JP2001121692A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】小型で、かつ誤動作の少ない高信頼性のインク
ジェットヘッドを提供する。 【解決手段】ヘッド基板1 に、略平行に配列され、間に
インク流路が設けられる多数の圧電隔壁3 と、穴部2 と
を形成するとともに、該穴部2 に、上面に前記圧電隔壁
3 を選択的に屈曲・変形させるロジック回路を有したド
ライバーＩＣ6 を埋設して成り、インクを前記ドライバ
ーＩＣ6 上を経て圧電隔壁間3-3 に流入させるととも
に、該流入したインクの一部を前記圧電隔壁3 の屈曲に
より圧電隔壁3 の配列と直交する方向に吐出させて印画
を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、記録紙にインク滴
を所定パターンに付着させて文字や画像を形成する圧電
方式のインクジェットヘッドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】圧電方式を採用した従来のインクジェッ
トヘッドは、例えば図５に示す如く、ヘッド基板21の上
面に、分極処理された多数の圧電隔壁22を略平行に配列
し、これら圧電隔壁間22-22 にインク流路を形成すると
ともに、前記圧電隔壁22の頂部に、各インク流路を塞
ぎ、且つインク流路に連通するインク吐出孔24を有した
ノズルプレート25を載置・固定し、更に前記ヘッド基板
21に、圧電隔壁22の屈曲・変形を制御するためのドライ
バーＩＣ27が搭載された外部回路基板26を並設した構造
を有している。

【０００３】かかる従来のインクジェットヘッドは、記
録紙ｍをノズルプレート25のインク吐出孔24上に順次搬
送しながら、多数の圧電隔壁22をドライバーＩＣ27の駆
動に伴って個々に選択的に屈曲・変形させて、インク流
路内のインクを加圧するとともに、該加圧したインクの
一部をインク吐出孔24より外部に吐出させ、該吐出した
インク滴ｉを記録紙ｍに所定パターンに付着させること
により所定の画像を形成する。

【０００４】尚、前記ドライバーＩＣ27は、ボンディン
グワイヤ28を介して外部回路基板26の配線やヘッド基板
21の電極29に電気的に接続された上、シリコーン樹脂等
の封止材30でもって被覆されていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来のインクジェットヘッドにおいては、圧電隔壁22とド
ライバーＩＣ27とがそれぞれ別個の基板上に取着されて
いるため、２つの基板を上述の如く並設させると、その
分だけインクジェットヘッドの全体構造が大きなものと
なる欠点を有し、このことがインクジェットヘッドを小
型化するにあたって大きな障害となっていた。

【０００６】また上述した従来のインクジェットヘッド
においては、ドライバーＩＣ27が厚みの厚いシリコーン
樹脂等の封止材30等で完全に被覆されているため、圧電
隔壁22を屈曲・変形させる際に流れる突発電流によって
ドライバーＩＣ27より多量の熱が発生すると、これらの
熱はドライバーＩＣ27の内部にこもってドライバーＩＣ
27の温度を上昇させる。そして、この温度上昇によりド
ライバーＩＣ27の温度が高温になると、ドライバーＩＣ
27が誤動作を起こし易くなり、画像データに対応した正
確な印画を形成することが不可となる欠点を有してい
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記欠点に鑑み
案出されたもので、本発明のインクジェットヘッドは、
ヘッド基板に、略平行に配列され、間にインク流路が設
けられる多数の圧電隔壁と、穴部とを形成するととも
に、該穴部に、上面に前記圧電隔壁を選択的に屈曲・変
形させるロジック回路を有したドライバーＩＣを埋設し
て成り、インクを前記ドライバーＩＣ上を経て圧電隔壁
間に流入させるとともに、該流入したインクの一部を前
記圧電隔壁の屈曲により圧電隔壁の配列と直交する方向
に吐出させて印画を行うことを特徴とするものである。

【０００８】また本発明のインクジェットヘッドは、前
記ヘッド基板の上面とドライバーＩＣの上面とが略同一
平面内に配されていることを特徴とするものである。

【０００９】更に本発明のインクジェットヘッドは、前
記圧電隔壁がヘッド基板の内部に形成されていることを
特徴とするものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を添付図面に基づい
て詳細に説明する。図１は本発明の一形態に係るインク
ジェットヘッドの縦断面図、図２（ａ）（ｂ）は図１の
インクジェットヘッドのＸ−Ｘ線で見た横断面図であ
り、1 はヘッド基板、2 は穴部、3 は圧電隔壁、4 はイ
ンク流路、6 はドライバーＩＣ、9 はノズルプレート、
10はインク吐出孔である。

