JPH01226340A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はインク滴を飛翔させ記録紙等の媒体上にインク
像を形成するインクジェットプリンタに用いられるイン
クジェットヘッドに関するものである。

〔従来の技術〕

従来のインクジェットヘッドの構造としては、ノズル開
口を有するノズル板を有しこの背後にイン多が充たされ
インクと直接接触して圧電変換器が配される構造が知ら
れている。（特公昭６０−８９５３等）この構造では圧
電変換器を構成する振動子がノズル板と概ね直交する方
向に変位すること、各ノズル間が短いインク流路で連結
していること等によりインク吐出効率及び安定性が高く
インク中にガス、ゴミ等の異物が混入した場合でも安定
した動作が可能であるという特徴を有する。

更に振動子が片持ち梁状のものについては曲げ剛性が小
さく低電圧、低応力で大きい変位が取れるという利点を
有する。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術の片持ち梁状振動子を用いたヘッドにおい
ては温度変化によって特性が変化するという問題を有し
ていた。

これは圧電変換器が圧電材と通常は金属からなる規制層
を接合して構成されるため両者の熱膨張係数が通常は一
致しないため温度変化によって反りが発生し振動子自由
端が変位することに起因する。例えば規制層の熱膨張係
数が圧電材の熱膨張係数より大きい場合温度上昇につれ
て規制層を外側に弧状に反りを生ずる。自由端とノズル
形成部材との間隙は特性に大きく影響するため上記の構
成では温度による特性の変化を招来した。

特に圧電材と規制層の接合加工時の温度と動作時の温度
が必ずしも一致しない場合加工時に設定した間隙寸法が
動作時に確保されず特性確保が困難であるという問題点
も有していた。

更にまたインクジェット記録においてはインクの記録紙
への浸透特性によって印字品質が変化するためこの紙種
対応性を向上させ印字品質の向上を図るため高温に保持
したインクを吐出させる方法が知られているが（例えば
ＵＳＰ−４３９０３６９）温度変化によって振動子先端
変位が生じヘッド特性が変化するため、これらのインク
の使用が困難であるという問題点を有していた。

本発明の目的はこれらの問題を解決し温度の変化による
特性変化の小さい片持ち梁状振動子を用いたインクジェ
ットヘッドを実現することである。

〔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 ノズル開口を有するノズル形成部材と、圧電材層と規制
部材層を積層してなる圧電変換器を有し、 該ノズル形成部材と該圧電変換器の間にインクを充填し
て構成されるインクジェットヘッドにおいて 該圧電変換器は片持ち梁状振動子からなり振動子支持端
側で規制層が設けられている面と自由端側で規制層が設
けられている面とが互いに反対の側にあることを特徴と
する。

〔作用〕

本発明の構成では片持ち梁状振動子の自由端側と支持端
側は温度変化によって生ずる反りの方向が互いに反対で
あるため温度変化によって生ずる゛自由端変位が低減さ
れ温度変化による特性変化の小さいインクジェットヘッ
ドを実現することができる。

〔実施例〕

次に実施例に基すいて本発明を説明する。

第１図は本発明のインクジェットヘッドを具備するイン
クジェットプリンタの斜視図である。同図において記録
紙１０はプラテン１１に捲き回され送りローラ１２．１
３によって押圧される。ガイド軸１４．１７に案内され
プラテン軸に平行な方向に移動可能なキャリッジ１５上
にインクジェットヘッド１６が搭載されて構成される。

インクジェットヘッド１６は独立にインク滴を噴出可能
な複数のノズルを有しプラテン軸方向に走査され上記ノ
ズルから選択的にインク滴を吐出し記録紙１０上にイン
ク像を形成する。記録紙１０はプラテン１１、送りロー
ラ１２．１３の回転により走査方向と直交する方向に搬
送され記録紙面への印字が行われる。

第２図にインクジェットヘッドの断面図を示す。

フレーム２６に圧電変換器３１とノズル板（ノズル形成
部材）２７が弾性シート２５を介して積層され固定ねじ
３２．３３を用いて固定される。ノズル板２７は複数の
ノズル２８を有する金属薄板から構成される。圧電変換
器３１は第３図に示す様にＰＺＴよりなる圧電素子３０
の片面に全薄層よりなる共通電極層５３とニッケル薄層
よりなる規制層を兼ねるパターン電極層５４を振動子の
１／２の長さの位置まで設けである。圧電変換器３１は
切り込み５６によって分離されて複数の片持ち梁状の振
動子５２が構成される。振動子先端自由端の近傍では微
小な間隙ａを介してそれぞれに対応するノズル２８が対
向するごとく配置される。

