JPH05246026A - インクジェットヘッド - Google Patents

インクジェットヘッド

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JPH05246026A
JPH05246026A JP4917492A JP4917492A JPH05246026A JP H05246026 A JPH05246026 A JP H05246026A JP 4917492 A JP4917492 A JP 4917492A JP 4917492 A JP4917492 A JP 4917492A JP H05246026 A JPH05246026 A JP H05246026A
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ink
pressurizing chamber
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Tomoaki Takahashi
智明 高橋
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(57)【要約】 【目的】 加圧室の出口からノズルまでの長さが異なる
複数のノズルから、同一の容積のインク滴を同一の噴射
速度で飛び出させることを可能にし、特性差を補正する
電気回路を不要にして安価に提供することにある。 【構成】 流路基板1の上面に共通のインク溜り2を設
け、インク溜り2と複数の加圧室4…の入口4aとの間
を、同じ長さ及び幅の供給路3…により連通する。加圧
室4の出口4bから複数のノズル6…の間は、長さが異な
る連通路5…により連通する。流路基板1の上面に振動
板が接合されており、振動板の上面であって加圧室4に
対向する位置にインク吐出手段である圧電素子8…が固
着してある。各インク流路の音響抵抗及びイナータンス
は、長い連通路5aでは断面積を大きくし、短い連通路5c
では断面積を小さくすることにより均一にされている。
しかも加圧室4の容積を調整することにより加圧室4の
入口4aからノズル6までを含む各流路総容積を実質的に
均一にして、各流路特性を全て一定にしている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、インクジェットヘッド
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、1つの流路基板上に複数のイ
ンク流路が設けられ、各インク流路にそれぞれノズル,
加圧室を平面的に配置し、この流路基板に接合される振
動板には、加圧室に対向的に圧電素子等のインク吐出手
段が設けられている、いわゆるオンデマンド型マルチノ
ズルインクジェットヘッドがある。
【0003】一般にノズルの断面積に比べて、加圧室の
断面積が大きいので、両者を同じピッチで配列すること
ができず、ノズルを所定のピッチで配置し、加圧室に向
って間隔を広げて扇形に配置する構成が取られている。
このために複数のインク流路の長さがそれぞれ相違する
こととなり、ノズルの先端から飛び出すインク滴の大き
さや噴射速度が異なり、画像の均一性を悪くしてしま
う。このために流路間の特性差を補正する電気回路が必
要であった。
【0004】そこで、例えば特公昭59−3150号公
報には、それぞれの加圧室の出口からノズルまでの部分
が、長い流路は断面積を大きく形成し、短い流路は断面
積を小さく形成し、それぞれの流路抵抗を同じにして上
記の問題点を解決する発明が開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ノズルの先端
から飛び出すインク滴の大きさや噴射速度は、流路抵抗
の他に液体の慣性成分(イナータンス)と流路総容積に
も依存する。したがって上記の従来例のように、流路抵
抗のみをそれぞれの流路で等しくしても、イナータンス
と流路総容積が異なっていると、吐出されるインク滴の
容積と速度は等しくはならない。
【0006】そこで本発明の目的は、加圧室の出口から
ノズルまでの長さが異なる複数のノズルから、同一の容
積のインク滴を同一の噴射速度で飛び出させることを可
能にし、特性差を補正する電気回路を不要にして安価に
提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明では、長さの異なる複数のインク流路が設
けられており、複数のインク流路のそれぞれに設けてあ
る複数の加圧室で加圧されることにより、各インク流路
の先端のノズルからインク滴を吐出するインクジェット
ヘッドにおいて、インク流路は、加圧室の出口からノズ
ルまでの部分において、長い流路ではその断面積を大に
し、短い流路ではその断面積を小にしてあるとともに、
加圧室は、長い流路の加圧室ではその容積を小にし、短
い流路の加圧室ではその容積を大にすることによって、
加圧室の入口からノズルまでを含む各流路総容積がイン
ク流路の長短にかかわらず実質的に均一にしてある。
【0008】複数の加圧室は平面形状を同一にしてその
深さをそれぞれ相違させることにより各流路総容積を均
一化する。または平面形状を同一にしてその深さに浅い
部分と深い部分とを設け、浅い部分の面積をそれぞれ相
違させることにより各流路総容積を均一化することがで
きる。
【0009】
【実施例】ノズルの先端から飛び出すインク滴の容積や
噴射速度が、流路抵抗(音響抵抗)の他にイナータンス
と流路容積にも依存することについて、図4に示すモデ
ル流路を用いて詳細に説明する。
【0010】加圧室aの入口からノズルbまでを含むイ
