(57)【要約】【課題】振動子１は電極４にはさまれた円筒形振動子である。ボデー２の振動子固定側はねじ構造となっており、電極４、振動子１を貫いてナット１４に固定される。ナット１４はナット固定具１８を介して印字ヘッド３に固定される。ボデー２のインク液室側はボデー固定具５により、位置を微調整し印字ヘッド３と固定されている。オリフィス６はボデー３のインク液室側に固定される。振動子の一方が自由になっているため、振動の一部はインクに伝わらず損失となる。そのため、インクをインク滴するのに必要十分な電気信号出力が必要となる。本発明は、インクに効率よく振動を伝え、電気信号出力を最小限にする印字ヘッド構造を提供する。【解決手段】ボデーの反対側の振動子の固定を印字ヘッドの一部を使用して固定することにより達成される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気信号により振動する振動子と、この振動子を拘束する固定体と、前記振動子の振動をインクに伝えるインク室と、インク流を供給するオリフィスを有するノズルと、このノズルを保持し、インク滴を帯電、偏向させる印字ヘッドとを備えたインクジェット記録装置において、
前記固定体の一部が前記印字ヘッドと結合されるインクジェット記録装置。
【請求項２】
請求項１のインクジェット記録装置において、前記オリフィスは、前記印字ヘッドのベース部に固定されて前記固定体を構成するボデーと接合し、前記オリフィスと前記ボデーとの接合面は球形であることを特徴とする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のノズルの励振効率向上および製作性向上に寄与する。
【背景技術】
【０００２】
従来のインクジェット記録装置（以下、ＩＪＰとする。）として特許文献１に記載のものがある。ＩＪＰはノズルを備えており、ノズルは振動子により、インク室に振動が伝えられ、この振動によってオリフィスより常時流れているインク流からインク滴を分離させる。
【０００３】
振動子は高速で振動する必要があるため、ピエゾ素子などの電気機械変換素子が使用される。一般に使用される周波数はオリフィス径により異なるが、１０〜１００ｋＨｚ程度である。オリフィス径はインク滴の大きさによりサイズが異なり、インク滴を大きくすることで印字のドットサイズを変更することができる。
【０００４】
【特許文献１】特開平10-16239号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ピエゾ素子等の振動子は電圧の強弱に比例して変形するため変形方向に電極が必要となる。振動子は導電性をもつインクに直接触れることができないため、インク室と振動子は隔壁を介してノズル本体に固定される。振動子の形状は様々であるが，円筒形振動子の場合は、ノズルの一部をねじ構造にし、ナット等ではさみ、固定する方法がある。ナットではさむ方法は振動子を接着剤などで接合するよりも容易に強度を得ることができる。
【０００６】
振動子の一方が自由端となり、振動子を含めた質量が小さい場合には、ノズルの共振周波数が高くなる。そのため実用周波数付近で使用する場合、振動の一部はインクに伝わらず損失となり、インク流をインク滴にするのに必要十分な電気信号出力が必要であった。また、オリフィス径により、振動周波数が異なるため、インク滴の大きさに応じたノズル、主にナットの質量の変更が必要であった。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、インクに効率よく振動を伝え、電気信号出力が小さい印字ヘッド構造を有するインクジェット記録装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を解決するために、電気信号により振動する振動子と、この振動子を拘束する固定体と、前記振動子の振動をインクに伝えるインク室と、インク流を供給するオリフィスを有するノズルと、このノズルを保持し、インク滴を帯電、偏向させる印字ヘッドとを備えたインクジェット記録装置において、本発明は、前記固定体の一部が前記印字ヘッドと結合されることを特徴とする。
【０００９】
また、上記のインクジェット記録装置において、前記オリフィスは、前記印字ヘッドのベース部に固定されて前記固定体を構成するボデーと接合し、前記オリフィスと前記ボデーとの接合面は球形であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、インクに効率よく振動を伝え、電気信号出力が小さい印字ヘッド構造を備えたインクジェット記録装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図1に本発明の平面図を示す。
振動子１は電極４にはさまれた円筒形振動子であり、固定体によって拘束される。振動子を拘束する固定体について説明する。ボデー２の振動子固定側はねじ構造となっており、電極４、振動子１を貫いてナット１４で固定される。ナット１４はナット固定具１８を介し、印字ヘッド３のベース部に固定される。ボデー２のインク液室側はボデー固定具５により、印字ヘッド３のベース部に固定されている。オリフィス６はボデー３のインク液室側に固定される。
【００１２】
次にＩＪＰの動作について説明する。
本体（図示せず）より加圧されたインク（図示せず）がインク供給チューブ８からボデー２内部の液室に供給される。インクをノズルにすばやく供給するために、ボデー２内部は循環構造となっており、始動時、インクはインク循環チューブ９から本体に戻る。次に、インク循環チューブ９の本体側の経路を閉止するとインクは、オリフィス６から一定速度で噴出される。オリフィス６には直径０．０３〜０．１ｍｍの細孔があり、そこよりインク流（図示せず）が噴出される。
【００１３】
