JPH04299149A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は印写装置のインクジェッ
トヘッドに関し、詳しくは、液状、あるいは液状にした
インクを選択的に吐出させ、記録媒体上に記録を得る印
写装置のインクジェットヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の液状のインクを吐出させて記録を
得るインクジェットヘッドとしては、図５（ａ）、図５
（ｂ）に示すようなインクジェットヘッドがある。この
タイプのインクジェットヘッドは、バイモルフ型のピエ
ゾ素子２１を振動させてインクを吐出させている。図５
（ａ）の様にインク室２２が収縮したときに、オリフィ
ス２３よりインク滴２４を吐出させ、図５（ｂ）の様に
インク室２２が膨張したときには、インクをインクタン
ク（図示せず）より補給して、次のインク吐出の準備が
なされるものである。図５（ａ）または図５（ｂ）の構
成を１素子とし、数〜数十素子を並べて配置する事でマ
ルチヘッドを構成して、記録媒体上の任意の位置にイン
クを付着させて記録を得ることができる。

【０００３】またこのほかに、インク室に気泡を生じさ
せ、気泡の膨張する圧力によりインクを吐出させるタイ
プのヘッドもある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したような印写装
置のインクジェットヘッドでは、ピエゾ素子の１回の振
動や、気泡の１回の膨張で吐出するインク粒子の大きさ
が、１００μｍ〜２００μｍ程度である。この粒径だと
文字情報の様な２値記録の場合では、１５０ｄｐｉ（ｄ
ｏｔ／ｉｎｃｈ）から３００ｄｐｉ程度の高解像度の記
録が可能である。しかし、写真や絵等の画像情報では濃
度情報が含まれる為、これを記録媒体上に表現するため
には、ディザマトリクス等の面積階調で表現する必要が
ある。従って、１つのデータを複数のインク粒子で表現
しなくてはならず、階調性を向上させると解像度が下が
るという問題が生ずる。このため高解像度と高階調性を
両立させることは困難であった。

【０００５】また各オリフィス２３ごとにピエゾ素子２
１を形成する必要があるために、形成に高精度と高い集
積化が必要である。従って、大型のライン状インクジェ
ットヘッドや、さらに高解像度インクジェットヘッドを
安価に製造することは非常に困難であった。

【０００６】

【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、両面に電極が形成された圧電体からなる共振
子と、前記共振子に平行で、共振子との間に間隙が生じ
るように形成されたスリット部材と、前記電極に接続さ
れ、前記圧電体内の電界を周期的に変動させ、共振子を
振動させる信号を発生する駆動回路を備え、前記間隙か
らインクを霧状に選択的に吐出させることにより記録を
行い、吐出させるインクを加熱し、温度を一定に制御す
る機構を持つことを特徴とする。

【０００７】

【実施例】以下本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。

【０００８】図１、図２を用いて本発明の実施例のイン
クジェットヘッドのインク吐出の原理を説明する。

【０００９】１は共振子で、図１に示すように圧電体３
の両面に、それぞれ駆動電極４、共通電極５をパターニ
ングした構造となっている。駆動電極４、共通電極５は
それぞれ駆動回路（図示せず）に接続されている。駆動
回路は圧電体３を厚さ方向の共振振動を起こすような周
波数の駆動信号を発生させる。圧電体３は厚さ方向に分
極されており、駆動電極４中のいずれかと共通電極５の
間に電界を加えることにより圧電体３を１０の部位で厚
み方向に伸縮させることができる。

【００１０】２はスリット部材で共振子１との間に数μ
ｍから十数μｍ程度の間隙を形成し、その間隙がインク
吐出室７となる。インク吐出室７の厚さは数μｍから十
数μｍ程度であり、つねにインク供給室９のインクは毛
管現象によりインク吐出室７のインク吐出孔１１までイ
ンクで満たしている。インク吐出室７に充填されたイン
クには共振子１が接している。この共振子１は駆動回路
により厚さ方向の共振振動を加えられ、その振動エネル
ギーがインクに伝搬する。

【００１１】インクに伝搬した振動エネルギーは、最終
的にインク吐出孔１１のインク界面に表面波を形成し、
共振子１に入力する電気的エネルギーが一定値を越えて
大きくなると、表面波からインク粒子が剥離する。そし
て、共振子１の振動周波数に応じた粒径をもつインク粒
子がＤ方向に吐出することになる。

【００１２】本発明の実施例のインクジェットヘッドと
して、記録密度１００ｄｐｉ、インク吐出孔数１２０個
のライン型のインクジェットヘッドを試作した。

【００１３】本実施例では共振子１にＰＺＴセラミック
スを用い、ドットピッチに合わせて駆動電極４と共通電
極５を形成した。スリット部材２には共振子１とスリッ
ト部材２との間隔を一定に保つためのギャップ部材６が
各インク吐出孔ごとに形成されている。ギャップ部材６
はインク吐出孔のピッチで形成され、インク吐出室７を
形成している。

【００１４】ギャップ部材６を設けたスリット部材２を
共振子１に接着することにより、インク吐出室３、イン
ク吐出孔１１、インク供給室９が形成され、インクジェ
ットヘッドを形成している。

【００１５】本実施例では上記工程により製造したヘッ
ドを用いて評価を行った。

【００１６】本実施例に共振子として使用したＰＺＴセ
ラミクスでは、約２．２ＭＨｚで厚さ方向の共振振動が
起こり、共振子１に入力する駆動電圧の振幅が３０（ｖ
）以上で、粒径１０μｍ以下の霧状のインク粒子がイン
ク吐出孔から吐出された。

