JPH06340073A

JPH06340073A - インクジェットヘッド

Info

Publication number: JPH06340073A
Application number: JP15459993A
Authority: JP
Inventors: Tomoo Ikeda; 池田　　智夫
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 1993-06-02
Filing date: 1993-06-02
Publication date: 1994-12-13

Abstract

(57)【要約】【目的】インクオンデマンド型インクジェットプリン
ターにおいて高密度印字を可能にするインクジェットヘ
ッドを提供すること。【構成】圧力室１ａの圧力中心と、ノズル３ａの中心
軸との間に中心軸間隔を設けている。ノズル板３上に横
一列に並んだ複数のノズル３ａにおいて、中心軸間隔と
ノズル３ａから印字方向に１．２ｍｍ吐出した液滴５と
ノズル３ａの中心軸との液滴ずれ量の関係に基づき、ノ
ズル板３中央付近のノズル３ａでの間隔は狭くし、外側
のノズル３ａになるほど間隔を徐々に広くし、液滴５の
吐出方向がある一点（Ｚ点）に向かうように構成する。【効果】印字される用紙の位置をある一点に近づけれ
ばつけるほど、用紙の狭い範囲に多くの液滴を着弾させ
ることができ、高密度印字を可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はインクオンデマンド型の
インクジェットプリンターのインクジェットヘッドに関
し、特に高密度印字を実現するインクジェットヘッドに
関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェットプリンターとは、インク
をインクジェットヘッドから噴射させ用紙上に付着させ
ることによって、印字を行うプリンターである。図４は
インクジェットヘッドのノズル付近の断面図である。両
壁を圧電体で形成した圧力室１ａは、両壁が電歪効果に
より変形することによって、圧力室１ａ内が加圧され、
ノズル６ａよりインクが吐出する。このようなインクジ
ェットヘッドを圧電式インクジェットヘッドと一般に呼
んでおり、圧力室１ａ内の体積変化を多くしインクの吐
出量を多くするために、圧力室１ａは圧電体下基板１上
にインク吐出方向に長く延びた溝形状を形成している。
従来、液滴５が用紙上に着弾するときの着弾精度を良く
するために、ノズル６ａから吐出される各々の液滴５の
吐出方向を圧力室１ａの圧力中心に対して平行にしてい
た。上記の理由により、圧力室１ａの中心とノズル６ａ
の中心とが一致するように構成されていた。そこで、高
密度印字を行う方法としては、ノズル６ａ間及びノズル
に直結した圧力室１ａ間の間隔（ｐ）を狭める方法が一
般的であった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらノズル間
の間隔及びノズルに直結した圧力室間の間隔（ｐ）を狭
めることは加工技術上限界がある。また、圧力室を形成
する壁に剛性をもたせるため壁にある程度の厚さをもた
せる必要があると言う理由からも、圧力室間の間隔
（ｐ）を狭めることには限界がある。各ノズルから平行
に吐出される液滴間の間隔はノズル間の間隔及びノズル
に直結した圧力室間の間隔（ｐ）で決まるため、圧力中
心とノズル中心を一致させるという従来のインクジェッ
トヘッドでは、圧力室間の間隔（ｐ）の限界が印字密度
の限界となっている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明のインクジェットヘッドは、圧力室内の圧力中
心もしくは流路の中心軸と、ノズルの中心軸との間に間
隔を設け、その間隔と吐出方向の関係により、ノズルか
ら吐出される液滴が、ある一点に向かって吐出するよう
に、圧力室内の圧力中心もしくは流路の中心軸と、ノズ
ルの中心軸との間の間隔をノズルごとに設定している。

【０００５】さらに、ノズル間の間隔を圧力室間の間隔
もしくは流路間の間隔（ｐ）よりも狭め、ノズルの中心
軸と圧力室の圧力中心もしくは流路の中心軸との間の間
隔は、ノズル板中心付近では狭く、外側のノズルになる
ほど徐々に広くなるようにした。

【０００６】

【作用】圧力室内の圧力中心もしくは流路の中心軸と、
ノズルの中心軸との間に間隔を設け、上記の手段を用
い、圧力室内の圧力中心もしくは流路の中心軸と、ノズ
ルの中心軸との間の間隔を調節することによって、圧力
室内の圧力中心もしくは流路の中心軸とノズルの中心軸
との間隔が広い外側のノズルから吐出されるインクは流
路の中心に対して大きな角度をもって吐出し、圧力室内
の圧力中心もしくは流路の中心軸とノズルの中心軸との
間隔が狭い内側のノズルから吐出されるインクは流路の
中心に対してあまり角度をもたずに吐出する。このた
め、吐出する液滴をある一点に向けて吐出させることが
可能となる。用紙をそのある一点付近かつノズル板側に
配置することにより、用紙の狭い範囲に多くの液滴を着
弾させることができ、その結果高密度印字を可能とす
る。

