JPH0729429B2 - 熱的インクジエツトプリンターに用いるためのプリントヘツド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は要求によりインク滴状体を放出するような、す
なわちドロツプ・オン・デマンド（drop−on−demand）
インクジエツト印刷に関し、さらに詳しくはインク滴状
体放出のメカニズムすなわち放出する態様がインク溜り
内で破裂するインクの蒸気の泡の近辺におけるインクの
流体の慣性を含むようになされた、すなわち利用するよ
うな熱的インクジエツト印刷に関する。

従来技術 一般的に言つて、ドロツプ・オン・デマンドインクジエ
ツトプリンターは２つの型式に分類できる。すなわちノ
ズルからインク滴状体を放出する圧力パルスを生じさせ
るピエゾ電気オランスデユーサーを使用する型式および
インク滴状体を放出するインク充填チヤンネル内にイン
クの蒸気の泡を生じさせる熱エネルギーを利用する型式
のものである。後者の型式のものは熱的インクジエツト
印刷または泡インクジエツト印刷と称されているが、こ
の型式のものが本発明の対象である。既存の熱的インク
ジエツト印刷においては、プリントヘツドがアヤタその
他に附与された米国特許第4,463,359号に記載されてい
るような１つまたはそれ以上のインク充満チヤンネルを
含み、これの一端が比較的小さいインク供給室に連通
し、他端ノズルと称される開口を有するようになつてい
る。通常は抵抗となされる熱エネルギー発生装置がチヤ
ンネル内にノズルの近辺の位置にこれから予め定められ
た距離に配置される。これらの抵抗は個々に電流パルス
を供給され、瞬間的にインクを蒸発させて泡を作り、こ
の泡がインクの滴状体を放出するようになすのである。
泡が成長すると、インクはノズルから膨張して出て、メ
ニスカスとしてインクの表面張力によつて保持される。
泡が破裂を始める時に、なおチヤンネル内にノズルと泡
との間にあるインクは破裂した泡に向つて動き始め、ノ
ズルにおけるインクの容積の収縮を生じ、滴状体として
膨張するインクとの間の分離が行われる。泡が成長する
間にノズルから出るインクの加速はペーパーのような記
録媒体に向う実質的に直線方向の滴状体の運動量および
速度を与える。

前述の米国特許第4,463,359号においては、毛細管作用
によつて補充される１つまたはそれ以上のインク充満チ
ヤンネルを有する熱的インクジエツトプリンターが記載
されている。メニスカスがそれぞれのノズルに形成され
てインクがノズルから出るのを阻止するようになつてい
る。抵抗またはヒーターがそれぞれのチヤンネル内にノ
ズルから予め定められた距離の位置に配置されている。
データ信号を示す電流パルスが抵抗に加えられて、これ
に接触しているインクを瞬間的に蒸発させ、それぞれの
電流パルスに対して泡を形成する。インク滴状体は泡が
成長することによつてそれぞれのノズルから押出され
て、一定量のインクがノズルから膨張して出て泡が破裂
すなわち潰れ始めた時に滴状体となつて離れるのであ
る。電流パルスは、それぞれの滴状体が放出された後で
メニスカスが破壊するのを阻止してインクがチヤンネル
内に余り早く後退しないようになす。脱熱基層の頂部お
よび底部に取付けられた互い違いの直線的配列体および
多色プリンテイングのための種々の色のインクを有する
ような熱的インクジエツト印刷装置の直線的配列体の種
々の実施例が示されている。１つの実施例においては、
抵抗が両端にノズルを有する比較的短いチヤンネルの中
心に配置されている。他の通路が端部の開放したチヤン
ネルに連結されてこのチヤンネルに対して垂直になされ
ていて、Ｔ形状の構造を形成するようになつている。イ
ンクは、毛細管作用によつてこの通路から端部が開放さ
れたチヤンネル内に充填される。このようにして端部が
開放したチヤンネル内に泡が形成されると、２つの異な
る記録媒体が同時に印刷されることができる。