【００１７】実際にインク画像を形成した場合、吐出さ
れ付着するインクが霧状のために記録媒体状のインクの
被覆率の変化により印字濃度の極めてなめらかな変化の
様子が確認された。これは、従来のインクジェットヘッ
ドと違い、駆動電極４、共通電極５の間に電界のかかっ
ている間にインク吐出が連続的に行われるので、この時
間を制御する事により、インク吐出量の制御が可能なた
めである。従って、本発明のインクジェットヘッドを用
いれば、個々の印字ドット濃度を変調可能であり、解像
度を低下させることなく、画像情報等の階調情報を含む
情報の記録が可能となる。

【００１８】さらに、高速印字に対しては即乾性が大き
な要素を占めるが、本発明のインクジェットヘッドでは
インクを粒径数μｍ程度の霧状にして記録媒体に付着さ
せるため、従来のインクジェットヘッドに比較してイン
ク体積に対する表面積が大きく、インク体積自体も極め
て小さいため、インクの沈着、溶媒成分の蒸発が速く、
即乾性が大幅に向上している。また、にじみも少なくな
るために優れた印字品質と紙対応性も実現している。

【００１９】さらに本発明の実施例を図３に示す。温度
制御装置１４、スリット部材２に対し発熱体１２を、イ
ンク供給室９内に温度センサー１３を設け、インクに対
して熱を加えている。そのため記録媒体に付着したイン
クの溶媒成分の蒸発が一層速く、インク成分の定着がさ
らにすみやかとなっている。

【００２０】加熱に対する霧化効率への効果に関しては
図４に示すとおりで、高温になるほど効率がよい。ここ
では水系のインクを用いて、印加電圧、入力周波数を一
定とし、２５℃を１．０とした場合の霧化効率を実験に
より求めた。８０℃で７．０倍程度の効率の向上が得ら
れ、インクを加熱することによる大きな効果が認められ
た。インクの霧化効率に関しては下記数式１のような経
験式が得られている。

【００２１】

【数１】

【００２２】ここで、Πは霧発生量、Ｐｓは飽和蒸気圧
、ηは粘性度、γは表面張力を表している。温度の上昇
により、インク自体の粘度、表面張力が減少、飽和蒸気
圧が増大するので、結果的に吐出量が増大し、インクの
霧化効率が向上している。

【００２３】実際に製品としてケースに内にインクジェ
ットヘッドを納めた場合、ケース内温度は４５℃程度ま
で上昇するが、インクに対してさらに加熱を行えば同様
の効果を得ることができる。

【００２４】また、インクに対し熱を加える機構を持つ
ため、固体インクを加熱融解させ液体とし、記録媒体に
対し吐出させ、その記録媒体上で再び固化させることに
より記録画像を形成するホットメルト系のインクに対し
ても利用可能であった。この場合も、上記に得られた効
果と同様のものが得られ、特に定着性に対してはさらに
優れたものとなった。

【００２５】また、ＰＺＴは振動させると熱を発生し、
膨張して厚さが変化する。このため周波数特性も変化し
、駆動装置による安定した制御が困難となる。しかし、
ここではインク温度の制御を行い、一定の温度に保つこ
とにより、安定した共振周波数が得られている。ゆえに
駆動装置にさらに複雑な制御を加えることなく、高品位
の画像を安定して供給する事ができる。

【００２６】なお、共振子とスリット部材の間隙に選択
的にインクを供給し霧化する機構に対しても、上記の効
果が同様に認められた。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、厚さエッジモードで共
振振動している共振子とスリット部材との間に、選択的
にインクを供給する事により、インクをミスト状にして
吐出できるため、１ドット内での濃度変調が可能になり
、解像度を低下することなく、画像情報を印写できるイ
ンクジェットヘッドが実現できるという効果を有する。 さらに本発明では各インク吐出室を容易に形成すること
が可能であるため、安価で高密度なライン状ヘッドも実
現できるという効果も有する。

【００２８】さらに、本発明のインクジェットヘッドで
印写する事により、従来のインクジェットヘッドで印写
したものに比べて、インクの定着性が大幅に向上すると
いう効果も有する。

【００２９】また、インクを加熱し、温度を一定に制御
する機構を持つことにより、インク霧化の効率がさらに
向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェットヘッドの原理構成を示
す図である。

【図２】本発明のインクジェットヘッドの断面図である
。

【図３】本発明の実施例のインクジェットヘッドの構造
の概略図である。

【図４】本発明の実施例のインクジェットヘッドによる
霧化効率を示した図である。

【図５】従来のインクジェットヘッドの断面図である。

【符号の説明】

１　　　　共振子 ２　　　　スリット部材 ３　　　　圧電体 ４　　　　駆動電極 ５　　　　共通電極 ６　　　　ギャップ部材 ７　　　　インク吐出室 ８　　　　インク ９　　　　インク供給室 １０　　インク吐出孔 １２　　発熱体 １３　　温度センサー １４　　温度制御装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　両面に電極が形成された圧電体からな
   る共振子と、前記共振子に平行で、共振子との間に間隙
   が生じるように形成されたスリット部材と、前記電極に
   接続され、前記圧電体内の電界を周期的に変動させ、共
   振子を振動させる信号を発生する駆動回路を備え、前記
   間隙からインクを霧状に選択的に吐出させることにより
   記録を行い、吐出させるインクを加熱し、温度を一定に
   制御する機構を持つことを特徴とするインクジェットヘ
   ッド。