JPH0344915B2 - - 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
力を利用した新規なインクジエツト記録装置に関
するものである。

第１図は、本出願人の先行出願に係り、本発明
の基礎となるインクジエツト記録ヘツドの一例を
示す断面図である。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が設置され、かつ壁３には
空気吐出口１に対向して同軸上にインク吐出口４
が穿孔されている。ノズル板２と壁３により生ず
る空気層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。空気流の流れの方向は、
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、インク吐出口４より空気吐出口１に向つて圧
力が減少するよう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に生じる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内のインクに信号に応
じた電位差が生じると、電位差による電界力によ
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、圧力勾配の変化によつて引
きちぎられ、空気流とともに空気吐出口１よりイ
ンク液滴となつて飛翔する。

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、電界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の形状を変化さ
せ、空気流により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。

また、第２図Ａ，Ｂは、第１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
り、第２図Ａには正面図を、第２図Ｂにはａ−
a′面の断面図を示す。

インク室７は複数のインク吐出口８に連通する
と共にインク溜り（図示せず）に通じる少なくと
も１つのインク供給路９に連通している。また空
気供給路１０より流入される空気流は空気室１１
において均一化され、空気層１２を介して、イン
ク吐出口８に各々対向した空気吐出口１３より噴
出されており、インク吐出口８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１３の周辺にはそれぞれ独立して電極１４
が設けられており、電極１４は各々信号源１５に
連結され、電極１４とインク吐出口８内のインク
に、独立して変位差が印加される構造となつてい
る。なお、ボデイ１６は誘電率が大きく、電気伝
導度の少ない材質よりなつている。

上記した第１図および第２図、とくに第２図の
マルチノズルヘツドには空気吐出口１３とインク
吐出口８の位置合せに困難がある。インク吐出口
８と空気吐出口１３は対向して設置されるが、そ
の位置はできるだけ同心円上にある必要があり、
インク吐出口８近傍の空気流の流線及び電界力の
電気力線が、インク吐出口８の中心線に対して回
転対称であることが望ましい。インク吐出口８と
空気吐出口１３の位置ずれが大きい場合には、イ
ンク液滴の飛翔方向に曲りを生じ、記録画質劣下
の原因となつたり、曲りの大きい場合にはインク
液滴が空気吐出口１３内に付着し、記録不能の状
態となることもある。

一般にインク吐出口や空気吐出口はノズルの形
状をバリやダレのない綺麗なものとする必要があ
るため、別々に穿孔されたものを仕上げ加工した
後に、組立を行うものであるが、組立工程におい
てインク吐出口と空気吐出口の位置精度が問題と
なる。特に第２図に示されたようなマルチノズル
ヘツドでは、インク吐出口８と空気吐出口１３の
位置合せが困難となる。すなわち、マルチノズル
ヘツドでは、複数のノズルの位置合せを行なわな
ければならないため、インク吐出口および空気吐
出口のノズル間隔やノズルの並び方の直線性等の
精度を向上させることが必要であり、かつ組立工
程における熟練度が要求される。

第３図Ａ，Ｂは他のマルチノズルヘツドの構成
を示し、前記説明のノズルの位置合せが簡単な構
成のインクジエツトヘツドである。

第３図Ａ，Ｂは、それぞれ第２図Ａ，Ｂのイン
ク吐出口８の部分を、インクスリツト１７に置き
換えたものである。

インクスリツト１７のスリツト幅は、第２図に
おけるインク吐出口８の直径とほぼ同一の大きさ
のものが選ばれ、第２図と同様の役割を果すイン
ク室７と連通している。空気供給系や電極等につ
いては第２図におけるそれとほぼ同一であるので
説明を省略する。