【００１１】前記ヘッド基板1 は、アルミナセラミック
ス等の電気絶縁性材料から成り、その上面には穴部2 が
形成されている。

【００１２】前記ヘッド基板1 は、その上面で圧電隔壁
3 等を、また穴部2 内でドライバーＩＣ6 を支持するた
めの支持母材として機能するものであり、該ヘッド基板
1 は、例えばアルミナセラミックスから成る場合、アル
ミナ、シリカ、マグネシア等のセラミックス原料粉末に
適当な有機溶剤、溶媒を添加・混合して泥漿状に成すと
ともに、これを従来周知のドクターブレード法やカレン
ダーロール法等を採用することによってセラミックグリ
ーンシートを得、しかる後、前記セラミックグリーンシ
ートを所定形状に打ち抜いた上、高温で焼成することに
よって製作される。

【００１３】また前記ヘッド基板1 の上面には、高さ
０．５ｍｍ程度の多数の圧電隔壁3 が例えば７個／ｍｍ
のピッチで略平行（±１度以内）に取着されており、隣
り合う圧電隔壁間3-3 にインク流路4 を形成している。

【００１４】前記圧電隔壁3 は、例えばチタン酸ジルコ
ン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分とする圧電セラミックスから
成り、その上部領域及び下部領域はそれぞれ図２（ａ）
の矢印方向に分極処理されていることから、その両側面
に被着されている電極5 を介して圧電隔壁3 に所定の電
力が印加されると、圧電隔壁3 は図２（ｂ）に示す如
く、剪断モードで“く”の字状に屈曲・変形し、インク
流路4 内のインクを加圧する作用を為す。このとき、加
圧されたインクの一部は後述するノズルプレート9 のイ
ンク吐出孔10よりインク滴ｉとなって外部に吐出され、
ノズルプレート9上を走行する記録紙ｍに付着されるこ
ととなる。

【００１５】かかる圧電隔壁3 は、まずチタン酸ジルコ
ン酸鉛を主成分とする焼結体を分極処理することによっ
て圧電セラミックスを形成し、これをエポキシ樹脂等の
接着剤でもってヘッド基板1 の上面に接着・固定した
上、ダイシングソー等を用いて各々が所定厚みの隔壁状
をなすように研削加工することにより形成される。

【００１６】更に、前記ヘッド基板1 の上面には、多数
の電極5 が所定パターンに被着されている。

【００１７】前記多数の電極5 は、圧電隔壁3 を屈曲・
変形させるための電力を印加するためのものであり、そ
の各一端は圧電隔壁3 の側面まで導出されて、対応する
圧電隔壁3 に電気的に接続され、各他端は後述するドラ
イバーＩＣ6 の端子上まで延在されて、対応するドライ
バーＩＣ6 のスイッチングトランジスタに電気的に接続
される。

【００１８】尚、前記多数の電極5 は、アルミニウムや
銅等の金属を従来周知の薄膜手法、具体的には真空蒸着
法やスパッタリング法等を採用することにより圧電隔壁
3 の壁面、ヘッド基板1 の上面及びドライバーＩＣ6 の
上面に被着させ、これをレーザー等で切断して、所定パ
ターンに加工することにより形成される。

【００１９】そして前記ヘッド基板1 の穴部2 には、圧
電隔壁3 の屈曲・変形を制御するためのドライバーＩＣ
6 がその上面をヘッド基板1 の上面と略同一平面内（±
０．１ｍｍ以内）に位置させた状態で埋設されている。

【００２０】前記ドライバーＩＣ6 の上面には、多数の
端子6aや外部からの画像データをシリアル転送するシフ
トレジスタ，画像データを一時的に保持するラッチ，画
像データに基づいて各圧電隔壁3 への電力の印加を制御
するスイッチングトランジスタ（ロジック回路）等を有
しており、該スイッチングトランジスタのオン・オフに
よって圧電隔壁3 を画像データに基づいて個々に選択的
に屈曲・変形させるようになっている。

