JP3075586B2 - インクジェットヘッド - Google Patents

インクジェットヘッド

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JP3075586B2 JP14063391A JP14063391A JP3075586B2 JP 3075586 B2 JP3075586 B2 JP 3075586B2 JP 14063391 A JP14063391 A JP 14063391A JP 14063391 A JP14063391 A JP 14063391A JP 3075586 B2 JP3075586 B2 JP 3075586B2
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直道 鈴木
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ドロップ・オン・デマ
ンド(DOD)型のインクジェットヘッドに関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】今日その市場を大きく拡大しつつあるノ
ンインパクト・プリンターの内で、原理が最も単純で、
且つカラー印刷に好適なものとしてインクジェット・プ
リンターがある。歴史的には始めに連続噴射型が現れ、
間もなくドットを形成する時にのみインク液滴を吐出す
るいわゆるDOD型が中心となり現在に至っている。D
OD型では圧電体を用いた方式として、特公昭53−1
2138に開示されたカイザー方式がよく知られてい
る。この方式はインクを充填した圧力室の壁に圧電素子
を接着し、この圧電素子を変形させることで前記の壁を
たわませて圧力室を加圧するもので、この圧力を利用し
てインクを吐出させる。また、圧電素子のせん断モード
による変形を利用して、インクを充填したチャンネルの
隔壁を変形させ、その時の圧力によりインクを吐出させ
るせん断モード方式が、例えば特開昭63−25275
0に開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述した
従来の方式では、DOD型として当然の前提である多数
個のノズルを配置したマルチノズル型とした時に、それ
ぞれに問題がある。まずカイザー方式では、圧力室を平
面上に並べるためノズル間のピッチよりも圧力室間の間
隔が大きくなり、必然的に圧力室とノズルとを結ぶ流路
が必要になる。この結果として、ヘッドが大型化するば
かりでなく、該流路の流体抵抗により、ノズルからのイ
ンク吐出力が低下する。この流体抵抗の問題は、低温環
境での印刷時にインクの粘度が上がることでインクが吐
出しないなど、信頼性に係わる大きな問題につながるも
のである。
【0004】一方、せん断モード方式では圧力室とこれ
を隔てる駆動壁とをノズル間のピッチに対応させて作る
ため、数10μmの幅の溝加工を切削などにより行う必
要があり、加工工数がかさんでコストアップにつなが
る。また、せん断モードで変形する駆動壁自身が隔壁と
して隣の圧力室と共通なため、インクを吐出させる時に
は隣接する圧力室との干渉が避けられない。このため、
同時に加圧してインク吐出に寄与できる圧力室は最大で
全体の2分の1となる。このことは、印刷速度の向上に
対して重大な阻害要因となる。
【0005】このように、従来のインクジェットヘッド
においては、信頼性を損なうこと無く小型化して解像度
を高めることが困難であるという課題があった。本発明
は、小型化しても信頼性や生産性を損なうことの無いイ
ンクジェットヘッドの提供を目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、圧電体の厚み
方向の変化を利用する原理によるインクジェットヘッド
を用いることによって上記課題を解決し、信頼性や生産
性に優れたインクジェットヘッドの提供が可能となっ
た。これは、上下基板間に隔壁板を介して圧力室を有す
る板状圧電体を積層し、この積層体の側面に開放された
圧力室にノズル孔を対応させてノズル板を配した構成
で、前記板状圧電体の厚み方向の上下面に設けた駆動電
極間に電圧を印加することで前記圧力室の容積を変化さ
せるインクジェットヘッドで、前記板状圧電体に前記圧
力室を複数設け該圧力室に対応させて前記駆動電極の対
を複数設けたことを特徴としている。
【0007】
【作用】インクを吐出させるための圧力室の加圧は、板
状圧電体の両面に配置した駆動電極に電圧を印加するこ
とにより、前記板状圧電体の厚みを減少させて圧力室の
容積を変化させることによりなされ、厚み方向の変化の
ために板面と平行な方向には圧力室を近接させて設ける
ことが可能で、全体を小型化でき、さらに解像度を高く
設定できる。
【0008】
【実施例】以下本発明による実施例を図面に基づいて説
明する。図1は本発明によるインクジェットヘッドの分
解斜視図であり、優れた電気機械変換特性を有する板状
圧電体20は厚み方向と一方の側面に開放するように複
