JPH0471712B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH0471712B2 JPH0471712B2 JP57012581A JP1258182A JPH0471712B2 JP H0471712 B2 JPH0471712 B2 JP H0471712B2 JP 57012581 A JP57012581 A JP 57012581A JP 1258182 A JP1258182 A JP 1258182A JP H0471712 B2 JPH0471712 B2 JP H0471712B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- transducer
- chamber
- ink
- axis
- orifice
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はインクジエツト装置、とりわけ、印刷
媒体に印刷を行なうためにオリフイスからインク
の小滴を噴出するためのインクジエツト装置に関
する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to inkjet devices and, more particularly, to inkjet devices for ejecting droplets of ink from an orifice for printing on print media.
文字情報を印刷する場合等に印刷媒体の適当な
部位を同時に印刷するため、インクジエツト装置
を、密に詰まつたアレー(列)として配置される
複数個のインクジエツト(噴射用オリフイス)よ
り構成することが一般的には望ましい。複数個の
インクジエツトを密に詰まつたアレーとして構成
することは文字情報の印刷で高品質を達成するた
めにも望ましいことである。 An inkjet device is composed of a plurality of inkjet (orifices for injection) arranged in a closely packed array in order to simultaneously print appropriate parts of a print medium, such as when printing text information. is generally desirable. It is also desirable to configure multiple ink jets in a closely packed array to achieve high quality printing of textual information.
使用される変換器の寸法すなわち容積が小さい
ためにアレー(列)を密に詰めて構成することは
困難である。アレーを緊密に構成した場合チヤン
ネル間に相当の機械的なクロストーク(cross
talk)が生じることがある。即ちアレー(列)を
形成しているインクジエツトのための変換器を適
切に励磁するためには駆動電圧を高くすることが
必要であり、このような高い駆動電圧はジエツト
が密に詰まつていることにより、望ましくない電
気的なクロストークを発生せしめるおそれがあ
る。 The small size or volume of the transducers used makes it difficult to construct closely packed arrays. There is considerable mechanical crosstalk between channels when arrays are tightly configured.
talk) may occur. That is, in order to properly excite the transducers for the ink jets forming the array, it is necessary to increase the drive voltage; This may lead to undesirable electrical crosstalk.
インクジエツト装置としてステム(Stemme)
氏の米国特許第3747120号に開示されている如き
技術がある。ステム氏の特許は単一のジエツト及
びジエツトのアレー(列)を開示しているが、一
般的に、この技術によつてアレーを密に詰めて構
成することは困難である。アレーが緊密に構成さ
れ得ないことから変換器はインクジエツト内のイ
ンクの容積に対して散開的な圧力源となり、低駆
動電圧時等において安定した自己完結的な作動と
高いインク小滴速度とを達成することが困難であ
る。 Stem as an inkjet device
There are techniques such as those disclosed in US Pat. No. 3,747,120 by Mr. Although the Stem patent discloses a single jet and an array of jets, it is generally difficult to construct closely packed arrays using this technique. Because the array cannot be tightly arranged, the transducer becomes a diffuse pressure source for the volume of ink in the inkjet, providing stable, self-contained operation and high ink droplet velocities, such as at low drive voltages. difficult to achieve.
上記の技術及び他のインクジエツト技術の問題
点は、インクが漏れて変換器の短絡をひき起こす
こと、変換器を取り付けた構造における複雑な共
振特性がインクジエツトの作動特性に悪影響を及
ぼすこと、変換器からインクへエネルギ伝達の構
成が困難でありかつ不確実であること、等であ
る。 Problems with this and other inkjet technologies are that ink leaks can cause short circuits in the transducer, complex resonance characteristics in the structure in which the transducer is mounted can adversely affect the operating characteristics of the inkjet, and The configuration of energy transfer from the ink to the ink is difficult and unreliable, and so on.
エルムクエスト(Elmquist)氏の米国特許第
4072959号はアレーを更に一層密に詰まつた構成
とすることに役立つ別の技術が開示するものであ
る。この特許に開示されている如くに、一連の細
長い変換器が伸長軸に対して横方向の電界を印加
する電極によつて励磁され、変換器はインクジエ
ツトチエンバの密に詰まつたアレー内で連動して
いる。この場合に、チエンバは極く小さいため
夫々の変換器の長さモードの共振周波数よりヘル
ムホルツ(Helm‐holtz)周波数が高くなつてい
る。長手方向の共振周波数を制動することは困難
なのでこのような関係は望ましくない。その上、
エルムクエスト氏のチエンバの寸法では、チエン
バへの吸込口を適切に制御してもヘルムホルツ周
波数と変換器の長手方向の共振周波数との関係は
何ら改善されない。 Elmquist's U.S. Patent No.
No. 4,072,959 discloses another technique that helps to create an even more tightly packed array. As disclosed in this patent, a series of elongated transducers are energized by electrodes that apply an electric field transverse to the axis of elongation, and the transducers are placed within a closely packed array of ink jet chambers. It is linked with In this case, the chamber is so small that the Helm-holtz frequency is higher than the resonant frequency of the length mode of each transducer. Such a relationship is undesirable because it is difficult to damp the longitudinal resonant frequency. On top of that,
Due to the dimensions of Elmquest's chamber, proper control of the inlet to the chamber does not improve the relationship between the Helmholtz frequency and the longitudinal resonant frequency of the transducer.
本発明の目的はインクジエツト作業に悪影響を
及ぼす変換器の取り付け構造における複雑な共振
を排除することである。 It is an object of the present invention to eliminate complex resonances in the transducer mounting structure that adversely affect inkjet operations.
本発明のこの目的を達成するため、本発明のイ
ンクジエツト装置は、インク小滴の噴射用オリフ
イスを備えている容量可変チエンバと、
伸長軸に対して実質的に横方向の電界に応じて
伸長軸に沿つて膨張、収縮する変換器と、
チエンバと変換器とを連結するため設けられ、
伸長軸に沿つた変換器の前記膨張、収縮に応じて
チエンバを収縮、膨張させる連結手段と、
前記チエンバへの絞られたインク流路を形成す
るべく前記連結手段に直近して設けられ、伸長軸
に沿つた変換器の膨張、収縮に係わらず前記イン
ク流路の断面積が実質的に一定に維持される吸込
手段とを有し、
前記連結手段は、変換器の側へのインクの漏れ
を実質的に防止するべく、変換器をチエンバ及び
吸込手段から遮断しており、
前記変換器は長さモードの共振周波数を有し、
チエンバのヘルムホルツ周波数は、10KHzより高
いが、変換器の前記長さモード共振周波数より低
く、これによつて前記変換器とチエンバとの間の
共鳴を防止している。 To achieve this object of the invention, the inkjet device of the invention comprises a variable volume chamber comprising an orifice for ejection of ink droplets and an elongation axis responsive to an electric field substantially transverse to the elongation axis. A transducer that expands and contracts along the chamber, and a transducer that is provided to connect the chamber and the transducer.
coupling means for contracting and expanding the chamber in response to said expansion and contraction of the transducer along an elongated axis; suction means for maintaining a substantially constant cross-sectional area of the ink flow path regardless of expansion or contraction of the transducer along the axis; and the coupling means prevents leakage of ink to the side of the transducer. the transducer is isolated from the chamber and the suction means to substantially prevent
The Helmholtz frequency of the chamber is higher than 10 KHz but lower than the length mode resonance frequency of the transducer, thereby preventing resonance between the transducer and the chamber.
第1図を参照すると、要求応答型すなわちイン
パルス型のインクジエツト装置がチエンバ10と
オリフイス12とを有していて、可動壁体18を
形成している脚部16を介してチエンバ10と連
絡している。変換器14の電圧印加の状態に応じ
てオリフイス12からインクの小滴が噴出され
る。壁体18に隣接して、オリフイス12の位置
している前端に対向するチエンバ10の後端部に
配置されている複数個の吸込口20を通つてチエ
ンバ10にインクが供給される。 Referring to FIG. 1, a demand-responsive or impulse-type inkjet device has a chamber 10 and an orifice 12 communicating with the chamber 10 via a leg 16 forming a movable wall 18. There is. A droplet of ink is ejected from the orifice 12 in response to the voltage applied to the transducer 14. Ink is supplied to the chamber 10 through a plurality of suction ports 20 located at the rear end of the chamber 10 adjacent to the wall 18 and opposite the front end where the orifice 12 is located.
