JPH0538809A - インクジエツトヘツド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 インクミスト流利用したインクジェットヘッ
ドの駆動を低電圧化することにある。 【構成】 圧電体基板１と、圧電体基板１の表面と裏面
に配された１対の電極２、３と、圧電体基板１と平行に
配されたノズルプレート４と、圧電体基板１とノズルプ
レート４のギャップに保持されたインクとを備え、イン
ク７をノズルプレート４のノズル５からインクミスト８
として吐出するために圧電体基板１とノズルプレート４
との間に音響レンズ６を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はノンインパクト記録装置
の記録ヘッドに関し、詳しくは、液体インクを選択的に
吐出させ、記録媒体上に記録を得るインクジェットヘッ
ドに関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェットヘッドを用いた記録装
置、特にオンデマンド方式のインクジェットヘッドを用
いた記録装置は、高速印字、低騒音、安いランニングコ
スト、高印字品質等の特徴をもち、有望な記録装置とし
て近年注目されている。

【０００３】現在、オンデマンド方式のインクジェット
ヘッドとしては、圧電体を使用してインクキャビティー
を変形させ、インクを各インクキャビティーに設けられ
たノズルから吐出させる方式や、ノズルと圧電体基板の
間にインクをみたし、圧電体の変形によりインクをノズ
ルから吐出させる方式や、インクキャビティー内のイン
クを発熱素子により気化させ、その圧力によりインクを
ノズルから吐出させる方式がある。

【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吐出するインク粒子の大
きさは一定であるため、写真や絵等の画像情報のように
濃度情報が含まれるデータを記録媒体上に表現するため
には、ディザ法等の面積階調法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、印字速度が遅くなると共に、階調性を向上さ
せると解像度がさがるという問題が生じる。

【０００５】我々はこのような従来のインクジェットヘ
ッドの欠点を解決するために、図７に示すようなインク
ミスト流を利用した新規なインクジェットヘッドを開発
した。この新規なインクジェットヘッドは、インクをミ
スト状にして吐出するため、ミスト量を制御する事によ
り階調表現が可能であるため、前記の問題をほぼ解決す
る事ができた。しかしこの方式においてはミストを吐出
させるための駆動電圧が比較的高いため駆動素子のコス
トアップが避けられない。そこで本発名のインクジェッ
トヘッドはこのような問題点を解決するもので、その目
的とするところは、インクミスト流利用したインクジェ
ットヘッドの駆動を低電圧化することにある。

【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、圧電体基板と、この圧電体基板の表面と裏面
に配された少なくとも１対の電極と、前記電極間にこの
圧電体基板の共振周波数に等しい周期で変化する電圧を
選択的に印加する駆動手段と、前記圧電体基板と平行に
配されたノズルプレートと、前記圧電体基板とノズルプ
レートのギャップに保持されたインクとを備え、前記イ
ンクをノズルプレートのノズルからインクミストとして
吐出するインクジェットヘッドにおいて、前記圧電体基
板とインクの間に音響レンズを設けたことを特徴とす
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は本発明の一実施例のインクジェット
ヘッドを示した図である。１は圧電体基板、２３は圧電
体基板１を駆動させるための電極である。圧電体基板と
しては圧電効果を持つ材料、ＰＺＴ、ＰＶＤＦ、水晶、
ニオブ酸リチウム等を使用できる。本実施例において
は、圧電体基板１として１ｍｍ厚のＰＺＴセラミクス
（株トーキン製 ネペックＮ２１）を使用している。そ
してＰＺＴセラミクスの両面に、スパッタリングにより
ニクロム（ＮｉＣｒ）−金（Ａｕ）の２層の金属層を形
成した後、フォトリソ工程により駆動電極２および共通
電極３をパターニングする事により形成した。それぞれ
の電極は駆動回路（図示せず）に接続されていて、電極
間に圧電体基板１の厚さｄで決まる共振周波数と等しい
周波数を持つ電圧振幅を加えることにより、圧電体基板
を共振させ、インク７中に超音波９を発生させる。４は
ノズルプレートでインクミスト８を吐出させるノズル５
が形成されている。

【０００９】インク７中の超音波はインク中を伝搬しノ
ズル５内のインク表面に表面波を発生させる。この表面
波が一定以上の振幅を越えて大きくなることによりイン
クミスト８としてノズル５から吐出するのである。イン
クミスト８の大きさは圧電体基板１に加えられる電圧振
幅の周波数と関係があり、周波数が高くなるほどインク
ミスト８の大きさが小さくなる。本実施例では、周波数
が約２．２ＭＨｚで、インクミストの大きさは３μｍ〜
１０μｍであったが、目的に応じて周波数をかえてイン
クミストの大きさを変化させることもできる。

【００１０】６は音響レンズで圧電体基板から発生した
超音波をノズル５に近傍集中するよう超音波を屈折させ
る働きを持っている。音響レンズは固体中の音速が液体
であるインク中の音速より速い為に、光学レンズと違い
図に示すような凹面レンズにより超音波を集中すること
ができる。これにより従来はノズル面積と同じ面積の圧
電体で発生する超音波エネルギーしか利用できなかった
ものが、ノズル面積に比べて大きな面積の圧電体で発生
する超音波エネルギーを使用でき、圧電体基板の駆動電
圧を大幅に低下することができた。音響レンズの材質と
しては、超音波の内部損失の少なくするために、機械的
品質係数Ｑの大きい材質を使用するのが望ましい。

