JPH04257449A

JPH04257449A - インクジェット記録ヘッド

Info

Publication number: JPH04257449A
Application number: JP1815591A
Authority: JP
Inventors: Kosuke Sasaki; 佐々木　光祐
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1991-02-12
Filing date: 1991-02-12
Publication date: 1992-09-11

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、とくにノズル形状の
工夫によってインク噴射方向の安定化と、インク噴射の
高速度化と、さらに噴射時のエアの巻込み防止とを図り
、結果的に印字品質の向上を図ったインクジェット記録
ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来例について以下に図面を参照しなが
ら説明する。図４は従来のキャビティ板の平面図、図５
は従来の記録ヘッドの側断面図である。いずれも後述す
る実施例と共通な図面である。図４において、シリコン
基板のキャビティ板１上に、インク加圧室５、それに連
続する噴射流路３、ノズル１２、インク供給路６、およ
びインク溜め７を、フォトエッチング等により、溝とし
て形成する。さらに、インク供給路６とインク溜め７と
を連結する部分に、ノズル１２とほぼ同一の深さ，幅の
フィルタ流路８を設けてある。また、インク加圧室５の
入口と出口にインクの流れを円滑にするため、および振
動板９のだれ込みを防止するために島状突起４が設けて
ある。このキャビティ板１の溝側の面と振動板９とを接
合することによって形成される空間がインクの流通路と
なる。そして、振動板９のインク加圧室５に対向する箇
所に、圧電素子１０が固着される。ところで、図５に示
すように、ノズル１２，フィルター流路８の深さに比べ
て、噴射流路３，インク加圧室５，インク供給路６の深
さを、より深くしてある。

【０００３】ノズルについて、さらに詳しく説明する。図６はノズルの横断面図、図７はノズルの側断面図であ
る。これらの図面において、ノズル１２は長さ方向に同
じ方形断面（正確には正方形断面）をもち、その幅Ｇ、
深さＨ、長さＣの寸法はそれぞれ次のとおりである。Ｇ，Ｈ：６０μｍ、一般には４０〜１００μｍＣ：０．
５ｍｍ、一般には０．２〜０．５ｍｍまた、噴射流路３
は、ノズル１２とのつなぎ部分を除き、深さＪ：１５０
μｍで、一定であり、幅がある範囲までテーパ状に広が
り、あとは平行に伸びて図示してない加圧室に連通する
。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したような従
来の技術では、次のような問題があった。ノズルは元来
、流れ抵抗（管路抵抗）が大きい部分であるから、加圧
室で生じた加圧力に対して圧力損失を生じ、噴射圧を減
少させる。その結果、インクジェットの噴射速度、ひい
ては飛距離を低下させる。この噴射速度、飛距離の低下
は、印字品質を阻害する重要な要因となる。

【０００５】一般に、流れ抵抗を下げるためには、長さ
を短くし、幅，深さを大きくすればよい。しかし、長さ
を短くすると、噴射方向が定まらない、つまり不安定に
なる。ともに、噴射速度、飛距離を低下させることにな
る。噴射速度、飛距離を維持しようとすると、圧電素子
の容量を増す必要があり、記録ヘッドの小形化、ノズル
の高密度化の阻害要因となる。また、幅，深さが大きい
と、気泡や塵埃が混入しやすくなり、詰まりの要因とな
る。加えて、ノズルが平行であると、吸引による気泡の
除去が困難になるという保守上の問題もある。また、イ
ンクを噴射した後のインクのメニスカスが、ノズルより
奥まで引き込まれて噴射流路の箇所にまで達することが
起こる。このため、インク流速分布が不均一になり、流
路壁面からの剥離によって噴射時にエアの巻き込みを生
じる。このエアの巻き込みは、インク噴射速度の低下と
、極端な場合にはインク噴射の不能化をもたらす。