数の圧力室121、122、123がくり抜かれてい
る。また隔壁板30にはインク連通孔231、232・
・が厚み方向に開放するようにくり抜かれている。そし
て同様の形態の板状圧電体40、60と隔壁板50も含
めて、これらの板状圧電体と隔壁板とは交互に順次積み
重ねられる。この時、隔壁板の連通孔は対応する両側の
圧力室(例えば231が121と141)とを連通する
ような位置関係とする。また、同一隔壁板内においては
該連通孔は231、232などのように分離されている
のではなく一体化された孔であっても良い。前記順次積
み重ねられた板状圧電体と隔壁板との積層体は両側を上
基板80と下基板70で挟み、更に該上基板80にあけ
られたインク供給孔にインク供給管81を設け、最後に
ノズル孔11を有したノズル板10を前記積層体の前記
圧力室の開口端側の側面に取り付ける。この場合、該開
口端と前記ノズル孔とが一対一で対応するような位置関
係で取付を行うものである。この後インクをインク供給
管81より供給すると、インクは圧力室121、12
2、123内を満たすとともに、インク連通孔231、
232などを通して他の圧力室141などの内部をも満
たす。
【0009】図2はこの様にして形成したインクジェッ
トヘッドの図1に対応する断面図で、説明の本質には影
響がないことから図1に比べて積層数が8層でかつ各層
も3個以上の圧力室を有する例に拡張して示してある。
このように層数並びに各層当たりの圧力室数を任意にと
れると言う拡張性は本発明の持つ大きな特徴である。板
状圧電体20の両面には上側、下側の各駆動電極121
a、121bを配設し、該板状圧電体20は厚み方向に
分極しておく。駆動電極121a、121bに極性を選
んでパルス電圧を印加すると、瞬間的に板状圧電体20
の圧力室121近傍での厚みが減少し、該圧力室121
内の圧力が上昇し、圧力室121内のインクがノズル孔
11を通ってインク液滴となって外部に吐出する。尚、
該厚みの減少は前記パルス電圧印加の前後での相対的な
ものであり、該パルス電圧の印加前に既にバイアス電圧
が前記電極間に印加されて前記板状圧電体が厚み方向に
伸びた状態である場合も含むものである。
【0010】本構成においては板状圧電体の板面方向で
のノズル孔11の間隔を、積層されたノズル孔全体とし
て所定の一定ピッチPで配置することが重要である。こ
のピッチPは、通常のプリンターにおける解像度を与え
るものとなる。本発明の様な積層型のヘッドを形成する
場合、各層の厚みを正確に制御することで前記ピッチを
積層方向にとることも可能ではあるが、通常のプリンタ
ーでは1ヘッド当たり50程度のノズル孔を形成する必
要があり、50層もの積層で要求される累積誤差(0.
1%程度)を実現することは極めて困難である。これに
対して、本発明の構成によれば、各層内での精度を追求
すればよく、これは例えば後に述べるグリーンシート状
態での圧力室打ち抜き用の金型精度に依存するもので、
この面での精度の追求は容易である。
【0011】図3は本発明の異なる実施例で、図2では
板状圧電体の第1層20と第2層40との間で所定のピ
ッチPに相当する隣合ったノズル孔が配置されるのに対
し、図3では第1層20と第3層60との間でこの配置
がなされるものである。本発明の利点は図2では隣合っ
た圧力室121と141とが隔壁30の剛性の範囲で、
若干の干渉を起こすことになるのに対して、図3ではこ
の圧力室121と141とが十分に分離され干渉が起き
にくい点にある。
【0012】図4は更に異なる実施例で、これ迄の実施
例では圧電体層が1枚の板状圧電体で成り立っていたの
に対して、本発明においては該圧電体層が第1の板状圧
電体20aと第2の板状圧電体20bの2枚が積層され
た構造となっているものである。この場合、圧力室12
1を駆動する為の駆動電極は該第1、第2の板状圧電体
の中間に設けられた421で、第1、第2の板状圧電体
のそれぞれ隔壁側に設けられた第1、第2の共通駆動電
極420a、420bとの間に図2において説明したと
同様に、パルス電圧を印加してインク滴の形成を行うも
のである。この場合、板状圧電体は厚み方向に分極する
が、その分極は前記第1と第2(20aと20b)とで
丁度分極方向が正反対になるようにする。このようにす
ることで、前記第1、第2の共通駆動電極の電位を共通
にして駆動することが可能になる。その理由は、前記駆
動電極421に一定の電圧を印加したときの厚み方向の
伸縮が第1、第2の板状圧電体420a、420bでほ
ぼ同一に起こるからである。このように本構造には一方
の駆動電極を共通駆動電極とできて駆動が単純化できる
と言う大きな利点があるが、更に、図2、3の構造に比
べて駆動電圧を2分の1に出来るこという重要な効果も
あるのである。なお、ノズル間のピッチPに付いては、
図2、3での説明がそのまま適用される。
【0013】本発明のインクジェットヘッドの全体構成
に関して、図1を用いて説明する。板状圧電体20の周
辺には電極(以下スルーホール電極と呼ぶ)201、2
