JP2993075B2 - インクジェット式印字ヘッド - Google Patents

インクジェット式印字ヘッド

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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、印字データの入力を受けた時点で、インク
タンクのインクを液滴として飛翔させ、このインク滴に
より記録用紙にドットを形成するオンデマンド型のイン
クジェット式印字ヘッドに関する。
[従来の技術] オンデマンド型インクジェット式印字ヘッドは、大き
く分けて3種類のものがある。第1のものはノズルの先
端にインクを瞬間的に気化させるヒータを設け、気化時
の膨張圧力によりインク滴を生成、飛翔させる、いわゆ
るバブルジェット型である。第2のものはインク溜部を
形成する容器に信号により変形する圧電素子を設け、変
形時に生じる圧力によりインクを液滴として飛翔させる
ものである。第3のものは、インク溜部内にノズルに対
向させて圧電素子を配設し、この圧電素子の伸縮により
ノズル領域に動圧を生じさせてインク滴を飛翔させるも
のである。
上記第3の形式のオンデマンド型インクジェット式印
字ヘッドは、日本特許公報特公昭60−8953号公報に示さ
れたように、インクタンクを構成する容器の壁面に複数
のノズル開口を形成するとともに、各ノズル開口と対向
するように伸縮方向を一致させて圧電素子を配設して構
成されている。
この印字ヘッドは、印字信号を圧電素子に印加して圧
電素子を伸長させ、このときに発生するインクの動圧に
よりノズルからインク滴を飛出させて印刷用紙にドット
を形成するものである。
このような形式の印字ヘッドにおいては、液滴の形成
効率や飛翔力が大きいことが望ましい。しかしながら、
圧電素子の単位長さ、及び単位電圧当りの伸縮率は極め
て小さいため、印字に要求される飛翔力を得るには高い
電圧を印加することが必要となり、駆動回路や電気絶縁
対策が複雑化するという問題がある。
このような問題を解消するため、日本特許公報特開昭
63−295269号公報に示されているように、電極と圧電材
料を交互にサンドイッチ状に積層したインクジェット式
印字ヘッド用の圧電素子が提案されている。この圧電素
子によれば電極間距離を可及的に小さくすることができ
るため、駆動信号の電圧を下げることができるという効
果がある。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、前記公報に記載された圧電素子は小型
に形成することが困難であるため印字ヘッドを小型化す
ることが困難であるという問題を有している。
本発明は、可及的に低い電圧で十分な飛翔力を備えた
インク滴を安定的に発生することができる小型のインク
ジェット式印字ヘッドを提供することを目的とするもの
である。
[課題を解決するための手段] 本発明のインクジェット式印字ヘッドは、複数のノズ
ル開口を有するノズルプレートと、このノズルプレート
に対して支持部材により一定の間隔をもって配置された
弾性部材と、一端が基板に固定され、他端が自由端とし
て前記ノズル開口に対応するよう前記弾性部材に当接さ
れた圧電材料と導電材料とを層状に交互に積層した複数
の圧電素子とを備え、前記圧電素子は前記基板に一定の
間隔で列設され、前記圧電素子の自由端から固定端まで
の領域が弾性樹脂で覆われていることを特徴とする。
また、前記圧電素子は、圧電材料と導電料の積層方向
と同一方向に伸張することを特徴とする。
[実施例] 第1図は、本発明の第1の実施例を示したものであ
り、第1図(a)は側面図、(b)は(a)図における
b−b視図、(c)は(a)図におけるc−c図であ
る。図中符号2は、セラミックス等による電気絶縁性材
料により形成された角筒状体であり、基板1とともにイ
ンクタンクを構成している。、図中符号10,10,10・・・
・は、圧電素子列を構成している圧電素子12,12,12・・
・・の周面12bを覆っている弾性に富む樹脂(例えばア
ラルタイト社製Aw106や、紫外線硬化性樹脂、例えば旭
化成社製G11、G31、さらには紫外線硬化性シリコンゴ
ム、例えば東芝シリコン社製TUV6000、TUV602)であ
る。弾性樹脂10及び圧電素子12は、一端が基板14に固定
され、他端は弾性部材16で覆われている。
このヘッドは、圧電素子12の一端を基板14で固定した
ものに、弾性樹脂10を注入して固化し、その後、圧電素
子12の他端(自由端)及び弾性樹脂10を弾性部材16で覆
ったものである。そしてさらに弾性部材16に、各圧電素
子12間において仕切板(例えば、ポリカーボネイト、積
水ファインケミカル製フォトレックR等)11を接着し、
圧電素子12にノズル開口4が対向するようにノズルプレ
ート18を設けたものである。仕切板11は、弾性部材16と
ノズルプレート18との間隔を一定に保っている。
このように構成された印字ヘッド(第1図(a))
は、第1図(b)に示すように、ケーブル76、及び共通
リード部材を介して電気信号が圧電素子12に印加される
と、圧電素子12は積層方向(図示x方向)に伸長するか
ら、圧電素子12の自由端12aは前面のインクをノズル開
口4に向けて押出すことになる。これにより、インク
は、動圧を受けてノズル開口4に突入し、インク滴とな
って外部空間を飛翔し、印刷用紙にドットを形成する。
次に本実施例の圧電素子列の製造方法について、第2
図、第3図を用いて説明する。
第2図は、前述の圧電素子列を示すものであって、図
中符号30,30,30‥‥は、それぞれ一方の電極を構成する
内部導電層である。また32,32,32‥‥は、他方の電極を
構成する内部導電層である。これらの内部導電層30,32
は互いに平行となるように交互に圧電材料34,34,34‥
‥、例えばチタン酸・ジルコン酸鉛系複合ペロブスカイ
トセラミックス内にサンドイッチ状に配設されている。