本発明では、変換器14の膨張、収縮の方向は
オリフイス12を通るインク滴の噴出の方向に平
行に伸びている少なくとも1個の成分を有してい
る。第1図の実施例では、オリフイス12からの
小滴の噴出の軸とほぼ平行な方向に変換器が膨
張、収縮する。変換器がこれに沿つて膨張、収縮
する伸長軸はオリフイス12から遠い位置からオ
リフイス12に近い位置までチエンバ10を通つ
て伸びている。 In the present invention, the direction of expansion and contraction of the transducer 14 has at least one component extending parallel to the direction of ejection of the ink drop through the orifice 12. In the embodiment of FIG. 1, the transducer expands and contracts in a direction generally parallel to the axis of droplet ejection from orifice 12. An elongated axis along which the transducer expands and contracts extends through chamber 10 from a location distal to orifice 12 to a location proximal to orifice 12.
本発明の重要な特徴としては、変換器14は膨
張、収縮の方向に細長く、印加電圧による電界は
伸長軸に対して横方向に加えられている。この構
造は、単に変換器14の長さを増大することによ
つて変位を大きくすることができ、又、下記に詳
細に説明する如くに変換器14の長さを大きくし
ても第1図に示されているインクジエツトにより
形成されるアレーの密度は減少しないことにおい
て望ましいものである。その上、電気的クロスト
ークを生ずるような高電圧を加えることなく変位
を大きくとることができる利点がある。しかし、
変換器が長くかつ薄くなりすぎた時に生ずるおそ
れのある望ましくない撓み運動を制限し、後述の
ヘルムホルツ(Helmholtz)周波数に関して適切
な長さのモード共振を達成するために変換器14
の長さを制限する必要がある。重量を最小にする
ために長さを限定することも望ましい。一般的
に、この望ましくない撓み運動を限定し、適切な
長さモード共振を達成するためには、円筒状変換
器の全体の長さに対する幅(すなわち、外径)
の適切な比率は12対1、好ましくは7対1であ
る。円筒状変換器の全体の長さ対半径方向壁厚の
比率は60対1を越えてはならず、36対1が好都合
である。 An important feature of the invention is that the transducer 14 is elongated in the direction of expansion and contraction, and the electric field due to the applied voltage is applied transversely to the axis of expansion. This structure allows the displacement to be increased simply by increasing the length of the transducer 14, and can also be achieved by increasing the length of the transducer 14, as described in detail below. It is desirable that the density of the array formed by the inkjet shown in FIG. Moreover, there is the advantage that a large displacement can be achieved without applying a high voltage that would cause electrical crosstalk. but,
The transducer 14 is designed to limit undesirable deflection movements that can occur if the transducer becomes too long and thin, and to achieve proper length modal resonance with respect to the Helmholtz frequency discussed below.
It is necessary to limit the length of It is also desirable to limit the length to minimize weight. Generally, to limit this undesirable deflection motion and achieve proper length mode resonance, a suitable ratio of width (i.e. outer diameter) to overall length of a cylindrical transducer is 12 to 1, preferably 7:1. The ratio of the overall length of the cylindrical transducer to the radial wall thickness should not exceed 60:1, with 36:1 being convenient.
本発明の更に別の重要な特徴としては、変換器
14の形状がほぼ円筒形状であることである。た
わみの発生及び他の望ましくない振動モードを最
小にするために円筒形状が特に望ましい。アレー
中のインクジエツト間の機械的又は音響上のクロ
ストークを最小とするためにも円筒が望ましい。 Yet another important feature of the invention is that the transducer 14 is generally cylindrical in shape. A cylindrical shape is particularly desirable to minimize the occurrence of deflections and other undesirable vibration modes. A cylinder is also desirable to minimize mechanical or acoustic crosstalk between ink jets in the array.
本発明の更に別の重要な特徴としては、変換器
14はこの変換器14の膨張、収縮を行う伸長軸
と合致する中心軸に沿つて中空である。こうして
変換器駆動信号電圧が円筒状の開口24内の第1
の電極22と変換器14の外側28に沿つて伸び
ている接地電極26との間の変換器14の厚み間
に印加され、伸長軸に対して横方向に電界が発生
せしめられる。この形状によつて効果的な電気的
シールドが行なわれ、かくて電気的クロストーク
を最小とすることができる。接地されていないホ
ツト側の電極の極性は変換器の分極方向と同一方
向の電界が発生するように決められている。こう
して、ホツト側の電極へ電圧が印加されると変換
器が収縮し、ホツト側の電極へ電圧供給が停止さ
れると変換器は膨張する。導線30が電極22に
接続されている。導電性表面32が電極26に接
続されていて、変換器14を包囲している板状絶
縁材料34、例えばシリコーンゴムの後部におい
て変換器14から外方に伸びている。別の薄板状
部材54が導電性表面32を被覆している。 Another important feature of the invention is that transducer 14 is hollow along a central axis that coincides with the axis of expansion and contraction of transducer 14. Thus, the transducer drive signal voltage is applied to the first
is applied across the thickness of the transducer 14 between the electrode 22 and a ground electrode 26 extending along the outside 28 of the transducer 14 to generate an electric field transverse to the axis of elongation. This shape provides effective electrical shielding, thus minimizing electrical crosstalk. The polarity of the ungrounded hot side electrode is determined so that an electric field is generated in the same direction as the polarization direction of the converter. Thus, when voltage is applied to the hot electrode, the transducer contracts, and when voltage is removed from the hot electrode, the transducer expands. A conductive wire 30 is connected to the electrode 22. A conductive surface 32 is connected to the electrode 26 and extends outwardly from the transducer 14 at the back of a plate of insulating material 34, such as silicone rubber, surrounding the transducer 14. Another lamellar member 54 covers the electrically conductive surface 32.
中空の円筒状変換器14を使用することによつ
て駆動信号電圧が変換器14の比較的薄い部分を
横切つて均一に印加されるので、低電圧であるに
も係わらず比較的大きな変位が得られる。変換器
14の薄い部分の厚味が均一なので発生する電界
が実質的に均一になる。変換器の厚みは0.1から
1mm、好ましくは、0.2から0.6mmの範囲にあり、
変換器に印加する電圧レベルを25ボルトから200
ボルトにすることができる。特に好適な実施例で
は変換器14の厚みは0.10から0.50mm、好ましく
は0.20から0.30mmであり、25から80ボルトの電圧
を使用することができる。 By using a hollow cylindrical transducer 14, the drive signal voltage is applied uniformly across a relatively thin section of the transducer 14, resulting in relatively large displacements despite the low voltage. can get. The uniform thickness of the thin portion of the transducer 14 results in a substantially uniform electric field. The thickness of the transducer is in the range 0.1 to 1 mm, preferably 0.2 to 0.6 mm;
Change the voltage level applied to the converter from 25 volts to 200 volts
It can be made into a bolt. In particularly preferred embodiments, transducer 14 has a thickness of 0.10 to 0.50 mm, preferably 0.20 to 0.30 mm, and voltages of 25 to 80 volts can be used.
本発明の更に別の重要な特徴としては可動壁体
18を形成している脚部16が変換器14の中空
端部に挿入されている栓を構成している。図示さ
れている如くにチエンバを形成する壁体18の面
積は変換器14の外径における横断面積とほぼ合
致する。壁体18の面積が比較的小さいので壁体
18は散開的なエネルギというよりは集中的なエ
ネルギ源として働き、これは低駆動電圧で安定し
た自己完結的な高速度のインク小滴の噴出を行な
うために最も重要である。壁体18の全面積は50
mm2以下、好ましくは2mm2以下である。この面積
は、アレイの密実度を高くし、印刷時の解像度を
大きくするためには、できるだけ小さくするべき
である。いかなる場合にでも、壁体18上の各点
からオリフイス12までの圧力パルス通過時間の
差は1マイクロ秒以下である。壁体の面積を小さ
くしても必要な変位は変換器を長くとることによ
つて達成することができる。チエンバ10内のイ
ンクと連絡している可動壁の端面の表面積は、変
換器14の断面積より大きくとることも可能であ
り、所望の噴出表面を得ることができる。更に、
インクと変換器14との間でインピーダンス整合
を行なわせるために壁体18の面積を調節するこ
とができる。 Yet another important feature of the invention is that the leg 16 forming the movable wall 18 constitutes a plug inserted into the hollow end of the transducer 14. As shown, the area of the walls 18 forming the chamber approximately corresponds to the cross-sectional area of the transducer 14 at its outer diameter. The relatively small area of wall 18 allows wall 18 to act as a concentrated rather than diffuse energy source, which provides stable, self-contained, high velocity ink droplet ejection at low drive voltages. The most important thing to do. The total area of wall 18 is 50
mm 2 or less, preferably 2 mm 2 or less. This area should be as small as possible to achieve high array density and high printing resolution. In any case, the difference in pressure pulse transit time from each point on wall 18 to orifice 12 is less than 1 microsecond. Even with a smaller wall area, the required displacement can be achieved by making the transducer longer. The surface area of the end face of the movable wall communicating with the ink within the chamber 10 can be larger than the cross-sectional area of the transducer 14 to obtain the desired ejection surface. Furthermore,
The area of wall 18 can be adjusted to provide impedance matching between the ink and transducer 14.