02、203・・・が設けてあり、また隔壁板30の周
辺にもスルーホール電極301、302、303・・・
を形成しておく。同様に下基板70の周辺にもスルーホ
ール電極701、702、703・・・を設け、該下基
板70の外側には電極引き出し用フレキシブル配線板9
0を設けそれぞれの電極をスルーホール電極を通して外
部に引き出している。即ち第1層目の板状圧電体20の
上側駆動電極121aはスルーホール電極201を介し
て下側に電極移しされ、隔壁板30に設けたスルーホー
ル電極301に接続し、順次下層の対応するスルーホー
ル電極401、501、601・・に接続し、最終的に
最下面のフレキシブル配線板90の外部リード電極端子
901に接続される。ここで該駆動電極121aはスル
ーホール電極201に接触しており、他のスルーホール
電極202、203・・・は避けるように駆動電極パタ
ーンを形成しておく。同様にして第2層目の板状圧電体
40の上側駆動電極141aはスルーホール電極403
を介してフレキシブル配線板90の外部リード電極端子
903に接続される。また第1層目の板状圧電体20の
下側駆動電極121b(図2参照)はスルーホール電極
202を介して次の隔壁板30のスルーホール電極20
2を介してフレキシブル配線板90の外部リード電極端
子902に接続される。
【0014】板状圧電体20、40、60・・・は圧電
セラミックのグリーンシートを用い、圧力室はグリーン
シートを打ち抜いて、また両面の駆動電極は印刷などで
作る。隔壁板30、50、70・・・もセラミックのグ
リーンシートを用いるが、該隔壁板は単なる構造材なの
で、必ずしも圧電セラミックである必要はない。それら
を交互に積み重ねたのち両側に上基板80とした基板7
0を付け、加圧後焼結し一体化し、最後にノズル板10
とフレキシブル配線板90とを取り付けることによりマ
ルチノズルのインクジェットヘッドが出来る。また、前
記板状圧電体の分極は上記焼結後に前記駆動電極を用い
て該圧電体の抗電界以上の高い電圧を印加することで行
う。
【0015】
【発明の効果】本発明の構造によれば、従来のカイザー
方式に比べて、小型化ができ、圧力室がノズル孔に直結
することにより圧力損失を小さくできて安定したインク
吐出力が得られる。またせん断モード方式に比べて、駆
動力源である圧電体が圧力室間の干渉を起こさない配置
であることから、すべての圧力室を同時に駆動すること
が出来、2倍の高速印刷が可能となる。また、グリーン
シートによる多数個どりが採用でき、切削加工も不要と
なることから、生産性が優れた製造方法を採用でき、安
価なインクジェットヘッドの提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるインクジェットヘッドの第1の実
施例の分解斜視図である。
【図2】本発明によるインクジェットヘッドの第1の実
施例に対応する断面図である。
【図3】本発明によるインクジェットヘッドの第2の実
施例の断面図である。
【図4】本発明によるインクジェットヘッドの第3の実
施例の断面図である。
【符号の説明】
10 ノズル板 20 板状圧電体 30 隔壁板 70 下基板 80 上基板 121 圧力室 121a 駆動電極 231 インク連通孔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭50−140227(JP,A) 特開 昭60−180850(JP,A) 特開 昭58−89369(JP,A) 特開 昭62−238756(JP,A) 実開 昭59−120151(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B41J 2/045

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも一方の基板にインク供給孔を
    有する上基板および下基板と、厚み方向と一方の側面に
    開放された圧力室を有しかつその厚み方向の上下面に駆
    動電極を有しかつ厚み方向に分極した板状圧電体と、隔
    壁板と、所定のピッチで配されたノズル孔を有するノズ
    ル板と、よりなり、前記上下基板間に前記隔壁板を介し
    て前記板状圧電体を積層し、該積層した板状圧電体に前
    記側面に開放された圧力室にそのノズル孔を対応させて
    前記ノズル板を配した構成で、前記駆動電極間に電圧を
    印加することで前記圧力室の容積を変化させるインクジ
    ェットヘッドにおいて、前記板状圧電体に前記圧力室を
    複数設け該圧力室に対応させて前記駆動電極の対を複数
    設けたことを特徴とするインクジェットヘッド。
  2. 【請求項2】 ノズル孔が、板状圧電体の厚み方向に対
    して垂直の方向において、等間隔で配置されたことを特
    徴とする請求項1記載のインクジェットヘッド。
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