また一方の電極30,30,30‥‥となる内部導電層は一方の
側面31に露出され、また他方の電極32,32,32‥‥となる
内部導電層は他方の側面33に露出するように構成されて
いる。これら電極の露出している面31,33には、外部導
電層60,62が形成されていて、各極となる内部導電層が
導電的に並列に接続されている。各圧電素子12はスリッ
ト40,40,40により分離されている。
このような層構造は、第3図に示すように定板50の上
に、ペースト状に調製したチタン酸ジルコン酸鉛系複合
ペロブスカイトセラミック材料層52を形成し(同図
(a))、これの表面に蒸着や導電性塗料により一方の
極となる第1の内部導電層54を形成し(b)、更にこの
導電層54、及び第1の圧電材料層52の表面に圧電材料を
薄く塗布して第2の圧電材料層56を形成し(c)、これ
の表面に他方の電極となる第2の内部導電層58を上述の
方法で形成する(d)。このような作業を必要とする積
層数だけ繰り返す。
このようにして、所定の層数を形成した段階で、乾燥
させ、これに圧力を加えた状態で温度1000乃至1200℃で
1時間程度焼成することにより直方体状のセラミックに
仕上がる(e)。この直方体状のものの内部導電層54、
及び内部導電層58が露出している面33,31にそれぞれ導
電塗料を塗布して外部導電層62,60を形成することによ
り圧電ブロック63ができあがる(f)。この圧電ブロッ
ク63を一点鎖線により示したように導電層を結ぶように
所定幅で、定板50の表面までダイヤモンドカッタ等によ
りカットすると、切削により生じたスリット40,40,40‥
‥(第2図)により相互が分離された圧電素子12が複数
個形成されて第2図に示したような圧電素子列が形成さ
れることになる。
なお、セラミックスは一般的に脆弱であるから、同図
(g)に示すように、圧電素子ブロック63の周囲を剥離
可能なモールド剤64により覆い、この状態で切断する
と、切断時に生じやすい折損を確実に防止することがで
きる。
このように構成した各圧電素子12の一方の電極を接続
している外部導電層60には、それぞれ独立のケーブル76
を接続し、また他方の電極を接続している外部導電層62
には共通のリード部材を接続する(第1図参照)。これ
により、独立のケーブル76と共通のリード部材との間に
電気信号を印加すると、独立の(ケーブル76)により選
択的に信号が印加された圧電素子12は、外部導電層60,6
2を介して電極30,32間に同一の電圧が同時に印加される
ことになるから、電極間の圧電材料34,34,34‥‥が同時
に伸長し、各層の圧電材料34,34,34‥‥の変位が足し合
わされて自由端12a側が第1図x方向へ変位する。各圧
電材料34,34,34‥‥が形成する層厚は、極めて薄いか
ら、最大限の伸長を行わせるために電極30,32間に印加
する電圧は極めて小さな値で済むことになる。
電気信号の印加がなくなると、圧電素子12は元の状態
に縮小し、ノズルプレート18と圧電素子12の間の間隙に
インクが流入して次のインク滴発生に備えることにな
る。
第4図は、本発明の第2の実施例を示したものであ
る。これは圧電素子12を基板14に固定した後、圧電素子
12を覆うまで、圧電素子12のまわりに弾性樹脂80を注入
して固化し、固化した表面を平滑にしたのちに、第1実
施例と同様に、仕切板11とノズルプレート18を設けたも
のである。この実施例では、弾性部材81が弾性樹脂80と
一体的に構成されている。
[発明の効果] 本発明のインクジェット式印字ヘッドによれば、複数
のノズル開口を有するノズルプレートと、このノズルプ
レートに対して支持部材により一定の間隔をもって配置
された弾性部材と、一端が基板に固定され、他端が自由
端として前記ノズル開口に対応するよう前記弾性部材に
当接された圧電材料と導電材料とを層状に交互に積層し
た複数の圧電素子とを備え、前記圧電素子は前記基板に
一定の間隔で列設され、前記圧電素子の自由端から固定
端までの領域が弾性樹脂で覆われていることを特徴とす
る。この構成により、脆弱な圧電素子の機械的強度が増
し、ノズルと圧電素子等の位置あわせの際、精密に加工
でき、その結果インク滴の飛翔が安定する等の効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)は、本発明のオンデマンド型インクジェッ
ト式印字ヘッドの第1実施例を示す側面図、第1図
(b)(c)は、第1図(a)におけるb−b視図とc
−c視図である。 第2図は、圧電素子列を示す斜視図である。 第3図(a)乃至(g)は、圧電素子列の製造方法を示
す説明図である。 第4図は、本発明の第2実施例を示した図である。 2……電気絶縁性材料 10……弾性樹脂 11……仕切板 12……圧電素子 16……弾性部材 18……ノズルプレート 34……圧電材料 40……スリット 50……定板 56……圧電材料層 58……導電層

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数のノズル開口を有するノズルプレート
    と、このノズルプレートに対して支持部材により一定の
    間隔をもって配置された弾性部材と、一端が基板に固定
    され、他端が自由端として前記ノズル開口に対応するよ
    う前記弾性部材に当接された圧電材料と導電材料とを層
    状に交互に積層した複数の圧電素子とを備え、 前記圧電素子は前記基板に一定の間隔で列設され、前記
    圧電素子の自由端から固定端までの領域が弾性樹脂で覆
    われているインクジェット式印字ヘッド。
  2. 【請求項2】前記圧電素子は、圧電材料と導電材料の積
    層方向と同一方向に伸張する特許請求の範囲第1項記載
    のインクジェット式印字ヘッド。
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