JPH024517A - 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方式の記録装置に関し、
さらに詳細にはインクジェットプリンタヘッドに関する
。

〔従来の技術〕

複数のノズルを備えたノズル形成基板と、その背後にイ
ンクと直接接触してインクを加圧する圧電変換器を配置
したインクジェットヘッドは、特公昭６０−８９５３号
公報に開示されている。この構造のインクジェットヘッ
ドは、圧電変換器に形成されている振動子がノズル板に
対してほぼ直角方向に変位することと、ノズルのインク
流路が短いため、インク滴の吐出効率および吐出安定性
が高く、インク中に気泡、ゴミ等の異物が混入した場合
でも、その影響を受けずに正常な動作が可能であり、さ
らには、振動子が片持ちもしくは両持ち柔構造である事
により、電気機械変換効率が高く、低電圧で必要とする
振動子変位が得られるという特徴を有する。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、前述の従来技術では、振動子とノズル形成基板
との間隙の寸法が、インク滴の吐出速度・吐出量・吐出
応答性といった諸特性に影響することが判明していてい
るが、すべての特性を満足することは非常に困難で、各
特性間のトレードオフによって仕様を決定していた。す
なわち、インク滴の吐出速度を早く、吐出量を多くする
には、ノズル近傍に存在するインクの圧力が高まりやす
いように、ノズル形成基板とこれに対峙する振動子との
間隙を、微小なある一定の範囲に抑える必要があるのに
対し、この様な、微小間隙の下では、振動子とノズル形
成基板との間隙に存在するインクにより、振動子が変位
する際に大きな抵抗および慣性が付加され、過減衰もし
くは過減衰に近い状態で最終変位に到達する。従って、
長い時定数を有する減衰振動をしながら最終変位に到達
する場合に比べて、インク吐出圧力の最大値が小さく、
最大吐出圧力に到達するに要する時間も長くかかり、エ
ネルギ効率が低下する。さらには、インク吐出後に次の
インク吐出に備えて、ノズルメニスカスの復元に必要な
インクの供給が、振動子とノズル形成基板との間隙によ
って妨げられ、インク戻り時間が長くかかることにより
、応答性の低下や、周波数による吐出量の変動現象が生
じていた。

このように、振動子とノズル形成基板との間隙は、イン
ク滴の吐出特性と振動子のエネルギ効率・吐出応答性等
は相反するという問題点を有していた。

本発明の目的は、これらの問題点を解決して、エネルギ
効率が高く、インク滴の吐出速度・吐出量・吐出応答性
といった諸特性を同時に達成し、優れたインクジェット
ヘッドを実現することにある。

〔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、少なくとも１つ以上
のノズルを有するノズル形成基板と、前記ノズルに１対
１に対向して配置され独立に駆動可能な振動子が形成さ
れた圧電変換器と、前記ノズル形成基板と前記圧電変換
器との間隙および該圧電変換器の周辺にインクが充たさ
れたインクジェットヘッドにおいて、前記振動子の前記
ノズルとの対向部分近傍に段差を設けて突起を形成した
ことを特徴とする。

〔作用〕

本発明の上記構成では、振動子を変形変位させてインク
を吐出するとき、ノズル形成基板と振動子可動部分の間
の、インクの抵抗および慣性が小さくなるため、振動子
の減衰時定数が長くなる。

また、インク滴吐出後のノズルメニスカスの復元に必要
なインク供給能力が高まる。

〔実施例〕

次に実施例に基づいて本発明を説明する。

第１図は、本発明におけるインクジェットヘッドを搭載
した記録装置の一実施例を説明するための斜視図である
。記録媒体１は送りローラ２．３の押圧によりプラテン
４に捲き回され、記録の進行に従い矢印５の方向に搬送
される。ガイド軸６゜７に案内されプラテン４の軸と平
行な方向に移動可能なキャリッジ８上には、独立にイン
ク滴を吐出制御可能な複数のノズルを有するインクジェ
ットヘッド９が搭載されており、矢印１０の方向に走査
され各々のノズルから選択的にインク滴を吐出し記録媒
体１上にインク像を形成する。

第２図（ａ）　　　（ｂ）は、本発明における圧電変換
器の振動子部分の構成を説明するためのノズル形成基板
側から見た図、およびＡ−Ａ断面図である。圧電変換器
は、複数の振動子２１と、固定部分から構成される。Ｐ
ＺＴよりなる圧電素子２４の片面には、Ａｕ薄層よりな
る信号電極２５が、他面には、共通電極２６を兼ね、振
動子２１の自由端のノズルと対向する部分を厚くして円
形の突起２８を設けたＮｉ層よりなる金属板が積層され
ている。

第３図は、本発明におけるインクジェットヘッドの構造
、およびインク滴吐出原理の説明を行うための断面図で
ある。フレーム４０とサブフレーム４１の間に、ノズル
形成基板３０、スペーサ２７、圧電変換器２ｏの固定部
分、弾性シート４２が積層されている。ノズル形成基板
３０は、電鋳技術により形成され、ホーン形状をした複
数のノズル３１を有するＮｉ薄板からなり、ノズル形成
基板３０の各々のノズル入口開口３２は、間隙ａを介し
て振動子２１の自由端に設けられた突起２８と対向する
ように配置される。サブフレーム４１にはインクリザー
バ４３が形成されており、インク４４がノズル３１近傍
に供給され充たされる。

