JP2742077B2 - インクジェットヘッド - Google Patents

インクジェットヘッド

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JP2742077B2
JP2742077B2 JP1005285A JP528589A JP2742077B2 JP 2742077 B2 JP2742077 B2 JP 2742077B2 JP 1005285 A JP1005285 A JP 1005285A JP 528589 A JP528589 A JP 528589A JP 2742077 B2 JP2742077 B2 JP 2742077B2
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slit
nozzle
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vibrator
shaped nozzle
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好夫 渡辺
豊 海老
武 竹本
格二 村上
希世文 永井
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Ricoh Co Ltd
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Ricoh Co Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • 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
    • B41J2/14008Structure of acoustic ink jet print heads

Landscapes

  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、インクジェットヘッドに関し、より詳細に
は、音響プリンタの音響モード利用のインクジェットに
関する。
従来技術 本発明に係る従来技術としては下記公報が挙げられ
る。
(1)特開昭62-66943号公報(平面状SAWトランスデュ
ーサを用いたノズルレス滴エジェクタに関するもの)、 (2)特開昭62-264962号公報(圧力波を発射するため
の手段を有するノズルレス液滴エジェクタに表面張力波
発射コントローラを備えたもの)、 (3)特開昭63-162253号公報(音響レンズアレイにお
いてレンズアレイ固体基板がインクの音速よりかなり速
いもの)、 (4)特開昭63-166545号公報(音響プリンタにおいてr
f信号を変調して液滴サイズを変えるもの)、 (5)特開昭63-166546号公報(音響プリンタにおいて
液滴噴射器の間隔がピクセルの中心間隔より10倍大きく
記録媒体をたて横に動かすもの)、 (6)特開昭63-166547号公報(凹面を持つ音響プリン
トヘッドにおいて、凹面を固体充填材で埋め、その音響
インピーダンスと音速がインクとヘッドの中間にあるも
の)、 (7)特開昭63-166548号公報(音響プリントヘッドに
おいて、インクの音速よりかなり速い固体基板におい
て、その基板内の波長が音響レンズの口径より1/10以上
の範囲にあるもの)、 (8)米国特許4,719,476号明細書(表面張力波の山谷
を形成する手段において局所的な液体の表面特性を変化
させることにaddressingするもの)、 (9)米国特許4,719,480号明細書(表面張力波を安定
化する手段において、波動伝播を周期的に変化させるも
の)。
従来、インク内に圧力を励振し、それを表面近傍に収
束させ表面波を励起し、液滴を放出させる機構がいくつ
か考案されてきている。その中でも音響ビームを用いる
ものとしては、IBM Teck Disclosure Bulletin,16,no4
(1973)1168-1170が最も古いものである。その後、米
国特許4,308,547号明細書(Lovelady1981/12/29)が音
響ビームであればノズルレスの可能性を示している。
上記従来技術の(1)、(2)は、平面状の振動子を
液溜にした完全ノズルレスに関するものである。しか
し、このタイプは液面と振動子との距離を一定に保つ必
要があり、この点に大きな問題がある。本発明は、ノズ
ルレスの利点であるメンテナンスの容易さをスリット状
ノズルで確保しつつ、かつ、液面スリットによって制御
することにより、大巾な取り扱いやすさを得ることがで
きた。
上記(3)〜(7)は、凹状音響ビーム形成面を持
ち、音響印刷用プリンタヘッドの改良に関するものであ
るが、本発明のようにスリット状ノズルの長手方向に垂
直な面では音響ビームが、液面近傍に自己収束し、長手
方向には機械的、電気的に分離された複数の振動子と制
御装置とを用いて位置決めを行なうという点は開示され
ていない。
上記(8)〜(9)は、スリット状ノズルという点で
は本発明と類似しているが、位置決めの点は本発明と全
く異なるものである。本発明は、スリット状ノズルの長
手方向に配置された振動子のピッチより細かな位置制御
を行ない得るもので、その点が上記(8)〜(9)では
できない。
目的 本発明は、上述のごとき欠点を解決するためになされ
たもので、音響ビームの持つ指向性を有効に利用するた
め、スリット状ノズルと該スリット状ノズルに張られた
液面に向けて、ノズルの長手方向に垂直な面に自己収束
するように振動子と液室とを配置し、長手方向には機械
的、電気的に分離した複数の振動子と制御装置とを用い
て位置決めを行ない、メンテナンスの容易さと高dot pe
r inchの制御性を確保し、特に制御装置を適切に駆動す
ることで振動子の長手方向のピッチ以下の液滴吐出位置
制御が可能となるような音響モードを利用したインクジ
ェットヘッドを提供することを目的としてなされたもの
である。
構成 本発明は、上記目的を達成するために、インク液室内
に圧力波を励起し、そのエネルギーでインク液面より液
滴を放出するインクジェットヘッドにおいて、スリット
状ノズルと、該スリット状ノズルの長手方向に垂直な平
面上で該スリット状ノズルの位置が中心となるような円
弧の上に配置され、かつ、前記スリット状ノズルの長手
方向には機械的、電気的に独立して制御可能な複数の圧
電あるいは電歪振動子と、前記振動子をスリット状ノズ
ル長手方向に位相変化させることによりスリット状ノズ
ルにはられた液面上の一点に音響エネルギーを集中でき
