JPS6320709B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、空気流により生じる圧力勾配を利用
した新しい方式のインクジエツト記録ヘツドに関
するものである。

第１図は、本出願人が既に出願した新しい方式
のインクジエツト記録ヘツドを示すもので、ノズ
ル板２には空気ノズル１が穿孔されている。ノズ
ル板２と平行して壁３が配置されており、かつ壁
３には空気ノズル１に対向してインクノズル４が
穿孔されている。ノズル板２と壁３により生じる
空気層７には周辺から空気流が送られ、空気ノズ
ル１より流出している。空気流の流れの方向は、
空気ノズル１の近傍で急激に変化しているため、
インクノズル４より空気ノズル１に至る空間には
急激な圧力勾配の変化が生じている。

一方、インクノズル４内のインクには、一定圧
力が印加されており、インクジエツト記録ヘツド
の非駆動時には、インクノズル４近傍の空気圧力
と、インクノズル４内のインク圧力がほぼ等しく
インクノズル４に生ずるインクのメニスカスが静
止して保たれるように調整されている。

信号源５はノズル板２とインクノズル４内のイ
ンクとの間に電位差が生じるように、ノズル板２
およびインクノズル４に連通したインク供給管６
に連結している。信号源５によりノズル板２とイ
ンクノズル４内のインクに電位差が生じると、こ
の電位差による静電力により、インクノズル４に
生じるメニスカスが、空気ノズル１の方向に引き
伸ばされる。インクノズル４から空気ノズル１に
至る空間には急激な圧力勾配の変化が生じてお
り、かつこの変化の程度は、空気ノズル１に近い
程大であるため、前記インクノズル４に生じるイ
ンクのメニスカスが一定の長さ以上に引き伸ばさ
れると、この圧力勾配の変化によつてインクが引
きちぎられ、空気ノズル１よりインク液滴となり
飛翔する。

第２図は、第１図のインクジエツト記録ヘツド
をマルチ化したインクジエツト記録ヘツドの一例
を示す。

インク室１９は複数のインク吐出口９に連通す
ると共にインク溜りに通じる少なくとも１つのイ
ンク供給管１０に連通している。また空気供給管
１１より流入される空気流は空気室１２において
均一化され、空気層１３を介して、インク吐出孔
９に各々対向した空気吐出口１４より噴出されて
おり、インク吐出口９を急激な圧力勾配の変化が
生じている空間に配置させている。空気吐出口１
４は絶縁物のノズル板１８に穿孔され、その周辺
には、それぞれ独立して電極１５が設けられてお
り、各々独立した信号源１６に電気的に連結され
ている。信号源１６は、一方ではインク吐出口９
内のインクと電気的に連結されており、前記電極
１５とインク吐出口９内のインクとの間に、各々
独立して電位差が生ずる構造になつている。

このように静電力によつてインクノズル４，９
に生じるインクのメニスカスの形状を変化させ、
空気流により生じる急激な圧力勾配の変化によつ
てインク液滴を吐出させるインクジエツト記録ヘ
ツドにおいては、インクノズル４あるいは９の近
傍で空気圧力と、インク圧力のバランスが一定に
保たれ、メニスカスが安定した状態にある事が極
めて重要となつてくる。例えば、インク圧力が空
気圧力より勝るとメニスカスのバランスがくず
れ、インクがインクノズル４，９より突起し、記
録信号を印加しなくともインクノズル４，９から
空気ノズル１，１４に至る空間の気激な空気流の
圧力勾配の変化のため引きちぎられ、液滴となつ
て飛翔す事になる。逆に、空気圧力がインク圧力
より勝つた場合には、メニスカスがインクノズル
４，９の内側に破れ、空気が気泡の形でインクノ
ズル４，９よりインク室８，１９に混入して実際
に駆動信号がインクジエツト記録ヘツドに印加さ
れてもインク液滴の吐出が不安定になる状態を招
く。

