JP3127674B2 - インクジェットプリンタ - Google Patents

インクジェットプリンタ

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JP3127674B2
JP3127674B2 JP22327493A JP22327493A JP3127674B2 JP 3127674 B2 JP3127674 B2 JP 3127674B2 JP 22327493 A JP22327493 A JP 22327493A JP 22327493 A JP22327493 A JP 22327493A JP 3127674 B2 JP3127674 B2 JP 3127674B2
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尚志 ▲高▼橋
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は帯電制御式のインクジェ
ットプリンタに係り、特に、圧電素子の振動量を機械的
な共振現象により増幅し、インクを粒子化するためのエ
ネルギーとして与えるノズル構造に関する。
【0002】
【従来の技術】被印字物へ非接触で文字を印字する装置
の一つに帯電制御式のインクジェットプリンタがある。
この中でも、常にインクを噴出し必要なときにインク滴
を偏向させ印字するコンティニュアスタイプのインクジ
ェットプリンタは高速化に対応しやすいことから、缶や
瓶等へのマーキング装置として広く使用されている。こ
のようなインクジェットプリンタでは、主に圧電素子を
振動源とし、その振動量を増幅する方法として、液柱共
鳴を利用した流体共振方法,機械的な共振現象を利用し
た方法、また変位拡大機構による方法などが用いられて
いる。このうち、機械的な共振現象を利用した方法は、
環境温度の変化に伴うインク物性変化の影響を受けにく
いという特徴をもつ。その一例として、例えば特開昭62
−501494号に見るように、振動発生源である圧電素子の
微小な振動量を機械的に共振させ増幅することで、効率
良く、すなわち低電圧でインクを粒子化させることがで
きる。この例でも見るように、通常振動源である圧電素
子と振動増幅手段である共振子とで構成される励振部
を、半田接合や接着剤接続など熱的ないし化学的に取付
け、半永久的に両者が分離しないようにしている。この
方法では、製作工数が少ないため信頼性が高く、また部
品点数が少ないため安価に製作できるという利点をも
つ。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、半田や接着材
による取付け方法では、圧電素子と共振子から成る励振
部を容易に分解することができない。そのため、仮りに
何らかの原因で圧電素子や共振子が所期の性能を失った
場合、両者が接合されているため損傷個所の限定が困難
であり、励振部全体を交換しなければならないが、これ
では正常な部品まで廃棄することになるため不経済であ
る。
【0004】また、従来の取付け方法では、共振子の機
械加工精度の影響や圧電素子製作時のバラツキ等により
励振部の共振周波数(固有振動数)のずれが予想され
る。多数のノズルの共振周波数を同一値に設定すること
は難しく、通常、機械共振ノズルでは共振周波数から離
れるにしたがい共振子先端の振幅が小さくなるため、共
振周波数のずれがノズル特性のバラツキとなってしま
う。これを解決するためには、励振部全体の長さを調整
する方法がある。しかし、共振周波数を低くするため共
振子を長くすることは事実上困難であるし、また、共振
周波数を高くするため共振子を短く加工することは可能
だが、共振子先端からオリフィス部までの距離が異なっ
てしまうため、ノズル特性を不安定にするための要因と
なるため実用的ではない。
【0005】本発明の目的は、何らかの原因で励振部が
ノズルとしての機能を損なった場合、速やかに励振部を
分解し、損傷部を交換することにより故障部分を取除
き、所期の性能を回復させることにる。また、本発明
の他の目的は、部品等の寸法精度のバラツキや個体差な
どの原因から生ずるノズル特性のバラツキをなくし、安
定したインクジェットプリンタを提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、振動発生源である圧電素子と、前記圧電素
子の振動で共振する共振子を備えているインクジェット
