JPS6224274B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、プリンタやフアクシミリあるいはレ
コーダ等に用いるインクジエツト記録装置に関す
るものである。 一般に、インク滴を飛翔させて記録を行なうイ
ンクジエツト記録方式には、種々のものがある。
その１つに圧電素子を用いこれに電圧を印加し、
インクに圧力をかけてインク滴を飛翔させる加圧
形のインクジエツト方式がある。 これには記録時にのみ圧電素子に電圧を印加す
る圧力パルス形と一定の静圧により常に噴出する
ジエツトを圧電素子の振動により分裂させ、小滴
を帯電偏向させる加圧振動形がある。 前者の圧力パルス形の一例の構造を第１図に示
す。この種のインクジエツト記録装置の記録原理
を同図により説明すると、圧電素子１の両面に
各々設けた電極２と金属板３との間に、パルス発
生器４によつて数100Vのパルス電圧を印加す
る。すると、圧電素子１の中心部が矢印Ａ方向に
変形し、インク室５内のインク６に圧力をかけ
る。したがつてインク６の一部がインク滴となつ
てノズル７から噴出する。パルス発生器４のパル
ス信号が立下ると反動で圧電素子１の中心部は矢
印Ｂ方向に変形しインク室５を負圧の状態にす
る。この為、インク供給口８からインクがインク
室５内に供給される。この現象を繰り返すことに
よりインクを順次噴出させ記録を行なう。 ところで、このようなインクジエツト記録装置
においては圧電素子１が矢印Ａ方向に変形するこ
とにより生ずる圧力は、ノズル７の方向だけでな
くインク供給口８の方向にも加わることになり、
後者は完全な圧力損失となる。このため、例えば
直径20mmの円板状で、0.2mm厚の圧電素子及び同
じ厚さの金属板を用い、約50μｍの内径のノズル
からインクを噴出させる時、ピーク値300Vのパ
ルス電圧を印加しても、インクの噴出は約3KHz
程度にしかならなく、これ以上の周波数にするに
は印加電圧を高めねばならなかつた。又、インク
加圧手段とインク供給口との間に管路抵抗の高い
フイルタを設け圧力損失を減らす方法もあるが、
この場合、インク噴出後のインクの補給が高い管
路抵抗のため十分に行なわれずやはりインク噴出
周波数を高めることは出来なかつた。 本発明は、このような従来の圧力パルス形のイ
ンクジエツト記録装置の欠点に鑑みてなされたも
ので、圧力損失を減らして効率的な圧力印加が行
なえ、かつインク噴出後のインク補給も容易に行
なえるインクジエツト記録装置を提供することを
目的とする。 本発明はこの目的達成の為に、加圧手段に対向
して貫通孔を有する金属の多孔性フイルタを設け
たものである。複雑な迷路状の孔を有する一般の
フイルタでは、圧力の時間的変化の大小によつて
フイルタ抵抗が大きく変わることはないが貫通孔
を有する金属の多孔性フイルタは、インクが供給
され圧力変化率が小さい時には小さい抵抗を、イ
ンク噴出時の急激な圧力印加に対しては非常に大
きな抵抗を示す。従がつてこの多孔性フイルタを
用いることにより圧電素子の変形により生ずる圧
力をほとんどノズル方向にかけるようにし、同時
にインクの補給が充分行われるようにしたもので
ある。 まず、本発明の基本となつた実験例について説
明する。第２図に本発明の一実施例の構造を示
す。即ち、圧電素子１１の各面に電極１２と金属
板１３を設け、これら電極１２と金属板１３はパ
ルス発生器１４に接続されている。金属板１３は
インク室１５の一壁面を形成しており、このイン
ク室１５にはインク１６が貯められる。インク室
１５には、この中のインク１６を図示しない記録
紙にインクを飛翔させるノズル１７と、インク１
６を導びくインク供給口１８が設けられている。
更にこの実施例ではインク供給口１８には焼結ス
テンレスフイルタ１９が設けられており、インク
供給口１８にはインク室１５の方向に圧力Ｈがか
けられている。 この装置の動作を説明すると、記録時にパルス
発生器１４出力の電圧パルスが電極１２と金属板
１３の間に印加される。すると、圧電素子１１の
中心部は矢印Ａ方向に変形し、インク室１５内の
インク１６に瞬時に大きな圧力が加わる。この圧
力はインク供給口１８の方向にも加わるが焼結ス
テンレスフイルタ１９の抵抗が大きいので、上記
圧電素子１１の変形による圧力はほとんどノズル
１７の方向に加わり、インク１６が記録紙の方向
に噴出することになる。 次に電圧パルスの印加がなくなると圧電素子１
１の中心部は矢印Ｂの方向に変形し、インク室１
５内は負圧となりインクはインク供給口１８の焼
結ステンレスフイルタ１９を通つてインク室１５
に導びかれる。 このような現象が繰り返されてインクはノズル
１７から記録紙に向つて飛翔することになる。 ところで、焼結ステンレスフイルタ１９も抵抗
