JPH02233255A - インクジェット記録装置 - 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〕 二の発明は、各種のプリンタやファクシミリ装置におい
て使用されるインクシェッ１・記録装置に関し、特に、
電気機械変換材料を用いてインクにパルス圧力を作用さ
せ、インク噴射を行うトロップオンティマンド型のイン
クジェット記録装置に関する。

〔従来の技術〕

従来のオンディマント型インクジェッ１・記録装置にお
いてインクにパルス圧力を作用させる方法としては、ダ
イヤフラム方式が広く知られている。すなわち、インク
ジェット内にあるインク室の壁を構成している金属もし
くはガラス等の板に、矩形もしくは円形に形成された平
板状の電気機械変換素子を貼り付けてダイヤフラムを形
成する。この電気機械変換素子を、その厚み方向への電
圧印加により面方向に収縮変形させると、ダイヤフラム
を形成しているインク室の壁はインク室内に向って湾曲
する。その結果、パルス圧力が作用してインク室内のイ
ンクはインク室外に押し出される。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来のインクジェット記録装置は、電気機械変
換素子をインク室壁の所定の位置に精密にかつ十分な接
着強度をもって貼り付けることが重要である。しかし、
電気機械変換素子はインク室の壁の外側に固定させるた
め、壁の内側のインク室に対応した位置に電気機械変換
素子を精度よく固定することは困難てあった。また、接
着部分の接着層の厚みや接着強度を常に指定範囲内に再
現するために厳しい工程管理が実施されるか、それでも
接着状態のばらつきによるインク噴射特性のばらつきを
押えることは困難てあり、このような接着工程は除去す
ることか強く望まれていた。

また、前記のパルス圧力発生手段によりインクに作用す
る圧力やノズルから噴射するインクの体積は電気機械変
換素子に印加する電圧値に依存している。従来のオンデ
ィマント型インクジェッ１へヘッドにおいては、十分な
大きさの圧力をインクに作用させ必要なインク体積をノ
ズルより噴射させるなめに、印加パルスの電圧値は５０
Ｖないし３００■といった高い値にする必要があった。

しかし、駆動回路の高信頼化あるいは低価格化という観
点からは５０Ｖ以下の低電圧化か強く望まれていた。

上記の低電圧化を実現するものとして、厚みを薄くし厚
み方向の電極間隔を狭めた電気機械変換素子を厚み方向
に多数積層した、いわゆる積層アクチュエータが知られ
ている。この積層アクチュエータをインク室の壁の外部
に接着することにより低電圧駆動が可能なドロップオン
ディマンド型インクジェッ１−ヘッドの実現が期待され
るが、この場合でも、インク室形状に対して定められた
接着位置に積層アクヂュエー夕を常に精度よく固定する
ことの困難性や、接着状態に依存したインク噴射特性の
ぱらつきといった問題は未解決のままであった。

従って従来のインクジェッ１・記録装置では、安定なイ
ンク噴射を維持するためインクの粘度の変動が制約され
ていた。

〔課題を解決するための手段〕

本願に係る第１の発明のインクジェット記録装置は、ノ
ズルが形成されたノズル部材と、前記ノズルに対応した
ガイド孔を有し、前記ノズル部材の裏面に接して配置さ
れたガイド部材と、前記ガイド孔内を先端が移動可能な
ように配置された記録針と、この記録針の後端部に結合
し入力される電気信号に従って前記記録制を変位させる
駆動手段と、前記ガイド孔内の前記ノズル部材と前記記
録針の間にインクを充填するインク補給手段とを含み、
電気信号に従って前記駆動手段を励起させることにより
、前記記録針を変位させ、前記ガイド孔中のインクを射
出させることを特徴とする。

本願に係る第２の発明のインクジェット記録装置は、正
面にノズルが設けられ裏面に前記ノズルに接続するイン
ク室が設けられたノズル部材と、このノズル部材の裏面
に接する板上に設けられ前記インク室に嵌入するピンと
、このピンが設けられた板を前記ノズル部材に押し付け
前記インク室に対応するガイド孔が設けられたガイド部
材と、前記ガイド孔内を先端が移動可能なように配置さ
れた記録針と、この記録針の後端部に結合し入力される
電気信号に従って前記記録針を変位させるための駆動手
段と、前記インク室にインクを充填するインク補給手段
とを含み、電気信号に従って前記駆動手段を励起させる
ことにより前記記録針を介して前記ピンを変位させ、前
記インク室中のインクを射出させることを特徴とする。