プリンタにおいて、前記共振子を円柱状とし後部に一体
に延在する支持棒を設け、前記支持棒を前記圧電素子に
挿入し前記支持棒端部に形成してあるネジにナットを螺
合して前記圧電素子を固定し、前記共振子の前部端側付
近にインクが噴出するオリフィスを着脱自在に取付けた
ことを特徴とする。
【0007】
【作用】前述のように構成することにより、圧電素子を
含む各種部品が損傷した場合でも容易に分解できるた
め、損傷部のみを速やかに交換できると共に、部品類の
寸法のバラツキや個体差の影響を受けることなく、安定
した性能をもつインクジェットプリンタを提供すること
ができる
【0008】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を引用しなが
ら説明する。図3は、従来の機械的な共振現象を利用し
たインクジェットプリンタの励部10構造の一例を示
。周知のように、共振現象とは振動系に加わる周期的
外力の振動数が振動系の固有振動数に近くなると、振動
系の振幅が急激に増加する現象をいい、このような構造
としては、例えば、特開昭62−501494号に見るように、
通常、振動発生源である圧電素子1と圧電素子1の振動
を増幅してインクに伝える共振子2とを半田ないし接着
剤等の手段で接合することで励振部10を構成してい
る。このように構成した場合、製作工程及び部品点数が
少ないため信頼性が高く、また部品点数が少ないことか
ら安価に製作できるという利点をもつ。
【0009】しかし、半田や接着剤による取付け方法で
は、圧電素子1と共振子2から成る励振部10を容易に
分解することができないため、何らかの原因で圧電素子
1や共振子2が所期の性能を失った場合、両者が接合さ
れているため容易に分解できない。このため、損傷個所
の限定が困難となり、励振部全体を交換するという手段
を講じなければならないが、これでは正常な部品まで廃
棄することになるため不経済である。
【0010】また、共振子2の機械加工精度のバラツキ
などにより、各ノズルでの共振周波数がずれることが予
想される。一般に、機械共振ノズルでは共振周波数から
離れるにしたがい振幅が小さくなるため、共振周波数の
ずれが、そのままノズル特性のバラツキとなってしま
う。このため、同一の周波数で励振した場合、あるノズ
ルは良好な性能を有するが、ノズルによってはインクが
粒子化せず、プリンタとして機能しなくなるという恐れ
がある。
【0011】本発明はこのような問題を解決し、安定し
たインクジェットプリンタ用ノズルを実現する構造及び
その組立方法について発明したものであり、以下にその
内容を説明する。まず、図1は本発明のインクジェット
プリンタ用ノズルの一実施例の外観を示したものであ
り、図2はその断面図である。この例では、2個の圧電
素子1と共振子2を容易に分解・再組立可能なナット3
で取付けることで機械共振ノズルの励振部10を構成し
ている。また、励振部10はボディ20部に取付けられ
る。励振部10の取付けはネジを用いてするものである
が、励振部10を覆うエンブラ部30と一緒にとも締め
されるものである。
【0012】インク流路4はエンブラ部30を貫通して
ボディ20部に嵌合して固定支持されている。インク流
路4に接着材を施してシール性のよい嵌合にしている。
インク流路4のボディ20部への固定支持は、励振部1
0およびエンブラ部30をボディ20部に取り付ける前
に行うのが組立ての作業性が良いものである。
【0013】先のネジはエンブラ30の後方から挿入し
て締め付けるものである。同じサイズの2本のネジで、
十分な締め付けが行われるようにしている。エンブラ部
30はネジで止められているので、分解・組立が容易で
あるとともに衝撃等による外力から圧電素子1を保護す
るものである。さらに、エンブラ30には圧電素子1駆
動用の電源線を取付けるため一部を切欠いているが、そ
こからインクが浸透し圧電素子1がショートすることを
防止するため、上記間隙部にコーティング剤を充填して
いる。なお、コーティング剤としては、耐溶剤性に優れ
たものを使用すると共に、それにより圧電素子1の振動
特性が変化してノズル特性を損なわないよう配慮が必要
である。このような構造とした場合、ナット3の締め付
け力を強くすると各接触面での密着度が向上し共振周波
数は上昇するが、弱くすると低下させることが可能とな
る。このため、部品類の寸法精度のバラツキや圧電素子
