JP3267937B2 - 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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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェットプ
リンタに用いるインクジェットヘッドに関する。
【0002】
【従来の技術】特開平9−234864号公報にインク
ジェットヘッドの一例が記載されている。それは、イン
クが供給される複数の加圧室を備えている。各加圧室
は、その一面の壁が振動板によって形成されており、該
振動板を圧電素子によって歪ませることによって加圧室
容積を減少させ、該加圧室につながったノズルからイン
クを吐出させるようにしたものである。上記振動板には
補強板が重ねられ、該補強板に圧電素子が重ねられてお
り、該圧電素子の表面に個別電極(上部電極)が形成さ
れ、裏面に共通電極(下部電極)が形成されている。加
圧室の水平断面形状は細長い短冊状に形成されており、
このインクジェットヘッドでは細長い加圧室が横に並ん
でいる。また、このインクジェットヘッドは、加圧室を
形成するブロックとインク溜めやインク吐出ノズルを形
成するブロックとが接合されて形成されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のインク
ジェットヘッドの場合、階調性をもったインクの吐出を
行なうことができるように最大吐出量を多くしようとす
れば、圧力室のサイズがそれだけ大きくなり、ドットの
高密度化が図れず、また、ヘッド全体が大きくなるとい
う問題があった。
【0004】本発明は、このような問題を解決するもの
である。
【0005】
【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明は、
インクを供給するための供給口とインクを吐出するため
の吐出口とを有する複数の圧力室用凹部が形成されたヘ
ッド本体と、該ヘッド本体の各凹部を塞ぎ該凹部と共に
圧力室を構成するとともに電界誘起歪みを駆動源として
変形し該圧力室内のインクを吐出させる板状アクチュエ
ータとを備えているインクジェットヘッドにおいて、上
記複数の圧力室は3列以上の圧力室列に並んで配設さ
れ、上記3列以上の圧力室列のうちの端に位置する圧力
室列の外側に、上記アクチュエータの各圧力室に対して
個別に設けられた個別電極のための電気接点群が設けら
れ、上記端の圧力室列より内側に位置する2列以上の異
なる圧力室列に配設された複数の圧力室の個別電極と上
記電気接点群の対応する接点とをそれぞれ結ぶ複数本の
導体が、上記端の圧力室列における相隣る圧力室間のヘ
ッド表面側を通っていることを特徴とする。
【0006】すなわち、複数の圧力室を3列以上に並べ
るようにすれば、ドット密度を高めることができる。し
かし、それらの個別電極の電気接点を各圧力室近傍に配
設するならば、圧力室まわりに接点スペースを確保する
必要から、該圧力室を密に配設することができなくな
り、インク吐出孔が広く分散することになるとともに、
ヘッドの大型化を招く。そこで、この発明では、相隣る
圧力室を隔てる隔壁の上側(ヘッド表面側)を配線スペ
ースとして利用することにより、電気接点を端の圧力室
列の外側に集めて該接点に対する配線を容易にするとと
もに、圧力室を密に配設できるようにしたものである。
【0007】請求項2に係る発明は、請求項1に記載さ
れているインクジェットヘッドにおいて、上記アクチュ
エータの各圧力室を構成する可動部分の厚さが8μm以
下、上記複数の圧力室は複数列に並びその列数が6〜1
0列、並びに当該ヘッドの主走査方向に1パスで打つこ
とができる該主走査方向に直交する副走査方向のドット
密度が300dpi以上という3条件を満足することを
特徴とする。
【0008】すなわち、所定長さのスペースにできるだ
け多くの圧力室を並べようとしても、所望の圧力室容積
を確保する必要上自ずとその並設個数に限界があり、ド
ット密度300dpi以上を実現するには圧力室を複数
の列に並べて配設する必要がある。しかし、圧力室の列
数が多くなるとそれだけヘッドの大型化を招く。この発
明は、圧力室の列数を6〜10にすれば、アクチュエー
タの可動部分の厚さを抑えることによって、ヘッドの大
型化を招くことなく300dpi以上の高ドット密度を
実現できることをとらえた点に特徴がある。
【0009】この点を具体的に説明すると、この発明で
は、まずアクチュエータの可動部分の厚さを抑えること
によって、圧力室用凹部の開口面積(可動部分の面積)
が小さくても必要な吐出量を確保することができるよう
にしている。そして、可動部分の面積を小さくすること
によって1列で並ぶ圧力室数を多くすることができるよ
うにしている。ここに、ドット密度が例えば300dp
iから600dpiになると、単純計算で1列に倍の圧
力室を並べる必要を生ずるが、ドット密度が倍になると
各圧力室が吐出するインク吐出量を半分以下、場合によ
っては1/4以下に抑えることができ、上記可動部分の
面積も小さくなる。このため、1列で並ぶ圧力室数が多
くなり、圧力室列数を過度に増やす必要がない。
【0010】請求項3に係る発明は、請求項2に記載さ
れているインクジェットヘッドにおいて、上記アクチュ
エータの最大厚さが2〜8μm、上記複数の圧力室は複
数列に並びその列数が6〜10列、並びにドット密度が
