【発明の詳細な説明】
インキジェット記録装置
本発明はインキ滴の放出のため第１方向に延びるほぼ一直線の列をなすノズル
を具える記録ヘッドと、これ等ノズルに表面を向けて前記第１方向の横方向の第
２方向に移動するように記録担体を輸送する輸送手段とを有するインキジェット
記録装置に関するものである。
この種の装置は再発行米国特許第 28219号から既知である。この既知の装置は
各ノズルからインキ滴の連続する流れを放出する連続インキジェットシステムで
ある。この既知の装置は複数列の平行な等距離のノズルを有する。構造的な理由
から、列の中の隣接するノズル間の距離は比較的大きい。従って、隣接するノズ
ルによって放出されるインキ滴によって記録担体上に形成される点と点との間に
は間隙が形成される。記録担体の全幅にわたり延在する連続する線を記録装置に
よって印刷できるようにするため、ノズルの列を側方にずらしている。記録担体
の輸送方向に第１列の上流に配置された第２列のノズルからのインキ滴の放出に
対し適切に遅延して第１列のノズルからインキ滴が放出されれば、第１列のノズ
ル、及び第２列のノズルからのインキ滴は記録担体上の共通線上に被着する。十
分な数のノズルの列が設けられていて、異なる列のノズルからのインキ滴の放出
の間の遅延が非常に精密に制御されれば、記録担体上にインキ滴の連続する線を
被着させることができる。しかし、非常に多くのノズルの列を設けるため、装置
は大きなものになることは明らかである。また、高い精密性を有する高価な制御
機構が必要になる欠点がある。
本発明の目的は単一列のノズルによって記録担体上に連続する単色の線を印刷
することができるインキジェット記録装置を得るにある。この目的を達成するた
め、本発明装置は頭書に記載したインキジェット記録装置において、前記記録装
置がインキ滴オンデマンド記録装置であり、所定の信号が加えられた時のみイン
キ滴を放出するためのアクチュエータ手段に関連する圧力室に各前記ノズルを連
通させ、前記圧力室の１個の壁を形成しているノズル板の複数個の第１貫通孔に
よって前記ノズルを形成し、前記圧力室の反対方向に向く前記ノズル板の表面上
に偏向板を設け、対応する前記第１貫通孔の直径より大きい直径をそれぞれ有す
る第２貫通孔であってその数が前記第１貫通孔の数に等しい多数の第２貫通孔を
前記偏向板に設け、前記第１方向に平行な方向に前記ノズル板に対し相対的に前
記偏向板を移動可能に構成し、対応する前記第１貫通孔と第２貫通孔とがほぼ一
線になる休止位置の付近に中心がある振動であって、前記第１方向に平行な前記
方向の振動を前記偏向板に与える駆動手段を前記記録装置に更に設け、各前記ノ
ズルからのインキ滴の放出を前記ノズル板に対する相対的な前記偏向板の瞬間位
置に相関させるよう前記記録ヘッドを作動させる制御ユニットを前記記録装置に
更に設けたことを特徴とする。本発明装置においては、第１貫通孔と第２貫通孔
とから成る通路を通じてインキを放出する。偏向板がその休止位置にある時、こ
の通路はほぼ円形に対称である。偏向板が任意他の位置にある時は、通路は非対
称である。この通路をインキが通過している間、インキは通路の表面を濡らす。
ノズルに比較し非対称な形状のインキの先端の表面張力に起因し、放出されつつ
あるインキ滴に第１方向に平行な方向の力が作用する。この作用によりノズルの
軸線からずれた軌道にインキ滴を従わせる。従って、インキ滴は第１方向に平行
な方向に偏向し、ノズルに正確に対向する位置に記録担体上にインキ滴は着地す
る。この偏向の角度は偏向板の瞬間位置によって定まり、振動の周期中、ノズル
に対向する位置の間の複数個の位置にインキ滴を被着させることができる。記録
ヘッドの振動する唯一の素子は偏向板である。この偏向板は非常に軽い重量に構
成することができ、従って偏向板を動かすのにエネルギーは殆ど必要でない。
本発明装置の好適な実施例は、第２貫通孔の直径と第１貫通孔の直径との間の
差の２分の１に少なくとも等しい振幅を振動が有することを特徴とする。この実
施例において、ノズルの中心から中心までの距離（ピッチ）にほぼ相当する幅に
わたり、単一のノズルからのインキ滴を容易に被着させることができることがわ
かった。
本発明の一層良好な実施例は、ノズル板に対し相対的な偏向板の瞬間位置を設
定するための位置検出手段を設けたことを特徴とする。偏向板の瞬間位置は、偏
向板が所定位置（例えば振動の際の偏向板の休止位置、又は両極限位置の一方）
を通過した後に経過した時間から推論することができるが、位置検出手段を使用
すれば、偏向板の瞬間位置を一層正確に決定することができる。
本発明装置の非常に簡単な実施例は、偏向板に固着された永久磁石と、ノズル
板に固着された導電ワイヤのコイルとを駆動手段が具えることを特徴とする。本
発明のこれ等の態様、及びその他の態様は次に説明する実施例から明らかになる
