JPS5841745B2 - 複数ノズルインクジエツトヘツド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 静電式の加圧インクジェット方式の一例としてスィート
氏はかの米国特許第３３７３４３７号明細書に開示され
たものがあるが、これでは複数個のオリフィスから加圧
された導電性流体が射出され複数個の一様な液滴流に分
離される。

各液滴がその細流から分離するとき、それは協働する帯
電電極によって選択的に帯電されても良い。

この方式は２値的に作動し、個々の滴に所定の電荷を与
えるか又は帯電されない状態のままにする。

そこで滴は静電偏向電界を通り、そこでは帯電された滴
が滴捕捉器即ちガターへ偏向さへ、一方帯電されない滴
は偏向されずそのまま偏向電界を通り抜は記録媒体に衝
突して印刷が生じる。

部上の電荷は滴が細流から分離した瞬間に帯電電極によ
り発生された電界に従って確立される。

リオン氏はかの米国特許第３７３９３９３号明細書に開
示される装置では、複数個の流れはオリフィス板中の一
組のオリフィスを介してインクを押し出すようにして発
生される。

またオリフィス板をその一端付近の位置で振動させその
板に沿って進行波を伝播させるようにして一連のオリフ
ィスに刺激を与え流れに刺激を与えて滴を発生させる。

この場合進行波で付勢するために、個々の流れの分離地
点が幾分異なり、位相差も生じて一連の流れの分離地点
に時間差が生じてしまう。

米国特許第３８８２５０８号明細書に開示される装置で
はオリフィス板に沿う進行波の減衰を補償するためにオ
リフィス板の長さ方向に沿ってテーパをつけて一様な滴
分離を得ようとしているが、この改良によっても位相差
を正す事は出来ない。

従って本発明の目的は各々が一様な滴分離と一様な位相
を得られるような複数個のインク流を生じる簡単な構成
のインクジェットヘッドを提供する事にある。

この目的を達成する為の理想的な解決策はインクジェッ
トヘッドの１次の自然の共振が動作周波数よりも高い周
波数で起るよう該インクジェットヘッドを構成する事で
ある。

しかし現存するエンジニアリング材料を用いては、上記
のような理想的モードで動作し得る動作周波数及び所望
の寸法という拘束範囲内でインクジェットヘッドを設計
する事は出来ない。

本発明によれば、特定の高い剛性の材料を用い、その材
料の利点を生かしたｍ＋ ？こよりヘッドの共振周波数
をできるだけ高く保持する事によって上記の目的が達成
され、インクジェットアレイに平行な、節となる線を有
する動作周波数で一様なモードの振動波形が発生される
。

このインクジェットヘッドは特定の高い剛性を有する材
料から作られたヘッド本体を含み、このヘッド本体はイ
ンクの入口通路及び出口通路とつながりヘッド本体の一
面に延びる溝を含む。

複数個のオリフィスを含むノズル板はヘッド本体の上記
の面とインク溝がオリフィスと整列するようにして上記
の面に固着さへこれによって加圧インクがインク入口通
路の中へ導かれるとき複数個のインク流が形成されるよ
うにする。

ヘッド本体の厚さに比して薄い電気機械的変換器がヘッ
ド本体のもう一方の面に固着さへこれによって該変換器
が適当な高周波正弦波で付勢されるときノズル板から一
定の距離のところで一様な間隔の滴にインク流が分離さ
れる。

本発明によるインクジェットヘッドはヘッド本体１０の
正面にオリフィス１６を含むノズル板１４を取付け、ま
た第２Ａ図乃至第２Ｃ図及び第４図に示すようにヘッド
本体１０の背面に電気機械的変換器１８を取付けて成る
。

インクジェットヘッドの目的は、ジェットを生じるオリ
フィスを含むノズル板から一定の距離の地点で一様な且
つ等間隔の滴に分離するような態様で付勢されるインク
の如き液柱即ち液体ジェットを幾本か発生する事にある
。

第１Ａ図乃至第１Ｃ図に示す基本となるヘッド本体は内
部にインク通路１２を形成させて成るブロック体である
。

インク及びヘッド中の他の物質に対し化学的な耐性のあ
る任意の高い剛性の材料が使用できる。

ステンレス鋼が使用できる一例であり、またガラス、ア
ルミナ、シリコンカーバイドのような材料も使用できる
。

この剛性はヤング率をＥ１材料の密度をＰとして干で定
義される。

上記の材料の剛性はステンレス鋼の場合の約２７２Ｘ１
０’ｃｒｒＬ（１０７Ｘ１０’インチ）からシリコンカ
ーバイドの場合の約１５２０−２０３０Ｘ１０’ｃｒｆ
Ｌ（６００−８００Ｘ１０’インチ）までいろいろであ
る。

