(57)【要約】【課題】  インクジェット記録ヘッド毎及びノズル毎に異なる振動を低減させ、記録ヘッド製造の歩留まりを向上する。さらに、インクジェット記録ヘッドのサイズを大きくすることなく、インク滴の吐出を高精度に安定化させる。【解決手段】  インクを蓄える圧力室、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力発生手段、前記圧力室の少なくとも一部の壁面を形成し、前記圧力発生手段と弾性材料とで連結されている振動板、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、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、及びインク滴を前記圧力室から吐出するノズルを有するインクジェット記録ヘッドにおいて、前記圧力発生手段の振動と逆位相になる振動を発生させる逆位相振動発生手段を備えた。【選択図】  図１
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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、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力発生手段、前記圧力室の少なくとも一部の壁面を形成し、前記圧力発生手段と弾性材料とで連結されている振動板、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、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、及びインク滴を前記圧力室から吐出するノズルを有するインクジェット記録ヘッドにおいて、前記圧力発生手段の振動と逆位相になる振動を発生させる逆位相振動発生手段を備えたことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【請求項２】
前記逆位相振動発生手段は、前記圧力発生手段と同じ振動特性を有する第２の圧力発生手段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記録ヘッド。
【請求項３】
前記第２の圧力発生手段は、前記圧力発生手段を固定する支持基板の前記圧力発生手段と対向する位置に設置し、前記圧力発生手段に印加された、インク滴を吐出させる選択的な電気信号に同期して、前記第２の圧力発生手段に選択的に逆位相振動発生信号を印加することを特徴とする請求項２記載のインクジェット記録ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電アクチュエータが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記録装置のインクジェット記録ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット式プリンタやインクジェット式プロッタ等のインクジェット式記録装置は、記録ヘッドを主走査方向に沿って移動させると共に、記録媒体を副走査方向に沿って移動させ、この移動に連動して記録ヘッドのノズルからインク滴を吐出させることにより、記録媒体上に画像や文字を記録する。このインク滴の吐出は、例えば、ノズル開口に連通した圧力室の区画壁に当接して設けられた圧電アクチュエータを伸縮させることによって、圧力室を膨張・収縮させることで行われる。
【０００３】
ところで、圧電アクチュエータの伸縮による機械振動で、各ノズルだけでなく記録ヘッド全体が振動し、それによってノズル内のインクが大気と接する面であるメニスカスも振動し、インクがノズルから溢れて、その結果ノズル周辺のインクによる濡れ方が不均一になることによって、ノズルから吐出されるインク滴が曲がったり、本来吐出されないノズルから誤ってインク滴が吐出されたりするなどの問題が発生する場合がある。
【０００４】
このような機械振動による問題点を解決する方法として、吸振器と呼ばれる補助の質量を記録ヘッドに設けて振動を減衰させる方法がある（例えば、非特許文献1参照）。
【０００５】
【非特許文献１】瀬口靖幸共著  「機械設計工学１」培風館  １９９７年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のインクジェット記録ヘッドでは、記録ヘッド毎及びノズル毎に異なる振動バラツキを低減させることができなかった。
【０００７】
また、吸振器による機械振動減衰方法は、ヘッド全体の振動を減衰させる方法であるため、記録ヘッド毎の振動バラツキに対応させるには、調整に多大な時間を要するとともに、ノズル毎の振動バラツキに対応できなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明は、インクを蓄える圧力室、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力発生手段、前記圧力室の少なくとも一部の壁面を形成し、前記圧力発生手段と弾性材料とで連結されている振動板、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、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、及びインク滴を前記圧力室から吐出するノズルを有するインクジェット記録ヘッドにおいて、前記圧力発生手段の振動と逆位相になる振動を発生させる逆位相振動発生手段を備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、前期逆位相振動発生手段は、前記圧力発生手段と同じ振動特性を有する第２の圧力発生手段であることを特徴とする。
【００１０】
また、前記第２の圧力発生手段は、前記圧力発生手段を固定する支持基板の前記圧力発生手段と対向する位置に設置し、前記圧力発生手段に印加された、インク滴を吐出させる選択的な電気信号に同期して、前記第２の圧力発生手段に選択的に逆位相振動発生信号を印加することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のインクジェット記録ヘッドは、記録ヘッド毎及びノズル毎の振動に対応した吸振方式であるため、ヘッド及びノズル毎の振動バラツキに対応でき、このため記録ヘッド製造の歩留まりが向上する。
【００１２】
また、インクジェット記録ヘッドからのインク滴吐出の安定化を図るという目的を、記録ヘッドのサイズを大きくすることなく、高精度に確実に実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施例を図を参照しながら説明する。
【００１４】
