JP2785720B2 - インクジェット式印字ヘッド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インク滴を飛翔させ記
録用紙にインク滴によるドットを形成するプリンタ等の
インクジェット式印字ヘッドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の従来のインクジェット式印字ヘ
ッドとして、例えば特公昭６０−８９５３号公報には、
複数のノズルを形成したインク液部内にノズルに対向さ
せて圧電素子を配列し、この圧電素子の縦変位あるいは
屈曲変位を利用してノズル領域に動圧を生じさせインク
液を飛翔させる方式が開示されている。

【０００３】しかし、この縦変位利用のインクジェット
式印字ヘッドでは、インク滴を飛翔させるのに必要な変
位を達成するために圧電素子の長手方向の寸法が大きく
なってしまうという問題がある。

【０００４】また屈曲変位を利用するインクジェット式
印字ヘッドの場合では、その圧力発生素子である圧電素
子の固定方法として、両端部をネジ止めにおいて単純支
持に近い状態で固定しているが、この支持方法では変位
は大きくとれるものの押圧力が小さく、そのため圧電素
子の寸法を大きくせざるをえなかった。そして、片端固
定の場合には、さらに押圧力が弱くなるという欠点があ
った。

【０００５】さらに従来技術として、例えば特開平１−
１１５６３８号公報には、圧力発生素子としての圧電素
子に、低電圧駆動化のために数十μｍ厚の圧電材料と導
電材料を交互に積層した積層振動子を適用し、その厚み
縦振動ないしは長手方向の横効果縦振動を圧力発生に利
用した印字ヘッドが開示されている。

【０００６】このような積層振動子を用いた圧力発生素
子によれば電極間距離を小さくできるため、低電圧での
駆動が可能である。しかし、この場合も前記特公昭６０
−８９５３号公報記載の従来例と同様の欠点がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記従来例では、印字
に要求される飛翔力を得るため、すなわち圧電素子の伸
縮あるいは曲げの大きな変位および強い押圧力が得られ
るように圧電素子の寸法を大きくすることが必要とさ
れ、また、インクを吐出するノズルの間隔（ドット間
隔）は高密度にするのが望ましいことから、縦振動を用
いた圧電振動子の場合には必然的に圧電素子の寸法は長
手方向に大きくなってしまっていた。

【０００８】一方、片端支持あるいは単純支持のような
支持固定法を用いた圧電振動子の場合には、押圧力を増
大させるために厚みを大きくとらなければならないとい
う欠点があった。

【０００９】従って、本発明はこのような問題を解決
し、より小型で、低電圧において高いエネルギー効率
で、高密度にインクを飛翔させることができるインクジ
ェット式印字ヘッドを提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明のインクジェット式印字ヘッドは、両側端面
に導電材料を塗布し電極を形成した圧電磁器プレート
と、該圧電磁器プレートの一面に接合された金属板と、
が複合振動子を形成し、該複合振動子を、長手方向に複
数配設されたノズル開口をもつノズル基板に対し、該ノ
ズル開口の対向面に弾性薄板を介して該ノズル開口と同
数だけ該複合振動子の両端部固定で配列し、前記ノズル
基板と前記弾性薄板との間にインク液室を形成してなる
ものである。

【００１１】本発明のインクジェット式印字ヘッドにお
いては、好ましくはインク液室は、ノズル開口部毎にノ
ズル基板に凹部を設け、相隣るインク液室間の隔壁の高
さがノズル基板の高さより低くされ、該凹部上部に弾性
薄板を蓋状に配することにより構成される。

【００１２】また本発明のインクジェット式印字ヘッド
においては、好ましくは金属板は、ノズル開口部に対向
する所定の領域を凸部として残し、その両側に凹溝が形
成された構成とされる。

【００１３】さらに本発明のインクジェット式印字ヘッ
ドにおいては、好ましくは複合振動子は、一のノズル基
板に対し、複数のノズル開口部の上部にそれぞれ弾性薄
板を介して短冊状に切断して配することで構成される。

