JPH0952357A

JPH0952357A - インク噴射装置

Info

Publication number: JPH0952357A
Application number: JP20433195A
Authority: JP
Inventors: Yoshikazu Takahashi; 高橋　　義和
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 1995-08-10
Filing date: 1995-08-10
Publication date: 1997-02-25

Abstract

(57)【要約】【課題】印字品質の良好な低コストのインク噴射装置
を提供すること。【解決手段】小さい噴射口径を有するノズル６１８
ａ、６１８ｃのインク噴射側の径が３５μｍ、大きい噴
射口径を有するノズル６１８ｂ、６１８ｄのインク噴射
側の径が３８μｍである。大きい噴射口径を有するノズ
ル６１８ｂ、６１８ｄに対して位相の早い第１の駆動波
形を印加し、小さい噴射口径を有するノズル６１８ａ、
６１８ｃに対して位相の遅い第２の駆動波形を印加す
る。大きい噴射口径を有するノズル６１８ｂ、６１８ｄ
から噴射されるインクの噴射速度が、小さい噴射口径を
有するノズル６１８ａ、６１８ｃから噴射されるインク
の噴射速度よりも遅く、被記録媒体上では、駆動波形の
位相によらず、着弾位置のずれがなくなり、高品位の記
録を行なうことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インク噴射装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】今日、これまでのインパクト方式の印字
装置にとってかわり、その市場を大きく拡大しつつある
ノンインパクト方式の印字装置のなかで、原理が最も単
純で、かつ多階調化やカラー化が容易であるものとし
て、インクジェット方式の印字装置が挙げられる。なか
でも印字に使用するインク滴のみを噴射するドロップ・
オン・デマンド型が、噴射効率の良さ、ランニングコス
トの安さなどから急速に普及している。

【０００３】ドロップ・オン・デマンド型として特公昭
５３−１２１３８号公報に開示されているカイザー型、
あるいは特公昭６１−５９９１４号公報に開示されてい
るサーマルジェット型がその代表的な方式としてある。
このうち、前者は小型化が難しく、後者は高熱をインク
に加えるためにインクの耐熱性に対する要求が必要とさ
れ、それぞれに非常に困難な問題を抱えている。

【０００４】以上のような欠陥を同時に解決する新たな
方式として提案されたのが、特開昭６３−２４７０５１
号公報に開示されている圧電セラミックスを利用したせ
ん断モード型である。

【０００５】図３に示すように、上記せん断モード型の
インク噴射装置６００は、底壁６０１、天壁６０２及び
その間のせん断モードアクチュエータ壁６０３からな
る。そのアクチュエータ壁６０３は、底壁６０１に接着
され、且つ矢印６１１方向に分極された下部壁６０７
と、天壁６０２に接着され、且つ矢印６０９方向に分極
された上部壁６０５からなっている。アクチュエータ壁
６０３は一対となって、その間にインク流路６１３を形
成し、且つ次の一対のアクチュエータ壁６０３の間に
は、インク流路６１３よりも狭い空間６１５を形成して
いる。

【０００６】各インク流路６１３の一端には、ノズル６
１８を有するノズルプレート６１７が固着され、各アク
チュエータ壁６０３の両側面には電極６１９，６２１が
金属層として設けられている。また、各インク流路６１
３の他端には、共通インク室６２６を有し、かつ該共通
インク室６２６内のインクが前記空間６１５に浸入しな
いための目止め部６２７を有するマニホールド部材６２
８が固着されている。各電極６１９，６２１はインクと
絶縁するための絶縁層（図示せず）で覆われている。そ
して、空間６１５に面している電極６２１はアース６２
３に接続され、インク流路６１３内に設けられている電
極６１９はアクチュエータ駆動信号を与えるシリコン・
チップ６２５に接続されている。

