JPS5946790B2 - 超音波エネルギ印刷装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は印字に関するものであり、更に具体的に云えば
石版印刷、複写印刷、グラビア印刷以外の印刷に関する
ものである。

石版、複写、グラビアなどの普通の印刷技法は印刷され
るべき像を形成したインク付け領域が用意された板体を
用いる必要がある。

極く最近ジェットノズルからのインク粒子を方向付けし
そのようなインク粒子を印刷媒体上に選択的に塗布或は
付着せしめる手法を含んだ種々のインクジェット印字装
置が開発されている。これらのインクジェット印字装置
は他の印刷装置を越える数多くの望ましい利点を持つて
いるものの、同時に複数枚のコピーを作る用途には不適
である。米国特許第３７９０７０３号は情報信号に応答
して流体流の温度を時間的に変化させるところの温度粘
性変調（熱により粘性を変調させる）型の印刷装置を開
示している。

流体流の温度粘性変調は壁に薄膜抵抗器を有する毛細管
を通して加圧下で複数本の流体インク流を通過せしめ、
そして流体インク流を選択的に加熱する為抵抗器を通し
て走査用の電気信号を印加する事により達成される。流
体インク流の粘性が熱により変わると、毛細管を通るイ
ンクの流量もそれに応じて変わる。そこで開示された温
度粘性変調装置と共に静電的インク転写技法を用いる事
も出来る。温度粘性変調の使用はその固有の熱拡散によ
る熱伝導の問題にも依存し、これが印刷の質及び解像度
に影響を及ぼすかもしれない。又、１枚のコピーしか印
刷出来ないのが普通である。特開昭４８−３１９４４号
公報は、超音波振動子をその静止（非動作）時に感熱材
表面に接触しない程度の微少間隔に配設して、超音波振
動子と感熱材表面との間の接触摩耗を減じる構成を開示
している。

振動子を超音波振動させるよう選択的に動作させたとき
その振輻の［山」の部分でのみ振動子と感熱材とを接触
させて超音波エネルギを伝達し、印刷するのである。し
かしこの技法は、如上の微少間隔より超音波振動振輻を
大きくする必要から、振幅を無理に大きくとつたり、微
少間隔を精緻に維持しなければならない。また「山」の
部分でしかエネルギが伝達されないのでエネルギ効率が
悪い。本発明の目的は超音波振動子とインク担持媒体と
の摩耗を最小限にし、且つエネルギ効率が良く、超音波
振動振幅やインク担持媒体との間の間隔もそれ程微少に
とらなくても良い超音波エネルギ印刷装置を提供するこ
とにある。

インク担持媒体は紙のような印刷媒体と接触するインク
・リボン・カーボン紙等であつても良い。超音波エネル
ギ源は変調装置に接続され、これが選択的に変調された
超音波エネルギを超音波伝達手段を構成する何本もの或
いは何束ものフアイバを介してインク担持媒体に与える
。ズレ応力のない状態ではインク担持媒体から紙へのイ
ンタの転写を生じるにはインクの粘性があまりにも大き
過ぎる。インク担持媒体に局部的に与えられた超音波エ
ネルギの存在は超音波吸収、増大したズレ応力、実在し
得るキヤビテーシヨン、並びに音の流れによる増大した
静水圧により前よりも高い温度となる。インク担持媒体
がカーボン紙又はインク・リボンの場合、吸収された超
音波エネルギは毛管現象の力即ち付着力により印刷用紙
にインクを流して転写させる。他方、インク担持媒体が
多孔性のものであれば、超音波エネルギはインクの粘性
を減少させ、インクが多孔性媒体からしみ出し、紙に転
写され得る。各フアイバ一に於ける音響パワー及び／若
しくはパルス期間の変動は次に所与の印刷位置で転写さ
れるインクの量を制御する。細超音波伝導フアイバ一を
使用すると高解像度の超音波マトリツクスプリンタが提
供される。又、インク担持媒体及び紙の交斤の層を設け
る事によつて同時に複数枚のコピーが発生され得る。同
様に、種々の色から成るインタを有するインク担持媒体
を用いる事により多色印刷が行なえる。超音波エネルギ
源を含む上記の印刷装置の応用例は可聴騒音の殆んどな
い動作しか伴なわない。第１図には２０−２００Ｋ１］
ｚの範囲の交流発生器１０を含む従来と同様の超音波プ
リンタが開示されている。

