端末装置から、マイ クロプロセッサ１９及びメモリにダウンロード（ｄｏｗｎｌ。

ａｄ）される。

再充電可能なバッテリ１２を使用して、マーキング装置に電源を供給する。バッ テリ充電器又は外部電源は、ソケット１３を介して接続される。再充電不可能な バッテリを使用することもできるが、ＤＣ−ＤＣコンバータ（ＰＳＵ）２０を設 け、インクジェットヘッドが必要とする電圧を発生させる。このように構成する のは、小型バッテリからの電源供給に不都合が生じるがらである。電源供給回路 はコンバータの出力を監視し、これを所望のレベルに高精度で制御する。

本発明を特定の実施例、応用例および技術につき説明したが、本発明の範囲内に おいて種々の変形が可能である。例えば、液体を、視覚的な観察をするためのイ ンクとするのではなくて、粘着物、化粧品、或いはプリント基板のトラックを形 成するための導電性溶液とすることができる。センサを、上記グラフィックス・ タブレットなどの全方向性の代用物とすることができる。マーキング機構は、滴 下が必要なインクジェットヘッド（ａ　ｄｒｏｐ　ｏｎ　ｄｅｍａｎｄ　１ｎｋ 　ｊｅｔｈｅａｄ）である必要はないが、例えば感熱紙に印刷する印刷機構とす ることができる。

次に、第２の実施例につき、図５〜１３を参照して説明する。一般的に、多くの 構成要素は同一であるが、第２の実施例は好適例であり、以下にさらに詳細に説 明する。

第２の例のライティング器具は、第１の例とかなり類似しており、マルチノズル φインクジェットヘッドを基調としている。その主な特徴は、 コンパクトで、人間工学に基づき、必要なものがすべて揃い、ハンドベルトであ り、 バッテリ駆動であり、 更新可能なインク供給およびインクジェットへ・ソドを備え、自然な書き込み動 作を提供できるように制御されたセンサを備え、多様なラインおよびパターンを 書くことができ、他の種々の電気的装置に取り付けることができ、ユーザが、パ ターンを選択および／またはプログラムすることができること 低コスト化、大量生産に好適であることである。

ペンの主な構成要素は、 ケースワーク（ｃａｓｅｖｏｒｋ） インクカートリッジ（ヘッド及びインクを含む）ライティングセンサ 電気的なサブシステム である。

ペンの機能的要件によって、ペンが何をすべきかが規定される。

ペンを特定することによって、ペンがどの様な特徴を前記要件に適合させなけれ ばならないかが規定される。ペンの各部分毎に、重要である特定の要件及び仕様 が存在する。以下のセクションは、ペンの主要な構成要素の要件及び仕様を説明 している。

ケースワーク（図５Ａ〜５Ｃ） ペンのケース１は、図５Ａ〜５Ｃに最も良く表されている。このケースは、２つ の主要部分１００．１０１を有し、ライティング器具（すなわち、ペン）の他の 構成要素を包囲すると共に支持する。

ポケットクリップ１０２を設けるとともに、インクカートリッジの交換を除き、 通常の使用において、ユーザは内部を見ることはできない。ペンは、快適さのた め、及び（後述するように）再充電可能なバッテリを収容できるように、模型の 断面を有している。隔壁１０３は、電気的な構成素子をインクカートリッジ用の スペースから分離しており、後部仕切１０４はクリップ１０２を備え、２個の主 要部分１００及び１０１を互いに保持するように作用する。

インクジェットヘッド（図６） ヘッド２０は、高速書き込みの場合に十分な速度で種々のパターン、ライン及び 波線を生成することができるとともに、種々の日常的な事務用紙に高品質書き込 みを行いながら、ハンドベルトサイズのバッテリ動作に好適な電源の要件を備え ている。このヘッドは小型であり、ペンのような外形をしており、優れた筆跡を 提供する。

また、このヘッドは、慣用のバブルジェット・プリントヘッドである。

ヘッドは、所定のピッチでノズルプレート２３上に１２個のノズル２２を有して いるガラス製基板２１を備え、０．２〜３．　２ｍｍのライン幅で、且つ１２５ ０　［ドツト７秒］の最大滴下速度で、１センチメートル当たり３８ドツト（１ インチ当たり９６ドツト）を供給する。

インクカートリッジ（図７Ａ〜図７Ｇ）インクカートリッジ３０は、すべての方 向に作用しなければならず、使用中、移動中または保存中においてリークしては ならず、コストを正当化し、消費者の便のために十分なインクを有していなけれ ばならない。カートリッジは、交換または色を変えるために、容易に取り外し可 能でなければならず、ペン本体との電気的な接続を設けている。

インクは、２よりも大きなｃｃｓ、５０ｍｇ／１００ｍで供給され、０．２ｍｍ 幅のラインを規定する。毛管発泡体（ｆｏａｍ）材料３１を、タンク３４の抑制 媒体として使用する。多くのインクジェットプリンタヘッドは、はぼ垂直な紙面 に印刷するように設計されているが、本発明によるインクジェットプリンタヘッ ドは、ポイントアップ、ポイントダウン又はその中間の際に動作する必要がある 。

このことによって、タンクの位置がインクジェットオリフィスの上方又は下方に ３センチメートルまでの場合には良好な印刷を行うことができるが、垂直の（通 常の）場合よりも厳しい要件がタンク３０に課せられる。このため、設計により 、±３０ｍｍのインクによる重力差を補償する。

適切に通気孔を設けたタンクが必要であり、カートリッジに通気孔を設けようと 、封じされた構造としようと、通常の条件下において、カートリッジからのイン クのリーク（漏れ）を止めるために、数センチメートルのインクの背圧も必要と なる。

カートリッジは容易に交換可能でなければならず、ペン本体の取り外し可能なス ナップ止めを設ける必要があるが、容易に破損したり亀裂が入ったりしないよう に強固であると同時に、不正確な挿入が生じないようにする必要もある。

基板２１は、わずかなバネ圧の下で、１３個のパッド接点接続３２を行う必要が ある。このことを実現するためにスプリングコネクタを設計することは、他に記 述されている。

ブライミング（ｐｒｉｍｉｎｇ　）及びパージング（ｐｕｒｇｉｎｇ　）は、製 造中の重要な考慮すべき事項である。ブライミングとは、インクタンクからイン クジェットノズルに到る連続的なインク経路を確立するための動作である。これ は、空気圧を通気孔構造３３に供給すること、又はインクジェットノズルプレー トでの吸収によって実現される。２つの方法のうち、通気孔３３に空気圧を供給 する方法の方が好ましい。その理由は、インク内の溶解した空気のガス抜きの必 要をなくし、インクジェットヘッドのデリケートなノズルプレート２１との機械 的な接触をなくすることができるからである。パージングとは、ノズル２２から 障害を取り除くプロセス、又はインクジェット室から気泡を除去するプロセスで ある。同様にして、このことは、空気圧を通気孔３３に供給することによって最 も良く達成される。通気孔に適合して封じする小さなボアチューブ（図示せず） を用いて、パージング及びブライミングを行う。これらの処理を行うには、単に 、わずかなチューブへのブローイング（ｂｌｏｖｌｎｇ　）で十分である。ブロ ーイングの間にノズルプレートを監視できるように、これらの処理のためにカー トリッジをひっくり返すことが有効である。パージング及びブライミングは、気 泡がインクジェットノズルからそれ以上生じなくなったときに終了する。これら の処理によって形成されたノズルプレート上に形成された泡立てられた少量のイ ンクをティッシュベーパーで直ちに拭き取るか、或いはノズルプレートをきれい に拭き取る以前にこれをノズルプレート上に残し、数秒間にわたってカートリッ ジに再吸収させる。このように再吸収されたインクは、空気を含んでいない。代 案として、小型の弾性重合体ベロー（ｂｅｌｌｏｗ）装置を付属品として設ける ことによって、より容易にブライミング及びパージングを行うことができる。使 用に際して、再充填が必要となる前の初期使用の間、多くのカート１ルソジの場 合、パージングの必要がないことを確かめた。

カートリッジ３０内のインクを準大気圧に保持し、インクジェットノズルからの リーク（漏れ）又はカートリッジの通気孔からの漏れを除去しなければならない 。所望の負の圧力動作範囲を、６０〜１２０ｍｍのインクに設定する。このこと によって、振られたり落とされたときのリークに対して１００／（−セントの安 全性が与えられ、背圧を書き込み品質が低下する背圧値よりも下に保持すること ができるとともに、広くて十分な動作範囲が提供され、インク保存材料のかなり の振動（すなわち、気孔サイズ振動）を許容することができる。

低流動抵抗、低濃度、最大空隙量、インクに対して不活性な材料内の残骸の最小 化を提供するために、網状の発泡体タンク３４を設ける。このような構造は、６ ０〜１２０ｍｍのインクの背圧を支えることができ、フレキシブルな形状であり 、容易に組み立てることができると共に低コストであり、容易にカートリ・ソジ ３０に組み込−むことができ、迅速にインクを充填させることができる。