るように制御可能な駆動手段とを有すること、更に、イ
ンク液室のスリット状ノズルの長手方向の垂直断面が、
扇形あるいは円弧と指数関数的にノズルに漸近する形状
からなるインク液室を持つこと、更に、圧電あるいは電
歪振動子として圧電あるいは電歪ポリマーを用いたこと
を特徴としたものである。以下、本発明の実施例に基づ
いて説明する。
第1図は、本発明によるインクジェットヘッドの一実
施例を説明するためのもので、プリンタヘッドのスリッ
ト状ノズルの長手方向の垂直断面図で、第2図は、その
斜視図である。図中、1はスリット状ノズル、2はイン
ク液室、3は圧電あるいは電歪振動子、4は電極、5は
駆動装置、6はヘッド構造材、7は流路、9は記録媒
体、10は液滴である。
駆動装置5(第2図では5a〜5e)によって電極4にrf
電圧を印加すると、電極面の法線方向にポーリングされ
た振動子3は、振動して音波を液室内に励起する。第1
図に示すように長手方向に垂直な断面と振動子との切線
が液面に近い点A(収束点)を中心とする円弧であり、
この円弧上では同位相振動するため、点Aに音波は収束
して、大きな振巾を持つようになり、液面に表面張力波
を励起し、振巾が十分に大きければ液滴10を形成する。
この時、液面は、スリット状ノズル巾が0.5mm以下なら
ば、スリット状ノズル1の近傍に表面張力によってほぼ
一定の位置に置くことができるため、液面と振動子の位
置を特別に制御する必要もなく、また、重力の影響も余
り受けずにヘッドをどの方向にも配置できる。
上述の2次元的な音波の収束では、収束点Aの音波エ
ネルギー密度をそう大きくはできない。高エネルギー密
度と、スリット状ノズル1の長手方向のインク滴吐出位
置の制御性を得る為に、第2図に示すように、駆動装置
5a〜5eの位相を適切に制御することにより、駆動子3a〜
3eの位置を変える。第3図はその様子を示すため、第2
図のスリット状ノズル1を通り、ノズルの長手方向に平
行な面で切断した図である。収束点Aと振動子3aのイン
ク液室側表面の中央との距離をla、以下振動子3b〜3eと
の距離を同様にlb〜leとする。振動子3aを時刻t=taで
位相φ=φaとすると、 振動子3bは ように振動子3c〜3eも全く同様に位相を制御すると、収
束点Aではすべての波の位相が一致し、大きなエネルギ
ー密度が得られる。第3図の11a〜11eは振動子3a〜3eに
より発射された波の収束点Aに達する途中の様子を示し
ている。12はその包絡面である。13はスリット状ノズル
に張る液面を示している。第3図から明らかなように上
記位相を精密に制御すると振動子のピッチP以下の間隔
で、収束点Aを制御でき、その結果、振動子と駆動回路
を減らし得ることがわかる。実際、駆動周波数を約10MH
z、第1図に示す振動子と収束点Aとの距離Lを2mm、ス
リット状ノズル1の開口巾を100μmとした時、ピッチ
Pを200μmとしても、吐出液滴の制御間隔を100μmに
することができた。
振動子3としてはPZT以下に圧電ポリマ、たとえばPVD
F(Tr-FE)などが使い得る。後者は水と音響インピーダ
ンスが近く、効率よくエネルギーを投入することができ
る。また、誘電率が小さいため高周波駆動にも向いてい
る。
第4図は本発明の他の実施例である。一般にPZT等は
第1図のような円筒形に作成するのがむずかしい。その
ため、第4図に示すように平面構造のPZTに音響プラス
ティックレンズ14を接着して第1図のものと同等の効果
を生みだしたものである。これにより大巾な低コスト化
が可能となる。
効果 以上の説明から明らかなように、本発明によると、ス
リット状ノズルと該スリット状ノズル長手方向に垂直平
面上で、スリット状ノズルが円弧の中心となるような円
弧上に振動子が配置されているため、液面と振動子の位
置が固定され、振動子のエネルギーをスリット状ノズル
に張られた液面近傍に集中し得る。また、スリット状ノ
ズルの長手方向に機械的・電気的に独立な複数の振動子
と、それらの駆動手段によって長手方向にも液面近くに
エネルギーを集中できるとともに、その位置を制御でき
る。
上記両方のエネルギー集中により表面張力波を励起
し、インク滴を吐出し、その位置を制御できる。また、
位相制御により振動子の長手方向のピッチ以下に吐出位
置を制御でき、制御装置の振動子を減らすことができ
る。また、スリット状ノズルであるため目詰りが少くメ
インテナンスが容易となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明によるインクジェットヘッドの一実施
例を説明するためのもので、プリンタヘッドのスリット
状ノズルの長手方向に垂直な断面図、第2図は、その斜
視図、第3図は、音波のエネルギー密度を示す図、第4
図は、本発明の他の実施例を示す図である。 1……スリット状ノズル、2……インク液室、3……圧
電あるいは電歪振動子、4……電極、5……駆動装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村上 格二 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株 式会社リコー内 (72)発明者 永井 希世文 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株 式会社リコー内 (56)参考文献 特開 昭63−162253(JP,A) 特開 昭63−166546(JP,A) 特開 昭63−166547(JP,A) 特開 昭63−281853(JP,A) 特開 昭63−272558(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】インク液室内に圧力波を励起し、そのエネ
    ルギーでインク液面より液滴を放出するインクジェット
    ヘッドにおいて、スリット状ノズルと、該スリット状ノ
    ズルの長手方向に垂直な平面上で該スリット状ノズルの
    位置が中心となるような円弧の上に配置され、かつ、前
    記スリット状ノズルの長手方向には機械的、電気的に独
    立して制御可能な複数の圧電あるいは電歪振動子と、前
    記振動子をスリット状ノズル長手方向に位相変化させる
    ことによりスリット状ノズルにはられた液面上の一点に
    音響エネルギーを集中できるように制御可能な駆動手段
    とを有することを特徴とする音波モード利用のインクジ
    ェットヘッド。
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