JPS6052354A - インクジェット記録装置 - 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］ 本発明は吐出ノズルからインク液滴を吐出して被記録材
にドツト状に印刷記録を行うインクジェット記録装置に
関する。

［従来技術］ 現在知られている各種の印刷記録方式のうちでインクジ
ェット記録方式は、記録時に騒音の発生が殆どないノン
インパクト記録方式であり、且つ高速記録が可能であり
、しかも被記録材としては普゛通紙でよい上に特別の定
着処理を必要としないため、各種プリンター、複写装置
又はワードプロセーツサー等の記録装置を実現する上で
極めて有用な方式である。

インクジェット記録方式はインクの小液滴を種々の作用
原理により飛翔させ紙等の被記録材に付着させ乾燥させ
て記録を行うものである。　インクの小液滴を飛翔させ
る方法としては、インクを収容した小液室の容積変化に
基づきインク圧力を上昇させるか又は小液室内のインク
加熱に基づきインク圧力を上昇させて小液室先端に設け
られたノズルからインク液滴を吐出させるという原理に
基づくものがある。　この方法によれば、吐出ノズルを
有する記録ヘッドを簡単な構造にすることができ、他の
方式に比して低いコストで高い信頼性のものが得られる
ので、現在は主にこの方法が採用されている。

記録情報に基づいた入力信号に応じてインク液滴を吐出
して記録を行うオンデマンド方式におけるインク吐出繰
返しの周波数は数ＫＨｚが限界であるとされている。　
この限界周波数はインクに吐出エネルギーを付与するエ
ネルギー発生体たとえばピエゾ素子の如き電気−機械変
換素子又は発熱素子の如き電気−熱変換素子の繰返し作
動能力の限界及びインクの粘性に基づく液滴化スピード
の限界等により定まる。　また、記録の分解能を向上さ
せるためには１つのドツトの大きさを小さくし且つ記録
紙上における単位面積当りのドツト数を増やすことが要
求される。　従って、ノズルが１つ（単ノズル）の場合
には記録紙上での記録スピードの向上は望めない、　そ
こで、一般に記録ヘッドに１列に複数個のノズルを設は
一括駆動して該ノズル列方向に直角の方向に記録ヘッド
を走行させる（主走査）ことにより記録スピードを向上
させることが行われる。　尚、主走査により所定の記録
紙１１］に記録が行われた後に該所定Ｉｌｌだけ記録紙
に幻して記録ヘッド（即ちノズル）を主走査方向に直角
の方向即ち上記ノズル列方向に走行させ（副走査）、こ
れを繰返すことにより記録が行われる。　たとえば１分
解能８ドツト／　ｍ　ｍで記録できるノズルを２５６個
列状に配列した場合にはノズル列の長さは３２　ｍ　ｍ
となり、同じノズルを５１２個列状に配列した場合には
ノズル列の長さは６４ｍｍとなり、これにより１回の主
走査によりそれぞれ３２ｍｍ及び６４ｍｍ巾が記録され
、ノズルの数に比例して記録スピードが速くなる。

ところで、この様なインクジェット記録装置においては
ノズル数の増加とともに各ノズルからのインク吐出をよ
り均一化させることが望まれる。

［本発明の目的］ 本発明は、以上の如き従来技術に鑑み、記録ヘッドに複
数個のノズルを有するインクジェット記録装置において
、各ノズルからのインク吐出の均一・性を高めることを
目的とするものである。

［本発明の実施例］ 第１図に本発明によるインクジェット記録装置の−・実
施例の断面図を示す。

水平に平行に設けられた２木のガイド軸ｌ及び２にｔｌ
）って適宜の駆動手段（図示せず）により紙面に垂直の
方向に移動可能な如くに移動台３が取付けられている。

　移動台３にはその内部にインク収容部４が形成されて
いる。　インク収容部４はフィルター５及び６、更に通
気路７を介して外気と連通している。　これらフィルタ
ーとしては種々のものが用いられるが、四フッ化エチレ
ン樹脂を用いるのが好ましい、　この樹脂はインク液滴
を通さず且つ空気を通す微孔質であるため、万一・イン
クに接触した場合にもインクが外部に漏れることがない
、　インク収容部４中のインクＡは液路８を通して記録
へラド９内と連通している。

