JPH02112949A - インクジェットヘッド - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野コ 本発明、はインク滴を飛翔させ記録紙等の媒体上にイン
ク像を形成するプリンタ等インクジェット方式の記録装
置およびその記録方法に関し、さらに詳しくはインクジ
ェットプリンタヘッドの構成に関する。

［従来の技術］ 従来のインクジェットへノドの構成としては、インクカ
ートリッジに収納された液体インクを、柔軟性を有する
チューブ状部材内を通して外気と接触することなく圧力
発生手段近傍に供給する方法、およびインクカートリッ
ジに収納された液体インクを、圧力発生手段に連結した
サブタンク内に供給する方法等が知られている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術のインクジェットヘッドは、柔軟性を有す
るチューブ状部材内を通して外気と接触することなく圧
力発生手段近傍に供給する方法では、チューブ状部材内
のインクがインクジェットヘッドを搭載したキャリッジ
の加減速の影響を受けるため、圧力発生手段近傍のイン
ク圧力を変動させ良好なインク滴吐出特性が得られない
、さらにインクが外気と遮断されているためインク供給
路内に発生した気泡の影響を強く受は信頼性の高いイン
クジェットヘッドが得られないという問題点を有する。

また、圧力発生手段に連結したサブタンク内に供給する
方法では、インクジェットヘッドが倒置等の予期せぬ状
況に置かれた場合には、液化したインクの漏洩が発生し
装置全体に重大な影響を及ぼすという問題点を有してい
る。

本発明の目的はこれらの問題点を解決してインク補給等
の動作が容易で操作性が高く、簡単な構成で装置の小型
化が容易なインク供給装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的はインクジェットヘッドが如何
なる時に如何なる態勢に置かれたとしても、インクが漏
洩することのない、信頼性および安全性の高いインク供
給装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的はキャリッジの加減速の影響を
受けることなく、インク滴吐出特性が良好な信頼性の高
いインク供給装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明のインクジェットヘッドは記録媒体に対向するよ
う配設された筺体と、前記筺体内に配設され毛細管作用
によりインクを保持する狭隙を有したインク保持手段と
、前記インク保持手段の一部を形成し前記記録媒体に対
向するように配設された少なくとも１つ以上のノズル開
口を有するノズル形成部材と、前記インク保持手段内に
配設され前記ノズル開口近傍の前記インクにインク滴と
しての飛翔が可能な圧力を発生させる圧力発生手段を具
備したことを特徴とする。

なお、インク保持手段が狭隙を介して対向した複数の板
状部材の積層から構成されてもよい。

なお、筺体に少なくとも１つ以上の熱源を備えてもよい
。

［作用］ 本発明の上記構成では、インクジェットヘッド内部に狭
隙形成部材が存在し、狭隙内部のインクを表面張力の作
用で保持するために倒置等の態勢の変化に対して液洩れ
が発生することがない。

また、インク保持手段とインクとの接触面積が広いため
発熱体の温度をインクに伝達し易く、インク温度を基準
温度近傍に容易に管理可能である。

［実施例］ 次に実施例に基づいて本発明を説明する。第１図は本発
明の一実施例を示すプリンタの斜視図である。同図にお
いて記録媒体である記録紙１ｏはプラテン１１に捲き回
され送りローラ軸１２によって押圧される。ガイド軸１
３．１４に案内されプラテン軸に平行な方向に移動可能
なキャリッジ１５上にインクジェットヘッド（以下ヘッ
ドと記す）１６が搭載されて構成される。

ヘッド１６は独立にインク滴を吐出制御可能な所要の複
数のノズルを宵しプラテン軸方向に走査され上記ノズル
から選択的にインク滴を吐出し記録紙１０上にインク像
を形成する。記録紙１０はプラテン１１の回転により走
査方向と直行する副走査方間に搬送され記録紙面上への
印字が行われる。

装置内にはヘッド走査開始位置の側にインク供給装置１
８が設けられインク（図示せず）を収納するインク容器
１９が装着される。

第２図は本発明の一実施例を示すヘッドの断面図である
。容器状の筺体２０はアルミニウム、ＳＵＳ等の金属材
料およびポリサルホン、ポリアセタール、ＡＢＳ等の高
分子材料からなり、プラテン１１に捲き回された記録媒
体である記録紙１゜に−側面の開口部３５を対向させる
ごとく設置されている。開口部３５の背面には、所要の
数のノズル間口２２がプラテン軸方向に列設されたノズ
ル形成部材であるノズルプレート２１とスペーサ２３と
圧力発生手段である振動子２４と電気配線２５とゴム弾
性を有する弾性部材２６が筺体２０により挟持されてい
る。振動子２４は、バイメタルの如き可撓性を持つため
に圧電素子とＮｉやＳＵＳ等の箔部材との積層で構成さ
れており、一端を筺体２０の剛性と弾性部材２６の持つ
ゴム弾性によりノズルプレート２１とスペーサ２３と共
に一定圧力で挟持固定された固定端とし、他端を自由端
とする片持ち梁構造をとる。振動子２４の自由端はノズ
ルプレート２１に形成されたノズル開口２２と相対して
設置されており、特にノズルプレート２１と振動子２４
による微小な間隙はスペーサ２３により高精度に管理さ
れている。

