JP3785714B2

JP3785714B2 - Inkjet head

Info

Publication number: JP3785714B2
Application number: JP742097A
Authority: JP
Inventors: 康博山東
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1997-01-20
Filing date: 1997-01-20
Publication date: 2006-06-14
Anticipated expiration: 2017-01-20
Also published as: JPH10202867A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電素子を用いたインクジェット記録装置に用いられるインクジェットヘッドとその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、インクキャビティと、このインクキャビティに連通するインク吐出口と、上記インクキャビティに対向する圧電素子とを備え、この圧電素子によりインクキャビティ内のインクを加圧してインク吐出口からインク滴を吐出させる方式のインクジェットヘッドが知られている。
【０００３】
近年、階調画像の再現への要請が高まっており、このようなインクジェットヘッドにおいても、階調表現が大きな課題となっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、階調画像を形成するためには、大きさの異なるインク滴を吐出させる必要があり、圧電素子に電圧を印加し駆動するためのドライバの負担を増大させ、コストアップや故障の恐れを招いていた。
【０００５】
大径のノズルと小径のノズルとを備えたインクジェットヘッドも提案されているが、高い加工精度が要求されるなどの問題があり、階調画像を形成可能な新規なインクジェットヘッドが要望されていた。
【０００６】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的は、高い階調性を有する画像を形成することのできる新規なインクジェットヘッドを提供することである。また、圧電素子のドライバの負担を軽減させることのできるインクジェットヘッドを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、インク滴を吐出するための大径ドット用ヘッド部と、該大径ドット用ヘッド部のインク滴より小径のインク滴を吐出するための小径ドット用ヘッド部とからなるインクジェットヘッドであって、大径ドット用ヘッド部と小径ドット用ヘッド部のそれぞれに設けられ、インクを収容するインクキャビティと、該インクキャビティに連通するインク吐出口と、前記インクキャビティに対向する位置に設けられ、圧電素子を含む振動板と、を備え、前記振動板の圧電素子は、前記インクキャビティに対応して分極が施されており、該圧電定数（ｘ）を、ｘ＝圧電素子の変位量（ｙ）／駆動電圧（Ｖ）で表わしたときに、小径ドット用ヘッド部に含まれる圧電素子の圧電定数（ｘ）を、大径ドット用ヘッド部に含まれる圧電素子の圧電定数（ｘ）よりも小さくなるように分極処理したことを特徴としている。
【０００９】
