JP2712318B2 - オンデマンド型インクジェットヘッド - Google Patents

オンデマンド型インクジェットヘッド

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JP2712318B2
JP2712318B2 JP63165372A JP16537288A JP2712318B2 JP 2712318 B2 JP2712318 B2 JP 2712318B2 JP 63165372 A JP63165372 A JP 63165372A JP 16537288 A JP16537288 A JP 16537288A JP 2712318 B2 JP2712318 B2 JP 2712318B2
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亮二 小島
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/14Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14201Structure of print heads with piezoelectric elements
    • B41J2/14233Structure of print heads with piezoelectric elements of film type, deformed by bending and disposed on a diaphragm
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は記録時のみインク粒子を噴射させて印字する
オンデマンド型インクジェットヘッドに関するものであ
る。
〔発明の背景〕
従来のオンデマンド型インクジェットヘッドを第5図
に示す。圧電素子34にパルス電圧を加えて隔壁33を変形
させ、インク室32内のインクの一部をオリフィス36より
インク粒子40として噴射させることにより印字するもの
である。
オリフィス面37の材質、面粗さまたは汚れ状態により
オリフィス面37にできるインク膜の状態が変化するとい
う問題がある。第6図に該インク膜とインク粒子40の関
係を簡単に示す。第6図Aは非噴射時の平衡状態を示す
ものであり、メニスカスの釣合によりインク膜は窪んだ
状態でオリフィス36にできている。第6図B〜第6図D
はインク粒子噴射時のインク膜を示す。第6図Bは良好
な状態を示し、インク粒子が所定位置に向かって速い速
度で噴射される。第6図Cオリフィス面37に大きなイン
ク膜が形成され、インク粒子の速度が第6図Bより遅く
なる。第6図Dはインク膜がオリフィス36の下方に片寄
って形成されるため、インク粒子40がインク膜側に曲げ
られる。
通常、これら第6図A〜第6図Dの状態が所定の印字
条件において予測不可能な状態で変化しており、これが
着地精度を低下させる原因となっている。
このため、前記インク膜を安定した状態に保つ方法が
種々提案されている。すなわち、印字開始前にテスト印
字を行いオリフィス36周りを濡らしたり、クリーニング
液をオリフィス36目掛けて噴出させてオリフィス36周り
の汚れを落としてオリフィス面37を濡らす。または所定
時間毎にオリフィス面37を清掃する。更には第7図に示
す如く、オリフィス36の前にインク溝を形成し、オリフ
ィス面37を常に所定のインク膜で覆う等が提案されてい
る。
これらはいずれも有効な方法であるが、前1、2番は
オリフィス面37を清掃化するために特別な手段を設けな
ければならず、また第3番目は簡単な方法でインク粒子
40の方向性を良好にする効果は大きいが、溝部のインク
膜の厚さの変化によりインク粒子速度が変化するという
問題があるため、第1番目の方法と併用しなければなら
ず、またサテライトが発生しやすくなるという欠点があ
る。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をなくし、
インク粒子の速度と方向性を安定させ、着地精度の高い
オンデマンド型インクジェットヘッドを提供することで
ある。
〔発明の概要〕
本発明は、インク粒子を安定噴射させるための要因に
オリフィス面に形成されるインク膜があることに着目
し、インク膜が形成されるオリフィス面を極力小さくす
るよう工夫したものである。
〔発明の実施例〕
第1図は本発明を説明するためのヘッド1の断面図で
ある。該ヘッド1は、ステンレスまたはセラミック等の
剛性が大きくかつ耐蝕性を有する材料から成り、その一
部を例えばエッチング等により溝が形成された複数の剛
性板91〜9nを積層接合することにより構成されている。
該各剛性板9の溝は積層接合することにより、インク室
2、圧力室3及びインク供給路6を形成するように成
る。該インク室2は圧力室3と連通しており、また前記
インク供給路6及び剛性板91に穿設されたオリフィス7
にも連通している。剛性板9nには圧電素子4が接合また
は接着等の手段によって前記圧力室3と対向する位置に
密着して取付けられている(圧力室3を形成する剛性板
9nの部分を隔壁5とする)。8は前記インク供給路6へ
フィルタ11を介してインクを供給するためのインク供給
口である。オリフィス7の周りの剛性板91は外部に向か
って突出してオリフィス面10を形成している。
第2図Aは非噴射時のオリフィス7の状態を示し、オ
リフィス7の口はメニスカスの釣合により中窪み状態に
なっている。
第2図B、Cは夫々最小範囲及び最大範囲のインク膜
12の形成でインク粒子13を噴射している状態を示す。
インク粒子13の速度はインク膜12の大きさと相関があ
り、インク膜12が大きい程インク粒子形成が難しくなる
ため、インク粒子速度が小さくなる。
オリフィス7を突出させたことにより、インク膜12の
形成範囲を、第2図Aで示したa寸法からb寸法に限定
できるため、インク粒子速度の範囲が定まる。またb寸
法を小さくとれば、インク粒子の速度差を小さくできる
上、インク膜12の片寄りも防止できるのでインク粒子13
の飛行方向も安定する。