第１図、第２図に示したインクジエツト記録ヘ
ツドは、インクジエツト記録ヘツドが静止、もし
くは極めて遅い速度で走査する場合には、ノニス
カスの状態は安定しておりほとんど問題とならな
い。しかし、例えば、インクジエツト記録ヘツド
やインク供給管に衝撃が加わると、インク供給管
内やインク室８，１９内で発生するインクの圧力
変動で、メニスカスの状態が崩れ上記のような不
要なインク吐出あるいは気泡のインク室８，１９
内への混入といつた不安定な状態が起る。

インクジエツト記録ヘツドやインクヘツド供給
管への衝撃は特にインクジエツト記録ヘツドが高
速で走査される時に発生する。最近は、特に高速
記録が要求され、それに伴つてインクジエツト記
録ヘツドの走査速度も、平面走査型プリンタのよ
うに高速になつてきており、上記のインクジエツ
ト記録ヘツドやインク供給管への衝撃対策が大き
な問題となつてきている。

本発明はこのような点に鑑みてなされたもの
で、インクジエツト記録ヘツドを高速で走査した
時、インクジエツト記録ヘツドに連結されたイン
ク供給管の振れ等によつて発生するインク供給管
内でのインクの圧力変動が、インクジエツト記録
ヘツド内のインク室に伝播される以前に阻止する
機能を有するインクジエツト記録ヘツドを提供す
るものである。

以下、本発明の一実施例について詳細に説明す
る。

第３図は、本発明のインクジエツト記録ヘツド
３０の一実施例を示したものである。２つのイン
ク供給管６，６′の延長上にそれぞれインク室２
２，２２′が設けられており、さらに、１対のオ
リフイス２５，２５′を有するオリフイス板２３，
２３′があり、両者間に薄い液体供給層２４を形
成している。液体供給層２４の前後には液体供給
層２４以外で連通されているインク室２１，２
１′が形成され、インク室２１の前面にはノズル
４を有するノズル板２０が設けられている。イン
ク室２１′の後方には、インク室２１，２１′への
インク充填を容易にし、さらに吐出不安定の原因
となる空気の気泡を取り除くため、ビス２６が設
けられている。２７はＯリングである。

インクリザーバ（図示せず）からインク供給管
６，６′を介してインク室２２，２２′，２１，２
１′および液体供給層２４内にインクを充填し、
ビス２６を調整してインク室２２，２２′，２１，
２１′および液体供給層２４内の気泡を除去する。
この状態でインクノズル４内のインクに一定圧力
を加える。

一方空気供給管１１からは空気流を導入し、空
気室１２、空気層７を介して空気ノズル１より放
出させる。このとき、空気ノズル１近傍には空気
流の流れ方向が急激に変化しているので、インク
ノズル４から空気ノズル１に至る空間には急激な
圧力勾配の変化が生じている。インクジエツト記
録ヘツドの非駆動時には、インクノズル４内のイ
ンクに加えられた圧力と、インクノズル４近傍の
空気圧力が釣合つて、インクノズル４に生じるイ
ンクのメニスカスが静止して保たれている。

信号源５から記録すべき電気信号がインクおよ
びノズル板２間に印加されると、この電気信号に
応じてインクノズル４のインクのメニスカスが空
気ノズル１の方向に伸ばされ、この空間に生じて
いる急激な圧力勾配によつてインクが引きちぎら
れて、空気ノズル１よりインク液滴となつて飛翔
する。