請求項１に記載の発明によると、振動板の圧電素子は、インクキャビティに対応して分極が施されており、圧電定数（ｘ）を、ｘ＝圧電素子の変位量（ｙ）／駆動電圧（Ｖ）で表わしたときに、小径ドット用ヘッド部に含まれる圧電素子の圧電定数（ｘ）を、大径ドット用ヘッド部に含まれる圧電素子の圧電定数（ｘ）よりも小さくなるように分極処理をしているので、それぞれの圧電素子に同じ駆動電圧を印加した場合でも、大径ドット用ヘッド部と小径ドット用ヘッド部とで吐出されるインク滴のドットを異ならせること、すなわち、大径ドット用ヘッド部から吐出されるインク滴のドットを小径ドット用ヘッド部から吐出されるインク滴のドットよりも大きなインク滴のドットとすることができる。また、圧電素子に電圧を印加し駆動するためのドライバの負担も軽減できるとともに、コストアップや故障の恐れも防止することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態の１つである、インクジェットヘッドと、その製造方法について説明する。
【００１７】
図１は、本実施の形態の１つであるインクジェットヘッド３を用いたインクジェット記録装置１の概略構成を示す斜視図である。
【００１８】
インクジェット記録装置１は、用紙や樹脂フィルムなどの記録媒体である記録シート２と、インクジェットヘッド３と、インクジェットヘッド３を保持するキャリッジ４と、キャリッジ４を記録シート２の記録面に平行に往復移動させるための揺動軸５、６と、キャリッジ４を揺動軸５、６に沿って往復駆動させる駆動モータ７と、駆動モータ７の回転をキャリッジの往復運動に変えるためのタイミングベルト９、アイドルプーリ８とを含んでいる。
【００１９】
また、インクジェット記録装置１は、記録シート２を搬送経路にそって案内するガイド板を兼ねるプラテン１０と、プラテン１０との間の記録シート２を押さえ浮きを防止する紙押さえ板１１と、記録シート２を排出するための排出ローラ１２、拍車ローラ１３と、インクジェットヘッド３のインク吐出不良を良好な状態に回復させる回復系１４と、記録シート２を手動で搬送するための紙送りノブ１５とを含んでいる。
【００２０】
記録シート２は、手差しあるいはカットシートフィーダ等の給紙装置によって、インクジェットヘッド３とプラテン１０とが対向する記録部へ送り込まれる。この際、図示しない紙送りローラの回転量が制御され、記録部への搬送が制御される。
【００２１】
インクジェットヘッド３には、インクの加圧手段として、ＰＺＴ等の圧電素子が用いられている。圧電素子には電圧が印加され、ひずみが生じる。このひずみは、インクで満たされたチャンネルの容積を変化させる。この容積の変化により、チャンネルに設けられたノズルからインクが吐出され、記録シート２への記録が行なわれる。これらについては、後に詳述する。
【００２２】
キャリッジ４は、駆動モータ７、アイドルプーリ８、タイミングベルト９により、記録シート２を横切る方向である記録シート２の桁方向に主走査し、キャリッジ４に取り付けられたインクジェットヘッド３は１ライン分の画像を記録する。１ラインの記録が終わる毎に、記録シート２は縦方向に送られ副走査され、次のラインが記録される。
【００２３】
図２、図３は、インクジェットヘッド３の構成を説明するための図である。図２はインクジェットヘッド３の一部を示す平面図であり、図３は、図２のＩ−Ｉ線断面図である。
【００２４】
インクジェットヘッド３は、大径のインク滴を吐出するための大径ドット用ヘッド部３０１と小径のインク滴を吐出するための小径ドット用ヘッド部３０２とからなる。後述するように、大径ドット用ヘッド部３０１に含まれる圧電素子３１５ａは圧電定数が所定の値になるように分極処理され、小径ドット用ヘッド部３０２に含まれる圧電素子３１５ｂは圧電定数が大径ドット用ヘッド部３０１の圧電素子３１５ａの圧電定数よりも小さくなるように分極処理される。これら大径ドット用ヘッド部３０１と小径ドット用ヘッド部３０２とは、チャンネルプレート３０３、隔壁３０４、振動板３０５、基板３０６とを一体に重ねた構成となっている。
【００２５】
