JPH06344549A

JPH06344549A - プリンタ

Info

Publication number: JPH06344549A
Application number: JP13348893A
Authority: JP
Inventors: Kozo Yamaguchi; 孝三山口; Kazuya Koyama; 和弥小山; Takayuki Too; 隆之東尾; Yoshio Kanayama; 義雄金山; Seiji Kimura; 政治木村; Masaru Horinaka; 大掘中
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1993-06-03
Filing date: 1993-06-03
Publication date: 1994-12-20

Abstract

(57)【要約】【目的】圧電素子の不要な動きを抑制して吐出口から
吐出されるインク滴の形状と速度を安定化し得るプリン
タを提供する。【構成】圧電素子４の先端部分４ａの高さと後端部分
４ｂの高さとを所定量ずらせた状態で圧電素子４を組み
込む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、プリンタに関し、特
に、圧電素子をその駆動源としたプリンタに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ピエゾ素子（圧電素子）をインク
吐出の駆動源としたインクジェットプリンタが知られて
いる。図９は、従来のインクジェットプリンタの構成を
示した概略図である。図９を参照して、従来のインクジ
ェットプリンタでは、ヘッドベースプレート１０１上の
固定台１０３にピエゾ素子（圧電素子）１０４が接合さ
れている。また、ヘッドベースプレート１０１上にはノ
ズル部１０２が取付られている。ノズル部１０２内には
圧力室１０５が設けられており、その圧力室１０５の先
端部分にオリフィス１０６が設けられている。

【０００３】ノズル部１０２には圧力室１０５に通ずる
開口部１１０が形成されている。そしてその開口部１１
０には上記した圧電素子１０４の先端部分が挿入されて
いる。その圧電素子１０４の先端部分は、ノズル部１０
２をシールするとともにインクとの絶縁を図るための低
硬度の弾性体１０７によって覆われている。また、その
弾性体１０７の一部および圧電素子１０４の全体を覆う
ようにシリコンなどからなる補強用弾性体１０８が形成
されいる。また、圧電素子１０４の固定台１０３の上の
部分には、外部駆動回路（図示せず）との電気的接続を
とるためのＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）
などからなる配線材１０９が結線されている。

【０００４】上記のような構造を有する従来のインクジ
ェットプリンタの動作としては、配線材１０９を介して
圧電素子１０４に通電することによって、圧電素子１０
４を図９の矢印の方向に駆動する。これにより、インク
が満たされている圧力室１０５内のインクをオリフィス
１０６より吐出する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図９に示した従来の構
造では、ピエゾ素子１０４は、その一端を固定台１０３
によって拘束されている以外、柔らかいシール用弾性体
１０７および補強用弾性体１０８に覆われているだけで
あった。このため、圧電素子１０４の駆動後の残留振動
が残りやすいという問題点があった。

【０００６】また、駆動時に圧力室１０５内のインクに
加えられた圧力の反射波によってピエゾ素子１０４の先
端部がノズル部１０２の開口部１１０内で駆動方向と直
角方向にふらつくという不都合な現象が生じていた。ま
た、圧電素子１０４自体も実際は均一な組成でないた
め、駆動時に図９の矢印方向以外の複雑な挙動を伴うと
いう不都合もある。

【０００７】さらに、圧電素子１０４の電極構成によっ
ても複雑な挙動が生じる。図１０は、従来の圧電素子の
電極構成を説明するための概略図である。図１０を参照
して、圧電素子１０４には、複数本の電極１０４ａが設
けられている。図１１は、図１０のような電極構成を有
する圧電素子の通電時の挙動を説明するための概略図で
ある。図１１を参照して、図１０のような電極構成を有
する圧電素子１０４は、通電時に本来必要なＸ方向以外
にＹ方向の正の方向にも動く。このＹ方向の正の方向へ
の動きによってオリフィス１０６（図９参照）から吐出
する液滴の形状および吐出方向性が不均一になるという
問題点があった。

【０００８】また、低駆動電圧化および高密度化を図る
ためには図１２に示すように、圧電素子（ピエゾ素子）
１０４を細くする必要がある。このため、必然的にピエ
ゾ素子１０４の剛性が低下し、駆動後の残留振動が残り
やすいという不都合が生じる。この結果、図１３に示す
ように、オリフィス１０６から吐出する吐出液滴の滴形
状や速度がばらつくという問題点があった。

【０００９】上記した問題点に起因して、従来のインク
ジェットプリンタでは良好な印字を得ることが困難であ
った。また、仮に良好な印字を得られとしてもその条件
範囲は非常に狭いものであり、生産工程において良品を
得ることも難しく結果として生産コストが上昇してしま
うという問題点があった。

