JP2795307B2 - インクジェットプリントヘッド - Google Patents

インクジェットプリントヘッド

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JP2795307B2
JP2795307B2 JP6088695A JP8869594A JP2795307B2 JP 2795307 B2 JP2795307 B2 JP 2795307B2 JP 6088695 A JP6088695 A JP 6088695A JP 8869594 A JP8869594 A JP 8869594A JP 2795307 B2 JP2795307 B2 JP 2795307B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はインクジェットプリント
ヘッドに関し、特に、階調表現を実現するために用いる
インクジェットプリントヘッドに関する。
【0002】
【従来の技術】従来のインクジェットプリントヘッドと
しては、特開平3−213346号公報に、階調記録や
均一画像記録を得ることができるインクジェット記録装
置が開示されている。このインクジェット記録装置で
は、図4(a)から図4(f)までは、インク滴29の
吐出量を少なく制御する場合の各素子と、インク20の
挙動を示している。
【0003】図4(a)は、インクジェット記録装置の
インク吐出動作が行われる前の状態を示し、インク20
の吐出口21ではインク20がその表面張力によりメニ
スカス22を形成している。この状態において図4
(b)のように圧電素子が付勢されると、メニスカス2
2が後退し、ヒーター24と、吐出口21との間に介在
するインク20の体積が最小となるが、その直後、ヒー
ター24を駆動することにより、図4(c)に示すよう
に、インク20の中に気泡25が発生しインク20を押
し出し始める。次に、図4(d)に示すように、気泡2
5が最大となったところでインク滴29が吐出口21か
ら吐出され、図4(e)では気泡25の縮小とともにイ
ンク滴29が独立して吐出口21から飛び出す。その
後、図4(f)に示すようにインク20がほ補充され
る。
【0004】また、図4(g)から図4(j)までは、
インク滴29の吐出量を多く制御する場合の各素子と、
インク20の挙動を示している。
【0005】図4(g)には、メニスカスが復元方向に
前進しヒーター24と吐出口21との間に介在するイン
クの体積が増大する状態を示している。この状態で、ヒ
ーター24を印加すると、図4(h)に示すように気泡
25が発生して、さらに図4(i)に示すように気泡2
5が膨脹することによって、大きいインク滴29が形成
され図4(j)にしめすように、飛翔的インク滴29と
なって大きいドットの記録がなされる。
【0006】このようなインクジェット記録装置は、ピ
エゾ素子からなる内圧調整部27により刻々に変化可能
なインク20の吐出量に対し、遅延手段を介して設定さ
れた遅延時間に基づいてヒーター24を駆動し、インク
20を吐出口21から吐出させるもので、設定される遅
延時間のいかんによって、インク滴29の吐出量を所定
の範囲内で自在に変化させることが可能となり、階調の
調整が必要とされる種々な場合に適用することができる
ものである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のインク
ジェット記録装置では、インク20の吐出量を刻々に変
化可能にするために内圧調整部27で流路28内のイン
ク20に与える背圧を高めインク20をある程度引き込
ませる必要がある。
【0008】しかしながら、インク20の吐出量を大き
く変化させるために流路28内のインク20に与える背
圧を吐出口21で発生する毛細管力よりも大きくしてし
まうとメニスカス22が破壊され吐出口21から空気が
入ってしまう。このため、吐出口21の口径寸法の大き
さにより変化できるインク20の吐出量が制限されてし
まうという問題がある。
【0009】それ故に本発明の課題は、インク滴径、及
びインク滴量を変化させることによって、広い範囲で任
意の階調表現階調表現を可能としたインクジェットプリ
ントヘッドを提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、ヒータ
ーと、該ヒーターを設けた基板とを含み、前記ヒーター
からの熱エネルギーを付与することによって複数の吐出
口からインク滴を吐出させ印字を行うインクジェットプ
リントヘッドにおいて、前記基板上に複数の前記ヒータ
ーを有し、さらに、前記複数のヒーター毎に個別の流路
を形成するための流路材と、前記流路内のインクの体積
を一時的に増加させて前記流路内の背圧を制御するよう
前記流路内に配設した内圧調整手段と、前記基板と前記
流路材とより形成される吐出開口部上に配設されかつ1
つの前記吐出口に対して口径の異なる複数のオリフィス
が吐出方向と同軸上に形成されたオリフィスプレートと
を有していることを特徴とするインクジェットプリント
ヘッドが得られる。
【0011】また、本発明によれば、前記インクの前記
流路は前記基板と前記基板に対向した流路材とにより複
数構成さてており、複数の前記ヒーターが前記流路のそ
