JPH10193601A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加工時およびヘッド組立時の熱履歴や長期使
用による圧電部材の分極状態の劣化を再分極処理によっ
て回復させる。 【解決手段】 分極処理された圧電部材５０をインク滴
吐出用アクチュエータとして用いたインクジェット記録
装置１において、上記圧電部材５０を再分極処理するた
めの直流電圧印加手段６６および加熱手段７０を設け
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像信号に応じて
ノズルからインク滴を吐出し、記録紙等の記録媒体に付
着させて画像を記録するインクジェット記録装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、インクジェット記録装置のイ
ンク滴吐出部であるインクジェットヘッドに、インク滴
を吐出させるアクチュエータとして圧電部材を用いたも
のが知られている。この種のインクジェットヘッドは、
インクを収容した複数のインクキャビティと、各インク
キャビティに対応して配置された複数の圧電部材を備え
ており、通常は複数の部材を接着することにより一体的
に組み立てられている。そして、このヘッドによる画像
形成時には、各圧電部材に画像信号に応じて駆動電圧を
印加することにより選択的に変形させ、この変形に基づ
きインクキャビティ内のインクを加圧して、各インクキ
ャビティに連通するノズルからインク滴を吐出するよう
になっている。

【０００３】上記圧電部材は、印加される電圧に応答し
て変形するように、通常、予め分極処理が施されてい
る。分極処理は、通常、圧電部材を高温に加熱しながら
高電圧を印加することにより内部の電気双極子を一方向
に揃えることによって行われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、各圧電部材
をヘッド内部に正確に配置するのを容易にする目的で、
平板状の圧電板を支持部材上に固定した後、ダイシング
ソー等で切断あるいは溝形成などの加工を施して、上記
複数の圧電部材を形成する方法が提案されている。とこ
ろが、ダイシングソー等の工具による加工の際、各圧電
部材は工具との摩擦によりかなりの高温となり、いわば
加熱された状態となる。

【０００５】また、圧電部材を支持基板上に固定する
際、あるいは、ヘッドを構成する各部材を互いに接着固
定する際に熱硬化性接着剤を用いた場合、接着剤の硬化
のために加熱が必要となり、圧電部材が高温に曝される
恐れがある。このように、ヘッドの加工あるいは組立の
際に圧電部材が熱履歴を受けると、分極が一部消滅する
ことが判っている。

【０００６】ヘッド組立の各工程の中の特定のものが圧
電部材の分極状態に影響を及ぼす以外にも、ヘッドの長
期使用やその使用環境に依存して、圧電部材の分極が徐
々に消滅することが判明している。このような圧電部材
の分極状態の劣化は駆動電圧に対する変形量の低下を招
来し、インク吐出効率が悪くなるだけでなく、吐出され
るインク滴の大きさや方向性が不安定になり、画質が低
下するという問題があった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は上記問
題点を解消すべくなされたもので、分極処理を施した圧
電部材をインク滴吐出用アクチュエータとして用いたイ
ンクジェット記録装置において、上記圧電部材を再分極
処理する分極処理手段を設けたものである。

【０００８】上記分極処理手段は、圧電部材に所定値の
直流電圧を印加する直流電圧印加手段と、上記圧電部材
を所定温度に加熱する加熱手段とで構成するのが好まし
い。

【０００９】また、上記インクジェット記録装置に、上
記圧電部材の分極状態の劣化の程度を検出する検出手段
と、この検出結果に基づき上記分極処理手段を制御する
制御手段とを設けてもよい。

【００１０】

【発明の作用および効果】本発明にかかるインクジェッ
ト記録装置によれば、圧電部材を含むインクジェットヘ
ッドを記録装置に組み込んだ状態で、分極処理手段によ
り圧電部材に再分極処理を施すことができる。したがっ
て、溝加工時や組立時における熱履歴や長期使用等によ
って劣化した圧電部材の分極状態を初期状態にほぼ回復
させることができる。これにより、駆動電圧に対する圧
電部材の変形量が安定し、インク滴の大きさや吐出方向
性のばらつきをなくすことができるので、画質を良好な
状態に維持でき、装置の信頼性が向上する。

