JPH06255108A - インクジェットプリンタのインク噴射ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】インクジェットプリンタのインク噴射ヘッドに
つき、構造の簡素化・コストダウンとともに、高速印
字，高密度印字を可能にする。 【構成】ヘッド本体部２１の前面に複数個のインク噴射
ノズル２５が開口形成されている。各インク噴射ノズル
２５ごとにヘッド本体部２１内に細管状インク室２６を
形成する。細管状インク室２６はインク噴射ノズル２５
の噴射軸線と同軸である。細管状インク室２６内に圧電
素子取付板２９を設け、それにロッド状圧電素子３１を
細管状インク室２６と同軸状に取り付ける。細管状イン
ク室２６内はインク５０で充満しており、そのインク５
０の中に直にロッド状圧電素子３１が浸っている。電圧
印加によりロッド状圧電素子３１を延伸させ、その先端
側端面３１ａを突出移動させてインク５０を押し出し、
インク噴射ノズル２５よりインク粒子５０ａとしてドッ
ト噴射させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、印字が静粛なプリンタ
の一種であるインクジェットプリンタに搭載されるもの
で、極微細なインク粒子をドット噴射するインク噴射ヘ
ッドの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種のインク噴射ヘッドの断面
構造を図６に示す。これは１６個あるノズル（インク噴
射口）のうちの１つのノズル部分の断面を示したもので
ある。

【０００３】図６において、１はヘッド本体部、２はヘ
ッド本体部１の表面側に積層されたステンレス板、３は
ステンレス板２の積層によって形成された毛細管、４は
毛細管３の上端に設けられた毛細管ノズルである。ヘッ
ド本体部１の裏面側には毛細管３の下端に連通するイン
ク吸入口５を形成する状態で圧力室板６、振動板７、位
置決め板８が積層されている。インク吸入口５の上方箇
所には、圧力室板６をディスタントピースとし振動板７
を隔壁とする状態で毛細管ノズル４に連通する圧力室９
が形成され、圧力室９の背面の振動板７の部分に振動子
（ピエゾ）１０が取り付けられている。毛細管３の内部
および圧力室９の内部には常にインク１１が充満してい
る。すなわち、インク吸入口５は図示しないインクタン
クに連通しており、インクタンクから流入したインクが
インク吸入口５を介して毛細管３に至り、毛細管３で毛
細管現象により上方に吸い上げられて毛細管ノズル４に
至り、さらにそこから圧力室９に至って充満しているの
である。振動子１０には図示しないキャラクタジェネレ
ータからの文字や記号などを表すキャラクタパルス信号
の電圧＋ＶＨが印加されるようになっている。

【０００４】次に、動作を説明する。

【０００５】振動子１０にキャラクタパルス信号の電圧
を印加していないときは、図７に示すように毛細管ノズ
ル４の先端においてインク１１は空気圧と平衡してお
り、極微細なインク粒子の外部飛び出しはなく、表面張
力によりわずかに湾曲して凹入している。

【０００６】図８に示すように、キャラクタパルス信号
の電圧＋ＶＨを振動子（ピエゾ）１０に印加すると、圧
電効果により振動子１０に歪みが発生し、振動板７を圧
力室９側に凹入湾曲させる。すると、圧力室９の容積が
減少し、その減少した分だけのインク１１が毛細管ノズ
ル４より押し出され、極微細なインク粒子１１ａとなっ
てドット噴射される。インク粒子１１ａの大きさは、振
動子１０に印加する電圧＋ＶＨの大きさにほぼ比例して
いる。

【０００７】電圧＋ＶＨの印加がなくなると、振動板７
は自己復元力により元の平坦な状態に戻る。このとき圧
力室９内に負圧が生じ、毛細管ノズル４の前面を満たし
ているインク１１を圧力室９内に吸引する。毛細管ノズ
ル４の部分で減った分だけ毛細管３がインク吸入口５よ
り新たなインクを吸い上げる。以上によって１ドットの
印字が完了する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来のインク
噴射ヘッドの場合には、構造がかなり複雑であり、その
ためにコストアップを招いていた。また、動作も相当に
複雑なものであり、エネルギー効率があまり良くなく、
高速印字，高密度印字の点で問題があった。

