JPS6295228A - インクジエツトヘツドとその駆動方法 - 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】 〔概　要〕 本発明はインクジェ・ノドプリンタに用いられるヘッド
として、ノズル及びインク収容部と連通ずるインク室上
に圧電素子を配設すると共に、インク収容部を、該収容
部内に収容された熱溶融性インクの液面が前記ノズル位
置よりも低位置に設け、ノズルとインク室を介して連通
ずるインク収容部を加熱部により加熱して内部の熱熔融
性インクを一定低粘度に溶融し、該溶融したインクをイ
ンク室上の圧電素子の駆動によりノズルより粒子状に噴
出させる構成とする。また、圧電素子に電圧を印加して
インク室の容積を収縮した定常状態に保ち、インク噴射
直前に印加電圧を遮断して、インク室を復元して負圧と
した後、再度電圧を印加してインク液滴を噴出させる。

このことによりノズルのインク目詰りを解消すると共に
、ノズル先端面に対するインクの）ξみ出しが低減され
、安定なインク液滴の噴出が可能となる。

〔産業上の利用分野〕

本発明は非衝撃型プリンタとして知られるインクジェッ
トプリンタのヘッド及びその駆動方法に係り、特に熱熔
融性インクを用いたオン・デマンド型インクジェットプ
リンタの印字ヘッド及びその駆動方法に関するものであ
る。

インクジェットプリンタは、非衝撃型プリンタとして知
られ、オン・デマンド型がその主流をなしており、一般
に低雑音で高速印字が可能であると共に、カラー化が容
易で普通紙が使用出来る。

また構造が単純で小型、低価格化が可能である等の利点
を有するが、その反面、ノズルのインク目詰り、インク
の粘度変化等の解決すべき問題点がある。

〔従来の技術〕

第４図は従来のオン・デマンド型インクジェットプリン
タの印字ヘッドを概念的に示す要部断面図であり、■は
インクジェットヘッド、２はインク室、３はノズル、４
は圧電素子、５はインク供給管、６はインク収容部、７
はインクを示し、インク収容部６よりインク供給管５に
よってインクジェットヘッド１のインク室２内に充満さ
れたインク７は、通常、ノズル３の先端より外部へ漏出
しないように大気圧と平衡状態に保たれている。

そして前記インク室２に配設された圧電素子４に、駆動
制御回路８からの記録情報に応じた印字信号電圧を印加
することにより、該圧電素子４は長さ方向に縮み、イン
ク室２の壁を構成する金属板が伸びるため、インク室２
内が加圧され、その時の内部圧力の増加によって該イン
ク室２内のインク７がノズル３から噴出し、図示しない
対向する記録用紙上に所定の印字記録を行っている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、このような従来のインクジェットヘッド１に
あっては、前記ノズル３の径が微小であるため、インク
７が蒸発してインク濃度が高くなると、該ノズル３に目
詰りが起こり易い欠点があった。また該ノズル３より微
小なインク液滴を噴出する際に、該ノズル３先端面にイ
ンクの滲み出しが往々にして生じ、微小なインク供給管
が形成される時に微妙な影響を与えるのみならず、イン
ク噴出流に曲がりが発生し、インク液滴の飛翔方向が不
安定となる不都合があった。

そこでこのような欠点を解消するために、本出願人は従
来の液状のインク７の替わりに、例えばカーボンブラン
クとパラフィンやワックス等とを混合して形成された固
体、又は高粘度のインク、即ち、熱熔融性インクを用い
、該熱溶融性インクを加熱により液化、或いは低粘度化
した状態で、従来のように圧電素子の駆動によりインク
液滴を噴出させることを試みた。

この方法ではノズルの目詰りを防止する点では極めて好
適であるが、しかし、圧電素子を駆動させる際の駆動波
形を従来と同様な駆動波形、即ち、第５図の駆動波形図
に示すように圧電素子に電圧を印加しないＯＶの状態を
定常状態とし、印字情報に対応してプラスの例えば１５
０Ｖの印字信号パルスを印加し、インク室を収縮させて
インク液滴を噴出させると、次のような欠点が生じるこ
とが判明した。

前記加熱溶融された熱溶融性インクはステンレスなどか
らなるノズル部材との親和性が高く、該ノズル先端面に
対する該インクの１８み出しや、該インクの１ξみ出し
によりノズル先端面に形成されるインク膜が、時間と共
に厚く変化して噴出するインク液滴のインク切れが悪（
なり、インク液滴の大きさを変化させたり、該インク液
滴の飛翔方向を不安定にし、遂には噴射停止に至ると云
う欠点があった。

本発明はこのような従来の欠点に鑑み、圧電素子により
インク室を収縮させた状態を定常状態とし、該ノズルか
らのインクの７ξみ出しと、ノズル内でのインクのメニ
スカス（ｍｅｎｉｓｃｕｓ）位置を制御することにより
、ノズル先端より噴出するインク液滴の切れを良好にし
た、安定なインク噴射特性を持つ新規なインクジェット
ヘッド及びその駆動方法を提供することを目的とするも
のである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記目的を達成するため、第１図に示すように
２１はヘッド本体であり、熱溶融性インク２９を収容し
たインク収容部２２と、該インク収容部２２と連通ずる
インク室２３及びインク液滴を飛翔するノズル２４とで
構成され、該インク収容部２２は、内部に収容された熱
熔融性インク２９の液面が、ノズル２４の位置より低位
となるように設けられており、該インク室２３上には壁
板を介して圧電素子２５が配設されている。