発生器１０はワイヤ１４及び制御装置１６を介して超音
波変換器１２Ａ−１２Ｆに電流を分配する。例えばピエ
ゾ電気の又は磁歪の変換器のような超音波変換器１２Ａ
−１２Ｆは電気信号エネルギを超音波エネルギに変換す
る。超音波変換器１２Ａ−１２Ｆは夫々匍卿装置１６の
対応する出力線に接続される。制御装置１６は入力線１
４上の電気信号を線１７上の入力指令信号に応じる出力
線１５Ａ−１５Ｆの任意の組合せに結合する従来からあ
る電気的ゲート装置に過ぎない。出力線１５Ａ−１５Ｆ
上の信号は装置１２Ａ−１２Ｆを選択的に動作する。選
択的に変調された超音波エネルギはシキソロビ一・イン
クのようなインクを含む多孔性媒体又はカーボン紙のよ
うなインタ担持媒体２０に音響フアイバ一１８Ａ−１８
Ｆを介して結合される。印刷用紙は長尺用紙２２として
図示される。逐次モードの印刷の場合、フアイバ一１８
Ａ−１８Ｆの端部によつて構成される印刷ヘツドはモー
タ１駆動装置２３によつて媒体２０を横切つて移動し、
指令下でインクを転写する。１つの行の印刷完了時にイ
ンク担持媒体２０及び印刷用紙２２の両方は何対もの駆
動ローラ２４及び２６によつて矢印で示される方向に進
められ、又前述の過程が繰返される。

複数のフアイバ一１８Ａ−１８Ｆが全頁巾を横切つて静
止態様で装着されるというような他の印刷モード、例え
ばラインプリンタ（行印刷）方式が使用され得る事は理
解されよう。超音波源と音響フアイバ一とを組込んだ超
音波伝送装置は米図特許第３５８４３２７号明細書並び
にＩＵｌｔｒａｓＯｎｉｃｓ（超音波）」という名の刊
行物の１９７０年７月、第８巻第３号に上記特許権者に
よる論文（ＡＵｎｌｑｕｅＳｙｓｔｅｍｆＯｒＴｒａｎ
ｓｍｉｓｓｉＯｎＯｆＵｌｔｒａｓＯｎｉｃＥｎｅｒｑ
ｙＯｖｅｒＦｉｂｒＯｕｓＢｕｎＤｌｅｓ（フアイバ一
状束に亘つて超音波エネルギを伝達する為の独得の装置
）−に開示されている。

上記刊行物には、例えば各々が非常に小さい断面積を有
する１００本以上の可撓性ワイヤを有し、これが超音波
伝達器のような振動源と、ワイヤのインピーダンスに少
なくとも大体は整合する音響インピーダンスを有する利
用装置との間にその両端が固着されるとき、長手方向の
振動を効果的に伝達する事が開示される。上記の著者は
更に、夫々直径で約０．０５１ｍｍ、全体で４ｍｍ四方
の断面積しか占めない鋼、ガラス等より成るワイヤの束
が１（１）乃至１０６ワツト／ＣＩｉ位のパワーレベル
の振動による音響エネルギを非常に効果的に伝える事を
も開示している。又米国特許第３０２９７６６号明細書
は超音波エネルギを複数本の可撓性伝達ワイヤに結合す
る超音波変換器を導入した超音波工具を開示している。

本発明の場合、発生器１０は２０−２００Ｋ１Ｉｚの範
囲のエネルギを分配し、フアイバ一１８Ａ１８Ｆは約０
．００２５４−２．５４１Ｔ］ＩＴｌの範囲の直径を有
するよう製造されても良い。