圧電素子２４０分極方向は、共通電極２６と信号電極２
５の間に電圧を印加すると電界と直交方向に収縮するよ
うに置かれている。一方、共通電極２６のＮｉ層は高い
弾性率を有するため、寸法変化が規制され信号電極２５
の側に曲がるごとく曲げモーメントが発生し変形変位す
る。従って、待機時に電圧を印加しておき、選択的に電
圧を解除することにより振動子２１の自由端はノズル形
成基板３０の方向に変形変位し近傍のインクをノズル３
１から吐出させる。このとき、振動子２１に設けられた
突起２８とノズル形成基板３０との間隙ａを、インク滴
吐出特性の良好な寸法とし、振動子２１の突起２８以外
の部分とノズル形成基板３０との間隙すを、ａより広く
することにより、振動子は減衰振動領域で振動し、かつ
インクの供給はノズルの全周方向から円滑に行われる。

第４図（ａ）・（ｂ）−第６図（ａ）　・（ｂ）は、本
発明におけるインクジェットヘッドに用いる振動子の、
別の実施例を説明するための振動子をノズル形成基板側
から見た図、およびＢ−Ｂ・Ｃ−Ｃ−Ｄ−Ｄ断面図であ
る。第４図−第６図は、第２図の円形の突起に対し、ノ
ズル中心から放射状に、振動子２１の突起２８以外の部
分と同じ平面上にある溝２９を設けたものであり、イン
クの供給をさらに改善したものである。特に、第４図と
第６図のものは、振動子相互で突起２８の隣り合う部分
には溝２９が設けられていないため、各ノズル間の相互
影響が軽減できるという効果がある。

上記構造において、突起２８の高さ及びスペーサ２７の
厚みを任意に設定することにより所望の間隙ａ、ｂが自
由に選択できる。すなわち、振動子５２を減衰振動領域
で振動させ、かつインク滴吐出後のノズルメニスカスの
復元に必要なインクを供給するための間隙は、振動子２
１の突起２８以外の部分とノズル形成基板３０との間隙
すによって確保され、ノズル近傍のインクの圧力を高め
、インク滴の吐出に必要な間隙は、振動子２１に設けら
れた突起２８とノズル形成基板３０との間隙ａによって
確保される。これにより、エネルギ効率が高く、インク
滴の吐出速度・吐出量・吐出応答性といった諸特性を同
時に達成した優れたインクジェットヘッドが得られた。

また、本実施例では振動子には片持ち梁状振動′子を用
いているが両持ち梁状振動子でも同様な構成が可能であ
る。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明の上記構成によれば、振動子
のノズル入口開口との対向部分に突起が設けられ、他の
部分に比べ厚くなっているため、振動子とノズル形成基
板との間隙が、ノズル入口開口近傍部分ではインク吐出
に必要な微小量が確保され、ノズル入口開口近傍以外の
部分はインク吐出後のノズルメニスカスの復元に必要な
インクの供給路が確保されインク戻り時間が速くなるた
め、インク滴吐出速度・吐出量を保ったまま応答性を向
上することが可能となり、インク滴の吐出速度・吐出量
・吐出応答性・吐出安定性などの諸特性が同時に向上し
た性能の優れたインクジェットヘッドが実現できる。ま
た、本発明によれば、振動子とノズル入口開口近傍以外
の部分のノズル形成基板との間隙を、振動子が減衰振動
を行うことのできる値とすることにより、振動子とノズ
ル形成基板との間隙に存在するインクの粘性によって消
費されるエネルギロスが低減し、駆動電圧の低下に寄与
すると共に、振動子とノズル形成基板との間隙の寸法の
マージンが広がるという効果も有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明におけるインクジェットヘッドを搭載
した記録装置の一実施例を説明するための斜視図。 第２図（ａ）・（ｂ）は、本発明におけるインクジェッ
トヘッドの圧電変換器の振動子部分の構成を説明するた
めのノズル形成基板側から見た図、およびＡ−Ａ断面図
。 第３図は、本発明におけるインクジェットヘッドの構造
、およびインク滴吐出原理の説明を行うための断面図。 第４図（ａ）　・（ｂ）−第６図（ａ）・（ｂ）は、本
発明におけるインクジェットヘッドに用いる振動子の、
別の実施例を説明するための振動子をノズル形成基板側
から見た図、およびＢ−Ｂ・Ｃ−Ｃ−Ｄ−Ｄ断面図であ
る。 振動子 突起 ノズル形成基板 ノズル入口開口 ２７　スペーサ ２９溝 ３１　ノズル 以上 出願人　　セイコーエプソン株式会社 代理人　弁理士　鈴木喜三部　他１名 １　記録媒体 ９　インクジェットヘッド 第１図 第２図 ２７°坂ｔｊＪ多 第３図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも１つ以上のノズルを有するノズル形成
   基板と、前記ノズルに１対１に対向して配置され独立に
   駆動可能な振動子が形成された圧電変換器と、前記ノズ
   ル形成基板と前記圧電変換器との間隙および該圧電変換
   器の周辺にインクが充たされたインクジェットヘッドに
   おいて、前記振動子の前記ノズルとの対向部分近傍に段
   差を設けて突起を形成したことを特徴とするインクジェ
   ットヘッド。
2. （２）振動子に設けられた突起の形状は、ノズル入口開
   口より大きいことを特徴とする請求項１記載のインクジ
   ェットヘッド。
3. （３）振動子に設けられた突起の形状は、ノズル入口開
   口より大きく、ノズル中心から放射状に、少なくとも１
   つ以上の溝が形成されていることを特徴とする請求項１
   記載のインクジェットヘッド。
4. （４）溝の深さは、振動子の突起部分以外の面に一致す
   ることを特徴とする請求項３記載のインクジェットヘッ
   ド。