JPH11147312A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インクジェットヘッドにおいて、付着ドット
径の制御を正確に行えるようにして階調表現の質を向上
させる。 【解決手段】 インクを収容した複数のインク加圧室２
０と、各インク加圧室２０にそれぞれ対応して設けられ
た複数の圧電部材２６とを備え、駆動電圧印加時の圧電
部材２６の変形により上記インク加圧室２０内のインク
を加圧してインク滴を飛翔させるインクジェットヘッド
において、ヘッド組立後に各圧電部材２６の分極量の調
整を行い、各圧電部材２６間で同一駆動電圧印加時の変
位量のばらつきを抑えることで、各インク加圧室２０か
ら飛翔するインク滴により形成されるドット径がほぼ均
一になるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像情報に応じて
インク滴を飛翔させ、これを記録紙に付着させて画像を
記録するインクジェット記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、インクジェット方式の記録装置に
おいて、インク加圧室内のインクを電圧印加時の圧電部
材の変形により加圧してノズルからインク滴を飛翔させ
るインクジェットヘッドを備えたものが知られている。
このインクジェットヘッドは、複数のインク加圧室と、
各インク加圧室にそれぞれ対応して配置された複数の圧
電部材を有している。このインクジェットヘッドでは、
各インク加圧室から飛翔するインク滴の大きさを変化さ
せて記録紙上での付着ドット径を変えることにより階調
表現が可能である。この場合、インク滴を大きさの変化
は圧電部材の変位量を調整することで行う。したがっ
て、階調表現を正確に行うためには、各圧電部材間で変
位量が安定したものであることが必要である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、製造上のばら
つきにより同一電圧を印加したときでも各圧電部材の変
位量が異なる場合が多く、これにより各インク加圧室か
ら飛翔するインク滴の大きさの違いによって付着ドット
径もばらつき、階調表現の質を低下させる原因となって
いた。また、付着ドット径のばらつきが大きすぎると、
そのヘッドは不良品として処理されるため、歩留まりの
低下につながっていた。

【０００４】

【課題を解決するための手段】そこで、上記問題点を解
決するため本発明は、インクを収容した複数のインク加
圧室と、各インク加圧室にそれぞれ対応して設けられた
複数の圧電部材とを備え、駆動電圧印加時の圧電部材の
変形により上記インク加圧室内のインクを加圧してイン
ク滴を飛翔させるインクジェットヘッドにおいて、ヘッ
ド組立後に各圧電部材の分極量の調整を行い、各圧電部
材間で同一駆動電圧印加時の変位量のばらつきを抑える
ことで、各インク加圧室から飛翔するインク滴により形
成されるドット径がほぼ均一になるようにしたことを特
徴とする。

【０００５】このインクジェットヘッドでは、上記圧電
部材の分極量態の調整を、駆動電圧とは逆極性のＤＣバ
イアス電圧を上記圧電部材に印加して行ってもよいし、
または、各圧電部材の分極を一旦消去した後、再分極処
理して行ってもよい。

【０００６】

【発明の効果】本発明のインクジェットヘッドでは、ヘ
ッド組立後に各圧電部材の分極量を調整して各圧電部材
間で同一駆動電圧印加時の変位量のばらつきを抑えるこ
とで、各インク加圧室から飛翔するインク滴により形成
されるドット径がほぼ均一になるようにしている。これ
により、圧電部材の駆動電圧を変えてその変位量を変化
させることにより行う付着ドット径の制御を正確に行う
ことができ、階調表現の質を向上させることができる。

【０００７】また、ヘッド組立後に付着ドット径を確認
しながら圧電部材の分極量の調整を行えるので、圧電部
材の変位量のばらつきを抑えることによる付着ドット径
の均一化を正確、かつ容易に行うことができる。

【０００８】さらに、これまでは付着ドット径のばらつ
きが大きすぎるために不良品となっていたヘッドについ
ても調整により使用可能になるため、歩留まりを上げる
ことができる。

