JPH039846A - インクジェットヘッド - Google Patents

インクジェットヘッド

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JPH039846A
JPH039846A JP14484889A JP14484889A JPH039846A JP H039846 A JPH039846 A JP H039846A JP 14484889 A JP14484889 A JP 14484889A JP 14484889 A JP14484889 A JP 14484889A JP H039846 A JPH039846 A JP H039846A
Authority
JP
Japan
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piezoelectric
layer
temperature
vibrator
piezoelectric material
Prior art date
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Pending
Application number
JP14484889A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshinori Miyazawa
芳典 宮澤
Tatsuo Furuta
達雄 古田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH039846A publication Critical patent/JPH039846A/ja
Pending legal-status Critical Current

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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

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インクジェット方式の記録装置
に関し更に詳細にはインクジェットプリンタヘッドに用
いられる圧電素子の材質に関する。
〔従来の技術〕
従来のインクジェットヘッドの構造としては複数のノズ
ル開口を有するノズル形成部材とこめ背後にインクと直
接接触する圧電変換器を有する構造が知られている。(
持分昭和60−8953等)この構造では圧電変換器を
構成する振動子がノズル板と概ね直交する方向に変位す
るごとく振動することと各ノズル間のインク流路が短い
距離で通じていることによりインク滴吐出効率および安
定性が高くインク中にガス、ゴミ等の異物が混入した場
合でもこの影響を受けず正常動作が可能であるという特
徴を有する。更に振動子はノズル板と微小な空隙を保っ
て配された片持ち梁状または両持ち梁状の振動子が用い
られているため電気機械変換効率が高い、小さい電力で
必要な振動子可動部分変位が取れる等の利点を有する。
またこれらの特徴を活かして常温で固体のインクを液化
して吐出させるごとく構成することによって各種の紙に
高品質の印字が可能なインクジェットヘッドが実現でき
ることが知られている。(特開昭63−297052) 〔発明が解決しようとする課題〕 上記従来技術の梁状振動子を用いた固体インクを液化し
て用いるインクジェットヘッドの構造では圧電素子から
なる振動子が固体インクの融点より高い高温度環境下で
動作するため特開昭63−297052にも示されてい
るごとく圧電定数が正の温度係数を有する圧電素子を用
いることが望ましい。しかしながら室温より高い温度に
ヘッドを加熱保持するヒータは通常100°C以上の高
温度であるため温度制御に高い精度が必要でこの制御精
度が低いと同一の駆動条件においても振動子の振動特性
が一定でないため特性が安定しないという問題点を有し
ていた。このためヘッドの温度を高精度に制御するため
複雑な構成でさらに調整の必要な制御回路を採用する必
要があった。従って調整工程も含めて高価な回路となっ
た。本発明の目的はこの問題点を解決して特性の安定し
たインクジェットヘッドを実現することにある。また低
価格の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複数のノズル開口を有
するノズル形成部材と圧電変換器を有し、該ノズル形成
部材と該圧電変換器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、 上記圧電変換器は圧電材と上記圧電材上の一面に施され
た導電材層と他面に弾性層を有し、少なくとも一つの固
定部を持つ複数の振動子からなり、上記圧電材は圧電定
数dが温度Tの上昇と共に増加する特性を有しかつ上記
特性の温度係数が(Δd/d)/ΔT<0.06/” 
Kで示される範囲にあることを特徴とする。更により望
ましくは (Δd/d ) /ΔT<0.02/” Kで示される
範囲にあることを特徴とする。
〔作用〕
本発明の上記構成では圧電変換器は動作温度において高
効率に駆動できると共にラフな温度制御、駆動電圧制御
に対しても安定した吐出特性を有する。
〔実施例〕
次に実施例に基づいて本発明を説明する。
第1図は本発明の一実施例を示すプリンタの斜視図であ
る。同図において記録紙1はプラテン4に捲き回され送
りローラ2.3によって押圧される。ガイド軸6.7に
案内されプラテン軸に平行な方向に移動可能なキャリッ
ジ8上にインクジェットヘッド9が搭載されて構成され
る。インクジェットヘッド9は独立にインク滴を噴出制
御可能な複数のノズルを有しプラテン軸に平行な矢印1
0に示す方向に走査され上記ノズルから選択的にインク
滴を吐出し記録紙1上にインク像を形成する。
記録紙1はプラテン4、送りローラ2.3の回転により
走査方向と直交する矢印5で示される副走査方向に搬送
され記録紙面上への印字が行われる。
第2図にインクジェットヘッドの断面を示す。