記録ヘッド９は移動台３に着脱自在に取付けられており
、その内部に液室ｌＯが形成されている。

液室ｌＯの斜め下部にはフィルター１１が設けられてお
り、該フィルター１１を介して液室ｌＯは液路８と連通
している。　ヘッド９と移動台３との接続部には液路８
内に存在するインクＡが外部へと漏出するのを防ぐため
Ｏリング１２が設けられている。　フィルター１１は液
路８から供給されるインクＡ中に万一異物が混入してい
る場合にそれが液室ｌＯ内に入るのを防止するとともに
ヘッド９を移動台３から取外す際に液室１０内のインク
が外部に出ない様にするために設けられる。

ヘッド９内には液室ｌＯに連通せる共通液室１３が形成
されている。　該共通液室１３の上部には栓１４が適合
されており、該栓１４を取外すことにより共通液室１３
は外気と連通し、その際形成される開口を通じて共通液
室１３内にインクを補充したりインク抜出しを行ったり
することができる。　尚、この栓１４のかわりに適宜の
弁又は絞り等の閉塞部材を用いることもできる。

共通液室１３の壁面には細い液路１５が複数個配列され
て形成されている。　液路１５はへラド９の外面にて開
口しノズル１６を形成する。　ここで、ヘッド９のノズ
ル形成外面は複数のノズル１６の上部ノズルが下部ノズ
ルよりも前方（即ち移動台３と反対の側）に位置する様
に設けられている。　液路１５もまた水平ではなく傾き
を有する。　液路１５の途中にはインク吐出駆動素子１
７が設けられている。　該駆動素子１７としては、形状
変形により液路１５内の容積を小さくしてインク吐出圧
力を生ぜしめるピエゾ素子又は発熱により液路１５内の
インクを加熱することでインク吐出圧力を生ぜしめる発
熱素子が用いられる。

ヘッド９のノズル形成外面に対向して所定の間隔を保っ
てプラテン２１が設けられている。　該プラテン２１は
紙面に垂直の方向に（即ち、ガイド軸ｌ及び２に平行な
方向に）所定の記録紙巾をカバーし得る寸法に形成され
ている。　記録紙Ｂはプラテン２１上をノズル１６に面
して矢印方向に（即ち副走査方向に）走行可能である。

　記録紙Ｂの走行のため、駆動ローラー２２及び２３更
に紙押えローラー２４及び２５が設けられている。

この様なインクジェット記録装置の動作につき以下説明
する。

記録紙Ｂの走行を停止した状態で、移動台３をガイド軸
ｌ及び２に沿って移動させながら、該移動に同期して複
数のインク吐出駆動素子１７に所望の印刷パターンを形
成すべく適時に信号が入力せしめられると、液路１５内
のインク圧力が上昇しインクがノズル１６から吐出せし
められ、これにより所定の記録紙巾に横方向にノズル列
の長さに相当する帯状のドツト集合印刷パターンが形成
される。　移動台３がこの様な主走査を行なった後に、
駆動ローラー２２及び２３が所望の角度回転して記録紙
Ｂが矢印方向に所望のピッチ（即ちノズル列の長さに相
当する距離）移動せしめられ、副走査が行なわれる。　
この様な動作を繰返すことにより記録紙Ｂの全面に印刷
を行うことができる。　印刷にともない共通液室１３内
のインクは次第に減少するが、液路１５は極めて細いた
め該液路１５内には毛管現象により常に共通液室１３内
のインクを吸収する力が働く、　これにより共通液室１
３内は圧力が低下し、一方該共通液室１３と連通してい
るインク収容部４は外気と連通しているので、その圧力
によりインク収容部４から液路８を通して共通液室１３
内にインク補充が行われる。

次に、複数のノズル１６の位置の差がインク吐出に与え
る影響について説明する。

第１図において、インク収容部４内のインク液面は外気
に連通しており、一方各ノズル１６ももちろん外気に連
通している。　従って、液路１５のうちで最上部にある
液路内のインクにはノズル部において水頭差でＬの負圧
がかかっている。

インク消費によりインク収容部４の液面は更にＨだけ下
降するので、この状態では最上部の液路内のインクには
ノズル部において水頭差で（Ｌ＋Ｈ）の負圧がかかる。

　同様にして、液路１５のうちで最下部にある液路内の
インクにはノズル部においてＭから（Ｍ＋Ｈ）の負圧が
かかる。

第２図、第３図及び第４図に第１図におけるノズル１６
のうちの１つの近傍の拡大図を示す。

尚、これらの図においては都合上液路１５の向きを水平
にして示した。

第２図は上記負圧が適正な場合である。　この場合はノ
ズル１６におけるインク液のメニスカス２６は凹面とな
りその後退量も適正な範囲内にあり、ノズル１６から吐
出される際にも所定量の液滴が吐出されインクの切れが
良好で、従ってインク吐出駆動素子１７の駆動効率が最
大となる。