であろう。
図１は本発明インキジェット記録装置の一実施例の線図である。
図２は図１に示す装置のインキジェット記録ヘッドの一実施例の断面図である
。
図３は図２に示す記録ヘッドの一部のIII-III 線に沿う断面図である。
図４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ、４Ｅ、及び４Ｆはノズルからインキ滴を放出中の
種々の段階を示す線図である。
図５Ａ、及び５Ｂは偏向板の作動を示すため、図１の装置の記録ヘッドの一部
の詳細図である。
図６は図１に示す装置の記録ヘッドの更に詳細を示す図である。
図１はインキジェット記録装置の線図的図面であり、本発明を理解するために
十分な背景を提供するのに必要な最低数の部片を示す。この装置は取付け手段５
によって記録ヘッド３を取り付けたフレーム１を具える。記録ヘッド３は第１方
向７の方向に列が延びる一群のノズル（図１に図示せず）を具える。記録ヘッド
３上に摺動できるよう偏向板８を取り付けて、偏向板８を第１方向７に平行な方
向にノズルに対し相対的に移動可能にする。第１方向７の方向に偏向板８を移動
させるため、フレーム１に駆動手段９を取り付ける。駆動手段９は例えばリニヤ
モータ、又は圧電アクチュエータにすることができる。駆動手段９は例えば５０
Hzと１５０Hzとの間の周波数の、第１方向７の方向の振動を偏向板８に与える。
本発明記録装置には種々の形式の記録ヘッドを使用することができる。直線状
に並ぶ一群のノズルを具えるインキジェット記録ヘッドの例として例えば米国特
許第 4599628号、ヨーロッパ特許公開第 0516188号、及び係属中の特許出願(PHN
15.079)に記録されている。このヨーロッパ特許公開第 0516188号には記載され
た記録ヘッドの横断面が例として図２に示されている。この記録ヘッドは、電極
層と交互に配置されたセラミック圧電材料の複数個の層から成るアクチュエータ
板の形状の圧電アクチュエータ素子１１を具える。図２に線図的に示すように、
第１、第３、第５等の電極層１３を第１端子１５に接続し、第２、第４、第６等
の電極層１７を第２端子１９に接続する。奇数番の電極層１３を第１帯域２１に
おいて遮断して第２端子１９から隔離し、偶数番の電極層１７を第２帯域２３に
おいて遮断して第１端子１５から隔離する。第１帯域２１と第２帯域２３との間
に、アクチュエータ板１１の能動部分を位置させる。端子１５、１９は後に説明
するような制御ユニットからの電圧パルスを受信する。端子１５、１９間に電圧
を加えた時、図２のアクチュエータ１１の少なくとも能動部分の垂直方向の寸法
を変化させる。言い換えれば、電圧を加えると、アクチュエータ板１１の厚さが
変化する。電圧を加えると、アクチュエータ板の寸法が変化する方向をその作用
方向と称する。アクチュエータ板１１の能動部分に凹所２５を設け、この凹所に
より圧力室を形成する。
アクチュエータ板１１の第１面３１に連結されたノズル板２７の第１面２９は
圧力室２５の第１壁を形成する。ノズル板２７は複数個の第１貫通孔３３を具え
、これ等貫通孔３３はノズルを形成する。貫通孔３３は図２に１個のみを示す。
アクチュエータ板１１の第２面３９に連結されたベース板３５の第１面３７は
圧力室２５の第２壁を形成する。インキ供給路４３を通じてインキタンク４１は
圧力室２５に連通する。インキタンク４１とインキ供給路４３とはアクチュエー
タ板１１の第２面３９に凹所として形成されている。図３に一層明瞭に示すよう
に、インキタンク４１はインキ供給路４３を相互に連結する比較的幅が広いダク
トである。１個又はそれ以上の他の圧力室内の圧力上昇に起因する１個の圧力室
２５内の圧力波を防止するため、各インキ供給路４３はチョークとして作用する
制限部４３ａを具える。ベース板３５の第１面３７はインキタンク４１とインキ
供給路４３とを覆う。ベース板３５は貫通孔（図２に点線にて示す）として形成
された１個、又はそれ以上の充填路４５を具え、インキ容器（図２、及び図３に
図示せず）を有するインキ供給システムにインキタンク４１を連結する。アクチ
ュエータ板１１、ノズル板２７、及びベース板３５からの記録ヘッド３の構造は
非常に簡単である。これ等部片は配列ピン４７によって配列される。この配列ピ
ン４７は、記録ヘッドの３個の全ての構成部分に設けた配列孔４９に貫通してい
る。
また、図２は圧力室２５の反対方向に向くノズル板２７の第２面３０に設けた
偏向板８を示す。この偏向板８は第１貫通孔３３の数に等しい数の多数の第２貫
通孔４８を具える。各第２貫通孔４８の直径は対応する第１貫通孔３３の直径よ
り大きい。上述したように、偏向板８は振動を行うことができる。対応する第１
貫通孔３３、及び第２貫通孔４８がほぼ一線となる休止位置の付近にこの振動の
中心がある。
記録ヘッド３を完成した後、インキタンク４１、インキ供給路４３、及び圧力
