(57)【要約】      （修正有）【課題】インクジェット記録装置において、高価な部材や多種類の部品を必要とせず、ノズルの共振周波数の調整を容易にする。【解決手段】インクジェット記録装置のノズル本体は、インク粒子を噴出するオリフィス孔を有し、インク粒子を噴出する方向の前面に設置されるノズルプレートと、ノズルプレートの後面に設置され、ノズルプレートを支えるノズルボデーと、ノズルプレートを覆うノズルジャケットとを有し、ノズルボデーの後側に延在する共振棒３８を設け、共振棒には電気信号により振動する圧電素子３９を共振棒を取り囲むようにして挿入し、共振棒に圧電素子を固定するＣＷナット４３ｂを装着し、ノズルボデー内部に供給されたインクを蓄え、圧電素子からの振動を共振棒を介して受けることによりインクを粒子化して、オリフィス孔からインク粒子を噴出させるインク液室を有し、ＣＷナットと圧電素子の間に振動調整用部材４１を配置した。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インク粒子を噴出するノズル本体と、噴出されたインク粒子に文字や図形等の文字信号を帯電させる帯電電極と、帯電されたインク粒子を偏向させるための偏向電極とを備え、
前記ノズル本体から噴出されるインク粒子を、前記帯電電極により帯電させて、前記偏向電極により変更させて、印刷対象物に印刷するインクジェット記録装置であって、
前記ノズル本体は、
インク粒子を噴出するオリフィス孔を有し、インク粒子噴出する方向の前面に設置されるノズルプレートと
前記ノズルプレートの後面に設置され、前記ノズルプレートを支えるノズルボデーと、
前記ノズルプレートを覆うノズルジャケットと、を有し、
前記ノズルボデーの後側に延在する共振棒を設け、
前記共振棒には、電気信号より振動する圧電素子を、前記共振棒を取り囲むようにして挿入し、
前記共振棒に前記圧電素子を固定するＣＷ（Counter Weight）ナットを装着し、
前記ノズルボデーの内部に、供給されたインクを蓄え、前記圧電素子からの振動を、前記共振棒を介して受けることによりインクを粒子化して、前記オリフィス孔からインク粒子を噴出させるインク液室を有し、
前記ＣＷナットと前記圧電素子の間に振動調整用部材を配置したことを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項２】
前記振動調整用部材は、弾性部材であることを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装置。
【請求項３】
前記振動調整用部材は、バネ部材であることを特徴とする請求項２記載のインクジェット記録装置。
【請求項４】
前記オリフィス孔の口径に従い、前記バネ部材の長さを調整することを特徴とする請求項３記載のインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット記録装置に係り、特に、ノズルの共振体において、効率良くインクを粒子化させるための共振周波数の調整を容易にするインクジェット記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業用のインクジェット記録装置は、生産ラインによる製造物に対して、インクをドット状にして吹き付けて、製品番号や製造年月日を製造物の表面に記録する装置であり、様々な製造分野の製造物に対して使用されている。
【０００３】
このようなインクジェット記録装置は、一般的に、連続的に噴出されたインクを粒子に変化させ、文字や図形の作成に必要なインク粒子に対して帯電、偏向をおこない、印字に使用しない粒子には帯電、偏向をおこなわずに回収する機構になっている。したがって、インクジェット記録装置は、ノズル本体より噴出されたインク粒子の均一性が、印字品質に大きな影響を与える。この印字品質の安定を図るために、従来のインクジェット記録装置は、ノズル本体を構成するノズルボデーから延在する共振棒に、電気信号により振動する圧電素子とウェイト兼用ナット（以下、「ＣＷ（Counter Weight）ナット」という）を取り付けて固定し、圧電素子の振動を共振棒からインクに伝えるインク液室を設け、圧電素子の振動は、固定されたＣＷナットの形状により共振周波数を調整していた。
【０００４】