【０００７】次に、このインク噴射装置６００の製造方
法を説明する。まず、矢印６１１に分極された圧電セラ
ミックス層を底壁６０１に接着し、矢印６０９に分極さ
れた圧電セラミックス層を天壁６０２に接着する。各圧
電セラミックス層の厚みは、下部壁６０７、上部壁６０
５の高さに等しい。次に、圧電セラミックス層に、平行
な溝をダイヤモンドカッティング円板の回転等によって
形成して、下部壁６０７、上部壁６０５を形成する。そ
して、真空蒸着によって下部壁６０７の側面に電極６１
９、６２１を形成し、その電極６１９、６２１上に絶縁
層を設ける。同様にして上部壁６０５の側面に電極６１
９、６２１、絶縁層を設ける。

【０００８】上部壁６０５の天頂部と下部壁６０７の天
頂部とを接着してインク流路６１３と空間６１５とを形
成する。次に、ノズル６１８が形成されているノズルプ
レート６１７を、ノズル６１８がインク流路６１３と対
応するように、インク流路６１３及び空間６１５の一端
に接着し、目止め部６２７と共通インク室６２６とが形
成されているマニホールド部材６２８を、目止め部６２
７が空間６１５と対応するように、インク流路６１３及
び空間６１５の他端に接着し、インク流路６１３と空間
６１５との他端をシリコン・チップ６２５とアース６２
３とに接続する。

【０００９】そして、各インク流路６１３の電極６１９
にシリコン・チップ６２５が電圧を印加することによっ
て、各アクチュエータ壁６０３がインク流路６１３の容
積を増加する方向に圧電厚みすべり変形する。例えば図
４に示すようにインク流路６１３ｃに電圧Ｖが印加され
るとアクチュエータ壁６０３ｅに矢印６２９、６３１の
方向、アクチュエータ壁６０３ｆに矢印６３０、６３２
の方向の電界が発生し、アクチュエータ壁６０３ｄ、６
０３ｅがインク流路６１３ｃの容積を増加する方向に圧
電厚みすべり変形する。このときノズル６１８ｃ付近を
含むインク流路６１３ｃ内の圧力が減少する。この状態
を圧力波のインク流路６１３内での片道伝播時間Ｔだけ
維持する。すると、その間共通インク室６２６からイン
クが供給される。

【００１０】なお、上記Ｔはインク流路６１３内の圧力
波が、インク流路６１３の長手方向に伝播するのに必要
な時間であり、インク流路６１３の長さＬとこのインク
流路６１３内部のインク中での音速ａとにより決まり、
Ｔ＝Ｌ／ａである。圧力波の伝播理論によると、上記の
電圧の印加からちょうどＴ時間がたつとインク流路６１
３内の圧力が逆転し、正の圧力に転じるが、このタイミ
ングに合わせてインク流路６１３ｃの電極６１９ｃに印
加されている電圧を０に戻す。すると、アクチュエータ
壁６０３ｅ、６０３ｆが変形前の状態（図３）に戻り、
インクに圧力が加えられる。そのとき、前記正に転じた
圧力と、アクチュエータ壁６０３ｅ、６０３ｆが変形前
の状態に戻ることにより発生した圧力とが加え合わさ
れ、比較的高い圧力がインク流路６１３ｃのノズル６１
８ｃ付近の部分に生じて、インクがノズル６１８ｃから
噴射される。

【００１１】しかしながら近接する複数のインク流路６
１３を同時に噴射すると、ピーク電流が大きくなるの
で、配線途中で電圧が低下して駆動電圧が下がり噴射に
悪影響がおこる。また、駆動回路内の電源配線を太くす
る必要があるために、回路の大型化及びコストアップと
なる。

