JPS6340673B2

JPS6340673B2 -

Info

Publication number: JPS6340673B2
Application number: JP56166550A
Authority: JP
Inventors: Chaaruzu Uanrokaren Deebitsudo
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1980-12-11
Filing date: 1981-10-20
Publication date: 1988-08-12
Also published as: EP0054114A1; DE3168656D1; US4331964A; EP0054114B1; JPS57102367A

Description

【発明の詳細な説明】 1979年11月13日付出願の米国出願番号第93490
号の「外部部材表面と間接的に平行な内部部材表
面を有するインク射出ヘツド」なる名称の本件と
同時出願のコンラツド・Ａ・クラウス（Konrad
A.Krause）の特許出願を参照する。クラウスの
特許出願は、内部シリンダー状チユーブと外部シ
リンダー状チユーブのそれぞれの外部表面と内部
表面との間に形成された、インク空所を有する液
滴発生器を記載している。内部チユーブまたは外
部チユーブのいずれかは、圧電性材料によつて構
成されている。１つまたはそれ以上の開口を有す
るノズル・プレートが、外部シリンダー状チユー
ブに固着されている。加圧インクが、インク空所
へ供給される。励起信号も、圧電結晶へ印加され
る。信号は結晶を、放射状に振動させ、その結果
ノズル・プレートの開口から放出される、インク
の毛管流が、小滴流に粉砕される。

1978年11月８日に米国において出願され、かつ
本出願の譲受人に譲渡された出願番号第958916号
の「インク射出ヘツド」なる名称の本件と同時出
願のゲイリー・Ｌ・フイルモア（Gary L.
Fillmore）他の特許出願をも参照する。フイル
モア他の特許出願においては、シリンダー状の同
心液滴発生器が、内部振動シリンダー状チユーブ
と外部シリンダー状チユーブとの間に配置された
流体インク空所（空洞）を包含している。第２の
流体空所が、第１流体空所の外部に配置されてい
る。第２空所はインクで満たされており、一方第
１空所はインクその他の流体で満たされている。
薄膜が第１および第２流体空所の間に配置され、
２つの空所の間の流体の流れを防止している。

上記の両出願は、これらに言及することによつ
て、本出願に組み入れられている。本発明は、流
体空所および非流体空所を有する、二重空所液滴
発生器を説明するものである。非流体空所は、励
起結晶と関連づけて配置されている。堅い薄膜
（アルミナが好ましい）が、非流体空所と流体空
所とを区切つている。

本発明は、一般的に言つて、インク射出プリン
ターと共に使用する印刷ヘツド、すなわち液滴発
生器に関するものであり、特にインクの細い流れ
が、液滴発生器の小さな開口から連続的に押し出
される型式のインク射出プリンターに関するもの
である。

記録面に読みやすいデータを印刷するために、
複式ノズルまたは単一ノズルの液滴発生器を用い
た、非衝撃プリンターを使用することは、先行技
術において公知である。このようなプリンター
を、必要に応じ液滴を発生するタイプ（ドロツプ
−オン−デマンド・タイプ、drop−on−demand
type）のプリンターと、連続タイプのプリンター
とに分類することができる。ドロツプ−オン−デ
マンド・タイプのプリンターにおいては、印刷流
体の液滴が、必要に応じ液滴発生器によつて発生
させられる。連続タイプのプリンターにおいて
は、インクの連続的な流れが、液滴発生器から押
し出される。振動結晶がインクを振動させ、その
結果連続的な流れが、粉砕され、規則正しい間隔
で一定のサイズの小滴になる。小滴は、記録面に
印刷するために使用される。

先行技術には、各種の連続タイプのインク射出
プリンターがある。一般に、これらのプリンター
はインク（磁性または導電性のものであつてもよ
い）が、加圧されて押し込まれる流体室からなつ
ている。加圧インクと流体連通している、１個ま
たはそれ以上の吐出インクが配置されている。振
動部材が流体室と組み合せられており、室を励起
し、その結果ノズルから放出される流体が、小滴
に粉砕される。小滴は次いで、電気的または機械
的手段による影響を受け、データを記録面上に印
刷する。米国特許第3848118号および第3924974号
は、この先行技術の例である。

