JPH0363138A

JPH0363138A - インクジェット記録装置

Info

Publication number: JPH0363138A
Application number: JP19797289A
Authority: JP
Inventors: Hidemi Kubota; 秀美久保田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-08-01
Filing date: 1989-08-01
Publication date: 1991-03-19

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）本発明は電気信号を電気・機械変換素子を介して圧力波
に変換し、これによってインク液滴を吐出し、ドツト印
字するなどの記録を行なうインクジェット記録装置に関
するものである。

（従来の技術）この種のインクジェット記録装置はオンデマンド型とし
て知られてシリ、例えばその構成は第２図のようになっ
ている。ここではがラス製のインク液噴射ノズル２２内
にインク流′ｌ＆１３が構成されていて、メニスカス形
のオリフィス２０からインク液ｆｉ１４ｆｔ吐出するた
めに、上記インク液噴射ノズル２２の胴部に電気・機械
変換素子１１が設けである。そしてこの電気◆機械変換
素子１１に駆動回路１２から電圧を印加した時、上記電
気・機械変換素子１１を収縮、膨張させ、これによって
、イｙり流路１３中に圧力波（縦波）を発生させ、上記
インク流路中のインクに吐出エネルギーを与えるのであ
る。なか上記インク液噴射ノズル２２の後端に位置して
流抵抗１に！１１節するためのフィルター２１が設けて
あυ、上記インク流路１３は上記フィルター２１を介し
てインクタンク１７に連通され、インク１６の供給をう
けるようになっている。またこのフィルターは多孔質で
あるためインク流路内に発生する不貴な圧力波を吸収す
る役目も負っている。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、上記従来のインクジェット記録装置では
、インク流路１３にフィルター２１ｉ設けて流抵抗を与
えるために、インク吐出量の限界が低くなってし筐う。

筐た不喪な圧力波を吸収するものの微細にフィルター構
成物質表面をみると大きな間組がある。すなわちフィル
ター２１の材料としては焼結体など、インクのそれと大
きく。

特性音響インピーダンスが異なる材料が用いられるため
、電気・機械素子の発生した圧力波がフィルター２１の
構成物質の表面に到達したときに、大きな圧力変動を起
す。そのためフィルター内部でキャビテーラ１ノによう
発泡し、フィルターとしての機能が失われる第３図には
この状況が模式的に示されている。この図は凹凸のある
フィルターの拡大図で凹凸も平に見えているここでは横
軸にフィルター構成物質表面に垂直な方向（インクの流
路の方向とは無関係）の位置が示され、縦軸に圧力が示
されている。そして、縦軸の左側はインク領域であり、
右側はフィルター構成物質の内部領域である。今、フィ
ルター２１の材質が持つ特性音響インピーダンスがイン
クのそれよりも十分大きいとする。（ａｌではインク領
域から圧力パルス１がｘ　＝　０にある境界面に入射し
ようとしている。この時、境界面にかける次段の圧力変
化を考察するために、境界面を線対称として、フィルタ
ーの構成物質の領域内部に点線で示すような圧力／ゼル
ス１と同じ高さの圧力パルス２（反射圧力・ゼルス）を
想定すると説明上１便利である。（ｂ）は（ａ）ようも
時間が経過した状態で、圧カパルスｌがフィルター構成
物質表面に到達したところである。

このとき、境界面近くのインクの圧力は圧力パルス２と
の和で表わされる。（ｅ）がその状況を示しており、境
界面近傍の圧力が入射パルスの２倍となる。境界面での
反射の結果、（ｄ）に示すようにインク内には圧力パル
ス２が残る。なお、図では圧縮性の圧力／９ルスで考察
したが、膨張性の圧力波でも同様のことが起る。

通常、０．１〜０．３　μｇのインク液滴ｔ　５０　μ
ｍの吐出口から１００μ１１程度の時間内に加速して１
０１ｖ／Ｓ程度の速度を与えるためには、０．１から１
．０気圧程度の圧力変化が必要である。通常、インクの
圧力は１気圧であるから、インク境界面では最大２気圧
の圧力上昇が起ることになる０例えはインクの特性貴書
インピーダンスｚｉが１．６Ｘ１０　ｇ／ｃｔｙｒ・−
。

