JPS60145853A - 液体噴射記録ヘツド - 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】 〔技術分野〕 本発明は液体噴射記録ヘッドに関―特にオンデマンド方
式による液体噴射記録ヘッドに関する。

〔従来技術〕

・　最近、種々の記録方式の中でも、記録時における騒
音の発生が極めて小さいという点においてノンインパク
ト方式が関心を集めており、その中でも特に液体噴射記
録方式、いわゆるインクジェット記録方式は高速記録が
可能で、しかも記録紙に定着という特別な処理を必・要
とせずに記録が行なえることから注目されている。

このインクジェット記録方式は記録用液体インクのイン
ク滴を飛翔させ、これを被記録媒体に付着させて記録を
行なう方式であるが、インク滴の形成法および形成され
たインク滴の飛翔方向を制御する方法により、さらに幾
つかの方式に大別される。

オンデマンド方式はこれらの方式の中の一方式であって
、例えばＵＳＰ　３６８３２１２、ＵＳＰ　３９４６３
９８等の公報に開示されているように記録信号に応じて
吐出オリフィスからインク滴を吐出飛翔させ、このイン
ク滴を被記録媒体表面に付着させて記録を行たうもので
ある。

このオンデマンド方式によれば記録に必要なだけのイン
ク滴しか吐出しないので、記録に不要な吐出インクの回
収やその処理のだめの手段ヲ男１］に設ける必要がなく
装置を簡素化、小型イしできること、吐出オリフィスか
ら吐出されるインク滴の飛翔方向を制御する必要がない
こと、多色記録が容易に行なえること等の利点を有する
。

このようなオンデマンド方式による液体噴射記録ヘッド
、いわゆるインクジェット記録ヘッドは、インク滴を吐
出するだめのオリフィスを先端に有する液射出部と、こ
の液射出部にインク滴吐出のエネルギーを与えるエネル
ギー作用部と、このエネルギー作用部にインクを供給す
るインク流路とから構成されている。捷だインク流路に
は、供給されるインク中に混入した気泡やゴミ等の異物
がインクとともにエネルギー作用部に流入するのを阻止
する為のフィルタが設けられているのが一般的である。

このフィルタは濾過を行なうとともに、インク流路に供
給されるインク量を設定する役割をも果す。

上記のエネルギー作用部には吐出エネルギーを発生させ
る吐出エネルギー発生体が設けられる。

例えばＵＳＰ３６８３２１２、ＵＳＰ’３９４６３９８
等の公報に開示されているように吐出エネルギー発生素
子として、ピエゾ素子等の電気・機械変換素子がエネル
ギー作用部に設けられる。この素子が記録信号を印加さ
れて駆動されることによシエネルギー作用部に圧力エネ
ルギー（圧力波）が発生し、この圧力エネルギーが液射
出部内のインクに与えられることによって液射出部のオ
リフィスからインク滴が吐出され、このインク滴が飛翔
して被記録体に付着することにより記録が行なわれる。

ところでこのようなオンデマンド方式のインクジェット
記録ヘッドによって文字・画像等を高品質で、しかも高
速で記録できるようにするためには、記録ヘッドのイン
ク滴吐出が長時間に渡って安定して連続的に繰シ返し行
なわれること、記録ヘッドのインク滴形成周波数（単位
時間当シに形成されるインク滴の個数）が高いこと、な
らびにインク滴形成特性が安定していることが必要であ
る。

しかしながら、従来のインクジェットヘッドにおいては
これらの課題が充分に解決され得たとは云い難かった。

他方、オンデマンド方式においてはインク滴の吐出圧力
が比較的弱いため、記録ヘッド内のインク中に気泡やゴ
ミ等の異物が存在した場合には、吐出条件が微妙に変化
し、吐出不良が生じる８問題を有している。またオリフ
ィスの目づまシが生じた場合には不吐出が生じるという
問題を有している。

このような吐出不良、不吐出状態から正常な吐出状態に
回復するために、オンデマンド方式のインクジェットプ
リンタにおいては吐出回復機構が設けられており、記録
ヘッドに吐出不良、不吐出状態が発生した場合にはこの
吐出回復機構により記録ヘッドからインクを吸引あるい
は押し出すことによりインクとともに上記の気泡やコ゛
ミ等の異物をヘッド外に排出して正常な吐出状態を回復
している。

