JP2625233B2 - インクジェット記録ヘッド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、インクジェット記録ヘッドに関する。

［従来の技術］ ワードプロッサ、パーソナルコンピュータ等の電子機
器の出力装置としてプリンタがあり、このプリンタにイ
ンクジェット式の記録ヘッドを用いることがある。

第８図〜第10図は従来のこの種のインクジェット記録
ヘッドの部分断面図を示す。

第８図に示すように、基板10と振動板11とでノズル12
とインク室13とが形成されている。振動板11の上に圧電
体14が取り付けられている。この圧電体14の両面の電極
15及び16に電圧が印加されることにより圧電体14と振動
板11が図中の破線のように変形する。

これによりインク室13の圧力が上昇し、インクがノズ
ル12から噴射される。

第９図は他の従来例を示す部分断面図である。

同図に示すように、先端にノズル17が形成されたガラ
ス管18の周囲に、圧電体19を巻装するようにしたもので
ある。この圧電体19の電極20及び21に電圧を印加するこ
とにより、圧電体19とともにガラス管18が収縮される。
これによりインク室22の圧力が上昇しインクがノズル17
から噴射される。

一方、特開昭62−56150号公報では第10図の部分断面
図に示すように圧電体プレート23の表面に複数の溝24を
形成し、その溝の突出部25の両面に電極26を設け、圧電
プレート23にカバープレート27を接合して、溝24をイン
ク室とすることで複数列のインクジェット記録ヘッドを
構成することが提案されている。

［発明が解決しようとする課題］ この種のヘッドを用いてマルチノズル型のインクジェ
ット記録ヘッドを製作する場合、圧電体アクチュエータ
を各ノズル毎に個別に取り付けなければならず組み立て
工程が複雑になり、ノズルの高密度化が困難となる。

さらに前述の公報による技術では各インク室が連接し
ているためクロストークを引き起こす原因にもなってい
る。

しかもいずれの場合においても圧電体に印加する信号
電圧を100V以上の高電圧にするか、インク室を大きくし
なければならない。

従って、本発明の目的は、製作が容易であり低電圧で
駆動し、かつクロストークの発生しないマルチノズル型
のインクジェット記録ヘッドを提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上述の目的は本発明によれば、複数のノズルと、該ノ
ズルに夫々連通した複数のインク室を形成する圧電アク
チュエータとを備えたインクジェット記録ヘッドであっ
て、圧電アクチュエータは、複数の電極と複数の圧電体
とが互いに交互にノズルの並ぶ方向に積層されると共
に、積層された複数の電極及び複数の圧電体が複数のイ
ンク室を画定するべく複数の歯部を形成して櫛状に構成
されており、歯部は電極に電圧が印加されると積層面に
垂直に撓むバイモルフ効果を利用していることを特徴と
するインクジェット記録ヘッドにより達成される。

［作用］ インク室を画定する２つの圧電アクチュエータの歯部
に信号電圧が印加されるとバイモルフ効果により歯部は
積層面に垂直に撓み、２つの歯部で画定されるインク室
の容積が減少する。これにより、インク室内に圧縮圧が
発生してノズルからインクが噴射される。

［実施例］ 以下、本発明によるインクジェット記録ヘッドを実施
例により詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例として、インクジェット式
プリンタ用の記録ヘッドの分解斜視図である。

同図において、基板31上に圧電アクチュエータ32が接
合される。圧電アクチュエータ32の上面にはカバー34が
接合される。圧電アクチュエータ32の前面（図中左側）
にはオリフィスプレート33が接合されてインクジェット
記録ヘッドが構成される。

このインクジェット記録ヘッドはカバー34に設けられ
たインクパス35より供給されたインクをオリフィスプレ
ート33の複数のノズル36a〜36dから噴射して図示しない
用紙に印字する。

基板31上には駆動回路37が載置されており、この駆動
回路37と圧電アクチュエータ32の各電極とを接続するた
めの櫛状の配線パターン38が形成されている。なお、駆
動回路37は基板31上に設けず外部に設けてもよい。

配線パターン38は圧電アクチュエータ32の基部の下面
に露出した各電極に接続されており、この接続は例えば
導電性の接着剤をスクリーン印刷することによって行わ
れる。配線パターン38の櫛状の歯部の数は図では15であ
るが、これに限らず、圧電アクチュエータ32の歯部39の
数の３倍であればよい。