第３図は、インク収容部４内のインク液面が液路１５よ
りも高い位置にある場合であり（第１図の場合はおこら
ないが、装置によってはこの様な可能性もある）、イン
ク液は負圧ではなく加圧されるので、ノズル１６におけ
るインク液のメニスカス２６は凸面となりノズル１６か
ら突出する。

この状態ではインク吐出駆動素子１７の駆動効率が最小
となり最悪の場合にはインクは液滴状とならずノズル１
６からタレを生ずるのみである。

第４図は上記負圧が大きすぎる場合である。

この場合はノズル１６におけるインク液のメニスカス２
６は凹面となるが、その後退量が大きくなりインク液滴
の吐出スピードは低下しインク吐出駆動素子１７の駆動
効率も低下する。　負圧が更に大きい場合には液室１５
内のインクはノズル１６から吐出せず単に液路１５内を
往復するだけになり、最終的にはインクが液路１５内か
ら共通液室１３内へと抜は出てしまい、インク補給がで
きなくなる。

この様に液路１５内のインクにかかる圧力の差−により
ノズル１６からのインク吐出の状態が変わる。　インク
にかかる圧力は主として上記の水頭差により定まり、第
１図の装置においては液路１５のうち最上部の液路と最
下部の液路とでは常に水頭差で（Ｌ−Ｍ）の圧力差があ
る。　前記の如く、記録スピードを向上させるため近年
１つのへ・ンドに設けられるノズルの数は次第に増加す
る傾向にあり、たとえばノズル数２５６個の場合は水Ｍ
ｊＡ　３２　ｍｍ、更にノズル数５１２個の場合は水頭
差６４ｍｍとなり、各液路１５内のインクにかかる圧力
の差は無視できなくなる。　これにより、液路１５のう
ちある高さ範囲の液路におけるインクにかかる圧力が適
正であっても、その−上方及び／又は下方の液路におけ
るインク圧が不適正となる場合がある。　従って、水頭
差（Ｌ−Ｍ）は小さい方が望ましい。

第１図において、ヘッド９のノズル形成外面は傾きを有
し、また液路１５も傾きを有する。　この液路１５の方
向即ちノズル１６からのインクの吐出方向と水平面との
なす角Ｐはノズル数等に応じて適宜選ぶことができるが
、Ｐが小さすぎると実質上最上部ノズルにおけるインク
にかかる圧力と最下部ノズルにおけるインクにかかる圧
力との差即ち水頭差（Ｌ−Ｍ）が十分に小さくならない
ので、Ｐは４５°以上９０６以下とするのが望ましい、
　この場合には１．Ｐが０°の場合に比べ、同じノズル
数であっても、最上部ノズルと最下部ノズルとの水頭差
（Ｌ−Ｍ）を約０．７倍以下とすることができる。　Ｐ
を９０°に近づけると上記水頭差がなくなり理想的であ
るが、この場合には液室１５の方向即ちインク吐出方向
が垂直に近くなるため、重力の影響によりノズル部にお
いて第３図で示される様な状態となり、インクがノズル
１６から突出し易くなる。　但し、この場合には、イン
ク収容部４を低い位置に設けることにより又は液路１５
の径を小さくしてインク保持力を増加させることにより
ノズル１６からのインク突出を防止でき、良好なインク
吐出を実現できる。

第５図に本発明によるインクジェット記録装置の他の実
施例の断面図を示す、　この実施例においては、共通液
室１３の上部は空気溜１８として用いられる。　空気溜
１８は駆動素子１７の駆動の際にインク中の溶存空気が
分離した場合にこれを集めて溜めるものであり、これに
より、分離空気が上方の液路１５を塞ぎノズル１６から
のインク吐出が阻止されるのを防止することができる。

また、空気Ｍ１８に空気が存在すると、移動台３の移動
動作時の機械的振動によって生ずる共通液室１３内のイ
ンク圧の変動を吸収するのでノズル１６からのインク吐
出が安定化する。

インク吐出駆動素子１７としては適宜のエネルギー発生
体を用いることができる。　たとえば、ピエゾ素子の如
き電気−機械変換素子又は発熱素子の如き電気−熱変換
素子が用いられる。・第６図に、電気−機械変換素子を
インク吐出駆動素子１７として用いた場合のノズル１６
近傍の断面図を示す、　図において、駆動素子１７は液
路１５の壁面に埋め込まれた形で配置されている。