図１は、本発明のインクジェット記録ヘッドの主要部の分解斜視図である。図１において、２は複数のノズル１を形成したオリフィスプレートである。ノズル１の開口形状の加工精度はインクジェット記録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のばらつきを低く押さえるため、オリフィスプレート２の製法は高い加工精度が要求される。このためオリフィスプレート２は、ステンレスの精密プレス法、レーザ加工法、またはニッケルの電鋳加工等により形成される。このオリフィスプレート２に、圧力室３が形成されたチャンバプレート４、共通インク通路１０、及び圧力室３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５を形成したリストリクタプレート６を位置決めして接合する。更に圧電アクチュエータ１３の圧力を効率よく圧力室３に伝えるための振動板７（図２参照）と、共通インク通路１０からリストリクタ５に流入するインク中のゴミ等を取り除くフィルタ部８を形成したダイアフラムプレート９と、共通インク通路１０を形成したハウジング１１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６、ダイアフラムプレート９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１１はステンレス材の切削加工等で形成され、外部インクタンクからインクを共通インク通路１０まで導くインク導入パイプ２０が接合されている。最後に、複数の積層圧電体素子１４と、複数の第２の積層圧電体素子３０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１３とを位置決めして接合する。
【００１５】
本発明の圧電アクチュエータ１３を製作する順序は、まず支持基板１６の両側（図１では上下）に積層圧電体素子棒を複数本並べて接着固定する。その後、それぞれの積層圧電体素子棒をダイシングソー、ワイヤソー等で切断して分割する。分割するピッチと幅は積層圧電体素子１４と第２の積層圧電体素子３０で同じになるようにする。この時、分割された各々の積層圧電体素子１４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にはそれぞれの積層圧電体素子１４に外部駆動回路から独立した電気信号を送るための個別電極１７及び共通電極１８（図２参照）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１４に印加されることにより、圧電体素子１４と圧電体素子３０はひずみを生じる。圧電体素子１４は高剛性の支持基板１６上に接合されているため、振動板７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記録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。
【００１６】
図２は、本発明の実施例を示すインクジェト記録ヘッドの部分断面図である。圧電アクチュエータ１３は支持基板１６と、積層圧電体素子１４と、第２の積層圧電体素子３０とで構成される。積層圧電体素子１４は弾性材料１２を介して振動板７と接合されている。振動板７とチャンバプレート４とで圧力室３を構成している。圧力室３内の圧力は振動板７が変形することにより急激に変動する。支持基板１６には個別電極１７と共通電極１８が形成されていて、積層圧電体素子１４とは導電性接合部材１５で電気的に接続され、他方、第２の積層圧電体素子３０とは導電性接合部材３１で電気的に接続されている。外部駆動回路から選択的な電気信号が積層圧電体素子１４に印加されることにより、積層圧電体素子１４はノズル１へ向かう方向に変位を発生する。この変位により弾性部材１２を介して振動板７が変形して圧力室３内に充填されたインクは加圧され、ノズル１からインク滴となって吐出する。
【００１７】
他方、外部駆動回路から積層圧電体素子１４に印加された選択的な電気信号と逆位相の電気信号が、第２の積層圧電体素子３０に印加されることにより、第２の積層圧電体素子３０はノズル１へ向かう方向と逆の方向に変位を発生する。こうしたインクジェット記録ヘッドにおいて、本発明ではハウジング１１がステンレス材で構成されている。
【００１８】
ハウジング１１は剛性の高い、またはヤング率の高い材料である方がヘッドのそりまたは変形を防止することができ、さらにインクを隣接したノズル１から同時に噴射させた場合に、他のノズル１の振動の影響を受けて噴射速度が変動するクロストークも緩和できる。
【００１９】
図３は、図１に示した圧電アクチュエータ１３の構成図である。図２に示すように、積層圧電体素子１４は弾性材料１２を介して振動板７と接合されており、積層圧電体素子１４の変位によりインク滴がノズル１から吐出される。積層圧電体素子１４を固定する支持基板１６の積層圧電体素子１４と対向する位置に第２の積層圧電体素子３０は設置される。
【００２０】
例えば、積層圧電体素子１４に図４（ａ）の駆動信号Ａを、第２の積層圧電体素子３０に図４（ｂ）に示すような位相が逆の駆動信号Ｂをそれぞれ印加すると、個々の積層圧電体素子１４、３０の振動特性はほぼ同じであるので、それぞれの積層圧電体素子１４、３０の振動の合成波形は、図４（ｃ）（ｄ）に示すようになり、お互いに減衰する方向に動作するので、振動を確実に精度よく大幅に低減することができる。
【００２１】
振動が低減されると、ノズル１周辺のインクによる濡れが不均一に広がることがなくなるので、ノズル１から吐出されるインク滴が曲がることがなくなり、また、振動がメニスカス振動に影響することによって、本来吐出されないノズル１から、誤ってインク滴が吐出されたりするなどの問題が発生しなくなる。
【００２２】
また、積層圧電体素子１４と第２の積層圧電体素子３０は、振動特性が個別単位でほぼ同じであるので、例えばプリンタなどで画像データに基づいてノズル１からインク滴を吐出させる場合のように、記録ヘッドの機械振動が画像データに依存してダイナミックに変動するような系の場合であっても、図３に示す対向する位置の第２の圧電体素子に画像データに基づいて逆位相の振動が発生するように構成することにより、逆位相の振動も画像データに依存してダイナミックに変動するので、高精度に振動を減衰させることができる。
【００２３】
すなわち、本発明のインクジェット記録ヘッドは、ノズル毎の振動に対応した吸振方式であるため、ヘッド毎及びノズル毎の振動バラツキに対応することができ、これによりヘッドの歩留まりが向上した。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】記録ヘッドの主要部の構造を示す分解斜視図。
【図２】記録ヘッドの部分断面図。
【図３】圧電アクチュエータの構成図。
【図４】積層圧電体素子及び第２の積層圧電体素子に印加する駆動信号と振動波形を示す図。
【符号の説明】
【００２５】
１  ノズル
２  オリフィスプレート
３  圧力室
４  チャンバプレート
５  リストリクタ
６  リストリクタプレート
７  振動板
８  フィルタ部
９  ダイアフラムプレート
１０  共通インク通路
１１  ハウジング
１２  弾性材料
１３  圧電アクチュエータ
１４  積層圧電体素子
１５  導電性接合部材
１６  支持基板
１７  個別電極
１８  共通電極
２０  インク導入パイプ
３０  第２の積層圧電体素子
３１  導電性接合部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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