JPS5811175A - インクジエツトヘツド - Google Patents

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】 本発ＦＩＡｉｌ−１，マルチノズルヲモつインクジェッ
トヘッドの構造に関する。

マルチノズルヲモつインクジェットヘッドにお−１−・ ｂて、一定入力を各圧力発生機構に与オて各圧力室に圧
力を発生させインクに圧力を加え、各ノズルより、はぼ
同じ粒径、連層の液滴を得ることが、印字品質の向上、
安定にとって欠か中ことの出来な論条件である。このｔ
めには、すべてのインク流路の形状を各々全く同じもの
にすれば、各圧力発生機構に加えられる、ある一定入力
に対応して。

はぼ同じ粒径・速度の液滴を得ることが出来るのは明ら
かであるが、しかし、ヘッドの形状、大きさ、また印字
品質を保つためのドツト間隔によって制限される各ノズ
ル間の間隔、製造上の安定性。

精万等の問題からも、インク流路の形状をそれぞれにわ
たって全て同じにするとｂうことが出来難論。

本発明は、長さの同一でないインク流路のそれぞれにお
ｈで適当な流路の断面形状を設定することにより、？Ｉ
！ｒ圧力発生機構に加えられるある一定入力に対して、
各ノズルより、はぼ同じ粒径、速度の液滴な得ることを
目的としてｈる。

本発明を図面に基づ込て説明する６第１図は１２− ツノインク流路系の機構で、インクタンク５からインク
供給路４を介して圧力室２及びノズル１にインクが満さ
れており、振動板３及び加圧手段（口承せず）Ｋよって
所望のタイミングに加圧室２のインクを加圧してノズル
１からインク滴を噴射する、インク流路６けインクタン
ク５からノズル１に至る系によって形Ｗされている６第
２図は第１図に示すところのインク流路の等価音響回路
である。第２図にお層で、タンクの音響容量：ＣＴ（ｍ
Ｉｌハ〕が他に比べ大きく、ノズルの音響容ｔＣｓ、イ
ンク供給路の音響容量Ｃ２が充分大きいとした簡略等の
音響回路が第３図である。第３図に示すように、圧力発
生機構に加えられた入力によって圧力室に発生した圧力
は、ノズルを体積速度ｕ３（ｒｎ　”　／Ｂ　）、イン
ク供給路を体積速度ｕｉで伝播する。

ここで第３図の等価音響回路にお−て、回路の方程式を
考えると。

””　”　１＋ｕｇ　＋　ｕ　３　　　　　　ｍ　ａ　
ｍ　（１１１ ψ＝−ｆ　ｕｏｄｔ　＋−ｆｗ、ｄｔ　　　＊　＊　−
１２１ｏＣ１ ３− （但し、ψは入力、デ２　、Ｃ３はそれぞれインク供給
路・ノズルの音響抵抗（Ｎ　８７ｍ６）　、　ｍ　２１
７Ｌ３ばそれぞれインク供給路−ノズルのイナータンス
（駿／”’）＋　ｃｏ＋　Ｃ１は、そｆｌ−ぞれ振動板
・圧力室の音響容量（ｍ−へ）　、１１１．Ｑ、ｍｌは
それぞれ振動板の圧力室における体積速度〔ｆｒＬ２／
ｓ〕であるー） 各式をラプラス変換して、すべての初期条件を無視して
、（１１〜（４）を使用して解き、第３図の等価音響回
路における入力ψをと考えて逆ラプラス変換し、ノズル
に伝播する体積速［％ｘを求めると、近似的に 一子と虹、１゜ ”−ｍ３ＣＦＸ ｇｚｐ（−Ｄｔ　）Ｓｉ？１．Ｅｔｍ　ｅ　ａ　１６１
（但し　Ｃ三Ｃｏ＋Ｃ。

Ｄ＝ＬＬ −２情３ ４− Ｂ　三Ｆ’　（１＋　１７１　）　／　Ｃ？７Ｌｓ　Ｃ
）−Ｄ”　）”である１、） となｎ、体積速贋１Ｌ　ａは減衰項ｇｚｐ（−Ｄｔ）を
もの振動で与えられる、これは第４図に示すようなグラ
フとなる。

ノズルを体ｍ速１ｆｕｓで伝播するインクがノズルより
飛び出すのをｕｇが最大値をもつＡ点であると考λると
、その時の時間ｔｈは。

ｔＡ””　　　　　　　　　　　　＠　＠　５１７１Ｅ である。このように飛び出す瞬間につｈて考慮すると、
Ｃ６１式で与えられる体積速度ｕ３の減衰項が無視出来
るから、〔６）式のかわりに体積速度ｗ′３として１ 、・３＝五ｍ　’　ＢｚｎＷ’ｔ　　　　０１．ｌｓｌ
？７ＬＩＣＫ を考える。

ここで、１＝０からｔ　＝　ｔＡまでにおける、ノズル
系に加えられたエネルギーを考えると、エネルギーεは ｇ　＝　ｆｔＡｒ５ｄ３ｄｔ＋　ｆ”ｒｎ３ａｄｔ　　
ｅ　＠　ＩＩ　ｒ９１ｏ　　　　　　ｏ　　　ｄｔ で与えられ。