インク通路１２はノズル板１４を固着させたヘッド本体
の面３６に延びる小さい溝２８と、該溝２８に交わり且
つヘッド本体の端部の面を貫通するインク入口開口３０
とインク出口開口３１とを含む。

溝２８は本体の剛性を高く保つために小さくされる。

ブロックの寸法を小さく且つコンパクトに保つために、
共振周波数は高く保たれ、また関係する周波数範囲、一
般に１００ＫＨｚから２００ＫＨｚの範囲の共振は極力
少なくしである。

ヘッド本体の形状を矩形で示しであるが、円筒の軸と平
行か又は直角の面を有する円筒形のように他の形状のも
のも同様に使用できる。

電気機械的変換器はヘッド本体の背面に取付けられ、該
変換器の厚さはヘッドの厚さに比して薄くされる。

電気機械的変換器としては圧電結晶が好ましいが、適当
な変換器として、オハイオ州ベッドフォードのベルニト
ロンピエゾエレクトリックディビジョンからＰＺＴの米
国商標名で市販しているジルコニウム酸鉛−チタン酸鉛
のセラミックがある。

薄い結晶を用いる事によって、構成体の共振周波数に与
えるその結晶の影響は小さく保たれる。

ヘッド本体の剛性及び質量はその結晶の剛性よりもはる
かに大きくこれによって共振特性はヘッド本体のみのも
のと実質的に変らない。

ヘッド全体の１次共振周波数ｆ。

ｔの、ヘッド本体のみの１次共振周波数ｆ。

ｈに対するパーセントでの比が、鋼製のヘッド本体であ
って且つＰＺＴ４結晶の場合の厚さの沈子に対し第５図
にプロットして示される。

他の材料を組合せた場合にも同様の曲線が描かれる。

この図は、結晶板とヘッド本体との厚さの比に対して、
結晶板の存在によるヘッドの１次共振周波数のパーセン
ト逓減の状態を示すものである。

この逓減を１０％の範囲内に維持するためには、第５図
から判るようにその厚さ比を５％（１石）よりも少なく
しなければならない。

インクジェットヘッドの典型的な寸法はヘッド本体の厚
さＴが約１２．７ｍｍ（０，５インチ）結晶の厚さｔが
約０．５１ｍｍ（０，０２０インチ）である。

これは厚さ化工が４％というのに対応し、この構成によ
ればヘッドの１次共振周波数の逓減を１０％よりも少な
く抑える事ができる。

第２Ａ図乃至第２Ｃ図に示すように、ヘッド本体はオリ
フィス１６がヘッド本体の狭い溝２８と整列するように
その前面３６にノズル板１４を結合させている。

ヘッド本体へノズル板を結合するには、一様にしっかり
とした結合線を生じ且つインクに対し化学的に不活性で
あって第２Ｃ図に破線で示すようにノズル板１４がヘッ
ド本体の振動運動に従うような任意の適当な結合方法を
とり得る。

インク人口孔３２は内部開口３０の中に嵌合さへ圧電結
晶１８はヘッド本体の背面３８に結合される。

結晶１８をヘッド本体に結合するには、結晶からヘッド
本体へエネルギを出来るだけ多く伝達出来るよう結晶の
厚さに比して薄いしつかりした結合を生じ得る任意の適
当な結合方法をとり得る。

好適な結合材料としては適当なエポキシ接着剤がある。

電源２０から正弦波的に変化する電圧が結晶１８に与え
られ、これによってノズル板１４から一定の距離２４の
ところで一連の一様で且つ等間隔の滴２６にジェット２
２が分離するよう該ジェット２２に付勢を与える。

結晶１８からの駆動が第２Ｃ図の破線で示すようにヘッ
ド本体の面に振動を生じる。

その振動の節となる線がノズル板１４中のオリフィスの
列に平行である事が、ノズルから一定の距離の地点２４
で滴に分離させる為に重要である。

インクジェットヘッドの形状と寸法とは、ヘッドが駆動
されるときの特定の周波数で第２Ｃ図に示すような適当
な振動モードが生じるよう動作させるべく選択される。

ヘッド本体の面が第２Ｃ図のように振動すれば、ヘッド
本体内部のインクの容積も変化する。

従ってインクが加圧されているためにオリフィスを通し
てインクが射出するとき、その振動の周期に合ったイン
クジェットの流量変化が生じ、その周期の溜部をもった
インクジェット流が形成され、ついには表面張力の作用
などで一定間隔の滴に分離される。

