JP2005119293A - インクジェット記録ヘッドおよびインクジェット記録装置並びにインクジェット記録ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】インクジェット記録ヘッドの圧力室のクロストークを防止するとともに生産性を向上できる。
【解決手段】圧電素子４８には、個別電極５０外側に圧電ひずみ吸収孔５２が貫通形成されている。圧電素子４８に電圧を印加すると、圧電素子４８における個別電極５０外周部分には内部応力が発生するが、これら内部応力は圧電ひずみ吸収孔５２によって除去される。
【選択図】 図３

Description

本発明はインクジェット記録ヘッドおよびインクジェット記録装置並びにインクジェット記録ヘッドの製造方法に係り、特にクロストークが生じないインクジェット記録ヘッドおよびインクジェット記録装置並びにインクジェット記録ヘッドの製造方法に関する。

プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の画像形成装置として用いるインクジェットプリンタは、画像形成データに応じて圧力室のノズルからインクを吐出させて用紙に画像を形成する。

このインク吐出手段としては、電気信号に応じて変形するピエゾ素子などの圧電素子を用いたピエゾアクチュエータ方式のものがある。ピエゾアクチュエータ方式では圧力室の壁を圧電素子によって変形させて圧力室に圧力波を与え、圧力室のノズルからインクを吐出させるもので、低駆動エネルギーでも強い圧力波を発生できる特徴を有する。近年のインクジェットプリンタは高精度細密な画像形成を必要とし、単ノズル駆動時と多ノズル駆動時のインク滴飛翔特性の差を無くすこと、隣接する圧力室へのクロストークによるアクシデンタルドロップの発生を無くすことが必要とされる。この解決法として、圧電素子の圧力室の外側２辺又は３辺にひずみ吸収孔を形成してクロストークを防止する技術が知られている（特許文献１参照）。
特開平１０−３２９３２０号公報

特許文献１に記載された記録ヘッドでは、各ノズルに対応する圧電素子が隣接する圧電素子と一部で繋がっているため、クロストークを完全に除去しきれないという問題があった。また、特許文献１に記載された記録ヘッドでは、ひずみ吸収孔を形成してグリーンシートを多層に重ねて形成するので微小なひずみ吸収孔の位置決めが困難で生産性に劣る欠点がある。また、本件のような振動板と圧電体のバイモルフ効果を利用してインクを吐出させる方式のインクジェットプリンタヘッドにおいては、圧電体の横方向の変位を利用するため、全てが繋がった構造であると、隣接するノズルへの影響が大きいといった問題がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、クロストークを防止するとともに生産性に優れたインクジェット記録ヘッドおよびインクジェット記録装置並びにインクジェット記録ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。

本発明は前記目的を達成するために、インクが充填された複数のインク室がライン状に配置され、インク室の外側に設けられた圧電素子に電圧が印加されることにより、前記インク室を収縮させてインク室のノズルからインクを記録媒体に吐出させるインクジェット記録ヘッドにおいて、前記圧電素子はｄ３１方向の変位を利用するとともに前記圧電素子の活性部（個別電極）の外周部分には、圧電素子を貫通してなる圧電ひずみ吸収孔が形成されていることを特徴としている。

本発明によれば、圧電素子のインク室外周部分には、圧電素子を貫通してなる圧電ひずみ吸収孔が形成されているので、圧電ひずみによって生じる応力を圧電ひずみ吸収孔にて除去してクロストークを防止できる。

請求項２に記載された本発明によれば、前記圧電素子が取り付けられている前記インク室の一部を形成する振動板には、圧電素子の圧電ひずみ吸収孔と対向する位置に、溝が形成されているので、圧電ひずみによって振動板に生じる応力をさらに緩和でき、クロストーク除去を促進できる。

請求項３に記載された本発明によれば、振動板と圧電素子とは接着剤にて接合されるとともに、圧電ひずみ吸収孔を接着時における余剰接着剤の逃げ部としたので、あまった余剰接着剤が圧電ひずみ吸収孔に入り込み、振動板と圧電素子とで安定した接合が可能である。また、圧電ひずみ吸収孔によって接着剤の乾燥時間も短縮できる。

