JPS6248587B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は空気流により生じる圧力勾配と電界力
を利用した新しいインクジエツト記録装置に関す
る。従来、電界力を利用するインクジエツト記録
方式については、すでに知られているが、空気流
と並用させ、かつ、空気流と電界力の協力によ
り、初めて、インク液滴の吐出・停止がなされ、
両者のどちらか一方が欠けても、その性能が発揮
され得ない構成のインクジエツト記録装置は知ら
れていない。 まず、従来知られている電界力を利用したイン
クジエツト記録装置について述べる。 第１図は、電界力によつて、インク液滴を吐出
停止させる従来のインクジエツト記録装置の簡単
なモデルを示す。インクの満されたノズル１３
と、電極１１が、記録媒体１５を介して対向して
おり、このノズル１３と電極１１間に信号源１４
によつて電位差が設けられる。たとえば、ノズル
１３内のインクがOVであり、電極１１に正の電
位が印加されると、ノズル１３の先端に生じるイ
ンクのメニスカスには、負の電荷が集中し、この
負の電荷は、電極１１の正の電位により吸引され
るため、ノズル１３内のインクが、負の電荷を帯
びたインク液滴１２となり飛翔する。 ところが、一般にインク液滴のもの質量は、電
子等に比較して、非常に大きいものであり、ノズ
ル１３の先端と電極１１との距離も、実用上ある
間隔を保ち、少なくとも１mm以上は必要であるの
でノズル１３内のインクと電極１１の電位差を非
常に大きくする必要があり、通常１〜数KVの電
位差が設けられるのが通例である。 また、電荷の集中を良くするためのノズル１３
の構造や、インクの表面張力、粘度、比抵抗等も
限られた範囲の形状あるいは物性値となり、自由
度の狭い装置となる。 さらに、第１図の構成では、複数個のノズルを
設けて、各々独立して制御することが困難である
ため、カラー化あるいはマルチノズル化による高
速化等が難しいという欠点がある。 本発明は、以上のような欠点をも改良し得る新
しいインクジエツト記録装置を提供するものであ
る。以下本発明の原理及び実施例について詳細な
説明を行う。 第２図は、空気流により圧力勾配を生じさせる
構成の原理を説明するための図である。ノズル板
２には空気吐出口１が穿孔されており、このノズ
ル板２と平行な位置に壁３が配置される、ノズル
板２と壁３により生ずる空気層４には周辺から空
気吐出口１の方向に空気流５が流される。第２図
のような構成では、空気流の流線５は空気吐出口
１近傍で急激に折れ曲げられるため空気流５によ
り生じる等圧力線６も、点線で図示されたごとく
空気吐出口１近傍で急激な変化がある。 第２図に示されたような構成は、第３図ａ，ｂ
に示されたように空気吐出口１の周囲のあらゆる
方向から空気流５が送られる場合、また第４図
ａ，ｂに示されたように空気吐出口としてのスリ
ツト１に向つて周囲から空気流５が送られる場
合、また、第５図に示すように管にノズル１が穿
孔されたような形状で図の上下より空気流５が送
られる場合、さらに図示していないが、第５図で
空気流が２方向ではなく、３ないしそれ以上の方
向より空気流が送られる場合等により実現され
る。 第２図の構成とは異なるが、第６図に示すよう
に管の１方向のみから空気流５を送る構成におい
ても、ノズル１近傍で急激な等圧力線の変化を生
じさせることができる。 しかし、第３図から第６図までの構成を比較す
ると、第３図の構成がノズル付近での空気流速の
変化が大きく、等圧力線の変化も著しい。したが
つて、第３図の構成を想定して、第２図をさらに
詳細に説明を行う。 第２図のｘ軸上での圧力を図示すると第７図の
ようになる。すなわち、空気圧力はＯ点で一番高
くＢ点に近づくにしたがつて、徐々に低下し、Ｂ
点を少し過ぎた点から直線的に低下しＡ点ではほ
ぼ大気圧にまで低下する。 第８図は、第７図の特性を微分したものでｘ軸
上での圧力勾配を示している。圧力勾配はＯ点で
はほとんどＯに近いがＢ点に近づくにしたがつて
急激に上昇し、Ｂ点を少し過ぎた点から一定とな
る。 本発明はこのような急激な圧力勾配の変化を利
用して、インク液滴を吐出停止させるものである
が、第２図で生じる圧力勾配の変化は、空気吐出
口１の直径及び長さ、空気層４の厚み（OBの長
さ）等によつて異なり、それらを適切に設定する