【０００９】本発明は、このような事情に鑑みて創案さ
れたものであって、構造を簡素化するとともに高速印
字，高密度印字を可能にすることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係るインクジェ
ットプリンタのインク噴射ヘッドは、インク供給導管が
接続されているヘッド本体部の一側面にインク噴射ノズ
ルが形成され、前記ヘッド本体部の内部に前記インク噴
射ノズルの噴射軸線と同軸状の細管状インク室が形成さ
れ、前記インク供給導管より流入したインクが前記細管
状インク室内に充満されており、前記細管状インク室の
内径よりも小さい外径をもつロッド状圧電素子が細管状
インク室内のインクの中に同軸状に挿入されて前記イン
ク噴射ノズルとは反対側の軸方向端面で圧電素子取付板
を介して固定されていることを特徴とするものである。

【００１１】

【作用】ロッド状圧電素子にキャラクタパルス信号の電
圧を印加すると、ロッド状圧電素子がその軸方向に延伸
し、そのとき生じる伸圧によって細管状インク室内のイ
ンクをインク噴射ノズルより押し出し、極微細なインク
粒子としてドット噴射する。

【００１２】ロッド状圧電素子は細管状インク室に対し
て同軸状に挿入され、かつ、細管状インク室内に充満し
ているインク内に直接に挿入されている。さらに、イン
ク噴射ノズルはその噴射軸線が細管状インク室と同軸状
となっており、ロッド状圧電素子の遊端側端面に対して
インク噴射ノズルが同軸状に対向している。したがっ
て、ロッド状圧電素子の延伸によってインクがインク噴
射ノズルに向けて直線的に押し出されることになる。し
たがって、インクのドット噴射はきわめて高速に行われ
る。

【００１３】

【実施例】以下、本発明に係るインクジェットプリンタ
のインク噴射ヘッドの一実施例を図面に基づいて詳細に
説明する。

【００１４】図１はインク噴射ヘッドＡの外観を示す斜
視図である。インク噴射ヘッドＡは、ほぼ直方体状のヘ
ッド本体部２１と、このヘッド本体部２１の下端部から
左右に一体的に突設された一対のガイド筒２２，２２と
から構成されている。ヘッド本体部２１の上面の後端部
にはインク供給導管２３が接続されている。一対のガイ
ド筒２２，２２はスライドシャフト２４に対して摺動自
在に外嵌されている。

【００１５】ヘッド本体部２１の一側面（前面）には縦
方向に複数個のインク噴射ノズル２５が一定間隔で開口
形成されている。インク噴射ノズル２５の大きさは直径
が１０〜５０μｍである。

【００１６】図２は図１におけるｂ−ｂ線矢視のよう
に、１つのインク噴射ノズル２５を通る状態で水平に切
った断面図である。ヘッド本体部２１の内部にインク噴
射ノズル２５の噴射軸線と同軸状に細管状インク室２６
が形成されている。細管状インク室２６の最も奥側の部
分はインク供給導管２３に連通する縦流路２７に連通し
ている。縦流路２７よりも少し前方において細管状イン
ク室２６内にフィルター２８が配設され、さらにフィル
ター２８よりも少し前方において細管状インク室２６内
に圧電素子取付板２９が配設されている。この圧電素子
取付板２９にはインク吸入孔３０が形成されている。

【００１７】インク供給導管２３から縦流路２７および
インク吸入孔３０を介して細管状インク室２６内に流入
したインク５０は細管状インク室２６内に充満すること
になる。その細管状インク室２６内にロッド状圧電素子
３１が同軸状に挿入され、インク噴射ノズル２５とは反
対側の軸方向端面において圧電素子取付板２９に固定さ
れている。ロッド状圧電素子３１の外径は細管状インク
室２６の内径よりも少し小さくなっている。ロッド状圧
電素子３１は、細管状インク室２６内に充満しているイ
ンク５０の中に直接に浸った状態となっている。

【００１８】複数個あるインク噴射ノズル２５のすべて
について上記と同様の構造が採用されている。しかし、
各インク噴射ノズル２５についての細管状インク室２６
やロッド状圧電素子３１などは互いに独立したものとな
っている。なお、縦流路２７は共通である。

【００１９】図３はロッド状圧電素子３１を示す。この
ロッド状圧電素子３１は、大きな変位量が得られるＰＺ
Ｔ（チタン酸ジルコン酸鉛）系の圧電セラミックスの積
層体３２と、その積層方向に直角な対向２側面に接合さ
せた一対の電極３３，３３とからなり、両電極３３，３
３間が駆動回路３４に接続されている。