第３図の構成においては、ノズル４でのメニス
カスのバランスを崩す原因となるインクの圧力変
動を阻止あるいは緩和する事ができる。これは以
下の３つの理由による。

(1) 本実施例のインクジエツト記録ヘツドは２つ
のインク供給管６，６′を有しているため、イ
ンク供給管系は、たとえば第４図のようにな
る。これは、２つのインク供給管６，６′がル
ープを成しインクジエツト記録ヘツド３０の反
対側で一本になつてインクリザーバに連結して
いるものである。インクジエツト記録ヘツド３
０は第４図ａ，ｂ，ｃの順に走査する。すなわ
ち、インクリザーバからのインク供給管部６０
を中心にインクジエツト記録ヘツド３０が左右
に高速走査する。移動方向が反転する第４図
ｂ，ｃの状態では、インク供給管６，６′内で
インクに慣性力が生じ、インク供給管６，６′
に対して相対的な流れが生じる。この流れは圧
力変動に変換されメニスカスのバランスを崩す
大きな要因となる。しかし、第３図のようにオ
リフイス２５を設けることにより、そこで断面
積が急激にしぼられているため、オリフイス２
５内でのインクの流速は大きく増加する。今イ
ンク供給管６，６′内、オリフイス２５近傍で
ベルヌーイの式が成立すると仮定すると、 総圧＝動圧＋静圧 であるから、オリフイス２５内でインクの流速
が増加した分だけ動圧が増し、従つてその分だ
け静圧が減少する事になる。薄いインク供給層
２４はほとんど静圧のみをインク室２１，２
１′に伝播するので、この減少した静圧分だけ
圧力変動を抑制する事ができる。一般に第３図
の構造をしていない普通のインクジエツト記録
ヘツドを第４図のように走査をさせた場合、
側に圧力変動を生じるが、上記のように本実施
例では圧力変動が側で減少するように働くた
め、場合によつては、効果が強過ぎて、逆に
側の圧力変動を生じる事もある。これは、オリ
フイス２５の径、及びインク供給層２４の厚さ
に依存してるので、これらを適当に選択する事
が必要である。オリフイス２５の径、及びイン
ク供給層２４の厚さは、インクジエツト記録ヘ
ツドの大きさ、インク供給管の長さ等によつて
異なるがそれぞれほぼ100〜300μｍ、20〜150μ
ｍが実際に効果のある範囲である。

(2) 次にインクの圧力変動阻止、緩和のために効
果があるのは、オリフイス２５，２５′及びイ
ンク供給層２４での抵抗による圧力損失であ
る。これは(1)の場合とは異なり、圧力変動が
側でも側でもそれを０にする方向に働き、動
作としては理想的であるが、あまりオリフイス
２５，２５′の径及びインク供給層２４の厚さ
を小さくすると、インク供給量が足りなくなる
ため、(1)との関係も考慮して、適当な値を選択
する事が必要である。

(3) ３つ目の原因としては、オリフイス２５，２
５′に入る手前とインク供給層２１を出た後に
インク室２２，２２′，２１，２１′を設け、ダ
ンパの役目をさせ圧力変動を吸収させている点
である。気体と異なりここでは、扱つている流
体が液体のため気体ほど効果はないが、例えば
インクノズル板２０を薄い金属（20〜30μｍ前
後）で作ると、そのたわみによつて、圧力変動
が吸収されやすく効果的である。

以上説明した３つの理由により、ノズル４での
メニスカスのバランスが安定に保たれる。空気流
は、空気供給管１１よりインクノズル板２０の周
囲に設けられた空気室１２を経て空気層７より空
気ノズル１に向つて流れ、空気ノズル１の近傍で
急激に曲げられ、空気ノズル１より大気中に流出
されている。このため、インクノズル４より空気
ノズル１に至る空間には、急激な圧力勾配の変化
が生じ、これがノズル板２とインクノズル４内の
インクの間の電位差で生じた静電力によつてイン
クノズル４より引き伸ばされたメニスカスを引き
ちぎり、空気ノズル１よりインク液滴となつて飛
翔させる。