従って記録ヘッドとしては、上記の回復動作によシ気泡
やゴミ等の異物が容易にヘッド外へ排出されて正常な吐
出状態が回復されること、すな４りち不吐出も含めた吐
出不良時の回復性醗が良いように構成されていることが
望ましく、この吐出不良時の回復性能の向上も現在の課
題となっている。

〔目　的〕

本発明は以上のような事情に鑑みてなされたもので、オ
ンデマンド方式による液体噴射記録ヘッドにおいて文字
、画像等を高品質で、しかも高速で記録できるとともに
、吐出不良時の回復性能の向上した液体噴射記録ヘッド
を提供することを目的としている。

〔実施　例〕

以下本発明の実施例を図を参照して詳細に説明する。

〔第１実施例〕 第１図には本発明によるインクジェット記録ヘッドが用
いられるインクジェットプリンタの要部構成が示されて
いる。

同図において符号１で示されるものはプラテンで、この
フリテン１上には被記録媒体である言己録紙Ｐが巻回さ
れている。またプラテン１の正面近傍にはガイド軸２Ａ
、２Ｂがプラテン１の軸方向に平行に横架されておシ、
このガイド軸２　Ａ　、　２Ｂ上にはキャリッジ３が摺
動自在に設けられている。

このキャリッジ３上にはインクジェット記録ヘッド（以
下記録ヘッドと略称する）５が搭載されている。

記録時には不図示の駆動手段によシ、キャリッジ３がガ
イド軸上を矢印入方向に移動され、キャリッジ３上の記
録ヘッド５がプラテン１上の記録紙Ｐに沿って走行させ
られるとともに、記録ヘッド５が駆動され、記録ヘッド
５の後述のオリフィスからインク滴が吐出される。

吐出されたインク滴が記録紙Ｐに付着することによシ、
ドツトが形成され、ドットマトリクスノくターンで文字
、画像等の記録が行なわれる。

記録ヘッド５の記録動作によって、同ヘッド内の後述の
インクタンク内のインクが消費される力瓢消費量と同量
のインクがメインインクタンク４カ）ら供給チューブ６
を介して記録ヘッド５に遂次供給される。

一方同図において符号７で示されるものは、記録ヘッド
５の不吐出を含む吐出不良時に吐出を正常状態に回復す
るだめの吐出回復機構の吸引キャップであり、吸引チュ
ーブ８を介して回復ポンプ９に連結されている。この回
復ポンプ９は他の吸引チューブ１０を介して記録ヘッド
５にも連結されている。

記録ヘッド５に吐出不良が発生した場合には、キャリッ
ジ４が矢印Ｂ方向に移動されることによシ、記録ヘッド
５の後述する先端の液射出部が吸引キャップ７の正面に
配置される。しかる後に吸引キャップ７が不図示の駆動
手段により矢印Ｃ方向に移動させられ、記録ヘッド５の
液射出部の先端部に嵌合され、回復ポンプ９が作動され
る。

これによシ記録ヘッド５の液射出部先端のオリフィスか
らインクが吸い出されるとともに、記録ヘッド５のサブ
インクタンクからも吸引チューブ１０を介してインク或
いは空気等が吸い出され、インク内に存在する気泡やゴ
ミ等の異物がインクとともにヘッド外に排出され、正常
な吐出状態が回復される。

回復ポンプ９に吸引されたインクは、回復ポンプ９に連
結された排インク溜め１１に排出される。

以上の構成における記録ヘッド５は、第２図に示される
ように構成されている。

同図において符号１２で示されるものは先述の液射出部
とエネルギー作用部に相当するノズルで先端部が略円錐
台形に絞られた細長い真直ぐの円筒状に形成され、その
先端が先述のプラテン１に対向するように記録ヘッド５
内に配置されている。

ノズル１２の絞られた先端部の先端には先述のオリフィ
ス１３が形成されている。またこのオリフィス側に寄っ
たノズル１２の外周面上には、吐出エネルギー発生素子
である電気・機械変換素子１４が周設されている。

またノズル１２の後端側には先述のインク流路に相当す
るインク供給管１５が連結されている。

このインク供給管１５は真直ぐな円筒形に形成されてお
シ、その後半部は、記録ヘッド５の後部に設けられたサ
ブインクタンク１６内側の底面近傍に臨まされ、サブイ
ンクタンク１６内に貯蔵されたインク１７中に浸漬され
ている。