チャンネルプレート３０３は、金属または合成樹脂などからなる。隔壁３０４との対向面は電鋳またはフォトリソグラフィ等により微細加工され、大径ドット用ヘッド部３０１と小径ドット用ヘッド部３０２とにはそれぞれインク２４を収容する複数のインクキャビティ３０８と、各インクキャビティ３０８をインク供給室３１０に連結するインクインレット３１１が形成されている。ここで、大径ドット用ヘッド部３０１のノズル３０９の径と小径ドット用ヘッド部３０２のノズル３０９の径とは同じ大きさである。
【００２６】
図３に示すように、大径ドット用ヘッド部３０１と小径ドット用ヘッド部３０２とのインクキャビティ３０８は、大径ドット用ヘッド部３０１と小径ドット用ヘッド部３０２とが対向する方向に向かって伸びる長溝状にかつ平行に形成されている。また、インク供給室３１０とインクキャビティ３０８とは中央線３１２をはさんで対称に形成されており、図示しないインクタンクに接続されている。
【００２７】
隔壁３０４は導電材料からなる薄肉フィルムが使用されており、チャンネルプレート３０３と振動板３０５との間に固定されている。なお、隔壁３０４は所定の張力が加わった状態で固定される。
【００２８】
振動板３０５は圧電素子３１５ａ、ｂを含んでおり、その上面と下面にはそれぞれ共通電極、個別電極として利用される導電性金属層が設けられている。振動板３０５は、例えば、板状の圧電体（以下、圧電板という）を基板３０６に導電性接着剤で固定した後、ダイシング加工により横方向溝３１９とこれに直交する縦方向溝（図示せず）とを形成するように分断し、各インクキャビティ３０８に対応する圧電素子３１５ａ、ｂと、隣接する圧電素子の間に位置する仕切り壁３１６と、これらを囲む周囲壁３１７とに分離することにより形成される。
【００２９】
また、上記のダイシング加工により圧電素子３１５ａ、ｂの上下に設けられた導電性金属層もそれぞれ縦方向溝と横方向溝３１９とにより分断され、隔壁３０４に対向する金属層が共通電極３１３、基板３０６に対向する金属層が個別電極３１４とされる。
【００３０】
基板３０６は、セラミック、金属または合成樹脂等からなる。振動板３０５との対向面には、圧電素子３１５ａ、ｂに対応して導電リード部がスパッタリングまたは蒸着等の周知の技術により形成されている。このように形成された個別電極３１４は、対応する導電リード部に導電性接着剤を介して電気的に導通する。また、これら共通電極３１３と個別電極３１４とが対向する領域においては、圧電素子３１５ａ、ｂは、後述するように、接着、ダイシング加工の後、それぞれ異なる圧電定数を有するように高温下で分極処理されて活性化されている。
【００３１】
以上のような構成のインクジェットヘッド３では、図示しないインクタンクからインク供給室３１０にインク３０７が供給される。インク供給室３１０のインク３０７は、インクインレット３１１を介して各インクキャビティ３０８に分配される。
【００３２】
後述するヘッドドライバ５６から共通電極３１３と個別電極３１４との間に所定の電圧が印加されると圧電素子３１５ａ、ｂは変形する。この所定の電圧は、印字信号であり圧電素子の駆動電圧である。
【００３３】
圧電素子３１５ａ、ｂの変形は隔壁３０４に伝えられ、これによりインクキャビティ３０８内のインク３０７が加圧され、ノズル３０９を介してインク滴が記録シート２に向かって飛翔する。このとき、圧電素子３１５ａと圧電素子３１５ｂとで分極の程度が違えてあるので圧電素子の変形量が異なる。したがって、圧電素子３１５ａ、ｂに同じ駆動電圧を印加しても、大径ドット用ヘッド部３０１と小径ドット用ヘッド部３０２とで吐出されるインク滴のドットが異なる。
【００３４】
図４は、インクジェット記録装置１の制御部を説明するためのブロック図である。
【００３５】