請求項４に記載された本発明は、インクが充填された複数のインク室がライン状に配置され、インク室の外側に設けられた圧電素子に電圧が印加されることにより、前記インク室を収縮させてインク室のノズルからインクを記録媒体に吐出させるインクジェット記録装置において、前記圧電素子はｄ３１方向の変位を利用するとともに前記圧電素子の活性部の外周部分には、圧電素子を貫通してなる圧電ひずみ吸収孔が形成されていることを特徴としている。

請求項４に記載された本発明によれば、圧電素子のインク室外周部分には、圧電素子を貫通してなる圧電ひずみ吸収孔が形成されているので、インクジェット記録装置において、圧電ひずみによって生じる応力を圧電ひずみ吸収孔にて除去してクロストークを防止できる。

請求項５に記載された本発明は、請求項１に記載されたインクジェット記録ヘッドの製造方法であって、単一なグリーンシートの片面側にスクリーン印刷法にて共通電極を形成する工程と、前記グリーンシートの他面側にスクリーン印刷法にて個別電極を形成する工程と、前記グリーンシートの前記個別電極の外周部分にプレス機にて圧電ひずみ吸収孔を形成する工程と、前記グリーンシートを焼成してｄ３１方向の変位を利用する圧電素子を形成する工程と、該圧電素子を振動板に貼付する工程と、を有することを特徴としている。

請求項５に記載された本発明によれば、共通電極や個別電極の形成後、圧電ひずみ吸収孔を加工した後に振動板を貼り付けるため、形成加工時に生じやすい振動板のひずみや損傷などを防止でき、生産性を向上できる。

また、本明細書において「記録」とは、文字を含む広い意味で画像を形成する概念を表すものとする。また、「記録媒体」は、ヘッドによって画像が形成される媒体（被画像形成媒体、記録媒体、受像媒体、記録紙など呼ばれるもの）であり、連続用紙、カット紙、シール用紙、ＯＨＰシート等の樹脂シート、フイルム、布、その他材質や形状を問わず、様々な媒体を含むものとする。

本発明によれば、クロストークを防止するとともに生産性を向上できる。

以下、添付図面に従って本発明に係るインクジェット記録ヘッドおよびインクジェット記録装置並びにインクジェット記録ヘッドの製造方法の実施の形態について詳説する。図１は第１の実施の形態におけるインクジェット記録ヘッドおよびインクジェット記録装置並びにインクジェット記録ヘッドの製造方法が適用される画像形成装置１０の構成を模式的に示す側面図である。

画像形成装置１０は、記録ヘッド１２と、この記録ヘッド１２に対向して配置され、記録紙１６の平面性を保持しながら記録紙１６を搬送するベルト搬送部１８と、記録紙１６を供給する給紙部２０と、画像形成済みの記録紙を外部に排出する排紙部２２と、を備えている。

記録ヘッド１２は、記録紙１６の紙幅に対応する長さを有するライン型ヘッドを紙送り方向と直交方向に固定配置した、いわゆるフルライン型ヘッドで構成されている。記録紙１６の搬送方向（矢印Ａ）に沿って上流側からブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の順に各色インクに対応した記録ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙが配置されている。これら各記録ヘッドには、不図示のノズルが形成され、記録紙１６を搬送しつつノズルからそれぞれの色インクを記録紙１６に吐出することにより記録紙１６上にカラー画像などを形成する。記録ヘッド１２の詳細については後述する。

給紙部２０にはロール紙２６が着脱自在にセットされている。給紙部２０近傍には、ロール紙２６から記録紙１６を引き出す引き出しローラ２１、２１が設けられている。引き出しローラ２１、２１の少なくとも一つにはモータ（不図示）の動力が伝達され、引き出された記録紙１６は図１上の右から左へと搬送される。符号２４はローラ２１、２１間に設置された裁断用のカッターであり、このカッター２４によってロール紙２６から引き出された記録紙１６は所望のサイズにカットされる。

