JP3000563B2

JP3000563B2 - インクジェット印字装置用ジェットノズル

Info

Publication number: JP3000563B2
Application number: JP2-502729A
Authority: JP
Inventors: プリンセン，ウイルヘルムス・ヨハネス・コーエンラドウス; ヘステル，マルテイヌス・ヨセフス; ウエイル，フランシスクス・ヨハネス・マリア・フアン・デ; ビツベ，クリステイアーン・ペトルス・マリア
Original assignee: ストルク・デジタル・イメージング・ベー・ベー
Priority date: 1989-01-20
Filing date: 1990-01-17
Publication date: 2000-01-17
Anticipated expiration: 2015-01-17

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、インクジェット印字装置用ジェットノズル
に関する。

一般的に、インクジェット印字装置は、少なくとも１
つのジェットノズルと、ジェットノズルに適した圧力に
よってインクを供給するインク供給システムとを有して
いる。インクは流出開口から押し出され、一連の均一サ
イズの小さな液滴となって用紙などの基板に注がれる。
インク液滴は、液滴に選択可能に電気充電が施される充
電電極を通過し、次いで一対の偏向プレートを通過す
る。充電された液滴は偏向プレートに印加された電圧に
対する反応として偏向され、これによって、液滴は基板
に向かって進むか又は、偏向され、かつ集められる。集
められたインクは供給システムに再循環され得る。

インクジェット印字装置は、連続インクジェット方式
及び液滴オンデマンド方式の２つの異なった方式におい
て作用することが可能である。連続インクジェット方式
によって、インクジェットはジェットノズルを通って、
高圧力でインクを押し出すことによって発生する。その
圧力は20から60バールまでの間である。この圧力が、高
速度で基板に当たるインク液滴に励起によって再現的に
変換されるインクジェットを生成する。発生する液滴の
数は、毎秒100,000〜2,000,000液滴である。液滴オンデ
マンド方式の場合、インクジェットは高圧力下では発生
しないが、個々の液滴が発生し、基板上で放電される。
この技術は、パルスの形式で供給される低圧力（２〜10
バール）によって特徴付けられる。発生する液滴の数は
毎秒1,000〜30,000液滴である。

連続インクジェット方式のジェットノズルにおいて、
液滴形成は、一般的に、高周波の振動を再現的に提供す
る超音波振動素子によって誘導される。液滴形成に必要
とされる圧力パルスは動作圧力の0.1％である。30バー
ルの動作圧力ならば圧力パルスは約0.03バールとなり、
圧力パルスがその100倍の液滴オンデマンド方式によっ
て作用するインクジェット印字装置に比較すると極めて
小さい。

本発明は、連続インクジェット方式によって作用する
インクジェット印字装置のジェットノズルに関する。

連続インクジェット方式によって作用するインクジェ
ット印字装置に関する公知のジェットノズルは、インク
供給チャンネルを形成するガラス管を備えており、その
端部は、端に向かって次第に細くなる毛細管形状を成し
ており、そこで流出開口を形成する。毛細管を保護しか
つ電界を遮蔽するため金属スリーブによってガラス管は
囲繞されている。

この公知のジェットノズルは多くの欠点を有してい
る。即ち、製造が難しく、かつ破損しやすい。その上、
使用中の安定性が不充分である。

本発明の目的は、これらの欠点を取除いたジェットノ
ズルを製造することにある。

この目的は、連続インクジェット方式によって作用す
るインクジェット印字装置用ジェットノズルによって達
成される。インク供給チャンネルと、このインク供給チ
ャンネルの流出端でインク供給チャンネルと共に１つの
線上で配置されている流出チャンネルとを備えている連
続インクジェット方式によって作用するインクジェット
印字装置用ジェットノズルであって、ジェットノズルが
本質的に変形不可能な材料で作られ、かつインク供給チ
ャンネルを含んでいるブロック形状のハウジングを備え
ており、インク供給チャンネルがその流出端において比
較的小さな直径を有し、ハウジングに固着されたインク
供給チャンネルの端壁に流出チャンネルが取付けられて
おり、この流出チャンネルが極めて小さな直径を有し、
かつこの流出チャンネルがその直径よりも大きな長さで
あり、またインク供給チャンネルの流出端近くで、ハウ
ジングが超音波振動素子を具備していることを特徴とす
るインクジェット印字装置用ジェットノズル。

