JPH0435344B2 - - Google Patents

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JPH0435344B2
JPH0435344B2 JP58033755A JP3375583A JPH0435344B2 JP H0435344 B2 JPH0435344 B2 JP H0435344B2 JP 58033755 A JP58033755 A JP 58033755A JP 3375583 A JP3375583 A JP 3375583A JP H0435344 B2 JPH0435344 B2 JP H0435344B2
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JP
Japan
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ink
nozzle
contact angle
print head
degrees
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Application number
JP58033755A
Other languages
English (en)
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JPS59162057A (ja
Inventor
Yasuo Yamagishi
Katsuji Ko
Toshiaki Narisawa
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14201—Structure of print heads with piezoelectric elements
    • B41J2/14233—Structure of print heads with piezoelectric elements of film type, deformed by bending and disposed on a diaphragm

Landscapes

  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
(1) 発明の技術分野 本発明はインクジエツトプリントヘツドの改良
に関するものである。 (2) 技術の背景 従来より電子計算装置等の出力装置の一つとし
てインクジエツトプリンタが用いられている。こ
のインクジエツトプリンタは第1図に示す如くプ
ラテン1の上を通過する記録用紙2に対し、微小
距離(約1mm)離れた位置より噴射ノズルをもつ
記録ヘツド3を左右に移動しながら適時にインク
を噴射して文字・記号等を印字するシリアルプリ
ンタである。 第2図はドロツプオンデマンド型のインクジエ
ツトプリントヘツドを示す図であり、aは正面
図、bは側面図、cはb図のc−c線における断
面図をそれぞれ示す。同図において、4はノズ
ル、5は圧力室、6は圧力室よりノズルに通ずる
導通路、7はインク室、8はインク室より圧力室
へ通ずるインク供給路であり、これらは金属又は
セラミツクの板9にエツチング等により加工され
ている。10はこの板9の両側にはり合わされた
金属、セラミツク、ガラス等の板、11は圧力室
内のインクに圧力を加えるための圧電素子であ
る。 このように構成されたプリントヘツドは1個の
文字を数百のドツトで印字するため精度良くイン
クを噴射する必要がある。 (3) 従来技術と問題点 従来このドロツプオンデマンド型プリントヘツ
ドにおいては、精度良くインクを噴射するために
ノズル面を濡れにくくすることに注意が払われて
きた。ノズル面が濡れ易いと第3図aのようにノ
ズル4の周囲の一部にインク12が付着し、噴射
粒子13の尾が付着したインク12に表面張力で
引かれるためインクの方向が所定の方向からず
れ、複数のノズルを有するヘツドではドツトの位
置ずれを生じ印字品質が低下する。また第3図b
の如くインク12の付着が多くなると噴射時にイ
ンク粒子13は付着したインクの層内での摩擦抵
抗により噴射速度が低下し、遂には噴射不能に陥
る。そこで従来はノズル面を濡れにくくするた
め、ノズル面を鏡面に仕上げた上にシリコン系や
フツ素系のグリースを塗布する方法や、第4図の
如くノズル4の周囲を窪ませる方法が行なわれて
いる。 しかし前者のグリースを塗布する方法には次の
ような欠点がある。その第1はグリース類は摩擦
で簡単にはがれる。そのため紙送りのミスによる
記録用紙とノズルの接触等を考慮すると、グリー
スの塗布はしばしば行なう必要があり作業が繁雑
となる。第2は撥水表面は一般に電気伝導性が低
いため、帯電し易く、そのため室内に浮遊してい
る繊維くずや記録用紙から出るほこり等がノズル
面に付着しやすくなる。これらのほこりがノズル
近傍に付着すると、それに噴射粒子の尾が引かれ
第3図aと同様な現象が生ずる。第3は何らかの
原因でインクがノズル面に付着するとインクが乾
きインク中の固形分(染料など)が新しい表面を
形成し、その部分だけ濡れ易くなり第3図aと同
様な現象が生ずる。第4はノズル面を鏡面研磨す
るため製造コストが高くなる。 また後者のノズル周囲を窪ませる方法は前者の
欠点を軽減することはできるが完全ではなく、ノ
ズル面の局部的な濡れによる噴射方向の乱れを生
ずる。またノズル面(第4図14,15)を鏡面
