JPH02243349A

JPH02243349A - インクジェットヘッド

Info

Publication number: JPH02243349A
Application number: JP6502189A
Authority: JP
Inventors: Minoru Usui; 稔碓井; Tomoaki Abe; 知明阿部
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1989-03-17
Filing date: 1989-03-17
Publication date: 1990-09-27

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］本発明はインク滴を飛翔させ、記録紙等の媒体上にイン
ク像を形成するプリンタ等のインクジェット記録装置に
関し、さらに詳細にはインクジェットプリンタヘッドに
関する。

［従来の技術］複数のノズルを有するノズル形成基板と、ノズルの各々
に対向して１対１に配置されたＰＺＴ等の圧力部材と金
属板との積層材とで構成される圧力発生部材の圧電変換
器と、この圧電変換器とノズル形成基板との間隔及び圧
電変換器の周辺を満たすインクとを備え、印加電圧によ
り圧電変換器を変位させて、インクをノズルから突出さ
せるオンデマンド型のインクジェットヘッドは、特公詔
６０−８９５３号に開示されている。この構造のインク
ジェットヘッドは、圧電変換器がノズル形成基板に対し
てほぼ直角方向に変位することと、ノズルメニスカスの
インク流路が短いため、インクの突出効率及び突出安定
性が高く、インク中に気泡・ゴミ等の異物が混入した場
合でも、この影響を受けずに正常動作が可能であるとい
う利点を有している。

［発明が解決しようとする課題］従来の技術では、圧力発生部材とノズル形成基板との間
隔寸法がインク滴の突出速度、突出量、突出応答性と云
った緒特性に影響することが判明している。すなわちイ
ンク滴の突出速度を早く、突出量を多くするには、ノズ
ル近傍に存在するインクの圧力が高まり易いように、ノ
ズル形成基板とこれに対向する圧力発生部材との間隔を
ある一定の範囲に抑えなければならない。具体的には、
巳れらの間隔を１０〜２０μｍに設定しなければならな
い。

従来技術での圧力発生部材は、ＰＺＴ等の圧電部材を用
いたものであるが、その駆動法が電圧の印加時も解放時
もほぼ同じ時定数で設定されていた。そのため圧力発生
部材がノズル形成基板との間隔を広くするように動くと
きにはノズル形成基板と圧力発生部材との間隔の圧力は
負圧でたいへん大きくなってしまう。このことは、ノズ
ル形成基板と圧力発生部材との間隔が狭くなるとき発生
する正圧の効果を半減させてしまい、十分なインク量と
インク速度の確保が出来なくなってしまう。

そこで本発明は、このような問題点を解決するもので、
その目的とするところは十分なインク滴の突出速度・突
出量を確保しつつ、周波数応答性・突出安定性に優れた
インクジェットヘッドを提供することにある。

［課題を解決するための手段］本発明のインクジェットヘッドは、複数のノズルを有す
るノズル形成基板と、ノズルの各々に１対１に対向して
配置され、インクの中に漫されている圧力発生部材と圧
力発生部材に電圧を印加する電圧印加手段とを備え、印
加電圧により前記圧力発生部材を変位させ、ノズル基板
との間隔に存在するインクの圧力を高め、ノズルから、
インクを突出させるインクジェットヘッドに於いて、電
圧印加手段が電圧印加時の時定数を電圧解放時の時定数
の５倍以上に設定してあることを特徴とする。

［作用］本発明の作用によれば、圧力発生部材に印加する電圧の
形を電圧印加時で電圧解放時に比べ緩やかに変えること
が出来るため、ノズル形成基板と圧力発生部材との間隔
が広くなる時の印加電圧の時定数を長くし、圧力発生部
材の動きを緩やかにすることができ、インク突出の妨げ
となる負圧の発生を少なくし、かつ、ノズル形成基板と
圧力発生部材との間隔が狭くなるときの正圧の発生は今
まで通りの状況を確保できる。従って、十分なインク滴
の突出速度・突出量を確保しつつ、今まで以上に、周波
数応答性・突出安定性に優れたインクジェットヘッドを
提供することができる。

［実施例］以下本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

第１図は本発明の一実施例のインクジェットヘッドを用
いたプリンタの概略斜視図である。１００は本発明のイ
ンクジェットヘッドで、１０１はその電源ラインである
。２００は記録紙、３００はプラテンである。プラテン
３００が図中矢印Ｐの方向に回転することにより、記録
紙２００は図中矢印Ｍの方向に送られる。この時インク
ジェットヘッド１００は図中矢印り、　Ｈの方向に移動
しながら記録紙２００上にインク像を形成していく。

