JPH01299048A

JPH01299048A - インクジェット記録ヘッド

Info

Publication number: JPH01299048A
Application number: JP12826988A
Authority: JP
Inventors: Jun Isozaki; 準磯崎; Naoki Morita; 直己森田
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1988-05-27
Filing date: 1988-05-27
Publication date: 1989-12-01

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、連続噴射型インクジェット記録装置に適用さ
れる記録ヘッドに係り、詳しくは、ノズルが複数配列さ
れると共に内部に各ノズルに共通のインク室が形成され
たヘッド本体と、ヘッド本体の一端にインク室に充填さ
れるインクに対して超音波を与える超音波加振子を備え
、この超音波［従来の技術］従来この種のインクジェット記録ヘッドとして、本願出
願人は第７図に示すような構造のものを提案している（
特開昭６２−１３１７８９号参照）。

同図において、ノズル１５が複数配列されたノズル板１
３が、その内部にインク室１２が形成された角状の長尺
筒体１１に貼設され、各ノズル１５がインク室１２に連
通したヘッド本体１０が構成されている。そして、ヘッ
ド本体１０の一端に設けたインク供給口３２から供給さ
れるインクがインク室１２を通ってインク排出口３７か
ら排出される機構を有するこのようなヘッドにおいて各
ノズルからインクを定常的に噴射する際に、ヘッド本体
１０のインク供給側端部から圧電素子等の超音波加振子
にてインク室１２内のインクに対して超音波撮動が与え
られ、この超音波が進行波としてインク内を伝達する際
にその振動にて各ノズルから吐出するインクが滴状（イ
ンクドロップ）となって飛翔するようになっている。こ
のような構造の記録ヘッドでは、インク内に定在波がで
きると各ノズルから吐出するインク滴の状態がばらつく
ことから、安定的な記録状態を保持するためにはできる
だけ定在波比の小さい進行波を得ることが必要となる。

従来、この進行波を得るために、ヘッド本体１０の超音
波加振子を設けた逆側の端部には音響的に柔らかい材料
（例えば、シリコンゴム）で構成される超音波吸収部材
（ターミネータ）が設けられ、当該端部での超音波の反
射を極力小さいものとして定在波の発生を極力防止して
いる。

［発明が解決しようとする課題〕ところで、上記のような構造の従来のインクジェット記
録ヘッドでは、各ノズル間での粒子化、分離長、流速等
の安定化が充分図れず、充分安定した状態のインク滴が
得られない。

それは、ヘッド本体の一端に設けられたシリコンゴム等
の超音波吸収部材では、インク内を伝導する超音波撮動
を充分吸収できず、インク室内での定在波比が比較的大
きくなってしまうからである。

そこで、本発明の第一の課題は、超音波加振子側とは逆
側の端部での超音波振動の反射を極力小さいものとする
ことである。

また、第二の課題は、上記課題解決を前提とし、更に、
超音波振動に係るエネルギーロスを極力小さくすること
である。

［課題を解決するための手段］本発明は、ノズル１が複数配列されると共に内部に各ノ
ズル１に共通のインク室２が形成されたヘッド本体３と
、ヘッド本体３の一端にてインク室２に充填されるイン
クに対して超音波振動を与える超音波加振子４とを備え
、この超音波加振子４から与えられる超音波振動にて各
ノズル１からのドロップ生成を行なうようにしたインク
ジェット記録ヘッドを前提としており、当該インクジェ
ット記録ヘッドにおいて、上記第一の課題を解決するた
めの技術的手段は、第１図に示すように、ヘッド本体３
の他端に超音波圧電素子５を設けると共に、インク中を
伝搬する超音波振動により超音波圧電素子５から発生す
る電気信号に基づいて負荷整合を行なう整合回路６を備
えたものである。

また、上記構成を前提に、上記第二の課題を解決するた
めの技術的手段は、第２図に示すように、整合回路６内
で得られる電気エネルギーを上記超音波加振子４の発振
エネルギーに還元するエネルギー還元手段７を備えたも
のである。

