(57)【要約】【課題】大型化・コストアップを極力抑えた、液滴量可変のインクジェットヘッドを提供する。【解決手段】圧力室またはリストリクタの体積変更手段を設け、所望の液滴量に対応して前記圧力室また前記リストリクタの体積を変更させる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを蓄える圧力室と、電気信号の印加により前記圧力室内に圧力変動を発生させる圧電体素子と、前記圧力室の壁面の少なくとも一部を形成して圧電体素子と弾性材料で連結されている振動板と、前記圧力室にインクを供給する流路であるリストリクタと、前記リストリクタにインクを供給する共通インク通路を有するハウジングと、圧力室からのインクを吐出するノズルとを備えるインクジェットヘッドにおいて、前記圧力室内に前記圧電体素子により圧力を加える前に、所望の液滴量に対応して前記圧力室または前記リストリクタの体積を変えるための体積変更手段を有することを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記体積変更手段は、圧電体素子への電圧印加による変形を利用したものであることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電体素子に電気信号を印加して圧電体素子を変形し、発生する圧力によってインク滴を飛翔させ記録媒体にインク像を形成するインクジェット方式プリンタのヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットプリンタでは、インクジェットヘッドに形成されたノズルからインクが微小な液滴状のインク滴として吐出される。従来から、インク滴を吐出する駆動源として圧電体素子を用いて圧力室を押圧するインクジェットヘッドが知られている。図６は、圧電体素子を用いたインクジェットヘッドの例である。（例えば、特許文献１参照）
図６では、圧電体素子の端面にセラミック部材を有し、前記圧電体素子の振動面をノズルの入口開口部に対向して配置し、ハウジングに接着して固定している。インクジェットヘッドよりインク滴を吐出させるには、個別電極及び共通電極に外部駆動電源より電気信号を印加し圧電体素子を変形させる。この変形が振動板を介し圧力室の体積変化となり、圧力室内に満たされるインクへの圧力変化となる。この圧力変化により、インクはノズルからインク滴として吐出する。
【０００３】
近年、プリンタは高画質化が進み、インクジェットプリンタとしては記録する画像に階調を持たせることが望まれている。階調を持たせる方法としては、面積階調のように複数ドットエリアを一画素とみなしてそのエリア内に印字されるドット数で多階調を得る方法があるが、この方法は解像度の低下を招くという問題がある。そのため、階調を持たせる方法としては、１ドットの液滴量を変える方法が望ましい。
【０００４】
液滴量を変える方法としては、圧電体素子に印加する電気信号を所望の液滴量に応じて変え、大液滴量の場合は吐出した複数のインク滴を合体させて単一の大液滴とする方法がある。（例えば、特許文献２参照）
液滴を吐出させるノズルの口径を複数種類用意し、所望の液滴量に応じて液滴を吐出させるノズルを選択する方法もある。（例えば、特許文献３参照）
一つのノズルに対し圧電体素子を複数に分割して設け、所望の液滴量に応じて同時に駆動させる圧電体素子数を変更する方法もある。（例えば、特許文献４参照）
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−９５０１号公報
【０００６】
【特許文献２】特開２００２−１９１０５号公報
【０００７】
【特許文献３】特開平７−２９０７０８号公報
【０００８】
【特許文献４】特開平６−３２０７６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、上記のような電気信号を変えることにより液滴量を変える方法は、電気回路が複雑になるのでコストアップにつながる問題があり、さらに大液滴量では複数のパルスで単一の液滴とするために一周期が長くなり、高速駆動が達成できない。また、ノズルの口径を複数種類用意する方法は階調数分のノズルを配置することになりヘッドの大型化を招く。圧電体素子を複数に分割する方法についても階調数分の加工が必要であり、階調数を増やそうとすればヘッドが大型化、コストアップを招く。
【００１０】
