JPS5838108B2 - インクジェット記録装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電気信号に応じて微少インク液滴を吐出させ
、記録紙にインク液滴による画像を記録するインクジェ
ット記録装置に関し、さらに詳しくは、インク液滴を空
気流とともに飛しようさせる空気供給系の改良に関する
。

空気流をインク液滴に付加する方式のインクジェット記
録装置に関しては、同一出願人の出願に係る特開昭５２
−８２４２６号公報により知られている。

第１図は、特開昭５２−８２４２６号公報に記載された
インクジェット記録装置を示すものである。

図に示すように、電気信号を振動に変換する振動源は電
歪素子１と振動板２かも成っており、加えられる電気信
号に応じてインク室内の圧力上昇を生じさせてインク液
滴を吐出する。

インク室は、前記振動板２に隣接した内方の室３と、イ
ンク流入通路６に連結した外方の室５とに分割されてい
る。

この二つの室は結合通路４を介して連結されており、通
路４はインク吐出口６と一直線上にあるように配されて
いる。

インク吐出口６の外側には空気吐出口８が設けられてお
り、空気供給源１４がら空気流路１０を通して送り込ま
れる空気流は、空気室７を通り空気吐出口８より常時流
出しており、電気信号１１に応じてインク吐出口６から
噴出されるインク液滴の飛しようを助けている。

なお、１３はインク溜である。上記したインクジェット
記録装置においては、空気層１２の厚さを８０μ扉以下
に保つことにより、記録装置の階調性を向上させ、閾値
電圧も低下させている。

さらに上記したインクジェット記録装置においては、電
気信号の入力がない時に空気流のみによってインク吐出
口よりインク液滴が噴出することがないようインク溜に
適当な値の圧力を印加する空気圧調整弁１５，１６等の
調整手段を設けている。

以下、この調整手段について、第２図をもとにさらに詳
しく説明する。

なお以後前図と同一部分には同一番号を付し説明を略す
。

第２図は、第１図記載したインクジェットヘッドのノズ
ル付近、空気供給系およびインク供給系を示す図である
。

空気供給源１４は、ヘッド側圧力調整弁１７、インク溜
圧力調整弁１８および空気流路１０を介して空気室７に
連結されている。

またインク溜２０は密閉された空隙２１とインク収納部
２２よりなり、空隙２１は、空気ぬき調整弁１９に連結
されるとともにインク溜圧力調整弁１８を介して空気供
給源１４に連結されている。

インク収納部２２は、プラスチックフイルムの袋とその
内部に収納されたインキよりなり、内部のインキは、イ
ンク供給路９を介して、外方の室５に送られる。

したがって空気供給源１４からの空気流は一方では空気
室７に送られて空気吐出口８より外気に開放され、一方
ではインク溜２０に送られ、プラスチックフイルムの袋
を介してインキに圧力を加える。

ここで、空気室７の圧力はヘッド側圧力調整弁１γによ
って、また、インキの圧力は、インク溜圧力調整弁１８
および空気ぬき調整弁１９によって適当な値に調節され
る。

次に、電気信号の入力がない時の、インク吐出口６の状
態を考えると、表面張力の力でインキがインク吐出口６
内部に保たれていなげればならない。

すなわち、インク吐出口近傍のインク圧力Ｐ１とインク
吐出口近傍の空気圧力ＰＡ′との差（ ＰＩ −ＰＡ’
） がある範囲内にあり、インキが空気層１２を通って
空気吐出口８より流出したり、また逆に、空気がインク
吐出口６を通って、外方の室５に流入したりしないよう
な圧力状態でなげればならない。

インク吐出口６での表面張力によるインク保持力をＰｓ
（但し、インク保持力は、外方の室５がら空気層１２
の方向、および空気層１２から外方の室５の方向の両方
向について等しいと仮定する。

）とすると、インク吐出口近傍の圧力状態は をみたさなければならない。

インク吐出口近傍のインク圧力Ｐ１ は、 インク 供給系に圧力損失の少ない構造を採用しているので、イ
ンク溜２０のインク収納部２２でのインク圧力に近似的
に等しく、したがって空隙２１の空気圧と近似的に等し
い。