室２５に適切なインキを充填する。端子１５、１９間に所定の極性の電圧を加え
た時、アクチュエータ板１１の厚さが増大し、圧力室２５の容積が増大する。従
って、インキの表面張力により、インキタンク４１からインキ供給路４３を経て
圧力室２５にインキが流れる。端子１５、１９間の電圧が零に減少し、又はその
極性が急激に反転した時、圧力室は急激に収縮するから、インキ滴は第１貫通孔
３３を経て噴射され、次に第２貫通孔４８を経て移動する。インキ供給路の制限
部４３ａの横断面が非常に小さいから、圧力室の収縮の結果として圧力室２５か
らインキタンク４１にインキが逆流するのを防止する。このことはインキタンク
４１を経る記録ヘッド３のノズル３３間のクロストークを減少させるのに役立つ
。圧力室２５間にスリット５１を設けることによってアクチュエータ板１１を経
るクロストークを減少させる。これ等スリットは第１帯域２１を越えてアクチュ
エータ板の能動部分を通って延在する。これ等スリットにより、アクチュエータ
１１は複数個の指片５３に分割されており、各指片は１個宛の圧力室２５を構成
している。隣接する指片５３の電極層１３、１７はこれ等指片の間のスリット５
１によって電気的に分離されており、これ等指片自身はスリットによって機械的
にほぼ分離されている。
図３に明瞭に示すように、ノズル３３は直線の列５５内に延在する。列５５の
長さは自由に選択することができる。通常、この長さは１枚の紙の幅に等しくな
るように選択するのが好適である。Ａ４の寸法の紙の場合は、この長さは約 210
mmの列の長さとなる。隣接するノズル３３の中心から中心までの距離（ピッチ）
は 1mmになるように選択する。従って、その場合の記録ヘッドは 210個のノズル
を有することになる。図３は記録ヘッド３の小部分のみを示しているから、僅か
に４個のノズル３３を有しているに過ぎないことはもちろんである。
更に、図１に示すインキジェット記録装置はモータ５９によって駆動される１
対のピンチローラ５７を有する輸送手段を具える。これ等ピンチローラ５７は協
働して、矢印６３によって示す第２方向に記録担体６１、例えば１枚の紙を輸送
する。図１に示すように、第２方向６３は第１方向７の横方向である。記録担体
６１はその表面（図１における上面）が記録ヘッド３のノズル３３に向くように
輸送される。記録担体６１が無いと、ノズル３３は待機サービスステーションに
向き合う。この待機サービスステーションは、この装置が使用されていない時、
記録ヘッドを適正位置に保持する作用をする。可撓性管６９を有する管システム
を介してインキをインキタンク４１に供給するため、インキ容器６７をフレーム
１に固着する。この記録装置は更に制御ユニット７１を具える。この制御ユニッ
トは上述したように、電圧パルスを加えることによって記録ヘッド３を作動させ
るように意図したもので、偏向板の振動中、各ノズル３３からのインキ滴の放出
をノズル板２７に対する相対的な偏向板８の瞬間位置に相関させるようにするも
のである。この制御ユニット７１は適切にプログラミングされたマイクロプロセ
ッサ（図示せず）を具えることができる。
偏向板８の作用を理解するのに有効な背景情報を提供するため、図４にインキ
滴の放出の順次の段階を示す。図４は偏向板が無いノズル板の１個のノズルを示
す。出発点は図４Ａの乾燥ノズルである。関連する圧力室２５（図２参照）が収
縮を開始した時、インキのまだ凹形であった面が凸状となり、図４Ｂに示すよう
に、インキの凸面の曲率が所定値に達するまで、ノズルのオリフィスは液体で充
たされる。この放物線の曲率の直径はノズルの直径によって決定される。内部の
限定ノズル壁の構造と、ノズル板の材料の境界表面張力とによって定まる所定の
曲率になった時から、希望する放出方向（図４Ｃのノズルから上方に指向する矢
印の方向）に加えて、（図４Ｃの側方に指向する矢印のように）ノズルの外面に
濡れが発生する。その結果、ノズルを包囲するノズル板材料の環状部がインキで
濡れる。この濡れる環状部の寸法は境界表面張力と、インキの流量と、制御ユニ
ット７１によって発生するパルスの形状とによって定まる。近くのノズルの縁の
濡れの強さが全ての半径方向にほぼ等しければ、図４Ｄに示すように、インキ滴
は軸線方向に放出される。これはノズル板の表面へのインキの付着力に起因して
インキに作用する力が全ての半径方向にほぼ等しいからである。もしも何らかの
理由で近くのノズル縁の濡れの強さが非対称に分布していると、インキの液面が
再び凹状になった後でもノズルの縁の区域の一部はまだ濡れており、他の部分は
乾燥している。この状態を図４Ｅに示し、ノズルの右側の部分が濡れており、他
の部分は乾燥している。従って、制御ユニットのパルスによって放出されるイン
キ滴の偏向は避けることができない（図４Ｆ参照）。これはこのインキ滴に作用
