JP3151819B2 - インクジェットヘッド - Google Patents
インクジェットヘッドInfo
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- JP3151819B2 JP3151819B2 JP23925690A JP23925690A JP3151819B2 JP 3151819 B2 JP3151819 B2 JP 3151819B2 JP 23925690 A JP23925690 A JP 23925690A JP 23925690 A JP23925690 A JP 23925690A JP 3151819 B2 JP3151819 B2 JP 3151819B2
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- JP
- Japan
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- ink
- ink chamber
- pressure
- generating member
- pressure generating
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- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は印字データの入力を受けた時点で、ノズルか
らインク滴を飛翔させ、このインク滴により記録用紙に
ドットを形成するオンデマンド型のインクジェットヘッ
ドに関する。
らインク滴を飛翔させ、このインク滴により記録用紙に
ドットを形成するオンデマンド型のインクジェットヘッ
ドに関する。
［従来の技術］ オンデマンド型インクジェットヘッドには、大きく分
けて３種類のものがある。第１のものは、ノズルの先端
に、インクを瞬間的に気化させるヒータを設け、気化時
の膨張圧力によりインク滴を生成して飛翔させる、いわ
ゆるバブルジェット型である。第２のものは、インク室
を形成する容器に、信号により変形する圧電素子を設
け、変形時に生じる圧力によりインクを液滴として飛翔
させるものである。第３のものは、インク溜部内にノズ
ルに対向させて圧電素子を配設し、この圧電素子の伸縮
によりノズル領域に動圧を生じさせてインク滴を飛翔さ
せるものである。
けて３種類のものがある。第１のものは、ノズルの先端
に、インクを瞬間的に気化させるヒータを設け、気化時
の膨張圧力によりインク滴を生成して飛翔させる、いわ
ゆるバブルジェット型である。第２のものは、インク室
を形成する容器に、信号により変形する圧電素子を設
け、変形時に生じる圧力によりインクを液滴として飛翔
させるものである。第３のものは、インク溜部内にノズ
ルに対向させて圧電素子を配設し、この圧電素子の伸縮
によりノズル領域に動圧を生じさせてインク滴を飛翔さ
せるものである。
本発明は、上記第２の形式のオンデマンド型インクジ
ェットヘッドの改良に関するものである。この形式のイ
ンクジェットヘッドは、従来、日本特許公開59−48164
に示されたように、インク室を形成する容器の壁の一部
に圧電素子を設け、信号により圧電素子をたわみ変形さ
せたときに生じる圧力によって、ノズルからインク滴を
飛翔させ、記録紙上にドットを形成するようになってい
た。
ェットヘッドの改良に関するものである。この形式のイ
ンクジェットヘッドは、従来、日本特許公開59−48164
に示されたように、インク室を形成する容器の壁の一部
に圧電素子を設け、信号により圧電素子をたわみ変形さ
せたときに生じる圧力によって、ノズルからインク滴を
飛翔させ、記録紙上にドットを形成するようになってい
た。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、このような従来のインクジェットヘッ
ドにおける圧電素子は、ヤング率が大きく、したがって
発生応力も大きい。そのため、圧力発生部材動作時にイ
ンク室内に大きな正および負の圧力が発生する。正圧が
大きいためにインク吐出時にインク滴が分離するなど形
状が乱れ、印字の品質が著しく低下するという問題があ
った。また、負圧が大きいため、インク中に溶け込んで
いた気体が気泡となってインク中に現れ、この気泡によ
って次回のインク吐出時の正圧が吸収され、吐出能力が
低下し、インク滴の飛行方向が曲る、インク滴の吐出速
度が低下する、またはインク滴が吐出しないという問題
があった。
ドにおける圧電素子は、ヤング率が大きく、したがって
発生応力も大きい。そのため、圧力発生部材動作時にイ
ンク室内に大きな正および負の圧力が発生する。正圧が
大きいためにインク吐出時にインク滴が分離するなど形
状が乱れ、印字の品質が著しく低下するという問題があ
った。また、負圧が大きいため、インク中に溶け込んで
いた気体が気泡となってインク中に現れ、この気泡によ
って次回のインク吐出時の正圧が吸収され、吐出能力が
低下し、インク滴の飛行方向が曲る、インク滴の吐出速
度が低下する、またはインク滴が吐出しないという問題
