JP2659819B2

JP2659819B2 - 液滴噴射装置

Info

Publication number: JP2659819B2
Application number: JP1246994A
Authority: JP
Inventors: 浩司久保田; 義雄金山
Original assignee: Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Current assignee: Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Priority date: 1989-09-22
Filing date: 1989-09-22
Publication date: 1997-09-30
Anticipated expiration: 2012-09-30
Also published as: JPH03108549A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、例えばインクジェットプリンタ装置におけ
るインクジェット記録ヘッド等に適用される液滴噴射装
置に関するものである。

〔従来の技術〕

上記のようなインクジェット記録ヘッドでは、インク
の満たされた液室に加圧してインクの液滴を噴射させる
ために、圧電体の変形を利用する方式が従来より採用さ
れている。例えば第３図に示している第１従来例では、
カバーブロック30に、その下面から上方へと凹入する複
数の溝を形成した後、これらの溝を下側から薄板状の振
動板31で覆うことによって、それぞれインクの満たされ
る液室32…が構成され、そして、上記振動板31の下側
に、圧電体材料より成る加圧ブロック33が配設されてい
る。この加圧ブロック33は、平板状の基底部34と、この
基底部34の上面からそれぞれ上方へ延びて上端面が振動
板31に接着された複数の柱状の圧電素子部35…とを有す
る形状となされており、各圧電素子部35の上下の各端
面、すなわち基底部34との接合面、及び振動板31との接
着面にそれぞれグランド電極36・37が、また中間位置に
信号電極38が設けられている。この信号電極38に電圧を
印加することによって、圧電素子部35に伸び変形が生
じ、この変形に応じて振動板31には、図中二点鎖線で示
すように、液室32内に凹入する変形を生じる。これによ
り、液室32の内容積が減少することから、液室32内の液
圧が上昇し、この結果、液室32内のインクがノズル39を
通して噴射される。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上記第３図の例の構成においては、複数の
液室32…に対応させて設けられる各圧電素子部35と振動
板31との組立精度等に起因して、各液室32毎のインクの
噴射特性にばらつきを生じ易いという問題がある。それ
は、例えば基底部34から振動板31までの各圧電素子部35
の高さ寸法が均一でない場合に、圧電素子部35の上面と
振動板31との間の接着層の厚さ寸法や接着強度等に差を
生じ、このときには、各圧電素子部35の上端面の変異量
が同一であっても、各接着層を介する変異の伝達量がば
らつく結果、各液室32毎の振動板31の変形量に差を生じ
るためである。

本発明の目的は、複数の液室が隣接して構成される液
滴噴射装置において、各液室毎の噴射量にばらつきを生
じることなく、かつ各液室間の干渉を抑えることができ
る液滴噴射装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上述の目的を達成するための液滴噴射装置は、圧電体
材料からなる平板状の基板上に圧電素子部を積層すると
共に、該積層した圧電素子部に溝を形成して個々の圧電
素子部に区分した本体ブロックと、平板状の天板部に上記溝に嵌入する隔壁部を設け、上
記本体ブロックと相互に組み合わせることで上記溝にて
区分された各圧電素子部を個別に上記隔壁部にて形成さ
れる液室内に収容するためのカバーブロックと、上記各液室内で圧電素子部に臨み、該圧電素子部に電
圧を印加して容積変化を生じさせる電極と、上記各液室毎に対応したノズルオリフィスが形成され
るオリフィスプレートとを含むことを特徴とする。

〔作用〕

以上の構成によれば、圧電素子部を液室内に位置決め
された状態で簡単に配置することが可能になり、圧電素
子部による容積変化が直接液室内で生じる。そのため、
圧電素子部の変形量を途中で仲介する部材がなく、圧電
素子部の体積変化にて液室内の液を効率よく噴射でき
る。

