JPH05220954A

JPH05220954A - インクジェットヘッド

Info

Publication number: JPH05220954A
Application number: JP2283292A
Authority: JP
Inventors: Masanori Tanizaki; 正徳谷崎; Minoru Usui; 稔碓井; Takahiro Naka; 隆廣中
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1992-02-07
Filing date: 1992-02-07
Publication date: 1993-08-31
Anticipated expiration: 2016-10-02
Also published as: JP3214026B2

Abstract

(57)【要約】【目的】圧力発生部２１の近傍に、湿度検出手段をも
うけ、高湿度化における圧力発生部材の劣化損傷を防
ぐ。【構成】圧力発生部２１の近傍に、雰囲気湿度によ
り、その電気抵抗値が変化する部材で形成された湿度検
出部７０をもうける。この、湿度検出部７０の抵抗値
を、センサ電極７１にて引き出し、コンパレータ、ある
いはＡ／Ｄ変換器によって読み取る。この結果をもと
に、制御部によって、ヘッド駆動制限、ヘッド除湿機構
の起動をおこなう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インク滴を飛翔させ、
このインク滴により記録用紙にドットを形成させるオン
デマンド方式のインクジェットヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の、圧力発生部材にＰＺＴなどの圧
電素子を用いたインクジェットヘッドとしては、日本特
許公告昭６０−８９５３などがある。これは、圧電素子
としてＰＺＴを用いて、マルチ駆動をおこなうインクジ
ェットヘッドに関するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ＰＺＴなどの圧電素子
を、圧力発生部材としてもちいた場合、高湿度下におい
て、あるいは結露状態において運転を継続した場合、Ｐ
ＺＴが吸湿し、絶縁抵抗の低下等により、駆動特性が著
しく劣化し、印字性能の低下、ひいては圧力発生部材の
致命的な破壊をまねく恐れがある。

【０００４】そこで、本発明の目的は、高湿度下あるい
は結露状態におかれた圧力発生部材の致命的な破壊を防
ぐ機構を提供することにある。

【０００５】

【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、ノズルを有するノズル形成基板と、前記ノズ
ルの各々に１対１に接続して配置されたインク室と、前
記インク室に接続した圧力発生部材を備え、前記圧力発
生部材近傍に、湿度検出手段を設けたこと、または、前
記圧力発生部材を、湿度検出手段として用いることを特
徴とする。

【０００６】

【実施例】以下本発明の詳細を実施例により図面を参照
して説明する。

【０００７】図１は、本発明におけるインクジェットヘ
ッドの全体を表した斜視図である。但し、インクジェッ
ト内部を説明するために、一部をカットした状態で示し
てある。図２は、図１のインクジェットヘッドの手前端
面を、ノズル３４の位置で切断した、断面図である。

【０００８】本発明を用いたインクジェットヘッドの動
作概要は、以下のとおりである。その主要部分の構成
は、ノズル３４が形成されているノズル形成基板３３お
よび、インク室５１を形成する構造体３２および、イン
ク室５１と圧力発生部材２１との境界を形成する薄膜３
１および、圧力発生部材２１とインク室５１を接続する
ための取り付け接合部３０および、インク室５１へイン
クを供給するインク供給口３５および、本発明のインク
ジェットヘッド全体を固定する構造体３７とからなって
いる。

【０００９】インクを吐出させる際の動作は、図３及び
図４に示したとおりである。ここで、４０は駆動用電
源、４１は圧力発生部材充電用スイッチ、４２は圧力発
生部材放電用スイッチ、２０は各ノズル３４に対応した
個別電極、２２はすべてのノズルに対応した共通電極で
ある。本発明の実施例では、圧力発生部材として、積層
型ＰＺＴを用いた。また、利用している変位方向は、積
層方向に直角な方向である。

