JPS6241111B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はドロツプ・オン・デイマンド型のイン
ク噴射ノズルヘツドに関する。

従来インクジエツトによる記録方式としては、
電界制御方式、電荷制御方式、インクミスト方式
等の記録方式が提案され、実用化されている。

上記方式に比べて (1) 不要インクの回収の必要がない。

(2) インク加圧用ポンプが不要である。

(3) インク滴径を電気信号に応じて制御すること
ができる。

(4) インクヘツドの構造が簡単に安価に量産でき
る。

(5) マルチ化により高速プリンタやフアツクスに
も適用できる。

等の特徴を持つドロツプ・オン・デイマンド方式
のインクジエツト記録の開発がなされている。

ドロツプ・オン・デイマンド方式の原理を一例
に基づき簡単に述べる。第１図は上記オン・デイ
マンド方式のインク噴射ノズルヘツドの構成を示
す概略断面図である。インク噴射ノズルヘツドの
内部にはインクの充填されたインク室１が設けら
れ、インク室１の一方の側壁には記録紙（図示せ
ず）に対向してオリフイス２が配設されている。
オリフイス２はインク室１内のインクを粒子化
し、記録紙に向つて噴射するものである。インク
室１の他方の壁にはインク供給源３と連通しイン
ク室１内へインクを補給するための供給路４が形
成されている。インク室１の上部壁は商品名“バ
イモルフ”として知られているピエゾ電気材料等
からなる圧力板５で構成されている。圧力板５は
電気信号に応答して急激に変位し、インク室１の
容積を変化させる振動子である。

非記録時には、インク室１内のインクの静圧力
とオリフイス２におけるインクの表面張力とによ
り、インクは平衡状態に保持される。一方、記録
時には、電気パルスが印加されて圧力板５が作動
し、インク室１の上部壁が図中一点鎖線で示す如
く内方に変位する。この時のインク室１の急激な
容積減少に伴なつて、インク室１内のインクの一
部が１個のインク滴となつてオリフイス２から記
録紙に向つて飛翔する。インク滴を噴射した後は
インク室１の容積を復元させて元の平衡状態を形
成する。以上の動作を反復継続する事により順次
インク滴を墳射させて記録紙上に目的とする記録
を実行する。上記圧力室を形成する圧力板５とし
て円板状、円筒状、及び短棚状のピエゾ電気材料
（圧電素子）を用いたものがある。又特公昭53−
45698号に記載されているように、無弁式ポンプ
の働きをなす外室を設けた２室タイプのものもあ
る。

以上オン・デイマンド方式のインク噴射ノズル
ヘツドは、印字の為の電気パルスが印加される度
に、印字に必要なインク小滴が噴射される為、イ
ンク滴形成のタイミング制御が容易であり、非常
に優れた方式である。しかし反面オンデイマンド
方式の欠点として、 () 第２図に示すように、大気に開口している
オリフイス２の先端開口部にインク滓イ及びゴ
ミロ等の附着によりオリフイス２開口端の非対
称な濡れ状態、あるいはオリフイス２の目詰り
障害等を起し、インクの粒子化及び飛翔方向が
不安定となる。即ち、本来Ａの方向に飛翔すべ
きインク滴がＢの方向に飛翔する等の不安定を
生じたり更にはインク滴の噴射が不能となる等
のインク噴射の充分な信頼性を確保する事がで
きなかつた。

() 第３図のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、第１図に示す
インク噴射ノズルヘツドにおいて、オリフイス
２のメニスカスと、インク滴粒との典型的な形
状を、インク室１内の液体に加圧した後の時間
的経過に関して図示してある。オリフイス２の
メニスカスは、第３図Ａに示すような平衡状態
より、インク室１内の圧力増加に伴つて第３図
Ｂに示す如く柱状に突出する。更に第３図Ｃに
示す如くその先端が離反し表面張力により粒子
化する。インク室１内の容積が復元過程になる
とオリフイス２のメニスカスは、第３図Ｄに示
す如く内方へ変位する。その後メニスカスは、
振動しながら第３図Ａに示す如く元の平衡状態
に戻る。この第３図Ｄに示す如くインク室１の
復元の際にメニスカスの振幅があまり大きいと
オリフイス２内に空気を吸い込む。さらに、イ
ンク室１の内方への変位と復元の反復繰返し回
数が多くなると、オリフイス２への液の補給が
十分でなく、一層オリフイス２のメニスカス位
置が内方へ移り、空気の吸込みが容易となりイ
ンク噴射が不安定となり、噴射不能となる。

上記のような問題は単一オリフイスのインクノ
ズルヘツドだけでなく、より高速性を計り、マト
リツクス構成の文字を記録できるマルチノズルヘ
ツドでは重大な問題となる。