【００１４】そして、本発明は、ノズル開口部を片側側
面に２列配したノズル基板に対し、該ノズル基板の両側
端にそれぞれ弾性薄板を介して、圧電磁器プレートと金
属板を接合して成る複合振動子をノズル開口と同数だけ
両端部固定で配列し、前記ノズル基板と前記弾性薄板と
の間にインク液室をそれぞれ形成してなるインクジェッ
ト式印字ヘッドを提供する。

【００１５】本発明のインクジェット式印字ヘッドにお
いては、好ましくは、ノズル基板に一側側面にノズル開
口列を２列形成し、各ノズル開口に対応して、ノズル基
板の前記側面に直交する両端面に凹部を設け、相隣るイ
ンク液室間の隔壁の高さはノズル基板の外壁の高さより
低くし、該凹部上部に弾性薄板を配してインク液室を構
成している。

【００１６】本発明のインクジェット式印字ヘッドにお
いては、好ましくは複合振動子は、両側端面に導電材料
を塗布し電極を形成した圧電磁器プレートと、該圧電磁
器プレートの一面に接合された金属板と、からなり、複
合振動子をノズル基板の両側に配設したことを特徴とし
ている。

【００１７】また、本発明のインクジェット式印字ヘッ
ドにおいては、好ましくは、ノズル基板の両側端に設け
られた複合振動子は、一のノズル基板に対し、インク液
室毎に圧電磁器プレート及び金属板を長手方向に等間隔
に切断して設けられる。

【００１８】本発明のインクジェット式印字ヘッドにお
いては、好ましくは、圧電磁器プレートを分極方向が互
いに逆向きとした圧電磁器プレートの積層構造として構
成してもよい。

【００１９】

【作用】本発明の概要及び作用を以下に説明する。

【００２０】本発明は、金属板と上下面に電極を形成し
た圧電磁器プレートを強力接着剤により接合した複合振
動子を圧電発生素子として用いることを特徴とするもの
である。本発明の印字ヘッドは、該複合振動子と、イン
クを吐出するノズル開口およびインク液室をもつノズル
基板と、弾性薄板を介して、張り合せることで構成され
ている。

【００２１】そして、本発明においては、圧電磁器プレ
ートに電圧を印加すると、金属板と圧電磁器プレートの
複合振動子が両端固定の撓み変位をする。金属板の中央
部に設けた凸部により、その撓み変位を弾性薄板に伝
え、弾性薄板を変形させる。この弾性薄板の変形により
インク液室は圧迫され、ノズル開口よりインクが飛翔さ
れる。

【００２２】このように、圧力発生に複合振動子の撓み
変位を利用することは、縦振動を利用した圧電振動棒に
比べて大きな変位を得ることができるため、印字に必要
な高い飛翔力を得るのに極めて有効である。

【００２３】また、この場合、複合振動子の撓み変形が
該振動子の両端が固定された状態で行われるため、片端
固定あるいは単純支持に比べて、数倍ないしは１０倍程
度の大きな押圧力を得ることができる。

【００２４】従って、本発明は、圧電磁器プレートを含
めた圧力発生素子たる複合振動子の寸法をさほど大きく
することなくインク液の飛翔に十分な押圧力と大きな変
位量が得られるため、小型で印字品質の優れた圧電型イ
ンクジェット式印字ヘッドを構成するのに極めて有利な
ものとなる。

【００２５】また、各ノズル開口ごとに凹部を設けたノ
ズル基板とその凹部上部に配する弾性薄板とでインク液
室を形成し各インク液室の小型・個室化が図られてい
る。インク液室の小型・個室化は、インク液の飛翔力の
増大にも有効に寄与し、さらに隣接インク液室への圧力
の遮断に有効である。

【００２６】隣接する各インク液室間の隔壁は、インク
液の補充経路の確保と複合振動子の振動を阻害しないよ
うにするため、その高さをノズル基板の外壁よりも低く
している。

【００２７】すなわち、本発明は、前記特公昭６０−８
９５３号公報、特開平１−１１５６３８号公報等に開示
されるインクジェット式印字ヘッドよりも小型化及び飛
翔力において優るものである。

【００２８】本発明において、駆動電圧をさらに低くす
る場合には、分極方向を互い違いにした圧電磁器プレー
トを積層し、電極間距離を狭めて使用することで低電圧
での駆動が可能とされる。

