JPH04141428A - 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］ 本発明はインク滴を飛翔させ、記録紙等の短体上にイン
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フジエラ［・ヘッドに関する
。

［従来の技術］ 従来のインクジェットヘッドとして、特にオンテマノド
方式のインクジェットとしては大きく分けて４種類方式
が報告されている。その第１は独立したインクキャビテ
ィを圧電素子により変形させその圧力によりそげそれの
インクキャビティに対応したノズルからインクを突出さ
せる、カイザステムメ、グールドなどの方式であり、そ
の第２は、圧電変換器とノズル形成基板とこの間を満た
ずインクとを有し、圧電変換器を変位させインクをノズ
ルから突出させる特公昭６０−８９５３号に開示されて
いる方式であり、さらに第３は電熱素子にＪ：リインク
を加熱させ気化したインクの圧力によりインクを突出さ
せる方式であり、さらにまた第４の方式は、圧電素子の
振動を音響レンズ等で集束させたり、また表面弾性波の
集束効果を利用したりした、Ｕ　Ｓ　Ｐ　４−７５１５
３０、ＵＳ　Ｐ　４．６９７１９５等の方式かがある。

　前述した第１、第２、第３の方式は、構造が簡単であ
り小型化が可能で、普通紙への印字が可能というような
利点を有しており、さらに第４の方式はノズルが不要で
あり、気泡、ごみ等の混入による信頼性の低下を避けら
れ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］ しかし従来の第１、第２、第３の技術では、駆動周波数
がせいぜい１０ＫＨｚ程度であるため階調データ等の印
刷をするとたいへん時間がかかり、そのため解像度を落
とさざるを得ないのが実状であり、実用的なフルカラー
印刷装置を実現することはたいへん難しい。また、第４
の従来技術の場合は、駆動周波数はメガヘルツ以上であ
り、原理的には、第１、第２、第３の従来技術の欠点は
改善されているものと思われるが、音響レンズを用いる
場合には圧力発生部材と音響レンズとの整合等が難しく
、音響レンズでのエネルギーロスも大きい。また、表面
弾性波を用いたものは数十ＭＨ２以上の駆動周波数でな
いと十分なエネルギー密度を得るための効率が非常に悪
くなり、これらの理由により多大のコストアップは避け
られない。

そこで本発明のインクジェットヘッドはこのような問題
点を解決するもので、その目的とするところはきはめて
低コストの、フルカラー印刷の可能なインクジェットヘ
ッドを提供することである。

［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、インクを飛翔させ記
録像を得るインクジェットヘッドにおいて、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
を有し、該圧力発生部材が圧電材料と該圧電材料上に形
成された弾性体とがらなり、前記圧電印加手段が前記正
圧力発生部材の厚み振動の固有周期で励振させる手段と
、該圧電材料の厚み振動の励振数を制御する手段からな
ることを特徴とする。

［作用］ 本発明の構成によれば、圧力発生部材の構造が簡単であ
り、圧力発生部材の固有周期が極めて高く、また、その
固有周期で駆動し、その駆動時間を制御させることがで
きる。従って、極めて低コストて、解像度を落とすこと
なく十分な階調性を得ることができるインクジェットヘ
ッドを提供できる。

［実施例］ 以下、本発明に基づき、その一実施例について図面を用
いて詳細に説明する。まず、第１の実施例について第１
〜第４図を用いて説明する。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、この上に圧電材料３０が積層されて
いる。圧電材料３０とベース基板１０との間には共通電
極３２が配設されており、圧電材料３０上には駆動電極
３１、弾性体３３が配設されている。ベース基板１０は
アルミナ等のセラミックスで厚さ１ｍｍ、圧電材料３０
はチタン酸ジルコン酸鉛系複合ペロブスカイトセラミッ
クス、チタン酸鉛、ｚｎｏｍの圧電セラミックスであり
、厚さは０．１ｍｍである。弾性体３３はＮ１等のヤン
グ率の大きな弾性材であり、厚さ０．　５ｍｍ、サイズ
は０．３ｍｍＸ０．３ｍｍである。駆動電極３１および
共通電極３２はＣｒ、Ｎｉ、Ａｕ等の圧電材料３０との
密着性に優れ、導電率の良い材料より構成されており、
総厚約１μｍである。さらに、駆動電極３１は幅０．３
ｍｍ、０．５ｍｍピッチで、半ピツチずれた形で、片側
３２本、計６４本配設され、弾性体３３に接続されてい
る。共通電極３２は圧電体１０の片面全面に配設されて
いる。圧力発生部材３４は、これら圧電材料３０、弾性
体３３によって構成される。圧電材料３０の上には、ス
ペーサ１１を挟んでノズルプレート２０に形成されてい
るノズル２１が、弾性体３３と対面するように配設され
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につい
て説明することにする。第１図と各部の符号は共通化し
である。圧電材料３０はベース基板１０上に共通電極３
２を挟んで形成されている。ノズルプレート２０と圧電
材料３０との間隔は、数十μｍであり、そこにはインク
４０が満たされている。

