JPS5840508B2 - インパルス方式マルチノズルインクジエツトヘツド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はインパルス方式インクジェットプリンタに用い
るマルチノズルインクジェットヘッドに関する。

圧電素子と金属板とを貼合せて形成した振動板をヘッド
本体内に設けられたノズルの後部に設置し、上記圧電素
子にパルス電圧を印加してノズル先端のオリフィスより
インク滴を射出するインパルス方式インクジェットプリ
ンタに関して、単一ノズルインクジェットヘッドの研究
は従来より盛んに行われてきており、この単一ノズルイ
ンクジェットヘッドを集積してマルチノズル化したマル
チノズルインクジェットヘッドは、ドツトマトリクス方
式によって簡単にドツト文字が印字できるので、今後さ
らに研究開発が進むと考えられる。

これまでにもインパルス方式インクジェットプリンタに
おいては圧電素子にパルス電圧を印加するだけで比較的
簡単なシステムによりインク滴を生成することができ、
このインク滴でドツトマトリクス方式による文字等の構
成が可能であるためノズルをマルチ化することで印字速
度の速いプリンタ等への応用が試みられている。

第１図はこのようなインパルス方式インクジェットプリ
ンタの概略を説明する図で、１は複数のノズルおよび振
動板を有するマルチノズルインクジェットヘッド、２は
チューブ、３はインク槽、４はコード、５は制御部、６
はヘッド台、７はし−ル、８はワイヤ、９および１０は
プーリ、１１はヘッド駆動用モータ、１２は印字用紙、
１３は紙送り部、１４はステップモータの如く構成され
ている。

上記マルチノズルインクジェットヘッド１はレール７上
を軸方向に移動できるようになっておりヘッド駆動用モ
ータ１１でプーリ９を回わしてワイヤ８を引くことによ
りヘッド台６を摺動させるインクドツトの横方向の間隔
はインク滴の滴化周波数と上記マルチノズルインクジェ
ットヘッド１の移動速度によって制御され、インクドツ
トの縦方向の間隔はマルチノズルインクジェットヘッド
１の先端面に設けられたオリフィス列の間隔となってい
る。

上記構成の動作は、まず印字用紙１２をステップモータ
１４で改行（Ｉ ｉｎｅ Ｆｅｅｄ ） シて調整した
後、ヘッド駆動用モータ１１を駆動してマルチノズルイ
ンクジェットヘッド１を滴化周波数とインクドツト間隔
により定められた速度で移動させながら印字する文字に
応じてパルス電圧を振動板に印加すると、ノズル先端の
オリフィスからインク滴がとび出してドツト文字が印字
用紙に印字される。

尚、振動板に印加するパルス電圧の制御およびヘッド駆
動用モータ１１、ステップモータ１４の制御はすべて制
御部５が受けもっている。

以上説明したインパルス方式インクジェットプリンタは
他の方式のプリンタ例えば超音波励振方式インクジェッ
トプリンタ等と比較して構造が簡素であるという長所を
有しており、また、このインパルス方式によれば、超音
波励振式等のようにインクをノズルへ強制的に送り込む
インク加圧装置を必要とせず、インク滴を荷電偏向しな
いので滴検出器、荷電板、高電圧偏向板のような装置が
一切不用であると共に荷電のＯＮ 、ＯＦＦでインク滴
を選択的に偏向して印字する超音波励振方式等と違って
印字に必要なインク滴のほかは一切射出しないのでイン
クを回収する機構も要さないため超音波励振方式やワイ
ヤドツトプリンタと比較して安価な装置を提供できると
いう大きな利点がある。

しかし、このようなインパルス方式インクジェットプリ
ンタに使用されている従来のマルチノズルインクジェッ
トヘッドは、マルチ化するにあたり、個々のヘッドのノ
ズルを単によせ集めただけのものがほとんどであり、そ
のためこれまでにもいろいろと改良が重ねられて性能が
向上してはいるもののまだ十分とはいえず単一ノズルイ
ンクジェットヘッドの欠点がそのままマルチノズルイン
クジェットヘッドの欠点となっていることが多い。

