JPS58199161A - マルチノズルインク噴射ヘツド - 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】 本発明は、印字のためのｉ１ｆ気信号パルスが印加され
る都度、印字ヘッドの圧力室の容積を圧電変換素子によ
って変化させてノズルからインク小唄を噴射させる方式
１いわゆるオンデマンド方式のインクジェットプリンタ
ー用印字ヘッドに関丁ズル印字ヘッドに関するものであ
る。

インクジェットプリンターは、一般に低騒音で高速印字
が可能なはか、安価々普通紙が使え〜現像等の複雑な処
理を必要としない利点をもっている。また、ドツトの小
径化やドツト間隔の短縮化によって高解像力画像配録も
可能とし、漢字、図形などの記録にも有効である。

この種インクジェットプリンターには、従来電界制御方
式と荷ｔ　＆ｌＪ御方式とか早くから知られているが、
これらの方式では特にインク小滴を形成する手段（噴射
）と＼文字を形成丁・るための１ｇ１Ｉ組方向制御手段
（偏向）とにおいて、複雑で高価な構造を必要としてい
る。

そのため構造のより簡単な方式が近年開発され注目され
ている。それは特公昭５３−１２１３８　＠公報に示さ
れるように、印字のための電気信号に応答１で、電気パ
ルスが印字ヘッドの電気機械素子に印加される都度、圧
力室の容積を変化させて、ノズルからインク小滴を噴射
させる方式Ｃ以下オンデマンド方式という）のインクジ
ェット記録方法である。この方法においては、低い駆動
電圧（例えば１００　Ｖ程度）でインク小滴を噴射する
ことができ、しかも必要な時にのみインクを噴射するも
ので、記録に下心′ｇＩｉな噴射済みインクを回収する
インク循還機構も不要で、このためインク供給機構が非
常＆Ｃ簡単なものとなり、装置の小型化低価格化が可能
となる。

前記のオンデマンド方式の印字ヘッドは、１つの印字ヘ
ッド内に１個のノズルケ有−「るものであ−Ｊ　ｆこが
・この方式を応用【、た印字ヘッドの構造と１で特開昭
５１−３５２３１号公報が開示された。これ番ユ１つの
印字ヘッド内に複数のノズルな実装するオンデマンド型
インクジェットプリンター用印字ヘッドである。

第１図囚（６）はこの方式の模式的概略図であり、為１
図囚は側面図、第１図の）はそのＡ−Ａ′断面図を示す
。両ＦＸＪにおいて、印字ヘッド１は内部に凹部を有す
るｉｌｌプレート２と可撓性の第２プレート３とから構
成されている・前記印字ヘッド！は・伽数のノズル４と
、該ノズルに連通する複数の圧力室５と、該圧力室内に
インタタンク８からのインクを分配する共通インク室６
とを備え、かつ上記部分４．５．６が同一平面内に配電
された構造をなすマルチノズル形式の印字ヘッドである
。記録用インクはインクタンク８からインク供給管９を
通って印字ヘッドｌの共通インク室６へ供給される。

共通インク室６は、画像のたて方向の画素に対応する複
数のノズル４＆Ｃ連通する複数の圧力室５力Ｃ分妓され
る。また圧力室５の壁の一部は可撓壁Ｖ仁なっていて、
その外側には電子パルへ発生器１０　＆Ｃ電気的に１１
Ｉｌｌｊｅされた圧電変換素子７が接着されている。圧
電変換素子７は、前記電子パルス発生器１０から電気信
号を受けると圧力室５の内側へ撓むことのできる適当な
可撓板で、例えばピエゾＩＷ１気クリスタルから成り、
導電性薄膜によって圧力室３の外壁面に接着されている
・ この方式においては、電子パルス発生′ｍ１０力）らの
電気信号により圧電変換素子７は圧力室５のｉＪ撓壁を
急激に内方に撓ませ、このため生ずる圧力室５の容積の
急激な減少は、内部のインクをノズル４からインク小滴
１１として放出飛翔させ対向する記録紙上に到達させて
ドツト記録を達成する。

