JPS63297052A

JPS63297052A - インクジェット記録装置

Info

Publication number: JPS63297052A
Application number: JP13386987A
Authority: JP
Inventors: Norihiko Kurashima; 憲彦倉島; Haruhiko Koto; 小藤　治彦
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1987-05-29
Filing date: 1987-05-29
Publication date: 1988-12-05
Anticipated expiration: 2012-12-08
Also published as: JP2687352B2

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記録に係わるもので、特にイン
ク中において圧力発生器を駆・動させ、ノズルオリフィ
スよりインクを吐出させて印字を行なうインクジェット
記録装置に関する。

〔従来の技術〕

従来からインクジェット記録については種々な方式が発
表され実用化されているが、特に前述の印字機構につい
ては、特公昭８０−８９５３により公知である。この公
知例によると、インクが非導電体であることから、一般
には仔機溶剤を主成分とした油性インクに限られる。油
性インクの場合、特殊紙を選べば均一なドツトを形成す
ることによって良好な印字品質を得ることも可能である
が、普通紙に印字するとインク滴が紙に付着すると同時
に周囲方向ににじみ、輪か（が不鮮明でしかも印字ａｒ
ｘも淡いために、良質な印字品質を得ることが難かしい
といった欠点があった。

また普通紙に対して良好な印字品質を得るための手段と
しては、ホットメルトタイプのインクジェット記録装置
が知られているが、固体インクが加熱されて固相から液
相へ相変化が起こると必ず気泡の発生があり、消滅せず
に流路内に残留すると圧力が気泡に吸収され正常に伝播
されないためにインクの噴出不良を招くことが頻繁に発
生していた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的はこれらの問題を解決することにあり、紙
ズを選ぶことなくあらゆる印字紙に対しても良質の印字
品質を得ることができるインクジェット紀０装置を提供
することにある。

さらに他の目的として、印字不良を起こしにくくしかも
インクを無だなく効率的に使用できるインクジェット記
録装置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段〕本発明のインクジェット記録装置は、ホフトメル！・イ
ンクを用い、同一基板に設けられた複数のノズルオリフ
ィスと、各々のノズルオリフィスに対向して配置された
圧力発生器と、常温で固相伏歯にあるインクを液相状態
に変化させるための加熱手段と、断熱部材とノズルオリ
フィスを形成した基板とで囲まれた一つのインク室とに
よって構成されることを特徴とする。

〔作用〕

本発明の前記の構成によれば、加熱手段によってインク
を加熱し固相から液相へと相変化させた後、インク中に
配置された圧電振動子を動作させることにより、インク
滴を吐出させることができる。この機構においては、圧
力発生器とノズル基板との間の空間にインクが充填され
ていればよいわけで、そのすき間は気泡として存在する
ために必要な最小直径とほぼ同等に設けることも可能で
あり極めて少量のインクですむことから気泡の残留のし
にくい構造にできる。しかもマルチノズルにもかかわら
ずインク室が一室でインク供給路が不用であることから
、インクへの熱伝導も均一で効率がよく、熱容量が小さ
くてすみ、ホットメルトインクを用いた印字機構には育
効である。

〔実二］例〕

次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の印字記録装置の構成を示す一実施例で
ある。ガイド軸１とタイミングベルト２とに案内されて
印字用紙の幅方向に移動するヘッド３とインクカートリ
ッジ４からヘッドにインクを補給するインク供給装置５
及び印字用紙を移動させる紙送り桟構６とによって構成
されている。

第２図は本発明のヘッドの概略を示す構成図であり、多
数個のノズルオリフィス８を備えたノズルプレート９、
圧電素子１０と厚さが２０〜５０μｍでできた金属板１
１とを接合して二部材より成る圧電振動子、断熱効果が
高いセラミック部材から成るフレーム１２及び加熱手段
であるポジスタ１３とから構成されている。金属板は圧
電振動子の共通電極としての働きも兼ねており、各圧電
素子の表面には金ａＳＳが接地され外部と電気的に接続
されている。ノズルプレートと金属板とはスペーサー１
４を介して接合されているが、実験によるとスペーサー
の厚みは、ノズルオリフィスへのインク供給時間と、圧
ｔｔ振動子からノズルオリフィスへの圧力伝播に大きな
影響を及ぼすことがわかっており、２０〜５０μｍにす
ることが望ましい。

