JP4134354B2

JP4134354B2 - インクジェットヘッド

Info

Publication number: JP4134354B2
Application number: JP455297A
Authority: JP
Inventors: 英雄保富
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1997-01-14
Filing date: 1997-01-14
Publication date: 2008-08-20
Anticipated expiration: 2017-01-14
Also published as: JPH10193599A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばプリンタに使用するインクジェツトヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェットヘッドに用いて高画質かつ高速で印字を行うには、印字ドット径を異ならせることにより階調性を表現することが有効である。従来、この階調性を表現するため、即ち階調印字を行うため、インクジェットヘッドには、それぞれ大きさの異なる大径用と小径用の２種類のインク飛翔用のノズルが設けられたものが提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、大径用と小径用とでノズルの径を異ならせるだけでは階調の幅があまり広がらず、近年特に要求の高まっている高い階調性を有した中間調画像を得るのに不十分であった。また、インクジェットヘッドは一般的に微小なインク滴を飛翔させるため、上記ノズルの形成には微細加工が必要であり、径の異なる２種類のノズルを設けるためには高い加工精度が要求され、結果的にコストの上昇につながるという問題があった。
このような理由から、高い階調性を有する画像を形成可能な新規なインクジェットヘッドが求められていた。
本発明は、斯る従来の問題点に鑑みてなされたものであり、階調画像を形成可能な新規なインクジェットヘッドを提供しようとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本願第１発明は、複数列のインクチャンネルと、各インクチャンネル毎に圧電部材を備え、上記圧電部材の一方の面に設けた個別電極と他方の面に設けた共通電極との間に電圧を印可して上記圧電部材を振動させることにより、各インクチャンネル内のインクを上記圧電部材により押圧し、各インクチャンネルに連通する複数のノズルから吐出するインクジェットヘッドにおいて、上記インクチャンネルの列毎に、上記共通電極と個別電極の長さを異ならせ、上記共通電極と個別電極の間の電圧印可領域の長さを異ならせた。
また、第２発明は、複数列のインクチャンネルと、各インクチャンネル毎に電極層と圧電体層とを交互に積層してなる圧電部材を備え、上記圧電部材の電極層が交互に接続された個別電極と共通電極との間に電圧を印可して上記圧電部材を振動させることにより、各インクチャンネル内のインクを上記圧電部材により押圧し、各インクチャンネルに連通する複数のノズルから吐出するインクジェットヘッドにおいて、上記インクチャンネルの列毎に、上記個別電極に接続する電極層と上記共通電極に接続する電極層の長さを異ならせ、上記電極層の間の電圧印可領域の長さを異ならせた。
【０００５】
また、第３発明は、上記インクチャンネルのノズルの径を列毎に異ならせて形成した。
【０００６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の一形態を図面にしたがって説明する。
図１〜５は、第１発明の第１の実施形態に係るインクジェットヘッドを示し、このインクジェットヘッドは、ノズルプレート１、隔壁３、圧電板４および基板５を一体的に重ね合わせた構造となっている。
ノズルプレート１はニッケル等の金属、セラミックス、あるいは合成樹脂などの材料からなり、このノズルプレート１には、インク１１を吐出する多数の同一径のノズル１２が形成されている。また、ノズルプレート１の隔壁３に対向する面には、チャネル壁２が形成されており、このチャネル壁２によって、ノズル１２の各々に連通するインクチャネル１３、インクインレット１４およびインクインレット１４を介して各インクチャネル１３にインク１１を導くインク供給室１５が形成されている。
【０００７】
隔壁３は、導電材料、例えばニッケルからなるフィルムであり、チャネル壁２に固定されている。圧電板４は、周知の圧電材料からなり、基板５上に例えば導電性接着剤を用いて固定された後、ダイシング加工するなどの方法により形成された縦方向溝２１、横方向溝２２により各インクチャネル１３毎に分断されている。そして、圧電板４の内、インクチャネル１３の下方の部分は振動部（図１の符号Ａで示す部分）となっており、その他の部分は非振動部となっている。即ち、この圧電板４の振動部の基板５側の面には個別電極２３が設けてあり、一方、圧電板４の隔壁３側の面には共通電極２４が設けてある。さらに、予め振動部のインクチャネル１３に対向する部分は、加熱しながら電場を印加することにより分極処理が施されて活性化されており、共通電極２４と個別電極２３との間に電圧を印加することにより、この活性部が振動させられるようになっている。この振動によりインク供給室１５からインクインレット１４を経てインクチャネル１３内に導かれたインク１１がノズル１２から噴射される。
【０００８】
この第１の実施形態では、圧電板４が単層構造の場合を示しており、各インクチャネル１３の大きさ、各インクチャネル１３に対応するノズル１２の径および圧電板４の振動部の大きさを同一としてある。そして、圧電板４の電圧印加される領域である電圧印加領域の長さを２種類としてある。
具体的には、図１の下段のノズル列に対応する圧電板４の振動部と、図１の上段のノズル列に対応する圧電板４の振動部とで、共通電極２４および個別電極２３の長さを異ならせ、前者における共通電極２４と個別電極２３との対向部分の長さ、即ち電圧印加領域の長さ（Ｌ）を大とし、後者における電圧印加領域の長さ（ｌ）を小、即ちＬ＞ｌとなるように形成してある（図４および図５参照）。
こうして、図１の下段のノズル列から大径のインク滴を吐出させるとともに、図１の上段のノズル列から小径のインク滴を吐出させるようにしてある。
なお、図１において、各インクチャネル１３内の破線で囲んだ矩形部分Ｘ，Ｙはそれぞれ電圧印加領域を示している。
このように、本実施形態においては、ノズル１２、インクチャネル１３、インクインレット１４、および圧電板４の大きさ等を異ならせることなく、大径インク滴吐出部と小径インク滴吐出部とを対称形を保ったまま、個別電極２３および共通電極２４の長さを異ならせるだけで階調画像が得られるようにしてある。
【０００９】
図６，７は、第１発明の第２の実施形態に係るインクジェットヘッドを示し、このインクジェットヘッドは、上記第１の実施形態で単層構造の圧電板４を使用したのに代えて電極層と圧電体層とを交互に積層してなる多層構造の圧電板４Ａ、４Ｂを使用した点を除き、他は実質的に同一であり、互いに対応する部分については、同一番号を付して説明を省略する。なお、図６は図４に、図７は図５に対応する断面を示している。
