JPH10217463A - 圧電素子駆動装置およびこれを用いたインクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡素な構成で、周囲温度に適した圧電素子の
駆動を行なうことのできる圧電素子駆動装置を提供す
る。 【解決手段】 本ＰＺＴ３１５の基板は、各ＰＺＴ３１
５によって異なる印字信号を伝えるために設けられた個
別電極１０１と、アースに接続される共通電極１０２
と、温度によって抵抗率が増加するサーミスタ層１００
とを含んでいる。周囲温度の低下によるサーミスタ層１
００の抵抗率の減少に応じて、印字信号であるＰＺＴ３
１５への印加電圧が増加し、粘性を有するために周囲温
度が低くなるほど飛翔しにくくなるインク滴の飛翔は、
周囲温度にかかわらず安定化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電素子を駆動す
る圧電素子駆動装置に関し、特に、インクジェット記録
装置の記録ヘッドに用いられる圧電素子駆動装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、インクジェットプリンタのプ
リンタヘッドに圧電素子を用いたものがある。このよう
なプリンタヘッドでは、電圧の印加によって駆動される
圧電素子の歪みによって、所定の閉じた空間内のインク
が加圧される。加圧されたインクは、所定の閉じた空間
に設けられたノズルよりインク滴となって記録シートに
向かって飛翔する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなインクジェットヘッドは、周囲温度に応じてインク
の温度を調節することのできる温調装置（たとえば、ヒ
ータ）を装備していないものがある。この場合、市販の
プリンタ仕様で多く見受けられるプリンタを使用する際
の周囲温度１０℃〜５℃がインクジェットプリンタのイ
ンク以外の要因による使用保証最低温度に設定されてい
るにもかかわらず、このように低い周囲温度になると、
温度特性によってインクの粘度が増大し、インクが飛翔
しにくい状態となる。周囲温度２５℃付近を想定してイ
ンクを飛翔させる圧電素子を駆動する電圧を設定する
と、上記のような低い周囲温度では、インクが全く飛翔
しないことがあり得る。

【０００４】本発明は、これらのような問題点を解決す
るためになされたもので、その目的は、簡素な構成で、
周囲温度に適した圧電素子の駆動を行なうことのでき
る、圧電素子駆動装置およびこれを用いたインクジェッ
ト記録装置を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、圧電素子を駆動する電気回路を含む圧電素子駆動装
置であり、周囲温度により抵抗率が変化する材料を、電
気回路の圧電素子を駆動するための信号を伝達する配線
の少なくとも一部に用いることを特徴としている。

【０００６】請求項１に記載の発明によると、周囲温度
により抵抗率が変化する材料が電気回路の配線に用いら
れ、周囲温度により圧電素子を駆動する電圧が変化す
る。これにより、簡素な構成で、圧電素子を駆動する電
圧が周囲温度によって調整され、周囲温度に適した圧電
素子の駆動が行なわれる。

【０００７】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明であって、材料の抵抗率は、周囲温度の上昇に伴
って増加する。

【０００８】請求項２に記載の発明によると、周囲温度
の上昇に伴なって材料の抵抗率が増加する材料が電気回
路の配線に用いられ、配線内での電圧降下が増大し、圧
電素子を駆動する電圧が減少する。これにより、簡素な
構成で、圧電素子を駆動する電圧が周囲温度によって調
整され、周囲温度に適した圧電素子の駆動が行なわれ
る。

【０００９】請求項３に記載の発明は、インクを押圧す
るための圧電素子と、圧電素子に駆動信号を伝達する配
線を有する圧電素子の駆動回路とを備えるインクジェッ
ト記録装置であり、周囲温度により抵抗率が変化する材
料を上記の配線の少なくとも一部に用いることを特徴と
している。

【００１０】請求項３に記載の発明によると、周囲温度
により抵抗率が変化する材料が圧電素子の駆動回路の配
線に用いられ、周囲温度により圧電素子を駆動する電圧
が変化する。これにより、簡素な構成で、圧電素子を駆
動する電圧が周囲温度によって調整され、周囲温度に適
した圧電素子の駆動が行なわれる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ、本発明
における第１の実施例である基板を有するインクジェッ
トプリンタ、第２の実施例である圧電素子について説明
する。

【００１２】図１は、本発明における第１の実施例であ
る基板を有するであるインクジェットプリンタの概略構
成を示す斜視図である。

【００１３】インクジェットプリンタ１は、用紙やＯＨ
Ｐシートなどの記録媒体である記録シート２と、インク
ジェット方式のプリンタヘッドであるプリンタヘッド３
と、プリンタヘッド３を保持するキャリッジ４と、キャ
リッジ４を記録シート２の記録面に平行に往復移動させ
るための揺動軸５、６と、キャリッジ４を揺動軸５、６
に沿って往復駆動させる駆動モータ７と、駆動モータ７
の回転をキャリッジの往復運動に変えるためのタイミン
グベルト９、アイドルプーリ８とを含んでいる。

