JPH0331141B2 - - Google Patents

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JPH0331141B2
JPH0331141B2 JP9169484A JP9169484A JPH0331141B2 JP H0331141 B2 JPH0331141 B2 JP H0331141B2 JP 9169484 A JP9169484 A JP 9169484A JP 9169484 A JP9169484 A JP 9169484A JP H0331141 B2 JPH0331141 B2 JP H0331141B2
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JP
Japan
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ink
pressure chamber
pressure
recording
orifice
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JP9169484A
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JPS6068965A (ja
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Eru Kaizaa Edomondo
Bii Shiaazu Sutefuan
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Konica Minolta Inc
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Konica Minolta Inc
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Publication of JPH0331141B2 publication Critical patent/JPH0331141B2/ja
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/015Ink jet characterised by the jet generation process
    • B41J2/04Ink jet characterised by the jet generation process generating single droplets or particles on demand
    • B41J2/045Ink jet characterised by the jet generation process generating single droplets or particles on demand by pressure, e.g. electromechanical transducers
    • B41J2/04501Control methods or devices therefor, e.g. driver circuits, control circuits
    • B41J2/04581Control methods or devices therefor, e.g. driver circuits, control circuits controlling heads based on piezoelectric elements
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/015Ink jet characterised by the jet generation process
    • B41J2/04Ink jet characterised by the jet generation process generating single droplets or particles on demand
    • B41J2/045Ink jet characterised by the jet generation process generating single droplets or particles on demand by pressure, e.g. electromechanical transducers