例えば、特許文献１には、ノズルの共振棒に共振体を振動させる圧電素子を設け、共振棒の先端に、共振体を振動させる圧電素子を共振棒に固定する固定用ナットを設け、共振棒に振動調整用ナットを複数個取り付けたインクジェット記録装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３１３８０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のインクジェット記録装置は、インク粒子の粒が小さい極小口径のオリフィス孔を使用し印字させた場合や、インク粒子の粒が大きい大口径のオリフィス孔を使用し印字させた場合などは、ノズルボデーの共振棒に取り付けてある圧電素子の振動により得て、固定するＣＷナットの形状（主に、ＣＷナットの質量）によりノズルの共振周波数を調整していた。ＣＷナットの種類を使用するオリフィス口径などの駆動させる条件により増やすことはノズル本体に高価な部品を付加することとなり、ノズルの単価を上げる要因をもたらすことでコスト高につながる。また、部品管理においてもＣＷナットの種類が多くなり管理が困難になりがちである。
【０００７】
本発明の目的は、高価な部材や多種類の部品を必要とせず、ノズルの共振周波数の調整を容易にするインクジェット記録装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のインクジェット記録装置の構成は、好ましくは、インク粒子を噴出するノズル本体と、噴出されたインク粒子に文字や図形等の文字信号を帯電させる帯電電極と、帯電されたインク粒子を偏向させるための偏向電極とを備え、ノズル本体から噴出されるインク粒子を、帯電電極により帯電させて、偏向電極により変更させて、印刷対象物に印刷するインクジェット記録装置であって、ノズル本体は、インク粒子を噴出するオリフィス孔を有し、インク粒子噴出する方向の前面に設置されるノズルプレートと、ノズルプレートの後面に設置され、ノズルプレートを支えるノズルボデーと、ノズルプレートを覆うノズルジャケットとを有し、ノズルボデーの後側に延在する共振棒を設け、共振棒には、電気信号より振動する圧電素子を、共振棒を取り囲むようにして挿入し、共振棒に圧電素子を固定するＣＷナットを装着し、ノズルボデー内部に供給されたインクを蓄え、圧電素子からの振動を共振棒を介して受けることによりインクを粒子化して、オリフィス孔からインク粒子を噴出させるインク液室を有し、ＣＷナットと圧電素子の間に振動調整用部材を配置したようにしたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、高価な部材や多種類の部品を必要とせず、ノズルの共振周波数の調整を容易にするインクジェット記録装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】インクジェット記録装置の全体外観図である。
【図２】インクジェット記録装置の概略構成を説明する図である。
【図３】従来技術に係るノズル本体の構成を示した断面図である。
【図４】図３のノズル本体における共振体の拡大図である。
【図５】共振体の種別ごとに、励振周波数と振幅の関係を示すグラフである。
【図６】一実施形態に係るノズル本体の構成を示した断面図である。
【図７】振動調整用部材の拡大図である。
【図８】図６のノズル本体における共振体の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係る一実施形態を、図１ないし図８を用いて説明する。
【００１２】
先ず、図１を用いてインクジェット記録装置の全体外観を説明する。
本実施形態のインクジェット記録装置は、制御部２と循環部３を内部に収納した本体部１で構成されている。また、印字するために必要なインク粒子１５を作成させるノズルヘッド部５は、本体部１からケーブル４で接続されている。
【００１３】
次に、図２を用いてインクジェット記録装置の概略構成を説明する。
主インクボトル６には、インク７を充填しておく。主インクボトル６、インク供給弁８、インク供給ポンプ９、インクフィルター１１、インク圧力を調整するインク調圧弁１２、ヒータユニット１３、ノズル本体１４は、インク供給管１０で連通接続されている。ノズル本体１４より噴出されたインク粒子１５は、帯電電極１６により帯電され、偏向電極１７により変更されて、印刷対象物の所望の位置に吹き付けられる。また、ノズル本体１４より噴出されたインク粒子１５を回収するためのガター１８、インク回収弁１９、インク回収ポンプ２０、主インクボトル６は、インク回収管２１で連通接続されている。また、ノズル本体１４からインク７を循環させるために、インク循環弁２２、インク循環ポンプ２３、主インクボトル６は、インク循環管２４で連通接続されている。
【００１４】
また、補充インクボトル２５に補充用のインク２６が充填されており、インク補充弁２７、インク供給ポンプ９は、インク補充管２８で連通接続され、文字や画像の形成に費やされた分量の補充用のインク２６を主インクボトル６に補充するインク補充機構を構成する。