第３図に本発明によるヘッドの断面図を示す。

ノズルプレート９は円すい形またはロート状に形成され
たノズルオリフィス８を育し、ノズルオリフィスに対応
して圧電素子が配置されている。フレーム面に内装され
たポジスタ１３に電荷を与えると発熱し、ヘッド全体が
加熱され常温で固体伏膳にあるインク１５は融解し、液
体吠辿に相変化する。この時インク中から、気泡の発生
が起きても、圧力室が一体であるという単純な構造のた
めに、圧電素子上方にスムーズに移動し空気溜り１６に
取り込まれる。

本実施例で用いたインクは、ステアロンとステアリン酸
アミドと染料を調整して得られる非導電性の固体インク
であり、融点は１００°Ｃで、１２０°Ｃにおいて粘度
が３．５ｍＰａ’　５％表面張力が３０ｄｙｎ／ｃｍの
物性値をもつ。インク温度を１２０°Ｃで一定に保持し
圧電素子に電圧を印加すると、圧電素子の長さ方向に収
縮が生じ金属板とのバイメタル構造をなすことにより、
第３図ｔｂ＋に示したように厚み方向の変位に変わる。

この変位によって圧ｒｉ振動子とノズル板との間の空間
を填たしたインクに圧力が伝播し、ノズルオリフィスよ
りインク滴が形成されて、外へ噴出する。インク滴は記
録紙に到達するとすみやかに相変化を起こし固体伏聾で
付着するために、印字汚れを起こすことがなく速乾性に
も優れている。

圧電素子の特性を示すパラメータの一つとして圧電歪定
数があり次式によって示される。

ｄ＝ｋ　ｆ７Ｔフ’Ｙ　　　　　［ｍ／ｖコただし　　
ｋ：１！気機械結合係数ｅ７：誘電率Ｙ：ヤング率一般に誘電率ｅＴは温度上昇に伴ない大きくなりキュリ
一点で最大値をとるが、電気機械結合係数には圧電素子
の材質によって温度特性が異なる。

圧電歪定数ｄは上式に従って変化するため、第４図に示
されるように圧電素子には温度が高くなると圧電歪定数
が大きくなる特性を示す材質ａ、逆に小さくなる材質す
と種々ある。ここで用いた圧電素子は材質＆の特性を示
し、しかも圧電素子の実用上の使用温度限界がキュリ一
点の約１／２の温度になるため、キュリ一点は３００°
Ｃ以上のものである。したがってインクが高温に保持さ
れると、インク中に配置された圧電振動子も高温にさら
され圧電歪定数は大きくなり、より大きな変位を得るこ
とができる。またＩＩＩＩｊＳＩ！Ｊ係数が１．０ｘｉ
ｏ−”以上３．０ＸＩＯ−”以下である圧電素子と、１
．ｏｘｉｏ””以上２．０Ｘ４０−ｈ以下である金属板
との接合によって形成された圧電振動子に、常温から高
温に変化させることで約１００°Ｃの温度変化を与える
と、線膨張係数の大きい金属板側に変形する。ただし、
ここでは金属板の材質にニッケルを用いた。常に一方向
に湾曲した形状で変形し保持されていることより、圧電
振動子の変位量を、大きくすることに有利である。

第５図は本発明の別の実施例を示す、この実施例では振
動子部分の構造が第３図で示したバイモルフ構造とは異
なっており、金属板の両端に圧電素子を配置し両端を伸
縮させる作用により、金属板中央部に上下方向の変位を
与えインク滴を吐出させる圧力を発生させるものである
。金属板は待機時には、上向きに湾曲した状態にあり（
第５図（ａｌ）、電荷が印加されると圧電素子は縮み金
属板は真直状態となり（第５図１ｂ、）、同時にインク
滴がノズルオリフィスより吐出される。

さらに、他の実施例を第６図に示す。前述の実施例とは
異なり、圧力発生器の駆動源に圧電素子の代りにマグネ
ットを用いたものである。インク中に配置された振動子
の一部にマグネッＦが接合されており、インク室壁に取
りつけられた電磁石に電荷を印加すると励磁され、極性
が同一になると振動子に反発力が生じ、振動子が下向き
に変位することによってノズルオリフィスからインク滴
を吐出することができる。