［作用］超音波加振子４から発生する超音波振動がインク室２内
のインク中を伝搬してヘッド本体３他端の超音波圧電素
子５に達する。すると、超音波圧電素子５は超音波振動
を受けてそれに応じた電気信号を出力し、この電気信号
に基づき整合回路６にて当該超音波圧電素子５が設けら
れたヘッド本体３端部での負荷整合がとられる。この負
荷整合がとられると、超音波圧電素子５によって超音波
振動エネルギーが効率良く電気エネルギーに変換される
ことから、ヘッド本体３の当該端部での超音波振動の反
射が著しく小さくなる。このとぎ、超音波圧電素子５に
て変換された電気エネルギーは整合回路６内で消費され
る（熱等により）。

第２の課題解決のための手段では、上記負荷整合に際し
て整合回路６内で得られる電気エネルギーがエネルギー
還元手段７にて超音波加振子４の発振エネルギーに還元
される。従って、超音波加振子４には還元されるエネル
ギーで足りない分のエネルギーが補充供給される。

［実膿例］以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第３図は請求項１記載の発明に係るインクジェット記録
ヘッドの基本構成例を示す図である。

同図において、第７図に示す場合と同様に、内部にイン
ク室１２が形成されると共にこれに連通ずる複数のノズ
ル（図示路）が配列された筒体１１がヘッド本体７０と
なり、このヘッド本体１０の一端にはＰＺＴ等の圧電素
子を備えた超音波発生ブロック１４が設けられる一方、
同ヘッド本体１０の他端には同様に圧電素子を備えた超
音波吸収ブロック１６が設けられている。超音波発生ブ
ロック１４の具体的な構造は例えば第４因に示すように
なっている。これは、インク供給口３２の形成された前
ブロック３１が筒体１１の端部にＯ−リング３４．３５
．によって気密性を保持されたかたちで取付けられ、更
に、この前ブロック３１の後段に０−リング３６を介し
て超音波発振源の保持体４４が取付は固定されている。

超音波発振源は、電極４１を挟む２枚の圧電素子４２と
その先端に位置する金属等で形成されたピストン４０が
結合ネジ４３にて一体となって、圧電素子４２の超音波
振動がピストン４０に伝達する構造となっている。そし
て、このような構造の超音波発振源は圧電素子４２とピ
ストン４０との間に形成されるフランジ部にて保持体４
４に固定され、この状態でピストン４０の先端が筒体１
１の開口端に臨むよう設定されている。一方、上記超音
波吸収ブロックの具体的構造は、例えば、第５図に示す
ようになっている。これは、第４図に示す超音波発生ブ
ロック１４と同様の構造であり、インク排出口３７が形
成された後ブロック３３に保持体４４を介して固定され
る超音波吸収部材は、電極４１を挟む２枚の圧電素子４
２とその先端に位置するピストン４２が結合ネジ２３に
て一体となって上記超音波発振源とまったく同様の構造
となっている。そして、当該超音波吸取ブロック１６を
筒体１１に取付けた状態で、上記超音波吸収部材のピス
トン４０の先端が筒体１１の開口端に臨むよう設定され
ている。

第３図において、２７は基準信号発振器２５と所定の増
幅率となる増幅器２６とを備えた駆動回路であり、この
駆動回路２７からの発振電圧が超音波発生ブロック１４
の圧電素子４２の電極４１に印加するようになっている
。また、２３は負荷整合回路であり、この負荷整合回路
２３は、インピーダンス調整用の抵抗２１及びインダク
タンス２２で構成され、抵抗２１及びインダクタンス２
２の値はヘッド本体１０における超音波吸収ブロック１
６が設けられた側の端面でのインピーダンスが整合する
よう設定される。

このようなインクジェット記録ヘッドでは、超音波発生
ブロック１４からインク室１２内のインクに対して超音
波振動が与えられ、その振動が超音波吸収ブロック１６
に達すると、超音波吸収ブロック１６内の圧電素子４２
が入射する超音波振動に応じた電気信号を電極４１を介
して出力する。