このような材料としては、ポリエステルｐ、ｕ、、ポリエーテルＰ、Ｕ。

及びメラミン・ホルムアルデヒドが例示される。

低発泡付密度 発泡体の網目の程度 気泡サイズのばらつきが小さいこと 発泡体の清潔さ と関連する連続気泡発泡体として、最大限に利用可能なインクを収容することが できる。

ｐ、ｕ、発泡体の場合、網状構造は、発泡体の気泡の薄壁を焼失、溶解、又は粉 砕させ、さらに小さな流動抵抗のさらに連続した気孔構造とする。

ポリエステル及びポリエーテル・ポリウレタン発泡体は、自由膨張ケミカル・ブ ローイング（ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｂｌｏｗｉｎｇ）または孤立キャビティ　（ｃ ａｖｌｔｙ）　・ケミカル・ブローイングによって製造される。

以下に示す毛管方程式を用いて、ｐ、ｕ、発泡体にとって理想的な気泡サイズを 推定する。

管の半径を「とした場合、毛管方程式によって生じる負の圧力（ｈ。

作業液体のセンナメートル単位で測定される。）は：ρｇｒ である。ここで、 ｈ−インクのセンナメートル単位での負の圧力（ｈ−ｐｘρＬｘｇ） γＬ−大気と接触している液体（例えばインク）の表面エネルギーである。

θ＝液体の管壁材に対するぬれ角（インクに対するポリウレタンの場合、２０度 以下） ρ−液体の密度（１（１（１（１ｋｇ／−以下、またはｌ　ｇｇ／ｅｅ以下）ｇ −重力定数（９，８１ｍ５−２または９８１ｃｍ５ｅｃ−２）「−毛管の内側半 径 である。−貫した装置を使用し、一般的な値を代入する。

７１、−３５〜４０　［ｄｙｎｅ　ａｍ　］　（水ベースインクの場合）ρ〜１ ．００　ｇ／ｃｃ　（水ベースインクの場合）θ−２０度 ＣＯＳθ−０，９４ ｈ−９ｃｍ（所望の範囲６〜１２ｃｍの中間点）を再設定すると、「−７５〜８ ５μｍ 理想的な気孔半径−１５０〜１７０μｍ気泡サイズを２５Ｃ１−３００Ｉｉｍか ら１５０〜１７０μｍにするために、ｐ、ｕ、発泡体を少なくとも１方向に４０ 〜４３パーセントだけ圧縮する。その後、ポリエーテルＰ、Ｕ、発泡体は、正確 な９ｃｍインク背圧を実現する。動的な背圧を、毛管効果のみの場合に計算され る値に加算する。最大流動速度である３履−・ｓ’　（０，１８ｃｓ３ｃ／ｍｊ ｎｕｔｅ）の場合、すなわち１２５０Ｈｚで１２個のノズルが動作する場合、発 泡体を介してのインクの流れによって生じる動的な圧力降下は１０ｍｍのインク よりも小さい。

各カートリッジ内の書き込み可能インクを約２ｃｍ”供給するために、タンク材 料を毛管発泡体３１とした場合、以下の重要な変数を考慮することによって必要 となるタンク材料の量を推定することができる。

１、圧縮され正確な背圧が得られた際の、発泡体の空隙量２、背圧が高くなりす ぎる前にタンク内に含有されたインクの抽出３、（入れ過ぎにより）背圧を打ち 消さずに充填された発泡体空隙量の割合 ４、通気孔構造によって占有されていないカートリッジの内容積の割合 全容積効率は以下のように記述される：″Ｔｏｔａ１″″″（１）８η（２）８ η（３）８η（４）ここで、添え数字は、上記番号を付された項目を示している 。

計算及び実験から、 ηＴｏｔａｌ　−０，８ｘｏ、７５ｘＯＪ５ｘ０．９５容積抽出効率−０，４８ ５ −４８，５％ 従って、書き込み可能インクが２ｃｍ３必要な場合、カートリッジの内容積を以 下のようにする必要がある。

カートリッジ内容積　−２ｃｃ１０．４８５−　（少なくとも）４．１２ｃｃ’ 　ｓ上記計算の誤差を許容するために、カートリッジの内容積を最大で４．５ｃ ｃ’　ｓに設定する。

カートリッジフィルタ 発泡体タンク３４とノズル基板２１との間に、インクジェット室を残骸及び気泡 から保護するために、スクリーンフィルタ３５が必要である。残骸はインクの噴 出を妨げ、インク噴出を偏向させ、微小サイズよりも大きな気泡は、インクジェ ット室のコンプライアンスを増大させ、インクの噴出を停止させる。特定のフィ ルタメツシュの孔サイズ及び材質の場合、泡立ち点圧力が存在する。この泡立ち 点圧力以下では、前記孔サイズよりも大きな気泡はフィルタを通過することがで きない。この泡立ち点圧力が背圧の動作範囲よりも高いものの、ブライミング及 びパージング動作の間に気泡がフィルタを介してカートリッジから流れないほど 高くないように保つことが重要である。直径２０ミクロンまでの孔サイズが許容 範囲であるが、ブライミング及びパージングにおける危険のないままで、５ミク ロンフィルタを使用できることが実験及び計算によって証明された。

より大きなフィルタ領域によって流動抵抗が小さくなり、インクジェットヘッド へのインク供給が中断される以前のフィルタ表面上の気泡をより多く許容するこ とができるので、フィルタ３５の物理的な大きさも重要である。

フィルタ３５の開放領域を最大にし、インクジェット動作の間の動的背圧が大き くなることを防ぐ。このフィルタを用いて、発泡体タンクの局所的な高圧縮を行 い、インク抽出効率を高めることもできる。ベカート−７フイバーテクノロジー ズ（Ｂｅｋａｅｒｔ　Ｆｉｂｅｒ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｌｅｓ）　（ＳＴ２０Ｂ Ｌ３　）製の焼結ステンレス鋼ファイバフィルタ材がフィルタ３５の最適材料で ある。

このフィルタにおける最大速度（１２５０ｔｆｚての１２ノズル発射）における 流動から、動的な圧力降下を計算した。これは、７ｍｍ２フイルタ領域の場合１ ０ｍｍ以下のインクである。これが、最小値と考えられる領域である。５ミクロ ン（ＳＴＢＢＬ３）及び１０ミクロン（ＳＴ１０ＢＬ３　）ベカート材料をイン クカートリッジ材料として好適に使用できることが後の実験によって証明された 。これらのフィルタの泡立ち点圧力は、それぞれ７０及び３７ｍｂａｒである。

当初、これらのフィルタ材料を、高速固定エポキシ樹脂接着剤（デブコン：ＤＥ ＶＣＯＮ　５ｓｉｎｕｔｅ　ｅｐｏｙ：ｙ）を用いて金属ホルダーに接着させた 。小面積のベカート材料を、デブコンを用いてガラス製基板の背面に容易に接着 した。

最初のカートリッジは、デブコンを用いて接着された５■■×５諷■の平面ベカ ート５Ｔ２０ＢＬ３を使用し、インクジェット基板２１のインク供給孔を被覆し た。デブコンの１ｍｍ境界縁のために有効フィルタ領域が９ｍｍ２に減少した。

このことは十分に作用したが、実験において顕著な動的圧力降下を呈した。後の カートリッジは、５×１０ｍｍ領域の５Ｔ１０ＢＬ３フイルタを使用した。この フィルタは、圧縮器具によって２×２０ｍｍの中心部分を２ｍｍ高くしている。

このことのよって、有効フィルタ領域が４０ｍｍ２に拡張され、発泡体タンクと の接触領域が大きくなりインク抽出効率を改善すると共に、動的流動抵抗を低く することもできる。

代案としての取付方法では、フィルタ３５を、カートリッジの外側シェル３６の 貫通ベースに２５０℃で加熱して固定した。この変更を行い、製造中にフィルタ 及び発泡体を容易に取り付けることができ、接着剤により接着する必要をなくし ている。フィルタの金属残骸によって熱電動が良好になり、ケース材料である溶 解したプラスチックがフィルタ内に流入する。このようにして、フィルタと外側 ケース３６との間の機密ジヨイントが保たれる。

通気孔３５（タンクの外側ケースの孔）は、発射されたインクを空気で段階的に 交換し、インクが発泡体材料から除去される際に負の圧力が生じるのを防ぐため に必要とされるとともに、発泡体タンクのインク充填ための入力場所を提供し、 カートリッジを落としたり振ったりした時にインクが漏れることを防ぐためにも 必要とされる。通気孔３５により、上述したブライミングまたはパージング動作 のために外圧をタンクに供給することができ、通気孔が自由なインクで充填され ないようにする。

カットされた発泡体の形状は、カートリッジケース内に挿入された際に、ＩＩＰ 基板の付近で５ｍｍの厚さだけ圧縮され、通気孔付近では全く圧縮されないよう な形状とする。

