JPS5859853A

JPS5859853A - インクジエツトペン

Info

Publication number: JPS5859853A
Application number: JP15874981A
Authority: JP
Inventors: Hiroyasu Uchida; 裕康内田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1981-10-07
Filing date: 1981-10-07
Publication date: 1983-04-09

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、インクジェット記録装置におけるインパルス
形インクジェットペンの改良に係り、特に記録計やＸ−
Ｙプロッタに使用して好適なものである。

従来のインパルス形インクジェットペンとしては、例え
ば特公昭５３−１２１３８号公報に示されるものが知ら
れでいる。第１図はこの種の従来のインパルス形インク
ジェット記録装置の一例を示すもので、インクジェット
ヘッド１０は、基体１１、圧力振動子等よ構成る圧力板
１２より構成されている。又インクジェットヘッド１０
の一端にはインク流入通路１４が設けられインク容器２
０から連結管２１を介してインクが圧力室３に供給され
る。１５はイ／り投射通路でありノズル１６よりインク
２４が記録紙２５に噴射される。圧力板１２の両面には
パルス発生器２２の出力端がワイヤ１７により接続され
ている。このように構成されたインクジェットヘッドは
、圧力板２２にパルス電圧が印加されると圧力板２２が
一点鎖線で示したごとく内側にたわみ、圧力室１３内の
インクを加圧する。加圧されたインクの一部は投射通路
１５よシ噴射され、残りのインクはインク容器２０の静
水圧に抗してインク容器２０側に移動する。圧力板１２
に印加した電圧を取り除くと圧力板１２は元に復し、圧
力室１３には投射されたインク滴２４に見会った量のイ
ンクがインク容器−２０から補給され、ノズル１６での
インクの表面張力と静水圧とでインクの平衡が保たれる
。

このようにインパルス形インクジェット記録装置におい
ては、上記動作原理からして、■）ノズルからのインク
の１Ｊみ出しを防ぐため、インク容器２０の静水圧とノ
ズル部１６０衣面張力とを平衡させる必要がある。

２）インクジェットヘッドには気泡を残すことなくイン
クを充填する必要がある。

３）駆動パルスの除荷による圧力室の体積回復時に発生
する負圧は、インク中に溶在する気体が分離して気泡を
形成するため、キャビテーション発生圧を越えてはなら
ない。

これ等の条件に対し従来の装置では次のような欠点があ
った。

１）インパルス形インクジェットペンの基本的な４造を
示している特開昭４８−９６２２号公報の装置では、圧
力室は密室構造になっているため、インクの充填には真
空ポンプ他の機器を必要とする。

２）上記第１図の構造の装置では、インクの充填は比較
的簡単ではあるが、インクの充填のためのインクへの加
圧手段および加圧によりノズルから流出したインクの回
収手段を必要とする。

又、圧力室を加圧する’Ａ　Ｏ＊　インクの効果的があ
る。このため圧力室ｉｄ開ロ寸法の小さい流入通路と、
ｄ＜ｔ、ぼられた投射通路にかこまれることになり、イ
ンク充填時に流入し念気泡が圧力室に残りやすいという
欠点がある。

３）インク滴の投射が圧力室の体積収縮に依存する以上
、圧力室の体積回復時に負圧が発生することは避けられ
ないので、負圧を小さくするかわシにインクを脱ガス処
理してインクのキャビテーション発生圧を低くする必要
があった。

以上の如く、従来の装（ｔでは、インクの充填に真空ポ
ンプを必要とし保守点検上好ましくなかつたり、脱ガス
処理したインクを訣用する場合、インク容器を密閉構造
とする必要があったりして、構造が複雑あ・つ高価にな
ることはさけられなかった。

本発明の目的は、上記した従来装置の装置化上、保守点
検上の難点を解決したもので、構成が簡単、安価、信頼
性が高く且つインクの充填が簡単で確実な記録計やプロ
ッタに使用するに好適なインクジェットペンを提供する
ことにある。

この目的を達成するため本発明は、１　ノズル、圧力室、インク溜りを鉛直線上に連通して
配置し、該インク溜りはインク中に開口した空気供給手
段を除いて密閉構造としてインクに作用する静水圧を表
面張力の範囲内に制限し、２　最下端に配置されたノズルから、圧力室、インク溜
シと上方に向かうに従って内部の寸法を連続的に、或い
は段階的に大きくして、イ／りの充填を容易にし、また
圧力室の体積回復時のインクの補給が速やかに行なわれ
るようにすると共に、気泡の圧力室内への滞留を無くす
ようにしたものである。

