JPS60139457A - インクジエツトプリントヘツド - 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】 （ａｌ　発明の技術分野 本発明はインクジェットプリン１−ヘッドに係り、特に
ノズルより吸引した空気がインク導出路、およびノズル
に留まらないようにしたインク通路構造に関する。

ｆｂｌ　技術の背景 印字記録用インクが収容されている圧力室上に設置され
ている圧電素子に印字情報にもとすいて、電圧を印加し
てこの圧電素子を歪ませ、この歪みによる圧力を圧力室
に伝達し、圧力室に連通して一端部に設けられているノ
ズルより圧力室内に収容されている印字用インクを記録
紙上に噴射記録するインクジェットプリント方法は周知
でる。このインクジェットプリント方法はノンインパク
ト記録方式であり、印字記録する際の騒音の発生が少な
く、印字記録の品位が良いので、電子ｉＩｉ算機の出力
１ｎ報を記録するのに最近広く用いられるようになって
きている。

（Ｃ１従来技術と問題点 第１図はこのようなインクジェットプリントヘッドの構
造を示す断面図で、ステンレス製の薄板を放電加圧法、
あるいはホトエツチング法により所定の形状に形成した
後、これ等ステンレス製の薄板を溶接により接続して直
方体形状の容器１を形成する。従ってこの容器１の内部
には前記放電加工法、あるいはホトエツチング法によっ
て印字用インクを収容する圧力室２が設けられている。

この圧力室２の一端部にはこの圧力室２に連通ずるイン
ク導出路３を介してインクを記録紙上に噴射記録するた
めのノズル４が設けられており、この圧力室２の他端部
には、この圧力室２に連通してインク室（図示せず）に
連なるインク供給路５が設けられている。またこの圧力
室２の上部には、印字情報にもとすいた所定の印加電圧
によって歪み、この歪みにもとすく応力を圧力室２に伝
達するだめの圧電素子６が接着剤等を用いて接着固定さ
れ°ζいる。この圧力室２および、この圧力室２に連な
るノズル４は１個の場合もあるし、また紙面に垂直の方
向に沿って所定の間隔で多数設けられている場合もある
。このようなインクジェットプリントヘッドの従来の圧
力室の構造につき第２図および第３図を用いて説明する
。

第２図は従来のインクジェットプリンＩ〜ヘッドの圧力
室から伸びる導出路３とその先端部のノズル４の部分を
拡大した平面図で、第３図は第２図をＩ−ＩＩ線に沿っ
°ζ切断した断面図である。第２図、および第３図に示
すように従来の導出路３とその先醋１部のノズル４は３
０度の傾斜角θで接続されている。このような導出路３
ををするインクジェットヘッドに於いて、印字情報にも
とすく高電圧の駆動電圧で第１図に示した圧電素子６を
駆動さ−Ｕで導出路３の先端のノズル４より導出路３内
のインクをインク滴として記録紙上に噴射記録する場合
、このインクがノズル先端よりインク滴となっ゛ζ噴出
した時、その噴出するインク滴の噴出力の反作用でノズ
ル先端部のインクの液表面がノズル内部に引き込まれる
形となり、このインク液の表面がノズル内部に引き込ま
れる時に同時にノズル４の先端部が曝されている部分の
空気を空気柱としてノズル４内に引き込んで、導出路内
に気泡を残すようになる。この気泡はインクに比して収
縮しやすく、インクを噴射させるだりのエネルギーでこ
の気泡をノズルの外部に押し出そうとしても、このイン
ク噴射エネルギーが気泡内部に吸収され、いつまでも気
泡がノズル４内に残留することになる。このような気泡
がノズル４より導出路３の内部に導入される態様を第４
図より第７図迄を用いて説明する。第４図に示すように
ノズル４内に入り込んできた空気柱１１ば、第５図に示
すようにインク導出路３との接続点１２で膨張して球状
となり、第６図に示すようにこの球状となった気泡に導
出路３の内部のインク１３が導出路３とノズル４の接続
点１２に回り込む形となり、そのインクの表面張力によ
って空気柱１１を切断して第７図に示すような球状の気
泡１４を導出路３内のインク１３＋１１４こ残留させる
ようになる。この場合、実験の結果ノズル４と導出路３
との接続点１２の傾斜角度θが３０度以下の時には、接
続点１２に於いて前記したインク１３の空気柱ｔｉに対
−Ｊ’る回り込みの現象が見られず、したがってインク
供給路に切断された球状の気泡１４の発生が見られない
。そこで傾斜角度θを３０度以下としてインク１３の回
り込みを防いで球状の気泡１４の発生を無くずことも考
えたが、このような傾斜角度θを３０度以下にしようと
するとテーパーの部分の長さが長くなるので、圧電素子
より発生ずる圧力波の高周波成分が減衰しやすくなり、
噴出したインク粒子の後にこの粒子よりも小さなインク
粒子が噴出形成されるようなザテライＩ−現象が発生ず
る不都合が生しる。また傾斜角度θが３０度以上である
と、気泡の容積に比してテーパーのイリされた領域の容
積が大となるため、更に気泡が発生しやすくなるといっ
た問題点を生じていた。

