JPH03155948A - 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］ 本発明はインクジェットプリンタのインクジェットヘッ
ドに関する。

［従来の技術］ 従来のインクジェットヘッドは、ＵＳ、Ｐａｔ。

４７５１５３０のように圧電振動子と接合した音響レン
ズを用いて、圧電振動子から発生される圧力を一点に集
中してインクの吐出を行う手段が提案されていた。

［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圧電振動子を音響レンズと
接合するために、振動子と音響レンズ、及び音響レンズ
とインクの二箇所において音響インピーダンスの整合を
とらなければならなかった。

さらにカラープリンタ等に応用するためには、微小なイ
ンク滴を必要な量だけ吐出するように吐出量を制御しな
ければならない。

そこで、本発明の目的とするところは、振動子から発生
される圧力波を一点に集中するような形状をした基部材
上に薄膜振動子を形成し、音響インピーダンス整合を前
記薄膜振動子とインクとの界面の一箇所においてとり、
高周波発振回路と低周波発振回路から構成された制御回
路を用いてパルス変調による吐出量の制御を行う高性能
なインクジェットヘッドの提供にある。

［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、液体状インクを満た
したインクジェットヘッドのインク溜部内に、一つ以」
二の薄膜状の圧電振動子と、該圧電振動子と接合し該圧
電振動子から発生される圧力が集中するように曲面形状
に成形された基部材とを有することを特徴とする。

又、前記圧電振動子の制御回路として、前記圧電振動子
を高周期で振動させるための高周波発振回路と該高周波
発振回路をパルス変調するための低周波発振回路を有す
ることを特徴とする。

［実施例］ 以下本発明のインクジェットヘッドの実施例を図を用い
て説明する。

第１図は本発明の第一の実施例を示す吐出部の断面図で
あって、１は曲率の中心を半径５〜１０ｍｍの点Ｆに持
つよう表面を凹面状に球面加工された基板、２は厚さ約
２０μｍの薄膜圧電セラミック振動子で基板１の曲面の
形状に合わせて基板１上にスパッタリングにより形成さ
れている。３は薄膜振動子２とインク溜１０内の液体状
インクとの音響インピーダンス整合をとるための整合用
の金属板で厚さが超音波の波長の４分の１のステンレス
板である。４は基板１と該基板１に形成された薄膜振動
子２と該薄膜振動子２に接合された金属板３を固定する
ため固定板で、前記薄膜振動子２の曲率の中心Ｆをイン
ク吐出口部に調整している。前記固定板４上に薄膜振動
子２に対向して直径１０〜５０μｍのノズル孔９を有す
るノズルプレート５が接合されている。ノズル孔９は圧
力が伝搬されやすいようにホーン形状になっている。

７はインク供給路であってインク溜１ｏ内に随時インク
を供給するもので、インク溜１０には常に一定量のイン
クが満たされている。

振動子２よりインク溜１０に放射される超音波は、振動
子２が球面形状を成しているために薄膜振動子２の曲率
の中心Ｆに向かって集中される。

点Ｆにおいて集中された超音波は、インク吐出口部にお
いて強い圧力を発生し、インクを押し出しインク滴８を
ノズル孔９がら吐出させる。吐出されたインク滴８は記
録紙６に向かって飛翔し該記録紙６に到達して定着印字
される。

第２図は本発明の構成を示す斜視図であって、１が基板
で該基板１の上表面の中央部が球面状にくり抜き加工さ
れている。振動子２は基板１の中央部の凹部にスパッタ
リングにより形成される。

ノズルプレート５は振動子２と対向し、該振動子２の中
心軸上にノズル孔９を有するノズルプレート５が配置さ
れている。

第３図は本発明の制御回路の回路図である。高周波発振
回路１５では数１００ＫＨｚ〜数ＭＨｚの振動子２の共
振周波数に同期したパルス信号を生成し、低周波発振回
路１４ではインクの吐出量を制御するための圧力波の発
生周期を与えるパルス幅１μｓ〜５０μｓのパルス信号
を生成する。

低周波発振回路１４、高周波発振回路１５ともに基準周
期信号発生回路とカウンタ回路により構成され、ディジ
タルコンピュータ１６より発振周期を決定するためのカ
ウンタの設定値であるディジタル信号が入力される。発
振回路１４．１５の出力信号はＮＡＮＤゲート１３に入
力され、低周波発振回路１４から出力される信号がハイ
レベルのときはＮＡＮＤゲート１３より高周波発振回路
１５の信号が振動子２の駆動回路に印加される。また、
低周波発振回路１４の信号がローレベルのときはＮＡＮ
Ｄゲート１３はハイレベルに固定され、振動子２の駆動
回路はオフ状態となる。

