JPS593149B2

JPS593149B2 - インクジエツト記録装置

Info

Publication number: JPS593149B2
Application number: JP11992177A
Authority: JP
Inventors: 剛裕山田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1977-10-07
Filing date: 1977-10-07
Publication date: 1984-01-23
Also published as: DE2843753A1; JPS5454033A; GB2006685A

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関し、特に該装置
で使用されるインク粒子形成機構に関する。

ノズル孔より噴出させたインク噴流に動乱を生ぜしめ一
連のインク粒子に分離し、かくして形成こしたインク粒
子を情報記録信号に応じて荷電偏向制御し、被記録体上
に付着させ、記録を得るインクジェット記録装置が提案
されている。

このようなインクジェット記録装置のためのインク粒子
形成機構についても、従来より種々のものが提案されて
いる。

５本発明の適用対象となるインク粒子形成機構は一般
的によく使用される装置であつて、先端にインク噴出用
のノズル孔を持ちこのノズル孔にインクを導びく空洞を
持つノズルと、これに機械的に結合された電気機械変換
器が組合わされたもので１０あり、この粒子形成機構の
電気機械変換器を駆動用電気信号源により所定周波数で
駆動振動させ、もつてノズルを振動させ、この振動が直
接、あるいは、この振動が一旦ノズル中のインクに動乱
を生ぜしめた後、ノズル孔より噴出するインク噴流１５
に動乱を生ぜしめ、よく知られた噴流の動乱に対する不
安定性を利用して、インクを粒子に分離するものである
。

このようなインク粒子作成機構製作にあたり、従来は、
前記ノズル空洞内のインクが使用駆動周フｏ波数で共
振するようにノズル長を決定したり、あるいは、粒子作
成機構の機械的な共振周波数を使用駆動周波数に合うよ
うな構造にする等、少ない励振電碇、あるいは励振電流
でインク粒子が作成可能な粒子形成機構のための設計製
作法がとられ１５ていた。

しかし、このような粒子作成効率だけを考慮する従来の
粒子作成装置製作法に基づいて製作した粒子作成機構で
は、しばしば粒子作成特性の安定性に欠けることがある
ことがわかつた。

すなわち、０粒子形成機構の駆動動作条件であるイン
ク供給圧力、駆動電気信号源よりの励振周波数、そして
励振電圧あるいは励振電流が一定であつても、環境温度
変化、長時間の駆動や、粒子形成機構の記録装置への固
定方法のちよつとした変化により、イ５ンク噴流がイ
ンク粒子に分離するまでの距離（インク柱長さと呼ぶこ
ともある）や、インク噴流を粒子に分離する際付随して
発生することのある小ノ１−径粒子（サテライト粒子と
呼ばれることもある）の発生飛行状況が変化してしまう
等の粒子形成特性が不安定になつてしまい、良好な印字
をするための適正な粒子形成条件からはずれてしまい、
不良印字を起こしてしまう等の欠点があつた。

また、製作した粒子形成機構ごとに、適正な粒子作成状
態を達成するための駆動条件（主に上記駆動電気信号源
よりの励振電圧あるいは、励振電流）がばらつきがちに
なつてしまい、互換性に欠ける等の欠点があつた。本発
明の目的は、粒子形成特性が安定で、常に良好な記録が
行ない得るイックジェット記録装置を提供することにあ
る。

本発明は、上記従来の粒子形成装置の粒子形成特性の不
安定性さの原因が高調波寄生振動に伴なうものであり、
この高調波寄生振動の生起及び、振動強度が不安定で変
動しやすいためであることを実験的に新たに確認し、こ
のような高調波寄生振動の影響を受けにくくしたインク
粒子形成機構を提案するものてあつて、粒子形成機構の
駆動周波数の及びその２倍の周波数近辺で該インク粒子
作成機構が機械的に共振を起こさないように、該インク
粒子作成機構の機械的定数を調整する手段を設けたもの
である。

第１図は本発明における粒子形成機構の適用対象となる
、一般的によく使用される粒子形成機構の構造の一例を
示す断面図である。

すなわち、インクをノズル孔１に導びくための空洞を有
するボルト状のノズル２のシヤフト部２Ｂに電気機械変
換素子としての圧電振動子３Ａ，３Ｂ及び電極板４Ａ，
４Ｂが挿入され、ナツト５により締付られ、ノズルと機
械的に一体構造とされている。

そして、上記圧電振動子３Ａ，３Ｂが駆動用電気信号源
６よりの所定周波数で所定電圧値の駆動励振電圧を受け
ることにより、粒子作成機構が振動し、この振動が直接
、あるいは、この振動が一旦ノズル中の空洞２Ｃ内のイ
ンクに動乱を生ぜしめた後、ノズル孔より噴出するイン
ク柱１０に動乱を生ぜしめ、よく知られたインク噴流の
動乱に対する不安定性を利用してインクを一連のインク
粒子１１に分離する。ところでこのような構造の粒子形
成機構の機械的な振動の周波数特性を考えてみると、機
械的に共振するいくつかの共振周波数が存在する。