【００１２】この問題を解決するために、近接する複数
のインク流路６１３に対応するアクチュエータ壁６０３
に印加する駆動電圧信号の位相を互いに異ならせて噴射
駆動をしていた。図５に示すように位相の早い第１の駆
動信号１０と位相の遅い第２の駆動信号２０では、駆動
電圧の振幅Ｖとパルス幅Ｗａは共通であるが、位相をｄ
だけずらしているのである。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た構成のインク噴射装置の駆動方法では、近接する複数
のインク流路６１３に対応するアクチュエータ壁６０３
に印加する駆動電圧信号の位相を互いに異ならせて噴射
駆動をしているために、そのずらした位相の分だけ噴射
液滴の着弾位置がずれるために印字品質が低下するとい
う問題がある。例えば図６は、１０ｋＨｚの周波数で７
２０ｄｐｉの解像度の印字を１ｍｍ離れた紙面におこな
った場合の着弾位置のずれ量を示している。液滴の噴射
速度を５ｍ／ｓとした場合は、位相差を１０μｓ、２０
μｓ、３０μｓと変化させると、着弾ずれ量がそれぞれ
３．５μｍ、７．１μｍ、１０．６μｍとなることが分
かる。

【００１４】また、位相差が１０μｓ、２０μｓ、３０
μｓのときに位相の遅い駆動電圧信号による液滴の噴射
速度をそれぞれ５．２５ｍ／ｓ、５．５５ｍ／ｓ、５．
９ｍ／ｓとすることで、着弾位置のずれを補正できるた
め、位相の早い駆動電圧信号と、位相の遅い駆動電圧信
号とで、駆動電圧信号の振幅を変え、駆動電圧信号の位
相の違いにかかわらず噴射液滴が記録媒体（例えば紙
面）へ同時に到達するようにしていたが、２種以上の電
源を必要とし、製造コストが増加するという問題があっ
た。

【００１５】本発明は、同一の駆動電圧信号のみで、駆
動電圧信号の位相をずらして噴射駆動をしたときの、着
弾位置のずれを補正し、良好な印字品質の得られる低コ
ストのインク噴射装置を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の請求項１では、インクが充填される複数にイ
ンク流路と、前記インク流路に連通され、インクが噴射
される噴射口と、駆動信号の印加によって前記インク流
路内にエネルギーを発生させ、そのエネルギーによって
噴射口からインクを噴射させるアクチュエータ部材と、
位相の早い駆動信号または位相の遅い駆動信号を前記ア
クチュエータ部材に印加する制御部とを有するインク噴
射装置において、位相の早い駆動信号が印加される前記
アクチュエータ部材によってエネルギーが発生されるイ
ンク流路に連通した噴射口の大きさを、位相の遅い駆動
信号が印加される前記アクチュエータ部材によってエネ
ルギーが発生されるインク流路に連通した噴射口の大き
さよりも大きくすることによって、位相の遅い駆動信号
により噴射されるインク液滴の噴射速度が、位相の早い
駆動信号により噴射されるインク液滴の噴射速度よりも
速くなり、記録媒体上での着弾位置のずれが補正され
る。

【００１７】請求項２のインク噴射装置では、前記アク
チュエータ部材は、圧電素子を有するアクチュエータ壁
であり、前記インク流路はアクチュエータ壁によって構
成されることによって、前記制御部により印加される駆
動信号に応じてインク流路の容積が変化してインクが噴
射される。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した一実施
例を図面を参照して説明する。尚、従来例と同一の部材
には同一の符号を付し、その説明を省略する。

【００１９】図１に示す本実施例のインク噴射装置６０
０は、図３に示す従来のインク噴射装置６００と同様
に、底壁６０１、天壁６０２及びその間のせん断モード
アクチュエータ壁６０３からなる。そのアクチュエータ
壁６０３は、底壁６０１に接着され、且つ矢印６１１方
向に分極された下部壁６０７と、天壁６０２に接着さ
れ、且つ矢印６０９方向に分極された上部壁６０５とか
らなっている。アクチュエータ壁６０３は一対となっ
て、その間にインク流路６１３を形成し、且つ次の一対
のアクチュエータ壁６０３の間には、インク流路６１３
よりも狭い空間６１５を形成している。