カートリッジの設計は、分解図７Ａ〜７Ｆ及び７Ｇに示すとおりである。

ケースは２つのパーツ、カートリッジシェル３６とカートリッジキャップ３７と を備えている。フィルタを、接着剤を用いて基板に接着するよりも、加熱固定に よりケースに整合させる。発泡体３１は、特別なスリーブ３８によって挿入され る。このことは、発泡体３１とカートリッジケース３６との間に大きな摩擦が生 じるという製造上の問題を解決している。

カートリッジシェル３６は、主要なケースワークの構成要素である。カートリッ ジシェル３６は、フィルタ３５、発泡体３１及び発泡体スリーブ３８とを備えて 、基板２１がその前面に接着されている。その前面の溝は、発泡体３１からフィ ルタ３５を介して基板２１に到るインクの通路を提供する。シェル３６の材料は 、ＡＢＳまたはＳＡＮのいづれかであり、両者はともに低コストであり、頑丈で 、通常電気構成素子及び国産製品のケースワーク素子として使用される摩擦抵抗 ポリマーである。このシェルは、シンプルな２片の鋳型工具で製造されるように 設計されている。

キャップ３７は、シェルとの仕切を形成する。キャップは超音波溶接によりシェ ルに固定される。キャップ３７は、カートリッジへの通気孔３３も備えている。

この通気孔は、圧力平衡通気孔としての機能に加えて、インク充填のためにも使 用される。シェルと同様に、キャップはＡＢＳまたはＳＡＮで製造され、シンプ ルな２片の工具で製造されるように設計されている。

発泡体スリーブ３８は、組立補助（ａｓｓｅｍｂｌｙ　ａｉｄ）である。発泡体 ３１の（プラスチック表面との）摩擦係数が大きく、発泡体をシェル内へ移動さ せることは極めて困難である。発泡体は、カートリッジシェル内へ容易に移動で きる発泡体スリーブ内に挿入される。

発泡体スリーブは、０．２ｍｍポリエステルシートから打ち抜かれる。

ペンケース内のカートリッジ３０の幾何学的な位置は、取付時に正しい外観を形 成するためのみならず、基板との電気的接触を保証するためにも極めて重要であ る。後者は、基板をフレキシブル回路の打ち出し領域と平行にし、打ち出し接点 を基板接点と整列させ、３００ｇよりも大きなバネ圧を絶えず与え、各打ち出さ れた接点との接触力を保持する必要がある。打ち出された領域にかかる３００ｇ の力によって、約０．４ｍｍの偏向が生じる。ペン内で、０．４ｍｍ圧縮よりも 大きなカートリッジの動きは、配置場所の特徴によって妨げられる。

カートリッジよりも上方のケースワーク内に配置された保持ノくネ３９（図１５ Ａ及び１５Ｂ参照）は： カートリッジが完全に挿入された際のり１ルツク構造を提供すること、 ３００ｇの力をかけて接点を圧縮し、カート１ルソジシエルを止め具にたいして 保持すること、 ケースの２つの半片（ｈａｌｖｅｓ）を互いに保持することに寄与すること といった３つの機能を有している。

カートリッジの挿入手続きは、かなり小さな子供でも行うことができる程簡単な 動作でなければならない。従って、カートリッジの挿入は、ユーザが特別な操作 を行うことによるのではなく、アラインメント（整列）などのためのすべての基 準はケースワークから得られなければならない。

さらに、接点パッド３２．９２が互いに合致しているときに、滑りが生じ、これ らを損傷させることは望ましくない。

これらの要件を満足させるために、図７Ａ〜７Ｃに示すように、挿入は３つのシ ンプルな動きによって行う。

最初の段階において、カートリッジのノズルプレート端部が、ケースの端部に挿 入される。第２段階において、基板周囲のカートリッジの領域が、ケースワーク 内に案内され、ケースワーク内のポケットと回転しながら係合し、整列を保つ。

最終段階において、保持バネ３９（図１５Ａ及び１５Ｂ参照）を圧縮する位置ま でカートリッジを完全に挿入し、接触力を生じさせる。カートリッジの取り外し は、挿入の逆工程である。

基板２１は、紫外線硬化性接着剤によってシェルに接着される。

接着以前の基板のシェルに対する位置決め及びアラインメントは、ペンにフィツ トさせた時の電気的な接続の信頼性を保つ上で決定的なものである。配列を行う ためにシェル上には何も設けない。その理由は、シェルには構成を組み込むため の十分なスペースがないからである。従って、アラインメントは、位置決めを行 うのに使用される工具に完全に依存している。工具は、カートリッジと基板とを 接触させる以前の、動きが生じないように接着硬化を行っている間、カートリッ ジと基板とを正確に配置しなけらばならない。

基板製造中に、小さなフレア（ｆｌａｒｅ　）が長方形状のガラスのコーナーに 存在することは一般的なことである。結果的に、アラインメントの間、カートリ ッジをコーナーから離間させて配置する必要がある。

カートリッジにインクを良好に充填させるために、以下の２つ主な理由から、製 造中まずこれらをからにする必要がある。その２つの理由とは： ・空気を取り除き、インク充填後に気泡が発泡体中に残存している可能性をなく すため、及び ・発泡体が疎水性だからである。すなわち、発泡体は、水ベースの液体との接触 を阻止する。真空中でのインク充填によって、インクが発泡体表面に対して押し 進み、その疎水性を克服するからである。

インクが注入されると、インクは皮下注射針を介してフィルタのすぐ後方の地点 に到り、インクの最前部が発泡体の底部から上部へと進む。針は通気孔３３を介 してカートリッジキャップ３７に挿入される。

センサ（図９〜１１Ｂ） 実施例に実際に使用されているセンサについて論述する前に、理論について考察 することは有意義なことである。

スチール（ｓｔｅｅｌ：鋼鉄）内における音速は約６０００ｍ／ｓである。現在 の最大センサ動作周波数である２０ｋＨｚにおいて、波長は２５０ｍｍであり、 センサ（１０ｍｍ）よりもかなり長い。

このことは、装置の特性を設計する際に静特性を考えれば良いことを意味してい る。スチールビームの計算された“音叉°共振周波数は： である。ここで、Ｍ　はチップ質量であり、Ｍ２はビーム質量てあす、■は断面 領域モーメントである。現在のセンサの場合、この共振周波数はｆ＝６８ｋＨｚ である。

共振周波数がセンサの通過帯域内となるような設計変更を行ってはならない。さ もなければ、時折たまたま生じる振動に対して極めて高感度になってしまうから である。

ピエゾ−スチール（ｐｉｅｚｏ−ｓｔｅｅｌ　）ビームの接触ラインに対する、 中立にュートラル：　ｎｅｕｔｒａｌ　）面の位置は以下の方程式：によって与 えられる。ここで、ｄ　はスチールの厚みであり、ｄ。

はピエゾの厚みである。

固定された最大の書き込み力Ｆの場合、ピエゾ内に蓄積されるエネルギーは、中 立面が接触境界にあるときに最大となる。このことによって、接触に対する応力 を低減することができる（この場合、せん断力のみが接触ラインに作用する）。

この場合、ｙ−０であり、このため、 となる。スチールのヤング率は２００ＧＰａであり、ＰＺＴ５のヤング率は７０ ＧＰａである。従って、 ｄ　−１，７Ｘｄｓ である。従って、ピエゾ厚みは、５００μｍ厚のスチールビームの場合で約８５ ０μｍでなければならない。

と−１、内の最大応力は支持点に生じる。その理由は、チップに与えられる力Ｆ に対して、曲げモーメントＧが支持点で最大になるからである。従って、ピエゾ はビームの支持端部を被覆している必要がある。

以下の２つの理由により、きわめてフレキシブルなビームによって大信号を検出 しようとすることは合理的である。まず第１に、強いビームは紙の高さの変化を より容易に鎮圧する。また第２に、ピエゾに及ぼされる作用が、ビーム偏向によ って逓倍された（外部で固定された）書き込み力であるため、より大きな偏向を 提供するビームの場合のエネルギー移動はより大きなものとなる。従って、ビー ムはできる限り細い必要がある。特に、１ｍｍ厚のビームが、良い製造における 限界である。

接触ラインにおけるせん断力が、特定のせん断限界を越えた場合、最大書き込み 圧力のためにビームが停止する。固定された負荷に対するせん断心力は、ビーム 長以下の一定値であり、によって与えられる。ここで、ｄ２はスチールの厚みで あり、Ｗはビーム幅である。多くの接着剤の場合における、一般的な停止せん断 心力は５０ＭＰａである。従って、安全な動作のためには、である。最大書き込 みカＦ−３Ｎ、幅ｗ”１ｍｍであり、ｄｓ−５００μｍである。従って、 となる。すなわち、与えられるせん断心力は、最大書き込みカにおけるせん断心 力限界の１／１ｏである。