インク保持手段は筺体２０とノズルプレート２１と板状
部材２９．３０，３１を２ｍｍ以下の所要の狭隙りを介
して対向させる如く配置したことによって構成されてお
り、狭隙りの一部に圧力発生手段である振動子２４を包
含している。また、板状部材２９．３０．３１により形
成される狭隙りは、図示しない間隙規制部材によって略
平行に管理されていると同時に、筺体２０下部と接触す
る板状部材２９．３０．３１下部には隣接する狭Ｉｌｌ
にインク３２を導くための切欠きを形成する。

この狭隙りは、後述するようにインク３２のレベルＬが
常にノズル間口２２の軸線より下方に位置するように構
成されたこの装置にあって、たとえヘッドが如何なる時
に如何なる態勢に置かれたとしても液化したインク３２
が漏洩することのない様に、ヘッド形状とインクの物性
値と表面張力によって決定されるある設定値以下である
必要がある。さらに詳細には、ある狭隙を介して対向し
、なおかつ重力方向に対して平行に設置された大気中の
２枚の板部材において、液体は重力方向のある範囲につ
いて前記２枚の板部材の間に安定的に保持される。これ
は、液体に作用する自重と、液体と板部材との接触面に
発生する表面張力が釣り合うためである。この原理をヘ
ッドに適用したのが本発明であり、狭隙りは、ヘッドが
如何なる態勢に置かれたとしても上記原理を適用可能な
ように、ヘッド形状すなわちインク保持手段の中に存在
し得る最大距離において、インク３２の自重と、他部材
との接触面に発生する表面張力が釣り合う間隙以下に設
定する必要がある。また、狭隙りは、インク保持手段内
のインクをノズル間口２２まで引き上げることができる
と同時に、キャリッジ１５の移動に際してはインク面の
変動を抑えることができる程度に十分に小さな狭隙でな
ければならず、また他方において、インク中に存在する
気泡を逃がすことができるほか、連続的なインクの吐出
によってもインク切れが生じることなく、また、高い周
波数のインク３２吐出に対しても供給不足が発生するこ
とのない十分応答し得る程度の狭隙を有するものでなけ
ればならない。また、インク保持手段内部には、インク
レベル検出装置３４が設けられており、レベルＬがある
設定値以下に達してこのインクレベル検出装置３４によ
り検出されると、容器状の筺体２０の上部に添設された
適宜に開閉可能なフタ２８を開いて、図示しないインク
の収納槽から、インクがインク受は部３３に供給される
ように構成されている。ここで、供給されるインク体積
は、レベルＬがノズル間口２２軸線を超えることのない
程度の体積を持つ。

次に動作について説明する。インク３２が振動子２４お
よびノズルプレート２１近傍に供給されて充たされる。

インク滴吐出動作について説明する。振動子２４に選択
的電気信号を印加すると圧電効果により圧電素子が収縮
し、一方向性の高い箔部材は寸法変化が規制され、その
結果振動子２４はノズルプレート２１側に変形変位し、
振動子２４とノズルプレート２１の微小な間隙に圧力が
発生する。この圧力によりインク滴吐出か行われる。こ
こで、上記吐出原理に基づくヘッドは、振動子２４とノ
ズルプレート２１間の間隙に気泡が存在しない限りにお
いて、気泡に影響されたインク滴吐出不良が発生するこ
とはなく、なおかつ、本実施例に示したごとき気泡を逃
がす構造を持ったインク供給装置との組み合わせでは、
インク保持手段内に存在する気泡の影響をまったく受け
ない信頼性の極めて高いヘッドを提供可能である、次に
ヘッド内部のインクレベル検出装置３４によりヘッド内
に残留するインク量が所定量以下であることを検知する
とインク補給要求が出力される。インク受は部３３に供
給されたインク３２は狭隙りの毛細管力により素早く吸
い込まれ保持されインクレベルＬが上昇する。ところで
、狭隙りにおいて発生する毛細管力よりもノズル間口２
２において発生する毛細管力の方が強力なために、イン
ク滴吐出動作に伴い次第にインク３２を消費し、その結
果としてインクレベルＬが降下する。

ところで、供給されるインク３２の体積はインク保持手
段内から溢れ出ない程度の少量であることが望ましい。

その理由として、インク保持手段内から溢れ出てしまっ
たのでは、ヘッドが倒置等の姿勢に置かれた場合インク
が漏洩してしまうことが上げられる。

本実施例では、インクがインク保持手段上部に供給され
ているが、本発明はその供給位置を限定するものではな
く、インクジェットプリンタ構成上の制約等によりイン
ク保持手段の側面および下部より供給することも可能で
ある。