上述の出願で述べられているもののような、他
のタイプの先行技術のインク射出プリンターは、
二重空所液滴発生器を用いている。振動空所と呼
ばれる一方の空所は、振動結晶を収納しており、
また他方の空所は、印刷流体および吐出ノズルを
収納している。振動空所は、流体で満たされてい
る。流体は、振動結晶からの圧力波を印刷流体へ
伝える。

先行技術を悩ませている問題の１つは、振動結
晶の周囲に気泡の入らない振動空所を維持できな
いことである。空気が、空所を最初に満たす際に
入つてしまつたり、あるいは流体がこの空所から
漏れてしまうので、時間がたつと空気が現われた
りする。密閉空所が当初得られたとしても、空所
周囲のシールが時間と共に、劣化する傾向がある
ので、このような密閉空所を長時間維持すること
は、極めて困難である。

気泡または真空の泡が流体中に導入されること
は、圧電結晶ドライバーの長軸に沿つた一様な圧
力摂動を、阻害してしまう。このことは、複式ノ
ズル・インク射出列ヘツドにおける流れの間での
不均一な小滴の中断をもたらす。不均一な中断に
よつて、記録媒体上への小滴の配置を制御するこ
とができなくなる。正味の結果は、印刷の品質が
かなり劣つた。すなわち受け入れられないものと
なる。

液滴発生器の中断の均一性は、熱サイクルによ
つても、影響を受ける。液滴発生器の温度が、通
常は周囲温度の変動に応じて変動した場合に、熱
サイクルが生じる。通常、共振空所内の流体と、
この空所を形成している材料との間には、膨張係
数の差異がある。温度が変化した場合、体積の不
整合が、流体の体積と空所の体積との間に生じ
る。この不整合は、空気が空所へ浸入する可能性
を高め、かつ流れの中断の均一性に影響をおよぼ
す。熱サイクルを補正するためには、液滴発生器
を、環境条件を制御した環境で作動させなければ
ならないか、あるいは体積補償装置を共振空所に
取りつけて、良好な作動を確保しなければならな
い。言うまでもなく、コストおよび液滴発生器に
対する過度な制限のために、いずれの解決策も受
け入れられない。

先行技術の液滴発生器に関連した他の問題は、
応答時間が比較的遅いということである。応答時
間とは、液滴発生器が圧力ゼロの始動状態から、
所定圧力の作動状態になるまでにかかる時間であ
る。別な言い方をすれば、応答時間とは、液滴発
生器のオフ状態から、流れが完全に確立される
（すなわち、印刷の準備ができる）までにかかる
時間である。

したがつて、本発明の目的は、従来可能であつ
たものよりも効率のよい液滴発生器を提供するこ
とである。

本発明のさらに他の目的は、性能劣化を何ら生
ずることなく、広範囲の熱サイクルに耐えるのに
適した、液滴発生器を提供することである。

本発明のさらにまた他の目的は、従来可能であ
つたものよりも、かなり低い共振時間を有する、
液滴発生器を提供することである。

これらおよび他の目的は、放射状に振動する結
晶が内部に配置されている共振空所を有する、液
滴発生器によつて達成される。共振空所は、吸音
ゴムのような非流体化合物で満たされる。インク
空所が、共振空所の外部に配置されている。比較
的堅い薄膜が、空所の間に置かれている。薄膜の
厚さは、薄膜による伝送損が最低となり、かつ薄
膜の剛性が最大であるように、共振空所をインク
空所に音響的に結合するようなものである。複数
個の吐出オリフイスがインク空所に結合されてお
り、かつそこからインクを排出するように作動す
る。

本発明の上述および他の目的、特徴ならびに利
点は、添付図面に示されているごとき、本発明の
好ましい実施例に関する下記のより詳細な説明か
ら、明らかとなろう。

第１図および第２図は、本発明の教示するとこ
ろにしたがつた、二重空所共振液滴発生器を示し
ている。図面において、共通のエレメントは同じ
数字で表わされている。液滴発生器１０は、後部
支持部材１２を包含している。後部支持部材は矩
形をなしており、かつステンレス・スチールその
他のタイプの高音響インピーダンスを有する材料
で作成されている。シリンダー状の共振空所が、
後部支持部材の中央部に穿たれている。集束空所
１６が、シリンダー状の穿孔から後部支持部材の
一方側面へ収れんしている。インク受容空所１８
が、液滴発生器の一方表面に形成されている。イ
ンク・フイルター・スクリーン２０が、インク受
容空所内に配置されている。空所キヤツプ２２
が、インク受容空所上に配置されている。インク
入口開口２４が、空所キヤツプ２２内に形成され
ている。同様にして、インク出口開口２６が、後
部支持部材１２の他面に形成されている。共振空
所１４が、インク受容空所１８と流体連通してい
ないことに注目すべきである。別の言い方をすれ
ば、インク受容空所１８と共振空所１４とが、不
浸透性の壁によつて区切られている。かくして、
加圧されたインクが、加圧供給源（図示せず）か
らインク入口開口２４を経て供給される。インク
は、フイルター２０を通して押し込まれ、インク
出口開口２６を通してインク受容空所から出る。
インク内にある、ごみのようなあらゆる異物は、
フイルターによつて濾過される。

