JP3073783B2 - インクジェットヘッド - Google Patents

インクジェットヘッド

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JP3073783B2
JP3073783B2 JP8775691A JP8775691A JP3073783B2 JP 3073783 B2 JP3073783 B2 JP 3073783B2 JP 8775691 A JP8775691 A JP 8775691A JP 8775691 A JP8775691 A JP 8775691A JP 3073783 B2 JP3073783 B2 JP 3073783B2
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智昭 中野
実 飴山
雅史 門永
修三 松本
耕二 泉
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【技術分野】本発明は、インクジェットへッドに関し、
例えば、各種記録装置に適用されるものである。
【0002】
【従来技術】本発明による従来技術を記載した公知文献
としては、特開昭62−5150号公報及び特開昭6
0−90770号公報がある。まず、特開昭62−5
150号公報には、圧電体プレート自身に、インクキャ
ビティ溝を形成し、溝は深溝と浅溝の両者から構成さ
れ、さらに、圧電体プレートにカバープレートを接合し
て、複数列のインクキャビティを構成することが開示さ
れている。しかしながら、相互干渉に対しては、若干考
慮された構成となっているものの、浅溝加工したアクチ
ュエータに電極形成したり、キャビティのカバープレー
トを分割加工するなど加工上の問題がある。
【0003】また、特開昭60−90770号公報に
は、振動板上に圧電素子を設け、剛体的に保存する剛性
部材からなるヘッドが開示されており、分極方向と垂直
の圧電歪定数による変形のかわりに分極方向と同じ圧電
歪定数による変形を用いることで、加圧室を高密度に配
置可能とし、電気的接続を容易にするものである。しか
しながら、1つのアクチュエータが動くと、隣接するア
クチュエータに影響を与える構成となっており、振動板
を介して隣りのアクチュエータが接続され、又、流路に
関しても振動板に接合されている為、隣接するアクチュ
エータへの影響が避けられないという欠点があった。
【0004】また、先に提案した特願平1−13850
3号のものは、複数本のアクチュエータを同時に駆動す
ると、単独で駆動した時より、液滴の速度が遅くなった
り、又、液質量も小さくなるなどの相互干渉が発生する
ものであった。また、圧電体に施した溝部の充填物と、
流路隔壁が接合されているので、アクチュエータを駆動
すると溝間の充填物も一緒に動き、流路板も持ち上げら
れ、実効容積変位は小さくなっていた。この傾向は複数
のアクチュエータを、同時に駆動すると、さらに顕著に
なり実効容積変位は増々低下する傾向にあった。最悪の
時は噴射不能となることもあった。
【0005】また、特開昭62−56150号公報に
は、圧電効果を利用してインクキャピティ内のインクを
インクノズルから液滴状に噴射させる記録ヘッドが記載
されており、圧電材料から成る圧電体プレート自身に、
複数列のインクキャピティ溝を形成し、その圧電体プレ
ートにカバープレートを接合して、前記インクキャピテ
ィ溝とで複数列のインクキャピティを構成するものであ
る。しかしながら、クロストークの低減には有利である
が、圧電体の使用量が多く、コストアップとなるという
欠点があった。
【0006】図8(a),(b)は、従来のインクジェ
ットヘッド部の部分拡大図で、図(a)は非駆動状態、
図(b)は駆動状態を示している。図中、21は流路
板、22は流路、23はノズル、24は圧電体、25は
充填材である。1つのアクチュエータを駆動すると充填
剤を介して、流路板が持ち上げられる状態となり、実効
容積変化量も小さくなる。さらに、複数本のアクチュエ
ータを同時に駆動すると、流路板の持ち上げられる量が
増し、実効容積変化量はさらに小さくなる。この傾向
は、複数本を同時駆動した時、中心にあるアクチュエー
タほど顕著となる。
【0007】上述のように、パルスで電歪振動子(圧電
体)を駆動してその歪み現象によりインク滴噴射ヘッド
内のインク室の体積を変化させることによってインク室
内のインクに圧力を加えてノズルより噴射させるインク
ジェットヘッドは周知であるが、このようなインクジェ
ットヘッドにあっては、インク室内に気泡が存在した