力・くして１列複数個のノズル列ＶＣ上るオンデマンド
インク噴射により所要画素の第１列のドツトが記録され
、次に記録紙に対し前記印字ヘッドをシフトして第２列
、第３列と次々とドツト記録をして、文字などの所要記
録パターンをドツト記録する〇 上記のマルチノズル形式の印字ヘッドにより、単一ノズ
ルの印字ヘッドに比し高速な印字・が可能となり、一般
Ｋ１列５乃至１２個のノズル列によりドツトマトリクス
状の文字を形成する＠しかしながら、上記マルチノズル
のノズル間隔は楠々の制約により、０．２５ｇ以下にす
ることは困麺である。これを解消するため、１列複数個
のノズル配列した基板を積層して、千鳥配置による２Ｎ
ｌｉｌａ１個ノズルを実装したマルチノズル印字ヘッド
が開発され、これＫよって実質的にノズルｔ［を倍増し
た高解像度印字が達成された。１１２図（４）■）（Ｃ
）はこの形式のマルチノズル印字ヘッドの模式的概略図
１あり、第２２ｉ！Ｊ（Ａｌは側面図、第２図（至）は
断面図、１１２図（ｑは斜視図を示している。図におい
て、２列千鳥配列になっている複数のノズル冴ム、２４
１１ａそれぞれ複数の圧力室δム、２５Ｂおよび複数の
圧電変換素子ｎム、２７Ｂが対応している。かかる構成
の印字ヘッドムを記録紙に対してシフトさせながら各ノ
ズルからオンデマンドにインク小滴を噴射させて、漢字
など高解像度を要する文字等をドツト記録させるもので
ある。

しかしながら、上記オンデマンド型マルチノズル印字ヘ
ッドの各圧力室は互いに完全には独立しておらず〜圧力
室壁面や毎インクを介して他の圧力室と結ｊ１れている
。このため圧力室間相互作用（あるいはチャネルインタ
ーラクシ濡ン）と呼ばれる現象が存在する。これは、一
つの圧力室の可撓壁等の振動が他の圧力室Ｋまで伝播す
るために、複数の圧力室を同時に駆動した場合は、一つ
の圧力室のみを駆動した場合と興なり、インク小滴の飛
行速度が駆動周波数の増加と共和大きくｆＩＩＪする現
象である。

第３図はこの現象を説明するための周波数特性図で、横
軸は圧力室の駆動周波数を示ｔ１、縦軸はインク小滴の
飛行速度を示している。この図の特性曲線ムの単一の圧
力室のみを駆動１．たときにノズルから噴射するインク
小滴の飛行速度を示している。この特性曲線ムから明ら
かなように、単一の圧力室のみを駆動した場合には、駆
動周波数が変わっても小滴の飛行速度はあまり変動しな
い、。

しかし、他の圧力室と同時に１蛎すると、その特性は、
特性曲線Ｂで示すように１駆動周波数の増［１１Ｋ　ｌ
ｌａ　Ｚいインク小滴の飛行速度の変動幅が大きくなる
。このような飛行速度の大きな変動は、インク小−の噴
射乱れＫよる印字品質の著しい低下を来たし、ときＫＯ
インク小滴の噴射が停止してしまうことさえある。更に
、上記異常振動は騒音発生も伴ない、インクジェットプ
リンターの特性を損ねる。

上記のインク小滴飛行速度変動を生じる原因は、インク
小滴噴射のため前記電子パルス発生器からのＷ気パルス
が前記ピエゾ電気クリスタルに印加されて該クリスタル
が駆動する際に、該クリスタルの振動によりヘッド基板
が振動し、駆動周波数が高（なるに従ってヘッド基板の
異常振動も大きくなる。またノズル数が増すに従って、
ヘッド基板の異常振動は増大し、更に周波数が高くなる
に従って異常振動は極めて激しくなり、圧力室間相互作
用が強く生じるためである。

上記ヘッド基板の異常振動防止の一手段として、外部の
記録信号に対応して変杉する前記ピエゾ電気クリスタル
および可撓壁ｗＩｈに弾性体を圧接する方法を本発明者
等は提案した（特願昭５６−１００２３２号）が、本発
明は上記特許顧における尭明とは別の手段で上述した従
来のインクジェットプリンターにおける欠点を克服した
ものである。

以下図面を参照し、本発明の詳細な説明する。

ｌｌ４Ｉ！！Ｉは本発明に係る単列マルチノズル印字ヘ
ッドの一実施例を示す模式的概略図であり、第４図（６
）は側面カバーの一方を外して内部を開いた状態の側面
図を示し、第４図（６）は上記単列マルチノズル印字ヘ
ッドのムーム断面図である◎両図において、印字ヘッド
基体１は第１プレート２と第１プレー）２に対向配置さ
れて接合された薄板状の第２プレート３とＫより構成さ
れている。上記第１プレー）Ｋは、エツチング等により
凹部が形成されている。また第２プレート３の内面と前
記第１プレートの凹部とが形成する空間は、開口状を７
２Ｌインク小滴を噴射する複数のノズル４と、該ノズル
４と連通する懐歇の圧力室５と、該圧力室５にインクを
分配供給する共通インク室６とを形成してしＳる。そし
てインクタンク８からインク供給管９を介して印字ヘラ
Ｖ内に送られたインクは１１Ｉ記共通インク室６に入り
、更に分絃して前記圧力室５、前記ノズル４を満たし１
非印字時には平衡状態を保っている。７は可撓性を有す
る薄板状のＷｉ２プレー）３に＠ｌＩされた圧電変換素
子（以下ピエゾ電気クリスタルを例示して説明する）で
あり、記録情報に応じて電気パルスを送出する電子パル
ス発生ｉ！　１０　Ｋよって駆動される。なお、上記圧
電変換素子７は前記ＩＩ数の圧力室５に対応する所定位
置にそれぞれ設けられている。

