JPH04355147A - インクジェット記録ヘッド、及びその駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液滴の吐出によって記録
を行うインクジェット記録装置に適したインクジェット
記録ヘッドの構成およびその駆動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧電素子の長手方向変位を利用してその
変位方向に圧力室壁を変位させて圧力室内のインクを加
圧し、該圧力室に連通するノズルよりインク滴を噴射す
るインクジェット記録ヘッドは、特開昭５８ー１１９８
７２号公報に開示されている。しかしながら、この種の
駆動部の固有振動周期は非常に短く、変位速度が速いた
め、開示の駆動方法ではノズルから気泡を吸い込み易く
、吐出の安定性に欠ける。またインク滴は細く長い形で
ノズルから吐出されることが分かり、紙面上のドット形
状が細長く、印字品質を落としていることが分かった。

【０００３】また複数のノズルを、しかも高密度に配置
するとき、従来例には圧力室壁と圧電素子端部との結合
を均一且つ確実とする手段の開示がなく、各ノズルから
均一且つ安定してインク滴を吐出することが難しいこと
が分かった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】まず安定した信頼性の
高い吐出の実現、次に印字品質上好ましい吐出インク滴
形状の実現、さらには多数高密度ノズルヘッドにおける
各ノズルからのばらつきのないインク吐出の実現が本発
明の目的とするところである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そこで本発明では、圧力
室や圧力室に連通する流路を吐出インク量の確保や気泡
の排出性を考慮して設定すると共に、圧電素子は圧力室
壁に変位を与えるよう組み立てられる。さらに駆動方法
として、待機状態において圧電素子は充電状態にあり、
印字信号が入ると急速に放電して前記圧力室壁を予備変
位状態からさらに変位させてインク滴を噴射し、その後
徐々に充電して元の待機状態に復帰するように駆動する
。

【０００６】また長方形状の圧力室周囲からほぼ均一の
距離をおいて圧力室外壁を島状で長方形状の凸部となし
、該凸部を圧電素子の端部で伏勢することにした。

【０００７】また圧電素子の他端部を固定する固定部材
により圧力室長手方向両端部外側で且つ近傍で流路部を
固定した。

【０００８】

【実施例】以下に本発明の実施例に沿って詳細に説明す
る。図１は本発明によるインクジェット記録ヘッドの流
路の実施例の斜視図で、図２はその流路の上に接合して
流路に蓋をすると共に圧電素子の変位を受ける変位板１
１の実施例である。図３は変位板１１に所定の変位を与
える圧電素子１５を含む駆動部２０の実施例である。図
４は図１の流路、図２の変位板１１、図３の駆動部２０
を組み立てた本発明による記録ヘッドの斜視図で、図５
は図４のＡ−Ａに関する断面図である。

【０００９】図１および図５において１は圧力室、その
圧力室１の一端４は通孔５を通じてノズル３に連通し、
圧力室１の他端６は絞り供給口２を通じて各圧力室共通
のインク室７に連通する。通孔５は円形流路でその直径
は圧力室１の幅と等しい。インク室７には供給口８を通
じてインクタンクからインクが入ってくる。１０はノズ
ル３を有するノズルプレートであり、エレクトロフォー
ミングや金属プレートのプレス加工により製造される。 圧力室１や通孔５等の流路はドライフィルムなど感光性
樹脂で構成する。尚、図示の例ではノズルを２列に千鳥
状に配置したが、さらに複数列を配置することは簡単で
ある。

【００１０】圧力室１を図示のように長方形状とするこ
とにより隣接ノズル間隔を短くして、高密度にしてしか
も吐出インク量を得るために必要な大きさの圧力室を配
置できる。圧力室１の一端をノズルへの通孔５とし、他
端を絞り部２とすることで、圧力室内に気泡が滞ること
がない。

【００１１】図２において変位板１１は金属フィルム１
２と圧力室１の外壁に作られる島状の凸部１３および圧
力室外側の外周部１４より成る。金属フィルム１２の材
料としてはステンレス、ニッケル、ベリリウム、チタン
などが良く、厚さは１〜　１０μｍ、望ましくは２〜５
μｍである。金属フィルム１２を使用することにより全
圧力室にわたり厚味を高精度に均一化できるので、金属
フィルム１２に加わる応力を管理でき、また各圧力室の
吐出特性を均一化できる。島状の凸部１３は流路上に接
合されたとき圧力室１の外周から精確に一定の間隔とな
るよう、また一定の厚さに形成されなければならない。 凸部１３および外周部１４は感光性樹脂が良く、金属フ
ィルム１２上に感光性樹脂を積層させた後、露光、現像
を行なって、凸部１３および外周部１４の位置と厚さを
高精度に形成できる。凸部１３の幅は圧力室幅の１／２
またはそれ以下とする。

【００１２】図３の駆動部２０において１５は積層型圧
電素子で、各圧力室１の配置に対応して高密度に並んで
いる。圧電素子１５の片側約半分の両電極の非重なり部
分は固定板１６に接着されており、固定板１６はさらに
第２の固定板１７に強固に接着または機械的に接合され
ている。このとき圧電素子１５の自由端面１８は第２の
固定板１７の端面１９と同一面上かまたは数μｍ〜１０
μｍ位突き出るように治具を使って精確に組み立てる。 圧電素子１５と接着される固定版１６にはセラミック材
料、金属、またはプラスチック材料が使用可能である。 圧電素子１５はその積層方向が圧力室１の長尺方向とな
るように設置される。