する側方力が種々の方向で異なるからである。これ等の力は、ノズルの縁の一層
広い部分にインキが留まる程、一層大きくなる。この現象は長い間、好ましくな
いと考えられていた。これはインキ滴が放出される方向が不確実になるためであ
る。本発明インキジェット記録装置においては、ノズル３３に直接対向していな
い記録担体６１上の位置にインキを被着することが可能なようにするため、イン
キ滴の制御された偏向を生ずるようにこの現象を使用する。
図５はノズル２７と偏向板８との一部の断面を示す。ノズル板２７の第１貫通
孔３３は比較的小さな直径ｄを有し、偏向板８の第２貫通孔４８は比較的大きな
直径Ｄを有する。図５Ａは第１貫通孔３３の軸線７５が第２貫通孔４８の軸線７
３と一線をなす状態を示す。従って、インキによって濡れることができるノズル
板２７の表面区域は対称である。それ故、ノズルから放出されるインキ滴に正味
の側方力は作用せず、第１貫通孔３３の軸線７３にほぼ合致する方向７７にイン
キ滴が放出される。図５Ｂは第２貫通孔４８の軸線７５が第１貫通孔３３の軸線
７３に合致していない状態を示す。この場合、インキによって濡れることができ
るノズル板の表面は非対称である。図５Ｂに明らかなように、ノズルの左側のイ
ンキによって濡れることができる区域はノズルの右側のインキによって濡れるこ
とができる区域より著しく大きい。従って、左側の表面区域へのインキの付着量
は右側の表面区域へのインキの付着量より多く、放出されるインキ滴に正味の側
方力が作用する。その結果、第１貫通孔３３の軸線７３に対し角度αをなす方向
７９の方向にインキ滴が放出される。角度αの値は２個の直径Ｄ、ｄの差によっ
て定まることの他に、更に軸線７３、７５が合致している図５Ａに示す休止位置
に対し相対的に方向７の方向に偏向板８が移動した距離によって定まる。偏向板
８の振動の振幅は少なくとも１／２（Ｄ−ｄ）に等しいのが好適である。この場
合、振動中、少なくとも図５Ｂに示す位置に到達する。
上述したところから明らかなように、インキ滴が放出される瞬間の偏向板８の
瞬間位置によって偏向角αが決定され、従ってインキ滴が着地する記録担体６１
上の位置が決定される。１個のノズルからインキ滴を放出しなければならない瞬
間を決定するため、駆動手段９によって与えられる記録ヘッドの振動の位相から
、制御ユニット７１は偏向板８の位置を推論することができる。ノズル板３に相
対的に偏向板８の瞬間位置を設定するための位置検出手段を設ければ、偏向板８
の位置を一層正確に測定することができる。
図６はこのような位置検出手段を設けた記録ヘッド３の一実施例の一部を線図
的に示す。この位置検出手段はフレーム１に取り付けられた第１部分８１と、記
録偏向板８に取り付けられた第２部分８３とを具える。第１部分８１は制御ユニ
ット７１に電気的に接続されている。図１のインキジェット記録装置に使用して
適する位置検出装置には光学装置、容量形装置、又は磁気装置のような多くの種
々の形式がある。幾つかの例が例えば、米国特許第 5136192号、及び米国特許第
5279044号に記載されている。位置検出装置は直径Ｄ、ｄの差にほぼ等しい比較
的小さい距離の範囲内のみで偏向板８の位置を検知するだけでよい。
第１駆動手段９（図１参照）は図５に線図的に示すような良く知られた拡声器
システムに類似するシステムを設けることにより非常に簡単に構成してもよい。
このシステムには偏向板８に取り付けられた永久磁石８５と、ノズル板２７に固
着された導電ワイヤのコイル８７とを設けることができる。このコイル８７を例
えば記録ヘッド３に、又はフレーム１に取り付けることができる。コイル８７を
制御ユニット７１に電気的に接続する。このコイルを付勢した時、磁界を発生し
、この磁界は永久磁石８５の磁界に協働して第１方向７の方向に偏向板８に力を
作用させる。このような駆動システムは非常にコンパクトである。可能な駆動手
段の他の例は、例えば圧電素子の堆積体のような圧電アクチュエータ、又は CMA
を具える駆動手段である。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Ink jet recording device
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a substantially linear array of nozzles extending in a first direction for ejection of ink drops.
A recording head comprising:
Transport means for transporting the record carrier to move in two directions;
It relates to a recording device.