ことによつてより急激な圧力勾配の変化が生じ
る。 一方、第２図では、空気流５の方向が直角に曲
げられる構成であつたが、第９図に示すように空
気流５が鋭角に曲げられる場合や、第１０図に示
すように鈍角に曲げられる場合がある。第２図、
第９図、第１０図のような、空気流５の曲り角度
θの違いが、圧力勾配に及ぼす影響を示すのが第
１１図である。第１１図において、空気流の曲り
角度θが直角の場合が曲線７であると、鋭角の場
合には曲線８、鈍角の場合には曲線９のごとくな
り、空気流の曲り角度が小さい程圧力勾配の変化
が急激になる傾向にある。また実際の構成上では
あり得ないが、空気流の曲り角度θが180゜の場
合には、圧力勾配は一定となり直線１０で示され
る。したがつて、急激な圧力勾配の変化を生じさ
せるには、第９図に示すような空気流５の曲り角
度θが小さい程良いことになる。 本発明は以上のような圧力勾配の急激な変化を
利用したものであり、実際には、空気吐出口１に
対向した部分（第２図ではＯ点）にインク吐出口
を設け、該インク吐出口に形成されるインクのメ
ニスカスを電界力によつて形状変化させ、インク
液滴を吐出、停止させるものである。 第１２図は、急激な圧力勾配の変化と電界力に
よつてインク液滴を吐出、停止させるインクジエ
ツト記録装置の１実施例を示すものであり、イン
ク溜りに連通しているインク供給路２３の一端に
はインク吐出口１８が設けられており、このイン
ク吐出口１８に対向して同軸上に、空気吐出口１
９が電極板１７に穿孔されている。空気供給路２
２より送られる空気流は、電極板１７とボデイ２
４により形成される環状の空気室１６および空気
層２０を経て空気吐出口１９より流出する。 第１３図は、第１２図のインク吐出口１８およ
び空気吐出口１９部分の拡大図である。インク吐
出口１８近傍は、第２図での説明と同様に急激な
圧力勾配の変化を有する空間となつている。すな
わちインク吐出口１８から空気吐出口１９に至る
方向に空気の圧力が第７図に示すように徐々に減
少するようになつており、インク吐出口１８の出
口の中心をＯ点、空気吐出口１９の入口および出
口の中心を各々Ａ点、Ｂ点とすると、直線ABO
上での圧力勾配は、第２図の場合と同様に、第１
４図により表わされる。 一方、インク吐出口１８内に満されたインクに
は一定の圧力が印加されており、Ｏ点近傍での空
気流による空気圧力とバランスをとり、信号源２
１に信号が印加されない時に、インク吐出口１８
に生じるメニカスが一定の形状に保たれている。
上記バランスのとり方についてさらに述べると、
例えば、第１５図に示されたような装置となる。
第１２図に示された構成のヘツド３０が記録媒体
３１に面して配されており、インク供給路２３は
インク供給パイプ３２によりインク溜り２７に連
通している。空気室１６は、空気供給パイプ２５
により、空気供給源２６から空気流が送り込まれ
ている。さらに、インク溜り２７にも圧力調整弁
２８，２９によりなる圧力調整機構を経て、空気
供給源２６によつて圧力が印加されている。イン
ク吐出口１８内のインク圧力は、インク溜りに印
加される空気圧力によつて決定され、かつこの空
気圧力は圧力調整弁２８あるいは２９によつて調
整可能である。 このようにして、インク溜り２７の空気圧力を
調整し、インク吐出口１８のインク圧力を適当な
値とするとインク吐出口１８に生じるインクのメ
ニスカスが一定の形状に保たれる。 今、インク吐出口１８内のインク圧力を、イン
ク吐出口１８近傍の空気圧力よりやゝ大きな値に
設定し、インク吐出口１８に生じるインクのメニ
スカスの先端がＯ点よりやゝＡ点方向にずれたＣ
点にあるように調整したとする。しかる後に電極
板１７と、インク吐出口１８内のインクに信号源
２１により信号に応じて選択的に電位差を設ける
と、インク吐出口１８内のインクが電界力により
引き出され、インク吐出口１８に生じるインクの
メニスカスがＣ点よりもさらにＡ点に近いC′点
まで引き伸される。 第１４図は、直線AO上の空気圧力の圧力勾配
を示すものであるが、この図より明らかなように
この圧力勾配はＡ点に近い程大きい。一方、イン
ク吐出口１８に生じるインクのメニスカスに生じ
るこの圧力勾配は、その値が大なる程、該インク
のメニスカスを引きちぎる力として働く。該イン
クのメニスカスが引きちぎられ得るこの圧力勾配