第７図に、本発明によるインクジェット記録装置の一実
施例の斜視図を示す、移動台３は、駆動モーター３１の
回転によりプーリー３２及び３３間を走行すべく巻回さ
れたワイヤー３４の適宜の位置に固定されており、これ
によりガイド軸ｌ及び２に沿って矢印方向に走行するこ
とができる。　記録紙Ｂは、駆動モーター３５からの動
力によりベルト３６を介して回転せしめられる駆動ロー
ラー２２及び２３と紙押えローラー２４及び２５との間
に保持されており、これによりプラテン２１の面上をヘ
ッド９と所定の間隔を保って矢印方向に走行することが
できる。

移動台３がガイド軸１及び２に沿って移動すると、その
際の機械的振動に基づき上記共通液室１３内のインクが
揺動する。　これにより、液路１５のうち空気溜１８に
近い液路の内部あインクに゛は最も大きく圧力変動が発
生する。　そこで、第５図において空気溜１８を２点鎖
線で示される１８ａの位置に移すのが好ましい。　これ
により各液路１５からの空気溜１８ａ迄の距離の差を最
小限にすることができ、各ノズル１６からのインク吐出
条件を更に均一化することができる。　もちろん、空気
溜１８又は１８ａは液路１５のうちで最上部の液路の共
通液室側開口よりも高い位置、に設けられ、インク吐出
駆動素子１７の駆動の際に液路１５内に発生する空気は
全て上方に移動して空気溜１８又は１８ａ中に溜まる。

第７図に示される実施例においてはヘッド９が２個並列
に配列されている。　そして、移動台３の内部には各ヘ
ッド９に対応してそれぞれ第１図及び第５図に示される
様なインク収容部４が設けられている。　各インク収容
部４には異なる色のインクＡを収容することができ、こ
れにより２つのヘッド９を同時作動せしめ２色印刷を行
うことができる。　第７図においてはヘッド９は２個で
あるが、同様にして３個以上を並列に配列することもで
きる。　かくして、所望の数の原色インクを用いてカラ
ー印刷を行うことができる。

［本発明の効果］ 以上の如き本発明によれば、インクジェット記録装置に
おいてノズル数が多い場合であっても、各ノズルにおけ
るインクに対する水頭差を小さくすることができるので
、各ノズルからのインク吐出条件を均一化でき、良好な
印刷を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第５図は本発明によるインクジェット記録装
置の断面図であり、第２図、第３図、第４図及び第６図
はそのノズル近傍の拡大断面図である。　第７図は本発
明によるインクジェット記録装置の斜視図である。 ３：移動台　４：インク収容部 ８：液路　９：記録ヘッド １０：液室　１３：共通液室 １５：液路　１６：ノズル １７：インク吐出駆動素子 １８：空気溜　２１ニブラテン Ａ：インク　Ｂ：記録紙 ｗ４２　図 １７ 第３図 ５ ７ 第４図 ５ 第５図 第　６　図 手続補正書 昭禾０５８翠１１月　１１日 特許庁長官　若　杉　和　夫　殿 ■、事件の表示 特−昭５８−１６０００６号 ２、発明の名称 インクツエツト記録装置 ３、補正をする者 ■件との関係　特許出願人 名称　（１００）キャノン法式会社 ４、代理人 住所　東京都港区虎ノ門五丁目１３番１号虎ノ門４０森
ビル図圓 ６、　補正の内容 別紙の辿り第１図を袖とする。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）実質上水平方向に主走査を行う記録ヘッドに実質
   上副走査方向に列状に複数のインク吐出ノズルが設けら
   れており、該ノズルからインク液滴を吐出するためのエ
   ネルギーを発生するエネルギー発生体を有し、該インク
   液滴により被記録材にドツト状に印刷記録を行うインク
   ジェット記録装置において、ノズルが斜め下方又は真下
   に向く様にノズル列が垂直方向に対し傾斜して形成され
   ていることを特徴とする、インクジェット記録装置。
2. （２）各ノズルにそれぞれ液路を通じてインクを供給す
   るための共通液室の上部に最上部液路の共通液室側開口
   よりも上方の位置に空気溜が形成されている。第１項の
   インクジェット記録装置。
3. （３）空気溜が各液路の共通液室側開口からの距離の差
   が小さくなる位置に設けられている、第２　ｘｃ４のイ
   ンクジェット記録装置。