シエロその他に附与された米国特許第4,275,290号はイ
ンク容器の水平壁部内に多数のオリフイスを有する熱的
作動の液体インクプリントヘツドを記載している。作動
に際して、電流パルスがそれぞれのオリフイスを取巻い
ている抵抗の内の選択された抵抗を加熱して非導電性イ
ンクを蒸発させる。蒸発されたインクの蒸気は、容器壁
部から上方に間隔をおかれてこれに平行に配置されたペ
ーパーのような記録媒体上に凝結して、画素すなわち絵
素を示す暗いすなわち着色スポツトを生じさせる。これ
と異なり、インクは、これの部分的蒸発によつてオリフ
イスの上方に強制されて、インクが蒸気の泡によつて与
えられる圧力の作用により移送される。インクを部分的
または完全に蒸発させる代りに、インクはその表面張力
の減少によつてオリフイスから流出されるようになし得
る。オリフイス内でインクを加熱することによつて表面
張力係数は減少し、メニスカスの曲率は増加し、記録媒
体の表面に到達してスポツトを印刷することができる。
バイブレーターすなわち発振器が容器内に取付けられて
インクに対して変動する圧力を与えるようになし得る。
抵抗に与えられる電流パルスは振動によつて生ずる最大
圧力と一致させられるのである。

ハラその他に附与された米国特許第4,251,824号は、イ
ンク滴状体を放出させるプリントヘツドのインク充満チ
ヤンネル内にインクの蒸気の泡を発生させる１つのヒー
ターまたは１群のヒーターを附勢させることを含む熱的
作動の液体インクジエツト記録方法を記載している。第
7A図および第7B図において、１つの抵抗がそれぞれのチ
ヤンネルに対して使用されてチヤンネルのノズルから滴
状体を放出させるようになつている。それぞれのチヤン
ネル内の多数の抵抗は第12図に示されていて、これらの
抵抗は順次附勢されて滴状体を放出するようになつてい
る。第2C図において、それぞれのチヤンネル内の容量の
異なる種々の抵抗を同時に附勢すると直径の異なる滴状
体を放出する。

1977年９月30日付出願され、実質審査を受けないで1979
年４月24日付にて公開公報第54−51837号として公開さ
れた日本国特許願第52−118177号はインク室の圧力を増
加させる加熱機素によつて空気の泡が発生されてインク
滴状体をオリフイスを通してインク室から強制的に放出
させるようになす空気の泡を記載している。この泡は次
に吸熱作用によつて冷却されて泡が破壊されるのであ
る。

ハラその他に附与された米国特許第4,376,945号は、プ
リントヘツドの各部品をともに取付けて保持するために
種々の接着剤が使用されている熱的インクジエツトプリ
ンターを記載している。これのプリントヘツドは、１つ
またはそれ以上のインク充満チヤンネルを有し、それぞ
れのチヤンネルが一端にインク滴状体を放出する放出オ
リフイスを有し、チヤンネルの他端がインク供給室に連
通していて、また加熱機素が設けられてそれぞれのチヤ
ンネル内のインクに対してオリフイスの近辺で熱エネル
ギーを与えるようになつている。熱エネルギーおよび機
械的圧力変化を与えることは、滴状体を放出させるため
に同期的になされている。１つの実施例においては、予
備的に附勢するヒーターが使用されている。

ハルタその他に附与された米国特許第4,410,899号は、
熱発生装置によつてインク滴状体を形成する方法を記載
していて、この熱発生装置は滴状対を放出させる泡を形
成するが、泡はチヤンネルを充満させることはなく、た
とえ泡が最大寸法に達してもインクが全部ノズルから分
離されることがないようになされているのである。

イシイに附与された米国特許第4,409,596号は、ピエゾ
電気作動インジエツトプリンターを記載していて、この
プリンターにおいては、中間パルスが連続的にインクに
与えられ、滴状体放出用の第２のパルスが中間パルスに
加えられる時には何時でも滴状体が放出されるようにな
つている。

フイツシヤーその他の1975年９月号のIBMテクニカル・
デイスクロージーアー・ビユレテイン第18巻第４号はイ
ンク・オン・デマンドインクジエツトプリンターを記載
していて、このプリンターにおいては、ジエツトの発生
が超音波によつて発動され、インク容器は、オリフイス
におけるメニスカスに対する超音波作用を増加させる超
音波キヤビテイーとなされている。オリフイスを内部に
有する高圧電極および加速電極が記録媒体を挾持するよ
うになつている。２〜４キロボルトの程度の電圧がオリ
フイスを有する電極に与えられ、約７キロボルトの電圧
が加速電極に与えられる。オリフイスを有する電極から
の電圧は、インク容器のオリフイスにメニスカスが形成
されるようになす。インク滴状体を放出することが望ま
れる時には共振周波数がインク容器の一部分を形成する
ピエゾ電気結晶に与えられるのである。共振状態でない
時のインクに対する組合された静電的および流体静力学
的な作用力は電極オリフイスを通つて移動して記録媒体
上に衝突するようなインクの漏洩または滴状体の形成を
行うのには充分でないのである。

