JPS5838109B2 - 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、本出願人による特開昭５２−８２４
２６号公報により知られている。

第１図は、特開昭５２−８２４２６に記載されたインク
ジェット記録装置である。

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から成っており、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。

この二つの室を工結合通路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１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１
２の厚さを８０μｍ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
気信号の人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図に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、？ンク溜
圧力調整弁１８および空気供給路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１７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ＰＩ と、イ
ンク吐出口近傍の空気圧力Ｐ，Ｃとの差（Ｐ一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。

インク吐出近傍のインク圧力ｐＩ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の空気圧力と近似的に等しい。

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〉ＰＡ′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１の空気圧に等し
い）とインク溜圧力ＰＩ （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Ｐ１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
がバランス（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
然流水と称す）第３図から明らかなように、第２図の装
置における圧力の立上り特性では、インク溜圧力ＰＩに
比較してヘッド側圧力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ＰＡ，Ｐ■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？され、経路に空気の圧力損失を生じさせるものが
な《、また空気供給源１４から空気吐出口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Ｐ工は、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
２０の空隙２１のしめる容積が比較的太きい。

このため、第２図に示された装置は原理的にヘッド圧力
ＰＡがインク溜圧力Ｐに比較して立上り時間が短いもの
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１流現象が生じる。

第４図は、空気供給源１４の駆動停止時のヘット慣リ圧
力ＰＡおよびインク溜圧力Ｐ１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２１
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ｐＩ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Ｐ工に比較して、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。

ソノ結果、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、とくにインク溜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太きい。

以上詳細に説明したように、特開昭５２−８２４ 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キ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り、なかでも特にインキの逆
流現象が生じた場合には、インキの吐出および供給が不
可能になることが多く、いわゆる記録不能の状態になる
場合もあった。

本発明は、上記した欠点を防止したインクジエット記録
装置を提供するものであり、特に空気供給源の駆動開始
時のヘッド側圧力ｐＡとインク溜圧力ＰＩの立上り特性
を改良することにより、インキの吐出および供給と密接
な関係を持つインキの逆流現象を解消したものである。

以下、実施例にしたがって詳細に説明を行う。

第５図は空気供給源の駆動開始時のヘッド側圧力ＰＡと
インク溜圧力ＰＩの立上り特性を改良した空気およびイ
ンク供給系の実施例であり、第２図に示した装置に流路
開閉器２９、タイミング調整弁３０および圧カセンサ３
１を付加したものである。

第５図において、空気室１への空気供給は流路開閉器２
９を介して空気供給源１４より行なわれ、圧カセンサ３
１はタイミング調整弁３０を介して空気供給源１４に連
結されている。

流路開閉器２９は圧カセンサ３１の受圧部の圧力がある
一定値以上の時には開放され、一定値以下の時には閉じ
られている。

タイミング調整弁３０は、圧力センサ３１の受圧部の圧
力の立上り時間を調整するもので、流路開閉器２９の作
動時間がタイミング調整弁３０によって調整される。

なお圧カセンサ３１およびタイミング調整弁３０ぱ必ず
しも空気供給源１４に連結する必要はなく、空気供給源
１４の駆動によって圧力の上昇する他の場所、たとえば
インク溜２０近辺の空気流路３２に連結してもよい。

第５図に示した装置では、空気供給源１４の駆動開始時
におけるヘッド側圧力ＰＡとインク溜圧力ＰＩの立上り
特性は第６図のようになる。

第６図において、縦軸、横軸は第３図と同様であり、曲
線３３はインク溜圧力Ｐ１を、曲線３４はヘッド側圧力
ＰＡを、また斜線領域３５は曲線３３上のインク溜圧力
Ｐ工に対するヘッド側圧力ＰＡの安定領域を示している
。

ただしこの場合のヘット側圧力ＰＡは空気供給源１４近
傍ではなくインクジェットヘッドの空気室Ｉ内の圧力を
示す。

第６図からわかるように空気供給源１４が駆動開始して
からしばらくは、流路開閉器２９が閉じているので、ヘ
ッド側圧力ＰＡは上昇せず、空気供給源１４近傍および
圧カセンｆ３１の受圧部の圧力がある程度上昇し圧カセ
ンサ３１によって流路開閉器２９が開いて初めてヘッド
側圧力ＰＡが上昇しはじめる。