前記寸法a、b、c、dを夫々0.05mm、0.15mm、0.05
mm及び0.05mmとした場合、本発明者等の実験によれば、
インク膜12の差による速度差は0.1m/S以下で押さえら
れ、オリフィス7を突出させることが極めて有効である
ことが分かった。通常インク粒子13の飛行方向に影響を
及ぼすインク膜12の径は、オリフィス面10の濡れ性によ
る影響も多いにあるが、0.2mm以上の場合である。b寸
法が0.4mm以上ある場合には直径0.2mmのインク膜12が片
寄って発生しやすく、そのためインク粒子13の方向精度
が良くない。インク粒子発生状況の観測結果によれば、
前記b寸法は0.3mm(a寸法が0.05mmの場合)以下が望
ましい。
第8図は本発明ヘッドの他の実施例を示すものであ
り、最前面の剛性板91のオリフィス27外周に例えばエッ
チングによって窪み20を形成したものである。該窪み20
は剛性板91の板厚の半分以上を掘って形成される。第9
図は非噴射時のオリフィス27の状態を示す。第10、11図
はインク粒子噴射時のオリフィス27の状態を示し、第10
図はオリフィス27の突出量を何ら規制しない場合のイン
ク膜の形成状況を示すものである。直径Dのインク膜12
でオリフィス27を覆うように形成されている。この場
合、インク粒子速度はインク膜12の存在により低下す
る。
これに対し、オリフィス27の突出量d及びその外径d
を次に示すように定めれば、インク膜12の形成範囲を制
限することができ、インク膜12がオリフィス27の外径の
よりも大きくなることはない。
d2+Ddcotψ+b2/4≧D2/4 ただし、Dをインク膜12の許容できる直径、ψをイン
ク膜12の接触角とする。
ここで、インク膜12の成長を規制できれば(実際イン
ク粒子の噴射不良が無ければ、インク粒子噴射中にイン
ク膜12が大きくなることはないが)、前記数式を基にオ
リフィス突起部の設計が可能である。以下に一例を示
す。
ステンレスと純水との接触角は通常90〜100゜であ
り、極めて濡れ性が悪い。そこでインクに濡れ性を良く
する添加剤を加え、かつ剛性板9を化学処理することに
より、接触角ψを30゜以下にすることができる。またイ
ンク膜12の直径Dを0.4mm以下に抑えておくと、インク
粒子の偏りを抑える上からも有効である。その場合の
b、d寸法はb=0.27mm、d=0.03mm以上あれば良い。
その場合には、第11図に示すように、インク粒子に影響
を及ぼすインク膜形成の範囲はb寸法内に制限され、そ
れ以上にインク膜12が大きくなろうとすると、窪み20の
方にインク膜12が拡散排除されてしまう。特にヘッド1
を縦型とした場合、オリフィス27に付着したインク膜12
は自重により、極めて効率良く下方の窪み20から外部へ
排出される。また窪み20はオリフィス27の外径に対し、
十分の幅を有しており、かつエッチング加工により粗面
と成っているため、常時薄いインク膜12が形成されてお
りオリフィス27周りのインクの乾燥の防止にも役立って
いる。
次にオリフィス面10の面形状の影響について説明す
る。第3図及び第4図は夫々オリフィス面10が臼状に窪
んでいる場合及び円錐状にとがっている場合である。第
3図ではオリフィス中心のインク膜厚が厚く、インク容
積が大きくなるため、第2図のオリフィスに比べインク
粒子が大きく変化することとなる。第4図では、円錐角
θを180゜より小さく採ることにより、発生するインク
膜の厚さがオリフィス中心部で薄くなり、同一インク膜
量に対し、インク粒子発生に関するインク膜の影響を小
さく抑えることが可能となる。
〔発明の効果〕
上述したように、本発明では、オリフィスを突出形状
としたときの形状寸法と、オリフィス前面に形成される
インク膜の許容最大値径及びインク膜の接触角との間に
特定の関係を見出し、以ってインク膜の成長を最適制御
するようにしたので、インク膜の形成が安定し、インク
粒子速度の変化が少なくかつ飛行方向精度の高いオンデ
マンド型インクジェットヘッドを安価に提供できるよう
になる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明ヘッドの一実施例を示す断面図、第2図
は第1図の要部拡大図、第3図、第4図は本発明ヘッド
の他の実施例を示す第2図対応の要部拡大図、第5図は
従来ヘッドの一例を示す断面図、第6、7図は第5図の
動作説明用拡大断面図、第8図は本発明ヘッドの他の実
施例を示す断面図、第9図〜第11図は第8図の動作説明
用拡大断面図である。図において、1はインクジェット
ヘッド、2はインク室、3は加圧室、4は圧電素子、5
は隔壁、6はインク供給路、7はオリフィス、8はイン
ク供給口、9は剛性板、10はオリフィス面、12はインク
膜、13はインク粒子である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−1548(JP,A) 実開 昭63−113650(JP,U)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】溝が形成された金属、セラミック等から成
    る複数の剛性板を積層接合することによりインク室、圧
    力室、インク供給路等を形成すると共に、前記インク室
    前方であって、最前面の剛性板にオリフィスを形成し、
    かつ前記圧力室に面する隔壁に圧電素子を取り付けたオ
    ンデマンド型インクジェットヘッドであって、 前記オリフィスをインク粒子の飛行方向に突出させ、 d2+Ddcotψ+b2/4≧D2/4 を満足するように、前記オリフィスの突出量d及び突出
    部外径bを定めたことを特徴とするオンデマンド型イン
    クジェットヘッド。 ただし、Dをオリフィス前面に形成されるインク膜の許
    容最大値径、ψをオリフィス前面に形成されるインク膜
    の接触角とする。
  2. 【請求項2】前記突出されたオリフィス面を円錐状に形
    成したことを特徴とする請求項1記載のオンデマンド型
    インクジェットヘッド。
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