フィルター２１としての焼結体の構成物質の特性音響イ
ンピーダ７　スＺ４２＞（１０ｚ　２０　Ｘ　１０５ｇ
／ｃｍ’　ｍは０．７から０．８程度となり、最大圧力
は１．７〜１．８気圧程度となる。また、逆にθ気圧オ
で減圧されることも起るので、この時には境界面のイン
クに含まれる水が沸騰し、いわゆるキャビテーシａンが
起る。そして、泡が発生する。この泡はフィルター領域
１％にフィルター表面及びその表面近くのフィルター内
部に発生し残留するキャビテーシ璽ンによって発生した
微小気泡は部分的に大きな気泡に成長じて、インク吐出
に必要な圧力波を吸収し、あるいは不規則な反射を招き
、インク吐出を著しく不安定にする。これは印字品貿の
低下をもたらす。場合によっては、インク吐出が乱され
た結果、インク吐出口から空気を取り込み、大きな気柱
がインク流路′ｔ−塞ぎ、インク吐出不能に陥入るシそ
れがある。筐た、上記フィルターな高価であシ、シかも
微小構造なので、インク流路への取付けに時間がかかり
、コスト高の原因となる。しかし、上記フィルターはイ
ンク流路内に発生した不安な圧力波を吸収する役目を持
っている除去したのでは圧力波を除去することができな
い。

（発明の目的）本発明は上記事情にもとづいてなされたもので、インク
流路にかけるインクの供給が充分でかつ圧力波の吸収が
でき、インク吐出が安定して行なえるようにしたインク
ジェット記録装置を提供しようとするものである。

（課題を解決するための手段）このため、本発明では、インク液噴射ノズルのインク流
路に沿って、電気・機械変換素子を配設し、該電気・機
械変換素子の収縮・膨張によって発生したインク流路中
の圧力波で上記インク液噴射ノズルの先端開口からイン
ク液滴を吐出させるオンデマンド型のインクジェット記
録装置において、上記インク液噴射ノズルの後端に位置
してインク流路へのインク供給側に、その骨性音響イン
ピーダンスが、インクのそれの、ほぼ１．１倍から３．
０倍の範囲の物質で構成されかつ上記電気・機械変換素
子の有効長さと実質的に同程度あるいはそれより短かい
長さの音波吸収・拡散用の構成素材が設けられている。

（作用）このため、インク供給側にフィルターを設ける場合と異
なり、インク供給量に制限が加わるかそれがなく、しか
も、上記構成素材によって圧力波の吸収・放散が充分に
行えるので、インク吐出が安定化し、鮮明で統一濃度の
印字などが実現できることになる。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面を参照して具体的に説明す
る。なか、従来例の説明で示した構成部分と同一の構成
部分は同一符号を付けて、その説明を省略する。第１図
に示す実施例では、インク液噴射ノズル２２の後端、す
なわち、インクタンク（図示せず）に連通するインク流
路１３のインク供給側に位置して、音波吸収・拡散用の
円筒状の構成素材３が設けられる。上記構成素材３の有
効長さｔ２は電気・機械変換素子１１の有効長さり。

に対してｔ、〜ｔ２の関係に設定される。このような設
定条件の時、上記構成素材３は最も効率よくインク流路
１３内に発生した不要な音波をインク流路に反射させな
いようにできる。この点は、インク流路１３内にて電気
・機械変換素子１１が発生する音波の波長についての考
察（以下に述べる）から明らかにされるであろう。