    • B41J2/04501Control methods or devices therefor, e.g. driver circuits, control circuits
    • B41J2/04588Control methods or devices therefor, e.g. driver circuits, control circuits using a specific waveform

Description

【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野] 本発明はノンインパクト記録装置に関し、特に
印刷ヘツドのオリフイスからインクの小滴を噴射
する形式にいわゆるインク噴射記録装置に関する
ものである。 [従来技術] 従来のノンインパクト記録装置においては、情
報パターン(文字、数字、記号、図形等)を作る
各種の装置が利用されていて、それらは静電式、
電解式、放電式、感熱式等の各記録装置としてよ
く知られている。しかしこれらは何れも特殊処理
された記録用媒材を必要とするばかりでなく、中
には複雑なプロセス及び特殊な印刷用処理媒材を
要するものである。 そのため、これらの装置のもつ欠点を改善する
形でインク噴射記録装置が開発された。これはイ
ンクの小滴を無処理の記録媒材(以下記録紙と称
する)上に所定の情報パターンで付着させて印刷
するというもので、高速印字、低騒音、普通紙使
用による安いランニングコスト等の特徴をもち、
有望な記録装置として近年、注目されてきてい
る。 然して、インク噴射記録装置において、高速且
つ低騒音をもつて広範囲の情報パターンを精度よ
く記録するためには、インクの噴射作用自体がそ
れらの目的に合致するようになつていなければな
らない。そのためには、 情報パターンの正確性を維持するために、イ
ンク小滴の飛行特性を全インク小滴について、
あらゆる使用環境下で常に安定化させなければ
ならない。 高速度で多数の小滴を噴射するのであるから
インクの無駄な消費を避けることが望ましい。 記録紙とインク噴射ヘツドとの相対移動を高
速且つ、スムーズに行わせるために、インク噴
射ヘツドの構成をできる限り軽量小型にするこ
とが望ましい。 更には、長期間の使用の目的とするのである
から、装置としての信頼性を高く保つことは勿
論、特に、インク噴射ヘツドの構造は、故障排
除の意味からも、また保守点検のためからも、
できるだけ構造は簡単確実であることが望まれ
る。 当然のこととして、低価格のものであること
が望まれる。 等の条件が装置設計上の基本的な条件として望ま
れるのである。しかしながら、現在知られている
インク噴射記録装置は、その何れもが、必ずしも
これらの基本的な条件を満たしているとは言えな
いものばかりである。 従来のインク噴射記録装置のうちその第1の方
式は、特公昭42−8350号公報、特公昭42−4381号
公報および特公昭44−4517号公報に記載されてい
るように、 ◎予めインクに高い圧力を与えて、インクをノズ
ル先端から連続的に流出せしめ、 ◎ノズル振動子によつて機械的に振動させること
により、確実にインク小滴を形成せしめ、 ◎次に、ノズル前方に設置された帯電電極を利用
して、噴射された各インク小滴に情報パターン
に応じた電荷を付与し、 ◎更に高電圧電界を発生する偏向電極板をインク
小滴の飛行空間に設置して、該一定高圧電界を
通過するインク小滴を、各小滴の電荷量に応じ
て偏向させ、それにより、所定の情報パターン
を記録紙上に形成するという方式である。 しかしながら、この方式には次のような欠点が
ある。即ち、 (a) インクに高い連続的圧力を与えるため、特殊
な加圧装置を必要とする。 (b) ノズルを磁歪振動子または圧電振動子などを
用いて機械的に高速振動させるために、ノズル
構造が極めて複雑となる。 (c) ノズルから高圧力で噴出されたインク柱を振
動子によりインク小滴化する際に、インク小滴
を規則正しい時間間隔で、且つ、均一寸法にす
る必要があるため、実際の製品化に当たつて
は、複雑な装置ならびに電気回路を要する。 (d) 帯電電極に高電圧を要し、且つ、インク小滴
を荷電させる際に、情報パターンに応じて制御
する必要があるので、その制御に精密さを要求
され、その装置は高価になる。 (e) 振動子によるインク小滴の形成と、小滴への
