JPS6055311B2 - インクジェット記録装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電気信号に応じて微小インク液滴を吐出させ
、記録紙にインク液滴による画像を記録するインクジェ
ット記録装置に関し、さらに詳しくは、インク液滴を空
気流とともに飛しようさせる空気供給系の改良に関する
。

空気流をインク液滴に付加する方式のインクジェット
記録装置に関しては、同一出願人の出願に係る特開昭５
２−８２４２６号公報により知られている。

第１図は、特開昭５２−８２４２６号公報に記載され
たインクジェット記録装置を示すものである。

図に示すように、電気信号を振動に変換する振動源は電
歪素子１と振動板２から成つており、加えられる電気信
号に応じてインク室内の圧力上昇を生じさせてインク液
滴を吐出する。インク室は、前記振動板２に隣接した内
方の室３と、インク流入通路９に連結した外方の室５と
に分割されている。この二つの室は結合通路４を介して
連結されており、通路４はインク吐出口６と一直線上に
あるように配されている。インク吐出口６の外側には空
気吐出口８が設けられており、空気供給源１４から空気
流路１０を通して送り込まれる空気流は、空気室７を通
り空気吐出口８より常時流出しており、電気信号１１に
応じてイン゜ク吐出口６から噴出されるインク液滴の飛
しようを助けている。なお、１３はインク溜である。
上記したインクジェット記録装置においては、空気層１
２の厚さを８０μｍ以下に保つことにより、記録装置の
階調性を向上させ、閾値電圧も低下させている。

さらに上記したインクジェット記録装置においては、
電気信号の入力がない時に空気流のみによつてインク吐
出口よりインク液滴が噴出することがないようインク溜
に適当な値の圧力を印加する空気圧調整片１５、１６等
の調整手段を設けている。

以下、この調整手段について、第２図をもとにさらに詳
しく説明する。なお以後前図と同一部分には同一番号を
付し説明を略す。第２図は、第１図に記載したインクジ
ェットヘッドのノズル付近、空気供給系およびインク供
給系を示す図である。 空気供給源１４は、ヘッド側圧
力調整弁１７、インク溜圧力調整弁１８および空気供給
路１０を介して空気室７に連結されている。

またインク溜２０は密閉された空隙２１とインク収納部
２２よりなり、空隙２１は、空気ぬき調整弁１９に連結
されるとともにインク溜圧力調整弁１８を介して空気供
給源１４に連結されている。インク収納部２２は、プラ
スチックフィルムの袋とその内部に収納されたインキよ
りなり、内部のインキは、インク供給路９を介して、外
方の室５に送られる。したがつて空気供給源１４からの
空気流は一方では空気室７に送られて空気吐出口８より
外気に開放され、一方ではインク溜２０に送られ、プラ
スチックフィルムの袋を介してインキに圧力を加える。
ここで、空気室７の圧力はヘッド側圧力調整弁１７によ
つて、また、インキの圧力は、インク溜圧力調整弁１８
および空気ぬき調整弁１９によつて適当な値に調節され
る。次に、電気信号の入力がない時の、インク吐出口６
の状態を考えると、表面張力の力でインキがインク吐出
口６内部に保たれていなければならない。

すなわち、インク吐出口近傍のインク圧力Ｐ，と、イン
ク吐出口近傍の空気圧力ＰＡ″との差（ＰＩ−ＰＡ″）
がある範囲内にあり、インキが空気層１２を通つて空気
吐出口８より流出したり、また逆に、空気がインク吐出
口６を通つて、外方の室５に流入したりしないような圧
力状態でなければならない。インク吐出口６での表面張
力によるインク保持力Ｐ，（但し、インク保持力は、外
方の室５から空気層１２の方向、および空気層１２から
外方の室５の方向に両方向について等しいと仮定する。
）とすると、インク吐出口近傍の圧力状態はを満さなけ
ればならない。

インク吐出口近傍のインク圧力Ｐ！は、インク供給系に
圧力損失の少ない構造を採用しているので、インク溜２
０のインク収納部２２でのインク圧力に近似的に等しく
、したがつて、空隙２１の空気圧力と近似的に等しい。

一方空気室７の空気圧力をＰＡとすると、空気圧力ＰＡ
は、空気供給系に圧力損失の少ない構造を採用している
ので、空気供給源１４近傍の空気供給路１０内の空気圧
力と近似的に等しい。インク吐出口６近傍の空気圧力Ｐ
Ａ゛と、空気室７の空気圧力ＰＡとの関係は、一般にＰ
Ａ＞ＰＡ″の関係にある。