本発明によるジェットノズルは頑丈で、簡単な構造を
有し、使用中の安定性が高く。また、信頼性が高く、清
掃しやすい。

本発明のジェットノズルの好ましい実施例はサブクレ
ームにおいて記述される。

本発明は以下の図面を参照にした実施例によって、よ
り詳細に説明される。

図１は、本発明のジェットノズルの縦断面図である、図２は、矢印II方向からみた図１のジェットノズルの
正面図である、図３は、図１の流出チャンネルにおけるジェットノズ
ルの詳細IIIを拡大スケールで示した図である、図４は、本発明によるジェットノズルの変更実施例の
端部分を示す図である。

連続インクジェット方式によって作用するインクジェ
ット印字装置に関して、図１及び図２に示されるジェッ
トノズルは、わずかに楕円形の筒形ハウジング１を備え
ており、インク供給チャンネル２がその同一中心軸上に
取付けられている。インク供給チャンネル２は流入端３
から流出端４にかけて段階的に減少していく直径を有し
ている。流入端３において、インク供給チャンネル２
は、ジェットノズルがインク供給ラインに沿って螺合さ
れるように、例えば、内めねじ５を有している（図示さ
れず）。チャンネルを通って流れるインクを濾過するた
めのフィルタ６はインク供給チャンネル２に取付けられ
る。

流出端４において、インク供給チャンネル２には、ハ
ウジング１に固着された分離した薄いプレート７の形状
の端壁が具備されており、このプレート７はインク供給
チャンネル２に関して本質的に同一中心上に配置される
極めて小さな直径を有する流出チャンネル８を具備して
いる。動作中、プレート７にかかる力をできるだけ低く
保つため、インク供給チャンネル２の直径は流出端４に
おいて小さくなくてはならない。この直径は0.2mmから1
mmの間が好ましい。しかしながら、流出端４におけるイ
ンク供給チャンネル２の直径は流出チャンネル８の直径
よりも何倍も大きい（図３も参照）。例えば、流出チャ
ンネル８の直径は、例えば、３ミクロンから30ミクロン
の間であって、約６ミクロンから20ミクロンの間が好ま
しい。流出チャンネル８は、インクジェットの安定方向
を確保するために充分な長さを必要とする。他方、液滴
形成のために流出チャンネルを通って流れるインクへ伝
達される高周波振動（以下に詳細に説明される）が、そ
の振動を大幅に減衰され、液滴形成の再現性に悪影響す
るのを防ぐため、流出チャンネル８はできるだけ短くな
ければならない。

ジェットノズルのハウジング１は、ステンレス鋼で製
造されるのが好ましい。しかしながら、例えば蒸着によ
る化学的コーティングのような内部コーティングが施さ
れているならば、ハウジング１は耐食性でない材料で作
られることも可能である。コーティングは穴を除いて完
全に被覆し、かつ耐食性でなくてはならない。さらにコ
ーティングはインクの性質に影響を与えてはならない。
ハウジングは非膨張性のプラスティックで製造されるこ
とも可能である。また、セラミック材料の使用も可能で
ある。

ハウジング１に示されるジェットノズルはやや楕円形
の筒形状を成している。しかしながらハウジングは異な
った形状をなすこともできる。ハウジングはジェットノ
ズルと心合わせするための適合面（図示されていない）
を有することも可能であると共に、前記適合面をハウジ
ングの外壁に嵌合によって配置することも可能である。
例えば、ハウジング１は長さ20mmであり、直径は8mmで
ある。