【００２１】尚、前記ドライバーＩＣ6 は、その上面が
ヘッド基板1 の上面と同一平面内に位置するようにして
穴部2 内に埋設され、該ドライバーＩＣ6 の側面と穴部
2 の内壁との間にエポキシ樹脂等の接着剤12を充填させ
ておくことにより穴部2 内の所定位置に固定される。

【００２２】また前記ドライバーＩＣ6 の端子6aと先に
述べた電極5 との電気的接続は、電極5 を従来周知の薄
膜手法によりパターニングする際に、電極5 の他端をド
ライバーＩＣ6 の対応する端子6a上まで延在させておく
ことにより行われる。

【００２３】このように多数の圧電隔壁3 とドライバー
ＩＣ6 とを単一の基板1 に取着させておくことにより、
ドライバーＩＣ6 を搭載するための外部回路基板等が不
要となるため、図５に示す従来例に比しインクジェット
ヘッドの全体構造が小型化される。

【００２４】そして、前記ヘッド基板1 上には、多数の
圧電隔壁3 の頂部と接するようにしてノズルプレート9
が配置され、このノズルプレート9 でもってインク流路
4 を塞いでいる。

【００２５】前記ノズルプレート9 は、隣り合う圧電隔
壁間3-3 の領域にインク流路4 に連通するインク吐出孔
10を有し、前述した圧電隔壁3 の屈曲・変形によりイン
ク流路4 が加圧されると、このインク吐出孔10より所定
量のインクが圧電隔壁3 の配列と直交する方向に吐出さ
れ、記録紙ｍに付着される。

【００２６】ここでインク流路4 のインクは図１の左方
に配置されるインクタンク（図示せず）より、ヘッド基
板1 とノズルプレート9 との間を通って圧電隔壁間3-3
の領域に流入されるようになっており、ヘッド基板1 の
穴部2 内に埋設したドライバーＩＣ6 上をインクが通過
するようになっている。

【００２７】このとき、印画動作時の駆動に伴ってドラ
イバーＩＣ6 より多量の熱が発生しても、これらの熱の
多くはドライバーＩＣ6 上を流れるインクを介して放散
されるため、ドライバーＩＣ6 はインクの吸熱によって
速やかに冷却されることとなり、ドライバーＩＣ6 が過
度に高温となることはない。従ってドライバーＩＣ6の
誤動作が有効に防止されるようになり、画像データに対
応した正確な印画を形成することが可能となる。

【００２８】またこの場合、ヘッド基板1 の上面とドラ
イバーＩＣ6 の上面とが略同一平面内に配されているた
め、ドライバーＩＣ6 によってインクの流れが妨げられ
ることはなく、インクタンクからのインクを圧電隔壁間
3-3 のインク流路4 に常に良好に供給することができ
る。

【００２９】更にまた、本形態においては、ドライバー
ＩＣ6 と記録紙ｍとが完全に非接触の状態に保たれてい
ることから、記録紙ｍがドライバーＩＣ6 に接触する等
してドライバーＩＣ6 が破損したりすることはなく、イ
ンクジェットヘッドの信頼性が向上する利点もある。

【００３０】尚、前記ノズルプレート9 は、アルミナセ
ラミックス等の電気絶縁性材料から成り、先に述べたヘ
ッド基板1 と同様の製法によって所定の板体を形成した
後、得られた板体にレーザー加工によって径５０μｍ〜
１１０μｍのインク吐出孔10を多数、穿設することによ
り製作され、得られたノズルプレート9 は、多数の圧電
隔壁3 の上面にエポキシ樹脂等の接着剤を用いて接着・
固定される。

【００３１】また前記ヘッド基板1 とノズルプレート9
との間には、その端部（図１の右端）にスペーサ11が介
在され、このスペーサ11によってノズルプレート9 を安
定的に支持するとともに、ヘッド基板1 −ノズルプレー
ト9 間の隙間を閉じるようになっている。

