JPH02301444A - インクジェットヘッド - Google Patents

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１ 本発明は、インク滴を飛翔させ記録紙等の媒体上にイン
ク像を形成するインクジェット方式の記録装置に関し、
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１ 複数のノズルを備えたノズル形成基板と、その背後にイ
ンクと直接接触してインクを加圧する圧電変換器を配置
したインクジェットヘッドはＵＳＰ４０７２９５９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
電変換器を形成する振動子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、ノズルのインク流路が短
いため、インク滴の吐出効率および吐出安定性が高く、
更に各ノズル間のインク流路が互いに短い距離で連絡し
ているためインク中に気泡、ゴミ等の異物が混入した場
合でも、その影響を受けずに正常な動作が可能であり、
さらには、振動子が片持ちもしくは両持ち梁構造である
事により、電気機械変換効率が高く、低電圧で必要とす
る振動子変位が得られるという特徴を有する。

〔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、安定した特性を得るのが
困難であるという問題点を有していた。

すなわち振動子とノズル形成基板との間隙の寸法が、イ
ンク滴の吐出速度、吐出量、吐出応答性といった諸特性
に影響しすべての特性を満足させるためには上記間隙寸
法許容範囲が狭かった。このためインク滴の吐出速度を
早（、吐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やすいように、ノズル形成基板とこ
れに対峙する振動子との間隙を、微小なある一定の範囲
に抑える必要があるのに対し、５ｍＰａＳ以下の低粘度
のインクを用いた場合この様な間隙の下では、振動子の
残留振動が残り１回の加振駆動に対し２〜３回のインク
吐出を生じた。

本発明の目的は、この問題点を解決して、エネルギ効率
が高く、インク滴の吐出速度、吐出量。

吐出応答性といった諸特性を同時に達成し多重吐出を防
ぎ、安定した特性を有するインクジェットヘッドを実現
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、少なくとも一つ以上
のノズルを有するノズル形成基板と、前記ノズルに対向
して配置され独立に駆動可能な振動子で形成された圧電
変換器とを有し、該ノズル形成基板と該圧電変換器との
間にインクが充たされる如く構成されたインクジェット
ヘッドにおいて、 前記ノズル形成基板と前記振動子間の間隙が、前記ノズ
ル近傍領域の方が該領域以外の領域より大きいことを特
徴とする。

［作　用］ 本発明の上記構成では、振動子を変形変位させてインク
を吐出するとき、吐出圧力発生特性とノズル形成基板と
振動子可動部分の間の、インクの抵抗および慣性による
振動減衰特性とを独立に制御でき安定した特性のヘッド
を実現できる。

〔実　施　例１ 次に実施例に基づいて本発明を説明する。

第１図は、本発明におけるインクジェットヘッドを搭載
した記録装置の一実施例を説明するための斜視図である
。記録媒体ｌは送りローラ２，３の押圧によりプラテン
４に捲き回され、記録の進行に従い矢印５の方向に搬送
される。ガイド軸６．７に案内されプラテン４の軸と平
行な方向に移動可能なキャリッジ８上には、独立にイン
ク滴を吐出制御可能な複数のノズルを有するインクジェ
ットヘッド９が搭載されており、矢印ｌＯの方向に走査
され各々のノズルから選択的にインク滴を吐出し記録媒
体ｌ上にインク像を形成する。

第２図は１本発明における圧電変換器の構成を説明する
ための斜視図である。圧電変換器２０は、切り込み２３
によって分離された複数の振動子２１と、固定部分２２
から構成される。１００μｍ厚、中３００μｍのＰＺＴ
よりなる圧電素子２４の片面には、Ａｕ薄層よりなる信
号電極２５が、他面には、共通電極２６を兼ね５０μｍ
厚のＮｉ層よりなる金属板、固定部分２２には、Ｎｉ層
よりなるスペーサ２７が積層されている。