提案されたビーム構造を図１０に示す。

センサチップは硬い材料がら構成され、過度のスリ切れを防ぐ必要がある。酸化 アルミニウムまたは焼結スチールが最も有望な材料である。所定の材料を仮定す ると、表面構造によってセンサの特性が変化し得る。２個の重要な要素が存在す る。

ペンの“感触”がマーケットにおいて受け入れられるには重要である。センサは 、紙面上を移動する際にでこぼこを感じてはならない。

チップは、出力信号を最大にする表面構造を有している必要がある。

紙の表面は、結合ファイバのマットで構成されている。一般的なファイバ幅は約 １０μｍであり、このことが最大構造サイズを規定する。しかしながら、チップ が検出するのはファイバ間のギャップである。この場合、一般的な構造サイズは 約５フアイバ直径（５０μｍ）である。

マスカド（ＭａｔｈＣａｄ　）モデルは、以下のことを提唱している。すなわち 、滑らかなチップを使用した場合、出力周波数スペクトルは：Ｐ　（ｆ）−Ａｆ ２ｅ−”ｒｌＬ となる。ここで、Ｌは、一般的なファイバ間距離である。

一般的な、チップの構造サイズが上記数字のサイズよりも小さい、またはかなり 大きい場合、このスペクトルはチップ表面とは無関係である。

ファイバサイズと同様に、単分散のでこぼこ（ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ　）を有して いるチップを使用するだけで、スペクトルの高周波数成分を増大させることがで きる。

３０μの一般的な構造サイズの場合、スペクトルパワーの大部分は１〜３ｋＨｚ である。５ｋＨｚよりも高いスペクトルパワーは有用ではない。

実験結果は以下のように要約される。

信号周波数及びパワーレスポンスは、３０μの一般的表面構造サイズの場合に最 適となる。この場合、最初のパワーは、約１６ｄＢＶであり、滑らかなチップに よって生じ特表千７−５０４３６９　（１Ｇ） るパワーよりも大きい（４０倍の増加）。

目の荒い（３０μ）チップによって、より大きなより高い周波数成分が提供され る。

ｒ　ｍ　ｓ　（３号パワーは、スピードが３．７倍に増加すると、３．２倍に上 昇する。すなわち、ｒｍａパワーは、書き込み速度にほぼ比例する。

抵抗（抗力）は、書き込み速度に関係なくほぼ一定である。抵抗に逆らってなさ れる仕事量は、速度によって逓倍された抵抗力である。従って、センサ出力パワ ーは書き込み速度に比例して上昇するものと予想される。

信号パワーは、与えられる負荷に対して非線形である。

負荷が１．３倍に増加すると、ｒｍｓセンサの出力は３゜２倍になる。この指数 関数的な増加は、チップが紙面をさらに圧迫することによるものと思われる（模 型によれば、ファイバ密度が紙面内への深さに対して指数関数的に増大する。） 。このことは、より鋭利なチップがある書き込み負荷に対してより高い圧力を与 え、より大きな信号出力を供給することを示している。

従って、チップは、“感触”をあまり劣化させることなく、可能な限り鋭利で且 つ荒くなければならない。（ペンチル（Ｐｅｎｔｅｌ）のボールと同様に）チッ プ半径を約１００μｍに低減化する必要がある。しかし、このようなチップは摩 耗が増大するために、寿命試験を行わなければならない。

センサが紙面上にわたって移動する際のセンサの“感触“は、技術的な問題がな いが、商業的には非常に重要である。というのも、センサの感触によって、ペン が市場で受け入れられることとなるからである。この“感触”を、センサについ て行われている以下の３つの主観的な判断に分けることができる。

振動　−ペンが移動する際のペンの振動を指で検出できるか？ スクラッチ（ｓｃｒａｔｃｂｊｎｇ）　−センサが紙繊維を引き裂くか？ ノイズ　−　センサが、あたかもでこぼこであるかのような音をたてるか？ スクラッチは最悪の作用であり、これは、センサチップの曲率半径が小さい場合 に生じる。これらの領域において、与えられた書き込み力が大きな圧力に変換さ れ、紙面に穴をあけ、針が紙面にわたって移動する際に予想される様にスティッ クの滑り移動が粗くなる。

（最悪のケースは、曲率半径が、一般的な表面繊維、すなわちファイバ距Ｍ（一 般的には１５μｍ）以下で、チップが紙を掘ってしまうような場合である。）結 果は、指がスクラッチノイズとして検出するスティックの滑り移動の組み合わせ である。このため、すべてのチップ半径を５０μｍよりも小さくして、紙の引き 裂けを防止しなければならない。

一般化された神経細胞の反応回数のために、周波数限界は、１秒毎に約１０００ パルスである。１ｋＨｚを越える周波数振動が一般化された神経細胞による振動 として検出されないと予想することは不合理ではない（勿論、耳内の細胞は、こ の目的のために専門的なものであるため、かなり異なる周波数応答を示す）。二 人の一般的な人間に関する試験により、主観的なデコボコさがチップの一般的な 構造サイズに関連していることが示された。この基準において、１５μｍよりも 小さなサイズが、許容できる“絹”の感触を提供できる思われる。一方、これよ りも大きな粒子サイズがスティックの滑り動を提供できる。

１５μｍよりも小さな直径の粒子は、許容できる“感触”を提供できるであろう が、あきらかに妥協する必要がある。したがって、使用されるチップは、約３０ μｍサイズの粒子を有し、チップの直径は約５００μｍである（図１１Ａ及びＩ ＩＢ参照）。

センサの詳細な構造を、図９〜１１Ｂを参照して説明する。

センサ４０は書き込みの間のインクの供給を自然に制御し、ユーザが書きたいと きにインクが流れるようにしている。このようにして、書き込み時に許容範囲内 の“感触°が得られる。センサは、例えば器具が事故で落ちてしまった時などの ダメージに対して強固でなければならず、また様々な紙、筆圧、書き込み速度、 書き込み角度などに対して動作する必要がある。さらに、商業的な要件は、低コ ストであること、小型であること、電気的機械的な障害がないこと、及び低消費 電力であることである。

３０〜１５０ｍｍ−５−’の書き込み速度が一般的な速度の範囲であり、３０〜 ３００ｇの書き込み力との関連で調節する必要がある。

センサはボールペンに匹敵する程度の強度が認められなければならない。

センサの本質的な機能は、信号をペンの制御用電子回路に供給し、“書き込み” 開始時に、インクジェット機構をオンに切り替えることである。“書き込み”は 、一定の条件から成立し、このため、インクジェットは、以下の場合： ペンが、紙と接触して且つ紙面上を任意の方向に移動している場合、ペンが、（ 完全な停止状態で、）紙面上を移動せずに、紙と接触するようになる場合、 にのみオンに切り替えられる。

ペンが、移動せずに紙と接触している場合、インクジェットはオフに切り替えら れなければならない。さもなければ、一点にインクが連続的に供給されてしまう 。

振動センサは、比較的簡単な信号処理を用いている装置でこれらの要件を実現す る最も優れた方法と考えられた。

（顕微鏡でしか見えない程度のデコボコの表面を有する）紙面をスタイラスが引 っ張られる場合、３つの相互に垂直な方向に振動が生じる。３つの方向の内の２ つの方向は、紙面に対して平行であり、且つ互いに９０度をなしている。第３の 方向は、紙面に対して垂直な、垂直方向成分である。本発明によるセンサは、垂 直方向の振動成分に応答する。これには、以下の２つの利点：本発明によるセン サが、紙面における任意の方向の移動によって生じる振動に対して等しく応答す ること；及び、極めてコンパクトなセンサ設計を実現できることがある。

センサ４０は、基板２１の下方で、且つ接触領域の間の他の未使用領域を占有す るように設計された。

センサ機構は、（一方の端部で支持され、他方の端部にスタイラス又はチップ４ ２を有している）金属ビーム４１を備え、当該金属ビームに接着されたピエゾ電 気帯状小片を有している。金属ビーム及びピエゾ電気帯状小片は、紙からの振動 信号に応答して曲がる。

センサ素子の大きさ及び形状は： 上記の利用可能な体積中のスペース； 極めて高感度である必要なしに、十分な信号強度を電子制御システムに供給する 必要性； ペンに正確な“感触”を提供できるほど十分に頑丈でなければならないこと。こ れは、ソフトと感じる必要はなく、使いにくい書き込み操作を必要としない。以 下のグラフは、ビーム／ピエゾの測定された負荷／偏向特性を示している。； （常識的な軛囲内で）かなりの筆圧又は不注意による衝撃に耐えることができる ほど頑丈でなければならないこと；によって決定される。

力がスタイラス４２に供給されると、曲げモーメントがビーム４ビーム及びピエ ゾ電気帯状小片に応力を発生させる。ピエゾ電気帯状小片４３は、この種の応力 がかけられた場合に帯状小片の表面にわたって電気信号（電圧）が生じるような 特性を有して製造される。

