JP3374877B2 - インクジェット式記録ヘッド - Google Patents

インクジェット式記録ヘッド

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JP3374877B2
JP3374877B2 JP18773894A JP18773894A JP3374877B2 JP 3374877 B2 JP3374877 B2 JP 3374877B2 JP 18773894 A JP18773894 A JP 18773894A JP 18773894 A JP18773894 A JP 18773894A JP 3374877 B2 JP3374877 B2 JP 3374877B2
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、一端にインク供給口、
他端にノズル開口が連通する圧力発生室を、圧電振動子
により膨張収縮させて、圧力発生室内のインクを吐出さ
せるインクジェット式記録ヘッドの構造に関する。
【0002】
【従来の技術】周知のように、1枚の基板に複数のノズ
ル開口を配置したいわゆるマルチノズル型インクジェッ
ト式記録ヘッドは、複数のノズル開口が穿設されたノズ
ルプレートと、圧力発生室やインク供給流路を区画する
スペーサ、及び他方の面を封止する第2プレートを積
層、固定し、圧電振動子により圧力発生室に圧力を発生
させ、この圧力を第2プレート等の弾性に基づくコンプ
ライアンスにより蓄圧して、エネルギの有効利用を図り
ながらインク滴を飛翔させるように構成されている。
【0003】そして、記録ヘッドの記録密度の向上を図
るためにノズル開口列のピッチが小さくなる傾向にあ
り、これに伴って圧力発生室のサイズも小さくならざる
を得ない。このような圧力発生室の微小化にともなっ
て、圧力発生源を圧電振動子に頼るインクジェット式記
録ヘッドにあっては、圧電振動子の変位量を大きくでき
ることから長手方向に伸縮する、いわゆる縦振動モード
の圧電振動子が好都合である。
【0004】図7(イ)は、上述したような縦振動モー
ドの圧電振動子を用いたインクジェット式記録ヘッドの
一例を示すものであって、圧力発生室Aを形成する振動
板Bには、圧電振動子Cの押圧を受けるアイランド部D
と、これを挟んでノズル開口Eとインク供給口F側とに
薄肉部G、Hを設け、これら薄肉部G、Hによりインク
吐出に必要なコンプライアンスを確保するように構成さ
れている。このような構成を採ると、同図(ロ)に示し
たようにインク吐出のために圧電振動子Cが伸長する
と、圧力発生室Aに生じた3気圧程度の圧力により薄肉
部G、Hが外側にたわんでエネルギを溜めつつ、ノズル
開口Eからインク滴を吐出させる。インク滴吐出終了後
に圧電振動子Cが元の状態に収縮すると、各薄肉部G、
Hに蓄積された弾性エネルギが開放されることになる。
これら各薄肉部G、Hは、容量として機能し、また圧力
発生室A全体のインクが質量として機能するため、各薄
肉部Gと薄肉部Hとの間のエネルギの差により圧力発生
室Aのインクに弾性振動が生じることになる。この振動
は、圧力波となって各薄肉部G、H間を10のマイナス
6乗秒程度の周期で薄肉部G、Hの間を交互に伝搬し薄
肉部G、Hを振動させる(ハ、ニ)。この振動は圧力発
生室Aに連通するノズル開口Eのメニスカスを高速で振
動させることになり、ノズル開口Eからインクミストが
生じて記録用紙を汚染したり、またひどい場合には圧力
発生室内に気泡を引き込んで印刷を不可能にするという
問題がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような問
題に鑑みてなされたものであって、その目的とするとこ
ろは、インク吐出後の振動板の薄肉部における振動を抑
制することができる新規なインクジェット式記録ヘッド
を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】このような問題を解消す
るために本発明においては、ノズル開口が穿設されたノ
ズルプレートと、圧力発生室、インク供給口、リザーバ