パターン電極には個別に配線２９が接続され選択的電圧
印加が行われる。振動子の自由端側の振動子の１／２の
長さまでニッケル薄層からなる自由端規制層５９がパタ
ーン電極層５４と反対側に設けられており共通電極層５
６と自由端規制層５９は電気的に接触していないため電
圧印加時も自由端付近では圧電素子に圧電効果は生じな
い構成となっている。

次に動作について説明する。インクリザーバ２４からイ
ンク（図示せず）がノズル近傍に供給され充たされる。

共通電極５３とパターン電極５４の間に電圧を加えると
圧電効果により圧電素子は収縮する。一方規制層を兼ね
るパターン電極層５４は高い弾性係数を有するため寸法
変化が規制され共通電極５３の方向に曲がるごとく曲げ
モーメントが発生する。振動子５２の自由端はこの結果
ノズル板の方向に変位し近傍のインクをノズルから吐出
させる。

上記構成において中央から自由端までの１／２の長さの
部分は電圧が印加されないため曲げモーメントは生じな
い。一方温度変化による変形については自由端側と固定
端例のそれぞれの部分で振動子は逆向きの曲げモーメン
トが生ずる。そのため両者の結果生ずる先端変位は軽減
される。これらの挙動は材料力学の周知のたわみ式で次
のように記述できる。

自由端例の規制層長さ　　α＊ｌ 固定端側の規制層長さ　　（１−α）＊１振動子有効長
さ（片持ち梁の全長）　　１とすると 熱変形による先端変位量　ｙｔｈ 電圧印加時の先端変位量　Ｙｏｐ　　はＹｔｈ＝Ａ＊１
＊＊２＊　（１−２＊α＊＊２）Ｙｏｐ＝Ｂ＊１＊＊２
＊　（１−（２＊＊２）ただし　＊＊２　は平方を表す 自由端側規制層の長さが　Ｏの場合（α＝０の場合）に
対する相対値で表すと第４図のようにＹｔｈが実線でＹ
ｏｐが破線で表される。従って本実施例の場合は自由端
側規制層を設けない場合に比較して熱変形は１／２に軽
減される。一方電圧印加時変形量は２５％の低下である
。従って電気機械変換効率の低下は小さい。

実用上は自由端側規制層を設けない場合と比較し十分な
変位がとれて熱変形が小さいことが必要である。

上記条件を （Ｙｔｈ）のα＝０の場合の値との比＜０．７５（Ｙｏ
ｐ）のα＝０の場合の値との比〉０．５と表すと ０．３５３＜α＜０．７０７ が望ましい範囲である。

なお上記実施例は自由端側規制層と支持端側規制層を同
一材料、同一層厚で構成した場合について説明したが自
由端側規制層を更に熱膨張率が大きい材質、弾性率の高
い材質で構成することによって短い自由端側規制層で熱
変形による先端変位を小さくすることもできる。

〔発明の効果〕

本発明の構成によれば片持ち梁状振動子の自由端側と支
持端側は温度変化によって生ずる反りの方向が互いに反
対であるため、電気機械変換効率を保ちながら温度変化
によって生ずる自由端変位が低減され、温度変化による
特性変化の小さい片持ち梁状振動子を用いたインクジェ
ットヘッドを実現することができるという効果を有する
。

更に動作温度、保存温度等が変化した場合でも振動子自
由端変位が小さいため先端が他の部材と当接する等の不
具合を発生することなく信頼性の高いインクジェットヘ
ッドを実現できるという効果も有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のインクジェットヘッドを具備するプリ
ンタの構成を示す図。 第２図は本発明の一実施例のインクジェットヘッドの断
面を示す図。 第３図は本発明のインクジェットヘッドンに用いられる
圧電変換器の斜視図 第４図は自由端規制層の効果を示す図。 ノズル　　　　　　　２８ 圧電素子　　　　　　３０ 圧電変換器　　　　　３１ パターン電極層　　　５４ 自由端規制層　　　　５９ 第１図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ノズル開口を有するノズル形成部材と、 圧電材層と規制部材層を積層接合してなる圧電変換器 を有し、 該ノズル形成部材と該圧電変換器の間にインクを充填し
   て構成されるインクジェットヘッドにおいて、 該圧電変換器は片持ち梁状振動子からなり 振動子支持端側で規制層が設けられている面と自由端側
   で規制層が設けられている面とが互いに反対の側にある
   ことを特徴とするインクジェットヘッド。