フィルタ６は、３ミクロンの透過率を有するステンレ
ス鋼で作られるのが好ましい。フィルタ６は必要ならば
ポリテトラフルオロエチレン又はガラスでも作成するこ
とができる。

プレート７はガラスで作成されるのがよい。しかし、
ルビー、サファイア、ステンレス鋼，ニッケル、プラチ
ナ等の他のあらゆる種類の材料でも作成することができ
る。例えば、プレート７の厚さは約100ミクロン（0.1m
m）である。

インク供給チャンネルの小さな直径という観点から、
流出チャンネル８を有するプレート７は極めて正確に取
付けられなくてはならない。プレート７のハウジング１
への取付けは、動作中プレート７にかかる力はできるだ
け低くなるように行われなければならない。大きな力が
かかると、ジェット方向への影響を与え、プレート７を
変形させたり、又は、プレートが破損したり、ひびが入
る原因となり得る。

図１及び図２の実施例において、プレート７は凹所の
中心に位置し、例えば熱硬化性の２成分からなるエポキ
シ接着剤によってハウジングに固着される。接着層は極
めて薄くなくてはならないと共に、接着されるハウジン
グ１及びプレート７の面は極めて平坦でなければならな
い。接着剤は極めて正確に計量されなくてはならない。
何故ならば、接着剤がインク供給チャンネルに入り込んで流出チャ
ンネルを塞ぐのを防止し、かつ接着されず、かつ高圧力を受けるプレート７の表
面の面積をできるだけ小さく保つためである。

図４の実施例において、プレート７はキャップ９によ
って中心に置かれる。キャップ９内には、プレート７が
存在しており、キャップ９はプレート７内の流出チャン
ネル８が自由であるように開口10を有している。キャッ
プ９はハウジング１に固着されている。

図４の実施例は、図１の取付け形状の変形例である。
また、高圧力を受けるプレート７の表面面積はできるだ
け小さく保たれなければならない。プレート７が、ガラ
スなどの変形不可能な材質で作成されている場合、クラ
ンプすることが不可能なため接着剤で接着されなければ
ならない。この場合の接着に対しても、図１の実施例と
同様の要求が適用される。

図１及び図２に示されるハウジング１が形成するジェ
ットノズルにおいて、インク供給チャンネル２の流出端
近くで例えば圧電結晶12のような超音波振動素子が存在
する凹所11が設けられている。この振動素子12は振動に
よって流出開口８からインクジェットを送り出させるた
めに用いられる。圧電結晶には、横断面5mm,厚さ1mmの
鉛、ジルコニウム酸塩及び、チタン酸塩結晶のどれかを
用いることが可能である。

圧電結晶12には、電気接続線13が具備されている。熱
硬化性の２つの成分からなるエポキシ樹脂接着剤は、ハ
ウジング１に圧電結晶12を固着するために用いられ得
る。凹所11は、例えばエポキシ樹脂などのフィラ14で充
填されることもできる。

ハウジング１の剛性構造によって、図１で示されるよ
うに、超音波振動素子12はインク供給チャンネル２に平
行に取付けられることができる。このことは、インク供
給チャンネルの周囲に取付けられる超音波振動素子に比
較すると以下のような利点を有している。

超音波振動素子12とハウジング１との間の接着剤接合
は、接着される面が互いにしっかりと固着されるため極
めてよい再現性をもたらす。その結果、超音波振動は、
接着剤接合を介して、ほとんど減衰することなくハウジ
ングに伝達され得る（実際、ここでは、接着層はダンパ
として作用する）。接着剤接合の高い再現性は液滴を完
全に形成するために欠かせない。

