JP2000033694A - インクジェットのヘッド機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】乾燥したインクジェットインクの吐出機能低下
防止 【解決手段】インクジェットインクの供給口を有するノ
ズル本体２６と、インクジェットインクの吐出口３６を
有する吐出口形成板２４と、ダイヤフラム２０によりイ
ンクジェットインクの貯留室２５を形成し、このダイヤ
フラム２０を振動させるプッシャ１９と、このプッシャ
１９を振動させる第２ホルダー１３と圧電素子１４と第
１ホルダー１２とからなる駆動部１５を構成し、この駆
動部１５と固定部としての調節ネジ１６とを直列状に配
置し、駆動部１５の第１ホルダー１２と調節ネジ１６と
を分離可能に接触させた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は，インクジェットの
ヘッド機構に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、ダイヤフラムを用いるインク
ジェットのノズル機構は、図３に示すように、インクジ
ェットの管状のハウジング１内にダイヤフラム２で区画
されたインク貯留室３が設けられ、インク貯留室３にイ
ンクジェットインクの供給口４とインクジェットインク
の吐出口５とが形成されている。ハウジング１の下部に
は支持台６が取り付けられており、この支持台６の内部
であってダイヤフラム２の外側に棒軸状の圧電素子７及
びプッシャ８がダイヤフラム２の加圧のための駆動源と
して配置されている。圧電素子７とプッシャ８及びダイ
ヤフラム２は一体に接合されており、また、圧電素子７
と支持台６の底部９との間も一体に接合されている。

【０００３】このノズル機構では、圧電素子７への電流
制御を行って圧電素子７を伸縮させ、プッシャ８の変位
をダイヤフラム２に伝え、ダイヤフラム２が変位したと
きの貯留室３の体積変化により発生する圧力でインクを
吐出することが行われている。

【０００４】また、特開昭６３−１５１４５７号では、
インクジェットのハウジングに設けられた支持台と圧電
素子とダイヤフラムとが接合されて一体化しており、圧
電素子の伸縮変位量がそのままダイヤフラムに伝わり、
ダイヤフラムの変位量は圧電素子の伸縮変位量と同等と
なるように設けられている。

【０００５】その他、インクジェットの加圧源として一
般的な圧電素子は、電気信号等により変位量或いは変位
時間などを制御可能であるので、駆動源制御に関わる出
願も多数出願されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、支持台６と圧
電素子７とプッシャ８及びダイヤフラム２が一体に接合
されているので、プッシャ８の変位量は圧電素子７の変
位量に限られており、ダイヤフラム２の変位量も圧電素
子７の変位量領域内に限られている。このため、図４に
示すように、圧電素子７の変位時間を変化させてもダイ
ヤフラム２の変位量の変化、ひいてはダイヤフラム２の
吐出する圧力の変化は、ほとんど見られなかった。

【０００７】ところで、ノズルの吐出口５におけるイン
クの吐出流速（単位時間あたりの吐出量）を一定にした
場合、吐出口５内のインクの流れは粘度に大きく影響さ
れ、粘度が高いほど大きな圧を必要とする。このため、
高粘度になるほどダイヤフラム変位量を大きくし、体積
変化を大きくさせ、発生圧を高くしなければならない。

【０００８】しかし、一般的に使用されている圧電素子
は、寸法、コストの面でタイプが限定され、変位量は多
くても数μｍしかなく、ダイヤフラムの変位量も数μｍ
となり体積変化が小さいものであり、低粘度インク（３
〜４ｃｐ程度）においては十分であるが、数十ｃｐ或い
はそれ以上の数百ｃｐの高粘度インクを吐出させること
ができない。

【０００９】このため、ノズル機構にあった低粘度イン
クを専用で用意しなければならず、インク管理が必要で
用途が限定されてしまう。待機時にインク溶剤が蒸発し
てインクの粘度が上がり、目詰まりを起こしやすくなっ
て吐出できなくなるので、目詰まり防止機構や目詰まり
除去機構を設ける必要があった。