例えばその一つとして、インクをヘッド内に充填する場
合、従来は真空ポンプ等の脱気装置を用いてノズル内の
空気を抜いて充填中ヘッド内に気泡ができないようにし
ているが、マルチノズルインクジェットヘッドの場合、
このような脱気装置によって一つ一つノズルの空気を抜
いていたのでは手間がかかり、非能率的である。

また、マルチノズルインクジェットヘッドの場合、ドツ
ト文字を構成することが主な用途として考えられるが、
その場合必要なインク滴を用紙に的確に記録しなければ
ならないために単一電圧パルスで確実にインク滴を射出
することが要求され、この要求を満たすためにはヘッド
は低周波数の電圧パルスに対して良好な特性を持ってい
なければならない。

マルチノズルインクジェットヘットハ単一ノズルインク
ジェットヘッドと比較して、インクの滴化周波数の上限
は低くてよいが、ドツト文字印刷に用いられる時、イン
クの一滴一滴が欠くことのできない文字構成要素である
ため、インク滴を確実に射出できる良好な低周波特性が
重要となってくる。

むろん単一ノズルインクジェットヘッドにおいてもイン
ク滴の確実な射出は不可欠であるが、画像の再現や多数
ドツトによる文字構成に用いられることが多いのでマル
チノズルを使うドツト文字印刷はどには低周波数の特性
は要求されず、むしろ高周波数応答に重点が置かれてい
る。

また、英数字や仮名文字用の構成ドツトの少ない方式の
マルチノズルインクジェットヘッドにおいては、個々の
インク滴がそのままドツト文字のドツトとなるので単一
ノズルインクジェットヘッドと比較して大きなインク滴
を土族することも肝要なポイントである。

しかしこの大きなインク滴（ｄ＝１００μ〜２００μ）
を作ることは決して容易なことではなくインク滴を低周
波数で確実に射出することと共にマルチノズルインクジ
ェットヘッドを開発する上での重要な課題となっている
。

このような問題が解決されればその他の障害となる問題
点は単一ヘッドと同様である。

インパルス方式インクジェットヘッドをマルチノズル化
する場合のもう一つ大きな問題点はオリフィスの間隔で
ある。

マルチノズルによりインクドツトで文字を構成する場合
、縦方向のインクドツトの間隔はノズル先端のオリフィ
スの間隔で決定され、横方向のインクドツトの間隔はヘ
ッドの移動で決定されるが、この横方向のインクドツト
の間隔については滴化の周波数とヘッドの移動速度の関
係を調整することで難なく解決することができる。

しかし、縦方向のインクドツトの間隔はオリフィスの間
隔で決まるために個々のオリフィスの間隔を所望のドツ
ト間隔となるようにしなくてはならないが、英、数字や
仮名文字用のドツトマトリクス印字においてもインクド
ツトの間隔は決して広くはなく、オリフィスをこの間隔
に設定してマルチノズルインクジェットヘッドを製作す
ることは容易ではない上、単一ノズルインクジエトヘッ
ドの構造もそのままではマルチノズルインクジェットヘ
ッドに構成することは難しく、さまざまな制約が加わっ
てくる。

従って実際にマルチノズルインクジェットヘッドを構成
するにあたっては所望のドツト間隔が得られる新たな構
造を考える必要がある。

以上述べたように、インパルス方式インクジェットヘッ
ドをマルチノズル化してドツト文字を印字するプリンタ
等への応用を考えた場合、単一ノズルインクジェットヘ
ッドの問題点を解決しなければならないことはむろんで
あるが、加えて低周波数応答が良好であること、英、数
字あるいは仮名文字用プリンタではドツト数が少ないの
でインク滴のサイズが大きいことおよび構造が簡単で製
作し易いことの三点が解決しなければならない問題とな
っている。

本発明はこのような問題を解決して小型で高性能なイン
パルス方式マルチノズルインクジェットヘッドを得るこ
とを目的としたものである。

本発明の一実施例を第２図により説明すると、１５はヘ
ッド本体で、該ヘッド本体１５には圧力発生層１６、圧
力伝搬路１７およびオリフィス１８から成る複数のノズ
ル１９が設けてあり、さらに該ヘッド本体１５の後面す
なわち圧力発生層１６を形成した面には圧力発生層１６
を一括して囲むようにインク充填路２０を形成している
。