を区画する通孔が穿設されたスペーサと、少なくともノ
ズル開口側とインク供給口側とにコンプライアンスを確
保するための薄肉部が形成され、また中央部にアイラン
ド部が形成された振動板とを積層するとともに、前記ア
イランド部を介して圧電振動子により前記圧力発生室を
圧縮して前記ノズル開口からインク滴を吐出させるイン
クジェット式記録ヘッドにおいて、前記振動板全体のコ
ンプライアンスをノズル開口側とインク供給口側とで実
質的に同一乃至前記ノズル開口側のコンプライアンスが
20パーセント程度小さくなるように按分した。
【0007】
【作用】加圧点を挟む両側のコンプライアンスがほぼ
ランスしているため、振動板に蓄積される弾性エネルギ
におおきな差異がなく、圧電振動子を挟む前後での圧力
エネルギの移動がなくなり、インク吐出後のメニスカス
の高速振動が発生せず、インクミストの発生が防止され
る。
【0008】
【実施例】そこで以下に本発明の詳細を図示した実施例
に基づいて説明する。図1、2は、それぞれ本発明の一
実施例を示すインクジェット式記録ヘッドの組立斜視図
と、断面図であって、図中符号1は、ノズル開口2、
2、2‥‥が穿設されたノズルプレート、3は、圧力発
生室4やインク供給口5、リザーバ6となる空間を区画
するスペーサ、7は、振動板で、これら各部材は積層さ
れて接合されている。
【0009】図3は、前述の振動板7の一実施例を示す
ものであって、後述する圧電振動子8の伸長、収縮に各
圧力発生室4の一致して広い範囲が変形するように比較
的剛性の高いアイランド部9と、これを挟むようにして
ノズル開口側とインク供給口側にインク吐出に必要なコ
ンプライアンスを確保するための薄肉部10、11とが
形成されており、圧電振動子8がその先端をアイランド
部9に当接させて固定されている。
【0010】再び図1、2に戻って図中符号8は、前述
した圧電振動子で、この実施例では複数の電極12、1
3と圧電材料14とを積層して、駆動信号が印加された
場合に図中矢印Aの方向に伸長するように構成されてお
り、固定板15を介して基台16に固定されている。こ
れら圧電振動子8、8、8‥‥は、1列のノズル開口数
以上のものを固定板15に一定のピッチで固定して圧電
振動ユニットとして構成されていて、基台16の振動子
収容孔18に落し込むことにより各圧電振動子8、8、
8‥‥が振動板7のアイランド部9、9、9‥‥に当接
するようになっている。
【0011】これら振動板7、スペーサ3、ノズルプレ
ート1は、基台16の上面に順番に積層されて枠体19
により基台16に一体に固定されてインクジェット式記
録ヘッドに纏られている。
【0012】図4は、上述したインクジェット式記録ヘ
ッドのノズル開口、圧力発生室、及び共通のインク室の
近傍を拡大して示す断面図であって、図中符号20は、
コンプライアンス調整用の質量体で、一方の薄肉部、こ
の実施例では、振動板7を構成した段階で、コンプライ
アンスが大きくなってしまったノズル開口側の薄肉部1
0に付加されており、ノズル開口側の薄肉部10のコン
プライアンスがインク供給口側の薄肉部11によるコン
プライアンスと同一、若しくは20パーセント程度低く
するために貼着されている。このような質量体を付加す
るには接着剤や蝋付け等の技術を用いることができる。
【0013】この実施例において、圧電振動子8に駆動
信号が印加されてこれが伸長変位すると、アイランド部
9を介してその変位が振動板7に伝達され、圧力発生室
4が圧縮される。これによりノズル開口側の薄肉部10
とインク供給口側の薄肉部11との両方の合計のコンプ
ライアンスによりノズル開口2から最適な形状、サイ
ズ、及び速度を持ったインク滴が吐出する。このとき、
圧力発生室4には通常3気圧程度の圧力が発生するた
め、図7(ロ)に示したのと同様に薄肉部10、11が
外側、つまり圧電振動素子8側にそれぞれ膨張して、圧
力エネルギの一部を一旦、貯えた後に開放することでイ
ンク滴を吐出する。
【0014】インク吐出が終了して圧電振動子8が元の
状態に収縮すると、圧力発生室4が膨張し、これにより