一方空気室７の空気圧力をＰＡとすると、空気圧力ｐＡ
は、空気供給系に圧力損失の少ない構造を採用している
ので、空気供給源１４の近傍の空気供給路１０内の空気
圧力と近似的に等しい。

インク吐出口６近傍の空気圧力ＰＡ／と、空気室７の空
気圧力ｐＡとの関係は、一般にＰＡ＞ＰＡｒの関係にあ
る。

したがってＰＡ−ＰＡ′一ＡＰＡとおくと（１）式から が得られる。

すなわち、ヘッド側圧力ＰＡ （空気室７の空気圧に等
しい）とインク溜圧力Ｐ■（インク吐出口６近傍のイン
ク圧力と等しい）は（２）式で示された範囲内になげれ
ばならない。

次に空気供給源１４の立上りおよび立下り特性について
検討する。

第３図は、空気供給源１４が，駆動を開始した時のヘッ
ド側圧力ＰＡおよびインク溜圧力ＰＩの立上り特性を示
したものである。

第３図は縦軸にヘッド側およびインク溜の圧力をとり、
横軸に空気供給源１４の駆動開始直後からの経過時間を
とっている。

ここで使用した装置は第２図に示した構成のものであり
、曲線２３はインク溜圧力ＰＩを、曲線２４はヘッド側
圧力ｐＡを、それぞれあらわしている。

また斜線領域２５は、インク溜圧力ＰＩが曲線２３上に
ある時のヘッド側圧力ｐＡの安定領域を示すもので前記
（２）式を満たすＰＡの範囲を示している。

すなわちヘッド側圧力ＰＡが斜線領域内にある場合は、
第２図のインク吐出口６近傍の空気およびインキの圧力
カハランス（以後、圧力バランスと略す）のとれた状態
にある。

そして、ヘッド側圧力ＰＡが斜線領域２５より図の上方
にあれば圧力バランスがくずれ、空気がインク吐出口６
を通って外方の室５に流入する。

（以後、これをインキの逆流現象と称す）。

また逆にヘッド側圧力ＰＡが斜線領域２５より下方にあ
れば、電気信号を印加しない状態においても、インキが
インク吐出口６より吐出する。

（以後これをインキの自然流出と称す。）第３図から明
らかなように、第２図の装置におげる、圧力の立上り特
性では、インク溜圧力ｐＩに比較しでヘッド側圧力ｐＡ
の立上り時間が短く、斜線領域２５０安定領域を外れる
部分が生じる。

これは、（２）式で示されたＰＡ１Ｐ■ の範囲が狭く
限定された領域にあることに加えて、第２図に示された
装置自体にも起因する点がある。

すなわちヘッド側圧力ＰＡはほぼ空気供給源１４より直
接供給され経路に空気の圧力損失を生じさせるものがな
く、また空気供給源１４がら空気吐出口８に至る間の供
給系内にしめる空気の容積が比較的小さいのに対し、イ
ンク溜圧力ＰＩは、空気の圧力損失を生じさせるインク
溜圧力調整弁１８を通して供給され、しかもインク溜２
０の空隙２１のしめる容積が比較的大きい。

このため、第２図に示された装置は原理的にヘッド側圧
力Ｐｚ、がインク溜圧力ＰＩに比較して立上り時間が短
〜魂のとなっている。

その結果、空気圧力の立上り時に圧力バランスがくずれ
、本来インキが存在すべき場所に空気が流入するという
、インキの逆流現象が生じる。

次に第４図は、空気供給源１４の駆動停止時のヘッド側
圧力ｐＡおよびインク溜圧力Ｐ■の立下りを示したもの
である。

縦軸はヘッド側およびインク溜の圧力を示し、横軸は空
気圧供給源１４の駆動停止直後からの時間を示している
。

曲線２６はインク溜圧力ｐＩの立下り特性を曲線２７は
ヘッド側圧力ＰＡの立下り特性をそれぞれあらわしてい
る。

また斜線領域２８は、第３図と同様に、曲線２６上のイ
ンク溜圧力Ｐエに対するヘッド側圧力ｐＡの安定領域を
示している。

第４図より明らかなように、第２図に示した装置では、
インク溜圧力ＰＩに比較して、ヘッド側圧力ＰＡの立下
り時間が短く、ヘッド側圧力ＰＡが斜線領域２８の下方
にくる時がある。

