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JP3366086B2 - 液滴吐出装置 - Google Patents

液滴吐出装置

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JP3366086B2
JP3366086B2 JP29782493A JP29782493A JP3366086B2 JP 3366086 B2 JP3366086 B2 JP 3366086B2 JP 29782493 A JP29782493 A JP 29782493A JP 29782493 A JP29782493 A JP 29782493A JP 3366086 B2 JP3366086 B2 JP 3366086B2
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JP
Japan
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liquid chamber
ink
common liquid
pressure
pressurizing means
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JP29782493A
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JPH07156417A (ja
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稔人 亀井
善久 太田
知之 森谷
耀一郎 宮口
達彦 及川
俊一 阿部
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Ricoh Co Ltd
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Ricoh Co Ltd
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  • Ink Jet (AREA)
  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、液滴吐出装置に関し、
より詳細には、液体インクを使用し、共通液室から個別
液室へ連通する流路を具備し、液体インクを共通液室か
ら個別液室へ積極的に供給することができる液滴吐出
置に関する。
【0002】
【従来の技術】オンデマンド型インクジェットプリンタ
の実用化が進んでいるが、印写スピードを高速にするた
めには、駆動素子の周波数を上げ、その周波数にインク
の供給を追従させなくてはならない。高周波に応答させ
るインクの供給は、単にインク流路の構造を工夫するだ
けでは可能性は少ない。図7は、メニスカス振動の経時
変化を示した図で、インク吐出時を時間0で示した。時
間Taの時、メニスカスの突出量は最大になり、時間Tb
の時、突出はしない。したがって、時間Tb付近で次の
突出が行われると、インクの補充が追いつかないため、
滴が小さかったり突出しなかったりする。
【0003】従来のインクジェットヘッドについて記載
した公知文献としては、例えば、特開平4−3252
57号公報がある。この公報のものは、1つのインク流
路に複数の駆動素子または単体で、複数の振動モードを
取り出せる駆動素子を取り付け、1つの振動モードでイ
ンクの吐出、もう1つの振動モードでインクの逆流防止
を行うものである。すなわち、圧力プレートに取り付け
られた逆流防止弁駆動用素子と吐出用駆動素子を位相差
をもたせて駆動させることにより、インク吐出時のイン
ク供給路へのインクの逆流を防ぐものである。また、
特開平4−45947号公報は、平行流路に連通する共
通液室を加圧するための加圧手段を設け、少なくとも一
つの流路が選択駆動された時に、ノズルのメニスカス切
断直後に共通液室を加圧するものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前述のように、前記公
報に記載された従来のインクジェットヘッドは、イン
ク流路の個別液室と共通液室のそれぞれに別の振動モー
ドを取り出す技術とは異なり、公報に記載のインクジ
ェットヘッドをさらに進展させ、インクを積極的に補充
して常に安定したメニスカス面になるように、共通液室
の加圧あるいは圧力ポンプによる加圧を行うことで、メ
ニスカスの振動を制御し、常に安定した滴形状,滴量,
滴速度を得られる技術が必要になった。
【0005】本発明は、このような実情に鑑みてなされ
