JPS61100469A - インクジエツトヘツド - Google Patents

インクジエツトヘツド

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JPS61100469A
JPS61100469A JP22242184A JP22242184A JPS61100469A JP S61100469 A JPS61100469 A JP S61100469A JP 22242184 A JP22242184 A JP 22242184A JP 22242184 A JP22242184 A JP 22242184A JP S61100469 A JPS61100469 A JP S61100469A
Authority
JP
Japan
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ink
pressure
inkjet head
pressure chamber
length
Prior art date
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Pending
Application number
JP22242184A
Other languages
English (en)
Inventor
Toyoji Shioda
潮田 豊司
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
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Publication of JPS61100469A publication Critical patent/JPS61100469A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/14Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14201Structure of print heads with piezoelectric elements
    • B41J2/14233Structure of print heads with piezoelectric elements of film type, deformed by bending and disposed on a diaphragm
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/14Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2002/14379Edge shooter

Landscapes

  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

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】 (産業上の利用分野) 本発明Fi微小なインク粒子を噴射し、被記録物に文字
、画像を記慢するインクジェットプリンタ用ヘッドに関
する。
(従来技術とその問題点) 従来、写真画像など、階調を含む画像を出力するインク
ジェットプリンメにおいて第5図に示すようなインクジ
ェットヘッドを用いている0本図のインクジェットヘッ
ドは基本的にはステンメ氏の特開昭48−9622号の
発明を基にしている・筑5図は従来のインクジェットヘ
ッドの断面図で、。
図中において81けインクジェットヘッド、82は圧力
室、83はインク供給層であ抄、84け圧力室82とイ
ンク供給層83とを結ぶ第1ノズル、84けlイヤ7ラ
ム、85は圧電素子、86は第2ノズルである。圧電素
子85、ダイヤフラム84との組合せによシ圧宵素子8
5の振動によって圧力室82内のインクは圧力上昇し、
インク供給J−83内のインクを第2ノズル86より噴
射し、インク粒子88として飛翔させる。上記の原f!
lを用いたインクジェットヘッド81を用いて@詞を含
む画像を配録する場合、第4図(、)に示すように1画
素をNXNのマド1jツクスとし、マトリックス内のド
ツト51の配置によって階調を表現している。その階調
数は階調数をLとすれば L = N”           (a)である。L
、かじ、写真画像のような高階調度が要求されるものは
、上式から明らかにマトリックスのサイズNを大きくし
なければならず従って1画素当りの解像度が低下するの
でドツト解イψ度もきわめて高いものが要求される。そ
れに対し、ドツト径を可変にすればドツト自体も階調を
持ち併せているので階調@Lは1ドツトのト1調数をn
とすhば L= n X N”       (b)となる。第4
図(、)の例の場合、階調数はN=3であるからL=9
である。それに対して第4図(b)のように1′ツト径
を51a〜51dと、4段階に可変にすれば、n=4.
N=3であるから(b)式よ抄階91数I、Fi36階
調に増すことができ、かつ1曲j紫当りの解像r11′
