JPH04294147A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、表面弾性波を利用して
、インクをミスト状にして飛翔させるインクジェットヘ
ッドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】表面弾性波を用いてインクミストを発生
し、記録を行うインクジェットヘッドでは、インク吐出
口へのインク供給は、インク導流路内部に生ずる毛細管
現象や、インク吐出口においてインクが吐出したあとに
生ずる負圧等、静的な力によって行われていた。また、
インクミスト柱の吐出制御方法としては、印字ドット毎
に発生させる表面弾性波を制御する方法や、供給するイ
ンクを制御する方法がとられていた。

【０００３】図９は、表面弾性波を用いたインクジェッ
トヘッドにおける従来の構成を示した図である。９１は
表面弾性波伝搬体、９２は表面弾性波を発生させる手段
である櫛形電極、９３は表面弾性波伝搬方向、９４は櫛
形電極９２へ電力を供給するための高周波駆動部、９５
は表面弾性波伝搬体９１の表面端縁部から吐出している
インクミストの状態を表した吐出インクミスト柱、９６
は表面弾性波伝搬体９１の表面端縁部にインクを導くた
めに設けたインク導流路である。

【０００４】図９（ａ）の方式は、表面弾性波伝搬体９
１の表面端縁部にインクを導く際、特に隣接ドットとの
間に隔壁を設けないものである。この方式だと、単純な
構造とはなるが、印字する画素１つに対して、１つの表
面弾性波９３を対応させて、発生、伝搬させる必要があ
る。図９（ｂ）の方式は、表面弾性波伝搬体９１の表面
端縁部に、記録ドット毎に分割された、インクの流れを
制限するインク導流路を配したものである。何れも、１
記録ドットに対して、１つの表面弾性波を選択的に発生
伝搬させている。

【０００５】表面弾性波伝搬体９１の表面端縁部、すな
わちインクミスト柱９５吐出部へのインク供給方法は、
表面弾性波伝搬体９１の端縁部分下側に満たされている
インクが、表面張力によって表面弾性波伝搬面に到達す
ることによって実現されている。または、表面弾性波伝
搬体９１に相対して、補助板をおき、スリット上の空間
を形成することによって、同様に表面弾性波伝搬体９１
の表面端縁部へインクを導いている。

【０００６】吐出インクの制御方法として、発生させる
表面弾性波９３を選択的に断続させる方法がある。表面
弾性波伝搬体９１の表面端縁部には、常にインクが自然
供給されている。ここで、記録を行う位置の櫛形電極９
２を励振し、表面弾性波９３を発生させ、その表面弾性
波が９３が表面弾性波伝搬体９１の表面端縁部でインク
と迎合することによってインクがミスト化し、インクミ
スト柱９５となって吐出する。すなわち、櫛形電極の励
振を制御することによってインクミスト柱９５の吐出制
御を実現している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の技術では、インクが吐出したあとの表面弾性波伝搬体
９１の表面端縁部分に補充されるインクが、表面張力等
の制御する事がきわめて困難な自然力によってのみなさ
れているという課題があった。さらに、繰り返し吐出周
期を早めていった場合など、補充供給されるインクが間
に合わなくなり、高速印字の障害になる。また、１画素
を印字する際に用いられるインク量は、表面弾性波９３
が発生している時間によってのみ制御され、その時間中
に補充供給されるインク量は制御不可能であるという課
題を有する。

【０００８】本発明の目的は、上記課題を解決し、表面
弾性波が励起されている表面弾性波伝搬体の端縁部に選
択的かつ能動的にインクを供給し、印字応答速度を向上
することにある。

【０００９】

【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、表面弾性波を発生させる手段と、この表面弾
性波を発生させる手段により発生させた表面弾性波を伝
搬させる表面弾性波伝搬体と、この表面弾性波伝搬体の
表面端縁部分にインクを導くインク導流路と、このイン
ク導流路の途中にあり、インクを供給するためのインク
供給機構を具備したことを特徴とする。

【００１０】

【実施例】図１は、本発明の実施例の斜視図であり、図
２は、図１を表面弾性波伝搬方向３に沿って、インク導
流路方向に切断した断面図である。１は表面弾性波伝搬
体、２は表面弾性波を発生させる手段である櫛形電極で
ある。また、３は発生した表面弾性波の伝搬方向を模式
的に表した矢印、５はインク流路の終端部で表面弾性波
とインクが迎合するインク吐出口である。さらに７はイ
ンクを保持しているインクタンク、１０は表面弾性波に
よって励起されミスト化して吐出している吐出インクミ
スト柱である。