その結果、空気供給源１４の駆動が停止した時には、前
記駆動開始時とは逆に、インキの自然流出が生じる。

この原因は、前記空気圧供給源１４の駆動開始時とほぼ
同様であり、特に、インク溜２０の空隙２１とインク溜
圧力調整弁１８の存在に起因するところが大きい。

以上詳細に説明したように、特開昭５２ ８ ２４ ２６号公報に記載されたインクジェット記録
装置においては、空気供給源の，駆動開始時に空気が本
来インキが存在すべき場所に流入するイン？の逆流現象
が生じたり、また逆に空気供給源の駆動停止時には、電
気信号を印加していないにもかかわらずインキが吐出す
るインキの自然流出が生じるという欠点があった。

本発明は、上記した欠点のうちでも特に、空気供給源の
駆動停止時のヘッド側圧力ＰＡとインク溜圧力ＰＩの立
下り特性を改良して、インキの自然流出を解消したイン
クジェット記録装置を提供するものであり、立上り特性
においても相当の効果を示すものである。

以下、実施例にしたがって詳細な説明を行う。

第５図は、本発明の一実施例を示したものであり、第２
図に示した装置において、空気流路１０に空気タンク２
９を設けたもので、空気室７への空気供給が空気タンク
２９を介してなされる構造となっている。

前述したように、空気供給源の駆動停止時に生じていた
インキの自然流出は、インク溜圧力Ｐに比較してヘッド
側圧力ＰＡの立下り時間が短かいために生じていたが、
空気タンク２９を付加すると、空気タンク２９の容積分
だけヘッド側圧力ｐＡの立下り時間が長くなる。

したがって、インク溜２０の空隙２１の容積を考慮して
、空気タンク２９の容積を適切な値に設定すれば、ヘッ
ド側圧力ｐＡの立下り特性をインク溜圧力Ｐ１と圧力バ
ランスのとれたものとすることができる。

第６図は第５図の装置を用いた場合の空気圧力の立下り
特性を示しており縦軸、横軸は第３図と同様で曲線３０
、曲線３１はそれぞれ、インク溜圧力Ｐ１およびヘッド
側圧力ｐＡを示しており、斜線領域３２は、曲線３０上
のインク溜圧力ＰＩに対するヘッド側圧力ＰＡの圧力バ
ランスの安定領域を示している。

第５図に示すように、空気タンク２９を設けることによ
って空気供給源１４の１駆動停止時にインク溜圧力ｐＩ
とヘッド側圧力ｐＡを圧力バランスがとれた状態を降
下させることができ、空気供給源の駆動停止時に生じる
インキの自然流出を防ぐことができる。

なお上記実施例においては、立下り特性の改善について
のみ説明したが、空気供給源の駆動開始時においても、
駆動停止時と同様の理由により、空気タンク２９の容積
分だけヘッド側圧力の立上り時間が長《なり、ヘッド側
圧力ｐＡとインク溜圧力ＰＩの立上り特性を改善するこ
とができる。

第７図は、空気供給源の駆動停止時のヘッド側圧力ＰＡ
とインク溜圧力ＰＩの立下り特性を改良した本発明の他
の実施例を示すものである。

第５図の実施例において、空気タンク２９の容積は、イ
ンク溜２０の空隙２１の容積を考慮して設定されたが、
インク溜２０を構成するインク収納部２２の容積は、イ
ンキを使用するとともに減少し、反対に空隙２１の容積
は増大する。

このためインク溜圧力ＰＩの立下り特性がインキの使用
とともに変化してくる。

この現象はインク溜２０のインク収納部２２の容積変化
が大きいほど著しい。

そのため空気タンク２９の容積が一定である場合には、
インク溜圧力ＰＩ とヘッド側圧力ｐＡの立下り時の圧
力バランスが、インク溜２０のインク収納部２２の容積
の変化にともなって、くプれてくる場合がある。

