JPH01108048A - インクジェットヘッドおよびその駆動方法 - 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記録装置に関し、轡にインクジ
ェットヘッドおよびその駆動法に関する。

〔従来の技術〕

従来、インクジェット記録技術は連続噴射型やドロ、グ
オンディマンド型など多くの方式が知られている。中で
もドロ、グオンディマンド型ハ構造が簡単で小型、低価
格の記録装置が得られるとして期待されている。しかし
ながら単位時間に噴射可能な滴の数（以後は、滴形成周
波数と呼ぶ）が少ないという欠点があった。

そこで高速化のための改良が試みられておシ、その中の
１つとして特願昭５８−１５９８２０号明細書に記載さ
れたインク流路に逆止弁を配置する方法が知られている
。第４図はその構造を示す断面図である。このヘッドは
ノズル４１と１円筒型ピエゾ菓子４２からなる圧力室４
３と、インク供給口４４と、インク供給口方向への流れ
を阻止する逆止弁４５と、ピンホール等を備凭た流体抵
抗素子４６とを宮む。なお４７は圧力室４３の駆動回路
である。ピエゾ素子に電圧パルスを印加すると圧力室の
体積が減少する方向に変形が生じる。仁の時、逆止弁４
５は逆方向となシインクの流れをノズル４１よりインク
滴４８となって噴射される。

次に電圧を元の値あるいは、さらに逆極性まで変化させ
ると、滴形成により変形したピエゾ素子４２は元に戻ろ
うとする。したがって圧力室内は負圧となシ、圧力室内
にインクを引き込む。との場合、逆止弁４５は順方向と
なるので、インク供給口４４より圧力室４３にインクが
流入する。

−万、ノズル側にも負圧が作用するのでノズル４１より
メニスカスが引き込まれるが、圧力室の変形ｉは噴射し
たインク滴におおむね等いので、供給側より供給された
インク量の分だけノズルからの引き込み童が軽減される
。このノズル内忙引き込まれたメニスカスは表面張力で
ノズル端に戻るが、引き込みが少ない分この復帰時間が
短縮されて商運動作が可能となる。ざらに駆動電圧をこ
の値よりざらに逆極性まで変化させ、逆上弁を通して供
給されるインクの量をインク滴の大きさと等しくなるよ
うにすれは、ノズルからのメニスカスの引き込みを無く
すことも可能となる。

このように逆止＊＠み込むことＫより一種のポンプ作用
が得られ、インク補給時間を短縮してインク滴形成周波
数を高めている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述した従来のインクジェットヘッドでは弁の整流作用
とピエゾ素子の変形による力とによりインク補給時間の
短縮を行り℃いるが、補給時間をさらに短かくするには
ピエゾ素子による力、即ち圧力室の負圧を大きくすれば
よい。しかしながらとの負圧、即ち大気圧以下に下げた
圧力をインクの溶存ガスが気化を始める最低圧力、また
はインクが気化を始める最低圧力以下（まで下げると、
圧力室内忙気泡が発生する。そして、その後の滴形成圧
力がこの気泡に吸収され、インク噴射ができなくなると
いう問題があった。

また、インク溶存ガスを小さくおさえる等の改良によっ
ても負圧では高々１気圧の圧力差しか得られず、それ以
上の時間短縮は得られないという問題があった。

本発明の目的は、インク補給時間を短縮して単位時間の
滴形成数を高めたインクジェットヘッドとその駆動方法
を提供することＫ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ヘッドは、インク滴を噴射する
ノズルと、前記ノズルに連通してインクを噴射させる第
一の電気パルスに応じて壁の一部筐たけ全部が変形する
ことによってインクに圧力を生ぜせしむる第一の圧力室
と、前記第一の圧力室に隣接して連通して第二の電気パ
ルスに応じて壁の一部又は全部が変形することによって
インクく圧力を生ぜせしむる第二の圧力室と、前記第一
の圧力室と前記第二の圧力室とを結ぶ流路に配置され前
記第一の圧力室から前記第二の圧力室へのインク流れを
阻止する逆止弁と、前記第二の圧力室とインク供給口と
を結ぶ流路に配置された流体抵抗とを有して構成される
。