【００２９】また、複合振動子は複数のノズル各々に対
応して配列される必要があるが、本発明においては、一
枚の複合振動子を半導体の製造等に用いられるバンドソ
ー等により短冊状に切断することで配列できるため、極
めて高い加工精度で高密度化が可能である。

【００３０】本発明においては、複数のインク室を２列
に配列し、その個々のインク室に対しノズル開口を設
け、そのノズル開口列に対し上下に弾性薄板を配し、そ
の弾性薄板の変形のための圧力発生素子として金属板と
上下面に電極を形成した圧電磁器プレートを強力接着剤
により接合した複合振動子を配する構成とすることも可
能である。インク液室及びノズル開口列が２列構成とな
っているため、従来の印字ヘッドよりも高ノズル化、高
速度印字化が達成される。

【００３１】このような２重（２列）構成の印字ヘッド
は、圧力発生素子が大型化してしまうという懸念があっ
たが、本発明においては、圧力発生素子として金属板と
圧電磁器プレートの複合振動子を用い、その撓み変位を
利用すること及びインク液室の小型化を図ることで、高
い飛翔力の確保とヘッドの小型化を実現できる。

【００３２】また、本発明によれば、複合振動子が両端
固定とされるため、この複合振動子自身の固有共振周波
数は２０ｋＨｚ以上と可聴周波数帯域外に設計すること
が可能とされ、その分インクジェット印字ヘッドの高速
化を図ることができる。

【００３３】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。

【００３４】

【実施例１】図１は本発明の一実施例の構成を示すもの
であり、インクジェット式印字ヘッド主要部の構成を説
明する斜視図である。図２（Ａ）は本発明の一実施例に
おけるインク液室を含むノズル基板の構成を示す斜視
図、図２（Ｂ）はノズル基板の構成を示す上面図であ
る。図３は、本発明の一実施例の構成及び組立（製造）
を説明する図である。

【００３５】図１を参照して、本実施例は、上下面に導
電材料を塗布し電極１１を形成した圧電磁器プレート１
０と、圧電磁器プレート１０の一側面に接合された金属
板１２と、弾性薄板１３と、ノズル開口１６とインク液
室１５を有するノズル基板１４と、から構成され、圧電
磁器プレート１０と金属板１２とが複合振動子としてし
て作用する。図１に示すように、一列に配列された複数
のノズル開口１６をもつノズル基板１４（図２（Ｂ）参
照）に対して、ノズル開口１６の対向面に弾性薄板１３
を介してノズル開口１６と同数だけ複数の複合振動子を
両端部固定で配列し、ノズル基板１４と弾性薄板１３の
間にはインク液室１５が形成される。

【００３６】図２を参照して、隣接する各インク液室１
５の間に設けられる隔壁（「側壁」ともいう）は、その
高さがノズル基板１４の外壁よりも低くされている。

【００３７】図３を参照して、本実施例のインクジェッ
ト式印字ヘッドの製造において、ノズル基板１４のノズ
ル対向面にインク液室１５への圧力の担い手となる弾性
薄板１３を両端部固定となるように接着剤で貼り付け固
定する。

【００３８】金属板１２と圧電磁器プレート１０を接着
剤により接合した複合振動子を、弾性薄板１３の上部に
接着剤により弾性薄板１３に両端部固定となるよう貼り
付ける。なお接合技術として、接着剤の他、金属同志の
部分に対しては溶着することも有効である。

【００３９】金属板１２は弾性薄板１３に圧力を加える
べく中央部に凸部を設けてある。

【００４０】圧電磁器プレート１０の上下面には導電材
料を全面塗布し、電極１１を形成している。

【００４１】この複合振動子は、図４に示すように、圧
電磁器プレートを分極方向（図中矢印で示す）が互い違
いの積層構造とすることも可能である。かかる積層構造
により、前記した通り、電極間距離を狭めて使用するこ
とで低電圧での駆動が可能とされる。

【００４２】複合振動子の接合完了後、複合振動子をイ
ンク液室１５と同間隔で短冊状に切断する。この切断工
程の際、弾性薄板１３にはある程度傷を付けておくと、
隣接するインク液室１５への押圧力の漏洩の抑制が期待
できる。この構造の場合、ノズル開口１６の間隔ピッチ
は加工精度にもよるが、0.3mm以下のものも実現可能で
ある。

