JP2000218780A - インクジェットプリンタヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】小型で優れた階調性を有するインクジェットプ
リンタヘッドを提供する。 【解決手段】複数の加圧室４を列設してなり、各加圧室
４を仕切る壁を隔壁３とする加圧部材５のうち、上記隔
壁３以外の各加圧室４を構成する壁部の一部を振動板６
となし、該振動板６を圧電セラミックスにより形成する
とともに、振動板６の加圧室４内側の表面には、その長
手方向に沿ってそれぞれ共通電極９を設け、加圧室４外
側の表面には、その長手方向に沿ってそれぞれ独立した
２つの駆動用電極１０ａ，１０ａを設けてインクジェッ
トプリンタヘッド１を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクを吐出して
印刷するインクジェットプリンタに用いられるヘッドで
あって、特に小型で優れた階調性を有するインクジェッ
トプリンタヘッドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、画像および文字情報のデジタル処
理化の普及に伴い、かかる情報を出力する装置として、
低ランニングコストでカラー画像が容易に得られるイン
クジェット方式のプリンタが注目されている。

【０００３】このようなインクジェット方式の印刷に用
いられるヘッドには、加圧室内に備えるヒーターでもっ
てインクを加熱、沸騰させて気泡を発生させることによ
り加圧室内の圧力を高め、インクを吐出させるサーマル
ジェット方式と、加圧室を構成する壁面を圧電／電歪効
果によって直接的又は間接的に屈曲変位させることで加
圧室内の圧力を高め、インクを吐出させる圧電方式が知
られている。

【０００４】このうち圧電方式のヘッドは、耐久性及び
応答性に優れており、また、インクを直接加熱しないた
め、その種類が限定されないことから、幅広く利用され
ている。

【０００５】このような圧電方式のヘッドとしては、図
４に示すような複数の隔壁２３を等間隔に並設してな
り、上記隔壁２３間を加圧室２４としてなる凹部材２２
と、上記隔壁２３の頂部に接合され、各加圧室２４を覆
う薄肉の振動板２６とで加圧部材２５を構成し、上記振
動板２６上の各加圧室２４と対向する位置に、圧電素子
２７を下部電極２８と上部電極２９とで挟持してなる圧
電アクチュエータ３０を搭載してなり、この圧電アクチ
ュエータ３０を駆動させて加圧室２４の壁部をなす振動
板２６を屈曲変位させることによって加圧室２４内の圧
力を変化させ、加圧室２４の底面に穿孔されたインク噴
出孔３１よりインクを吐出させるようにしたベンドモー
ド型のヘッド２１（特開平６−４００３０号公報、特開
平６−２１８９２９号公報参照）や、図５に示すような
圧電セラミックスからなる複数の隔壁４３を等間隔に並
設してなり、上記隔壁４３間を加圧室４４としてなる凹
部材４２と、上記隔壁４３の頂部に接合され、各加圧室
４４を覆う天板４６とで加圧部材４５を構成し、上記加
圧室４４の一方端側には各加圧室４４と連通するインク
噴出孔４７を有するノズル板４８を備えるとともに、上
記各隔壁４３の両側面にはその長手方向に沿って駆動用
電極４９を備え、この両側面に形成された駆動用電極４
９間に通電することで圧電セラミックスの剪断モード変
形を利用して隔壁４３を屈曲変位させ、加圧室４４内の
圧力を変化させることにより、インクをインク噴出孔４
７より吐出させるようにした剪断モード型のヘッド４１
（特開平９−１６４６７２号公報参照）が提案されてい
る。なお、５０は加圧室４４の他方端側にインクを供給
するためのインク導入孔である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図４に
示すベンドモード型のヘッド２１では、可撓部を構成す
る振動板２６及び圧電アクチュエータ３０の厚みが厚く
剛性が高いため、振動板２６の変位幅が小さく、その結
果、インク噴出孔３１より吐出させることができるイン
ク容量の幅が狭いために、画像の階調性が悪いといった
課題があった。

【０００７】一方、図５に示す剪断モード型のヘッド４
１では、隔壁４３を変位させる構造であることから、１
つの加圧室４４内の圧力を高めるために隔壁４３を屈曲
変位させると、両隣の加圧室４４内の圧力は減圧する方
向に働くため、ヘッド４１に形成された全ての加圧室４
４と連通するインク噴出孔４７から同時にインクを吐出
させることができず、その結果、所定の画像を印刷する
のに要する時間が長くなるといった課題があり、逆に、
一度に吐出させることができるインク噴出孔４７の数を
増やそうとするとヘッド４１が大型化され、省スペース
化に対応することができないといった課題があった。