は低下しない。従って上記の方式はドツト解像間を上げ
ることなく階調数を増すこと2’lEできる。第5図に
糸す従来のインクジェットヘッド81においてドツト径
を可変制御を行なう場合、圧電素子85に掛ける印加電
圧を加り・1て圧力室82内のインクの圧力を匍(徊1
することにより、第2ノズル86より噴射されるインク
粒子88の積を加減していた。す〃わち、噴射されるイ
ンク粒子の#Q、 Fi次式のような関係がある。
QcX:τ@y a人     (C)但し、τは圧力
室82内のインクの固有振動周期マはインク粒子噴射速
度、人は第2ノズル86の断面り、−である。またイン
ク粒子噴射速度vti次式のような関係がある。
v cc v           (d)但し、Vけ
圧電素子85に掛ける印加電圧である。
前述の方式によれば圧力室82内のインク圧力は第6図
の動圧線図に示すように、印加電圧Vの増減によシイン
クのピーク圧力はP a = P dと変化、すなわち
インク粒子噴射速度が蕾化するか、圧力の半#1期ti
−i変化しないので(c)弐〜は・七うメータとして印
加電圧Vのみとなり Q oc v           (e)となる。従
って、印加電圧Vを加減することによってインク粒子噴
射量Qを増減することができる。
その反面、噴射速度マの変化が記録品質に大きな彩管を
与えること仲明らかである。このため組5図の従来のイ
ンクシェドヘッドはヘッドの外側に空気流路89を設H
1外部に設けられたエアポンプ(V示せず)により第2
ノズル86の前面に設けちf1fC本3ノズル90より
一定達度で流台、る空気流91を形成し1、第2ノズル
より噴射されるインク粒子88を空気流91に乗せ、空
気流91と同速慶に加速する方法をとっている。しかし
、本方法は空気流91を発生させるための手段としてエ
アポンプを装置に付加し々けhばならす、ヘッド本体に
も空気を流すための流路も必要となり、ヘッド4伊の大
型化、複雑化はさけられないものとなっていた。とくに
、印加電圧を加減してインク粒子の径を制御するととけ
インクジェットヘッドの最適駆動条件からけずわたもの
となり、サテライト発生たどインク粒子化の安定件が損
なわれ、その結果として記録品質を損なう本のでありか
つ、信頼性が劣化させるという間四がある。次に、装置
の環境条件、とくに温度変化に対してインクの粘度や表
面張力など物性値の変化があり、七わらの変化に伴ない
、ノズルより噴射されるインク粒子の径も変動するとい
う欠点4有して込た。これらの原因は配録装置の小型化
、低価格化、高信頼性に逆行するものであわ、非常に大
きな間厘となった。
(発明の目的) 本発明の目的は前記の間Wt4f解決し7、インクジェ
ットヘッドを非常に簡単な扛成にし、て、常に最適ル勲
榮件のもとで稼動させながら径の異なるインク粒子を常
に安定した状態で噴射、記録することができるインクジ
ェットヘッドを提供することにある。
(賢明の構成) 大発明によれば外部に設けられたインク貯蔵容器から与
えられるインクを溜めるインクがめと。
インク粒子を噴射するノズルと、前記インク溜めとノズ
ルとの間1c3けちねた容積変化によってインクに圧力
を発生させる圧力室から成る噴射チャンネル系統を形成
した基板と、前記基板に接合した々゛・イヤフラムと、
前記圧力室の容積変化を発生させるための前記ダイヤフ
ラムに貼付けた圧電素子とを具備し、前記圧EX子に電
気信号を目j加することで圧力座の容積変化を瞬時に生
じ、噴射圧を発生させてインク粒子を噴射するインクジ
ェットヘッドに七へいて、前記噴射チャンネル系統を少
なくと42つ以上前記インクジェットへ、ド内に配置し
、かつ各噴射チャンネル系統の長さが異なることを斗ト
徴とするインクジェットヘッドか得られる。
C本発明の作用・原理) 従来の技衝とその問題点の項においてインクジェットヘ
ッドの圧1Fi、 R子に印加する籍、圧Vを変化させ
てインク粒子の径を#減させることは述べた。
逆K(c)式におりてインク圧力の固有周期τを/セラ
メータにとhば、インク粒子噴射速度マが一定であって
もインク粒子噴射f Q ?’増減させることは可能で
ある。前記のインクジェットヘッド81の圧力室82と
等価な長さlを持つ断r¥11侵一定の一次元音響管を
考えれば、波動1稈式け δ冨P −+ (−)  P = O(f) δx2に こでPけ圧力ポテンシャル、ωは固有角搗動数、cdイ
ンク中を伝わる音の速さである。前記音糎管において両
端が開放されたモデルを乏えれば、境界tg、V+&よ
px=o:=:Q、PK:t=0であるから、音尋管内
の圧力ポテンシャル分布P (x)は、次式で表わさイ
する。
但し、人は定数である。従って固有周期τけ1次モード
のみ考えると、 2π   2 τニー:  −1(hJ ω       C とかり、等価長jに比例する。従ってインク粒子噴射f
d−Qは、圧力室内の等価長lによって設定することが
できる。
(実診例) 41図は上記の説明に基づいて製作し、たインクジェッ
トヘッドの実施例であふ。同図において、(a) u 
(b)のAA断面図、(b)は(2)のダイヤフラム1
