JPS6328658A - インクジェット・ヘッド - 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〕 本発明はインクジェット・ヘッド、特にシングル・コン
パートメント型インク室を有するエア・アシステツド・
ドロップ・オン・デマンド（以下＾ＡＤＯＤと略記する
）型インクジェット・プリンタ用ヘッドに関する。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする問題点１１個
或いは複数個のインクジェット・ヘッドを有し、インク
滴を紙或いは他の印刷媒体に噴射してグラフィック画像
や文章を記録するインクジェット・プリンタは近年益々
普及してきた。カラー画像を印刷する為には各々異なる
色のインクが供給される複数のインクジェット・ヘッド
を有するインクジェット・プリンタが用いられる。これ
らのカラーインクを単独で或いは組合せて用いることに
より、印刷媒体上にカラー印刷する。このカラー印刷に
必要な色は総て、シアンとマゼンタとイエローの３原色
のインクの組合わせで１ワられる。

更に、文章の印刷或いは真の４色印刷をするには黒イン
クを用いても良い。

通常の構成では、印刷媒体は回転ドラムに巻き付けてあ
り、ドラムの回転軸方向に移ｕＪする可動キャリ・、ジ
にインクジェット・ヘッドを取付けている。ヘッドに印
刷媒体上を走査させ、各ヘッドの外部噴射孔からインク
滴を噴射させて画像を形成する。適当な制御システムに
よりインク滴の噴射とドラムの回転との同期がとられる
。

カラー画像印刷の為に複数の色インクを印刷媒体上で合
成する。即ち、第１色のインク滴を印刷媒体上に付着さ
せてから、次に第２色のインク滴を重ねて付着させ画像
の所望の色を形成する。これらのインク滴が印刷媒体上
の同一位置に集束しない場合、即ち２色のインク滴が互
いに重ならない場合には画像の色ずれを生じる。更に、
インクジェット・ヘッドの噴射するインク滴が略均−な
大きさ及び形を有することも団要である。インク滴が均
一でなければ画像に歪が生ずる。この歪は絵画的画像だ
けでなく文章印字の鮮明度にも影響する。

インクジェット・ヘッドの１つの基本型では、インク滴
は必要に応じて（オン・デマンドで）形成される。この
典型的なＡＡＤＯＤ型インクジインクジエツトはミウラ
他による米国特許第４．１０６．０３２号明細書に記載
されている。このインクジェ−／　）・ヘッドは、内側
の角型コンパートメント及び外側のインク・コンパート
メントから成る２コンパートメント型インク室を有し、
これら２つのコンパートメントは断面禎の小さい接Ｖｔ
１ｆｆｉ路を介して互いに通じている。この外側のコン
パートメントにインクが送られる。インク滴が必要にな
ると、圧電結晶に電気パルスを印加してこの結晶を圧縮
させる。この結晶は内側の角型コンパートメント内のイ
ンクと機械的に接触しているので、圧力波がインク室内
を伝播していく。この圧力波に応じてインクは外側のイ
ンク・コンパートメントからインク室壁のインク通路を
通過して、インク室壁の外測表面にある内部インク滴形
成孔出口にインク滴を形成する。このインク滴はインク
滴形成孔出口から空気室を通過して、インクジェット・
ヘッドの主外部孔に向かって進む。この主外部孔は内部
孔及び接続通路と一直線上に並んでおり、インク滴を印
刷媒体に導く、圧縮空気が空気室に送られ、略中心の揃
った空気の流れにインク滴を乗せて、この空気室を通過
させる。この空気の流れにより印刷媒体に向かうインク
滴は加速され、インク滴の噴射精度は向上する。

２０ｋＨｚのインク滴発生率で安定に動作する従来のイ
ンクジェット・ヘッドは、以上のようなエア・アシスト
（空気支援）を組合わせた２コンパートメント型のイン
ク室を有するものだけであった。

しかし、この２コンパートメント型インク室の設計に関
して数多くの欠点がある０例えば、これらは比較的製造
費が高い上に、この型のインクジェット・ヘッドの接続
通路と内部インク滴形成孔出口と主外部孔出口を総て一
直線上に構成することが困難である。更に、接続通路は
不純物によって目詰まりしやす（、また内部に位置して
いる上に小さいので洗浄が困難である。また、インクジ
ェット・へ・ノドの内部角型コンパートメントから気泡
を接続通路を介して取り除き、ヘッド内の気泡を一掃す
ることも難しい。気泡はインクジェット・ヘットからイ
ンク滴を噴射する際の邪魔になる。