発明の目的 本発明の目的は、要求によつて運動する液体インク滴状
体を作るために泡を破裂させることによつて誘起される
衝撃作用を利用する熱的インクジエツトプリンターに使
用するプリントヘツドを提供することである。

本発明の他の目的は、動力要求量を減少させるために比
較的低い圧力でそれぞれのノズルの廻りに泡を形成させ
ることである。

本発明のさらに他の目的は、さらに能率的な、動力消費
量の少ない、プリントヘツドノズルを実質的に取巻く泡
形成ヒーターによつて高速滴状体を作ることである。

発明の概要 本発明によれば、前記した目的は、液体インクを所定の
圧力で収容する室を内部に備えたハウジングであって、
この室の壁部がその室和表面の開口部からなる入口とそ
の記録媒体に対面する側の表面の開口部からなる出口と
入口及び出口をつなぐ貫通部分とからなる貫通通路を少
なくとも一つ有するハウジングと、前記通路の入口を実
質的に取り囲むべく前記壁部の前記室側表面に形成され
た加熱要素と、前記室をインクで満たした状態に保つよ
うに前記所定の圧力で前記ハウジングにインクを供給す
る手段と、前記加熱要素と接触したインクを気化させて
前記通路の入口のまわりで前記室内において対称な泡を
生じさせこの泡の崩壊により生じる衝撃力で前記通路の
出口から液滴を記録媒体に向かって放出させるべく、デ
ジタル化したデータ信号を表わす電流パルスを加熱要素
に送る手段とを有する熱的インクジェットプリンター用
のプリントヘッドによって達成される。

本発明のプリントヘッドでは、加熱要素が、通路の入口
を実質的に取り囲むべく壁部の室側表面に形成されてお
り、且つ電流パルス送給手段が加熱要素を十分に加熱し
得るように構成されているので、電流パルス送給手段に
よって電流パルスを加熱要素に送ると、加熱要素と接触
したインクが室内で（即ち通路の入口側で）気化されて
急激に気泡になるが、このとき、この気泡は、加熱要素
のある室側表面からインクを収容している該室の内部に
向かって成長することになる。（当然ながら通路は室よ
りも狭いから）この段階では、通路の外側に位置する出
口にあるメニスカス、即ちインク液表面の状態は、ほと
んど影響を受けない。次に、気泡が崩れ始めると、メニ
スカスが出口の外側に向かって膨出し始め、泡の崩壊に
より生じる衝撃力で通路の出口から液滴を記録媒体に向
かって放出させることになる。

本発明の好ましい一実施例では、熱的インクジエツトプ
リンターに使用するプリントヘツドは、予め定められた
圧力の液体インクを収容する内側室を有し、前記室が少
なくとも１つの貫通通路を有する壁部を有し、前記通路
が前記室と連通する入口および放出される液体インクの
滴状体を記録媒体に指向させるノズルとして役立つ出口
を有するようになされたハウジングと、前記通路の入口
を実質的に包囲する前記室の壁部上に形成された加熱機
素と、前記室をインクによつて充満させて保持するよう
に予め定められた圧力で前記ハウジングにインクを供給
する装置と、前記加熱機素に対してデジタル化されたデ
ータ信号を示す電流パルスを送り、前記加熱機素に接触
しているインクを蒸発させて前記通路の入口の廻りに対
称的な泡を作り、この泡の破裂によつて生ずる衝撃力の
ために前記滴状体を前記ノズルから放出させるようにな
す装置とを含んでいる。