オリフィスイプレート33には４つのノズル36a〜36dが
形成されており、圧電アクチュエータ32の各歯部39a〜3
9eで形成される各溝、即ちインク室（第３図44a〜44d）
にそれぞれ連通している。ノズル36a〜36dの数は図では
４つであるが、これに限定されず圧電アクチュエータ32
の各インク室の数と共に増減してもよい。

一方、カバー34のインクパス35は各溝に連通してお
り、インクパス35を介して注入されたインクは各溝、即
ちインク室にそれぞれ蓄えられる。

第２図は、第１図のインクジェット記録ヘッドの圧電
アクチュエータ32の斜視図である。

同図において、圧電体層41と導電体層42a〜42cとが互
いに交互に積層されて、さらに櫛状に一体型で形成され
ている。圧電アクチュエータ32の各歯部39a〜39eは２つ
の圧電体41と３つの導電体層42a〜42cとが互いに交互に
接合されている。この圧電アクチュエータ32の上面及び
下面には各導電体層42a〜42dが露出しているが、基板31
上の配線パターン38（第１図）に接続されるのは各歯部
39a〜39eの導電体層42a〜42cであり、基部の４つの導電
体層42dは使用されないので接続されなくてもよい。

このような構成の圧電アクチュエータ32の製造方法に
ついて説明する。

まず、圧電体41の材料としての圧電セラミック材料の
粉末、有機バインダ、可塑剤などからなる18層のグリー
ンシート（例えば厚さ50μｍ）と19層の導電体層42とが
互いに交互に積層される。

圧電体41の材料としては好ましくはPZT（ジルコンチ
タン酸鉛）が用いられる。

なお、グリーンシートと導電体層42の層数は本実施例
ではそれぞれ前者が18層で後者が19層であるがこれに限
らず、ノズル及びインク室の数に応じて増減してもよ
い。

このグリーンシートと導電体層42との積層体が焼成す
ることにより硬化される。

この硬化された積層体はダイシングソー等の切削装置
により積層面に垂直に圧電アクチュエータ32の厚さでス
ライスされる。

板状に形成された積層体はさらに２層おきに２層づつ
ダイシングソーによって切削加工されて櫛状の一体型の
圧電アクチュエータ32となる。

ダイシング加工により形成された４つの溝43a〜43dは
インク室として用いられる。

このインク室の作製はダイシングソー加工に限らず、
例えば第３図に示す圧電アクチュエータ32の一部工程説
明図のように奥行き（Ｍ＋Ｌ）、幅Ｗのグリーンシート
と奥行きＬ、幅Ｗの有機物シート45と、奥行きＭ、幅Ｗ
のグリーンシートを積層し（第３図（Ａ））、焼成後こ
の有機物シート45の部分が空隙となるように例えばエッ
チングすることにより形成してもよい（同図（Ｂ））。
ただし、このとき奥行きＬは溝の長さに等しい。

このようにして形成された圧電アクチュエータ32の各
歯部39a〜39eの３つの導電体層42a〜42cの中の２つの導
電体層42a及び42cを、信号電極45a〜45eとし、各歯部39
a〜39eの２つの圧電体層41に挟まれた導電体層42bを共
通電極46（例えばGND（グランド）電極）とする。

これら各歯部39a〜39eは信号電極45a〜45eと２つの共
通電極42a及び42cとに電圧が印加されるとバイモルフ効
果により２つの圧電体層41は接合面に垂直な方向に撓
む。

ここでバイモルフ効果について第４図及び第５図を参
照して説明する。

第４図は２枚の圧電素子が接合された側面図である。

同図において厚さT/2の２枚の圧電素子はそれぞれ
で示す如くこの厚さT/2方向に分極されている。この接
合体の一端（図では下端）を固定して圧電素子の接合面
と両外面との間に電圧を印加すると図中右側の圧電体は
圧電横変位効果によって矢印D₁方向に変位し、左側の圧
電体は矢印D₂方向に変位する。ところが２枚の圧電素子
は接合されているため自由端に撓み変形が生じ、全体と
して矢印D₃方向に撓んでしまう。このような現象がバイ
モルフ効果である。