また、インクジェットヘッドの駆動方法は、インク滴を
噴射するノズルを備えた第一の圧力室と、前記第一の圧
力室と逆止弁を介じて連通した第二の圧力室とを有する
インクジェットヘッドにおいて、前記第一の圧力室に印
加する第一の電気パル゛く＼ スに従って前記ノズルからイ／り滴を噴射し、前記第二
の圧力室に印加する第二の電気パルスに従りで前記第二
の圧力室から前記第一の圧力室へインクを送り込むよう
にして実現される。

〔実題例〕

次に１本発明について図面を参照して説明する。

第１図は本発明によるインクジェットヘッドの一実施例
の断面図である。同図においてインクジェットヘッドは
インク液滴２２が噴射されるノズル１と、第一の圧力室
２と、逆止弁４と、第二の圧力室３と、流体抵抗５と、
供給口６とが順次連Ｍされた構造を令する。

第一および第二の圧力Ｍ２および３は表面Ｋｔ極１２，
１３および１５．１６を゛形成した円筒形ピエゾ素子１
１および１４によ＃）４ｓ成されている。

逆止ｆＰ４はインク滴のような微小流れ九対しても整流
作用を有し、第一の圧力室２から第二の圧力室３への流
れを阻止する。

流体抵抗５はインク供給口からの圧力の反射を防ぐ役割
を持ち１．平板に１０μｍメ程度のピンホー°−′／Ｘ
″ ルを数１０個あけたもの等を使用する。また流路を細く
しぼった構造や、多孔性のフィルタなどの流路抵抗を昼
めるものであれば同様の動作が得られる。ノズル側流体
抵抗２１はノズル側へのインク流を安定化する役割を持
つが、無くても本発明の主旨に影響を及ぼすものではな
い。

電気パルスを出力する第一のパルス発生器１８および第
二のパルス発生器１９がそれぞれ電極１２．１３および
電極１５．１６に接続されており、この電気パルスに応
じ℃、第一および第二の圧力室２および３を独立して動
作させる事ができる。

次に圧力室の動き忙よるインクの流れを説明する。まず
第一の圧力室２を用いてインク加圧を行なうと逆止弁４
の働きＫより第二の圧力室３へのインク流入が阻止され
、ノズル１よりインク噴射が得られる。一方、第二の圧
力室３を用すでインクの加圧を行なうと、逆上弁４は順
方向となシ、第一の圧力室２にインクが送り込まれ、第
一の圧室の形伏が元に戻る時には、圧力案内が負圧とな
るので逆止弁４は閉じ、インクは供給口６から第二の圧
力室３へ補給される。

このようＩｃ本発明和よるインクジェットヘッドでは、
インク噴射動作とインク補給動作とをそれぞれ第一の圧
力室および第二の圧力室を用いて独立して行なうことが
できるので、両者のタイミングを調整して噴射・供給を
最適化できる。さらに第一の圧力室へのインク補給を第
二の圧力室のインク加圧動作釦より行なうので、従来の
第一の圧力室の負圧によりインクを引き込む時に見られ
るような圧力案内の気泡の発生を防止することができ、
また１気圧以上の加圧も可能となるため高速のインク補
給を行なうことができる。

第２図は本発明によるインクジェットヘッドの駆動方法
の第一の実施例を示す波形図である。同図において、イ
ンク噴射動作のタイミングを指定する印字信号と、それ
ぞれ第一および第二の圧力室を駆動する第一および第二
電気パルス波形、および第一の圧力室の内容積変化の時
間関係を示している。

第１図を診照して印字信号８が入力されると印字側師部
１７０制岬により、まず第二のパルス発生器１９より第
二電気パルスを出力し、この第二電気パルスの後端に同
期させて第一のパルス発生器１８より第−電気パルスを
出力する。

次にこのような制御を行なった時に得られる印字動作を
説明する。印字信号８が入力され第二電気パルスが電極
１５．１６に印加されると、円筒法ピエゾ素子１４が収
縮し第二の圧力室３内のインクを加圧する。そして第二
の圧力室３からインクが押し出され、一部は流体抵抗５
を通して供給口６へ、残シは順方向の逆止弁４を通して
第一の圧力室２に流出する。この時の流量の比はおおむ
ね流体抵抗の抵抗値と逆止弁の順方向抵抗値の比によっ
て決まる。