【０００８】

【発明の目的】本発明の目的は、ベンドモ−ド型のヘッ
ドと剪断モ−ド型のヘッドの利点を合わせ持った小型で
優れた階調性を有するインクジェットプリンタヘッドを
提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は上記課
題に鑑み、複数の加圧室を列設してなり、各加圧室を仕
切る壁を隔壁としてなる加圧部材を有し、上記隔壁以外
の各加圧室を構成する壁部の一部を振動板となし、該振
動板を圧電セラミックスにより形成するとともに、上記
振動板の加圧室内側の表面にはその長手方向に沿ってそ
れぞれ共通電極を設け、かつ加圧室外側の表面にはその
長手方向に沿ってそれぞれ独立した２つの駆動用電極を
設けてインクジェットプリンタヘッドを構成し、上記駆
動用電極と共通電極との間に電圧を印加することにより
インクを吐出するようにしたことを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明によれば、加圧部材の隔壁を除く加圧室
を構成する壁部の一部を振動板となし、この振動板を圧
電セラミックスにより形成するとともに、その加圧室内
側の表面に共通電極を、加圧室外側の表面に駆動用電極
をそれそれ設けて圧電アクチュエータとなし、該圧電ア
クチュエータを駆動させて加圧室を構成する壁部を直接
屈曲変位させるようにしたことから、ベンドモード型の
ヘッドと同様にヘッドに形成された全ての加圧室に連通
するインク噴出孔よりインクを同時に吐出させることが
できるため、ヘッドを小型化できるとともに、印刷時間
を短縮することができる。しかも、ベンドモード型のヘ
ッドと比較して可撓部を構成する共通電極、振動板、及
び駆動用電極の厚みを薄くできるため、振動板を瞬間的
に屈曲変位させることができる変位幅を大きくすること
ができる。

【００１１】さらに、本発明によれば、振動板の加圧室
外側の表面に、その長手方向に沿って独立した２つの駆
動用電極を設けたことから、共通電極と一方の駆動用電
極に電圧を印加することで振動板を凸に屈曲変位させる
ことができ、また、共通電極と他方の駆動用電極に極性
の異なる電圧を印加することで振動板を凹に屈曲変位さ
せることができるため、振動板の変位幅を細かく調整す
ることができ、濃淡のある階調性に優れた印刷を実現す
ることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。

【００１３】図１は本発明のインクジェットプリンタヘ
ッドの一例を示す一部を破断した斜視図で、平行に整列
する複数の隔壁３を有し、各隔壁３間を加圧室４として
なる圧電セラミックスよりなる凹部材２と、この凹部材
２の各隔壁３の頂部に接合され、各加圧室４と連通する
インク噴出孔７を備えた導電性を有するノズル板８とで
加圧部材５を構成してなり、上記加圧室４の底面をなす
壁部を振動板６となし、該振動板６の加圧室４側の表面
及び隔壁３の側面には、その長手方向に沿ってそれぞれ
共通電極９を形成するとともに、加圧室４と反対側の各
加圧室４と対応する表面には、その長手方向に沿ってそ
れぞれ独立した２つの駆動用電極１０ａ，１０ｂを形成
してあり、上記共通電極９、振動板５及び２つの駆動電
極１０ａ，１０ｂとで圧電アクチュエータ１１を構成し
てある。

【００１４】加圧部材２を形成する隔壁３の寸法として
は、幅を５０〜８０μm 、長を１．２〜３．６ｍｍ、深
さを６０〜１５０μｍとすれば良く、この隔壁３を、１
２７〜１６９．３μｍのピッチで４５〜６０個立設する
ことにより、１５０〜２００ｄｐｉのヘッド１とするこ
とができる。

【００１５】なお、振動板６には各加圧室４へインクを
供給するためのインク導入孔（不図示）を穿設してあ
り、各加圧室４側に形成された共通電極９は、導電性を
有するノズル板８を介してグランドへアースするととも
に（不図示）、各加圧室４と対向する２つの駆動用電極
１０ａ，１０ｂへは不図示の駆動回路よりそれぞれ異な
る極性の電圧を加えるようにしてある。さらに、振動板
６は予め矢印の方向に分極処理を施してある。