したがつてＰＡ−ＰＡ″＝ΔＰＡとおくと（１）式から
が得られる。

すなわち、ヘッド側圧力ＰＡ（空気室７の空気圧に等し
い）とインク溜圧力Ｐ，（インク吐出口６近傍のインク
圧力と等しい）は（２）式で示された範囲内になければ
ならない。次に空気供給源１４の立上りおよび立下り特
性いついて検討する。

第３図は、空気供給源１４が駆動を開始した時のヘッド
側圧力ＰＡおよびイン）ク溜圧力Ｐ１の立上り特性を示
したものである。第３図は、縦軸にヘッド側およびイン
ク溜の圧力をとり、横軸に空気供給源１４の駆動開始直
後からの経過時間をとつている。ここで使用した装置は
第２図に示した構成のものてあり、曲線２３は，インク
溜圧力Ｐ１を、曲線２４はヘッド側圧力ＰＡを、それぞ
れあられしている。また斜線領域２５は、インク溜圧力
Ｐ，が曲線２３上にある時のヘッド側圧力ＰＡの安定領
域を示すもので前記（２）式を満たすＰＡの範囲を示し
ている。すなわちヘッド側圧力Ｐ，，が斜線領域内にあ
る場合は、第２図のインク吐出口６近傍の空気およびイ
ンキの圧力がバランス（以後、圧力バランスと略す）の
とれた状態にある。そして、ヘッド側圧力ＰＡが斜線領
域２５より図の上方にあれば圧力バランスがくずれ、空
気がインク吐出口６を通つて外方の室５に流入する（以
後、これをインキの逆流現象と称す。）また逆にヘッド
側圧力ＰＡが斜線領域２５より下方にあれば、電気信号
を印加しない状態においても、インキがインク吐出口６
より吐出する（以後これをインキの自然流出と称す）。
第３図から明らかなように、第２図の装置における圧力
の立上り特性ては、インク溜圧力ＰＩに比較してヘッド
側圧力ＰＡの立上り時間が短く、斜線領域２５の安定領
域を外れる部分が生じる。

これは、（２）式で示されたＰＡ，Ｐ！の範囲が狭く限
定された領域にあることに加えて、第２図に示された装
置自体にも起因する点がある。すなわちヘッド側圧力Ｐ
Ａはほぼ空気供給源１４より直接供給され、経路に空気
の圧力損失を生じさせるものがなく、また空気供給源１
４から空気吐出口８に至る間の供給系内に占める空気の
容積が比較的小さいのに対し、インク溜圧力Ｐ。は、空
気の圧力損失を生じさせるインク溜圧力調整弁１８を通
して供給され、しかもインク溜２０の空隙２１のしめる
容積が比較的大きい。このため、第２図に示された装置
は原理的にヘッド側圧力ＰＡがインク溜圧力Ｐ，に比較
して立上り時間が短いものとなつている。その結果、空
気圧力の立上り時に圧力バランスがくずれ、本来インキ
が存在すべき場所に空気が流入するという、インキの逆
流現象が生じる。次に第４図は、空気供給源１４の駆動
停止時のヘッド側圧力ＰＡおよびインク溜圧力Ｐ。

の立下りを示したものである。縦軸はヘッド側およびイ
ンク溜の圧力を示し、横軸は空気圧供給源１４の駆動停
止直後からの時間を示している。曲線２６はインク溜圧
力ＰＩの立下り特性を、曲線２７はヘッド側圧力ＰＡの
立下り特性をそれぞれあられしている。また斜線領域２
８は、第３図と同様に、曲線２６上のインク溜圧力Ｐ！
に対するヘッド側圧力ＰＡの安定領域を示している。第
４図より明らかなように、第２図に示した装置では、イ
ンク溜圧力Ｐ！に比較して、ヘッド側圧力ＰＡの立下り
時間が短く、ヘッド側圧力ＰＡが斜線領域２８の下方に
くる時がある。

その結果、空気供給源１４の駆動が停止した時には、前
記駆動開始時とは逆に、インキの自然流出が生じる。こ
の原因は、前記空気圧供給源１４の駆動開始時とほぼ同
様であり、特に、インク溜２０の空隙２１とインク溜圧
力調整弁１８の存在に起因するところが大きい。以上の
ように、特開昭５２−８２４２６号公報に記載されたイ
ンクジェット記録装置においては、空気供給源の駆動開
始時に空気が本来インキが存在すべき場所に流入するイ
ンキの逆流現象が生じたり、また逆に空気供給源の駆動
停止時には、電気信号を印加していないにもかかわらず
インキが吐出するインキの自然流出が生じるという欠点
があつた。

本発明は、上記した空気供給源の駆動開始時もしくは停
止時に発生するインキの自然流出や逆流現象を解消した
インクジェット記録装置及びその駆動方法を提供するも
のである。