たもので、1つの駆動素子で2つの液室を駆動すること
によって、共通液室を駆動する専用駆動素子を具備する
必要がない液滴吐出装置を提供することを目的としてい
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、(1)ノズルにインクを供給する個別液
室と、前記個別液室にインクを供給する共通液室と、前
記個別液室と前記共通液室を連通するインク流路とを備
えたインクジェット記録装置において、前記個別液室ま
たは前記共通液室のいずれか一方の液室を加圧する第1
の加圧手段と、該第1の加圧手段に連動し機械的変形す
ることによって他方の液室を加圧する第2の加圧手段を
有すること、更には、(2)前記(1)の前記第1の加
圧手段と前記第2の加圧手段は、互いに直角方向に加圧
または減圧すること、更には、(3)前記(1)または
(2)の前記第1の加圧手段と前記第2の加圧手段は、
前記第1の加圧手段が加圧する方向に変形する時には前
記第2の加圧手段が減圧する方向に変形し、前記第1の
加圧手段が減圧する方向に変形する時には前記第2の加
圧手段が加圧する方向に変形すること、更には、(4)
前記(1)〜(3)の前記第1の加圧手段は積層圧電素
子であることを特徴としたものである。
【0007】
【作用】流路板には、裏面に凹部があり、インク供給口
よりインクの供給を受けてインクを収容する共通液室が
設けられている。共通液室に連通して隔壁により区画さ
れてインク流路となり、加圧によりインク内に圧力波を
発生させる個別液室が複数平行して設けられている。流
路板には、順に駆動素子と基板とが接合され、駆動素子
には個別液室に対応して加圧する歪部が設けられてい
る。歪部に画像情報に基づく信号が印加されると、個別
液室内は体積変化して圧力波を発生し、ノズルよりイン
ク滴を噴射する。噴射後、駆動素子の駆動で共通液室は
体積変化し、圧力波を発生して積極的にインクを供給す
る。すなわち、複数の個別液室の同時加圧駆動数に応じ
て共通液室の加圧力を可変する。
【0008】
【実施例】実施例について、図面を参照して以下に説明
する。図1(a)〜(c)は、本発明によるインクジェ
ット記録装置におけるインク供給装置の一実施例を説明
するための構成図で、図1(a)は斜視図、図1(b)
は流路板の裏面を示す斜視図、図1(c)は構成要素を
一体に接合したときの断面図である。図中、1は流路
板、2はノズルプレート、3はノズル、4は隔壁、5は
個別液室、5aはノズル側、6は共通液室、7はインク
供給口、8は個別液室の駆動素子、9は共通液室の駆動
素子、10は仕切スリット、11は歪部、12は基板、
13は振動板、14はフレームである。
【0009】図1(b)に示すように、流路板1には、
裏面に凹部があり、インク供給口7よりインクの供給を
受けてインクを収容する共通液室6が設けられている。
更に、該共通液室6に連通して隔壁4により区画されて
インク流路となり、加圧によりインク内に圧力波を発生
させる個別液室5が複数平行して設けられている。流路
板1には、順に駆動素子8と基板12とが接合され、駆
動素子8には個別液室5に対応して加圧する歪部11が
設けられている。歪部11は仕切スリット10により区
画され、該仕切スリット10内には弾性のある軟質な充
填剤が充填されている。
【0010】流路板1の個別液室5のノズル側5aに
は、個別液室5に対応したノズル3を有するノズル板2
が接合され、図1(c)に図示する如く一体構成され
る。歪部11に画像情報に基づく信号が印加されると、
個別液室5内は体積変化して圧力波を発生し、ノズル3
よりインク滴を噴射する。噴射後、駆動素子9の駆動で
共通液室6は体積変化し、圧力波を発生して積極的にイ
ンクを供給する。
【0011】個別液室の駆動素子8が他の個別液室の駆
動素子8と同時に駆動する場合、その駆動数が多ければ
多いほど、次の駆動時までの充填性が要求される。そこ
で、共通液室の駆動素子9の加圧力を、駆動素子8の同
時駆動数が少ない時は小さく、多い時は大きくすること
で、インクの供給量を微調する。共通液室の駆動素子9
に圧電素子を使用した場合、圧電素子の加圧力は圧電素
子に加える電圧が低いと加圧力は小さく、電圧が高いと
加圧力は大きい。加圧力の可変を圧電素子に加える電圧
を可変することで実現できる。
【0012】図2(a),(b)は、共通液室の駆動素
子に圧電素子を使用した場合、圧電素子を複数に分割し
た図である。図2(a)は個別液室の数だけ分割し、図
2(b)は特定数に分割した図である。共通液室の圧電
素子9の加圧力は、圧電素子が分割されていれば、圧電
素子が少なければ加圧力は小さく、圧電素子が多ければ
加圧力は大きい。図2(a),(b)いずれにおいて
