JP3001472B2 - インクジェットプリンタ用印字ヘッド - Google Patents

インクジェットプリンタ用印字ヘッド

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JP3001472B2
JP3001472B2 JP21483397A JP21483397A JP3001472B2 JP 3001472 B2 JP3001472 B2 JP 3001472B2 JP 21483397 A JP21483397 A JP 21483397A JP 21483397 A JP21483397 A JP 21483397A JP 3001472 B2 JP3001472 B2 JP 3001472B2
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print head
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俊勝 飯沼
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米沢日本電気株式会社
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェット式
のプリンタ用の印字ヘッドに関し、特に電気信号を機械
エネルギーに変換してインクの吐出を行うドロップオン
デマンド式のインクジェットプリンタ用の印字ヘッドに
関する。
【0002】
【従来の技術】図7は従来のインクジェットプリンタ用
の印字ヘッドの一例を示す透視図、図8は図7の例の要
部の詳細を示す平面図である。
【0003】従来のインクジェットプリンタ用の印字ヘ
ッドについて、図7および図8を参照して説明する。
【0004】電気信号を圧電素子によって機械エネルギ
ーに変換し、この機械エネルギーによりインク圧力室内
のインクを加圧し、各インク圧力室のノズルからインク
の吐出を行うドロップオンデマンド式のインクジェット
プリンタ用の従来の印字ヘッドは、図7に示すように、
電気信号を機械エネルギーに変換するための直方体の圧
電素子21と、圧電素子21の表面に設けた複数本の短
溝105および長溝106を覆うように接着されている
シート状のトッププレート22と、トッププレート22
上に接着されてインクカートリッジ(図示省略)から供
給されるインクを圧電素子21の長溝106に供給する
インクプール23と、圧電素子21の前面に装着されて
各長溝106のそれぞれに対応する位置にノズル403
を有するノズルプレート24とを有している。
【0005】圧電素子21は、その表面に、同じ深さで
同じ幅の複数本の短溝105と、短溝105と同じ深さ
で同じ幅の複数本の長溝106とが交互に平行に切削に
よって形成されている。短溝105と長溝106との間
は、それぞれ交互に圧電素子変形部115および116
となっている。
【0006】トッププレート22は、ポリイミド系材料
で形成されており、図8に示すように、エキシマレーザ
ー等によって形成され、インクカートリッジからインク
プール23を介して供給されるインクを通すための供給
口203を有している。供給口203は、圧電素子21
の長溝106の幅よりも充分に長い長さを有する長方形
の多数の孔が、長溝106に対して直角方向に列をなし
て複数列設けてあり、この複数列の長方形の孔の列は、
列毎に前後にずれており、一つの長溝106にかかる供
給口203の面積の合計値は、すべての長溝106に対
して同じ面積となるように形成されている。
【0007】このように構成された印字ヘッドは、次の
ように動作する。
【0008】駆動開始命令によって圧電素子21の短溝
105と長溝106との間に形成されている圧電素子変
形部115および116に電圧が印加され、圧電素子変
形部115および116が同時に収縮することにより、
長溝106が圧縮され、インクプール23から供給され
て長溝106内にあるインクは、その圧力によって流動
する。
【0009】このときのインクの流動方向は、ノズルプ
レート24のノズル403の方向、およびトッププレー
ト22の供給口203の方向の両方向である。このと
き、インクをインクプール23に逆流させないようにす
るため、供給口203は、流路面積を小さくすることに
よってしぼりを形成して流路抵抗を大きくしている。こ
のため、長溝106内のインクは、ノズル403の方に
流れ、ノズル403からインク液滴として吐出される。
ノズル403から吐出されたインク液滴は、印刷用紙の
面の所定の位置に塗布されて文字や画像を形成して記録
する。
【0010】インク液滴の吐出後は、圧電素子21の圧
電素子変形部115および116に印加されていた電圧
が解除されることにより、圧電素子変形部115および
116が元の形状に戻り、長溝106も元の容積に復元
する。
【0011】このときインクは、長溝106が元の容積
に復元するために負圧となるため、インクプール23か
ら長溝106に供給されて長溝106の負圧が解消さ
れ、インクプール23にはインクカートリッジからイン