本発明は、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、大型化・コストアップを極力抑えた、液滴量可変のインクジェットヘッドを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明では、インクを蓄える圧力室と、電気信号の印加により前記圧力室内に圧力変動を発生させる圧電体素子と、前記圧力室の壁面の少なくとも一部を形成して圧電体素子と弾性材料で連結されている振動板と、前記圧力室にインクを供給する流路であるリストリクタと、該リストリクタにインクを供給する共通インク通路を有するハウジングと、圧力室からのインクを吐出するノズルとを備えるインクジェットヘッドにおいて、前記圧力室内に前記圧電体素子により圧力を加える前に、所望の液滴量に対応して前記圧力室または前記リストリクタの体積を変えるための体積変更手段を有することを特徴とする。さらに、前記体積変更手段は、圧電体素子への電圧印加による変形を利用したものであることがより好ましい。このことにより、１ドットの液滴量を変えることが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、圧力室またはリストリクタの体積を変えるための体積変更手段を設け、所望の液滴量に応じて体積を変更することにより１ドットの液滴量を変えているので、ヘッド内にばらつきがありノズル毎に液滴量が異なる場合には、この体積変更手段により液滴量のばらつきを低減出来るという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
体積変更手段として、多ノズル化に対応し易く構造が簡単な圧電体素子のバイモルフを用いた構成とした。
【実施例１】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づき図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は、本発明のインクジェットヘッドの主要部の構造説明斜視図である。
【００１６】
図において、１はノズル、２はノズルプレート、３は圧力室、４はチャンバプレート、５は体積変更手段、６は体積変更手段搭載プレート、７はリストリクタ、８はリストリクタプレート、９は振動板、１０はフィルタ部、１１はダイアフラムプレート、１３は共通インク通路、１４はハウジング、１５は圧電体素子、１６は支持基板、１８は圧電アクチュエータ、１９はインク導入パイプを示す。
【００１７】
複数のノズル１を形成したノズルプレート２において、ノズル１の開口形状の加工精度はインクジェットヘッドのインク吐出特性に大きな影響を及ぼす。複数のノズル１間において、これらのノズル精度ばらつきを低く押さえるためにも、ノズルプレート２の製法は高い加工精度が要求される。このため、ノズルプレート２はステンレスの精密プレス法、レーザ加工法あるいはニッケルの電鋳加工等により形成される。このノズルプレート２に、圧力室３が形成されたチャンバプレート４、体積変更手段５を形成したプレート６、及び共通インク通路１３と圧力室３とを連結し、圧力室３へのインク流入を制御するリストリクタ７を形成したリストリクタプレート８を位置決めして接合する。更に、ダイアフラムプレート１１は、圧電体素子の圧力を効率よく圧力室３に伝えるための振動板９と、共通インク通路１３からリストリクタ７へと流入するインク中のゴミ等を取り除くフィルタ部１０とを有する。このダイアフラムプレート１１と共通インク通路１３を形成したハウジング１４とを同じように位置決めして接合する。チャンバプレート４、リストリクタプレート８、ダイアフラムプレート１１は、ステンレス材のエッチング加工法またはニッケル材の電鋳加工法で作られる。ハウジング１４はステンレス材の切削加工等で形成され、プリンタ本体のインクカートリッジからインクを共通インク通路１３まで導くインク導入パイプ１９が接合されている。最後に、複数の圧電体素子１５と、それを固定する支持基板１６からなる圧電アクチュエータ１８を位置決めして接合する。体積変更手段５は、プレート６に、個別電極、１層目の圧電体膜、共通電極、２層目の圧電体膜、個別電極と積層することにより、圧電体素子のバイモルフを形成する。そのバイモルフに形成された個別電極は、リストリクタ７の一つずつに対応するように形成されている。この個別電極に外部駆動回路から独立した電気信号を送ることにより、バイモルフをそれぞれ独立して変形させ、リストリクタ毎に適切な体積量とすることができる。圧電アクチュエータ１７は複数の圧電体素子１５からなり、各々の圧電体素子１５は圧力室３の一つずつに対応するようになっている。さらに、支持基板１６には、それぞれの圧電体素子１５に独立した電気信号を送るための個別電極１６が形成されている。外部駆動回路から選択的な電気信号が圧電体素子１５に印加されることにより、圧電体素子１５はひずみを生じる。圧電体素子１４は高剛性の支持基板１５上に接合されているため、振動板９に優先的に変位を与え、圧力室３の圧力を高める。本実施例にて説明するインクジェットヘッドは、こうした原理によってノズル１からインクを吐出して記録媒体上にインク画像を形成する装置に用いられる。