【０００７】

【実施例】以下本発明の実施例を図を用いて説明する。
図７は一般的なインクジェットプリンターの印字機構を
示す図である。２本のヘッド揺動軸７ａに支持されたイ
ンクジェットヘッド７はヘッド揺動軸７ａにそって矢印
方向に揺動する。その揺動の方法としては、ベルトやボ
ールベアリング等を使用するのが一般的である。図７で
はヘッド揺動の為のそれらの機構は示していない。イン
クジェットヘッド７にはインクタンク９内に蓄えられて
いるインクがインク供給パイプ９ａを通って供給され
る。インクジェットヘッド７に供給されたインクは駆動
回路１０からの駆動信号にしたがって噴出する。この駆
動信号をインクジェットヘッド７の揺動速度に合わせる
ことによって、図７のごとく用紙８上に印字を行うこと
ができる。このような印字の場合、駆動信号の駆動周期
とインクジェットヘッド７の揺動速度を調節することに
よって、揺動方向の印字はいくらでも高密度にすること
が可能であるが、揺動方向に対して直角な方向の高密度
化は非常に難しい。

【０００８】一般にインクジェットプリンターのインク
ジェットヘッドは、インクの満たされた液室に加圧を行
い、その圧力変化を利用して液室内のインクを噴射させ
る。この圧力変化を起こさせるために、圧電体の変形を
利用する方式が一般的に知られている。その一例を図を
用いて説明する。図２は、圧電体の変形を利用しインク
を吐出させるインクジェットヘッドの分解斜視図であ
る。インクはインク供給路１ｂから圧電体で形成された
圧力室１ａに供給される。圧力室１ａ内は圧電体が変形
することによって加圧され、インクはノズル６ａから吐
出する。

【０００９】図３は前記インクジェットヘッドの圧力室
近傍の断面図である。インク吐出の為の圧力室１１、１
２、１３は圧電体下基板１に形成した溝と平板状の上基
板２とにより形成されている。各圧力室１１、１２、１
３の内壁には各々独立した駆動電極４ａ、４ｂ、４ｃが
膜状に付着している。圧力室１２よりインク吐出を行う
場合、圧力室１２の内壁に付着した駆動電極４ｂに電圧
を印加し、圧力室１２の両隣の圧力室１１及び圧力室１
３の内壁に付着した駆動電極４ａ及び駆動電極４ｃを接
地することにより、図３に示した矢印の方向に電界は掛
かり、圧力室壁１４及び圧力室壁１５を図の点線のよう
にせん断的に歪ませ圧力室１２内の体積を減少させ、圧
力室１２に対応して設けたノズルを通して、減少した体
積分のインクを液適として吐出し印字を行う。ここで、
点線で示す変形後の壁の状態は壁の変位を分かりやすく
示すために誇張して書いてある。

【００１０】図５は本発明の実施例を示すインクジェッ
トヘッドのノズル部付近の拡大断面図である。ノズル３
ａの形状は、特に限定するものではないが、望ましくは
真円であり、複数あるノズル３ａの各々の形状が同形状
であるほど着弾精度は良くなる。そこで本実施例のノズ
ルは、精度が±１μｍ以内で成形でき、原理的にノズル
内部のテーパー形状が常に板厚と同寸法のＲ形状で得ら
れるＮｉの電鋳により成形した。穴形状はφ４０μｍの
丸穴である。加工が容易で、且つ高精度の加工ができる
電鋳により形成したノズルを使用できると言う点におい
ても本発明は効果的である。図５及び後述する図１で
は、簡略して説明するためノズル内部のＲ形状を無視し
て描いている。

【００１１】ノズル板３の厚みが厚くなればなるほどイ
ンクの流路抵抗は増す。このため、インクの吐出速度が
遅くなる。吐出速度が遅い場合、重力等の外乱を受け易
いために着弾精度は悪くなる。このような理由で、ノズ
ル板３の厚みを加工が可能な限り薄くする方が望まし
い。そこで本実験では、ノズルの厚みは５０μｍのもの
を使用した。