【００１３】図４、図５に示したように、変位板１１は
圧力室１等の流路上に精確に位置決めされた上で接合さ
れ、図３の駆動部２０は変位板１１上にこれも精確に位
置決めされた上で接着剤を介して設置される。すなわち
変位板１１の凸部１３が圧力室１の丁度中央部に位置す
るように、そして圧電素子１５の端面１８が凸部１３上
にくるように設置される。圧電素子１５の端面１８と凸
部１３は、また第２の固定板１７の端面１９と変位板１
１の外周部１４は接合する。特に圧力室１の外側で且つ
出来るだけ近傍で端面１９と外周部１４は接合、固定す
る。しかも変位板１１にたわみが生じないようにインク
室７を避けて絞り供給口２の上で固定する。

【００１４】後述するように駆動部２０を組み付けたと
き、およびインク吐出時において、駆動部２０は変位板
１１を伏勢し、流路やノズルプレート１０までも変形さ
せる。しかし図示のように圧力室の両端、しかもスパン
が長い圧力室長手方向両端を固定すれば流路やノズルプ
レート１０にまで変形が及ぶのを防止できる。

【００１５】図６は図４のＢ−Ｂに関する断面図で、駆
動部を接着剤を介して組み付けたときに生ぜしめる変位
板１１のたわみを少し誇張して表わしたものである。各
々の圧力室において変位板１１には０〜１５μｍ位の範
囲でたわみを与えるように構成する。固定板１７の端面
１９と変位板外周部１４の接合面に対し、凸部１３各々
の高さには数μｍのばらつきは避けられず、また圧電素
子１５の端面１８もそれぞれ変動するが、予めたわみを
与えることにより各々の圧力室の外壁の凸部１３と圧電
素子の自由端面１８は離れることなく確実に接合できる
。

【００１６】図７は一本の積層形圧電素子１５の斜視図
で、薄層の圧電材料２８を電極層２１を介して図のよう
に積層したもので、一方の電極２３と他方の電極２４間
に電界を加えると圧電定数ｄ３１に比例して長尺方向に
縮み、放電すると元に復帰する。

【００１７】次に駆動方法について説明する。図８は駆
動波形の実施例で、２５は圧電素子が充電された待機状
態、２６は放電区間、２７は再充電区間である。変位板
１１は図６のような待機状態から２６の放電により矢印
Ａのようにさらに急速に変位し、圧力室内のインクを加
圧してノズルからインク滴を吐出する。そのあとの再充
電につれて圧力室は待機状態に復帰する。

【００１８】以上の駆動方法を、先ず圧力室を拡大し次
に圧力室を縮小して吐出する方法と比較すると、本方法
ではメインドロップが大きく、サテライトドロップが小
さい吐出インク滴形状が得られ、したがってより円形に
近く、またより大きなドットを紙面上に得られる。吐出
スピードが遅くてインク滴飛行曲がりに弱いサテライト
ドロップが小さいことはたとえ曲がっても印字に与える
影響は小さい。さらに重要なことは、高密度に配置した
小さな圧力室を有し、しかも上述の如き剛性が高い圧電
素子を駆動源とした場合圧力室には大きな負圧が発生す
るが、本方法の駆動方法であればノズルから気泡を吸い
込むことがなく間欠的な使用を含めて長時間安定して吐
出を続けられることが分かった。

【００１９】

【発明の効果】以上に説明したように本発明によるイン
クジェット記録ヘッドは積層型圧電素子を用いてその変
位方向に圧力室壁を変位させるものであり、非常に高密
度にノズル配置できると同時に従来課題であった吐出の
安定化と吐出インク滴形状の改善、及び複数の各ノズル
の吐出特性のばらつき改善を実現できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の流路の斜視図。

【図２】本発明の記録ヘッドに用いる変位板の斜視図。

【図３】本発明の記録ヘッドに用いる駆動部の説明図。

【図４】本発明による記録ヘッドの斜視図。

【図５】図４のＡ−Ａに関する断面図。

【図６】図４のＢ−Ｂに関する断面図。

【図７】積層型圧電素子の説明図。

【図８】本発明の駆動波形の説明図。

【符号の説明】

１　　　　圧力室 ２　　　　絞り供給口 ３　　　　ノズル ７　　　　インク室 １０　　ノズルプレート １１　　変位板 １２　　金属フィルム １３　　凸部 １５　　圧電素子 ２０　　駆動部 ２５　　駆動波形の待機状態 ２６　　駆動波形の放電部 ２７　　駆動波形の充電部 ２８　　接着剤

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】積層型圧電素子の変位を利用してその変位
   方向に圧力室の壁を変位させて該圧力室内のインクを加
   圧し、該圧力室に連通するノズルよりインク滴を噴射す
   るインクジェット記録ヘッドにおいて、前記圧力室は同
   一平面上に複数の長方形状であって、各圧力室の一端は
   ノズルに、他端は絞り供給口を通じて共通のインク室に
   連通すると共に前記各圧力室壁のほぼ中央部を前記圧電
   素子の端部で伏勢するよう構成したことを特徴とするイ
   ンクジェット記録ヘッド。
2. 【請求項２】長方形状の圧力室周囲からほぼ均一の距離
   をおいて圧力室外壁を島状で長方形状の凸部となし、該
   凸部を圧電素子の端部で伏勢す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ヘッド。
3. 【請求項３】圧電素子の他端部を固定する固定部材を備
   え、該固定部材または該固定部材と連結する第２の固定
   部材により圧力室長手方向両端部外側で且つ近傍を固定
   することを特徴とする請求項１記載のインクジェット記
   録ヘッド。
4. 【請求項４】（１）待機状態において、請求項１の圧電
   素子は充電状態にあり、また請求項１の圧力室壁は予備
   変位状態にあり、（２）印字信号が入ると急速に放電し
   て前記圧力室壁を更に変位させてインク滴を噴射し、（
   ３）その後徐々に充電して（１）の待機状態に復帰する
   ことを特徴とするインクジェット記録ヘッドの駆動方法
   。