本発明は上記問題を解消する為に、特にマルチ
ノズルヘツドに関して提案されたもので、複数の
オリフイスの先端面に、各オリフイスに一対一に
対応する各スリツトを配設することにより、オリ
フイスの目詰り障害等を防止し、且つオリフイス
への空気の吸込みを防止し、インク噴射の信頼性
を向上せしめた新規有用なマルチノズルヘツドを
提供することを目的とするものである。

以下本発明を１実施例に従つて図面を参照しな
がら詳説する。第４図は本発明の１実施例を説明
する為のマルチスリツトを有するインク噴射方向
から見たノズルヘツドの正面図、第５図は本発明
のノズルヘツドの組立構造を示す斜視図である。
第６図は第４図のＡ―Ａ断面図であり、第７図は
第６図のインク噴射部分の拡大図である。又、第
８図は第４図のＢ―Ｂ断面図であり、第９図は第
４図のインク噴射部分の拡大図である。

図において、符号１０はノズルヘツド本体、１
１は多数のノズル１２の夫々と連通し対応して設
けられたインクで充填されたインク室１、１３は
ノズル１２の夫々に対応しインクを噴射するため
のオリフイスである。ノズル１２はノズルプレー
ト１４に、本実施例では７個形成されており、隣
接するノズル間を大きくとる目的で交互にずらせ
て２列に形成している。このノズル１２に対応し
てオリフイス板１５には、７個のオリフイス１３
が形成されている。インク室１１はエツチングプ
レート１６に穿設された孔１７の一方を、ノズル
プレート１４及び他方を金属性の振動板１８で仕
切られて構成される。インク室１１は、振動板１
８の作用により加圧力をノズル１２へ効率よく伝
達するために、孔１７がノズル１２に近付くほど
狭まるような形状に形成されている。順次狭まつ
ていく孔１７の先端部とノズル１２とが連通され
ている。インク室１１において、振動板１８の背
面には、該振動板１８を変位させるための圧電素
子１９が、エポキシ系接着剤等で接合されてい
る。振動板１８は例えばステンレス等の導電性の
縦弾性係数の大な金属材料からなる。圧電素子１
９はインク室１１の円形部に対応させて円形状に
形成されている。又、圧電素子１９は、その両平
面部に銀塗装等により電極２０，２１を形成して
おり、各電極２０にリード線２０ａを配し、もう
一方の電極２１に共通リード線２１ａを配してい
る。各リード線２０ａ，２１ａは駆動回路（図示
せず）に接続されている。上記圧電素子１９の両
電極２０，２１に電圧を印加すると、振動板１８
がインク室１１の内方へ変位するように、圧電素
子１９を設けている。

符号２２は、振動板１８をエツチングプレート
１６に密着させるための締付板である。この締付
板２２は振動板１８の圧電素子１９に対応してこ
の圧電素子１９の形よりやや大きい形状の孔２３
が穿設されている。

又、符号２４はオリフイス板１５上に各オリフ
イス１３に対応して７個のスリツト２５を有した
スリツト板である。このスリツト板２４の各スリ
ツト２５はオリフイス１３の先端開口径よりやや
大きく、オリフイス１３の配列方向に対し直角方
向に長く延び長円形状に形成されている。

一方、締付板２２にはインクをスリツト板２４
のスリツト２５まで供給するための、チユーブジ
ヨイント２６を螺合するためのネジ部２７が形成
されている。チユーブジヨイント２６には、イン
ク供給源（図示せず）に連通したインク供給チユ
ーブ２８の一端が挿着されている。又、締付板２
２のネジ部２７と同軸に続けて、インク供給路２
９を構成するための細孔３０が穿設されている。
細孔３０は振動板１８、エツチングプレート１
６、ノズルプレート１４に夫々貫通して穿設さ
れ、インク供給路２９を形成している。又、上記
ノズルプレート１４と密着するオリフイス板１５
には、上記ノズルプレート１４の細孔３０と対応
し且つオリフイス１２に関与することなく、オリ
フイス配列に平行して長円孔３１が形成されてい
る。この長円孔３１と対応し同一形状にノズルプ
レート１４のインク流出面にも一部長円孔３１が
形成されている。この長円孔３１は、スリツト板
２４をオリフイス板１５に密接させることで、ス
リツト２５の一端部が対向する構成である。即
ち、インク供給路２９を毛管状に形成すれば、イ
ンク供給源よりインク供給路２９の毛管現象によ
り、インクが上記長円孔３１から成るインク供給
溝３２に導かれ、且つ各スリツト２５にインクを
供給し、スリツト２５にインク膜（インク溜）を
形成する。

