JPS5845065A - インクジエツト記録ヘツド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、空気流によシ生じる圧力勾配を利用した新し
い方式のインイジェット記録ヘット°に関するものであ
る。

第１図は、本出願人が既に出願した新しい方式のインク
ジェット記録ヘッドを示すもので、ノズル板２には空気
ノズル１が穿孔されている０ノズル板２と平行して壁３
が配置されており、かつ壁３には空気ノズル１に対向し
てインクノズル４が穿孔されている。ノズル板？と壁３
により生じる空気層７には周辺から空気流が送られ、空
気ノズル１より流出している。空気流の流れの方向は、
空気ノズル１の近傍で急激に変化しているため、インク
ノズル４よｉ空気ノズル１に至る空間には急激な圧力勾
配の変化が生じている。

一方、インクノズル４内のインクには、一定圧力が印加
されておシ、インクジェット記録ヘッドの非駆動時には
、インクノズル４近傍の空気圧力と、インクノズル４内
のインク圧力がほぼ等しくインクノズル４に生ずるイン
クのメニスカスが静止して保たれるように調整されてい
る。

信号源６はノズル板２とインクノズル４内のインクとの
間に電位差が生じるように、ノズル板２およびインクノ
ズル４に連通したインク供給管６に連結している。信号
源５にょシノズル板２とインクノズル４内のインクに電
位差が生じると、この電位差による静電力により、イン
クノズル４に生じるメニスカスが、空気ノズル１の方向
に引き伸ばされる。インクノズル４がら空気ノズル１に
至る空間には急激な圧力勾配の変化が生じており、かつ
この変化の程度は、空気ノズル１に近い和犬であるため
、前記インクノズル４に生じるインクのメニスカスが一
定の長さ以上に引き伸ばされると、この圧力勾配の変化
によってインクが引きちぎられ、空気ノズル１よシイン
ク液滴となり飛翔する。

第２図は、第１図のインクジェット記録ヘッドをマルチ
化したインクジェット記録ヘッドの一例を示す。

インク室１９は複数のインク吐出口９に連通ずると共に
インク溜りに通じる少なくとも１つのインク供給管１ｏ
に連通している。また空気供給管１１より流入される空
気流は空気室１２において均一化され、空気層１３を介
して、インク吐出口９に各々対向した空気吐出口１４よ
シ噴出されており、インク吐出口９を急激な圧力勾配の
変化が生じている空間に配置させている。空気吐出口１
４は絶縁物のノズル板１８に穿孔され、その周辺には、
それぞれ独立して電極１６が設けられており、各々独立
した信号源１６に電気的に連結されている。信号源１６
は、一方ではインク吐出口９内のインクと電気的に連結
されて、おり、前記電極１６とインク吐出口９内のイン
クとの間に、各々独立して電位差が生ずる構造になって
いる。

に生じるインクのメニスカスの形状を変化させ。

空気流により生じる急激な圧力勾配の変化によってイン
ク液滴を吐出させるインクジェット記録へ６、　、。

ラドにおいては、インクノズル４あるいは９の近傍で空
気圧力と、インク圧力のバランスが一定に保たれ、メニ
スカスが安定した状態にある事が極めて重要となってく
る。例えば、インク圧カが空気圧力より勝るとメニスカ
スのバランスがくずれ。

インクがインクノズル４．９１ジ突起し、記録信号を印
加しなくともインクノズル４．９がら空気ノズル１．１
４に至る空間の気激な空気流の圧力勾配の変化のため引
きちぎられ、液滴となって飛翔する事になる。逆に、空
気圧力がインク圧力より勝った場合には、メニスカスが
インクノズル４゜９の内側に破れ、空気が気泡の形でイ
ンクノズル４．９よシインク室８．１９に混入して実際
に駆動信号がインクジェット記録ヘッドに印加されても
インク液滴の吐出が不安定になる状態を招く。