【００１０】本発明は、このような問題に着目してなさ
れたものであり、インクジェットインクの粘度が高いも
のであっても、或いはその粘度が低いものから高いもの
に変わっても、一定の吐出速度（単位時間当たりの吐出
量）でインクを吐出し得るように、ダイヤフラムを加圧
可能とすることにより、比較的高粘度のインクをも使用
でき、インク管理が容易であり、目詰まり防止機構や目
詰まり除去機構を要しないか若しくは簡略化できるイン
クジェットのノズル機構を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の請求項１にかかるインクジェットのヘッド
機構は、インクジェットインクの供給口と吐出口とを有
する貯留室を、ダイヤフラムにより区画し、このダイヤ
フラムを振動させる駆動部とこの駆動部の振動を前記ダ
イヤフラムに伝達するように支持する固定部とを直列状
に配置し、前記駆動部から前記固定部までのいずれかの
部位を、分離可能に接触させたことを特徴とする。

【００１２】本発明の請求項１にかかるインクジェット
のヘッド機構によれば、インクジェットインクを貯留室
内に導入し、駆動源を振動させると、駆動源が固定部に
支持されているので、駆動部の振動がプッシャを介して
ダイヤフラムを押す。このとき、固定部からダイヤフラ
ムまでの一部が離れるため、駆動源の変位が停止した後
も駆動部の慣性力により、ダイヤフラムが押される。

【００１３】これにより、貯留室内の加圧力が増大し
て、乾燥などによりインクジェットインクの粘度が高く
なっても、吐出ノズルから吐出可能となると共に、粘度
の高いインクジェットインクも使用可能となり、例え
ば、顔料タイプのインクジェットインクなどを用いるこ
とも可能になる。

【００１４】なお、ダイヤフラムや貯留室の内壁に貯留
室内のインクの加圧力の変化を検知するセンサを設け、
駆動部と固定部のいずれかに通電制御により接着・分離
する電磁石などを設け、或いは、駆動部の駆動領域を規
制するストッパを設け、貯留室の粘度を圧力変化として
センサで検知し、所定値以上の粘度になったときに、駆
動部と固定部のいずれかの分離可能としたり、ストッパ
を外すことにより、粘度が上昇したときに慣性力により
圧力を高めるようにしても良い。また、前記駆動部とし
ては、圧電素子による構成、或いはコイルと電磁石との
いずれかを駆動する構成でも良い。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に，本発明の好ましい実施形態
にかかるインクジェットのヘッド機構を図面に基づいて
説明する。

【００１６】図１において符号１０はインクジェットの
ヘッド部全体を示す。ヘッド部１０はシリンダ部１１の
内部に第１ホルダー１２と第２ホルダー１３を内蔵して
おり、第１ホルダー１２と第２ホルダー１３との間に圧
電素子１４が保持されている。この第１ホルダー１２と
圧電素子１４と第２ホルダー１３と第２ホルダー１３に
支持された後述するプッシャ１９は駆動部１５を構成し
ている。

【００１７】シリンダ部１１の内壁に対して、第１ホル
ダー１２及び第２ホルダー１３の外周面は摩擦抵抗が少
なく処理されており摺動自在になっている。第１ホルダ
ー１２の底部には、調節ネジ１６の先端部を通す穴１７
が開口している。調節ネジ１６は底部の穴１７の外側縁
部に固着されたナット部１８に螺着されている。調節ネ
ジ１６は、駆動部１５の伸縮時の振動を支える固定部を
構成すると共に、ねじ込み量の調節により第２ホルダー
１３上のプッシャ１９とダイヤフラム２０との接触位置
の高さ調節を行う。

【００１８】第１ホルダー１２は、重力により調節ネジ
１６の先端部に支持されており、調節ネジ１６と第１ホ
ルダー１２の下部の突起２１との間は分離可能な状態で
接触している。圧電素子１４の両端部には図示しない正
極負極の端子が接続されており、その正極負極間に印加
される電圧制御又は電流制御により軸方向に伸縮する。
この圧電素子１４が電気的制御により伸縮するとき、第
２ホルダー１３上のプッシャ１９が上下に振動してダイ
ヤフラム２０を振動させる。なお、この実施の形態では
プッシャ１９の駆動源として圧電素子１４を設けたが、
コイルと電磁石とのいずれかを駆動するように構成して
も良い。