【０００９】さらにまた、各インク加圧室間における付
着ドット径のばらつきを各圧電部材に印加する電圧調整
で補正する必要がなくなるため、ドライバの負担を軽く
することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態について説明する。図１はインクジェット
ヘッド１０の一部を切り欠いた斜視図であり、図２はそ
の部分断面図である。インクジェットヘッド１０は、図
１，２に示すように、ノズルプレート１２、インク流路
形成部材１４、振動板１６、および基板１８を積層して
接着することにより一体的に構成されている。

【００１１】インク流路形成部材１４の上面には複数の
溝状凹部が形成されている。それら凹部はノズルプレー
ト１２によって覆われ、その内部がそれぞれインクを収
容するインク加圧室２０、インク加圧室２０に供給され
るインクを収容するインク供給室２２、および各インク
加圧室２０をインク供給室２２に連通させるインレット
２４になっている。ノズルプレート１２には各インク加
圧室２０の端部近傍にそれぞれ連通する複数のノズル１
３が直線上に配列形成されている。

【００１２】振動板１６は周知の圧電材料（例えば、Ｐ
ＺＴ）からなり、インク流路形成部材１４と基板１８と
の間に固定されている。振動板１６は、図３に示すよう
に基板１８に固定された状態でダイシングソーやワイヤ
ソーなどにより溝加工が施され、各インク加圧室２０に
それぞれ対応する複数の圧電部材２６と、インク加圧室
２０に対応しない位置でインク流路形成部材１４を支持
する支持部材２８とに分割されている。各圧電部材２６
の上面と下面には共通電極層と個別電極層（共に図示せ
ず）とがそれぞれ形成されている。各個別電極層は基板
１８の表面にスパッタリング等の方法でパターン形成さ
れた引き出し配線３０を介してフレキシブル配線３２に
より駆動電圧印加用ドライバ（図示せず）にそれぞれ接
続されている（図１参照）。一方、各圧電部材２６の共
通電極層はそれぞれアースに接続されている。圧電部材
２６は、高温下で上下の共通電極層および個別電極層間
に高電圧を印加することにより分極処理されている。

【００１３】以上の構成からなるインクジェットヘッド
１０では、インク供給室２２から対応するインレット２
４を介して各インク加圧室２０にインクが供給されて収
容されている。この状態で、ドライバから画像情報に応
じた駆動パルス電圧が個別電極層に印加されると、圧電
部材２６は瞬時に変形し、その上面がインク加圧室２０
に向かって変位する。これによりインク加圧室２０内の
インクが加圧され、ノズル１３からインク滴が飛翔す
る。このインク滴が記録紙に付着してドットが形成さ
れ、このドットの集合により画像が記録される。

【００１４】上記インクジェットヘッド１０では、圧電
部材２６への駆動印加電圧を制御することでその変位量
を変えることができる。これにより、その変位量の変化
に応じて飛翔するインク滴の大きさも変化し、記録紙上
での付着ドット径を変えることができ、階調性のある画
像を形成することができる。正確な階調表現を行うに
は、各インク加圧室２０から飛翔するインク滴により形
成されるドット径を正確に制御する必要があるが、各圧
電部材２６の変位量のばらつきや各インク加圧室の飛翔
効率の違いなどからインク加圧室間にインク飛翔量のば
らつきが生じる。その結果、各圧電部材２６に同一電圧
を印加した場合でも各インク加圧室２０間でドット径の
ばらつきが生じ、出力される階調画像の画質を低下させ
ることになる。

【００１５】そのため、各インク加圧室２０間でのドッ
ト径のばらつきをなくすように補正しなければならな
い。その補正の方法の一つとしてインク加圧室２０ごと
に圧電部材２６に印加する駆動電圧を個別に設定してド
ット径を揃えてもよいが、この方法では各圧電部材２６
にそれぞれ対応してドライバにより異なる電圧設定を行
わなければならず、ドライバの負担が大きくなる。

【００１６】これに対し、本実施形態では、各圧電部材
２６に同一電圧を印加することで各インク加圧室２０か
ら同一量のインクが飛翔するするように、ヘッド組立後
に各圧電部材２６の分極量を調整して変位量のばらつき
を抑えている。その方法は、まず、各インク加圧室２０
の圧電部材２６に同一駆動電圧を印加してインクを飛翔
させて記録紙上にドットを形成する。そして、各ドット
径を計測して最もドット径が小さいインク加圧室２０を
基準として、他のインク加圧室２０のドット径もそれに
合致するように圧電部材２６の分極量を小さくするよう
に調整する。または、所望のドット径になるようにすべ
ての圧電部材２６の分極量を小さくするように調整して
もよい。

