JP3199076B2 - インクジェット記録ヘッド、及びインクジェット記録ヘッド用圧電ユニット - Google Patents

インクジェット記録ヘッド、及びインクジェット記録ヘッド用圧電ユニット

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JP3199076B2 JP34534391A JP34534391A JP3199076B2 JP 3199076 B2 JP3199076 B2 JP 3199076B2 JP 34534391 A JP34534391 A JP 34534391A JP 34534391 A JP34534391 A JP 34534391A JP 3199076 B2 JP3199076 B2 JP 3199076B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェット記
録ヘッド、より詳細にはインク滴を吐出させる圧電素子
の位置決め構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】インクジェット記録ヘッドは、ノズルや
圧力室を形成する流路ユニットと、圧力室を加圧する圧
電素子とから構成されており、印字密度を向上させるた
めには、圧力室を加圧する圧電素子の配列密度を高める
ことが必要となる。このため、例えば特開平3-264360号
公報に見られるように圧電材料板を櫛歯状に歯割して多
数の圧電素子を形成した圧電ユニットが提案されてい
る。
【0003】
【発明が解決しょうとする課題】この圧電ユニットによ
れば、圧電素子のそれぞれを圧力室に位置決めする場合
に比較して位置作業の簡素化を図ることができるもの
の、多数の片持梁状の圧電素子のそれぞれを各圧力室に
正確に位置決めするには困難が伴う。また、高密度化が
進むと、各圧電素子が細くなるため強度が低下し、位置
決め作業時に破損する虞がある。本発明は、このような
問題に鑑みてなされたものであって、その目的とすると
ころは圧電ユニットを構成する各圧電素子を流路ユニッ
トに正確に位置決めすることができるインクジェット記
録ヘッドを提供する事にある。また本発明の他の目的
は、上記インクジェット記録ヘッドに適した圧電ユニッ
トを提供することである。
【0004】
【課題を解決するための手段】このような課題を達成す
るために本発明においては、軸方向に伸長変位する圧電
素子により圧力室の壁を変位させてノズルからインク滴
を吐出させるインクジェット記録ヘッドにおいて、前記
圧電素子をヘッド基板に列状に固定するとともに、前記
圧電素子の列設方向の両側に位置決め素子を固定して構
成された圧電ユニットと、前記圧電素子の変位を受けて
インク滴を吐出する流路ユニットと、該流路ユニットを
一端に固定し、前記圧電素子を前記圧力室の壁に当接さ
せた状態で保持するヘッド基板固定部材とからなり、前
記流路ユニット側で前記位置決め素子の側面位置を規定
するための壁を有し、かつ前記圧電ユニットを収容する
ための凹部が前記記録ヘッド基板固定部材に形成されて
いる。
【0005】
【作用】圧電ユニットの挿入工程で位置決め素子がヘッ
ド基板固定部材の凹部の壁で位置規制を受け、圧電素子
が圧力室に対向する位置に正確に位置決めされる。
【0006】
【発明の実施の形態】図1(a)乃至(c)は、それぞ
れ本発明によるインクジェット記録ヘッドの一実施例を
示すものであって、複数の圧電素子1は、図3に示した
ように一半(図中、上半分)が自由端となるように他半
(図中、下半分)をヘッド基板2に固定され、また圧電
素子1の両側には、圧電素子1よりも幅が大きく構成さ
れた位置決め素子3、3が固定されて圧電ユニット4と
して構成されている。
【0007】これら振動子1と位置決め素子3は、それ
ぞれの先端面1a、3aが同一平面に位置するように形
成され、また位置決め素子3は、その両側面がヘッド基
板2の側面よりも内側に位置するように配置されてい
る。
【0008】圧電ユニット4は、ヘッド基板2の表面に
圧電素子1に接続する薄膜電極5と、位置決め素子3に
接続する薄膜電極6が形成されている。圧電素子1は、
図3(b)に示したように圧電材料を挟んで積層されて
いる内部電極の一方と先端1aで接続する外部電極7
と、内部電極の他方の極と後端1bで接続する外部電極
8とが形成されている。各圧電素子1の外部電極7は導
電部材9により並列に接続されて薄膜電極6に、また外
部電極8は、薄膜電極5に接続されている。
【0009】このような構成により、駆動すべき圧電素
子1の薄膜電極5と薄膜電極6との間に駆動信号を印加