【００１０】図２の状態は、圧力発生部材２１に電界が
印加されていない、定常状態を示している。ここで、充
電用スイッチ４１を閉じ、圧力発生部材２１に電界を印
加すると、圧力発生部材２１が矢印６６の方向へ変位
し、同時に接続されている接合部３０を引き寄せ、薄膜
３１がインク室５１を拡大させる方向へ変形する。この
とき、インク供給口３５から、インク室５１の体積が増
加した分のインクが供給される。次に、図４に示したよ
うに、充電用スイッチ４１を開き、放電用スイッチ４２
を閉じる。このとき、圧力発生部材２１は、矢印６５方
向へ変位し、こんどはインク室５１の体積を減少させる
方向へ作用する。これにより加圧されたインクが、ノズ
ル３４より外部へ飛翔する。以上が、一連のインク吐出
のための動作である。

【００１１】図５及び図６は、圧力発生部材２１として
用いた、積層型ＰＺＴの変位方向を説明した図である。

【００１２】図５は、圧力発生部材２１を充電した状態
を示した図である。充電用スイッチ４１を閉じ、放電用
スイッチ４２を開くことによって、個別電極２０および
共通電極２２の間に、駆動用電源４０が接続される。こ
のとき、圧力発生部材２１は、その圧電性及び分極方向
から、矢印６１の方向へ厚くなる変形をする。このと
き、ポアソン比によって定まる比率で、矢印６２の方向
へ縮む方向へ変形する。本発明の実施例では、この矢印
６２方向の変位を利用している。

【００１３】図６は、圧力発生部材２１を放電している
状態を示した図である。充電用スイッチ４１を開き、放
電用スイッチ４２を閉じることによって、個別電極２０
および共通電極２２を接続し、圧力発生部材２１中の電
荷を放出させている。このとき、矢印６４の方向へ薄く
なる変形を生じ、同時に矢印６３方向へ伸びる方向へ変
形し、もとの状態に戻る。

【００１４】図７は、圧力発生部２１を単独で取りだし
たときの斜視図である。図８は、圧力発生部２１近傍の
湿度を検出する手段として、湿度検出部７０を取り付け
たものである。７１は、湿度検出部７０からの信号を取
り出すためのセンサ電極である。

【００１５】図９及び図１０に、湿度検出部７０の内部
断面図を示した。

【００１６】図９は、圧力発生部材２１に直接湿度検出
部７０を形成した例である。あらかじめ、圧力発生部２
１の表面に、スパッタリング法などにより、ニッケルク
ロム−金電極を形成し、フォトリソグラフィー法を用い
て、センサ電極７１を形成する。これは、個別電極２０
と、同じ材質、工法によって形成できる。さらに、導電
粒子７２を含有させた吸水性樹脂７３を塗布することに
より、湿度検出部７０が形成できる。この方法をとるこ
とによって、より、圧力発生部２１に近い位置での湿度
を検出する事ができ、検出値の信頼性が向上した。ま
た、一体形成できるので、全体に小型化ができ、また、
製作工程の簡略化も実現できた。

【００１７】図１０は、アルミナなどの基板７４の上
に、あらかじめ、引き出しよう電極７５および導電粒子
７２を含有させた吸水性樹脂７３によって構成される、
湿度検出部７０を形成しておき、これを、圧力発生部材
２１に形成してあるセンサ電極７１へ電気的導通を保持
する形で取り付けたものである。この場合、圧力発生部
材２１と、湿度検出部７０が分離しているので、圧力発
生部材２１の影響を受けない、精度の高い湿度検出部７
０を得ることができた。

【００１８】図１１は、図９及び図１０に示したタイプ
の湿度検出部７０からの信号を読みとるための接続図で
ある。センサ電極７１によって引き出された湿度情報
は、センサ読取部８０へ入力される。この場合、個別駆
動電極２０および駆動部８１および、駆動部８１と個別
駆動電極を結ぶ配線８３および、共通電極２２と駆動部
８１の共通端子とを結ぶ配線８４は、湿度情報を読みと
る系統とは、完全に独立している。このため、圧力発生
部材２１を駆動するための制御系と、湿度情報を読みと
る制御系とは、同期している必要はなく、双方とも容易
に制御する事が可能となる。