第１図、第２図に示したインクジェット記録ヘッドは、
インクジェット記録ヘッドが静止、もしくは極めて遅い
速度で走査する場合：τは、メニスカスの状態は安定し
ておりほとんど問題とならない。しかし１例えば、イン
クジェット記録ヘッドやインク供給管に衝撃が加わると
、インク供給管内やインク室８．１９内で発生するイン
クの圧力変動で、メニスカスの状態が崩れ上記のような
不要なインク吐出あるいは気泡のインク室８．１９内へ
の混入といりた不安定な状態が起る。

インクジェット記録ヘッドやインク供給管への衝撃は特
にインクジェット記録ヘッドが高速で走査される時に発
生する。最近は、特に高速記録が要求され、それに伴な
ってインクジェット記録ヘッドの走査速度も、平面走査
型プリンタのように高速になってきており、上記のイン
クジェット記録ヘッドやインク供給管への衝撃対策が大
きな問題となってきている。

本発明はこのような点に鑑みてなされたもので。

インクジェット記録ヘッドを高速で走査した時、インク
ジェット記録ヘッドに連結されたインク供給管の振れ等
によって発生するインク供給管内でのインクの圧力変動
が、インクシエンド記録ヘッド内のインク室に伝播され
る以前に閉山する機能を有するインクジェット記録ヘッ
ドを提供するも。アあ、。　　　　　　　　　゛・−′
′以下１本発明の一実施例について詳細に説明する０ 第３図は、本発明のインクジェット記録ヘッド３０の一
実施例を示したものである０２つのインク供給管６．６
・の延長上にそれぞれインク室２２゜２２′が設けられ
ておＬさらに、１対のオリフィス２５．２５’を有する
オリフィス板２３．２３’があシ、両者間に薄い液体供
給層２４を形成している。液体供給層２４の前後にはイ
ンク室２１．２１’が形成され、インク室２１の前面に
はノズル４を有するノズル板２０が設けられている。イ
ンク室２１′の後方には、インク室２１．２１’へのイ
ンク充填を容易にし、さらに吐出不安定の原因となる空
気の気泡を取り除くため、ビス２６が設けられている。

２７はＯリングである。

インクリザーバ（図示せず）からインク供給管６　、６
’を介してインク室２２，２２７，２１．２１’および
液体供給層２４内にインクを充填し、ビス２６を調整し
てインク室２２．２２’、２１．２１’８　　　。

および液体供給層２４内の気泡を除去する。この状態で
インクノズル４内のインクに一定圧力を加える。

一方空気供給管１１からは空気流を導入し、空気室１２
．空気層７を介して空気ノズル１より放出させる。この
とき、空気ノズル１近傍には空気流の流れ方向が急激に
変化しているので、インクノズル４がら空気ノズル１に
至る空間には急激な圧力勾配の変化が生じている。イン
クジェット記録ヘッドの非駆動時には、インクノズル４
内のインクに加えられた圧力と、インクノズル４近傍の
空気圧力が釣合って、インクノズル４に生じるインｊの
メニスカスが静止して保たれている。

信号源６から記録すべき電気信号がインクおよびノズル
板２間に印加されると、この電気信号に応じてインクノ
ズル４のインクのメニスカスが空気ノズル１の方向に伸
ばされ、この空間に生じている急激な圧力勾配によって
インクが引きちぎられて、空気ノズル１よりインク液滴
となって飛翔する。

第３図の構成においては、ノズル４でのメニスカスのバ
ランスを崩す原因となるインクの圧力変動を阻止あるい
は緩和する事ができる。これは以下の３つの理由による
。

（１）本実施例のインクジェット記録ヘッドは２つのイ
ンク供給管６．６′を有しているため、インク供給管系
は、たとえば第４図のようになる。これは、２つのイン
ク供給管６．６・がループを成しインクジェット記録ヘ
ッド３ｏの反対側で一本になってインクリザーバに連結
しているものである。