【００１１】また、圧電部材の再分極処理は、定期的
に、またはプリント枚数に応じて行ってもよいが、上記
圧電部材の分極状態の劣化の程度を検出する検出手段
と、この検出値に基づき上記分極処理手段を制御する制
御手段とを備えたインクジェット記録装置によれば、最
適のタイミングで再分極処理を施すことができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態について説明する。図１は本発明の一実施
形態であるインクジェット記録装置１の主要部の斜視図
である。このインクジェット記録装置１は、インクジェ
ットヘッド１０を備えている。インクジェットヘッド１
０は、二本のガイドロッド１２，１４に摺動自在に支持
されたキャリッジ１６上に取り付けられている。キャリ
ッジ１６の下部には、駆動プーリ１８とアイドルプーリ
２０に巻掛けられたタイミングベルト２２が連結されて
いる。これにより、駆動プーリ１８に連結されたモータ
２４を駆動すると、キャリッジ１６がガイドロッド１
２，１４に沿って矢印２６方向に往復移動し、インクジ
ェットヘッド１０が用紙等の記録媒体２に対向しつつ走
査するようになっている。

【００１３】図２から図４は上記インクジェットヘッド
１０の詳細な構成を示している。このヘッド１０は、図
２に示すように、記録媒体２の対向部に天板３０を備え
ている。天板３０は、金属、合成樹脂、またはセラミッ
ク等からなり、その裏面をフォトリソグラフィ等の方法
で微細加工して、ヘッド１０の走査方向（矢印２６方
向）と直交する中央線３２に関して対称に複数の溝状凹
部が形成されている。

【００１４】天板３０の凹部形成面には、金属や合成樹
脂等の薄膜からなる隔壁３４が各凹部を覆って接着され
ている。この隔壁３４で覆われた各凹部の内部にそれぞ
れ、インクを収容するインクキャビティ３６と、補給用
インクを収容するインク供給室３８と、各インクキャビ
ティ３６をインク供給室３８に連通させるインクインレ
ット４０が形成されている。

【００１５】インクキャビティ３６は、中央線３２と直
交する方向に平行に延びる長溝状であって、中央線３２
に沿って配列されている。また、天板３０にはエキシマ
レーザ加工等の方法により複数のノズル４２が形成され
ている。ノズル４２は中央線３２に沿う直線上に等ピッ
チで形成され、各インクキャビティ３６の端部近傍にそ
れぞれ連通している。インク供給室３８は、インクキャ
ビティ３６を挟んで中央線３２の反対側に形成されてお
り、図示しないインクタンクに接続されている。

【００１６】隔壁３４と基板４８との間には、隔壁３４
を介して各インクキャビティ３６に対向する圧電部材５
０と、隣接する圧電部材５０の間に位置する仕切壁５２
と、圧電部材５０の外側に配置されたスペーサ部材５４
とがそれぞれ固定されている。圧電部材５０は、後述す
るように分極処理が施されており、電圧印加時の変形に
よってノズル４２からインク滴を吐出させるアクチュエ
ータとして機能する。

【００１７】上記圧電部材５０および仕切壁５２はつぎ
のようにして形成される。周知の圧電材料からなる圧電
板の上面と下面にそれぞれ共通電極、個別電極となる導
電性金属層（図示せず）をスパッタリング等により形成
し、高温下でこれら電極間に所定電圧を印加して圧電板
に厚み方向の分極処理を施す。その後、圧電板を基板４
８に接着固定し、ダイシング加工で横方向溝５６と縦方
向溝５８を形成することにより、圧電部材５０と仕切壁
５２とに分割される。一方、スペーサ部材５４は、非圧
電性の絶縁材料、例えばセラミック等で形成され、圧電
部材５０と同じ厚みを有している。なお、圧電部材５０
は単層タイプのものに限らず、電極となる導電性金属層
を交互に挟むように複数の圧電薄層を積層して形成され
る積層型圧電部材を用いてもよい。

【００１８】各圧電部材５０の上部の共通電極は、例え
ば、導電性の隔壁３４を介して一括してアースに接続さ
れている。これに対し、各圧電部材５０の下部の個別電
極は、基板４８上に圧電部材５０に対応してパターン形
成された配線６０に導通している。これら配線６０はヘ
ッド１０の側面まで延びており、そこから切替スイッチ
６２を介して画像信号制御回路６４に接続されている。
これにより、画像信号制御回路６４から各圧電部材５０
に画像信号に応じて駆動電圧が印加されるようになって
いる。また、切替スイッチ６２を切り替えることによ
り、圧電部材５０は分極用直流電源（直流電圧印加手
段）６６、またはインピーダンス検出器（検出手段）６
８に接続される。