メインコントローラ５１は、コンピュータ等からの画像データを受け取り、画像データは１フレーム単位でバッファ用のフレームメモリ５２に格納される。記録シート２への印字の際には、メインコントローラ５１は、モータドライバ５４、５５を通じて、キャリッジ４の駆動モータ７と紙送りモータとを駆動制御する。
【００３６】
これらの駆動制御とともに、メインコントローラ５１は、フレームメモリ５２から読み出した画像データをもとに、ドライバコントローラ５３、ヘッドドライバ５６とを介して、インクジェットヘッド３の大径ドット用ヘッド部３０１、小径ドット用ヘッド部３０２の圧電素子３１５ａ、ｂが駆動される。
【００３７】
次に、上記インクジェットヘッドの製造方法の一例について説明する。この製造方法は下記（１）〜（４）の工程を含む。
（１）未分極の圧電板を基板に固定する。圧電板の固定には接着剤を用いることができる。
（２）基板に接着された圧電板を、各インクキャビティに対応するようにダイサー等を用いて切断する。なお、ダイシング加工を行なう代わりに、複数の圧電体素子を個別に配置してもよい。
（３）こうして加工された圧電板に対向するようにインクキャビティを配置し、ヘッドを組み立てる。
（４）配置が完了した後、各圧電素子に対して分極処理を行なう。分極処理は、必要に応じて加熱を行なうなどして圧電素子を適当な温度に保つとともに高電圧を印加することにより行なう。そして、圧電素子に加える温度・電圧・電圧印加時間等を調整することにより、その分極の程度を変えることができる。特に、電圧の大きさを調整することが分極の程度を変えるのに有効である。
【００３８】
こうして、印加電圧を大きくしたり電圧印加時間を長くしたりして、大径のインク滴を吐出させるヘッド部の圧電素子の分極量を大きくする。また、印加電圧を小さくしたり電圧印加時間を短くしたりして小径のインク滴を吐出させるヘッド部の圧電素子の分極量を小さくする。
【００３９】
また、基板への接着工程、圧電板の切断工程、ヘッドの組み立て工程がすべて終了した後に、分極処理を行なうことにより、圧電素子のキュリー点以上の温度で硬化するような熱硬化性接着剤を用いて基板やヘッドを構成する他の部材の接着を行なう際の温度上昇や、圧電板を切断する際の摩擦による温度上昇により、各圧電素子の分極状態が損なわれるということがない。このため、各圧電素子の変位にバラツキを生じることがなく、精度よくインクジェットヘッドを作成することができる。また、温度上昇を伴う工程を経た後に分極処理を行なうので、使用する接着剤に制約がなくなり製造がより容易になる。
【００４０】
なお、圧電素子のキュリー点より低い温度で硬化する接着剤を用いて、圧電素子の接着やヘッドの組み立てを行なう場合には、ダイシング加工の後であれば圧電素子にいつ分極処理を施してもよい。
【００４１】
上記実施形態で示したような、圧電素子の上面と下面に設けられた個別電極と共通電極とを用いて分極処理を行なうと処理が容易である。
【００４２】
次に、具体的な実験例について説明する。
圧電素子として、幅１１０μｍ、電極間距離３００μｍのＰＺＴ（トーキン製Ｎ−１０）を用い、この圧電素子を、活性部の長さが１０ｍｍとなるように分極処理した。
【００４３】
２０℃で、４００Ｖを１分間印加して分極処理を行なったところ、圧電定数ｘ＝６３５×１０^-12［Ｃ／Ｎ］となった。また、２０℃で、３２０Ｖを１分間印加して分極処理したところ、圧電定数ｘ’＝５０８×１０^-12［Ｃ／Ｎ］となった。圧電定数は圧電素子の分極する程度を表わしており、圧電定数をｘ、駆動電圧をＶ、圧電素子の変位量をｙとすると、ｙ＝Ｖ・ｘで表わされる。
【００４４】
上記各圧電素子をノズル径直径３２μｍのインクジェットヘッドに装着し、駆動電圧を変えてインク滴の吐出実験を行なったところ、表１の結果が得られた。
【００４５】
【表１】