【００１１】また、４は表面弾性波伝搬面、６はインク
導流路、８はインクタンクに保持されているインク、９
はインク供給機構である。インクタンク７に保持さてい
るインク８は、インク導流路６を満たしながら、インク
供給機構９に達している。非印字状態では、インク導流
路６内部のインクはインク供給機構９まで達しており、
インク吐出口５へは到達していない。印字時には、イン
ク供給機構９の作用によってインクが導流され、インク
吐出口５へ達する。

【００１２】一方、表面弾性波伝搬体１上に形成された
表面弾性波発生手段の一つである櫛形電極２によって、
表面弾性波伝搬面４上に表面弾性波（符号３）が発生さ
れている。この表面弾性波は、表面弾性波伝搬体１の表
面端縁部へ伝搬し、そこでインク吐出口５にぶつかる。

【００１３】すなわち、インク供給機構の作用によって
、インクがインク吐出口５へ導出されればインクと表面
弾性波が迎合し、インクミスト柱１０として吐出する。 一方、インクがインク吐出口５へ導出されなければ、イ
ンクと表面弾性波とが迎合せず、インクミスト柱１０は
吐出されない。

【００１４】従来、インクミスト柱１０の吐出制御方法
としては、インク吐出口５近傍に常にインクを保持させ
ておき、発生させる表面弾性波を制御する方法をとって
いた。本発明の実施例では、表面弾性波は常に発生させ
ておき、インク供給機構９を介してインク供給を制御す
ることによってインクミスト柱１０の吐出制御を行った
。

【００１５】図３は、本発明の実施例に用いたバイモル
フ圧電体の構造を示した図である。３０及び３１は圧電
体、３２、３３、３４は電極、３５はスイッチである。

【００１６】ここで、図３を用いて、バイモルフ圧電体
の動作について説明する。図中Ａ及びＢは、それぞれ圧
電体３０、３１の分極方向を示すもので、Ａ及びＢは電
極３２、３３、３４に垂直で、かつ同じ方向に配してあ
る。

【００１７】スイッチ３５を図３に示した状態、すなわ
ち、端子ａ及び端子ｃを短絡した状態にすることによっ
て、電極３３に対して、電極３２及び３４は高い電位に
おかれることになり、結果として、電極３２から電極３
３方向へ、及び電極３４から電極３３方向へ電界が印加
される。また、スイッチ３５を切り替え、端子ｂ及び端
子ｃを短絡する状態にすることによって、電極３３に対
して、電極３２及び３４は低い電位におかれることにな
り、結果として、電極３３から電極３２方向へ、及び電
極３３から電極３４方向へ電界が印加される。以上の２
つの状態を繰り返し変化させることによって生じる変形
を用いている。

【００１８】ここで、圧電体３０及び３１は同じ圧電定
数をもつ材料を用いているため、分極方向及び印加電界
方向によって決まる方向に変形が生じる。一般に、ＰＺ
Ｔセラミックスを用いた場合、分極方向と同一方向の電
界を印加した場合、電界方向、すなわち厚み方向に伸び
る方向で変形し、逆方向の電界を印加した場合、厚み方
向に縮む変形が生じる。ここで、厚み方向に縮む方向の
電界を印加した場合には、長さ方向、すなわち図３にお
けるＣ方向については伸びが生じ、反対に厚み方向に伸
びる方向の電界を印加した場合には、長さ方向には縮み
が生じる。図３における圧電体３０及び３１にはそれぞ
れＡおよびＢ方向に分極処理がなされている。

【００１９】スイッチ３５を、端子ａ及び端子ｃを短絡
する方向にした場合、圧電体３０については、電極３３
及び３２によって、分極方向と逆方向の電界が印加され
るため、前記によりＣ方向に伸びが生じ、圧電体３１に
ついては、電極３３及び３４によって、分極方向と同一
方向の電界が印加されるため、同様の理由からＣ方向に
縮みが生じる。もし、図３に記したバイモルフ圧電体の
左端を固定しておいたなら、右端が図３において下向き
の反り変形をおこすことになる。スイッチ３５を、端子
ｂ及び端子ｃを短絡する方向にした場合、圧電体３０に
ついては、電極３３及び３２によって、分極方向と同一
方向の電界が印加されるため、前記によりＣ方向に縮み
が生じ、圧電体３１については、電極３３及び３４によ
って、分極方向と逆方向の電界が印加されるため、同様
の理由からＣ方向に伸びが生じる。もし、図３に記した
バイモルフ圧電体の左端を固定しておいたなら、右端が
図３において上向きの反り変形をおこすことになる。