すなわち空気タンク２９の容積をインク溜２０のインク
収納部２２の容積が最大である時をもとにして設定して
いる場合には、インク収納部２２の容積の減少すなわち
空隙２１の容積の増大によってインク溜圧力ＰＩの立下
り時間が長くなり、インキの自然流出が起るようになり
、また、逆に空気タンク２９の容積をインク溜２０のイ
ンク収納部２２の容積が最小である時をもとにして設定
している場合には、インク収納部２２の容積が最大すな
わち空隙２１の容積が最小の時のインク溜圧力ＰＩの立
下り時間が短かすぎるため、インキの逆流現象が生じる
。

このように、第５図の装置では、インク溜２０のインク
収納部２２の容積変化が大きい場合に、ヘッド側圧力Ｐ
Ａとインク溜圧力ｐＩの圧力バランスを保てない場合が
ある。

第７図はこのような欠点を改良した実施例であり、第５
図の装置に、開放時間調整弁３３を介して空気タンク２
９に連結された空気圧力開放器３４、およびインク溜２
０に連結された空気圧力開放器３５を付加したものであ
る。

空気圧力開放器３４，３５は、空気供給源１４の駆動時
には閉じられており、停止時には開放される。

したがって、空気供給源１４の駆動停止時には、同時に
空気圧力開放器３４ ，３５が開放されるのでヘッド側
圧力ＰＡおよびインク溜圧力Ｐ．の立下り時間が短かく
なる。

そのため、圧力バランスがくずれることによって起るイ
ンキの逆流現象および自然吐出は短時間のあいだに解消
され、その？度も少なくてすむ。

第７図の実施例の装置の場合、空気圧力開放器３４，３
５によるヘッド側圧力ＰＡおよびインク溜圧力ｐＩの圧
力降下が瞬時に行なえるならば、圧力バランスについて
考慮する必要がないが、実際には、空気圧力開放器３４
，３５自体にも多少空気流に対する抵抗分があり、圧力
降下に多少時間を要する。

そのため、短時間ではあるが、圧力バランスがくずれ、
インキの逆流現象や自然流出が生じることがある。

開放時間調整弁３３は上記のような現象を防止するため
に設置されているものであり、これらによってヘッド側
圧力ＰＡの降下時間を調整できるようにしてある。

したがって、開放時間調整弁３３は、インク溜２０の容
積や、空気圧力開放器３４，３５０特性によっては、不
要の場合もある。

第８図は、第７図の装置を用いた場合の、ヘッド側圧力
ｐＡおよびインク溜圧力Ｐの圧力の立下り特性を示すも
のである。

縦軸、横軸は第３図と同様であり曲線３６、曲線３７は
それぞれインク溜圧力ｐＩおよびヘッド圧力側ＰＡを示
し、斜線領域３８は曲線３６上のインク溜圧力ｐＩに対
するヘッド側圧力ＰＡの圧力バランスの安定領域である
。

以上から、第７図に示した装置においては、ヘッド側圧
力ＰＡおよびインク溜圧力Ｐの降下時間が非常に短かく
、またヘッド側圧力ＰＡの降下時間の調整も可能である
ので、空気供給源の駆動停止時に生じるインキの逆流現
象および自然流出を防ぐことができる。

また仮にインキの逆流現象および自然流出が生じたとし
ても非常に短時間に圧力降下が行なわれるため、その程
度は比較的小さなものとなる。

第９図は、空気供給源の１駆動開始時のヘッド側圧力Ｐ
Ａとインク溜圧力Ｐ１の立上り特性をさらに改良した実
施例を示すものであり、第１図の実施例と比較すると、
初期圧力調整弁３９、タイミング調整弁４０、圧カセン
サ４１，流路開閉器４２が付加されている。

第９図の実施例の装置を用いれば、空気供給源１４が駆
動開始してからしばらくは流路開閉器４２が閉じており
、ヘッド側圧力ｐＡは初期圧力調整弁３９を介して流れ
る空気流によって上昇する。