振動子１は本体の励振源７の交流信号により振動する。振動はボデー２の隔壁を変形させ液室内のインク流に振動を伝達する。振動はインク流に微小な圧力変動を生じさせる。圧力変動はインク流をくびれさせ、そのくびれがインクの表面張力により成長し、帯電電極１１の内部でインク滴１０となる。インク滴１０は滴化直前に帯電電極１１で帯電される。帯電量は本体より印字される文字により変化する。帯電中に滴化し、帯電されたインク滴１０は偏向電極１２の電界中で偏向される。偏向量は前出の帯電量に比例する。偏向されたインク滴１０は移動する印字物１３に着地し、文字を形成する。印字に不要なインク滴１０は帯電されずに、ガター１５に捕獲され、本体に回収される。
【００１４】
また、振動子１の振動は励振源７の信号の大きさに比例する。本実施例では振動子１は大きな質量と剛性をもつ印字ヘッド３に固定されているため大部分の変位はボデー２のインク液室隔壁の変位となる。
【００１５】
図２に従来例との比較を示す概念図を示す。
【００１６】
（ａ）は本実施例の印字ヘッドを示す。振動子１はボデー２とナット１４を介し、印字ヘッド３のベース部に固定されている。ボデー２の隔壁は印字ヘッド突起部側に対して充分に薄いため、自由端とみなすことができる。隔壁の厚みはボデー２の剛性にもよるが、０．１〜０．３ｍｍであることが望ましい。
【００１７】
（ｂ）及び（ｃ）は従来例の一例である。振動子１の固定はナットで固定される。一方、ボデー２は印字ヘッド３のベース部に固定されているため、ナット側が自由端となる。（ｂ）はインク滴サイズが小さいオリフィス６に使用されるナット１４ａを、使用した印字ヘッドであり、（ｃ）はインク滴サイズが大きいオリフィス６に使用されるナット１４ｂである。（ｂ）に使用されるナット１４ａは（ｃ）に使用されるナット１４ｂに比べ、質量が小さい。原理上、インクをインク滴化するには、オリフィス６の口径が大きくなると動作周波数を小さくする必要がある。
【００１８】
図３に図２の薄肉部の振動の周波数と振幅の関係を示す。図３の記号（ａ）（ｂ）（ｃ）は図２の記号と対応する。
【００１９】
インク滴サイズの小さい印字ヘッド（ｂ）は隔壁部が固定端となるため、自由端であるナット１４ｂを使用して、動作周波数ｆｂで粒子化に必要な振幅Ａｍｉｎを得る。同じく、インク滴サイズの大きい印字ヘッド（ｃ）はナット１４ｃを使用して、動作周波数ｆｃで必要な振幅を得る。また、これらは共振点付近を使用しており共振点を変化させる要素、すなわちボデー２の材質、質量、剛性に依存する。
【００２０】
これに対し、（ａ）は隔壁部が自由端とみなされるので、共振周波数は（ａ）のように十分に低くなる。しかも、印字ヘッド３に固定されているため、振幅は隔壁部に集中し、動作周波数にかかわらず必要な振幅Ａｍｉｎをえることができる。また、共振周波数と動作周波数を十分にはなすことができるため、ボデー２の質量、合成に依存することが少ない。
【００２１】
本発明はボデー２の隔壁部を自由端とみなす構成にすることで、効果をえることができるが、さらにその効果を安定させるためにボデー２シャフト部を改良する方法がある。
図４にその一例を示す。隔壁部にかかる力は振動系を単純化するためスラスト方向だけに加わることが望ましい。ラジアル方向に力が働くと、剛性が増し、理想的な自由端とならず、不要な共振、振幅の低下が生じる。
【００２２】
そこで、図１のボデー２を固定する固定具５の位置を微調整することでスラスト方向のひずみを低減することができるが、その他の方向のひずみを修正する手段として図４（ｂ）に示すように、ボデー２のシャフト部の隔壁側結合部の径φｄを一部小さくすることでラジアル方向のひずみを充分無視することができる。φｄの径はボデー２の剛性にもよるが、１．５〜２．５ｍｍ程度が望ましい。
【００２３】
本実施例では、ボデー２と振動子１の印字ヘッド３に対する位置が決まってしまうため、次のようにインクの噴出方向の調整を行う。すなわち、従来のボデー２は印字ヘッド３と独立して位置を決めることができるのでボデー２の位置を調整してインク噴出方向を微調整するが、本実施例では図１に示すガター１５の位置を調整する。しかし、この方法では偏向電極１２とインク粒子１０の位置が調節できないため偏向電界のばらつきなどにより印字品質が低下する恐れがある。
【００２４】
そこで、インク噴出時点から噴出角度を変更する手段について図５を用いて説明する。図５は、インク噴出方向を調整する構成を示す図である。オリフィス６ａとボデー２ａの接合部は球面で接するスイベル構造とし、固定ねじ１６の高さを調整する。このように構成することによりインク噴出方向を変更することが可能となる。また、ボデー２ａの一部に切りかきが設けられ、Ｏリング１７でシールする構造としている。
【００２５】
上述の実施例によれば、従来の印字ヘッドより低い電気信号によりインク滴化することができる。また、異なる口径のオリフィスを使用しても、動作周波数によって振幅が変動しにくいため、同一の印字ヘッドで対応することができる。さらに、動作周波数を共振周波数から十分にはなすことができるので、ボデーの材質などのばらつきに影響されることなく安定した印字ヘッドを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本実施例を表す平面図。
【図２】従来例との比較を表す平面図。
【図３】振幅と周波数の特性図。
【図４】ラジアル方向のひずみを改良する構成を示す図。
【図５】インク噴出方向を調整する構成を示す図。
【符号の説明】
【００２７】
１…振動子、２…ボデー、３…印字ヘッド、４…電極、５…ボデー固定具、６…オリフィス、７…励振源、８…インク供給チューブ、９…インク循環チューブ、１０…インク滴、１１…帯電電極、１２…偏向電極、１３…印字物、１４…ナット、１５…ガター、１６…固定ねじ、１７…Ｏリング、１８…ナット固定具。
【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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