更に脚部16はさもなければ中空の変換器14
内に戻つてしまうインクのシールとしても作用し
て電気的短絡を防いでいる。こうして変換器14
とインクとの間に何ら中間部材を使用することな
く変換器14をチエンバ10内のインクと直接的
な連携を行わせることができる。そのような中間
部材を仮に設けるとするとインクジエツト作動に
悪影響を与えるか、そうでないまでもインクジエ
ツトの再現精度に問題が生じて、この問題に対処
するべく中間部材の変換器への接着を精度高く行
わなければならないという面倒があり、本実施例
はこれを解消するものである。 Furthermore, the legs 16 are connected to the otherwise hollow transducer 14.
It also acts as a seal to prevent ink from returning to the inside, preventing electrical short circuits. Thus converter 14
The transducer 14 can be brought into direct communication with the ink in the chamber 10 without the use of any intermediate members between the ink and the ink. If such an intermediate member were to be provided, it would have a negative effect on the inkjet operation, or even cause a problem with the inkjet's reproducibility. This embodiment is intended to solve this problem.
第2図及び第3図に示す如くに、吸入口20
は、チエンバ10の全周に沿つて配置される複数
の絞られた開き溝36から構成される。この開き
溝36はチエンバ10の大部分を構成する薄板状
部材40の環状のランド38上を延設される。開
き溝36に隣接する部材40の表面は板状の絶縁
部材34上のランド44の表面42と接触してお
り、これにより吸込口20が完成されている。薄
板状の部材34,40によつて第1−3図の装置
の製造が非常に容易になることがわかる。 As shown in FIGS. 2 and 3, the inlet 20
is composed of a plurality of narrowed open grooves 36 arranged along the entire circumference of the chamber 10. This open groove 36 extends over an annular land 38 of a thin plate member 40 that constitutes the majority of the chamber 10. The surface of the member 40 adjacent to the open groove 36 is in contact with the surface 42 of the land 44 on the plate-shaped insulating member 34, thereby completing the suction port 20. It can be seen that the laminar members 34, 40 greatly facilitate the manufacture of the apparatus of FIGS. 1-3.
第1図においてインク溜め46は大気と連通さ
れ、換言すれば非加圧状態に保持されており、か
つインク溜め46は実質的に一定のインク流路断
面の吸込口20と連通している。溜め46とチエ
ンバ10との間の漏れ及び他の漏れ、例えば脚部
16周囲の漏れは吸込口20の大きさと比べてそ
の漏れが比較的小さい限り、このような漏れの経
路が吸込口20と平行なので不都合な結果が生じ
ることはない。従つて、第1図の多層板より成る
構造は、たとえインク漏れが発生したとしても大
した問題は起さない。又、吸込口20をチエンバ
10の後部に配置することによつて本明細書に示
す如くにジエツトの構成が非常に容易になる。そ
の上、チエンバの背後に吸込口20を配置した構
成はインクジエツトの作用に気泡が及ぼす悪影響
の可能性を緩和することができる。 In FIG. 1, the ink reservoir 46 is in communication with the atmosphere, i.e., is maintained in a non-pressurized state, and the ink reservoir 46 is in communication with the inlet 20 of a substantially constant ink flow path cross-section. Leaks between the sump 46 and the chamber 10 and other leaks, such as leaks around the legs 16, may be routed to the inlet 20 as long as the leakage is relatively small compared to the size of the inlet 20. Since they are parallel, no untoward results will occur. Therefore, even if ink leakage occurs, the multilayer plate structure shown in FIG. 1 does not cause any serious problems. Also, by locating the inlet 20 at the rear of the chamber 10, construction of the jet as shown herein is greatly facilitated. Additionally, the placement of the inlet 20 behind the chamber alleviates the potential for air bubbles to adversely affect the operation of the inkjet.
更に第1図に示されている如くに、オリフイス
プレート48も多層板状構造体に含まれていて、
オリフイスに隣接して円錐台形状の開口52を備
えている更に別の薄板状の部材50によつて被覆
されている。更に別の薄板状の部材54が部材3
4の端部に固着されていて導電性の表面32に沿
つて伸びている。 Furthermore, as shown in FIG. 1, an orifice plate 48 is also included in the multilayer plate-like structure,
Adjacent to the orifice, it is covered by another thin plate-like member 50 having a truncated conical opening 52. Yet another thin plate-like member 54 is member 3.
4 and extends along a conductive surface 32.
円筒状の変換器14の使用によつて非常に簡易
化されている第1図の層状の構造の製造に種々の
材料を使用できる。例えば、層状の部材40,4
8,50,54はステンレス鋼で形成できる。代
わりにガラス、GE社により製造され、“Noly1”
として知られている変性ポリフエニレンオキサイ
ド及びガラス添加ジアリルフタレートも使用でき
る。脚部16はプラスチツク又はセラミツク材料
から成り、圧電材料で形成されている変換器14
に接着されている。 A variety of materials can be used to manufacture the layered structure of FIG. 1, which is greatly simplified by the use of a cylindrical transducer 14. For example, layered members 40, 4
8, 50, and 54 can be made of stainless steel. Instead of glass, manufactured by GE, “Noly1”
Modified polyphenylene oxides known as polyphenylene oxides and glass-doped diallyl phthalates can also be used. The legs 16 are made of plastic or ceramic material and the transducer 14 is made of piezoelectric material.
is glued to.
第4図の実施例を参照すると、変換器14及び
脚部16によつて形成されている壁部18を有し
ていて多くの点で第1−3図の装置と類似してい
るインクジエツト装置が図示されている。しか
し、チエンバ10は単一の薄板状の部材140に
よつて形成されている。チエンバ10はオリフイ
ス12を備えていて、このオリフイスに対してチ
エンバ10がテーパしている。変換器14が貫通
している層状の部材134が部材140と共にイ
ンク溜め146を形成している。溜め146内で
部材134と部材140との間に突起部材148
が伸びていて、部材134,140間で位置合せ
及び取り付け手段として作用している。 Referring to the embodiment of FIG. 4, an inkjet device having a wall 18 formed by a transducer 14 and a leg 16 is similar in many respects to the device of FIGS. 1-3. is illustrated. However, the chamber 10 is formed by a single thin plate member 140. The chamber 10 includes an orifice 12 relative to which the chamber 10 tapers. Layered member 134, through which transducer 14 extends, forms with member 140 a reservoir 146. A protruding member 148 is provided between member 134 and member 140 within reservoir 146.
extends and acts as an alignment and attachment means between members 134 and 140.
伸長軸に沿つて膨張、伸縮する細長い変換器を
使用することによつて相当に密実なインクジエツ
トアレイを形成することができる。第5図に図示
されている如くにオリフイスプレート140aは
複数個のオリフイス12を有していて、オリフイ
スを包囲している破線の円はオリフイスプレート
140aの後方に位置している変換器14の直径
を示している。第6図はオリフイスプレート14
0b内の更に別のオリフイス12のアレーを示し
ている。ジエツト112の千鳥状の配置は第5図
と第6図において異なつているが、いずれの場合
においてもジエツトが密に詰め込み配置されてい
て、これはインクジエツトアレーによつて高品質
の文字情報印刷を行なうためには非常に望まし
い。 Fairly dense inkjet arrays can be created by using elongated transducers that expand and contract along their elongation axes. As shown in FIG. 5, the orifice plate 140a has a plurality of orifices 12, and the dashed circle surrounding the orifices is the diameter of the transducer 14 located behind the orifice plate 140a. It shows. Figure 6 shows orifice plate 14
A further array of orifices 12 within 0b is shown. Although the staggered arrangement of the jets 112 is different in FIG. 5 and FIG. It is highly desirable to do this.
