JPH02162049A

JPH02162049A - プリンタヘッド

Info

Publication number: JPH02162049A
Application number: JP31778188A
Authority: JP
Inventors: Yoshikiyo Futagawa; 二川　良清
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1988-12-16
Filing date: 1988-12-16
Publication date: 1990-06-21

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は液状インク中に設けられた可動片を静電力で変
位せしめて、ノズルよりのインク噴射を制御して文字・
図形を形成するプリンタヘッドの構成に関する。

〔従来の技術〕

従来技術による本発明に係るプリンタヘッドの実施例を
第６図に示す。３０はノズル３０ａを有するノズル基材
、３２は発熱体３３を有する背面基材、３１は液状イン
ク３４を挟持するスペーサである。

ここで、発熱体３３を急激に電気的に加熱すると、発熱
体３３の周りのインクを気化して高圧となり、ノズル３
０ａよりインク粒３５が矢印の方向に飛出して記録紙上
に付着して文字・図形を形成する。

ところが、プリントデユーティによっては加熱するイン
クの温度上昇によりインク特性が変化してインク粒３５
の大きさが大きくバラツク様になり、見苦しい文字・図
形となる。加熱体３３は急激な温度サイクルを受ける為
、耐久性が問題となる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、前述の従来技術ではインク粒の大きさのバラツ
キによるプリント品質とプリンタヘッドの耐久性が悪い
という問題点を有する。

そこで本発明はこの様な問題点を解決するもので、その
目的はインク中に設けた可動片を静電的に変位と解放さ
せることで安定したインク粒を形成すると同時に半永久
的耐久寿命のあるプリンタヘッドの提供にある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のプリンタヘッドは、液状インクが随時供給充填
されているプリンタヘッドに於て、次の特徴を有するも
のである。

（１）主たる構成要素が所定のピッチでノズルを形成し
ているノズル基材、このノズル基材のノズル部に対向し
て可動部を有して共通電極でもある可動電極部材、及び
この可動電極部材に対向して個別に電圧印加と解放を制
御される個別電極を有する固定電極基材よりなり、待機
状態では前記可動電極部材の可動部を前記固定電極基材
側へ静電吸引させて置き選択的に開放することにより前
記液状インクを前記ノズル基材より噴出せしめる為、温
度上昇等のプリント品質を損う要因が発生しない、又前
記可動電極部材の可動部は疲労限界以内で作動させる故
、破壊されることなく半永久的となる。

（２）前記可動電極部材の可動部を前記固定電極基材の
電極部より伸長して先端部の振幅を大にすることにより
、前記可動電極部材の可動部の変位を減らすことにより
静電力の変位による変化量を低減する。

（３）前記固定電極基材側の液状インクの留部を充分大
ならしめてインク供給を円滑にする。

（４）前記可動電極部材と固定基材の対向電数を２分割
してほぼ同一面で所定間隔を有して前記所定ピッチずら
した対向関係にすることにより相互影響を低減する。

（５）前記可動電極部材の可動部の固有振動周波数を噴
射最大操返周彼数の２倍にして、可動部の変位Ｉを安定
化する。

（６）前記可動電極部材の可動部の解放のタイミングを
変更することによりプリンタヘッドへ流れ込む電流又は
電力を平均化する。

〔作用〕

本発明の上記の構成によれば、安定したインク供給と可
動電極部材の可動部の変位量が得られ、安定したインク
粒が発生して高品質のプリント文字・図形が得られる。

又疲労部がないので寿命も半永久的なプリンタヘッドが
得られる。

（実施例〕第１図は本発明の実施例の正面断面図（ａ）と側断面図
（ｂ）の具体例を示す図である。

１は固定電極基材でインク留部１ａと固定電極３を有し
ている。固定電極３は第１図では上下分配されて独立に
制御されるもので３ａ部と３ｂ部を持っている。２は固
定電極基材ｌのインク留部１ａの蓋をする蓋部材で、使
用インクが常温で固体の場合は加熱して溶融させる発熱
体でもある。

５は可動電極部材で固定電極３ａと３ｂに対向して可動
部５ａと５ｂを有する共通電極である。

可動部５ａと５ｂの配置ピッチは合せて得ようとする文
字・図形のドツト密度に関係付けている。

可動電極部材５の静止部は可動部５ａと５ｂの振動相互
影響を小さくする為に充分厚くする等で剛性を大きくす
る。

７はノズル基材で可動部５ａと５ｂに対応してノズル７
ａと７ｂを有する。

４は可動電極部材５と固定電極基材１の電極３間の静止
状態での間隔を定めるスペーサである。

９ａと９ｂは固定電極３ａと３ｂに制御電圧を与える制
御部である。

１０は多数点で示した液状のインクである。このインク
はバイブにより随時供給される。パイプはプリンタヘッ
ドの大きさによって、インク供給が円滑に行く様に図示
とは異なる位置、又は数を増加させる場合もある。