り、インク室にインクが充填されていない部分がある場
合にはインク滴噴射効率が著しく低下し、又インク滴噴
射機能が停止することがある。このため、例えば、プリ
ンタに用いられた場合には、入力情報を全部プリントす
ることができなくなってプリントミスを生じ、このプリ
ントミスに気付かないことも多い。
【0008】上述のごとき問題点を解決するために、例
えば、実公昭59−550号公報においては、電歪振
動子を有するインクジェットヘッドと、入力パルスによ
り前記インクジェットヘッドを駆動してインク滴を噴射
させる駆動回路と、前記電歪振動子のインピーダンス変
化による前記入力パルスの周波数より高い所定周波数の
振動分を検出する振動分検出手段と、この振動分検出手
段の出力を整流する整流回路とを備えたインクジェット
記録装置が開示されており、また、特公昭58−308
28号公報には、電歪振動子からみたモーショナルイン
ピーダンス変化のリップル成分を検出して電圧出力を出
力する、ヘッド内の気泡を検出する気泡検出回路と、前
記電圧出力を入力としその入力が一定値以上に達したと
き印写機能を停止させ且つヘッドをホームポジションに
移動させると共に、インク押圧装置回路を駆動してイン
ク押圧装置によってヘッド内のインクを押圧しヘッド内
からインクと共に気泡を吐出させる気泡除去装置とを具
備したインクジェット印写装置が開示されている。
【0009】しかし、マルチノズルヘッドでは1個のノ
ズルよりの液滴吐出が異常となっても画像劣化が著しい
ため基本的に全ノズルの気泡検出が必要となる。また、
カラー印字の場合は4色インク×ノズル数の気泡検出が
必要であり、検出回路を何らかの方法で減らす必要があ
る。また、従来の方法では、気泡の影響を駆動電圧自身
の電圧変化として検出するため検出感度が悪く気泡量が
多いときのみ検出可能であった。
【0010】
【目的】本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされた
もので、簡単な原理と構成で集積度が高く、加工・組立
ても容易で、かつ、特性的にも相互干渉をなくすように
したマルチノズルインクジェットヘッドを提供するこ
と、及び、上述のごときマルチノズルインクジェットヘ
ッドにおいて、ヘッド内の気泡を検出する気泡検出回路
を減らし、かつ検出感度を上げること、また、アクチュ
エータ圧電体の長さ(面高さ)を隔壁圧電体の長さ(面
高さ)よりも長く(高く)して不要な接着剤がアクチュ
エータに接すること回避し、隔壁に働く力を抑制して相
互干渉を低減するようにしたインクジェットを提供する
ことを目的としてなされたものである。
【0011】
【構成】本発明は、上記目的を達成するために、(1)
圧電体にスリットを設け、該スリット間で形成される凸
部をアクチュエータとし、該凸部に対応して平行流路を
設け、該平行流路の面に対して垂直な方向に厚み変位を
生じさせることにより、液滴をノズルから噴射させるイ
ンクジェット記録装置であって、隣接するアクチュエー
タの間に前記圧電体と平行流路の構成部材で隔壁部が構
成され、該隔壁部は前記圧電体と前記平行流路の構成部
材で互いに接合されており、前記隔壁部と前記アクチュ
エータの間に弾性体を充填させるか、前記圧電体と前記
平行流路の構成部材の間に薄膜部材を設け、該薄膜部材
が前記隔壁部によって挾持されているインクジェット記
録装置において、前記平行流路面を構成するアクチュエ
ータに対して、前記隔壁部を構成する圧電体が短く(低
く)形成されていること、或いは、()複数の溝で区
分された圧電材料と、複数の加圧液室を有する流路板
と、前記加圧液室に隣接して配置される共通液室と、該
加圧液室に連通するノズルとからなり、前記圧電材料は
前記加圧室に対向する複数の駆動部と、これら駆動部間
に設けられ前記流路板と結合される非駆動部よりなり、
前記圧電材料への電圧印加によりノズルより記録液を吐
出して記録するインクジェット記録装置において、前記
非駆動部に気泡検出手段を有すること、更には、(
前記()において、前記気泡検出手段を非駆動部の1
つおきに有することを特徴としたものである。以下、本
発明の実施例に基づいて説明する。
【0012】まず、図7に基づいて、ヘッド部の全体構
成を説明する。図中、1は基板、2は圧電素子(PZ
T)、3は流路板、4は液室、5はインク供給パイプ、
6はノズルプレート、7は銅線、8はリード線、9は電
極、10は接地用リード線、11は配線プレートであ
る。圧電素子2を挾むように流路板3と基板1を配設
し、長手方向にノズルプレート6、液室4を具備させて
構成される。図1は、本発明によるインクジェットヘッ