次に第7図から第9図を参照すると、オリフイ
ス202を備えているチエンバ200が列状の各
ジエツト用の変換器204の電圧印加の状態に応
じてインクの小滴を噴出する。変換器204は伸
長軸に沿つて第8図に示されている矢印の方向に
膨張、収縮し、この運動が連結手段206によつ
てチエンバ200に伝達される。この連結手段2
06は、変換器204に並列接続される粘弾性材
料部材208及び第7図及び第8図の位置をとる
ように予荷重されるダイヤフラム210を具備す
る。 Referring now to FIGS. 7-9, a chamber 200 having an orifice 202 ejects a droplet of ink in response to the energization of a transducer 204 for each jet in the array. Transducer 204 expands and contracts along its elongation axis in the direction of the arrows shown in FIG. 8, and this movement is transmitted to chamber 200 by coupling means 206. This connecting means 2
06 comprises a viscoelastic material member 208 connected in parallel to the transducer 204 and a diaphragm 210 preloaded to assume the position of FIGS. 7 and 8.
非加圧の溜め212から絞られた吸込手段を介
してインクが流入される。この吸込手段は絞られ
た吸込口214より構成される。吸込口214は
第9図に示されている如くにレストリクタプレー
ト216に形成される開き溝より成る。本発明で
は、吸込口214を通つてチエンバ内に流入する
インクの流路断面積は、連結手段206及び変換
器204にすぐ隣接して吸込口214が位置して
いるにもかかわらず変換器204の膨張、収縮の
間において実質的に変化することがない。オリフ
イスプレート218におけるオリフイス202に
比較して吸込口214に適切な寸法を与えること
によつて、吸込口214におけるイナータンスと
オリフイス202におけるイナータンス
(inertance)との適切な関係を維持することがで
きる。第1図から第6図に図示されている実施例
にあてはまるこの関係を下記に更に詳細に論考す
る。 Ink flows from the non-pressurized reservoir 212 through the constricted suction means. This suction means is constituted by a constricted suction port 214. The suction port 214 consists of an open groove formed in the restrictor plate 216 as shown in FIG. In the present invention, the flow cross-sectional area of the ink entering the chamber through the inlet 214 is such that the flow path area of the ink entering the chamber through the inlet 214 is such that the flow path of the ink entering the chamber through the inlet 214 is such that the flow path area of the ink flowing into the chamber through the inlet 214 is such that the flow path area of the ink flowing into the chamber through the inlet 214 is such that the flow path area of the ink flowing into the chamber through the inlet 214 is such that the flow path area of the ink flowing into the chamber through the inlet 214 is such that the flow path area of the ink flowing into the chamber through the inlet 214 is such that the flow path area of the ink flowing into the chamber through the inlet 214 is such that the flow path area of the ink flowing into the chamber through the inlet 214 is not limited to the flow path of the ink flowing into the chamber 204 even though the inlet 214 is located immediately adjacent to the coupling means 206 and the transducer 204. does not substantially change during expansion and contraction. By appropriately sizing inlet 214 relative to orifice 202 in orifice plate 218, a proper relationship between the inertance at inlet 214 and the inertance at orifice 202 can be maintained. This relationship, as it applies to the embodiments illustrated in FIGS. 1-6, is discussed in more detail below.
第7図に示す如くに、チエンバプレート220
に形成されている溜め212が吸込口214に続
いているテーパ端縁222を有している。第9図
に図示されている如くに、溜め212には送り管
223と逃し管225とが設けられている。チエ
ンバ内のインクを介しての機械的クロストークを
最小とするために、溜めはダイヤフラム210に
よつて可撓的に構成される。そして、ダイヤフラ
ム210はプレート226の逃げ229の領域に
並列配置されているレストリクタープレート21
6の大きな開口227を介してインクと連絡して
いる。流体のクロストークを最小とするために、
第9図のアレー中の各ジエツトは第1図から第6
図に図示されている如くにインクから遮断されて
おりかつ単一のチエンバと連絡している。 As shown in FIG. 7, the chamber plate 220
A reservoir 212 is formed in the reservoir 212 and has a tapered edge 222 leading to the inlet 214 . As shown in FIG. 9, the reservoir 212 is provided with a feed pipe 223 and a relief pipe 225. The reservoir is flexibly configured by a diaphragm 210 to minimize mechanical crosstalk through the ink within the chamber. The diaphragm 210 is arranged in parallel with the restrictor plate 21 in the region of the relief 229 of the plate 226.
It communicates with the ink through a large opening 227 at 6. To minimize fluid crosstalk,
Each jet in the array of Figure 9 is
It is isolated from ink and communicates with a single chamber as shown in the figure.
第7図及び第9図に示されている如くに各変換
器204はその末端部において案内されていて、
変換器204の中間部は第7図に図示されている
如くに本質的に支承されていない。 As shown in FIGS. 7 and 9, each transducer 204 is guided at its distal end;
The middle portion of transducer 204 is essentially unsupported as shown in FIG.
変換器204の一端は脚部207とプレート2
26の穴224との協働によつて案内されてい
る。第7図に示されている如くにプレート226
の穴224の直径は脚部207の直径よりもわず
かに大きい。従つて、脚部207と穴224の壁
部との間の接触はごく僅かであるが、この接触
は、脚部207の位置決めを行うと共に、第8図
の如く粘弾性材料208と接触せしめるべく変換
器204を支持する。変換器204の他の端部は
シリコーンゴムの如き可撓性の弾性材料230に
よつてブロツク228内に可撓的に取り付けられ
ている。この可撓性材料230は第9図に図示さ
れているスロツト232内に配置されていて、変
換器204の他端用の支持体を提供している。は
んだ236の如き適切な手段によつて変換器20
4に電気接続されている可撓性プリント配線基板
234によつて変換器204との電気接触も円滑
に行なわれる。第7図に示されている如くに、プ
リント配線基板234上に導電性のパターン23
8が形成される。 One end of the transducer 204 is connected to the leg 207 and the plate 2.
26 in cooperation with holes 224. Plate 226 as shown in FIG.
The diameter of the hole 224 is slightly larger than the diameter of the leg 207. Therefore, the contact between the leg 207 and the wall of the hole 224 is very slight, but this contact is necessary to position the leg 207 and bring it into contact with the viscoelastic material 208 as shown in FIG. Supports transducer 204. The other end of transducer 204 is flexibly mounted within block 228 by a flexible resilient material 230, such as silicone rubber. The flexible material 230 is positioned within the slot 232 shown in FIG. 9 to provide support for the other end of the transducer 204. Transducer 20 by suitable means such as solder 236
Electrical contact with the transducer 204 is also facilitated by a flexible printed wiring board 234 electrically connected to the transducer 204. As shown in FIG. 7, a conductive pattern 23 is formed on a printed wiring board 234.
8 is formed.
第7図及び第9図に詳細に示されている如く、
プレート226はスロツト237の基部に開口2
24を有し、この開口224は変換器204を収
容する。プレート226はサンドイツチ構造のヒ
ータ240の受け器239を有する。前記ヒータ
240はコイル244を備えているヒータ要素2
42と、保持プレート246と、プレート246
と協働しているばね248と、ヒータ240の真
下に位置している支承プレート250とから構成
される。ヒータ242の温度を制御するためにサ
ーミスタ252がスロツト253に装着されてい
る。ヒータ全体240がカバープレート254に
よつてプレート226内の受け器内に保持されて
いる。 As shown in detail in FIGS. 7 and 9,
Plate 226 has opening 2 at the base of slot 237.
24, the opening 224 receiving the transducer 204. Plate 226 has a receptacle 239 for a heater 240 of Sanderch structure. The heater 240 includes a heater element 2 comprising a coil 244.
42, a holding plate 246, and a plate 246.
and a bearing plate 250 located directly below the heater 240. A thermistor 252 is installed in slot 253 to control the temperature of heater 242. The entire heater 240 is held in a receptacle within plate 226 by cover plate 254.
第9図からわかるように、複数の板状部材を積
層して成る構造はその全体が開口257を通つて
上方に伸びているボルト256及びプリント配線
基板234をプレート228上の所定位置に保持
するために開口259を通つて下方に伸びている
ボルト258によつて相互に保持されている。第
9図に図示されていないが第7図に破線で示され
ている如くに、プリント配線板234上のプリン
ト回路238に端子260が接続されている。第
7図及び第8図に図示されている粘弾性の層20
8も第9図には図示されていない。 As can be seen in FIG. 9, the structure consisting of a plurality of stacked plate-like members, the entirety of which extends upwardly through the opening 257, holds the bolt 256 and the printed wiring board 234 in place on the plate 228. They are held together by a bolt 258 extending downwardly through an aperture 259. Although not shown in FIG. 9, a terminal 260 is connected to a printed circuit 238 on a printed wiring board 234, as shown by broken lines in FIG. Viscoelastic layer 20 illustrated in FIGS. 7 and 8
8 is also not shown in FIG.