【００４３】図１の斜視図では、構造をわかりやすくす
るため、寸法の比率等を変えて示しているが、本発明に
係る印字ヘッドの実際の寸法は、例えば24ドット（ピッ
チ幅0.3mm）において、7.5mm×7.5mm×1mmとされ、小型
化が図られている。ピッチ幅をさらに狭め、さらなる小
型化も十分可能である。

【００４４】

【実施例２】図５は本発明の別の実施例を示すテスト式
印字ヘッドの主要部の構成を説明する斜視図である。

【００４５】図５を参照して、本実施例は、インク液室
１５をノズル基板１４の上下両端に形成し、さらにそれ
ぞれのインク液室１５に対応して、ノズル基板１４の側
面にノズル開口１６を設け、２列のノズル開口列を形成
している。

【００４６】圧力発生の手段は、前記第１実施例と同様
に、圧電磁器プレート１０と金属板１２の複合振動子に
よる。

【００４７】本実施例の構造は、ドット数の増大につな
がり、高密度化が図られる。本印字ヘッドの寸法は、好
ましくは、7.5mm×7.5mm×1.8mm、24ドット（ピッチ幅
0.2mm）である。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のインクジ
ェット式印字ヘッドは、高密度・高ノズル数化、高速度
印字が可能であり、また超小型化が容易である。より詳
細には、本発明は下記に記載する効果を有する。

【００４９】本発明（請求項１）によれば、圧力発生に
複合振動子の撓み変位を利用することは、縦振動を利用
した圧電振動棒に比べて大きな変位を得ることができ、
印字に必要な高い飛翔力を得るのに極めて有効である。

【００５０】また、本発明（請求項１）によれば、複合
振動子の撓み変形が該振動子の両端が固定された状態で
行われるため、片端固定あるいは単純支持に比べて、数
倍ないしは１０倍程度の大きな押圧力を得ることができ
る。このため、本発明によれば、圧力発生素子たる複合
振動子の寸法をさほど大きくすることなくインク液の飛
翔に十分な押圧力と大きな変位量が得られるため、小型
で印字品質の優れた圧電型インクジェット式印字ヘッド
を提供するものである。

【００５１】また、本発明（請求項２、６）によれば、
各ノズル開口ごとに凹部を設けたノズル基板とその凹部
上部に配する弾性薄板とでインク液室を形成し各インク
液室の小型・個室化が図られ、インク液の飛翔力の増大
にも有効に寄与し、さらに隣接するインク液室への圧力
の遮断に有効である。

【００５２】さらに、本発明（請求項２、６）によれ
ば、隣接する各インク液室の隔壁はその高さがノズル基
板の外壁よりも低くされ、インク液の補充経路を確保す
ると共に、複合振動子の振動への影響が回避される。

【００５３】さらにまた、本発明（請求項３）によれ
ば、圧電磁器プレートに電圧を印加すると、金属板と圧
電磁器プレートの複合振動子が両端固定の撓み変位する
際に、金属板の中央部に設けた凸部により、撓み変位が
弾性薄板に伝達されて弾性薄板を変形させ、弾性薄板の
変形によりインク液室が圧迫されるもので、ノズル開口
からは印字に必要な高い飛翔力を効率的に得ることがで
きる。

【００５４】そして、本発明（請求項４、８）によれ
ば、一枚の複合振動子を半導体の製造等に用いられるバ
ンドソー等により短冊状に切断することにより配列され
るため、極めて高い加工精度で高密度化が可能とされ
る。

【００５５】本発明（請求項５）によれば、インク液室
及びノズル開口列が２列構成となっているため、従来の
印字ヘッドよりもノズルの高密度化、高速度印字化が達
成される。また、従来、このような２重（２列）構成の
印字ヘッドは、圧力発生素子が大型化してしまうが、本
発明によれば、圧力発生素子として金属板と圧電磁器プ
レートの複合振動子を用い、その撓み変位を利用するこ
と及びインク液室の小型化を図ることで、高い飛翔力の
確保とヘッドの小型化を実現できる。