荷電時間を正確に同期させる必要があるためそ
の同期手段が複雑になる。 (f) 偏向電極にも数千ボルトの高電圧を与える必
要がある。 (g) 帯電電極や偏倹電極がゴミおよびインクによ
り汚されやすいため、所定の性能発揮を、それ
らにより阻害されやすい。従つてそれの対策を
要求される。 (h) 更には、ノズルと電極間に高電圧を印加する
ことにより、インクの電気分解を生じさせるこ
とによつて、ノズルおよび電極に腐触性のある
副産物を生じ、それがノズルおよび電極を著し
く劣化させる原因となるので、その防止対策が
要求されることになる。 (i) ノズルから連続的にインク小滴が噴射される
ことは、情報パターンの形成に関与しない多数
の小滴を噴射するので、これら不必要なインク
を回収して再使用又は廃棄するための余計な装
置を必要とする。 等である。これらの欠点を克服して、前記基本条
件に基いて、信頼性の高いインク噴射記録装置を
作るためには、尚、解決すべき多くの技術的問題
点があり、精密且つ複雑な装置ならびに電気回路
を要し、製品は高価になる。 その第2の方式は、特公昭36−13768号公報に
示されるように、連続して飛翔中のインク小滴を
偏向動極により、基準の軌道(Trajectory)か
ら偏向させて、情報パターンを形成するというこ
とに関しては、前記第1の方式と同じであるが、
ただ、インク小滴を形成する点と、偏向電界の強
さを変化させて、インク小滴の飛翔方向を偏向す
る点においてのみ、前記第1の方式と異なるもの
である。即ち、 ◎先づ、ノズルの前記空間中に加速電極と偏向電
極とを、それぞれ設置し、 ◎次に、ノズル先端でインクが凸状メニスカス状
態になるような圧力をインクに加え、且つ、ノ
ズルから流出しない状態に保ち、 ◎該加速電極とノズル中のインクとの間に一定の
高電圧を印加して、この強い静電界の作用によ
り、ノズルからインクを吸出し、吸出されたイ
ンクの流れは、本質的に一定の液量および電荷
を有する連続したインク小滴に分断される。 ◎更に加速電極の外方に設けた、偏向電極に入力
信号に応じたでの制御を行い、電界の通過する
インク小滴を偏向せしめ、これにより所定の情
報パターンを記録紙上に形成するという方式で
ある。 しかしながら、この方式にも前記第1の方式に
劣らない欠点が存在する。即ち、インク小滴の
形成時期と高圧パルス印加時期との同期性、そ
れぞれの電極にゴミやインクが付着しやすいとい
うこと、高電圧によるノズル、電極の劣化、お
よびインク小滴による情報パターン創成時に不必
要なインク小滴が生じるという事柄に関しては、
何れも第1の方式の場合の欠点と同じであるが、
その上に (イ) ノズルの静電吸出作用を利用するので小滴形
成速度に制限があり、高速印字は不可能とな
る。 (ロ) 加速電極とノズル間に数千ボルトの高電圧を
与える必要があるため装置が高価になる。 (ハ) 更には、偏見電極にも、数千ボルトの高電を
与える必要があり、且つ、これをそれぞれのイ
ンク小滴毎に、情報パターンに応じて変化させ
なければならないので、その制御は困難さを伴
う。 等である。これらの欠点を克服して、前記基本条
件に基いて、信頼性の高いインク噴射記録装置を
完成させるには、尚、解決すべき多くの技術的問
題点があり、精密且つ、複雑な装置ならびに電気
回路を要す。また第1の方式に比し、高速印字が
できないという基本的欠点が存在する。 尚、極めて特殊な例であるが、もう1つの方式
も知られている。それは、米国特許第2512743号
明細書に示されている。この開示によれば、イン
クを満たしたホーン状のノズル内に、機械的共振
周波数で超音波衝撃波を連続的に発生させ、衝撃
波がノズルの内部傾斜面に沿つて大径部から小径
部まで移動していく過程で、衝撃波の強さが増大
し、この超音波衝撃波によつてインクに生ずるキ
ヤビテーシヨンの気泡作用により、ノズルの端部
からインクの噴霧を噴射させるものである。しか
し、この方式には次の欠点がある。 (a) この装置は、機械的共振によつて定まる一定
速度で動作する。 (b) 噴射系は、一滴の噴射後に平衡状態に復元し
ないから、一個の電気的信号に応答して、一個
のインク小滴を形成することはできない。多数
の信号の複合した共振効果がインク噴射に必要
である。 (c) インクは噴霧状に噴射されるので、高精度の
情報パターンを得るために制御することは困難
である。 これがため、この方式はこのままでは汎用のイ