またかかるヘッド本体２１の下面部には絶縁板２６と均
熱板２７を介して、前記インク収容部２２、インク室２
３及びノズル２４を加熱して内部の熱溶融性インク２９
を液化、或いは一定低粘度に溶融する発熱素子等からな
る加熱部２８を設けた構成としている。

〔作　用〕

上記した構成のインクジェットヘッドの駆動方法として
は、熱熔融性インク２９を収容したインク収容部２２と
、これと連通して熱熔融性インク２９が充満したインク
室２３及びノズル２４を加熱部２８により加熱して該熱
熔融性インク２９を一定低粘度に溶融した状態で第２図
の駆動波形で示されるように圧電素子２５に一定電圧の
印字信号を印加する。

この時の■の波形状態において、該圧電素子２５は長さ
方向に収縮し、これによりインク室２３の壁板が内方に
撓んでインク室２３を加圧する。この状態が定常状態と
なる。

次に■の波形状態で示すように該圧電素子２５に印加さ
れた一定電圧を遮断することにより、該圧電素子２５の
長さ方向への収縮が復元されて該インク室２３の加圧状
態が無加圧状態に戻される。この時、ノズル２４内の熱
溶融性インク２９のメニスカス位置はノズル２４先端部
より若干、内方向に移動する。

次に■の波形状態で示すように再び圧電素子２５に一定
電圧の印字信号を印加してインク室２３を加圧せしめる
ことにより、ノズル２４よりインク液滴を噴出させる。

その後、印字情報が入力されるまで一定電圧が圧電素子
２５に印加される。

このような上記駆動方法によりインク噴射時におけるノ
ズル２４内での熱溶融性インク２９の初期メニスカス位
置はノズル先端部より若干内側の位置からインク液滴と
なって噴出するので、ノズル先端面に対する該インク２
９の滲み出しが著しく低減され、滲み出しによるインク
液滴の大きさの変化や、該インク液滴の噴出方向の変化
等が解消する。

（実施例〕 以下図面を用いて本発明の実施例について詳細に説明す
る。

第１図は本発明に係るインクジェットヘッドの一実施例
を示す要部断面図である。

図において、２１は例えばステンレス等からなるヘッド
本体であり、カーボンブランクとパラフィンやワックス
等とで形成された固体、又は高粘度の熱溶融性インク２
９を収容したインク収容部２２と、該インク収容部２２
と連通ずるインク室２３及びインク液滴を噴出するノズ
ル２４とで構成され、該インク収容部２２はノズル２４
内でのインク圧が負圧となるように、該内部に収容され
た熱溶融性インク２９の液面がノズル２４の位置より低
位となるように配設されている。

また該インク室２３上には壁板を介して圧電素子２５が
接合されている。更にかかるヘッド本体２１の下面部に
は、例えばシリコンゴム等からなる耐熱性の絶縁板２６
とアルミニウム（ＡＩ）などからなる均熱板２７を介し
て、前記インク収容部２２、インク室２３及びノズル２
４を加熱して内部の熱熔融性インク２９を液化、或いは
一定低粘度に溶融する発熱素子等からなる加熱部２８を
設けた構成としている。

３０は前記圧電素子２５を駆動制御するための素子駆動
回路である。

このような構成においては、インク収容部２２と連通す
るノズル２４内でのインク圧が負圧となるように構成さ
れているので、液化、或いは低粘度化された熱熔融性イ
ンク２９が該ノズル２４より１６み出すことが著しく低
減され、ノズル２４先端部でのインク膜の形成がなくな
り、ノズル先端より噴出するインク液滴のインク切れが
良好となることから安定なインク噴出状態を確保するこ
とが可能となる。

次に第２図に示す駆動波形図によって、インクジェット
ヘッドの駆動方法の一実施例を説明する。

？Ｒ融性インク２９を収容したインク収容部２２と、こ
れと連通して熱溶融性インク２９が充満したインク室２
３及びノズル２４を加熱部２８により加熱して該熱溶融
性インク２９を液化、或いは一定低粘度に溶融した状態
で、先ず、インク液滴を噴出するための初期過程として
、駆動波形図で示されるように素子駆動回路３０により
圧電素子２５に例えば１５０ｖの印字信号電圧を印加す
る。

この時の■の波形状態では、圧電素子２５が長さ方向に
収縮し、これによりインク室２３の壁板が内方に撓んで
インク室２３を加圧する。この際、ノズル２４内での熱
溶融性インク２９のメニスカス位置は、第３図（ａｌに
示すようにノズル２４先端部に位置しており、この状態
が定常状態となる。