また、周知のミウラ型インクジェット・ヘッドを実現す
る際、特により高い反復率でインク滴を発生させる場合
はアクチュエータに比較的高い駆動電圧（即ち、ピーク
値１８０〜２００ボルト）を印加しなくてはならない、
従って、この高電圧の駆動信号を得る為には駆動トラン
スその他関連回路が複雑になる。

ＡＡＤＯＤ型インクジインクジエツトの他の構成例が１
９７９年１１月　９日発刊のＩＢＭ　Ｔｅｃｈｎｉｃａ
ｌ　ＤｉｓｃｌｏｓｕｒｅＢｕｌｌｅｔｉｎ　（技術公
開速報）第２２巻第６号にＷ、Ｌ。

ドレンメイヤーにより開示されている。これはノズル内
に単一コンパートメントを有するインク室を開示してい
る。このインク室には低圧の空気を受ける２次エア・ノ
ズル出口に囲まれたインク出口がある。このエア・ノズ
ルとインク出口は同じ平面で切られている。従って、イ
ンク・ノズル出口から出るインクはミウラ型の場合のよ
うに空気室を通過してから別の噴射孔を通過するような
ことはない。この参照したインクジェット・ノズルは比
較的低い最大反復率（即ち、４〜６　ｋＨｚ　）で動作
する。この設計ではより高速の反復率を可能にする比較
的高速の空気を用いることはできない。

この場合、パルスをインクに印加するがどうかに関係な
く、空気によって自動的にインク・ノズルからインクを
噴出させてしまうので、所望の反復率でインク滴を発生
することはできない。

日本電気の開発による別のインクジェット・へ・７ドの
従来例が雑誌「日経エレクトロニクス」の１９８３年１
２月　５日号に開示されている。このインクジェット・
ヘッドは駆動信号に応じて伸縮する円筒形の圧電素子を
利用している。この圧電素子が収縮すると、この素子に
囲まれているインク室が圧縮されて円錐形のノズルから
インク滴を噴射する。インクは整流弁を通過してインク
室へ送られ、インク室のノズル側には流体抵抗素子が取
付けられている。この流体抵抗素子のノズル側に於ける
流体抵抗は整流弁側より大きいので、インク室をインク
が逆流するのを防いでいる。また、この記事には、先端
の一部をプレートの開口部に挿入したノズルを開示する
図がある。空気はノズルの表面に通って、このプレート
の開口部へ流れる。

この日本電気製インクジェット・ヘッドには多くの欠点
がある。整流弁及び流体抵抗素子を使用することにより
製造工程が複雑になる。また、日経エレクトロニクスの
記事の中で、整流弁を設けずに５ｋＨｚ以上の周波数で
駆動した場合に生じる問題について言及している。更に
、整流弁を設けたとしても駆動周波数は約１０ｋＨｚに
利尿されるようである。また、空気流が大体インク滴を
噴射する速さで動くので、空気及びインクの圧力が比較
的低く設定されていることは明らかである。従って、空
気流が発生したインク滴を大幅に加速することはない、
更に、プレートの開口部にノズルの先端を挿入した構成
の場合、もし空気流の速度を増すと、圧電素子からのパ
ルスがないときでもノズルの先端からインクを噴出せし
め、余計なインク滴の噴射を招く虞れがある。

アンドウ他による米国特許第４，３８０，０１８号明細
書の第１８図には、また別の型の２コンパートメント型
インク室を有する　ＡＡＤＯＤ型インクジインクジエツ
トを開示している。この装置はミウラの特許について上
述したのと略同様の欠点を有する。また、アンドウ特許
は、米国特許第４，５４９．１８８号明細書（ジャケル
トン）、米国特許第４，３１２．０１０号明ＩＩ書（ド
ーリング）、米国特許第４．５１８．９７４号明細書く
イサヤマ）、米国特許第３．９４０．７７３号明細書（
ミゾグチ他）等には単一或いは２コンパートメント型イ
ンク室を有する様々な非エア・アシステツド型インクジ
ェット・ヘッドを開示している０例えば、ジャケルトン
の特許明８ＨＦ第９図には、噴射孔出口に隣接した第１
直径の第１部分と直径の小さな第２部分を有する非エア
・アシステツド型インクジェット・ヘッド用単一インク
室を示している。非エア・アシステツド型インクジェッ
ト・ヘッドはエア・アシステツド型と比較して多くの欠
点がある。非エア・アシステツド型の基本的な欠点は印
刷媒体にインク滴を噴射する限界周波数が４〜６　ｋＨ
ｚと低いことである。