も、加圧力の可変を圧電素子の数を可変することで実現
できる。
【0013】図3(a),(b)は、共通液室と圧力ポ
ンプとの関係を示す図で、図3(a)は、共通液室の加
圧手段がないヘッドと、該ヘッドのインク供給口に圧力
ポンプを直接接続した図で、図3(b)は、圧力ポンプ
に圧電素子を使用した場合の図である。図中、15は基
板、15aはフレーム、16は圧電素子、17は弁、1
8はチューブ、19は液室、20は圧力ポンプ、21は
インクタンクで、その他、図1と同じ作用をする部分は
同一の符号を付してある。
【0014】共通液室よりも上流に圧力ポンプ20を設
けることで、共通液室を駆動することと同等に積極的に
インクを供給できる。圧力ポンプ20の加圧力を個別液
室の駆動素子8の同時駆動数が少ない時は小さく、多い
時は大きくすることで、インクの供給量を微調すること
ができる。また、圧力ポンプは容易に脱着可能であるの
で、低速印字仕様の場合は取り付けないことによりコス
トダウンが図れる。
【0015】圧力ポンプの加圧力は、圧電素子16に加
える電圧が低いと加圧力は小さく、電圧が高いと加圧力
は大きい。加圧力の可変を圧電素子に加える電圧を可変
することで実現できる。圧電素子16も、図2(a),
(b)に示すように複数分割できる。圧力ポンプの圧電
素子16の加圧力は、圧電素子が分割されていれば、圧
電素子が少なければ加圧力は小さく、圧電素子が多けれ
ば加圧力は大きい。図2(a),(b)いずれにおいて
も、加圧力の可変を圧電素子の数を可変することで実現
できる。
【0016】図4(a)〜(d)は、圧電素子の変位方
向と個別液室及び共通液室の加圧状態を示す図で、図4
(a),(b)は、圧電素子(PZT)のd31方向
(長さ方向)変位で個別液室を加圧し、d33方向(厚
さ方向)変位で共通液室を加圧する場合の構成図で、図
4(c),(d)は、圧電素子(PZT)のd33方向
(厚さ方向)変位で個別液室を加圧し、d31(長さ方
向)変位で共通液室を加圧する場合の構成図である。図
中、22は変位方向変換板、23は圧電素子(PZT)
で、その他、図1と同じ作用をする部分は同一の符号を
付してある。
【0017】図4(a)において、PZT23のd31
方向変位収縮後の復帰により、変位方向変換板22を通
して個別液室5を加圧して、その後のd33方向変位の
伸張で共通液室6を加圧する。図4(b)において、P
ZT23のd31方向変位収縮後の復帰により、個別液
室5を加圧して、その後のd33方向変位の伸張で、変
位方向変換板22を通して共通液室6を加圧する。
【0018】図4(c)において、PZT23のd33
方向変位の伸張により、変位方向変換板22を通して個
別液室5を加圧して、その後のd31方向変位の収縮後
の復帰で共通液室6を加圧する。図4(d)において、
PZT23のd33方向変位の伸張により、個別液室5
を加圧して、その後のd31方向変位の収縮後の復帰
で、変位方向変換板22を通して共通液室6を加圧す
る。いずれの場合も、個別液室の加圧によるインク噴射
後のインクの補充を積極的に行うことができる。
【0019】図5(a)〜(e)は、インク流路にダイ
オード特性を有する流体抵抗を設けた構成図で、図5
(a)は流体抵抗の形状の斜視図で、図5(b)は個別
液室と共通液室との間に第1の流体抵抗を入れた図で、
図5(c)は共通液室より上流あるいは共通液室と圧力
ポンプの間に第2の流体抵抗を入れた図で、図5(d)
は圧力ポンプより上流に第3の流体抵抗を入れた図で、
図5(e)は図5(b)〜図5(d)を組み合わせた図
である。図中、31〜33は第1〜第3の流体抵抗で、
その他、図1と図3と同じ作用をする部分は同一の符号
を付してある。
【0020】図5(a)は、矢印の方向が順方向とな
る。図5(b)は共通液室6から個別液室5への方向が
順方向となり、個別液室加圧時に共通液室側へのインク
の逆流をおさえる。図5(c)は、共通液室の上流から
共通液室への方向が順方向となり、共通液室加圧時、及
び圧力ポンプ加圧後の共通液室から上流への逆流をおさ
える。図5(d)は、圧力ポンプの上流から圧力ポンプ
への方向が順方向となり、圧力ポンプ加圧時の圧力ポン
プから上流への逆流をおさえる。図5(e)は、流体抵
抗31,流体抵抗32,流体抵抗33を組み合わせて使
用した場合の図で、より一層逆流をおさえることができ
る。
【0021】図6(a),(b)は、流体抵抗をドライ
フィルムレジストで一体成形した図と部分拡大図であ
る。図6(a)におけるドライフィルムレジスト(DF
R)1〜3の部分拡大図が図6(b)であり、ドライフ
ィルムレジスト(DFR)2にパターンカット部分を有
している。一体成形した流体抵抗も、流体抵抗31と同