次ｗｃ１２ム、１２Ｂは、印字ヘッド基体ｌとカバーロ
ム、１３Ｂとの間に圧縮状態で配置された弾性体で、ネ
オプレン、シリコーンゴム、ウレタンゴム痔の非導電性
のゴム材料で形成される。即ち弾性体戎ム、１２Ｂが圧
縮状態で配Ｉｉｔすれることにより、印字ヘッド基体ｌ
の前述した異常振動を防止し１周波数特性を向上させる
ことができるものである。

このように構成されたマルチノズル印字ヘッドによるイ
ンク小滴噴射による記録状態を以下に述べる。即ち印字
の際には、印字に必要な電気パルスが前記パルス発生器
１０から送出され、これに電気接続された前記ピエゾ電
気クリスタル７に電圧が印加される。該クリスタル７は
、圧力室５の可撓壁をなす第２プレート３を急激に内方
に挑ませ、これによって生ずる圧力室５の容積の急激な
減少は、内部のインクをノズル番からインク小満１１と
して放出飛翔させ、対向する記録紙上に到達させてドツ
ト記録を達成する。この噴射されたインク小滴の直径は
、ノズル４の内径、電気パルスの電圧レベル、立上り時
定数およびパルス幅によって定まる。圧力室５の容積は
１．ｌ：記！気パルスのパルス幅に対応した時間が経過
後に復元し、この復元時に、圧力室５は共同インク室６
からインクの補給を受ける。

以上の構成のマルチノズル印字ヘッドの場合、圧力室５
の可撓壁をなす第２プレート３の振動が連続的に高い周
波数でかつ複数ノズルが同時に作動しても異常振動を生
ずることはなくなり１よって圧力室間の相互作用は殆ん
ど生ぜず、正規のインク噴射を行なうことができる。こ
の時、周波数特性と【、で、第３図のム曲線相当のもの
が得られるＯ 第５図は本発明の他の実施例で、第４図儂）の車外マル
チノズル印字ヘッドとの相違点ニ、ベースル−トムを設
け、その両側にサイドプレート２２Ａ　、　２２Ｂを配
置した複列マルチノズル印字ヘッドとした点にある。こ
のサイドプレー）２２Ａ。

ｕＢ　Ｋは、四部が形成されており、それらの薄肉部は
可撓壁となっている。また、ベースプレートムの表面と
前記凹部の内面が形成する空間は、圧力室２５Ａ　、　
２５Ｂ　、共通インタ１Ｅ２６を成し、インクタンクか
らインクの供給を受けている。２７Ａ　。

２７Ｂはサイドプレート２２Ａ　、　２２Ｂの口■撓壁
の外面に接着された圧電変換素子（例えばピエゾ電気ク
リスタル）であり、２４Ａ　、　２４Ｂはそれぞれ圧力
室内のインクを外部に噴射させるためのノズルである。

このノズル冴ム、２４Ｂおよび圧力室６ム。

２５１１１＋；ｔ、ベースプレートるを挾んで第５図の
紙面に垂直な方向に複数個設けられている。！ムはサイ
ドプレート４人の外周に近い縁辺部とカバー３３Ａとの
間に圧縮状態で配置された弾性体であり、３３Ａはサイ
ドプレート２２Ｂの外周に近い縁辺部で前記弾性体！ム
と対応する位ｔにおいてカバー３３Ｂとの間に圧縮状態
で配置された弾性体である。

かかる配置と成した両弾性体３２Ａ　、　３２Ｂにより
印字ヘッド２１を挟圧された状ｌｌＫ保持することによ
って１本集施例の場合も％＠４図実施例と全く同様な理
自から、異常振動による圧力室間相互作用は生じない。

第６図は第５図の印字ヘッドの一具体例を示す斜視図で
ある。（但しカバーについては図示を省略（だ。）　ｌ
ｉ！：Ｊにおいて４１は、内部に圧力室、ノズル４４Ａ
　、　４４Ｂ等が形成されたサイドプレート４２ム。