ンク噴射記録として用いることが出来ず、その改
善策が望まれているものである。 従つて、この方式は現段階では、あくまで特殊
目的に用いられる方式という認識の場を出ないも
のであり、加えて前記基本条件の大部分にも合致
しないものと言うことができる。 [発明の目的] 本発明の目的は、必要に応じてインクを噴射で
き、かつ効率的なインク噴射が可能なインク噴射
記録装置を提供することにある。 [発明の構成] 本発明の構成は、記録用インクを収容し、当該
インクに静圧力を付与するインク溜り、前記静圧
力とインクの表面張力とにより非記録時にインク
を平衡状態に保つ一定開口径を有するオリフイ
ス、前記インク溜りに連通した圧力室、前記圧力
室が前記インク溜りと連通するように前記圧力室
と前記インク溜りを連結し、前記圧力室にインク
を供給する入口通路、前記圧力室の上に設けら
れ、1つの電気パルスに応答して前記圧力室の容
積を急激に減少せしめ、インクの一部をインク小
滴として前記オリフイスから記録媒体方向に噴射
させる平板状の電気機械変換素子、前記圧力室を
挟んで前記入口通路と対向して設けられ、前記圧
力室と前記オリフイスとを連通する出口通路、と
を有し、前記入口通路と前記出口通路とを前記平
板状の電気機械変換素子に平行に形成した印字ヘ
ツド、前記電気機械変換手段に、非記録時には、
前記電気機械変換素子を上方に凸形状に変形せし
める負の電圧を印加し、記録時には、前記電気機
械変換素子を下方に凹形状に変形せしめる正のパ
ルス電圧を印加する手段、とを有するインク噴射
記録装置である。 [実施例] 以下、本発明に係る印字ヘツドを搭載した前記
インク噴射記録装置を図示実施例に基いて説明す
る。 第1,2,3図は本発明が利用されるインク噴
射記録装置の原理を説明させるための実施例の概
略図である。 第1図は、記録紙12に情報パターンを記録す
るようにした装置11を示す概略図である。記録
紙12は装置11に対し、供給ローラ13から巻
き取りローラ14まで動くように示してある。し
かし、装置11と記録紙12との間の相対的な運
動は、装置11と記録紙12との何れか、又は両
方を実際に動かし得るような適当な方法で行うこ
とができることは明らかである。 装置11は、使用する特定のインクを貯蔵する
適当なインク溜り16を含んでいる。このインク
溜り16は連通管17を通つてインク小滴を噴射
する装置即ち、印字ヘツド(インク噴射ヘツド)
18に通じている。電子パルス発生装置19はパ
ルスをワイヤのような適当な伝送手段21を通し
て印字ヘツドにパルス電圧を送る。この時、印字
ヘツド18は前記発生装置19からの1発のパル
ス電圧を受けると、インクの1個の不連続な小滴
22をオリフイス24から噴射する。即ち、各パ
ルス電圧は、それぞれ1個のインク小滴を作り、
その液量は印加されたパルス電圧のエネルギーに
よつて制御されている。 第1図に示す実施例においては、記録紙12が
印字ヘツド18を通過する時に噴出されたインク
小滴の群が記録紙上に線23を形成するようにな
つている。 正確な情報パターンの記録を記録紙上に形成す
るためには、印字ヘツド18のオリフイス24か
ら記録紙12まで実質的に直線軌道を画いてイン
ク小滴が飛行するようにしなければならない。 また、装置11と記録紙12とを相対的に正確
に位置決めすることによつて、電子パルス発生装
置19からのパルス信号に基いて予定の情報パタ
ーンを形成するようにインク小滴を衝突させるこ
とができる。更に、情報パターンの記録を最良に
するためには、インク小滴は正確な形及び液量に
する必要がある。即ち、これは小滴毎にその大き
さが均一で、且つ、パルス発生装置19からの電
子信号の間隔通りにインク小滴を噴出することを
意味する。 第2及び第3図は、好ましい小滴噴射装置、即
ち印字ヘツド18の詳細な構造を示す平面図及び
断面図である。但し、第3図の断面図において
は、構造説明の都合上印字ヘツド18は電源が投
入されていない時の状態(後述の圧力板41に何
等の通電もされていない状態)で示してある。印
字ヘツド18は圧力室37の部分を形成するハウ
ジング36から成つている。連通管17はインク
をインク溜り16からの圧力室の入り口通路38
に送る。圧力室37は出口通路39を含んでい
る。圧力室37の上方の壁は、圧力板(可撓板)
41によつて形成されている。圧力板41は好ま
しくはピエゾ電気材料によつて形成されている。