第４図は上記電気・機械変換素子１１が圧電素子で構成
されている場合の印加電圧波形例である。

１つのドツトを印字するときに、この波形で電圧が上記
電気・機械変換素子１１に印加される。この最大繰返し
は凡そ、３　ｋＨｚと定められている。

一般に、インク流′Ｎｒ１３内に発生する音波の波長が
この周波数と結びつけられて考えられ、あるいはインク
吐出口（オリフィス）２０とインク供給口との間の長さ
に結びつけられて考えられることが多いが、実際に上記
構成部材３を設ける際に考慮しなければならない波長は
別の考え方をとらなければならない。この点を第５図を
参照して具体的に説明する。上述のように、電気・機械
変換素子１１が電圧印加をうけた時、第５図の電圧ステ
ッ７’ＩＯで、上記電気・機械変換素子１１は急激に吸
縮し、第５図（ａ）に示したインク流路１３中の有効長
さ（点線４および５）の領域内のインクを圧力ＪＰだけ
周囲のインク圧力より加圧する。この点線４および５で
示す有効長さは、上記電気・機械変換素子１１の機械的
性質、すなわち、質量、弾性係数および電圧ステップの
立上すの鋭さ、しよびインク中での伝播速度などで定筐
る。これを例示すれば、上記電気・機械変換素子１１が
市販されているＰＺＴ製（長さ１０−１外径１ｍ程度）
であシ、インク中の音速が約１５００　ｍ７ｍ　、電圧
ステップがｉ　ｏ　ｏ　Ｖμ−程度である場合、点線４
しよび５の間隔（長さ）は１０ｍ上２゜０−程度となる
。この加圧領域（圧力ＪＰの領域）は、その後、第６図
（ｂｌに示すように、二つの高圧領域（点線６訃よび７
％ならびに点［８＞よび９で囲１れた領域）に分けられ
、一方は左へ、他方は右へ、音波としてインク中を伝播
される。この時、それぞれの高圧領域で囲まれる大きさ
は点＃！４および５で囲まれる領域と同じであるが、そ
れぞれの圧力は１／２　Ｊ　Ｐだけ周囲圧力よυ高い。

これは第５ｆｋ（ａ）のそれの半分である。第５図（ｂ
）で、インク吐出口（オリフィス）２０が左方向に存在
すると仮定すれば、領域（点線６および７で囲まれた領
域）はインク吐出口に到達した段階でインクを加速する
エネルギーとして消費され、波動エネルギーを失う。一
方、領域（点線８釦よび９で曲管れた領域）はインク供
給口へ向う。本発明の課題はこの音波をいかに消去する
かである。ここで、音波の波長に関連した意味のある長
さは点線８シよび９の間隔であることが理解できよう、
この長さは、結局、点線４シよび５の間隔、すなわち、
電気・機械変換素子１１の有効長さにほぼ等しいのであ
る。上記高圧領域が構成部材３に適合した時、上記構成
部材３はいづれの個所でも動力学的弾性変形の位相が同
じであ、ｔＪ、　したがりて、その壁面を介してインク
タンク１６中のインクと音波を放散させる。

因に、構成素材の長さｔ２が電気・機械変換素子の長さ
ｔ、に対して大きく異なる場合には、上記構成素材の動
力学的弾性変形の位相が場所によって異なシ、結局、音
波がインクに充分に放散されず。

インク流路１３へ音波の反射が起り％インク吐出の安定
性を低下させる。

次に、構成素材３の特性音響インピーダンスについて考
察する。仮うに上記構成素材３が全くインクと同じイン
ピーダンスを持っていたとすれば。

その音響的効果はこの構成素材３が存在しない場合と同
じであって、左方向（インク吐出口＠）から伝播してき
た音波がインク液噴射ノズル２２のインク供給口端で反
射し、はとんどエネルギーを失うことなく、しかも位相
が反転して左方向へ伝播されて行くことになる。また、
仮やに上記構成素材３がインク液噴射ノズル２２と同じ
音響インピーダンスを持っていたとすると、単にインク
流路１３がその長さを延長しただけのこととなシ。