５− ｉ＝ｏからｔ＝ｔＡｉＴの時間における。ノズル系のイ
ンピーダンスｚ３け ｚａ　＝　’／　、％　’　ｕ’Ｂ　ｄ　ｔ＝　ｒ　８
＋　＠３Ｋ　　　　　　　　ＩＩ　ＩＩ　ｍ（ＩＱとな
り、インクが飛び出す瞬間までの、ノズルのインピーダ
ンスがＺ１３で与えうｆｌ、る。

ここで、実際のインク流路系をふまえて者えると、Ｃ６
）式より与えられて論るＥけ、インク流路のもつ固有振
動数ωであると考λることが出来るから、α〔１式は Ｚ３＝＝デ、十ｍ３ω　　　　　　　・・・０υまｆＣ
ｌ　ここまでノズルにつ論て考えてきたが、インク供給
路においても同様な考え方ができるとして、インクが飛
び出す瞬間までのインク供給路のインピーダンスｚ２も
同じように ｚｚｚｒ２＋ｍ２ω　　　　　　　・・・０２）で与え
られると考えることができる。

圧力発生機構７に加えられた入力に対応して圧力室２に
発生した圧力は１体積速厘としてノズル１とインク供給
路４に伝播するが、ノズルより飛６一 び出して形原されるインク液滴は、ノズル、そしてイン
ク供給路のもつインピーダンスに影響され、マルチノズ
ルヘッドのそれぞれのインピーダンスがインク流路ごと
に違うと得られるインク液滴の形状、速度がそねぞわ違
うことになり、品字印質の低下、ヘッドの不安定化の原
因となる。

ここで、ノズルのインピーダンスｚａｌｌに上げて者λ
ると、ノズルのイナ−タンスｚ３け。

００式よりノズルの音響抵抗ｒＢ　　、イナータンスｍ
３によって決まる。ノズルα形状を長方形断面をもつ管
であるとすると、音響抵抗ｒ３は、長方形の断面の縦を
Ａ（ｍ）、横をＢ（ｆｆｌ）、管長Ｌ（ｍ）として。

ｒＢ＝Ｒ１Ｌ（Ａ＋　　Ｂ　　）４／　　（ＡａＢｍ）
　　ａ　　＠　　＠（＋３）（但しｂ　Ｒ１は定数であ
る６） ヤ近似的に与えられ、まｔイナータンスｍ３も同様にし
て、近似的に ｍＢ　＝　Ｒ２Ｌ　／　（ＡＢ）　　　　　　　　＊　
＠　＠　ＱＪ（但しｂ　Ｒ１１は定数である。） で与えられる。すなわち、音響抵抗とイナーターフ− ンスけ、断面形状と管長によって決まる値でありインピ
ーダンスもこれらの値を決めることによって、０１）式
０２）式より設定ができる。

第５図はマルチノズルのインクジェットヘッドの例トし
て４ノズルをもつインク流路の配置を示し、てｈるが、
配置上、インク流路の長さを同じにすることが雉かしぐ
１各ノズルよりほぼ同じ形状・速度のインク液滴を得る
ためには、　　（１３）　、　Ｑ→式とにより、インク
流路断面の形状を変化させ。

ノズルのインピーダンスｚ３　、インク供給路のインピ
ーダンス２！を調整設定する。

そのように設定することによりある一定入力が圧力発生
機構に加わったときに、それに対応して、各ノズルより
ほぼ同じ形状、速度のインク液滴を得る。すなわち、各
ノズルごとにインピーダンスｚ３を同じにし、かの各イ
ンク供給路ごとにインピーダンスｚ２を同じにすること
によって、各ノズルよりほぼ同じ形状・速贋のインク液
滴を得ることが出来、印字品質の同上、ヘッドの安定性
向上となる。

８− すなわちノズルを例にとって者オると、ノズルの長さが
短論ものけ、ノズル深さが各インク流路ごと同じである
とすると、幅を狭めることに１って、各ノズルのインピ
ーダンスｚ３をほぼ同じにすることが出来、逆にノズル
の長さの長いものけ幅を広げることによってほぼ同じイ
ンピーダンスｚ３を得ることが出来る。そうしてこのよ
うに各ノズルごとかつ各インク供給路ごと設定さｎ、７
′？イ　−ンクジェットヘッドにお論て、各圧力発生機
構に一定入力が加わると、各ノズル及び各インク供給路
ごとにインピーダンスが同じであるから、各ノズルに同
様にエネルギーが伝ｍｔ、、、各ノズルよりほぼ同じ形
状−速度のインク液滴が得られるＩうになる。