そして圧カセンサ４１の受圧部の圧力がある程度上昇し
、圧力センサ４１によって流路開閉器４２が開放される
とヘッド側圧力ＰＡの上昇は、流路開閉器４２を介する
流路及び初期圧力調整弁３９を介する流路を流れる空気
流によってなされる。

第１０図は、第９図の実施例における空気供給源１４の
駆動開始時のヘッド側圧力ｐＡおよびインク溜圧力ＰＩ
の立上り特性を示すものである。

縦軸、横軸は第３図と同様であり、曲線４３、曲線４４
は、それぞれインク溜圧力Ｐ１ およびヘッド側圧力Ｐ
Ａの立上り特性を示し、斜線領域４５は、曲線４３上の
インク溜圧力Ｐ１ に対するヘッド側圧力ｐＡの圧力バ
ランスの安定領域を示している。

図に示すように、上記した手段を用いて曲線４４を斜線
領域４５内に含むようにすることができる。

すなわち、時間ＴＯＮ までのヘッド側圧力ＰＡの立上
り特性が初期圧力調整弁３９によって調整が可能である
とともに時間ＴＯＮ 自体も可変であるので、これらを
適切に設定することにより、曲線４４を斜線領域４５内
に含むようにすることができる。

以上説明したように、本発明は、インク液適を空気流と
ともに飛しようさせるインクジェット記録装置において
、空気供給系に空気タンクや流路開閉器等を設けること
により、空気供給源の駆動開始時もしくは停止時に発生
するインキの逆流現象や自然流出を防止するようにした
ものであり、その実用上の効果は多大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のインクジェット記録装置の要部断面図、
第２図は同装置のインクジェットヘッドおよび空気供給
系の拡大断面図、第３図および第４図は第２図の装置に
おける空気供給源の駆動開始時お．よび停止時の立上り
、立下り特性を示す図、第５図、第７図、および第９図
は本発明の一実施例におけるインクジェット記録装置を
示す概略構成図、第６図、第８図、第１０図はそれぞれ
第５図、第７図および第９図の実施例の立上り特性また
は立下り特性を示す図である。 １・・・・・・電歪素子、２・・・・・・振動板、３・
・・・・・内方のインク室、４・・・・・・結合通路、
５・・・・・・外方のインク室、６・・・・・・インク
吐出口、Ｔ・・・・・・空気室、８・・・・・・空気吐
出口、９・・・・・・インク流路、１０・・・・・・空
気流路、１１・・・・・・電気信号、１２・・・・・・
空気層、１３・・・・・インク溜、１４・・・・・・空
気供給源、１５・・・・・・インク溜圧力調整弁、１６
・・・・・・空気ぬき調整弁、１７・・・・・・ヘッド
側圧力調整弁、１８・・・・・・インク溜圧力調整弁、
１９・・・・・・空気ぬき調整弁、２０・・・・・・イ
ンク溜、２１・・・・・・空隙、２２・・・・・・イン
ク収納部、２９・・・・・・空気タンク、３３・・・・
・・開放時間調整弁、３４，３５・・・・・・空気圧力
開放器、３９・・・・・・初期圧力調整弁、４０・・・
・・・タイミング調整弁、４１・・・・・・圧カセンサ
、４２・・・・・・流路開閉器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ インクジェットヘッドに空気流を送る手段、前記空
   気流の流量を調整する手段、インク溜に空気圧を印加す
   る手段および前記空気圧を調整する手段を設けたインク
   ジェット記録装置において、前記インクジェットヘッド
   への空気流路にこの空気流路に比較して大きな容積をも
   つ空気タンクを設けたことを特徴とするインクジェット
   記録装置。 ２ 空気タンクにインクジェットヘッドに送られる空気
   流を開放する手段を付加し、かつインク溜への空気流路
   にインク溜に印加される空気圧を開放する手段を付加し
   た特許請求の範囲第１項記載のインクジェット記録装置
   。 ３ インクジェットヘッドと空気供給源を結ぶ空気流路
   上に流路を開閉する手段と空気流の流量を調整する手段
   を並列に設け、かつ前記空気流路上に前記流路開閉器の
   開閉時期を調整する圧カセ／サを設けた特許請求の範囲
   第２項記載のインクジエット記録装置。