【００２０】各インク流路６１３の一端には、インクを
噴射するノズル６１８が形成されているノズルプレート
６１７が固着されている。ノズル６１８は、小さい噴射
口径を有するノズル６１８ａ、６１８ｃと大きい噴射口
径を有するノズル６１８ｂ、６１８ｄとが交互に配置さ
れている。各アクチュエータ壁６０３の両側面には電極
６１９，６２１が金属層として設けられている。各電極
６１９，６２１はインクと絶縁するための絶縁層（図示
せず）で覆われている。そして、空間６１５に面してい
る電極６２１はアース６２３に接続され、インク流路６
１３内に設けられている電極６１９はアクチュエータ駆
動信号を与えるシリコン・チップ６２５に接続されてい
る。

【００２１】本インク噴射装置の具体的な寸法の１例
は、インク流路６１３の長さＬが７．５ｍｍである。小
さい噴射口径を有するノズル６１８ａ、６１８ｃは、イ
ンク噴射側の径が３５μｍ、インク流路６１３側の径が
７２μｍ、長さが１００μｍである。大きい噴射口径を
有するノズル６１８ｂ、６１８ｄは、インク噴射側の径
が３８μｍ、インク流路６１３側の径が７２μｍ、長さ
が１００μｍである。また、実験に供したインクの粘性
は２ｍＰａ・ｓ、表面張力は３０ｍＮ／ｍであり、この
インク流路６１３内のインク中における音速をａと上記
Ｌとの比Ｌ／ａ（＝Ｔ）は１２μｓｅｃであった。

【００２２】そして、各インク流路６１３の電極６１９
にシリコン・チップ６２５が電圧を印加することによっ
て、各アクチュエータ壁６０３がインク流路６１３の容
積を増加する方向に圧電厚みすべり変形する。例えば図
２に示すようにインク流路６１３ｃに電圧Ｖが印加され
るとアクチュエータ壁６０３ｅに矢印６２９、６３１の
方向、６０３ｆに矢印６３０、６３２の方向の電界が発
生し、アクチュエータ壁６０３ｄ、６０３ｅがインク流
路６１３ｃの容積を増加する方向に圧電厚みすべり変形
する。このときノズル６１８ｃ付近を含むインク流路６
１３ｃ内の圧力が減少する。この状態を圧力波のインク
流路６１３内での片道伝播時間Ｔだけ維持する。する
と、その間共通インク室６２６からインクが供給され
る。

【００２３】なお、上記Ｔはインク流路６１３内の圧力
波が、インク流路６１３の長手方向に伝播するのに必要
な時間であり、インク流路６１３の長さＬとこのインク
流路６１３内部のインク中での音速ａとにより決まり、
Ｔ＝Ｌ／ａである。

【００２４】圧力波の伝播理論によると、上記の電圧の
印加からちょうどＴ時間がたつとインク流路６１３内の
圧力が逆転し、正の圧力に転じるが、このタイミングに
合わせてインク流路６１３ｃの電極６１９ｃに印加され
ている電圧を０に戻す。すると、アクチュエータ壁６０
３ｅ、６０３ｆが変形前の状態（図１）に戻り、インク
に圧力が加えられる。そのとき、前記正に転じた圧力
と、アクチュエータ壁６０３ｅ、６０３ｆが変形前の状
態に戻ることにより発生した圧力とが加え合わされ、比
較的高い圧力がインク流路６１３ｃのノズル６１８ｃ付
近の部分に生じて、インクがノズル６１８ｃから噴射さ
れる。

【００２５】本実施例のインク噴射装置６００を用いて
噴射テストを行った。１０ｋＨｚの周波数で７２０ｄｐ
ｉの解像度の印字を１ｍｍ離れた紙面に印字し、小さい
噴射口径を有するノズル６１８ａ、６１８ｃに対応する
インク流路６１３ａ、６１３ｃ内の電極６１９ａ、６１
９ｃには、図５に示す位相の遅い第２の駆動波形２０を
印加し、大きい噴射口径を有するノズル６１８ｂ、６１
８ｄに対応するインク流路６１３ｂ、６１３ｄ内の電極
６１９ｂ、６１９ｄには位相の早い第１の駆動波形１０
を印加する。そして、前記第１の駆動波形１０と前記第
２の駆動波形２０の位相差ｄは２０μｓとし、駆動電圧
信号の振幅Ｖは２０ｖとした。

