JP3475140B2 - インクジェット記録装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ノズルから噴出す
るインクに振動を与えてインク粒子を生成させるノズル
本体と、前記インク粒子に帯電させる帯電電極と、電荷
の帯びた前記インク粒子を偏向させる偏向電極とを備え
た連続的にインク粒子を噴出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】従来のインクジェット記録装置のノズル
本体について述べる。

【０００３】従来のノズル本体は、振動体と、供給され
るインクに振動体の振動を加えるインク加振室が設けら
れてインク流路形成部材と、供給されるインクに振動体
の振動を加えるインク加振室が設けられてインク流路形
成部材と、インクを噴出するノズルが設けられてノズル
板部材を有し、振動体とインク流路形成部材との接合面
にインク漏れを抑えるゴムのシールリングを備えてい
る。インク流路形成部材とノズル板部材との接合面にも
シールリングを備える。

【０００４】そして、振動体に備える振動素子の振動が
振動体の加振部を介してインク加振室内のインクに伝わ
り、ノズル本体のノズルから噴出するインクは、粒子に
なるのである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】シールリングを備える
と、部品が増し、それだけ組立作業も煩雑になるが、そ
れに加え、次ぎのような不具合が生じる。

【０００６】振動体の振動周波数は振動素子（圧電素
子）の励振周波数で決まるが、シールリングを挾持する
振動体とインク流路形成部材との締付の加減で振動体の
加振部の振動特性（励振周波数−振幅の特性）が変動す
る。共振点（共振周波数）が振動素子の励振周波数に接
近したり、重なったりすると、加振部の振幅が不揃いに
なってインク粒子の大きさが乱れる。そのため、個々の
製品について締付の調整加減をしなければならなかっ
た。またゴムのシールリングは締付の加減でインク圧力
の吸収度合も変わるので、この点も考慮して締付の調整
加減を必要とするので容易でなかった。

【０００７】本発明は上記の問題点に対処し、締付の調
整加減を必要としないものを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の特徴の一つは、
インクに振動を与えてインク粒子を生成させるノズル本
体と、インク粒子に帯電させる帯電電極と、電荷の帯び
たインク粒子を偏向させる偏向電極とを備え、ノズル本
体は振動体と、供給されるインクに振動体の振動を加振
部を介して加えるインク加振室が設けられているインク
流路形成部材とを有するインクジェット記録装置におい
て、加振部を円板に形成し、加振部はインク加振室の底
側に位置し、加振部の外周がインク加振部と一体に形成
されていることを特徴とする。

【０００９】これにより、振動体とインク形成部材を一
体に形成したので、締付の調整加減が不要になった。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面にしたがって説明する。

【００１１】まず、インクジェット記録装置の概略を系
統的に示す図３を引用して説明する。

【００１２】ノズル本体１の先方には、ノズルより噴出
するインク粒子に帯電を帯せる帯電電極２と、電荷の帯
びたインク粒子の飛行に偏向を与える偏向電極３が備わ
る。さらに、その先に印字に使用されなかったインク粒
子を回収するガター４が備わる。ノズル本体１のインク
供給側にはフィルタ５が備わる。これらがノズルヘッド
の主要部を占める。

【００１３】励振源６は、ノズル本体１の振動素子（後
述する）にリード線を介して励振周波数の高周波電流を
供給する。供給する周波数は、７０キロヘルツまたは９
０キロヘルツで、本実施形態では７０キロヘルツを選択
した。記録信号源７は、帯電電極２にリード線を介して
帯電用のビデオ信号を加えるものである。高圧電源８は
偏向電極３にリード線を介して直流の高圧を印加するも
ので、電荷の帯びたインク粒子は、電荷量に応じて偏向
量が違う。

【００１４】インク９が貯溜されているインク容器１０
は配管を介してノズル本体１に連通している。またガタ
ー４とも配管を介してインク容器１０は連通している。
ノズル本体１には、インクポンプ１１、インク圧力を調
節する調圧弁１２、流路の開閉を行う電磁弁１３を介し
て連通される。ガター４には回収ポンプ１４、フィルタ
１５を介して連通される。

【００１５】上述したインク容器７からノズル本体１へ
インク９を供給する経路をインク供給経路１７と称す
る。ガター４からインク容器７にインク９を回収する経
路をインク回収経路１８と称する。この他に、ノズル本
体１の途中から電磁弁１９を介してフィルタ１５と電磁
弁１６との間につながるインク循環経路２０がある。