【００４６】
上記のインクジェットヘッドでは、１つのインクジェットヘッドに複数の互いに異なる圧電定数を持つ圧電素子が設けられることとなる。これにより、圧電素子のドライバの負担を軽減させることができる。
【００４７】
本実施の形態では、圧電素子は単層のものを用いたが、圧電体層と電極層とを交互に積層してなる積層型のものを用いてもよい。
【００４８】
また、本実施の形態では、インクジェットヘッド内のノズル径は同一としているが、ノズル径の大きさを複数用いることにより、階調の制御幅を拡大することができる。
【００４９】
なお、本実施の形態では、分極は２種類としているが、全てのチャンネルに対して異なる分極量に分極させることも可能である。
【００５０】
さらに、上記実施形態においては、隔壁３０４として導電性のものを用いているが、積層型圧電板を用いたり、電極の引き出し線を別に設けるなどして、隔壁３０４を電極の引き出しとして使用しない場合は、合成樹脂等の非道伝性材料からなる隔壁を用いても構わない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態の１つであるインクジェットヘッド３を用いたインクジェット記録装置１の概略構成を示す斜視図である。
【図２】インクジェットヘッド３の構成を説明するための第１の図である。
【図３】インクジェットヘッド３の構成を説明するための第２の図である。
【図４】インクジェット記録装置１の制御部を説明するためのブロック図である。
【符号の説明】
１インクジェット記録装置
３インクジェットヘッド
５６ヘッドドライバ
３０１大径ドット用ヘッド部
３０２小径ドット用ヘッド部
３０６基板
３１５ａ、ｂ圧電素子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ink jet head used in an ink jet recording apparatus using a piezoelectric element, and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an ink cavity, an ink discharge port communicating with the ink cavity, and a piezoelectric element facing the ink cavity are provided, and the ink in the ink cavity is pressurized by the piezoelectric element to eject ink droplets from the ink discharge port. An ink jet head that discharges ink is known.
[0003]
In recent years, there has been an increasing demand for reproduction of gradation images, and gradation expression has become a major issue in such an inkjet head.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in order to form a gradation image, it is necessary to eject ink droplets of different sizes, increasing the burden on the driver for driving by applying a voltage to the piezoelectric element, which may increase the cost and cause a failure. I was invited.
[0005]
An inkjet head having a large-diameter nozzle and a small-diameter nozzle has also been proposed, but there is a problem that high processing accuracy is required, and a new inkjet head capable of forming a gradation image has been desired. .
[0006]
The present invention has been made to solve such problems, and an object thereof is to provide a novel inkjet head capable of forming an image having high gradation. Another object of the present invention is to provide an ink jet head that can reduce the burden on the driver of the piezoelectric element.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 is a large-diameter dot head portion for ejecting ink droplets, and a small-diameter dot head portion for ejecting ink droplets having a smaller diameter than the ink droplets of the large-diameter dot head portion. an inkjet head comprising a, provided in each of the head portion and the small diameter dot head for large diameter dots, and the ink cavity for accommodating the ink, and Louis ink discharge port through communication with the ink cavity, said ink cavity provided in a position opposed to, and a vibrating plate including a piezoelectric element, a piezoelectric element of the vibrating plate is polarized is applied in correspondence with the ink cavity, the piezoelectric constant (x), x = Piezoelectric constant (x) of the piezoelectric element included in the small-diameter dot head portion when expressed as displacement amount (y) of the piezoelectric element / drive voltage (V) is the piezoelectric included in the large-diameter dot head portion. It is characterized in that the polarized so as to be smaller than the piezoelectric constant of the child (x).
[0009]
According to the first aspect of the present invention, the piezoelectric element of the diaphragm is polarized corresponding to the ink cavity, and the piezoelectric constant (x) is expressed as x = displacement amount (y) of the piezoelectric element / drive voltage. When represented by (V), the piezoelectric constant (x) of the piezoelectric element included in the small-diameter dot head section is made smaller than the piezoelectric constant (x) of the piezoelectric element included in the large-diameter dot head section. Since the polarization process is performed, even when the same drive voltage is applied to each piezoelectric element, the dots of the ink droplets ejected by the large-diameter dot head portion and the small-diameter dot head portion are different, that is, The ink droplet dots ejected from the large-diameter dot head section can be ink droplets larger than the ink droplet dots ejected from the small-diameter dot head section. In addition, the burden on the driver for driving the piezoelectric element by applying a voltage can be reduced, and the risk of cost increase and failure can be prevented.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, with reference to the drawings, an ink jet head, which is one embodiment of the present invention, and a manufacturing method thereof will be described.
[0017]
