JP3627782B2 - オンデマンド型マルチノズルインクジェットヘッド - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電素子を用いたオンデマンド型インクジェットヘッドで、特に多数のノズルを高密度に列状に集積させたマルチノズルインクジェットヘッドの構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本発明に最も近い公知例として、特開平０５−２４６０２５号公報がある。この特許出願では、１列あたり複数のノズルを持つプリントヘッドにおいて、本来のノズルの数に対応する圧電素子の他に、さらにその外側に圧電素子を１本ずつ設け、これら両端の圧電素子を位置決め用として使っている。
【０００３】
また、この特許出願において、圧電素子に装着されている振動板はごく薄い板であって、圧電素子に対応する部分が島状に厚くなっている。そして、圧電素子と、島状部とが接着されている。
【０００４】
一方、本発明者らは、適宜の仕様の１列あたり３２個のノズルを持つインクジェットヘッドを製作し、種々の実験を行った。その結果、インクによる紙の上のドットの形が、１個の粒にならずに、主たる粒の他に、小さな粒（セカンドドロップと呼ぶ）が出来る場合があることが分かった。
【０００５】
これを改善するために、圧電素子と振動板との間の接着剤として弾性材料の接着剤を使用し、さらに接着剤の一部を接着部以外の圧電素子の周りにはみ出させると、前記セカンドドロップの発生を防止するのに有効であることが分かった。
【０００６】
このようにして製作したプリントヘッドについて、同一インク液滴速度となる電圧を３２個のノズルについて測定した。その一例を示すと図５のようになる。
【０００７】
すなわち、これらのノズルの場合、同じ列の中でも、端にあるＮｏ１あるいはＮｏ３２ノズルの電圧が高くなっている。本発明者らの実験によれば、比較的多くのケースでこのような結果を得ている。しかし、このように駆動電圧に差があることは印刷品質上好ましいことではない。すなわち、同じ電圧で駆動した場合でもインクの速度、あるいは噴射量が異なり、極端な場合にはインク量の不足で部分的に紙の白い部分が露出する「白抜け」という現象が発生することがある。
【０００８】
【発明が解決しようする課題】
上記した問題に鑑み、本発明は、複数のノズルを有するオンデマンド型マルチノズルインクジェットヘッドにおいて、セカンドドロップを防止でき、かつ、列状に並んで配置されたノズルの中で、各列の端のノズルで生じる駆動電圧の増大を低減出来る構造を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、インクの圧力を高める加圧室と、該圧力室の壁面の一部を構成する振動板と、電気信号の印加により前記加圧室内に圧力変動を発生させる圧電素子と、該圧電素子と前記振動板との間に介在する弾性材料と、前記加圧室にインクを供給するリストリクタと、前記加圧室からインク液滴を噴射するオリフィスと、前記リストリクタの上流側にあって複数の前記加圧室にインクを供給するインク流路によって構成されたノズルを複数配列してなるオンデマンド型マルチノズルインクジェットヘッドにおいて、前記弾性材料は前記圧電素子の周囲にはみ出す程度に塗布してなり、列状に並んだ前記加圧室に対向して配置された圧電素子列の延長上外側に、前記弾性部材の流出をせき止めるべく設けられた、インク噴射に直接寄与しない圧電素子を有することを特徴とする。
また、前記圧電素子列及びインク噴射に直接寄与しない圧電素子は、ほぼ等間隔に配列されていることを特徴とする。
また、前記弾性材料は、前記圧電素子と前記振動板との接着並びに振動抑制の働きを有する材料からなることを特徴とする。
更に、前記弾性材料は、５〜２０μｍの層厚であることを特徴とする。
【００１０】
これにより、加圧室に対応する各々の圧電素子の端部の周りを取り囲む弾性材料の量を圧電素子の位置に関係なく一様にすることが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明について説明する。
【００１２】
図１は、本発明で用いるマルチノズルインクジェットヘッドのノズル部の構成を示す断面図である。このヘッドは、入力信号に応じてインクを噴射することにより記録を行うことができる。
【００１３】
図において、１はオリフィス、２は加圧室、３は振動板、４は圧電素子、５ａおよび５ｂは信号入力端子、６はヘッド基板、７は共通インク流路、８は共通インク流路７と加圧室２とを連結して加圧室２へのインク流入を制御するリストリクタ、９はフィルタ、１２はリストリクタ８を形成するリストリクタプレート、１１は振動板３と圧電素子４とを連結する弾性材料、１３は加圧室２を形成するチャンバープレート、１４はオリフィス１を形成するオリフィスプレートである。
【００１４】
ここで、前記振動板３は加圧室２の壁面の少なくとも一部を形成しており、弾性材料１１を介して圧電素子４に連結されている。なお、弾性材料１１は圧電素子４と振動板３の接着のみでなく、圧電素子４および振動板３の不必要な振動を抑制する作用を有する材料であれば良い。例えば、シリコン系、アクリル系およびニトリル系の樹脂等である。