【００２６】小さい噴射口径を有するノズル６１８ａ、
６１８ｃでは、液滴の噴射速度が５．６ｍ／ｓとなり、
大きい噴射口径を有するノズル６１８ｂ、６１８ｄで
は、液滴の噴射速度が５．０ｍ／ｓとなり、図６から見
て分かるように、位相のずれが２０μｓの場合、位相の
早い駆動電圧信号が印加される方の液滴の噴射速度を５
ｍ／ｓとし、位相の遅い駆動電圧信号が印加される方の
液滴の噴射速度を５．６ｍ／ｓとすれば着弾位置のずれ
量はほとんどなくなることが分かる。従って、高品位の
記録を行なうことができる。

【００２７】また、単一の駆動電源にて駆動することが
できるため、従来よりもコストを低下することができ
る。

【００２８】以上、一実施例を詳細に説明したが、本発
明はこの実施例に限定されるものではない。例えば上記
実施例では、ノズル、および駆動位相を２種に分けてい
たが、３種以上でもよい。また、位相のずらし量、ノズ
ルの大きさなど、その他の構成についても、特許請求の
範囲を逸脱することなく、当業者の知識に基づいて種々
の変更、改良を施した態様で本発明を実施できる。

【００２９】また、本実施例では、圧電素子の変形を利
用してインクを噴射するインク噴射装置であったが、サ
ーマル式のインク噴射装置であってもよい。

【００３０】

【発明の効果】上述したように、本発明の請求項１のイ
ンク噴射装置によれば、位相の早い駆動信号が印加され
る前記アクチュエータ部材によってエネルギーが発生さ
れるインク流路に連通した噴射口の大きさが、位相の遅
い駆動信号が印加される前記アクチュエータ部材によっ
てエネルギーが発生されるインク流路に連通した噴射口
の大きさよりも大きいので、位相の遅い駆動信号により
噴射されるインク液滴の噴射速度が、位相の早い駆動信
号により噴射されるインク液滴の噴射速度よりも速くな
って、記録媒体上での着弾位置のずれがなくなり、高品
位の記録を行なうことができる。また、単一の駆動電源
にて駆動することができるため、従来よりもコストを低
下することができる。

【００３１】請求項２のインク噴射装置によれば、前記
制御部により印加される駆動信号に応じてアクチュエー
タ壁を変形させて、インク流路の容積を変化させること
により、インクを噴射することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るインク噴射装置の一実施例を示す
図である。

【図２】前記インク噴射装置の動作を示す図である。

【図３】従来例に係るインク噴射装置を示す図である。

【図４】従来例に係るインク噴射装置の動作を示す図で
ある。

【図５】本実施例および従来例に係る駆動信号波形を示
す図である。

【図６】従来例、および本発明に係る位相差と着弾ずれ
量を示す図である。

【符号の説明】

１０駆動波形６００インク噴射装置６０３アクチュエータ壁６１３インク流路６１８ノズル６１９電極６２１電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インクが充填される複数にインク流路
と、前記インク流路に連通され、インクが噴射される噴
射口と、駆動信号の印加によって前記インク流路内にエ
ネルギーを発生させ、そのエネルギーによって噴射口か
らインクを噴射させるアクチュエータ部材と、位相の早
い駆動信号または位相の遅い駆動信号を前記アクチュエ
ータ部材に印加する制御部とを有するインク噴射装置に
おいて、位相の早い駆動信号が印加される前記アクチュエータ部
材によってエネルギーが発生されるインク流路に連通し
た噴射口の大きさは、位相の遅い駆動信号が印加される
前記アクチュエータ部材によってエネルギーが発生され
るインク流路に連通した噴射口の大きさよりも大きいこ
とを特徴とするインク噴射装置。
【請求項２】前記アクチュエータ部材は、圧電素子を
有するアクチュエータ壁であり、前記インク流路はアク
チュエータ壁によって構成されることを特徴とする請求
項１に記載のインク噴射装置。