第２図は、本発明の一実施例のインクジェットヘッドの
全体斜視図である。１０はベース基板であり、この上に
圧力発生部材の共通電極３２、圧力発生部材３０、圧力
発生部材の駆動電極３１がこの順に形成されている。圧
力発生部材３０はＰＺＴで出来ており、２００μｍ間隔
で１００個ずつ、２００μｍずらされて千鳥番ご計２０
０個、配列されている。２０はノズルグレートであり、
Ｎｉで作られている。厚さは５０μｍであり、ノズル２
１が形成されている。ノズルは富士山型に盛り上がった
ところに形成されており、その高さは、５０μｍある。

ノズル２１の出口径は５０μｍである。ノズル２１もＰ
ＺＴ３０と同様に、２００μｍ間隔で１００個ずつ、２
００μｍずらされて千鳥に計２００個、ＰＺＴ３０の中
央とノズルの中央が一致するように配列されている。１
１はスペーサーでありＰＺＴ３０とノズルプレート２０
とのギャップを１０μｍに保っている。ベース基板１０
とスペーサーとノズルプレートとで形成された空間には
インク４０（第２図に記す）が充填されている。従って
、それぞれの接合部インクが漏れないように十分なシー
ルドがなされている。

第３図は本発明の一実施例のインクジェットヘッドの断
面図である。第３２図での説明で不足していた部分を説
明することにする。ＰＺＴ３０は駆動電極３１の延びる
側が緩やかな斜面で形成されている。ＰＺＴの厚さは１
００μｍであり、ノズルプレートに近接した面の形状は
、１６０μｍ×１６０μｍである。また、斜面の角度は
約４５度である。駆動電極はそれぞれドライバーＩＣ（
図示せず）と接続されている。ドライバーＩＣのＯＮ、
ＯＦＦに応じてＰＺＴ３０は図中矢印Ａ１Ａ′の方向に
振動する。これにより、ＰＺＴ３０とノズルプレート２
０との間のインクは加圧され、図中４１のようなインク
滴となって突出する。

第４図はＰＺＴ３０の駆動回路である。５１はＰＺＴ３
０への充電を制御するトランジスター５２はＰＺＴ３０
の放電を制御するトランジスターである。５３はＰＺＴ
３０への充電の時定数を遅くするための抵抗であり、５
４はトランジスター５２を保護するための保護抵抗であ
る。抵抗５３は充電時の時定数を放電時の時定数の５倍
以上になるように設定しである。

第５図はＰＺＴ３０の駆動法を説明した図である。（ａ
）図はトランジスター５１の駆動法を示した図であり、
（ｂ）図はトランジスター５２の駆動法を示した図であ
る。（Ｃ）図はＰＺＴ３０に架かる電圧状態を示した図
である。（ａ）図に示すようにτ、だけトランジスター
５１をＯＮ状態にしておくと、（Ｃ）に示すようにＰＺ
Ｔ３０には■、だけ電圧が印加される。また、（ｂ）図
に示すようにτ。だけトランジスター５２をＯＮするこ
とによりＰＺＴ３０に架かる電圧は急激に０になる。τ
、とＶ、とはほぼ比例関係があり、τ、を変えることに
よって、■、も変えることが出来、このことにより、Ｐ
Ｚ：Ｔ２Ｏの変位量も可変にすることが出来る。従って
、τ、を制御することによってインクの突出量を制御で
き記録濃度のアナログ変調が可能となる。

次に第６図を用いてインク突出の原理を説明する。第６
図は、ＰＺＴに電圧を印加させた場合のＰＺＴ３０とノ
ズルプレート２０との間のインクの圧力発生原理を説明
した図である。ところで、ＰＺＴ３０とノズルプレート
２０との間のインクの圧力Ｐは（１）式のように表わさ
れる。

Ｐ＝　　　Ｃ，・　／）・　（ｄＶ／ｄｔ）十０２・　
μ　・　■ ＋０３・　ρ　・　■２ここで、Ｃ３、Ｃ２、Ｃ３は定数、ρはインク４０の密
度、μはインク４０の粘度、ＶはＰＺＴ３０のノズルプ
レート２０との対面のスピードである。

