JPS6334027B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、特願昭56−8428号記載のインクジエ
ツト記録装置の改良に関する。

第１図は特願昭56−8428号記載のインクジエツ
ト記録装置を示す。同図において、導電性のノズ
ル板２には空気吐出口１が穿孔されており、ノズ
ル板２と平行して壁３が配置されており、かつ壁
３には空気吐出口１に対向してインク吐出口４が
穿孔されている。ノズル板２と壁３により生じる
空気層７には周辺から空気流が送られ、空気吐出
口１より流出している。空気流の流れ方向は、空
気吐出口１の近傍で急激に変化しているため、イ
ンク吐出口４より空気吐出口１に至る空間には、
急激な圧力勾配の変化が生じている。

一方、インク吐出口４内のインクには、一定圧
力が印加されており、インクジエツト記録ヘツド
の非駆動時には、インク吐出口４の近傍の空気圧
力と、インク吐出口４内のインク圧力がほぼ等し
くインク吐出口４内のインクのメニスカスが静止
して保たれるように調整されている。

信号源５はノズル板２とインク吐出口４内のイ
ンクとの間に電位差が生じるように、ノズル板２
およびインク吐出口４に連通した導電性のインク
供給管６に電気的に接続されている。信号源５に
より、ノズル板２とインク吐出口４内のインクに
電位差が生じると、この電位差による電界によ
り、インク吐出口４に生じるメニスカスが空気吐
出口１の方向に引き伸ばされる。インク吐出口４
から空気吐出口１に至る空間には、急激な圧力勾
配の変化が生じており、かつこの変化の程度は空
気吐出口１に近い程大であるため、前記インク吐
出口４に生じるインクのメニスカスは一定長さ以
上引き伸ばされると前記圧力勾配の変化により引
きちぎられ空気吐出口１よりインク液滴となつて
飛翔する。１０はボデイである。

以上の説明のごとく、第１図に示したインクジ
エツト記録ヘツドは静電力によつてインク吐出口
４に生じるインクのメニスカスを変化させ、メニ
スカス先端に生じる急激な圧力勾配の変化によつ
て、インク液滴を吐出させるものである。

ノズル板２は、空気吐出口１を有するとともに
電位差を生じさせ、インク液を引き伸ばす電極の
役割を兼ね備えている。特願昭56−35711号、あ
るいは、特願昭56−35713号には、このノズル板
２の構成に関する発明が記載されており、電気的
な絶縁体と導電体によりノズル板２を作成する方
法が提示されている。第２図は、特願昭56−
35711号に記載された空気吐出口１およびインク
吐出口４部分の拡大図であり、第１図と同一部分
に同一符号を付し、詳細な説明は省略する。この
構造ではノズル板２の空気吐出口１の周囲には薄
膜電極９が形成されており、効率の良いインクジ
エツト記録ヘツドを提供し得ること、マルチノズ
ル構成が容易であること等の点で有益なものであ
り、以後第２図の構成を採用することとする。し
かしこれに限られるものではない。

本発明は以上説明のような、第１図あるいは第
２図に示された方式のインクジエツト記録ヘツド
の改良に関し、特にインク吐出口４の改良に関す
る。

本発明について述べる前に、インク吐出口４に
関する従来例について更に詳細な説明を行う。イ
ンク吐出口４について、特に留意すべき点はイン
ク吐出口４に生じるインクのメニスカスの変動で
ある。すなわち、インクのメニスカスが引き伸ば
され、圧力勾配の変化によつて引きちぎられた直
後には、インク吐出口４内に残存するインクが反
動力によつて後退し、インクのメニスカスに凹み
を生じる。インクのメニスカスがこのような凹み
を生じた状態では、非常に大きな電界力によらな
いとインクのメニスカスを引き伸ばすことができ
なくなり、実質的には、前記凹みが初期状態のメ
ニスカス形状まで復元する時間が、第１図のイン
クジエツト記録ヘツドの性能、特に応答性に影響
を与える。

このようなインク液の吐出時に生じるインクの
メニスカスの凹みの復元時間が短かいほど、イン
クジエツト記録ヘツドの応答性が向上するが、こ
の凹みの復元時間を短かくする手段として、(1)イ
ンク吐出口４での粘性抵抗を小さくする、(2)イン
クのメニスカスの変動（凹みの程度）を小さくす
る等の方策が講じられねばならない。