さらに、補力液タンク２９には補力液３０が充填されており、補力液補充弁３１、補力ポンプ３２、主インクボトル６は、補力液補充管３３で連通接続され、揮発した分量の補力液３０を主インクボトル６に補充する補力液補充機構を構成する。
【００１５】
本実施形態のノズル本体の特徴を説明する前に、先ず、図３ないし図５を用いて従来技術に係るノズル本体の構成について説明する。
【００１６】
先ず、ノズル本体１４の構成について図３を用いて説明する。
ノズル本体１４は、ノズルボデー３４、ノズルプレート３６、ノズルジャケット４４で構成されており、ノズルボデー３４とノズルプレート３６は、一般的にステンレスで形成されている。ノズルボデー３４の前側にはインクを噴出するオリフィス孔３５を有したノズルプレート３６が配置され、ノズルボデー３４を覆うようにノズルジャケット４４が配置されている。ノズルプレート３６とノズルボデー３４の間にはシール部材３７が介在して液漏れを防止している。また、ノズルボデー３４の内部にインク液室４６が設けられ、ノズルプレート３６とノズルボデー３４の接続は複数個のネジ（図略）で固定されている。ノズルボデー３４の後側に延在する共振棒３８は一部をネジ構造とし、この共振棒３８に励振源４０により振動する圧電素子３９を、共振棒３８を取り囲むように挿入して、ＣＷナット４３により固定される。ここで、共振棒３８に圧電素子３９とＣＷナット４３を配置させて振動する部分を共振体１とする。一般的に使用される励振周波数は、オリフィスの口径や駆動する条件などにより異なるが１０〜１００ｋＨｚ程度であり、この励振周波数は、励振源４０として共振体１に配置した圧電素子３９を振動させ、ＣＷナット４３の形状により振動が調整される。
【００１７】
次に、ノズル本体におけるインクを粒子化させる動作について説明する。本体部１でのインク７の流れは、図２で示した如くである。そして、図３に示したインク供給管１０より加圧されたインク７は、インク流通供給管４５を通り、インク液室４６に供給される。供給された加圧されたインク７は、インク液室４６の内壁より共振体１より得た振動が伝えられ、オリフィス孔３５よりインク流として噴出される。噴出されたインク流は、圧力と振動により徐々にくびれさせ、そのくびれたインク流からインク粒子１５を分離させている。また、印字に使用されないインク７はインク液室４６からインク流通循環管４７を通り、本体部１に戻される。
【００１８】
次に、図４を用いてノズル本体１４における共振体１の構成について説明する。
図４には、大口径のオリフィス孔を配置させた共振体１０２と形状の大きいＣＷナット４３ｃ（図４（Ａ））、小口径のオリフィス孔を配置させた共振体１０１と形状の小さいＣＷナット４３ｂ（図４（Ｃ））、また、大口径、小口径の中間のオリフィス口径である標準口径のオリフィス孔を配置させた共振体１００と形状の大きさが中間であるＣＷナット４３ａ（図４（Ｂ））が示されている。これらは、それぞれのオリフィス孔３５のサイズに合わせた共振周波数を調整するためにＣＷナット４３の形状（主に、ナットの質量）が異なっている。原理上、インクをインク滴化するのにはオリフィス孔３５の口径を大きくすると、動作周波数を小さくする必要があり、オリフィス孔３５の口径を小さくすると、動作周波数を大きくする必要がある。
【００１９】
次に、図５を用いて共振体の種別ごとの振幅・周波数特性について説明する。
図５には、共振体の種別ごとの振幅・周波数特性が示されており、グラフ（Ａ）、グラフ（Ｂ）、グラフ（Ｃ）が、各々、図４に示される大口径のオリフィス孔を配置させた共振体１０２（図４（Ａ））、標準口径のオリフィス孔を配置させた共振体１００（図４（Ｂ））、小口径のオリフィス孔を配置させた共振体１０１における振幅・周波数特性（図４（Ｃ））に対応している。
【００２０】
管理トルク値とは、各々の共振体の種別ごとに定められる調整用のＣＷナットを締め付けるときにかけるトルク値であり、振幅を一番大きくするときのトルク値を管理トルク値として定めている。ここで、大口径のオリフィス孔を配置させた共振体１０２に対する形状の大きいＣＷナット４３ｃの管理トルク値を、第３トルク値、小口径のオリフィス孔を配置させた共振体１０１に対する形状の小さいＣＷナット４３ｂの管理トルク値を、第２トルク値、また、標準口径のオリフィス孔を配置させた共振体１００の形状の大きさが中間であるＣＷナット４３ａの管理トルク値を、第１トルク値とする。そして、そのときにとる励振周波数は、大口径のオリフィス孔を配置させた共振体１０２の場合が一番小さく、小口径のオリフィス孔を配置させた共振体１０１の場合が一番大きく、標準口径のオリフィス孔を配置させた共振体１００の場合がその中間であることを示しており、図４に示すように、ＣＷナットの形状を変えることにより、励振周波数の振幅を増加減させることができる。
【００２１】
次に、図６ないし図８を用いて一実施形態に係るノズル本体の構成について説明する。