クが供給される(ノズル403付近のインクには表面張
力がかかっているため、ノズル403付近のインクの移
動は少ない)。このようにして印字の1工程は終了す
る。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】上述したような従来の
インクジェットプリンタ用の印字ヘッドは、圧電素子の
一つの長溝にかかる複数の供給口の面積がすべて同じで
はないため、面積の小さい供給口の流路抵抗が大きくな
り、その供給口から長溝にインクを再充填するリフィル
動作ができなっくなり、各長溝のノズルからのインクの
吐出特性にばらつきが発生するという問題点を有してい
る。
【0013】また、トッププレートの多数の供給口は、
レーザー加工によって形成しているため、レーザー加工
に多くの時間を要するという問題点も有している。
【0014】更に、レーザー加工の精度が不十分なた
め、供給口のレーザー加工は、長さが10μm程度の小
さな孔である供給口の加工には不適当であるという欠点
も有している。
【0015】本発明の目的は、上述のような従来のイン
クジェットプリンタ用の印字ヘッドの欠点を解消するた
め、レーザー加工を不要とし、しかも各長溝の流路抵抗
を一定にして、各ノズルからのインクの吐出特性のばら
つきがないために良好な印字特性を得ることができる印
字ヘッドを提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明の第一のインクジ
ェットプリンタ用印字ヘッドは、電気信号を圧電素子に
よって機械エネルギーに変換し、この機械エネルギーに
よりインク圧力室の内部のインクを加圧して前記インク
圧力室のノズルからインクの吐出を行うドロップオンデ
マンド式のインクジェットプリンタ用印字ヘッドにおい
て、直方体に形成された前記圧電素子の表面に同じ幅で
同じ深さの平行な複数本の短溝および複数本の長溝を交
互に形成し、電気鋳造法にて形成して所定の大きさの複
数個の孔を格子状に配列した供給口を設けたシート状の
トッププレートを前記複数本の短溝および前記複数本の
長溝を覆うように前記圧電素子の上に設け、さらに、前
記トッププレートの前記供給口をすべての前記複数本の
長溝の後端部に対応する部分に長方形に開口し、前記ト
ッププレートの前記供給口の上にインクカートリッジか
らインクを供給されるインクプールを設けたものであ
る。また、前記供給口の格子状の孔群の大きさを1辺が
10μmとしたものである。
【0017】本発明の第二のインクジェットプリンタ用
印字ヘッドは、電気信号を圧電素子によって機械エネル
ギーに変換し、この機械エネルギーによりインク圧力室
の内部のインクを加圧して前記インク圧力室のノズルか
らインクの吐出を行うドロップオンデマンド式のインク
ジェットプリンタ用印字ヘッドにおいて、直方体に形成
された前記圧電素子の表面に同じ幅で同じ深さの平行な
複数本の短溝および複数本の長溝を交互に形成し、少な
くとも1枚のメッシュフィルタを装着した供給口を有す
るシート状に形成したトッププレートを前記複数本の短
溝および前記複数本の長溝を覆うように前記圧電素子の
上に設け、前記トッププレートの前記供給口をすべての
前記複数本の長溝の後端部に対応する部分に長方形に開
口し、前記トッププレートの前記供給口の上にインクカ
ートリッジからインクを供給されるインクプールを設け
たものであり、特に、前記メッシュフィルタの各メッシ
ュの大きさを30〜50μmとし、前記メッシュフィル
タの数を1枚または2枚とし、また、前記トッププレー
トの材料をイミド系の材料とし、また、前記メッシュフ
ィルタを熱圧着によって前記トッププレートに装着した
ものである。
【0018】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
【0019】図1は、図2の実施形態の主要部を示す透
視図、図2は、本発明の第一の実施形態の外観を示す斜
視図、図3は、図1の実施形態の要部の詳細を示す平面
図である。
【0020】本実施形態のインクジェットプリンタ用印
字ヘッドは、図1および図2に示すように、電気信号を
機械エネルギーに変換するための直方体の圧電素子1
と、圧電素子1の表面に設けたそれぞれ複数本の短溝1
01および長溝102を覆うように装着されている電気
鋳造法によって形成されたシート状のトッププレート2
と、トッププレート2上に接着されてインクカートリッ
ジ(図示省略)から供給されるインクを圧電素子1の長
溝101に供給するインクプール3と、圧電素子1の前
面に装着されて長溝102に対応する位置にそれぞれノ
ズル401を有するノズルプレート4とを有している。
【0021】圧電素子1は、その表面に、深さ200μ
mで幅60μmの同じ深さ同じ幅の複数本の短溝101
と、短溝101と同じ深さで同じ幅の複数本の長溝10
2とが交互に平行に切削によって形成されている。短溝
101と長溝102との間は、圧電素子変形部111お
よび112となっている。
【0022】トッププレート2は、電気鋳造法によって
形成されたシート状のニッケル板であり、図3に示すよ