【００２０】図４は駆動回路３４の具体的な回路構成を
示す。入力トランジスタＱ１と、コンプリメンタリに接
続されたＮＰＮ型のトランジスタＱ２およびＰＮＰ型の
トランジスタＱ３を有している。入力トランジスタＱ１
のベースにはキャラクタパルス信号の制御入力電圧Ｖ_IN
の入力端子３５が接続されている。トランジスタＱ２と
トランジスタＱ３のエミッタ共通接続点はロッド状圧電
素子３１の一方の電極３３に駆動出力電圧Ｖ_OUT を供給
する出力端子３６に接続されている。

【００２１】この駆動回路３４の動作は、図５のタイミ
ングチャートに示すとおりである。

【００２２】入力端子３５に“Ｈ”レベルの制御入力電
圧Ｖ_INが印加されているとき、入力トランジスタＱ１は
ＯＮとなり、両トランジスタＱ２，Ｑ３のベースが入力
トランジスタＱ１を介して“Ｌ”レベルとなるため、上
側のトランジスタＱ２はＯＦＦとなり、下側のトランジ
スタＱ３はＯＮとなる。したがって、出力端子３６に現
れる駆動出力電圧Ｖ_OUT は“Ｌ”レベルであり、ロッド
状圧電素子３１は延伸しないで初期の長さ状態に保たれ
ることになる。

【００２３】次に、入力端子３５に“Ｌ”レベルの制御
入力電圧Ｖ_INが印加されたときは、入力トランジスタＱ
１がＯＦＦに反転し、両トランジスタＱ２，Ｑ３のベー
スが抵抗Ｒ３を介して“Ｈ”レベルとなり、上側のトラ
ンジスタＱ２はＯＮとなり、下側のトランジスタＱ３は
ＯＦＦとなる。したがって、出力端子３６に現れる駆動
出力電圧Ｖ_OUT は“Ｈ”レベルとなり、それがロッド状
圧電素子３１の電極３３，３３に印加されるため、ロッ
ド状圧電素子３１は図３で矢印Ｙ₁ で示すように延伸す
る。すなわち、図２に示すように、ロッド状圧電素子３
１の先端側端面３１ａが矢印Ｙ₁ 方向に向けて微小寸法
εだけ瞬時に突出移動する。これにより、細管状インク
室２６内のインク５０に対して先端側端面３１ａが伸圧
を与えることになり、インク５０をインク噴射ノズル２
５より押し出し、１つの極微細なインク粒子５０ａとし
てドット噴射し、正面に位置している印字用紙６０に１
ドット分だけ吹き付ける。

【００２４】なお、電極３３，３３に印加する駆動出力
電圧Ｖ_OUT の大きさをコントロールすることにより、ロ
ッド状圧電素子３１の先端側端面３１ａが突出移動する
微小寸法εを微調整して、インク粒子５０ａの大きさ、
すなわち、印字濃度（階調）を調整することができる。

【００２５】再び、入力端子３５に“Ｈ”レベルの制御
入力電圧Ｖ_INが印加されたときは、入力トランジスタＱ
１がＯＮに反転し、上側のトランジスタＱ２はＯＦＦに
戻り、下側のトランジスタＱ３はＯＮに戻る。出力端子
３６に現れる駆動出力電圧Ｖ_OUT は“Ｌ”レベルとな
り、両電極３３，３３への電圧印加が解除されるので、
ロッド状圧電素子３１は図３で矢印Ｙ₂ に向けてホーム
ポジションまで収縮する。すると、細管状インク室２６
の内部が負圧となるため、図示しないインクタンクより
インク供給導管２３を介して縦流路２７にインクが流入
し、フィルター２８を通過するときに不純物が除去さ
れ、圧電素子取付板２９のインク吸入孔３０を介して細
管状インク室２６にインクが流入される。つまり、ドッ
ト噴射した量の分だけインク５０が補充され、細管状イ
ンク室２６内は常にインク５０で充満している。その充
満したインク５０の中にロッド状圧電素子３１が浸って
おり、その延伸によってインク粒子５０ａをダイレクト
にドット噴射するのである。

【００２６】複数個あるインク噴射ノズル２５は互いに
独立してドット噴射の制御がなされる。そのように制御
されながら、インク噴射ヘッドＡがスライドシャフト２
４に沿って連続移動し、印字用紙６０に文字や記号が印
字されていく。

