JPS6124194B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はインクジエツト記録装置に応用される
液体噴射装置のための液滴形成方法に関する。

従来のインクジエツト記録装置等に応用された
液体噴射装置は第１図に示す如きものである。即
ち噴射ヘツド１は圧力室２、流路３、ノズル４を
有し、圧力室２及び流路３にはインクを供給する
ためのインク供給管５が接続されている。インク
供給管５はさらにインク供給源６に連なつてい
る。圧力室２後面は振動板７及びそれに接合され
た電気―機械変換素子８で構成されている。この
構成に於て電気―機械変換素子８に印字信号に応
じた電圧パルスを印加すると、振動板７は変形し
圧力室２の容積を急激に減少せしめるためには内
部インクの圧力が高まりノズル４よりインクの小
滴が噴射され、記録紙等に印字される。前記の電
気―機械変換素子としては従来性能上からPZT
（チタン酸ジルコン酸鉛）系の圧電磁気が使用さ
れている。上記装置に於ける液滴形成過程をさら
に詳しく観察すると以下の如くである。

第２図ａには駆動電気パルスを、ｂ以下には前
記パルスの各点に於ける液滴形成過程を示す。ａ
のt₁の間は電気―機械変換素子８には電圧が加わ
つておらず、ヘツド１は平衡状態にある。このと
きノズル先端のメニスカス１１は通常内側に引き
込まれている。これはインク供給源６とノズル４
間の負圧及びノズル内のインク表面張力のつりあ
いによるものである。ノズル先端のぬれを防ぐた
めである（同図ｂ）。さてt₂に於て電気パルスが
電気―機械変換素子８に加わると振動板７は内方
に変形し、圧力室２の容積を急激に減少させる。
このため内部インクの圧力は高まりノズル４より
インクが押し出されインク柱１２が形成される。
このときインクの一部はインク供給管５の方にも
押しもどされる（同図ｃ）。この状態でインク柱
１２がノズル４より離れて飛行していこうとする
と、インク柱１２にはインクの表面張力が作用す
るだけなのでインク柱１２の切れははなはだ悪く
安定しない。（インク表面張力は温度により変化
するしまた記録紙上にインクが達したとき速乾性
をもたせるためにインク表面張力を下げる必要が
ある。）ところがt₃に於てパルスが切れ、振動板
７はもとに復元するので、圧力室２中のインクは
負圧になりインク柱１２を引きもどす力が働く。
従つてインク柱１２はノズル先端より切れてイン
ク滴１３となつて飛行していく。このときメニス
カス１１は平衡状態ｂに於ける位置よりさらに内
方に引き込まれることになる。もちろんインク供
給管５よりのインク供給も同時に行われる（同図
ｄ）。さて、メニスカス１１が完全にもとの位置
にもどるのはノズル内のインクの表面張力のみの
作用によるので時間がかかる。従つてパルスが完
全に切れた後（t₄）でもこのメニスカスが安定す
るまで（500μsec以上）は次のパルスを加えるこ
とができない。これがヘツドが安定して動作する
限界の応答周波数であり、１〜2KHzが限界であ
つた。

上記の様に安定したインク滴形成のためにはイ
ンク柱を形成したあと必ず負圧をかけてインク柱
をノズルより切り離す必要がある。このことのた
めに第３図に示すようにわざわざ負方向の駆動パ
ルスを付加して負圧の発生を大きくしている例も
ある。（この場合にはメニスカスの引つ込みがさ
らに大きくなり、応答周波数は低下する。） 本発明の目的はかかる欠点を除去し、噴射装置
の応答周波数をあげ、噴射効率改善を図る点にあ
る。

本発明の液滴形成方法は、圧力室と、該圧力室
に連通したノズルと、前記圧力室に対応して設け
られた電気―機械変換素子を備えたオンデイマン
ド型の液体噴射装置の液適形成方法において、前
記電気―機械変換素子に電気的駆動パルスを印加
することにより前記圧力室内のインクの内部容積
を変化せしめて前記ノズル前部にインク柱を形成
すると同時に、前記インク柱の根本に前記インク
柱の噴射方向と交差する方向に空気を噴射させ前
記インク柱の根本を切断しインク滴を噴射するこ
とを特徴とする。

以下、図面を用いて説明する。

第４図は本発明の一実施例を示す。噴射ヘツド
２１は圧力室２２，流路２３，ノズル２４，イン
ク供給管２５，振動板２６，電気―機械変換素子
２７より構成されインク供給源２８に連なつてい
る。ここまでの構成は従来例（第１図）と基本的
に変らないので説明を略す。さてノズル先端には
ノズル方向と直角に他のノズル２９を設ける。ノ
ズル２９は高速の空気等の流体を噴出するための
ものであり、第５図に本噴射ヘツドの流滴形成過
程を示す。