さらに第５図の単体の圧電体の側面図を参照して圧電
横変位効果について説明する。

同図において、厚さＴの圧電体の両面に電圧が印加さ
れるとで示す如くこの厚さＴ方向に分極されて、例え
ば矢印D₄、D₅に示す如く電極に平行な方向に変位する。
（図とは逆方向の場合もある）このような現象が圧電横
変位効果である。

次に本実施例の記録ヘッドの動作について、第６図及
び第７図を参照して説明する。

第６図は第１図の圧電アクチュエータ32を上から見た
ときの変位動作を説明するための説明図である。

同図において、駆動回路より圧電アクチュエータ32の
配線パターンを介して、２つの歯部39c及び39dの各信号
電極45c及び45dと共通電極46との間に信号電圧Ｖがそれ
ぞれ印加される。信号電圧Ｖが印加されるとバイモルフ
効果により各歯部39c及び39dの圧電体41は同図の破線の
ように撓む。

これにより、インク室44cが圧縮されて圧縮圧が発生
し、インク室44c内部のインクがオリフィスプレート33
のノズル36cから噴射される。

第７図はこのときの圧電アクチュエータ32を前面から
見たときの変位動作を説明するための説明図である。

同図（Ａ）は信号電圧が各電極45c、45d、46に印加さ
れる前の状態を示す。

共通電極46と信号電極45c、45dに信号電圧が印加され
ると圧電体41は矢印D₆、D₇に示すようにそれぞれ変位す
る（同図（Ｂ））。これによりインク室が圧縮される。

なお、本実施例では例えば第６図のようにノズル36c
からインクを噴射させる場合、歯部39c及び39dが変位す
ることにより隣接するインク室44b及び44dも同時に破線
のように変位するので、互いに隣接するチャンネルのイ
ンク室44b及び44dを同時に動作させることができない。
この悪影響を防ぐため、インク室44a〜44dを１つおきに
変形させる必要がある。そこでインク室44a〜44dを１つ
おきにインクの入らないダミー室とすることが望まし
い。

さらに、本発明ではバイモルフ素子を圧電体として用
いるため、例えば30V以下の低電圧でも十分な変形量が
得られるので必要以上にインク室44a〜44dを大きくしな
くてもよく、ノズルピッチを例えば300μｍとすること
も可能となる。さらに、低電圧駆動のために駆動回路も
小型のものでよいので消費電力を低減することができ
る。

［発明の効果］ 以上詳細に説明したように、本発明によれば複数のノ
ズルと、該ノズルに夫々連通した複数のインク室を形成
する圧電アクチュエータとを備えたインクジェット記録
ヘッドであって、圧電アクチュエータは、複数の電極と
複数の圧電体とが互いに交互にノズルの並ぶ方向に積層
されると共に、積層された複数の電極及び複数の圧電体
が複数のインク室を画定するべく複数の歯部を形成して
櫛状に構成されており、歯部は電極に電圧が印加される
と積層面に垂直に撓むバイモルフ効果を利用しているこ
とにより、低電圧でも十分な変形量が得られるので、イ
ンク室容量を小さくしてノズルピッチを小さくすること
ができる。加えて、構成が簡単で製造が容易であると共
に低電圧駆動が可能で消費電力を低減することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例として、インクジェット式プ
リンタ用の記録ヘッドの分解斜視図、第２図は第１図の
インクジェット記録ヘッドの圧電アクチュエータ32の斜
視図、第３図は圧電アクチュエータの一部工程説明図、
第４図及び第５図はバイモルフ効果について説明するた
めの説明図、第６図及び第７図は本実施例の動作を説明
するための説明図、第８図〜第10図はインクジェット記
録ヘッドの従来例を示す部分断面図である。 31……基板、32……圧電アクチュエータ、33……オリフ
ィスプレート、34……カバー、35……インクパス、36a
〜36d……ノズル。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数のノズルと、該ノズルに夫々連通した
   複数のインク室を形成する圧電アクチュエータとを備え
   たインクジェット記録ヘッドであって、前記圧電アクチ
   ュエータは、複数の電極と複数の圧電体とが互いに交互
   に前記ノズルの並ぶ方向に積層されると共に、該積層さ
   れた複数の電極及び複数の圧電体が前記複数のインク室
   を画定するべく複数の歯部を形成して櫛状に構成されて
   おり、該歯部は前記電極に電圧が印加されると積層面に
   垂直に撓むバイモルフ効果を利用していることを特徴と
   するインクジェット記録ヘッド。