これら２つの表面は電極を有し、同軸ケーブルを介して制御電子回路と接続され る。

スチールビーム４１は、ペンの取付及び電気的な接続を容易にするために、より 大きなスチールプレート４４の必須の部分である。

プレート４４は長方形状の開口４５を有し、これを介して、使用中インクジェッ トがノズルから流れる。センサ構造及び電気的接続については、以下でさらに詳 細に説明する。

スタイラスまたはチップ４２は、ペンの一部分を構成し、書き込みを行う紙面と 接触し、 電気信号（強度及び周波数範囲）と、ユーザの感触との最も優れた組み合わせを 提供するだめの形状及び表面（すなわち、センサが過剰にうるさかったり、引っ かかったりすることは余り好ましくない。）、 過度の消耗をする事なく、寿命の間に移動する極めて長い移動距離に耐えること ができる耐久性 といった特性を呈しなけらばならない。

スタイラス４２の材料の選択は、コストを余りかけずに優れた消耗特性を有する 材料を見いだすことで行われる。酸化アルミニウムを選択し、極めてコスト効率 よく製造できるスタイラスを提供できる。

このことは、人間の手が１０００Ｈｚより下の周波数の振動を感じることを試験 することによって決定された。スタイラス設計作業　′の一つの目的は、ペンの 書き込み操作の感触をできる限り滑らかにするするために、１０００Ｈｚより上 の周波数のエネルギーを最大にすることであった。セラミックチップの利点は、 １０００Ｈｚより高い周波数のエネルギーを、スチールチップよりも多く呈する 傾向があることである。

上にセンサが配置される、センサアセンブリプレート４４は、ケースワーク（ケ ースワークのセクション参照）の２個の半片の間に位置する小さな長方形のプレ ートである。ピエゾ電気トランスデユーサは、両面に電極を有しているシンプル な構成である。ピエゾ電気帯状小片の一面を低粘着性エポキシ樹脂でビームに接 着し、プレート及びピエゾ電気材料の表面に、粘着層を介して電気的な接点を設 ける。この構成を用いて、プレートが電気回路の一部をピエゾ電気帯状小片に形 成する。

スタイラス又はチップ４２は、ビームの端部にリベット止めされたしんちゅう体 ４２”に接着された酸化アルミニウムチップ４２′からなる。（図１１Ａ及び１ １Ｂ）。

ピエゾ電気帯状小片は、図１０に示す寸法及び配置がらなり、ＰＺＴ５Ａと同様 に、ジルコン酸チタシ酸鉛ランタンのグレードで製造される。センサビームは、 ニッケルプレートスプリングスヂール（４００〜４５０ＶＰＮ）などのシート金 属がらブランキングする事によって製造される。スタイラス又はセンサチップは 本体を有しており、これは、小さな曲がった構成素子であり、様々な材料で製造 することができる。しんちゅうは低コストであり、機械での製造が容易であり、 リベット止めに適しているという点で好適である。

スタイラスまたはセンサチップは、上記必要な消耗特性を提供するために酸化ア ルミニウムで形成された端部を有している。それは、形状及び表面のデコボコが 所望の通りになるように、押圧及び燃焼によって製造できる必要がある。

電子サブシステム（図１２Ａ、１２Ｂ、１３及び１４参照）電子サブシステム５ ０は、メイン電源のオン・オフ、ツクターンの選択、パターンの修正及び外部オ プション形状の制御、ツクターンの記憶、センサ信号の処理、外部オプションと の通信、電力消費及びバッテリ消費、インクジェットヘッドの発射制御を行う。

電子回路は、小型で低コストである必要がある。

１２セグメントデイスプレイ５１は、ペンの状態を示して０る。

すなわち、１桁の０〜９の表示と、固定ノくターンモードにおける１〜４の表示 と、“ラインモード°を示す１つのセグメントと、を表示する。電源のオン・オ フは、手動でスイ・ソチ５２を操作し、メインバッテリリンクを制御する事で行 われる。（不揮発性メモリ内１こ記憶される使用された最終パターン及びスピー ド設定を除き、）すべての電子回路は電源オンでデフオールド状態にリセ・ソト されるように構成されている。また、低電力消費モー白よ、予め選択された周期 の非活動状態によってトリガされる。（ＬＣＤＩこお番する）低電力の表示は、 ３．３ｖて行われ　、＜、、テリの寿命の終了を予期させる。ボタン５３を用い てモード選択を行い、ラインモード、ノくターンモード、又は濃度（シェーディ ング）モードで動作させる。

パターンモードにおいて、ボタン５３で４個のパターングループの中から１つを 選択し、他の２つのボタン５４．５５でグループ内から１から１０のパターン番 号を選択する。ラインモードにおいて、ボタン５３で、ラインスタイルを選択し 、アップ・ダウンボタン５４．５５で、１０個のライン幅の中から１つを選択す る。濃度モードは、アップ・ダウンボタン５４．５５で、１０個のプリント濃度 設定の中から１つを選択することで行う。実行可能なラインパターンによって、 ライン幅の変更、破線、ドツトマトリックスグラフィックスを可能にする。

実施例の電子回路は、テキサスインストウルメンツ社製ＴＭＳ７０Ｃ４２／８２ マイクロプロセッサ５７と、特定目的の集積回路（ＡＳＩＣ）５８とを備えてい る。２離散高電流ドライバアレイの形態で、ヘッド・ドライバ５９を設け、イン クジェットプリントヘッドを駆　動する。ユーザ規定のパターンメモリを記憶す るのに不揮発性メモリ６０を使用することが好ましい。

選択スイッチ５３〜５５は、成形されたゴム性ブツシュボタンを備え、プリント 回路基板電極に直接作用する。電源オン・オフスイッチ５２は、手動の単極スイ ッチである。プリント回路基板６１を使用し、ハードウェア構成素子を相互接続 する。電子回路構成素子の組立に、表面マウント及びＣＯＢまたはＴＡＢ技術を 組み合わせて使用する。

電力が、ニッケルカドミウム再充電可能バッテリ６２から電圧変換器６３に供給 される。電圧変換器６３はＡＳＩＣ制御され、最大出力パワー０．６Ｗで、２４ ｖ（±２％）の出力電圧を供給する。

動作機能としては、多重ライン幅、多重パターン、シングルショット、及び“リ バースビデオ′　（画像反転）と、アイコンプリントとがある。本発明による装 置はプリンタというよりはむしろフリーハントライティング器具を主目的として いるが、テキストプリントに適用することができる。例えば、単なるラベルまた はアドレス情報を印刷することができる。情報は、パーソナルコンピュータまた は電子オーガナイザーによってダウンロードされる。７２文字までのメツセージ バッファが、比較的低コストで提供される。本発明の設計においては、ＡＳＣＩ Ｉデータ転送が用いられ、テキストフォントが固定される。

マイクロコントローラ５７は、当該マイクロコントローラ内に存在するソフトウ ェアを使用して装置の全演算処理を制御する構成素子である。ユーザの人力した ボタン及び振動センサが監視され、新しい動作モードが要求されたか否か、また はインクが発射されたか否かを検出する。ＬＣＤ５１を設け、現在の動作状態を 示す。ユーザが新しいパターンを選択すると、パターンを形成するためのデータ が、内部固定パターンメモリ、またはユーザ規定のパターンの場合には外部メモ リのいづれか一方からアクセスされる。振動センサがアクティブになると、（１ ２インクジエツトに相当する）１２ビツトのデータがジェット発射ロジックに送 られる。カスタムロジックは、１２パラレルビツトを変換し、基板に正確なパル スシーケンスを供給する。指定された２４Ｖてインクジェットを駆動するために 、ドライバを用いて、１ドツトのインクの発射に必要な高電圧及び電流に耐える 。

２４Ｖはフライバックコンバータ６３によって供給される。このフライバックコ ンバータは、バッテリ電圧（約３．０ｖ〜４．８Ｖ）を一定値２４Ｖに変換する 。

図に示すシリアルボート６４によって、ユーザが、不揮発性メモリ６０内に記憶 されているユーザ固有のパターンをペンにダウンロードすることができる。この ことは、電源が切れても、パターンデータが失われないことを保証するもの−で ある。

ＡＳＩＣ機能は、振動センサの信号調節を行う。

図１２Ｂは、回路７０が、入力バッファ７１、外部素子７３を有している増幅器 ７２、比較器７４、及び単安定ブロック７５を備えている。

振動センサそれ自体が１ｎＦのオーダの容量性高インピーダンスであるので、高 インピーダンス人力バッファ７１が必要である。４−　８０キロオームの人力イ ンピーダンスと組み合わされて、センサは、周波数３３０ｋＨｚで３ｄＢのバイ パスフィルタを提供する。振動センサによって供給される問題とする信号は、周 波数が１ｋＨｚと５ｋＨｚの間で、ピーク・トウ・ピークの振幅が約１．５ｖで あるである。

