JPH05261919A - インクジェットヘッド - Google Patents

インクジェットヘッド

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JPH05261919A
JPH05261919A JP6410092A JP6410092A JPH05261919A JP H05261919 A JPH05261919 A JP H05261919A JP 6410092 A JP6410092 A JP 6410092A JP 6410092 A JP6410092 A JP 6410092A JP H05261919 A JPH05261919 A JP H05261919A
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JP
Japan
Prior art keywords
piezoelectric element
ink
thickness
nozzle
pressure chamber
Prior art date
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Pending
Application number
JP6410092A
Other languages
English (en)
Inventor
Michitoku Kuami
道徳 朽網
Noboru Takada
高田  昇
Katsunori Yamagishi
勝則 山岸
Yoshiaki Sakamoto
義明 坂本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Filing date
Publication date
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 インクジェットヘッドの構造に関し、粒子化
効率を高く出来る、即ち粒子化電圧の低下を目的とす
る。 【構成】 ノズルと、ノズルに対応する圧力室と、ノズ
ルに共通なインクタンクと、これらを連通するインク通
路とを有し、圧力室に厚さが5〜50μmの範囲にある振
動板を介して厚さが1〜50μmの範囲内にある圧電素子
を接続し、圧電素子の駆動に依って対応するノズルから
インク滴を噴出して記録媒体上にインクドットを形成し
記録を行うもので、又、圧電素子と振動板との厚さの比
は0.8 〜1.2 の範囲内にあるように形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、インクジェットヘッド
の構造に関する。インクジェットプリンタは、記録媒体
に非接触なヘッドからインクの微小粒子を直接記録媒体
に吹き付けて記録を行うものである。
【0002】その結果、記録媒体に対する制限が少な
い、カラー化が容易、高速記録、低騒音と言う特徴を有
している。
【0003】
【従来の技術】図3の側面図に示す如く、インクジェッ
トプリンタは、記録媒体1を巻き掛けるドラム2と、ド
ラム2に対して平行移動するキャリッジ3と、キャリッ
ジ3に搭載されてドラム2に対向したインクジェットヘ
ッド4と、インクジェットヘッド4にインクを供給する
インクタンク5及び供給ホース6等から構成される。
【0004】インクジェットヘッド4は、図4の斜視図
に示す如くインク通路の形成方法としてステンレス、ガ
ラス等の基板にエッチングで溝を彫る方法を用いてい
る。そして、これらエッチングで形成された流路板をス
テンレス等で形成される振動板と重ね合わせ、拡散接合
等の手法に依って相互を接合している。
【0005】接合後、ノズル7が開口した面7aをラッ
プ加工してその平面性を確保する。圧力室8には、圧力
を発生する駆動部として、両面の振動板13上の圧力室8
に対応する部分に圧電素子9を接着剤で接着している。
【0006】圧電素子9からの電圧印加の為の信号線
は、半田付け、或いは電極の圧着等の手段で接続してい
る。共通インク室10とインクタンク5とは供給ホース6
に依って連通されている。
【0007】圧電素子9に電圧が印加されると、圧電素
子9は幅方向に収縮し、その結果、振動板13が圧力室8
の内部に撓む。この撓みに依って圧力室8の内部に圧力
が発生し、ノズル7からインク粒子が噴射する。
【0008】インク粒子の速度としては、通常3〜10m
/sが必要である。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】インク粒子を噴出する
速度を上記の如くするには、従来80〜120Vと非常に高い
印加電圧を必要としていた。
【0010】このような電圧を実現するには、電源及び
駆動回路が複雑で高コストになると言う問題点があっ
た。本発明は、粒子化効率を高く出来る、即ち粒子化電
圧の低下を目的とするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明に於いては、図1
の部分拡大側面図に示す如く、少なくとも1つ以上のノ
ズル7と、ノズル7に対応する圧力室8と、これらのノ
ズル7に共通なインクタンクと、これらを連通するイン