Such a device is known from reissued U.S. Pat. No. 28,219. This known device is
With a continuous ink jet system that discharges a continuous stream of ink droplets from each nozzle
is there. This known device has multiple rows of parallel equidistant nozzles. Structural reasons
Thus, the distance between adjacent nozzles in a row is relatively large. Therefore, adjacent nose
Between the points formed on the record carrier by the ink drops emitted by the
Creates a gap. A continuous line extending over the entire width of the record carrier
Therefore, in order to enable printing, the nozzle rows are shifted to the side. Record carrier
Of ink droplets from the second row of nozzles located upstream of the first row in the transport direction of
On the other hand, if an ink droplet is ejected from the first row of nozzles with an appropriate delay, the first row of nozzles
And the ink drops from the second row of nozzles are deposited on a common line on the record carrier. Ten
With a small number of rows of nozzles, the ejection of ink drops from different rows of nozzles
If the delay between the two is very precisely controlled, a continuous line of ink drops on the record carrier
Can be applied. However, because of the large number of rows of nozzles,
Is obviously going to be big. Also, expensive control with high precision
There is a disadvantage that a mechanism is required.
The object of the invention is to print a continuous monochromatic line on a record carrier by a single row of nozzles
To obtain an ink jet recording apparatus that can perform the recording. To achieve this goal
Therefore, the apparatus of the present invention is the ink jet recording apparatus described in
Is an ink drop-on-demand recording device, which only enters when a predetermined signal is applied.
Each said nozzle is connected to a pressure chamber associated with an actuator means for discharging a drop.
Through a plurality of first through holes of the nozzle plate forming one wall of the pressure chamber.
Thus, the nozzle is formed and on the surface of the nozzle plate facing the opposite direction of the pressure chamber
Deflecting plates, each having a diameter larger than the diameter of the corresponding first through hole.
A large number of second through holes, the number of which is equal to the number of the first through holes.
Provided on the deflection plate, in a direction parallel to the first direction relative to the nozzle plate;
The deflecting plate is configured to be movable, and the corresponding first through-hole and the second through-hole substantially coincide with each other.
A vibration centered near a rest position that is a line, wherein the vibration is parallel to the first direction.
Driving means for applying a vibration in the direction to the deflection plate is further provided in the recording apparatus,
The discharge of the ink droplets from the nozzle is determined by the instantaneous position of the deflection plate relative to the nozzle plate.
A control unit for activating the recording head to correlate the
It is further characterized by being provided. In the device of the present invention, the first through hole and the second through hole
The ink is discharged through a passage consisting of When the deflector is in its rest position,
Are substantially circularly symmetric. When the deflector is in any other position, the path is unpaired.
It is a name. While the ink is passing through the passage, the ink wets the surface of the passage.
Due to the surface tension at the tip of the ink, which has an asymmetric shape compared to the nozzle,
A force in a direction parallel to the first direction acts on a certain ink droplet. This action causes the nozzle
Make the ink drop follow the trajectory off the axis. Therefore, the ink drops are parallel to the first direction.
Ink droplet lands on the record carrier at a position exactly facing the nozzle.
You. The angle of this deflection is determined by the instantaneous position of the deflection plate.
The ink droplets can be applied to a plurality of positions between the positions opposed to the ink droplets. Record
The only element that vibrates in the head is the deflection plate. This deflector is designed for very light weight.
And thus little energy is required to move the deflector.
A preferred embodiment of the device according to the invention is characterized in that the diameter of the second through hole and the diameter of the first through hole are between
The vibration has an amplitude at least equal to one half of the difference. This fruit
In the embodiment, the width is approximately equivalent to the distance (pitch) from the center of the nozzle to the center.
In other words, ink droplets from a single nozzle can be easily applied.
won.
A preferred embodiment of the present invention sets the instantaneous position of the deflector relative to the nozzle plate.
A position detecting means for determining the position. The instantaneous position of the deflector is
The facing plate is at a predetermined position (for example, one of the rest position of the deflection plate during vibration or the extreme position)
Can be inferred from the time elapsed after passing through
Then, the instantaneous position of the deflection plate can be more accurately determined.
A very simple embodiment of the device according to the invention consists of a permanent magnet fixed to a deflection plate and a nozzle.
The driving means comprises a coil of a conductive wire fixed to the plate. Book
These and other aspects of the invention will be apparent from the examples described below.
Will.
FIG. 1 is a diagram showing an ink jet recording apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view of an embodiment of the ink jet recording head of the apparatus shown in FIG.
.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a part of the recording head shown in FIG. 2 along the line III-III.
4A, 4B, 4C, 4D, 4E, and 4F show ejecting ink drops from the nozzles.
FIG. 4 is a diagram showing various stages.
5A and 5B show a part of the recording head of the apparatus of FIG.
FIG.
FIG. 6 is a diagram showing further details of the recording head of the apparatus shown in FIG.
FIG. 1 is a diagrammatic drawing of an ink jet recording apparatus, in order to understand the present invention.