共振空所１４は、シリンダー状の形状であるこ
とが好ましく、また後部支持部材１２の長軸と平
行に延びるように配置されている。収れんしてい
る集束空所１６も、後部支持部材の長軸と平行に
延びている。発振手段２８が、共振空所１４の内
部に取り付けられている。発振手段は、シリンダ
ー状の形状であることが好ましく、また共振空所
の長軸に沿つて延びている。妨害手段は、鋼の取
付けロツド３０を包含している。ゴムの様な材料
３２が、鋼の取付けロツド３０に取り付けられる
か、成形されている。１個またはそれ以上のシリ
ンダー形の圧電結晶３４が、ゴムの様な材料３２
に取り付けられている。鋼ロツド３０の両端は、
後部支持部材１２の向い合つた壁に取り付けられ
ている。発振手段２８の外面と後部支持部材１２
の内面との間に設けられている空間３６が、共振
空所を形成する。

共振空所には、音響タイプのゴム材料が充填さ
れている。本発明の好ましい実施例において、音
響ゴムは、空所へ直接成形されている。別の言い
方をすれば、吸音ゴムは共振空所内へ圧入されて
いる。このようにして、ゴムの圧入後、空気が空
間から排出される。ゴムは次いで硬化させられ、
後部支持部材の壁部と結晶の外面へ、堅固に付着
する。吸音ゴムの熱膨張係数が、鋼の後部支持部
材のものにはるかによく調和するものであるとい
うことと相まつて、ゴム、結晶および鋼のハウジ
ングの間の接着が堅固になされるのであるから、
温度変化が共振空所の体積を、大幅に変動させる
ことはない。このようにして、長期間あるいは短
期間の使用で、気泡が空所に入ることはない。

共振空所を充填するために、複数種類の音響ゴ
ムの処方を使用することができるが、B.F.グツド
リツチ（B.F.Goodrich）製で、Rho−Ｃコンパ
ウンド35075（Rho−Ｃ Compound35075）と呼
ばれる、特定の処方のゴムが、優れた結果を与え
た。Rho−Ｃコンパウンド35075を使用すると、
低い硬化温度、低い収縮、および整えられた金属
面への良好な接着性という、付加的な利点をもた
らす。電気的励起手段（図示せず）がシリンダー
状の結晶に結合され、かつ信号が結晶へ送り込ま
れた場合、結晶は放射状に励動し、圧力波が共振
空所に引き起される。圧力波は、Rho−Ｃコンパ
ウンドによつて、集束空所１６を通してインク空
所３８へ、伝えられる。上述した特許出願で説明
したように、圧力波はノズル・ウエフアー４３か
ら放出される毛管流を粉砕させ、規則正しい間隔
で、一定のサイズに小滴にする。

第１図および第２図をさらに参照すると、イン
ク空所３８は、音響カツプリング手段４０によつ
て、共振空所３６から分離されている。本発明の
好ましい実施例において、音響カツプリング手段
４０は、比較的堅い材料で作られている。本出願
で使用する場合、“堅い”という語は、約45×
10⁶psiのヤング率を有する材料を意味する。作動
を最高のものとするためには、材料の密度が比較
的低いことも、必要である。カツプリング手段の
音響特性が、Rho−Ｃコンパウンド、および空所
３８へ導入される筆記用流体の音響特性とほぼ合
致していることも、必要である。特性を合致させ
ることにより、Rho−Ｃコンパウンドと印刷流体
との間の界面における圧力波の伝送損が、かなり
減少し、しかも液滴発生器の性能が向上する。ア
ルミナの薄膜が、本発明において優れた音響カツ
プリング手段を形成することが認められた。アル
ミナ薄膜の厚さが約10ミルの時、優れた作動が達
成された。比較的堅い薄膜、特に厚さ約10ミルの
アルミナ薄膜を使用することにより、液滴発生器
の応答時間は、約半ミリセカンドになる。加圧イ
ンクがインク空所３８へ導入された時に、薄膜４
０がインクの圧力に耐えるのに充分な堅さであ
り、かつ共振空所中へ曲がらない（すなわち、移
動したり屈曲したりしない）ことによつて、ヘツ
ドからの比較的早い応答がもたらされると考えら
れる。この動きはしばしば、薄膜にコンプライア
ンスがあるからだ、と言われる。堅い薄膜を用い
てシステムのコンプライアンスを下げることによ
つて、ヘツドの応答時間は、大幅に改善される。