があった。
そこで、本発明の目的は、インク室内に大きな正圧、
負圧が発生せず、インクの吐出状態が安定したインクジ
ェットヘッドを提供することにある。
負圧が発生せず、インクの吐出状態が安定したインクジ
ェットヘッドを提供することにある。
このような課題を達成するために本発明においては、
ノズルを有するノズル形成基板と、前記ノズルに連通す
るインク室と、前記インク室にインクを供給するインク
供給口が設けられた基板と、前記インク室のインクを変
位により加圧する圧力発生部材とからなるインクジェッ
トヘッドにおいて、前記圧力発生部材が、後端を基台に
固定され、側面を前記インク室を形成する部材と接する
ように収容されて前記基台と前記インク室を形成する部
材とを結ぶ方向の変位により先端面でインクを加圧する
圧電振動子により構成され、前記先端面に一致して、前
記インク室を構成する壁よりも変形強度が小さく、かつ
前記圧電振動子の変位時における過度なインクの正圧ま
たは負圧を吸収する柔軟部材が配置されている。
ノズルを有するノズル形成基板と、前記ノズルに連通す
るインク室と、前記インク室にインクを供給するインク
供給口が設けられた基板と、前記インク室のインクを変
位により加圧する圧力発生部材とからなるインクジェッ
トヘッドにおいて、前記圧力発生部材が、後端を基台に
固定され、側面を前記インク室を形成する部材と接する
ように収容されて前記基台と前記インク室を形成する部
材とを結ぶ方向の変位により先端面でインクを加圧する
圧電振動子により構成され、前記先端面に一致して、前
記インク室を構成する壁よりも変形強度が小さく、かつ
前記圧電振動子の変位時における過度なインクの正圧ま
たは負圧を吸収する柔軟部材が配置されている。
圧力発生部材の変位時における過度なインクの正圧や
負圧を柔軟部材が吸収してインク滴の分離や、またイン
ク室での気泡の発生を防止する。
負圧を柔軟部材が吸収してインク滴の分離や、またイン
ク室での気泡の発生を防止する。
そこで以下に本発明の詳細を図示した実施例に基づい
て説明する。
て説明する。
第１図は本発明におけるインクジェットヘッドを搭載
したプリンタの斜視図である。記録媒体１は送りローラ
ー2,3の押圧によりプラテン４に捲きまわされ、記録の
進行に従い矢印５の方向に搬送される。ガイド軸6,7に
案内されプラテン４の軸に平行な方向に移動可能なキャ
リッジ８上には、インクジェットヘッド９が搭載させて
おり、矢印10の方向に移動しつつ各々のノズルからイン
ク滴を吐出して記録媒体上にインク像を形成する。
したプリンタの斜視図である。記録媒体１は送りローラ
ー2,3の押圧によりプラテン４に捲きまわされ、記録の
進行に従い矢印５の方向に搬送される。ガイド軸6,7に
案内されプラテン４の軸に平行な方向に移動可能なキャ
リッジ８上には、インクジェットヘッド９が搭載させて
おり、矢印10の方向に移動しつつ各々のノズルからイン
ク滴を吐出して記録媒体上にインク像を形成する。
第２図は本発明の実施例を示すインクジェットヘッド
の縦断面図、第３図は横断面図である。これらの図に示
すように、ベース81上には圧力発生部材19と圧力発生部
材押え82、スペーサ80が配置されている。圧力発生部材
19の表面、つまり圧力発生部材19がインク室89のインク
を加圧する面に、この面に一致するように柔軟部材91が
配置されている。柔軟部材91は厚みtsが10.0μｍ以上、
100.0μｍ以下で、ヤング率が１×105［N/m2］以下のシ
リコン、または低密度ポリエチレンで構成されている。
柔軟部材91とスペーサ80との間には幅ｇのインク室89が
設けられている。圧力発生部材19の長さｌは1.0mm以上1
0.0mm以下、高さｈは0.5mm以上5.0mm以下、インク室89
の幅ｇは50μｍ以上500μｍ以下である。圧力発生部材1
9と圧力発生部材押え82、スペーサ80の上面にはノズル
形成基板31が接合されている。ノズル形成基板31にはノ
ズル33が設けられ、インクはベース81に設けられたイン
ク供給孔87をからインク室89を通ってノズル33へと供給
される。ノズル33の直径ｄは20μｍ以上、100μｍ以
下、ノズル形成基板31の厚みtnは50μｍ以上、200μｍ
以下である。
の縦断面図、第３図は横断面図である。これらの図に示
すように、ベース81上には圧力発生部材19と圧力発生部
材押え82、スペーサ80が配置されている。圧力発生部材
19の表面、つまり圧力発生部材19がインク室89のインク
を加圧する面に、この面に一致するように柔軟部材91が
配置されている。柔軟部材91は厚みtsが10.0μｍ以上、
100.0μｍ以下で、ヤング率が１×105［N/m2］以下のシ
リコン、または低密度ポリエチレンで構成されている。
柔軟部材91とスペーサ80との間には幅ｇのインク室89が
設けられている。圧力発生部材19の長さｌは1.0mm以上1
0.0mm以下、高さｈは0.5mm以上5.0mm以下、インク室89
の幅ｇは50μｍ以上500μｍ以下である。圧力発生部材1