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第２図において３１は円筒上の基体で、その内部はイン
ク溜り■を構成し、また下部にはガラス等の材料よシ成
る圧力室３３、ノズル３４を有するノズルパイプ３２が
固着されている。上部には一端が大気に開口し、他端は
インク溜り■内で開口している給気管３７がＵ形キャッ
プ３６に密着固定され基体３１に取外し可能に圧挿され
ている。

これによシインク溜シエの上部に空気溜りＡが該基体３
１と該キャップ−＠３６で密閉されて形成される。３５
は該ノズルパイプ３２の外周にエポキシ樹脂等の適当な
接着剤で接着固定された圧眠振′　１子等の電気機械変
換器より成る筒状の加圧部材で、直径方向への電界を印
加して円周方向へ歪が発生するように構成されている。

給気管３７の下部には、十分内径が大きく選ばれた調圧
室３８を有し、該調圧室３８の出口には貫通小孔４０を
有するキャップ３９が接着または圧挿される。又各部材
の内径は、最下端に配置されたノズル３４から圧力室３
３インク溜り■と上部に向うに従かい途中に絞り等を含
むことなく連続的に、或いは段階的に大きく選ばれる。

５０は加圧部材３５の電１ｆｉリード、５１は投射され
たインク滴である。

以上のように４成されたインクジェットペンにおいて、
インクの充填、或いは補給は次のようにして行なわれる
。まず、インクジェットペンを図示しないがインク受は
上に適当な方法で固定し、キャップ３Ｇを取外して基体
３１の上部開口端からインクを連続的に注入する。上述
のごとくノズルパイプ３２の内径は該インク溜り工の出
口寸法に等しいか、それよりも小さく選ばれているので
、注入されたインクはノズルパイプ３２の孔を完全に閉
塞しノズル３４から該ノズルパイプ３２内の空気を追い
出すように重力により該ノズルパイプ３２内を下降し、
気泡を残すことなく充填される。

一方、インクの注入は所定のレベルにインクが達したら
停止し、キャップ３６を再び基体３１に圧挿し、インク
溜りＩの上部に密閉された空気溜りＡを形成する。該キ
ャップ３６が基体３１に装着される迄および装着後もノ
ズル３４からはインクが浸み出し雫となってノズル３４
の下部に設けたインク受けに落ちる。このノズル３４か
らのインクの浸み出しは、キャップ３６の装着時に圧力
上昇を伴った空気溜りＡの圧力が大気圧にまで下がり、
また該キャップ３６の接置時に該キャップ３６に固着さ
れた給気管３７内にもインクが入り込みノズル３４での
インクに対し正の水頭圧が作用するが、この水頭圧と給
気管３７内でのインクの表面張力との差がノズル３４で
のインクの表面張力と均衡するまで、即ち（１）式で示
す条件になる迄続く。

２　ａ　／　ｒ　、≧ｒｈＪ−２ａ／ｒ＊’　　・−−
−−−（１）ここで。

σ：インクの表面張力ｒＩｌ：ノズル３４でのインクのメニスカスの曲率半径ｒ、′：給気管３７内でのインクのメニスカスの曲率半
径ｒ：インクの比重量り、、’Ｈ給気管３７内のインクの液面とノズル３４と
の高度差即ち、（１）式で示される関係は、前記したノズルでの
インクの静水圧を表面張力の範囲内に制限した条件を満
足する。但し、（１）式の関係を得るには１８気管３７
及びキャップ３９はインクとの接触角が９０度以下の材
料より成ることを必要とする。

而した後、電極リード５０を介して加圧部材３５にパル
ス藏圧を印カｎして該調圧部材３５により外側からノズ
ルパイプ３２を圧し、圧力室３３の体積を急変させノズ
ル３４よシイ７り滴５１７ｊ：投射されるのは従来装置
と同様である。ここで。

該給気管３７内にインクが残っている間はイ／り滴５１
として投射された分量のインクは該給気管３７から補給
され、該給気ｖ３７内のインクを消費した後は、インク
滴５１の投射と共に給気管３７の下端での気泡が成長し
、給気管３７の下端でのインク圧力と表面張力の和が大
気圧に抗し切れなくなると該気泡は給気管３７から分離
、インク中に放出され空気溜りＡに合体する。給気管３
７内のインクが消費されて、インク溜りＩ内のインクの
液位が該４Ｓ気管３７の出口と同じレベル、即ち第２図
に示したようにノズル３４との高度差がｈＮになるまで
は、ノズルでのインク圧力は（２）式で与えられ、給気
管３７の下端での気泡の成長、分離による微少な変動は
あるものの概ね一定している。