をΔPlとし、その値が第１４図のように表わされ
るとすると、Ｃ点でのこの圧力勾配をΔPlより小
さなΔPlとし、C′点でのこの圧力勾配をΔPlとす
れば、信号源２０により与えられる電位差によつ
てインク吐出口１８よりインク液滴を吐出させる
ことができる。このインク液滴は圧力勾配の変化
する空間に生じている空気流により加速力を受
け、空気吐出口１９を通つて外方へ吐出する。 以上詳細な説明のように、本発明は空気流によ
る急激な圧力勾配の変化と電界力を使用したもの
であり、空気吐出口１９を有する電極板１７とイ
ンク吐出口１８内のインクに印加される電位差が
インク液滴の吐出、停止の起動力となつている
が、インク液滴を引きちぎる力及び飛翔するため
の力は空気流による圧力勾配の変化によりなされ
ているものである。このような構成では、電界力
による起動力はそれ程大きい必要がなくまた、電
界がインク吐出口１８と電極板１７間で生じてい
るため、インク吐出口１８と電極板１７の距離を
小さくとれば、非常に小さな電位差で、大きな電
界力を生じさせることができる。また、該インク
吐出口１８と電極板１７の距離は、構造的に容易
に小さな値とすることができる。 次に具体的な試作例を示すと以下のようにな
る。

【表】 上記表に示されたごとく、駆動電圧が約200V
〜1KVと非常に小さな値でインク液滴の吐出・停
止が可能であることが分つた。使用インクについ
ては、特に厳選する必要がなし、一般に使用され
る水溶性インクでも吐出可能である。但し、電圧
が印加された際にスパークが発生しないという点
では絶縁性の油性インクが有利であり、導電性の
インクを使用する時には電極板１７を絶縁するこ
とによつて安定に駆動できる。 また、駆動電圧の大小で、インク吐出口２７よ
り引き出されるインクのメニスカスの長さが変化
するため、いたつて階調性の良い画像が得られ
る。また、インク液滴の飛翔状態が高速かつ安定
しているため、記録時間遅れが少なく、記録媒体
との距離を大きくとつても良好な画像が得られ
る。 なお、第１２図で示されたインクジエツト記録
ヘツドについて構造あるいは材質的な面で補足を
行うと、ボデイ２４は、インク吐出口１８の先端
に電荷が集中しやすいような材質、例えば、ナイ
ロン、テフロンのようなプラスチツクや、樹脂類
等の高分子材料や磁器、ガラス、のような誘電率
の高いものが良い。また、電極板１７は、板全体
が導電性の材料となつているが、空気吐出口１９
近傍のみを導伝性とし電極とすることも可能であ
る。 第１６図は、第１２図で示されたインクジエツ
ト記録ヘツドを、複数のインク吐出口を有する、
いわゆるマルチノズルヘツドとした例である。 インク室４１は複数のインク吐出口４２に連通
すると共に少なくとも１つのインク溜りに通じる
インク供給路４０に連通している。また空気供給
路３４より流入される空気流は、空気室３５にお
いて均一化され、空気層３６を介して、インク吐
出口４２に各々対向した空気吐出口３３より噴出
されており、インク吐出口４２を急激な圧力勾配
の変化が生じている空間に配置させている。空気
吐出口３３の周辺にはそれぞれ独立して電極３７
が設けられており、この電極３７は、各々信号源
３８に連結されており、この電極３７とインク吐
出口４２内のインクに、独立して電位差が印加さ
れる構造となつている。なおこの場合、ボデイ３
９は、誘電率が大きく、電気伝導の少ない材質よ
りなつている。また電極３７の表面を誘電率の高
い材質の薄膜でおおうと、インクの付着等による
通電による事故を防ぐことができる。 第１６図の構成では、第１２図で示されたイン
クジエツト記録ヘツドと同様の原理によつてイン
ク液滴の吐出・停止が行なわれるが、複数のイン
ク吐出口４２において、それぞれ独立してインク
液滴の吐出・停止が制御させることが可能である
ために高速に画像形成がなされる。 なお、第１６図では、空気吐出口３３の形状を
円形オリフイスとしたが、第３図のようなスリツ
ト状のものとすれば、空気吐出口３３を複数個設
ける必要がない。また、インク吐出口４２を結ぶ
直線と直角方向の空気層３６の幅は、狭い方が空
気流の流れの均一性の面から良好であることも判
明した。 以上詳細に説明したように、本発明はインク吐
出口と同軸上に空気吐出口を対向して設置し、イ
ンク吐出口と空気吐出口の間隙部分において急激