【０００６】この発明の課題は、従来の技術がもつ以上
の問題点を解消し、インク噴射方向の安定化と、インク
噴射の高速度化と、さらに噴射時のエアの巻込み防止と
を図り、結果的に印字品質の向上を図ったインクジェッ
ト記録ヘッドを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、請求項１に係るインクジェット記録ヘッドは、イン
ク溜めと、インク加圧室と、インク噴射用ノズルとが、
それぞれ流路を介して連通する溝として形成されるキャ
ビティ板と；このキャビティ板の溝側の表面と一方の面
で接合され、他方の面の前記インク加圧室に対向する位
置に圧電素子が固着される振動板と；を備える記録ヘッ
ドにおいて、前記ノズルは、深さが共通して一定で、開
口端を起点として狭い一定幅の第１の平行部分と、これ
に続き幅が内部に向かって広がるテーパ部分と、さらに
これに続く広い一定幅の第２の平行部分とからなる。請
求項２に係るインクジェット記録ヘッドは、請求項１に
記載の記録ヘッドにおいて、テーパ部分のテーパ角が２
０〜６０度である。

【０００８】

【作用】請求項１または２に係るインクジェット記録ヘ
ッドでは共通に、■加圧室で加圧されたインクが第２平
行部分に沿って導かれ、その噴射方向が初期的に定めら
れ、■テーパ部分を通ることによって絞られて流速を増
し、■第１平行部分に沿って導かれることで最終的に噴
射が方向が定められてインクジェットとなって噴射され
る。しかも、ノズルでの流れ抵抗は、第２平行部分で小
さく、第１平行部分でやや大きくなるだけであるから、
全体としてインクの加圧力の損失が少なくてすみ、また
テーパ部分によって断面積の急激な変化が緩和され、テ
ーパ部分と第１平行部分によってエアの巻き込みが防止
されるため、加圧力の損失抑制が支援され、結果的にイ
ンク噴射速度が大きくなる。請求項２に係るインクジェ
ット記録ヘッドでは特に、テーパ部分のテーパ角が２０
〜６０度であるとき、エアの巻き込み防止が完全になり
、インクの噴射速度が最大水準になる。

【０００９】

【実施例】本発明に係るインクジェット記録ヘッドの実
施例について、以下に図を参照しながら説明する。なお
、実施例の全体については、既に図４，図５を参照しな
がら述べた従来例のとおりであるから、ここでの説明は
省略する。図１は実施例のノズルの横断面図、図２は同
じくその側断面図である。図１，図２において、ノズル
２は、左側の開口部を起点とする平行部２１（発明にお
ける第１平行部分）と、これに続くテーパ部２２（発明
におけるテーパ部分）と、さらにこれに続く平行部２３
（発明における第２平行部分）とからなる。

【００１０】ここで、ノズル開口部の幅，深さ：Ｇ，Ｈ
（従来例と同じ）、平行部２１の長さ：Ａ、テーパ部２
２のテーパ角：２θ、平行部２３の長さ，幅：Ｂ，Ｆ、
ノズル全長：Ｄ、噴射流路３の深さ：Ｊ、で表すと、Ｇ
，Ｈ＝６０μｍＡ，Ｂ＝０．２〜０．５ｍｍＤ＝０．７ｍｍＦ，Ｊ＝１５０μｍ２θ＝６０度

【００１１】ノズル２の動作について図１，図２を参照
しながら説明する。（１）加圧室（図５，図６の符号５）で加圧されたイン
クが、噴射流路３を通り平行部２３に沿って導かれ、そ
の噴射方向が初期的に定められる。（２）次に、インクはテーパ部２２を通ることによって
絞られて流速を増す。（３）次に、平行部２１に沿って導かれることで最終的
に噴射が方向が定められて、開口部からインクジェット
となって噴射される。

【００１２】ここで、ノズル２での流れ抵抗（管路抵抗
）は、平行部２３で小さく、平行部２１でやや大きくな
るだけであるから、全体としてインクの加圧力の損失が
少なくてすむ。またテーパ部２２によって管路の断面積
の急激な変化が緩和され、断面積の小さい平行部２１と
、内部に向かって広がるテーパ部２２とにより、エアの
巻き込みが防止されるから、加圧力の損失抑制が支援さ
れ、結果的にインク噴射速度が大きくなる。なお、この
エア巻き込みについて補足すると、インクを噴射した後
のインクのメニスカスが、ノズルより奥まで引き込まれ
て噴射流路の箇所にまで達すると、このためにインク流
速分布が不均一になり、流路壁面からの剥離によって噴
射時にエアの巻き込みを生じる。しかし実施例では、平
行部２１の断面積が小さいため、インク噴射後のインク
のメニスカスは、ノズルの平行部２１の範囲で止まり、
エア巻き込みが防止されることになる。