することにより、圧電素子1が充電されて、矢印z方向
に圧電素子1が収縮し、また電荷を放電すると圧電素子
1が伸長して充電前の状態に復帰する。
【0010】流路ユニット10は、圧力室11を形成す
る圧力室板12と、圧力室11の容積を変化させる壁1
3と、圧力室11に連通するノズル14を有するノズル
板15とから構成されている。
【0011】ヘッド基板固定部材20は、両端に開口を
備えた筒胴状に形成されていて、一端に流路ユニット1
0の固定面21が形成され、胴部にはヘッド基板2を収
容する凹部22と、圧電素子1及び位置決め素子3を収
容する凹部23とが形成されている。
【0012】ヘッド基板2を収容する凹部22は、ヘッ
ド基板2との間に若干の間隙gを形成できる程度の長さ
に選択されている。一方、圧電素子1及び位置決め素子
3を収容する凹部23は、固定面21側の長さが、圧電
ユニット4の位置決め素子間の距離L1とほぼ一致する
ように設定され、また他端側の長さL2が距離L1より
も大きく構成され、流路ユニット固定面の手前で斜面2
4により接続されている。
【0013】流路ユニット10を、これに形成された孔
16をヘッド基板固定部材20の固定面21に形成され
た凸部25により位置決め、接着等により固定した状態
で、ヘッド固定部材20の後方から、圧電ユニット4の
ヘッド基板2を凹部22に位置合わせして装入すると、
位置決め素子3、3の両側が凹部22の斜面24、24
に案内されて凹部23の側壁23aに一致して、つまり
図中符号y方向の位置合わせを受けながら流路ユニット
10の圧力壁13に到達する。一方、凹部22はヘッド
固定基板2の幅よりも若干大きく構成されているから、
位置決め素子3のy方向の移動に合わせてヘッド固定基
板2が追従して移動する。
【0014】位置決め素子3は、その先端を図1(c)
に示したように圧力室11が形成されておらず比較的剛
性が高く、かつヘッド基板固定部材側の位置に当接して
図中z方向の位置合わせを受けるため、前述のy方向の
位置合わせと相まって圧電素子1が各圧力室11の領域
に壁13を無用に押圧することなく圧力壁13に当接す
る。
【0015】このようにして3者の位置合わせが終了し
た段階で、ヘッド基板2とヘッド基板固定部材20との
対向面を接着剤により固定することにより記録ヘッドが
完成する。
【0016】このように、ヘッド基板固定部材20には
ヘッド基板2を収容する凹部23と圧電素子1及び位置
決め素子2を収容する凹部22とが可及的に独立するよ
うに形成されているため、振動ユニット4の挿入工程に
おいては、ヘッド基板2は、その両端面がヘッド基板固
定部材4の凹部23にガイドされ、また圧電素子1及び
位置決め素子3が凹部22にガイドされるから、比較的
脆い積層圧電材料からなる圧電素子1が他部材と衝突す
るのを防止して、折損等の事故を防止することができ
る。
【0017】このように構成さえた記録ヘッドは、駆動
信号の印加を受けると、圧電素子1が収縮して圧力室1
1の容積が増加し、インクが圧力室11を満たす。つい
で圧電素子1の電荷を放電させると、圧電素子1が初期
状態に伸長して圧力室11が加圧され、ノズル14から
インク滴が吐出する。
【0018】図4は、上述した圧電ユニットの製造方法
の一実施例を示すものであって、表面に2ミクロンメー
トル以下の薄膜電極30が形成された快削性セラミック
スからなるヘッド基板31と、圧電特性を備えた積層圧
電素材32とを用意する(図4(a))。積層圧電素材
32は、その幅wが両側の位置決め素子3の両側の距離
L1よりも大きいものが選択されている。
【0019】積層圧電素材32の両側面32aが、形成
すべき位置決め素子3の両側よりも外側に位置するよう
に位置決めしてヘッド基板31に接合する(図4
(b))。形成すべき圧電素子1及び位置決め素子3に
合わせてスライシング機によって積層圧電素材32を切
断する。この切断過程において切削深度を薄膜電極30
よりも若干、ヘッド基板31に食い込むように調整して
おくと、薄膜電極30を圧電素子1及び位置決め素子3
に合わせて分離でき、それぞれにに接続する導電パター
ン33、34を形成できる(図4(c))。
【0020】このように一枚の積層圧電素材32をヘッ
ド基板31に固定してから、圧電素子1と位置決め素子
3とに切分けるため、それぞれの位置精度を切削精度で
管理することができ、位置決め素子3、複数の圧電素子
1を高い精度でヘッド基板2に作りつけることができ
る。
【0021】最後に位置決め素子、及び圧電素子1の列
設方向に延びる共通電極板35を取付け、端部を導電パ
ターン34に接続することにより圧電ユニットが完成す