Indicates the minimum number of pieces required to provide sufficient background. The device comprises a mounting means 5
And a frame 1 to which a recording head 3 is attached. The recording head 3 is the first
It comprises a group of nozzles (not shown in FIG. 1) whose rows extend in the direction 7. Recording head
3, the deflecting plate 8 is attached so as to be slidable, and the deflecting plate 8 is parallel to the first direction 7.
Movably relative to the nozzle. Move the deflection plate 8 in the first direction 7
The driving means 9 is attached to the frame 1 in order to perform the operation. The driving means 9 is, for example, a linear
It can be a motor or a piezoelectric actuator. The driving means 9 is, for example, 50
A vibration in the first direction 7 having a frequency between 1 Hz and 150 Hz is applied to the deflection plate 8.
Various types of recording heads can be used in the recording apparatus of the present invention. Straight line
An example of an ink jet recording head having a group of nozzles arranged in
Patent No. 4599628, European Patent Publication No. 0516188, and pending patent applications (PHN
15.079). This European Patent Publication No.
A cross section of the recording head is shown in FIG. 2 as an example. This recording head has an electrode
Actuator comprising a plurality of layers of ceramic piezoelectric material interleaved with layers
The piezoelectric actuator element 11 has a plate shape. As shown diagrammatically in FIG.
The first, third, fifth, etc. electrode layers 13 are connected to the first terminal 15, and second, fourth, sixth, etc.
Is connected to the second terminal 19. Odd-numbered electrode layers 13 in first zone 21
To isolate the second electrode 19 from the second terminal 19, and to connect the even-numbered electrode layer 17 to the second zone 23.
To isolate from the first terminal 15. Between the first band 21 and the second band 23
Next, the active part of the actuator plate 11 is located. Terminals 15 and 19 will be explained later
Receiving a voltage pulse from the control unit. Voltage between terminals 15 and 19
, The vertical dimension of at least the active portion of the actuator 11 of FIG.
To change. In other words, when a voltage is applied, the thickness of the actuator plate 11 decreases.
Change. When voltage is applied, the direction in which the dimensions of the actuator plate change
Called direction. A recess 25 is provided in the active portion of the actuator plate 11, and this recess is
Form more pressure chambers.
The first surface 29 of the nozzle plate 27 connected to the first surface 31 of the actuator plate 11
A first wall of the pressure chamber 25 is formed. The nozzle plate 27 has a plurality of first through holes 33.
The through holes 33 form a nozzle. FIG. 2 shows only one through hole 33.
The first surface 37 of the base plate 35 connected to the second surface 39 of the actuator plate 11
A second wall of the pressure chamber 25 is formed. The ink tank 41 passes through the ink supply path 43
It communicates with the pressure chamber 25. The ink tank 41 and the ink supply path 43 are actuated.
A recess is formed in the second surface 39 of the touch panel 11. As shown more clearly in FIG.
In addition, the ink tank 41 has a relatively wide duct connecting the ink supply paths 43 to each other.
It is. One pressure chamber due to a pressure increase in one or more other pressure chambers
Each ink supply channel 43 acts as a choke to prevent pressure waves in 25
It has a restriction part 43a. The first surface 37 of the base plate 35 is provided with the ink tank 41 and the ink tank 41.
The supply path 43 is covered. The base plate 35 is formed as a through hole (shown by a dotted line in FIG. 2).
And one or more filling paths 45 provided in the ink container (FIGS. 2 and 3).
(Not shown), the ink tank 41 is connected to the ink supply system. Acti
The structure of the recording head 3 from the heater plate 11, the nozzle plate 27, and the base plate 35 is as follows.
Very simple. These parts are arranged by arrangement pins 47. This array
47 penetrates the array holes 49 provided in all three components of the recording head.
You.
2 is provided on the second surface 30 of the nozzle plate 27 facing the opposite direction of the pressure chamber 25.
1 shows a deflection plate 8. This deflection plate 8 has a number of second through holes equal to the number of first through holes 33.
A through hole 48 is provided. The diameter of each second through hole 48 is equal to the diameter of the corresponding first through hole 33.
Bigger. As described above, the deflection plate 8 can vibrate. Corresponding first
This vibration is generated near the rest position where the through-hole 33 and the second through-hole 48 are substantially aligned.
There is a center.
After completing the recording head 3, the ink tank 41, the ink supply path 43, and the pressure
Fill chamber 25 with the appropriate ink. Apply voltage of predetermined polarity between terminals 15 and 19
Then, the thickness of the actuator plate 11 increases, and the volume of the pressure chamber 25 increases. Obedience
Therefore, due to the surface tension of the ink, the ink is supplied from the ink tank 41 through the ink supply path 43.
The ink flows into the pressure chamber 25. The voltage between terminals 15, 19 decreases to zero, or
When the polarity is suddenly reversed, the pressure chamber contracts rapidly, so that the ink droplets are not supplied to the first through hole.