従って、従来の装置のこのような欠点を克服する改良Ａ
ＡＤＯＤ型インクジインクジエツトの実現が望まれてい
る。

本発明の目的はインク滴噴射反復率が２０ｋＨｚという
高周波数まで含み広い範囲に亘って均一な大きさ及び形
状のインク滴を発生し得る、単一コンパートメント型イ
ンク室を有する　ＡＡＤＯＤ型インクジインクジエツト
を提供することである。

本発明の別の目的はアクチュエータからの圧力パルスに
応じてインク滴を発生し、アクチュエータに要する駆動
電圧が比較的低く一定な単一コンパートメント型インク
室を有する　ＡＡＤＯＤ型インクジインクジエツトを提
供することである。

本発明の他の目的は製造上の困難及び原価を最小にし、
高価な鋳造部品の不要なＡＡＤＯＤ型インクジインクジ
エツトを提供することである。

本発明の他の目的は多数のインクジェット・ヘッド・ア
レイを簡単に組立て得る　ＡＡＤＯＤ型インクジインク
ジエツトを提供することである。

本発明のまた他の目的は、比較的容易に不純物及び気泡
をパージ（浄化・除去）できるＡＡＤＯＤ型インクジイ
ンクジエツトを提供することである。

〔発明の概要〕

本発明のＡＡＤＯＤ型インクジインクジエツトは加圧さ
れたインクを受けるインク供給口を有する単−コンパー
トメント型インク室を具えている。このインク室壁から
内部インク滴形成孔出口に通じているインク孔通路には
弁がない。圧電デバイス等のアクチュエータからインク
室に圧力パルスが印加されて、インクがインク孔通路を
通過して内部インク滴形成孔出口にインク滴を生成する
。このインクジェット・ヘッドには空気室があり、空気
室壁を貫通する外部インクジェット・ヘッド孔は内部イ
ンク滴形成孔出口と中心軸が一直線上にある。この空気
室の中へ流れる圧縮空気により、内部インク滴形成孔出
口の中心軸を囲んで略中心の揃った空気流を形成する。

この空気流は外部インクジェット・ヘッド孔から外へ向
かって流れる。

この空気流によって、内部インク滴形成孔出口に形成さ
れたインク滴が運ばれ、アクチュエータからの圧力パル
スに応じてインク滴は外部インクジェット・ヘッド孔を
通過して印刷媒体に向がって噴射される。このインクジ
ェット・ヘッドを形成している部品の固有共振周波数は
ヘッドの最高動作周波数より高くなるように設計されて
いる。卯ち、部品の固有周波数はアクチュエータの発生
する圧縮パルスの最高周波数よりも高い、また、各部品
の固有周波数は相互結合を防止する為に他の部品の固有
周波数と十分界なる値になっている。

また、インク供給口の断面積はインクジェット・ヘッド
の動作期間中にインク室にインクの供給ができる程度に
は大きいが、インク供給口のインクの固有周波数がイン
ク室内の圧力パルスとあまり干渉しない程度に小さくな
っている。

〔実施例〕

第１図から第３図までに本発明のインクジェット・ヘッ
ド（１０）の１実施例を示している。インクジェット・
ヘッド（ｌＯ）の本体（１２）の中には単一コンパート
メント型インク室（１４）及び空気室（１６）がある、
インク室（１４）はインク室壁（１８）によって空気室
（１６）と隔離している。また、空気室（１６）は空気
室壁（２０）に閉じ込められている。インク室（１４）
はインク室壁（１８）を貫通している内部インク孔通路
（２２）を介して空気室（１６）と通じている。インク
孔通路（２２）の空気室（１６）側聞口部は内部インク
滴形成孔出口（２３）である、外部インクジェット孔（
２４）は空気室（１６）からインクジェット・ヘッド（
１０）の外側まで空気室壁（２０）を貫通している。イ
ンクジェット孔（２４）は軸（２５）で示されているよ
うに、インク孔通路（２２）及び内部インク滴形成孔出
口（２３）と中心が一直線上にある。

本発明の第１図の実施例では、インク室（１４）は夫々
略円形の断面を有する２つの区分（２６）及び（２８）
から成っている。区分（２８）はインク室壁（１８）及
びインク孔通路（２２）と隣接し、インクジェット・ヘ
ッド本体（１２）の内部壁（３２）とも接している。区
分（２６）の直径は区分（２８）より大きく、内部壁（
３４）と接している。区分（２６）及び（２８）は共に
軸（２５）に対して対称になっている。