【００２０】図４は、本発明のインクジェットヘッドの
インク供給機構９の部分の断面図を示した図である。図
中、４２は補助板、４５ａおよび４５ｂはバイモルフ圧
電体、４６はインク溜りである。４５ａは右方向に変形
した状態、すなわちインク溜り内のインクを加圧してい
る状態を示し、４５ｂは左方向に変形した状態、すなわ
ちインク溜り内のインクを減圧している状態を示してい
る。４７はインク吸入導流路、４８はインク吐出導流路
である。

【００２１】ここで、図３の圧電体３０、３１は、図４
のバイモルフ圧電体４５の右左どちらでもかまわない。

【００２２】インクタンクに満たされているインクは、
インク吸入導流路４７を経由して、インク溜り４６を満
たしている。このインクは、インク吐出導流路４８を経
てインク吐出口へと導出される。図４（ａ）は、インク
ミスト柱１０が吐出している状態を示し、図４（ｂ）は
、吐出が起こっていない、通常の待機状態を示している
。

【００２３】図４（ｂ）のバイモルフ圧電体４５ｂが減
圧方向に変形している状態では、インク吐出導流路４８
内のインクはインク吐出口５の手前まで満たされ、伝搬
してくる表面弾性波３とは迎合せず、インクミスト柱１
０の吐出は起こらない。

【００２４】一方、図４（ａ）は、バイモルフ圧電体４
５ａをインク溜り４６内のインクを加圧する方向に変形
した状態を示している。インク溜り４６内のインクが加
圧されると、インクはインク吐出導流路４８及びインク
吸入導流路４７のほうへ流れ出ようとする。ここで、加
圧されたインク溜り４６内のインクは、インク吸入路４
７へ流入する場合よりも、インク導出路４８へ流入する
場合の方が流路抵抗が少ないため、ほとんどのインクは
インク導流路４８へ流れ込む。また、１回の動作で、イ
ンク溜り４６から流れ出るインクの体積は、バイモルフ
圧電体４５ｂが図４（ｂ）に示す減圧状態の時のインク
溜り４６の体積と、バイモルフ圧電体４５ａが図４（ａ
）に示す加圧状態の時のインク溜り４６の体積の差に等
しい。加圧され、インク吐出口５に導かれたインクは、
表面弾性波伝搬体１の表面端縁部で表面弾性波３と迎合
する。ここで、表面弾性波３により霧化され、インクミ
スト柱１０として吐出する。導かれたインクがすべて霧
化吐出された後には、インクミスト柱１０は消滅し、霧
化動作は終了する。ここで、バイモルフ圧電体４５ａを
加圧状態から減圧状態に戻すことによって、吐出に費や
し減少したインク溜り内のインクをインク吸入導流路４
７を経てインクタンクより補充し、次回の吐出の準備が
完了する。

【００２５】図４には示していないが、インク吸入導流
路４７及びインク吐出導流路４８に対して、インクが流
れる方向を限定する弁を取り付け、応答速度の向上をは
かった。すなわち、インク吸入導流路４７には、インク
溜り４６方向へのみインクが流れ得るようにし、インク
吐出導流路４８には、インク溜り４６方向からインク吐
出口５方向へのみインクが流れ得るようにしてある。こ
れにより、インク溜り４６を加圧した際には、インクは
すべてインク吐出導流路４８方向へ流れ、インク溜り４
６を減圧した際には、インク吐出口５からの気泡が侵入
することなくインク吸入導流路４７からのみインクが流
入する。

【００２６】図５は、図１におけるインク吐出口５部分
付近の透視図である。５７は補助板である。図４におい
て説明したバイモルフ圧電体４５及びインク溜り４６は
本図のインク供給機構９に相当する。

【００２７】図６は、インク吐出口５及びインク導流路
６の形成方法を示した図である。図６（ａ）は、表面弾
性波伝搬体１と補助板５７が接合された状態を示し、図
６（ｂ）は接合前の状態を示している。

【００２８】インク供給機構９は、図４にて説明したバ
イモルフ圧電体を用いたインク供給機構を包括して示し
ている。すなわち、インク溜り４６が減圧状態の時は、
インク導流路６の図面下方に位置するインクタンクより
インクが吸入され、インク溜り４６が加圧状態の時は、
インク吐出口５の方へインクが供給され、表面弾性波３
とインクがぶつかり、インクミスト柱となって吐出され
る。

【００２９】この、インク導流路６及びインク供給機構
９からなる吐出機構は、必ずしも一つの櫛形電極２に対
応しているわけではない。図６においては、一つの櫛形
電極２に対して、２つのインク吐出口５が対応している
実施例を示した。また、これらインク導流路６及びイン
ク供給機構９は、補助板５７側に加工形成したが、イン
ク導流路側に形成しても同様の結果が得られる。