その共振のメカニズムとしてたとえば以下のものがある
。（１）ノズルの頭部２Ａを第１の質量とし、後部ナツ
ト５を第２の質量とし、ノズルのシヤフト部２Ｂと、圧
電振動子３Ａ，３Ｂ及び電極４Ａ，４Ｂをバネとした機
械的な共振。

（２）ノズル２の縦振動による共振（１次，２次，３次
・・・・・・共振）（３）ノズル２の横振動による共振
（１次，２次，３次・・・・・・共振）以上のように、
いろいろな種類の共振、そして同じメカニズムによる共
振でも、次数により異なる種々の周波数で共振を起こす
ことになる。

しかし、いずれの共振特性も、１つの共振メカニズム、
次数の共振特性に着目して、振動振幅の周波数特性すな
わち、駆動励振電圧を一定値に保ち、駆動励振周波数を
変化させながら機械的な振動振幅をそれぞれの周波数に
ついて調べるとその特性は、第２図のようになることが
わかつた。すなわち共振周波数Ｆ。では、振動振幅は最
大値を示すが、その他、共振周波数Ｆ。（７）ｎ分の１
、ｆすなわち−０（ここでｎは１より大き０相然数）ｎ
で極大値を示すことがわかつた。

そして、このよｆうな１の周波数近辺でインク粒子形成
機構を駆Ｎｆ動励振した場合には駆動励振周波数成分一の振動ｎの他
にこの周波数のｎ倍の周波数Ｆ。

の周波数成分の振動が寄生的に発生し、このような高調
波寄生振動が駆動励振周波数の振動に重畳した振動状態
になることがわかつた。このような高調波振動発生の原
因は、粒子形成機構振動系の非線形な効果や、駆動電気
信号源の励振電圧波形の歪がもとで起こるものと推定さ
れる。

さらにこのような高調波の寄生的な振動の起こり方、及
び大きさは、不安定であり、たとえば第１図の粒子形成
機構のナツト５の締付状態や、電歪振電子３Ａ，３Ｂの
表面状態の変化、また、粒子形成機構を記録装置に塔載
する場合には、第１図に示したものをケースに組込んで
、記録装置に固定するが、この時の、ケースへの組込状
態の変化や、記録装置への固定状態の変化等により変化
することがしばしばあることがわかつた。

また、粒子形成機構の製作環境温度変化があつた場合や
、長時間の運転中においても不安定に変化することがわ
かつた。ところで粒子形成機構の駆動励振周波数は、記
録装置の記録速度仕様から一定のある値にあらかじめ定
められる。

たとえばその値がＦであるとする。このような動作仕様
の記録装置用の粒子作成機構として、今、第２図で示し
た振動特性のものをＦＯ使用した場合には、Ｆがちよう
ど一近くになつているため、上記した理由により、高周
波寄生振動を伴なつた振動状態になり、しかもこの振動
の発生状態が不安定に変動するため、振動の強度や振動
波形が変動する。

したがつて、粒子の作成特性に直接関係するインク柱へ
の動乱の状態が変化してしまうため、インク柱１０の長
さや、粒子に分離する時付随して発生する小径粒子１１
Ｓの発生飛行状態が変化してしまう。

一方、記録装置を安定に動作させるためには、インク柱
１０の長さが所定長さの範囲内であり、前記小径粒子１
１Ｓの発生状況については、発生しないか、または、発
生しても大径インク粒子１１Ｌにただちに追付いて粒子
１１Ｒになることが必要である。

そこで許容値以上に粒子形成特性が変動してしまうと記
録乱れを起こしたり、あるいは、装置故障（記録不能）
の原因となる。実際、上記の高調波寄生振動発生に伴な
う粒子形性特性の変動は、許容量以上になることがしば
しばあり、上記トラブルを起こしてしまう。第３図は、
本発明におけるインク粒子作成機構の第２図に対応する
振動振幅の周波数特性の一例である。すなわち、機械的
な共振周波数Ｆ。を低い周波数の方にずらすことにより
、高調波寄生振ｆ動に伴なう極大値を示す周波数−を移
動せしめ、ｎもつて、装置の駆動周波数Ｆ近辺では、振
動振幅が急変しないようにし、高調波寄生振動が起きな
いようにしたものである。

もちろんＦ。を高い周波数の方にずらしても同様に目的
を達成することも可能である。このように共振周波数を
ずらすためには、インク粒子作成機構の機械的共振周波
数を決定する機械的定数を変えればよい。