【００３２】尚、前記インクとしては、例えば顔料タイ
プの油性インクや水性染料インク等が使用される。

【００３３】かくして上述したインクジェットヘッド
は、記録紙ｍをノズルプレート9 の上面に沿ってインク
吐出孔10の穿設方向と直交する方向に搬送しながら、多
数の圧電隔壁3 をドライバーＩＣ6 の駆動に伴って個々
に選択的に屈曲・変形させて、インク流路4 内のインク
を加圧するとともに、該加圧したインクの一部をノズル
プレート9 のインク吐出孔10より外部に吐出させ、該吐
出したインク滴ｉを記録紙ｍに所定パターンに付着させ
ることにより所定の画像を形成する。

【００３４】尚、本発明は上述の形態に限定されるもの
ではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々
の変更、改良等が可能である。

【００３５】例えば上述の形態では多数の圧電隔壁3 を
ヘッド基板1 の上面に取着させるようにしたが、これに
代えて図３や図４に示す如く、多数の圧電隔壁3 をヘッ
ド基板1 の内部に形成してインクジェットヘッドを厚み
方向にも小型化しても良い。即ち、図３及び図４のイン
クジェットヘッドは、いずれもヘッド基板全体もしくは
ヘッド基板1 の一部が分極処理された圧電材料によって
形成されており、この圧電部分に多数の溝を形成するこ
とによって、これらの溝間に圧電隔壁3 を形成するよう
にしている。

【００３６】図３の形態は、ノズルプレート9 をヘッド
基板1 の端面に取着させて、インク滴ｉを横方向に吐出
させるようになしたもので、図４の形態は、圧電隔壁3
をヘッド基板1 の厚みと略等しく設定した上、ノズルプ
レート9 をヘッド基板1 の下面に取着させて、インク滴
ｉを下方に吐出させるようになしたものである。

【００３７】

【発明の効果】本発明のインクジェットヘッドによれ
ば、多数の圧電隔壁が設けられるヘッド基板に穴部を形
成するとともに、該穴部に、上面に前記圧電隔壁を選択
的に屈曲・変形させるロジック回路を有したドライバー
ＩＣを埋設するようにしたことから、多数の圧電隔壁と
ドライバーＩＣとが単一の基板に取着された形となり、
ドライバーＩＣを搭載するための外部回路基板等が不要
となる。これによって、インクジェットヘッドの全体構
造を小型化することができる。

【００３８】また本発明のインクジェットヘッドによれ
ば、インクタンクからのインクが前記ドライバーＩＣ上
を経て圧電隔壁間に流入されるようになしたことから、
印画動作時の駆動に伴ってドライバーＩＣより多量の熱
が発生した際、これらの熱の多くをドライバーＩＣ上を
流れるインクを介して放散させることにより、ドライバ
ーＩＣを速やかに冷却することができる。従って、ドラ
イバーＩＣの温度上昇に伴う誤動作の発生が有効に防止
されるようになり、画像データに対応した正確な印画を
形成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一形態に係るインクジェットヘッドの
縦断面図である。

【図２】（ａ）（ｂ）は図１のインクジェットヘッドを
Ｘ−Ｘ線で見た横断面図である。

【図３】本発明の他の形態に係るインクジェットヘッド
の縦断面図である。

【図４】本発明の他の形態に係るインクジェットヘッド
の縦断面図である。

【図５】従来のインクジェットヘッドの縦断面図であ
る。

【符号の説明】

1 ・・・ヘッド基板、2 ・・・穴部、3 ・・・圧電隔
壁、4 ・・・インク流路、6 ・・・ドライバーＩＣ、9
・・・ノズルプレート、10・・・インク吐出孔

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ヘッド基板に、略平行に配列され、間にイ
   ンク流路が設けられる多数の圧電隔壁と、穴部とを形成
   するとともに、該穴部に、上面に前記圧電隔壁を選択的
   に屈曲・変形させるロジック回路を有したドライバーＩ
   Ｃを埋設して成り、 インクを前記ドライバーＩＣ上を経て圧電隔壁間に流入
   させるとともに、該流入したインクの一部を前記圧電隔
   壁の屈曲により圧電隔壁の配列と直交する方向に吐出さ
   せて印画を行うインクジェットヘッド。
2. 【請求項２】前記ヘッド基板の上面とドライバーＩＣの
   上面とが略同一平面内に配されていることを特徴とする
   請求項１に記載のインクジェットヘッド。
3. 【請求項３】前記圧電隔壁がヘッド基板の内部に形成さ
   れていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載
   のインクジェットヘッド。