さらにインク供給管１５の後端部には短いノくイブ状の
フィルタ固定部材１８が嵌合されており、このフィルタ
固定部材１８の内側にフィルり１９がインク供給管１５
の後端面に接して嵌合固定されている。

フィルタ１９は耐インク性を有し、かつインクに対して
耐性を有する材料、例えばボ工−チ・ン粒子の焼結体あ
るいは軸方向に多数個の円柱形の細孔を有するセラミッ
クスの焼結体等の材料から円柱形のブロック状に形成さ
れる。フィルり１９の材料、構造はこれらに限らず適宜
選択できる。

このフィルタ１９を介してサブインクタンク１６内のイ
ンク１７がインク供給管１５へ流入する。

ここでサブインクタンク１６内のインク１７中に気泡や
ゴミ等の異物が存在した場合にはそれらカニインク１７
とともに４ンク供給管１５内に流入すインク供給管１５
へのインクの流入量力；設定される。

またインク供給管１５内に流入したインクはノズル１２
に供給される。

記録時には電気・機械変換素子１４が記録データに対応
した電気信号を印加されて駆動され、ノズル１２の外周
面に圧力を加える。この圧力によｐ／ノズル２の壁面が
変形して、ノズル１２内のインクに圧力が加えられ、オ
リフィス１３からインク滴が吐出される。

以上の構成において、フィルタ１９の通液性ないしは流
体抵抗により記録時のインク供給管１５へのインクの供
給量すなわちノズル１２に対するインクの供給量が左右
されるので、前述した記録ヘッドのインク滴の形成特性
の安定性、インク滴形成周波数ならびに吐出不良時の回
復性能はフィルタ１９の通液性に大きく影響される。す
なわちフ・ｉルタ１９の通液性を適当に設定することに
よシ、ノズル１２に対するインク供給量が適当となシイ
ンク滴形成特性の安定性とインク滴形成周波数ならびに
回復性能を向上させることができる。

本発明にあっては上記構成におけるフィルタ１９場合に
、フィルタ１９を通過するインク流量が毎分はぼｌＸｌ
０−３ｉ〜５Ｘ１０すｄの範囲内、よシ好ｔＬｌｊ：２
．１ｘｌＯ−３ｉ　〜４．２Ｘ１０−３ｉの範囲内にあ
るように設定した。

このようにフィルタ１９の通液性を設定したことによシ
上述のようにインク滴形成特性の安定性とインク滴形成
周波数ならびに吐出不良時の回復性能の全てを向上させ
ることができた。

以上のような本発明の構成は第２図に示した記録ヘッド
に限らず、オンデマンド方式によるインクジェット記録
ヘッドであるならば、具体的な構成が第２図と異なる構
成のものにも適用できる。

以下にそのような構成のインクジェット記録ヘッドに本
発明を適用した他の実施例を第３図〜第６図に示し、順
次説明する。ここで各図中で第２図中の同一部分ないし
は相当する部分には同一の符号が付している。

〔第２実施例〕 第３図に示される記録ヘッド５の構成においてはけ、第
２図と同じく電気・機械変換素子１４が設けられた先述
と同じノズル１２はサブインクタンク１６の上部側面に
臨んで配置されておシ、このノズル１２の後端には図中
下方向に湾曲したインク供給管１５が連結され、このイ
ンク供給管１５の後端がサブインクタンク１６内のイン
ク１７中に渋債された。インク供給管１５の後端には先
述と同じフィルタ固定部材１８を介して先述と同様のフ
ィルタ１９が連結された。

以上の構成においてフィルタ１９の通液性を先述の実施
例と同様に設定したところ前述と同様の効果が得られた
。

〔第３実施例〕 第４図に示される記録ヘッド５の構成にあっては、ノズ
ル１２は先述のノズルと同様に、先端にオリフィス１３
を形成された先端部が円錐台形状に絞られた細長い真直
ぐの円筒状に形成されているが、その全長は第１の実施
例のノズル１２とインク供給管１５を合わせた長さに形
成された。

ノズル１２の先端側には先述と同様に電気・機械変換素
子１４が設けられた。またノズル１２の後端側はサブイ
ンクタンク１６内側の底面近傍に臨まされておシ、サブ
インクタンク１６内のインク１７中に沙漬された。また
このノズル１２の後端には先述と同様にフィルタ固定部
材１８を介してフィルタ１９が連結された。