【００１９】第２ホルダー１３の上部には平らな底部を
有する凹部２２が形成されており、この凹部２２の底部
上にプッシャ１９が分離可能に支持されている。プッシ
ャ１９と凹部２２とが分離され、しかも第１ホルダー１
２の突起２１が分離可能に支持されているので、この駆
動部１５は２カ所の分離部が設けられていることになる
が、いずれか一方でも良い。

【００２０】凹部２２の側壁には互いに直交するＸＹ方
向からそれぞれ一対の調節ネジ２３、２３が螺着されて
おり、調節ネジ２３，２３によりプッシャ１９の平面方
向の位置が調節される。なお、プッシャ１９は調節ネジ
２３，２３の先端部に挟まれているが、自在に上下動が
可能なように保持され、調節ネジ２３，２３はプッシャ
１９の上下動の案内として機能している。シリンダ部１
１の調節ネジ２３，２３が位置する部位は切り欠かれて
おり、駆動部１５の上下動に応じて調節ネジ２３，２３
の上下動が許容されている。

【００２１】駆動部１５はこの実施の形態では第１ホル
ダー１２，第２ホルダー１３，圧電素子１４，プッシャ
１９とで構成されているが、圧電素子１４とプッシャ１
９とでのみ構成されていても良く、この場合は圧電素子
１４とプッシャ１９とが分離可能であっても良い。な
お、この実施の形態のように、第１ホルダー１２と第２
のホルダー１３との間に圧電素子１４が介在しているの
で、圧電素子１４の絶縁が容易であると共に、第１ホル
ダー１２，第２ホルダー１３がシリンダ部１１の内壁に
沿って振動するので、圧電素子１４の直線運動が維持さ
れ、振動の振幅が安定し正確な吐出圧力を得易い。加え
て、プッシャ１９が第２ホルダー１３から分離している
ので、圧電素子１４への通電時間が長い場合には、慣性
力によりプッシャ１９がダイヤフラム２０を加圧可能と
なり、貯留室２５内部の圧力を高くできるので、インク
ジェットインクの粘度が高くなっても、吐出口３６から
インクジェットインクを吐出できる。

【００２２】シリンダ部１１の上端部外周側面には管の
外側に突出するフランジ２４が形成されている。フラン
ジ２４の上部には、インクジェットインクの貯留室２５
を形成するノズル本体２６が４本のボルト２７のねじ込
みにより固定されている。貯留室２５は、ノズル本体２
６と、ダイヤフラム２０と、吐出口形成板３４とによっ
て区画されている。ノズル本体２６の側壁部には図示し
ないインク供給口が形成され、インク供給口からインク
ジェットインクが貯留室２５内部に供給される。

【００２３】ダイヤフラム２０はダイヤフラム押さえ板
２９、３０に挟まれて支持されており、ダイヤフラム２
０とダイヤフラム押さえ板２９、３０はボルト３１によ
りノズル本体２６の支持面３２に固定されている。ダイ
ヤフラム押さえ板２９と貯留室２５の開口縁部はＯリン
グ２８によりシールされている。ダイヤフラム２０の中
央部は球面形状にプッシャ１９側に膨らんでいる。プッ
シャ１９の先端部も同様に球面形状に膨らんで形成され
ており、プッシャ１９とダイヤフラム２０とが接触して
いる。ダイヤフラム２０の形状は図１のようなドーム型
の膨出形状のほかにも平板型、蛇腹型などの形態があり
得る。

【００２４】ノズル本体２６の上面部３３には吐出口形
成板３４がボルト３５により固定されており、吐出口形
成板３４の吐出口３６の外側縁部には、吐出口３６の詰
まり除去や径の調整のための調節板３７が接合により取
り付けられている。調節板３７には吐出口３６に通ずる
開口部３８が形成されている。開口部３８は吐出口３６
と同形同大に形成されている。