2ft−取除いた図である。同図によりはイン、り粒子
を噴射するノズル11と、外部に設けられたインク貯^
eg*(+>+示せず)から供給孔16を介し、てイン
クを沖めるインク溜り15との間に各々長さの!!なる
圧力室14a〜14dを有する噴射チャンネル系統をガ
ラスセラミックス、ステンレス等の耐食性のある材料か
らなる基板10に形成し、基籾10の上に前記の耐食性
のある材料からなるダイヤフラム】2を接合【7、鋤形
4.+Sの圧電孝子13をダイヤフラム12上の圧力室
14a〜14d  に対応した位置(し1(h)中の二
点鎖線で示す位置)に1#着したものである。なお、圧
電素子13の長さは前記圧力室141〜14dの長さl
 a −1d  に対応させておく。
さて、前駅圧電素子13a〜13dに印加電圧を掛けて
圧力室14a〜14dの内部のインクに圧力波を発生さ
せてノズル111〜lldよりインク粒子を@射するが
その時の圧力室14a〜14d内のインクの圧力挙#は
第2図に示す如く各圧力室の固有周期t a = t 
dに対応した動特性を示す。
圧力Pの太きさけ各圧力室14a〜14d  とも同じ
大きさに設定されておりかつ、各圧電素子13a〜13
dに印加する雪圧波形も常に、電圧、パルス幅などが最
適駆動条件に設定さね、その結果各ノズルlla〜li
dから噴射されるインク粒子は同速度で飛翔する。それ
に対し、で、各圧力室14a〜14d内のインクの圧力
(4動の周期は圧力室の長さl a = l dに対応
してt3〜tdと短かく外っていく。そのなめ、前記の
(c)式に二り、インク粒子噴射量Qはそのぶん減少し
てい〈。従ってノズル11!Iから噴射さすνるインク
粒子の径が一番大尊く、ノズルlidから噴射されるイ
ンク粒子の径が一番小さい。その結果、被記録物にiF
録されるドツト径dFi第3図に示す如く、等鎖長IK
比例する。従って目的とするドツト径を得るためにはそ
れに対する等鎖長jに対応するよう圧力室の長さを設定
すれば良い。
なお、本発明の実誇例は本発明の目的を逸脱しない範囲
内でどのような変形を行なりても差支えなく、例えば、
第8図に示すインクジェットヘッドの圧力室82の容積
を変化しても良く、また第1[21に示すインクジェッ
トヘッドにおいて噴射チャンネル系統をガラス管など円
形管状にし、圧力室14a〜14dに対応する部分に円
筒形圧電素子に巻きつH,!1構成を採っても、上記の
目的を達成することは可節であり、上記本発明の実施例
の駁、明が本発明の一囮を限定するもので力いことけ明
らかである。
(Q#3の効果) 以上ド明した如く、インクジェットヘッドを常にP適駆
動条件の本とでl欲動させ、径の異なるインク粒子を噴
射し、被記録物上の規定の位置に記録々らり、めげ、イ
ンクジェットヘッドの高信頼性、小型化が容易でかつ、
エアアンプなどの複雑な構成も不要となるので装置本体
の小型化、低価格化が容易に実現でき、本発明の効果は
非常に多大な本のである。
【図面の簡単な説明】
隼1図(a)、 (b)Fi本発明のインクジェットヘ
ッドの実が・1例を示す■で、(、)は断面図、(b)
は破断【′、?、第2図は本発明のインクジェットヘッ
ドの圧力室内のインクの圧力挙動を示すI′力で、第3
図は圧力室の等鎖長と、ドツト径の関係を示す図で1.
ip、 4図(a)、 (b)は磯度階F内を表わす、
1ターンの例で、早5Mは従来のインクジェットヘッド
の断面b!tで、第6図は従来のヘッドの圧力室内のイ
ンクの圧力挙動を示寸図であみ。 臣において、1(l基板、11はノズル、12は〃′イ
ヤフラム、13は圧゛t4?孝子、14け圧力室である
。 代−人JiT7.j・ :11X−1″  冒千 1 
起 (a) (bン 半  3  図 算fa& L 享  4  m (a)          (b) 向9;1ノ;εル

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 外部に設けられたインク貯蔵容器から与えられるインク
    を溜めるインク溜めと、インク粒子を噴射するノズルと
    、前記インク溜めとノズルとの間に設けられた容積変化
    によってインクに圧力を発生させる圧力室からなる噴射
    チャンネル系統を形成した基板と、前記基板に接合した
    ダイヤフラムと、前記圧力室の容積変化を発生させるた
    めの前記ダイヤフラムに貼付けた圧電素子とを具備し、
    前記圧電素子に電気信号を印加することで圧力室の容積
    変化を瞬時に生じ、噴射圧を発生させてインク粒子を噴
    射するインクジェットヘッドにおいて、前記噴射チャン
    ネル系統を少なくとも2つ以上前記インクジェットヘッ
    ド内に配置し、かつ各噴射チャンネル系統の長さが異な
    ることを特徴とするインクジェットヘッド。
JP22242184A 1984-10-23 1984-10-23 インクジエツトヘツド Pending JPS61100469A (ja)

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