バッファ処理された基準信号は、約３倍に増幅される。増幅器７２は、さらにあ る種のローパスフィルタ処理とバイパスフィルタとを備え、信号幅を問題とする 周波数に制限する。低い方の３ｄＢ周波数は１ｋＨｚであり、ラインまたはパタ ーンの開始時及び終了時の“バウンド°の現象を抑制する。バウンドは、ユーザ が最初に紙面に書き込むとき及び最後にペンを持ち上げるときに生じる極めて大 きなオフセット電圧によって生じるものと思われる。この電圧は低周波数成分か らなり、上記バイパスフィルタ処理によって減衰させることができる。高周波数 カットオフ周波数である５ｋＨｚは、インクを偶然発射させる可能性のある疑似 信号または電子ノイズからの干渉の影響を最小にするためのものである。増幅器 ７２のフィルタ特性を図１３に示す。

増幅器７２の出力信号は、１００ｍＶのヒステリシスで比較器７４に供給される 。この比較的高いヒステリシスを用いるのは、誤ってトリガさせてしまう可能性 を低減するためである。現在までのところディジタルである信号が、ディジタル で実現される単安定ブロック７５に供給される。単安定ブロック７５は、再トリ ガ可能であり、各トリガの時に１０ｍＶのアクティブ出力を保持し、短時間に振 動センサ信号が存在しない場合に出力信号がドロップアウトしないようにしてい る。このことは、スタイラスがゆっくりと書き込み面上を移動するときに通常発 生する。時間は長すぎないようにする必要がある。さもなければ、スタイラスが 移動を中止したとき、またはもはや紙面と接触していなくなった後で、ペンがイ ンクを出し続けることとなる。長すぎる単安定時間ディレィを設定した場合は、 書き込み時のワードの最後に“テール（尾：　ｔａｉｌ）”が生じることで明ら かになる。単安定ブロックの出力信号は、マイクロコントローラに直接接続され る。

インクジェット発射ロジック マイクロコントローラ５７によってセットされる１２パラレルビツトのノズルデ ータは、アドレスラッチ７７とラッチ６５．６６を制御するデコードロジック７ ８とによって、ＡＳＩＣ５８にラッチされなければならない。インクジェットシ ーケンサロジック７９は、厳密なタイミング基準に従って、適切なノズルを発射 させる。ＡＳＩＣロジックは、第２ラツチへの移動発射データが発射シーケンス を自動的に起動させるように設計されている。インク供給における水圧の問題及 び電源からの極めて高いピーク電流のために、すべてのノズルが同時に発射する ことはできない。したがって、瞬間的には、ただ一つのノズルが４．５μｓ間活 動状態になる。各ノズルが順次に発射され、３２μｓだけ前のパルスから離間し ている。３２μｓの離間によって、インクの水圧が正しく機能し、電源における ピーク負荷を低減させることができる。これらの条件の下、１２ジエツトのシー ケンスには約３５６μｓを必要とする。

４．５μｓの発射パルス幅が正確に維持されることが、指定されたすべての動作 条件の下で優れた反復可能な印刷を行うのに重要である。このことは、正確なセ ラミ・ツク共振器８０から順次供給されるマイクロコントローラｌ、ＱＭＨｚク ロ・ツク５７°を用いることで実現される。１．０ＭＨｚ信号は、９でわり算さ れ、所望のノクルス幅４．５μｓを実現する。４．５μｓパルス幅を越えないこ とが重要である。さもなければ、ノズル熱抵抗が破壊されてしまう。ノズルに長 いパルスを供給しないようにすることは、電源が供給されている間において特に 困難である。正確な動作を保証するため：こ、リセット（ＦＯＲ）回路８１の電 源は、初めにすべての出力端子を非活動状態にリセットし、約５ｍＳの間クロ・ ツクをイネーブルしないように設計された。これは、ＡＳＩＣが正確に機能する の（こ十分な時間である。

ジェットドライバ５９とインターフェイスする１２個のディジタルノズル出力端 子８２を設ける。ＡＳＩＣ出力端子は、最小供給電圧３．Ｏｖで、２．４ｖて２ ．４ｍＡを供給することができる。このことは、ジェットドライバが十分な信号 を有し、ノズルを正確に駆動することを保証するのに必要である。

ＬＣＤドライバ ユーザインターフェイスを改良するために、小型カスタムＬＣＤ５１を用い、選 択された動作モードのフィードバックを提供するように設計した。したがって、 １２ビツトＬＣＤドライバ８３は、ＡＳＩＣの設計に組み込まれた。

ジェットデータと同様に、ＬＣＤデータは、２個のラッチ８４゜８５にラッチさ れる。その後、ＬＣＤドライバ８３は、このデータを信号に変換し、１２セグメ ントデユプレツクスＬＣＤを駆動する。

２個のバックプレーンを用いて、デュプレックスモードでＬＣＤ５１を駆動する ことで、ＡＳＩＣからＬＣＤへの接続数を低減化する事ができ、より小型で安価 なＡＳＩＣを設計できるとともに、製品の製造能率を向上させることができる。

μｐコンバータ回路６３ 使用されるインクジェットヘッドは、２４．３Ｖの電圧パルスで動作するように 指定されている。この電圧は、小型のバッテリ駆動製品とって都合の良いもので はない。したがって、（５Ｖから３ｖの範囲である）より低電圧のバッテリを使 用し、フライバック技術を使用し、電圧値を一定値２４．３Ｖに変換することが 必要である。

μｐコンバータ回路は、絶対的な電圧基準値８６を必要とする。

比較器８７は、この基準値と（好ましく番よポテンショメータ抵抗配置によって 分割された）出力電圧８８とを比較する。所望の出力電圧が閾値よりも小さい場 合、比較器は、約５０ｋＨｚの周波数源力（ＭＯＳＦＥＴ）ランジスタをスイッ チし、順次：こ、インダクタをスイッチすると共に、高い正の電圧ノ々ルススＩ くイクを出力する。ス、（イクは、低損失（ショットキィ）ダイオードを介して 蓄積コンデンサに放電される。出力電圧が所望の値１こ到達すると、ポテンショ メータフィードバックが周波数源を停止させる。このようにして、ノくッテリ電 圧が５．Ｏｖから３．Ｏｖに低下しても、出力電圧力（一定に保持される。

μｐコンバータ回路６３に使用される比較器８７４よヒステ１）シスを用い、μ ｐコンバータのオン・オフを連続的（こ切り替える電源唇こ発生するノイズを防 止する。ヒステリシス【よ、１０ｍＶ＋こ選択された。この値は、通常電源のノ イズに感応せず鳶こ、ジエツト供給を正確に維持するための最小値である。

バッテリロー（ｌｏｗ）検出回路 ＡＳＩＣは、バッテリ６２からの供給電圧を監視するための回路８１を備えてい る。バ・ソテリ電圧が降下し、利用可能な電荷力（終了するにつれて、電圧が低 下する。電圧力＜３．２８Ｖ１．Ｊｊ達すると、ＡＳＩＣは、マイクロコントロ ーラの゛ノットウェア（こよってポー１ノング（ｐｏｌｌ）された出力をスイ・ ソチする。このようにして、ユーザは、バッテリが低下し、７（・ソテリを再充 電しようとする場合に警告を受ける。

パターンメモリ 実施例では、パターンがユーザによって作り出されるように、または設計時に固 定されるように設計された。実施例は、マイクロコントローラ５７を用い、その 内部メモリに２８個までの固定パターンを保持することができる。ユーザ規定の パターンの場合、電源が切れたときであっても、パターンが依然として記憶され ていることが重要であると決められた。したがって、ある種の不揮発正メモリ６ ０が使用されなければならない。すなわち、ＥＥＦＲＯＭまたはバッテリ支援の ＲＡＭが使用されなければならない。ＥＥＦＲＯＭが選択された。その理由は、 バッテリ支援のＲＡＭ用の制御回路は高価であり、この種のメモリとインターフ ェイスするためのより多数の制御ラインを有しているマイクロコントローラを必 要とするからである。ＥＥＦＲＯＭが初めがら選択された。その理由は、ＥＥＦ ＲＯＭが不揮発正メモリだからであり、特別なハードウェア制御回路を必要とし ないからである。電源が切れた瞬間にデータが欠落しないことを保証するために 、ソフトウェアに注意を払わなければならない。我々の要求に合致する一連のＥ ＥＰＲＯＭ集積回路は、直通２ワイヤシリアルインターフエイスとともに入手可 能であり、我々のアプリケーションに理想的に適合している。これらの装置が製 品に通常使用されている。ここで、テレビジョンチューニング周波数情報等のデ ータは、その都度設定される。しかし、ＥＥＦＲＯＭは、ＲＡＭよりもかなり高 価である。選択されたＥＥＦＲＯＭは、マイクロチップテクノロジー社製の２４ ＬＣＯ４であり、７個までのユーザ規定のパターンを保持することができた。

現存の不揮発性メモリを用いて、スイッチがオンされた時に、ペンがその最終動 作状態に戻るように、ペンの動作パラメータを記憶することができる。このこと は、ペンのスイッチがオンされる度に、ユーザが、誤った設定をユーザの好みの 設定に変更する必要がないので有益である。