【００１９】分極用直流電源６６は、インク滴吐出時の
最大駆動電圧以上の電圧を各圧電部材５０に印加するも
のである。また、インピーダンス検出器６８は、圧電部
材５０の抵抗値と容量を個別に計測し、これら計測値の
変化により圧電部材５０の分極状態の劣化の程度を検出
するものである。なお、基板４８上のパターン配線６０
がスペーサ部材５４にも接触する場合には、インピーダ
ンス検出器６８による計測値にスペーサ部材５４の抵抗
値および容量が含まれることになるが、スペーサ部材５
４の抵抗値等は一定であるため、上記計測値からスペー
サ部材５４の分を差し引くことにより圧電部材５０の抵
抗値および容量を求めることができる。

【００２０】基板４８の下部には、圧電部材５０を基板
４８を介して所定温度まで加熱するセラミックヒータ
（加熱手段）７０が設けてある。このセラミックヒータ
７０と上記分極用直流電源６６とで、圧電部材５０を再
分極処理する分極処理手段を構成している。また、スペ
ーサ部材５４には温度センサ７２が接続されており、セ
ラミックヒータ７０により加熱された圧電部材５０の温
度を間接的に測定するようにしてある。なお、圧電部材
５０の加熱手段として、セラミックヒータ以外に、ラバ
ーヒータ、サーモモジュール、赤外線ヒータ、ペルチェ
素子ヒータ等の各種ヒータが使用できる。

【００２１】図５は、圧電部材５０の再分極処理の制御
手段である中央処理装置（ＣＰＵ）８０と、これに接続
された制御系の構成例を示すブロック図である。中央処
理装置８０には、再分極処理に必要な各種データ（電圧
値、温度、電圧印加時間等）を記憶する読出し専用記憶
手段（ＲＯＭ）８２、インピーダンス検出器６８、温度
センサ７２、切替スイッチ６２、セラミックヒータ７
０、分極用直流電源６６、およびタイマ８４がそれぞれ
接続されている。また、中央処理装置８０、読出し専用
記憶手段８２、インピーダンス検出器６８、温度センサ
７２、およびタイマ８４は、ヘッド１０を支持するキャ
リッジ２に内蔵されている。

【００２２】上記構成からなるインクジェット記録装置
１では、図示しないインクタンクからインクジェットヘ
ッド１０のインク供給室３８に供給されたインクが、イ
ンクインレット４０を介して各インクキャビティ３６に
収容されている。この状態で、画像信号制御回路６４か
ら圧電部材５０に駆動電圧が印加されると、圧電部材５
０が瞬時に変形して隔壁３４をインクキャビティ３６側
に押し込む。これにより加圧されたインクキャビティ３
６内のインクがノズル４２からインク滴となって吐出
し、記録媒体２に付着してドットが形成される。このイ
ンク滴吐出動作をヘッド１０を走査させながら各インク
キャビティ３６について行うとともに、ヘッド１０の走
査と同期して図示しない送り機構で記録媒体２を一定幅
ずつ送し出すことにより、記録媒体２にドットの集合か
らなる画像が記録される。

【００２３】上記各圧電部材５０は、圧電板に溝加工す
る際の摩擦熱と、熱硬化性接着剤を用いてヘッド１０を
組み立てる際の加熱とによって熱履歴を受け、溝加工前
の圧電板に比べて分極状態が一部消滅した劣化した状態
にある。また、ヘッド１０の長期の使用あるいは高温環
境下における使用などにより分極状態の劣化が徐々に進
行する。このような圧電部材５０の分極状態の劣化を回
復させるため、次のようにして再分極処理を行う。

【００２４】図６は圧電部材５０の再分極処理の手順を
示すフローチャートである。キャリッジ２が待機位置で
あるホームポジションにあることを図示しないセンサで
検知すると、中央処理装置８０からの信号により切替ス
イッチ６２をインピーダンス検出器６８側に切り替え、
圧電部材５０の抵抗値と容量を検出する（Ｓ１００）。

