JPH0392352A - 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、特公昭
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
った諸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、
これらの間隔を１０〜２０μｍに設定しなければならな
い。また、インク突出の応答性を向上させるためには、
圧力発生部材の固有振動周波数を上げてやらなければな
らない。

従来技術での圧力発生部材は、ＰＺＴ等の圧電部材と金
属板との積層材とで構成された片持ちあるいは両持ち梁
の構造をしていた。従って、この圧力発生部材の固有周
波数はそれほど高くすることができないため、電圧の印
加は、１回のパルスでなされるのが最も効果的であった
。仮に、インク突出の応答性を向上させるためには、圧
力発生部材を短くしたり、厚くしたりすることが必要で
ある。しかしこのようにすると、圧力発生部材の変位が
少なくなってしまい、十分なインク量とインク速度が確
保できなくなってしまう。

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ｌ２］ 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、インクの中に浸されている圧力発生部材とを
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、圧力発生部材が圧電材料の縦振動を用い、印加電
圧が、圧力発生部材の固有周波数の整数倍の周期の複数
のパルスにより与えられることを特徴とする。

［作用］ 本発明の作用によれば、圧力発生部材の固有周波数が高
いため、極めて高い周波数の複数のパルスにより駆動す
ることができる。これによりノズル形成基板と圧力発生
部材との間にあるインクを高速に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。

［実施例コ 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Ｆｉ３１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ずらされて千鳥に計２０
０個、配列されている。２０はノズルプレートであり、
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、ＰＺＴ３　０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。

１１はスベーサーでありＰＺＴ３０とノズルプレート２
０とのギャップを１０μｍに保っている。ベース基板１
０とスベ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２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１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１０
０μｍ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，Ｏ
ＦＦＧ．：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
２０との間のインクは加圧され、図中４ｌのようなイン
ク滴となって突出する。″次に第３図を用いてインク突
出の為のＰＺＴ３０の駆動方法を説明する。第３図はＰ
ＺＴ３０に印加する印加電圧波形を示したものである。

それぞれ横軸Ｔは時間軸、縦軸Ｖは電位を示す。（ａ）
図は印加電圧波形の全体像を示したものである。

この１パルス毎にインク滴４１が一つずつ突出する。こ
のパルス幅τ，は約５０μｓであり、その間隔τ８は１
００μｓである。（ｂ）図は（ａ）図の２点鎖線部を拡
大した図である。また、（Ｃ’）図は（ｂ）図の２点鎖
線部を拡大した図である。（ｂ）図（Ｃ）図からわかる
ように、（ａ）図のｌパルスは複数のより細かいパルス
（パルス周期τ。、パルス幅τ，）の集合である。パル
ス幅τ，はＰＺＴ３０の縦振動の固有周期の半分に設定
してあり、約０６　２５μＳ５パルス周期τ。はバルス
幅τ，の２ｎ（ｎは１以上の整数）倍に設定されている
。

ところで、本実施例に於いてはｎ＝２である。従って、
（ａ）図の１パルスは（ｂ）図、（Ｃ）図のパルスを５
０個集めたものである。

次｛；第４図を用いてインク突出の原理を説明する。第
４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，・　ρ　・　（ｄｖ／ｄｔ）＋０２・　μ
　・　■ 十〇，・ρ・ｖ２ （　１） ここで、 Ｃ，、 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
ルブレー｝２０との対面のスピードである．■はＰＺＴ
３０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４図の（ａ）図は第３図の（Ｃ）図と同じもので、Ｐ
ＺＴ３　０の駆動波形である。（ｂ）図はＰＺＴ３０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。ＰＺＴ３０は１００■の印加電圧が加え
られたとき、０．０６μｍの変位をする。　（Ｃ）図、
（ｄ）図、（ｅ）図は、ＰＺＴ３　０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４図（ｆ）、第４図（ｇ）からわかるように、（１）
式の第１項、第２項より発生する圧力はＰＺＴ３０の振
動に連れて正、負に変化し、時間平均を取ると０になっ
てしまう。ところが、第３項は常に正の値を取り、ＰＺ
Ｔ３０が振動している間一定の正圧を発生することにな
る。従って、第３図の（ａ）図のτ。の期間は（１）式
の第３項によって ＰＺＴ３０とノズルプレート２０との間のインクは正圧
となり、ノズル２１からインク滴４１が突出する。

［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
は圧力発生部材が圧電材料のＭ振動を用いたものである
ため、圧力発生部材の固有周波数が高く、極めて高い周
波数の複数のパルスにより駆動することができる。しか
も、圧力発生部材の固有周波数の整数倍で駆動すること
により、その振動は最も大きくなる。これにより、ノズ
ル形成基板と圧力発生部材との間にあるインクを高速に
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
。また、圧力発生部材が金属板との￥ｌＩＮを必要とせ
ず、ベース基板に圧力発生部材を弓長りつけただけの構
造のため、きわめてコンパクトにかつ簡単に作成できる
。従ってきわめてコンパクトかつ安価なインクジェット
ヘッドが提供できる。さらに、きわめて周波数の高い複
数のパルスにより駈動することが出来るために、複数の
パルスの数を変えることにより、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の全
体斜視図。 第２図は本発明の一実施例のインクジェットヘッドの断
面図。 第３図は本発明の一実施例のインクジェットヘッドへの
印加電圧波形図であり、（ａ）図はその全体概略図、（
ｂ）図は（ａ）図の２点！！１線部の拡大図、（ｃ）図
は（ｂ）図の２点鎖線部の拡大図。 第４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。 １０・ １ｌ・ ２０・●・ ２１・ ３０・ ３１・ ３２・ ４０・ ４１・ ・ベース基板 ・スベーサー ・ノズルプレート ・ノズル ・ＰＺＴ ・駆動電極 ・共通電極 ・インク ・インク滴 以上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （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、 前記圧力発生部材が圧電材料の縦振動を用いたものであ
   り、前記印加電圧が、前記圧力発生部材の固有周波数の
   整数倍の周期の複数のパルスにより与えられることを特
   徴とするインクジェットヘッド。