第７図は本発明によるインクジェット記ＢｇＨのインク
供給部の概略を示した一実施例である。

インク２３は常昌では固体であり、粒杖としてインクカ
ートリッジ４に収められており、スパイラル伏の押し出
し機構を育したインク供給装置によってヘッドへ供給さ
れる。インクはカートリッジ内でスプリング２５によっ
て加圧されシリンダ２６内へ落下し、シリンダの外壁に
設けられたヒーター２７によって加熱される。小型モー
タ２８が駆動することによってスクリュー２９が回転し
、インク、はノズル２４へ押し出されるが、スクリュー
が回転する際にシリンダとのすき間にあるインクには剪
断応力による摩擦熱が発生し熱融解する。この作用を利
用することにより、最小必要量のインクを連続的に効率
よく供給することができる。ヘッドのインク供給口は常
時閉じられているが、インク補給時には開かれ、前述の
インク供給装置より液体の状態で供給される。またイン
ク供給口にはフィルタが設けられており、ゴミ等の異物
の進入を防止している。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、インク室が一室から
成り、圧力発生器をインク中で駆動する構造をしたマル
チノズルヘッドにおいて、ホットメルトインクを用いる
と、いかなる紙質に対しても高品位の印字が得られるだ
けでなく、インク流路がないためにインク中に発生した
気泡によって印字不良を起こしにくく高信頼性が得られ
、しかも無だになるインク量が極めて少ないことから、
ランニングコストの低減をはかることができる。

またインク滴を吐出するために必要なインク量も少なく
てすみ、インク室が一室であることから、インク中で振
動する圧力発生器によってインクの撹拌作用が生じ、イ
ンクの温度分布を均一にする効果がある。

さらに、圧力発生器が金属板と圧電素子とを接合して成
る圧ＴＬ振動子の場合、圧電素子自体が高畠になること
で圧電効率を高めることができ、印加電圧を小さくでき
るという効果が得られ、その結果全エネルギーの消５１
２量を低下させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のインクジェット記録装置の概略図、第
２図は本発明の一実施例であるインクジェットヘッドの
構成図、第３図ｔａｌは待機時、（ｂ）は電圧印加時に
おけるヘッドの断面図、第４図は圧電歪定数の温度特性
図、第５図は他の一実施例でありｆａｌは待機時、（ｂ
）は電圧印加時におけるヘッドの断面図、第６図は他の
一実施例の、ヘッド断面図、第７図は本発明の実施例の
インク供給装置の断面図である。３・・・記録ヘッド４・・・インクカートリッジ５・・・インク供給装置　　　６・・・紙送り機構７・
・・印字紙８・・・ノズルオリフィス９・・・ノズルプレート　　１０・・・圧電素子１１・
・・金属＆　　　　　　　１２・・・フレーム１３・・
・ポジスタ　　　　　１４・・・スペーサー１５・・・
インク　　　　　　１６・・・空気溜り１７．１８・・
・駆動回路　　１９・・・インク滴２０・・・フィルタ
　　　　　　２１・・・マグネット２２・・・電磁石　
　　　　　２３・・・インク粒２５・・・スプリング　
　　　２７・・・ヒータ２８・・・モータ　　　　　　
　２９・・・スクリュー以　　上出願人　セイフーエプンン株式会社３１乙針へ９ド゛第１図９ノズルプレート７０圧を素子１７合＼兄オ瓦第２図（ｂ）第３図第４区（ｂ）第５図第６図第７図

Claims

【特許請求の範囲】

インク中で圧力発生器を動作させ液滴を吐出させるオン
ディマンド型インクジェット記録装置において、同一基
板に設けられた複数のノズルオリフィスと、該ノズルオ
リフィスに対向して配置され印加電圧を与えることによ
り該ノズルオリフィスからインクを吐出させる圧力発生
器と、常温では固相状態にあるインクを液相状態に変化
させるための加熱手段と、該基板と断熱部材とによって
囲まれたインク室とによって構成されることを特徴とす
るインクジェット記録装置。