ガスケツト４２が、薄膜４０の隣に配置されて
いる。ガスケツトは、インク空所３８の周縁を取
りまいている中央開口によつて、形成されてい
る。ガスケツトは、インクがインク空所から漏れ
るのを防止する働きをする。面板４４がガスケツ
トの隣りに配置されている。インク空所３８は、
収れんないしＶ形形状を有しており、面板４４内
に形成されている。面板の形状は、後部支持部材
１２のものとほぼ等しく、インク空所は後部支持
部材のシリンダー状の空所と平行に延びている。
複数個のオリフイス４６を有するノズル・ウエフ
アー４３が、面板上に取り付けられている。この
構成は、オリフイスがインク空所３８と流体連通
しているごときものである。第２図から明らかな
ように、液滴発生器の列挙した各種の構成部品
は、適当な固定手段（図示せず）によつて、一緒
に固定されており、したがつてインク空所３８
は、共振空所３６の集束空所１６と一線となつて
整合している。アルミナ薄膜４０は、インク空所
３８を、共振空所３６から分離している。薄膜の
結果として、空所内のインクが、共振空所中へ流
れ込むことはない。第１図にさらに詳細に示され
ているように、インクはインク出口開口２６を通
して、インク空所３８中へ供給される。孔４８お
よび５０のそれぞれを通してインクをインク空所
へ供給するように、出口開口が取り付けられてい
る。

本発明の他の実施例においては、加圧されたイ
ンクが、加圧された供給源からインク空所へ、直
接導入される。この実施例においては、後部支持
部材１２に空所キヤツプもインク受容空所もな
い。作動時に、加圧インクがインク空所へ供給さ
れる。インクの複数本の毛管流が、オリフイス４
６から放出される。電気信号が結晶３４へ送り込
まれた時、結晶は振動する、すなわち放射状に膨
張収縮し、定在波が共振空所に発生させられる。
波は音響ゴムによつて、集束空所１６およびアル
ミナの薄膜を通して、インク空所３８へ伝えられ
る。波の結果として、複数個のサイズが一定で、
間隔が等しいインクの小滴が、オリフイスから放
出される細い流れの各々から生成される。

上述の液滴発生器によつてもたらされる利点の
１つは、発生器をヘツドの性能に悪影響をおよぼ
さずに、温度変化の幅の広い環境で使うことがで
きる、ということである。

他の利点は、ヘツドの応答時間が、半ミリセカ
ンドの範囲内にあることである。

好ましい実施例を参照して、本発明を詳細に図
示説明したが、その形態や細部の上述およびその
他の変更を、本発明の精神および範囲を逸脱せず
に、行なえることが、本技術分野の技術者には理
解できよう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の教示するところにしたがつ
た、組立てられていない液滴発生器の斜視図であ
る。第２図は、第１図の液滴発生器の断面図であ
る。１０……液滴発生器、１２……後部支持部材、
１６……集束空所。

Claims

【特許請求の範囲】１内部に空所を有する支持手段と、前記空所内に配置され振動を発生する発振手段
と、前記発振手段の外面と、前記空所の内面との間
に配置された共振空所と、前記共振空所内に充填されており、前記発振手
段によつて発生される圧力波を伝達するゴム部材
と、前記共振空所の外部に配置されたインク空所
と、前記圧力波を前記共振空所から前記インク空所
に伝達する手段と、インクを前記インク空所へ供給するための手段
と、前記インク空所と流体連通をするように配置さ
れた１以上の開口を内部に有するノズル支持板と
よりなる、記録媒体への印刷のための１以上の小
滴流を発生する液滴発生器。