第３図（ａ）　　・　（ｂ）は、本発明におけるノズル
形成基板の形状を説明するための正面図、およびノズル
部分の断面図である。インクは動作時４ｍＰａ５の粘厚
を有する絶縁性のインクで、ノズル形成基板３０は、電
鋳技術により形成され、複数のノズル３１（ノズル径５
０μｍ）を有する５０ｕｍ庫のＮｉ薄板から構成され、
ノズル入ロ開ロ近１青部分を帯状につないだ満３２が深
（この部分では動作時の待機状態でノズル形成基板と振
動子間の間隙が２０μｍその他の部分は段差を設けて一
段高くしこの部分での間隙を５μｍに形成する。

第４図は、本発明におけるインクジェットヘッド９の構
造、およびインク滴吐出原理の説明を行うための断面図
である。フレーム４０とサブフレーム４１の間に、ノズ
ル形成基板３０、圧電変換器２０、弾性シート４２が積
層されている。サブフレーム４１にはインクリザーバ４
３が形成されており、インクがノズル近傍に供給され充
たされる。圧電素子２４の分極方向は、共通電極２６と
信号電極２５の間に電圧を印加すると電界と直交方向に
収縮するように置かれている。一方、共通電極２６のＮ
ｉ薄層は高い弾性率を有するため、寸法変化が規制され
圧電素子に電界が印加されると信号電極２５の側に曲が
るごとく曲げモーメントが発生し変形変位する。従って
、待機時に電圧を印加しておき１選択的に電圧を解除す
ることにより振動子２１の自由端はノズル形成基板３０
の方向に変形変位し近傍のインクをノズル３１から吐出
させる。このとき、第３図に示すように振動子２１とノ
ズル３１との間隙ａを、インク滴吐出特性の良好な寸法
とし、振動子２１とノズル入口開口近傍以外の部分との
間隙すを、振動子を適当な減衰振動傾城で振動させ、か
つインクの供給が円滑に行われるごと（ａより小さい値
に設定する。

上述の圧力発生機構及び減衰機構について流体力学的に
さらに詳しく説明する。単純なモデルとして第５図の様
に二つの円板が一定の速度で近接する時この円板間に発
生する圧力ば近似的に次の式で表わされる。

Ｐ＝３ｍＶ／ｈ”　　（Ｘ”　　＋Ｚ”　　−Ｄ”　　
）ただし、η：原流体粘度 ■＝二つの円板の近接速度 Ｐ：圧力 他の記号は第５図に示す。

即ち円板の中心付近にピーク圧力が発生し周縁部では圧
力発生はない、また圧力の値は両日板間の距離に大きく
依存する。従って先の実施例１の梁状振動子の場合ノズ
ル部分に高い圧力を発生させて効率的にインク吐出を行
うためにはノズル近傍でノズル形成基板と振動子との間
の間隙を適正値に管理する必要がある。またこの間隙が
過小な場合はノズルへのインク流の抵抗が増大しインク
の供給が十分行われない、即ち第３図中の寸法ａを適正
値に管理する必要がある。ノズル形成基板と振動子の間
の他の領域（ノズル近傍以外の領域）での間隙（第３図
中の寸法ｂ）は圧力発生には寄与しない０本発明者らが
各種寸法の振動子寸法、および各粘度の流体についてイ
ンク吐出特性を評価し実験した結果１寸法ａを管理すべ
き領域は高々振動子幅までであることを見いだした。即
ち振動子幅をＢとして寸法ａを保つべき領域をノズル中
心からのＣで表すとＣ≦Ｂ／２となり、Ｂ／２の領域よ
り離れた部分の間隙はノズル部の圧力発生に寄与しない
、従って吐出圧力発生の観点からはノズル近傍の空隙を
管理し、これとは独立にこれ以外の領域における空隙を
管理することによって効率良く吐出動作を行なわせるこ
とができる。ノズル近傍以外の領域での間隙は振動子の
変位によって引き起こされる流体の流れによって振動子
に発生する流体抵抗、質量負荷を所望の値にすべく設定
する。即ち振動子が適当な振動減衰特性を有するように
設定する。上記空隙が適正値より大きいと残留振動が残
り高速応答が不可能となりさらには一回の駆動信号（振
動子変位〕に対し複数個のインク滴を吐出する。逆に適
正値より小さいと流体抵抗負荷が過大となり変位させる
のに要する大きな電力を必要とする。実験によれば５ｍ
ＰａＳ以下の粘度を有する低粘度の液体に対してはノズ
ル近傍以外の領域で適度の流体抵抗負荷を付与すること
が望ましく、 ａ＞ｂ とするのが適当である。