また、本実施例では圧力発生手段として片持ち梁構造を
した振動子２４の撓みによる方法を記載したが、本発明
は、その方法に限定するものではなく、他の方法として
、インク保持手段に隣接する外部に圧電素子等の可撓性
材料を接合し、前記接合場所の背面のインク保持手段内
に圧力を発生させる方法、局部的な発熱手段を設け、前
記発熱手段の発熱により発生する気泡を利用してインク
滴吐出に必要な圧力を獲得する方法等が実施可能である
。

また、本実施例ではインク保持手段として板状部材２９
．３０．３１の積層構造および筺体２０の間隙を用いた
が、他の実施例として、内部に複数の連続した微小空洞
を有する発泡部材よりなる構造、複数の微小径管よりな
る構造等が実施可能である。

ところで、熱源であるヒータ２７は圧力発生手段の背面
の筺体２０上に設置されている。第２図では、ヒータ２
７を一箇所のみ記載したが、本発明はヒータ２７の個数
および設置場所を限定するものではなく、熱効率を考慮
して複数個を適宜な場所に設定することが可能である。

また、板状部材２９．３０．３１と図示しない間隙規制
部材は熱的に筺体２０と連結しており、ヒータ２７より
発生した熱エネルギーは速やかに熱伝導しインク３２の
加熱および温度維持に使用される。ここで、ヒータ２７
をヘッドに設置する目的としてはヘッド動作時インク３
２をある基準温度近傍に維持管理するためてあり、さら
に詳細には、インク滴吐出時におけるインク粘度を一定
に保つことにより安定したインク滴吐出特性を獲ｆ４す
るためである。

また、ヒータ２７を用いる場合には筺体２０は熱伝導性
の優れたアルミニウム、ステンレス鋼等の金属材料から
構成されていることが好ましい。

本実施例ではインク単位体積当たりに接触しているイン
ク保持手段の面積が広く、さらにヘッドが小型化されて
いるために、電源投入時からインク３２が基準温度に達
し印字可能になるまでの所要時間が短いという効果を有
する。特に、インク供給時においては常温のインク３２
が供給されるため、−時的に圧力発生手段近傍のインク
温度が低下しインク粘度の上昇をまねき良好なインク滴
吐出が行われない可能性が生じるが、本実施例では、ま
ず板状部材２９．３０，３１にインク３２が供給される
ため、板状部材２９．３０．３１の持つ熱容量および熱
源からの良好な熱伝導性が熱干渉材的役割を果たし、圧
力発生手段近傍のインク３２に大きな温度変化を及ぼさ
ないという効果を有する。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明の上記構成によればヘッドに収
納するインク量が少ないこと、およびこのためにヘッド
、キャリッジが小型化できる、さらにキャリッジが小さ
いためこの移動に要する動力も少なく装置構成も簡単で
小型化できるという効果を有する。又インクは速やかに
消費されるためインクの特性劣化を生じないという効果
を有する。さらに、インクは狭い空隙に表面張力による
毛細管力を利用して保持されるために、如何なる時に如
何なる態勢に置かれたとしてもインクが漏洩することの
ない信頼性および安全性が高く、キャリッジの加減速や
往復動作、装置の姿勢変化等に影響されて偏り、波立ち
、泡立ち、空気のインク内への取り込み等を生ずること
がなく安定動作が可能であるという効果も有する。

インク インクレベル検出装置 出血人　　セイコーエプソン株式会社 代理人　弁理士　鈴木喜三部　他１名 以上

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による一実施例を示すインクジェットプ
リンタの斜視図。 第２図は本発明の一実施例を示すインクジェットヘッド
の断面図。 ２９、３０ インクジェットヘッド インク供給装置 筺体 ノズルプレート ノズル開口 振動子 ヒータ 、３１　　板状部材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）記録媒体に対向するよう配設された筺体と、 前記筺体内に配設され毛細管作用によりインクを保持す
   る狭隙を有したインク保持手段と、 前記インク保持手段の一部を形成し前記記録媒体に対向
   するように配設された少なくとも１つ以上のノズル開口
   を有するノズル形成部材と、 前記インク保持手段内に配設され前記ノズル開口近傍の
   前記インクにインク滴としての飛翔が可能な圧力を発生
   させる圧力発生手段を具備したことを特徴とするインク
   ジェットヘッド。
2. （２）インク保持手段が狭隙を介して対向した複数の板
   状部材の積層から構成されたことを特徴とする請求項１
   記載のインクジェットヘッド。
3. （３）筺体に少なくとも１つ以上の熱源を備えたことを
   特徴とする請求項１または請求項２記載のインクジェッ
   トヘッド。