第６図のＴＯＮは圧カセンサ３１の働き始める時間を示
しており、ＴＯＮから曲線３４は上昇している。

曲線３３は、流路開閉器２９が開放された影響で、曲線
の傾きがゆるやかになる。

ＴＯＮの大小はタイミング調整弁３０によって可変であ
る。

第２図の装置では、第３図に示すようにヘッド側圧力Ｐ
Ａが斜線領域２５の上方にきてインキの逆流現象が発生
し、インキの吐出および供給が不可能になる場合があっ
たが、第５図に示した装置を用いれば、第６図よりわか
るように、ヘッド側圧力ＰＡの曲線が、圧力バランスの
安定領域である斜線領域３５の内部に完全に入りきらな
いにしても、斜線領域３５の下方にのみ外れるように調
整できる。

この場合、インキの自然流出が生じるが、インク溜圧力
ｐＩおよびヘッド側圧力ＰＡが、定常状態となり、圧力
バランスが安定領域内にあれば、その後のインクジエソ
トヘッドは正常に駆動させることができる。

以上詳細に説明したように、第５図に示した手段を設け
ることによって、空気供給源の駆動開始時に生じるイン
キの逆流現象を解消することができる。

第５図に示した装置は、空気供給源の駆動開始時のイン
キの逆流現象を解消するものであったが、逆にインキの
自然流出が生じた。

このような装置では、空気圧力が定常状態になれば、正
常な動作を行なうけれども、空気供給源の駆動開始直後
において、自然流出したインキを処理するなんらかの手
段が必要となる。

第７図は、第５図の装置のこのような欠点を改良するた
めになされたものである。

第γ図は第５図の装置に、一端が空気供給路１０を介し
てインクジェットヘッドの空気室７に連結され、他端が
空気供給源１４に連結された初期圧力調整弁３６が付加
されたものである。

ここで、初期圧力調整弁３６は空気流によって生じる圧
力損失を可変にする弁である。

第７図では空気供給源１４が駆動開始してからしばらく
は、流路開閉器２９が閉じておりヘッド側圧力ＰＡは初
期圧力調整弁３６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３１の受圧部の圧力がある程度上昇し
、圧カセンサ３１によって流路開閉器２９が開放される
と、ヘッド側圧力ＰＡの上昇は、流路開閉器２９を介す
る流路および初期圧力調整弁３６を介する流路を流れる
空気流によってなされる。

第８図は第７図に示した装置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３７、曲線３８
はそれぞれインク溜圧力Ｐ．およびヘッド側圧力ＰＡの
立上り特性を示し、斜線領域３９は、曲線３Ｔ上のイン
ク溜圧力ＰＩに対するヘッド側圧力ＰＡの圧カバランス
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３８を斜線領
域３９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３６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３８を斜線領域３９
内に含むようにすることができる。

以上説明したように、本発明は空気供給系に流路開閉器
および初期圧力調整弁を設けることにより、空気供給源
の駆動開始時に発生するインキの逆流現象を解消したも
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図は特開昭５２−８２４２６号公報に記載のインク
ジェット記録装置の要部断面図、第２図はインクジェッ
トベッドおよび空気供給系の拡大断面図、第３図は第２
図の装置におけるヘッド側圧力およびインク溜圧力の立
上り特性を示す図、第４図は第２図の装置におけるヘッ
ド側圧力およびインク溜圧力の立下り特性を示す図、第
５図および第１図は本発明の一実施例におけるインクジ
ェット記録装置の要部断面図、第６図、第８図はそれぞ
れ第５図および第１図の実施例の立上り特性を示す図で
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、１
６・・・・・・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・・・・・・流路開閉器、３０・・・
・・・タイミング調整弁、３１・・・・・・圧力センサ
ー、 ３２・・・・・・空気流路、 ３６ ・・・・・・初期圧力調整弁。

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
   への空気流路に流路の開閉を行なう手段およびこの開閉
   手段の開閉時期を調整する手段を設けたことを特徴とす
   るインクジェット記録装置。 ２ 空気流路の開閉を行なう手段と並列に空気流量を調
   整する手段を設け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。