本実施例に用いられるノズル形成基板の製造は電鋳法に
よって容易に行うことができる。すなわち第６図におい
て絶縁体６１に導体パターン６２を形成したマスター上
に電解メッキ層６３を形成した後レジスト層６４を波腹
し一部をパターニングして露出したメッキ層に更に電解
メッキ層６５を形成して所望のノズル穴と段差形状を有
する電鋳型が作成される。この後この型を用いて電解メ
ッキ層を形成して型が剥離させて第３図に示すノズル形
成基板が作製できる。

第７図（ａ）、（ｂ）は別の実施例のノズル形成基板の
形状を示すための正面図および振動子とノズル形成基板
の関係を示す断面図であり、第２０図と同じ部材に同じ
番号を付して示す。

本実施例も低粘度インクの場合でノズル近傍の半径Ｃの
領域のみ窪地状に空隙已に設定された凹部３３を設け、
他の領域ではこれより小さい間隙ｂに設定される。

〔発明の効果］ 以上述べたように、本発明の上記構成によれば、振動子
とノズル形成基板の間隙がノズル入口開口近傍部分で、
他の部分より大きく振動子とノズル形成基板との間の間
隙が、ノズル入口開口近傍部分ではインク吐出に必要な
微小量が確保され、池の部分はインク吐出後のノズルメ
ニスカスの復元に必要なインクの供給路が確保されイン
ク戻り時間が適正値に制御されるため、インク滴吐出速
度、吐出量を保ったまま応答性を向上することが可能と
なり、インク滴の吐出速度、吐出量、吐出応答性、吐出
安定性などの緒特性が同時に向上した性能の優れたイン
クジェットヘッドが実現できる。インク吐出圧力発生の
点で高精度に管理の必要なノズル近傍での上記間隙が他
の部分と独立に設定できるため間隙の寸法のマージンが
広がり製造歩留りが向上するという効果も有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明におけるインクジェットヘッドを搭載
した記録装置の一実施例を説明するための斜視図。 第２図は、本発明のインクジェットヘッドに用いられる
圧電変換器の構成を説明するための斜視図。 第３図（ａ）、（ｂ）は、本発明におけるインクジェッ
トヘッドのノズル形成基板の形状を説明するための正面
図、および断面図。 第４図は１本発明にお−けるインクジェットヘッドの構
成を示す図。 第５図は、圧力発生機構を説明するための図。 第６図は、ノズル形成基板の作製方法を示す図。 第７図（ａ）、（ｂ）は、本発明のインクジェットヘッ
ドに用いられるノズル形成基板の別の実施例を示す図。 ９・・・インクジェットヘッド ２１・・・振動子 ３０・・・ノズル形成基板 ３１・・・ノズル ３２・・・溝 ３３・・・凹部 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）９；イ〉ク
ジエヅドへ−ｖｋ 第１Ｎ ２１　：ｔｌｔ、勢等 第２図 （わ 第３図 ２７：ｆｓＬ物ケ 第４図 第６図 （α） 第 ３０：ノスυし測字久賃ｉｔ万ミ （ｂン ７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　少なくとも一つ以上のノズルを有するノズル形成基板
   と、前記ノズルに対向して配置され独立に駆動可能な振
   動子で形成された圧電変換器とを有し、 該ノズル形成基板と該圧電変換器との間にインクが充た
   される如く構成されたインクジェットヘッドにおいて、 インクが５ｍＰａＳ以下の低粘度であり前記ノズル形成
   基板と前記振動子間の間隙が、前記ノズル近傍領域の方
   が該領域以外の領域より大きいことを特徴とするインク
   ジェットヘッド。