インクは加圧されてインク受入口（３６）へ送うれ、イ
ンク通路（３８）を通ってインクジェット・ヘッド（１
０）のインク室（１４）に充満する。

不純物及び気泡をインクジェット・ヘッドがらパージす
るのを容易にする為に、（詳細については後述する）イ
ンクは内部壁（３４）の接線方向に沿ってインク室（１
４）の中に入っていく、また、インク室排出口（４１）
が排出通路（４ｏ）を介してインク室壁（１８）の内側
表面と接しているインク室区分（２８）と通じており、
インク室（１４）がら気泡及び不純物を選択してパージ
する。インク入口通路（３８；　と排出通路（４ｏ）と
はパージ過程でインクが入口から出口まで非直線的な道
筋を辿るように配置されている。後述するように、この
配置によりインク室（１４）から気泡及び不純物の除去
が容易になる。より具体的に言えば、第３図の矢印（４
２）で示しているように、インクは入口通路（３８）か
ら排出通路（４ｏ）までの間渦巻状の道筋を辿る。

インク室（１４）のインク孔出口（２２）と反対側の璧
はステンレス鋼等の可撓性隔壁で閉じられている。隔壁
（４３）とそれに被着した圧電結晶（４４）は圧力パル
ス発生アクチュエータの１形式を構成シテいる。電気パ
ルスに応じて圧力波がインク室（１４）を通って伝播す
る。この圧力波によりインク滴は内部インク滴形成孔出
口（２３）から外部孔（２４）に向かって噴射される。

圧縮空気がインクジェット・ヘッド（１０）の空気供給
口（５１）に送られ、通路（５０）を通って空気室（１
６）に流入する。空気はインクジェット・ヘッドのイン
ク室壁（１８）の外側表面と空気室璧（２０）の内側表
面の間に拡散する。より明確に言うと、空気は空気室（
１６）を通ってあらゆる方向からインクジェット・ヘッ
ドの中心に向かって流れ込む、空気が中心に近づくにつ
れて、流れる方向を変えて、外部孔（２４）を通って外
へ流れ出る。

この空気流は圧力パルスに応じてインク滴形成孔出口（
２３）に生成しているインク滴を加速し、インクジェッ
ト・ヘッドから外にインク滴を噴射するのを促進する。

この結果、インクジェット・ヘッド（１０）は均一で対
称なインク滴を発生する。

これらのインク滴は外部孔（２４）を通って印刷媒体に
向かって噴射される。第１図には示していないが、円錐
形の突起をインク室壁（１８）の外側表面に設けてもよ
い。その場合、インク孔通路（２２）はこの突起を貫通
し、この突起の先端にインク孔出口（２３）が位置する
ことになろう、この突起により空気が反射されて、空気
が外部孔（２４）を通って外に噴射され易くなる。

代表的な応用例では、空気圧力の１例は３０インチ水柱
であり、インク圧力の１例は２５インチ水柱である。従
って、空気とインクの代表的な圧力差は５インチ水柱と
なる。しかし、約３〜１０インチ水柱の圧力差が最適動
作の為に好適である。

第４図のインクジェット・ヘッドは第１図のものと類似
している。即ち、第４図のインクジェット・ヘッドの部
品は第１図のインクジェット・ヘッドの部品と夫々対応
するように同数に設計されている。一般に、本発明の第
４図の構成では付加的な排出口がない、また、第４図の
インク室区分（２６）は略円錐台の形状をしているが、
インク室（１４）は円筒形成いは他の形状でもよい。

第１図のインクジェット・ヘッドは穴を開けたシート状
の材料或いは適当な開口部を組合わせたシート状の材料
を単に重ね合わせて製造し得る。

このような比較的単純な製造方法によって、インク滴形
成孔（２３）と外部孔（２４）を−直線上に並べること
が極めて容易になる。また、多数のインクジェット・ヘ
ッドのアレイを製作することも容易である。それに比べ
て、第４図のインクジェット・ヘッドには鋳造部品或い
は機械成形部品かい（つか含まれている。

本発明によるインクジェット・ヘッドは２０ｋＨｚとい
う非常に高い印刷動作速度（即ち、インク滴生成速度）
で動作できる。同時に、小さな連絡孔で分割した２コン
パートメント型のインク室を有するインクジェット・ヘ
ッド特有の複雑さ及び困難を回避できる。これらを実現
する為に、本発明のインクジェット・ヘッドでは部品の
固有周波数がヘッドの最高動作周波数よりも大きくなる
ように設計されている。また、各部品の固有周波数は各
部品間の相互結合を防ぐ為夫々十分異なる値になってい
る。このような相互結合があるとインク滴生成の邪魔に
なる。更に、インク供給通路（３８）はインク室（１４
）にインク供給できる程度に断面積が太き（設計されて
いる。同時に、このインク供給通路（３８）はその通路
内のインクの固有周波数が圧電結晶から発生した圧力パ
ルスとインク室（１４）の中であまり干渉しない程度に
は断面積を小さく設計されている。即ち、インク供給通
路内のインクの固有周波数はインク室内の圧力波の減衰
率、振幅、周波数等にあまり影響を与えない。