インク供給口5を経由して共通のインク室6から圧力発
生室4にインクが流れ込み、次のインク滴の発生に備え
る。
【0015】しかしながら、本発明においては薄肉部1
0に質量体20を付加して、圧電振動子8を挟む圧力発
生室4の両側のコンプライアンスが実質的に同一となる
ように調整されているので、ノズル開口側開放された
エネルギとインク供給口側で開放されたエネルギとはそ
の大きさが同一となるため、相互の移動がなく、したが
ってメニスカスを振動させるような高周波振動の発生は
起こらない。
【0016】なお、メニスカスは、圧力発生室4の流体
特性により決まる5kHz乃至10kHz程度の比較的
低い周波数で自己振動を生じるが、このような流体特性
に起因するメニスカスの運動は、エネルギが極めて小さ
いからインクミストを発生させるまでには至らない。
【0017】図5は、圧力発生室の全体のコンプライア
ンスを一定に保ちつつ、インク供給口側のコンプライア
ンスとノズル開口側のコンプライアンスとの割合と、イ
ンクミストの発生との相関関係を示す線図であって、図
中記号○はインクミストを発生しない場合を、また△は
インクミストを若干発生する場合を、さらに記号×はイ
ンクミストを確実に発生する場合をそれぞれ示す。な
お、各記号を結ぶ円弧状の曲線は、コンプライアンスが
一定であることを示す。
【0018】図5からも明らかなように全体のコンプラ
イアンスが大きい程、振動周波数が低く、またノズル開
口側のコンプライアンスがインク供給口側のコンプライ
アンスと同等か、または20%程度小さい場合にはイン
クミストの発生を防止することができる。
【0019】図6は、それぞれ上述したノズル開口側の
コンプライアンスとインク供給流路側のコンプライアン
スとの大きさを調整して加圧点を挟む2つの領域のコン
プライアンスのバランスをとるための具体的手段を示す
ものである。
【0020】図6(イ)に示した実施例は、圧力発生室
4の形状を変更することでコンプライアンスを調整する
もので、この実施例ではインク供給口側の圧力発生室4
の幅を若干くびれさせて小さくし、領域の薄肉部11の
コンプライアンスとノズル開口2側の薄肉部10のコン
プライアンスをほぼ同一とするようにしたものである。
【0021】図6(ロ)に示した実施例は、アイランド
部9の位置をΔLだけコンプライアンスが大きなインク
供給口5側に移動させて、ノズル開口2側の薄肉部10
コンプライアンスを大きく、またインク供給口5側の薄
給肉部11のコンプライアンスを小さくしてバランスを
取ったものである。
【0022】図6(ハ)に示した実施例は、圧電振動子
8の当接位置をアイランド部9の中心をコンプライアン
スが大きなインク供給口5側にずらせてノズル開口2側
とインク供給口側と薄肉部10、11のコンプライアン
スのバランスを図ったものである。
【0023】図6(ニ)に示した実施例は、圧力発生室
4を長手方向、つまりノズル開口2とインク供給口5と
を結ぶ方向の形状を、上記長手方向に直行する線に対し
て対称となるように構成し、その対称線にアイランド部
9、及び圧電振動子8の対称線C1、C2を一致して配
置したもので、圧力発生室4、アイランド部9の形状を
精密に製作さえすれば、特別な調整が不要となり極めて
実用的な手法となる。
【0024】さらにはアイランドや圧電振動子の配置の
形態上、どうしてもコンプライアンスが大きくなる側の
薄肉部を若干厚く構成することにより、この領域のコン
プライアンスを下げることができる。
【0025】
【発明の効果】以上、説明したように本発明において
は、振動板の全体のコンプライアンスをノズル開口側と
インク供給口側とで実質的に同一乃至ノズル開口側のコ
ンプライアンスが20パーセント程度小さくとなるよう
に按分するようにしたので、振動板全体としてのコンプ
ライアンスを最適な値に保ちつつ、加圧点を挟んで異な
る位置に存在する薄肉部に蓄積されたエネルギ量の相違
に起因する振動を抑制して、インクミストの発生や、さ
らには圧力発生室ヘの気泡の引き込みを防止することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す組み立て斜視図であ