【００１８】
図２に本発明のインクジェットヘッドの断面図、図３に本発明の基本動作説明図を示す。体積変更手段５であるバイモルフに電圧を印加しない場合は、図２のように体積変更手段５は平面となっている。そして、体積変更手段５であるバイモルフに、上のプレートは伸びるように、下のプレートは縮むように電圧を印加することにより、図３（ａ）に示すように変形し、リストリクタ７の体積は増加する。また、体積変更手段５であるバイモルフに、上のプレートは縮むように、下のプレートは伸びるように図３（ａ）とは逆方向の電圧を印加することにより、図３（ｂ）に示すように変形し、リストリクタ７の体積は減少する。
【００１９】
図４に圧電体素子１５への印加電圧を一定（３０Ｖ）とした時の、リストリクタ体積とインク液滴量及び液滴速度の関係を示す。図３（ａ）のようにリストリクタ体積を増加させると、リストリクタ７の抵抗係数及びイナータンスが減少するので、圧電体素子１５に電圧を印加して圧力室３を加圧した時に、リストリクタ７への流量配分が増加し、吐出する１ドットの液滴量は減少する。逆に、図３（ｂ）のようにリストリクタ体積を減少させれば、リストリクタ７の抵抗係数及びイナータンスが増加し、吐出する１ドットの液滴量は増加する。圧電体素子１５への印加電圧を一定とする場合には、図４に示すようにリストリクタ体積の増加に伴って液滴速度が小さくなるので、着地位置精度を高くする必要がある場合にはリストリクタ体積の増加に伴い、圧電体素子１５への電圧印加のタイミングを早くする。
【００２０】
図５に液滴速度を一定（８ｍ／ｓ）とした時の、リストリクタ体積とインク液滴量及び圧電体素子１５への印加電圧の関係を示す。図５に示すように、リストリクタ体積の増加とともに圧電体素子１５への印加電圧を増加させて一定の液滴速度を得る。液滴量はリストリクタ体積の増加とともに増加させることができる。
【００２１】
以上のように、圧電体素子１５への印加電圧を一定とする場合、液滴速度を一定とする場合のどちらにおいても、リストリクタ体積を変えることにより、１ドットの液滴量を変えることができる。なお、本実施例ではリストリクタの体積を変えることによって１ドットの液滴量を変える場合について述べたが、圧力室の体積を変える場合についても同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明は、圧力室またはリストリクタの体積を変えるための体積変更手段を設け、所望の液滴量に応じて体積を変更することにより１ドットの液滴量を変えることを可能としている。そのため、プリンタの仕様や使用インクの種類に応じて必要な液滴量が異なる場合においても、１つのインクジェットヘッドの仕様で様々なプリンタに対応することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明のインクジェットヘッドを示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るインクジェットヘッドの断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るインクジェットヘッドの基本動作説明図である。
【図４】圧電体素子１５への印加電圧を一定（３０Ｖ）とした時の、リストリクタ体積とインク液滴量及び液滴速度の関係を示すグラフである。
【図５】液滴速度を一定（８ｍ／ｓ）とした時の、リストリクタ体積とインク液滴量及び圧電体素子１５への印加電圧の関係を示すグラフである。
【図６】従来のインクジェットヘッドを示す斜視図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  ノズル
２  ノズルプレート
３  圧力室
４  チャンバプレート
５  体積変更手段
６  体積変更手段搭載プレート
７  リストリクタ
８  リストリクタプレート
９  振動板
１０  フィルタ部
１１  ダイアフラムプレート
１３  共通インク通路
１４  ハウジング
１５  圧電体素子
１６  支持基板
１８  圧電アクチュエータ
１９  インク導入パイプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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