9と圧力発生部材押え82、スペーサ80の上面にはノズル
形成基板31が接合されている。ノズル形成基板31にはノ
ズル33が設けられ、インクはベース81に設けられたイン
ク供給孔87をからインク室89を通ってノズル33へと供給
される。ノズル33の直径ｄは20μｍ以上、100μｍ以
下、ノズル形成基板31の厚みtnは50μｍ以上、200μｍ
以下である。
圧力発生部材19およびインク室89は境界壁90によって
囲まれている。インク室89は境界壁90、柔軟部材91、ノ
ズル形成基板31、ベース81で囲まれている。圧力発生部
材19の幅ｔは50μｍ以上、300μｍ以下である。
囲まれている。インク室89は境界壁90、柔軟部材91、ノ
ズル形成基板31、ベース81で囲まれている。圧力発生部
材19の幅ｔは50μｍ以上、300μｍ以下である。
第４図に示すように圧力発生部材19は圧電素子21と電
極72、73の積層構造になっており、圧電素子21は矢印50
の方向に分極されている。電極72と電極73の間隔ｅは20
μｍである。第５図に示すように、電極72と電極73との
間に電界を印加すると、d33圧電逆効果によって矢印49
の方向に伸びる。その後、充電スイッチ26を開いて放電
スイッチ27を閉じ（第７図参照）、電極72と電極73間を
短絡して電荷を放電すると、圧電素子21は収縮して圧力
発生部材19は矢印48の方向に縮む。
極72、73の積層構造になっており、圧電素子21は矢印50
の方向に分極されている。電極72と電極73の間隔ｅは20
μｍである。第５図に示すように、電極72と電極73との
間に電界を印加すると、d33圧電逆効果によって矢印49
の方向に伸びる。その後、充電スイッチ26を開いて放電
スイッチ27を閉じ（第７図参照）、電極72と電極73間を
短絡して電荷を放電すると、圧電素子21は収縮して圧力
発生部材19は矢印48の方向に縮む。
以下、上記インクジェットヘッドの動作を説明する。
第６図に示すように充電スイッチ26を閉じることによ
って圧電素子21に電界を印加すると、圧力発生部材19は
圧力発生部材押え82に支持されて矢印38の方向に変位
し、インク室89内のインクを加圧する。これによってイ
ンクは矢印42と矢印43の方向に加速される。このとき、
圧力発生部材19表面のインク室側に配設されている柔軟
部材91は、圧力発生部材19の応力とインク室89内の圧力
によって矢印39の方向に収縮する。これによってインク
室89内の圧力の急上昇は避けられ、インク室89内の圧力
は低くなる。圧電素子21はPZTで構成され、そのヤング
率は2.9×1011［N/m2］程度と非常に大きい。そのた
め、従来の柔軟部材91がない場合では、インク室89内の
圧力は絶対圧力で10気圧程度の高圧になり、インク滴28
の吐出速度Ｖが高速になり過ぎていた。このため、イン
ク滴28が複数に分離したり、形が柱状になるなど形が乱
れ、印字品質に悪影響を与えていた。しかし、本実施例
では柔軟部材91を設けたために、インク室89内の圧力が
絶対圧力で１気圧程度の圧力に押えられ、吐出するイン
ク滴の形状は球形となる。これが記録媒体に付着すると
円形のドットとなり印字品質が構造するという利点があ
る。
って圧電素子21に電界を印加すると、圧力発生部材19は
圧力発生部材押え82に支持されて矢印38の方向に変位
し、インク室89内のインクを加圧する。これによってイ
ンクは矢印42と矢印43の方向に加速される。このとき、
圧力発生部材19表面のインク室側に配設されている柔軟
部材91は、圧力発生部材19の応力とインク室89内の圧力
によって矢印39の方向に収縮する。これによってインク
室89内の圧力の急上昇は避けられ、インク室89内の圧力
は低くなる。圧電素子21はPZTで構成され、そのヤング
率は2.9×1011［N/m2］程度と非常に大きい。そのた
め、従来の柔軟部材91がない場合では、インク室89内の
圧力は絶対圧力で10気圧程度の高圧になり、インク滴28
の吐出速度Ｖが高速になり過ぎていた。このため、イン
ク滴28が複数に分離したり、形が柱状になるなど形が乱
れ、印字品質に悪影響を与えていた。しかし、本実施例
では柔軟部材91を設けたために、インク室89内の圧力が
絶対圧力で１気圧程度の圧力に押えられ、吐出するイン
ク滴の形状は球形となる。これが記録媒体に付着すると
円形のドットとなり印字品質が構造するという利点があ
る。
第７図に示すように、圧力発生部材19の矢印41方向の
縦振動周期とほぼ等しい時間の後に、充電スイッチ26を
開き、同時に放電スイッチ27を閉じると圧電素子21の電
荷は放電し、圧力発生部材19の端面は矢印41の方向に変
位する。しかし、インクは質量による慣性のため依然と
して矢印42、矢印43の方向に流れ続けてインク滴28をノ
ズル33より吐出する。さらに、第８図に示すように、圧
力発生部材19が完全に静止した後もインクは慣性によっ
て矢印42、矢印43の方向に流れ続けてインク室89内の圧
力は負圧になる。本実施例では柔軟部材91がそれに応じ
て矢印40の方向に伸びるため、インク室89内の圧力は絶