ドの一実施例を説明するための構成図で、図7における
I部の拡大図である。図中、12は流路板、13は流
路、14はノズル、15は圧電体(アクチュエータ)、
16a、16bは隔壁、17は溝である。
【0013】圧電体15に独立駆動可能なように、溝加
工を施し、溝17によって形成された圧電体凸部が厚み
変位することで、対応して設けられた流路板12内の流
路13の容積が変化し、ノズル14から吐出する。この
場合、圧電体15を積層構造の例を示したが、単層構造
でも同様である。溝部として、充填剤を充填していた箇
所に、さらに、細い溝17を形成し、これらの溝で構成
される凸部を隔壁16aとし、この隔壁16aと流路板
12に形成された隔壁16bを接合することで、アクチ
ュエート駆動時の流路板12の持ち上がり現象を防止し
ている。さらに、隔壁の横の溝17に充填剤を充填し、
1つのアクチュエータが作用する。液室容積(V0)と
アクチュエータによって、変化する容積(ΔV)の比Δ
V/V0を大きくして効率の向上を図るものである。
【0014】図2は、本発明の他の実施例を示す図で、
18は薄膜部材、その他、図1と同じ作用をする部分は
同一の参照番号が付してある。この実施例では、図1に
示した実施例と同様に、ΔV/V0を大きくし、かつ隔
壁16a、16bで薄膜部材18を相互に接合した例を
示している。薄膜部材を用いることで、内部電極にイン
クが接しない為、パッシベーションが不要となる。図3
は、インク室内の気泡を検出する実施例を説明するため
の構成図で、図中、図1及び図2に示した実施例と同様
の作用をする部分には、図1及び図2の場合と同一の参
照番号を付してある。本実施例においても、インクジェ
ットヘッドの圧電体(積層圧電セラミックス)15には
溝が加工される。溝で区分された凸部の内、流路板12
の加圧液室13に対向して駆動部が、流路板の隔壁に対
向して非駆動部が配置される。駆動部への電圧印加に対
して加圧液室内の圧力が増加し、加圧液室に連通するノ
ズル14より液滴が吐出し記録紙上へ記録する。非駆動
部には、図示のように、検出回路19が接続される。
【0015】図4は、加圧液室内に気泡がある時(b)
と、気泡がない時(a)の非駆動部で検出される電圧出
力を示す。気泡がない時は加圧液室内の駆動部への電圧
印加に伴う圧力上昇が大きく非駆動部は流路板隔壁を介
して上方に伸ばされるため図(a)のような電圧波形が
見られる。一方、気泡のある場合は加圧液室内の圧力上
昇が小さく図(b)のような電圧波形が見られる。この
電圧波形の差は比較器等を介して図(a),図(b)の
電圧出力値を比較設定電圧と比較することにより容易に
気泡の有無として検出できる。このような検出回路は図
3に示すように2つの加圧液室に対して1つの割合で設
けるのが望ましい。前述した図1において、隔壁部材で
ある圧電体16a,16bと流路板12とを接着する際
不要な接着材が接合部からはみ出し、アクチュエータに
接する場合がある。その場合には、硬化した接着材を介
して隔壁にて力が働くため、十分に相互干渉を低減でき
ないという問題点が生ずる。図5には、流路板12と隔
壁圧電体16a,16bを接着剤により接合する場合、
不要接着剤20がはみだしてしまう状態を示したもので
ある。不要接着剤20はアクチュエータ圧電体に接して
しまうことが多く、そのため硬化した接着剤を介して隔
壁に力が働き、新たな相互干渉の原因となってしまう。
【0016】図6は、前述した実施例を更に改良したも
のである。図1との違いは、隔壁部材である圧電体16
aの長さ(高さ)がアクチュエータ圧電体15の長さ
(高さ)よりも短く(低く)なっていることである。そ
のため、隔壁部材である圧電体16a,16bの接合面
は凹みを形成する。それによって、不要接着剤20は凹
み内にたまり、充填剤には接するがアクチュエータ圧電
体には直に接しにくくなる。この結果、硬化した接着剤
を介した隔壁への力は弱まり、図1の構成に比べて相互
干渉は低減する。
【0017】
【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。 (1)アクチュエータを駆動時に流路板が同期して動き
噴射効率が低下し、さらに、複数本を同時に駆動した
時、各々が影響し合い、滴速度変動や、滴の大きさ変動
が生じ、画質の低下を引き起こすという欠点が解決さ
れ、個々のアクチュエータが、分離され結合しているの
で相互に影響し合わず、単一駆動と複数同時駆動でも、
噴射液滴の速度や質量も変化しないため、常に一定の画
質が得られる。 (2)アクチュエータの力が隔壁に働くことを抑えてい