本発明によつて、熱的インクジエツトプリントヘツドは
キヤリジ上に取付けられ、ペーパーのような記録媒体の
表面を横切つて往復運動を行うようになされる。記録媒
体はプリントヘツドの往復運動の方向が反転される都度
予め定められた距離だけ歩進送りを与えられる。プリン
トヘツドは予め定められた圧力の或る量の液体インクを
収容する内部屋を有するハウジングを含んでいる。ハウ
ジングの内部屋は記録媒体に平行でこれから間隔をおか
れた１つの壁部を有する。記録媒体の歩進運動の方向に
平行に直線的な系列をなす通路が室の壁部を通つて垂直
に伸長していて、通路の入口が室の内部と連通し、通路
の出口がノズルとして役立ち、記録媒体に対して対面し
ている。加熱機素すなわち抵抗がそれぞれの通路の入口
にて実質的にこの入口を取巻くようにして室の壁部に形
成されている。ハウジングの室は予め定められた圧力で
液体インクを充填され、インクは使用されると可撓性ホ
ースを経てインク供給部からインクを補充されるように
なつている。それぞれの加熱機素は制御装置からデジタ
ルデータ信号を受取ることに応答して制御装置から選択
的に与えられる電流パルスによつて個々に附勢されるよ
うになつている。

電流パルスは加熱機素が熱エネルギーをインクに伝達し
てインクを蒸発させ、一時的に泡を発生させてこの泡が
電流パルスの終了と殆ど同時に破裂されるようになつて
いる。通路は断面積が充分に小さく、かつ充分に長く、
これによつてインクの流れ抵抗および流体の慣性によつ
て、泡が形成される間および成長する間にインクがノズ
ルから漏洩するのを阻止するようになつている。泡が加
熱機素に向つて破裂すると、迅速に破裂する泡によつて
誘起される衝撃のためにインクの滴状体が通路のノズル
から排出されるのである。

プリントヘツドの他の実施例においては、ハウジング室
内のインクに正弦圧力波を発生させるために超音波発生
装置を使用している。圧力波の低い圧力値の部分が加熱
機素に対する電流パルスの附与と一致していて、圧力波
の高い圧力値の部分は、泡がピーク寸法に達した少し後
で泡の破裂が完全に進行中である時に生ずる。

本発明は、従来の装置のような、それぞれ加熱機素を有
するインク充満チヤンネルの直線的配列体を有し、加熱
機素が電気的パルスを受けると高圧の泡を作り、これが
加熱機素およびノズルの間でチヤンネル内の或る量のイ
ンクを加速して滴状体をノズルから強制的に放出させる
ものとは対称的なものである。泡の破裂の開始によつて
ノズルおよび加熱機素の間の或る量のインクを、加速さ
れたインクの量とは反対の方向に動かして、滴状体から
分離させて放出するのである。すなわちチヤンネル内の
インクが毛細管作用によつて補充される前にメニスカス
はインクをノズルからチヤンネル内に後退させる傾向を
有するのである。

発明の実施例 本発明による典型的なキヤリジ型式の熱的インクジエツ
トプリンター10が第１図に概略的に示されている。イン
ク充満室を有するプリントヘツド11は往復キヤリジ組立
体29上に取付けられている。インクの滴状体12は記録媒
体13に対して推進されるが、この記録媒体13は、プリン
トヘツドが記録媒体を矢印15の方向に横切つて移動する
都度ステツパーモーター16によつて予め定められた距離
だけ矢印14の方向に歩進運動を行うのである。ペーパー
のような記録媒体は供給ロール17に貯蔵されていて、こ
の方面の技術で公知の装置によつてステツパーモーター
16によりロール18上に歩進的に供給されるようになつて
いる。

プリントヘツド11は支持ベース19上に固定して取付けら
れ、この支持ベースは２つの平行なガイドレール20のよ
うな公知の装置によつて往復運動を行うようになつてい
る。プリントヘツドおよび支持ベースは往復キヤリジ組
立体29を含み、この往復キヤリジ組立体は記録媒体に平
行な方向で記録媒体が歩進運動する方向に垂直な方向に
記録媒体を横切つて前後に往復運動する。プリントヘツ
ドの往復運動はケーブル21および１対の回転可能のプー
リー22によつて与えられるようになつており、一方のプ
ーリーが可逆モーター23によつて附勢されるのである。

電流パルスが制御装置25からの導線24によつてプリント
ヘツド11内の通路の直線的配列体30（第２図）の廻りに
形成された個々の泡発生用加熱機素44（第２図に示され
ている）に与えられる。インク滴状体を形成する電流パ
ルスは、後述にて詳しく述べる電極26を経て制御装置に
よつて受取られるデジタルデータ信号に応答して発生さ
れる。インクは作動の間可撓性ホース27を経てインク供
給部28から補充されて予め定められた圧力で完全に充満
した状態に補充される。