ここで、制御部９ａと９ｂより電極間に電圧印加すると
可動部５はクーロンカ又は静電力で撓む。

この時、急激に電極間に蓄積された電荷を排出すると可
動部５ａと５ｂは解放されて、固有振動周波数に関係し
た速度でノズル７ａと７ｂ方向に振動・変位する。この
力でインク１ｏの一部がノズル７ａと７ｂよりインク粒
８ａと８ｂになって矢印の方向に噴出する。

可動部５ａと５ｂの変位の状態を示すのが第４図である
。第４図で可動部の変位が固定電極３側へのものを正と
した０図中最小操返周期Ｔと平担部のτと記したものは
、τは可動部が所定の撓み１でほぼ安定している最小時
間で、この時が安定してインク２を操返噴射出来る最小
操返周期Ｔとなる。

換言すれば、プリンタヘッド最大操返応答周波数である
。

この一連の動作を説明するのが第２図の制御図である。

第２図は３個のノズルに対応したもので実際は９ノズル
から大型の３０００ノズルまである。可動電極部材５と
固定電極３との関係は平面に展開して示した。

１７は高圧電源、Ｖ　２＝　１００〜５００ｖ程度に選
ぶ、１６は制御部９（第１図では９ａと９ｂで示した）
に供給する電源でｖ１＝４〜２０Ｖ程度である。制御部
９はプリントデータ１５を受付ける処理部１４とこの処
理部１４より所定のタイミングで制御されるトランジス
タ列１３よりなる。トランジスタ列１３の非導通部分で
は、電源１７は抵抗１２を介して固定電極３に高圧ｖ２
を与える。これに対応した可動部５ａ又は５ｂは変位さ
せられる。この時、トランジスタ列を導通させるとトラ
ンジスタの導通抵抗は抵抗により極めて小さい故、電極
間の寄生容量に蓄積された電荷を急激に吸収出来る。電
荷がなくなると電極間静電力は発生しないから可動部５
ａ又５ｂは固有自由振動に移る。

この時のインクへの圧力がノズル７ａ又は７ｂの噴出力
になる。

次に第３図で可動部を待機状態にするにトランジスタ１
９が導通時に行う場合を説明する。この場合は、待機時
に抵抗１８にも電流が流れているので効率が悪い、又可
動部の固有自由振動への移行もトランジスタ１９を非導
通にして抵抗１８により寄主客１の電荷を吸収するので
、余り良好とはいえないが方法としては存在する故、図
示した。

尚、記述が遅れたが第１図の固定電極３ａと３ｂに被せ
た６は、可動部５ａと５ｂが固定電極３ａと３ｂに接触
して直流電流が流れるのを防止する絶縁体である。又イ
ンクも絶縁物が望ましいが、この場合の直流電流防止の
役目も有する。

ここで、前述の説明では定性的であったが、定量的説明
を加える。

対向電極間距離をＸとすれば、電極間の単位面積当りの
寄、主客ｊｌｃｐは、Ｃｐ＝εｓａｏ／ｘｔ’ある。印
加電圧をＶｏとすれば、ＣＩ）に蓄積されるエネルギー
Ｅは、Ｅ＝ＣｐＶｏ２／２ｔ’ある。Ｑ生ずる圧力Ｐｓ
は、Ｐｓ＝−ｄＥ／ｄｘ＝εｓεｏＶｏ２／　（２ｘ２）こ
こに、εＯは真空中の誘電率、εＳは比誘電率である。

εＳは５〜８程度が普通である。

ここで、ＥＯ＝８．８５Ｘ１０−１２Ｆ／ｍ２．　　！
ｓ＝５．　　ｘ＝１０−’ｍ、　　Ｖｏ＝４００Ｖで、
　Ｐｓ＝３．　５ｘｌＯ’Ｎ／ｍ”＝０．　３５気圧。

実験的にＰｓ＝０．２気圧以上で可動部の長さ１＝２ｍ
ｍで先端の変位５μｍが得られる。この程度の諸量でイ
ンク粒を適切に飛翔させることが出来る。

又最大繰返周波数は上記の諸量で１５ＫＨｚである。可
動部の固有振動周波数は第４ｒｆｌＪで明らかなように
最大繰返周波数の２倍以上に選ぶ、この様にしないと、
前の状態に影響されて可動部の作動が不安定になるから
である。