図示する実施例において、圧力板41は横方向に
膨張する2枚のピエゾ電気プレート42,43か
ら成り立つていて、何れも薄板状円板をなし、こ
れらは導電性薄膜44によつて相互に固定されて
いる。プレート42,43の外面には導電性被覆
46,47が取り付けられており、これが両プレ
ートの面に電気的に接続し、且つ、ワイヤ48,
49によつて外部に導かれている。そのため2つ
の表面に電圧を印加することによつてプレート4
2,43に電圧をかけることができる。この場合
プレート42,43に適当な正の電圧をかける
と、一方のプレート42が収縮すると共に、他方
のプレート43は膨張して第6図及び第7図に示
すような圧力板41が圧力室37の内側へ撓み、
また逆に両プレート42,43に適当な負の電圧
をかけると、今度は逆に前者のプレート42が膨
張すると共に、後者のプレート43が収縮して、
第5図及び第8図に示すように圧力板41が圧力
室37の外方へ撓むことになる。 このように圧力板41は、2枚のピエゾ電気プ
レート42,43を接合して一体構造を成したも
のであり(以下バイモルフと呼ぶ)、1枚の電気
プレートのみの圧力板(以下ユニモルフと呼ぶ)
に比して、所定のパルスに対し約2倍の変形をす
るから、圧力室37の容積変化効率が高い。 バイモルフはユニモルフに比して少ないパルス
電圧ピーク値によつて達成できることになる。上
記バイモルフ、ユニモルフ何れの場合にも円板状
になすと、印加電圧に対する変形効率が良いか
ら、圧力室37の容積変形にも有効である。 然して正の電圧印加で圧力板41が圧力室37
の内方へ撓むと、圧力室の容積は減少し、圧力室
内のインクに圧力が加えられ、インクの一部を出
口通路39の方に押し出し、記録紙12に向かつ
て噴射し、一方残りのインクをインク溜りの静水
圧に抗して連通管17を介してインク溜り16に
戻るようにする。出口通路39の端部は精密な直
径のオリフイス52で終わつており、これによつ
て印字ヘツド18から噴射されるインク小滴の直
径が正確に制御される。インク小滴の大きさは、
プレート42と43にかかる電圧及びそのパルス
幅並びにオリフイス52の直径の関数である。 圧力板41はエポキシ樹脂接着剤のような適当
な取付手段によつて、第3図に示す通り、印字ヘ
ツドのハウジング36内に収められている。尚、
圧力板41として適当なピエゾ電気変換器は、米
国オハイオ州のクレバイト・コーポレーシヨンに
より、商品名“バイモルフ”として市販されてい
る。 さて、印字ヘツド18に電源(図示せず)が投
入され、まだ圧力パルスが送られないときは、第
4図Aに示すように、パルス発生装置19から負
の電圧が圧力板41に印加されるから圧力板41
は印字動作に先立つて第5図に示すように外側に
撓んだ状態に保持される。この場合、インクはオ
リフイス52から伸びる僅かなメニスカスをつく
ることになる。このメニスカスはインク溜り16
からの静圧が圧力室37のインクにかかるためで
ある。インクの表面張力はインクがオリフイスか
ら滴下しないようにしている。 然して、印字に際しては、圧力板41のこの状
態において前記パルス発生装置19からの正のパ
ルス電圧が印加されることによつて、インク小滴
の噴射が行なわれることになる。即ち、導線4
8,49を介してパルス発生装置19らの選定さ
れた振幅及びパルス幅をもつ電気パルス信号が圧
力板41に印加されると、圧力板41は第5図の
状態から平面状態を経て第6図の状態に急激に移
行して、圧力室内の容積を減少せしめ、圧力室3
7内のインクに急激な圧力パルスを与える。圧力
室内のインクはこの圧力パルスにより、出口通路
39を通つてオリフイス52に進み、そして第3
図の概略図で示す通り、パルスに応答した不連続
な小滴としてオリフイス52から噴射される。こ
の小滴22は記録紙12に衝突し、そして印字ヘ
ツドと記録紙の間の相対運動は、その相対運動の
方向及び大きさによつて線またはその他の形状を
構成することになる。 以上のように、圧力板41は噴射前には負の電
圧が印加されていて、上方に凸形状をなし、噴射
時には正の電圧が印加されることにより上方に凹
形状に変形せしめられるから、その容積変化量
は、無負荷電圧から正または負の電圧を印加する
場合に比して約2倍となり、圧力室37の容積変
化効率は大きい。また印加するパルス電圧のピー
ク電圧値をより小さくして同一の容積変化を得る
ことができる。尚、噴射後には圧力板41には再
び負の電圧を印加して上方に凸形状に復帰せしめ