【００２５】なお、第１ホルダー１２は重力により調節
ネジ１６に支持されているが、重力によらないで、例え
ば、スプリングなどにより第１ホルダー１２を調節ネジ
１６側に付勢支持しても良い。スプリングのような付勢
手段により第１ホルダー１２を調節ネジ１６側に付勢支
持するには、シリンダ部１１の上端開口部の内側に突出
部を形成し、この突出部とプッシャ１９との間に、駆動
部１５の完成動作を許容する弾性力を有するスプリング
を設けても良い。

【００２６】この実施の形態のインクジェットのヘッド
機構では、インクジェットインクの供給口を有するノズ
ル本体２６と、インクジェットインクの吐出口３６を有
する吐出口形成板３４と、ダイヤフラム２０によりイン
クジェットインクの貯留室２５を形成し、このダイヤフ
ラム２０を振動させるプッシャ１９と、このプッシャ１
９を振動させる第２ホルダー１３と圧電素子１４と第１
ホルダー１２とからなる駆動部１５を構成し、この駆動
部１５と固定部としての調節ネジ１６とを直列状に配置
し、駆動部１５の第１ホルダー１２と調節ネジ１６とを
分離可能に接触させたところに特徴がある。

【００２７】このインクジェットのヘッド機構の構成に
よれば、インクジェットインクを貯留室２５内に供給
し、駆動部１５を振動させると、駆動部１５のプッシャ
１９を介してダイヤフラム２０を押すとき、調節ネジ１
６からダイヤフラム２０までの間で駆動部１５が離れ
る。この駆動部１５の慣性力により、ダイヤフラム２０
が押されるので、図２のグラフに示すように、時間の経
過に伴ってプッシャの変位量が増大し、貯留室２５内の
加圧力が増大する。このため、乾燥などによりインクジ
ェットインクの粘度が高くなっても、吐出口３６から吐
出可能となると共に、粘度の高いインクジェットインク
も使用可能となり、例えば、顔料タイプのインクジェッ
トインクなどを用いことも可能になる。

【００２８】

【発明の効果】本発明の請求項１にかかるインクジェッ
トのヘッド機構によれば、インクジェットインクを貯留
室内に導入し、駆動源を振動させると、駆動源が固定部
に支持されているので、駆動部の振動がプッシャを介し
てダイヤフラムを押す。このとき、固定部からダイヤフ
ラムまでの一部が離れるため、駆動源の変位が停止した
後も駆動部の慣性力により、ダイヤフラムが押される。
これにより、貯留室内の加圧力が増大して、乾燥などに
よりインクジェットインクの粘度が高くなっても、吐出
ノズルから吐出可能となると共に、粘度の高いインクジ
ェットインクも使用可能となり、例えば、顔料タイプの
インクジェットインクなどを用いことも可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態にかかるインクジェットの
ヘッド機構の構成を示す模式図

【図２】駆動源変位部量とダイヤフラム変位量の関係を
示すグラフ

【図３】従来のインクジェットのヘッド機構の模式図

【図４】時間の長短によるダイヤフラムの変位量及び発
生圧の変化を示すグラフ

【符号の説明】

１０ ヘッド機構 １１ シリンダ部 １２ 第１ホルダー １３ 第２ホルダー １４ 圧電素子 １５ 駆動部 １６ 調節ネジ（固定部） １９ プッシャ ２０ ダイヤフラム ２５ 貯留室 ３６ 吐出口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 卓也 東京都中央区日本橋箱崎町６番６号マック ス株式会社内 (72)発明者 小林 剛 東京都中央区日本橋箱崎町６番６号マック ス株式会社内 Ｆターム(参考） 2C057 AF72 AG44 AG98 AH13 BA04 BA14

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】インクジェットインクの供給口と吐出口と
   を有する貯留室を、ダイヤフラムにより区画し、このダ
   イヤフラムを振動させる駆動部とこの駆動部の振動を前
   記ダイヤフラムに伝達するように支持する固定部とを直
   列状に配置し、前記駆動部から前記固定部までのいずれ
   かの部位を、分離可能に接触させたことを特徴とするイ
   ンクジェットインクのヘッド機構。