JP2768080B2 - インクジェット記録装置 - Google Patents

インクジェット記録装置

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JP2768080B2 JP3245605A JP24560591A JP2768080B2 JP 2768080 B2 JP2768080 B2 JP 2768080B2 JP 3245605 A JP3245605 A JP 3245605A JP 24560591 A JP24560591 A JP 24560591A JP 2768080 B2 JP2768080 B2 JP 2768080B2
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    • B41J2202/02—Air-assisted ejection

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、微小開口よりインクを
吐出して被記録物上に文字、図形等を記録するインクジ
ェット記録装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】最近、パソコン、ＣＡＤの端末機器とし
てインクジェット記録方式を用いたプリンタが盛んに利
用されるようになってきた。このインクジェット記録方
式の中で、空気流と静電力を利用して微小開口よりイン
クを吐出するようにしたインクジェット記録装置とし
て、例えば特開昭５７−１２０４５２号公報や特開昭５
９−１４６８６０号公報に記載されているような構成が
知られている。以下、従来のインクジェット記録装置に
ついて図６を参照しながら説明する。
【０００３】図６はインクジェット記録装置の一部断面
概略図である。ボディ部材１０１の外壁の先端に絶縁材
製の空気ノズル板１０２が取り付けられ、内壁の先端に
絶縁材製のインクノズル板１０３が取り付けられ、ボデ
ィ部材１０１の外壁と内壁の間に空気室１０４が形成さ
れ、空気ノズル板１０２とインクノズル板１０３の間に
空気室１０４に連通する空気流路１０５が形成され、イ
ンクノズル板１０３の内側にインク室１０６が形成され
ている。インクノズル板１０３にはインク吐出口１０７
が形成され、空気ノズル板１０２にはインク吐出口１０
７に対抗して空気吐出口１０８が形成されている。空気
ノズル板１０２の外面には空気吐出口１０８の外周にお
いて電極１０９が設けられている。また、インク室１０
６内のインク吐出口１０７の周辺には電極１１４が設け
られている。空気室１０４は空気供給管１１０により空
気供給源１１２に連通され、インク室１０６はインク供
給管１１１によりインク供給源１１３に連通されてい
る。電極１０９と電極１１４は信号源１１５に接続され
ている。
【０００４】以上のような構成において次に動作につい
て説明する。空気供給源１１２より空気が空気室１１４
に送られ、これより急激な曲がりを生じながら空気層と
しての空気流路１０５に一定流速で流出し、この空気が
空気吐出口１０８及びインク吐出口１０７近傍で急激な
曲がりを生じながら空気吐出口１０８より流出してい
る。一方、インク室１０６はインク供給源１１３よりイ
ンクが供給されており、空気供給源１１２から送られる
空気圧力によりインク供給源１１３及びインク室１０６
内のインクには一定の圧力が加えられている。これによ
りインクジェット記録装置の非記録時に、空気流により
生じるインク吐出口１０７近傍の空気圧力とインク吐出
口１０７内のインク圧力がほぼ等しくなりインク吐出口
１０７に生じるインクのメニスカスが静止して保たれる
ことになる。そして電極１０９と電極１１４に電位差を
生じさせると、この電位差による静電力によってインク
吐出口１０７に生じているインクのメニスカスが空気吐
出口１０８の方向に引き伸ばされる。インク吐出口１０
７から空気吐出口１０８に至る空気流路１０５には空気
流によって急激な圧力勾配の変化が生じているため、イ
ンク吐出口１０７のインクメニスカスは一定長さ以上引
き伸ばされれると急激に加速され、空気吐出口１０８よ
り流出する空気流中を飛翔する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前記で説明した空気流
と静電力を利用したインクジェット記録装置において、
記録特性は静電力を用いているわりには比較的低電圧
（５００Ｖ以下）で駆動すること、応答性が良い（１０