て、次の信号を待機する。 入口及び出口通路38,39の大きさは使用す
るインクの粘度によつてある大きさに規制され
る。より大きい管は一層粘度のあるインクの場合
に必要であろう。圧力板41による圧力パルスが
オリフイス52からインク小滴22を噴射する
時、その圧力はまたインクをインク溜り16から
加わるインクの静水圧に抗して入口通路38から
インク溜りへ逆流するように働く。この場合逆流
の量は入口通路38の長さ、及び直径を調節する
ことにより制限され、そしてインクの摩擦阻止力
はインク小滴の噴射中に生じる逆流量を制限す
る。 尚、層状になつた液体の流れが長さLの管を、
速度Vで流れるときの摩擦阻止力Fは、次の式に
よることが判明している。 F=8πηLV 但し、ηは液体の粘性係数である。 而して、インク溜り16にかかる静水圧は、圧
力室内のインクを入口通路38内に戻さないで、
小滴がオリフイス52から出るように作用する。
2インチの静水圧は大部分の目的に対して十分で
ある。もし、入口通路38を通る逆流が制限され
ないと、圧力板41からの圧力パルスは大量のイ
ンク入口通路38を通して逆方向に押すことにそ
の大部分のエネルギーを費され、インク小滴22
をオリフイス52から噴射するために必要な圧力
室内の圧力を十分高めることができなくなる。 また出口通路39の長さ、及び直径は、静圧水
と入口通路38及び連通管17によつて生ずる摩
擦損失に比較してより低い摩擦損失になるように
選定する必要がある。 インク溜り16を通じて加えられる許容可能の
静水圧は Pmax=4S/D によつて表される。 但し、 Dはオリフイスの直径 Sはインクの表面張力の定数 しかし、オリフイス52でメニスカスを安定さ
せるためには、インクが印字ヘツド18のハウジ
ング36の前面を濡らしてはならないことであ
る。即ちインクとハウジング36の前面との間の
自然接触角を90゜以上にする必要がある。この状
態は、水性のインクを使用し、ハウジング36の
前面57をテフロン(米国デユポン社の商品名)
で被覆すれば満足される。面57にテフロンを被
覆するのが好ましいけれども、この発明の目的に
適つた接触角を90゜以上にしたインクと固体の組
み合わせは他に多数ある。 第4図A,Bは時間の関数として、圧力板41
への入力電圧と、圧力室37の液体にかかる圧力
との相関関係を模式的に示す図である。 噴射系は、正の入力電圧パルス62が圧力板4
1に時間t1において印加される直前まで第5図の
状態を保つているが、t1において印加される正の
電圧は圧力板41を第6図の状態まで撓ませ、そ
れによつて、第5図の状態時の値の約10倍になる
までインクにかかる圧力を増加させる。インクに
かかる圧力の最大値の(点64)は、1〜20psi
の(ポンド/平方インチ)の範囲内に設定するこ
とができる。特に5psi前後が好ましい。 この場合、圧力板41の反応時間とインクの慣
性とがあるために、たとえ時間t1における電圧パ
ルスの印加が急速であつても、インクの圧力は直
ちには上昇しない。 即ち、第4図に示すように時間t1までは所定の
静止値に保たれていたインク圧力は時間t2におけ
る点64の位置で最大値に上昇する。この点64
における増加したい高い圧力は、オリフイス52
においてインクに駆動力として作用するから、出
口通路39におけるインクの柱はオリフイス52
から流出して高速度に達する。この高速度はオリ
フイス52におけるインクの表面張力に打勝つ
て、インク柱をオリフイス52から突出させる。 而して所定の時間、即ち第4図におけるt2から
t3までの時間が経過して、パルス発生装置19か
らの電圧が負の初期電圧にスイツチバツク(切換
え)されると、圧力室37内の圧力は、時間t4
おいて点66で示す値まで急速に低下し、最後に
時間t5においてその静止状態67に戻る。 この際、特に突出したインク柱は前述の突出速
度とこの圧力低下作用との関係により、小滴22
となつてオリフイス52から分離し、記録紙まで
実質的に自然の直線的な軌道をとつて飛翔し、記
録紙に到つて線28の中の一小点を作ることにな
る。この過程は、一連の第5〜8図に詳細に記載
されている。 第5図は時間t1以前の状態、即ち電源が投入さ
れて、圧力板41にパルス発生装置19からの負
の電圧が印加されている状態における印字ヘツド
の断面図である。 この状態において、パルス発生装置19から印
字のための正の電圧パルスが印加されると、上方