振動子２の駆動回路はコンプリメンタリ型の高速電力ス
イッチング電界効果トランジスタＴＲ３、Ｔ　Ｒ４ニＪ
：すＣ−ＭＯ３構造を構成し、ＮＡＮＤゲート１３がロ
ーレベルのときはＰチャネル型のＴＲ３がオンとなり振
動子２は約３０Ｖの電圧ＶＣＣに充電されると同時に伸
び、ＮＡＮＤゲート１３がハイレベルのときはＮチャネ
ル型のＴＲ４がオンとなり、振動子２に充電された電荷
が放電され、振動子２は縮む。

第４図は第３図の回路図の各部の信号波形図で、ａが低
周波発振回路の出力信号、ｂが高周波発振回路の出力信
号、ＣがＮＡＮＤゲート１３の出力信号である。Ｔ１は
振動子に印加される高周波信号を制御するパルス幅でＴ
１時間だけ振動子が振動する。Ｔ２はインクの吐出周期
、Ｔ３は振動子の共振周期に設定する。従って、低周波
発振回路１４と高周波発振回路１５により、低周波発振
回路１４から出力されるパルス幅に変調された超音波が
＠膜振動子２より生成されインク中に放射される。第５
図は振動子の振動周期を示す図で第６図は振動子の振動
モードを示す図である。通常、振動子は基本周期に対し
て基本モード１９で振動している。高周波発振回路１５
の発振周期Ｔ３を第３次高調波に設定すれば振動子１８
は３次振動モード２０で振動する。このように、低周波
発振回路１４により振動子の振動時間Ｔ１とインクの吐
出周期Ｔ２を、高周波発振回路１５により振動子の振動
周期Ｔ３を可変にできる。

第７図はパルス幅Ｔ１とインク吐出量の関係を示す図で
、前記インク滴８の吐出量は低周波発振回路１４から出
力されるパルス信号のパルス幅Ｔ１に比例する。従って
、低周波発振回路１４のパルス幅を制御することにより
、インク吐出量の制御が可能となる。また、前記インク
滴８の粒子径は振動子２の振動周期に比例するので該振
動子２を基本周期の高調波で振動させれば、インク滴の
粒子径が制御できる。このように吐出量を低周波発振回
路１４と高周波発振回路１５により制御して階調表現を
行う。

第８図は本発明の第二の実施例の構成を示す斜視図であ
って、２２は基板、２３は薄膜振動子、２１はノズルプ
レート、２４はノズル孔である。

基板２１の上表面は円筒状に凹型に加工されている。凹
型に加工された基板２１の曲面には幅数１００μｍの短
冊状に形成された複数個の薄膜振動子２３が長手方向に
並行して配置されている。

振動子２３に対向してノズルプレート２１が配置され、
ノズルプレートにはスリット状あるいは楕円状のノズル
孔２４が開いている。第二の実施例においても第一の実
施例と同様な方式で振動子２３の制御が行える。

第二の実施例では、基板２１の凹部の形状が円筒状とな
っているため、短冊状の薄膜振動子を密集して配置する
ことが可能で、インクジェットヘッドのライン化が図れ
る。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、インクジェットプリ
ンタのインクジェットヘッドにおいて、薄膜振動子と、
圧力の集束を行うため球面形状をした基部材とを用いて
音響インピーダンス整合を一箇所で行うインクの吐出手
段と高周波発振回路、低周波発振回路よりなる吐出制御
手段を有したことにより、オンデマンド方式によるイン
ク滴の吐出制御を効率的に行うことができる。そして、
振動子として薄膜振動子を用いれば、基板の形状により
振動子を任意の曲面にすることができ、圧力の集束を行
うための振動子が容易に実現できる。

第１図は本発明の動作を示す断面図。

第２図は本発明の構成を示す斜視図。

第３図は制御回路の回路図。

第４図は第２図の各部の信号波形図。

第５図は振動周期を示す図。

第６図は振動モードを示す図。

第７図はパルス幅と吐出量の特性図。

第８図は本発明の第二の実施例の構成を示す斜視図。

基板 薄膜振動子 金属板 固定板 ノズルプレート 記録紙 インク滴 ノズル孔 インク溜 ［Ｐ９］ 第６図 第７図 ３６２−

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）インクジェットプリンタのインクジェットヘッド
   において、液体状インクを満たしたインクジェットヘッ
   ドのインク溜部内に、一つ以上の薄膜状の圧電振動子と
   、該圧電振動子と接合し該圧電振動子から発生される圧
   力が集中するように曲面形状に成形された基部材とを有
   することを特徴とするインクジェットヘッド。
2. （２）前記圧電振動子の制御回路として、前記圧電振動
   子を高周期で振動させるための高周波発振回路と該高周
   波発振回路をパルス変調するための低周波発振回路を有
   す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。