インクジェット記録ヘッド３０は第４図（＆）　、　（
ｂ）　。

＋０１の順に走査する。すなわち、インクリザーバから
のインク供給管部６ｏを中心にインクジェット記録ヘッ
ド３０が左右に高速走査する。移動方向が反転する第４
図（ｂ）　、　（０）の状態では、インク供給管６，６
・内でインクに慣性力が化５．インク供給管６　、６’
罠対して相対的な流れが生じる。この流れは圧力変動に
変換されメニスカスのバランスを崩す大きな要因となる
。しかし、第３図のように・オリフィス２６を設けるこ
とにょシ、そこで断面積が急激にしぼられているため、
オリフィス２６内でのインクの流速は大きく増加する。

今インク供給管６．６′内、オリフィス２６近傍でベル
ヌーイの式が成立すると仮定すると、 総圧＝動圧＋静圧 であるから、オリフィス２６内でインクの流速が増加し
た分だけ動圧が増し、従ってその分だけ静圧が減少する
事になる。薄いインク供給層２４はほとんど静圧のみを
インク室２１．２１・に伝播するので、この減少した静
圧分だけ圧力変動を抑制する事ができる。一般に第３図
の構造をしていない普通のインクジェット記録ヘッドを
第４図のように走査をさせた場合、■側に圧力変動を生
じるが、上記のように本実施例では圧力変動がｅ側で減
少するように働くため、場合に上っては、効果が強過ぎ
て、逆にｅ側の圧力変動を生じる事もある。これは、オ
リフィス２６の径、及びインク供給層２４の厚さに依存
しているので、これらを適当に選択する事が必要である
。オリフィス２６の径、及びインク供給層２４の厚さは
、インクジエによって異なるがそれぞれほぼ１００〜３
００μｍ。

２０〜１６０μｍが実際に効果のある範囲である。

（２）次にインクの圧力変動阻止、緩和のために効果が
あるのは、オリフィス２５．２５’及びインク供給層２
４での抵抗による圧力損失である。これは（１）の場合
とは異な沙、圧力変動がの側でもｅ側でもそれを０にす
る方向に働き、動作としては理想的であるが、あまりオ
リフィス２５．２５’の径及びインク供給層２４の厚さ
を小さくすると、インク供給量が足りなくなるため、（
１）との関係も考慮して、適当な値を選択する事が必要
である。

（３）３つ目の原因としては、オリフィス２５．２５’
に入る手前とインク供給層２１を出た後にインク室２２
．２２’、２１．２１’を設け、ダンパの役目をさせ圧
力変動を吸収させている点である０気体と異なりここで
は、扱っている流体が液体のため気体はど効果はないが
、例えばインクノズル板２０を薄い金属（２０〜３０μ
ｍ前後）で作ると、そのたわみによって、圧力変動が吸
収されやすく１２−１゜ 効果的である。

以上説明した３つの理由により、ノズル４でのメニスカ
スのバランスが安定に保たれる。空気流は、空気供給管
１１よりインクノズル板２ｏの周囲に設けられた空気室
１２を経て空気層７より空気ノズル１に向りて流れ、空
気ノズル１の近傍で急激に曲げられ、空気ノズル１より
大気中に流出されている。このため、インクノズル４よ
り空気ノズル１に至る空間には、急激な圧力勾配の変化
が生じ、これがノズル板２とインクノズル４内のインク
の間の電位差で生じた静電力によってインクノズル４よ
り引き伸ばされたメニスカスを引きちぎり、空気ノズル
１よりインク液滴となって飛翔させる。

空気ノズル１より流出される空気の速度が、速いほど、
インクノズル４よシ空気ノズル１に至る空間に生ずる圧
力勾配は大きくなり、インクノズル４よシのわずかなメ
ニスカスの凸でもインクを引きちぎシ高速でインク液滴
を記録紙面上に運ぶ。