図６に示されるように、本実施形態のノズル本体１４における共振体２においては、ノズルボデー３４の共振棒３８に励振源４０により振動する圧電素子３９を挿入し、弾性部材、望ましくは、図７に示されるバネ部材による振動調整用部材４１を挿入し、ＣＷナット４３により固定される。
【００２２】
ここでは、図８に示されるように、共振棒３８に圧電素子３９と振動調整用部材４１とＣＷナット４３ｂで構成される部分を共振体２とする。振動調整用部材４１の配置については、圧電素子３９とＣＷナット４３ｂの間に取り付ける。ＣＷナット４３ｂは、図４（Ｃ）に示した小口径のオリフィス孔を配置させた共振体１０１に対する形状の小さいＣＷナットである。
【００２３】
図６のノズル本体における共振体２を拡大して断面を示すと、図８のようになる。
図８には、大口径のオリフィス孔による構成を表す共振体２０２（図８（Ａ））、標準口径のオリフィス孔による構成を表した共振体２００（図８（Ｂ））、極小口径のオリフィス孔による構成を表した共振体２０１（図８（Ｃ））が示されており、全ての共振体には、共通のＣＷナット４３ｂが配置されている。
【００２４】
振動調整部材による共振周波数を調整する仕組みを説明するために、図５の振幅と周波数特性のグラフを用いる。共振体２に配置したＣＷナット４３ｂを対応した管理トルク値（第２管理トルク値）によるトルクレンチやトルクドライバーなどの工具で諦緩させることによって、共振棒３８に取り付けてある振動調整部材４１を構成するバネ部材が伸縮され、共振周波数を増加減させることができる。例えば、標準口径から大口径に仕様を変更したとして、先ず、オリフィス孔３５を有したノズルプレート３６を付け替え、ＣＷナット４３ｂを第１管理トルク値（オリフィス孔３５が標準口径の場合の管理トルク値）から第３管理トルク値（オリフィス孔３５が大口径の場合の管理トルク値）になるように上記の工具を用いて緩めることにより、共振周波数の変更が可能になる（図５の緩める操作）。逆に、大口径から標準口径に仕様を変更した場合は、ノズルプレート３６を付け替えてＣＷナット４３ｂを第３管理トルク値から第１管理トルク値になるように上記の工具により締めれば共振周波数の変更が可能になる（図５の締める操作）。
【００２５】
ここで、共振体２００と２０２の振幅特性が変化するのは、ノズルボデー３４の共振棒３８に励振源４０により振動する圧電素子３９とＣＷナット４３ｂのほかに、振動調整用部材４１を取り付けることにより、共振体２００と共振体２０２の質量中心４９が変化して、共振棒３８より共振体２に与える変形による作用特性が変化したこと、および、共振棒３８のインク液室４６側を支点４８として、ＣＷナット４３ｂの質量中心４９とトルク管理値によって振動調整用部材４１により調整された距離５０の関係から、圧電素子３９が持つ固有振動数を変化させ、共振体２に与える振幅が変化したことによる。
【００２６】
そして、このような構成にすることにより、ノズルにおける共振周波数を調整することが可能であり、使用するＣＷナット４３ｂを共有化することにより、オリフィス口径別に持っていたノズル本体１４の構造も共有化できることで部品管理も容易になり、安価な構成でノズルを供給できる。しかも、付加する部材しては、共通のバネ部材による振動調整用部材４１でよい。
【符号の説明】
【００２７】
１…本体部、２…制御部、３…循環部、４…ケーブル、５…ノズルヘッド部、６…主インクボトル、７…インク、８…インク供給弁、９…インク供給ポンプ、１０…インク供給管、１１…インクフィルター、１２…インク調圧弁、１３…ヒータユニット、１４…ノズル本体、１５…インク粒子、１６…帯電電極、１７…偏向電極、１８…ガター、１９…インク回収弁、２０…インク回収ポンプ、２１…インク回収管、２２…インク循環弁、２３…インク循環ポンプ、２４…インク循環管、２５…補充インクボトル、２６…補充用のインク、２７…インク補充弁、２８…インク補充管、２９…補力液タンク、３０…補力液、３１…補力液補充弁、３２…補力ポンプ、３３…補力液補充管、３４…ノズルボデー、３５…オリフィス口、３６…ノズルプレート、３７…シール部材、３８…共振棒、３９…圧電素子、４０…励振源、４１…振動調整用部材、４３，４３ａ，４３ｂ，４３ｃ…ＣＷナット、４４…ノズルジャケット、４５…インク流通供給孔、４６…インク液室、４７…インク流通循環孔、４８…支点、４９…質量中心、５０…距離、１００，２００…標準口径用共振体、１０１，２０１…極小口径用共振体、１０２，２０２…大口径用共振体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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