次に第二電気パルスの後端に同期して第一電気パルスが
電極１２．１３に印加されると、今度は第一の圧力室２
内のイ、イクが加圧される。この時、−一ゝ・、 逆止弁は逆方向となシ押し出されたインクはすべてノズ
ル方向く流出し、ノズル１からインク滴２２となって噴
射する。−万この時、第二電気パルスが初期値に戻って
いるので、第二の圧力室３は供給口６よりインクを吸い
込んで初期伏態に戻っているＯ この一連の噴射過程における第一の圧力室の容積の変化
の様子を第２図に示しである。まず第二電気パルスが第
二の圧力室に印加されるとインクが流入し、Δｖ１だけ
容積が増加する。次に第一電気パルスが第一の圧力室に
印加され、Δｖ２だけインクが押し出される。Δｖ２は
噴射したインク滴体積におおむね等しい。したがり℃初
期容量九対するインク噴射後の第一の圧力ＮＫ形量はΔ
ｖ３　（＝ΔＶニーΔＶｌ　）となシ、従来例のような
ｌりの圧力室しか持たない場合の変形量が滴体積に等し
くなるのに比べて小さい。よって第一電気パルスが切れ
た後、第一の圧力室が初期伏態に戻るのに要する時間Δ
ｔは、従来例に比べ大幅に短縮される。特に第二電気パ
ルスによりインク噴射体！ＲＫ等し−い量を第一の圧力
室に送入すると、Δを中０とする事ができる。

このように本実施例によれば、第二の圧力室を用いてイ
ンク噴射前の第一の圧力室にインク滴体積の大部分また
は一部を供給することＫよ）、インク噴射後の第一の圧
力室は短時間で初期伏態に戻るようＫなる。したがって
インク噴射動作の周期を短かくする事が可能となる。

また本実施例では第一電気パルスおよび第二電気パルス
としてそれぞれ一定のパルス長の例を示したが、これに
限定される事はない。例えば、印字良度を変えるために
第一電気パルスのパルス長や電圧を変化させ℃噴射イン
ク滴の体積を制御することが可能である。この場合、あ
らかじめ各々の第一電気パルスに対応させた形で第二電
気パルスの組合せを決めておき、濃度情報を言んだ印字
信号により＃度に対応した第一電気パルスおよび第二電
気パルスの組合せを選択してインクジェ。

トヘ、ドな駆動する。例えば、第一および第二の圧力室
に同じ形伏の圧電素子を用いた場合、電圧気パルスの２
分の１に設定したところ良好なインク噴射が得られた。

また、この実施例では第二電気パルスの後端に同期して
第一電気パルスを印加させたが、これに限らずインクジ
ェットヘッドの圧力室の電気パルスに対する変位特性に
応じて第二電気パルスに対して第一電気パルスを遅らせ
て印刀口するタイミングを変え℃も良い。このためには
、あらかじめ２つのｔｉパルスの印刀ａタイミングを、
インク噴射速度が周波数に対して平坦となるように調整
しておくことが必要である。

第３図は本発明によるイ／クジェ、トヘ、ドの駆動方法
の第二の実施例を示す波形図である。同図において、ま
ず印字信号８に同期し″Ｃ第一電気パルスが電極１２．
１３に印加され、第一の圧力室２内のインクが加圧され
る。すると逆止弁４は逆方向となシ閉じ、圧力室内のイ
ンクはすべてノズル方向に流出し、インク噴射が行なわ
れる。

インク噴射動作が完了し第一電気パルスが元に戻ると同
時に第二電気パルスを電極１５．１６に印加する。する
と第二の圧力室の内圧が上昇する◇この時、第一の圧力
室では噴射に伴って変形した圧力室が初期伏態に戻ろう
として負圧となっており、第２の圧力室の内圧にこの負
圧が加算され順方向となる逆止弁４には大きな差圧が生
じる。よって弁４を通して大量のインクが流れ、短時間
にて第一の圧力室のインク補給を行なうことができる。

このインク噴射動作を行なう時の第一の圧力室の容積の
変化の様子を第３図に示し℃いる。すなわち第一の圧力
室はインク噴射に伴ない、噴射体積に等しいΔｖ４だけ
容積が減少する０欠に減少したΔｖ４に等しいインクが
第二電気パルスの印加によって補給され、第一の圧力室
は初期値に戻る。このとき従来例に比べ弁に大きな差圧
がかかるので、よ）短時間Δｔ′で戻る。よって本実施
例によってインク滴周波数を高めることができる。