第２図は第１図に示されたプリントヘツド11およびキヤ
リジ組立体29の拡大された一部破断された概略的斜視図
である。図示されない液体インクが水柱5.1〜152.2mm
（0.2〜6in）の範囲で25.4〜50.8mm（１〜2in）の範囲
が望ましい僅かの負の圧力にてプリントヘツドの内部室
31内に収容されている。プリントヘツド室は例えば0.5
〜1.0ccの量の限られた量のインクを保持してキヤリジ
組立体およびプリントヘツドの往復運動によつて生ずる
ばね飛び作用を最少限になすようになつている。プリン
トヘツド内の多数の通路30はプリントヘツドの往復運動
方向に垂直な方向に、記録媒体に平行な方向に直線的に
整合されている。

プリントヘツドは２つの基本的な部分より成つている。
すなわち貫通する通路30を有する平らな基層32および開
放された側部を有する中空の壁部を有する構造体33であ
る。平らな基層は実質的にそれぞれの通路の入口の廻り
に表面34上に形成された加熱基素44を有し、入口は通路
と平らな基層の表面34との交叉部として形成されてい
る。個々に附勢を行うようになされた電極35は共通の戻
り導線36を有するようにして基層表面34上にパターンを
形成している。電極および共通の戻り導線は平らな基層
の端部にて終端し、導線24の取付けを可能になしてい
る。これらの導線は例えばリボンケーブル（図示せず）
となすことができ、パターンを形成した電極および共通
の戻り導線に公知の装置によつて接続されることができ
るようになつている。

通路は如何なる断面積になすこともできるが、望ましい
実施例においては、約12ミクロンの直径を有する円形に
なされて、長さが約24ミクロンである。開放された側部
が平らな基層表面34に接触して総ての通路の入口を包囲
し、組合された加熱機素を有する中空の壁部構造体33は
封止状態で平らな基層32に接着されている。開口が構造
体33の１つの壁部に形成され、可撓性ホース27を連結す
るようになつている。プリントヘツドは公知の方法でキ
ヤリジ支持ベース19上に解除可能に取付けられ、または
接着剤によつて固定されることができる。本発明による
滴状体発生機構の説明を明瞭にするために３つの通路の
みしか第２図には示されていないが、これよりも多くの
通路が記路のために使用でき、例えば約４ミルの中心に
40〜60の通路が設けられることができる。

基本的には、熱的インクジエツト装置の作動順序は望ま
しい実施例では加熱機素44を通る約20キロヘルツの予め
定められた持続時間の電流パルスによつて起動される。
第３図および第４図は平らな基層32および壁部構造体33
によつて形成された室31内に収容されたインク38を示す
プリントヘツドの部分的な断面図を示す。入口に環状加
熱機素44を有する１つの通路30の断面は、明らかに瞬間
的に破裂する泡および泡の破裂が泡および通路の出口す
なわちノズルにおけるメニスカス42の間に捕捉された通
路内の或る量のインクに対して有する作用を明らかに示
している。熱は加熱機素からインクに伝達され、インク
をその通常の沸騰点以上に過熱し、このようにして蒸気
の泡40を形成する。電流パルスの通過の少し後で、泡40
は時間t1にて最大の成長点に達する。泡は従来技術の毛
細管充填チヤンネル内における泡の形成とは反対に、プ
リントヘツド室31内に収容されるインク38の溜り内に形
成されるのであるから、泡の形成には僅かな比較的低い
圧力しか必要でない。第３図および第４図に示された泡
の形成は、泡の成長段階の間における通路30内のインク
の量およびメニスカス42が時間t4にて泡の殆ど全体の破
裂を生ずるまで著しい影響を受ける程大なる運動を生じ
ることがないことが注目される。泡は通路の入口37の廻
りに対称的でなければならないから、加熱機素は等しい
振幅および継続時間の電流パルスを与えられる１つの抵
抗路または多数の抵抗路となすことができる。さもなけ
れば、衝撃力のベクトルは実質的に通路の中心を通つて
指向されることはない。滴状体の形成および推進を最大
限になすために衝撃力のベクトルは通路の中心線または
軸線に沿つて指向されなければならない。時間t5にて、
滴状体12は記録媒体に向つて推進される。全体的な泡の
形成および破裂の順序は約10〜50マイクロ秒内に生じ、
加熱機沿は100〜500マイクロ秒の最少限の停滞時間の後
で他の電流パルスを再び附勢されてインクの動力学的運
動を若干減衰するようになし得る。