（ｄｌ　発明の目的 本発明は上記した問題点を解決するもので、幅寸法の異
なるノズルとインク導出路等よりなるインク通路構造に
於いて、ノズルとインク導出路間とを幅１法の異なる箇
所で幅寸法にテーパーを（（Ｊした多段構造の接続用イ
ンク導出路を用いて接続することで、ノズルより空気柱
を吸引した場合においても、その空気柱がインク導出路
内で球状の気泡となっ°ζ形成されないようにした新規
なインクジェットプリントへノドの提供を目的とするも
のである。

（ｎ）　発明の構成 かかる目的を達成するだめの本発明のインクジェットプ
リン１−ヘッドは、電気エネルギーを機械エネルギーに
変換する圧電素子と、該圧電素子に所定のパルス電圧を
印加することによって発生ずる圧力波をインクに伝達す
る圧力室と、インク滴を噴出するノズルと、圧力室より
ノズルに連通ずるインク導出路と、インクを収容するイ
ンク室と、該インク室より圧力室に連通し、圧力室にイ
ンクを供給するインク供給路とからなるインクジェット
プリントヘット′に於いて、前記ノズルとインク導出路
の間に、ノズルの幅寸法より広く、かつインク導出路の
幅寸法より狭い幅１法を有する接続用インク導出路を少
なくとも１個、ノズルからインク導出路に向かって幅寸
法が段階的に大きくなるように多段構造に接続したイン
ク通路構造を有することを特徴とするものである。また
前記ノズルと接続用インク導出路間の接続領域、および
各接続用インク導出路間の接続領域、接続用インク導出
路とインク導出路間の接続領域は、幅方向の寸法に対し
てテーパーを設けたことを特徴とするものである。更に
前記順次幅方向の寸法が拡大されたインク通路に於いて
、互いに隣接された各インク通路の幅寸法の比が２対３
であることを特徴とするものである。また前記多段構造
に接続した各インク通路は、その幅方向の寸法に対し、
次段の拡大されたインク通路の長手方向の寸法が２倍と
なっていることを特徴とするものである；更に前記接続
領域に形成されたテーパー領域の長平方向の寸法が、そ
の幅方向の寸法より小さくなって　。

いることを特徴とするものである。更に前記ノズルと接
続用インク導出路の領域の深さ方向の寸法をＤｌとし、
インク導出路の領域の深さ方向の寸法をＬ）２とした時
、Ｄ２＞１）、となる関係を自することを特徴とするも
のである。

（ｆ）　発明の実施例 以下図面を用いて本発明の一実施例につき詳細に説明す
る。

第８図に本発明のインクジェットプリントヘッドのイン
クを噴出させるだめのノズルの構造の平面図を示し、第
９図に第８図を１−１１線に沿って切断した断面図を示
す。図示するように本発明のインクジェットヘッドが従
来のインクジェットヘッドと異なる点は、インクが噴射
されるノズル２１と圧力室に連なるインク導出路２２と
の間をノズル２１の幅」法より段階的に幅寸法が大きく
なり、ノズル２１の深さ方向の寸法り，とは同一の深さ
方向の寸法Ｄ１を有する接続用インク導出路２２Ａと２
２Ｂを用いて接続した点にある。ここで種々実験の結果
、Ｗｌの狭い幅寸法を有するノズルより、Ｗ２の広い幅
１法を有する接続用インク導出路２２八になった時、こ
の稲刈法の変化する割合が大きずぎると接続用インク導
出路２２４内に発生した気泡の直１蚤が急激に大きくな
るので、これ等ノズルの１白寸法Ｗ１と、接続用インク
導出路２２への幅寸法Ｗ２と、接続用インク導出路２２
Ｂの幅寸法Ｗ３とインク導出Ｉ洛２２の幅」法Ｗ４の関
係は第（１）式の関係を保つことが望ましい。