上述の如く構成されるものにおいて、第５図を
参照して本発明のノズルヘツドの組立について述
べる。インク吐出側より、スリツト板２４、オリ
フイス板１５、ノズルプレート１４、フオトエツ
チプレート１６、振動板１８、締付板２２の順に
配列し、スリツト２５、オリフイス１３、ノズル
１２が夫々同一軸上に位置するように且つ圧電素
子１９、インク室１１、ノズル１２が夫々対向す
るようにガイド孔３３，３４を上記全ての板に対
応して穿設している。従つて、２個所のガイド孔
３３，３４にガイドピン（図示せず）を用いて各
板を位置決めし、インク吐出側よりスリツト板２
４、オリフイス板１５をノズルプレート１４にビ
ス等（図示せず）で固定する。又、後方より振動
板１８、エツチングプレート１６を締付板２２を
介してノズルプレート１４にビス等（図示せず）
で固定する。本実施例ではビス等で固定している
が、液体の流出路及びインク供給路が漏れなく気
密性を保てるならば接着剤で接合したり、拡散接
合等の接合方式を用いるのも当然可能である。

上記構成のヘツドにおいて、設計上留意すべき
事項は以下の通りである。

圧電素子１９の大きさは、インク室１１と同
等かもしくはそれ以下の寸法とする。

インク供給路２９の細孔３０の断面積は、チ
ユーブ２８の断面積よりも小さく、且つオリフ
イス１３の断面積やスリツト２５の短辺方向の
断面積に対して大きなものとし、毛細管現象に
より十分スリツト２５までインクが補給されう
る形状・寸法とする。

インク室１１は、先述した如く振動板１８の
作用による圧力波が、効率よく伝搬され、且つ
液体の流れの抵抗の小さい曲線形状（例えばエ
クスポーネンシヤル曲線）となるような孔１７
を形成している。

スリツト２５とインク供給溝３２とはインク
の供給路を形成する為に一部交差すること。

スリツト２５の幅及び厚さは、インクの供
給、空気の吸込み防止膜の形成、インク滴径、
飛翔方向に影響を及ぼし、オリフイス径ｄに対
し好適な設計範囲としてスリツト幅ｗは2d＜
ｗ＜6dの関係を満たし、スリツト厚さｔはｔ
ｗの関係を満足する寸法とする。但しｗはオ
リフイス間のピツチより小となる。

尚、インク供給溝３２及びスリツト板２４の本
実施例以外に、第１１図、第１２図及び第１３図
に他の実施例を示す。第１１図は、スリツト２５
の外端よりインクを補給する構造であつて、円環
状のインク供給溝３２ａを設けたものである。第
１２図は、スリツト２５の内端外端の両方向より
インクを補給する構造とし、円環状のインク供給
溝３２ａに矩形溝３２を合体した構造としたもの
である。さらに第１３図は、第９図で示す平行型
スリツトに対しＶ字型形状のスリツト２５ａと
し、スリツト長を長くしたものである。

次に動作について詳説すると、非記録時におい
ては複数のインク室１１、ノズル１２、オリフイ
ス１３、スリツト２５及びインク供給溝３２、イ
ンク供給路２９、チユーブ２８には気泡等の混入
なくインクが充填され、且つそれぞれ連通し、チ
ユーブ２８はインクリザーバー（インク供給源図
示せず）につながつている。インクリザーバーの
静圧力とオリフイス１３の先端に位置するスリツ
ト２５のインク溜３５のインクの表面張力とが釣
り合つてインクは、流出する事なく平衡状態を維
持している。記録動作期間になると、駆動回路
（図示せず）よりリード線を介して電気信号が圧
電素子１９の両電極間２０，２１に印加される
と、圧電素子１９は半径方向に収縮する。そこで
該圧電素子１９が振動板１８に接合されている
為、この振動板１８に曲げモーメントが作用し、
この結果振動板１８がインク室１１の内方に変位
する。これによりインク室１１の容積が減少し、
液圧が上昇する。インク室１１にもはやとどまれ
えない液量は、流動し、ノズル１２、オリフイス
１３を加速されながら流れ、オリフイス１３の前
方に対応して位置するスリツト２５のインク溜３
５のインクを噴射する。