ベルト搬送部１８は、ローラ３０、３２、３４、３６間に無端状のベルト３８が巻き掛けられた構造をなし、少なくとも記録ヘッド１２に対向する部分が水平面をなすように構成されている。このベルト３８は、記録紙１６の幅よりも広い幅寸法を有し、ベルト面にて記録紙１６を吸着できる。ベルト３８が巻かれているローラ３０、３２、３４、３６の少なくとも一つにはモータ（不図示）の動力が伝達され、ベルト３８は図１上の反時計回り方向に駆動されて、ベルト３８上に吸着された記録紙１６は図１の右から左へと搬送される。

符号８２は記録紙の位置および大きさなどを読み取る記録紙検出部、符号８４は記録紙１６へのインク吐出タイミング決定用の記録位置検出部、符号８８は記録紙１６の紙詰まりや次紙の供給タイミング決定用の記録紙終端検出部である。さらに、画像形成装置１０にはこれら各検出部の検出結果をもとに画像形成装置１０を統括して制御する不図示のシステムコントローラが設けられている。このシステムコントローラは中央演算処理装置（ＣＰＵ）及びその周辺回路などから構成され、たとえば記録紙１６搬送のための各モータの駆動信号や制御信号、記録ヘッド１２の画像形成信号などを生成する。

次に、記録ヘッド１２の構造について説明する。インク色ごとに設けられている各記録ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙの構造は共通しているので、これらを代表して符号１２によって各記録ヘッドを示すものとする。図２は記録ヘッド１２の平面図であり、図３はその部分拡大断面図である。

記録ヘッド１２は図３に示すように矩形板状に形成されたノズルプレート４２、隔壁４３、振動板４４、共通電極４６、圧電素子４８、個別電極５０などから構成されている。図３に示すようにノズルプレート４２、複数の隔壁４３、振動板４４によって囲まれた空間部によって圧力室（インク室に相当）５４が形成され、各圧力室５４は図２の符号５０に示す位置に千鳥でマトリックス状に配置されている。圧力室５４は不図示のインク供給路と連通され、圧力室５４内部にインクが供給される。

各圧力室５４の底部に相当する位置のノズルプレート４２には、ノズルプレート４２下面と貫通されたノズル５６が形成されている。また、各圧力室５４の天面に圧力室５４を塞ぐように取り付けられた振動板４４は、その上面にグラウンドされた共通電極４６を備えている。

共通電極４６の上面には、ノズルプレート４２と同様の矩形板状からなる単板の圧電素子板４８が取り付けられ、この圧電素子４８の上面における各圧力室５４に対向する位置に個別電極５０が配置されている。この個別電極５０および共通電極４６を介して圧電素子４８に対して電界を図３の上下方向に印加すると、圧電素子４８が横方向（ｄ３１モード）すなわち図３における矢印Ｂ方向に変形する。この圧電素子４８は共通電極４６を介して圧力室５４の一部を形成する振動板４４に取り付けられており、圧電素子４８が横方向に変形すると、圧電素子４８と振動板４４が図３に示すように下方に撓み、圧力室５４の体積を変化させて圧力室５４に圧力波が付与される。

圧電素子４８の個別電極外側４辺部分において、複数の圧電ひずみ吸収孔５２が形成されている。圧電ひずみ吸収孔５２は図２における紙面と直行する方向に貫通して形成されている。

個別電極５０に駆動電圧を印加すると、圧電素子４８の変形に伴って振動板４４が変形し（図３の２点鎖線）、圧力室５４の体積を変化させて圧力室５４に圧力波を付与し、これを受けてノズル５６からインクが吐出される。記録ヘッド１２には、画像形成装置１０側に設けられて個別電極５０に駆動電圧を印加する駆動回路と電気的接続を行なう図示しない接続基板が取り付けられている。

