JPH11207949A - 水車型インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低い駆動電圧で、インク種類を選ばず、しか
も、高速の吐出を可能とすること。 【解決手段】 円周方向にインク供給口３及び吐出口５
を形成した円筒形のケーシング１を有し、インク供給口
３を介してケーシング１内に供給したインク１７を吐出
口５からインク液滴として記録用紙へ吐出して画像等を
記録する水車型インクジェットヘッド２１であって、ケ
ーシング内に回転自在に設けられ回転軸７を中心に放射
状に設けた複数枚の羽根１１でケーシング内の空間を複
数の液室１３に仕切るとともに、回転によって液室１３
をインク供給口３と吐出口５とに対して順次移動させる
水車型のプロペラ９を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、記録用紙へインク
液滴を吐出して画像等を記録する水車型インクジェット
ヘッドに関し、更に詳しくは、複数枚の羽根を放射状に
有した水車型のプロペラをケーシング内に回転自在に設
け、隣接する羽根間に供給されたインク液を、プロペラ
を回転させながらケーシングの吐出口から吐出させる構
造の水車型インクジェットヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】インクを加圧によって吐出させ、記録紙
に衝突させて印字を行うインクジェットヘッドには、ピ
エゾ素子等をインク発射の駆動源に用いた圧電素子型の
ものがある。この圧電素子型のインクジェットヘッド
は、ピエゾ素子によって液室の内容積を可変可能とし、
ピエゾ素子に駆動パルスを印加することで、液室の内容
積を変化させ、それによって生じる液室内の圧力差によ
りインクの吸引と吐出を行い、インク液滴を記録用紙へ
吐出して画像等を記録する。

【０００３】また、インクジェットヘッドには、発熱体
により気泡を発生させてインクを吐出するバブル型のも
のがある。このバブル型のインクジェットヘッドは、ノ
ズル内に発熱体を設け、発熱体を加熱することによっ
て、ノズル内に気泡を発生させ、気泡の膨張力によりノ
ズル内のインクを液滴として吐出し、駆動電圧を切るこ
とで気泡を消滅させ、毛管現象によりノズル内にインク
を流入させ、これを繰り返すことで記録紙へ画像等を記
録する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た圧電素子型のインクジェットヘッドは、圧力、振動等
の機械量を得るために高い駆動電圧が必要となり、エネ
ルギー効率の悪い問題があった。また、バブル型のイン
クジェットヘッドは、駆動パルスを発熱体に印加してか
ら、気泡を発生させるまでの時間が、発熱体の発熱効
率、発熱体（固体）とインク（流体）との間の熱伝達
率、インク自体の昇温特性等の種々のファクタにより遅
延することとなるため、応答の高速化が困難であるとと
もに、インクに耐熱性が要求され、インク種類に制限の
生じる不利があった。

【０００５】更に、連続的（コンティニュアス）なイン
クの吐出を行う場合、インク帯電が必要となり、これに
よっても、インク種類に制限の生じる不利があった。

【０００６】本発明は上記状況に鑑みてなされたもの
で、低い駆動電圧で、インク種類を選ばず、しかも、高
速の吐出が可能となる水車型インクジェットヘッドの提
供を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る請求項１の
水車型インクジェットヘッドは、円周方向にインク供給
口及び吐出口を形成した円筒形のケーシングを有し、前
記インク供給口を介して該ケーシング内に供給したイン
クを前記吐出口からインク液滴として記録用紙へ吐出し
て画像等を記録する水車型インクジェットヘッドであっ
て、前記ケーシング内に回転自在に設けられ回転軸を中
心に放射状に設けた複数枚の羽根で前記ケーシング内の
空間を複数の液室に仕切るとともに、回転によって該液
室を前記インク供給口と前記吐出口とに対して順次移動
させる水車型のプロペラを具備したものである。

【０００８】この水車型インクジェットヘッドでは、プ
ロペラの回転により複数の液室が、インク供給口、吐出
口へと順次移動され、高速なインクの供給口及び吐出が
可能となる。また、インクへの耐熱性、帯電性が要求さ
れないので、インクに対する物性制限が少なくなる。