うに、一辺が10μmの角孔が縦方向および横方向に連
続して格子状に配列された供給口201を有しており、
この供給口201から、インクカートリッジからインク
プール3を介して供給されるインクを圧力室である長溝
102に供給する。
【0023】このように構成された印字ヘッドは、次の
ように動作する。
【0024】駆動開始命令によって圧電素子1の短溝1
01と長溝102との間に形成されている圧電素子変形
部111および112に電圧が印加され、圧電素子変形
部111および112が同時に収縮することにより、長
溝102が圧縮され、インクプール3から供給されて長
溝102内にあるインクは、その圧力によって流動す
る。
【0025】このときのインクの流動方向は、ノズルプ
レート4のノズル401の方向、およびトッププレート
2の供給口201の方向の両方向であるが、供給口20
1は、流路面積が小さいために流路抵抗が大きく、従っ
てインクをインクプール3に逆流させず、インクは、長
溝102内をノズル401の方に流れ、ノズル401か
らインク液滴として吐出される。ノズル401から吐出
されたインク液滴は、印刷用紙の面の所定の位置に塗布
されて文字や画像を形成して記録する。
【0026】インク液滴の吐出後は、圧電素子1の圧電
素子変形部111および112に印加されていた電圧が
解除されることにより、圧電素子変形部111および1
12が元の形状に戻り、長溝102も元の容積に復元す
る。
【0027】このときインクは、長溝102が元の容積
に復元するために負圧となるため、インクプール3から
長溝102に供給されて長溝102の負圧が解消され、
インクプール3にはインクカートリッジからインクが供
給される(ノズル401付近のインクには表面張力がか
かっているため、ノズル401付近のインクの移動は少
ない)。このようにして印字の1工程は終了する。
【0028】このように、本実施形態は、トッププレー
ト2の供給口201の形状が、一辺が10μmの角孔を
縦方向および横方向に連続して配列して格子状に形成し
たものであるため、複数本の長溝102にかかる供給口
201の総面積が一定である。従ってすべての長溝10
2の供給口201の流路抵抗が一定であり、その供給口
から長溝にインクを再充填するリフィル動作が一様とな
るため、各長溝のノズルからのインクの吐出特性にばら
つきがなくなる。
【0029】また、トッププレート2は、電気鋳造法に
よって形成されるため、トッププレート2の多数の供給
口201をレーザー加工によって形成する必要がなく、
従って供給口の加工時間を削減することができる。
【0030】更に、電気鋳造法は、一辺が10μmの角
孔を容易に形成することができるため、一辺が10μm
の角孔を縦方向および横方向に連続して格子状に配列し
た供給口を形成するのは容易である。
【0031】図4は、本発明の第二の実施形態の外観を
示す斜視図、図5は、図1の実施形態の主要部を示す透
視図、図6は、図1の実施形態の要部の詳細を示す平面
図である。
【0032】本実施形態のインクジェットプリンタ用印
字ヘッドは、図4に示すように、その外観は図2の第一
の実施形態と同じである。すなわち、圧電素子11と、
トッププレート12と、インクプール13と、ノズルプ
レート14とを有しており、圧電素子11およびインク
プール13およびノズルプレート14の構成および作用
は、図1の第一の実施形態のそれぞれ対応する部分の構
成および作用と同じである。
【0033】トッププレート12は、図5および図6に
示すように、すべての長溝104の後端部に対応する部
分に開口した長方形の供給口202を有するイミド系材
料で形成されたシート状の部材であり、圧電素子11の
表面に交互に平行に形成されている複数本の短溝103
および複数本の長溝104とのすべてを覆うように圧電
素子11の上面に装着されている。
【0034】供給口202には、各メッシュ(網目)の
大きさが30〜50μmのステンレススチール製の少な
くとも1枚のメッシュフィルタ301が、熱圧着によっ
て装着されている。メッシュフィルタ301が2枚以上
の場合は、メッシュ(網目)を潰さないように、互いに
少しずつずらして装着する。このように構成されたトッ
ププレート12の供給口202から、インクカートリッ
ジからインクプール13を介して供給されるインクを圧
力室である長溝104に供給する。
【0035】このように構成された印字ヘッドの作用お
よび効果は、図1の第一の実施形態と同じである。
【0036】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のインクジ
ェットプリンタ用印字ヘッドは、インクカートリッジか
らインクプールを介して圧力室である圧電素子の長溝に
インクを供給するための供給口を有するトッププレート
を、電気鋳造法によってシート状に形成するか、また
は、イミド系材料でシート状に形成し、長溝の後端部に
対応する部分に長方形に開口した供給口を設けてその供
給口にメッシュフィルタを装着することにより、長溝に
対する供給口の形状が常に一定となるため、各長溝の流