【００５６】また、本発明（請求項７）によれば、圧力
発生に複合振動子の撓み変位を利用することは、縦振動
を利用した圧電振動棒に比べて大きな変位を得ることが
でき、印字に必要な高い飛翔力を得るのに極めて有効で
ある。

【００５７】本発明（請求項９）によれば、分極方向を
互い違いにした圧電磁器プレートを積層し、電極間距離
を狭めて使用することで低電圧での駆動が可能とされ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェット式印字ヘッドの一実施
例の構成を説明するための部分断面を含む斜視図であ
る。

【図２】（Ａ）本発明の一実施例のインク液室の構成を
示す斜視図である。 （Ｂ）本発明の一実施例のインク液室の構成を示す上面
図である。

【図３】本発明のインクジェット式印字ヘッドの一実施
例の構成および製造工程を説明する図である。

【図４】本発明のインクジェット式印字ヘッドの一実施
例における圧力発生素子である複合振動子の斜視図であ
る。

【図５】本発明のインクジェット式印字ヘッドの別の実
施例の構成を説明するための部分断面を含む斜視図であ
る。

【符号の説明】

１０ 圧電磁器プレート １１ 電極 １２ 金属板 １３ 弾性薄板 １４ ノズル基板 １５ インク液室 １６ ノズル開口 １７ 隔壁（側壁）

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】長手方向に複数配設されたノズル開口をも
   つノズル基板に対し、該ノズル開口の対向面に弾性薄板
   を介して、両側端面に導電材料を塗布し電極を形成した
   圧電磁器プレートと、該ノズル開口部に対向する所定の
   領域を凸部として残しその両側に凹溝を形成してなる金
   属板の平らな主面側を前記圧電磁器プレートの一面に接
   合して構成される複合振動子を、前記ノズル開口と同数
   だけ前記複合振動子の両端部固定で配列し、前記ノズル
   基板と前記弾性薄板との間にインク液室を形成してなる
   インクジェット式印字ヘッド。
2. 【請求項２】前記インク液室が、ノズル開口部毎にノズ
   ル基板に凹部を設け、相隣るインク液室間の隔壁の高さ
   が前記ノズル基板の高さより低くされ、該凹部上部に前
   記弾性薄板を蓋状に配することにより構成される請求項
   １記載のインクジェット式印字ヘッド。
3. 【請求項３】前記複合振動子が、一のノズル基板に対
   し、複数のノズル開口部の上部にそれぞれ前記弾性薄板
   を介して短冊状に切断して配することで構成される請求
   項１記載のインクジェット式印字ヘッド。
4. 【請求項４】ノズル開口部を一側側面に２列配したノズ
   ル基板に対し、該ノズル基板の両側端にそれぞれ弾性薄
   板を介して、圧電磁器プレートと金属板を接合して成る
   複合振動子をノズル開口と同数だけ両端部固定で配列
   し、前記ノズル基板と前記弾性薄板との間にインク液室
   をそれぞれ形成してなるインクジェット式印字ヘッド。
5. 【請求項５】前記ノズル基板に一側側面にノズル開口列
   を２列形成し、各ノズル開口に対応して、前記ノズル基
   板の前記側面に直交する両端面に凹部を設け、相隣るイ
   ンク液室間の隔壁の高さはノズル基板の外壁の高さより
   低くし、該凹部上部に弾性薄板を配してインク液室を構
   成したことを特徴とする請求項４記載のインクジェット
   式印字ヘッド。
6. 【請求項６】前記複合振動子が両側端面に導電材料を塗
   布し電極を形成した圧電磁器プレートと、該圧電磁器プ
   レートの一面に接合された金属板と、からなり、前記複
   合振動子を前記ノズル基板の両側に配設したことを特徴
   とする請求項４記載のインクジェット式印字ヘッド。
7. 【請求項７】前記ノズル基板の両側端に設けられた複合
   振動子が、一のノズル基板に対し、インク液室毎に前記
   圧電磁器プレート及び前記金属板を長手方向に等間隔に
   切断して設けられる請求項５記載のインクジェット式印
   字ヘッド。
8. 【請求項８】前記圧電磁器プレートを分極方向が互いに
   逆向きとした圧電磁器プレートの積層構造としたことを
   特徴とする請求項１又は４記載のインクジェット式印字
   ヘッド。