〔作用〕

本願に係る第１の発明は、記録針がノズルの掻く近傍に
接し、駆動手段を励起させ記録劃を機械的に変位させる
ことにより、記録針前端部とノズルとの間に保持された
インクに圧力を発生させている。これにより大きな圧力
を局所的に発生でき、噴射するインクに高い効率で大き
な運動エネルギーを付与できるため、インク噴射動作の
安定化や目詰りがしにくい等の高信頼化が達成された。

また本願に係る第２の発明は、ノズルの近傍にピンを設
けることにより、記録針の前端部の変位がピンを介し、
ピンとノズルとの間に保持されたインクに圧力を発生さ
せている。これにより大きな圧力を局所的に発生できる
ことは」二連の本願に係る第１の発明と同しであるが、
インク圧力の発生は機械的変位が二次元的（記録針とピ
ンが分離している）に行なわれるため、記録針の微少変
位がインク圧力に影響を与えないために、インク噴射動
作が安定化し、高速度のために極めて有効であることが
確認された。

〔実施例〕

以下に、本発明について図面を参照しながら詳細に説明
する。

第１図は、本願に係る第１の発明の一実施例に用いるイ
ンクジェットヘッドの部分断面図であり、第３図は第１
図に示したインクジェットヘットを用いた本願に係る第
１の発明のインクジェット記録装置の一実施例を示ず。

規則的に配置されたノズル１０２と前端部がノズル１０
２に近接して配置された記録針１０３と、記録針１０３
の後端部に結合し、入力電気信号に従って記録針］０３
を長さ方向に変位させるための駆動手段１１３と、記録
針１０３の先端を案内するガイド部材１０４に囲まれノ
ズル１０１と記録針１０３との間の空間のインク室１０
５にインクを充填するインク補給手段１０９とから構成
される。このうちノズル部材１０１，ガイド部材］０４
および記録針１０５でインクジェットヘッド１１１を楕
成ずる。

ノズル１０２が設けられるノズル部材１．　０　１は厚
みが５０μｍないし１ｍｍの金属若しくはセラミックで
ある。ノズル１０２はプレスやパンチング等の加工で形
成される。ノズル１０２の直径は１０μｍないし１００
μｍの範囲で設定されるのが実用的に望ましい結果をあ
たえる。直径が小さ過ぎるノズルは目詰まりしやすく、
また加工が困難である。一方、大き過ぎる直径は解像度
の低下をもたらしまたインク室１０５内のインク保持を
困難にする。

記録剣１０３は各種の金属ワイヤーが最適に使用でき、
特に記録針１０３としてはピアノ線、ステンレス線等の
鉄鋼材料や洋白線、燐青銅線等の非鉄材料が適している
。ノズル１０２に近接する記録針１０３の前端部の直径
はインク圧力に関わり、実用的には０　１ｍｍないし０
．５ｍｍの範囲で選択される。

各記録針１０３の後端部は駆動手段１１３と結合されて
いる。本実施例では、駆動手段１１３としては平板状の
圧電素子１１４を金属板１１５に接着したいわゆるユニ
モルフが用いられている。

圧電素子］１４の表裏にそれぞれ形成された電極間に信
号電圧を印化するとユニモルフが撓み記録針１０３をそ
の長さ方向に変位させる。駆動手段１１３がユニモルフ
に限定されるものでないことは言うまでもない。例えば
、従来ドットマトリックスプリンタヘッドに用いられて
いる電磁式アクチュエー夕等も駆動手段１１３として使
用できる。ドットマトリックスプリンタヘッド用アクチ
ュエータとしては、他に、第４図に示ずような積層型圧
電素子１１４を用いた圧電式アクチュ工一夕が知られて
いる。これは、電圧を印加したときの積層型圧電素子１
１６の変形をレハー１１７および１１８とヒンジ１１９
およひ］２０を通して拡大し、レハー１２１に結合され
たワイヤー１２２をその長さ方向に十分な大きさに変位
させたものである。この圧電式アクチュエータは電磁式
アクチュエー夕と比較すると低騒音であり、消費電力が
少なくてすみ、高速応答が可能なことから、本発明によ
るインクジェット記録装置における駆動手段としても最
適である。

以上の条件のもとて第３図に示した構造のインクジェッ
ト記録装置を試作した結果安定なインク噴射動作が得ら
れた。

第２図は本願に係る第２の発明の一実施例に用いるイン
クジェットヘッドの部分断面図であり、二のインクジェ
ットヘットを用いた本実施例も第３図に示すものと同一
である。

ノズル部材１０６には、ノズル１０７とインク室１１０
が配置されている。外周がインク室１１０の内壁の形状
に近いピン１０８がインク室１１０に嵌入される。ピン
１０８の後端の周囲に板が接合され（すなわち板上にピ
ン１０８が設けられている）、この板のピン１０８の周
囲かノズル部材１０６とガイ１・部材１０９により押し
付けられて固定され、複数のピン１０８は板により連結
されている。ピン１０８の後端に近接して記録針１０３
を配し、第１図に示すインクシェットヘッドと同じく記
録針１０３を変位させ、ノズル部材１０６のインク室１
１０にインクを充填するインク補給手段とから構成され
る。

