JPS62179949A - インクジエツト記録ヘツド - 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】 ［産業上の利用分野１ 本発明はインクジェット記録ヘッドに関し、さらに詳し
くはインク液噴射ノズルのインク流路に沿って設けられ
た電気機械変換素子の発生する圧力により前記ノズル先
端からインク液を液滴として噴射して記録を行なうイン
クジェット記録ヘッドに関するものである。

［従来の技術］ 産業上の利用分野で述べた種類のインクジェット記録ヘ
ッドにより記録を行なうインクジェットプリンタの要部
の機械的構成を第５図に示す。

第５図に符号ｌで示すものはプラテンであり、パルスモ
ータからなるラインフィードモータ７により回転駆動さ
れ、不図示の記録紙を送る。この記録紙の有無は紙セン
サ９により検出される。また符号２で示すものがインク
ジェット記録ヘッド（以下記録ヘッドと略称する）で、
複数本のインク液噴射ノズル（以下ノズルと略称する）
３０から構成されており、不図示のガイドバー上に摺動
自在に設けられたキャリッジ上に設けられ、ＤＣモータ
からなるキャリッジモータ８の駆動のによりベルト１４
を介してプラテンｌに沿って移動する。その場合の記録
ヘッド２の位置検出を行なうためにリニアエンコーダ１
２とエンコーダセンサ１３が設けられ、ホームポジショ
ンの検出を行なうためにホームポジションセンサ１１が
設けられている。また記録ヘッド２のノズル３０のイン
ク液滴噴射不良を回復するためにオートキャップモータ
６の駆動により移動するインク吸引用のキャップ３が設
けられており、キャップ３の動作位１ξはキャンプセン
サ１０により検出される。

このような構成のインクジェットプリンタの制御は、第
６図に示す制御系の構成において公知のＣＰＵ２０　（
中央処理装置）により行なわれる。

ＣＰＵ２０は不図示の操作パネル上に設けられたスイッ
チ群２１により行なわれる操作入力に応じて以下の制御
動作を行なう。すなわちエンコーダセンサ１３およびホ
ームポジションセンサ１１からの入力を参照し、ＤＣサ
ーボ正逆反転回路２２を介してキャリッジモータ８の駆
動制御を行ない、またパルスモータ駆動回路２３を介し
てラインフィードモータ７の駆動制御を行ない、記録デ
ータＤをヘッドドライバ２４に出力し、ヘッドドライバ
２４により記録ヘッド２を駆動する。また他のセンサ群
２５からの入力に応じて不図示の他の機構の制御を行な
う。

このような構成のもとに、スイッチ群２１中のプリント
スイッチが押ドされることにより記録動作が開始され、
ます紙センサ９により記録紙が有ることを確認した上で
ラインフィードモータ７が数ステップ駆動され、プラテ
ン１が回転し、記録紙が記録開始位首にセットされる。

続いてキャリッジモータ８が駆動され、記録へ・ンド２
を往復移動し、これと同期してラインフィードモータ７
が駆動されて記録紙を一行ずつ送る。この間ヘッドドラ
イバ２４から記録データに応じた駆動信号が記録ヘッド
２に印加され、記録ヘッド２が駆動されてノズル３０か
らインク液滴が噴射され、文字、画像が記録される。

以りのようなインクジェットプリンタの記録ヘッド２を
構成するノズル３０の従来構造は第７図（ａ）の断面図
に示すようになっている。ここに示すものはグールドタ
イプのノズルであり、ノズル本体３１は先端部が円錐形
に絞られた円筒状に形成されており、先端部を除く部分
の径は均一になっている。ノズル本体３１の先端にはノ
ズル本体３１内に満たされた液体のインク３５をインク
液滴として噴射するための噴射口３１ａが形成されてお
り、この噴射口３１ａを介して外部に露出するインク３
５の表口は凹状のメニスカスＭとなる。

またノズル本体３１の中央部の外側面上には、インク液
滴の噴射圧力を発生する電気機械変換素子である円筒形
の圧電素子３２が嵌合され、エポキシ系樹脂等からなる
接着材３３により、隙間なくノズル本体３１内に完全に
一体化した状態で接着、固定されている。

さらにノズル本体３１内の開放された後端近傍にはフィ
ルタ３４が嵌合、固定されている。フィルタ３４はノズ
ル本体３１の後端から矢印で示すように図中左方向へ流
れてノズル先端側へ供給されるインク３５中のゴミ、異
物等をカットするとともに、次に述べる圧電素子３２の
駆動時にノズル本体３１内に発生する汗波に対する音響
インピーダンスについてノズルの先端側と後端側でマツ
チングを取る機能を果たす。