【０００９】この水車型インクジェットヘッドは、前記
プロペラの駆動力をケーシング内へのインク液の供給圧
力としたものである。この水車型インクジェットヘッド
では、インクが所定の供給圧力で液室へ供給されると、
インクが羽根に当たってプロペラにモーメントが生じ、
特別な駆動装置を使用することなく、プロペラが回転す
る。

【００１０】請求項３の水車型インクジェットヘッド
は、ケーシング内へのインク供給圧力によって変形して
前記液室の内容積を実質的に拡大させる弾性変形体を液
室内に設けたものである。この水車型インクジェットヘ
ッドでは、インクが液室へ供給されると、弾性変形体が
変形し、インク供給圧力が弾性変形体の変形力に変換さ
れた状態で保持され、液室が開放された際に、インク液
滴の吐出力として取り出し可能となる。

【００１１】請求項４の水車型インクジェットヘッド
は、前記プロペラを回転させることで一定時間間隔で前
記吐出口からインク液滴を吐出させるものである。この
水車型インクジェットヘッドでは、プロペラが一定速度
で回転することにより、一定時間間隔で液室が吐出口に
連通され、インク液滴が連続的に吐出可能となる。

【００１２】請求項５の水車型インクジェットヘッド
は、前記インク供給口及び前記吐出口を、前記ケーシン
グの円周方向に複数対設けたものである。この水車型イ
ンクジェットヘッドでは、プロペラの一回転で液室が複
数対のインク供給口及び吐出口を通過することとなり、
インクの供給、吐出回数が増大する。また、インクの供
給、吐出時間の間隔が短くなる。更に、インク液滴の吐
出方向が複数となる。

【００１３】請求項６の水車型インクジェットヘッド
は、前記インク液滴の前記記録用紙への到達を、記録デ
ータに基づき開閉するシャッター機構によって制御する
ものである。この水車型インクジェットヘッドでは、シ
ャッター機構が、記録データに基づき開閉することで、
インク液滴の記録用紙への到達が、オンデマンド方式で
制御可能となる。

【００１４】請求項７の水車型インクジェットヘッド
は、前記プロペラの駆動力を静電気力としたものであ
る。この水車型インクジェットヘッドでは、静電気力に
よってプロペラを駆動することで、プロペラの駆動電圧
を低くでき、しかも、確実且つ安定した回転が可能とな
る。

【００１５】請求項８の水車型インクジェットヘッド
は、記録データに基づき吐出タイミングの時のみ前記プ
ロペラを間欠回転させてインク液滴を吐出させるもので
ある。この水車型インクジェットヘッドでは、吐出タイ
ミングに応じたプロペラの回転が可能となり、プロペラ
を回転制御することによるオンデマンド方式の記録が可
能となる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る水車型インク
ジェットヘッドの実施の形態を図面を参照して説明す
る。図１は本発明に係る第１実施形態の水車型インクジ
ェットヘッドを示す概念図である。

【００１７】両端の密閉された偏平円筒形状のケーシン
グ１には、円周方向に間隔を隔ててインク供給口３と、
吐出口５とを設けてある。ケーシング１の内部には、ケ
ーシング１の中心軸に回転軸７を一致させて回転自在と
なる水車型のプロペラ９を内蔵してある。プロペラ９
は、回転軸７の外周に、複数の羽根１１を等間隔で放射
状に設けてある。羽根１１の先端と、ケーシング１の内
周面１ａとの間には、隙間が生じないようになってい
る。

【００１８】従って、ケーシング１内の空間は、プロペ
ラ９の羽根１１により、円周方向の複数の液室１３とな
って仕切られている。液室１３は、プロペラ９が回転す
ることにより、円周方向に回転移動し、インク供給口
３、吐出口５に順次連通するようになっている。インク
供給口３には供給路１５を接続してあり、インク供給口
３には不図示の加圧室から加圧されたインク１７が供給
路１５を介して供給されるようになっている。供給路１
５のインク供給方向は、プロペラ９の回転中心より、回
転半径外側へずれている。この例では、インク供給方向
をプロペラ９の回転中心より右側にずらすことにより、
インク供給口３から供給されたインク１７がプロペラ９
を反時計方向へ回転させるようになっている。