【００１７】分極量の調整は、駆動電圧とは逆極性のＤ
Ｃバイアス電圧（以下、「逆ＤＣバイアス」という）を
各圧電部材２６に印加することにより行う。調整量は印
加する逆ＤＣバイアスの大きさにより決定する。図４，
５のグラフは、各インク加圧室２０（Ｎｏ.１〜１２）
に対応する各圧電部材２６に逆ＤＣバイアスを印加して
分極量を調整する前後におけるマイナス３０Ｖの駆動電
圧印加時の各圧電部材２６の変位量とドット径を示す。
また、図６の表は逆ＤＣバイアス処理電圧値と、処理前
後での各圧電部材２６の変位量、ドット径、およびそれ
らのばらつきσを比較したものである。ここで使用した
圧電部材は２１層（１層当たりの厚み３５μｍ）の積層
型圧電部材である。図４〜６に示すように、分極量調整
処理後の各インク加圧室２０についての変位量およびド
ット径のばらつきが処理前に比べると小さくなってい
る。

【００１８】図７の表とグラフは、逆ＤＣバイアスの大
きさとその処理後に圧電部材にマイナス３０Ｖを印加し
たときの変位量の関係を表している。使用した圧電部材
は通常マイナス３０Ｖの電圧を印加すると０．４μｍ変
位するものである。また、逆ＤＣバイアスの印加時間は
それぞれ１０秒間である。これらの表およびグラフに示
すように、逆ＤＣバイアスの増加に対して処理後変位量
がほぼ直線的に減少する関係にあり、逆ＤＣバイアスが
大きくなると圧電部材の分極量が次第に小さくなり、逆
ＤＣバイアスが１５Ｖ以上になると分極が完全に消去さ
れていることが分かる。この逆ＤＣバイアスと圧電部材
の分極量との関係に基づいて各圧電部材の分極量調整の
ための逆ＤＣバイアスの大きさを決定することができ
る。

【００１９】以上に説明したように、本実施形態のイン
クジェットヘッド１０では、ヘッド組立後に各圧電部材
の分極量を調整を行い、各圧電部材間で同一駆動電圧印
加時の変位量のばらつきを抑えることで、各インク加圧
室から飛翔するインク滴により形成されるドット径がほ
ぼ均一になるようにしている。これにより、圧電部材の
駆動電圧を変えてその変位量を変化させることにより行
う付着ドット径の制御を正確に行うことができ、階調表
現の質を向上させることができる。

【００２０】また、ヘッド組立後に付着ドット径を確認
しながら圧電部材の分極量を調整できるので、圧電部材
の変位量のばらつきを抑えることによる付着ドット径の
均一化を正確、かつ容易に行うことができる。

【００２１】さらに、これまでは付着ドット径のばらつ
きが大きすぎるために不良品となっていたヘッドについ
ても調整により使用可能になるため、歩留まりを上げる
ことができる。

【００２２】さらにまた、各インク加圧室間における付
着ドット径のばらつきを各圧電部材に印加する駆動電圧
の調整で補正する必要がなくなるため、ドライバの負担
を軽くすることができる。

【００２３】なお、通常は、上記のようにして圧電部材
の分極量を調整した後にヘッドを記録装置本体に組み付
けるが、記録装置本体に逆ＤＣバイアス印加装置とイン
ク吐出量検出装置とを取り付けておき、パージ時にイン
ク加圧室間のインク吐出量を揃えるようにヘッド組み付
け後に各圧電部材に逆ＤＣバイアスを印加して分極量の
調整を行うようにしてもよい。