以下、実施例にしたがつて詳細な説明を行う。

第５図は、第２図の装置に流路開閉器２９を付加したも
のであり、インキは流路開閉器２９を介してインクジェ
ットヘッドに供給される。空気供給源１４が駆動を開始
してからしばらくは、流路開閉器２９は閉じられており
、インク室内のインキは流動することなく、かつヘッド
側圧力ＰＡは第３図の圧力上昇カーブ２４に従つて上昇
し、それによつて生じるインク吐出口６近傍の圧力ＰＡ
″がインク吐出口６より印加され、除々にインク室内の
インキの圧力を上昇させる。

一方インク溜１３の圧力ＰＩも第３図の圧力上昇カーブ
２３に従つて上昇してゆく。したがつて流路開閉器２９
が閉じている時、流路開閉器２９の両側にインク室のイ
ンキの圧力ＰＡ′とインク溜のインキの圧力Ｐ，が対峙
している状態になつており、かつインキは流動しない。
ところて、第３図の安定領域２５は前述したように表面
張力による保持力Ｐ，に対し、１ＰＡ″−Ｐ目≦Ｐ，と
なるように設定されたものであり、時刻ＴＯＮ以後はヘ
ッド側圧力ＰＡは安定領域内に入る。したがつて、ヘッ
ド側圧力ＰＡが安定領域２５に達する時間Ｔ。Ｎにおい
て流路開閉器２９を開けば、インクのメニスカスの表面
張力による保持力Ｐｓ以内の圧力差がインク流路９内に
生じるのみで、圧力バランスのくずれによるインキの逆
流現象および自然流出を生じることなく空気流を送るこ
とができる。つぎに、駆動停止時には、空気供給源１４
が駆動停止すると同時に流路開閉器２９を閉じる。

このときヘッド側圧力ＰＡは第４図のカーブ２７に従い
、一方インク溜圧力Ｐ１はカーブ２６に従つて下降する
。この場合、ヘッド側圧力ＰＡが安定領域２８をはずれ
ても流路開閉器２９が閉じられているのでインキが自然
流出することはない。ＴＯＮ時以降はヘッド側圧力ＰＡ
は安定領域に入るのでそれ以降は流路開閉器２８を開放
してもよい。このように、空気供給源の駆動停止時にも
駆動開始時と同様の理由でインキの逆流現象および自然
流出が生じない。なお、空気供給源１４の駆動開始時も
しくは停止時における流路開閉器２９の開閉時間は、空
気供給源１４の駆動装置に連動されたタイマー等により
、容易に所定の値に設定できる。以上説明したように、
本発明は、インク溜よりＬインクジェットヘッドにイン
キを供給するインク流路に流路開閉器を設け、空気供給
源の駆動開始または駆動停止した直後のある時間のみ前
記インク流路を閉じることにより、インク室内およびイ
ンク流路内のインキの流動を制限したものであり、空気
供給源の駆動開始時もしくは停止時に発生するインキの
逆流現象および自然流出を解消することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のインクジェット記録装置の要部断面図、
第２図はインクジェットヘッドおよび空気供給系の拡大
断面図、第３図および第４図は、第２図の装置における
空気供給源の駆動開始時および停止時の立上り、立下り
特性を示す図、第５図は本発明の実施例におけるインク
ジェット記録装置の概略構成図てある。 １・・・・・・電歪素子、２・・・・・・振動板、３・
・・・・・内方のインク室、４・・・・・・結合通路、
５・・・・・・外方のインク室、６・・・・・・インク
吐出口、７・・・・・・空気室、８・・・・・・空気吐
出口、９・・・・・・インク流路、１０・・・・・・空
気流路、１１・・・・・・電気信号、１２・・・・・・
空気層、１３・・・・・・インク溜、１４・・・・・・
空気供給源、１５・・・・・・インク溜圧力調整弁、１
６・・・・・・空気ぬき調整弁、１７・・・・・・ヘッ
ド側圧力調整弁、１８・・・・・・インク溜圧力調整弁
、１９・・・・・・空気ぬき調整弁、２０・・・・・・
インク溜、２１・・・・・・空隙、２２・・・・・・イ
ンク収納部、２９・・・・・・流路開閉器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ インク吐出口に対向して設けた空気吐出口より空気
   流を流出させるとともに、インク溜に空気圧力を印加し
   、前記インク吐出口にインキのメニスカスを形成し、前
   記インク溜よりインクジェットヘッドにインキを供給す
   るインク流路に流路を上記空気流および空気圧の供給開
   始および停止から所定の期間閉じる開閉手段を設けたこ
   とを特徴とするインクジェット記録装置。