インク吐出口４での粘性抵抗は、インクの粘度
をη、インク吐出口４の直径をdi、長さをｌとす
るとηl／di²に比例する。したがつて、インク吐
出口４は、長さｌが小さな値のものが良く、第１
図で示された形状よりは、第３図に示されるよう
な薄いオリフイス板１３に穿孔されたものが有効
である。図中第１図、第２図と同一部分には同一
符号を付して説明を省略する。前記インク吐出口
４の長さｌは ηl／di²≦2.5×10³cp／cm を満足するよう選択することにより有効な性能を
実現できる。

また、インクのメニスカスのインク液の吐出に
伴う変動を小さくするには、例えば、第４図に示
されているように、オリフイス板１３に形成され
たオリフイス１５の周辺部の一部にハーフエツチ
ング部１４による凹みを形成したものをインク吐
出口４として使用する方法がある。これは、イン
ク吐出口４に生じるインクのメニスカス形状が前
記ハーフエツチング部１４に存在するインクのた
めに複雑な形状となり、インクのメニスカスの変
動が小さくなる傾向があることを利用したもので
ある。

本発明は、以上の説明から明らかなように、イ
ンク吐出口としての必要な条件すなわち粘性抵
抗を小さくできること、インクのメニスカスの
変動を小さくできることが満足される構造を提供
することを１つの目的としている。

第５図は本発明の一実施例を示す。なお図中の
番号は、同一構成部材は第１図〜第４図と同一番
号を付した。第５図では、第３図のオリフイス板
１３、インク吐出口４のかわりにメツシユ１８が
使用されている。

第６図ａ，ｂは、第５図における空気吐出口１
およびメツシユ１８の部分を拡大図示した断面図
と正面図である。メツシユ１８は、空気吐出口１
が穿孔された絶縁基板２と一定間隔を保ち固定さ
れており、この一定間隔部分により空気層７が形
成され、空気吐出口１の周囲より空気流が流され
る。メツシユ１８の空気層７の反対側のインク室
１９はインクが満たされており、インク溜りに連
通している。空気層７のメツシユ１８表面には空
気流により空気圧力P_Aが生じるが、空気層７の
厚みおよび広さを適当に選択することにより、こ
の空気圧力P_Aの大きさをメツシユ１８の至る所
でほぼ等しい値とすることができる。一方インク
室１９内のインクにも、前記空気室７の空気圧力
P_Aとほぼ等しいインク圧力P_Iが加えられており、
メツシユ１８の開口部にインクが保持されるよう
圧力バランスをとつている。空気室７の空気圧力
P_Aとインク室１９内のインク圧力P_Iに差異が生
じた場合には、メツシユ１８の開口部に生じるイ
ンクのメニスカスの表面張力による保持力P_sが働
き、均衡を保つことができる。メツシユ１８は非
常に微細な構造であるため、この保持力P_sは非常
に大きな値となるので、空気圧力P_Aおよびイン
ク圧力P_Iの差異を広範囲にわたつて補うことがで
きる。

空気圧力P_Aは、メツシユ１８表面の至るとこ
ろでほぼ一定の値となるよう配慮されることを前
述したが、空気層７の厚みが極端に小さい場合
や、空気層７が非常に広い場合には、空気吐出口
１に近い部分で低く、空気吐出口１に遠い部分で
高い圧力となる。しかしながら、メツシユ１８の
開口部に生じるインクのメニスカスの保持力P_sは
比較的大きな値であるので、空気圧力P_Aの不均
一を補うことができる。すなわち、空気圧力P_A
のメツシユ１８表面の至るところでのバラツキが
最低限保持力P_sを越えなければ、メツシユ１８の
開口部に生じるインクのメニスカスを安定保持で
きる。

空気圧力P_Aの空気吐出口１近傍の値と、空気
吐出口１から一番遠い部分、すなわち空気層７の
周辺部での値の差の実例をあげると、空気層７の
形状がφ6mmの円形形状の場合、前記の差を空気
層７の周辺部での値の３％以内に納めるには、空
気層７の厚みを約100μm以上に、また20％以内に
納めるには、約50μm以上にすれば良いことが確
認されている。