【００１０】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたもので、圧電素子の不要な動きを抑制し
て良好な印字を得ることが可能なプリンタを提供するこ
とを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１および２におけ
るプリンタは、吐出口を有しその中にインクが充填され
た圧力室と、その圧力室内にその先端部が位置しその駆
動によって圧力室内のインクを吐出口より吐出させるた
めの圧電素子とを備えている。そしてその圧電素子はそ
の軸方向に対してほぼ直角方向に一定の撓みをもたせた
状態で設置されている。また、好ましくは、圧電素子の
撓み方向が圧電素子への通電時の不要な撓み方向と逆の
方向になるように構成する。

【００１２】

【作用】請求項１および２にかかるプリンタでは、圧電
素子がその軸方向に対してほぼ直角方向に一定の撓みを
もたせた状態で設置されているので、圧電素子の動きが
一定量拘束されて圧電素子の不要な動きが抑制される。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は、本発明の一実施例によるインクジェット
プリンタの印字ヘッド部分の構成を示した概略図であ
り、図２は図１に示した印字ヘッド部の圧電素子の固定
状態を説明するための概略図である。図３は図１に示し
た印字ヘッドの外観構成を示した斜視図であり、図４は
図１〜３に示した印字ヘッドを用いたインクジェットプ
リンタを示した斜視図である。

【００１４】まず、図１および図２を参照して、本実施
例のインクジェットプリンタの印字ヘッド部では、ヘッ
ドベースプレート１上の固定台３上に圧電素子（ピエゾ
素子）４の後端部分４ｂが接合されている。また、ヘッ
ドベースプレート１上には固定台３と所定の間隔を隔て
てノズル部２が取付られている。ノズル部２には、イン
クが充填される圧力室５が設けられており、その圧力室
５の先端部分にはオリフィス６が設けられている。ま
た、ノズル部２には圧力室５に通じる開口部１０が形成
されている。その開口部１０にはピエゾ素子４の先端部
分４ａが挿入されている。そのピエゾ素子４の先端部分
４ａは、ノズル部２をシールするとともにインクとの絶
縁を図るための低硬度の弾性体７によって覆われてい
る。低硬度の弾性体７およびピエゾ素子４の全体を覆う
ようにシリコンなどからなる補強用の弾性体８が形成さ
れている。

【００１５】ここで、本実施例では、図２に示すよう
に、ピエゾ素子４の先端部分４ａの高さがピエゾ素子４
の後端部分４ｂの高さよりも低くなるようにピエゾ素子
４を撓ませている。すなわち、ピエゾ素子４の後端部分
４ｂの取付高さと先端部分４ａの取付高さとを所定量ず
らすことによって、ピエゾ素子４をその軸方向とほぼ直
角方向に所定量撓ませて組込む。これにより、圧電素子
４は一定の拘束を受けるため、圧電素子４の通電時の不
要なＹ方向の正の方向への動きを抑制することができ、
かつ残留振動に対してはダンパー効果となり早期に減衰
させることができる。また、固定材３の高さとノズルが
挿入される開口部１０の高さと圧電素子４の寸法（幅、
厚さ、長さ）とを所定の値に設定することによって、複
数チャンネルの圧電素子４に均一の変位（撓み）を付加
することが可能となり、この変位により圧電素子に一定
の拘束力を加えることができる。これにより、全チャン
ネルに亘って均一なインク滴の吐出が可能となる。

【００１６】なお、図３および図４を参照して、印字ヘ
ッド１１はインクカートリッジ２５の側面部に取付られ
ている。そしてインクカートリッジ２５の底面部にはキ
ャリッジ２２が取付られており、そのキャリッジ２２に
はスライドシャフト２３が挿入されている。また、図４
に示すように、印字ヘッド１１に対向するようにフィー
ドローラ３９が設けられている。

【００１７】図５は、図２で説明した圧電素子の撓み量
に関する実験を行なった際の実験サンプルの形状を示し
た斜視図である。図５を参照して、圧電素子４の寸法
が、Ｂ＝０．３５ｍｍ、Ｈ＝０．３２ｍｍ、Ｌ＝８．５
ｍｍのとき、実験によれば、圧電素子４の先端部分４ａ
と後端部分４ｂとのＹ方向のずれ量が１１０μｍ以上で
その効果が現れ、液滴の吐出状態が安定してくることが
わかった。ただし、Ｙ方向のずれ量が２７０μｍ以上で
は吐出効率の低下すなわち吐出速度が遅くなるという現
象が顕著であることがわかった。したがって、図５に示
した形状および寸法の場合には圧電素子４のＹ方向のず
れ量を、１１０μｍ〜２７０μｍにするのが好ましい。