ノズル部材１０６は厚みか０　５〜２ｍｍの金属若しく
はセラミックてある。ノズル１０７およびインク室１１
０はプレスやパンチンク等の加工で形成される。ノズル
１０７の形状は第１図に示すインクジェットヘッ１・と
同しである。カイ１〜部材１０９には記録針１０３の先
端を案内するガイド孔が設けられ、インク室１］０の断
面形状はガイド部材１０９のカイト孔の断面形状と同し
てある。記録劃１０３の変位によってピン１０８か容易
に可動てきるようにするため、ノズル部材１０６のピン
１０８の板を押し付ける部分は凸状の湾曲面にしてノズ
ル部材１０６およひガイド部材１０９のピン１０８の板
に接触する面積をてきるだけ小さくしてある。

ピン１０８は、第１図の説明で記した記録針１０３と同
し材料が適しており、エレク１〜ロホーミンク゛等の加
工によって形成される。記録針１０３の変位は駆動手段
により得られる。記録針１０３の変位がピン１０８に変
化を与えインク室１工０の圧力が増大し、ノズル１０７
からインク飛翔が行なわれる。

以上の条件のもとて第３図に示す構造のインクジェット
記録装置を試作した結果、２ｋＨｚ／ドットでも安定な
インク噴射動作が得られた。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように、本発明によるインクジェッ
ト記録装置では記録引の変位により局所的に発生した大
きな圧力が射出インクに集中するなめ、使用インクに対
する制約を厳しくする必要はなくなった。すなわち、水
性、油性のいずれのインクを問わず、２．０パスカル・
秒までの範囲のどのような粘度のインクも使用可能てあ
る。従来技術では安定なインク噴射を維持するため粘度
の変動が±５０％に制約されていたのに比へて、大幅に
実用性が向上しな。

【図面の簡単な説明】

第１図は本願に係る第１の発明の一実施例に用いるイン
クジェットヘットの概略断面図、第２図は本願に係る第
２の発明の一実施例に用いるインクジェットヘッドの概
略断面図、第３図は第１図に示すインクジェットヘッ１
〜を用いた実施例の概略の構成を示す斜視図、第４図は
第３図に示す駆動手段１１３の一実施例としての圧電式
アクヂュエー夕の概略構成図である。 １０１・・・ノズル部材、１０２・・ノズル、１０３・
・・記録針、１０４・・・ガイド部材、１０５・・・イ
ンク室、１０６・・ノズル部祠、１０７・・ノズル、１
０８・ピン、１０９　　・カイト部材、１１０・インク
室、１コ］・・・インクジェットヘッド、１］２・・イ
ンク補給手段、１１３・・駆動手段、１１４・・圧電素
子、１１５・・金属板、１１６・・積層型圧電素子、１
１７，１　１．８，１２１・・・レバー、１１９、１２
０・・・ヒンシ、１２２・・ワイヤー。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ノズルが形成されたノズル部材と、前記ノズルに
   対応したガイド孔を有し、前記ノズル部材の裏面に接し
   て配置されたガイド部材と、前記ガイド孔内を先端が移
   動可能なように配置された記録針と、この記録針の後端
   部に結合し入力される電気信号に従って前記記録針を変
   位させる駆動手段と、前記ガイド孔内の前記ノズル部材
   と前記記録針の間にインクを充填するインク補給手段と
   を含み、電気信号に従って前記駆動手段を励起させるこ
   とにより、前記記録針を変位させ、前記ガイド孔中のイ
   ンクを射出させることを特徴とするインクジェット記録
   装置。
2. （２）正面にノズルが設けられ裏面に前記ノズルに接続
   するインク室が設けられたノズル部材と、このノズル部
   材の裏面に接する板上に設けられ前記インク室に嵌入す
   るピンと、このピンが設けられた板を前記ノズル部材に
   押し付け前記インク室に対応するガイド孔が設けられた
   ガイド部材と、前記ガイド孔内を先端が移動可能なよう
   に配置された記録針と、この記録針の後端部に結合し入
   力される電気信号に従って前記記録針を変位させるため
   の駆動手段と、前記インク室にインクを充填するインク
   補給手段とを含み、電気信号に従って前記駆動手段を励
   起させることにより前記記録針を介して前記ピンを変位
   させ、前記インク室中のインクを射出させることを特徴
   とするインクジェット記録装置。