このインク充填路２０は上部に脱気孔２１を有しており
該脱気孔２１にはパツキン２２を取付けた栓２３が螺着
しである。

２４はインク供給路で、該インク供給路２４の一端は上
記インク充填路２０に連通しており、他端はチューブ２
を介してインク槽３に連通させである。

２５は保持枠で、該保持枠２５には上記各圧力発生層１
６と対応する複数の振動板２６が取付けてあり、それぞ
れの振動板２６は保持枠２５の後面に固定された電極部
２７にリード線２８を介して接続され、さらに該電極部
２７は上記第１図に示した如くコード４を介して制御部
５に連結されるものとなっている。

そしてこの振動板２６を取付けた保持枠２５は周縁部を
かたどった環状のパツキン２９を間に挾んで上記ヘッド
本体１５の後面すなわち圧力発生層１６を形成した面に
ネジ３０等によって接合固定してあり、このようにパツ
キン２９をヘッド本体１５と保持枠２５との間に介在さ
せることによって接合部をシールすると共にヘッド本体
１５の後面と保持枠２５の前面との間に毛細層３１を形
成して、該毛細層３１によりすべての圧力発生層１６が
インク充填路２０と連通ずる構造としである。

上記の如く構成した実施例は、単一ノズルインクジェッ
トヘッドを複数個集合した形態であるがヘッド内にイン
クを充填する際、従来のように真空ポンプ等の特別な脱
気装置を必要としない連続性のあるインク流路を有する
内部構造となっており、低周波数にも応答性のよい優れ
た特性を有している。

ここで本実施例におけるインクの充填方法について述べ
ると、まず栓２３を緩めて脱気孔２１を通気可能にして
おく、次にインク槽３内のインクをチューブ２を介して
インク供給路２４からヘッド本体１５内へと注入すると
、インクはインク充填路２０を満たしてゆき、それに伴
なってインク充填路２０内の空気は脱気孔２１から外部
へ排出されていく。

そしてインク充填路２０内が完全にインクで満たされた
ら、栓２３を締めて脱気孔２１を密封し、その後さらに
インクを注入すると、インクは毛細層３１を通って各圧
力発生層１６内に浸入し、ノズル１９内の空気をオリフ
ィス１８より排出しながら該圧力発生層１６を満たし、
さらに圧力伝搬路１７、オリフィス１８を満たして充填
は完了する。

以上述べたようにヘッド本体内に注入されたインクが、
インク充填路からノズル後端の圧力発生層に入り、圧力
伝搬路を経て先端のオリフィスに到るまで連続的で自然
な流れとなるような構造にしであるため、インクが途中
で停滞するようなことがなく、従ってインクの滞留がひ
き起こす様々な障害を未然に防ぐことができる。

すなわち従来の単一ノズルインクジェットヘッドにおい
ては、例えば内部に気泡がたまって外に排出されないと
か、インクが古くなって経時変化を起こし、それによっ
て目づまりやインクの変色が生じるといったような問題
が起きることは構造上不可避でありこのような単一ノズ
ルインクジェットヘッドの集合体である従来のマルチノ
ズルインクジェットヘッドでは同様の問題が起きるのは
当然であるが、本実施例によれば上述した如くインクの
流れが連続的で途中に停滞することがない構造としであ
るため、一度ヘッド内にインクを充填すればヘッド内の
インクは常に流れて新しく補充されるので上記のような
問題が極めて生じに＜＜、再びインクの充填をし直さな
ければならないようなインクの流通上の故障を防ぐこと
ができるものである。

本実施例のインパルス方式マルチノズルインクジェット
ヘッドにインクを注入する手段はいろいろ考えられるが
、その−例として第２図Ａに示した簡易なインクポンプ
３２および弁３３と３４かり威るインク注入システムに
ついて説明する。