【００１６】印字運転のときは電磁弁１９を閉じて運転
するので、インク循環経路２０にはインクは流れない。
電磁弁１９を開くときは、ノズル本体１内の洗浄時であ
る。インク循環経路２０を経由させてインクないし洗浄
液を流すのである。

【００１７】インク容器７からノズル本体１にインクを
供給すると、ノズル本体１のノズルからインク粒子が噴
出し、そのインク粒子は帯電電極２で帯電し、偏向電極
８で偏向されて被印字物に印字を形成する。

【００１８】インク粒子は帯電電極２で帯電される電荷
量に応じて偏向されるので、印字を描くことができるの
である。印字に使用されなかったインク粒子は、ガター
４からインク回収経路１８を経由してインク容器７に戻
り、再度印字形成に使用されるのである。

【００１９】次ぎにノズルヘッドの概要を図２を引用し
て述べる。

【００２０】ノズルヘッド３０は、ベース３１の上に一
直線に並ぶように配置されるノズル本体１、帯電電極
２、偏向電極８、ガター４を有する。ノズル本体１には
インク供給経路１７のインク供給管３２、インク循環経
路２０のインク循環管３３が接続される。ガター４には
インク回収経路１８のインク回収管３４が接続される。

【００２１】次に本発明の主要部であるノズル本体１に
ついて図１を引用して説明する。

【００２２】ノズル本体１は、ノズル本体台４０、イン
ク流路形成部材４１、ノズル板部材４２、振動体４３が
備わる。これらは、ステンレスで形成されているが、硬
質の樹脂やセラミック系でも良い。

【００２３】ノズル本体台４０は、中央に前側から堀込
むように形成した振動体収納室５０を有する。

【００２４】振動体４３は加振部６０と振動部６１を有
する。加振部６０と振動部６１は一体に形成されてい
る。振動部６１は一段径小の支持台部６２を有する。振
動素子としての圧電素子６３は円筒形状をなし、支持台
部６２に嵌めて取り付けられる。圧電素子６３の後端は
蓋６５で閉じられる。蓋６５で閉じられないものもあ
る。その違いは、後で述べる。

【００２５】振動体４３は圧電素子６３および振動部６
１のところが振動体収納室５０に内置されるのである。

【００２６】加振部６０は薄板状の円板になっている。
加振部６０が薄い円板形になるのは加振部６０と振動部
６１とがくびれ部６４を介してつながっているからであ
る。くびれ部６４は加振部６０と振動部６１の境界部分
になるもので、切削ないしプレス加工により形成する。
このくびれ部６４によって、加振部６０は周囲に拡がる
薄いつばのような形状を呈しているのである。

【００２７】加振部６０の外周部はインク流路形成部材
４１とつながっている。つまり、振動体４３はインク流
路形成部材４１と一体に形成されているのである。この
実施形態では、ステンレスを機械加工で切削して、加振
部６０とインク流路形成部材４１が一体なるものを形成
している。加振部６０の外周部とインク流路形成部材４
１とのつなぎは、他に、溶接（レーザ溶接）、接着、圧
入ないし加締結合等が形成できるが、切削による一体形
成が生産性等からして一番望ましい。

【００２８】インク流路形成部材４１はインク加振室７
０を有する。このインク加振室７０はインク流路形成部
材４１の中央に形成され、底が前記加振部６０で形成さ
れている。言い替えると、薄い円板の加振部６０はイン
ク加振室７０の底側に位置し、加振部６０の外周がイン
ク加振室７０と一体的に形成される。このため、薄い円
板の加振部６０がインク加振室７０の底になるのであ
る。

【００２９】くびれ部６４の巾Ｌ_１は１ｍｍ、加振部６
０の厚みＬ_２は０．３ｍｍ、くびれ部６４の内径Ｄ_１は
２．５ｍｍ、インク加振室７０の内径Ｄ_２は３．４ｍｍ
である。加振部６０は、外径を大きくしたり、くびれを
大きくすることで、薄板状のところを拡げることができ
るのである。くびれを大きくする方が加振部６０の外径
を抑え、ノズル本体１を小さくできる利点がある。

【００３０】さらにインク流路形成部材４１は、インク
加振室７０に連通するインク供給孔８０を有する。前記
インク供給管３２は、インク供給孔８０に接続される。
前記インク循環管３３が接続されるインク循環孔は図示
を省略した。