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of an ink jet recording apparatus 1 using an ink jet head 3 which is one of the embodiments.
[0018]
The ink jet recording apparatus 1 includes a recording sheet 2 that is a recording medium such as paper or a resin film, an ink jet head 3, a carriage 4 that holds the ink jet head 3, and a carriage 4 that reciprocates parallel to the recording surface of the recording sheet 2. Oscillating shafts 5 and 6, a drive motor 7 for reciprocating the carriage 4 along the oscillating shafts 5 and 6, a timing belt 9 for changing the rotation of the drive motor 7 into a reciprocating movement of the carriage, an idle And pulley 8.
[0019]
The ink jet recording apparatus 1 also includes a platen 10 that also serves as a guide plate for guiding the recording sheet 2 along the conveyance path, a paper pressing plate 11 that presses the recording sheet 2 between the platen 10 and prevents floating, and a recording sheet. A discharge roller 12 for discharging 2, a spur roller 13, a recovery system 14 for recovering a defective ink discharge of the inkjet head 3 to a good state, and a paper feed knob 15 for manually conveying the recording sheet 2. Contains.
[0020]
The recording sheet 2 is fed into a recording unit in which the inkjet head 3 and the platen 10 face each other by a sheet feeding device such as manual feeding or a cut sheet feeder. At this time, the rotation amount of a paper feed roller (not shown) is controlled, and the conveyance to the recording unit is controlled.
[0021]
The inkjet head 3 uses a piezoelectric element such as PZT as an ink pressurizing means. A voltage is applied to the piezoelectric element, causing distortion. This strain changes the volume of the channel filled with ink. Due to this change in volume, ink is ejected from the nozzles provided in the channel, and recording on the recording sheet 2 is performed. These will be described in detail later.
[0022]
The carriage 4 performs main scanning in the digit direction of the recording sheet 2, which is a direction across the recording sheet 2, by the drive motor 7, the idle pulley 8, and the timing belt 9, and the inkjet head 3 attached to the carriage 4 corresponds to one line. Record an image. Each time recording of one line is completed, the recording sheet 2 is sent in the vertical direction and sub-scanned, and the next line is recorded.
[0023]
2 and 3 are diagrams for explaining the configuration of the inkjet head 3. FIG. FIG. 2 is a plan view showing a part of the ink jet head 3, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line II of FIG.
[0024]
The inkjet head 3 includes a large-diameter dot head portion 301 for ejecting large-diameter ink droplets and a small-diameter dot head portion 302 for ejecting small-diameter ink droplets. As will be described later, the piezoelectric element 315a included in the large-diameter dot head section 301 is polarized so that the piezoelectric constant becomes a predetermined value, and the piezoelectric element 315b included in the small-diameter dot head section 302 has a large piezoelectric constant. Polarization processing is performed so as to be smaller than the piezoelectric constant of the piezoelectric element 315a of the diameter dot head portion 301. The large-diameter dot head section 301 and the small-diameter dot head section 302 have a configuration in which a channel plate 303, a partition wall 304, a diaphragm 305, and a substrate 306 are integrally stacked.
[0025]
Channel plate 30 3, made of metal or synthetic resin. The surface facing the partition wall 304 is finely processed by electroforming, photolithography, or the like, and the large-diameter dot head portion 301 and the small-diameter dot head portion 302 each include a plurality of ink cavities 308 that contain the ink 24 and each ink. An ink inlet 311 that connects the cavity 308 to the ink supply chamber 310 is formed. Here, the diameter of the nozzle 309 of the large-diameter dot head section 301 and the diameter of the nozzle 309 of the small-diameter dot head section 302 are the same size.
[0026]
As shown in FIG. 3, the ink cavities 308 of the large-diameter dot head portion 301 and the small-diameter dot head portion 302 are directed in the direction in which the large-diameter dot head portion 301 and the small-diameter dot head portion 302 face each other. It is formed in an elongated long groove shape and in parallel. Further, the ink supply chamber 310 and the ink cavity 308 are formed symmetrically across the center line 312 and are connected to an ink tank (not shown).
[0027]
The partition wall 304 is made of a thin film made of a conductive material, and is fixed between the channel plate 303 and the diaphragm 305. The partition wall 304 is fixed in a state where a predetermined tension is applied.
[0028]
The diaphragm 305 includes