代表的な例では、排出通路（４０）はインク供給通路（
３８）と同じ大きさである。しかし、インクジェット・
ヘッドがインク滴生成中にインクがこの供給通路（３８
）を通って供給されるので、インク供給通路の大きさの
方がインクジェット・ヘッドの性能に大きく影響する。

これに関連して、インク孔通路（２２）及びインク室（
１４）の大きさはインク孔通路（２２）内のインクの固
有周波数が少くとも最高動作周波数の７５％以上の値と
なるように決められる。更に、インク滴の共振を防ぐ為
に、インク孔通路（２２）のインクの固有周波数が最高
動作周波数の９０〜１１０％の範囲外の値となるように
、このインクジェット・ヘッドは通常設計されている。

この固有周波数は基本的にはインク孔通路（２２）の幾
何学的寸法及びインク室全体の体積によって決まる。

また、圧電結晶（４４）及び隔壁板（４３）で構成され
るアクチュエータの固有周波数はインクジェット・ヘッ
ド（ｌＯ）の最高動作周波数の２５０％を越えていなけ
ればならない、このアクチュエータの好適な固有周波数
はインクジェット・ヘッド（１０）が２０ｋｌｌｚまで
の周波数で動作するのが望ましいとすると、　１００〜
２００ｋｌｌｚとすべきである。

また、インク室にインクが充満している時、隔壁板（４
３）とインク室’ｆｆ（１８）間の軸（２５）上の距離
によって決まる音響的共鳴周波数はできれば４００〜８
００ｋＨｚとすべきである。これを算出するには、また
インクジェット・ヘッドが２０ｋＨｚまで動作できるこ
とが望ましいと仮定した。また、２０ｋＨｚまで動作可
能なインクジェット・ヘッドのインク室９（１Ｂ）の固
有周波数は８５０ｋｌｌｚ以上とするのが望ましい。

更に、インク孔通路（２２）の寸法はこの通路内のイン
クの固を周波数が１６ｋＨｚを越えるように決められる
。また、アクチュエータはピーク値が正の約５〜２０ポ
ンド／平方インチの圧力をインク室内部に発生′ラーる
°と共に、ピーク値が負の約５〜２０ボンド／平方イン
チの圧力も発生する。

上記の周波数とある程度界なる周波数でもインクジェッ
ト・ヘッドは十分に動作することは、当業者にとって望
ましいことであろう。しかし、−般に単一コンパートメ
ント型インク室のインクジェット・ヘッドの部品の固有
周波数は最高動作周波数より高く、且つ互いに異なる値
になっていなければならない。

第１図に関して本発明を更に説明する為に、以下の表で
はこの図に示した部品の寸法の代表的な好適値を示して
いる。この表で“範囲”として示した項目は好適値から
はずれる限界値を示しているのではなく、このインクジ
ェット・ヘッドが最も満足できる動作をすることが可能
であると考えられる範囲を示しているという事に留意す
べきである。また、“好適値”と示した項目には今日ま
での実験から得られた最適の結果（寸法）が示されてい
る。

〔表〕

上記〔表〕のＨからＪまでの部品の各寸法はミウラの米
国特許第４，１０６，０３２号明細書中のＡＡＤＯＤ型
インクジインクジエツトの対応部品の寸法と略同じであ
る。

このように、極めて高速動作（高いインク滴生成反復率
）の単一コンパートメント・インク室のＡＡＤＯＤ型イ
ンクジインクジエツトが実現できる。

この本発明のインクジェット・ヘッドはインク滴生成過
程が安定しており、１圧力パルス当り印刷媒体上に１個
の均一なインク滴を発生する。また、第５図によれば広
範囲のインク滴生成反復率に亘って駆動電圧のピーク値
ＶＯは比較的一定の値となっている。即ち、本発明のイ
ンクジェット・ヘッドの代表的な駆動電圧のピーク値は
２０ｋｌｌｚまでの全範囲に対して約４０ボルトである
。それに対し、従来のＡＡＤＯＤ型インクジインクジエ
ツトの代表的な駆動電圧は遥かに高かったのである。従
って、本発明によるインクジェット・ヘットの駆動回路
は簡素化され、しかも所望の性能が得られる。