このとき、ヘッド本体１０の超音波吸収ブロック１６が
設けられた端部ではインピーダンス整合がとられており
、上記圧電素子４２にて超音波振動が最も効率良く電気
エネルギーに変換され、当該端面での反射波によるエネ
ルギー損失はほとんどない。従って、インク室１２に充
填されるインク中では定在波が発生せず、定在波比の極
端に小さい進行波のみ存在することになる。従って、ヘ
ッド本体１０に設けられた各ノズルからは分離長、流速
等のばらつきの少ない均一な状態のインク滴が順次飛翔
していく。なお、上記超音波吸収ブロック１６にて変換
された電気エネルギーは整合回路２３における抵抗２１
にて消費される。

第６図は上記整合回路２３で消費されるべきエネルギー
を超音波発生ブロック１４側に還元するよう構成した例
である。

同図において、ヘッド本体１０に対して設けられる超音
波発生ブロック１４、超音波吸収ブロック１６等の構造
は前述したものと同様である。

超音波吸収ブロック１６における圧電素子４２の電極に
上記と同様抵抗２１、インダクタンス２２で構成された
整合回路２３が接続され、この整合回路２３を介した圧
電素子４２からの電気信号が更に超音波発生器における
圧電素子４２の駆動回路２７に帰還されている。この駆
動回路２７は、第３図の例と同様基準発振器２５を備え
ると共に、上記整合回路２３を介した信号を遅延させて
の当該信号と基準発振器２５からの基準信号との位相差
が１８０°となるよう位相補正を行なう遅延回路２８と
、遅延回路２８からの出力信号と基準発振器２５からの
基準信号との和を増幅する増幅器２６を備えたものとな
っている（なお、位相差を００に調整する場合基準信号
との差分を増幅するようにしてもよい）。そして、増幅
器２６の増幅率は遅延回路２８の出力レベルに応じて、
例えば、当該出力レベルが大きくなると増幅率が小さく
なるように、また、当該出力レベルが小さくなると増幅
率が大きくなるように制御されている。そして、この増
幅器２６からの出力信号が超音波発生ブロック１４にお
ける圧電素子４２の電極４１に印加されている。

このようなインクジェット記録ヘッドでは、上記と同様
、超音波吸収ブロック１６を設けたヘッド本体１０の端
部では超音波吸収ブロック１６の圧電素子４２につづく
整合回路２３によるインピーダンス整合により反射波は
発生せず、インク中において定在波比の著しく小さい進
行波が励振される。またこのとき、超音波吸収ブロック
１６の圧電素子４２にて変換された電気信号は整合回路
２３を介して駆動回路２７に帰還される。すると、この
駆動回路２７はこの帰還される信号を位相補正した後に
基準信号との差分をそれに応じた増幅率にて増幅して一
定振幅の信号を超音波発生器１４の圧電素子４２に供給
して当該圧電素子４２の定常駆動を行なう。

上記超音波発生ブロック１４における圧電素子１４の駆
動が超音波吸収ブロック１６側からの帰還信号が基準信
号に加えられたかたち（位相が１８００ずれているから
）で増幅されるので、一定振幅の駆動信号を得るにはそ
の増幅率はより低いもので済む。即ち、当該圧電素子４
２を駆動するために新たに供給すべきエネルギーはより
少ないもので済むことになる。具体的には、超音波発生
ブロック１４側での電気−機械振動変換の損失、進行波
が伝搬する間の音波エネルギーの種々損失、超音波吸収
ブロック１６側での機械−電気振動変換の損失等に起因
した損失エネルギー分だけを新たに供給することにより
、超音波発生ブロック１４側の圧電素子４２の定常駆動
が可能となる。

なお、超音波発生ブロック１４側の超音波発生源は特に
圧電素子を適用する場合に限定されず、他の一般的な超
音波振動源を用いることが可能である。その場合、当該
超音波振動源の態様に合せて超音波吸収ブロック１６側
からのエネルギー還元に係る具体的な構成が定められる
。