に撓んでいた圧力板41は平面状態を経て内方へ
撓み第6図の状態に移行する。 第6図は圧力板41の内方撓みが最大のとき、
即ち時間t3における圧力室の状態を示す。この場
合、圧力板41への正電圧印加は、一方のプレー
ト42の収縮及び他方のプレート43を膨張を生
じさせることにより、圧力板41を内方へ撓ませ
圧力室37の容積を減少せしめて、或る量のイン
クを移動させるように働く。 この時、入口通路38にかかるインク溜り16
における静水圧、インクの粘度、入口通路38の
長さ、及び入口通路の直径並びに前に述べた事柄
によつて、前記移動されたインクの一部は入口通
路38を通つて連通管に逆流する。 しかし、圧力板41により生じさせられる圧力
室37内におけるインクの移動は主としてインク
柱101をオリフイス52から押し出す作用をす
る。 第7図は、圧力板41がなお最大に撓んでいる
けれども、電圧の供給が第5図に点66で示すt4
において低下した後の状態を示す。 換言すれば、内方に最大限に撓んでいた圧力板
41への電圧印加が逆になつて該圧力板41が第
5図の状態に戻り始める状態を示したものであ
る。この場合、圧力室37内のインク圧力は第4
図Bに示すように最も低下するから、インク柱1
01の加速は減速に転ずる。しかし、インク柱1
01の一部(先端部)は既に飛び出し速度に達し
ているので、減速しつつあるインク柱から分離し
てインク小滴102を作る。その際インク柱の残
部は、圧力室37内のインクになお連通してい
る。 第8図は、第4図において、時間t5における噴
射系の状態を示す。即ち、圧力板41が第4図B
点67に示す位置において、時間t5におけるその
準備位置(正の電圧パルスが印加される前の状
態)に戻つたところを示す図である。 この場合、第4図Bで示す点66から点67に
至る間のインク圧力の低下作用は、インク柱10
1の残部を出口通路39内に吸い込むように作用
する。 この間、オリフイスから飛び出したインク小滴
102の表面張力は、該小滴の形状を球形にする
ように働く。各パルスが小滴を作つた後、噴射系
は第5図に示すように平衡状態に戻る。 尚、噴射するインクの量は、時間t1からt3まで
の出力パルスの幅及び電圧値、即ち加えられるエ
ネルギーに依存するから、この時間の長さを変更
すると、4ミルから25ミルまでの間の直径を有す
るインク小滴を作ることができる。このようにし
て印加する次のパルス68は別のもう1つの小滴
を噴射する。そのため、小滴の頻度はパルスが印
加されるときの電圧パルスの頻度によつて制御さ
れる。 高品質のインク小滴を急速に出すため、第1〜
3図に記載する装置を用いたときの特定のパラメ
ータの例は、下記の通りである。
【表】 第9図は、インクのドツト構成により、文字、
数字のようなパターンを印字する点を除けば、第
1図に示すものと同じ装置の概略図である。 これは、電子パルス発生装置19によつて個々
に制御できる一連の印刷ヘツド111−120を
有する。印刷ヘツド111−120はスタツク1
10の中に垂直にまとめられているので、同時に
1−10のインク小滴を噴射することができる。
この発明によつて、文字“T”を印刷するものと
仮定する。第11図は、文字“T”がX軸に9個
所の位置を有し、Y軸に10個所の位置を有するイ
ンクの点の行と列から構成するための方法を示
す。文字“T”は、先ずX軸の位置1にスタツク
110の位置を決めることによつて第9図に示す
装置によつて次のように形成される。即ち、最上
段の印刷ヘツド111を駆動してインク点がY軸
の10の位置に記されるようにする。次に、スタツ
ク110をX軸の位置2に動かし、印刷ヘツド1
11を再び駆動してY軸の位置10に別のインク点
を記すようにする。この過程は、スタツク110
がX軸の位置5に位置するまでつづけられ、その
とき10個のすべての印刷ヘツドを駆動してインク
小滴が印刷ヘツド111−120のそれぞれから
噴射されるようにする。これは、文字“T”の垂
直方向構成要素をつくるようにY軸上の1から10
までの位置に小滴を記す。その後スタツク110
がX軸上の位置6から9まで動くとき印刷ヘツド
111を駆動して、それぞれY軸の位置10に点を
印刷するようにする。 第9図は、111から120までの10個の印刷
ヘツドを示しているが、読みやすい文字は少なく
とも5個の垂直方向の位置によつてつくることが
できることが知られている。しかし、見易い構成