インクジェット・ヘッドから不純物及び気泡をパージ（
除去）する方法及び装置について第６図と第７図を用い
て以下に説明する。この方法及び装置は、第１図のイン
クジェットの他の各種インクジェット・ヘッドに使用し
てもよい。例えば、エア・アシステツド型及び非エア・
アシステツドの双方のインクジェット・ヘッド用に好適
である。

このパージ（除去）能力によって、インクの入っていな
いヘッドに初めてインクを充たす場合、ある程度インク
の入ったヘッドにインクを充たす場合、ヘッドを保存す
る場合、ヘッドから気泡や不純物をパージする場合、ヘ
ッドを輸送する場合等の作業を容易にできる０例えば従
来のインクジェット・ヘッドにインクを充たし、航空機
で上空を輸送した場合にはインクジェット・ヘッド内の
インク中に気泡を発生しやすい、この気泡は非常に除去
しにくい上に、インクジェット・ヘッドの機能を損う、
従って、従来のインクジェット・ヘッドの梱包及び出荷
には特別の注意が不可欠であった。気泡を除去する簡単
な方法及び装置が実現できたので、インクジェット・ヘ
ッドの保存及び出荷中に発生する気泡を容易にパージす
ることができる。また、この図示した方法及び装置によ
りインクジェット・プリンタからヘッドを取り外すこと
なくインクジェット・ヘッドの不純物及び気泡をパージ
できるようになったので、プリンタの使用不能時間が最
小となり、気泡等のパージ手順もずっと簡単になった。

その上、このパージ動作にかかる時間は僅か数秒で、ま
たインクジェット・ヘッドと併用されるインク・カート
リッジ内のインクの体禎変化も極めて僅かである。

第７図には第１図に示したようなインクジェット・ヘッ
ド（１０）　　、　　（１０ａ）　　、　　（１０ｂ）
　　、　　（１０ｃ）のアレイを示している。このアレ
イの通常動作中、空気ポンプ（６０）からの正の圧縮空
気が圧力調整器（６２）及びソレノイド制御の密閉パル
プ（６４）（図では第１切換位置）を介して通路（６６
）へ送られ、その後各インクジェット・ヘッドの空気供
給口へ送られる。また、空気ポンプ（６０）からの空気
は別の圧力調整器（６８）　、ソレノイド制御のパルプ
（７０）　、及び通路（７２）を介して従来のインクジ
ェット・カートリッジ（７４）　、　　（７４ａ　）　
。

（７４ｂ　）　、　　（７４ｃ　）のセットの空気圧力
口へ送られる。これらのカートリッジの１例はコースレ
イ他による米国特許第４，５５１，７３４号明細書に示
されている。

インク・カートリッジ（７４）のインク送出口は通路（
７６）及び従来の気泡捕獲器（７８）を介してインクジ
ェット・ヘッド（１０）のインク供給口（３６）へと送
られる。インク・カートリッジ（７４８〜７４ｃ）のイ
ンク送出口は夫々通路（７６ａ〜７６Ｃ）及び気泡捕獲
器（７８ａ〜７８Ｃ）を介してインクジェット・ヘッド
（ｌｏａ　＝　１０ｃ　）のインク供給口（３６ａ〜３
６Ｃ）に送られている。インクジェット・ヘッド（１０
）の排出口は通路（８０）を介して通常は閉じているパ
ージ・パルプ（８２）の一端と接続している。パルプ（
８２）の他８１は通路（８４）を介して排出タンク　（
８６）と接続している。このタンク（８６）は任怠の真
空ポンプ（８８）で内圧を下げた密封容器である。同様
に、インクジェット・ヘッド（１０８〜１０ｃ）の排出
口は夫々通路（８０８〜８０ｃ）を介してソレノイド制
御のパルプ（８２ａ〜８２ｃ）と接続し、これらのパル
プは夫々通路（８４８〜８４Ｃ）を介して排出タンク（
８６）と接続している。

本発明のパージ過程中、ソレノイド制御のパルプ（７０
）は第７図の第２切換位置に切換えられ、空気ポンプ（
６０）を圧力調整５（６８）を通さずに通路（７２）と
接続する。すると、インク・カートリッジ（７４〜７４
Ｃ）のインク圧力が増加する。典型的な圧力増加は約４
ボンド／平方イチである。