第４図Ａ，Ｂは、第３図Ａ，Ｂにおける空気吐
出口１３と、インクスリツト１７の部分をそれぞ
れ拡大図示したものである。空気室１１より送り
込まれる空気流は空気層１２を経て、空気吐出口
１３より流出するが、空気流の流線１８をさらに
詳細に図示すると第４図のような形態をとる。流
線１８より、インクスリツト１７の中心で、かつ
空気層１２との境界面上（第４図で直線A₁A₂上）
での空気流速を考えると、B₁B₂点では空気流速
はどの方向に対しても０となり、空気吐出口１３
に近ずくに従つて空気流速が増大する。一方A₁，
A₂，A₃点では、空気吐出口１３に向つて流れ込
んだ空気流が全て直角方向に曲げられるため、事
実上流速が０となる。

しかしながらA₁，A₂，A₃点より空気吐出口１
３側にずれた位置では、空気吐出口１３の中心線
の方向の流速が存在することになる。

次に空気圧力について述べると、前記B₁，B₂
点近傍では空気流速がほとんど０であるため、前
記した空気室１１での圧力とほぼ等しい空気圧力
となる。すなわち、空気流速による圧力損失及び
エネルギ変換による圧力低下がほとんどない。一
方、A₁，A₂，A₃点においては、A₁，A₂，A₃点
における空気流速は０であるが、その周辺では、
急激は曲りの生じている空気流が存在するので、
空気室１１より、A₁，A₂，A₃点に至る間での圧
力損失のために、空気室１１の空気圧力より低い
圧力となる。

したがつて、第４図のA₁，A₂，A₃点とB₁，B₂
点の間には空気圧力差が生じており、A₁，A₂，
A₃点の方が低い空気圧力となつていることがわ
かる。このような圧力差は、寸法構造によつて異
なるが、空気層１２の厚みによつて大きな影響を
受けることが判明しており、空気層１２の厚みが
100〜200μｍ以下となるとA₁，A₂A₃点の空気圧
力が急激に低下してゆくことが確かめられてい
る。

一方、インク室７内のインクには一定の圧力が
加えられており、インクスリツト１７内のインク
の圧力もインク室７内のインク圧力と等しくなつ
ている。今、インク圧力を第４図のA₁，A₂，A₃
点の圧力に設定すると、インクスリツト１７の空
気層１２との境界面に生じるインクのメニスカス
１９は、A₁，A₂，A₃点においては平面になると
考えられる。ところが、B₁，B₂点においては、
A₁，A₂，A₃点より高い空気圧力となつているた
め、インクのメニスカス１９がインク室７の方向
に押され、凹面のメニスカスとなる。すなわち
B₁，B₂点での空気圧力とインク圧力の差は、イ
ンクスリツト１７に生じるメニスカス１９に働く
表面張力によつてバランスされることになる。

インク室１１の圧力を適当な値に設定すること
によつて、第４図に示すように、A₁，A₂，A₃点
では凸面となりB₁，B₂点では凹面となるような
メニスカスとすることも可能である。

前記説明のごとく、インク吐出口８をインクス
リツト１７で置き換え、インク圧力と空気圧力の
バランスを適当にあわせることによつて、インク
スリツト１７に生じるインクのメニスカス１９
に、空気吐出口１３の間隔で凸凹を生じさせるこ
とができる。

このような状態のメニスカス１９と電極１４の
間に電位差を設けると、メニスカス１９に働く力
は、電極との距離の自乗に反比例するため、A₁，
A₂，A₃点で大であり、B₁，B₂点では小となる。
しかも、空気流は空気吐出口１３に向つて周囲か
ら流れ込んでいるため、電界力により引伸ばされ
るインクのメニスカス１９は、電位差を設けた電
極１４のある空気吐出口１３に限られる。このよ
うに、インク吐出口が共通となつたインクスリツ
ト１７を採用した場合にも、空気吐出口１３及び
電極１４が各々独立していれば、各々の空気吐出
口１３より、独立してインク液滴を吐出停止でき
るものである。