対圧力で0.5気圧程度しか下がらない。このため、イン
ク室89内のインク中に溶解している気体が気泡になって
現れることを防止できる。このように気泡が発生しない
と、再び圧力発生部材19が変位してインクを加圧しても
充分にインクに力を伝えることができ、インク吐出能力
が安定する利点がある。
縦振動周期とほぼ等しい時間の後に、充電スイッチ26を
開き、同時に放電スイッチ27を閉じると圧電素子21の電
荷は放電し、圧力発生部材19の端面は矢印41の方向に変
位する。しかし、インクは質量による慣性のため依然と
して矢印42、矢印43の方向に流れ続けてインク滴28をノ
ズル33より吐出する。さらに、第８図に示すように、圧
力発生部材19が完全に静止した後もインクは慣性によっ
て矢印42、矢印43の方向に流れ続けてインク室89内の圧
力は負圧になる。本実施例では柔軟部材91がそれに応じ
て矢印40の方向に伸びるため、インク室89内の圧力は絶
対圧力で0.5気圧程度しか下がらない。このため、イン
ク室89内のインク中に溶解している気体が気泡になって
現れることを防止できる。このように気泡が発生しない
と、再び圧力発生部材19が変位してインクを加圧しても
充分にインクに力を伝えることができ、インク吐出能力
が安定する利点がある。
第９図に示したように、本実施例のインクジェットヘ
ッドは複数個配置することも可能で、この場合は複数の
ヘッドによって同時に印字、印画できる利点がある。
ッドは複数個配置することも可能で、この場合は複数の
ヘッドによって同時に印字、印画できる利点がある。
以上述べたように、本実施例のインクジェットヘッド
は圧力発生部材表面のインク室側に柔軟部材を配置した
ため、PZT等の圧電素子で構成された圧力発生部材が発
生する高い圧力を吸収して、インク吐出時のインク室内
の正圧が１気圧程度の適正圧力になり、インク滴が複数
に分離したり、柱状になったりすることなく、記録紙上
に円形のドットを構成することができる。これによっ
て、品質の良い印字、印画を得ることができるのであ
る。また、同時にインク室内の負圧が0.5気圧程度と小
さくなるため、インク室内に気泡が発生することがな
く、インクを吐出する能力が安定する効果がある。
は圧力発生部材表面のインク室側に柔軟部材を配置した
ため、PZT等の圧電素子で構成された圧力発生部材が発
生する高い圧力を吸収して、インク吐出時のインク室内
の正圧が１気圧程度の適正圧力になり、インク滴が複数
に分離したり、柱状になったりすることなく、記録紙上
に円形のドットを構成することができる。これによっ
て、品質の良い印字、印画を得ることができるのであ
る。また、同時にインク室内の負圧が0.5気圧程度と小
さくなるため、インク室内に気泡が発生することがな
く、インクを吐出する能力が安定する効果がある。
以上、説明したように、本発明においては、ノズルを
有するノズル形成基板と、ノズルに連通するインク室
と、前記インク室にインクを供給するインク供給口が設
けられた基板と、インク室のインクを変位により加圧す
る圧力発生部材とからなるインクジェットヘッドにおい
て、圧力発生部材が、後端を基台に固定され、側面をイ
ンク室を形成する部材と接するように収容されて前記基
台と前記インク室を形成する部材とを結ぶ方向の変位に
より先端面でインクを加圧する圧電振動子により構成さ
れ、先端面に一致して、インク室を構成する壁よりも変
形強度が小さく、かつ圧電振動子の変位時における過度
なインクの正圧または負圧を吸収する柔軟部材が配置さ
れているので、圧力発生部材の変位時における過度なイ
ンクの正圧や負圧を柔軟部材により吸収できて、インク
滴の分離やインク室での気泡の発生を防止して、印字品
質の向上を図ることができる。
有するノズル形成基板と、ノズルに連通するインク室
と、前記インク室にインクを供給するインク供給口が設
けられた基板と、インク室のインクを変位により加圧す
る圧力発生部材とからなるインクジェットヘッドにおい
て、圧力発生部材が、後端を基台に固定され、側面をイ
ンク室を形成する部材と接するように収容されて前記基
台と前記インク室を形成する部材とを結ぶ方向の変位に
より先端面でインクを加圧する圧電振動子により構成さ
れ、先端面に一致して、インク室を構成する壁よりも変
形強度が小さく、かつ圧電振動子の変位時における過度
なインクの正圧または負圧を吸収する柔軟部材が配置さ
れているので、圧力発生部材の変位時における過度なイ
ンクの正圧や負圧を柔軟部材により吸収できて、インク
滴の分離やインク室での気泡の発生を防止して、印字品
質の向上を図ることができる。
第１図は本発明のインクジェットヘッドを使用したプリ
ンタの斜視図。 第２図は本発明のインクジェットヘッドの一実施例を示
す縦断面図。 第３図は同じく横断面図。 第４図は圧力発生部材の構造説明図。 第５図は圧力発生部材の動作図。 第６図、第７図、第８図は本発明のインクジェットヘッ
ドのインク滴吐出時の動作図。 第９図は本発明のインクジェットヘッドを複数個配設し