【００３０】本実施例において使用したインク供給機構
９で使用したバイモルフ圧電体を変形させるのに必要な
電圧は、圧電体３０及び３１に１００μｍのＰＺＴセラ
ミックスを使用した場合、１５Ｖから２０Ｖであった。 従来の記録ヘッドの場合、インク吐出をバイモルフ圧電
体の変形のエネルギーにより行っているため１００Ｖ程
の駆動電圧が必要であったことから、制御を必要とする
系の駆動電圧の低電圧化が実現できたことになる。

【００３１】本実施例のヘッドでは、バイモルフ圧電体
を変形させることによって、一定量のインクミストを吐
出することができる。すなわち、バイモルフ圧電体を変
形させる回数を管理することによって、印字記録ドット
毎に吐出するインク量が制御可能となる。さらに、この
こととインクミストの印字特性を利用することによって
、印字ドット毎に階調性をもたせることができる。

【００３２】図７は、本発明の実施例のインクジェット
ヘッドで印字した１印字ドットを模式的に拡大したもの
である。バイモルフ圧電体を変形させ、インクを供給す
る回数に対する印字ドットの様子を表しているが、供給
回数が増加するのに比例し、印字ドットの濃度が上昇し
ている。これは、直径数μｍ以下の微細ミスト状インク
により印字を行っているために、濃度階調的なドットが
得られるためである。さらに、印字されたドットの直径
は、印字ドットの濃度によらずほとんど変化しない。供
給回数を連続的に増加させることによって、印字される
ドットの濃度も比例して増加する。

【００３３】図８に示したグラフは、バイモルフ圧電体
の変形回数、すなわち供給回数に対する、印写濃度をＯ
Ｄ値で表したものである。本実施例において試作したヘ
ッドでは、バイモルフ圧電体１回あたりの変形で、約８
００ｐｇのインクが供給される。すなわち、２５０回の
変形で約０．２μｇのインクが吐出されている。

【００３４】以上の結果より、本発明のインクジェット
ヘッドは、中間調記録特性に優れていることがわかる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のインクジ
ェットヘッドは、インク吐出口へ供給するインクを、選
択的にかつ能動的に行うことによって、１印字ドットあ
たりに供給するインク量を正確に把握できるようになり
、階調記録特性の安定化がはかれる。また、毛細管現象
等を用いた自然供給に比べ、インクを能動的に供給する
ため、繰り返し印字応答速度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェットヘッドの実施例の概観
を表した斜視図である。

【図２】本発明のインクジェットヘッドのインク供給路
を表した断面図である。

【図３】本発明のバイモルフ圧電体の基本構造を示した
説明図である。

【図４】本発明の実施例のインク供給機構の断面図を示
した説明図である。

【図５】本発明の実施例のインク導流路及びインク供給
機構近傍の構造を示した説明図である。

【図６】本発明の実施例のインク導流路の製作例を示し
た説明図である。

【図７】本発明の実施例のインクジェットヘッドを用い
て印字した、インク供給回数を変えることによって変化
する印字ドットの様子を示した図である。

【図８】本発明の実施例のインクジェットヘッドを用い
て印字したドットの、インク供給回数に対する印写濃度
の変化を示したグラフである。

【図９】従来のインクジェットヘッドを示した図である
。

【符号の説明】

１　　表面弾性波伝搬体 ２　　櫛形電極 ３　　表面弾性波（伝搬方向） ４　　表面弾性波伝搬面 ５　　インク吐出口 ６　　インク導流路 ７　　インクタンク ８　　インク ９　　インク供給機構 １０　　吐出インクミスト柱 ３０、３１　　圧電体 ３２、３３、３４　　電極 ３５　　スイッチ Ａ　　圧電体３０の分極方向 Ｂ　　圧電体３１の分極方向 Ｃ　　圧電体３０、３１の伸縮方向 ａ、ｂ、ｃ　　スイッチ３５の端子 １　　表面弾性波伝搬体 ４２　　補助板 ４５ａ　　バイモルフ圧電体（加圧状態）４５ｂ　　バ
イモルフ圧電体（減圧状態）４６　　インク溜り ４７　　インク吸入導流路 ４８　　インク吐出導流路 ５７　　補助板 ９１　　表面弾性波伝搬体 ９２　　櫛形電極 ９３　　表面弾性波伝搬方向 ９４　　高周波駆動部 ９５　　吐出インクミスト柱 ９６　　インク導流路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　表面弾性波を発生させる手段と、この
   表面弾性波を発生させる手段により発生させた表面弾性
   波を伝搬させる表面弾性波伝搬体と、この表面弾性波伝
   搬体の表面端縁部分にインクを導くインク導流路と、こ
   のインク導流路の途中にあり、インクを供給するための
   インク供給機構を具備したことを特徴とするインクジェ
   ットヘッド。