It is injected through 33 and then moves through the second through-hole 48. Restriction of ink supply path
Since the cross section of the part 43a is very small, the pressure chamber 25
To prevent the ink from flowing back to the ink tank 41. This is the ink tank
Help reduce crosstalk between nozzles 33 of recording head 3 passing through 41
. By providing a slit 51 between the pressure chambers 25,
Reduce crosstalk. These slits actuate beyond the first zone 21.
It extends through the active portion of the eta plate. These slits allow the actuator
11 is divided into a plurality of finger pieces 53, each finger piece constituting a pressure chamber 25 for one piece.
doing. The electrode layers 13 and 17 of the adjacent finger pieces 53 are formed by slits 5 between these finger pieces.
The finger pieces themselves are mechanically separated by slits.
It is almost separated.
As clearly shown in FIG. 3, the nozzles 33 extend into straight rows 55. Column 55
The length can be freely selected. Usually this length is equal to the width of a piece of paper.
It is preferred to choose For paper of A4 size, this length is about 210
It is the length of the column of mm. Distance (pitch) from center to center of adjacent nozzles 33
Is chosen to be 1mm. Therefore, the print head in that case has 210 nozzles.
Will have. FIG. 3 shows only a small part of the recording head 3,
Needless to say, only four nozzles 33 are provided.
Further, the ink jet recording apparatus shown in FIG.
It has a vehicle having a pair of pinch rollers 57. These pinch rollers 57
To transport the record carrier 61, for example, a piece of paper, in the second direction indicated by the arrow 63.
I do. As shown in FIG. 1, the second direction 63 is a horizontal direction of the first direction 7. Record carrier
Numeral 61 indicates that the surface (the upper surface in FIG. 1) faces the nozzle 33 of the recording head 3.
Be transported. If there is no record carrier 61, the nozzle 33 goes to the standby service station
Face each other. This standby service station is used when the device is not in use.
It functions to hold the recording head at an appropriate position. Tube system with flexible tube 69
To supply the ink to the ink tank 41 via the
Stick to 1. The recording device further comprises a control unit 71. This control unit
Operates the recording head 3 by applying a voltage pulse as described above.
Discharge of ink droplets from each nozzle 33 during the vibration of the deflection plate
To the instantaneous position of the deflection plate 8 relative to the nozzle plate 27.
It is. The control unit 71 is an appropriately programmed microprocessor.
A heat sink (not shown) may be provided.
To provide background information useful for understanding the operation of the deflector 8, FIG.
4 shows the sequential stages of drop ejection. FIG. 4 shows one nozzle of a nozzle plate without a deflection plate.
You. The starting point is the drying nozzle of FIG. 4A. The associated pressure chamber 25 (see FIG. 2)
When the shrinkage is started, the still concave surface of the ink becomes convex, as shown in FIG. 4B.
Then, the orifice of the nozzle is filled with liquid until the curvature of the convex surface of the ink reaches a predetermined value.
Be done. The diameter of this parabolic curvature is determined by the diameter of the nozzle. Inside
A predetermined nozzle determined by the structure of the limited nozzle wall and the boundary surface tension of the material of the nozzle plate
From the point of curvature, the desired discharge direction (the arrow pointing upward from the nozzle in FIG. 4C)
Mark direction) plus the outer surface of the nozzle (as the arrow pointing sideways in FIG. 4C).
Wetting occurs. As a result, the annular portion of the nozzle plate material surrounding the nozzle is filled with ink.
Get wet. The dimensions of this wetting annulus depend on the boundary surface tension, ink flow, and control unit.
And the shape of the pulse generated by the slot 71. Near the edge of the nozzle
If the wetting strengths are almost equal in all radial directions, the ink drops are shown in FIG. 4D.
Are emitted axially. This is due to the adhesion of the ink to the surface of the nozzle plate.
This is because the forces acting on the ink are substantially equal in all radial directions. If something
For this reason, if the wetting strength of the nearby nozzle edge is asymmetrically distributed, the ink level will
Even after re-concave, some areas of the nozzle rim area are still wet, others are
It is dry. This state is shown in FIG. 4E, where the right side of the nozzle is wet and
Part is dry. Therefore, the pulses emitted by the control unit
Drop deflection cannot be avoided (see FIG. 4F). This works on this ink drop
This is because the lateral force to be applied differs in various directions. These forces are applied to the edge of the nozzle
The larger the ink stays in the wide area, the larger it becomes. This phenomenon has long been undesirable
Was considered to be. This is because the direction in which ink droplets are ejected becomes uncertain.
You. In the ink jet recording apparatus of the present invention, the ink jet recording apparatus is not directly opposed to the nozzle 33.
In order to be able to apply ink to a position on the record carrier 61,
This phenomenon is used to produce a controlled deflection of the droplet.
FIG. 5 shows a partial cross section of the nozzle 27 and the deflection plate 8. First penetration of nozzle plate 27
The hole 33 has a relatively small diameter d, and the second through hole 48 of the deflection plate 8 is relatively large.