空気ノズル１より流出される空気の速度が、速
いほど、インクノズル４より空気ノズル１に至る
空間に生ずる圧力勾配は大きくなり、インクノズ
ル４よりのわずかなメニスカスの凸でもインクを
引きちぎり高速でインク液滴を記録紙面上に運
ぶ。従つて、周波数特性は向上し、記録速度は増
すが、空気流速が速いため、インク液滴が記録紙
面上に飛翔し付着した際に、周辺に散り、美しい
ドツトを形成し難くなる。さらに、インクノズル
４でのメニスカスのバランスをわずかでも崩す
と、インクが飛翔する事になり、メニスカスのバ
ランスを安定に保つ事がさらに要求されるように
なる。このため、適当な流速になるように空気圧
を調節する事が重要である。本発明のインクジエ
ツト記録ヘツドの場合、空気ノズル１での空気の
流速を30ｍ／ｓ〜200ｍ／ｓの範囲で良好な結果
を得た。

以上の説明のごとく本発明は、空気流を空気ノ
ズルより急激な曲りを生じさせて噴出させ、空気
流の曲りにより生じる急激な圧力勾配の変化を有
する空間内に、空気ノズル開口と対向して開口を
有するインクノズルを設け、空気ノズルとインク
ノズル内のインク間に電界を印加してインクノズ
ルに形成されるインクのメニスカスに形状変化を
生じさせ、メニスカス先端に生じる圧力勾配の変
化によりインク液滴の吐出停止を行なうインクジ
エツト記録ヘツドに、２本のインク供給管を連結
し、その延長上のヘツド内部にオリフイスを有す
るオリフイス板によつて形成されるインク供給層
を形成し、２本のインク供給管の他端を各々又は
一本の管を介してインクリザーバに連結させたイ
ンクジエツト記録ヘツドであり、インクの圧力変
動を阻止もしくは緩和し、インクノズルで形成さ
れるメニスカスを安定に保つ効果がある。

本発明は、上記の実施例のようなモノヘツドに
限らずマルチヘツドにおいても同様の効果がある
事は言うまでもなく、これ以外のインクノズルの
メニスカスの安定性が重要なヘツドにおいても有
効である。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図ａは、本出願人の先行出願
によるインクジエツト記録ヘツドの断面図、の第
２図ｂは同正面図、第３図は本発明の一実施例に
おけるインクジエツト記録ヘツドの断面図、第４
図ａ，ｂ，ｃは本発明のインクジエツト記録ヘツ
ドを使用した時の配管系の構成例を示す断面図で
ある。 １……空気ノズル、２……空気ノズル板、４…
…インクノズル、６，６′……インク供給管、７
……空気層、２１，２１′，２２，２２′……イン
ク室、１１……空気供給管、１２……空気室、２
０……インクノズル板、２３，２３′……オリフ
イス板、２４……インク供給管、２５，２５′…
…オリフイス、２６……ビス、２７……Ｏリン
グ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ インク吐出口と同軸上に空気吐出口を対向し
   て設置し、インク吐出口と空気吐出口の間隙部分
   において急激な曲りを生じさせながら空気吐出口
   より空気流を送出させ、インク吐出口から空気吐
   出口に至る方向に空気の圧力の減少するような圧
   力勾配の変化する空間を形成する第１の手段と、
   空気吐出口が形成されている部材とインク吐出口
   内のインクとの間に信号に応じて選択的に電位差
   を生じさせ、この電位差による誘引力によりイン
   ク吐出口に生じているインクのメニスカスを引き
   伸ばし、前記第１の手段により圧力勾配の変化す
   る空間に生じる空気流の加速力を作用させてイン
   ク吐出口内のインクを空気吐出口を経て外方に吐
   出させる第２の手段と、互に対向して配された２
   枚の板間に形成され、前記インク吐出口に連通し
   たインク供給層と、前記２枚の板の各々にヘツド
   の走査方向に平行に穿孔されたオリフイスと、一
   端が前記オリフイスを介して連通された２つのイ
   ンク供給管とを有することを特徴とするインクジ
   エツト記録ヘツド。 ２ インク供給管とオリフイスの間およびインク
   供給層とインク吐出口の間にインク室が形成され
   た特許請求の範囲第１項記載のインクジエツト記
   録ヘツド。