1の個体差などにより共振周波数のずれが生じた場合で
も、締め付け力を調整することで容易に共振周波数を所
望の値に調整できる。なお、この例では2個の圧電素子
1を使用しているが、圧電素子1の数は、インクを粒子
化するのに必要なエネルギーを得られるだけ取付けば良
く、必ずしも2個に限定されるものではない。
【0014】このように構成した場合、圧電素子1を含
む各種部品が損傷した場合でも容易に分解できるため、
損傷部のみを速やかに交換できるという効果がある。ま
た、ナット3の締め付け力を変えることで励振部10の
共振周波数を調整できるため、部品類の寸法のバラツキ
や個体差の影響を受けることなく、安定した性能をもつ
インクジェットプリンタを提供できる効果がある。ま
た、インクの侵入による絶縁不良を防止できる効果があ
る。
【0015】さらに、図1の例では、インク流路4をノ
ズル後方に配置すると共に、ノズル全体の形状を縦方向
に薄い扁平状にしている。これは、通常ノズルヘッド部
(図示せず)と呼ばれる筐体内に励振部10や帯電電
極,偏向電極、さらには制御信号用配線や各種の流路部
など様々な部品を収納するためであり、特にインクビー
ムの噴出方向を微調整するため高さ方向へ移動する時の
調整代を確保するために重要である。さらに、インクを
噴出するノズルヘッド部が生産ライン上に取付けられる
位置としては、コンベア等のすきまなどが多くノズルヘ
ッドの小型化は重要な課題である。このような観点か
ら、ノズルについても、縦方向に扁平な形状が好ましい
といえる。
【0016】さて、上述の例では、ボディ20と接触す
る共振子2の断面形状を、ボディ20と同一形状として
いた。図4に詳細形状を示す。図4(a)は、その断面
形状を示し、また、図4(b)は共振子2の正面図であ
る(なお、図4(b)の四角に示されている4つの丸は
2本のネジと2本のインク流路4が貫通する穴でかすが
いになるように配置されている。)。このように構成し
た場合、ボディ20と共振子2の接触面積を十分大きく
確保できるため、安定した密着状態を得ることができる
という効果が期待できる。しかし、共振子2の形状は必
ずしもこれに限定されるものではない。例えば、図5に
示すように、共振子2形状を円形とし、支持部品7と組
合わせる構造とすることも可能である。この例では、ボ
ディ20とのインクシール機能を共振子2のつば部で行
い、圧電素子1の取付けは支持部材7で行うようにし
た。このように二分割構造としたことにより、ボディ2
0の断面形状が円形,矩形とどのような形状の場合にも
共振子2を共用できるため、支持部品7のみを製作すれ
ば対応できる効果がある。また、共振子2の形状をすべ
て円形としているため、共振子2の製作に当たり、旋盤
等の一種類の工作機械で加工できるため、安価に製作で
きる効果がある。さらに、図6は共振子2と支持部品7
とを二分割すると共に、ボディ20とのインクシール機
能及び圧電素子1の取付けをすべて支持部品7で行うよ
うにした場合の構成例である。このように構成した場
合、共振子2が極めて小さくなるため、切削代が少なく
短時間かつ安価に製作できる効果がある。
【0017】次いで、ノズル部内のインク室について説
明する。共振子2の振動により粒子化されたインクはオ
リフィス部40を通り噴出されるが、口径が数十から百
μm程度と細いためオリフィス部40に異物が詰まりや
すい。また、装置の長期間停止時には、洗浄工程の際の
残留インクの影響でインク詰まりが発生することもあ
る。インク目詰まりが発生すると、その間に印字した製
品は不良品となるため、速やかに目詰まりの要因を排除
し、復旧させることが重要である。これを実現するため
には、インク室の容積を小さくし、内部を洗浄しやすい
構造にすることが好ましい。その具体的構造を図7及び
図8に示す。このうち、図7はインクシール用Oリング
溝をボディ20側へ設けた例、一方、図8はOリング溝
を共振子2側へ設けた例である。図にも見るようにイン
ク供給側の流路4をオリフィス付近に配置し洗浄しやす
くすると共に、排出側の流路4もオリフィス付近に配置
し除去された異物を速やかにノズル外へ排出可能な構造
とすることで、インク室を極めて小さく、かつ洗浄しや
すくできる効果がある。
【0018】なお、図示されていないが、オリフィス部
40はネジによりボディ20に取付けられている。オリ
フィス部40とボディ20との間にOリングを挟持して