本実施例では、インク補給のための力を従来例のような
圧力室の負圧でなく、主に第二の圧力室の陽圧によって
いるのも原理的には第二の圧力室の加圧力を大きくすれ
ばする程、補給時間の短縮が可能である。すなわち第二
電気パルスの印加電圧を高くすることによって実現でき
る。また、この第二電気パルスは、あらかじめ第一の圧
力室が初期値に戻るようなインク補給量となるように電
圧やパルス長を調整しておくことが必要である。

またざら忙、本実施例でも第一電気パルスの形状を変え
てインク滴の体積を変えることが可能である。この場゛
合もあらかじめ第一電気パルスと第二電気パルスの関係
を求めておき、濃度信号によって第一および第二電気パ
ルスのセットを選択してインクジェットヘッドに印加す
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明のインクジェットヘッドおよ
びその駆動方法は、圧力室を２つ用いその間に逆止弁を
配置した構造とすることＫより、インク噴射動作とイン
ク供給動作を独立して行なえるよ５にな夛、駆動波形に
制約が焦〈なりた。

またインク供給の為の圧力として陽圧を用いることが可
能となシ、・圧力室内の気泡の発生の防止や得られる加
圧の上限が無くなるという効果がある。

さらに２つの圧力室に印加する電圧パルスのり

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるインクジェットヘッドの一実施例
を示す断面図、第２図は本発明によるインクジェットヘ
ッドの駆動方法の第一の実施例を示す波形図、第３図シ
エ第二の実施例を示す波形図、第４図は従来のインクン
エツトヘッドの例を示す；新面図である。 １・・・・・・ノズル、２・・・・・・第一の圧力室、
３・・・・・・第二の圧力室、４・・・・・・逆止弁、
５．２１・・・・・・流体抵抗、６・・・・・・供給口
、８・・・・・・印字信号、１１．１４・・・・−・円
筒形ピエゾ素子、１７・・・・・・印字制御部、１８・
・・・・・第一のパルス発生器、１９・・・・・・第二
のパルス発生器、２２・・・・・・インク液滴。−代理
人　弁理士　　内　原　　　晋

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）インク滴を噴射するノズルと、前記ノズルに連通
   してインクを噴射させる第一の電気パルスに応じて壁の
   一部または全部が変形することによってインクに圧力を
   生ぜせしむる第一の圧力室と、前記第一の圧力室に隣接
   して連通して第二の電気パルスに応じて壁の一部又は全
   部が変形することによってインクに圧力を生ぜせしむる
   第二の圧力室と、前記第一の圧力室と前記第二の圧力室
   とを結ぶ流路に配置され前記第一の圧力室から前記第二
   の圧力室へのインク流れを阻止する逆止弁と、前記第二
   の圧力室とインク供給口とを結ぶ流路に配置された流体
   抵抗とを有することを特徴とするインクジェットヘッド
   。
2. （２）インク滴を噴射するノズルを備えた第一の圧力室
   と、前記第一の圧力室と逆止弁を介して連通した第二の
   圧力室とを有するインクジェットヘッドにおいて、 前記第一の圧力室に印加する第一の電気パ ルスに従って前記ノズルからインク滴を噴射し、前記第
   二の圧力室に印加する第二の電気パルスに従って前記第
   二の圧力室から前記第一の圧力室へインクを送り込むこ
   とを特徴とするインクジェットヘッドの駆動方法。
3. （３）インク滴を噴射するノズルを備えた第一の圧力室
   と、前記第一の圧力室と逆止弁を介して連通した第二の
   圧力室とを有するインクジェットヘッドにおいて、 印字信号に従って前記第二の圧力室に第二 の電気パルスを印加して前記第二の圧力室から前記第一
   の圧力室へインクを送り込み、前記第二の電気パルスよ
   り遅れて第一の電気パルスを第一の圧力室に印加して前
   記ノズルからインク滴を噴射する特許請求の範囲第二項
   記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
4. （４）インク滴を噴射するノズルを備えた第一の圧力室
   と、前記第一の圧力室と逆止弁を介して連通した第二の
   圧力室とを有するインクジェットヘッドにおいて、 印字信号に従って前記第一の圧力室に第一 の電気パルスを印加して前記ノズルからインク滴を噴射
   し、前記第一の電気パルスの立下りと同期して第二の電
   気パルスを前記第二の圧力室に印加して前記第二の圧力
   室から前記第一の圧力室へインクを送り込む特許請求の
   範囲第二項記載のインクジェットヘッドの駆動力法。