従来技術においては、泡が加熱機素上で破裂して、この
破裂が激しいキヤビテーシヨン力を生じて加熱機素を腐
食し、作動寿命を減少させたのである。本発明は通路の
廻りの加熱機素を使用し、加熱機素に対するキヤビテー
シヨン力が著しく減少されるようになしている。泡の破
裂によつて生ずる衝撃力は加熱機素を打撃するのでなく
滴状体を歩進させるのである。部分的に分割され、個々
に同時に附勢されることができる範囲の、すなわち環状
の加熱機素はそれぞれの通路の入口37の廻りの平らな機
素32の表面34上に沈着される薄いフイルムの抵抗層であ
る。薄い保護の絶縁層（図示せず）が抵抗層上に配置さ
れてこの抵抗層をインクから絶縁するようになつてい
る。前述のように、迅速に泡をインクの溜り内に形成す
るのに必要な圧力は従来技術において使用されていたよ
うなインク滴状平を毛細管チヤンネルから放出させるの
に必要な圧力よりも遥かに低い。従つて、本発明の加熱
機素は甚だ高い加熱温度を必要とせず、加熱機素の温度
が低いことは装置の寿命を増加させ、また動力の要求量
を減少させるのである。

一度エネルギーパルスの附与が終了して低い圧力の蒸気
の泡が形成されると、泡から周囲の液体インクへの熱の
消散は蒸気の迅速な凝結および泡の迅速な圧力降下を生
じさせるのである。泡内の圧力は泡の破裂を生じさせ、
これに引続いて加熱機素44に対面する泡の表面にジエツ
ト状の形成部分41を生じさせるのである。破裂する泡の
表面形状および運動は公知であるが（プレセツトおよび
チヤプマンによる1971年のジヤーナル・オブ・フイルド
・メカニツクス「蒸気のキヤビテイーの破裂」と題する
論文を参照）、滴状体を放出させ、推進させるために破
裂する泡のジエツト状の形成部分の衝撃力を使用するこ
とは新規である。

本発明の変形実施例は、プリントヘツドの室31内にイン
クの溜りに高周波圧力変動を附加することによつて与え
られる。高周波圧力が与えられて加熱パルスと正しく同
期させられると、著しくプリントヘツドの性能が改善さ
れる。第２図において、超音波発生装置すなわちピエゾ
電気トランスデユーサー46が平らな基層32内の通路30に
対向する中空構造体33の壁部に附加されている。導線47
が封止状態で中空構造体33を貫通してトランスデユーサ
ー46を附勢するようになつている。このピエゾ電気トラ
ンスデユーサーは10〜100KHzの範囲の予め定められた周
波数にてインクの溜り内に圧力波を生じさせるのに使用
される。その振動の振幅は、圧力の変動が丁度平らな基
層32のキヤビテーシヨンのしきい値の直下にあるように
調節されるのである。望ましい実施例では円形である通
路30の断面および通路の長さは、超音波圧力変動のみで
は正味のインク38の流れが生じないように選択されるの
である。通路入口の近辺の圧力は時間で変化する正弦波
成分とともに一定の流体静力学的圧力として表わすこと
ができる。インクの飽和温度はプリントヘツドの室31内
の全体的なインクの量すなわち溜りの量の飽和温度より
も高いから、インクの温度が上昇しない限り蒸発は生じ
ない。正弦波状のインクの圧力の変化の影響はインクの
飽和温度の正弦波状の変化を生ずることであつて、この
ことは加熱機素44からインクへ、および泡40の成長位相
での熱エネルギーの伝達に有利に利用できる。