【００１２】ノズル板３の表面は不純物（インクを含
む）が付着しずらい方が良い。なぜならば、それらの不
純物によってインクの吐出方向が意図する方向と異なっ
た方向に変えられてしまう恐れがあるからである。よっ
てノズル板３の表面には撥水性をもたせることが望まし
い。本実施例ではノズル板３の表面にテフロンをコーテ
ィングし、インクに対する接触角が７０度以上になるよ
うにした。一般に、この接触角が大きいほど撥水性が高
いと言える。

【００１３】以上に示したようなノズル３ａの形状、ノ
ズル板３の厚み、ノズル板３の表面のコーティングは着
弾精度をより一層向上させる。よって上記の実施例のご
とき条件によれば、本発明により達成できる高密度化が
より一層効果的になる。

【００１４】圧力室１ａの中心軸（圧力中心）とノズル
３ａの中心軸との間の間隔を中心軸間隔（ｓ１）、ノズ
ル３ａの吐出側面からインクを着弾させるための用紙が
置かれる場所での液滴５とノズル３ａの中心軸との距離
を液滴ずれ量（ｓ２）とする。ノズル３ａの吐出側面か
ら用紙までの距離は、重力や風力等の着弾精度を悪くす
る要因による影響を少なくするために短い方が好まし
い。しかしながらこの距離が短すぎるとノズル３ａ吐出
側面と用紙が接触する危険性が高まる。これらの理由か
ら、ノズル３ａの吐出側面から用紙までの距離は１乃至
２ｍｍ程度が望ましい。本実施例ではこの距離を１．２
ｍｍに設定したが上記の範囲内であればこの値に限定す
る必要はない。

【００１５】圧力室１ａ内のインクが加圧されることに
より、圧力室１ａからノズル３ａへの圧力伝搬がインク
を通じて起こり、その結果ノズル３ａよりインクの液滴
５が吐出される。ここで、圧力室１ａの中心軸（圧力中
心）とノズル３ａの中心軸との間隔である中心軸間隔
（ｓ１）を調整することによって、インクの吐出時にお
けるノズル３ａ内での圧力分布及びそれに伴う速度分布
が変化し、インクの吐出方向ここで言うところの液滴ず
れ量（ｓ２）が変化する。この中心軸間隔（ｓ１）と液
滴ずれ量（ｓ２）の間にはある関係が成り立つ。よっ
て、中心軸間隔（ｓ１）と液滴ずれ量（ｓ２）の関係を
正確に知ることにより、液滴５の吐出方向を制御するこ
とが可能となる。

【００１６】図６はノズル３ａの孔径が直径４０μｍ
（図５参照）、圧力室１ａの溝幅が１４０μｍ（図５参
照）、液滴５がノズル３ａの吐出側面から直角方向に
１．２ｍｍ吐出した時の中心軸間隔（ｓ１）と液滴ずれ
量（ｓ２）との関係を調べた実験結果をもとに、中心軸
間隔（ｓ１）と液滴ずれ量（ｓ２）の関係をグラフ化し
たものである。丸印が実験結果である。この時の実験条
件として、インクは顔料を含んだ水系インクを使用し、
駆動電圧は４０Ｖで、吐出速度は５ｍ／ｓであった。そ
の結果、ｓ１が３０μｍ以下の範囲ではｓ１≒ｓ２であ
ることが確認された。この結果から、中心軸間隔（ｓ
１）の大きさに比例して、液滴ずれ量（ｓ２）は変化
し、容易に吐出方向を制御することが可能であることが
わかる。本結果は水系インクを使用した場合の結果であ
るが、純水やエタノールを使用してもほぼ同様の結果が
得られた。

【００１７】ｓ１＝３０μｍの場合にはｓ２＝３０μｍ
であるから、図５からもわかるように、ノズル３ａの吐
出側面から１．２ｍｍ吐出した液滴５と圧力室１ａの中
心軸（圧力中心）とのずれ量はｓ１＋ｓ２＝６０μｍと
なる。従来の一般的なインクジェットヘッドは、図４の
ように、圧力室１ａの中心軸（圧力中心）の延長線上に
液滴５の軌跡が描かれるので、従来のインクジェットヘ
ッドに比べて最大６０μｍインクの液滴を制御すること
が可能となることがわかる。さらに、上記の実験結果に
より、あるノズルでの中心軸間隔をｓ１＝αとした場
合、そのノズルのｎ個隣のノズルの中心軸間隔ｓ１_nを
式（１）の関係にすることで、すべてのノズルから吐出
したインクは一点に集中させることができる。但し、β
は任意の数値である。ｓ１_n＝α＋ｎβ ・・・・・（１）（ｎ＝・・・−２，−１，０，１，２・・・）