ンク流路Aの全体の音響抵抗をRとし、イナータンスを
Mとし、流路総容積をVとする。圧電素子cに電力が供
給されると、圧電素子c及び加圧室aの一部が変形し、
インク中に圧力が生じる。この変形による加圧室aの容
積減少をΔVとし、インク中の圧力をPとし、ノズルb
からのインクの流出体積をqとすると、次式が成り立
つ。 P=B・(ΔV−q)/(V−q) (1) (Bはイ
ンクの体積弾性率) インク流路の音響抵抗による圧力減少は、インクの体積
速度(dq/dt)に比例するから、 ΔP1 =R・(dq/dt) (2) またイナータンスによる圧力減少は、インクの体積加速
度(d2 q/dt2 )に比例するから、 ΔP2 =M・(d2 q/dt2 ) (3) 上の(1) 式から(3) 式より、次の2階微分方程式が得ら
れる。 M・(d2 q/dt2 )+R・(dq/dt)=B・(ΔV−q)/(V−q) (4) 上の(4) 式を見ると、ノズルbを通過するインクの容積
q及び容積速度(dq/dt)は、インク流路Aのイナ
ータンスM,音響抵抗R,流路総容積Vの全てに依存
し、吐出されるインク滴が同一容積で同一噴射速度を得
るためには、全てのインク流路が同じイナータンス,音
響抵抗,容積速度を持たなければいけないことが判る。
【0011】一般に、流路の断面積が大きくなると、音
響抵抗,イナータンス共に小さくなるが、それぞれの変
化率が異なるため、異なった幅の流路を組み合わせるこ
とにより音響抵抗,イナータンスを同時に合わせ込むこ
とは可能である。
【0012】一例として、流路の断面積が長方形の場合
で説明する。流路の幅をw,深さをd,長さをLとする
と、音響抵抗RとイナータンスMは次の近似式で計算さ
れる。 R=[8・μ(w+d)2 ・L]/(w・d)3 (5)
(μはインク粘度) M=(ρ・L)/(w・d) (6)
(ρはインク密度) 図5に、深さdを一定にし、幅wを変化させた時の、音
響抵抗RとイナータンスMの変化率の変化をグラフに示
している。なお横軸は深さdを1としたときの幅wの比
である。この曲線RおよびMから、幅wが狭いとき、即
ち流路の断面積が小さいときには、音響抵抗Rとイナー
タンスMは共にその変化率が大きい、したがって幅wの
僅かな変化にも大きく影響を受けることが判る。また幅
が広いとき、即ち流路の断面積が大きいときには、音響
抵抗RとイナータンスMは共にその変化率が小さい、し
たがって幅wがかなり変化しても殆ど影響を受けないこ
とが判る。
【0013】このことから、従来行われていたように、
加圧室の出口からノズルまでの部分において、長い流路
では断面積を大きく形成し、短い流路では断面積を小さ
く形成してそれぞれの流路抵抗を同じにすると、各流路
総容積Vの差が助長され、甚だしく相違することにな
り、先に説明したようにノズルから噴射されるインク滴
の体積(流路容積V)を均一にすることは出来ない。
【0014】そこで本発明では、音響抵抗R及びイナー
タンスMの調整は、従来と同様にして加圧室の出口から
ノズルまでの部分において、長い流路では断面積を大き
くし、短い流路では断面積を小さくすることにより行
う。その上で、加圧室の入口からノズルまでを含む流路
総容積の調整は、流路幅が大きく音響抵抗及びイナータ
ンスの変化率が小さい加圧室の容積を調整することによ
って行うこととし、加圧室の出口からノズルまでが長い
流路はその加圧室の容積を小さくし、加圧室出口からノ
ズルまでが短い流路はその加圧室の容積を大きくする。
このようにして長さの異なる複数の流路の音響抵抗,イ
ナータンス,流路総容積をほぼ等しくし、全てのノズル
から噴射されるインク滴の容積q及び容積速度(dq/
dt)を均一にしようとする。
【0015】図1及び図2に本発明の具体的な一実施例
を示しており、流路基板1の上面に、共通のインク溜り
2が設けてあり、このインク溜り2から複数のノズルま
で、複数のインク流路により連通している。このうちの
3本のインク流路について具体的に説明する。インク溜
り2と加圧室4…の入口4aとの間は、各流路とも同じ
長さ及び断面積の供給路3…により連通している。加圧
室4…の出口4bからノズル6…の間は、長さがそれぞ
れ異なる連通路5…により連通している。流路基板1の
上面に振動板7(図2,3参照)が接合されており、振
動板7の上面であって加圧室4に対向する位置には、イ
ンク吐出手段である圧電素子8…が固着してある。
【0016】上に述べたように、音響抵抗及びイナータ
ンスを調整するために、長い連通路5aは幅を広くする
などにより断面積を大きくし、短い連通路5cでは幅を
狭くするなどにより断面積を小さくし、中間の長さの連
通路5bは両者の間の断面積としている。
【0017】供給路3、加圧室4、連通路5、ノズル6
を含む流路総容積については、加圧室4の容積を調整す
ることにより均一にする。その調整の手段として、図2
では、加圧室4の平面形状を圧電素子8の平面形状に合
わせて同一とし、加圧室4の深さを相違させることによ
り行っている。即ち、図2(a)の長い連通路5aに対
応する加圧室4の深さd1 は小さくし、連通路5bに対
応する加圧室4の深さd2 は上記d1 より大きくし、そ
して短い連通路5cに対応する加圧室4の深さd3 はさ
らにd2 よりも大きくしている。このように、連通路5
の長さが短くなるにつれて、加圧室4の深さをd1 <d
2 <d3 というように大きくしていき、流路総容積を一
致させる。なお、供給路3は、圧電素子8に電力が供給
された際にインクの後方への流れを抑制するリストリク
ションとしての作用も果たすものであり、その長さ及び