路抵抗が一定となって各ノズルからのインクの吐出特性
のばらつきがなくなり、従って良好な印字特性を得るこ
とができるという効果がある。また、トッププレートの
供給口の製作のためのレーザー加工が不要となるため、
製造コストを低減できるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】図2の実施形態の主要部を示す透視図である。
【図2】本発明の第一の実施形態の外観を示す斜視図で
ある。
【図3】図1の実施形態の要部の詳細を示す平面図であ
る。
【図4】本発明の第一の実施形態の外観を示す斜視図で
ある。
【図5】図1の実施形態の主要部を示す透視図である。
【図6】図1の実施形態の要部の詳細を示す平面図であ
る。
【図7】従来のインクジェットプリンタ用の印字ヘッド
の一例を示す透視図である。
【図8】図7の例の要部の詳細を示す平面図である。
【符号の説明】 1・11・21 圧電素子 2・12・22 トッププレート 3・13・23 インクプール 4・14・24 ノズルプレート 101・103・105 短溝 102・104・106 長溝 111・112・113・114・115・116
圧電素子変形部 201・202・203 供給口 301 メッシュフィルタ 401・402・403 ノズル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B41J 2/045 B41J 2/055 B41J 2/16

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電気信号を圧電素子によって機械エネル
    ギーに変換し、この機械エネルギーによりインク圧力室
    の内部のインクを加圧して前記インク圧力室のノズルか
    らインクの吐出を行うドロップオンデマンド式のインク
    ジェットプリンタ用印字ヘッドにおいて、直方体に形成
    された前記圧電素子の表面に同じ幅で同じ深さの平行な
    複数本の短溝および複数本の長溝を交互に形成し、電気
    鋳造法にて形成して所定の大きさの複数個の孔を格子状
    に配列した供給口を設けたシート状のトッププレートを
    前記複数本の短溝および前記複数本の長溝を覆うように
    前記圧電素子の上に設け、さらに、前記トッププレート
    の前記供給口をすべての前記複数本の長溝の後端部に対
    応する部分に長方形に開口し、前記トッププレートの前
    記供給口の上にインクカートリッジからインクを供給さ
    れるインクプールを設けたことを特徴とするインクジェ
    ットプリンタ用印字ヘッド。
  2. 【請求項2】 前記供給口の各孔の大きさを1辺が10
    μmとしたことを特徴とする請求項1記載のインクジェ
    ットプリンタ用印字ヘッド。
  3. 【請求項3】 電気信号を圧電素子によって機械エネル
    ギーに変換し、この機械エネルギーによりインク圧力室
    の内部のインクを加圧して前記インク圧力室のノズルか
    らインクの吐出を行うドロップオンデマンド式のインク
    ジェットプリンタ用印字ヘッドにおいて、直方体に形成
    された前記圧電素子の表面に同じ幅で同じ深さの平行な
    複数本の短溝および複数本の長溝を交互に形成し、少な
    くとも1枚のメッシュフィルタを装着した供給口を有す
    るシート状に形成したトッププレートを前記複数本の短
    溝および前記複数本の長溝を覆うように前記圧電素子の
    上に設け、前記トッププレートの前記供給口をすべての
    前記複数本の長溝の後端部に対応する部分に長方形に開
    口し、前記トッププレートの前記供給口の上にインクカ
    ートリッジからインクを供給されるインクプールを設け
    たことを特徴とするインクジェットプリンタ用印字ヘッ
    ド。
  4. 【請求項4】 前記メッシュフィルタの各メッシュの大
    きさを 30〜50μmとしたことを特徴とする請求項
    3記載のインクジェットプリンタ用印字ヘッド。
  5. 【請求項5】 前記メッシュフィルタの数を1枚とした
    ことを特徴とする請求項3または請求項4記載のインク
    ジェットプリンタ用印字ヘッド。
  6. 【請求項6】 前記メッシュフィルタの数を2枚とした
    ことを特徴とする請求項3または請求項4記載のインク
    ジェットプリンタ用印字ヘッド。
  7. 【請求項7】 前記トッププレートの材料をイミド系の
    材料としたことを特徴とする請求項3または請求項4ま
    たは請求項5または請求項6記載のインクジェットプリ
    ンタ用印字ヘッド。
  8. 【請求項8】 前記メッシュフィルタを熱圧着によって
    前記トッププレートに装着したことを特徴とする請求項
    3または請求項4または請求項5または請求項6または
    請求項7記載のインクジェットプリンタ用印字ヘッド。
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