多数のジェット列が必要な場合は、各々、第３Ａ図に示
すようにそのオリフィス群の背後に別々の溝２８が設け
られる。

このヘッド本体１１は２本のインク溝２８′と、各イン
ク溝２８′に交わるインク入口開口３０′と出口開口３
１′とを有する。

組立てられたヘッドは２列のオリフィス１７を含むノズ
ル板１５を有する。

このノズル板１５はオリフィス１７の列がインク溝２８
′と整列されるようヘッド本体１１に固着される。

この構造はその構成体に高い剛性を与えるよう維持し、
第４図に示すようにオリフィスの列に平行な、節となる
線３４′を生じ、この結果、電気機械的変換器１９が適
当な正弦波電圧により付勢されるとき、このヘッドで提
供される複数個のジェット列の各々で一様な分離が得ら
れるようにする。

この構造は全ての列に唯一の空洞が配される他の複数列
ヘッド構造よりも有利である。

それらのヘッドではその大きな空洞を覆うノズル板が弱
いダイアフラムとなって複雑な共振特性を招いてしまう
。

このヘッドの他の幾つかの利点はその共振特性とは関係
ないがその１つの利点は圧電結晶がインクと接触しない
ように保持される事であり、これによって結晶駆動電流
をインクを経て通す必要がなくなり、インクが結晶や結
晶の電極或いは結晶の接着剤を化学的に侵す事が防止さ
れる。

第２の利点はインク通路を封止する為のガスケットやｒ
ＯＪＩＪングが不要な事、組立てネジが不要な事である
。

第３の利点は最初の孔通し即ちフラッシュのときに小さ
いインク通路で高いインク速度を可能ならしめた事であ
り、これによって動作に悪影響を及ばす空気の泡や汚れ
を除去し易くなる。

これは特に始動モード時の場合に言える利点である。

その他の利点として、ヘッドが小型で軽量であるから、
インクジェットヘッド、帯電板、偏向板及びガターを含
むインクジェットヘッド構成体全体の中にそれを組込む
のに望ましい構造である事である。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図、第１Ｂ図及び第１Ｃ図は本発明を含むインク
ジェットヘッドのヘッド本体の夫々正面図、線Ａ−Ａに
沿う左方から見た断面図及び底面図である。 第２Ａ図、第２Ｂ図及び第２Ｃ図は第１Ａ図乃至第１Ｃ
図のヘッド本体を利用したインクジェットヘッド構成体
の夫々正面図、左側面図及び底面図である。 第３Ａ図、第３Ｂ図及び第３Ｃ図は別の実施例のヘッド
本体の夫々正面図、線Ｂ−Ｈに沿う底面からみた断面図
及び右側面図である。 第４図は第３図のヘッド本体を用いたインクジェットヘ
ッド構成体の斜視図である。 そして第５図はヘッドの１次共振周波数のパーセント逓
減を変換器とヘッド本体との厚さの比の関数として示す
グラフである。 １０．１１・・・・ヘッド本体、１４．１５・・・・ノ
ズル板、１６，１７・・・・オリフィス、１８．１９・
・・・電気機械的変換器（圧電結晶板）、２４・・・・
一定距離、２８．２８’・・・・溝、３０，３０’・・
・・インク入口開口、３６・・・・前面、３８・・・・
背面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数ノズルインクジェットヘッドにして、所定の距
   離隔たった一対の外面と、その一方の外面にのみ通じる
   少なくとも１個のインク溝と、該インク溝に通じる入口
   通路とを有する高い剛性の部材から成るヘッド本体と、 複数個のオリフィスを内蔵するノズル板であ？て、上記
   オリフィスが上記インク溝と整列するように上記ヘッド
   本体の上記一方の外面に固着されこれによって上記イン
   ク入口通路に加圧インクが引込まれるとき１列のインク
   ジェット流が形成されるように構成された上記ノズル板
   と、 上記ヘッド本体の他方の外面にインクと接しないように
   固着された、上記所定の距離に比して薄い電気機械的変
   換器と、 上記インクジェット流を上記ノズル板から一定の距離で
   略等間隔の一様な滴に分離させるべく上記ヘッドを振動
   させるため上記電気機械的変換器を連続的に付勢する手
   段とを具備する複数ノズルインクジェットヘッド。