接合面からのインクの漏れを阻止している。同様にボデ
ィ20と共振子2との間にOリングを挟持して接合面か
らのインクの漏れを阻止している。
【0019】また、前述のように、励振部10の小型化
に伴い、共振子2の小径化が要求される。これにより、
共振子2先端の軸芯とオリフィス部40の軸芯のずれ量
が大きくなってくる。このずれ量が大きくなると、共振
子2がボディ20の内壁面と接触し共振子2先端の振動
量が低下するため、ノズルとしての機能を失ってしまう
恐れがある。その対策として、図9に示すように、共振
子2後縁部を延長し、そこにOリングを取付けることで
共振子2の位置決めを行い、オリフィス部40との軸芯
を一致させるようにした。これにより、励振部10を小
型化した場合にも、安定したノズル特性を維持できる効
果がある。
【0020】
【発明の効果】本発明によれば、圧電素子を含む各種部
品が損傷した場合でも容易に分解できるため、損傷部の
みを速やかに交換できると共に、部品類の寸法のばらつ
きや固体差の影響を受けることなく、安定した性能をも
つインクジェットプリンタを提供することができる。
【0021】また、ナットの締め付け力を増減すること
で励振部の共振周波数を調整できるため、部品類の寸法
のバラツキや個体差の影響を受けることなく、安定した
性能をもつインクジェットプリンタを実現できる効果が
ある。
【0022】また、共振子の形状をすべて円形としてい
るため、旋盤等の一種類の工作機械で加工できるため、
安価に製作できる効果がある。
【0023】また、インク供給側の流路をオリフィス付
近に配置し洗浄しやすくすると共に、排出側の流路もオ
リフィス付近に配置し除去された異物を速やかにノズル
外へ排出可能な構造とすることで、インク室を極めて小
さく、かつ洗浄しやすくできる。さらに、励振部を小型
化した場合にも、安定したノズル特性を維持することが
できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示すインクジェットプリン
タの縦外観図及び横外観図。
【図2】本発明の一実施例を示すインクジェットプリン
タの横断面図。
【図3】従来の機械共振方式の励振部を示す横断面図。
【図4】本発明の一実施例の共振固形上を示す横断面
図。
【図5】本発明の支持部材形状を示す横断面図。
【図6】本発明の支持部材形状を示す横断面図。
【図7】本発明のインクシール構造を示す横断面図。
【図8】本発明のインクシール構造を示す横断面図。
【図9】本発明の共振子の軸芯設定法を示す横断面図。
【符号の説明】
1…圧電素子、2…共振子、3…ナット、4…インク流
路、7…支持部品、10…励振部、20…ボディ、30
…エンブラ、40…オリフィス部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中垣 光博 茨城県日立市東多賀町一丁目1番1号 株式会社 日立製作所 リビング機器事 業部内 (72)発明者 坪内 邦良 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所 機械研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−164844(JP,A) 特開 平2−62241(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B41J 2/135 B41J 2/045 B41J 2/055

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】振動発生源である圧電素子と、前記圧電素
    子の振動で共振する共振子を備えているインクジェット
    プリンタにおいて、 前記共振子を円柱状とし後部に一体に延在する支持棒を
    設け、前記支持棒を前記圧電素子に挿入し前記支持棒端
    部に形成してあるネジにナットを螺合して前記圧電素子
    を固定し、前記共振子の前部端側付近にインクが噴出す
    るオリフィスを着脱自在に取付けたことを特徴とするイ
    ンクジェットプリンタ。
JP22327493A 1993-09-08 1993-09-08 インクジェットプリンタ Expired - Lifetime JP3127674B2 (ja)

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