【００１９】液室１３を形成する隣接する羽根１１同士
の基端部には、液室１３の内壁の一部を構成する弾性変
形体（例えば、金属薄片）１９を設けてある。金属薄片
１９は、インク供給口３から液室１３内へ流入するイン
ク１７の供給圧力によって変形し、液室１３の内容積を
実質的に拡大させるようになっている。従って、金属薄
片１９を変形させてインク１７を貯留させた液室１３
は、プロペラ９が回転することでインク供給口３から離
れ、液室１３の外部より高圧で密閉されることになる。

【００２０】このように構成された水車型インクジェッ
トヘッド２１の作用を図２に基づき説明する。図２は第
１実施形態の水車型インクジェットヘッドのインク吐出
動作の過程を示す説明図である。図２（ａ）に示すよう
に、不図示の加圧室から圧送されたインク１７は、供給
路１５を介してインク供給口３へ供給され、ケーシング
１内の液室１３へ流入する。インク１７が液室１３へ流
入すると、インク１７の供給圧力によって金属薄片１９
が弾性変形して、液室１３の内容積が拡大するととも
に、プロペラ９に反時計方向のモーメントが生じて、プ
ロペラ９が回転する。

【００２１】プロペラ９は、連続的又は間欠に回転する
が、その速度は略等速度で回転する。また、液室１３へ
のインク１７の流入、及び液室１３からのインク１７の
吐出は、液室１３へのインク１７の到達周期に同期す
る。インク１７は、全ての液室１３に連続的に供給され
るものであってもよい。また、記録データに基づき吐出
タイミングの時のみに、供給されるものであってもよ
い。この場合には、プロペラ９は、間欠回転することと
なる。なお、図２には、一つの液室１３のみにインク１
７が供給される場合を例示してある。

【００２２】液室１３は、プロペラ９の回転により、イ
ンク１７を充満させた状態で、図２（ｂ）に示すよう
に、吐出口５へ接近する方向へ回転移動する。そして、
図２（ｃ）に示すように、液室１３が吐出口５に到達す
ると、密閉状態となっていた液室１３が吐出口５によっ
て開放され、金属薄片１９が弾性力により元の形状に復
元する。これにより、液室１３の内容積が元の容積に縮
小し、液室１３に充満していたインク１７の一部が、吐
出口５からインク液滴１７ａとして不図示の記録用紙へ
向かって吐出することとなる。

【００２３】このように構成した水車型インクジェット
ヘッド２１によれば、プロペラ９の羽根１１間に形成し
た複数の液室１３を、プロペラ９の回転により順次移動
させて吐出させることができるので、高速なインク液滴
の吐出を可能にすることができる。また、インク１７へ
の耐熱性、帯電性が要求されないので、インク１７に対
する物性制限を少なくして、従来に比べて広範囲の種類
のインクを使用できるようになる。例えば、インクとし
て、液体に色剤を溶解したものの他、水、溶剤、熱で融
解する常温で固体状のワックス等、何らかの条件によっ
て液状、ゾル状、ゲル状となる物質も適用可能になる。

【００２４】次に、本発明に係る水車型インクジェット
ヘッドの第２実施形態を図３に基づき説明する。図３は
第２実施形態の水車型インクジェットヘッドを示す要部
拡大図である。この例による水車型インクジェットヘッ
ド３１は、回転軸７と金属薄片１９との間に弾性部材で
あるバネ３３を配設し、金属薄片１９の弾性復帰力をバ
ネ３３によって付勢するようになっている。バネ３３の
圧縮力は、金属薄片１９に作用するインクの供給圧力よ
り小さいものとなっている。

【００２５】このように構造した水車型インクジェット
ヘッド３１によれば、金属薄片１９の弾性復帰力を高め
ることができ、インク吐出の際の吐出力を高めて、吐出
速度を速めることができる。