つぎに、上記の如く構成された記録ヘッド１２の作用を説明する。

画像形成パターンに基づいて画像形成を行なうため、システムコントローラによって個別電極５０に駆動回路から駆動電圧を印加させる。図３に示したように圧電素子４８が横方向（図３における矢印Ｂ方向）に変形し、圧力室５４の天面に相当する振動板４４が圧力室５４方向に向けて突出するように撓み（図３の２点鎖線）、圧力室５４に圧力波が付与される。圧力波の付与に伴い、ノズル５６を介して圧力室５４からインクが吐出される。吐出されたインクは記録紙１６の記録面に打滴されて、記録紙１６上に画像が形成される。駆動電圧の印加が終了すると、上記変形した圧電素子４８と振動板４４が変形前の状態に復帰する。なお、この復帰にともない圧力室５４にはインクが吐出した分とほぼ同量だけの新しいインクがインク供給路（図示せず）から供給される。このようなインク吐出動作が繰り返し行われ、搬送される記録紙１６上に画像形成パターンに基づいた画像が形成される。

ここで、圧電素子４８の横方向の変形に伴って、圧電素子４８における個別電極５０外側には内部応力が発生するが、これら内部応力は圧電ひずみ吸収孔５２によって除去される。すなわち、振動板４４とともにたわみ変形する圧電素子４８の個別電極（活性部分）５０の外周部分に圧電ひずみ吸収孔５２が形成されているので、隣接する圧力室の圧電素子４８へのクロストークを除去できる。

なお、図４に示すように圧電ひずみ吸収孔５２は種々の形状や配置形態がある。たとえば本実施の形態で示した図４（ａ）に示すように圧電ひずみ吸収孔５２ａを個別電極５０の外側４辺に配置したもの、図４（ｂ）に示すように矩形形状の圧電ひずみ吸収孔５２ｂを個別電極５０の外側４辺部に配置したもの、図４（ｃ）に示すように圧電ひずみ吸収孔５２ｃを個別電極５０の外側４辺部に千鳥配置したものがあげられる。また、図４（ｄ）に示すように楕円形状の圧電ひずみ吸収孔５２ｄを個別電極５０の外側４辺部に形成配置したものや図４（ｅ）に示すような大きさの異なる圧電ひずみ吸収孔５２ｅを個別電極５０の外側４辺に沿って形成配置したものがある。

ここで、本実施の形態における圧電素子４８は１枚の単板にて構成されており、コストが安く加工も容易である。

つぎに、本実施の形態の記録ヘッド１２に用いられる圧電素子４８の製造方法を図５をもとに説明する。この工程は図５（ａ）から（ｅ）までの順で進行する。

はじめに図５（ａ）において、グリーンシート６０を基板６２に仮着する。

図５（ｂ）に示すようにグリーンシート６０表面にスクリーン印刷法にて共通電極４６を印刷する。

図５（ｃ）に示すようにグリーンシート６０の裏面にスクリーン印刷法にて個別電極５０を印刷する。個別電極５０の形成位置は、マトリクスに配置されたノズル５６に対応する位置となるようにあらかじめ設定されている。

図５（ｄ）に示すようにグリーンシート６０にプレス機６４にて圧電ひずみ吸収孔５２を貫通形成する。

図５（ｅ）に示すようにグリーンシート６０を脱脂した後、焼成して１枚の圧電素子４８が形成される。この後、振動板４４（図３）に貼り付けて、本発明に係る圧電素子４８の形成工程は終了する。

ここで、図６に示すように振動板４４と圧電素子４８とは、接着剤６６にて接合される。この際には、圧電ひずみ吸収孔５２は余剰接着剤６６ａの逃げ部とされ、図６に示すように余剰接着剤６６ａが圧電ひずみ吸収孔５２に入り込み、振動板４４と圧電素子４８とで安定した接合が可能である。

次に、本発明の第２の実施の形態に係るインクジェット記録ヘッドについて、図７を用いて説明する。なお、図２、図３に示した第１の実施の形態と同一、類似の部材には同様の符号を付し、その詳細説明は省略する。

本実施の形態にかかる記録ヘッド１００は図７（ａ）、（ｂ）に示すように、圧電ひずみ吸収孔５２と対向する位置に、振動板４４に圧電ひずみ吸収用の溝１０２が形成されている。