第３図に示すマルチノズルヘツドでは、インク
吐出口をインクスリツト１７としているため、イ
ンク吐出口を１つ１つ穿孔する必要がなく、簡単
に製作が可能であり、さらに空気吐出口１３との
位置合せも、インクスリツト１７と空気吐出口１
３の直線性さえ良好であれば、組立工程における
繁雑さが大幅に解消できる。このように第３図に
示したマルチノズルヘツドは、第２図の構成のマ
ルチノズルヘツドに比較して、簡単の構成で、低
コストのインクジエツト記録装置を提供できるも
のである。なお、スリツト形状のインク吐出口は
第３図のようなマルチノズルヘツドばかりではな
く、単一の空気吐出口あるいは電極のインクジエ
ツトヘツドにも応用できる。

次に、第３図のマルチノズルヘツドにおける空
気吐出口１３に関して詳述する。

第５図は、第３図におけるインクスリツト１７
及び空気吐出口１３の端（図では右端）の部分の
断面図を拡大図示したものである。図から明らか
なように、端に位置する空気吐出口１３−１付近
に生じるインクのメニスカス１９は他の空気吐出
口、例えば空気吐出口１３−２と異なる形状にな
ることがある。この原因の１つは、空気流の流れ
方であり、他の例えば、空気吐出口１３−２で
は、空気流がインクスリツト１７の両側より流入
し、空気吐出口１３−２近傍で周囲から流れ込む
のに対し、空気吐出口１３−１では、インクスリ
ツトを形成するスリツト板の端２１の側からも空
気流が流入するため、空気吐出口１３−１では、
他の空気吐出口に比べて異なる空気圧力の分布と
なることがあるためである。

このような複数の空気吐出口間での空気圧力分
布の差異は、第３図に示されたスリツト形状イン
ク吐出口のマルチノズルヘツドばかりではなく、
第２図に示されたような円形のインク吐出口のマ
ルチノズルヘツドに関しても、影響を与え、各空
気吐出口に対応して各々生じているインクのメニ
スカス形状の間のバラツキが、インク吐出量やイ
ンク吐出の応答性等のバラツキとなつて現われる
という難点があつた。

ただ、インク吐出口の形状がスリツト状のもの
は、円形のものに比較して、表面張力によるイン
クのメニスカスの保持力が弱いため、空気圧力分
布のバラツキの影響を大きく受けると言える。

本発明はこのような欠点を解消するためになさ
れたものであり、以下図面とともに詳細に説明す
る。

第６図は第３図のインクジエツト記録ヘツドに
本発明を適用した実施例を示す。ノズル板２２に
は複数の空気吐出口１３−０，１３−ａ，１３−
ｂ，……が一直線上に配列されて形成される。こ
の空気吐出口１３−０，１３−ａ，１３−ｂ，…
…のうち両端の空気吐出口（図では一端の１３−
０のみを示す。）を除いてその他の空気吐出口１
３−ａ，１３−ｂ，……にはその内面に電極１４
−ａ，１４−ｂ，……が形成される。２３はイン
ク吐出口としてのインクスリツト１７を形成した
インク吐出口部材で、ノズル板２２と対向配置さ
れる。この場合、空気吐出口１３−０はインクス
リツト１７とは対向せず、空気吐出口１３−ａ，
１３−ｂ，……すなわち両端の空気吐出口１３−
０を除いた他の空気吐出口１３−ａ，１３−ｂ，
……はその中心軸上にインクのメニスカスが形成
されるようにインクスリツト１７に対して対向配
置される。ノズル板２２とインク吐出口部材２３
との間に形成される間隙には空気供給源（図示せ
ず）より空気流が送られ、この空気流は各空気吐
出口１３−０，１３−ａ，１３−ｂ，……より急
激な曲りを生じさせて外方へ流出する。

一方、前述したようにインク室の圧力を適当な
値に設定すると各空気吐出口１３−ａ，１３−
ｂ，……に対応した位置でインクのメニスカス１
９を凸としその他の部分で凹にすることが可能で
ある。この状態で電極１４−ａ，１４−ｂ，……
とインク間に信号に応じた電位差を与えると、イ
ンクのメニスカス１９が空気吐出口１３−ａ，１
３−ｂ，……方向に引伸ばされ、これに空気流が
作用して空気吐出口１３−ａ，１３−ｂ，……よ
り選択的にインク液滴が吐出する。