第５図ａは本発明に特に適した駆動電気パルス
を示し、ｂ以下に前記パルスの各点に於ける液滴
形成過程を説明する。駆動パルスは第２図に示す
のと逆極性であり、t₁に於てヘツド１は平衡状態
にある。t₂に於てｂに示すように振動板２６及び
電気―機械変換素子２７は外方に変形し、インク
供給管２５からまずインクが流路２３，圧力室２
２に供給される。このときノズルの先端のメニス
カス３１も幾分中に引き込まれる。さてt₃でパル
スが切れるとｃに示すように振動板２６及び電気
―機械変換素子２７は元に復元し、ノズル２４先
端にインク柱３２が形成される。

従つて、t₃時またはt₃から所定時間経過後のt₄
時にノズル２９から高速の空気流をインク柱３２
の根本に吹きつけるインク柱はノズルより離れ飛
行して行く。なお、電気―機械変換素子、ノズル
の大きさ、インク粘度等で決まるその噴射装置固
有の時間、一般的にパルスの後端部t₃より数10μ
ｓ〜数100μｓ後に空気流を吹きつけるとインク
柱のスピードが最大となる利点がある。この空気
流がないとインク柱３２はのびるだけのび、なか
なか切れずに安定しない。またノズル２９より噴
射する空気流はインク柱３２形成と同時瞬間的に
吹きつけるよう構成する必要があるが、前記した
ように第５図ａのパルスに同期させることができ
るので制御は極めて簡単である。この空気流を与
えるための具体的構成としては、例えば公知の電
磁バルブを使用したり、圧力室内のインクを充填
しないヘツドを使用し、圧力室内の空気を電気―
機械変換素子によりノズルより噴射させる方法が
ある。この場合は圧力室や電気―機械変換素子を
大きくする等することにより、空気流の強さを大
きくすることも可能である。この後（t₄）圧力室
２２及び流路２３内部のインクには何ら力が働か
ないのでメニスカスの変動は全くなく、すぐ次の
パルスを加えることができ、応答周波数を従来例
の約10倍（10KHz〜20KHz）に引き上げることが
できた。また本発明を用いればパルス電圧を低く
しても（即ちインク柱３２がノズル２４先端より
少ししか頭を出さなくても）空気流の補助作用で
インク柱を切ることができるのでエネルギー消費
も少なくすることができる。上記説明に於て噴射
ヘツド自体の構成は実施例に限定されるものでな
く、ヘツドを集積してマルチノズル噴射ヘツドと
したものにも応用できることはもちろんである。
また電圧パルスも第２図ａに示すようなパルスで
も駆動できる（この場合は電圧を低くしてメニス
カスの引き込みを少くしてやればよい。） なお、電気―機械変換素子の具体例としては圧
電素子等がある。

以上説明したように、本発明のオンデイマンド
型の液体噴射装置の駆動方法によれば、ノズルよ
り形成されるインク柱をインク噴射方向と交差す
る方向で噴射される空気流により切断するため、
インク柱が自然に切れるまで待つ必要がなく次の
噴射に備えることができ、高速の印刷が可能とな
る。また、インク滴も強制的に切断するため、飛
翔するインク滴の大きさをほぼ一定とでき、さら
に、一般にオンデイマンド型等で問題となるサテ
ライト（メインのインク滴の飛翔の後に附随して
飛翔する多数の小さなインク滴）の発生を防止
し、印刷品質のよい記録をおこなうことができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の液体噴射装置の断面図、第２図
は従来の液体噴射装置の液滴形成過程を示す図面
群である。ａ…駆動パルスのタイミング図、ｂ〜
ｄ…ａの駆動パルスの各点に対する液滴形成過程
を示す断面図。第３図は従来の液体噴射装置に適
用される駆動パルスのタイミング図、第４図は本
発明の液滴形成方法の適用する液体噴射装置の一
実施例を示す図。第５図は本発明の液滴形成方法
の液滴形成過程の説明図でａは駆動パルスのタイ
ミング図、ｂ〜ｃはａの駆動パルス各点に対する
液滴形成過程の断面図。 １，２１…噴射ヘツド、２，２２…圧力室、
３，２３…流路、４，２９…ノズル、８，２７…
電気―機械変換素子、１２，３２…インク柱。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 圧力室と、該圧力室に連通したノズルと、前
   記圧力室に対応して設けられた電気―機械変換素
   子を備えたオンデイマンド型の液体噴射装置の液
   滴形成方法において、前記電気―機械変換素子に
   電気的駆動パルスを印加することにより前記圧力
   室内のインクの内部容積を変化せしめて前記ノズ
   ル前部にインク柱を形成すると同時に、前記イン
   ク柱の根本に前記インク柱の噴射方向と交差する
   方向に空気を噴射させ前記インク柱の根本を切断
   しインク滴を噴射することを特徴とする液体噴射
   装置の液滴形成方法。