【００１９】図１６及び図１７は、センサ読取部８０と
して製作した回路例である。

【００２０】図１６は、コンパレータ９０を用いて、比
較用可変抵抗器９５で設定した値で決まる湿度を越えて
いるか否かを検出するものである。通常、８０％を越え
る湿度での長時間駆動は、その圧力発生部材２１へ致命
的な損傷を与える恐れがある。よって、湿度がそのしき
い値を越えた場合、ヘッドの駆動を休止させる、あるい
は、加熱装置、あるいは送風装置などの、ヘッド近傍を
除湿させる装置を起動する必要がある。この、一連の制
御は、ＣＰＵを用いた制御装置によって行われるが、そ
の、制御装置へ与える湿度情報９１を、本回路において
作り出している。

【００２１】図９及び図１０において製作したタイプの
湿度センサーは、相対湿度に対する抵抗値が図１９に示
したような特性を持っている。このため、湿度８０％に
しきい値をもたせるためには、分圧抵抗９４を１００
Ω、比較用可変抵抗器９５を中点に設定する。ここで測
定電圧印加スイッチ９３を閉じることによって、分圧抵
抗９４およびセンサ９６の抵抗比によって分圧された測
定用電圧９２と、比較用可変抵抗器９５の出力電圧と
が、コンパレータ９０によって比較さる。このとき、湿
度が設定しきい値より高い場合、センサ側の分圧電圧の
方が高くなるので、コンパレータ７０の出力９１は、真
の論理値を出力する。湿度が設定しきい値より低い場合
は、出力９１は、偽の論理値を出力する。この論理値
を、ＣＰＵを用いた制御装置が読み取り、ヘッドの駆動
を休止させ、あるいはヘッド近傍の除湿手段を起動させ
る。

【００２２】図１７は、コンパレータ９０に代わり、Ａ
／Ｄ変換部９８を用いた例である。Ａ／Ｄ変換部９８を
用いることにより、ＣＰＵを用いた制御部では、現在の
相対湿度を絶対値にて知ることが可能となる。そのた
め、湿度の時間的な変位を知ることにより、湿度が、イ
ンクジェットヘッドの動作不可能な領域に入ることをあ
らかじめ予測し、事前にヘッド除湿手段を起動すること
によって、ヘッドの駆動を停止させること無く、安全動
作領域にて連続運転することが可能となった。

【００２３】図１２及び図１３には、圧力発生部２１と
して用いたＰＺＴ自身の吸湿性を利用し、湿度検出手段
として用いた例を示した。スパッタリング法などによっ
て、個別電極２０と同時に形成されたセンサ電極７６
と、共通電極２２の間の抵抗値変化によって、湿度及び
結露状態を検出したものである。本実施例において使用
したＰＺＴの、相対湿度に対する抵抗値変化は、図２０
に示したとおりである。センサ読取部８０の回路は、前
述の図１６及び図１７に示した回路がそのまま利用でき
る。但し、湿度に対する抵抗値の変化特性が、図２０に
示したようになるので、動作可能領域の時は、コンパレ
ータ９０の出力９１は偽の論理値、動作不可能領域の時
は、コンパレータ９０の出力９１は真の論理値を示すこ
とになる。図１４は、共通電極２２と駆動部８１の共通
端子間を流れる電流を測定することによって、湿度を検
出した例である。この場合、駆動部８１により、任意の
個別電極２０を駆動したときに、共通電極２２と駆動部
８１の共通端子を結ぶ配線８４を流れる電流を検出する
ことによって、駆動している電極間の抵抗値を算出する
方法である。電流検出部８６の実施例として、図１８に
製作した回路を示す。配線８４の途中に、電流検出抵抗
１０１を挿入し、その電流検出抵抗１０１の両端に発生
する電圧を、作動増幅器１０２で電圧増幅し、その電圧
値８８をＡ／Ｄ変換部１０３にてデジタル値にすること
によって、ＣＰＵを用いた制御部で読み込み、演算する
ことによって、ＰＺＴの抵抗値を得ることができる。こ
の結果から、ヘッドの駆動を休止させたり、ヘッド除湿
手段を起動する。また、この図１４に示した方式で測定
しているのは、ＰＺＴの、実際に印字に用いている部分
である。よって、その抵抗値を知ることによって、駆動
回路の切断、短絡、異常抵抗値を知ることができるの
で、ヘッドの不具合を、使用者など、外部へ知らせるこ
とも可能となる。これにより、ヘッド交換等の時期を知
らせることも可能となった。