piezoelectric elements

315a and 315b, and a conductive metal layer used as a common electrode and an individual electrode is provided on the upper surface and the lower surface, respectively. The vibration plate 305 includes, for example, a plate-like piezoelectric body (hereinafter referred to as a piezoelectric plate) fixed to a substrate 306 with a conductive adhesive, and then dicing to a horizontal groove 319 and a vertical groove (not shown) perpendicular thereto. 2), and separated into

piezoelectric elements

315a and 315b corresponding to the respective ink cavities 308, a partition wall 316 positioned between adjacent piezoelectric elements, and a surrounding wall 317 surrounding them. It is formed by.
[0029]
In addition, the conductive metal layers provided above and below the

piezoelectric elements

315a and 315b by the dicing process are also divided by the vertical grooves and the horizontal grooves 319, respectively, and the metal layer facing the partition wall 304 is the common electrode 313, the substrate. The metal layer facing 306 is an individual electrode 314.
[0030]
The substrate 306 is made of ceramic, metal, synthetic resin, or the like. On the surface facing the vibration plate 305, conductive lead portions are formed corresponding to the

piezoelectric elements

315a and 315b by a known technique such as sputtering or vapor deposition. The individual electrode 314 thus formed is electrically connected to the corresponding conductive lead portion through a conductive adhesive. In the region where the common electrode 313 and the individual electrode 314 face each other, the

piezoelectric elements

315a and 315b are polarized at a high temperature so as to have different piezoelectric constants after bonding and dicing as will be described later. Has been activated.
[0031]
In the inkjet head 3 configured as described above, the ink 307 is supplied from the ink tank (not shown) to the ink supply chamber 310. The ink 307 in the ink supply chamber 310 is distributed to each ink cavity 308 via the ink inlet 311.
[0032]
When a predetermined voltage is applied between the common electrode 313 and the individual electrode 314 from a head driver 56 described later, the

piezoelectric elements

315a and 315b are deformed. This predetermined voltage is a printing signal and a driving voltage of the piezoelectric element.
[0033]
The deformation of the

piezoelectric elements

315a and 315b is transmitted to the partition wall 304, whereby the ink 307 in the ink cavity 308 is pressurized, and the ink droplets fly toward the recording sheet 2 through the nozzle 309. At this time, since the degree of polarization is different between the piezoelectric element 315a and the piezoelectric element 315b, the deformation amount of the piezoelectric element is different. Therefore, even when the same drive voltage is applied to the

piezoelectric elements

315a and 315b, the dots of the ink droplets ejected by the large-diameter dot head unit 301 and the small-diameter dot head unit 302 are different.
[0034]
FIG. 4 is a block diagram for explaining a control unit of the inkjet recording apparatus 1.
[0035]
The main controller 51 receives image data from a computer or the like, and the image data is stored in the buffer frame memory 52 in units of one frame. When printing on the recording sheet 2, the main controller 51 drives and controls the drive motor 7 of the carriage 4 and the paper feed motor through the

motor drivers

54 and 55.
[0036]
Along with these drive controls, the main controller 51, based on the image data read from the frame memory 52, via the driver controller 53 and the head driver 56, the large-diameter dot head section 301 and the small-diameter dots of the inkjet head 3. The