It has a diameter D. FIG. 5A shows that the axis 75 of the first through hole 33 is the axis 7 of the second through hole 48.
3 shows a state that is in line with 3. Therefore, nozzles that can be wetted by ink
The surface area of the plate 27 is symmetric. Therefore, the ink droplets emitted from the nozzles
No side force acts on the first through-hole 33, and the inward direction 77 substantially coincides with the axis 73 of the first through-hole 33.
A drop is released. FIG. 5B shows that the axis 75 of the second through hole 48 is the axis of the first through hole 33.
73 shows a state that does not match. In this case, it can be wet by the ink
The surface of the nozzle plate is asymmetric. As can be seen in FIG.
Areas that can be wetted by ink can be wetted by ink on the right side of the nozzle.
It is significantly larger than the area where it can be made. Therefore, the amount of ink deposited on the left surface area
Is greater than the amount of ink deposited on the right surface area, and
Direction acts. As a result, a direction that forms an angle α with the axis 73 of the first through hole 33
An ink drop is ejected in the direction of 79. The value of the angle α is determined by the difference between the two diameters D and d.
In addition to the rest position, the rest positions shown in FIG.
Is determined by the distance that the deflecting plate 8 has moved in the direction of the direction 7 relatively. Deflection plate
Preferably, the amplitude of the vibration of 8 is at least equal to 1/2 (D-d). This place
In this case, during the vibration, it reaches at least the position shown in FIG. 5B.
As is apparent from the above description, the deflection plate 8 at the moment when the ink droplet is discharged is
The deflection angle α is determined by the instantaneous position, and therefore the record carrier 61 on which the ink droplet lands.
The upper position is determined. The moment when one ink droplet must be ejected from one nozzle
In order to determine the interval, the phase of the recording head vibration given by the driving unit 9 is determined.
, The control unit 71 can infer the position of the deflection plate 8. Phase for nozzle plate 3
On the other hand, if position detecting means for setting the instantaneous position of the deflecting plate 8 is provided,
Can be measured more accurately.
FIG. 6 is a diagram showing a part of an embodiment of the recording head 3 provided with such a position detecting means.
Is shown. This position detecting means includes a first portion 81 attached to the frame 1 and a
And a second portion 83 attached to the recording / deflecting plate 8. The first part 81 is a control unit.
Unit 71 is electrically connected. Used for the ink jet recording device of FIG.
Suitable position sensing devices include many types such as optical, capacitive, or magnetic devices.
There are various forms. Some examples are described, for example, in U.S. Pat.
No. 5279044. The position detection device is almost equal to the difference between the diameters D and d.
It is only necessary to detect the position of the deflecting plate 8 within a range of a relatively small distance.
The first drive means 9 (see FIG. 1) is a well-known loudspeaker as shown diagrammatically in FIG.
A very simple configuration may be provided by providing a system similar to the system.
In this system, a permanent magnet 85 attached to the deflection plate 8 and a nozzle
A coil 87 of attached conductive wire can be provided. Example of this coil 87
For example, it can be attached to the recording head 3 or to the frame 1. Coil 87
It is electrically connected to the control unit 71. When this coil is energized, it generates a magnetic field
This magnetic field cooperates with the magnetic field of the permanent magnet 85 to exert a force on the deflection plate 8 in the first direction 7.
Let it work. Such a drive system is very compact. Possible driving hands
Other examples of steps include piezoelectric actuators, for example, a stack of piezoelectric elements, or CMA
The driving means comprises:
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フロントページの続き
(72)発明者 ワシンク ミヒエル エイチ
オランダ国 6136 アーセー シッタルト
レイクスウェッハ ノールト 281
(72)発明者 ベンティン ホルスト−クルト
ドイツ連邦共和国 52076 アーヘン ア
ン デン ヴルムクヴェレン 15
【要約の続き】
向板（８）に与える。この振動は第１貫通孔（３３）と
第２貫通孔（４８）とがほぼ一線になる休止位置の付近
に振動の中心を有する。各ノズル（３３）からのインキ
滴の放出がノズル板（２７）に対する相対的な偏向板
（８）の瞬間位置に相関するよう制御ユニット（７１）
が記録ヘッド（３）を作動させる。────────────────────────────────────────────────── ───
Continuation of front page
(72) Inventor Wasink Michael H
Netherlands 6136 Assay Sittard
Lakeswech Noord 281
(72) Inventor Bentin Horst-Kurt
Germany 52076 Aachen
N den wurmukvelen 15
[Continuation of summary]
Give to facing plate (8). This vibration is generated by the first through hole (33).
Near the rest position where the second through hole (48) is substantially aligned with the second through hole (48).
Has a center of vibration. Ink from each nozzle (33)
Deflection of the drop relative to the nozzle plate (27)
The control unit (71) so as to be correlated with the instantaneous position of (8).
Activates the recording head (3).