この圧力増加に見合う圧力増加が各インク供給口（３６
〜３６ｃ）に発生し、インクジェット・ヘッドのインク
室内の圧力を増加させる。同時に、（必然的とまでは言
えないが、）ソレノイド制御のパルプ（８２〜８２ｃ）
が開かれるとインクジェット・ヘッド（１０〜１０Ｃ）
の各排出口が開かれる。こうなると、各インクジェット
・ヘッドのイク供給口からインクはヘッドのインク室及
び排出口を通って排出タンク（８６）へと流れる。また
、排出口を通って出るインクの他に、そのインクの例え
ば質量比で約２０％の少量のインクが各インクジェット
・ヘッドのインク孔通路（２２）を通って噴射される。

このインク室を通過するインク流によってインク室内の
不純物及び気泡が一掃される。このインク流は供給口か
ら排出口までの間に狭い孔を通過しないので、パージ動
作が開始すると急速にインク室内のインク流の速度が上
昇して、このパージ過程の動作が促進される。

また、前述のように、第１図のインクジェット・ヘッド
ではインク供給通路（３８）及び排出通路（４０）は互
いにインク室の端の正反対の位置にある。これら両通路
の位置により、パージ期間中のインク室内のインク流が
非直線的な道筋を通るようになっている。これによって
インク室内から不純物及び気泡を除去し易くしている。

第３図に示すように、インク室（１４）の中に壁面と接
するようにインクを供給して、インクはインク室内を渦
巻状に旋回して流れる。その結果、インク室璧に付着し
ている気泡及び不純物をインク室から効果的に除去でき
る。また、インクをインク室に壁面と接するように供給
し、壁面と接するように排出することによって、インク
室内のインクの低速流の領域或いは停滞領域を最小にし
ている。こうして、パージ期間中のインク室内の低圧領
域を略排除し、このパージの効果を実効的に高めている
。

数秒間（２〜２０秒以下）のパージ動作後、パルプ（８
２〜８２ｃ）は閉じて、各排出口を閉じる。パルプ（７
０）も第１切換位置に切換ねり、再び規定の空気をイン
ク・カートリッジに送る。パージ動作中にパルプ（６４
）は第２切換位置に切換ねっており、通路（６６）から
空気を漏らす。その結果、パージ動作中にインクジェッ
ト・ヘッド（１０〜１０ｃ）の空気室に空気が送り込ま
れるのを防止できる。

パージ期間中にインク・カートリッジ内の圧力を上昇さ
せる以外の方法として、次のようなパージ方法を採るこ
ともできる。この代りの方法では、真空ポンプ（８８）
により排出タンク（８６）内の圧力を例えば４ポンド／
平方インチだけ規定の圧力より引き下げる。パージ期間
中、バルブ（８２〜８２ｃ）が開かれ、この負圧がイン
クジェット・ヘッド（１０〜１０ｃ　）の排出口に加え
られる。同時にバルブ（６４）は第２切換位置に設定さ
れ、バルブ（７ｏ）は第７図に示した第１切換位置に設
定されるので、インクジェット・ヘッドのインク供給口
の圧力は規定の正の値となる。排出口の負圧の為に、各
インクジエ・ント・ヘッドのインク供給口から排出口へ
とインクが流れるばかりか、そのインク流の速度も増加
する。この方法ではインク孔通路（２２）に流れるイン
クは殆んどない。従って、不純物及び気泡をインク孔通
路に押しやってパージ動作中にインクジェット・ヘッド
を目詰まりさせることもない。

−Ｒ確実にパージする方法としては、液体で濡れている
インクジェット・ヘッドから排出口を通して液体を抜く
方法がある。再び液体を充たした時、インク室の壁面は
インク或いは他の液体で濡れているので、パージ動作中
の気泡の除去が容易になる。例えば、乾いたインクジェ
ット・ヘッドは初め濡らして、それから上述のようにパ
ージ動作させてもよい。通常動作中の濡れているインク
ジェット・ヘッドからインクを抜いたり、パージ動作さ
せたり、適宜交互に行ってもよい。

第６図に於て、インクジェット・ヘッドの通常動作中、
正弦波の如き駆動信号を所望の周波数で従来の信号源（
９０）から得る。この駆動信号はアナログ・スイッチ（
９２）及びインクジェット増幅器（９４）を介して、イ
ンクジェット・ヘッド・プレイの各インクジェット・ヘ
ッドの圧電結晶に送られる。パージ動作を開始するには
、スイッチ（９６）を閉じて単安定マルチバイブレータ
（９８）をトリガする。このマルチバイブレーク（９８
）はトリガされると、（インク、空気、パージ用）バル
ブ駆動回路（１００）とアナログ・スイッチ（９２）へ
出力を発生する。マルチバイブレータ（９８）が出力信
号を発生すると、パルプ駆動回路（１００）は前述のよ
うに、パージ動作を行うようにパルプ（６４）　、　　
（７０）　、及び（８２〜８２ｃ）を制御する。