弁３３および３４はＯＮの時にインクがインク槽３→弁
３３→インクポンプ３２→弁３４→チユーブ２の順に流
れるようにし、またＯＦＦの時は弁３３と３４が直結す
るように設定しておく。

次にインクをヘッド本体１５内に注入するにはまず弁３
３．３４をＯＮにし、インクポンプ３２を作動させてイ
ンクを吸引し、それによってインクを上述した如くイン
ク槽３→弁３３→インクポンプ３２→弁３４→チユーブ
２の順に流通させてインク供給路２４へと送り出す。

このようにしてインクをインク供給路２４へ注入すれば
、あとは先に述べた要領でインクはヘッド本体１５内に
充填される。

そしてヘッド使用時は弁３３．３４をＯＦＦにして直結
させ、上記ヘッド内へのインクの流れをインク槽３の静
圧とヘッドの吸入力に解放する。

本実施例によれば上述した如くインクの充填において特
別困難なことは一つもなく、極めて自然な方法で容易に
インクをヘッド内に充填することができ、ヘッド内にお
いて万一気泡が混入したりあるいはオリフィスにど゛み
等がつかえて目すまりを起こしたような場合でも、イン
クポンプによりヘッド内にインクを強制的に注入すれば
、これらの気泡やごみ等を即座に外部へ排出することが
できるものである。

また、このような目ずまり等の故障がなくともヘッド内
へのインクの強制的な注入を定期的に行なえば、故障を
未然に防ぐことができ、常に最良な状態を保つことがで
きるものである。

さらに本実施例の如く、インクの流れが一様で途中停滞
することのないというヘッドの構造は強制的にインクを
送る小型のインクポンプ等を備えるだけでヘッド内にイ
ンクを送り込むのに大きな効果が得られるという利点が
ある。

以上インクの充填について詳しく述べてきたが上記の如
くヘッド内へのインクの充填が完了したら、振動板２６
にパルス電圧を印加すれば、該振動板２６の振動によっ
て圧力発生層１６内に流体圧力が生じ、それが圧力伝搬
路１７を経てオリフィス１８に達し、するとオリフィス
１８よりパルスに応じてインク滴が射出されてドツトマ
トリクスによる印字が行なわれる。

本実施例によるインパルス方式マルチノズルインクジェ
ットヘッドの特徴は、インク流路が連続的であり、イン
クが途中で停滞することのない構造としたことであるが
、このような構造を可能にしたのは上記第２図Ｂに示し
たように、振動板２６を平面状に取付けた保持枠２５と
ヘッド本体１５との間に挾まれた毛細層３１の間隙調節
を兼ねた環状のパツキン２９を用いていることである。

インク滴射出の低周波数の特性の良否にこの毛細層３１
の厚みが大きく関係しており、低周波数における確実な
インク滴の射出と必要なインク滴の大きさを得るために
は毛細層３１の間隙調節を兼ねたパツキン２９は極めて
有効であるとともに不可欠なものである。

この毛細層３１の間隙を機械加工あるいは他の工作で作
ることは寸法公差の点からいっても毛細層３１の間隙で
ある数１０μのオ−ダでは無理で、たとえできたとして
も極めて高価となり、とても実用に耐えるものではない
。

その点上記パツキン２９のように決まった厚みをもつ部
材を間に挾むだけで極めて小さい寸法を作りだすように
した本実施例の構成は優れている。

以上説明したように第２図の実施例はヘッド内のインク
の流れが連続的で途中停滞することのないようなシンプ
ルな流路を構成しているために従来のように真空ポンプ
等の脱気装置を用いることなく、すべてのノズル内に一
度に容易にインクを充填することができ、作業能率の向
上を計れると共にしかもそれに伴なう他の利点、例えば
ごみ等の目づまり要素の排除、ヘッド内の気泡の排除等
のような性能の向上をもたらしており、さらに低周波数
における良好な特性と必要なインク滴の大きさが得られ
るものである。