ＶはＰＺＴ３０がノズルプレート２０に近づく場合を正
とした。第１項、第３項はインクに質量があることによ
ってよって発生する圧力であり、第２項はインクに粘性
があるために発生する圧力である。

第６図の（ａ）図は第５図の（Ｃ）図と同じもので、Ｐ
ＺＴ３０の駆動波形である。第６図の（ｂ）図はＰＺＴ
３０の変位状態を示したもので、縦軸ＸはＰＺＴ３０が
近づく時を正とした。第６図の（Ｃ）図、第６図の（ｄ
）図、第６図の（ｅ）図は、ＰＺＴ３０とノズルプレー
ト２０との間のインクに発生する圧力であり、それぞれ
、（１）式の第１項、第２項、第３項にあたる。縦軸Ｐ
は圧力である。

第６図の（ｂ）図かられかるようにＰＺＴ３０がノズル
プレート２０から離れるときのスピードは近づくときに
比べてかなり遅い。また、その時のＰＺＴ３０の加速度
もかなり小さい。従って、（１）式の第１項、第２項よ
り発生する圧力は、第６図の（Ｃ）図、第６図の（ｄ）
図に示したように、負圧は小さく、正圧は大きく発生す
る。また、（１）式の第３項から発生する圧力は第６図
の（ｅ）図に示すように常に制圧である。以上より、Ｐ
ＺＴ３０とノズルプレート２０との間のインクは効果的
に正圧となり、ノズル２１からインり滴４１が安定して
突出する。

［発明の効果］以上述べてきたように、本発明のインクジェットヘッド
は電圧印加手段が電圧印加時の時定数を電圧解放時の時
定数の５倍以上に設定しである為、ノズル形成基板と圧
力発生部材との間にあるインクを効果的に高速かつ高圧
に加圧できる。従って、十分なインク滴の突出速度・突
出量を確保しつつ、周波数応答性・突出安定性に優れた
インクジェットヘッドを提供することができる。さらに
、圧力発生部材への電圧印加時間を変えることにより、
圧力発生部材の変位を変えることができ、これによりイ
ンクの突出量を可変に出来る。従って、印加時間を制御
することで容易にインク滴の突出量を変えることができ
、解像度を犠牲にすることなく階調表現が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のインクジェットヘッドを用
いたプリンタの全体概略斜視図。第２図は本発明の一実施例のインクジェットヘッドの全
体斜視図。第３図は本発明の一実施例のインクジェットヘッドの断
面図。第４図は本発明の一実施例のインクジェットヘッド駆動
回路図＠第５図は本発明の一実施例のインクジェットヘッドの駆
動波形図であり、（ａ）図は圧力発生部材への電圧印加
信号を示した図、（ｂ）図は圧力発生部材への電圧解放
信号を示した図、（Ｃ）図は圧力発生部材の両端に発生
する電圧を示した図である。第６図は本発明の一実施例のインクジェットヘッドのイ
ンク突出原理を説明した図であり、（ａ）図はインクジ
ェットヘッドへの印加電圧波形（第３図の（Ｃ）図と同
じ）であり、（ｂ）図はｐｚＴ３０の変位状態を示した
図、（Ｃ）図、（ｄ）図、（ｅ）図は、それぞれ（１）
式の第１項、第２項、第３項を示す。１００・・・・インクジェットヘッド２００・　・・記録紙プラテンベース基板スペーサーノズルプレートノズルＺＴ駆動ｉｉＥ極共通電極インクインク滴電圧印加トランジスター電圧解放トランジスター以上出願人　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１４第２図３０：Ｐ’；ｌＴｃｃ第３図２０：ノス′ルブＬ−ド

Claims

【特許請求の範囲】

（１）複数のノズルを有するノズル形成基板と、前記ノ
ズルの各々に１対１に対向して配置され、インクの中に
浸されている圧力発生部材と該圧力発生部材に電圧を印
加する電圧印加手段とを備え、印加電圧により前記圧力
発生部材を変位させ、前記ノズル基板との間隔に存在す
るインクの圧力を高め、前記ノズルから、前記インクを
突出させるインクジェットヘッドに於いて、前記電圧印加手段が電圧印加時の時定数を電圧解放時の
時定数の５倍以上に設定してあることを特徴とするイン
クジェットヘッド。