れぞれに対応して前記基板に設けられており、前記内圧
調整手段が前記流路中の前記流路材に設けられている
とを特徴とするインクジェットプリントヘッドが得られ
る。
【0012】また、本発明によれば、前記内圧調整手段
は内圧調整部を有し、該内圧調整部は前記ヒーターに供
給された前記流路内の前記インクにかかる背圧を変化さ
せるピエゾ振動子と振動板とを有してることを特徴とす
るインクジェットプリントヘッドが得られる。
【0013】
【作用】本発明のインクジェットプリントヘッドによる
と、非印字時又は通常の印字時は、吐出口の口径の大き
い部分でメニスカスが形成されインクが保持される。吐
出時には、この状態で流路内にインクにヒーターから熱
エネルギーが与えられ、目的の解像度のドット径が印字
できるインク滴が吐出される。
【0014】階調表現を行うために通常の解像度のドッ
ト径よりも小さな所望のドットを印字する場合には、ピ
エゾ振動子と振動板とからなる内圧調整部が縮むことに
よって発生する流路内の背圧が、吐出口の口径の小さい
部分の毛細管力を越えない程度まで高められて、メニス
カスが吐出口の口径の小さい部分で形成される。そのと
きに、流路内のインクにヒーターから熱エネルギーが与
えられ、所望のドット径が印字できるインク滴が吐出さ
れる。
【0015】
【実施例】以下、図1及び図2(a)に基づき本発明の
インクジェットプリントヘッドの一実施例を説明する。
図1及び図2(a)を参照して、インクジェットプリン
トヘッドは、長帯板状のオリフィスプレート1を有して
いる。オリフィスプレート1には、その板厚方向を貫通
し、かつ長手方向に吐出口2が複数個形成されている。
このオリフィスプレート1は、板状の流路材3に保持さ
れている。流路材3には内圧調整手段としての内圧調整
部4が設けられている。また、オリフィスプレート1は
流路材3に対向している基板7によっても保持されてい
る。内圧調整部4は、インク10にかかる背圧を変化さ
せる手段としてピエゾ振動子5及び振動板6を有してい
る。基板7の一面にはヒーター8が設けられている。
【0016】流路材3と基板7とは、相互に所定間隔を
もって対向しており、流路材3と基板7とによってイン
ク10が供給される複数の流路12が形成されている。
複数の流路12には、各ヒーター8がそれぞれ独立して
設けられている。流路材3には、内圧調整部4が各流路
中のインク10にかかるように設けられている。基板7
には、ヒーター8が各流路12中のインク10にかかる
ように設けられている。内圧調整部4は流路12内に配
設され流路12内の体積を一時的に増加させて流路12
内の背圧を制御する。オリフィスプレート1は基板7と
流路材3によって形成されている吐出開口部上に配設さ
れ、1つの吐出口2に対して口径の異なる複数のオリフ
ィスが吐出口2から吐出するインク滴9の吐出方向と同
軸上に形成されている。
【0017】ヒーター8は、流路中のインク10に熱エ
ネルギーを与え、インク滴9として吐出させる役目を果
たす。吐出口2は、オリフィスプレート1の板厚方向、
即ち、インク10の吐出方向で口径寸法が異なるように
構成されている。即ち、吐出口2は、オリフィスプレー
ト1の外面側の口径寸法が流路側の口径寸法よりも大き
く設定されている。つまり、吐出口2の吐出方向におけ
る口径寸法は、口径寸法が大きい部分13と、大きい部
分13に連設して形成されいる口径寸法が小さい部分1
4との異なる口径寸法となっている。
【0018】吐出口2からインク滴9を吐出させる際に
は、内圧調整部4が流路内のインク10に与える背圧を
制御し、背圧に応じてインク10が口径寸法が小さい部
分14もしくは大きい部分13で形成するメニスカス1
5の位置を選択できるものである。
【0019】なお、この図1及び図2(a)に示すイン
クジェットプリントヘッドの実施例では、2種類の異な
る口径寸法を有する吐出口2を持つオリフィスプレート
1が提示したが、吐出口2はこの実施例に限らず、表現
する階調に合わせて2以上数種類の異なる口径寸法を有
する吐出口2を持つオリフィスプレート1を備えてもよ
いものである。
【0020】インクジェットプリントヘッドは、ピエゾ
振動子5と振動板6とからなる内圧調整部4によって流
路内の背圧を制御し、目的に応じたインク滴9を吐出さ
せるときのメニスカス15の発生している部分の吐出口
2の口径寸法及び位置を選択し、ヒーター8から吐出口
2までに蓄えられるインク量を調整し、かつ吐出口2の
口径寸法を変化させることで印字ヘッド径を制御する。
【0021】以下、インクジェットプリントヘッドの動
作を説明する。図2(a)、図2(b)及び図2(c)
は、それぞれインクジェットプリントヘッドの通常の印
字時の動作状態を示している。非印字時には、図2
(a)に示すように、常に吐出口2の口径寸法が大きい
部分13でメニスカス15が形成されて、インク10が
吐出口2に保持されている。
【0022】通常の印字時には、吐出口2の口径寸法の
大きい部分13でメニスカスが発生している状態から、
図2(b)、図2(c)に示すように、流路12内のイ
ンク10にヒーター8から熱エネルギーが与えられヒー
ター8上に発生する気泡11の体積膨脹により、目的の
解像度のドット径が被記録材に印字できるインク滴径及