を有しており、これが大きすぎるとインク室１５
内のインク１６が少なくなつてもインク供給口１
８からインクが供給されないことになる。そこ
で、インク供給口１８からインク室１５方向に所
定の圧力がかけられていなければならない。この
圧力はインク供給時の抵抗による力よりも大きく
なければならないが同時にノズル１７の表面張力
による力よりも小さくなければならない。なぜな
らそうでなければ圧電素子によつて圧力が加わら
ないときにもインクがノズル１７から流れ出るこ
とになるからである。 今、インク供給時フイルタの抵抗による力を
Ｆ、ノズルにおける表面張力による力をＴ、とす
ると常時印加するインク供給口からインク室に常
時供給する必要のある力ＰはＦ＜Ｐ＜Ｔとなる。 この点について更に具体的に述べる。ノズルの
内径を2rとインクの表面張力をｔとすると、この
表面張力による力は２πｒ・ｔとなる。一方、常
時インクに加わる圧力がＨであればこれによる力
はπr²・Ｈとなる。 したがつて両者が等しいとおけばＨ＝2t／ｒ以
上の圧力を常時加えるとインクは流れ出してしま
う。例えばノズル内径（2r）を50μｍとし水性イ
ンクの表面張力を60ダイン／cmとすると、常時加
える圧力は50cmH₂Oより小さくなければならな
い。 一方、例えばノズルから直径84μｍのインク小
滴を10KHzの周波数で噴出させるとするとイン
クの平均流量は0.2c.c.／minとなり、焼結ステン
レスフイルタとして長さ0.2mm、孔径５μｍ、孔
数1000個のものを用いると、常時加える圧力Ｈは
５cmH₂Oより大きくなければフイルタを通してイ
ンクを供給することができない。したがつて、 ５cmH₂O＜Ｈ＜50cmH₂O となる。 ところで、焼結ステンレスフイルタ１９の効果
は圧電素子１１によつてインク室１５内に圧力が
加えられたとき、ノズル１７の抵抗Rnとフイル
タ１９のRfとでは、Rnが小さいとインク１６は
ノズル１７から効率良く噴出される。 ノズル１７とフイルタ１９の特性が下表の通り
として両抵抗の比を計算すると次のようになる。

【表】 ノズルの抵抗／フイルタの抵抗＝Ｒ_ｏ／Ｒ_ｆ＝ｒｆ^４・
ｌｎ×１０００／ｒ_ｏ ^４×ｌ_ｆ＝１／２５ この場合、フイルタの抵抗は25倍となつた。 実際、0.2mm厚の圧電素子１１及び同じ厚さで
直径20mmの円板状の金属板１３を用い更に上記表
のノズル１７、フイルタ１９を用いたとき、常時
10cmH₂Oを印加して、6KHz以上の周波数のイン
ク小滴流が得られた。しかし、インク噴出の応答
性はまだまだ充分とはいえなかつた。 このような実験を基にして、本発明はなされ
た。すなわち、フイルタを初期圧力変化を直接に
かつ最も大きな変化分の得られる加圧手段に対向
して設けることにより圧力の損失が低減された効
率の良いインクジエツト記録装置が提供された。
以下実施例について説明する。 この実施例のインクジエツト記録装置は、第３
図に示される。すなわち、圧電素子２３の両面に
電極２４を設け、一方の電極２４には更に金属板
２５を設ける。これら電極２４と金属板２５はパ
ルス発生器２６に接続されている。金属板２５は
インク室２１の一壁面を形成しており、このイン
ク室２０にはインク２１が貯められる。インク室
２０には、この中のインク２１を図示しない記録
紙にインクを飛翔させるノズル２７が設けられて
いる。 更に、圧電素子２３に対向して焼結ステンレス
フイルタ２２を設ける。この実施例では、焼結ス
テンレスフイルタ２２が、インク室２０の一壁と
なるように設ける。インク室２０へのインク２１
の供給は、インク供給口２８を介して行われる。
インク供給口２８は、フイルタ２２から見て、圧
電素子２３と反対側に設ける。よつてこの実施例
では、フイルタ２２によりインク噴出系とインク
供給系が明確に２分され圧電素子２３による圧力
は、直接フイルタ２２に印加されることが重要で
ある。このような構成にしたところ圧力の利用効
率が上昇しインクの噴出周期も増大した。 動作について説明する。パルス発生器２６か
ら、圧電素子２３にパルス信号が印加されると、
圧電素子２３がインク２１側に急激に変位する。
するとインク２１に対して圧力が印加された状態
となり、ノズル２７からインクが噴出する。この
メカニズムを更に詳細に述べる。信号印加前は、
インクは平衡状態にあり、静的状態である。この
インクを急激に圧電素子２３が押す。この体積の
変化率が、インクに与えられたエネルギーとな
る。このエネルギーは、瞬時にしてインクの圧力
を高めるのではない。圧力が液面を囲む閉曲面に
均一に作用するのは全体が静的状態に落ち着いた
後で、変位直後は圧力も非平衡状態である。圧電
素子２３の急激な変位によりまず圧電素子とイン