音響フアイバ一１８Ａ−１８Ｆは音の波長によつて一般
にはその長さが決められても良い。各フアイバ一１８Ａ
１８Ｆは好適には全体で約５０．４−５０４μ位の直径
を有する１本又は複数本のワイヤから成つても良い。即
ち、フアイバ一１８Ａ−１８Ｆ当り約５０．４−５０４
μ位の直径から成る１本のワイヤが使用されても良いし
、又は代りに約５０．４一５０４μ位の複合直径を有す
る複数本の細いワイヤが使用されても良い。フアイバ一
はアルミニウム、チタン、又はニツケル、クロム、鉄及
びチタンから成る合金（インコネル「Ｘ」）のようなそ
れらの良好な音エネルギ伝達性で知られた物質から製造
される。フアイバ一１８Ａ−１８Ｆはそれらの両端が保
持板２８によつてしつかりと支持される。

保持板には互いに隔てられた複数の開口３０を有し、そ
の開口を介して該フアイバ一が延び出すようになつてい
る。保持板２８は、固いゴムのようなものから成り、音
のエネルギを伝達しない手段である。又、フアイバ一を
保持する為各開孔３０を内張りする図示しない円筒状の
ゴム又はプラスチツクの嵌合部材が設けられても良い。
フアイバ一１８Ａ−１８Ｆの両端３２はインク担持媒体
２０の表面に接触するよう位置付けられる。支持プロツ
ク３４はインク担持媒体２０及び用紙２２が両者間を自
由に往き来出来るよう保持板２８の表面から所定の距離
隔てられてしつかりと装着される。支持プロツク３４は
清潔なプレキシガラス、プラスチツク又は固いゴムのよ
うな音エネルギの非伝導材であつても良い。保持板２８
又は支持プロツク３４のどちらか又は両方は種々の厚さ
のインク及び印刷材料を収容するよう間隙を変化させる
よう調節され得る。保持板２８はフアイバ一１８Ａ１８
Ｆの端部を図示の平面と直角に頁を横切つて移動させる
よう駆動モータ２３によつて駆動され得る。第２Ａ図に
示される実施例では、インク担持媒体２０は用紙に直角
で且つ音のエネルギの伝播方向に平行な孔を含む多孔性
媒体を含んでいても良い。

孔３６は音響フアイバ一の直径よりも小さい。例えば０
．５−５０μの直径を有し、非常に顕著な非ニユートン
流動特性を表わすインクで以つて満たされる。即ち、イ
ンクは零及び非常に低いズレ応力値のとき非常に大きな
粘性を有するが、その粘性はズレ応力が適当に増加する
とき急速に低い値に近づく。これらの特性を表わす物質
は普遍的であり、コロイド及びスメクチツク液体結晶と
して知られる範ちゆうに属する。そのような物質は印刷
装置に適するよう調整された非ニユートン流動特性を有
するコロイド様インクを有する適当な染料を含んでも良
い。又、そのようなコロイド及びスメクチツク液体結晶
、並びにワツクスを基材とするインクは適度な温度変化
とともに粘性に大きな変化を生じる。上述のように、イ
ンク担持媒体２０はインク印刷媒体２２と接触していて
、両者はともにローラ２４及び２６から給送される。第
２Ａ図の実施例では、多孔性媒体２０は用紙２２と同時
に移動する。しかし、多孔性媒体２０は音響フアイバ一
１８Ａ−１８Ｆに対して、図示はされていないが固定さ
れていて、用紙２２が多孔性媒体２０に対して移動され
ている間適当なインクが連続的に補給されていても良い
事に留意されたい。多孔性媒体２０又はその代替物は内
部に孔を有する比較的可撓性のプラスチツク又は金属物
質を含んでいても良い。尚インク担持媒体の孔の向きは
用紙の表面に直角な事、そして上記担持媒体の背面で超
音波エネルギ伝達方向に平行である事が望ましい。イン
ク担持媒体２０が印刷ヘツド即ちフアイバーキヤリア２
８の運動とタイプライタで従来から用いられていた態様
で同期する印刷領域に個別的に給送されるリボンを構成
していても良い事は理解されたい。