【００２４】図１５には、各駆動電極２０毎に、駆動部
８１及びセンサ読取部８５へ、選択的に接続させる切り
替えスイッチ８７を設けた場合の例を示した。これは、
図１４にて説明した構成と同様に、ＰＺＴの、実際に印
字に使う部分を湿度センサとして用いる例である。この
場合、センサ読取部８５として、図１６及び図１７に示
した回路を使用することができ、より簡単な回路で、湿
度検出、およびヘッド自身の異常検出の両方を実現する
ことができた。

【００２５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明のインクジェ
ットヘッドは、圧力発生部材近傍の湿度を検出し、圧力
発生部材に、著しい性能劣化や致命的な損傷を与える恐
れのある高湿度化において、その動作を制限し、あるい
は除湿回復手段を講じることによって、圧力発生部材の
劣化、損傷を防ぐことができた。さらに、圧力発生部材
を湿度検出器と兼用することによって、その抵抗値を測
定し、ヘッド自体の機能確認も行うことができた。以上
により、インクジェットヘッドとしての寿命を延ばすこ
とが可能になり、同時に、信頼性も向上できた。

【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斜視図であ
る。

【図２】本発明のインクジェットヘッドの縦断面図であ
る。

【図３】本発明のインクジェットヘッドの縦断面図で、
圧力発生部材が縮んでいる状態の図である。

【図４】本発明のインクジェットヘッドの縦断面図で、
圧力発生部材が伸びている状態の図である。

【図５】圧力発生部材が縮むときの動作説明図である。

【図６】圧力発生部材が伸びるときの動作説明図であ
る。

【図７】圧力発生部の斜視図である。

【図８】圧力発生部に湿度検出部を取り付けた時の説明
図である。

【図９】湿度検出部の形成例を示した図である。

【図１０】湿度検出部の取り付け例を示した図である。

【図１１】湿度検出部の接続図である。

【図１２】湿度検出部の断面拡大図である。

【図１３】ＰＺＴを湿度検出器にした場合の説明図であ
る。

【図１４】電流検出器により湿度を計測する場合の接続
図である。

【図１５】駆動部とセンサ読取部を切り替えて動作させ
た例の接続図である。

【図１６】コンパレータを用いたセンサ読取部の回路例
を示した図である。

【図１７】Ａ／Ｄ変換器を用いたセンサ読取部の回路例
を示した図である。

【図１８】電流検出を用いたセンサ読取部の回路例を示
した図である。

【図１９】導電性粒子をによって形成した湿度検出器の
抵抗特性を示した図である。

【図２０】ＰＺＴを用いた場合の湿度検出器の抵抗特性
である。

【符号の説明】

２０・・・・個別電極２１・・・・圧力発生部２２・・・・共通電極３１・・・・薄膜３３・・・・ノズル形成基板３４・・・・ノズル３５・・・・インク供給口４０・・・・駆動用電源４１・・・・充電スイッチ４２・・・・放電スイッチ５０・・・・インク滴５１・・・・インク室

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ノズルを有するノズル形成基板と、前記
ノズルの各々に１対１に接続して配置されたインク室
と、前記インク室に接続した圧力発生部材を備え、前記
圧力発生部材近傍に、湿度検出手段を設けたことを特徴
とするインクジェットヘッド。
【請求項２】前記圧力発生部材を、湿度検出手段とし
て用いた、請求項１記載のインクジェットヘッド。