ク面に生じた圧力は粗密波となつて周辺に伝播す
る。その方向は圧電素子２３面に対して垂直な方
向であつて、ノズル２７によるインク噴出方向と
は垂直な方向に働く。この方向には、フイルタ２
２が存在し、初期状態の圧力はまず、多孔性のフ
イルタ２２に作用する。すると、インクは多孔性
のフイルタ２２の孔が貫通している効果により各
孔に非常な勢いで侵入しようとする。しかし、一
般的に知られているように、孔の入口では渦流が
生じ、インクの浸入を阻止する。このため、フイ
ルタ２２の抵抗は、非常に大きな値となる。した
がつて、インク供給口に流出するインクの量は極
めて少なくなり、かつ、生じた渦の効果により、
インク室２０内の圧力が平衡状態になつた後も、
フイルタ２２の抵抗は大きな値となり、インクは
ノズル２７より効率良く噴出する。 このようなインク噴出メカニズムを、第２図に
示される基本例と比較する。第２図に示される装
置においては、圧電素子２３による圧力の粗密波
はまず、圧電素子２３に対向するインク室１５壁
に作用し、インク供給口１８入口のフイルタ１９
には、その後の平均化された圧力が作用する。こ
の圧力は、圧電素子２３に直接作用した圧力に比
べて、小さい値となつており、その分だけフイル
タ１９において渦流発生が弱く、フイルタ１９の
抵抗値が小さくなる。よつて、このフイルタ１９
において、圧力の損失が大きくなる。 この影響はノズル１７のインクに現われる。 すなわち、第３図に示される装置に比べ、イン
ク噴出において圧力の利用効率が悪く、かつイン
クの噴出の応答性が悪いのである。インクジエツ
ト記録装置では、例えば文字を24×24ドツトで表
現する場合、１ドツトを１回のインク噴出で実現
しようとすると、噴出されるインク滴は、何10μ
というオーダーである。 しかも、圧電素子２３の１回の変位が、１回の
インク滴噴出に対応しているのであるから、圧電
素子２３の動作に対して、インク室２３内のイン
クが敏感に反応を示す必要がある。この条件が満
たされないと、インクの噴出速度周期におのずと
上限値が設定されてしまい、又、インクの噴出が
不安定になり、印字品質の低下という自体をも招
く。 ところで、この実施例のような多孔性のフイル
タは、例えばフエルト等のように多くの枝分かれ
た孔から成るフイルタに比べ抵抗が小さい。よつ
て、インクの補給はスムーズに行われ得る。しか
し、抵抗が小さいことからインクの噴出の際に、
圧力の損失が生じる恐れがある。この発明は、こ
のような特徴を有する金属性の多孔性フイルタを
用いながら、圧力の損失がなく、インクの補給が
なめらかに行われるインクジエツト記録装置を実
現したものである。 以上この発明の実施例について説明したが、こ
の発明は以上の実施例には何ら拘束されない。例
えばインク室は、２分された際に容積が等しくな
くともよいのは当然である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のインクジエツト記録装置の構成
図、第２図は本発明の基礎となつた実験例を示す
図、第３図は本発明の実施例の構造図である。 １，１１，２３……圧電素子、２，１２，２４
……電極、３，１３，２５……金属板、４，１４
……パルス発生器、５，１５……インク室、６，
１６……インク、７，１７……ノズル、１９……
焼結ステンレスフイルタ、２２……多孔性フイル
タ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ インクが貯蔵されたインク供給源と、このイ
   ンク供給源のインクが供給されるインク室と、こ
   のインク室のインクを記録信号に応じて第１の方
   向から加圧する加圧手段と、この加圧手段により
   加圧されたインクを前記第１の方向と略垂直な方
   向に噴出するノズルとを備えるインクジエツト記
   録装置において、 前記加圧手段に対向して設けられ前記加圧手段
   からの圧力を直接受ける貫通孔を有する金属の多
   孔性のフイルタと、このフイルタと前記インク供
   給源との間に設けられ前記インクを導くインク導
   入路と、前記フイルタと前記加圧手段の間に設け
   られ前記ノズルと連結する開口とを有することを
   特徴とするインクジエツト記録装置。 ２ 加圧手段は、インク室の壁の一部として設け
   られた圧電素子から成ることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載のインクジエツト記録装置。 ３ 多孔性フイルタは、焼結ステンレスフイルタ
   から成ることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載のインクジエツト記録装置。