ところで、先述したノズルが３０００個もある場合、第
２図の抵抗の値をＩＭΩとして同時に作動させると電源
１７からの電流工は、Ｉ＝４００Ｖ／１ｍＱｘ３０００
＝１．２Ａ　　１４Ｍ電力では１．２Ａｘ４００Ｖ＝４
８０Ｗ１ｍもなる。

これでは、電源１７の設計とコストが大変である。そこ
で、３０００個の可動部の解放を同時ではなく順次又は
グループ化したタイミングで実行すれば電源１７の負荷
が低減出来る６例えば、３０グループの時分割でやれば
３０分の１に低減出来る。この場合、ドツトライン形成
の位置がずれるがノズルが３０００個ものに於ては、ド
ツト形成ピッチが６０〜８０μｍ程度であるので、視覚
的には問題ない。

尚、動作電圧を下降させるには、比誘電率の大きいもの
例えば水のε５＝ａＯを使用すれば、４小さくしても良
い、この場合は、インクの電界強度による破壊に注意が
必要である。

尚更には、第１図でノズル列を２列で図示しているが、
文字・図形の構成ドツト密度が小さい場合には１列でも
構わない。

尚又更には、ドツト密度を上げるには、可能な限りノズ
ルピッチを小さくする方法と、文字・図形形成方向に対
してヘッドノズルラインを傾斜を持たせる方法もある。

この場合は、制御タイミングが多少面倒になる。

次に、第５図で本発明の他の実施例を説明する。

図は部分側断面図を示すが、構成要素は第１図と変らず
同じ番号で示す。

可動部５ａと５ｂを固定電極３ａと３ｂに対して伸長す
る。これに従ってインク留部１ａを大きく図示しである
。この様にすると対向する部分での変位を小さくしても
可動部５ａと５ｂの先端部の振幅は大きく出来る。とこ
ろで、第１図と同じ厚みの可動部である固有振動周期が
大きくなる故、応答周波数を落さない為には厚みを増加
させる。

第５図の構成にすると、対向部分の変位を小さくするこ
とにより、この部分でのインクの流体抵抗が小さくなり
可動部先端の充分な振幅が容易となる。

〔発明の効果〕

以上述べた様に本発明によれば、インク媒体中に簡単な
構成での共通電極である可動電極部材と対向して配置し
て個別に静電的に制御される固定電極間に静電力を作用
させるのみであるので、製作が容易なこと、半永久的に
して安定なドツト形成が可能なことから高印字品質が得
られて、かつ安価に提供出来る効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）（ｂ）は本発明の実施例の正面断面図と側
面断面図。第２図は第１図の電極を制御する例の制御図
を示す図、第３図は第１図の電極を制御する他の制御図
を示す図、第４図は第１図の可動電極の変位状態を示す
図、第５図は本発明の他の実施例の側面断面図を示す図
。第６図は従来の技術による実施例を示す図。以　　上出願人　セイコーエプソン株式会社代理人　弁理士　鈴木　喜三部　他１名第３図第４図第６日

Claims

【特許請求の範囲】

（１）液状インクが随時供給充填されているプリンタヘ
ッドに於て、主たる構成要素が所定のピッチでノズルを
形成しているノズル基材、このノズル基材のノズル部に
対向して可動部を有して共通電極でもある可動電極部材
、及びこの可動電極部材に対向して個別に電圧印加と解
放を制御される個別電極を有する固定電極基材よりなり
、待機状態では前記可動電極部材の可動部が前記固定電
極基材に静電吸引されており選択的に開放することによ
り前記液状インクを前記ノズル基材より噴射せしめて文
字・図形を形成することを特徴とするプリンタヘッド。
（２）前記可動電極部材の可動部を前記固定電極基材の
対向している電極部より伸長して先端部の振幅を大なら
しめたことを特徴とする請求項１記載のプリンタヘッド
。
（３）前記固定電極基材側の液状インクの留部を充分大
ならしめたことを特徴とする請求項１または２記載のプ
リンタヘッド。
（４）前記可動電極部材と固定電極基材の対向電極数を
２分割してほぼ同一面で所定間隔を有して前記所定ピッ
チずらした対向関係にしたことを特徴とする請求項１又
は２又は３記載のプリンタヘッド。
（５）前記可動電極部材の可動部の固有振動周波数を噴
射最大操返周波数の２倍以上にしたことを特徴とする請
求項１又は２又は３又は４記載のプリンタヘッド。
（６）請求項１又は２、３、４、５記載に於て、前記可
動電極部材の可動部の解放順序を順次、又はグループ化
したタイミングで制御することを特徴とする請求項１又
は２又は３又は４又は５記載のプリンタヘッド。