第２Ａ図では、インク担持媒体２０が用紙２２と接触し
ており、ズレ応力のない状況の下で即ち超音波変換器１
２Ａ−１２Ｆが音響フアイバ一１８Ａ−１８Ｆを介して
伝達するような超音波エネルギを発生しないとき、媒体
２０中のインクの粘性は多孔性媒体から用紙へインクが
漏れない程大きい。

超音波変換器１２Ａ−１２Ｆが選択的に付勢されるとき
、インク担持媒体２０のところに局部的に与えられた超
音波エネルギの存在は大きなズレ応力を生じるとともに
、音響の流れによるキヤビテーシヨン及び水圧の増加が
生じる可能性がある。このエネルギの存在は粘性を大き
く減じさせ、その結果孔３６から用紙上へのインクの漏
れを生じる。この関係から使用されたインクがコロイド
及びワツクスを基材とするインクのような良好な超音波
吸収手段であるならばインクの局部的加熱となりその結
果、粘性が減少して同じ結果即ち濃淡を生じる事に留意
されたい。第２Ｂ図に示すように、複数枚のインク担持
媒体、例えばカーボン紙３８Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤ１インク
・リボン等（これらは夫々用紙４０Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤ間
で交互にされる）を介して超音波エネルギを通過させる
事により同時に複数枚のコピーが作られても良い。

複数枚の層が互いに接触し、一体となつて移動されても
良い。ここでフアイバ一１８Ａ−１８Ｆを介して与えら
れる超音波エネルギが温度を選択的に変化させ、従つて
カーボン紙３８Ａ−３８Ｄ上のワツクスを基材とするイ
ンクの粘性がカーボン紙からのインクを隣接する印刷用
紙４０Ａ−４０Ｄに夫々転写させる。１つおきにインク
転写媒体と用紙とを重ねたサンドイツチ体は背板３４の
前を通過され、これは、もしも必要であれば、従来から
の手段により加熱され得る。

これは転写の為の熱的閾値に比較的少ない超音波エネル
ギで達するよう熱的バイアスを与えさせる。同様に、複
数枚のコピー用紙が多色印刷が得られるよう内部に種々
の調色されたインクを有する用紙を含んでも良い事に留
意されたい。複数枚のコピーが使用される場合、例えば
複数部のカーボン紙の様式のような場合、超音波エネル
ギが３０枚のコピー即ち３０枚の原文書と３０枚のカー
ボン紙に伝わり、これによつてインクが著しく横方向に
拡がるような傾向なく各用紙に超音波式に伝えられる。
これは最適物質でなくても複数枚゛のコピーを非衝撃式
に印刷出来る事を表わす。多色印刷機能は種々のインク
担持媒体又はカーボン紙上に種々の色を用いるか又は所
与のインク担持媒体上に色を配向する事（こより得られ
る。更に、種々の段階のインクの濃度が種々の量の超音
波エネルギを与えるか又は超音波エネルが所与の領域で
与えられる期間の長さを変えるかによつて得られ、これ
によつて灰色の尺度（クレースケール）を与える。゛第
３図には超音波変換器１２Ａ，１２Ｆによつて超音波エ
ネルギを発生し且つこのエネルギを各音響フアイバ一１
８Ａ−１８Ｆに夫々結合する高解像度の超音波マトリツ
クスプリンタを提供するような従来周知の手段が示され
る。