【００１４】また、インクジェットプリンタ１は、記録
シート２を搬送経路にそって案内するガイド板を兼ねる
プラテン１０と、プラテン１０との間の記録シート２を
押さえ浮きを防止する紙押さえ板１１と、記録シート２
を排出するための排出ローラ１２、拍車ローラ１３と、
プリンタヘッド３のインク吐出不良を良好な状態に回復
させる回復系１４と、記録シート２を手動で搬送するた
めの紙送りノブ１５とを含んでいる。

【００１５】記録シート２は、手差しあるいはカットシ
ートフィーダ等の給紙装置によって、プリンタヘッド３
とプラテン１０とが対向する記録部へ送り込まれる。こ
の際、図示しない紙送りローラの回転量が制御され、記
録部への搬送が制御される。

【００１６】プリンタヘッド３には、インク滴を飛翔さ
せるエネルギ源として圧電素子（ＰＺＴ）が用いられ
る。圧電素子には電圧が印加され、歪みが生じる。この
歪みは、インクで満たされたチャンネルの容積を変化さ
せる。この容積の変化により、チャンネルに設けられた
ノズルからインク滴が吐出され、記録シート２への記録
が行なわれる。

【００１７】キャリッジ４は、駆動モータ７、アイドル
プーリ８、タイミングベルト９により、記録シート２の
桁方向（記録シート２を横切る方向）に主走査し、キャ
リッジ４に取り付けられたプリンタヘッド３は１ライン
分の画像を記録する。１ラインの記録が終わる毎に、記
録シート２は縦方向に送られ副走査され、次のラインが
記録される。

【００１８】記録シート２にはこのように画像が記録さ
れ、記録部を通過した記録シート２は、その搬送方向下
流側に配置された排出ローラ１２とこれに圧接される拍
車ローラ１３とによって排出される。

【００１９】図２〜図４は、プリンタヘッド３の構成を
説明するための図である。図２はプリンタヘッド３の上
面図であり、図３は図２のプリンタヘッド３のＩ−Ｉ線
断面図であり、図４は図３のプリンタヘッド３のＩＩ−
ＩＩ線断面図である。

【００２０】プリンタヘッド３は、大径ヘッド部３０１
と小径ヘッド部３０２とからなる。これら大径ヘッド部
３０１と小径ヘッド部３０２とは、チャンネルプレート
３０３、隔壁３０４、振動板３０５、基板３０６とを一
体に重ねた構成となっている。複数のドット径のインク
滴のうち、大径ヘッド部３０１からは大きなドット径の
インク滴が吐出され、小径ヘッド部３０２からは小さな
ドット径のインク滴が吐出される。

【００２１】チャンネルプレート３０３は、金属または
セラミックなどからなり、表面３２０には撥水コート層
を有する。隔壁３０４との対向面はＮｉ電鋳またはフォ
トレジスト等により微細加工され、大径ヘッド部３０１
と小径ヘッド部３０２とにはそれぞれインク３０７を収
容する複数のインクチャンネル３０８と、各インクチャ
ンネル３０８をインク供給室３１０に連結するインクイ
ンレット３１１が形成されている。

【００２２】図３に示すように、大径ヘッド部３０１と
小径ヘッド部３０２とのインクチャンネル３０８は、大
径ヘッド部３０１と小径ヘッド部３０２とが対向する方
向に向かって伸びる長溝状にかつ平行に形成されてい
る。また、インク供給室３１０とインクチャンネル３０
８とは中央線３１２をはさんで対称に形成されており、
図示しないインクタンクに接続されている。

【００２３】隔壁３０４には、薄肉フィルムが使用され
ており、チャンネルプレート３０３と振動板３０５との
間に固定されている。なお、隔壁３０４は所定の張力が
加わった状態で固定される。

【００２４】振動板３０５はＰＺＴ３１５を含んでい
る。振動板３０５の加工はまず基板３０６に絶縁接着剤
で固定され、その後ダイサー加工によりセパレート溝３
１８、３１９が形成され分断されることにより行なわれ
る。また、この分断によって、各インクチャンネル３０
８に対応するＰＺＴ３１５と、隣接するＰＺＴ３１５の
間に位置するＰＺＴ柱部３１６と、これらを囲む周囲壁
３１７とが分離される。本発明に特に関わる配線を有す
る基板３０６とＰＺＴ３１５については後に詳述する。