【００１３】次に、とくにテーパ部２２のテーパ角（２
θ）が２０〜６０度であるとき、エアの巻き込み防止が
より完全になり、かつインクの噴射速度が最大になる。このことを図３を参照しながら説明する。図３は噴射初
速度のテーパ角に対する特性図である。横軸にテーパ角
（２θ）、縦軸に噴射初速度Ｖをとってある。図３の特
性図から明らかなように、噴射初速度Ｖは、テーパ角が
２０〜６０度の範囲でほぼ最大水準をとる。この最大水
準値は、破線表示の従来の初速値より５０％強ほど増加
している。なお、エアの巻き込み防止がより完全になる
ことで、単位時間当たりの噴射可能回数が増大する別の
効果もある。実験データによれば、テーパ角が２０〜６
０度の範囲で、噴射可能回数が最大水準になり、その値
は従来の値より５０％ほど増加する。この噴射可能回数
の増大は、激しく変動する測定値を高速で送られる記録
紙上に記録するとき、記録曲線が滑らか書かれる効果を
もたらし、これも印字品質向上につながる。

【００１４】

【発明の効果】請求項１または２に係るインクジェット
記録ヘッドでは共通に、加圧室で加圧されたインクが第
２平行部分に沿って導かれて噴射方向が初期的に定めら
れ、テーパ部分を通ることによって絞られて流速を増し
、第１平行部分に沿って導かれることで最終的に噴射が
方向が定められてインクジェットとなって噴射され、し
かもノズルでの流れ抵抗は、第２平行部分で小さく、第
１平行部分でやや大きくなるだけであるから、全体とし
てインクの加圧力の損失が少なくてすみ、またテーパ部
分によって断面積の急激な変化が緩和され、テーパ部分
と第１平行部分によってエアの巻き込みが防止されるた
め、加圧力の損失抑制が支援され、結果的にインク噴射
速度が大きくなる。したがって、インクジェットの噴射
方向が正しく定まり、同じ圧電素子のもとでインクの噴
射速度が増してインクジェットの軌道が直線化し、単位
時間当たりの噴射可能回数が増大し、結果的に印字品質
の向上を図ることができる。請求項２に係るインクジェ
ット記録ヘッドでは特に、テーパ部分のテーパ角が２０
〜６０度であるとき、エアの巻き込み防止が完全になり
、インクの噴射速度が最大になって、印字品質の向上を
支援することができる。具体的には、単位時間当たりの
噴射可能回数と、インク噴射速度とをいずれも従来の値
の５０％強、増すことができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る実施例のノズルの横断面図

【図２
】同じくその側断面図

【図３】噴射初速度のテーパ角に対する特性図

【図４】
実施例と従来例とにおけるキャビティ板の共通な平面図

【図５】実施例と従来例との共通な側断面図

【図６】従
来例のノズルの横断面図

【図７】同じくその側断面図

【符号の説明】

１　　　　キャビティ板２　　　　ノズル３　　　　噴射流路２１　　　　平行部２２　　　　テーパ部２３　　　　平行部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インク溜めと、インク加圧室と、インク噴
射用ノズルとが、それぞれ流路を介して連通する溝とし
て形成されるキャビティ板と；このキャビティ板の溝側
の表面と一方の面で接合され、他方の面の前記インク加
圧室に対向する位置に圧電素子が固着される振動板と；
を備える記録ヘッドにおいて、前記ノズルは、深さが共
通して一定で、開口端を起点として狭い一定幅の第１の
平行部分と、これに続き幅が内部に向かって広がるテー
パ部分と、さらにこれに続く広い一定幅の第２の平行部
分とからなることを特徴とするインクジェット記録ヘッ
ド。
【請求項２】請求項１に記載の記録ヘッドにおいて、テ
ーパ部分は、そのテーパ角が２０〜６０度であることを
特徴とするインクジェット記録ヘッド。