インク滴状体12が記録のために必要になつた時に、電流
パルス43が加熱機素44に与えられてこれに接触している
インクの温度を上昇させる。これに関しては第５図およ
び第６図を参照。時間t1にて、電流パルス43が加熱機素
44に与えられ、この電流パルスの附与は正弦波状の圧力
波の低い圧力の半サイクル50と同期されるのである。こ
のことは、インクの溜りの圧力が超音波発生装置を有し
ない実施例の一定の溜りの圧力よりも低いために実質的
に低い電流および温度を有する第５図の曲線49として示
される泡の成長を生ずる。時間t2は電流パルスの終了す
る直前の泡の成長を示し、メニスカス42の後退は無視で
きる状態である。時間t3は最大限の泡の寸法が既に得ら
れて泡が破裂しつつあり、一方正弦波状の圧力がなお上
昇しつつあることを示すが、注目されることは、メニス
カス42が膨れ始めていることである。時間t4で圧力振幅
は最大限に達し、泡はその時殆ど全体的に破裂して、突
出するメニスカス42からまだ分離されていない部分的に
形成された滴状体を作つている。時間t5にて、滴状体12
は記録媒体に向つて推進されてメニスカスの後退した状
態は通路の入口から十分に離れた最大限に引込んだ状態
に達し、空気は吸引されず、圧力波の振幅が再び最も低
い値に達した状態となる。時間t6にてメニスカス42は定
常的な位置に復帰して振動減衰を受けつつあり、一方高
い圧力の半サイクルの値がピークに達している。圧力波
振幅が時間t6にて高い圧力から降下して２サイクルの変
動の終端に達すると、加熱機素は再び附勢されて他の滴
状体を作るようになされる。このようにして、本発明で
は、滴状体を放出するための破裂する泡によつて生ずる
高速のジエツト状の形成物と組合されたエネルギーが制
御されて、このエネルギーが従来公知の熱的インクジエ
ツトプリンターにおけるよりもさらに有利に利用される
のである。

上述の本発明の説明から、当業者には、多くの修正およ
び変形が可能であつて、このような修正および変形が総
て本発明の範囲に入ることを企図していることは明らか
に判るところである。

発明の効果 上述を要約すれば、本発明は、要求によつて液体インク
の運動する滴状体を作るために熱的インクジエツトプリ
ントヘツド内で破裂する泡によつて発生される衝撃を利
用する優れた熱的インクジエツトプリンターのプリント
ヘツドを提供するものである。プリントヘツドはインク
の溜り量を収容し、プリントヘツドの１つの壁部に通路
すなわちノズルの直線的な配列体を有し、滴状体を放出
させるようになつている。加熱機素がそれぞれの通路の
入口の廻りに均一に形成されてそれぞれの加熱機素が選
択的に電流パルスを与えられて通路内で収縮して後退す
るインクの部分を蒸発させる。泡は通路の入口上に対称
的に形成されて電流パルスの通過後に破裂する。破裂す
る泡によつてジエツト状の形成物が作られて、これが通
路の入口と出口との間の通路内のインクの量に対して衝
撃を与えてインクの滴状体を通路の出口から記録媒体に
向つて推進させるのである。通路は断面積が充分に小さ
く、また泡が形成されて破裂され得るようにならない限
りインクが通路の出口から漏洩するのを阻止するのに充
分な長さを有するようになされている。

また別の実施形態では、超音波発生装置がプリントヘツ
ド内のインクの溜りに圧力波を生じさせるようになつて
いる。圧力振動の振幅は、圧力変動が通路を含むプリン
トヘツドの壁部にキヤビテーシヨンのしきい値の直下の
値になるように調節されるのである。通路入口の近辺の
圧力は時間で変化する正弦波成分を組合された一定の流
体静力学的圧力として表わすことができる。電流パルス
は、実質的に一層低いエネルギーパルスおよび温度にて
泡の成長を可能になすために圧力波の低い圧力の半サイ
クルと同期されるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のプリントヘツドを組込んだキヤリジ型
式の熱的インクジエツトプリンターの要部を示す概略的
斜視図。 第２図は第１図に示された熱的インクジエツトプリント
ヘツドの拡大された一部分破断された概略的斜視図。 第３図はインクの蒸気の泡の破裂によつて生ずる衝撃で
作られた滴状体を示す種々の瞬間における蒸気の泡の状
態を示す概略的説明図。 第４図は種々の瞬間における破裂する泡の拡大された表
面形状および運動を示す説明図。 第５図は電流パルスに対する圧力の低い正弦波部分の同
期状態を示す電流パルスおよび圧力波振幅対時間のプロ
ツトを示す線図。 第６図は種々の瞬間におけるプリントヘツド内のインク
に正弦波圧力波を与える超音波発生装置によるインクの
蒸気の泡の状態を概略的に示す説明図。 10……キヤリジ型式の熱的インクジエツトプリンター 11……プリントヘツド 12……インクの滴状体 13……記録媒体 16……ステツパーモーター 17……供給ロール 18……ロール 19……支持ベース 20……ガイドレール 21……ケーブル 22……プーリー 23……可逆モーター 24……導線 25……制御装置 26……電極 27……可撓性ホース 28……インク供給部 29……往復運動するキヤリジ組立体 30……通路 31……内部室 32……平らな基層 33……中空の壁部構造 34……平らな基層32の表面 35……附勢電極 36……共通の戻り導線 37……共通30の入口 40……インクの蒸気の泡 41……ジエツト状の形成物 42……メニスカス 44……加熱機素 46……トランスデユーサー 47……導線