【００２５】以上のような構成のプリンタヘッド３で
は、図示しないインクタンクからインク供給室３１０に
インク３０７が供給される。インク供給室３１０のイン
ク３０７は、インクインレット３１１を介して各インク
チャンネル３０８に分配される。

【００２６】本実施の形態では、大径および小径のノズ
ルを持つプリンタヘッドについて説明しているが、ノズ
ルの径は同じ大きさであってもよい。このようなノズル
を有するインクジェットプリンタでは、ドット径が制御
され階調印字が行なわれる。

【００２７】図５〜図７は、上述のようなインクジェッ
トプリンタ１で用いられる、第１の実施例である基板３
０６の配線部を説明するための図である。

【００２８】図５は、基板３０６の上面図であり、図６
は基板３０６の正面断面図であり、図７は基板３０６の
側面断面図である。図２〜図４を用いて述べたように、
ＰＺＴ３１５を含む振動板３０５はセラミック上に配線
部を設けた基板３０６に絶縁接着剤で固定され、その後
にダイサー加工により分断される。図５〜図７は接着の
後ダイサー加工した基板３０６を示し、それぞれ図２〜
図４に対応する。

【００２９】基板３０６の配線部は、各ＰＺＴ３１５に
よって異なるドライバＩＣからの印字信号を伝えるため
に設けられた個別電極１０１と、アースに接続される共
通電極１０２と、温度によって抵抗率が増加するサーミ
スタ層１００とを含んでいる。ここで、基板３０６上の
個別電極１０１とＰＺＴ３１５の個別電極側内部電極１
０４、基板３０６上の共通電極１０２とＰＺＴ３１５の
共通電極側内部電極１０５は、それぞれ、導電性接着部
１０３によって電気的に接続されている。

【００３０】ＰＺＴ３１５の動作は、ドライバＩＣを介
して、インクジェットプリンタ１の制御部によってコン
トロールされる。制御部から個別電極１０１と共通電極
１０２との間に印字信号である所定の電圧の印加される
と、個別電極側内部電極１０４と共通電極側内部電極１
０５との間のＰＺＴ３１５はＰＺＴ３１５の分極方向で
ある矢印Ｄ１方向に変形する。ＰＺＴ３１５の変形は隔
壁３０４に伝えられ、これによりインクチャンネル３０
８内のインク３０７が加圧され、ノズル３０９を介して
インク滴が記録シート２に向かって飛翔する（図２〜図
４）。

【００３１】このようなインク滴の飛翔に際して、印字
信号である所定の電圧は周囲温度によって変化する。周
囲温度が上昇すると、サーミスタ層１００の抵抗率が増
加し、サーミスタ層１００にかかる電圧が大きくなる。
これは、印字信号である所定のＰＺＴ３１５に印加され
る電圧の振幅を小さくする。また、周囲温度が低下する
と、サーミスタ層１００の抵抗率が減少し、サーミスタ
層１００にかかる電圧が小さくなる。これは、印字信号
である所定のＰＺＴ３１５に印加される電圧の振幅を大
きくする。

【００３２】図８は、基板３０６に用いたサーミスタ層
１００の温度に対する抵抗率の変化を示す図である。

【００３３】サーミスタ層１００は、長さ１ｍｍ、幅１
００μｍ、厚さ１μｍの蒸着膜として個別電極１０１に
対応させて個別に形成したものである。図８はこのＬａ
ＳｒＢａＴｉＯ₃ （Ｌａ ０．００３、Ｓｒ ０．２９
７、Ｂａ ０．７、Ｔｉ １の比率）の温度に対する抵
抗率を示しており、温度の上昇に伴なって抵抗率は増加
する。

【００３４】図９は、基板３０６に用いたサーミスタ層
１００による、圧電素子に印加される駆動電圧の温度に
対する変化を示す図であり、図１０は、圧電素子に印加
される駆動電圧の波形を示す図である。

【００３５】図１０に示される波形を持つ駆動電圧をＰ
ＺＴ３１５に印加することによってＰＺＴ３１５を制御
する。入力電圧は、３μｓｅｃの立ち上がり時間で立ち
上げ、最大振幅を７μｓｅｃ継続し、２０μｓｅｃの立
ち下がり時間で立ち下げる。

【００３６】今、周囲温度が２０℃であれば、３０Ｖの
入力電圧に対して、サーミスタ層１００で電圧が降下
し、実際にＰＺＴ３１５に印加される電圧の最大振幅
（ヘッド電圧）は２６．２Ｖとなる。

【００３７】図９には、図１０の周囲温度２０℃におけ
る場合と同様に、３０Ｖの入力電圧に対して、周囲温度
によるヘッド電圧の変化を示している。実際、通常使用
される温度として想定されている周囲温度が５℃〜３５
℃の範囲では、これらのヘッド電圧に対する記録シート
へのインクの付着ドロップ径は約８５μｍと一定であっ
た。