〜２０ｋＨｚ）こと、更には微細ドット形成（２０〜３
０μｍφ）が可能なこと等、極めて優れている。
【０００６】しかし、記録特性以外にはいくつかの課題
点を有している。まず第一に空気供給源１１２、空気供
給管１１０を始めとする空気供給系が必要な点である。
これが存在することによって、コストの面では確実にそ
の分だけ上昇する。更に、空気供給系の信頼性の問題が
発生する。すなわち、供給空気中に存在するゴミの問
題、あるいは空気圧一定化の問題等がこれに相当するも
のである。これらに対応するためには、フィルタを使用
したり、空気圧を検出し電気的なフィ−ドバックをかけ
制御する方法が取られているが、その分装置としては複
雑化し更にコストを引き上げることになる。
【０００７】第二に工法において課題がある。組立てに
おいて、インク吐出口１０７と空気吐出口１０８を同軸
同心円上に配するときに、空気流路１０５の間隔を精度
良く一定に保つ必要がある。この間隔は１００μｍ弱で
高精度の平行度が要求され、バラツキは数μｍ以内に納
めなければならない。なぜならこの間隔はインク吐出口
１０７近傍の空気圧に大きく影響を与えるからである。
すなわち、間隔が広がるほどインク吐出口１０７近傍の
空気圧は上昇し、インク室１０６内の圧力に近づき、イ
ンク吐出口１０７に形成されるインクメニスカスが空気
吐出口１０８側に押し出される形状で保持されなくな
り、インク吐出量、応答性とも低下してくる。逆にこの
間隔が狭くなってくると、インク吐出量、応答性とも上
昇してくるが吐出が不安定になってくる。従ってこれら
のバランスが取れる最適な空気流路の間隔を保持する必
要がある。
【０００８】以上のように、従来のインクジェット記録
装置においては、空気供給系が存在することによるコス
トの面、及び組立て時において高精度が要求されるため
高度な技術が必要なこと等の問題を有し大きな課題とな
っていた。
【０００９】さらに別の静電吸引型インクジェット記録
方式、例えば特開昭５８−２０８０６２で示されるよう
な構造（図略）においては、インク吐出開口と電極開口
との間がそれぞれの開口より広い断面積の空間領域で構
成されているため、マルチノズル化において高密度にノ
ズルを配する場合には極めて不利となる。加えてこの空
間領域に微細なゴミ、インク等の侵入があった場合、電
界の状態が変化しその結果吐出状態が不安定となり信頼
性で問題となりやすい。また、記録特性の安定性の観点
から、インク吐出開口と電極開口との位置合わせ、平行
度の確保と組立上の困難性も伴うという課題を有してい
た。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、絶縁材料の薄板に形成された開口径φ 2
より成る凹状部と、その底部中央に形成された開口径φ
1 の凸状形状のインク吐出口と、凹状部周囲に配された
第一の電極と、インク吐出口近傍に配された第二の電極
と、第一及び第二の電極に接続された信号源と、インク
吐出口に連通したインク室とから成り、凸状部高さをＬ
1 、インク吐出口上面から第一の電極までの距離をＬ2
としたとき２≦φ2 ／φ1 ≦１０，１≦Ｌ2 ／φ1 ≦２
０，Ｌ1 ／φ1 ≧０．２の関係を満たす構成にしたもの
である。
【００１１】
【作用】本発明は、上記構成において電極間に信号電圧
を印加することにより、インク吐出口に形成されたイン
クメニスカスを引き伸ばし凹状部開口を通過してインク
を外部に安定的に飛翔させ最適条件で記録することがで
き、あわせて高精度の組立て不用、低コスト化を可能と
したものである。
【００１２】
【実施例】以下、本発明について図面を参照して説明す
る。
【００１３】図１は本発明の一実施例におけるインクジ
ェット記録装置の一部断面概略図である。また図２は図
１の開口部の拡大断面図である。絶縁物よりなる薄板２
０２に凹状開口２０３が形成され、その底部中央には微
細な凸状形状２１４のインク吐出口２０４が形成されて
いる。凹状開口２０３の周囲表面には第一の電極２０６
が配され、その裏面のインク吐出口２０４近傍には第二
の電極２０７が配され、それぞれが信号源２１２に接続
されている。インク吐出口２０４はボディ部材２０１よ
り形成されたインク室２０５に隣接し連通している。イ
ンク室２０５はインク供給管２０８を介して更にインク
タンク２０９に連結されている。また、図２に示すよう
に凹状開口２０３の内壁、及び周辺、インク吐出口２０
４の外部周辺には撥インク性物質２１３が塗布され、イ