メツシユ１８の開口部が例えば約20μm直径の
オリフイスと同等であるとし、インクの表面張力
が約40dyn／cmであるとすれば、メツシユ１８の
開口部による保持力は約0.08Kg／cm²に相当する。
一方空気圧力P_Aは0.03〜0.2Kg／cm²の範囲で十分
空気流の曲りによる急激な圧力勾配の変化を生じ
させることがわかつている。このような実例によ
り判断しても、メツシユ１８の開口部のインクの
メニスカスの保持力P_sが比較的大きな値であり、
メニスカスを安定に保たせるに十分であることが
わかる。

以上のように、第６図の構成では、一定流速の
空気流が流され、静電力のない状態において、メ
ツシユ１８の開口部にインクのメニスカスが安定
して保持されている。そして、電極９とインク、
あるいは電極９とメツシユ１８に電位差が設けら
れると、空気吐出口１の中心線に近いメツシユ１
８の開口部の電気力線の集中する個所よりインク
のメニスカスが加速度的に引き伸ばされる。イン
クのメニスカスがある程度引き伸ばされるとメニ
スカス先端に生じる急激な圧力勾配の変化によつ
て、インク液が引きちぎられ空気吐出口１を通過
して飛翔する。

第６図の構成では、メツシユ１８を使用してい
ることにより、メツシユ１８の開口部が多数ある
ため粘性抵抗が容易に小さくできることが明らか
であり、また、インクのメニスカスは、非常に微
細なメツシユ１８の開口部に各々形成されている
ため、インク液の飛翔に伴う変動が非常に小さ
い。またさらに、メツシユ１８を使用した他の効
果として、空気吐出口１との位置関係を考慮する
ことが必要でなく、いわゆる穴合せが不要である
点があげられる。

第７図は、第６図の実施例をさらに改良した実
施例を示す。第６図におけるメツシユ１８は、非
常に微細な開口部を有し、かつ開口部の面積率の
高いものが選択されるため、通常非常に厚みの薄
い剛性のないものとなる。そのため、静電力ある
いは外乱による衝撃等によりメツシユ１８が変動
し易く特性の不安定性の原因となる。

第７図の実施例はこのような欠点を解消するた
め、オリフイス１７を有するメツシユ保持板１６
を設けたものである。メツシユ１８の変動を少な
くするためにはインク室１９に接するメツシユ１
８の面積を小さくすれば良いが、インク室１９自
体を小さくすることはインクの流れによる粘性抵
抗を大きくすることになり、インク液の吐出特性
に関し好ましくない。メツシユ保持板１６は、前
記粘性抵抗が大きくならないよう薄く、かつ剛性
が得られる寸法あるいは材質よりなり、メツシユ
１８と密着接合されるものである。オリフイス１
７は、第１図〜第３図でインク吐出口４のように
微細である必要はなく、メツシユ１８の変動が小
さくできる範囲での大きな寸法が許容される。こ
のため、空気吐出口１とオリフイス１７との穴合
せ精度はそれほど必要ではない。

第７図の構成は、メツシユ１８の変動が小さ
く、安定した特性のインクジエツト記録ヘツドが
提供できるものである。

メツシユをインク吐出口の代わりに使用する本
発明の構成においては、マルチノズル化が容易で
ある。

第８図は、第７図の構成をマルチノズル化した
実施例を示す。絶縁基板２には空気吐出口１―１
〜１―ｎが等間隔、かつ一直線上に穿孔されてお
り、空気吐出口１―１〜１―ｎの周辺部を含む絶
縁基板２表面上に各々独立して電極９―１〜９―
ｎが設けられている。空気吐出口１―１〜１―ｎ
に各々対応してオリフイス１７―１〜１７―ｎが
穿孔されたメツシユ保持板１６には、メツシユ１
８が密着接合されており、メツシユ１８及び絶縁
基板２が一定間隔を保ち空気層７を形成してい
る。メツシユ１８の開口部、オリフイス１７―１
〜１７―ｎ、インク室１９にはインクが満たされ
ており、インク供給管６を介してインク溜りに連
通している。またインク室１９内のインクには、
メツシユ１８の開口部に生じるインクのメニスカ
スが安定に保たれるよう一定圧力が印加されてい
る。一方、空気供給管１１からは空気流が供給さ
れ、空気室１２を一定圧力に保ち、空気層７を介
して一定流速の空気流が急激な曲りを生じ、空気
吐出口１―１〜１―ｎより流出するよう構成され
ている。