次に該圧電素子２５に印加された前記印字信号電圧を遮
断することにより、■のＯｖの波形状態になり、該圧電
素子２５の長さ方向への収縮が復元されて該インク室２
３の加圧状態が無加圧状態に戻される。この時のノズル
２４内の熱熔融性インク２９のメニスカス位置は、第３
図（ｂ）に示すようにノズル２４先端部より若干内方向
に引き込まれた形に移動する。

次に再び圧電素子２５に１５０ｖの印字信号電圧を印加
して■の波形状態でインク室２３を加圧せしめることに
より、この圧力パルスがノズル２４先端に伝わり、該ノ
ズル２４内の熱溶融性インク２９が該ノズル２４より押
し出されて分離したインク液滴３１が噴出する。その後
、印字情報が入力されるまで圧電７　　素子２５には１
５０ｖの電圧が印加されている。

このような駆動方法によりインク噴射時におけるノズル
２４内での熱溶融性インク２９の初期メニスカス位置は
、ノズル先端部より若干内側の位置からインク液滴とな
って噴出するので、ノズル先端面への熱溶融性インク２
９の滲み出しがなくなり、噴出時のインク液滴のインク
切れが良好となる。

しかも空気を吸い込むこともない。

従って安定にインク液滴を噴出することが可能となる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明に係るインクジ
ェットヘッドによれば、ノズルの目詰りがなくなること
は勿論のこと、インク収容部と連通ずるノズル内でのイ
ンク圧が負圧となるように構成されているので、液化、
或いは低粘度化された熱溶融性インクが該ノズルより滲
み出すことが著しく低減され、ノズル先端部にインク膜
が形成されないので、安定なインク噴出状態を確保する
ことが可能となる。

またその駆動方法によれば、インク液滴の噴出直前にお
けるノズル内の熱溶融性インクのメニスカス位置が、空
気を異常に吸い込むことなく、ノズル先端部より若干内
方向に再現性良く引き込まれた形となり、ノズル先端面
への熱溶融性インクの滲み出しがな（、ノズル先端より
噴出するインク液滴のインク切れが良好となることから
、インク液滴を安定に噴出することが可能となり、当該
ヘッドの信頼性が向上する等、実用上優れた効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

第り図は本発明に係るインクジェットヘッドの−実施１
！；ノを示す要部断面図、 第２図は本発明に係るインクジェットヘッドの駆動方法
の一実施例を説明するための 駆動波形図、 第３図は本発明に係るインクジェットヘッドのインク液
滴の噴出過程を説明するため のノズル部分拡大図、 第４図は従来のインクジェットヘッドを説明するための
要部断面図、 第５図は従来のヘッドの駆動方法を説明するための駆動
波形図である。 第１図乃至第３図において、 ２１はヘッド本体、２２はインク収容部、２３はインク
室、２４はノズル、２５は圧電素子、２６は絶縁板、２
７は均熱板、２８は加熱部、２９は熱ン容融性インク、
３０は素子駆動回路、３１はインク液滴をそれぞれ示す
。 ＠　２図 （ａ＞　　　　　　　　　ｔｂ）　　　　　　　　　ζ
Ｃ）、＋ｉ鵠９４ヘラト′°ノス′ル各のイ〉７多１尚
４１阪化１）ｔＺ［；ゴ＠　３　圀

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）インク液滴を噴出するノズル（２４）と、該ノズ
   ル（２４）とインク室（２３）を介して連通するインク
   収容部（２２）とでヘッド本体（２１）が構成され、該
   ヘッド本体（２１）の底面に内部の熱溶融性インク（２
   ９）を一定低粘度に加熱溶融する加熱部（２８）を付設
   すると共に、該溶融した熱溶融性インク（２９）をノズ
   ル（２４）より粒子状に噴出させる圧電素子（２５）を
   、前記インク室（２３）上に設けたことを特徴とするイ
   ンクジェットヘッド。
2. （２）上記インク収容部（２２）を、該収容部（２２）
   内に収容された熱溶融性インクの液面が、ノズル位置よ
   り低位となるように設けてなることを特徴とする特許請
   求の範囲第（１）項に記載したインクジェットヘッド。
3. （３）熱溶融性インク（２９）を収容したインク収容部
   （２２）と、これと連通して熱溶融性インク（２９）が
   充満したインク室（２３）及びノズル（２４）を加熱部
   （２８）により加熱して、該熱溶融性インク（２９）を
   一定低粘度に溶融した状態でインク室（２３）上に設け
   た圧電素子（２５）を駆動してノズル（２４）よりイン
   ク液滴を噴出させるに際し、先ず前記圧電素子（２５）
   に駆動電圧を印加して該インク室（２３）を収縮せしめ
   、次に該圧電素子（２５）に印加した前記駆動電圧を遮
   断して、収縮したインク室（２３）を復元した後、再び
   圧電素子（２５）に駆動電圧を印加して、インク室（２
   ３）を収縮せしめ、ノズル（２４）よりインク液滴を噴
   出させるようにしたことを特徴とするインクジェットヘ
   ッドの駆動方法。