このような第２図の実施例の特性を生カルつつノズルの
製作を容易にしかつその集積度を高めてオリフィスの密
度を高めたのが次に述べる第３図の実施例である。

第２図の実施例によるインパルス方式インクジェットヘ
ッドは、英、数字あるいは仮名文字等の比較的単純な文
字を印字するのには十分であるがノズルの数に対してヘ
ッド本体が大きく、構造上からも多数のノズルを設け４
には無理があり、オリフィス数を増やすのに限度がある
ため、例えば漢字のような複雑で細かい文字の印字に用
いる場合、その印字品質を高めるため、分解能を上げる
のには未だ不十分であるといえる。

つまり一つのヘッドにオリフィスの数を多く設けられな
いということはドツト数に限度があるため、細かな再現
を要する漢字のような文字に対しては縦方向の単位長さ
あたりのドツトが少なく、ドツトの密度が低いので分解
能も低く、その結果上記漢字のような複雑で細かい文字
の構成は困難で印字品質も落ちることとなる。

第３図の実施例は、印字品質を高めるために多数のオリ
フィスを集中的に構成できる構造としており、この実施
例の特徴は同図Ｂに示した如く、圧力伝搬路１７をヘッ
ド本体１５の前後方向に対して側面方向に曲げてノズル
１９の集積度を高めたもので、インクドツトのマトリク
ス文字で細緻な文字を描く場合に要求される高い密度の
印字が可能なようにオリフィス密度を高めて対処してい
る。

この第３図の実施例によるインパルス方式マルチノズル
インクジェットヘッド構成要素の各々の機能および役割
は、上述した第２図の実施例と同じであり、ヘッド本体
１５内へのインクの充填あるいは振動板２６をパルス電
圧で駆動してインク滴を射出するメカニズムも同様に考
えてよい。

厳密には第２図の実施例ではノズル１９がヘッド本体１
５の前後方向に貫通しており、該ヘッド本体１５の後面
に保持枠２５を接合固定しているのに対し、第３図の実
施例ではノズル１９の圧力伝搬路１７の基部をヘッド本
体１５の側面方向に貫通させており、該圧力伝搬路１７
の先部をヘッド本体１５の一側面に沿って溝状に形威し
、ヘッド本体１５の両側面にそれぞれ側板３５と保持枠
２５とを接合固定している。

またオリフィス１８の形状および圧力伝搬路１７の断面
形状を第２図の実施例では円形としているのに対して第
３図の実施例では方形としているが各々の構成要素の関
係は第３図の実施例においても第２図の実施例と同様に
保たれている。

第３図Ａ、Ｈに示した如くこの実施例では構造上ヘッド
本体を横幅の薄い平板状とすることができるという大き
な特性があり、この特性を利用して第３図のマルチノズ
ルインクジェットヘッドを第４図に示すように対称形に
重ねて用いることも考えられる。

この第４図に示した実施例では左右対称の各構成要素を
中央の仕切板３６を境に重ねて一体に接合固定したもの
で、第３図の実施例におけるオリフィス設定密度を二倍
にすることができ、密度をより高めることが可能なもの
である。

第４図の実施例についてもう少し詳しく説明すると、同
図においてヘッド本体１５と３７および振動板２６を有
する保持枠２５と３８は仕切板３６を境に左右対称形を
成しており、ヘッド本体１５゜３７にそれぞれ設けられ
たオリフィス１８．３９だけは位置が重ならないように
ちどり模様状にしである。

向って右側のオリフィス１８と左側のオリフィス３９と
の間は仕切板３６の厚み分だけ隔たっており、この間隔
は右側の振動板２６と左側の図示されない振動板に印加
するパルス電圧の印加時刻をずらせてオリフィス１８お
よび３９から射出されたインク滴が印字用紙にドツトと
して印字された時−列となるようにパルス電圧の印加時
刻のずれを調整する。

この印加時刻のずれの調節は例えば右側のオリフィス１
８と左側のオリフィス３９との間隔をｄとし、ヘッドの
移動速度をＶとして、左側のオリフィス３９がヘッドの
進向方向に対して右側のオリフィス１８に先行するなら
ば、右側の振動板２６には左側の振動板よりも△ｔ−ｄ
だけ遅らせてパルス電圧を印加すればよく、このように
パルス電圧の印加時刻を調節することは電気回路を用い
ることで容易に解決することができる。