第８図のインクジエツト記録ヘツドでは電極９
―１〜９―ｎが各々独立して働くため、空気吐出
口１―１〜１―ｎより吐出するインク液が各々独
立して制御されるため、シングルノズルの場合に
比べてｎ倍の速度で記録が可能となる。

第９図の実施例は、第８図の実施例をさらに改
良したものであり、メツシユ保持板１６に穿孔さ
れるオリフイスを、スリツト状開口２０に変更し
たことが特徴である。第８図のオリフイス１７
は、前述のように第１図〜第３図に示されている
ようなインク吐出口４に比較すると大きな寸法構
造が許容されるものであつたが、第８図のよう
に、マルチノズル化された場合には、オリフイス
１７の直径を、空気吐出口１―１〜１―ｎの間隔
に応じて小さくしなければならない。その結果、
オリフイス１７自体の穿孔や組立工程における精
度等に高度な技術が要求されることになる。第９
図はこのような困難を解決するものであり、メツ
シユ保持板１６には、粘性抵抗が過大とならない
程度の厚みで、かつメツシユ１８を変動なく支持
できる程度の巾をもつスリツト状開口２０が形成
されている。

第９図の構成のマルチノズルヘツドでは、スリ
ツト状開口２０が比較的簡単に（例えばフオトエ
ツチング等により）製作でき、また空気吐出口１
―１〜１―ｎの穴合せが不要であるため、組立が
容易となる利点がある。

なお、メツシユ１８の形状は第６図に示された
ような形状の他に、網目状に織られたものも可能
であり、フイルターとして使用されている金属メ
ツシユや、布等の繊維製品が使用できる。

以上詳細に説明したように、本発明は一定の流
速を有する空気流を空気吐出口より急激な曲りを
生じさせて噴出させ、空気流の曲りにより生じる
空間に少なくとも一部が隣接するよう空気吐出口
に対向してメツシユを配し、メツシユの開口部に
生じるインクのメニスカスの形状を静電力により
変化させ、メニスカスに生じる圧力勾配の変化に
よりインク液滴を吐出、停止させるものであり、
インク液の流路における粘性抵抗が小さくでき、
かつインク液滴の吐出に伴うメニスカスの変動が
小さいため、インク液の吐出の応答性が良いイン
クジエツト記録ヘツドが実現できるものである。

また、メツシユを少なくとも空気吐出口と対向
する箇所に開口部を有するメツシユ保持部材と密
着接合することにより、より安定したインクジエ
ツト記録ヘツドが提供でき、さらにマルチノズル
構成の場合には、メツシユ保持部材がスリツト状
開口部を有する形状とすることにより、製作の容
易なインクジエツト記録ヘツドを得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の先行出願に係るインクジエツ
ト記録ヘツドの構成を示す断面図、第２図ａ，ｂ
は本発明の他の先行出願に係るインクジエツト記
録ヘツドの要部断面図および正面図、第３図は本
発明の更に他の先行出願に係るインクジエツト記
録ヘツドの構成を示す断面図、第４図ａ，ｂは本
発明の先行出願に係るインクジエツト記録ヘツド
のインク吐出口部の拡大図、第５図は本発明によ
るインクジエツト記録ヘツドの第１の実施例を示
す断面図、第６図ａ，ｂは第５図の要部拡大断面
図および正面図、第７図は本発明の第２の実施例
によるインクジエツト記録ヘツドの要部拡大断面
図、第８図ａ，ｂおよび第９図ａ，ｂはそれぞれ
本発明によるインクジエツト記録ヘツドをマルチ
化したときの２つの実施例における正面図および
断面側面図である。 １……空気吐出口、２……ノズル板、３……
壁、４……インク吐出口、５……信号源、６……
インク供給管、７……空気層、９……電極、１０
……ボデイ、１１……空気供給管、１２……空気
室、１３……オリフイス板、１４……ハーフエツ
チング部、１５……オリフイス、１６……メツシ
ユ保持板、１７……オリフイス、１８……メツシ
ユ、１９……インク室、２０……スリツト状開口
部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 開口部にインクが保持されたメツシユに対向
   して空気吐出口を設置し、メツシユと空気吐出口
   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、メツシユから
   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メツシ
   ユの開口部に保持されている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
   りメツシユの開口部に保持されているインクのメ
   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、メツシユの開口部に保持されているイ
   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ヘツド。