るので、流路板の持ち上げが減り、相互干渉を抑えるこ
とができる。 (3)また、気泡検出回路を非駆動部の1つ置きに設け
ることによって、検出回路の数は加圧液室の半分、すな
わちノズル数の半分ですむばかりでなく、2つの加圧液
室内の圧力上昇を同時に検出するために非駆動部よりの
検出電圧が大きくなるため検出感度が上がり微小量の気
泡検出が可能となるとともに回路構成が簡単となる等の
利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明によるインクジェットヘッドの一実施
例を説明するための構成図である。
【図2】 本発明の他の実施例を示す図である。
【図3】 気泡検出回路を備えた本発明の実施例を説明
するための図である。
【図4】 図3に示した実施例の動作説明をするための
非駆動部の検出電圧の波形図である。
【図5】 不要接着剤がはみだした状態を示す図であ
る。
【図6】 本発明の更に他の実施例を示す図である。
【図7】 ヘッド部の全体構成図である。
【図8】 従来のヘッド部の構成図である。
【符号の説明】
12…流路板、13…流路、14…ノズル、15…圧電
体(アクチュエータ)、16a、16b…隔壁、17…
溝、18…薄膜部材、19…気泡検出回路、20…不要
接着剤。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平田 俊敞 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 市川 憲一 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株 式会社リコー内 (72)発明者 中野 智昭 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 飴山 実 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 門永 雅史 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 松本 修三 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 泉 耕二 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3−190743(JP,A) 特開 平3−187757(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B41J 2/045 B41J 2/055

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧電体にスリットを設け、該スリット間
    で形成される凸部をアクチュエータとし、該凸部に対応
    して平行流路を設け、該平行流路の面に対して垂直な方
    向に厚み変位を生じさせることにより、液滴をノズルか
    ら噴射させるインクジェット記録装置であって、隣接す
    るアクチュエータの間に前記圧電体と平行流路の構成部
    材で隔壁部が構成され、該隔壁部は前記圧電体と前記平
    行流路の構成部材で互いに接合されており、前記隔壁部
    と前記アクチュエータの間に弾性体を充填させるか、前
    記圧電体と前記平行流路の構成部材の間に薄膜部材を設
    け、該薄膜部材が前記隔壁部によって挾持されているイ
    ンクジェットヘッドにおいて、前記平行流路面を構成す
    るアクチュエータに対して、前記隔壁部を構成する圧電
    体が短く形成されていることを特徴とするインクジェッ
    トヘッド。
  2. 【請求項2】 複数の溝で区分された圧電材料と、複数
    の加圧液室を有する流路板と、前記加圧液室に隣接して
    配置される共通液室と、該加圧液室に連通するノズルと
    からなり、前記圧電材料は前記加圧室に対向する複数の
    駆動部と、これら駆動部間に設けられ前記流路板と結合
    される非駆動部よりなり、前記圧電材料への電圧印加に
    よりノズルより記録液を吐出して記録するインクジェッ
    ト記録装置において、前記非駆動部に気泡検出手段を有
    することを特徴とするインクジェットヘッド。
  3. 【請求項3】 前記気泡検出手段を非駆動部の1つおき
    に有することを特徴とする請求項第項に記載のインク
    ジェットヘッド。
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