次に第３図、第４図を交えて本発明の動作原理及び駆動
法について説明する。第３図及び第４図は本発明の駆動
説明図である。第３図（ａ）は駆動電極３１に印加する
電圧を示したものである。

圧電材料３０上と弾性体３３からなる圧力発生部材３４
の固有周期と同じ周期ｔｃでその半分の時間ｔｄだけ共
通電極３２、弾性体３３間の圧電体３０に電圧を印加す
る。すると、共通電極３２と弾性体３３とに挟まれた圧
電材料３０は第２図の矢印Ｘ方向に変位する。これを何
回か繰り返すと、圧力発生部材３４は励振され、第２図
の矢印Ｘ−Ｘ゛方向に圧電体３０のみの場合に比べてか
なり大きく変位する（第３図（ｂ））。この時、インク
４０に発生する圧力Ｐは（１）式のようになる。

Ｐ＝　　　（：、＊　ρ＊（ｄＶ／ｄＴ）十Ｃ２＊μ＊
Ｖ 十Ｃ３＊ρ＊■２ ここで、Ｃ１，Ｃ２、Ｃ３は定数、ρはインク４０の密
度、μはインク４０の粘度、■は圧力発生部材３４の弾
性体３３のインク４０に接している面の変位スピードで
ある。■は圧力発生部材３４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３図（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）はそれぞれ（１）式の第
１項、第２項、第３項に対応している。以上より明らか
なように（１）式の第１項、第２項は時間平均としてゼ
ロとなるが第３項は正の圧力を発生することがわかる。

第４図はよりマクロの駆動法について示した図である。

ｔａの周期でｔｂの期間だけ第３図（ａ）のような駆動
を続ける。すると、この期間だけ（１）式の第３項に示
したような圧力が発生し、インク４０をインク滴４１と
して突出させることができる。従ってτｂを変調さぜる
ことによってインク滴４１の量を制御させることができ
る。この時インク滴４１は一つのインク滴としてだけで
はなく、複数のインク滴として突出させることができる
。ノズルメニスカス面と圧力発生部材３４とが近ければ
近い程、同じ量でもインク滴の数を増やすことが可能で
ある。

さらに続いて本発明の第２の実施例について第５〜６図
を用いて説明する。第５図は本実施例の全体斜視図であ
り、第６図（ａ）は部分上面図、第６図（ｂ）は断面図
である。本実施例においては、第１の実施例においてノ
ズルを廃してノズルの目詰まり等による信頼例の低下を
防止すると共に、圧力発生部材３４上のインク層を薄く
コントロールし、インク滴４１を細かく分割して飛翔さ
せるようにし、印刷の諧調性の向上をはかつている。図
中の符号は全て前図と同じにしである。第５図、第６図
において、圧電材料３０上に弾性体３３を覆うように弾
性に富む樹脂層３６を形成する。そして、樹脂層３６の
表面にフッ素コーティングにより撥水処理した撥水部８
を設る。これにより、圧力発生部材３４上にインク４ｏ
が導かれるステージ３９が、樹脂層３６上にインク案内
部３７が形成される。ステージ３９は圧力発生部材３４
の中央部に直径１００μｍで形成されている。

インク４０はインク供給板４３、インク案内部３７によ
りステージ３９の近傍まで導かれ、そこからインクの濡
れ性により、インク４０はステージ３９まで到達する。

ステージ３９にインクが導かれた状態において圧力発生
部材３４を図中矢印Ｘ−Ｘ°方向に励振させ、インク４
０を複数のインク滴４１として飛翔させる。

［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
は圧力発生部材の構造が簡単であり、圧力発生部材の固
有周期が極めて高く、また、その固有周期で駆動し、そ
の駆動時間を制御させることができる。従って、極めて
低コストで、解像度を落とすことなく十分な諧調性を得
ることができるインクジェットヘッドな提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のインクジェットヘッドの第】の一実施
例の全体斜視図。 第２図は本発明のインクジェットヘッドの第１の一実施
例の断面図。 第３図、第４図は本発明のインクジェットヘッドの第１
の実施例の駆動原理説明図。 第５図は本発明のインクジェットヘッドの第２の実施例
の全体斜視図。 第６図は本発明のインクジェットヘッドの第２の実施例
の部分上面図及び断面図。 ３２　・ ３３　・ ３４　・ ３６　・ ３７　・ ３８　・ ベース基板 ノズルプレート 圧電材料 駆動電極 共通電極 弾性体 圧力発生部材 樹脂層 インク案内部 撥水部 ３９　・　・ ４０　・ ４１　・ ４３　・　・ ・・ステージ インク ・インク滴 ・インク案内板 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 ４図 Ｔ ３９、゛ス咋−ジ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. インクを飛翔させ記録像を得るインクジェットヘッドに
   おいて、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有し、該圧力発生部材が圧電材料
   と該圧電材料上に形成された弾性体とからなり、前記圧
   電印加手段が前記圧圧力発生部材の厚み振動の固有周期
   で励振させる手段と、該圧電材料の厚み振動の励振数を
   制御する手段からなることを特徴とするインクジェット
   ヘッド。