【００１８】図１は本発明であるインクジェットヘッド
のノズル付近の断面図である。溝状の圧力室１ａが溝方
向に対して直角方向に平行に６本並んでいる。その各々
の圧力室１ａに対し１個のノズル３ａが直結されてい
る。本発明のインクジェットヘッドでは、ノズル３ａ間
の間隔を圧力室１ａ間の間隔よりも狭めることによっ
て、圧力室１ａの中心軸とノズル３ａの中心軸との間に
間隔を設けている。且つ、ノズル板３上に横一列に並ん
だ複数のノズル３ａと横一列に並んだ複数の圧力室１ａ
を左右対称に張り合わせることによって、ノズル板３上
に横一列に並んだ複数のノズル３ａとそれに対応する圧
力室１ａの位置関係は、ノズル板３中央付近のノズル３
ａでは中心軸間隔（ｓ１）が狭まり、外側のノズル３ａ
になるほど中心軸間隔（ｓ１）を徐々に広くなるように
することができる。このときノズル３ａ間の間隔は、前
記の中心軸間隔（ｓ１）と液滴ずれ量（ｓ２）の関係式
に基づいた式（１）に従っており、インクの液滴５の吐
出方向をある一点（Ｚ点）に向けるようにしている。

【００１９】例えば、図１において圧力室１ａ間の間隔
が２４０μｍである場合、ノズル３ａ間の間隔を２３０
μｍにし、ノズル板３上に横一列に並んだ６個のノズル
３ａと横一列に並んだ６本の圧力室１ａを左右対称に張
り合わせることによって、ノズル板３中央付近の２つの
ノズル３ａとそれに対応する圧力室１ａとの中心軸間隔
（ｓ１）はｓ１＝５μｍになる。その２つのノズル３ａ
の両隣の２つのノズル３ａはｓ１＝１５μｍに、一番外
側の２つのノズル３ａではｓ１＝２５μｍにすることが
できる。これは式（１）の関係を充たしており、その場
合、液滴５はＺ点に向かって吐出し集束する。

【発明の効果】上記のごとく本発明によれば、圧力室内
の圧力中心もしくは流路の中心軸と、ノズルの中心軸と
の間に間隔を設け、上記の手段を用い、圧力室内の圧力
中心もしくは流路の中心軸と、ノズルの中心軸との間の
間隔を調節することによって、吐出する液滴をある一点
に向けて吐出させることができる。用紙をそのある一点
付近かつノズル板側に配置することにより、用紙の狭い
範囲に多くの液滴を着弾させることができ、その結果、
高密度印字を可能とする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すインクジェットヘッド
のノズル近傍の断面図である。

【図２】インクジェットヘッドの分解斜視図である。

【図３】インクジェットヘッドの圧力室近傍の断面図で
ある。

【図４】従来のインクジェットヘッドのノズル近傍の断
面図である。

【図５】本発明によるインクジェットヘッドのノズル近
傍の拡大断面図である。

【図６】図５における中心軸間隔（ｓ１）と液滴ずれ量
（ｓ２）の関係を示したグラフである。

【図７】一般的なインクジェットプリンターの印字機構
を示す図である。

【符号の説明】

１圧電体下基板１ａ圧力室１ｂインク供給路２上基板３ノズル板３ａノズル４ａ駆動電極４ｂ駆動電極４ｃ駆動電極５液滴６ａノズル７インクジェットヘッド７ａヘッド揺動軸８用紙９インクタンク９ａインク供給パイプ１０駆動回路１１圧力室１２圧力室１３圧力室１４圧力室壁１５圧力室壁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平行に等間隔に並んだ複数の圧力室と、
圧力室に直結したノズルとを有するインクジェットヘッ
ドにおいて、圧力室内の圧力中心とノズルの中心軸との
間に間隔を設けたことを特徴とするインクジェットヘッ
ド。
【請求項２】平行に等間隔に並んだ複数流路と、流路
に直結したノズルとを有するインクジェットヘッドにお
いて、流路の中心軸とノズルの中心軸との間に間隔を設
けたことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項３】ノズル間の間隔を圧力室間の間隔よりも
狭くしたことを特徴とする請求項１に記載のインクジェ
ットヘッド
【請求項４】ノズル間の間隔を流路間の間隔よりも狭
くしたことを特徴とする請求項２に記載のインクジェッ
トヘッド