ユーザがパターンを作成できるようにする為のオプションが存在しない場合には 、より多数の固定されたパターンを利用する必要がある。したがって、実施例が 外部パターンメモリを備えていない場合には、ユーザは、４０個までの固定パタ ーンを記憶できるほど十分な内部メモリを有しているより大型のマイクロコント ローラを使用する必要がある。このような場合には、より多数の固定パターンが 含まれる。その理由は、パーソナルコンピュータまたは編成者の製品等の外部デ バイスとの通信を行うと共にユーザ規定のパターンメモリを保持するためのタス クを処理するソフトウェアがもはや必要ではないからである。

電源６２ ペンは、必然的にバッテリ駆動の製品である。しかし、製品ができる限り小型で なければならないとするならば、マイクロコントローラ及びＡＳＩＣとともにイ ンクジェットヘッドを駆動するための電源の要件は極めて厳密である。電源は、 １５ｃｍ３よりも小さな体積内で０．９Ａパルスを供給できなければならない。

終端電圧である３、Ｏｖが必要であるが、７．Ｏｖよりも高い電圧はマイクロプ ロセッサまたはＡＳＩＣが許容することができない。多くのバッテリ技術及び構 成がこれらの厳格な条件を具備していると思われるが、アルカリマンガンセルは 、瞬間的な電力負荷を十分に供給できず、正しい端子電圧のバッテリを形成する ためには少なくとも３個のセルが必要である。現代の自動カメラで使用されるよ うなリチウムセルも考えられた。その理由は、そのバッテリ技術が高いエネルギ ー密度を有しているからである。これらのセルは良好に動作するが、必要な端子 電圧を実現するためには、２個のセルが必要であり、その結果バッテリが許容で きないほど大きくなってしまった。したがって、リチウムセルはその大きさのた めに不採用になった。さらに、この種のリチウムセルは極めて高価である。した がってニッケルカドミウムが好適な電源である。

ソフトウェア ソフトウェアは、以下の主な処理構成要素：ユーザインターフェイスモジュール 、 パターン検索モジュール、及び ＡＳＩＣルーチンへのプリントデータ を備えている。

ユーザインターフェイスモジュール この種の製品の場合、操作が簡単で容易に理解できるものでなければならない。

したがって、製品の複雑な内部処理を簡易化するユーザインターフェイスを設計 するのにかなりの努力が払われた。ＬＣＤが表示する複雑なグラフィックス及び 多くの選択ボタンも、コスト及び製品サイズの制限のために不可能である。した がって、ユーザインターフェイスは最小限のハードウェアを用い、簡易で直感的 なユーザインターフェイスを提供しなければならない。ユーザインターフェイス を設計するに際して、ユーザインターフェイスの簡易性を改善するために、リバ ースビデオオプション等の役に立たない機能の幾つかを犠牲にしなければならな い場合がある。

ペンを作動させている時にユーザが多くのオプションを選択できる。これらは、 以下の３つの主要動作モードに分類される。

ラインモード　−　４つのラインスタイル（例えば、連続なライン、点線など） を選択することができ、各スタイルにおいて、１０個までの幅を利用することが できる。

おいて、４０個までのパターン。１０個のパターンからなるセットを選択し、そ の後当該セット内から個々のパターン番号を選択することによってパターンが選 択される濃度モード　−　ユーザの好みに応じてラインまたはパターンの濃度を 制御する。スピードインデックス１〜１０が選択される。

製品の動作中、ボタン及びディスプレイを一貫して使用することが重要である。

このことを実現するために、１つのボタン５３は、ラインモードからパターンモ ード、濃度モードに切り替え、ラインモードに戻るなどのモードを周期的に切り 替えるための専用のボタンである。ディスプレイは、ユーザに現在の動作モード を知らせるためのアイコンを表示する。２つのボタン５４．５５　（増加及び減 少）は、大きな方の桁（１〜１０）を変更するように割り当てられるとともに、 小さな方の桁も変更するように割り当てられている。

（このことは、ラインスタイルまたはパターングループのいづれかとしてディス プレイによって公告される。）このようにして、−貫した使用を実現することが できる。

習得の容易性と対比されるように、使用の容易性も、ユーザインターフェイスの 動作との関係で考慮されなければならない。このため、大きい方の桁を選択する のに２個のボタンが使用された。すなわち、一方はインクリメントさせるための ボタンであり、他方はデクリーメントさせるためのボタンである。“ロールオー バ＠１０または“ロールダウン°１の構成が、インクリメントボタンとデクリー メントボタンとにそれぞれ設けられている。これらの構成によって、ユーザは、 ユーザインターフェイス制御に精通すれば動作条件を迅速に設定することができ る。

パターン検索モジュール このモジュールは、メモリからのパターンまたはラインデータを設定し、印刷の 用意をするのに使用される。パターン及びライン画素データが、マイクロコント ローラの局所的なＲＡＭ記憶領域がら、ソフトウェアによって印刷される。この 局所的な領域において、データが迅速且つ容易にアクセスされる。しかしながら 、パターンまたはライン情報は、固定パターンの場合には内部固定メモリから、 また、（ユーザが規定できるパターンが必要な場合には、）ユーザ規定のパター ンの場合には不揮発性メモリから、この局所的メモリにコピーされる。パターン が必要とされる場合、選択されたパターンの画素データの複製が局所的ＲＡＭに コピーされる。（連続的または点線の）ラインパターンの場合、画素パターンが アルゴリズム的に発生する。ライン幅と、ラインスタイルのコードとが相まって 、所望の画素パターンを提供する。他のパターンのためのメモリスペースを蓄え るために、アルゴリズムを使用し、種々のスタイル及び幅のラインを作る。どの モードが選択されているかとは無関係に、ユーザがユーザインターフェイスにお いて適切な設定を選択すれば、画素パターンが発生する。

印刷ルーチン データの印刷方法は、所定の瞬時にインクを正確に堆積させることによって制御 される。正確なタイミングが維持されないと、印刷されたパターンまたはライン に筋または不調和が生じる。紙面を横切るさンの速度を速くしたり遅くしたりす ることで、ユーザが堆積濃度を変更することも可能である。このことは、がなり 有効であるが、ソフトウェアが反復速度を正確に維持しなければならない。した がって、印刷制御は、マイクロコントローラ５７のハードウェアタイマによって 支配される。現在の設計では、反復を５０μｓ以内に維持する。この値は、印刷 品質へのその影響を無視できるほど十分に小さな値である。

印刷ルーチンは、局所的ＲＡＭ記憶領域から印刷される次のインクジェットパタ ーンを検索し、所望の１２ビツトデータを選択し、その後、この画素情報をＡＳ ＩＣジェットラッチ６５．６６に書き込む。データを第２ＡＳ　ＩＣジェットラ ッチ６６に書き込むことによって、ノズルからのインクジェット放出を起動させ る。検査用器具を広範囲にわたって検査した後、“マスキング°と称する処理に よって、供給者がソフトウェアをマイクロコントローラ５７に固定する。このこ とによって、シリコン処理段階で組み立てられるマイクロコントローラの特注の 変更を行うことができる。

電子的ハードウェア構成 可能な限り小型でペン形状の製品でなければならないために、製品のハードウェ ア設計を常に考慮する必要がある。電子的ハードウェア構成において、これらの 制限のために、電子素子のすべてが商業的にパッケージされたパーツでないこと となる。チップオンボード（ＣＯＢ）アセンブリ技術の使用を検討する必要があ った。じが小型化方法を設計に使用した。

小型製品の制限に加えて、コストも注意深く考慮しなければならない。したがっ て、設計において可能な限りすでに入手可能な構成素子を使用した。すべての電 子構成素子が接続されるＰＣＢ９０がシンプルで、最終的に低コストの一般的に 使用される種類のものであることを保証するために多大な努力が払われた。市販 のグレード素子を構成素子として使用した。

多数の接続を用いて集積回路を接続する最適な方法として、チップ・オン・ボー ドが選択された。マイクロコントローラ及びＡＳＩＣは、それぞれ３１及び４３ 個の接続を有しており、ＣＯＢアセンブリに好適である。２０よりも少ない接続 を有している集積回路は、−エポキシ樹脂コーティングマージンと関連する領域 オーバーヘッドのために、ボードスペース内にかなりのセーブを行う必要がない 。

テープ自動接合（ＴＡ　Ｂ　：　Ｔａｐｅ　Ａｕｔｏｍａｔｅｄ　Ｂｏｎｄｉｎ ｇ）も、高密度アセンブリのためのＣＯＢの代用物として考えられた。ＣＯＢを 選択した主な理由は、組立以前の個々のデバイス試験の領域においてＴＡＢがＣ ＯＢよりも優れているが、ＣＯＢ技術は広く利用できるからである。

ボタン５３〜５５ ペン用に選択されたボタンのスタイルは、以下の理由ニシンプルな２バートスイ ッチシステム 極めて低コスト 極めてシンプルなアセンブリ要件 極めて小さな占有体積 高品質作用及び外観 のために、多くの計算機及びカメラに使用されるラバースイッチマットタイプで ある。