特に、図示の超音波発生手段は積層されたニツケル堆積
体の廻りに巻かれた付勢コイル４２を含む周知の磁歪変
換器が示される。堆積体４４は銀の半田結合部４６によ
りテーパ付コーン４８に取付けられる。コーン４８の端
部５０は図示の音響フアイバ一束即ち１本のワイヤ５２
に真鍮鑞でつながれる。積層された堆積体４４及びテー
パ付けされたコーン４８の両者はそれらの振動の節で節
の支持部５４及び５６によつて支持される。コーン４８
の長さは超音波変換器１２Ａ−１２Ｆによつて発生され
ている波長λに等しくなるよう設計される。節の支持部
５６はコーン４８の上部からλ／４の距離に位置付けら
れる。音伝達ワイヤ５２はλ／２のｎ（整数）倍の長さ
を有する。ワイヤ５２の端部５８は直径約０．０５−０
．２５ｍｍである先端まで徐々に細くなるようテーパ付
けされ、一方でワイヤ５２が全体で約１．６ｍｍの直径
を有しても良い。ワイヤ支持部６０は又節の点にも位置
付けられる。駆動電流及びバイアスは各コイル４２の端
子６２に線１５Ａ−１５Ｆで接続された匍脚装置１６に
よつて交流発生器１０から磁歪変換器に与えられる。制
御装置１６は基本的にはコンピユータ又は他の入力装置
からの印刷命令信号に応答してその個々の変換器１２Ａ
−１２Ｆに発生源からの線１４を電気的に接続する従来
からの論理回路である。上記の磁歪変換器はＪＯｈｎＷ
ｉｌｅｙａｎｄＳＯｎｓ社１９５５年発行のＴ．Ｆ．Ｈ
ｕｅｔｅｒ氏及びＲ．Ｈ．ＢＯｌｔ氏著による［ＳＯｎ
ｉｃｓ（音）」の第２７６頁に開示されている。第４図
には超音波変換器１２Ａ−１２Ｆによつて超音波エネル
ギを発生し且つこのエネルギを各フアイバ一１８Ａ−１
８Ｆに結合する為の他の型の従来手段が示される。

具体的に説明すると、２枚のピエゾ電気のデイスク６４
が高張カボルト７０によつて端部片６６及び６８間に扶
まれ該結晶に圧縮力を維持するように構成される。端部
板６６及び６８はアルミニウム又はチタンのような高張
力材料から成る。テーパ付けされたコーン７２及びワイ
ヤ７４は夫々節の支持部７６及び７８によつて夫々装着
されており、この態様は第３図に示された変換器とほぼ
同じである。音の工ネルギは上記のような制御装置１６
によつてエネル源１０から入力ワイヤ８０に電気的エネ
ルギを切換える事によつて変換器及びワイヤを介して伝
達される。１本のフアイバ一又はワイヤ当り１個の超音
波変換器を用いる上記実施例に比べて、インク担持媒体
に超音波エネルギを配分する代替手段はそのようなイン
ク担持板体に分配されるエネルギを変調する手段を各フ
アイバ一又はワイヤ上に含む。

第５図にはフアイバ一からの超音波エネルギをインク担
持媒体に結合するよう一足のピストンを選択的に付勢す
る事によつてフアイバ一の変調が行なわれる実施例が示
される。もう少し具体的に云えば、ピストン選択移動手
段である変調装置８２が音響フアイバ一８４の端部に取
付けられ、これによつて、音響フアイバ一に用紙との制
御可能な加圧接触を生じる。加圧機構は音響フアイバ一
８４をインクを担持する紙媒体８８に向かつて効果的に
超音波結合を与え乍ら支持部材に固着された水圧やピエ
ゾ電気や磁気的に制御される装置を含んでも良い。超音
波エネルギはフアイバ一が外側のインク担持媒体としつ
かり接触しているときのみインクを担持する紙媒体の中
へ結合される。第５図に示される装置では、唯一の超音
波源９０が接触ピストン型の複数の変調装置にエネルギ
を与える。第６図には、制御装置９６により付勢される
ソレノイド９４によつて作動される磁化し得る金属で出
来たピストン９２を含む１種の変調装置８２が示される
。ピストン９２は図示の破線の位置９８へ移動され、こ
れによりそれはインク担持媒体１００と接触し且つ超音
波エネルギをそれに結合する。一実施例に於て、ピスト
ン９２はニツケルのような磁化可能な材料で形成された
超音波フアイバ一８４との接続部を含む。他の実施例に
於いて、ピストン９２はフアイバ一８４の端部に真鍮鑞
でつながれたニツケルの小塊を含む。ソレノイド及びピ
ストンの構成体は図示しない保持板に装着される。ソレ
ノイド９４が付勢されないとき、従来からの復帰バネ手
段（図示せず）はピストン９２は図示の非接触位置に戻
す。上記の超音波プリンタは高速で且つ可聴ノイズの低
い印刷技法を提供する。