実際にマルチノズルのインクジェットヘッドとしてもノ
ズルのヘッドにおいて、ドツト文字形放５×７のものに
っｂて考えると、ドツト間隔を４００μｍ、紙面上のイ
ンクドツト径を３００μｍノズル先端から紙までの距離
を１ｕとして、２０ＱＣＰＳの速さで印字をする場合を
考えると、あ９− る一定入力に対してインク液滴の速度が、　５ｍ７Ｅ程
度を持つことが印字品質を保つ霞めに必要であるが、４
〜？　ｍ　／　８以内にインク液滴速Ｖがばらつくと１
紙面上に形放されたインクドツトのばらつきが最大５０
μｍ程囲に収まる。一般的に紙面上に形放されたドツト
径に対して１／４ドツト以上ずれると見ぐるしいと者え
られるから、との犯μｍというばらつきは充分に印字品
質が保たれると考えることができる。

ここで、一定入力を加λてノズルのインピーダンスｚ３
を変化させたときのインク液滴速度υ〔ｒｎ　／　Ｓ　
）の変化する関係の一例として第６図に示す。インク液
滴速度が−４〜７　ｍ　／　Ｂ　ＩＣ収まるためには、
ノズルのインピーダンスｚ３け］　、２５　Ｘ　］（＋
１〜２−１７Ｘ１０”　（ＮＳ／ｍＩ′）ノ間に設定ｆ
レバｚ　＜　、　（ンク液滴速肛５　ｍ／Ｂを中心に考
えると、はぼ十加係以内にインピーダンスｚ３を設定す
ればよいことになる。

また以上の説明におりてけ、各インク流路とも同じ形状
の圧力室を持つことを前提に行なってき１０− ｔが、インク流路ごど圧力室の形状を変化させて。

それに合わせたインピーダンスを設定することも者λら
れる。

以上説明したように、インク流路を等価音響回路にもと
づｂて解析し、各ノズルごとにインピーダンスをほぼ同
じにし、かつ各インク供給路ごとにインピーダンスをほ
ぼ同じに設定することによって、各ノズルエフｔ１ぼ同
じ形状・速度をもつインク液滴を得ることが出来、印字
品質の向上、インクジェットヘッドの安定性が増加する
等の効果がある。

【図面の簡単な説明】 第１図は一つのインク流路系の断面図、第２図、第３図
は第１図の等価音響回路図、第４図はノズル系を伝播す
る体積速度を示すグラフ、第５図は。 本発明の一実施例を示すインクジェットヘッドのインク
流路の配置図、第６図は１本発明の主旨の一例を示すノ
ズルのインピーダンスｚ３とインク液滴速Ｋｍの関係の
グラフで、一定入力に対してノズルのインピーダンスＺ
ａ１ｋｆ化させたときのインク液滴遠回υの変化を示し
て帆る。、（但

【−インク供給路のインピーダンスｚ２
をノズルのインピーダンスｚ３　と等し論と設定しであ
る。）１・・・ノズル　　　２・魯・圧力室 ３・・・振動板　　　４・・・インク供給路５６目イン
クタンク ６−−・インク流路　τ・・・圧力発生機構ｍ６・・−
振動板にお汁るイナータンスｒ６・・・振動板における
音響抵抗 ψ・・・外部入力 ＣＴ・・・　タンクにおはる音響容量 以　　　上 出願人　信州精器株式会社 株式会社諏訪精工舎 代理人　最　　上　　　　務 第５図 手続補正書（自発Ｊ ５１５６年ＩＯ月１６日 昭和５６年特許願第１１０３９２号 ２、発明の名称 インクジェットヘッド ３、補正をする者 事件との関係　出願人 長野ｉ％諏彷市大和３丁目３番５号 （２３７〕信州稍器株式会社 ５−／補正の対象 明細書 ＆／補正の内容 別紙の通り 手続補正書（自発〕 １、　明に…書４貞土から１３行目 「Ｃ」とある金ｒＯＪと訂正。 ２、　向５負上η）ら２行目 「である。〕コとあるを「でおジ、Ｒについては後述す
る。】Ｊと訂正。 五　四５負土から４行目 「もの」とあるを「もつコと訂正。 ４　同６貞上から６行目 ｒＺＢＪとめるをｒＺｓＪと訂正。 ５．１司６真下から４行目 「ができる０」とめるを「ができ、前述の丘はαη、υ
式によって与えらｎるインピーダンスの比でるる０コ ロ、１旬７貞上凌）ら１０行目 「ノズルαＪとろるを「ノズルのＪと訂正。 ７、　同８貞下から５行目 「刀・の」とあるのを「かつ」と訂正。 　２− ａ　向１２負土から７行目 「τ・・・」とあるのｉ「７．・・」 以　　　土 　３−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ノズル、圧力室、インク供給路、及び振動板と前記圧力
   室に圧力を発生させる機構とによって溝底されて層る各
   々インク流路の長さが違うマルチノズルタイプのインク
   ジェットヘッドにおいて。 ノズルのもつインピーダンス、及びインク供給路のイン
   ピーダンスを各インク流路ごとに射出インク速度１粒径
   がそれぞれ同じになるように、一つ一つのノズルの断面
   形状、インク供給路の断面形状を設定することを特徴と
   するインクジェットヘッド。