圧電板４Ａ，４Ｂには、それぞれ、互いに対向する２つの側面に個別電極２３および共通電極２４が設けられている。そして、圧電板４Ａ，４Ｂ内部の電極層が一層ずつ交互に個別電極２３と共通電極２４とに接続されている。
図６および図７に示すように、振動板４Ａの振動部と圧電板４Ｂの振動部とで、個別電極２３に接続する内部電極層の長さと共通電極２４に接続する内部電極層の長さとを異ならせてある。そして、圧電板４Ａにおける上記両内部電極層の対向部分の長さ、即ち電圧印加領域の長さ（Ｌ_A）を大とし、圧電板４Ｂにおける電圧印加領域の長さ（ｌ_A）を小、即ちＬ_A＞ｌ_Aとなるように形成してある。
こうして、このインクジェットヘッドにおいても、圧電板４Ａに対応するノズル列から大径のインク滴を吐出させるとともに、圧電板４Ｂに対応するノズル列から小径のインク滴を吐出させるようにしてある。
【００１０】
上記各実施形態のように、複数種類のインク飛翔用のノズル，チャンネル，インクインレット等を設けることなく、また、長さの異なる複数種類の圧電部材を設けることなく、電圧印加領域の長さを大きくすることにより大径インク滴吐出部とし、逆に電圧印加領域の長さを小さくすることにより小径インク滴吐出部を形成してある。この結果、インクチャネルや圧電板の大きさを異ならせずとも大・小のインク滴を良好に吐出させることができるので、インクジェットヘッドの加工、組み立てが単純化され、かつ部品の種類が減少し、製造コストも低減する。
なお、図４〜７において二点鎖線は圧電板４，４Ａの変位時の状態を示している。
図８は、第２発明に係るインクジェットヘッドを示し、図１に示すインクジェットヘッドと共通する部分については同一番号を付して、説明を省略する。
このインクジェットヘッドは、図８において上段の列に小径インク滴吐出部として小径のノズル１２ａを、下段の列に大径インク滴吐出部として大径のノズル１２ｂを設けたもので、他は単層構造の圧電板４を使用した上記第１の実施形態、或は多層構造の圧電板４Ａを使用した第２の実施形態と実質的に同一である。即ち、このインクジェットヘッドでは、圧電板の電圧印加領域を複数種類設けるとともに、複数種類の径のノズル１２ａ，１２ｂを設けて吐出されるインク滴の径に変化をもたせるようにしてある。したがって、ドット径の制御幅を広げることができる。
【００１１】
なお、上記各実施形態においては、電圧印加領域の長さ、ノズル径をそれぞれ２種類だけ設けたものを示したが、本発明は、これに限定するものでなく、３種類以上の電圧印加領域，ノズル径を設けたインクジェットヘッドも含むものである。
また、圧電板４，４Ａに複数種類の電圧印加領域を設ける場合、本発明は、上記各実施形態のように図１において上段と下段に分けて設けたものに限定するものではない。
【００１２】
図９は、上記第２の実施形態に係るインクジェットヘッドについて行ったテストの結果を示したものである。
テストは、ノズル径を３０μm，インクインレット寸法を４０μm（高さ）×４０μm（幅）×３００μm（長さ）とし、圧電板４Ａとして３５μmの厚さの圧電板を２０層積層して形成されたものを用い、印加電圧は３０Ｖで、パルス幅３０μsecとした。また、インクはＤＩＣ社製のＭＡＴ−１００３（品番）、紙はエプソン社製のＳＦ（スーパーファイン（商品名））紙を用いた。
図から明らかなように、電圧印加領域が長さが増大すると、略この長さに比例してドット径は大きくなることが確認された。
【００１３】
図１０は、第２発明に係るインクジェットヘッドについて行ったテスト結果を示したものである。
ノズル径を２６μm（○で示されている）と３６μm（●で示されている）の２種類とした点を除き、テスト条件は図９に示すものと同一である。
図から、ノズル径を変えることにより、ドット径の制御幅が広がることが分かる。
なお、上記各実施形態において隔壁３を設けているが、隔壁３を設けず直接インクを圧電部材で押圧するようにしてもよい。
また、上記第１実施形態においては、隔壁３として導電性のものを用いているが、上記第２実施形態のように積層型圧電板を用いたり、電極の引出し線を別に設けるなどして、隔壁３を電極の引き出しとして使用しない場合は、合成樹脂等の非導電性材料からなる隔壁を用いても構わない。
【００１４】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、第１発明によれば、複数列のインクチャンネルと、各インクチャンネル毎に圧電部材を備え、上記圧電部材の一方の面に設けた個別電極と他方の面に設けた共通電極との間に電圧を印可して上記圧電部材を振動させることにより、各インクチャンネル内のインクを上記圧電部材により押圧し、各インクチャンネルに連通する複数のノズルから吐出するインクジェットヘッドにおいて、上記インクチャンネルの列毎に、上記共通電極と個別電極の長さを異ならせ、上記共通電極と個別電極の間の電圧印可領域の長さを異ならせてある。
また、第２発明は、複数列のインクチャンネルと、各インクチャンネル毎に電極層と圧電体層とを交互に積層してなる圧電部材を備え、上記圧電部材の電極層が交互に接続された個別電極と共通電極との間に電圧を印可して上記圧電部材を振動させることにより、各インクチャンネル内のインクを上記圧電部材により押圧し、各インクチャンネルに連通する複数のノズルから吐出するインクジェットヘッドにおいて、上記インクチャンネルの列毎に、上記個別電極に接続する電極層と上記共通電極に接続する電極層の長さを異ならせ、上記電極層の間の電圧印可領域の長さを異ならせてある。
このため、高い階調性を有する画像を形成可能な新規なインクジェットヘッドを提供することができる。
【００１５】
また、第３発明によれば、上記チャンネルのノズルの径を列毎に異ならせて形成してある。
このため、第１，２発明による効果に加えて、吐出されるドット滴の径の制御幅を広げることが可能となるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１発明の第１の実施形態に係るインクジェットヘッドの一部を示す正面図である。
【図２】図１のII−II線断面図である。
【図３】図２のIII−III線断面図である。
【図４】図１のIV−IV線断面図である。
【図５】図１のV−V線断面図である。
【図６】第１発明の第２の実施形態に係るインクジェットヘッドの大径インク滴吐出部を示す断面図である。
【図７】第１発明の第２の実施形態に係るインクジェットヘッドの小径インク滴吐出部を示す断面図である。
【図８】第２発明に係るインクジェットヘッドの一部を示す正面図である。
【図９】第１発明の第２の実施形態に係るインクジェットヘッドについて行ったテスト結果を示す図である。
【図１０】第２発明に係るインクジェットヘッドについて行ったテスト結果を示す図である。
【符号の説明】
３隔壁４，４Ａ，４Ｂ圧電板
１１インク１２，１２ａ，１２ｂノズル
１３インクチャネル２３個別電極
２４共通電極
Ａ圧電板の振動部
Ｘ，Ｙ電圧印加領域