このような構造のもとに記録時には、記録データに応じ
てヘッドドライバ２４により圧電素子３２が駆動信号の
パルス電圧を印加されて駆動され、収縮する。この収縮
により音波が発生し、インク３５中を約１２００ｍ／ｓ
の速度で伝わる。第７図（ｂ）はその伝わり方を示した
もので、上記のパルス電圧を印加した時（１＝０）と、
その直後（１＝１１）でのノズル本体３１内の位置と音
圧の関係を、圧電素子３１の中央を中央として示したも
のである。圧電素子３２の収縮の圧力によりインク３５
が押し出されることと、上記のように音波が伝わること
の両者の作用により、噴射口３１ａからインク液滴が噴
射される。

［発明が解決しようとする問題点］ 上述した従来のノズル３０では、圧電素子３２の駆動に
より発生した音波の内でノズル本体３１の後端側に伝わ
った音波がフィルタ３４により反射される。そしてこの
反射された音波によりメニスカスＭの振動が引き起こさ
れ、この振動は断続的にインク液滴を噴射する周期を短
縮すること、すなわち周波数特性の向り、記録の高速化
に対する妨げとなっている。

［問題点を解決するための手段］ 上記の問題点を解決するため、本発明にあっては産業上
の利用分野で述べた種類のインクジェット記録へ・ンド
において、インク液噴射ノズルの電気機械変換素子が設
けられた部分のインク流路のインク液の流れ方向に直交
する断面積をノズル先端側ほど大きくした構造を採用し
た。

［作　用］ 第１図（ａ）に示すノズル３０の構造において、円筒形
のノズル本体３１の圧電素子３２を嵌合した中央部は円
錐台形に形成され、ノズル本体３１の先端側ほど径が大
きくなっている。すなわち圧電素子３２近傍のインク流
路の流れ方向に直交する断面積がノズル先端側ほど大き
くなっている。またこれに対応して圧電素子３２も円錐
台形に形成されている。このような構造によれば、圧電
素子３２の駆動時（収縮時）にはその圧力によりノズル
本体３１内のインク３５がノズル本体３１の先端側へ向
かう方向の力を逆方向への力より大きく受けるとともに
、発生する音波も第１図（ｂ）に示すようにノズル本体
３１の先端側へ大きく伝わり、後端側には小さくしか伝
わらない。

したがってフィルタ３４により反射される音波も小さく
、メニスカスＭの振動が抑えられ、インク液を噴射する
周期を短縮できる。またノズル先端側方向に加わる力お
よび伝わる音波の成分の比率が従来より増加するため、
圧電素子３２への印加エネルギーに対するインク噴射エ
ネルギーの効率が向上する。

［実施例］ 以下、本発明の実施例の詳細を説明する。第１図（ａ）
は本発明の実施例によるグールドタイプのノズル３０の
構造を示す断面図である。なお同図中において従来例の
第７図（ａ）と相当する部分には同一符号が付しである
。

第１図（ａ）に示すようにノズル本体３１は先端部が円
錐形に絞られた円筒状に形成されているが、圧電素子３
２を嵌合、固定した中間部も先端部と逆向きの円錐台形
に絞られており、フィルタ３４を嵌合した後端部は従来
より径が小ざくなっている。すなわちノズル本体３１内
のインク流路で圧電素子３２が設けられた部分のインク
流路はインク３５の流れ方向に直交するＡ−Ａ　’線方
向の断面積がノズル先端側ほど大きくなっている。

また圧電素子３２もノズル本体３１の中間部に対応して
円錐台形に絞られた円筒状に形成されており、ノズル本
体３１の外側面上に接着材３３により接着固定されてい
る。

なお、ノズル本体３１はガラスまたはエレクトロフォー
ミングによるニンヶル、ステンレス等から形成され、継
ぎ目の接合を必要とする場合は接着材または熱融着等に
より行なうが、製造方法は問わない。

以上のような構造のもとに記録時に圧電素子３２がパル
ス電圧を印加されて収縮すると、その圧力によりノズル
先端側へ向かって拡がっているノズル本体３１の形状を
介して、ノズル本体３１内のインク３５はノズル先端側
へ向かう図中左方向への力を逆方向への力より大きく受
ける。この力とこの時に発生する音波の作用によりノズ
ル先端の噴射口３１ａからインク滴が噴射され、記録が
行なわれる。