本発明の目的を達成するため、インクジエツト
の作動周波数を非常に高くすることが望ましい。
インクジエツトのチエンバが十分に小さい場合に
は望ましい程度に高い作動周波数が達成される。
即ち下記の式により得られるヘルムホルツ
(Helmholtz)(すなわち液体)共振周波数fが高
くなる。 To achieve the objectives of the present invention, it is desirable to have a very high operating frequency for the inkjet.
Desirably high operating frequencies are achieved if the inkjet chamber is sufficiently small.
That is, the Helmholtz (ie, liquid) resonance frequency f obtained by the following equation increases.
式中、Ccはチエンバ内のインク量に関連するコ
ンプライアンス、
Cdは可動壁体のコンプライアンス、
Loはノズル内の液体のイナータンス、
Liは吸込口内の液体のイナータンスであ
る。 where C c is the compliance related to the amount of ink in the chamber, C d is the compliance of the movable wall, L o is the inertance of the liquid in the nozzle, and L i is the inertance of the liquid in the suction port.
詳しくはCc,Lo及びLiは、夫々、
Cc=V/ρc2
(式中、Vはチエンバの容量であり、ρはイン
クの密度、cはインク内の音響速度である。)
Lo=4ρlo/3πr2
(式中、loはノズルの長さであり、rはノズル
の半径である。)
Li=kρli/nA
(式中、kは吸込口を構成する溝断面形状によ
つて定められる形状係数、
Aは吸込口を構成する開き溝一個の横断面積、
nは吸込口を構成する開き溝の数、
liは1個の開き溝の長さである。 Specifically, C c , Lo and Li are respectively C c =V/ρc 2 (where V is the volume of the chamber, ρ is the density of the ink, and c is the acoustic velocity in the ink.) L o =4ρl o /3πr 2 (In the formula, l o is the length of the nozzle, and r is the radius of the nozzle.) L i =kρl i /nA (In the formula, k is the groove that forms the suction port. A is the cross-sectional area of one open groove constituting the suction port, n is the number of open grooves constituting the suction port, and l i is the length of one open groove.
一般的にいつてヘルムホルツ共振周波数はイン
ク小滴の噴出の速度よりも相当に大きいことが望
ましい。ヘルムホルツ共振周波数は少なくともイ
ンク噴出速度の2倍であることが好都合である。
数字的に表現すれば、少なくとも10kHz以上、
100kHz以下のヘルムホルツ周波数を有すること
が望ましく、要求ベースで高い小滴噴出速度を得
るためには25kHzから50kHzが好都合である。 It is generally desirable that the Helmholtz resonant frequency be significantly greater than the velocity of ink droplet ejection. Advantageously, the Helmholtz resonant frequency is at least twice the ink ejection velocity.
If expressed numerically, at least 10kHz or more,
It is desirable to have a Helmholtz frequency below 100 kHz, with 25 kHz to 50 kHz being advantageous to obtain high droplet ejection rates on demand.
上記の記述から、高いヘルムホルツ共振周波数
を達成して要求ベースで高い小滴噴出速度を得る
ためには小さなチエンバを形成することが一般的
に望ましいことがわかる。しかし、ヘルムホルツ
共振周波数はさておいて、小滴噴出速度及びジエ
ツトの安定性は、チエンバの音響上の共振周波数
や伸長軸に沿つた変換器共振周波数(例えば、変
換器14,204の長手方向又は長さモード共振
周波数)が必要以上に低いことによつて悪影響を
受ける。従つて、チエンバの全長さがチエンバの
最大横断面寸法、例えば円筒状のチエンバの場合
には直径を大きく越えないようにすることが望ま
しい。本明細書では、チエンバの全体の長さとい
う用語はオリフイスから離間した側のチエンバの
後部からオリフイスの外側方向へ計測される、小
滴の噴出軸線に平行な長さを示している。第1a
図に示されている如くにこの寸法は距離Xによつ
て表わされており、最大横断面寸法は寸法Yによ
つて表わされている。 From the above description, it can be seen that it is generally desirable to form small chambers to achieve high Helmholtz resonant frequencies and obtain high droplet ejection velocities on demand. However, apart from the Helmholtz resonant frequency, the droplet ejection velocity and jet stability depend on the acoustic resonant frequency of the chamber and the transducer resonant frequency along the elongated axis (e.g., the longitudinal or (mode resonance frequency) is lower than necessary. It is therefore desirable that the total length of the chamber does not significantly exceed the maximum cross-sectional dimension of the chamber, for example the diameter in the case of a cylindrical chamber. As used herein, the term overall chamber length refers to the length parallel to the droplet ejection axis, measured from the rear of the chamber on the side remote from the orifice toward the outside of the orifice. 1st a
This dimension is represented by distance X and the maximum cross-sectional dimension is represented by dimension Y as shown.
一般的に、アスペクト比、すなわち長さと横断
面寸法との比を5対1以下、好ましくは2対1以
下とすることが望ましい。長さXは断面寸法Yよ
りも小さい。このアスペクト比を使用することに
よつて、チエンバの音響上の共振周波数(すなわ
ちオルガンパイプ共振)が十分に高く維持され、
その結果チエンバが持つ音響上の共振周波数が、
その作動周波数での安定したインクジエツトの形
成に支障をきたすことはない。 Generally, it is desirable to have an aspect ratio, ie, the ratio of length to cross-sectional dimension, of 5:1 or less, preferably 2:1 or less. Length X is smaller than cross-sectional dimension Y. By using this aspect ratio, the acoustic resonant frequency of the chamber (i.e. organ pipe resonance) is kept sufficiently high;
As a result, the acoustic resonance frequency of the chamber is
It does not interfere with the formation of a stable inkjet at its operating frequency.
変換器の全長を大きくしない限りは横断面寸法
Yには下限がある。変換器の全長が増大すると変
換器の軸方向のすなわち長さモード共振周波数が
減少して、要求ジエツトの作動周波数が限定され
る。Y=0.6の最小値とすると軸方向における長
さモード共振周波数を最大にできることがわかつ
た。この場合に、チエンバの最大断面寸法Yが減
少しているので必要な変位を達成するために変換
器の全長さが必然的に増加することになる。 There is a lower limit to the cross-sectional dimension Y unless the overall length of the transducer is increased. As the overall length of the transducer increases, the axial or length mode resonant frequency of the transducer decreases, limiting the operating frequency of the required jet. It was found that the length mode resonance frequency in the axial direction can be maximized by setting the minimum value of Y=0.6. In this case, since the maximum cross-sectional dimension Y of the chamber is reduced, the overall length of the transducer will necessarily increase in order to achieve the required displacement.
前述した如くに、変換器を点圧力源としてチエ
ンバ内に連結することが望ましい。この場合に、
変換器連結壁上の各点からの圧力パルス走行時間
の差が1マイクロ秒以下、好ましくは0.1マイク
ロ秒以下であることが望ましく、0.05マイクロ秒
が最適である。所定のインク組成、従つてチエン
バ内のインクを通る所定の音響速度が存在すると
仮定すると、音響通路の差、すなわち第1a図に
示す如くにdnaxからdnixの差がその高周波での音
響的干渉のため決定される。この場合に、少なく
とも100kHz、好まくは1MHzの高周波成分の存在
下でインクジエツトが作動することが望ましい。
水中の音響速度が1.5×105cm/秒であり、100kHz
の高周波成分を使用すると仮定すると、音響通路
長さの差、すなわち、dnaxとdnixの差は1.5mm(60
ミル)を越えるべきではなく、0.15mm(6ミル)
以下が好都合である。1MHzの周波数の成分を使
用すると仮定すると、通路長さの差は0.15mm(6
ミル)を越えるべきではない。第7図から第9図
の実施例についても通路長さの差は同様とする。 As previously mentioned, it is desirable to connect the transducer within the chamber as a point pressure source. In this case,
It is desirable that the difference in pressure pulse transit time from each point on the transducer connection wall is less than 1 microsecond, preferably less than 0.1 microsecond, optimally 0.05 microsecond. Assuming a given ink composition and therefore a given acoustic velocity through the ink in the chamber, the difference in the acoustic path, i.e. the difference from d nax to d nix as shown in Figure 1a, is the acoustic velocity at that high frequency. Determined due to interference. In this case, it is desirable that the inkjet operates in the presence of a high frequency component of at least 100 kHz, preferably 1 MHz.