【００１８】図６は、本発明の第二実施例によるインク
ジェットプリンタの印字ヘッド部分の構成を示した概略
図である。図７は図６に示した印字ヘッド部分のＡ方向
の矢視図である。また、図８は、図６に示した圧力室を
金属による成形品によって形成する場合の構成部品の斜
視図である。

【００１９】まず、図６および図７を参照して、この第
二実施例では、圧電素子４の挿入部にあたる圧力室が金
属または樹脂による成形品によって形成されている。ま
た、圧力室１５に液滴を発生させるオリフィス部１２と
弁構造を有するフィルタ部１３とが圧力室１５の両面に
それぞれ固着されている。そして、フィルタ部１３、圧
力室１５およびオリフィス部１２からなる部分がヘッド
ベースプレート１の一方の面上に取付られている。ま
た、ヘッドベースプレート１の他方の面にはインクパス
部１４が取付られている。

【００２０】図７を参照して、圧力室１５をＡ方向から
見ると、所定の間隔を隔ててはり１５ｂが設けられてお
り、隣接するはり１５ｂ間がピエゾ素子挿入口１５ａを
構成している。

【００２１】また、圧力室１５を成形品によって形成す
る場合には、図８に示したような構成部品の構成とな
る。

【００２２】ここで、圧力室１５を、金属により一体的
に形成する場合には、ＭＩＭ（メタルインジェクション
モールディング）法が極めて有効である。ＭＩＭ法と
は、１０〜３０μｍの大きさを有するステンレスの微粒
子にバインダを混合したものを射出成形して成形品にし
た後脱脂を行ないバインダを除去して焼結を行なう金属
射出成形法である。これにより、通常の樹脂の射出成形
品と同様の成形品を作り出すことが可能である。このよ
うなＭＩＭ法を使用することによって、従来０．１〜
０．２ｍｍの厚みの８枚のステンレス薄板を積層するこ
とによって形成していた圧力室を１枚の圧力室１５に置
換えることができる。

【００２３】なお、ＭＩＭ法の代りに樹脂の成形品の使
用も可能である。この場合には、強度的に弱くなるので
それに応じた形状の変更が必要である。

【００２４】

【発明の効果】以上のように、請求項１および２にかか
る発明によれば、圧電素子をその軸方向に対してほぼ直
角方向に一定の撓みを持たせた状態で設置することによ
って、圧電素子は一定の拘束を受けるため圧電素子の駆
動時および駆動後の不要な動きが抑制される。これによ
り、インク吐出口から吐出するインク滴の形状と速度が
均一化され、良好な印字を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例によるインクジェットプリ
ンタの印字部の構成を示した概略図である。

【図２】図１に示した印字部を構成する圧電素子の取付
状態を説明するための概略図である。

【図３】図１に示した第一実施例のインクジェットプリ
ンタの印字部の斜視図である。

【図４】図３に示した第一実施例の印字部が組み込まれ
たインクジェットプリンタを示した概略図である。

【図５】図１に示した第一実施例のインクジェットプリ
ンタの圧電素子のずれ量の実験に用いた実験サンプルの
斜視図である。

【図６】本発明の第二実施例によるインクジェットプリ
ンタの印字部を示した概略構成図である。

【図７】図６に示した第二実施例のインクジェットプリ
ンタのＡ方向の矢視図である。

【図８】図６に示した第二実施例の圧力室を成形品によ
って形成する場合の各構成部品の分解斜視図である。

【図９】従来のインクジェットプリンタの印字部の構成
を示した概略図である。

【図１０】図９に示した従来の圧電素子の電極構成を説
明するための概略図である。

【図１１】図１０の電極構成を有する圧電素子に通電し
た場合の歪み方向を説明するための概略図である。

【図１２】従来の高密度化された圧電素子の斜視図であ
る。

【図１３】従来の液滴形状および速度の問題点を説明す
るための概略図である。

【符号の説明】

１：ヘッドベースプレート２：ノズル部３：固定台４：圧電素子（ピエゾ素子）５：圧力室６：オリフィス７：シール用弾性体８：補強用弾性体９：配線材（ＦＰＣ）１０：開口部なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者金山義雄大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者木村政治大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者掘中大大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】吐出口を有し、その中にインクが充填さ
れた圧力室と、前記圧力室内にその先端部が位置し、その駆動によって
前記圧力室内のインクを前記吐出口より吐出させるため
の圧電素子とを備え、前記圧電素子は、その軸方向に対してほぼ直角方向に一
定の撓みをもたせた状態で設置されている、プリンタ。
【請求項２】前記圧電素子の撓み方向は、前記圧電素
子への通電時の不要な撓み方向と逆の方向である、請求
項１に記載のプリンタ。