【００２６】次に、本発明に係る水車型インクジェット
ヘッドの第３実施形態を図４に基づき説明する。図４は
第３実施形態の水車型インクジェットヘッドを示す概念
図である。この例による水車型インクジェットヘッド４
１は、ケーシング１の円周方向に、複数対（この例では
二対）のインク供給口３と、吐出口５とを設けてある。

【００２７】このように構成した水車型インクジェット
ヘッド４１によれば、一つのケーシング１に、複数対の
インク供給口３と、吐出口５を設けることにより、プロ
ペラ９の一回転当たりのインク液滴吐出回数を増やすこ
とができ、記録速度を増大させることができる。また、
同時に、複数枚の記録用紙への記録も可能にすることが
できる。

【００２８】また、図示は省略するが、本発明に係る水
車型インクジェットヘッドは、インク液滴の記録用紙へ
の到達を、記録データに基づき開閉するシャッター機構
によって制御するものであってもよい。このように構成
した水車型インクジェットヘッドによれば、プロペラを
略等速度で回転させ、例えば液室へのインクの流入をシ
ャッター機構によって制御することで、オンデマンド方
式の記録を可能にすることができる。この場合、液室は
記録データによって、インク充満状態となったり、空状
態となったりするが、それぞれの液室１３におけるイン
クの滞留時間は一定となる。

【００２９】更に、本発明に係る水車型インクジェット
ヘッドは、プロペラを、静電気力、電磁気力（モー
タ）、又は振動（超音波モータ）等による周知技術の駆
動手段を用いて強制的に回転させるものであってもよ
い。このように構成した水車型インクジェットヘッドに
よれば、記録データに応じて、インク液滴の吐出タイミ
ングの時だけに、プロペラを回転させるオンデマンド方
式の記録が可能となる。この場合、液室は全てインクに
より充満状態となり、それぞれの液室１３におけるイン
クの滞留時間は異なるものとなる。

【００３０】

【実施例】次に、本発明に係る水車型インクジェットヘ
ッドを実際に製作し、下記の条件でインクを吐出をさせ
た結果を説明する。

【００３１】＜条件＞ ・ケーシングに穿設した吐出口は、直径１０μｍとし
た。 ・記録用紙は、吐出口から１ｍｍの距離を隔てて垂直に
配置し、４０ｍｍ／ｓの速度で搬送した。 ・プロペラをパルスモータにより１００ｒｐｓの回転数
で回転させ、８００Ｈｚの周期でインク液滴を吐出させ
た。

【００３２】この結果、記録用紙に、５０μｍピッチで
インク液滴の付着が確認された。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る請求
項１の水車型インクジェットヘッドによれば、プロペラ
の羽根間に形成した複数の液室を、プロペラの回転によ
り順次移動させて吐出させることができるので、高速な
インク液滴の吐出を可能にすることができるとともに、
インクへの耐熱性、帯電性が要求されないので、インク
に対する物性制限を少なくして、広範囲の種類のインク
が使用できるようになる。

【００３４】請求項２の水車型インクジェットヘッドに
よれば、プロペラを、液室へのインク供給圧力で駆動す
るようにしたので、専用の駆動装置を用いずにプロペラ
を回転させることができる。

【００３５】請求項３の水車型インクジェットヘッドに
よれば、インク供給圧力によって液室の内容積を拡大さ
せる弾性変形体を設けたので、インク供給圧力を一旦弾
性変形体の変形力に変換させた後、インク液滴の吐出力
として取り出すことができ、インク供給圧力を有効利用
することができる。

【００３６】請求項４の水車型インクジェットヘッドに
よれば、プロペラの回転により、一定時間間隔で吐出口
からインク液滴を吐出させるので、比較的簡単な構造
で、連続的（コンティニュアス）なインクの吐出を可能
にすることができる。