The sound velocity in water is 1.5×10 5 cm/sec and 100kHz
The difference in acoustic path length, i.e., the difference between d nax and d nix , is 1.5 mm (60
mil) and should not exceed 0.15mm (6 mil)
The following is convenient. Assuming we use a component with a frequency of 1 MHz, the difference in path length is 0.15 mm (6
mil) should not be exceeded. The difference in passage length is the same for the embodiments shown in FIGS. 7 to 9.
本発明の種々の特徴を例示するために種々の寸
法のチエンバの実施例を下記に示す:
実施例 1
X=2.54mm(100ミル)
Y=1.78mm(70ミル)
音響速度 1.5×105cm/秒
1MHzの高周波成分。 Examples of chambers of various dimensions are provided below to illustrate various features of the invention: Example 1 X = 100 mils Y = 70 mils Sound velocity 1.5 x 10 5 cm /sec 1MHz high frequency component.
実施例 2
X=2.54mm(100ミル)
Y=1.60mm(63ミル)
音響速度 1.2×105cm/秒
1MHzの高周波成分(油ベースのインクを使
用)。Example 2 X = 2.54 mm (100 mils) Y = 1.60 mm (63 mils) Sound velocity 1.2 x 10 5 cm/sec 1 MHz high frequency component (using oil-based ink).
実施例 3 X=1.27mm(50ミル) Y=1.27mm(50ミル) 音響速度 1.5×105cm/秒 1MHzの高周波成分。Example 3 X = 1.27 mm (50 mils) Y = 1.27 mm (50 mils) Sound velocity 1.5 x 10 5 cm/sec 1 MHz high frequency component.
上記の説明から、インクジエツトの作動周波数
と比較して十分に高く、しかし音響共振周波数及
び変換器14,204の長手方向すなわち長さモ
ード共振周波数と比較して十分に小さいヘルムホ
ルツ(Helmholtz)周波数を達成するためにチエ
ンバ10,200の断面寸法を十分に大きくしな
ければならないことがわかる。この点について、
小滴噴出の軸に対して横方向のチエンバの横断面
寸法を小滴噴出の軸に対して横方向のオリフイス
の横断面寸法の少なくとも10倍にしなければなら
ないことがわかつた。寸法的に言うと、オリフイ
スの断面寸法が0.025mmから0.075mmの範囲内とす
ると、チエンバの断面寸法が0.6mm以下であるこ
とが好都合であり、0.6mmから1.3mmの範囲内にあ
ることが好ましい。 From the above discussion, it can be seen that achieving a Helmholtz frequency that is sufficiently high compared to the operating frequency of the inkjet, but sufficiently small compared to the acoustic resonant frequency and the longitudinal or length mode resonant frequency of the transducer 14,204. It can be seen that the cross-sectional dimensions of the chambers 10, 200 must be made sufficiently large in order to achieve this. in this regard,
It has been found that the cross-sectional dimension of the chamber transverse to the axis of droplet ejection must be at least ten times the cross-sectional dimension of the orifice transverse to the axis of droplet ejection. Dimensionally speaking, if the cross-sectional dimension of the orifice is within the range of 0.025 mm to 0.075 mm, it is convenient for the cross-sectional dimension of the chamber to be 0.6 mm or less, and preferably within the range of 0.6 mm to 1.3 mm. preferable.
本発明の別の重要な特徴としては、ヘルムホル
ツ周波数を不都合に減じないように第1a図に図
示されている長さXが短くなつている。同時に、
比較的短いチエンバによつて比較的高い音響共振
周波数が生じる。図示されている如くに、変換器
の軸方向の全長さは、音響共振周波数が変換器の
長手方向の、すなわち長さモード共振周波数より
も高くなるようなものである。 Another important feature of the invention is that the length X shown in FIG. 1a is shortened so as not to undesirably reduce the Helmholtz frequency. at the same time,
A relatively short chamber results in a relatively high acoustic resonance frequency. As shown, the overall axial length of the transducer is such that the acoustic resonant frequency is higher than the longitudinal or length mode resonant frequency of the transducer.
一般的に、変換器の連結軸に沿つた共振周波
数、例えば変換器の長手方向の共振周波数はヘル
ムホルツ周波数よりも少なくとも25%大きいこと
が好都合である。連結軸に沿つた共振周波数はヘ
ルムホルツ周波数よりも少なくとも50%大きいこ
とが好都合である。 In general, it is advantageous for the resonant frequency along the coupling axis of the transducer, eg in the longitudinal direction of the transducer, to be at least 25% greater than the Helmholtz frequency. Advantageously, the resonant frequency along the coupling axis is at least 50% greater than the Helmholtz frequency.
円筒状の変換器14を使用することによつて変
換器の共振モードの数が減少することで都合がよ
い。しかし、伸長の方向に膨張するが円筒状横断
面を備えていなくて、例えば、第7図から第9図
に示す如くに30対1以下の全長さ対最小幅比と、
0.4mmから0.6mmの範囲の長さに対して横方向の厚
みを有している矩形の横断面を備えている他の変
換器も使用できる。 Advantageously, the use of a cylindrical transducer 14 reduces the number of resonant modes of the transducer. However, it expands in the direction of elongation but does not have a cylindrical cross-section, e.g., an overall length to minimum width ratio of less than 30 to 1, as shown in FIGS.
Other transducers with a rectangular cross-section having a transverse thickness to length in the range 0.4 mm to 0.6 mm can also be used.
前述した如くに、吸込口214,20が伸長軸
に沿つての変換器の膨張、収縮間にチエンバ内に
流入するインクの流路断面積を実質的に一定に保
持する。第8図に示されている如くにダイヤフラ
ム210が吸込口214に相当する領域内に移動
する限りにおいて、吸込口214の高さhによつ
て示されているインクの流路断面寸法は変換器が
膨張、収縮する場合の変換器の長さの変化よりも
相当に大きくなくてはならない。この場合に、全
高さhは0.025mmから0.075mmの範囲内にあつて
0.05mm以下であることが好都合であり、変換器2
04の長さの全変化は0.05から0.50ミクロンであ
り、0.24ミクロン以下であることが好都合であ
る。このために、吸込口を構成する開き溝とオリ
フイスとは、共に、イナータンスが107から109Pa
sec2/m3の範囲にあることも重要である。 As previously discussed, the inlets 214, 20 maintain a substantially constant flow path area for ink entering the chamber during expansion and contraction of the transducer along the elongated axis. To the extent that the diaphragm 210 moves into the area corresponding to the inlet 214 as shown in FIG. must be significantly larger than the change in length of the transducer as it expands and contracts. In this case, the total height h is within the range of 0.025mm to 0.075mm.
Advantageously, it is less than 0.05 mm, and the transducer 2
The total change in length of 04 is between 0.05 and 0.50 microns, advantageously no more than 0.24 microns. For this reason, the opening groove and orifice that make up the suction port both have an inertance of 10 7 to 10 9 Pa.
It is also important that it is in the range of sec 2 /m 3 .
吸込口の開き溝の全寸法はインクジエツトオリ
フイスと一定の関係を持つていなくてはならな
い。この関係において、開き溝の最小断面寸法が
オリフイスの直径又は断面寸法以下又はこれに等
しく保持されていることが望ましい。こうしてヘ
ルムホルツ周波数が確実に作動周波数よりも大き
く、しかし長さモード若しくは音響共振周波数以
下となることが確保される。 The overall dimensions of the inlet opening must have a certain relationship with the inkjet orifice. In this connection, it is desirable that the minimum cross-sectional dimension of the open groove be kept less than or equal to the diameter or cross-sectional dimension of the orifice. This ensures that the Helmholtz frequency is greater than the operating frequency, but below the length mode or acoustic resonance frequency.
以上のように、本発明においては変換器の長さ
モード共振周波数以下、好ましくはこの周波数の
半分のヘルムホルツ(流体)共振周波数を備えて
いるインクジエツトが提供される。同時に、ヘル
ムホルツ周波数は液滴の所望反復速度よりも相当
に高い、すなわち、10kHz以上、好ましくは25k
Hz以上である。ヘルムホルツ周波数が良好に制動
されるのでその周波数におけるシステムの共鳴が
液滴形成工程に悪影響を及ぼすことはない。更
に、長さモード周波数よりも相当に低いヘルムホ
ルツ周波数では流体系は制動不良を若起させる変
換器の長さモード共鳴に不感となる。この長さモ
ード共鳴の制動が良好に行われないすると、流体
系が長さモード周波数に応答する際の装置の性能
に悪影響を与えることがある。このような状況に
おいて従来は変換器アレー(列)の外部制動が必
要になり、大きな駆動電圧を必要としていたが、
このような問題は本発明では生じない。 Thus, the present invention provides an inkjet having a Helmholtz (fluid) resonant frequency that is less than, and preferably half of, the length mode resonant frequency of the transducer. At the same time, the Helmholtz frequency is considerably higher than the desired repetition rate of the droplet, i.e. more than 10kHz, preferably 25k
Hz or higher. The Helmholtz frequency is well damped so that resonances of the system at that frequency do not adversely affect the droplet formation process. Furthermore, at Helmholtz frequencies significantly lower than the length mode frequency, the fluid system becomes insensitive to transducer length mode resonances that can cause damping failure. Failure to properly damp this length mode resonance can adversely affect the performance of the device as the fluid system responds to length mode frequencies. In such situations, conventionally, external braking of the transducer array (column) was required, which required a large drive voltage.