ＷＩ／Ｗ２　＝Ｗ２　／Ｗｓ　＝Ｗ］　／Ｗ４　＝２／
３・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・＋１１また段階的に幅寸法を増加させる接
続用インク導出路２２Ａ　、　２２Ｂの長手方向の寸法
Ｌ　１＋　Ｌ　２は長くなりすぎると、インクが噴出す
る際のインクの流体抵抗が大となり好ましくない。また
この接続用インク導出路２２Ａ、２２Ｂの長手方向の寸
法となるり、、Ｌ２は、その前の段階で接続されている
ノズル２１、および接続用インク導出路２２への幅方向
の寸法ｗ、、ｗ２の２倍以下の短い寸法であると、この
次に接続される幅寸法の広い接続用インク導出路２２Ｂ
、およびインク導出路２２のようなインク通路の影響を
受けて、柱状の気泡のメニスカスが膨らみすぎて、柱状
の気泡が９ノ断されて球状の気泡となって接続用インク
導出路２２Ｂやインク導出路２２のインク通路内に残留
するようになる。そのため内部に形成される気泡が柱状
の状態を保ち、球状の気泡となってインクによって切断
されないようにするため、接続用インク導出路２２Ａ　
、　２２Ｂの長平方向の」法Ｌ１およびＬ２はその前の
段階で接続されている幅寸法の狭いインク通路、即ちノ
ズル２１の幅寸法Ｗ１、および接続用インク導出路２２
＾の幅寸法Ｗ２の２倍の寸法に留めるのが望ましい。

即ら第（２）式の関係を保つようにするのが望ましい。

Ｌ、／Ｗ、＝Ｌ２／Ｗ２＝２・・・・・・・・・・（２
）またノズル２１とこれより幅寸法が大となる接続用イ
ンク導出路２２＾の接続領域におけるテーパー長ｊ２．
と、接続用インク導出路２２八とこれより幅寸法が大と
なる接続用インク導出路２２Ｂの接続領域におけるテー
パー長１２と、接続用インク導出路２２１３とこれまり
幅１Ｊ法が大となるインク導出路２２の接続領域に於り
るテーパー長β８のそれぞれのｊ法ば幅寸法が大きくな
る次の段階の接続用インク導出路２２への幅寸法Ｗ２、
および接続用インク導出路２２Ｂの稲刈法Ｗ３、および
インク導出路２２の幅寸法Ｗ４のそれぞれの１法に比較
して十分小さいテーパー長を有することが柱状の気泡の
曲面を膨らまさないために必要である。またノズル２１
と接続用インク導出路２２＾の境界のテーパー角θ１、
接続用インク導出路２２八　と接続用インク導出路２２
Ｂの境界のテーパー角θ２、接続用インク導出路２２１
〜とインク導出路２２の接続領域のテーパー角θ３のそ
れぞれの角度は、このそれぞれの領域のテーパー長７！
１．β２，１３のそれぞれの寸法が、これらノズル２１
、接続用インク導出路２２Ａ。

２２Ｂ、インク導出路２２よりなるインク通路に対し、
幅寸法が狭くなっているインク通路のそれぞれの幅寸法
Ｗ、、Ｗ２．Ｗ３の寸法より小さい時には、約８０度の
角度まで許容できる。なぜならテーパー角度がそれぞれ
３０度以上になったとしても、テーパー長さが十分短い
ため、そのつぎの幅１法が大となる導出路の影響を受け
て柱状の気泡のメニスカスが膨らみ過ぎることが無くな
るからである。

なおテーパー角度を８０度以上にすると、そのテーパ一
部分で気泡のメニスカスが膨らみ過ぎて、テーパ一部分
に空気が残留するような不都合を生しる。またインク導
出路２２の深さ方向の寸法Ｄ２は、ノズル２１、接続用
インク導出路２２Ａ　、２２Ｂのそれぞれの深さ方向の
寸法ＤＩよりも圧力なみ伝達の効率が減衰しないように
しておく。

このような形状のノズル２１、および接続用インク導出
路２２Δ、２２Ｂ　、インク導出路２２を有するインク
ジェットヘッドを形成するには、ステンレス製の薄板を
放電加工法、あるいはホトエツチング法により第９図に
示ずようにノズル２１形成領域、接続用インク導出路２
２Ａ、’２２Ｂ形成領域の深さ方向の寸法Ｄ１とインク
導出路２２形成領域の深さ方向の寸法Ｄ２となるように
、また第８図に示すようにノズル２１形成領域の幅寸法
Ｗ１．接続用インク導出路２２への幅寸法Ｗ２＋　接続
用インク導出路２２Ｂの幅寸法Ｗ３．インク導出路２２
の幅寸法Ｗ４と、それぞれ所定のテーパー角度θ１．θ
２．θ８を有するテーパー長さ＃ｌ＋　ａ２．Ｎ３が得
られるように削りだず。ついでこのようにしてノズル２
１、接続用インク導出路２２Ａ、２２Ｂ　、インク導出
路２２よりなるインク通路を形成したステンレス製の薄
板の上部に、これ等インク通路を形成する以前のステン
レス製の薄板と同一形状のステンレス製の薄板を溶接に
よって張り合わせてインクジェットヘッドを形成する。