上記の如く構成された記録ヘッド１００によれば、圧電ひずみによって振動板４４に生じる応力をさらに緩和でき、クロストーク除去を促進できる。

上述したような実施の形態に示したインクジェット記録ヘッドおよびインクジェット記録装置並びにインクジェット記録ヘッドの製造方法の構成は、前記実施の形態に限定されるものではない。たとえば、図８に示すように記録ヘッド１１０のように圧電ひずみ吸収孔５２が形成されていない部分に個別電極５０の電極取出し部１１２をボールグリッドアレイなどで半田付けして設けてもよい。これにより、電極取出し部１１２を介して個別電極５０からの電極を一括して取り出しできる。

さらに、個別電極５０は焼成前にスクリーン印刷で形成する構成としたが、これに限らず焼成後にスパッタリングや蒸着などで取り付ける構成としてもよい。

本発明の実施の形態に係るインクジェット記録ヘッドおよびインクジェット記録装置並びにインクジェット記録ヘッドの製造方法が適用される画像形成装置を示す側面図 本発明の実施の形態に係るインクジェット記録ヘッドとしての記録ヘッドを示す平面図 本発明の実施の形態に係るインクジェット記録ヘッドとしての記録ヘッドの詳細構造を示す部分拡大断面図 本発明の実施の形態に係るインクジェット記録ヘッドとしての記録ヘッドにおける圧電ひずみ吸収孔の別実施の形態を示す平面図 本発明の実施の形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法を示す説明図 本発明の別の実施の形態に係るインクジェット記録ヘッドを示す詳細断面図 本発明の別の実施の形態に係るインクジェット記録ヘッドを示す詳細平面図および断面図 本発明の別の実施の形態に係るインクジェット記録ヘッドを示す詳細平面図

符号の説明

１０…画像形成装置、１２…記録ヘッド、１６…記録紙、４６…共通電極、４８…圧電素子、５０…個別電極、５２…圧電ひずみ吸収孔、５４…圧力室、５６…ノズル、１０２…溝、１１２…電極取出し部

Claims (5)

1. インクが充填された複数のインク室がライン状に配置され、インク室の外側に設けられた圧電素子に電圧が印加されることにより、前記インク室を収縮させてインク室のノズルからインクを記録媒体に吐出させるインクジェット記録ヘッドにおいて、
   前記圧電素子はｄ３１方向の変位を利用するとともに前記圧電素子の活性部の外周部分には、圧電素子を貫通してなる圧電ひずみ吸収孔が形成されていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
2. 前記圧電素子が取り付けられている前記インク室の一部を形成する振動板には、前記圧電素子の圧電ひずみ吸収孔と対向する位置に、溝が形成されていることを特徴とする請求項１に記載されたインクジェット記録ヘッド。
3. 前記振動板と圧電素子とは接着剤にて接合されるとともに、前記圧電ひずみ吸収孔を接着時における余剰接着剤の逃げ部としたことを特徴とする請求項２に記載されたインクジェット記録ヘッド。
4. インクが充填された複数のインク室がライン状に配置され、インク室の外側に設けられた圧電素子に電圧が印加されることにより、前記インク室を収縮させてインク室のノズルからインクを記録媒体に吐出させるインクジェット記録装置において、
   前記圧電素子はｄ３１方向の変位を利用するとともに前記圧電素子の活性部の外周部分には、圧電素子を貫通してなる圧電ひずみ吸収孔が形成されていることを特徴とするインクジェット記録装置。
5. 請求項１に記載されたインクジェット記録ヘッドの製造方法であって、
   単一なグリーンシートの片面側にスクリーン印刷法にて共通電極を形成する工程と、
   前記グリーンシートの他面側にスクリーン印刷法にて個別電極を形成する工程と、
   前記グリーンシートの前記個別電極の外周部分にプレス機にて圧電ひずみ吸収孔を形成する工程と、
   前記グリーンシートを焼成してｄ３１方向の変位を利用する圧電素子を形成する工程と、
   該圧電素子を振動板に貼付する工程と、を有することを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
   
   

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