この場合も音波の反射が起る。この点を考慮する時、上
記構成素材３の材質は、インクの音響インピーダンスと
インク液噴射ノズル２２の音響インピーダンスとの中間
の値を持つものを選択するのが適当である。前述のよう
に、音波の振幅反射率Ｂが０．７〜０．８ではインクか
らみた上記構成素材３がインク液噴射ノズル２２と音響
的に区別できなくなるから、Ｒは０．５以下にすること
が望ましい。この点を考慮すると、インピーダンス比（
ｚ２／ｚ、）を３以下に設定することになる。ｔた、イ
ンピーダンス比（Ｚ２／２．）　１／：１．０まで下げ
ルト、　Ｒ−０となう、再び構成素材３を設置する意味
がなくなってしまう、そこで、上記構成素材３の特性音
響インピーダンスは実質的にインクのそれのほぼ１．１
倍から３．０倍の範囲に設定することが有効である。こ
の時、上記構成素材３は内部の圧力変動にともなって適
度に膨張、収縮を行い、音波を放散する。因に、インク
と上記構成素材３との境界面にかける縦波の振幅反射率
は０．０５から０．５程度である。今、インクの特性音
響インピーダンスが通常値、　１．６　ｘ　１０５ｇ１
ａｄ’・Ｓ程度であれば、これに対応する構成素材とし
てはナイロン（２，８６Ｘ１０’（／ａ７・ｓ）　、　
ｙｆ！　リエｆ　ｖ　ｙ　（１，７５ｘ１０５ｇ／ｍ”
ｓ）、＄　９スｆしｙ　（２，４８Ｘ　１０’ｇ／Ｊ・
ｓ）　、　ホＩ）７’ロビｖ　ｙ　（２，４２Ｘ　１０
５（／ｍ’ｓ）などが好適である。

第６図は本発明の他の実施例である。ここでは構成素材
３の局面に多数の開孔３Ａが穿設されていて、インクタ
ンク１７中に開口している。また、第７図は本発明の更
に他の実施例である。ここでは構成素材３の端末が閉じ
られている。この場合、上記開孔３Ａの個数、大きさを
配慮して、インクの流抵抗が増大するのを防ぐ必要があ
るが、この点を充分に配慮すれば、先きの実施例と同等
の効果が得られる。筐た。第８図は１本発明の別の実施
例である。ここではイ、ンク供給口側において、上記構
成素材３の端末は斜めに切断されて＞６゜切り口の断面
積が大きく、音波の放散効率が高くなる。な訟、構成素
材３の長さは平均的長さで定められる。

（発明の効果）本発明は以上詳述したようになシ、音波吸収・拡散のた
めの構成素材は、インクの音響インピーダンスに対して
１．１倍から３倍程度の音響インピーダンスを持つ素材
であり、筐たその有効長さも電気・機械変換素子と同等
であることにょう、インクの流量を充分に維持し、流抵
抗を増すことなく、不要な圧力波の吸収、拡散が実現で
き、従来のようにインク液噴射ノズルのインク供給口側
にフィルターを設ける場合よりも構造上、簡単であって
、製造上の大幅なコストダウンを筐ねくことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す縦断側面図。第２図は従来例を示す縦断面図、第３図（ａ）ないしく
、ｉ）は圧力波の反射状況を説明するための説明図。第４図は圧力波発生に際しての印加電圧と時間との関係
を示すグラフ、第５図（＆）シよび（ｂ）は圧力波がイ
ンク流路を伝播する状況を示す説明図、第６図ないし第
８図はそれぞれ本発明の他の実施例を示す縦断面図であ
る。３・・・音波吸収・拡散用の構成素材、１１・・・電気
・機械変換素子、２０・・・オリフィス、１３・・・イ
ンク流路％２２・・・インク液噴射ノズル。

Claims

【特許請求の範囲】１）インク液噴射ノズルのインク流路に沿って電気・機
械変換素子を配設し、該電気・機械変換素子の収縮・膨
張によって発生したインク流路中の圧力波で上記インク
液噴射ノズルの先端開口からインク液滴を吐出させるオ
ンデマンド型のインクジェット記録装置において、上記
インク液噴射ノズルの後端に位置して、インク流路への
インク供給側に、特性音響インピーダンスが、インクの
それの、ほぼ１．１倍から３．０倍の範囲の材質で構成
されかつ、上記電気・機械変換素子の有効長さと実質的
に同程度あるいはそれより短かい長さの音波吸収・拡散
用の構成素材が設けられていることを特徴とするインク
ジェット記録装置。２）上記構成素材は上記インク流路と略同径の流路を持
つ筒状体であり、周壁に数個の開孔を穿設している形状
を持っている請求項１に記載のインクジェット記録装置
。３）上記構成素材は上記インク流路と略同径の流路を持
つ筒状体であり、インク供給端末は斜めに切断された開
口になっている請求項１に記載のインクジェット記録装
置。