この場合、上記の音波は第７図（ｂ）と同じ形式の第１
図（ｂ）に示すように伝わる。すなわち第１図（ｂ）に
示すように、ノズル先端側へ伝わる音波の音圧の方が後
端側へ伝わる音波より著しく大きくなる。

従って本実施例によれば、フィルタ３４により反射され
る音波が小さく、インク滴噴射後のメニスカスＭの振動
が抑えられ、インク滴を噴射する周期を短縮でき、周波
数特性の向上、記録の高速化を図れる。

また本実施例によれば、上述したようにノズル先端側方
向に加わるカおよび伝わる音波の成分の比率が従来より
増加するため、圧電素子３２への印加エネルギーに対す
るインク噴射エネルギーの効率が向上する。すなわち同
６Ｂのインク滴噴射を行なうのに圧電素子印加電圧を従
来より下げる。

あるいは印加時間を短くすることができる。また同量の
圧電素子印加エネルギーに対して噴射量および噴射速度
を大きくできる。

なお本実施例では圧電素子３２の形状は内側面、外側面
とも円錐台形であるが、第２図に示すように外側面は円
柱形で内側面を円錐台形としても良い。

またＬ記実施例ではノズル本体３１は円筒形で、第１図
（ａ）のＡ−Ａ’線断面は第３図（ａ）に示すように円
形であるが、中間部のＡ−Ａ′線方向の断面積がノズル
先端側ほど大きくなっていれば他の断面形状でも良く、
例えば第３図（ｂ）に示すように角筒形にしても良い。

さらに、ノズルのインク流路の断面積に関わる上述の構
造は、上記実施例のグールドタイプのノズルに限らず、
例えば第４図に断面を示すサイロニクスタイプのヘッド
のノズル等の、他のタイプのノズルにも適用でき、産業
上の利用分野で述べた種類の全てのヘッドのノズルにつ
いて適用できる。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように本発明のインフジエラＩ
・記録ヘンドによれば、インク液噴射ノズルの電気機械
変換素子が設けられた部分のインク流路のインク液の流
れ方向に直交する断面積を、前記ノズル先端側ほど大き
くするという極めて筒中で安価に実施できる構造により
周波数特性の向上、記録の高速化、消費エネルギー効率
の向上等が図れるという優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１回軸（ａ）、（ｂ）〜第４図は本発明の詳細な説明
するのもで、第１図（ａ）は本発明を採用したグールド
タイプのインク液噴射ノズルの断面図、第１図（ｂ）は
同ノズルでの音波の伝わり方を示す線図、第２図は圧電
素子の形状を変形したノズルの断面図、第３図（ａ）、
（ｂ）は第１図（ａ）中のＡ−Ａ’線に沿う断面形状の
説明図、第４図は本発明を採用したサイロニクスタイプ
のノズルの断面図、第５図以下は従来技術を説明するも
ので、第５図はインクジェットプリンタ要部の機械的構
成の校弐図、第６図はプリンタ制御系のブロック図、第
７図（ａ）は従来ノズルの断面図、第７図（ｂ）は同ノ
ズル内の音波の伝わりがたを示す線図である。 ３０・・・ノズル　　　　３１・・・ノズル本体３２・
・・圧電素子　　　３３・・・接着材３４・・・フィル
タ　　　　３５・・・インク≦Ｑノス゛ル　　　　　　
　　　　　　　Ａインク５夜０１ｉ酊ノ又ルの断加口 第１　図（α） 音５皮の伝わり７７Σ示す線図 第１ｒＩＡ（ｂ） Ａ″ イレフ：復晴射ノ又ルｆｆｒ面口 第２図 Ａ−へ′臓１／ｒ［有］丑う」文°の舒」月口第３図 サイロニク又タイフ０のノ又”ルのｔ＊ｏｔｂ第４図 イじクツ゛ｉ−’ｒ−）リシタガβのａ才銭的イを収の
徨式圏済５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. インク液噴射ノズルのインク流路に沿って設けられた電
   気機械変換素子の発生する圧力により、前記ノズル先端
   からインク液を液滴として噴射して記録を行なうインク
   ジェット記録ヘッドにおいて、前記素子が設けられた部
   分の前記インク流路の前記インク液の流れ方向に直交す
   る断面積を、前記ノズル先端側ほど大きくしたことを特
   徴とするインクジェット記録ヘッド。