【００２７】ドット噴射の様子をさらに詳しく説明する
と次のとおりである。細管状インク室２６内は常にイン
ク５０が充満している。そのインク５０の中に直にロッ
ド状圧電素子３１が挿入されている。ロッド状圧電素子
３１は細管状インク室２６と同軸状である。インク噴射
ノズル２５も細管状インク室２６と同軸状である。した
がって、ロッド状圧電素子３１はインク噴射ノズル２５
と同軸状であり、ロッド状圧電素子３１の先端側端面３
１ａの中心はインク噴射ノズル２５の噴射軸線上に位置
していることになる。したがって、ロッド状圧電素子３
１がその軸方向に延伸すると、突出移動する先端側端面
３１ａが細管状インク室２６内のインク５０をインク噴
射ノズル２５に向けてピストンのようにダイレクトかつ
直線的に押し出していくことになる。それゆえ、インク
５０の流れに乱れが生じず、ドット噴射されるインク粒
子５０ａの大きさはロッド状圧電素子３１の延伸寸法ε
に正確に比例することになる。また、そのダイレクトか
つ直線的なドット噴射ゆえにインク粒子５０ａのドット
噴射は高速に行われる。ドット噴射後のインク５０の補
給も速やかに行われる。電圧印加や解除に対する応答性
が高いのである。以上により、高速印字，高密度印字が
可能となるのである。

【００２８】構造的には、細管状インク室２６，フィル
ター２８，圧電素子取付板２９，ロッド状圧電素子３１
などでシンプルなものとなっている。それゆえ、小型化
・軽量化とともにコストダウンを図れ、また、インク５
０の漏れや気泡停滞による噴射ミスは非常に生じにく
く、信頼性の高いドット噴射が可能となっている。

【００２９】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、ロッド
状圧電素子を細管状インク室に対して同軸状にしかも細
管状インク室内に充満しているインクに直接に浸るよう
に挿入し、かつ、細管状インク室からのインクの出口で
あるインク噴射ノズルを細管状インク室と同軸状となし
てロッド状圧電素子の遊端側端面に対して同軸状に対向
させた構造としている。すなわち、インク噴射ヘッドの
構造がシンプルなものとなっており、コストダウンを図
ることができるとともに、極微細なインク粒子をドット
噴射する動作もロッド状圧電素子がその軸方向に延伸す
るだけという非常に単純なものであり、エネルギー効率
が充分に高く、高速印字，高密度印字を可能にすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るインクジェットプリン
タのインク噴射ヘッドの外観を示す斜視図である。

【図２】図１におけるｂ−ｂ線矢視でのインク噴射ヘッ
ドの水平断面図である。

【図３】実施例におけるロッド状圧電素子の詳細図であ
る。

【図４】実施例におけるロッド状圧電素子の駆動回路の
具体的な回路図である。

【図５】実施例の動作説明に供する波形図である。

【図６】従来例におけるインク噴射ヘッドの垂直断面図
である。

【図７】従来例において電圧非印加時の圧力室まわりの
拡大断面図である。

【図８】従来例において電圧印加時の圧力室まわりの拡
大断面図である。

【符号の説明】

Ａ……インク噴射ヘッド ２１……ヘッド本体部 ２３……インク供給導管 ２５……インク噴射ノズル ２６……細管状インク室 ２８……フィルター ２９……圧電素子取付板 ３０……インク吸入孔 ３１……ロッド状圧電素子 ３１ａ……ロッド状圧電素子の先端側端面 ３２……ＰＺＴ系圧電セラミックス積層体 ３３……電極 ３４……駆動回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インク供給導管が接続されているヘッド
   本体部の一側面にインク噴射ノズルが形成され、前記ヘ
   ッド本体部の内部に前記インク噴射ノズルの噴射軸線と
   同軸状の細管状インク室が形成され、前記インク供給導
   管より流入したインクが前記細管状インク室内に充満さ
   れており、前記細管状インク室の内径よりも小さい外径
   をもつロッド状圧電素子が細管状インク室内のインクの
   中に同軸状に挿入されて前記インク噴射ノズルとは反対
   側の軸方向端面で圧電素子取付板を介して固定されてい
   ることを特徴とするインクジェットプリンタのインク噴
   射ヘッド。