超音波振動素子12に穴を作る必要がないが、インク供
給チャンネルに対して同軸上に位置する場合には必要な
こともある。

本発明によるジェットノズルは以下のような利点を有
する。

小型で長さが短い。

頑丈である（取扱い及び清掃に有利な点）。

製造コストが比較的安価である。

極めて高い圧力に耐えられる（例:120バール）。

正面側がみがきやすいため清掃に有利であって、特に
ガラスプレートが用いられるような湿潤性質のものに対
しては改良点を提供する。

金属ハウジングが用いられるところでは、インクの電
気遮蔽（充電を妨害する静電界に対して）が優れた働き
をする。

ステンレス鋼（又は、ハウジングを製造することがで
きる他の材料）の簡単な加工性のおかげで形状（心合せ
面）における変形化が簡単に行われる。このため、極め
て小さな寸法を用いた実施例の作成が簡単である。

時間に関しては、インクジェットの方向は非常に安定
している。従って、調整後のリアラインメントの必要性
はもうない。

機械的安定性が非常に優れている。

インク供給チャンネルの形状のおかげで、もしインク
が完全に乾燥するようなことがあっても、残渣を簡単に
取除くことができる。

本発明におけるジェットノズルの全体設計は、同様の
電気振動が超音波振動素子に与えられるとした場合、異
なったジェットノズルの極小の公差範囲において毎秒発
生する液滴の数が同数であるという大きな利点も有して
いる。

フロントページの続き (72)発明者ウエイル，フランシスクス・ヨハネス・マリア・フアン・デオランダ国、5831・セー・ベー・ボツクスメール、ボツクストラート、15 (72)発明者ビツベ，クリステイアーン・ペトルス・マリアオランダ国、5831・ベー・ヘー・ボツクスメール、パウルス・ポツテルストラート、30 (56)参考文献特開昭63−296957（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/045 B41J 2/055 B41J 2/135

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】インクジェット印字装置用インクジェット
ノズルであって、本質的に変形不可能な材料から作られると共にインク供
給チャンネル（２）を収容するハウジング（１）を備え
ており、前記インク供給チャンネルは、その流出端（４）が、前
記ハウジング（１）に固定されると共に前記インク供給
チャンネルと一直線をなすインク流出チャンネル（８）
が設けられた端壁（７）によって閉鎖されており、前記インクジェットノズルは本質的にブロック形状であ
り、前記流出チャンネル（８）が、３μｍから30μｍの直
径、及び該直径よりも３倍から30倍大きな長さを有して
おり、前記ハウジング（１）は、前記インク供給チャンネル
（２）の流出端（４）の近くに超音波振動素子（12）を
具備していることを特徴とするインクジェットノズル。
【請求項２】前記流出チャンネル（８）の直径が６μｍ
から20μｍであり、該流出チャンネル（８）の直径に対
する長さの比が４から20であることを特徴とする請求の
範囲第１項に記載のインクジェットノズル。
【請求項３】前記流出端（４）におけるインク供給チャ
ンネル（２）の直径が0.2mmから1mmであることを特徴と
する請求の範囲第１項に記載のインクジェットノズル。
【請求項４】前記ハウジング（１）が金属製、好ましく
はステンレス鋼製であることを特徴とする請求の範囲第
１項に記載のインクジェットノズル。
【請求項５】前記インク供給チャンネル（２）の端壁
が、分離した薄いプレート（７）によって形成されてお
り、該プレートは、前記インク供給チャンネル（２）の
流出端（４）で前記ハウジング（１）に固定されている
ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載のインクジェ
ットノズル。
【請求項６】前記プレート（７）は、接着剤を用いた結
合により、前記ハウジングに接合されていることを特徴
とする請求の範囲第３項に記載のインクジェットノズ
ル。
【請求項７】前記超音波振動素子（12）は、前記インク
供給チャンネル（２）に隣接してこれに平行に配置され
ていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のイン
クジェットノズル。
【請求項８】前記超音波振動素子（12）が前記ハウジン
グ（１）の凹所に接着剤で固定されていることを特徴と
する請求の範囲第７項に記載のインクジェットノズル。
【請求項９】前記ハウジング（１）には、前記ジェット
ノズルを位置合わせするための取付面が設けられている
ことを特徴とする請求の範囲第１項から第８項のいずれ
か一項に記載のインクジェットノズル。