以上に述べたように、第３図の実施例によればノズルの
圧力伝搬路をヘッド本体の前後方向に対して側面方向に
曲折しているためヘッド本体を平板化することができる
と共に多数のノズルを集積することができ、ノズルの密
度を高めることができるので分解能も高まり、それによ
って漢字のような細かい文字の印字を行なうことが可能
となり印字品質も向上するものである。

しかも第３図の実施例は上記の如くヘッド本体を平板化
できるという特性があるため、第４図の実施例のように
ヘッドを左右対称に重ねて一体化した形態に発展させる
こともでき、それによってオリフィスの密度をさらに高
めることができるものである。

以上各実施例について述べたように本発明によれば、従
来のインパルス方式インクジェットヘッドの欠点を解決
できるばかりでなく製作が容易で分解能等にすぐれた小
型で高性能なマルチノズルインクジェットヘッドを得る
ことができ、英、数字、仮名文字に限らず漢字のような
複雑で細かな文字の出力システムにも使用することがで
きるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はインパルス方式インクジェットプリンタの概略
斜視図、第２図Ａは本発明の一実施例を示す正面図、第
２図Ｂは同図Ａの要部側断面図、第２図Ｃは同図Ａにお
けるヘッド本体の背面図、第３図Ａは他の実施例の正面
図、第３図Ｂは同図ＡのＩ−Ｉ線断面図、第３図Ｃは同
図Ａにおけるヘッド本体の左側面図、第３図りは同図Ａ
の右側面図、第４図Ａは他の実施例の斜視図、第４図Ｂ
は同図Ａのオリフィス部の拡大正面図である。 １５・・・・・・ヘッド本体、１６・・・・・・圧力発
生層、１７・・・・・・圧力伝搬路、１８・・・・・・
オリフィス、１９・・・・・・ノズル、２０・・・・・
・インク充填路、２１・・・・・・脱気孔、２２・・・
・・・パツキン、２３・・・・・・栓、２４・・・・・
・インク供給路、２５・・・・・・保持枠、２６・・・
・・・振動板、２９・・・・・・パツキン、３１・・・
・・・毛細層、３２・・・・・・インク供給路’、３３
．３４・・・・・・弁、３５・・・・・・側板、３６・
・・・・・仕切板、３７・・・・・・ヘッド本体、３８
・・・・・・保持枠、３９・・・・・・オリフィス。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ オリフィス、圧力伝搬路および圧力発生層からなる
   複数のノズルを有するヘッド本体と、上記圧力発生層と
   対応し各々がパルス的に駆動される複数の振動板とを備
   えたインパルス方式マルチノズルインクジェットヘッド
   において、脱気社有スるインク充填路をすべての圧力発
   生層を一括して囲むように形成すると共に該インク充填
   路にヘッド本体外部のインク槽と接続したインク供給路
   を連通させておき、上記各振動板は平面状に保持枠に取
   付けると共に該保持枠を環状のパツキンを介して上記ヘ
   ッド本体の圧力発生層形成面に接合固定して、該ヘッド
   本体と保持枠との間にできた毛細層により各圧力発生層
   をインク充填路に連通させたことを特徴とするインパル
   ス方式マルチノズルインクジェットヘッド。 ２、特許請求の範囲第１項において、ノズルの圧力伝搬
   路をヘッド本体の前後方向に対して側面方向に曲折して
   ヘッド本体を平板化したことを特徴とするインパルス方
   式マルチノズルインクジェットヘッド。 ３ 特許請求の範囲第１項において、左右対称形とした
   平板状のヘッド本体を仕切板を介して一体に接合したこ
   とを特徴とするインパルス方式マルチノズルインクジェ
   ットヘッド。 ４ ／＃許請求の範囲第３項において、左右のヘッド本
   体のオリフィスを仕切板を境にして千鳥模様状となるよ
   うに設けたことを特徴とするインパルス方式マルチノズ
   ルインクジェットヘット。