【００２４】次に、圧電部材２６の分極量の調整の別の
方法について説明する。この方法は、各圧電部材２６の
分極を一旦消去した後、再分極処理を行うものである。
この方法では、まず、各圧電部材２６に同一の駆動電圧
を印加して各インク加圧室２０からインク滴をさせる。
そして、記録紙上に形成された各ドット径を計測し、各
インク加圧室２０の効率を計算する。その後、全インク
加圧室２０の圧電部材２６の分極を一旦消去する。この
消去は各圧電部材２６に２０Ｖの逆ＤＣバイアスを１０
秒間印加することで行う。なお、分極の消去は圧電部材
２６を加熱（例えば、２００℃で１時間）することでも
できるが、インク吐出後のヘッド全体を加熱することに
なるので、インク乾燥によるノズルやインク加圧室等の
目詰まりを考慮すると好ましくない。

【００２５】各圧電部材２６の分極を一旦消去した後、
再分極処理する。各圧電部材２６の再分極の量は各イン
ク加圧室２０の効率によってそれぞれ異なる。再分極は
マイナス１０５Ｖの電圧を印加することで行うが、その
印加時間を変えることにより再分極量を変えることがで
きる。本実施形態で行ったインク加圧室２０（Ｎｏ．１
〜１２）ごとの再分極のための電圧印加時間は図８の表
に示す。この表は電圧印加時間のほかに、再分極処理前
後における圧電部材２６の変位量、各インク加圧室Ｎ
ｏ．１〜１２に対応するドット径、およびそれらのばら
つきσの比較を示している。また、図９，１０のグラフ
はそれぞれ、再分極処理の前後における圧電部材２６の
変位量とドット径の変化を表している。これらの表およ
びグラフから明らかなように、圧電部材について分極を
一旦消去して再分極処理する方法によってもまた、圧電
部材の変位量およびドット径のばらつきを抑えることが
できる。したがって、この方法を用いたインクジェット
ヘッドでも、上述した分極量を調整する方法を適用した
ヘッドと同様の効果を奏することができる。

【００２６】なお、上述した逆ＤＣバイアスの値や印加
時間、再分極時の印加電圧、圧電部材の変位量、ドット
径等は例示であり、圧電部材の材料や構造およびインク
加圧室からのインク飛翔効率などに応じて適宜変更され
得るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 インクジェットヘッドの一部切欠き斜視図。

【図２】 図１のインクジェットヘッドの部分断面図。

【図３】 溝加工により分割された振動板の斜視図。

【図４】 分極量調整処理前後の圧電部材の変位量の変
化を示すグラフ。

【図５】 分極量調整処理前後のドット径の変化を示す
グラフ。

【図６】 逆ＤＣバイアスの電圧値と、分極量調整処理
前後における圧電部材の変位量、ドット径およびこれら
のばらつきの変化を示す図表。

【図７】 逆ＤＣバイアスと圧電部材の変位量の関係を
示す図表とグラフ。

【図８】 分極消去時の電圧印加時間と、再分極処理前
後における圧電部材の変位量、ドット径およびこれらの
ばらつきの変化を示す図表。

【図９】 再分極処理前後の圧電部材の変位量の変化を
示すグラフ。

【図１０】 再分極処理前後のドット径の変化を示すグ
ラフ。

【符号の説明】

１０…インクジェットヘッド、１３…ノズル、２０…イ
ンク加圧室、２６…圧電部材。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクを収容した複数のインク加圧室
   と、各インク加圧室にそれぞれ対応して設けられた複数
   の圧電部材とを備え、駆動電圧印加時の圧電部材の変形
   により上記インク加圧室内のインクを加圧してインク滴
   を飛翔させるインクジェットヘッドにおいて、 ヘッド組立後に各圧電部材の分極量の調整を行い、各圧
   電部材間で同一駆動電圧印加時の変位量のばらつきを抑
   えることで、各インク加圧室から飛翔するインク滴によ
   り形成されるドット径がほぼ均一になるようにしたこと
   を特徴とするインクジェットヘッド。
2. 【請求項２】 上記圧電部材の分極量の調整は、駆動電
   圧とは逆極性のＤＣバイアス電圧を上記圧電部材に印加
   して行うことを特徴とする請求項１に記載のインクジェ
   ットヘッド。
3. 【請求項３】 上記圧電部材の分極量の調整は、各圧電
   部材の分極を一旦消去した後、再分極処理して行うこと
   を特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。