【００１１】図２は記録時間を変化させる為の回路構成
を示す図である。発振回路により発生した２．２ＭＨｚ
の基本信号はアンプ６０により増幅される。そしてこの
駆動信号を、データ生成部によって作られシフトレジス
タ６５・・・群に順に蓄えられた記録データと、書き込
み制御部のパルスとの論理積によって振動子６２（圧電
体基板１、駆動電極２、共通電極３から構成される）を
スイッチングするような回路構成となっている。

【００１２】図３は本実施例のインクジェットヘッドを
用いて、記録時間と印写濃度の関係を測定した結果を示
す図である。記録時間の増加とともに印写濃度がなめら
かに変化している。さらに詳しい実験を行うことによ
り、実用しうる表現階調数は２５６階調以上あることが
わかった。従って本発明のインクジェットヘッドを用い
れば、記録時間を変化させることにより、印写ドットの
濃度を１ドット単位で変調可能である。このため解像度
を低下させることなく、画像情報の様な階調情報を含む
情報の記録が可能になる。

【００１３】図４、図５に本発明のインクジェットヘッ
ドの他の音響レンズの実施例の斜視図を示した。斜線部
はその断面形状である。

【００１４】図４（ａ）に示したものは、図１に示した
音響レンズと違い、断面形状に曲線部を持たない。この
形状では図１に比べて超音波の焦点の面積は大きくなり
音響レンズとしての効果は図１に比べて少ないが形成が
簡単になり、製造コストを低下できる。図４（ｂ）は図
４（ａ）の効果をより図１に近づける為の工夫で、これ
は光学レンズのフレネルレンズとしてよく知られている
方法である。図５にあげたものは完全に非曲面で構成し
たタイプである。これらのものは一方向でのみ超音波の
集束が起こるタイプで、図４に示したタイプに比べて音
響レンズとしての効率はさらに悪くなるが、ノズルをラ
イン状に形成したラインヘッドの場合形成が図１、図４
に示したタイプ比べて形成が非常に簡単になるというメ
リットを持つ。

【００１５】図６は本発明のインクジェットヘッドをラ
イン状ヘッドとして構成した時の実施例である。

【００１６】１ｍｍ厚のＰＺＴ基板を圧電体基板１とし
て使用し、そこにフォトリソ法を用いて駆動電極２、お
よび共通電極３をパターニングした。圧電体基板の中央
部にはインクを外部からノズル部へ供給するため孔また
はスリットである供給口１０が形成されている。さらに
圧電体基板上に、音響レンズ６を接着し、その上にノズ
ルプレート４を接着することによりライン状のインクジ
ェットヘッドを作製した。音響レンズのタイプとしては
図５（ａ）のタイプのものを使用した。ノズルは図に示
す様に２本のラインｌ１、ｌ２上に形成され、ぞれぞれ
のライン上のノズル間のピッチｐに対してラインの違う
ノズル間のピッチｄがｐ＝２＊ｄの関係をなすように形
成させており、ｌ１、ｌ２のノズルの印字タイミングを
記録紙上で記録像が同一ラインになるように調整するこ
とにより、記録紙上ではノズルピッチｐの２倍の解像度
を得ることができ、記録の高解像度化が容易に行えるの
である。

【００１７】

【発明の効果】本発明によれば、圧電体基板とノズルプ
レートのギャップに保持されたインクをノズルからイン
クミストとして吐出するインクジェットヘッドにおい
て、圧電体基板とインクの間に音響レンズを設けたこと
により、従来に比べて広い面積の圧電体基板の振動を利
用できるため、圧電体基板を駆動する電圧を低下する事
ができると言う効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における実施例のインクジェットヘッド
の断面図を示した説明図である。

【図２】本発明の実施例のインクジェットヘッドを駆動
する回路構成を示す説明図である。

【図３】本発明の実施例のインクジェットヘッドの記録
時間と印写濃度の関係を示すグラフである。

【図４】本発明の実施例のインクジェットヘッドの音響
レンズの第２の実施例を示した図である。

【図５】本発明の実施例のインクジェットヘッドの音響
レンズの第３の実施例を示した図である。

【図６】本発明における他の実施例のインクジェットヘ
ッドの示した図である。

【図７】従来のインクジェットヘッドを示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１・・・圧電体基板 ２・・・駆動電極 ３・・・共通電極 ４・・・ノズルプレート ５・・・ノズル ６・・・音響レンズ ７・・・インク ８・・・インクミスト ９・・・超音波 １０・・・供給口

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電体基板と、この圧電体基板の表面と
   裏面に配された少なくとも１対の電極と、前記電極間に
   この圧電体基板の共振周波数に等しい周期で変化する電
   圧を選択的に印加する駆動手段と、前記圧電体基板と平
   行に配されたノズルプレートと、前記圧電体基板とノズ
   ルプレートのギャップに保持されたインクとを備え、前
   記インクをノズルプレートのノズルからインクミストと
   して吐出するインクジェットヘッドにおいて、前記圧電
   体基板とインクの間に音響レンズを設けたことを特徴と
   するインクジェットヘッド。