等な効果が得られる。
【0022】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によると、以下のような効果がある。個別液室と、共通
液室と、共通液室から個別液室に連通するインク流路を
備えた液滴吐出装置において、個別液室または共通液室
のいずれか一方の液室を加圧する第1の加圧手段の変位
が、第2の加圧手段に連動し機械的に変位させることに
よって他方の液室を加圧するので、1つの駆動素子で2
つの液室を駆動することができ、共通液室を駆動する専
用駆動素子を具備する必要がない。また、駆動素子に積
層圧電素子を用いて1つの流路に1つの積層圧電素子を
使用し、長さ方向変位(d31)で個別液室を加圧して
インクを吐出し、厚さ方向変位(d33)で共通液室を
加圧し、インクを積極的に補充し、また、積層圧電素子
において、厚さ方向変位(d33)で個別液室を加圧し
てインクを吐出し、長さ方向変位(d31)で共通液室
を加圧し、インクを積極的に補充するので、積層圧電素
子のエネルギーを有効に活用し、インクの供給を向上す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明によるインクジェット記録装置におけ
るインク供給装置の一実施例を説明するための構成図で
ある。
【図2】 本発明における共通液室の駆動素子に圧電素
子を使用した場合に、該圧電素子を複数に分割した図で
ある。
【図3】 本発明における共通液室と圧力ポンプとの関
係を示す図である。
【図4】 本発明における圧電素子の変位方向と個別液
室及び共通液室の加圧状態を示す図である。
【図5】 本発明におけるダイオード特性を有する流体
抵抗を説明するための図である。
【図6】 本発明における流体抵抗をドライフィルムレ
ジストで一体成形した図である。
【図7】 従来のメニスカス振動の経時変化を示す図で
ある。
【符号の説明】
1…流路板、2…ノズルプレート、3…ノズル、4…隔
壁、5…個別液室、5a…ノズル側、6…共通液室、7
…インク供給口、8…個別液室の駆動素子、9…共通液
室の駆動素子、10…仕切スリット、11…歪部、12
…基板、13…振動板、14…フレーム。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮口 耀一郎 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株 式会社リコー内 (72)発明者 及川 達彦 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株 式会社リコー内 (72)発明者 阿部 俊一 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株 式会社リコー内 (56)参考文献 特開 平4−44855(JP,A) 特開 平4−357045(JP,A) 特開 平4−45947(JP,A) 実開 昭63−92746(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B41J 2/175 B41J 2/045 B41J 2/055

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ノズルにインクを供給する個別液室と、
    前記個別液室にインクを供給する共通液室と、前記個別
    液室と前記共通液室を連通するインク流路とを備えた液
    滴吐出装置において、前記個別液室または前記共通液室
    のいずれか一方の液室を加圧する第1の加圧手段と、該
    第1の加圧手段に連動し機械的変形することによって他
    方の液室を加圧する第2の加圧手段を有することを特徴
    とする液滴吐出装置。
  2. 【請求項2】 前記第1の加圧手段と前記第2の加圧手
    段は、互いに直角方向に加圧または減圧することを特徴
    とする請求項1記載の液滴吐出装置。
  3. 【請求項3】 前記第1の加圧手段と前記第2の加圧手
    段は、前記第1の加圧手段が加圧する方向に変形する時
    には前記第2の加圧手段が減圧する方向に変形し、前記
    第1の加圧手段が減圧する方向に変形する時には前記第
    2の加圧手段が加圧する方向に変形することを特徴とす
    る請求項1または2記載の液滴吐出装置。
  4. 【請求項4】 前記第1の加圧手段は積層圧電素子であ
    ることを特徴とする請求項1乃至3いずれか1項に記載
    液滴吐出装置。
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