［発明の効果コ以上説明してきたように、請求項１記載の発明によれば
、ヘッド本体の端部に超音波圧電素子を設けると共にイ
ンク中を伝搬する超音波撮動により超音波圧電素子から
発生する電気信号に基づいて負荷整合を行なう整合回路
を備えるようにしたため、インク中を伝搬する超音波振
動をヘッド本体の端部にて効率良く電気エネルギーに変
換できるようになることから、超音波加振子側とは逆側
の端部での超音波の反射が極端に小さなものとなる。従
って、各ノズル間での粒子化、分離長、流速等の安定化
が充分図られ、より安定したインク滴の飛翔状態を得る
ことができる。

また、請求項２記載の発明によれば、更に、上記整合回
路内で得られる電気−エネルギーを超音波加振子の発振
エネルギーに還元するエネルギー還元手段を備えるよう
にしたため、上記のように安定したインク滴の飛翔状態
を確保することができることに加えて、更に、超音波加
振子側とは逆側の端部に設けた圧電素子にて変換される
電気エネルギーが超音波加振子の発振エネルギーとして
還元されることから、超音波振動に係るエネルギーロス
が極力小さいものとなる。従って、効率の良いインク滴
生成が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の構成を示す図、第３図は本
発明に係るインクジェット記録ヘッドの基本構成の一例
を示す図、第４図は第３図における超音波発生ブロック
の具体的な構造例を示す図、第５図は第３図における超
音波吸収ブロックの具体的な構造例を示す図、第６図は
本発明に係るインクジェット記録ヘッドの他の基本構成
の一例を示す図、第７図はインクジェット記録ヘッドの
全体構成例を示す図である。［符号の説明〕１．１５・・・ノズル２．１２・・・インク室３．１０・・・ヘッド本体４・・・超音波加振子５・・・超音波圧電素子６・・・整゛合回路７・・・エネルギー還元手段１４・・・超音波発生ブロック１６・・・超音波吸収ブロック２３・・・整合回路２７・・・駆動回路２８・・・遅延回路４０・・・ピストン４１・・・電極４２・・・圧電素子特許出願人　　富士ゼロックス株式会社代　理　人　　
弁理士　　中村　智虜（外３名）第１図第２図第３図第４図第５図第６図第７図手続補正内（方式）％式％１、事件の表示昭和６３年特許願第１２８２６９号２、発明の名称インクジェット記録ヘッド３、補正をする者事件との関係　　特許出願人住所　　　東京都港区赤坂３丁目３番５号名称　　　（
５４９）富士ゼロックス株式会社４、代理人　〒１０５
　　電話０３　（４３３）４４２０５、補正命令の日付
　　昭和６３年　８月３０日（発送臼〉６、補正の対象明ＩＩ書の「発明の詳細な説明ｊの欄７、補正の内容

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ノズル（１）が複数配列されると共に内部に各ノ
ズル（１）に共通のインク室（２）が形成されたヘッド
本体（３）と、ヘッド本体（３）の一端にてインク室（
２）に充填されるインクに対して超音波振動を与える超
音波加振子（４）とを備え、この超音波加振子（４）か
ら与えられる超音波振動にて各ノズル（１）からのイン
クドロップ生成を行なうようにしたインクジェット記録
ヘッドにおいて、ヘッド本体（３）の他端に超音波圧電
素子（５）を設けると共に、インク中を伝搬する超音波振動により超音波圧電素子（
５）から発生する電気信号に基づいて負荷整合を行なう
整合回路（６）を備えたことを特徴とするインクジェッ
ト記録ヘッド。
（２）請求項１記載のインクジェット記録ヘッドにおい
て、上記整合回路（６）内で得られる電気エネルギーを上記
超音波加振子（４）の発振エネルギーに還元するエネル
ギー還元手段（７）を備えたことを特徴とするインクジ
ェット記録ヘッド。