この場合、液室が隣接していても、他の液室への圧電
素子部による変化が伝達させることは皆無となり、各液
室間での干渉が生じる危険性が全くなくなる。

また、基板上に積層した圧電素子部に溝を設けること
で、該溝にカバーブロックの隔壁部を嵌入させること
で、本体ブロックとの間での位置決めをも行えるため、
位置決め精度が増すと同時に、液滴噴射装置の製造によ
る組み立て等が非常に簡単になる。

〔実施例〕

本発明の一実施例を第１図及び第２図に基づいて以下
に説明する。

第２図には、インクジェットプリンタ装置に組込まれ
るインクジェット記録ヘッドの分解斜視図を示してお
り、このヘッドは、例えばジルコン・チタン酸鉛（PZ
T）系の圧電体材料から成る本体ブロック１、カバーブ
ロック２、オリフィスプレート３、背面カバー４から構
成されている。

上記本体ブロック１は、平板状の基板部５と、この基
板部５の上面から上方へ突出すると共に前面側（図にお
いて左下側）から後面側（図において右上側）へと互い
に平行に延びる複数の直方体形状の圧電素子部６…とを
有する形状となされている。これら圧電素子部６…は、
基板部５の上面に圧電体シートを積層した後、ダイシン
グによる溝加工によって作製されたものであり、また上
記積層の過程で、各圧電素子部６と基板部５との間に第
１グランド電極７、各圧電素子６の中間位置に信号電極
８、各圧電素子部６の上面に第２グランド電極９の各薄
層電極がそれぞれ形成されている。

一方、カバーブロック２は、上部側の平板状の天板部
10と、この天板部10の下面から、第１図に示すように、
隣合う圧電素子部６・６間の各離間隙間にそれぞれ上方
より挿入される隔壁部11…とを有する形状に形成されて
いる。このカバーブロック２は、本体ブロック１の上面
側を、例えば紫外線硬化樹脂で絶縁コーティングした
後、各隔壁部11の下端面が基板部５に接する位置で相互
に接合される。この組立状態において、第１図に示され
ているように、カバーブロック２の天板部10と隔壁部11
・11とで三方が、また本体ブロック１の基板部５で底部
側が覆われた空間部がそれぞれ形成され、これら空間部
が、各々インクが満たされる液室12…となっている。こ
の場合、各圧電素子部６…は、底部側の壁面を構成して
いる基板５の上面から、各液室12内へと突出する状態で
位置すると共に、これら圧電素子部６に、後述する体積
変化を生じさせるための電極は、外方側の前記第１グラ
ンド電極７も、液室を囲繞する壁面、すなわち上記基板
部５よりも内方に、この場合には、この基板部５におけ
る液室12側の面に沿う位置に設けられている。したがっ
て、信号電極８に電圧を印加した場合の電界は、第１及
び第２グランド電極７・９間の圧電素子部６の領域のみ
に生じ、上記第１グランド電極７を超えて基板部５には
及ばないものとなっている。

上記本体ブロック１とカバーブロック２との組立後、
前面側に、第２図に示しているオリフィスプレート３
を、またカバーブロック２の後面側における基板部５上
に背面カバー４をそれぞれ接合して、インクジェット記
録ヘッドが構成される。上記オリフィスプレート３に
は、各液室12に対応する位置にそれぞれノズルオリフィ
ス13…が穿設されており、また背面カバー４にはインク
供給口14が形成されている。

上記カバーブロック２は、感光性ガラスを用い、各隔
壁部11間の溝加工を、紫外線露光後、弗酸によるエッチ
ングを行うことによって作製されている。この場合、サ
イドエッチが少なく、したがって深さ方向の真直性の優
れた溝加工が可能であり、液室12を形成する上記溝の形
状を、例えば深さ200μｍ、幅400μｍ、前後方向の寸法
（奥行）5mmとする微細加工を精度良く行うことができ
る。なおこの実施例の場合、例えば40個の液室12を並設
してヘッドを構成しており、この場合のヘッド全体の大
きさを例示すれば、幅30mm、高さ3mm、奥行30mmであ
る。またオリフィスプレート３は金メッキを施したニッ
ケル板で構成しているが、これぱポリイミド樹脂材料等
で構成することもできる。このオリフィスプレート３
に、各液室12の配列ピッチに応じて、例えば直径30μｍ
のノズルオリフィス13…が穿設されている。