ク通路とを有し、圧力室8に厚さが5〜50μmの範囲内
にある振動板13を介して厚さが1〜50μmの範囲内にあ
る圧電素子9を接続し、圧電素子9の駆動に依って対応
するノズル7からインク滴を噴出して記録媒体上にイン
クドットを形成し記録を行うものであって、又、圧電素
子9と振動板13との厚さの比は0.8 〜1.2 の範囲内にあ
るようにしたものである。
【0012】
【作用】圧電素子の厚みと振動板の厚みの関係を特定す
ることで粒子化に必要な電圧を低下したものである。
【0013】粒子化モデルに基づいた解析を進めた結
果、圧電素子の厚さには粒子化効率を最大にする最適厚
さが存在することが判った。又、この厚さは、接合され
る振動板の厚さに依存することも判った。
【0014】図2は、振動板の厚さをパラメータに圧電
素子の厚さと噴射するインク粒子の速度の関係を解析的
手段に依って求めたものである。振動板は薄くする程、
粒子化速度は増加した。
【0015】圧電素子の厚さは、厚過ぎると変位に大き
な力が必要となること、また圧電素子に加わる電界が低
下することから粒子化速度は低下する。逆に圧電素子の
厚さが薄くなり過ぎると、発生する力が小さくなる為
に、粒子化速度は低下する。
【0016】振動板の厚さが50μmの場合に圧電素子の
最適な厚さは、略50μmであった。振動板の厚さは、薄
い方が効率が上がるが、振動板を薄くすると、それに伴
って圧電素子の厚さも薄くした方がより効率が上がる。
【0017】本発明は、このような調査に基づいて圧電
素子及び振動板の厚さを特定したものである。圧電素子
の厚さとしては1〜50μm、又、圧電素子と振動板の厚
みの組合わせを0.8 〜1.2 とすることで粒子化電圧を低
く抑えられる。
【0018】圧電素子の面積を大きくしても電圧は低く
出来るが、圧電素子を大きくするとインクジェットヘッ
ド自体が大きくなると言う欠点がある。本発明のように
圧電素子及び振動板の厚さを特定することで、圧電素子
の面積を小さく抑え、且つ粒子化電圧を低く出来る。
【0019】
【実施例】本発明に於いては、図1の部分拡大側面図に
示す如く、少なくとも1つ以上のノズル7と、ノズル7
に対応する圧力室8と、これらのノズル7に共通なイン
クタンクと、これらを連通するインク通路とを有し、圧
力室8に厚さが5〜50μmの範囲内にあるステンレス又
はシリコン又はガラスで形成された振動板13を介して厚
さが1〜50μmの範囲内にある圧電素子9を接続し、圧
電素子9の駆動に依って対応するノズル7からインク滴
を噴出して記録媒体上にインクドットを形成し記録を行
うものであって、圧電素子9と振動板13との厚さの比は
0.8 〜1.2 の範囲内にあり、圧電素子9の圧電定数d31
が1.0 ×10-10 m/V 〜6.0 ×10-10 m/V の範囲内にある
ようにしたものである。
【0020】即ち、図1の部分拡大側面図に示す如く、
1枚のSUSの基板14にエッチングでインク流路を形成
したもので、ノズル7の出口の大きさは、幅(W)50μ
m、高さ(H)30μm、とし、圧電素子9としては、厚
みTp=50μm、振動板13はSUSの板で厚みをt=50
μmとした。
【0021】圧電素子9の材料は、N−10(トーキン
製)であり、SUSはSUS304を用いた。圧電素子
9の大きさは、幅w=1mm、長さL=5mmである。
【0022】振動板13と流路の接合は、拡散接合に依っ
て行い、圧電素子9と振動板13との接合は、通常のエポ
キシ系の接着剤を使用した。この試作インクジェットヘ
ッドの圧電素子9に電圧を印加し、ノズル7から噴射す
るインク粒子の速度を測定した結果、電圧40Vで粒子速
度9m/sが得られた。
【0023】比較の為に、従来技術の振動板厚さt=10
0 μm、圧電素子の厚さTp=100μmで同様の実験を
行った結果、粒子速度9m/sを得る為には電圧として
80Vが必要であった。
【0024】更に、第2の実施例として、振動板13の厚
さをt=30μm、圧電素子9の厚さをTp=50μmとし
て同様の実験を行った結果、電圧40Vで粒子速度16m/
sが得られ、第1の実施例に比して更に高い効率が得ら
れた。
【0025】第3の実施例として、振動板13の厚さをt
=5μm、圧電素子9の厚さをTp=5μmとして同様
の実験を行った結果、電圧20Vで粒子速度20m/sが得
られた。
【0026】第4の実施例として、シリコンの基板にエ
ッチングで流路を形成し、その上にt=30μmの厚さの
シリコンの振動板13を接合し、更にその上に厚さTp=
50μmの圧電素子9を接着したインクジェットヘッドを
試作し、粒子化実験を行った結果、電圧40Vで粒子速度
14m/sが得られた。
【0027】圧電素子9の駆動電圧としては、40V以下
が望ましく、圧電素子9の厚さは、Tp=1〜50μmが
これを満足する条件であって、振動板13の厚さはt=5
〜50μmが必要である。
【0028】t=5μm以下の振動板13では、インクを
注入する際に圧力に耐えられずに破壊する現象が見られ
実用的ではない。使用する圧電素子9としては、通常の
ジルコンチタン酸鉛PZTをはじめ、PNNT、PLZ
T等があり、これらの圧電定数d3は、1.0 ×10-10 m/