ンク吐出口２０４の外部エッジでインクメニスカスを保
持するようにしてある。薄板２０２の前面には比較的近
い距離（２ｍｍ以下）に記録紙２１２が配されている。
インク吐出口２０４の径は数十μｍ、凹状開口２０３の
径はその２〜１０倍程度に設定されている。
【００１４】上記構成において、信号源２１１より第一
電極２０６、第二電極２０７間に信号電圧を印加すると
インク吐出口２０４が凸状形状のためその先端に形成さ
れているインクメニスカス表面に電界が容易に集中し静
電力によりインクが引き出され、曳糸状になり凹状開口
２０３の中心線上を外部に向かって飛翔し記録紙２１２
に付着する。記録紙２１２と薄板２０２の距離を取りす
ぎると、飛翔したインクが戻って第一電極２０６に引き
付けられ付着するため、この距離は前記の如く狭くしな
ければならない。
【００１５】記録特性を決定する要素は、凸状形状２１
４、インク吐出口２０４及び凹状開口２０３の形状、薄
板２０２の厚さ及び比誘電率、インクの物性値があげら
れる。薄板２０２の比誘電率は１〜８程度が有効範囲
で、値が小さいほど応答性向上、駆動電圧低下の特性を
示す。インクの物性値では比抵抗が重要で１０4 〜１０
8 Ωｃｍの範囲で安定した曳糸状態になる。
【００１６】図２に示した凹状開口２０３の内壁及び周
辺、インク吐出口２０４の外部周辺に塗布された撥イン
ク性物質２１３は、インク吐出口２０４の外部エッジで
のインクメニスカス保持以外に、この部分を余分なイン
クで汚さない効果も合わせ持っている。この部分にイン
クが付着し汚れると電界の印加状態が微妙に変化し、記
録特性に影響の出る場合がある。ただし、薄板２０２の
材質がテフロンのような撥インク性を既に保有している
場合には、撥インク性物質２１３の塗布は不用となる。
【００１７】次にこのヘッドの特性を示す。図３はイン
ク吐出口２０４の径φ1 、凹状開口２０３の径φ2 と記
録特性の関係を示したものである。横軸に径の比φ2 ／
φ1 （φ1 ＝０．０６ｍｍに固定）をとり、縦軸には電
界強度と吐出安定性をとってそれぞれ示してある。電界
強度はインクを引き出すエネルギ−を表し信号電圧に関
係してくる。吐出安定性は吐出したインクの振れる角度
が０．５度以下になる確率を表したもので１に近いほど
安定した記録が行えることを示す。図３より電界強度は
２次関数の逆数的にφ2 ／φ1 と共に低下してくる。一
方吐出安定性はφ2 ／φ1 ＝２を境にそれ以下では急激
に低下する。この図よりノズルの配列密度も考慮すると
φ2 ／φ1 の範囲は、２≦φ2 ／φ1 ≦１０程度が有効
であると言える。
【００１８】図４はインク吐出口２０４の径φ1 、イン
ク吐出口２０４上面から第一の電極までの距離Ｌ2 と記
録特性の関係を示したものである。横軸に径との比Ｌ2
／φ 1 （φ1 ＝０．０６ｍｍに固定）をログスケ−ルで
とり、縦軸にはインク吐出可能な最小電圧、即ち閾値電
圧と吐出安定性（上記説明）をとってそれぞれ示してあ
る。閾値電圧はＬ2 ／φ1 ＝２０付近を境にそれ以上で
は増加の度合が強まり、また吐出安定性はＬ2 ／φ1 ＝
１を境にそれ以下では急激に低下する。以上のことから
Ｌ2 ／φ1 の有効な範囲は１≦Ｌ2 ／φ1 ≦２０と考え
ることができる。
【００１９】図５は凸状部２１４高さＬ1 、インク吐出
口２０４の径φ1 と記録特性の関係を示したものであ
る。横軸に径との比Ｌ1／φ1 （φ1 ＝０．０６ｍｍに
固定）をとり、縦軸には応答周波数をとってある。応答
周波数はＬ1 ／φ1 ＝０．２付近からほぼ一定となって
いるが、これはこの値まで電界集中の度合が増加し続け
ていることを示す。このことから応答周波数については
Ｌ1 ／φ1 ≧０．２が条件として良いことが分かる。
【００２０】記録特性は、図６に示した従来例と比較し
て応答性、駆動電圧とも本発明ではやや劣るが、その構
造は単純で組立て工法においては極めて有利となり、簡
素化が図れコスト面で有利となる同時に、最適記録特性
の設定が可能となる。
【００２１】
【発明の効果】以上のように本発明は、絶縁物の薄板に
径がφ2 の凹状開口を形成しその底部中央に径がφ1 の
凸状形状のインク吐出口を更に形成し、それぞれの開口
の周辺部に電極を配し、インク吐出口をインク室に連通
させた構成とし、凸状部高さＬ 1 、インク吐出口上面か
ら凹状開口の周辺部の電極までの距離をＬ2 としたと
き、２≦φ2 ／φ1 ≦１０，１≦Ｌ2 ／φ1 ≦２０，Ｌ
1 ／φ1 ≧０．２の関係を満たすようにすることによ