【００３７】請求項５の水車型インクジェットヘッドに
よれば、インク供給口及び吐出口をケーシングの円周方
向に複数対設けたので、プロペラの一回転当たりのイン
ク液滴吐出回数を増やすことができ、記録速度を増大さ
せることができるとともに、同時に、複数枚の記録用紙
への記録も可能になる。

【００３８】請求項６の水車型インクジェットヘッドに
よれば、インク液滴の記録用紙への到達を、記録データ
に基づき開閉するシャッター機構によって制御するの
で、容易な構造で、オンデマンド方式の記録を可能にす
ることができる。

【００３９】請求項７の水車型インクジェットヘッドに
よれば、プロペラを静電気力によって駆動するので、プ
ロペラを低電圧で且つ確実に、しかも、安定回転させる
ことができる。

【００４０】請求項８の水車型インクジェットヘッドに
よれば、吐出タイミングの時のみプロペラを間欠回転さ
せてインク液滴を吐出させるので、プロペラを回転制御
するのみでオンデマンド方式の記録を可能にすることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１実施形態の水車型インクジェ
ットヘッドを示す概念図である。

【図２】第１実施形態の水車型インクジェットヘッドの
インク吐出動作の過程を示す説明図である。

【図３】第２実施形態の水車型インクジェットヘッドを
示す要部拡大図である。

【図４】第３実施形態の水車型インクジェットヘッドを
示す概念図である。

【符号の説明】

１ ケーシング ３ インク供給口 ５ 吐出口 ７ 回転軸 ９ プロペラ １１ 羽根 １３ 液室 １７ インク １９ 金属薄片（弾性変形体） ２１、３１、４１ 水車型インクジェットヘッド

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円周方向にインク供給口（３）及び吐出
   口（５）を形成した円筒形のケーシング（１）を有し、
   前記インク供給口（３）を介して該ケーシング（１）内
   に供給したインク（１７）を前記吐出口（５）からイン
   ク液滴として記録用紙へ吐出して画像等を記録する水車
   型インクジェットヘッド（２１）であって、 前記ケーシング（１）内に回転自在に設けられ回転軸
   （７）を中心に放射状に設けた複数枚の羽根（１１）で
   前記ケーシング（１）内の空間を複数の液室（１３）に
   仕切るとともに、回転によって該液室（１３）を前記イ
   ンク供給口（３）と前記吐出口（５）とに対して順次移
   動させる水車型のプロペラ（９）を具備したことを特徴
   とする水車型インクジェットヘッド（２１）。
2. 【請求項２】 前記プロペラ（９）の駆動力が前記ケー
   シング（１）内へのインク液の供給圧力であることを特
   徴とする請求項１記載の水車型インクジェットヘッド
   （２１）。
3. 【請求項３】 前記ケーシング（１）内へのインク供給
   圧力によって変形して前記液室（１３）の内容積を実質
   的に拡大させる弾性変形体を前記液室（１３）内に設け
   たことを特徴とする請求項１記載の水車型インクジェッ
   トヘッド（２１）。
4. 【請求項４】 前記プロペラ（９）を回転させることで
   一定時間間隔で前記吐出口（５）からインク液滴を吐出
   させることを特徴とする請求項１記載の水車型インクジ
   ェットヘッド（２１）。
5. 【請求項５】 前記インク供給口（３）及び前記吐出口
   （５）を、前記ケーシング（１）の円周方向に複数対設
   けたことを特徴とする請求項１記載の水車型インクジェ
   ットヘッド（２１）。
6. 【請求項６】 前記インク液滴の前記記録用紙への到達
   を、記録データに基づき開閉するシャッタ機構によって
   制御することを特徴とする請求項１記載の水車型インク
   ジェットヘッド（２１）。
7. 【請求項７】 前記プロペラ（９）の駆動力が静電気力
   であることを特徴とする請求項１記載の水車型インクジ
   ェットヘッド（２１）。
8. 【請求項８】 記録データに基づき吐出タイミングの時
   のみ前記プロペラ（９）を間欠回転させてインク液滴を
   吐出させることを特徴とする請求項７記載の水車型イン
   クジェットヘッド（２１）。