た切断斜視図。 １……記録媒体 ９……インクジェットヘッド 19……圧力発生部材 21……圧電素子 26……充電スイッチ 27……放電スイッチ 28……インク滴 31……ノズル形成基板 33……ノズル 80……スペーサ 81……ベース 82……圧力発生部材押え 83……スリット 87……インク供給孔 91……柔軟部材
ンタの斜視図。 第２図は本発明のインクジェットヘッドの一実施例を示
す縦断面図。 第３図は同じく横断面図。 第４図は圧力発生部材の構造説明図。 第５図は圧力発生部材の動作図。 第６図、第７図、第８図は本発明のインクジェットヘッ
ドのインク滴吐出時の動作図。 第９図は本発明のインクジェットヘッドを複数個配設し
た切断斜視図。 １……記録媒体 ９……インクジェットヘッド 19……圧力発生部材 21……圧電素子 26……充電スイッチ 27……放電スイッチ 28……インク滴 31……ノズル形成基板 33……ノズル 80……スペーサ 81……ベース 82……圧力発生部材押え 83……スリット 87……インク供給孔 91……柔軟部材
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−266948（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−108551（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−108552（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−108553（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−283153（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−84341（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−283153（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−284950（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−28558（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B41J 2/045 B41J 2/055 B41J 2/175
Claims (1)
- 【請求項１】ノズルを有するノズル形成基板と、前記ノ
ズルに連通するインク室と、前記インク室にインクを供
給するインク供給口が設けられた基板と、前記インク室
のインクを変位により加圧する圧力発生部材とからなる
インクジェットヘッドにおいて、 前記圧力発生部材が、後端を基台に固定され、側面を前
記インク室を形成する部材と接するように収容されて前
記基台と前記インク室を形成する部材とを結ぶ方向の変
位により先端面でインクを加圧する圧電振動子により構
成され、前記先端面に一致して、前記インク室を構成す
る壁よりも変形強度が小さく、かつ前記圧電振動子の変
位時における過度なインクの正圧または負圧を吸収する
柔軟部材が配置されているインクジェットヘッド。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23925690A JP3151819B2 (ja) | 1990-09-10 | 1990-09-10 | インクジェットヘッド |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23925690A JP3151819B2 (ja) | 1990-09-10 | 1990-09-10 | インクジェットヘッド |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04118239A JPH04118239A (ja) | 1992-04-20 |
| JP3151819B2 true JP3151819B2 (ja) | 2001-04-03 |
Family
ID=17042059
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23925690A Expired - Fee Related JP3151819B2 (ja) | 1990-09-10 | 1990-09-10 | インクジェットヘッド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3151819B2 (ja) |
-
1990
- 1990-09-10 JP JP23925690A patent/JP3151819B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH04118239A (ja) | 1992-04-20 |
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