【００３１】ノズル板部材４２は、円錐台形状の案内孔
９０、連通小孔９１、オリフィス部９２を有する。オリ
フィス部９２は、微小孔（ノズル）を有し、その微小孔
が連通小孔９１、案内孔９０に連通している。

【００３２】ノズル板部材４２とインク流路形成部材４
１は、ノズル本体台４０にネジ１００で一緒に締め付け
固定される。ノズル板部材４２とインク流路形成部材４
１の接合面には、ノズル用シールリング１１０が挾持さ
れる。インク加振室７０に２．６ｋｇ／ｃｍ^２のインク
圧力が加圧されるがノズル用シールリング１１０で抑え
られて接合面からインクは漏れないのである。

【００３３】次ぎに動作について説明する。

【００３４】インク供給管３２よりノズル本体１のイン
ク加振室７０にインクを送り込むとともに圧電素子６３
で振動体４３を振動させると、オリフィス部９２の微小
孔（ノズル）からインク粒子が噴出する。インク加振室
７０内のインクが振動体４３の加振部９１で加振される
ので、ノズルからのインク噴出流が粒子になるのであ
る。

【００３５】上述したようにインクに振動を伝える振動
体４３とインク加振室７０を有するインク流路形成部材
４１とが一体に形成されている。このため、従来のよう
な振動体とインク流路形成部材との接合面に挾持させる
シールリングが不要で組立性が向上することはもちろん
のこと、振動体４３とインク流路形成部材４１とが一体
形成である以上、ネジ１００の締付力により、振動体４
３とインク流路形成部材４１との位置関係が変位するも
のではなく、振動体の加振部の振動特性（励振周波数−
振幅の特性）に影響をあたえるものではない。

【００３６】このため、個々の製品について締付の調整
加減をしなくとも振動特性（励振周波数−振幅の特性）
のバラツキが少なく、同様な印字品質の製品を提供出来
るのである。

【００３７】図４は振動体の加振部の振動特性（励振周
波数−振幅の特性）を示したものである。

【００３８】点線が、振動体４３の圧電素子６３に蓋６
５を備えたものの特性を示す。実線が蓋６５を備えたも
のの特性を示す。

【００３９】一次共振点は、どちらも２０キロヘルツ近
辺で発生する。二次共振点は蓋６５を有するものが１０
０キロヘルツで、蓋６５を備えないものが、１２０キロ
ヘルツで発生する。励振周波数は蓋６５を有するものが
７０キロヘルツで、蓋６５を備えないものが９０キロヘ
ルツで稼働する。

【００４０】どちらも、稼働の励振周波数を共振点から
外したのは、振動特性（励振周波数−振幅の特性）のバ
ラツキを配慮してきめたものである。励振周波数を共振
点にすると、大きな振幅を得れる良さはあるが、振動特
性（励振周波数−振幅の特性）のバラツキで励振周波数
から共振点が少しでも外れると、振幅巾が大巾に違って
来る。それを避けるために、共振点が励振周波数から離
すようにしたものである。

【００４１】このように共振点が励振周波数に重ならな
いように離しているが、前述した従来のものにあっては
ネジの締付力の違いで、振動特性（励振周波数−振幅の
特性）が大きく変動した。本発明の一実施形態にあって
は前述のように振動体４３とインク流路形成部材４１と
を一体に形成したので、締付力により振動特性（励振周
波数−振幅の特性）が変動することはないのである。

【００４２】加振部６０は薄板状の円板になっているの
で、加振部６０の中央が前後方向に撓みやすく、前後方
向に震える振動を呈する。この振動でインク加振室７０
内のインクは加振され、ノズルから噴出するインクは粒
子になるのである。この加振部６０は薄板状の円板であ
るので、棒状体の加振部と違い複雑な振動にならなく、
揃った大きさのインク粒子が形成される。棒状体の加振
部にあっては、前後方向および径方向の振動になる。薄
板状の円板の加振部６０は、前後方向の振動だけになる
ので、揃ったインク粒子が形成されるのである。