【００１６】かくして、本発明のヘッド１は、可撓部を
構成する共通電極９、振動板６、及び駆動用電極１０
ａ，１０ｂの厚みを薄くできるため、図４に示す従来の
ベンドモード型のヘッド２１と比較して、加圧室４を構
成する壁部（振動板６）を瞬間的に屈曲変位させること
ができる変位幅を大きくすることができる。

【００１７】そして、このヘッド１を駆動させるには、
例えば、図２（ａ) に示す状態から駆動用電極１０ａに
正極の電圧Ｖを加えると、図２（ｂ) に示すように、剪
断モード変形を起こして振動板６が凸に湾曲するため、
加圧室４内が減圧される結果、インク導入孔（不図示）
から加圧室４内へインクを導入することができ、次に、
駆動用電極１０ａへの通電を遮断すると、図２（ｃ) に
示すように、振動板６は弾性回復して加圧室４内の圧力
を高めるため、インク噴出孔７よりインクを吐出させる
ことができる。

【００１８】従って、この図２（ａ）〜（ｃ）の動作を
繰り返すことによって、文字や画像を印刷することがで
きるが、本発明によれば、図２（ｃ）に示す状態からさ
らに駆動用電極１０ｂに負極の電圧Ｖを加えることで、
図２（ｄ）に示すように、振動板６が剪断モード変形を
起こして凹に湾曲させることができるため、加圧室４内
をさらに加圧し、インク噴出孔７より別途インクを吐出
させ、図２（ｃ）の状態より吐出したインクと合わさっ
て、容量の大きなインクを吐出させることができる、と
いうように、図２（ａ）〜（ｃ）の動作と、図２（ａ）
〜（ｄ）の動作を組み合わせることで、インク噴出孔７
より吐出させるインク容量の幅を細かに調整することが
でき、各駆動用電極１０ａ，１０ｂへ通電する電圧値を
それぞれ調整して振動板６の変位量を制御すれば、イン
ク噴出孔７より吐出させるインク容量の幅をより一層細
かに調整することができるため、優れた階調性を実現す
ることができる。

【００１９】しかも、本発明によれば、隔壁３以外の加
圧室４を構成する壁部を屈曲変位させるようにしたこと
から、図４に示す従来のベンドモード型のヘッド２１と
同様に、ヘッド１に形成された全ての加圧室４に連通す
るインク噴出孔７よりインクを同時に吐出させることが
できるため、ヘッド１を小型化できるとともに、図５に
示す従来の剪断モード型のヘッド４１と比較して印刷時
間を短縮することができる。

【００２０】ところで、上記凹部材２を形成する圧電セ
ラミックスとしては、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ
系）を主成分とする圧電セラミックス、マグネシウムニ
オブ酸鉛（ＰＭＮ系）を主成分とする圧電セラミック
ス、ニッケルニオブ酸鉛を主成分とする圧電セラミック
ス、アンチモンスズ酸鉛を主成分とする圧電セラミック
ス、チタン酸鉛を主成分とする圧電セラミックス、チタ
ン酸バリウムを主成分とする圧電セラミックス、さらに
はこれら主成分を複合した圧電セラミックスを用いるこ
とができ、好ましくはマグネシウムニオブ酸鉛とジルコ
ン酸鉛とチタン酸鉛を主成分とする圧電セラミックスも
しくはニッケルニオブ酸鉛とマグネシウムニオブ酸鉛と
ジルコン酸鉛とチタン酸鉛を主成分とする圧電セラミッ
クスにより形成することが良い。

【００２１】また、共通電極９及び駆動用電極１０ａ，
１０ｂの材質としては、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、パ
ラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ニッケル（Ｎ
ｉ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属や、Ｐｔ−Ａｕ、
Ｐｂ−Ａｇ、Ｐｔ−Ｐｂ等を主体とする合金を用いるこ
とができる。

【００２２】さらに、ノズル板８を形成する材質として
は、導電性を有するものであれば良く、アルニウムやス
テンレス等の金属や導電性を有する樹脂、あるいはサー
メット材や導電性付与剤を含有したアルミナ等のセラミ
ックスを用いることができる。

【００２３】次に、本発明のインクジェットプリンタヘ
ッド１の製法について説明する。

【００２４】まず、図３（ａ）に示すように、前記圧電
セラミックスからなるブロック体を用意し、ダイシング
ソーによる切削加工やブラスト加工によって複数個の溝
を並設し、該溝を加圧室４とするとともに、加圧室４を
仕切る壁を隔壁３としてなる凹部材２を製作する。