びインク滴径及びインク滴量をもったインク滴9が吐出
される。
【0023】図3(a)、図3(b)及び図3(c)
は、インクジェットプリントヘッドの階調表現時の動作
状態を示している。階調表現を行うために、通常の解像
度のドット径よりも小さな所望のドットを印字する場合
には、まず、図3(a)に示すように、ピエゾ振動子5
と振動板6からなる内圧調整部4が縮むことによって、
発生する流路12内の背圧が、吐出口2の口径寸法の小
さい部分14の毛細管力を越えない程度まで高められ
る。この動作により非印字時にメニスカス15が形成さ
れていた吐出口2の口径寸法の大きい部分13ではイン
ク10が保持できなくなりインク10が流路12側に引
き込まれ、吐出口2の口径寸法の小さい部分14でメニ
スカス15が形成される。
【0024】次に、図3(a)の動作の直後、図3
(b)及び図3(c)に示すように、吐出口2の口径寸
法の小さい部分14でメニスカス15が発生している状
態から、流路内のインク10にヒーター8から熱エネル
ギーが与えられ、ヒーター8上に発生したの気泡11の
体積膨脹により、所望のドット径が被記録材に印字でき
るインク滴径及びインク滴量をもったインク滴9が吐出
される。
【0025】
【発明の効果】以上述べたように、本発明のインクジェ
ットプリントヘッドによれば、ピエゾ振動子と振動板と
からなる内圧調整部によって流路内の背圧を制御し、イ
ンク滴を吐出させるときのメニスカスの発生している部
分の吐出口の口径寸法及び位置を選択し、ヒーターから
吐出口までに蓄えられるインク量を調整し、かつ吐出口
の径を変化させることで印字ヘッドの径を制御している
ため、一定の印字エネルギーで階調表現に合わせて最適
な大きさによりインク滴を制御できる。
【0026】また、、必要とする階調表現に合わせて最
適な吐出口の径を設計することにより、広い範囲で任意
の階調表現ができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のインクジェットプリントヘッドの一実
施例を示す要部概略図である。
【図2】本発明のインクジェットプリントヘッドの通常
の印字時の動作状態を示し、(a),(b)及び(c)
は各動作状態を説明した断面図である。
【図3】本発明のインクジェットプリントヘッドの階調
表現時の動作状態を示し、(a),(b)及び(c)は
各動作状態を説明した断面図である。
【図4】従来のインクジェット記録装置のインクヘッド
の吐出量制御動作の説明図である。(a)〜(f)まで
は、インク滴の吐出量を少なく制御する場合の各素子と
インクの挙動を示す断面図、(g)〜(j)までは、イ
ンク滴の吐出量を多く制御する場合の各素子とインクの
挙動を示す断面図である。
【符号の説明】
1 オリフィスプレート 2,21 吐出口 3 流路材 4、27 内圧調整部 5 ピエゾ振動子 6 振動板 7 基板 8,24 ヒーター 9,29 インク滴 10,20 インク 11,25 気泡 12、28 流路 13 口径寸法の大きい部分 14 口径寸法の小さい部分 15,22 メニスカス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B41J 2/05 B41J 2/135 B41J 2/205

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ヒーターと、該ヒーターを設けた基板と
    を含み、前記ヒーターからの熱エネルギーを付与するこ
    とによって複数の吐出口からインク滴を吐出させ印字を
    行うインクジェットプリントヘッドにおいて、前記基板
    上に複数の前記ヒーターを有し、さらに、前記複数のヒ
    ーター毎に個別の流路を形成するための流路材と、前記
    流路内のインクの体積を一時的に増加させて前記流路内
    の背圧を制御するよう前記流路内に配設した内圧調整手
    段と、前記基板と前記流路材とより形成される吐出開口
    部上に配設されかつ1つの前記吐出口に対して口径の異
    なる複数のオリフィスが吐出方向と同軸上に形成された
    オリフィスプレートとを有していることを特徴とするイ
    ンクジェットプリントヘッド。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のインクジェットプリント
    ヘッドにおいて、前記インクの前記流路は前記基板と前
    記基板に対向した流路材とにより複数構成さてており、
    複数の前記ヒーターが前記流路のそれぞれに対応して前
    記基板に設けられており、前記内圧調整手段が前記流路
    中の前記流路材に設けられていることを特徴とするイン
    クジェットプリントヘッド。
  3. 【請求項3】 請求項2記載のインクジェットプリント
    ヘッドにおいて、前記内圧調整手段は内圧調整部を有
    し、該内圧調整部は前記ヒーターに供給された前記流路
    内の前記インクにかかる背圧を変化させるピエゾ振動子
    と振動板とを有してることを特徴とするインクジェット
    プリントヘッド。
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