【００４３】また薄板状の円板の加振部６０は構成が簡
素で作りやすい。すなわち、棒状体の加振部のものにあ
っては、棒状体がインク加振室に突き出すような構成に
なる。棒状体の外周とインク加振室の内周との間に狭い
深い溝ができる。狭い深い溝は機械加工で形成するのが
容易でないのである。一方、薄板状の円板の加振部６０
にあっては、インク加振室７０の底が加振部６０になる
もので極めて簡単な構成である。機械加工が容易なの
で、振動体４３とインク流路形成部材４１とを一体に形
成するものにあっては加振部６０が薄板状の円板のもの
が好適である。

【００４４】他の実施形態について図５を引用して説明
する。

【００４５】この実施形態の特徴的なところを主に述
べ、先の実施形態と共通するところは同じ符号を付して
説明を省略する。

【００４６】先の実施形態と違うところは、ノズル本体
台４０を省いた点にある。部品点数を減らしたメリット
があるが、振動体４３および圧電素子６３をカバーする
ものがなくなったのでノズルヘッドへの取付けは、その
点を考慮した構成にする。

【００４７】図６に示す他の実施形態について説明す
る。

【００４８】この実施形態の特徴的なところを主に述
べ、先の実施形態と共通するところは同じ符号を付して
説明を省略する。

【００４９】図５に示す実施形態に保護部材１２０を加
えたものである。保護部材１２０で圧電素子６３および
振動体４３を覆ったものである。ゲル状の樹脂を覆うこ
とにより、圧電素子６３および振動体４３の保護と加振
部６０の振動阻害防止を図っている。

【００５０】ゲル状の樹脂は、ポッテング、シリコン等
を含む。またゲル状の樹脂は、絶縁保護や塵埃侵入防止
の機能がある。

【００５１】図７に示す他の実施形態について説明す
る。

【００５２】この実施形態の特徴的なところを主に述
べ、先の実施形態と共通するところは同じ符号を付して
説明を省略する。

【００５３】先の実施形態で述べたノズル本体台４０に
代えて保護パイプ１３０を備えたものである。この保護
パイプ１３０は振動部６１に設けた一段径小の支持台部
６２に嵌合する。そして、圧入、接着、溶接等で固定す
る。

【００５４】図８に示す他の実施形態について説明す
る。

【００５５】この実施形態の特徴的なところを主に述
べ、先の実施形態と共通するところは同じ符号を付して
説明を省略する。

【００５６】この実施形態は、図６、図７に示す実施形
態を併用したものである。

【００５７】

【発明の効果】以上に述べたように本発明によれば、振
動体とインク形成部材を一体に形成することに締付の調
整加減が不要になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態にかかるノズル本体の縦断
面図である。

【図２】本発明の一実施形態にかかるノズルヘッドの要
部断面図である。

【図３】本発明に一実施形態にかかるインクジェット記
録装置の概略系統図である。

【図４】本発明に一実施形態にかかるノズル本体の加振
部の励振周波数−振幅の特性を示す図である。

【図５】本発明の他の実施形態にかかるノズル本体の縦
断面図である。

【図６】本発明の他の実施形態にかかるノズル本体の縦
断面図である。

【図７】本発明の他の実施形態にかかるノズル本体の縦
断面図である。

【図８】本発明の他の実施形態にかかるノズル本体の縦
断面図である。

【符号の説明】

１…ノズル本体、２…帯電電極、８…偏向電極、４１…
インク流路形成部材、４３…振動体、７０…インク加振
室。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮尾 明 茨城県日立市東多賀町一丁目１番１号 株式会社日立多賀エレクトロニクス内 (72)発明者 井上 智博 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 平10−16239（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−113940（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭60−8952（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/02

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】インクに振動を与えてインク粒子を生成さ
   せるノズル本体と、前記インク粒子に帯電させる帯電電
   極と、電荷の帯びた前記インク粒子を偏向させる偏向電
   極とを備え、前記ノズル本体は振動体と、供給されるイ
   ンクに振動体の振動を加振部を介して加えるインク加振
   室が設けられているインク流路形成部材とを有するイン
   クジェット記録装置において、前記加振部を円板に形成し、前記加振部は前記インク加
   振室の底側に位置し、前記加振部の外周が前記インク加
   振部と一体に形成されている ことを特徴とするインクジ
   ェット記録装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のインクジェット記録装置
   において、 前記加振部の外周と前記インク加振室とは切削により一
   体に形成されていることを特徴とするインクジェット記
   録装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載されている
   インクジェット記録装置において、 前記振動体は加振部と振動部を有し、前記加振部と前記
   振動部とがくびれ部を介してつながっていることを特徴
   とするインクジェット記録装置。