従って、周波数特性は向上し、記録速度は増すが、１３
、　。

空気流速が速いため、インク液滴が記録紙面上に飛翔し
付着した際に、周辺に散シ、美しいドツトを形成し難く
なる。さらに、インクノズル４でのメニスカスのバラン
スをわずかでも崩すと、インクが飛翔する事になり、メ
ニスカスのノくランスを安定に保つ事がさらに要求され
るようになる。このため、適当な流速になるように空気
圧を調節する事が重要である。本発明のインクジェット
記録ヘッドの場合、空気ノズル１での空気の流速をａ　
ｏ　ｍ／Ｓ−２００ｍ／ｓ　の範囲で良好な結果を得た
０ 以上の説明のごとく本発明は、空気流を空気ノズルより
急激な曲りを生じさせて噴出させ、空気流の曲りにより
生じる急計圧力勾配の変イヒを有する空間内に、空気ノ
ズル開口と対向して開口を有するインクノズルを設け、
空気ノズルとインクノズル内のインク間に電界を印加し
てインクノズルに形成されるインクのメニスカスに形状
変イヒを生じさせ、メニスカス先端に生じる９圧力勾配
の変化によりインク液滴の吐出停止を行なうインクジェ
ット記録ヘッドに、２本のインク供給管を連結し、その
延長上のヘッド内部にオＩＪフイスを有するオリフィス
板によって形成されるインク供給層を形成し、２本のイ
ンク供給管の他端を各々又は一本の管を介してインクリ
ザーノ（に連結させたインクジェット記録ヘッドであり
、インクの圧力変動を阻止もしくは緩和し、４ンクノズ
ルで形成されるメニスカスを安定に保つ効果力；ある。

本発明は、上記の実施例のようなモノヘッドに限らずマ
ルチヘッドにおいても同様の効果力くある事は言うまで
もなく、これ以外のインクノズルのメニスカスの安定性
が重要なヘッドにおいても有効である。

は本発明の一実施例におけるインクジェット記録へ・ド
の断面図、第４図（＆ｌ　Ｉ　（ｂ）　、　（０）は本
発明のイン・クジエツト記録ヘッドを使用した時の配管
系の構成例を示す断面図である。

１５、・　− １・・・・・・空気ノズル、２・・・・・・空気ノズル
板、４・・・・・・インクノズル、６．ｅ・・・・・・
インク供給管、７・・・・・・空気層、　　２１　．２
１・、２２．２２’・・・・・・インク室、１１・・・
・・・空気供給管、１２・・・・・・空気室、２０・・
・・・・インクノズル板、２３．２３’・・・・・・オ
リフィス板、２４・・・・・・インク供給層、２５．２
５’・・・・・・オリフィス、２６・・・・・・ビス、
２７・・・・・・Ｏリング。

代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第３図 第４図 ＩＣ） 手続補正書 １事件の表示 昭和　年特許願第１４２７１６号 ２発明の名称 インクジェット記録ヘッド ３捕正をする者 ４代理人　〒５７１ 住　所　　大阪府門真市大字門真１００６番地松下電器
産業株式会社内 ５補正の対象 ６、補正の内容 （１）明細書第７頁第１０行目の「前後にはインク室」
を［前後には液体供給層２４以外で連通さｎているイン
ク室」に訂正致します。

（２）第３１’Ｊを、別紙のとおり訂正致します。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定流速の空気流を空気ノズルよシ急激な曲りを
   生じさせて噴出させ、空気流の曲りにより急激な圧力勾
   配の変化を生じさせる手段と、急激な圧力勾配の変化を
   有する空間内に前記空気ノズル開口と対向して開口を有
   して配されたインクノズルと、前記空気ノズルとインク
   ノズル内のインク間に電界を印加してインクノズルに形
   成されるインクのメニスカスに形状変化を生じさせる手
   段と、互に対向して配され、少なくとも一対のオリフィ
   スを穿孔した２枚の板間に形成され、前記インクノズル
   に連通したインク供給層と、一端が前記オリフィスに連
   通した２本のインク供給管とを有することを特徴とする
   インクジェット記録ヘッド。
2. （２）　　インク供給管とオリフィスの間およびインク
   供給層とインクノズルの間にインク室が形成さ− １れた特許請求の範囲第１項記載のインクジェット記録
   ヘッド。