Such problems do not occur with the present invention.
第1図から第4図及び第7図から第9図の実施
例に図示されている如くに、変換器の伸長軸に対
して横方向に電界が印加される。第1図及び第4
図に示す如くにこれは電極30,26によつて行
なわれ、一方第7図から第9図ではこれは電極2
60,262に電気接続されている印刷回路要素
238によつて達成される。これらの電極が変換
器に電界を印加するための手段を提供するので変
換器が伸長軸に沿つて収縮してチエンバを収縮さ
せ、変換器に電圧を印加しないときには変換器が
軸に沿つて膨張してチエンバを膨張させる。この
点は変換器14,204が早期に劣化すること
や、極端な場合に起るデポーラライゼーシヨン
(depolarization)を防ぐために特に重要である。
逆に変換器膨張させるため変換器に対して横方向
に電界を印加するとすると、このような電界が変
換器のデポーラライゼーシヨンを行なわしめ、少
なくとも域る期間にわたつて変換器を制御不能の
状態とする。従つて、変換器に対して横方向に印
加される電界が変換器を収縮させるように加えら
れることが重要である。 As illustrated in the embodiments of FIGS. 1-4 and 7-9, an electric field is applied transversely to the elongated axis of the transducer. Figures 1 and 4
As shown, this is done by electrodes 30, 26, while in FIGS.
This is accomplished by printed circuitry 238 electrically connected to 60,262. These electrodes provide a means for applying an electric field to the transducer so that the transducer contracts along its extension axis, causing the chamber to contract, and when no voltage is applied to the transducer, it expands along its axis. to inflate the chamber. This point is particularly important to prevent premature deterioration of the transducers 14, 204 and, in extreme cases, depolarization.
Conversely, if an electric field is applied transversely to the transducer to cause it to expand, such an electric field will cause depolarization of the transducer, rendering it uncontrollable for at least a period of time. state. It is therefore important that an electric field applied transversely to the transducer is applied to cause the transducer to contract.
変換器に電界を印加する方法を更に説明するた
めに第10図及び第11図を参照する。第10図
に示す如くに変換器204が電極260を備えて
いて、変換器204が電極260の先端を越えて
外方に伸びている。第1の電極260が接地され
ている。第2の電極が励磁されていない場合には
変換器204が第10図に示す形状をなしてい
る。前記した第2の電極260が第11図に示す
如くに正電圧に励磁されると(他方の電極260
が接地)、変換器204がその厚味方向に伸びる
がその長さ方向に沿つて収縮する。従つて、第1
1図に示す如くに印加された電圧によつて発生す
る電界が変換器204の分極と同じ方向であるこ
とが重要である。第10図及び第11図に示され
ている膨張と収縮が誇張して図示されたものであ
ることは言うまでもない。 Reference is made to FIGS. 10 and 11 for further explanation of how to apply an electric field to the transducer. As shown in FIG. 10, transducer 204 includes an electrode 260 with transducer 204 extending outwardly beyond the tip of electrode 260. As shown in FIG. First electrode 260 is grounded. When the second electrode is not energized, transducer 204 assumes the configuration shown in FIG. When the second electrode 260 described above is excited to a positive voltage as shown in FIG.
(ground), the transducer 204 extends in its thickness direction but contracts along its length. Therefore, the first
It is important that the electric field generated by the applied voltage as shown in FIG. 1 be in the same direction as the polarization of the transducer 204. It goes without saying that the expansion and contraction shown in FIGS. 10 and 11 are exaggerated.
本発明の別の重要な特徴としては、変換器1
4,204とチエンバとの間は連結手段(脚部又
はダイヤフラム等)のみによつて連結されてい
る。従つて、第5,6,9図に示されている如く
に整列している変換器は実質的にインクから遮断
されていて、単一のチエンバ又はジエツトと排他
的に連絡されている。その上、チエンバと変換器
との間に密封手段、例えば第9図に図示されてい
るダイヤフラム210が設けられていて、大量の
インクが上方に流動して変換器、例えば変換器2
04の周囲に流入することを防ぎ、実質的なイン
クの遮断を行つている。 Another important feature of the invention is that the transducer 1
4, 204 and the chamber are connected only by connecting means (legs, diaphragms, etc.). Thus, transducers aligned as shown in FIGS. 5, 6, and 9 are substantially insulated from ink and in exclusive communication with a single chamber or jet. Moreover, sealing means, such as diaphragm 210 as shown in FIG.
This prevents the ink from flowing into the surrounding area of 04, thereby effectively blocking the ink.
本明細書では、細長いという用語は長さが幅よ
りも大きいことを示している。換言すれば、本明
細書に使用されている伸長軸は横方向の寸法より
も大きく、この横方向の寸法を横切つて電界が印
加される。更に、変換器を深さ方向に細長くし
て、全深さを長さよりも大きくすることもでき
る。従つて、細長いという用語は相対的な用語で
ある。その上、変換器は伸長軸に沿つた方向に加
えて他の方向にも膨張、収縮するが、このような
膨張及び収縮は連結の方向におけるものではない
ので、この点如何は本発明とは無関係である。本
明細書に示されている実施例では、連結の軸は伸
長軸である。従つて、長さモード共振は連結の方
向におけるものであり、図示されている実施例で
は、伸長軸に沿つた共振周波数を持つている。し
かし、膨張と収縮は伸長軸に沿つて十分とること
ができ、最大限のインク押出し量を得ることがで
きる。 As used herein, the term elongate indicates that the length is greater than the width. In other words, the elongation axis, as used herein, is larger than the lateral dimension across which the electric field is applied. Furthermore, the transducer can be elongated in depth so that the total depth is greater than the length. Therefore, the term elongated is a relative term. Moreover, the transducer expands and contracts in other directions as well as along the axis of elongation, but such expansion and contraction is not in the direction of connection, which is not part of the invention. It's irrelevant. In the embodiments shown herein, the axis of connection is the elongation axis. The length mode resonance is therefore in the direction of coupling, and in the illustrated embodiment has a resonant frequency along the elongation axis. However, expansion and contraction can be sufficient along the elongation axis to obtain the maximum amount of ink extrusion.
本発明の特定の実施例に関する説明を行なつた
が、本発明の範囲内で他の実施例も当業者には明
らかであろう。 Although specific embodiments of the invention have been described, other embodiments within the scope of the invention will be apparent to those skilled in the art.
第1図は、本発明の一実施例を示しているイン
クジエツト装置の断面図、第1a図は第1図に図
示されているチエンバの拡大断面図、第2図は、
第1図の2−2線に沿つた断面図、第3図は、第
1図の断面図の部分拡大図、第4図は、本発明の
別の実施例の断面図、第5図は、第1−4図に図
示されている如きインクジエツトを複数配列して
構成されるオリフイスプレート、第6図は、第1
−4図に図示されている如きインクジエツトを複
数配列して構成される別実施例のオリフイスプレ
ート、第7図は、本発明の更に別の実施例を示し
ているインクジエツト装置の断面図、第8図は第
7図の断面図の一部分の拡大図、第9図は、第7
図及び第8図に図示されている実施例の分解斜視
図、第10図は、消磁状態にある第7図に図示さ
れている変換器の概略図、第11図は、励磁状態
にある第10図の変換器の概略図である。
(図中符号)、10,200……チエンバ、1
2,202……オリフイス、14,204……変
換器、16,207……脚部、18……可動壁
体、20,214……吸込口、206……連結手
段、36……開き溝、210……ダイヤフラム。
FIG. 1 is a sectional view of an inkjet device showing an embodiment of the present invention, FIG. 1a is an enlarged sectional view of the chamber shown in FIG. 1, and FIG.