研磨する必要があると共に精度良くこの窪みを形
成しなくてはならないという加工上の問題があ
る。即ちノズルの中心点と窪みの中心点が一致し
ないとその分、噴射方向がずれるし、また窪みの
深さが異なるとインク噴射に必要なパルスエネル
ギ(圧電素子等に印加)が異なつてしまうため高
精度の加工が必要となる。従つて製造コストが高
くなる。 (4) 発明の目的 本発明は上記従来の問題点に鑑み、インク粒子
の噴射を安定に行なうことができ、且つ安価に製
造できるインクジエツトプリントヘツドを提供す
ることを目的とするものである。 (5) 発明の構成 そしてこの目的は本発明によれば、圧力室内の
インクを加圧し、微小ノズルからインク滴を噴射
して記録媒体上に記録行うインクジエツトプリン
タのプリントヘツドであつて、該プリントヘツド
は、均質な濡れ性を有する一つのノズル平面内に
複数個のノズルが形成されてなるものにおいて、 前記インクの前記ノズル平面に対する前進接触
角が10度以下であり、かつ後退接触角が0度であ
ることを特徴とするインクジエツトプリントヘツ
ドを提供することによつて達成される。 (6) 発明の実施例 以下本発明実施例を図面によつて詳述する。 第5図は本発明によるインクジエツトプリント
ヘツドを説明するための要部断面図である。同図
において、20はヘツド本体、21は圧力室、2
2はインク導通路、23はノズル、24はノズル
の周囲面をそれぞれ示す。 複数個のノズル23は一つのノズル面に形成さ
れ、このノズル面24は、均一な濡れ性となつて
いる。すなわち、部分的な撥水処理などは施され
ていない。 そして、かかるノズル面に対するインクの前進
接触角及び後退接触角は、それぞれ10度以下及び
0度である。 このように形成された本実施例が安定な噴射を
行なうことができる理由を次に説明する。 一般に濡れには次の3つの型がある。 (イ) 拡張濡れ…固体表面に液体が濡れ拡がる。こ
の場合のエネルギ変化WsはWs=rL(cosθ−1)
である。但しrLは液体の表面張力、θは接触
角。 (ロ) 浸漬濡れ…液体中に固体が浸る。この場合の
エネルギ変化WiはWi=rLcosθである。 (ハ) 付着濡れ…液体が滴として固体面上に付着す
る。この場合のエネルギ変化WaはWa=rL
(cosθ+1)である。 ノズル面に撥水性グリースを塗布しても第3図
aのような現象が生ずるのは付着濡れの仕事Wa
が負にならないためである。 ところで固体表面は一般に凹凸があるため見か
けの接触角θrは完全に平滑な面のそれ(θ0)より
も一般に小さくなる。 第6図は固体表面上の液滴のつり合いを示す図
であり、aは平滑面、bは粗面の場合をそれぞれ
示す。同図において、30は平滑面、31は粗
面、32は液滴を示す。 固体表面の凹凸によつて平滑面のr倍の表面積
になつたとすると、固体表面上の液滴のつりあい
の式は r(rSV°−rSL)=rLV°cosθr となる。ただしrSV゜は液体の飽和蒸気と平衡関係
にある固体の表面張力、rLV゜は液体の飽和蒸気と
平衡関係にある液体の表面張力、rSLは固体と液
体との間の界面張力である。 第6図aでrSV゜=rSL+rLV゜cosθであるから、r
=cosθr/cospである。r>1であるから、θp<
90゜ならば表面が粗くなると見かけの接触角θrは
減小し、θp>90゜ならばθrは増加する。撥水処理を
していない通常のステンレスや、ガラス又はエポ
キシ樹脂等のノズル材料に対する通常のインク
(水性、油性のインク)の接触角は90゜以下である
から、θp≠0゜の場合は0゜<θr<θp<90゜となる。
と
ころで固体表面に凹凸がある場合θp≠0゜の時には
液体は自発的には凹部に入らないが、一旦この障
壁をのり越えて凹部に入ると固/液界面の面積が
気/液界面の面積より大きい(気液界面は凹凸が
少ない)ため、液体は固液界面と離れにくくな
る。この結果、第7図に示すようにして薄く均一
なインク層33が形成される。このようにノズル
周囲にインク層33が形成された場合、このイン
ク層は、インクの噴射時にインク粒子に引ずられ
るため通常数十〜数百発のインク噴射によりイン
ク層は次第に薄くなり、ある一定の厚さになる。
噴射を中止して観察するとc図のような薄いイン
ク層33′になつていることが確認できる。この
とき例えば空気中のほこりなどが付着した場合、
b図の如くインク粒子34の径に比較して十分小
さなほこり35であればインク粒子と一緒に飛ん
で行つてしまう。 ところで第7図においてはa図のような状態で
もインクが噴射することを前提としている。a図
の状態でインクが噴射するか否かは、噴射するイ
ンク粒子(正確にはノズル内のインクの流速)
と、インク層の厚さdによる。粒子の速度が小さ
い程、またdが大きい程噴射しにくくなる。また
粘度や表面張力が大きい程噴射しにくくなる。通
常オンデマンド型インクジエツトプリンタでは、
インクの粘度は3〜15cst、表面張力は40〜
60dyn/cm、噴射粒子の速度は3m/s程度であ
る。粘度7cst、表面張力50dyn/cm、粒子速度
3m/sで粒子化実験を行なつたところ、インク
噴射に障害とならないインク層の厚さdは約
20μm程度であつた。インク層の厚さは、ノズル
周囲のインクの広り等に影響されるため、この厚
さを制御することは困難であるが厚さdはノズル
周囲面に対するインクの接触角θ(この場合は前
進接触角)が小さい程小さくなるので、θを制御
することで実質的に最初のインク噴射に対して障
害とならないようにすることは可能であり、我々