piezoelectric elements

315a and 315b of the head unit 302 are driven.
[0037]
Next, an example of a method for manufacturing the inkjet head will be described. This manufacturing method includes the following steps (1) to (4).
(1) An unpolarized piezoelectric plate is fixed to a substrate. An adhesive can be used for fixing the piezoelectric plate.
(2) The piezoelectric plate bonded to the substrate is cut using a dicer or the like so as to correspond to each ink cavity. Instead of performing dicing, a plurality of piezoelectric elements may be arranged individually.
(3) The ink cavity is arranged so as to face the piezoelectric plate thus processed, and the head is assembled.
(4) After the arrangement is completed, polarization processing is performed on each piezoelectric element. The polarization treatment is performed by applying a high voltage while keeping the piezoelectric element at an appropriate temperature by heating as necessary. The degree of polarization can be changed by adjusting the temperature, voltage, voltage application time, etc. applied to the piezoelectric element. In particular, adjusting the magnitude of the voltage is effective in changing the degree of polarization.
[0038]
In this way, the applied voltage is increased or the voltage application time is increased to increase the amount of polarization of the piezoelectric element of the head part that ejects large diameter ink droplets. In addition, the polarization amount of the piezoelectric element of the head unit that discharges small-diameter ink droplets is reduced by reducing the applied voltage or shortening the voltage application time.
[0039]
A thermosetting adhesive that cures at a temperature equal to or higher than the Curie point of the piezoelectric element by performing a polarization treatment after the bonding process to the substrate, the cutting process of the piezoelectric plate, and the assembly process of the head are all completed. The polarization state of each piezoelectric element is not impaired by the temperature increase when the other members constituting the substrate and the head are used and the temperature increase due to friction when the piezoelectric plate is cut. For this reason, there is no variation in the displacement of each piezoelectric element, and an ink jet head can be produced with high accuracy. In addition, since the polarization treatment is performed after a process accompanied by a temperature rise, there is no restriction on the adhesive to be used, and the manufacture becomes easier.
[0040]
When an adhesive that cures at a temperature lower than the Curie point of the piezoelectric element is used to bond the piezoelectric element or assemble the head, any time the piezoelectric element is subjected to polarization treatment after dicing. Good.
[0041]
When the polarization process is performed using the individual electrodes and the common electrode provided on the upper and lower surfaces of the piezoelectric element as shown in the above embodiment, the process is easy.
[0042]
Next, a specific experimental example will be described.
As a piezoelectric element, PZT (N-10 manufactured by Tokin) having a width of 110 μm and a distance between electrodes of 300 μm was used, and this piezoelectric element was subjected to polarization treatment so that the length of the active portion was 10 mm.
[0043]
When a polarization treatment was performed by applying 400 V for 1 minute at 20 ° C., the piezoelectric constant x was 635 × 10 ⁻¹² [C / N]. When the polarization treatment was performed by applying 320 V for 1 minute at 20 ° C., the piezoelectric constant x ′ = 508 × 10 ⁻¹² [C / N] was obtained. The piezoelectric constant represents the degree of polarization of the piezoelectric element. When the piezoelectric constant is x, the drive voltage is V, and the displacement amount of the piezoelectric element is y, y = V · x.
[0044]
When each of the piezoelectric elements described above was mounted on an ink jet head having a nozzle diameter of 32 μm and the drive voltage was changed, an ink droplet ejection experiment was performed. The results shown in Table 1 were obtained.
[0045]
[Table 1]

[0046]
In the above inkjet head, a plurality of piezoelectric elements having different piezoelectric constants are provided in one inkjet head. Thereby, the burden on the driver of the piezoelectric element can be reduced.
[0047]
In the present embodiment, a single-layer piezoelectric element is used, but a multilayer element in which piezoelectric layers and electrode layers are alternately stacked may be used.
[0048]
In this embodiment, the nozzle diameter in the inkjet head is the same, but the control range of the gradation can be expanded by using a plurality of nozzle diameters.
[0049]
In this embodiment, two types of polarization are used, but it is also possible to polarize all channels with different polarization amounts.
[0050]
Further, in the above embodiment, the conductive material is used as the partition wall 304, but the partition wall 304 is not used as an electrode lead by using a laminated piezoelectric plate or by separately providing an electrode lead wire. May be a partition made of a non-conductive material such as a synthetic resin.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of an inkjet recording apparatus 1 using an inkjet head 3 according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a first diagram for explaining a configuration of an inkjet head 3;
FIG. 3 is a second diagram for explaining the configuration of the inkjet head 3;
4 is a block diagram for explaining a control unit of the inkjet recording apparatus 1. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Inkjet recording device 3 Inkjet head 56 Head driver 301 Large diameter dot head section 302 Small diameter dot head section 306 Substrate 315a, b Piezoelectric element

Claims

An inkjet head comprising a large-diameter dot head portion for ejecting ink droplets and a small-diameter dot head portion for ejecting ink droplets smaller in diameter than the ink droplets of the large-diameter dot head portion,
An ink cavity that is provided in each of the large-diameter dot head portion and the small-diameter dot head portion and contains ink;
And Louis ink discharge port through communication with the ink cavity,
Provided in a position opposed to the ink cavity, and a vibrating plate including a piezoelectric element,
The piezoelectric element of the diaphragm is polarized corresponding to the ink cavity,
When the piezoelectric constant (x) is expressed by x = displacement amount (y) of the piezoelectric element / drive voltage (V), the piezoelectric constant (x) of the piezoelectric element included in the head for small diameter dots is An ink-jet head characterized by being subjected to a polarization treatment so as to be smaller than a piezoelectric constant (x) of a piezoelectric element included in a dot head portion .