断面積は均一であるため、その音響抵抗、イナータン
ス、容積は全て一定である。
【0018】加圧室4の容積を調整する他の手段とし
て、図3では、加圧室4の平面形状は、上の例と同様に
圧電素子8の平面形状に合わせて一定とし、加圧室4中
に、深い部分d4 と浅い部分d5 を設け、浅い部分d5
の面積を相違させている。即ち、図3(a)の長い連通
路5aに対応する加圧室4は、浅い部分d5 の長さL1
を長くし、これより短い連通路5bに対応する加圧室4
は、浅い部分d5 の長さL2 を上記L1 より短くしてい
る。そして最も短い連通路5cに対応する加圧室4は、
浅い部分を無くし、深い部分d4 のみで構成している。
このように加圧室4の深さに深い部分d4 と浅い部分d
5 を設け、浅い部分d5 の長さを、流路5の長さが短く
なるにつれて、L1 >L2 というように次第に短くする
ことによって、浅い部分d5の面積を相違させて、流路
総容積を一致させる。
【0019】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明では、加
圧室の出口からノズルまでが長い流路ではその断面積を
大にし、短い流路ではその断面積を小にして流路の音響
抵抗およびイナータンスを均一に揃えてあり、また加圧
室の容積を調整することによって、加圧室の入口からノ
ズルまでを含む各流路総容積を実質的に均一にしてい
る。従って各流路特性は均一であるため、加圧室の出口
からノズルまでの長さが異なる複数のノズルから、同一
量のインク滴を同一の噴射速度で飛び出させることを可
能にし、吐出特性を均一にでき、印字品質が高められ
る。また流路設計を変えるだけで実現できるので、余分
な工程や部品を必要とせず安価に提供することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す振動板を省略した平面
図である。
【図2】(a),(b),(c)は流路の長さが異なる
場合の各要部断面図である。
【図3】(a),(b),(c)は流路の長さが異なる
場合の他の実施例を示す各要部断面図である。
【図4】音響抵抗,イナータンス,流路容積を説明する
モデル流路の平面図である。
【図5】長方形流路の音響抵抗とイナータンスの変化率
の変化を説明するグラフで、横軸は深さを1としたとき
の幅、縦軸は変化率である。
【符号の説明】
4 加圧室 4a 加圧室の入口 4b 加圧室の出口 5,5a,5b,5c 連通路(加圧室の出口からノ
ズルまでの部分) 6 ノズル d1 ,d2 ,d3 加圧室の深さ d4 加圧室の深さの深い部分 d5 加圧室の深さの浅い部分 L1 ,L2 浅い部分の長さ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 長さの異なる複数のインク流路が設けら
    れており、上記複数のインク流路のそれぞれに設けてあ
    る複数の加圧室で加圧されることにより、上記各インク
    流路の先端のノズルからインク滴を吐出するインクジェ
    ットヘッドにおいて、 上記インク流路は、上記加圧室の出口から上記ノズルま
    での部分において、長い流路ではその断面積を大にし、
    短い流路ではその断面積を小にしてあるとともに、 上記加圧室は、上記長い流路の加圧室ではその容積を小
    にし、上記短い流路の加圧室ではその容積を大にするこ
    とによって、加圧室の入口からノズルまでを含む各流路
    総容積が上記インク流路の長短にかかわらず実質的に均
    一にしてあることを特徴とするインクジェットヘッド。
  2. 【請求項2】 請求項1において、上記複数の加圧室は
    平面形状が同一でその深さがそれぞれ相違するものであ
    ることを特徴とするインクジェットヘッド。
  3. 【請求項3】 請求項1において、上記複数の加圧室は
    平面形状が同一でその深さに浅い部分と深い部分とを設
    け、上記浅い部分の面積がそれぞれ相違するものである
    ことを特徴とするインクジェットヘッド。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08276587A (ja) * 1995-04-04 1996-10-22 Nec Corp インクジェットプリントヘッド
EP1024003A2 (en) * 1999-01-29 2000-08-02 Seiko Epson Corporation Ink jet recording head with improved ink supply channels
US7204579B2 (en) 2003-09-24 2007-04-17 Fujifilm Corporation Droplet discharging head and inkjet recording apparatus

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EP1024003A3 (en) * 1999-01-29 2000-08-30 Seiko Epson Corporation Ink jet recording head with improved ink supply channels
US7204579B2 (en) 2003-09-24 2007-04-17 Fujifilm Corporation Droplet discharging head and inkjet recording apparatus

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