たとえば前記（１）のモードの共振に関しては、ノズル
頭部２Ａ，締付ナツト３の質量を変更することや、ノズ
ルシヤフト２Ｂの太さを変更することや、電極４の材質
や厚さを変更することにより高い方にも、低い方にも共
振周波数をずらせることができる。またナツト５による
締付力を変えてインク粒子作成機構の機械的定数を調整
することによつても共振周波数をずらすことができる。
次に（２）のモード（３）のモードについては、ノズル
２の全長を変更することにより共振周波数をずらすこと
ができる。以上のようにすれば、高調波振動を伴なわな
い安定な特性のインク粒子作成機構を製作することがで
きる。ＦＯところで共振周波数Ｆ。

の存在により一近辺でｎ駆動励振した時、ＦＯの周波数
成分の高調波を伴ない粒子作成特性の不安定性を生じる
ことを上記したが、ｎの増大につれて、寄生的に発生す
るＦＯの高調波寄生振動の強度が小さくなることがわか
つた。

そしてさらに、発明者らの粒子形成機ＦＯｆＯ構ではｎ
が１０より大きい励振周波数一，一１１１２ｆヱ・・・
・・・で粒子形成機構を励振した場合の高調波寄生振動
の起こり方は、粒子形成特性変動許容上、たいてい無視
できる程度のものであることが多いことが確認された。

したがつてｎが１０より大きい場合は駆動励振ｆ周波数
Ｆが」近辺の周波数にあつても実用上粒ｎ子作成特性の
変動は無視できる。

このことは本発明を実施して粒子形成機構を製作する際
、その製作を容易にする。

っまり、粒子形成機構駆動励振周波数Ｆの１０倍すなわ
ち、１０Ｆまでの周波数範囲Ｆ〜１０Ｆまでに存在する
前記した（１）〜（３）のような種々のメカニズムによ
り生ずる種々のモードの共振（共振周波数Ｆ。

ｌ，ｆＯ２，ｆＯ３・・・・・・）につき考慮し、ＦＯ
ｌ，ｆＯ２，ｆＯ３・・・・・・それぞれが、上記で代
表して説明した共振周波数Ｆ。だとして本発明による粒
子形成機構製作法をとれば良い。以上により、種々のメ
カニズムによつて生ずる種々のモードの共振による高調
波寄生振動による悪影響のない粒子作成機構が製作でき
るため、従来問題となつていた前記したような、粒子作
成機構のちよつとした組立状態の変化や、記録装置への
塔載時のケースへの組込状態、固定状態の変化によるイ
ンク粒子形成特性の変化がなくなり、また粒子形成機構
の動作環境温度変化があつても、長時間運転しても常に
安定にインクを粒子化することができるインク粒子形成
機構が製作できる。

また、製作した粒子形成機構ごとの適正な粒子作成駆動
条件（主に駆動励振電圧）のばらつきも少なくなり、粒
子形成機構どうしの互換性の良いものが製作できる。以
上に述べたように本発明によれば、インク粒子作成機構
の機械的共振周波数を駆動周波数及びその２倍の周波数
近辺からずれるように設定したので、外的条件の変動に
対してインク粒子を安定に発生させて安定した情報記録
ができ、また、このようなインク粒子作成機構の機械的
共振周波数を該機構の機械的定数を調整して設定するよ
うにしたので、上記設定に伴つて被記録面の相対移動速
度を変更する必要がなく、インク粒子作成機構に互換性
をもたせることができる、等の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の適用対象となる一般的によく使用さ
れる粒子形成機構の構造の一例を示す縦断側面図、第２
図，第３図は、本発明装置における粒子形成機構説明す
るための特性図である。１・・・・・・ノズル孔、２・・・・・・ノズル、３・
・・・・・圧電振動子、４・・・・・・電極板、５・・
・・・・ナツト、６・・・・・・駆動用電気信号源、１
０・・・・・・インク柱、１１・・・・・・インク粒子
、１１Ｓ・・・・・・小径インク粒子、１１Ｌ・・・・
・・大径インク粒子、１１Ｒ・・・・・・合体インク粒
子。

Claims

【特許請求の範囲】

１ノズルに加圧したインクを供給してノズル孔より噴
出させ、このノズルに機械的に結合した電気機械変換器
を所定の駆動周波数で振動させ、ノズル中に流れるイン
クに動乱を与え、ノズル孔より噴出させたインクを前記
駆動周波数に同期させて粒子化するインク粒子形成機構
を備えたインクジェット記録装置において、前記インク
粒子形成機構の機械的共振周波数が前記駆動周波数及び
その２倍の周波数近辺からずれるようにインク粒子形成
機構の機械的定数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。