【００２５】次に、図３（ｂ）に示すように、上記凹部
材２に対して矢印の方向に分極処理を施したあと、凹部
材２の溝の内壁面に、蒸着、スパッタリング、メッキ等
の膜形成手段によって前記金属材料からなる共通電極９
をそれぞれ形成するとともに、凹部材２の加圧室４と反
対側の各加圧室４と対応する表面に、蒸着、スパッタリ
ング、メッキ等の膜形成手段によって前記金属材料から
なる独立した２つの駆動用電極１０ａ，１０ｂをそれぞ
れ形成する。

【００２６】しかるのち、隔壁３の頂部に、各加圧室４
と連通するインク噴出孔７を備えた導電性を有するノズ
ル板８を導電性接着剤にて接合することで、図１に示す
インクジェットプリンタヘッド１を得ることができる。

【００２７】このように、振動板６と隔壁３とが接合一
体化された凹部材２を形成し、この凹部材２の溝の内壁
面に共通電極９を形成するとともに、ノズル板８を導電
性材料により形成し、両者を導電性接着剤で接合するこ
とで、共通電極９への配線の取り回しを簡単にすること
ができ、ヘッド１の生産性を高めることができる。

【００２８】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、複数の
加圧室を列設してなり、各加圧室を仕切る壁を隔壁とし
てなる加圧部材を有し、上記隔壁以外の各加圧室を構成
する壁部の一部を振動板となし、該振動板を圧電セラミ
ックスにより形成するとともに、上記振動板の加圧室内
側の表面にはその長手方向に沿ってそれぞれ共通電極を
設け、かつ加圧室外側の表面にはその長手方向に沿って
独立した２つの駆動用電極を設けてインクジェットプリ
ンタヘッドを構成し、上記駆動用電極と共通電極との間
に電圧を印加してインクを吐出するようにしたことか
ら、ベンドモ−ド型のヘッドと異なり、加圧室を構成す
る壁部（振動板）を直接屈曲変位させることがきるた
め、瞬間的に屈曲変位させることができる変位幅を大き
くすることができるとともに、２つの駆動用電極へ印加
する電圧値によって壁部（振動板）の変位幅を細かに調
整することができることから、連続して印加するパルス
電圧値を変化させることによって優れた階調性を有する
画像を印刷することができる。

【００２９】しかも、本発明によれば、隔壁以外の加圧
室を構成する壁部を屈曲変位させるようにしたことか
ら、従来のベンドモード型のヘッドと同様に、ヘッドに
形成された全ての加圧室に連通するインク噴出孔よりイ
ンクを同時に吐出させることができるため、ヘッドを小
型化でき、従来の剪断モード型のヘッドと比較して印刷
時間を短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェットプリンタヘッドの一例
を示す一部を破断した斜視図である。

【図２】（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ図１に示すインクジ
ェットプリンタヘッドの駆動原理を説明するための断面
図である。

【図３】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ図１に示すインクジ
ェットプリンタヘッドの製造工程を説明するための図で
ある。

【図４】ベンドモード型である従来のインクジェットプ
リンタヘッドの一例を示す一部を破断した斜視図であ
る。

【図５】剪断モード型である従来のインクジェットプリ
ンタヘッドの一例を示す一部を破断した斜視図である。

【符号の説明】

１，２１，４１：インクジェットプリンタヘッド ２，２２，４２：凹部材 ３，２３，４３：隔壁 ４，２４，４４：加圧室 ５，２５，４５：加圧部材 ６，２６：振動板 ７，３１，４７：インク噴出孔 ８，４８：ノズル板 ９：共通電極 １０ａ，１０ｂ，４９：駆動用電極 １１，３０：圧電アクチュエータ ２７：圧電素子 ２８：下部電極 ２９：上部電極 ４６：天板 ５０：インク導入孔

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の加圧室を列設してなり、各加圧室を
   仕切る壁を隔壁としてなる加圧部材を有し、上記隔壁以
   外の各加圧室を構成する壁部の一部を振動板となし、該
   振動板を圧電セラミックスにより形成するとともに、上
   記振動板の加圧室内側の表面にはその長手方向に沿って
   それぞれ共通電極を、加圧室外側の表面にはその長手方
   向に沿ってそれぞれ独立した２つの駆動用電極を設け、
   該駆動用電極と上記共通電極との間に電圧を印加するこ
   とによりインクを吐出するようにしたことを特徴とする
   インクジェットプリンタヘッド。