【００３８】これらのような基板の配線の一部をレーザ
を用いて昇華させることによりトリミングすることがで
きる。

【００３９】図１１は、レーザを用いて基板上の配線の
一部を昇華させるトリミングを説明するための、基板３
０６の配線部を示す図であり、図１２は、レーザを用い
て基板３０６上の配線の一部を昇華させるトリミングを
説明するための、基板３０６と積層ＰＺＴ３１５との正
面断面図である。図１１、図１２は、それぞれ図５、図
６に対応する。

【００４０】一般に、寸法精度等をどれだけ高くして
も、基板上の複数のＰＺＴによって飛翔するインク滴の
ドット径のバラツキをなくすことはできない。そこで、
抵抗を有するサーミスタの一部１２０をＹＡＧレーザ１
２１を用いて熱昇華させることによって、これらのバラ
ツキを抑えることができる。

【００４１】以上説明してきたように、適切な抵抗値を
有するサーミスタ層を圧電素子を駆動する印字信号を伝
達する配線として基板上に形成することによって、簡素
な構成で周囲温度に適した圧電素子の駆動が行なわれ
る。

【００４２】次に、第２の実施例である圧電素子につい
て説明する。図１３は、本発明の第２の実施例である積
層ＰＺＴ３１５を示す図であり、図６に対応する。

【００４３】本実施例においては、ＰＺＴ３１５の上部
にサーミスタ層１１０が設けられる。サーミスタ層１１
０は、厚さ３５μｍのＬａＳｒＢａＴｉＯ₃ （Ｌａ
０．００３、Ｓｒ ０．２９７、Ｂａ ０．７、Ｔｉ
１の比率）の焼結層を、１層当り３５μｍのＰＺＴが２
０層積層された積層ＰＺＴ３１５上部に形成しＰＺＴと
一体に焼結することにより構成する。

【００４４】以上のような積層ＰＺＴを、上述のような
インクジェットプリンタに用いることにより、第１の実
施例である基板と同様に、簡素な構成で周囲温度に適し
た圧電素子の駆動が行なわれる。

【００４５】なお、本実施の形態では、温度の低下に伴
なってインクの物性である粘性が高くなり、インクの飛
翔を安定させるために、温度の低下に伴なって抵抗率が
低くなるサーミスタ材料を用いたが、インクの飛翔等の
動作を安定させるために必要であれば、また、回路の構
成により、温度の低下に伴なって抵抗率が高くなるサー
ミスタ材料を用いてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における第１の実施例である基板を有す
るインクジェットプリンタの概略構成を示す斜視図であ
る。

【図２】プリンタヘッド３の構成を説明するためのプリ
ンタヘッド３の上面図である。

【図３】図２のプリンタヘッド３のＩ−Ｉ線断面図であ
る。

【図４】図３のプリンタヘッド３のＩＩ−ＩＩ線断面図
である。

【図５】基板３０６の上面図である。

【図６】基板３０６の正面断面図である。

【図７】基板３０６の側面断面図である。

【図８】基板３０６に用いたサーミスタ層１００の温度
に対する抵抗率の変化を示す図である。

【図９】基板３０６に用いたサーミスタ層１００によ
る、圧電素子に印加される駆動電圧の温度に対する変化
を示す図である。

【図１０】圧電素子に印加される駆動電圧の波形を示す
図である。

【図１１】レーザを用いて基板上の配線の一部を昇華さ
せるトリミングを説明するための、基板３０６の配線部
を示す図である。

【図１２】レーザを用いて基板３０６上の配線の一部を
昇華させるトリミングを説明するための、基板３０６と
積層ＰＺＴ３１５との正面断面図である。

【図１３】本発明の第２の実施例である積層ＰＺＴ３１
５を示す図である。

【符号の説明】

１００ サーミスタ層 １０１ 個別電極 １０２ 共通電極 ３１５ ＰＺＴ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電素子を駆動する電気回路を含む圧電
   素子駆動装置であって、周囲温度により抵抗率が変化す
   る材料を、前記電気回路の、前記圧電素子を駆動するた
   めの信号を伝達する配線の少なくとも一部に用いること
   を特徴とする圧電素子駆動装置。
2. 【請求項２】 前記材料の抵抗率は、前記周囲温度の上
   昇に伴って増加する、請求項１に記載の圧電素子駆動装
   置。
3. 【請求項３】 インクを押圧するための圧電素子と、圧
   電素子に駆動信号を伝達する配線を有する圧電素子の駆
   動回路とを備え、周囲温度により抵抗率が変化する材料
   を前記配線の少なくとも一部に用いることを特徴とす
   る、インクジェット記録装置。