【００１５】
また、振動板３、リストリクタプレート１２、チャンバープレート１３は、例えばステンレス材から作られ、オリフィスプレート１４はニッケル材から作られている。ヘッド基板６は、セラミックスなどの絶縁物から作られている。
【００１６】
インクは、共通インク流路７、リストリクタ８、加圧室２、オリフィス１の順に流れる。圧電素子４は信号入力端子５ａと５ｂとの間に電位差が印加されたときに伸長または収縮し、信号入力端子５ａと５ｂ間に電位差が無くなれば変形しないように取り付けられている。
【００１７】
図２は、図１で説明したノズル列の列方向中央部の断面図である。
【００１８】
図２において、圧電素子４と振動板３との間の弾性材料１１は両者を接着している。この弾性材料１１を圧電素子４の先端に塗布して振動板３に押しつけると、圧電素子４と振動板３との間には５〜２０ミクロン程度の厚さの弾性材料層が出来る。そして圧電素子４の周囲には、はみ出した弾性材料１１が圧電素子４の先端部を取り囲んだ状態となる。
【００１９】
図２の状態は、ノズル列の中央部の圧電素子４の周囲の様子を示すが、従来の構造の場合、ノズル列端部の圧電素子４の先端部周囲は、はみ出した弾性材料１１をせき止めるものがないため、図３のような状態となる。このためノズル列の端部の圧電素子４のみがその他の圧電素子４と比較して、弾性材料１１による囲まれ方が違ってくる。その結果、圧電素子４の振動の減衰の様子が変わってくる。この結果、一定の液滴速度になる電圧が列の端のノズルのみで高くなるのである。
【００２０】
図４は本発明によるノズル構造のうち列の端の部分を示している。
【００２１】
すなわち、加圧室２の各々に対向して圧電素子４を並べ、さらに外側に余分に圧電素子１５を配置する。このようにすることにより、圧電素子４の周りの弾性材料１１の取り囲み状況が、インクを噴射するどの圧電素子４にとっても同一形状になり、インク噴射特性が同一となる。
【００２２】
図６は図４の構造によるノズル列の駆動電圧分布を示す。
【００２３】
図から明らかなように、ノズル列の端部（Ｎｏ１およびＮｏ３２）のノズルの駆動電圧が、他のノズルに比べて高くなる問題は解決されている。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、マルチノズルインクジェットヘッドにおいて各ノズル列の端部のノズルの駆動電圧が他のノズルの駆動電圧より高くなることを低減することができる。また、ノズル毎の制御が不要となるため、ノズル駆動用電源コストを安価に出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインクジェットヘッドのノズルの断面図
【図２】図１のノズル列の中央部の断面図
【図３】従来のインクジェットヘッドのノズル列の端部の断面図
【図４】本発明のインクジェットヘッドのノズル列の端部の断面
【図５】従来のインクジェットヘッドのノズル列の駆動電圧分布図
【図６】本発明のインクジェットヘッドのノズル列の駆動電圧分布図
【符号の説明】
１はオリフィス、２は加圧室、３は振動板、４は圧電素子、５ａと５ｂは信号入力端子、６はヘッド基板、７は共通インク流路、８はリストリクタ、９はフィルタ、１０はサポートプレート、１１は弾性材料、１２はリストリクタプレート、１３はチャンバープレート、１４はオリフィスプレート、１５はインク噴射に関与しない圧電素子である。

Claims (4)

  1. インクの圧力を高める加圧室と、該圧力室の壁面の一部を構成する振動板と、電気信号の印加により前記加圧室内に圧力変動を発生させる圧電素子と、該圧電素子と前記振動板との間に介在する弾性材料と、前記加圧室にインクを供給するリストリクタと、前記加圧室からインク液滴を噴射するオリフィスと、前記リストリクタの上流側にあって複数の前記加圧室にインクを供給するインク流路によって構成されたノズルを複数配列してなるオンデマンド型マルチノズルインクジェットヘッドにおいて、前記弾性材料は前記圧電素子の周囲にはみ出す程度に塗布してなり、列状に並んだ前記加圧室に対向して配置された圧電素子列の延長上外側に、前記弾性部材の流出をせき止めるべく設けられた、インク噴射に直接寄与しない圧電素子を有することを特徴とするオンデマンド型マルチノズルインクジェットヘッド。
  2. 前記圧電素子列及びインク噴射に直接寄与しない圧電素子は、ほぼ等間隔に配列されていることを特徴とする請求項１記載のオンデマンド型マルチノズルインクジェットヘッド。
  3. 前記弾性材料は、前記圧電素子と前記振動板との接着並びに振動抑制の働きを有する材料からなることを特徴とする請求項１記載のオンデマンド型マルチノズルインクジェットヘッド。
  4. 前記弾性材料は、５〜２０μｍの層厚であることを特徴とする請求項３記載のオンデマンド型マルチノズルインクジェットヘッド。
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