り、簡素化され且つ最適記録特性の設定が可能な静電吸
引型のインクジェット記録装置を提供でき、コスト、組
立て工法、信頼性で優れた利点を有し、その効果は大き
い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例におけるインクジェット記録
装置の一部断面概略図
【図２】図１における開口部の拡大図
【図３】φ2 ／φ1 と電界強度、吐出安定性の関係を表
すグラフ
【図４】Ｌ2 ／φ1 と閾値電圧、吐出安定性の関係を表
すグラフ
【図５】Ｌ1 ／φ1 と周波数応答性の関係を表すグラフ
【図６】従来のインクジェット記録装置の一部断面概略
図
【符号の説明】
１０１ ボディ部材 １０２ 空気ノズル板 １０３ インクノズル板 １０４ 空気室 １０５ 空気流路 １０６ インク室 １０７ インク吐出口 １０８ 空気吐出口 １０９ 電極 １１０ 空気供給管 １１１ インク供給管 １１２ 空気供給源 １１３ インク供給源 １１４ 電極 １１５ 信号源 ２０１ ボディ部材 ２０２ 薄板 ２０３ 凹状開口 ２０４ インク吐出口 ２０５ 第一電極 ２０６ 第二電極 ２０７ インク室 ２０８ インク供給管 ２０９ インクタンク ２１０ 空気抜き穴 ２１１ 信号源 ２１２ 記録紙 ２１３ 撥インク性物質 ２１４ 凸状部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 兼松 修子 神奈川県川崎市多摩区東三田３丁目10番 １号 松下技研株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B41J 2/06

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 絶縁材料の薄板に形成された凹状部と、
    その底部中央に形成された凸状インク吐出口と、前記凹
    状部周囲に配された第一の電極と、前記インク吐出口近
    傍に配された第二の電極と、第一及び第二の電極に接続
    された信号源と、前記インク吐出口に連通したインク室
    とを有することを特徴とするインクジェット記録装置。
  2. 【請求項２】 絶縁材料の薄板に形成された開口径φ2
    より成る凹状部と、その底部中央に形成された開口径φ
    1 の凸状インク吐出口と、前記凹状部周囲に配された第
    一の電極と、前記インク吐出口近傍に配された第二の電
    極と、第一及び第二の電極に接続された信号源と、前記
    インク吐出口に連通したインク室とを有し、前記凸状部
    高さをＬ1 、前記凸状インク吐出口上面から前記第一の
    電極までの距離をＬ2 としたとき２≦φ2 ／φ1 ≦１
    ０，１≦Ｌ2 ／φ1 ≦２０，Ｌ1 ／φ1 ≧０．２の関係
    を満たすことを特徴とするインクジェット記録装置。
JP3245605A 1990-11-28 1991-09-25 インクジェット記録装置 Expired - Lifetime JP2768080B2 (ja)

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US07/790,981 US5278583A (en) 1990-11-28 1991-11-13 Ink-jet recording apparatus
DE69105186T DE69105186T2 (de) 1990-11-28 1991-11-25 Tintenstrahlaufzeichnungsgerät.
EP91120066A EP0488113B1 (en) 1990-11-28 1991-11-25 Ink-jet recording apparatus

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2-332403 1990-11-28
JP33240390 1990-11-28
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JPH05509A JPH05509A (ja) 1993-01-08
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EP (1) EP0488113B1 (ja)
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