以上の構成によればノズル１２の後半部にょシ先述の実
施例のインク供給管１５の機能が果たされるが、このよ
うな構成においてもフィルタ１９の通液性を先述の実施
例と同様に設定したところ前述と同様の効果が得られた
。

〔第４実施例〕 第５図に示される記録ヘッド５の構成にあってはノズル
１２は両端部が円錐台形状に絞られた細長い真直ぐの円
筒状に形成されており、両端のそれぞれにオリフィス１
３．２０が形成されたノズル１２の全長は第１の実施例
のノズル１２とインり供給管１５を合わせた長さに形成
された。またノズル１２の先端側には先述と同様に電気
・機械変換素子１４が設けられており、またノズル１２
の後端側はサブインクタンク１６内側の底面近傍に臨ま
され、サブインクタンク１６内のインク１７中にν漬さ
れた。

以上の構成によればノズル１２の後半部にょ）先述の実
施例のインク供給管１５０機能が果たされるとともに、
その後端側のオリフィス２ｏにより先述の実施例のフィ
ルタ１９の機能が果たされた。このオリフィス２００部
分の通液性を先述の実施例と同様に設定したところ前述
と同様の効果が得られた。

なおこの実施例ではノズル１２全体、が一体に形成され
ているが、一体でなく途中をつないだものであっても良
い。

〔第５実施例〕 第６図に示される記録ヘッド５の構成にあって１ｄ細長
い円筒状のノズル１２は図中左側の不図示の記録媒体に
対向した先端部が略円錐台形状に絞られ、その先端には
先述と同じオリフィス１３が形成された。

一分ノズル１２の図中右端部側はインクタンク１６の底
面近傍に配置され、インクタンク１６内のインク１７中
に浸漬された。ノズル１２の右端には本実施例では略円
弧状に湾曲した形状をなす右端面が一体に形成されてお
シ、その中心には微小孔２１ａが右端面を貫通して形成
されている。また右端面近傍のノズル１２の外周面には
他の微小孔２１ｂ　、　２１ｃがノズル１２を貫通して
形成されている。

以上の構成によれば微小孔２１８〜２１Ｇによシ上述の
オリフィス２０と同様のフィルタ機能が果たされるが、
この微小孔２１ａ〜２１Ｃの部分の通液性すなわち流体
抵抗を上述の実施例と同様に設定したところ前述と同様
の効果が得られた。

以上に述べた第１〜第５の実施例においてはフィルタ１
９ないしはそれに準するオリフィス２０や微小孔２１８
〜２１Ｃによってノズル１２ないしはインク供給管１５
に供給されるインク流量が設定されたが、フィルタに限
らず何らかの流体抵抗部によってそのインク流量が設定
されるインクジェット記録ヘッドにも本発明を適用でき
る。

すなわち、フィルタに限らずノズルないしはインク供給
管に供給されるインクの流量を設定するＡｑである場合
に、その流体抵抗部を通過してノズルないしはインク供
給管に供給されるインク流量が好ましくは毎分１　ｘ　
１０−　Ｗ＝、ＢＸ　１０−　”ｃ、４ノ範囲内により
好ましくは２．ｌＸ１０″′３ｄ〜４．２　Ｘ　１０−
３−の範囲内となる様に構成すれば良い。

次に前述の各実施例の記録ヘッド５においてフィルタ１
９ないしはオリフィス２０ないしは微小孔２１ａ〜２１
Ｃの通液性（流体抵抗）を種々に設定し、それぞれの通
液性において吐出安定性、吐出不良時の回復性能、イン
ク液形成の応答周波数の各特性試験を行なった結果を下
記の表に示す。

ここで表の最上欄はフィルタ１９ないしはオリフィス２
０の通液性（流体抵抗）を示し、インク！、＋ の粘度が５＝Ｐ４ＣＰで、インクのフィルタ１９ないし
はオリフィス２０に対する圧力が１ｒｒｎＡＱの場合に
フィルタ１９ないしはオリフィス２０を一分間に通過す
るインクの流量（通液量）の範囲を１０−＝、”ｃ−ｙ
７単位で示したものである。

また吐出安定性と回復性能の欄の「○」、［司ｒＸＪの
各印は順に「良」、「可」、「不良」を示す。

また応答周波数は、記録紙上に付着して径が２００μｍ
のドツトを形成するインク滴を安定して吐出できる周波
数をＫＨｚ単位で示したものである。

この表に示されるように、フィルタ１９ないしオリフィ
ス２０の通液性（流体抵抗）を、通液量が毎分５　Ｘ　
１０−３ｄ以上であるように設定した場合には吐出安定
性が不良となった。この場合インク滴の形成が不安定と
なり、記録の画像品位が著しく劣化した。