る。
【図2】圧力発生室近傍を拡大して示す断面図である。
【図3】同上装置の振動板を拡大して示す斜視図であ
る。
【図4】本発明の一実施例を圧力発生室近傍を拡大して
示す図である。
【図5】ノズル開口側とインク供給口側のコンプライア
ンスの割合とインクミストの発生との関係を示す線図で
ある。
【図6】図(イ)乃至(ニ)は、それぞれ本発明の他の
実施例を示す図である。
【図7】図(イ)乃至(ニ)は、それぞれ従来のインク
ジェット式記録ヘッドが静止している状態、圧電振動子
が伸長した状態、及び薄肉部が振動している状態を示す
図である。
【符号の説明】
2 ノズル開口 4 圧力発生室 5 インク供給口 6 共通のインク室 7 振動板 8 圧電振動子 9 アイランド部 10、11 薄肉部 20 質量体

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ノズル開口が穿設されたノズルプレート
    と、圧力発生室、インク供給口、リザーバを区画する通
    孔が穿設されたスペーサと、少なくともノズル開口側と
    インク供給口側とにコンプライアンスを確保するための
    薄肉部が形成され、また中央部にアイランド部が形成さ
    れた振動板とを積層するとともに、前記アイランド部を
    介して圧電振動子により前記圧力発生室を圧縮して前記
    ノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式
    記録ヘッドにおいて、 前記振動板全体のコンプライアンスをノズル開口側とイ
    ンク供給口側とで実質的に同一乃至前記ノズル開口側の
    コンプライアンスが20パーセント程度小さくなるよう
    に按分したことを特徴とするインクジェット式記録ヘッ
    ド。
  2. 【請求項2】 前記ノズル開口側の薄肉部、またはイン
    ク供給口側の薄肉部に質量体を付加して前記振動板全体
    のコンプライアンスをノズル開口側とインク供給口側と
    で実質的に同一乃至前記ノズル開口側のコンプライアン
    スが20パーセント程度小さくなるように構成したこと
    を特徴とする請求項1のインクジェット式記録ヘッド。
  3. 【請求項3】 前記ノズル開口側の薄肉部、またはイン
    ク供給口側の薄肉部の内、コンプライアンスが大きい側
    に前記アイランド部を偏位させて前記振動板全体のコン
    プライアンスをノズル開口側とインク供給口側とで実質
    的に同一乃至前記ノズル開口側のコンプライアンスが2
    0パーセント程度小さくなるように構成したことを特徴
    とする請求項1のインクジェット式記録ヘッド。
  4. 【請求項4】 前記ノズル開口側の薄肉部、またはイン
    ク供給口側の薄肉部の内、コンプライアンスが大きい側
    に前記圧電振動子の当接位置を偏位させて前記振動板全
    体のコンプライアンスをノズル開口側とインク供給口側
    とで実質的に同一乃至前記ノズル開口側のコンプライア
    ンスが20パーセント程度小さくなるように構成したこ
    とを特徴とする請求項1のインクジェット式記録ヘッ
    ド。
  5. 【請求項5】 前記ノズル開口側の薄肉部、またはイン
    ク供給口側の薄肉部の厚みを違えて前記振動板全体のコ
    ンプライアンスをノズル開口側とインク供給口側とで実
    質的に同一乃至前記ノズル開口側のコンプライアンスが
    20パーセント程度小さくなるように構成したことを特
    徴とする請求項1のインクジェット式記録ヘッド。
  6. 【請求項6】 前記圧力発生室、及び前記圧電振動子、
    及び前記アイランド部がそれぞれその長手方向の軸線に
    垂直な線に対してほぼ対称形をなすように形成されてい
    て、これらの軸線が一致するように配置された請求項1
    のインクジェット式記録ヘッド。
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