上記構成のインクジェット記録ヘッドにおいては、信
号電極８に電圧を印加することによって、圧電電子部６
には、縦効果によって高さ方向への伸び変形と、横効果
によって横方向への縮み変形とを生じる。そしてこの場
合、高さ方向の変位係数の方が横方向に比べて約２倍大
きく、この結果、全体の体積が増加する変形となる。こ
れによって、この圧電素子部６を内包する液室12の容積
の減少を生じて液圧が上昇する経過、液室内12からイン
クの液滴がノズルオリフィス13を通して噴射される。

そして上記の構成においては、液室12内に位置してい
る圧電素子部６の体積変化がそのまま液室12の容積変化
となって、インクの噴射が制御され、したがって前記し
た従来例での振動板のような介在物に起因する各液室間
での噴射特性のばらつきが解消される。また上記のよう
な介在物で生じていたエネルギー損失も低減される。さ
らに上記の構成においては、圧電素子部６の体積変化を
生じさせるために信号電極８に電圧を印加したときの電
界は、この信号電極８と第１及び第２グランド電極７・
９間において生じ、第１グランド電極７を超えて基板部
５に作用することがないので、この基板部５には変形を
生じない。したがって前記したクロストークによる動作
特性の不安定化が防止される。また上記実施例において
は、信号電極８を挟んで両側にグランド電極７・９を設
けた積層形の圧電素子構成としており、このため、より
小さな圧電素子形状で大きな変形量が得られること、及
び上記クロストークの解消が図られることから、ノズル
オリフィス13のピッチをより小さくして高密度化された
インクジェット記録ヘッドとして構成することができ
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の液滴噴射装置によれ
ば、隣接する液室内に直接、圧電素子部を簡単に一定条
件にて配置できる構造となり、これにより圧電素子部の
変化を液室に作用できるため、変化量にばらつきが生じ
ることもなく、常に決められた一定量の液滴を噴射でき
る。また、隣接する各液室間での干渉が生じることもな
くなる。

そして圧電素子部と同一の材料の基板にて液室の一側
を構成するようにしているため、液滴噴出装置を簡単に
製造できる。

この場合、圧電素子部に溝を形成しているため、液室
を形成するためのカバーブロックとの組み合わせによる
位置決め、及びその精度が向上し、液滴噴出装置の組み
立て等がより簡単となる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の一実施例を示すものであ
る。第１図は、インクジェット記録ヘッドの要部断面図であ
る。第２図は、上記インクジェット記録ヘッドの分解斜視図
である。第３図および第４図は、それぞれ従来例を示すものであ
る。第３図は、第１従来例の構成を示す断面図である。５は基板部（壁面）、６は圧電素子部、７は第１グラン
ド電極、８は信号電極、９は第２グランド電極、12は液
室、13はノズルオリフィスである。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電体材料からなる平板状の基板上に圧電
素子部を積層すると共に、該積層した圧電素子部に溝を
形成して個々の圧電素子部に区分した本体ブロックと、平板状の天板部に上記溝に嵌入する隔壁部を設け、上記
本体ブロックと相互に組み合わせることで上記溝にて区
分された各圧電素子部を個別に上記隔壁部にて形成され
る液室内に収容するためのカバーブロックと、上記各液室内で圧電素子部に臨み、該圧電素子部に電圧
を印加して容積変化を生じさせる電極と、上記各液室毎に対応したノズルオリフィスが形成される
オリフィスプレートとを含むことを特徴とする液滴噴射
装置。