ｐＮ＝ｆｈＮ−２ａｉｒ＊　　　　−−−−−−−−・
（２）ここで、ｐＮ：ノズル３４でのインク圧力ｈＮ：給気管３７の出口とノズル３４との高度差ｒａ　：１＠気管３７の出口でのインクのメニスカスの
曲率半径（１）式と（２）式においてｈｗ　’　＞ｈＮ　、　ｒ
、　’　）ｒ、よりこの状態においても２ａ／ｒＩｌ＞ｒｈｌｌ−２ａ／ｒ。

の関係が成立し、これはノズル３４でのインク圧力が表
面張力の範囲内に制限されていることを示している。

また、圧力室３３の入口寸法は圧力室３３自体の内径と
同一に選ばれるため、インク滴投射に要するパルスポ圧
は若干高くする必要があるものの該圧力室３３の体積回
復時のインクの補給も速やかに行なわれ、説ガス処４を
していない通常のインクでも安定したインク滴の投射が
得られると共に、もし気泡が発生した場合でも、浮力に
より速やかに圧力室３３からインク溜りエヘ抜は出し、
直ちにインク滴の投射は可能となる。更に、温度上昇に
よシ空気溜りへの体積が膨張した４合でも、その膨張量
に見合う童のインクが＠気管３７の調圧室３８に流れ込
むため支障はない。インク溜り工のインクがほとんど消
費されて空気溜りＡが最大の体積膨張を示す場合におい
ても（１）式を満足するように該調圧室３８を計画する
ことによシ、ノズル３４からのインクの−出しもない。

第３図は第２図のキャップ３６部の他の実施例で、給気
管３７が固着されたキャンプ３６は基体３１にゴム等の
弾性体よか成るパツキン６１を挾時の空気溜りＡの体積
収縮を小さくできる効果的な方法である。

また、第４図は他の実施例の１つで、基体３１の上部と
該基体３１に取外し可能に圧挿され、給気管３７が固着
されたイイク筒７１でインク溜りＩとその上部に空気溜
りＡが形成される。この装置において、インクを充填す
るにはイ／り筒７１を基体から取外し、倒立した状態で
インク筒７１にインクを注入した後、そのままの状態で
該インク筒７１に基体３１をその嵌合部の途中まで圧挿
する。然る後、インクジェットペン全体を該インク筒７
１が上に位置するように回転すると、該基体３１のイン
ク溜、９Ｉ部の空気は該インク筒７１の最上部に移動し
て空気溜りＡを形成すると共に。

インク筒７１内のインクは該基体３１のインク溜めＩの
出口に達する。そこで、今一度該基体３１に該インク筒
７１を押入れると先に形成された空気溜りＡの体積が減
少して微圧を生じ、インク溜り■の出口で留まっていた
インクをノズルパイプ３２内の圧力室３３．ノズル３４
に気泡を残すことなく充填することが出来、以後の動作
は前記したと同じである。

以上のごとく本発明によれば、１　インクの充填は、特殊な機器や装置を必要とするこ
となく、しかも気泡を残すことなく確実に行なえる２　気泡の圧力室内への滞留を無くせる３　体積回復時
の圧力室へのインクの補給が速やかに行なわれるので、
脱ガス処理をしていない通常のインクでもキャビテーシ
ョン気泡全発生することなく安定したインク滴の投射が
得られる。

等、装置構成を１硝単にし、保守も容易で且つ信頼性の
高いインクジェットベ／が得られ、記録計やＸ−Ｙプロ
ッタの記録手段として好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のイ／クー゛２エツト記録装置の一例を示
す構成説明図、第２図は本発明の一実施例を示す構成説
明図、第３図は第２図の装置のキャップ部分の他の実進
例を示す構成図、第４図は本発明の他の４８例を示す構
成説明図である。３１・・・基体、３２・・・ノズルパイプ、３３・・・
圧力室、３４・・・ノズル、３５・・・加圧部材、３６
・・・キャップ、３７・・・給気管、３８・・・調圧室
、３９・・・キャップ、５０・・・ｔｆＭリード、６１
・・・パツキン、７１・・・イン予　１　図第２屈 ◇４

Claims

【特許請求の範囲】

１、インク滴を噴射するノズル、該ノズルに連通し外部
から圧力を受ける圧力室、該圧力室に連通し且つ該圧力
室インクを供給するインク溜りより成り、該圧力室に圧
力パルスを与えることによりインク滴ヲ噴射するインク
ジェット記録装置において、前記ノズル、圧力室、イン
ク溜りを鉛直線上に配置し、且つ両端に連通した開口端
を有する４゜菅ヤヤ。一端ヵ、工記イ７り溜りに位置」
ｈが大気中に突出する如く設けて成り、最下端に位置し
たノズルから上方に向い圧力室、インク溜りの大きさを
順次大きくしたことを特徴とするインクジェットペン。