４２Ｂと、これらの中央に設けられたベースプレートロ
とから成る積層状の印字ヘッドである。シは印字ヘッド
但内に外部からインクを供給しインク圧力を制御するパ
ルプ手段である。パルプ手段ヌを通過したインクは共同
インク室凝に溜められ更に各圧力室に分鼓して送られノ
ズル４４Ａ　、　４４Ｂに至り、これらを満たしたイン
クは非印字時には平衡状態を保っている。

印字時には、各圧力室の可撓壁部に、接着されたビニ゛
ン電気クリスタル４７ムが、印字に必要な電気パルスに
より電圧印加されて駆動されて、ノズル列４４ム、４４
Ｂから外部にインク小滴として噴射する。５２Ａは前記
印字ヘッド４１の縁辺部に圧接された弾性体で、裏面Ｉ
ＮＫ配設された弾性体５２Ｂと共に印字ヘッド４１を圧
接挾持している。この実施例についても勿論前述の異常
振動による圧力室間相互作用は生じない。

第７図は本発明の他の実施例で、第４ＷＪ罠おける弾性
体Ｕム、１２Ｂの変形例である。即ち本実施例において
は・前記弾性体を一体化した形状となした弾性体ｎヲ力
ｔ＜−７３Ａ　、　７３Ｂ　ノ内４１［［設４ｊ　にと
により、前記印字ヘッドムの外周部縁辺な圧接挾持する
ものである。本実施例の場合も、第４図、ＩＩ！５図実
施例とほぼ同一の効果を生じ、所要の目的を達成するも
のである。

尚、これら弾性体の材料としてＧゴ、前記ゴム材料の他
に各種非導電性プラスチック材を選択使用可能であり、
弾性体の断面形状としては円形、短形−楕円形、中空円
形その他異形状のものを使用してもよい。また、弾性体
の長さとしては、エンドレスのループ状のもの、分割さ
れた小片群を配列したもの等も考えられる。上記弾性体
の一員体例として、市販の０リングを用いることにより
好結果を得ている。

以上説明したように、本発明によれば、マルチノズル印
字ヘン１″＃ＩＣおい°ｃ１印字印字作動具常振動によ
る圧力室間相互作用が生ぜず、周波赦特牲の向上が可能
となる。これによって印字速度の向上、高印字品質化、
印字の高解像力化（高密度マルチノズル化）を達成する
マルチノズル印字ヘッドを実装（、たインクジェットプ
リンターを得ることができる。また、高い周波数で駆動
されるピエゾ電気クリスタル群の外側を弾性体で密閉す
るため、駆動時に発する騒音を低減できる利点もある０
史に前記弾性体により印字ヘッド縁辺部を弾性的に密封
することにより、外部からのダストや漏洩インクの侵入
を防止し、印字ヘッド内部の電気系統１センサー類、ピ
エゾ電気クリスタル、接着剤、パルプ手段等の安全を保
持できる等の有利な面も併せ有する。しかもこれらの効
果は、弾性体の圧接挾持という比較的簡単な部材構成に
より達成できる。

【図面の簡単な説明】

第ｘｌＷ囚（６）は従来のインクジェットプリンター用
印字ヘッドの構造を模式的に示す概略図、第２図（Ａ）
　（Ｂ）　（Ｃ）は従来の複列ノズル方式の印字ヘッド
の構造を模式的に示す概略図、第３図は従来の印字ヘッ
ドの噴射速度−周波数特性図、第４ＷＪ（４）Φ】は本
発明の一実′總例を示す側面図および断ＷＩ図、第５Ｐ
ＩＩＪは本発明の他の実施例を示す断面図、第６ｖ！Ｊ
は本発明の一具体例を示す斜視図、＠７図は本発明の他
の実施例を示す断面図である。 １．２１．４１・・・印字ヘッド ７．２７ム、２７Ｂ・・・圧電変換素子（ピエゾ電気ク
リスタル）Ｌム、１２ｍ　、３２ム、！１．５２ム、５
２Ｂ　、７２　・・・弾性体１３ム、１３ｍ、３３ム、
３３Ｂ、７３ム、７３Ｂ・・・カバー代理人　　桑　原
　義　美 ＋−ｊ〜９ ｔ＋Ｂ １ｊｌＩｉ５図 第４図（＾） 第４図（Ｂ） Ｖ！１５図 １

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （ｌｌ　　マルチノズルインク噴射ヘッドにおいて、イ
   ンク駆動用電気−機械変換素子を設けた部分以外のヘッ
   ド周辺部に弾性体を圧接させたことを特徴とするマルチ
   ノズルインク噴射へッ　　ド。 （２１１ｉＪ記弾性体が非導電性ゴムからなることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載のマルチノズルイ
   ンク噴射ヘッド。