な曲りを生じさせながら空気吐出口より空気を送
出させ、インク吐出口から空気吐出口に至る方向
に空気の圧力が減少するような圧力勾配の変化す
る空間を形成する第１の手段と、空気吐出口が形
成されている部材とインク吐出口内のインクとの
間に信号に応じて選択的に電位差を生じさせる第
２の手段をするものであり、第２の手段によつて
生じる電界による誘引力でインクのメニスカスを
引き伸ばし、第１の手段による圧力勾配の変化す
る空間に生じる空気流の加速力を作用させて、イ
ンク吐出口内のインクを空気吐出口を経て外方に
吐出させるものである。 このような構成のインクジエツト記録装置で
は、電界を発生させるための電極がヘツドと一体
的に設けられているため、低い電位差で大きな電
界力が作用するため、低電圧駆動が可能となり、
駆動回路の作製が容易でかつ安全である。また、
インクの吐出が同一方向に作用する電界力と空気
流の加速力の協力によつてなされるため、エネル
ギー効率が高くインク吐出の応答速度の大きいイ
ンクジエツト記録装置が提供できる。またインク
は空気の流れに包まれるように飛翔するため、イ
ンクの吐出方向が安定しており、ドツト位置精度
が良く高解像度な記録が可能である。また、駆動
電圧の大小や、印加時間を変化させることによつ
て、ドツト径が変化でき階調性の良い画像が得ら
れる。さらに本方式は、機械的共振の影響を受け
ないため、階調特性や応答特性等の性能において
非常に直線性の良い特性を持つており、インク室
中の気泡の影響を受けない。またさらにマルチノ
ズル化が可能であり、従来にない、高速応答性を
有しかつマルチノズルが可能という高速記録に最
適なインクジエツト記録装置が提供できる。 等多くの利点があり、高性能なインクジエツト
記録装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のインクジエツト記録装置の概略
図、第２図は本発明の動作原理説明図、第３図〜
第６図は第２図の動作原理を実施するための空気
吐出系の構成例を示し、ａは正面図、ｂは断面図
であり、第７図及び第８図は第２図の動作を説明
するための圧力及び圧力勾配の説明図、第９図及
び第１０図は空気吐出系の更に他の構成例を示す
断面図、第１１図は第９図及び第１０図の空気吐
出系の圧力勾配の説明図、第１２図、第１３図及
び第１５図は本発明の実施例におけるインクジエ
ツト記録装置を示す断面側面図及びインク・空気
供給系の説明図、第１４図は本発明の動作説明の
ための圧力勾配の説明図、第１６図は本発明によ
るインクジエツト記録装置をマルチノズル化した
実施例の断面側面図である。 １…空気吐出口、２…ノズル板、３…壁、４…
空気層、５…流線、６…等圧力線、７，８，９…
曲線、１０…直線、１１…電極、１２…インク液
滴、１３…ノズル、１４…信号源、１５…記録媒
体、１６…空気室、１７…電極板、１８…インク
吐出口、１９…空気吐出口、２０…空気層、２１
…信号源、２２…空気供給路、２３…インク供給
路、２４…ボデイ、２５…空気供給パイプ、２６
…空気供給源、２７…インク溜り、２８，２９…
圧力調整弁、３０…ヘツド、３１…記録媒体、３
２…インク供給パイプ、３３…空気吐出口、３４
…空気供給路、３５…空気室、３６…空気層、３
７…電極、３８…信号源、３９…ボデイ、４０…
インク供給路、４１…インク室、４２…インク吐
出口。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ インク吐出口と同軸上に空気吐出口を対向し
   て設置しインク吐出口と空気吐出口の間隙部分に
   おいて急激な曲りを生じさせながら空気吐出口よ
   り空気流を送出させ、インク吐出口から空気吐出
   口に至る方向に空気の圧力の減少するような圧力
   勾配の変化する空間を形成する第１の手段と、空
   気吐出口が形成されている部材とインク吐出口内
   のインクとの間に信号に応じて選択的に電位差を
   生じさせる第２の手段とを有し、第２の手段の電
   位差による誘引力によりインク吐出口に生じてい
   るインクのメニスカスを引き伸ばし、前記第１の
   手段により圧力勾配の変化する空間に生じる空気
   流の加速力を作用させ、インク吐出口内のインク
   を空気吐出口を経て外方に吐出させることを特徴
   とするインクジエツト記録装置。