の文字を作るためには印刷ヘツドは7−10個の垂
直位置を有するのが好ましい。 スタツク110は、親ねじ122に協動するね
じつき支持体121に取り付けてある。親ねじは
その端部123,124において回転可能に軸受
けされており、ステツプモーター126に駆動さ
れる。親ねじ122におけるインチ当りのねじ山
の数は、ステツプモーター126の各単位回転量
が第11図のX軸において印刷ヘツドを相隣る2
つの列の間を水平方向に動かすように選定されて
いる。この方法によつて、ステツプモーター12
6の各単位回転量は印刷ヘツドを第11図のX軸
に沿つて前の位置から次の位置まで前進させる。 第10図は、第9図に示すような積重ね式にせ
ずに横に並べる関係にした複数個の印刷ヘツド1
31−140を有する装置を示す。記録紙12
は、文字及び他の形状を印刷するためヘツドに対
して垂直方向に動く。一連の印刷ヘツドは、必要
に応じて垂直方向、水平方向のいずれの向きにし
てもよいということを理解できるであろう。従つ
てスタツク状の各ノズルは例えば垂直方向に配置
されたピエゾ電気プレートからインクを供給され
てもよい。同様に、記録紙とヘツドの間の相対的
な動きは垂直方向または水平方向のいずれにもす
ることができる。 本発明によれば、インク噴射時に大きな容積変
化を得ることができるので充分なインク量を噴射
できる。従つて、確実な印字が可能となり、ひい
ては印字品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明に係る印刷ヘツドを搭載し
た小滴噴射記録装置を組み入れた記録装置を示す
略図、第2図は、第1図に示す小滴噴射装置の一
実施例の平面図、第3図は、第2図の線3−3に
沿う断面図、第4A図は、小滴噴射装置に印加さ
れる電圧パルスを示す図表及び第4B図は上記電
圧パルスの印加による、時間の関数としての圧力
室内の液体圧力変化を示す図表、第5図は、ピエ
ゾ電気プレートに電圧パルスが印加される直前の
状態を示す液体噴射装置の断面図、第6図は、ピ
エゾ電気プレートが最大に撓んでいる状態におけ
る該装置の断面図、第7図は、ピエゾ電気プレー
トが元の位置に復帰しようとする状態における該
装置の断面図、第8図は、ピエゾ電気プレートが
元の位置に復帰した時の状態における該装置の断
面図、第9図は、記録紙に複数個の小滴を噴射す
ることのできる装置の略図、第10図は、記録紙
に複数個の小滴を噴射する他の装置を示す略図、
第11図は、第9及び第10図に略図的に示す記
録装置によつて形成された文字を示すものであ
る。 11……記録装置、12……記録用媒材(記録
紙)、16……インク溜り、18……印刷ヘツド、
19……電子パルス発生装置、22……インク小
滴、24……オリフイス、37……圧力室、38
……入口通路、39……出口通路、41……圧力
板(可撓板)、42,43……ピエゾ電気プレー
ト、52……オリフイス、56……メニスカス。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 記録用インクを収容し、当該インクに静圧力
    を付与するインク溜り、 前記静圧力とインクの表面張力とにより非記録
    時にインクを平衡状態に保つ一定開口径を有する
    オリフイス、 前記インク溜りに連通した圧力室、 前記圧力室が前記インク溜りと連通するように
    前記圧力室と前記インク溜りを連結し、前記圧力
    室にインクを供給する入口通路、 前記圧力室の上に設けられ、1つの電気パルス
    に応答して前記圧力室の容積を急激に減少せし
    め、インクの一部をインク小滴として前記オリフ
    イスから記録媒体方向に噴射させる平板状の電気
    機械変換素子、 前記圧力室を挟んで前記入口通路と対向して設
    けられ、前記圧力室と前記オリフイスとを連通す
    る出口通路、とを有し、 前記入口通路と前記出口通路とを前記平板状の
    電気機械変換素子に平行に形成した印字ヘツド、 前記電気機械変換手段に、非記録時には、前記
    電気機械変換素子を上方に凸形状に変形せしめる
    負の電圧を印加し、記録時には、前記電気機械変
    換素子を下方に凹形状に変形せしめる正のパルス
    電圧を印加する手段、 とを有するインク噴射記録装置。
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