Claims

複数列のインクチャンネルと、各インクチャンネル毎に圧電部材を備え、上記圧電部材の一方の面に設けた個別電極と他方の面に設けた共通電極との間に電圧を印可して上記圧電部材を振動させることにより、各インクチャンネル内のインクを上記圧電部材により押圧し、各インクチャンネルに連通する複数のノズルから吐出するインクジェットヘッドにおいて、
上記インクチャンネルの列毎に、上記共通電極と個別電極の長さを異ならせ、上記共通電極と個別電極の間の電圧印可領域の長さを異ならせたことを特徴とするインクジェットヘッド。
複数列のインクチャンネルと、各インクチャンネル毎に電極層と圧電体層とを交互に積層してなる圧電部材を備え、上記圧電部材の電極層が交互に接続された個別電極と共通電極との間に電圧を印可して上記圧電部材を振動させることにより、各インクチャンネル内のインクを上記圧電部材により押圧し、各インクチャンネルに連通する複数のノズルから吐出するインクジェットヘッドにおいて、
上記インクチャンネルの列毎に、上記個別電極に接続する電極層と上記共通電極に接続する電極層の長さを異ならせ、上記電極層の間の電圧印可領域の長さを異ならせたことを特徴とするインクジェットヘッド。
上記インクチャンネルのノズルの径を列毎に異ならせたことを特徴とする請求項１又は２に記載のインクジェットヘッド。