空気吐出口１３−ａ，１３−ｂ，……は電極１
４−ａ，１４−ｂ，……が形成されており、かつ
インクスリツト１７に対向しているので、インク
液滴の吐出に関与するが、空気吐出口１３−０は
電極が形成されておらず、インクスリツト１７か
らも離間しているのでインク液滴の吐出には関与
しない。

インク液滴の吐出に関与する空気吐出口１３−
ａ，１３−ｂ，……のうち右端の空気吐出口１３
−ａをインクスリツトの右端２０より離れた位置
に配し、インクスリツト端２０と空気吐出口１３
−ａの距離を、空気吐出口径の２倍以上で、か
つ、空気吐出口間の距離の1/2以上にとれば十分
にインクスリツト端２０の影響を取り除くことが
できる。一方、インク液滴の吐出に関与しない 空気吐出口１３−０近傍の空気圧力の分布は他
の空気吐出口のものと異なることがあるが、空気
吐出口１３−０の存在によつて実際にインクの吐
出に関与する空気吐出口１３−ａ，１３−ｂ，の
近傍に生じる空気吐出口での空気の圧力分布が均
一となり、それに対応して生じるインクのメニス
カスの形状を均一化することができる。

上記説明はインクスリツトの右端のみに関する
ものであつたが左端においても同様のことが言え
る。

なお、インク吐出口はスリツト形状のものに限
らず第２図における円形のインク吐出口列の場合
にも本発明は適用できる。

以上の説明のように、本発明は、一直線上に配
列された複数の空気吐出口を有する板状体とイン
ク吐出口を有する部材とが対向して配置され、イ
ンク吐出口と空気吐出口の間〓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
形成されている板状体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の手段とを備え、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ようにしたインクジ
エツト記録装置において、前記一直線上に配列さ
れた空気吐出口の両端の空気吐出口がインクの吐
出に関与しないよう構成されたものであり、両端
での空気吐出口近傍に生じる他とは異なる空気圧
力分布でのインク吐出・停止を使用せず、中間部
の空気吐出口の均一な圧力分布を有する空気吐出
口のみを使用するため、インク吐出口に生じるイ
ンクのメニスカスの形状を均一にでき、均一な特
性のマルチノズルヘツド式インクジエツト記録装
置が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本出願人の先行出願に係るインクジエ
ツト記録ヘツドを示す断面側面図、第２図Ａ，Ｂ
は第１図の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マルチノズルヘツドとしたと
きの正面図およびａ−ａ線断面図、第３図Ａ，Ｂ
は本出願人の他の出願に係るインクジエツト記録
ヘツドの構成を示す正面図およびａ−ａ線断面
図、第４図Ａ，Ｂは第３図の構成における要部の
拡大正面図および拡大断面側面図、第５図は第３
図の構成における他の部分の拡大断面側面図、第
６図は本発明によるインクジエツト記録装置の実
施例における要部断面側面図である。 １……空気吐出口、２２……ノズル板、３……
壁、４……インク吐出口、５……信号、６……イ
ンク供給管、７……インク室、８……インク吐出
口、９……インク供給路、１０……空気供給路、
１１……空気室、１２……空気層、１３……空気
吐出口、１４……電極、１５……信号源、１６…
…ボデイ、１７……インクスリツト、１９……イ
ンクメニスカス、２３……インク吐出口部材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 一直線上に配列された複数の空気吐出口を有
   する板状体とインク吐出口を有する部材を対向し
   て配置し、前記複数の空気吐出口のうち両端を除
   いた空気吐出口の中心軸上にインクのメニスカス
   が形成されるようインク吐出口を設置し、インク
   吐出口と空気吐出口の間〓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
   されている板状体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両端を除く
   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。