1 is a sectional view taken along line 2-2, FIG. 3 is a partially enlarged view of the sectional view in FIG. 1, FIG. 4 is a sectional view of another embodiment of the present invention, and FIG. , an orifice plate constructed by arranging a plurality of ink jets as shown in FIGS. 1-4, and FIG.
-4 is an orifice plate of another embodiment constructed by arranging a plurality of ink jets as shown in FIG. The figure is an enlarged view of a part of the cross-sectional view of Fig. 7, and Fig. 9 is an enlarged view of a part of the sectional view of Fig.
FIG. 10 is a schematic diagram of the transducer shown in FIG. 7 in a demagnetized state, and FIG. 10 is a schematic diagram of the transducer of FIG. 10; FIG. (Symbol in the figure), 10,200...Chamber, 1
2,202... Orifice, 14,204... Converter, 16,207... Leg, 18... Movable wall, 20,214... Suction port, 206... Connection means, 36... Opening groove, 210...Diaphragm.
Claims (1)
容量可変チエンバと、 伸長軸に対して実質的に横方向の電界に応じて
伸長軸に沿つて膨張、収縮する変換器と、 チエンバと変換器とを連結するため設けられ、
伸長軸に沿つた変換器の前記膨張、収縮に応じて
チエンバを収縮、膨張させる連結手段と、 前記チエンバへの絞られたインク流路を形成す
るべく前記連結手段に直近して設けられ、伸長軸
に沿つた変換器の膨張、収縮に係わらず前記イン
ク流路の断面積が実質的に一定に維持される吸込
手段とを有し、 前記連結手段は、変換器の側へのインクの漏れ
を実質的に防止するべく、変換器をチエンバ及び
吸込手段から遮断しており、 前記変換器は長さモードの共振周波数を有し、
チエンバのヘルムホルツ周波数は、10KHzより高
いが、変換器の前記長さモード共振周波数より低
く、これによつて前記変換器とチエンバとの間の
共鳴を防止するようにしたインクジエツト装置。 2 前記連結手段は実質的に剛直な脚部より成
り、該脚部は変換器に取り付けられていると共
に、前記チエンバの一壁面を形成している特許請
求の範囲1に記載のインクジエツト装置。 3 伸長軸に対して横方向における変換器の断面
形状は矩形である特許請求の範囲1に記載のイン
クジエツト装置。 4 伸長軸に対して横方向における変換器の断面
形状は円形である特許請求の範囲1に記載のイン
クジエツト装置。Claims: 1. A variable volume chamber having an orifice for ejection of ink droplets; a transducer that expands and contracts along an elongation axis in response to an electric field substantially transverse to the elongation axis; , provided for connecting the chamber and the converter,
coupling means for contracting and expanding the chamber in response to said expansion and contraction of the transducer along an elongated axis; suction means for maintaining a substantially constant cross-sectional area of the ink flow path regardless of expansion or contraction of the transducer along the axis; and the coupling means prevents leakage of ink to the side of the transducer. the transducer is isolated from the chamber and the suction means to substantially prevent
The Helmholtz frequency of the chamber is greater than 10 KHz but lower than the length mode resonance frequency of the transducer, thereby preventing resonance between the transducer and the chamber. 2. An inkjet device according to claim 1, wherein said connecting means comprises a substantially rigid leg, said leg being attached to the transducer and forming a wall of said chamber. 3. The inkjet device according to claim 1, wherein the cross-sectional shape of the transducer in the direction transverse to the elongation axis is rectangular. 4. The inkjet device according to claim 1, wherein the cross-sectional shape of the transducer in the direction transverse to the elongation axis is circular.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| AU16885/83A AU554723B2 (en) | 1982-01-30 | 1983-07-15 | Method of coal upgrading |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US22999481A | 1981-01-30 | 1981-01-30 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57188372A JPS57188372A (en) | 1982-11-19 |
| JPH0471712B2 true JPH0471712B2 (en) | 1992-11-16 |
Family
ID=22863542
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1258182A Granted JPS57188372A (en) | 1981-01-30 | 1982-01-30 | Ink jet device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57188372A (en) |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA1224080A (en) * | 1983-05-19 | 1987-07-14 | William R. Beaudet | Fluid jet print head and method of making |
| JPH0667620B2 (en) * | 1983-05-19 | 1994-08-31 | サイテックス ディジタル プリンティング インコーポレイテッド | Fluid jet printing head |
| CA1244714A (en) * | 1984-04-16 | 1988-11-15 | William J. Debonte | Method for selective multi-cycle resonant operation of an ink jet apparatus for controlling dot size |
| US4714934A (en) * | 1985-11-26 | 1987-12-22 | Exxon Research & Engineering Company | Apparatus for printing with ink jet chambers utilizing a plurality of orifices |
| DE3880598T2 (en) * | 1987-09-11 | 1993-12-23 | Dataproducts Corp | Device for acoustic microflow in an inkjet device. |
| JP2773185B2 (en) * | 1989-02-13 | 1998-07-09 | 日本電気株式会社 | Solid-state imaging device |
| JPH0733085B2 (en) * | 1989-02-18 | 1995-04-12 | シャープ株式会社 | Inkjet head |
| US6186619B1 (en) | 1990-02-23 | 2001-02-13 | Seiko Epson Corporation | Drop-on-demand ink-jet printing head |
| JPH0691870A (en) * | 1992-09-10 | 1994-04-05 | Rohm Co Ltd | Ink-jet print head and ink-jet printer |
| US5801732A (en) * | 1994-09-23 | 1998-09-01 | Dataproducts Corporation | Piezo impulse ink jet pulse delay to reduce mechanical and fluidic cross-talk |
| WO1996009170A1 (en) * | 1994-09-23 | 1996-03-28 | Dataproducts Corporation | Apparatus for printing with ink jet chambers utilizing a plurality of orifices |
| WO2005065294A2 (en) * | 2003-12-30 | 2005-07-21 | Dimatix, Inc. | Drop ejection assembly |
| US7237875B2 (en) | 2003-12-30 | 2007-07-03 | Fujifilm Dimatix, Inc. | Drop ejection assembly |
| US7832847B2 (en) | 2006-10-26 | 2010-11-16 | Cluster Technology Co., Ltd. | Droplet discharging apparatus and method of manufacturing the droplet discharging apparatus |
| WO2008050432A1 (en) | 2006-10-26 | 2008-05-02 | Cluster Technology Co., Ltd. | Droplet ejecting apparatus and method for manufacturing the same |
| JP4590462B2 (en) * | 2008-03-19 | 2010-12-01 | クラスターテクノロジー株式会社 | Droplet discharge apparatus and manufacturing method thereof |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54151447A (en) * | 1978-05-19 | 1979-11-28 | Fujitsu Ltd | Ink particle generating mechanism |
| JPS5581169A (en) * | 1978-12-14 | 1980-06-18 | Ricoh Co Ltd | Ink jet head |
| DE3007189A1 (en) * | 1979-04-25 | 1980-11-06 | Xerox Corp | DEVICE WORKING WITH PRESSURE IMPULSES FOR THE PRODUCTION OF LIQUID DROPS |
-
1982
- 1982-01-30 JP JP1258182A patent/JPS57188372A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57188372A (en) | 1982-11-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4459601A (en) | Ink jet method and apparatus | |
| US4584590A (en) | Shear mode transducer for drop-on-demand liquid ejector | |
| JPH0471712B2 (en) | ||
| EP0787589B1 (en) | Ink jet recording head | |
| EP0021755B1 (en) | Pressure pulse drop ejecting apparatus | |
| JP2002512139A (en) | Liquid injection device | |
| US8757777B2 (en) | Liquid ejecting head and liquid ejecting apparatus | |
| US5854645A (en) | Inkjet array | |
| CA1140199A (en) | Pressure pulse drop ejector apparatus | |
| US4641155A (en) | Printing head for ink jet printer | |
| US6592196B2 (en) | Drive method for ink jet head | |
| JP3976817B2 (en) | Inkjet recording device | |
| JP2004195719A (en) | Liquid jet head | |
| JPH0684072B2 (en) | Inkjet print head | |
| JP3185428B2 (en) | Inkjet print head | |
| JPH1024568A (en) | Inkjet head | |
| JPS60230856A (en) | filter device | |
| JPS6364757A (en) | Multi-nozzle inkjet head | |
| JPH04339655A (en) | Ink jet recording apparatus | |
| JPS6099662A (en) | Filter | |
| JPS60149468A (en) | Liquid jet recording head | |
| JPH03216339A (en) | Ink jet recorder | |
| JPS59194863A (en) | Integrated ink-on-demand head | |
| JP2007210340A (en) | Inkjet head |