V 〜6.0×10-10 m/V の範囲内にある。
【0029】圧電素子9は、例えば厚さ100 μmと50μ
mの振動板に対しては最適な厚みが異なる。即ち、粒子
化電圧を最小に出来る、又は一定電圧の場合粒子化速度
が最大となると言う点で圧電素子9に最適な厚みが存在
する為、本発明の対象となる各条件では、圧電素子9と
振動板13との厚さの比は0.8 〜1.2 の範囲内にあること
が最も電圧を低く出来ることが判った。
【0030】本発明が適用出来る振動板13の材料として
は、SUSの他にシリコン、ガラス、セラミックス等が
考えられ、これらの材料の選択に依って本発明の効果が
大幅に低下するものではない。
【0031】
【発明の効果】本発明に依って、インクの粒子化の効率
を高くすることが出来、記録に必要な駆動電圧を低く抑
えることが出来る等、産業上に多大の効果を奏する。
【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部分拡大側
面図、
【図2】 圧電素子の厚さと粒子速度の関係を示す図、
【図3】 インクジェットプリンタの側面図、
【図4】 インクジェットヘッドの斜視図、
【符号の説明】
1 記録媒体、 7 ノズル、 8 圧力室、 9 圧電素子、 13 振動板、 14 基板、
フロントページの続き (72)発明者 坂本 義明 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも1つ以上のノズル(7) と、 該ノズル(7) に対応する圧力室(8) と、 これらのノズル(7) に共通なインクタンクと、 これらを連通するインク通路とを有し、 前記圧力室(8) に厚さが5〜50μmの範囲内にある振動
    板(13)を介して厚さが1〜50μmの範囲内にある圧電素
    子(9) を接続し、 前記圧電素子(9) の駆動に依って対応するノズル(7) か
    らインク滴を噴出して記録媒体上にインクドットを形成
    し記録を行うことを特徴とするドロップオンデマンド型
    のインクジェットヘッド。
  2. 【請求項2】 少なくとも1つ以上のノズル(7) と、 該ノズル(7) に対応する圧力室(8) と、 これらのノズル(7) に共通なインクタンクと、 これらを連通するインク通路とを有し、 前記圧力室(8) に振動板(13)を介して圧電素子(9) を接
    続し、 前記圧電素子(9) の駆動に依って対応するノズル(7) か
    らインク滴を噴出して記録媒体上にインクドットを形成
    し記録を行うインクジェットヘッドに於いて、 前記圧電素子(9) と前記振動板(13)との厚さの比は0.8
    〜1.2 の範囲内にあることを特徴とするドロップオンデ
    マンド型のインクジェットヘッド。
JP6410092A 1992-03-19 1992-03-19 インクジェットヘッド Pending JPH05261919A (ja)

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JP (1) JPH05261919A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6471342B1 (en) 1998-09-04 2002-10-29 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Ink-jet head
US6502929B1 (en) 1993-12-24 2003-01-07 Seiko Epson Corporation Laminated ink jet recording head having a plurality of actuator units

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6502929B1 (en) 1993-12-24 2003-01-07 Seiko Epson Corporation Laminated ink jet recording head having a plurality of actuator units
US6893117B2 (en) 1993-12-24 2005-05-17 Seiko Epson Corporation Laminated ink jet recording head
US6902262B2 (en) 1993-12-24 2005-06-07 Seiko Epson Corporation Laminated ink jet recording head
US6471342B1 (en) 1998-09-04 2002-10-29 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Ink-jet head

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Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20010313