一方、印加電圧の遮断あるいは逆極性電圧の印
加によつて、振動板１８を元の平衡状態に復元さ
せると、インク室１１の容積増加に伴つてインク
に逆方向の吸引作用が生じ、スリツト２５のイン
ク溜３５及びインク供給溝３２からオリフイス１
３を介してインクの補給をし、次の噴射動作に対
する待期状態が形成される。スリツト２５のイン
ク溜３５の液面の挙動は第４図に示すマルチスリ
ツトを有するインク噴射ノズルヘツドにおいて、
第１０図Ａに示すように平衡状態より、インク室
１１の圧力増加に伴い第１０図Ｂに示す如く柱状
に突出する。更に第１０図Ｃに示す如くその先端
が離反して表面張力により粒子化する。インク室
１１の容積が復元されると第１０図Ｄに示す如
く、圧力発生層の液体に吸引力が作用し、インク
室１１の液流速に比べて非常に大きな流速が逆方
向に働く。この為オリフイス１３の近傍に負圧を
生じインク供給溝３２及びスリツト２５のインク
をオリフイス１３の内方へ吸引する。この後、イ
ンク溜３５の液面は振動しながら平衡状態に戻
る。一つのオリフイス１３からのインク滴噴射の
動作について述べたが、他の複数のオリフイス１
３においても同様な動作がそれぞれの電気信号に
対して行なわれ、個々のオリフイス１３に対し、
個々のスリツト２５のインク溜３５を有する為、
オリフイス１３の相互間の噴射性能の影響は皆無
である。

本発明のインク噴射ノズルヘツドにおいては、
スリツト及びインク供給溝はオリフイスに比べて
十分大きな容積を有し、且つ大量のインクを保有
している為圧力発生層の復元過程においてもオリ
フイスへの空気の吸込みを防止でき、且つオリフ
イスへのインクの迅速な補給もなしうる。又オリ
フイスは常にスリツトのインク溜のインクで被覆
されることになり、大気中のゴミが附着すること
なく、オリフイスに比べて十分大きな寸法を持つ
スリツトにゴミ等が附着しても噴射の性能に影響
を及ぼさない。又オリフイスは常にインクで被覆
されていて、大気と直接接しない為、インクの乾
燥固化によるオリフイスの目詰りを完全に防止で
き、オリフイスに比べて十分大きなスリツトの周
辺部のインク固化に代替でき噴射の信頼性を確保
できる。さらにインク噴射時に発生しやすいサテ
ライトはスリツトのインク溜の中に吸収されてし
まい、インクリザーバーをスリツトに対し負圧ぎ
みに設置することにより噴射滴の飛翔方向に悪影
響を及ぼすスリツト外縁部の濡れの影響がなくな
る。又スリツトの厚み、幅、長さを選択する事に
より、スリツトのインク溜の液膜の厚さを変え、
同一オリフイス径に対し、噴射滴径を変えること
ができる。小さなオリフイスで大きなインク滴を
得る事も可能である。オリフイスの前面にマルチ
スリツトを有するスリツト板を付設する如き簡単
な手段で、高信頼性の有効なマルチノズルヘツド
を安価に容易に得る事ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のインク噴射ノズルヘツドを示す
断面構成図、第２図はオリフイスのゴミ等の附着
の有無による滴の飛翔方向を示す図、第３図は従
来のインク噴射ノズルヘツドにおけるオリフイス
のメニスカスの時間的経過を示す動作説明図、第
４図は本発明の１実施例を説明するためのノズル
ヘツドを示すインク噴射方向から見た正面図、第
５図は本発明におけるノズルヘツドの組立構造を
示す斜視図、第６図は第４図におけるＡ―Ａ線の
断面図、第７図は第６図におけるノズル部の拡大
断面図、第８図は第４図におけるＢ―Ｂ線の断面
図、第９図は第４図におけるインク噴射面の拡大
図、第１０図は本発明のノズルヘツドにおける１
つのスリツトのインク溜液面の時間的経過を示す
動作説明図、第１１図、第１２図及び第１３図は
本発明にかかるインク供給溝及びスリツト板にお
けるスリツトの他の実施例を示す平面図である。 １０：ノズルヘツド本体、１１：インク室、１
２：ノズル、１３：オリフイス、１４：ノズルプ
レート、１５：オリフイス板、１６：エツチング
プレート、１８：振動板、１９：圧電素子、２
４：スリツト板、２５：スリツト、２６：チユー
ブジヨイント、２８：インク供給用チユーブ、２
９：インク供給路、３２：インク供給溝、３５：
インク溜。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ インク室の一部を構成する振動子に電気信号
   を印加し、上記振動子の機械的変位により上記イ
   ンク室に連通したノズルのオリフイスよりインク
   滴を飛翔させるインク噴射装置において、複数個
   のノズル、該ノズルに対応して形成された複数の
   オリフイス、該ノズルに対応し各々連通し上記振
   動子を有したインク室、上記各オリフイスのイン
   ク滴噴射面にこのオリフイスの径より大きいスリ
   ツトを形成しこの各スリツトを上記各オリフイス
   に対向させたスリツト板、該スリツト板の各スリ
   ツトの一部を共通に連接しインクをスリツトに導
   びくためのインク供給溝、該インク供給溝とイン
   ク供給源とを連通するインク供給路を有し、上記
   複数のオリフイスの噴射面をこのオリフイスに対
   応したスリツトにインクを溜め、このインクで常
   に覆つたことを特徴とするインク噴射ノズルヘツ
   ド。