この、ようなインク通路構造を有するインクジェットヘ
ノＩＳを用いれば、幅寸法の狭いインク通路より幅寸法
の大きいインク通路に伸びζきた柱状の気泡は、−膜幅
寸法の大きいインク通路に入ってきたとしても、インク
通路の槽壁により制限を受けて、球状の気泡として切断
されるまでに大きく成長することができず、柱状の状態
を維持することができ、この柱状の状態の空気は再びイ
ンクで満たされる。

従って本発明のインクジェットヘッドによれば、ノズル
からの気泡吸引を抑え、安定にインクを噴出させること
ができる。なお、本実施例では接続用インク導出路を２
個接続した場合について述べたが、この個数はノズルの
幅と、インク導出路の幅に対応する任意の数で良い。

＋ｇｌ　発明の効果 以上述べたように本発明のインクジェットプリン１−ヘ
ッドの構造によれば、ノズルより空気を吸引したとして
もインク通路内部で球状の気泡として切断されることが
なくなり、吸引した空気の部分は再びインクで満たされ
るので、気泡吸引の生しない安定なインクの噴出を行う
ことができる。

従って高信頼度のインクジェット記録が行えるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のインクジェットヘッドの構造を示す断面
図、第２図は従来のインクジェットヘッドのノズルとイ
ンク導出路の構造を示す平面図、第３図は第２図をＩ−
ｎ線に沿って切断した断面図、第４図より第７図までは
従来のインクジェットヘッドに於いて、気泡の発生態様
を示ず平面図、第８図は本発明のインクジェットヘッド
のノズルとインク導出路の構造を示す平面図、第９図は
第８図をＩ−ＩＩ線に沿って切断した断面図である。 図に於いて、１は容器、２は圧力室、３はインク導出路
、４ばノズル、５はインク供給路、６は圧電素子、１１
は柱状の気泡、１２はノズルと導出路との接続点、１３
はインク、１４は球状の気泡、２１はノズル、２２Ａ、
２２Ｂは接続用インク導出路、２２はインク導出路、Ｗ
ｌはノズルの幅方向の寸法、ｗ２は導出路２２への幅方
向の寸法、Ｗ８は導出路２２Ｂの幅方向の寸法、Ｗ４は
導出路２２の幅方向の寸法、Ｌｌは導出路２２への長平
方向の寸法、Ｌ２は導出路２２Ｂの長平方向の寸法、７
！ｌ＋　’２＋　’３はテーパー長、θ、θ１．θ２．
θ３はテーパー角度、Ｄｌはノズルおよび導出路２２Ａ
　、　２２Ｂの深さ方向の第１図 ６ 第２図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）電気エネルギーを機械エネルギーに変換する圧電
   素子と、該圧電素子に所定のパルス電圧を印加すること
   によって発生ずる圧力波をインクに伝達する圧力室と、
   インク滴を噴出するノズルと、圧力室よりノズルに連通
   ずるインク導出路と、インクを収容するインク室と、該
   インク室より圧力室に連通し、圧力室にインクを供給す
   るインク供給路とからなるインクジェットプリントヘッ
   ドに於いて、前記ノズルとインク導出路の間に、ノズル
   の幅寸法より広く、かつインク導出路の幅寸法より狭い
   幅寸法を有する接続用インク導出路を少なくとも１個、
   ノズルからインク導出路に向かって幅寸法が段階的に大
   きくなるように多段構造に接続したインク通路構造を有
   することを特徴とするインクジェットプリントヘッド。
2. （２）前記ノズルと接続用インク導出路間の接続領域、
   および各接続用インク導出路間の接嬉領域、接続用イン
   ク導出路とインク導出路間の接続領域は、幅方向の寸法
   に対してテーパーを設のたことを特徴とする特許請求の
   範囲第（１）項に記載のインクジェットプリントヘッド
   。
3. （３）　前記順次幅方向の寸法が拡大されたインク通路
   に於いて、互いに隣接された各インク通路の幅寸法の比
   が２対３であることを特徴とする特許請求の範囲第（１
   １項に記載のインクジェットプリントヘッド。
4. （４）前記多段構造に接続した各インク通路は、その幅
   方向の寸法に対し、次段の拡大されたインク通路の長手
   方向の寸法が２倍となっていることを特徴とする特許請
   求の範囲第＋１１項に記載のインクジェットプリントヘ
   ッド。
5. （５）　前記接続領域に形成されたテーパー領域の長手
   方向の寸法が、その幅方向の１法より小さくなっている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第（２）項に記載のイ
   ンクジェットプリントヘッド。
6. （６）　前記ノズルと接続用インク導出路の領域の深さ
   方向の寸法をＤｌとし、インク導出路の領域の深さ方向
   の寸法をＣ２とした時、Ｃ２＞ｌ）、となる関係を有す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項に記載の
   インクジェットプリントヘッド。