【００２５】そして、この検出された抵抗値と容量がそ
れぞれの初期値と比較して所定範囲外になっているか否
か判定する（Ｓ１０１）。上記各初期値は、分極処理さ
れた溝加工後の各圧電板の抵抗値と容量をそれぞれ測定
し、それらを予め読出し専用記憶手段８２に記憶させて
おく。また、所定範囲外になったか否かは、例えば、抵
抗値がその初期値の５０％以下および／または容量がそ
の初期値の±２０％の範囲外になったか否かで判定す
る。なお、これらの範囲は限定的なものではなく、高精
細画像を記録する記録装置の場合には、例えば、上記所
定範囲を抵抗値については７５％以下、容量については
初期値の±１０％範囲外としてもよい。

【００２６】圧電部材５０の抵抗値および容量がそれぞ
れ所定範囲内にあるときには、切替スイッチ６２を画像
信号制御回路６４に切り替えて画像形成のための通常ル
ーチン処理に戻る。一方、所定範囲外と判定されたとき
にはセラミックヒータ７０をオンし（Ｓ１０２）、圧電
部材５０を所定温度まで加熱する（Ｓ１０３）。

【００２７】そして、温度センサ７２でスペーサ部材５
４の温度を測定し、圧電部材５０が所定温度に昇温した
と判定されると、切替スイッチ６２を分極用直流電源６
６に切り替え、該電源６６およびタイマ８４をオンして
各圧電部材５０に所定値の直流電圧を印加し（Ｓ１０
４）、この状態を所定時間継続する（Ｓ１０５）。これ
により各圧電部材５０は初期の分極方向と同方向に再分
極処理され、劣化した分極状態が圧電板の分極状態まで
ほぼ回復する。

【００２８】タイマ８４により所定時間が経過したと判
定されると、セラミックヒータ７０、分極用直流電源６
６、およびタイマ８４をオフし（Ｓ１０６）、再分極処
理を終了する。そして、切替スイッチ６２を画像信号制
御回路６４に切り替えて画像形成のための通常ルーチン
処理へ移行する。

【００２９】以上に説明した再分極処理における加熱温
度、電圧値、電圧印加時間の各データは上記読出し専用
記憶手段８２に記憶させてある。上記データの具体的な
値を下記の表１に示す。これらの値は、厚みが３５μm
の圧電層を２０層積層した積層型圧電部材に再分極処理
を施す実験を行ったところ、分極状態の回復について良
好な結果が得られたものである。

【００３０】

【表１】 加熱温度 電圧値 電圧印加時間 実験１ １０５℃ ７５Ｖ １１分 実験２ １４０℃ ８０Ｖ １０分 実験３ １５０℃ ７３Ｖ １４分

【００３１】このように、本実施形態のインクジェット
記録装置１によれば、加工時およびヘッド組立時の熱履
歴や長期使用によって劣化した圧電部材５０の分極状態
を回復させる分極処理手段を備えているので、駆動電圧
に対する各圧電部材５０の変形量を安定させることがで
きる。したがって、インク滴の大きさや吐出方向性のば
らつきをなくすことができ、画質を良好な状態に維持で
きるため装置の信頼性が向上する。

【００３２】また、インピーダンス検出器６８で圧電部
材５０の抵抗値や容量を検出することにより分極状態の
劣化の程度を判断できるので、最適のタイミングで再分
極処理を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態であるインクジェット記
録装置の主要部の斜視図である。

【図２】 インクジェットヘッドの記録媒体対向面の部
分正面図である。

【図３】 図２におけるIII−III線部分断面図である。

【図４】 図３におけるIV−IV線部分断面図である。

【図５】 再分極処理の制御系を示すブロック図であ
る。

【図６】 再分極処理の手順を示すフローチャートであ
る。

【符号の説明】 １…インクジェット記録装置、１０…インクジェットヘ
ッド、５０…圧電部材、６６…分極用直流電源（分極処
理手段）、６８…インピーダンス検出器（検出手段）、
７０…セラミックヒータ（分極処理手段）、８０…中央
処理装置。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 分極処理された圧電部材をインク滴吐出
   用アクチュエータとして用いたインクジェット記録装置
   において、 上記圧電部材を再分極処理する分極処理手段を設けたこ
   とを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 【請求項２】 上記分極処理手段が、圧電部材に所定値
   の直流電圧を印加する直流電圧印加手段と、上記圧電部
   材を所定温度に加熱する加熱手段とからなる請求項１に
   記載のインクジェット記録装置。
3. 【請求項３】 上記圧電部材の分極状態の劣化の程度を
   検出する検出手段と、この検出結果に基づき上記分極処
   理手段を制御する制御手段とを有する請求項１に記載の
   インクジェット記録装置。