また、この時アナログ・スイッチ（９２）も制御されて
、駆動信号源（９０）からの駆動信号がインクジェット
・ヘッドの圧電結晶に印加しないように遮断する。単安
定マルチバイブレータ（９８）の出力信号が終ると、各
バルブはインクジェット・へラドが通常動作をする通常
切換位置に戻る。

付加的な装置として、パージ信号源（１０２）を設けて
もよい。このパージ信号源＜１０２）はパージ動作中ア
ナログ・スイッチ（９２）によりインクジェット増幅器
（９４）に接続される。パージ信号源（１０２）には電
圧制御発振器（１０６）と、これにランプ電圧信号を印
加するランプ（傾斜信号）発生器（１０４）がある、ラ
ンプ発生３（１０４）からのランプ電圧出力に応じて、
電圧制御発振器（１０６）は約５〜１００ｋＨｚの正弦
波出力を発生する。

このパージ信号がインクジェット・ヘッドの圧電結晶に
印加されると、インク室内の気泡を振動させる。印加信
号の周波数が気泡の固有共鳴周波数と一致すると、共振
現象により振動が増大する。

気泡は振動するにつれて、インク室壁から遊離しやすく
なるので、パージ動作中により容易に気泡をインク室か
ら一掃することができる。また、印加するパージ信号の
周波数は、数個の異なる周波数の信号を印加するのでは
なく、可変範囲全域を連続的に変化させることかできる
。この為、インク室内の総ての大きさの気泡にも固有共
鳴周波数のパージ信号を印加することが実質的に可能で
ある。従って、気泡の除去を更に完全に行うことができ
る。通常のパージ動作の場合には、インクジェット・ヘ
ッドに可変周波数のパージ信号を印加することなく、前
述したパージサイクルにより十分パージが行えるという
ことに留意すべきである。

しかし、特に乾いたインクジェット・ヘッドに初めてイ
ンクを充たすような場合には、通常のパージ動作では除
去できない気泡を可変周波数のパージ信号を印加するこ
とにより効果的に除去できる。

以上、本発明の原理をいくつかの実施例について説明し
てきたが、本発明の要旨を逸脱することな（、様々な変
形及び変更を実施できることは当業者に明らかであろう
。

〔発明の効果〕

本発明のＡＡＤＯＤ型インクジインクジエツトは極めて
簡単な構成の単一コンパートメント型のインク室を有す
るので、２コンパートメント型の様々な欠点を回避でき
る。即ち、構造上目詰まりしに（＜、容易に高精度の製
造ができる上に、製造原価を大幅に低減できる。この為
、複数のヘッドを用いたインクジェット・アレイも簡単
に実現できる。また、２０ｋｌｌｚという非常に高い動
作周波数まで安定に動作でき、この広い動作範囲全域に
亘り駆動電圧は略一定で、且つ駆動電圧のピーク値は従
来のものより格段に低くて良いので、駆動回路の構成も
簡単になる。更に、適当なパージ装置を付加すれば、イ
ンク室内の不純物及び気泡を容易且つ確実に除去するこ
とも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のインクジェット・ヘッドの１実施例の
断面図、第２図は第１図のインクジェット・ヘッドの１
部を第１図の２−２線に沿って切った断面図、第３図は
第１図のインクジェット・ヘッドの斜視図、第４図は本
発明のインクジェット・ヘッドの別の実施例の断面図、
第５図はインク滴形成反復率を可変した時第１図のイン
クジェット・ヘッドの駆動電圧の闇値をプロットした図
、第６図は第１図のインクジェット・ヘッドから不純物
及び気泡をパージする制御回路のブロック図、第７図は
第１図のインクジェット・ヘッドによるアレイと第６図
の制御回路による不純物及び気泡のパージ・システムと
を組合わせたブロック図である。 （１４）はインク室、（１６）は空気室、（２２）は内
部インク孔通路、（２３）は内部インク滴形成孔出口、
（３８）はインク供給通路、（４３）　、　　（４４）
はアクチュエータ手段である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 所定の圧力のインクを供給するインク供給通路及び内部
   インク滴形成孔出口に通じる内部インク孔通路を有する
   単一コンパートメント型インク室と、該インク室内に圧
   力パルスを発生して上記内部インク滴形成孔出口にイン
   ク滴を形成させるアクチュエータ手段と、所定の圧力の
   空気を受け、上記圧力パルスに応じて上記内部インク孔
   通路と同軸上の空気流により上記インク滴を外部に噴射
   する空気室とを具えることを特徴とするインクジェット
   ・ヘッド。