ボタンは、各スイッチポジションに導電性ラバー“ビル１を有するラバーマット を備えている。ボタンが押されると、ピルは、ｐｃｂに印刷される２個のインク リーピングセットである“フィンガー（ｆｉｎｇｅｒ）”の間に電気的パスを作 り出す。

これらのスイッチは、かなりの電流が電導される場合には好適ではないが、低電 流の信号品質適用にのみ好適である。これらは切り替えの機能はないが、シンプ ルなブツシュボタンとしてのみ使用される。

ＣＤ５１ 選択されたＬＣＤ５１は、“ゼブラ・ストリップ（Ｚｅｂｒａ−ｓｔｒｉｐ）” を介してｐｃｂ９０と接触する。ＬＣＤをｐｃｂに固定する方法は様々であるが 、低容積の課題を解決するために、エポキシ樹脂などの接着剤を使用する。正確 な配置を保証するためには、組立段階で簡単な工具設備が必要とされる。

充電コネクタ９１ 充電コネクタ９１の機能によれば、必ずしも特定の位置に位置決めされる必要は ないが、にも拘らず、その大きさ及び形状のために、充電コネクタが適合する位 置は極めてわずかである。幅が、カートリッジからｐｃｂ付近の狭い領域に向か って次第に細くなるため、カートリッジ領域のすぐ後方に選定されたポイントを 、適切な幅の領域とする。充電コネクタは、ｐｃｂ９０の底端部に固定され、こ のようにして、ｐｃｂ／バッテリサブアセンブリの一部を構成する。

オン／オフスイッチ５２ オン／オフスイッチは、バッテリからの主電源回路を閉じる必要があり、このよ うにして、約ＩＡのピーク電流の容量を有していなければならない。オン／オフ スイッチは、ｐｃｂ／バッテリサブアセンブリモジュール内に取り付けられたｐ ｃｂであることが好ましい。図５Ａ〜５Ｃは、スイッチ５２の位置を示している 。

基板フレキシブル回路９３（図１４） インクジェット基板２１は、１３個のパッド３２を有している。

駆動のためには、パッド３２に、接点パッド９２から電力が供給されなければな らない。１２個のノズルが設けられ、その各々が専用の接点パッドを有している 。１３個のパッドは“共通”である。

接続を行うためにインクジェットカートリッジに使用される技術は、各パッドに 相当する輪郭形成されたポイントを有しているフレキシブル回路９３と、接触圧 力を提供するためのラバー支持部材９　′５とからなっている。各パッドで測定 される接触力は約２０ｇであり、トータルで約３００ｇの力を発生させる。パッ ドの配置及び圧縮は、信頼できる接点を保証するために極めて厳密なものである 。

代用の接点システムも考えられたが、採用された手法は、ペンにおいて要求され るすべての品質、例えば極めてコンパクトで、構成素子が少なく、シンプルで、 極めて信頼性が高く、比較的低コストであることを提供する。

フレキシブル回路は、２つの基本的な材料フォーマットポリアミドとポリエステ ルとで得ることができる。

ポリアミドは、かなりの高温に耐えることができるように回路とのハンダ付は接 点を設ける必要がある場合に必要とされる。

ポリエステルは、かなりの低コストバージョンであるが、ハンダ付は接続を行う ことができない。ポリアミドの約半分の価格である。

接点パッド９２は、基板２１に対応して２列に配置され、接点の各ラインからの 接続が、フレキシブル回路９３の２つのアーム９５を通過する。接続は、各アー ムの端部の“ローゼット°アレイ９４内に形成される。これらは、中心孔を介し てネジによってｐｃｂに止められる。各側部のコンブライアント（ＣＯ層ｐｌｉ ａｎｔ　）ワッシャーは、硬質のラバーまたはこれと類似の材料から作られるが 、ペンの一生にわたって接点圧力を保持する。

、−１、−０１，−５，１２，−１，ｔ　Ｆｉｇｕｒｅ　３ｍｕ−≦−Ｍ、Ｍシ Ｕ ゝつ！礪興！用公々著公々礪δ々礪ぷ、！坂クユロｇｕｒｅ　６ 特表千７−５０４３６９　（１８） Ｆｉｇｕｒｅ　７Ｅ Ｆｉｇｕｒｅ　１Ｇ 特表平７−５０４３６９　（１Ｂ） Ｆｉｇｕｒｅ　１２Ｂ 国際調査報告　６Ｍ／、、Ｉｎ／ｌ’ｌｌ’ｌ直艙フロントページの続き （５１）Ｉｎｔ、　Ｃ１，’　識別記号　庁内整理番号Ｂ　４１　Ｊ　２１０１ （８１）指定間　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＦＲ，ＧＢ、ＧＲ，ＩＥ、ＩＴ、ＬＵ、ＭＣ，ＮＬ、ＰＴ、ＳＥ） 、ＡＴ、ＡＵ、ＢＢ、ＢＧ、ＢＲ，ＣＡ、ＣＨ，ＣＺ、ＤＥ、ＤＫ、ＥＳ、ＦＩ 、ＧＢ、　ＨＵ、ＪＰ、　ＫＰ、　ＫＲ，ＬＫ、　ＬＵ、　ＭＧ、　ＭＮ。

ＭＷ、ＮＬ、Ｎｏ、ＮＺ、ＰＬ、ＰＴ、ＲＯ，ＲＵ、ＳＤ、ＳＥ、ＳＫ、ＵＡ、 ＵＳ ＦＩ （７２）発明者　ティラー、ピータ−、ジョンイギリス国、シイ−ビー１４ティ ーワイケンブリッジ、マーシャル　ロード　１８（７２）発明者　ガツトセル、 グラハム、スコツトイギリス国、シイ−ビー５５キユーテイー　ケンブリッジ、 ハーストン、ザ　ライムズ　２０

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. １．書き込み面にマークを作成するための電気的に起動されるライティングヘッ ドと、 前記書き込み面と平行な平面内の任意の方向に前記ライティングヘッドが移動す る場合を検出する移動検出センサと、前記センサが前記ライティングヘッドと前 記書き込み面との相対的な動きを検出した時に、前記ライティングヘッドを起動 させるための手段と、 を備えているハンドヘルドマーキング装置。
2. ２．複数の異なる種類または大きさのマークを書き込み面に作成できるように前 記ライティングヘッドを構成し、且つ前記異なるマークの種類または大きさのい づれを作成するかを選択するための選択手段をさらに備えている請求項１に記載 のハンドヘルドマーキング装置。
3. ３．前記移動検出センサを振動センサとすることを特徴とする請求項１または２ に記載のハンドヘルドマーキング装置。
4. ４．前記ライティングヘッドが、種々のパターンのマーク、種々の濃度のマーク 、異なる幅のマークを発生させるように構成することのできる複数ノズルのイン クジェットライティングヘッドを備えている請求項１〜３のいづれか一項に記載 のハンドヘルドマーキング装置。
5. ５．単一のノズルを備え、且つ発生する小滴の大きさを前記選択手段によって調 整し、例えば描かれる線の幅を変更できることを特徴とする請求項１〜３のいづ れか一項に記載のハンドヘルドマーキング装置。
6. ６．電力を電子回路に供給し、前記選択手段及び前記移動検出センサを監視する と共に適切な信号を供給し、前記ライティングヘッドを制御し、また電力を電源 回路に供給し、前記ライティングヘッド及び電子回路を必要な電気供給を用いて 駆動させるためのバッテリを備えていることを特徴とする請求項１〜５のいづれ か一項に記載のハンドヘルドマーキング装置。
7. ７．前記ライティングヘッドを装備している交換可能なカートリッジにマーキン グ液を備えていることを特徴とする請求項１〜６のいづれか一項に記載のハンド ヘルドマーキング装置。
8. ８．前記カートリッジが、前記マーキング装置に回転自在に取り付けられるとと もに、スプリングの下方バイアス作用に対抗する位置に保持され、前記ライティ ングヘッドが、信号がコネクタから前記ライティングヘッドに供給される際に介 する複数の接点を有し、且つ前記スプリングによって前記コネクタに対抗して保 持されることを特徴とする請求項７に記載のハンドヘルドマーキング装置。
9. ９．前記移動検出センサを、前記書き込み面を移動する際のスタイラスの振動を 検出ためのピエゾ電気振動センサとすることを特徴とする請求項１〜８のいづれ か一項に記載のハンドヘルドマーキング装置。
10. １０．ユーザによって前記マーキング装置に供給される圧力を検出するための圧 力検出手段を備え、当該圧力検出手段からの信号を使用し、例えば、前記マーキ ング装置が供給する複数の異なるライン幅のいづれかを選択することを特徴とす る請求項１〜９のいづれか一項に記載のハンドヘルドマーキング装置。
11. １１．前記圧力検出手段を移動検出センサと統合し、パーツ数を減少させること を特徴とする請求項１０に記載のハンドヘルドマーキング装置。