印刷発生源として超音波パワーを利用する事も複数枚の
コピーとカラーコピーとが同時に生じるのを可能にする
。印刷されるべき用紙と接触するインク担持媒体として
インク・リボン及びカーボン紙を使用すると簡単な印刷
が行なえるのを可能ならしめ、これによつて基板からの
インクを用紙に転写するのに超音波エネルギ局部的に用
いられる事にある。本発明によれば、下記の効果が奏せ
られる。

選択しないピストンは、インク担持媒体と接触しない位
置にあるので摩耗がない。選択したピストは完全に接触
できるのでエネルギ効率が良い。ピストンとインク担持
媒体との間隔及びピストン移動距離の設計や製造が容易
である。ピストンには超音波エネルギを常時与えている
ので、従来の超音波振動を選択的に伝えたり切つたりす
るときの不安定さがない。超音波エネルギ発生手段に複
数本のワイヤで複数個のピストンを連結するだけなので
、超音波エネルギを選択的に伝えだり切つたりする余分
の手段は不要であり、超音波エネルギ伝達構成が簡単で
ある。またワイヤでの連結なのでピストンの移動を拘束
しない。

【図面の簡単な説明】 第１図は従来と同様の超音波プリンタの図式図、第２Ａ
図はインク担持媒体が多孔性媒体であるような超音波プ
リンタを示す図、第２Ｂ図は超音波プリンタが複数コピ
ー動作で用いられるようなインク担持媒体及び用紙の一
形態を示す図、第３図は変調された超音波エネルギを音
伝達媒体の中に発生させる為の磁歪変換器を示す図、第
４図は変調された超音波エネルギを音伝達媒体に発生さ
せるよう用いられたピエゾ電気の変換器を示す図、第５
図は超音波エネルギを印刷媒体に伝えるよう、ピストン
を印刷媒体と接触するように選択的に付勢する事により
印刷制御が行なわれるような超音波プリンタの１例を示
す図、第６図は第５図のプリンタで使用されるピストン
機構の詳細図である。 ８２・・・・・・変調装置即ちピストン選択移動手段、
８４・・・・・・音響フアィバ一、８８・・・・・・イ
ンタを担持する紙媒体、９０・・・・・・超音波源、９
２・・・・・・ピストン、９４・・・・・・ソレノイド
、９６・・・・・・制御装置ＪＯＯ・・・・・・インタ
担持媒体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 超音波エネルギ発生手段と、上記超音波エネルギ発
   生手段からの超音波エネルギを常時伝えられる複数本の
   ワイヤと、上記超音波エネルギ発生手段とは反対側の上
   記ワイヤの端部に夫々連結され且つ上記ワイヤに伝えら
   れた超音波エネルギを常時受取る複数個のピストンと、
   一体又は別体の該インク担持媒体及び印刷用紙を上記ピ
   ストンの近傍に提供する手段と、上記複数個のピストン
   のうちの選択したピストンを上記インク担持媒体との非
   接触位置から接触位置に移動させるピストン選択移動手
   段とを具備し、これによつて上記ピストンで受取つた超
   音波エネルギが上記インク担持媒体に選択的に伝えられ
   て該インク担持媒体のインクの粘性が下り上記印刷用紙
   に印刷を生じる超音波エネルギ印刷装置。 ２ 上記各ピストンが個々のコイル中に配設された磁化
   可能なピストンであり、上記ピストン選択移動手段が上
   記コイルを選択的に付勢することによつて上記選択した
   ピストンを移動させることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の超音波エネルギ印刷装置。