はθが10゜以下であれば実質的に安定な噴射が可
能であることを見出した。 ところでヘツド製造上はノズル面を鏡面仕上げ
するよりも、より粗い仕上げで済ませる方が経済
的であり、本発明によればそれは可能である。鏡
面仕上げした面と、しない面に対するインクの接
触角をそれぞれθ0,θ1とし、粗さ係数をrとする
とcosθ1=rcosθ0である。第8図にrとθ1の関係
を示す。図よりrcosθ01では、実際にはθ1=0゜
となりインクは拡張濡れを起す。拡張濡れが起る
場合、その強さに応じて適切な方法を講じる必要
がある。拡張濡れが弱い場合にはインクタンクの
位置を下げるだけで充分であるが、強すぎる場合
にはインクが外部へ濡れる恐れがある。従つて理
想的にはθ1が限りなく0度に近い事が望ましい
が、実際にはθ1=0゜となる付近にrを設定するの
が良い。 次にAB2個の条件の異なるヘツドについて、
α,βの2種類の撹乱を与えた場合の実験例を説
明する。 試料及び試験条件は ヘツドA:第9図aに示す如く、円筒ピエゾ素
子40をインサートモールドしたヘツド筐体41
に厚さ0.25mm、ノズル径60μmのアルミナ充填エ
ポキシ樹脂製ノズル板42を貼り付けたもの。 ヘツドB:第9図bに示す如く、インク流路
(ノズル部共)をエツチングしたガラス板43に
ガラス平板44を貼り合わせ、圧力室外部にピエ
ゾ素子45貼り付けたものでノズル形状は半径
40μmの半月形。 撹乱α:連続噴射を行ないながらピエゾ素子に
印加する電圧をしだいに下げて行き、噴射しきい
値電圧以下に下げてから再び所定電圧まで戻す。 撹乱β:連続噴射を行ないながらノズル前面を
テイツシユペーパーで擦り前後の噴射状態を比較
する。 次表はインクノズル周囲の面粗さを変えて、ノ
ズル面に対するインクの接触角を変えた場合の噴
射安定性を撹乱α,βを各50回与えて評価した結
果である。
【表】 表よりA,Bヘツド共前進接触角が10゜以下で
後退接触角が0゜の場合は噴射回数及び噴射速度が
良好であることがわかる。 (7) 発明の効果 以上、詳細に説明したように本発明のインクジ
エツトプリントヘツドは、ノズルの周囲面の粗さ
を鏡面より粗くすることにより、インク粒子の噴
射を安定して行なうことを可能とし、かつ安価に
製造できるといつた効果大なるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図はインクジエツトプリンタを説明するた
めの図、第2図は従来のドロツプオンデマンド型
のインクジエツトプリントヘツドを説明するため
の図、第3図はそのノズル部における不具合を説
明するための図、第4図はその対策を施したノズ
ル部を説明するための図、第5図は本発明による
インクジエツトプリントヘツドを説明するための
図、第6図は固体表面上の液滴のつり合いを示す
図、第7図は本発明のインクジエツトプリンタヘ
ツドの動作時のインクの状態を示す図、第8図は
固体表面の粗さ係数とインクの接触角との関係を
示した図、第9図は実験用プリンタヘツドを説明
するための図である。 図面において、20はヘツド本体、21は圧力
室、22はインク導通路、23はノズル、24は
ノズルの周囲面をそれぞれ示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 圧力室内のインクを加圧し、微小ノズルから
    インク滴を噴射して記録媒体上に記録を行うイン
    クジエツトプリンタのプリントヘツドであつて、
    該プリントヘツドは、均質な濡れ性を有する一つ
    のノズル平面内に複数個のノズル形成されてなる
    ものにおいて、 前記インクの前記ノズル平面に対する前進接触
    角が10度以下であり、かつ後退接触角が0度であ
    ることを特徴とするインクジエツトプリントヘツ
    ド。
JP3375583A 1983-03-03 1983-03-03 インクジエツトプリントヘツド Granted JPS59162057A (ja)

Priority Applications (1)

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JP3375583A JPS59162057A (ja) 1983-03-03 1983-03-03 インクジエツトプリントヘツド

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JP3375583A JPS59162057A (ja) 1983-03-03 1983-03-03 インクジエツトプリントヘツド

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JPS59162057A JPS59162057A (ja) 1984-09-12
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Cited By (1)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9757942B2 (en) 2014-11-21 2017-09-12 Ricoh Company, Ltd. Inkjet recording method and inkjet recording device

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