また通液性を、通液量が毎分１ｘ　ｔ　ｏ−３ｃｒｒｔ
以下であるように設定した場合には吐出不良時の回復性
能が劣化した。

また通液量がＩ　Ｘ　１　ｏ−３ｃｒｌ〜５Ｘ１０−３
６−の範囲内にある通液性の領域では、通液量の増加に
応じて応答周波数が向上した。なおこの領域では表に示
された応答周波数以上の周波数で記録ヘッドを駆動した
場合、画像濃度が多少低減するだけで、著しい画像品位
の劣化はなかった。

また特に通液量が２．ｌＸ１０″”　３　ｃ鍵〜４．２
Ｘ１０″″３ｄの範囲内にある通液性の領域では吐出安
定性と回復性能がともに良好であシ、応答周波数も１．
８〜２．４１（Ｈｚと高いものになった。

以上のことからフィルタ１９ないしオリフィス２０等の
流体抵抗部の通液性をインクの粘度が生１．４ｃＰでそ
の圧力が１ｃｒｎＡｑである場合の通液量すなわちノズ
ル１２ないしインク供給管１５へのインク供給量が好ま
しくは毎分Ｉ　Ｘ　１０−３ｆｆｌ〜５　Ｘ　１０−３
−の範囲内か、さらに好ましくは毎分２．ｌＸ１０””
ｄ〜４．２Ｘ１０−３ｄの範囲内にあるように設定すれ
ば、記録ヘッドのインク滴形成特性の安定性と、インク
滴形成周波数並びに吐出不良時の回復性能の全てが高め
られることが判った。

給量）がほぼｌＸ１０−”ｃｆｆｌ〜５Ｘ１０−３ｃ４
の範囲内にあるようにフィルタ１９ないしオリフィス２
０等の流体抵抗部の通液性ないしは流体抵抗を設定すれ
ば良い。

〔効　果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば通常知
られる構成を有する液体噴射記録ヘッドにおいて、ヘッ
ド内の記録用液体の液流路に設けられた流体抵抗部の通
液性すなわち流体抵抗を記３．４− 録用液体の粘度がほぼシシ＝４ｃＰでかつその圧力がほ
ぼ１ｃｒｎＡｑである場合に、流体抵抗部を通過する記
録用液体の流量が毎分はぼ１　ｘ　１０−　ｈ！−５−
Ｘ１０−３ｃ！ｌの範囲内にあるように設定したので、
ヘッドの液滴形成特性の安定性と液滴形成周波数が向上
し、高速でしかも高品位に記録を行えるとともに、吐出
不良時の回復性能が向上するという優れた効果が得られ
る。

尚、本発明は吐出エネルギー発生体として電気・機械変
換体を用いた例をもって説明が成されているが、該発生
体は上記以外に一般に知られる様々なもの、例えば電気
熱変換体も用いることができるのはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の第１実施例を説明するも
ので、第１図はインクジェットプリンタの要部の斜視図
、第２図はインクジェット記録へラドの構成を示す断面
図、第３図〜第６図はそれぞれ本発明の第２〜第５の実
施例を説明するもので、それぞれインクジェット記録ヘ
ッドの異なる構成を示す断面図である。 ５・・・インクジェット記録ヘッド １２・・・ノズル　１３．２０・・・オリフィス１４・
・・電気・機械変換素子 １５・・・インク供給管　１６・・・サブインクタンク
１７・・・インク　１８・・・フィルタ固定部材１９・
・・フィルタ　２１８〜２１Ｃ・・・微小孔特許出願人
　キ　ャ°ノ　ン　株式会社第５図 ら 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 液滴を吐出する為のオリフィスと、該オリフィスに連通
   ずる液流路と、該液流路に設けられた流体抵抗部を備え
   た液体噴射記録ヘッドにおいて、液体の粘度が５．４ｃ
   ｐで圧力が１ｃｒｎＮＪ！である場合に、前記流体抵抗
   部を通過する液体の流量が毎分１×１０−３ｃｍＩＩｔ
   及至５　Ｘ　１Ｏ−３ＣＩ７１の範囲の流体抵抗を有す
   ることを特徴とする液体噴射記録−・ラド。