る(図4(d))。
【0022】
【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
電ユニットを装入するだけで特別な位置決め治具を必
要とすることなく、多数の圧電素子を圧力室と対向する
位置に、高い精度で位置決めすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図(a)乃至(c)は、それぞれ本発明のイン
クジェット記録ヘッドの一実施例を、圧電素子の列設方
向に平行な断面での構造を示す図、圧電素子及び位置決
め素子の先端部近傍を拡大して示す断面図である。
【図2】同上記録ヘッドを構成するヘッド基板固定部材
の一実施例を示す上面図である。
【図3】図(a)、(b)は、それぞれ同上記録ヘッド
に使用する圧電ユニットの一実施例を示す斜視図と断面
図である。
【図4】図(a)乃至(d)は、それぞれ同上圧電ユニ
ットの製造方法を示す図である。
【符号の説明】
1 圧電素子 2 ヘッド基板 3 位置決め素子 4 圧電ユニット 10 流路ユニット 11 圧力室 12 圧力室板 20 ヘッド基板固定部材 21 固定面 22、23 圧電ユニット収容用の凹部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B41J 2/045 B41J 2/055 B41J 2/16

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 軸方向に伸長変位する圧電素子により圧
    力室の壁を変位させてノズルからインク滴を吐出させる
    インクジェット記録ヘッドにおいて、前記圧電素子をヘ
    ッド基板に列状に固定するとともに、前記圧電素子の列
    設方向の両側に位置決め素子を固定して構成された圧電
    ユニットと、 前記圧電素子の変位を受けてインク滴を吐出する流路ユ
    ニットと、該流路ユニットを一端に固定し、前記圧電素
    子を前記圧力室の壁に当接させた状態で保持するヘッド
    基板固定部材とからなり、 前記流路ユニット側で前記位置決め素子の側面位置を規
    定するための壁を有し、かつ前記圧電ユニットを収容す
    るための凹部が前記記録ヘッド基板固定部材に形成され
    ているインクジェット記録ヘッド。
  2. 【請求項2】 前記ヘッド基板固定部材には前記ヘッド
    基板を、前記圧電素子の変位方向に移動可能に収容する
    凹部が形成されている請求項1に記載のインクジェット
    記録ヘッド。
  3. 【請求項3】 前記位置決め素子の先端が、前記流路ユ
    ニットの圧力室非形成領域に当接している請求項1に記
    載のインクジェット記録ヘッド。
  4. 【請求項4】 前記凹部の前記流路ユニット側に、先端
    が前記圧電素子の列設方向の中心側に傾斜する斜面が形
    成されている請求項1に記載のインクジェット記録ヘッ
    ド。
  5. 【請求項5】 前記位置決め素子の、前記圧電素子の列
    設方向の幅が、前記圧電素子の列設方向の幅よりも大き
    く形成されている請求項1に記載のインクジェット記録
    ヘッド。
  6. 【請求項6】 前記位置決め素子が、前記ヘッド基板よ
    りも内側に位置する請求項1に記載のインクジェット記
    録ヘッド。
  7. 【請求項7】 前記位置決め素子と前記圧電素子とが共
    に同一の圧電板から切り出されて構成されている請求項
    1に記載のインクジェット記録ヘッド。
  8. 【請求項8】 圧力室の壁を変位させてノズルからイン
    ク滴を吐出させる圧電素子をヘッド基板に列状に固定す
    るとともに、前記圧電素子の列設方向の両側に位置決め
    素子を前記ヘッド基板に固定して構成したインクジェッ
    ト記録ヘッド用圧電ユニット。
  9. 【請求項9】 前記位置決め素子の、前記圧電素子の列
    設方向の幅が、前記圧電素子の列設方向の幅よりも大き
    く形成されている請求項8に記載のインクジェット記録
    ヘッド用圧電ユニット。
  10. 【請求項10】 前記位置決め素子が、前記ヘッド基板
    よりも内側に位置する請求項8に記載のインクジェット
    記録ヘッド用圧電ユニット。
  11. 【請求項11】 前記位置決め素子と前記圧電素子とが
    共に同一の圧電板から切り出されて構成されいる請求項
    8に記載のインクジェット記録ヘッド用圧電ユニット。
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