アルミからなるフレーム23には圧電変換器20と厚さ
100μmのニッケル板からなるノズル形成部材22が
両者の間に同じくニッケル板からなるスペーサ21を介
して積層され固定される。ノズル形成部材22は直径5
0μmの微小開口の複数のノズル24を有する。インク
はワックスを主剤としこれに染料を溶解したもので約7
0°Cの融点を有する。ヘッド内の上記インク26を定
温に保つためヒータ25が設けられる。ヒーター25は
上記インクを120’Cに保つためヒータ自身を130
’Cに保持される如く温度センサー(図示せず)によっ
てフィードバック制御されている。圧電変換器20は第
3図に斜視図を示す。
第3図においてPZTよりなる100μm厚の圧電材層
30の片面にAu薄層よりなる電極層31とこの反対面
に50μm厚のニッケル薄層よりなる金属層32を有す
る多層構造の圧電素子板33と金属薄板からなるスペー
サ35から構成される。
圧電素子板33を構成する圧電材の圧電窓@、(単位印
加電圧に対する収縮率、dで表す)は温度上昇と共に増
加する特性を有し下式で定義されるdの温度係数Cは下
記の値を示す。
C= (Ad/d)/ΔT=0.010/’ K上記圧
電素子板33は切り込み34により分割されて複数の振
動子36とこれらの複数の振動子に共通な固定部37に
構成される。振動子の先端近傍とノズル24が対向する
ごとく配置される。
インクは固体状態でヘッドに供給される。インクがヒー
タ25によって融点以上の所定温度に加熱されて液化し
振動子周辺に供給され本実施例では20μmの微小寸法
に保たれた振動子36とノズル形成部材22の間隙に保
持される。動作は上記の複数の振動子の内所望の振動子
の電極層31と金属層32との間に電圧を印加すること
によりこの間の圧電材層30が収縮し一方金属層32は
収縮しないため曲げモーメントが生じ振動子先端は厚さ
方向に変位する。本実施例の構成では長さ2mmの片持
ち梁状振動子に150■の電圧を加えることにより振動
子先端は15μm変位する。
次にこの電圧を解除すると振動子が弾性的な復元力によ
り変位し振動子36とノズル形成部材22の間に介在す
る液体状態のインクに発生する圧力でノズル24からイ
ンクが吐出する。
上記実施例の構造のインクジェットヘッドのインク吐出
特性は振動子先端変位量に依存する。この先端変位量の
適正値は振動子とノズル形成部材間の間隙とインク粘度
によって決まる。即ち所定の変位量より小さいと発生す
る圧力が不足し吐出するインク滴の飛翔速度および重量
が小さくなる。
逆に所定の変位量より大きいと2度目のインク滴吐出が
生じてしまう。これは−旦振動した振動子の振動の収束
するまでの静定時間内の残留振動振幅が大きいためイン
ク吐出に必要な圧力以上に圧力が上昇してしまうためで
ある。これらのため振動子振幅は所定の範囲内に制御す
る必要がある。
この許容範囲は本発明者等の実験によれば所定の振幅±
20%であった。一方温度制御範囲は外気温度変化を加
味するとレンジ5°にであった。−力印加電圧制御範囲
は±5%でありこれらを考慮すると先の温度係数から振
動子の先端の変位は本実施例の圧電素子の温度係数が1
%/’にであることから 温度変化による変位変化 ω温度係数×温度制御精度;±2.5%電圧変化による
変位変化 (1)駆動電圧制御精度=±5% となり、これらを加算した値±7.5%、レンジで15
%変動する。従って、本実施例の圧電素子を用いた振動
子は温度のバラツキによらず安定した特性を示す。先の
説明から明らかなように電圧制御精度±5%、温度制御
精度±2.5°にの場合先端変位の変化を±20%以内
に抑えるためには温度係数は6%/’に以下の値を持つ
ことが望ましい。温度制御範囲、電圧制御範囲をさらに
ラフにするためには温度係数はより小さいことが望まし
く電圧制御精度±10%、温度制御精度±50にの場合
先端変位の変化を±20%以内に抑えるためには温度係
数は2%/’に以下の値を持つことがより望ましい。
なお上記温度係数は動作温度近傍において上記範囲の値
を持つことが必要で室温上の全域にわたって上記条件を
満たしている必要はない。
〔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高温状態で
の圧電定数の温度係数が所定の範囲の値を有するため特
性安定したヘッドが実現できるという効果を有する。ま
た温度制御、電圧制御の精度が低くてもよいことから制
御回路が安価に構成でき安価な装置が実現できるという
効果も有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による一実施例を示すインクジェットヘ
ッドを具備したプリンタの斜視図。 第2図は本発明による一実施例を示すインクジェットヘ
ッドの断面図。 第3図は本発明による一実施例を示すインクジェットヘ
ッドの圧電変換器の構造を斜視図。 20 圧電変換器 30 圧電材層 31 電極層 32 金属層 33 圧電素子板 36 振動子 以上

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 複数のノズル開口を有するノズル形成部材と圧電変換器
    を有し、 該ノズル形成部材と該圧電変換器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、 上記圧電変換器は圧電材と上記圧電材上の一面に施され
    た導電材層と他面に弾性層を有し、少なくとも一つの固
    定部を持つ複数の振動子からなり、上記圧電材は圧電定
    数dが温度Tの上昇と共に増加する特性を有しかつ上記
    特性の温度係数が(Δd/d)/ΔT<0.06/°K で示される範囲にあることを特徴とするインクジェット
    ヘッド。
JP14484889A 1989-06-07 1989-06-07 インクジェットヘッド Pending JPH039846A (ja)

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