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−102254（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−204374（ＪＰ，Ａ) 特公 昭61−191（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭60−9906（ＪＰ，Ｂ２) 米国特許4275290（ＵＳ，Ａ)

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液体インクを所定の圧力で収容する室を内
   部に備えたハウジングであって、この室の壁部がその室
   側表面の開口部からなる入口とその記録媒体に対面する
   側の表面の開口部からなる出口と入口及び出口をつなぐ
   貫通部分とからなる貫通通路を少なくとも一つ有するハ
   ウジングと、 前記通路の入口を実質的に取り囲むべく前記壁部の前記
   室側表面に形成された加熱要素と、 前記室をインクで満たした状態に保つように前記所定の
   圧力で前記ハウジングにインクを供給する手段と、 前記加熱要素と接触したインクを気化させて前記通路の
   入口のまわりで前記室内において対称な泡を生じさせこ
   の泡の崩壊により生じる衝撃力で前記通路の出口から液
   滴を記録媒体に向かって放出させるべく、デジタル化し
   たデータ信号を表わす電流パルスを加熱要素に送る手段
   と を有する熱的インクジェットプリンター用のプリントヘ
   ッド。
2. 【請求項２】周期的に高圧側及び低圧側の振幅となり一
   様にゆらぐ圧力波を、この圧力波の高圧側の振幅が前記
   通路を含めて前記ハウジングの前記室の壁部でキャビテ
   ーションを生じさせる閾振幅よりも小さくなるように調
   整して、発生する超音波発生器と、 超音波発生器を作動させると共に該超音波発生器で発生
   した圧力波の振幅を調整する手段とを 更に有する特許請求の範囲第１項に記載のプリントヘッ
   ド。
3. 【請求項３】通路の入口での圧力が一定の静水圧と圧力
   波から生じ時間的に変動する正弦波圧力成分とによって
   規定され、液滴を放出させる泡を生じさせるに必要な電
   流パルスを弱くし温度変化を小さくし得るように、正弦
   波圧力成分の圧力の低い側の半サイクルが、加熱手段へ
   の電流パルスの供給と同期せしめられている特許請求の
   範囲第２項に記載のプリントヘッド。
4. 【請求項４】前記少なくとも一つの通路は、泡の形成及
   び成長の間該通路の出口からインクが漏れ出さないよう
   にインクを通路内に留め得る流れ抵抗及び液滴の慣性を
   与えるような、断面積と長さと関係を有し且つ十分に小
   さい断面積のものである特許請求の範囲第１項に記載の
   プリントヘッド。
5. 【請求項５】前記通路は、横断面が直径約12μｍの円形
   で、長さが約24μｍである特許請求の範囲第４項に記載
   のプリントヘッド。
6. 【請求項６】加熱要素が複数の部分に分割されており、
   実質上等しい大きさ・間隔の電流パルスを各分割部分に
   同時に流して、電流パルスによって生じさせる泡が通路
   のまわりで対称になり、泡が壊れる際の衝撃により力の
   ベクトルが実質上通路の中心を通り且つ通路の長手方向
   に沿うようにした特許請求の範囲第１項に記載のプリン
   トヘッド。
7. 【請求項７】電流パルスにより発生された泡が所定量の
   インクを前記通路内に分離し、泡が壊れることによって
   生じる衝撃力で前記の分離された量のインクを通路から
   噴出させてインク滴として対面する記録媒体にとばすよ
   うに構成されている特許請求の範囲第１項に記載のプリ
   ントヘッド。