300〜1200dpiという3条件を満足することを
特徴とする。
【0011】請求項4に係る発明は、請求項2又は請求
項3に記載されているインクジェットヘッドにおいて、
上記アクチュエータは、上記ヘッド本体の各凹部を塞ぎ
該凹部と共に圧力室を構成する振動板と、当該複数の圧
力室に対して個別に設けられ該振動板の各圧力室を構成
する可動部分に接合され該可動部分を変形させて該圧力
室内のインクを吐出させる薄膜圧電素子と、これら圧電
素子に個別に設けられ各圧電素子に電圧を印加するため
の個別電極とを備え、上記振動板の可動部分の厚さが1
〜5μmであることを特徴とする。
【0012】請求項5に係る発明は、インクを供給する
ための供給口とインクを吐出するための吐出口とを有す
る複数の圧力室用凹部が形成されたヘッド本体と、該ヘ
ッド本体の各凹部を塞ぎ該凹部と共に圧力室を構成する
とともに電界誘起歪みを駆動源として変形し該圧力室内
のインクを吐出させる板状アクチュエータとを備えてい
るインクジェットヘッドにおいて、上記複数の圧力室は
複数の圧力室列に並んで配設され、上記アクチュエータ
は、上記ヘッド本体の各凹部を塞ぎ該凹部と共に圧力室
を構成する振動板と、当該複数の圧力室に対して個別に
設けられ該振動板の各圧力室を構成する可動部分に接合
され該可動部分を変形させて該圧力室内のインクを吐出
させる薄膜圧電素子と、これら圧電素子に個別に設けら
れ各圧電素子に電圧を印加するための個別電極とを備
え、上記圧電素子と個別電極とは、互いに重なった状態
で上記振動板表面に同一のパターンを描いて、該振動板
の各圧力室を構成する可動部分に該可動部分を変形させ
るための駆動部を形成しているとともに、該駆動部から
上記複数の圧力室列のうちの端に位置する圧力室列の外
側へ延びる導体部を形成し、且つ上記端の圧力室列より
も内側に位置する圧力室列の圧力室の駆動部から延びる
導体部が該端の圧力室列における相隣る圧力室間を通っ
ていることを特徴とする。
【0013】すなわち、相隣る圧力室の隔壁のヘッド表
面側を配線スペースとする場合、該スペースに絶縁層を
介して導体を配設し、該導体を圧力室の圧電素子に重ね
て接続することが考えられる。しかし、そのようにする
と、当該接続部に段差を生じ断線の原因となり易い。こ
の導体を薄膜にしようとすると特にその傾向が顕著にな
る。しかも、そのような接続配線は一般に難しい。
【0014】そこで、この発明では、薄膜圧電素子と個
別電極とは、互いに重なった状態で振動板表面に同一の
パターンを描いて、該振動板の各圧力室を構成する可動
部分に該可動部分を歪ませるための駆動部を形成してい
るとともに、該駆動部から上記複数の圧力室列のうちの
端に位置する圧力室列の外側へ延びる導体部を形成し、
且つ上記端の圧力室列よりも内側に位置する圧力室列の
圧力室の駆動部から延びる導体部が該端の圧力室列の相
隣る圧力室間を通るようにしているものである。これに
より、上記段差を生じなくなるとともに、上記パターン
の形成には圧電素子及び個別電極材の膜を積層した状態
に形成した後に、同時にパターニングするという手法を
採用することができるから、製造面でも有利になる。
【0015】請求項6に係る発明は、請求項5に記載さ
れているインクジェットヘッドにおいて、上記アクチュ
エータの上記振動板の各圧力室を構成する可動部分と上
記駆動部とを合わせた厚さが8μm以下、上記複数の圧
力室は複数列に並びその列数が6〜10列、並びに当該
ヘッドの主走査方向に1パスで打つことができる該主走
査方向に直交する副走査方向のドット密度が300dp
i以上という3条件を満足することを特徴とする。
【0016】すなわち、所定長さのスペースにできるだ
け多くの圧力室を並べようとしても、所望の圧力室容積
を確保する必要上自ずとその並設個数に限界があり、ド
ット密度300dpi以上を実現するには圧力室を複数
の列に並べて配設する必要がある。しかし、圧力室の列
数が多くなるとそれだけヘッドの大型化を招く。この発
明は、圧力室の列数を6〜10にすれば、アクチュエー
タの上記振動板の各圧力室を構成する可動部分と上記駆
動部とを合わせたの厚さを抑えることによって、ヘッド
の大型化を招くことなく300dpi以上の高ドット密
度を実現できることをとらえた点に特徴がある。
【0017】この点を具体的に説明すると、この発明で
は、まずアクチュエータの上記振動板の各圧力室を構成
する可動部分と上記駆動部とを合わせた厚さを抑えるこ
とによって、圧力室用凹部の開口面積(可動部分の面
積)が小さくても必要な吐出量を確保することができる
ようにしている。そして、可動部分の面積を小さくする
ことによって1列で並ぶ圧力室数を多くすることができ
るようにしている。ここに、ドット密度が例えば300
dpiから600dpiになると、単純計算で1列に倍
の圧力室を並べる必要を生ずるが、ドット密度が倍にな
ると各圧力室が吐出するインク吐出量を半分以下、場合
によっては1/4以下に抑えることができ、上記可動部
分の面積も小さくなる。このため、1列で並ぶ圧力室数
が多くなり、圧力室列数を過度に増やす必要がない。
【0018】請求項7に係る発明は、請求項6に記載さ
れているインクジェットヘッドにおいて、上記アクチュ
エータの上記振動板の各圧力室を構成する可動部分と上
記駆動部とを合わせた最大厚さが2〜8μm、上記複数
の圧力室は複数列に並びその列数が6〜10列、並びに
ドット密度が300〜1200dpiという3条件を満
足することを特徴とする。
【0019】請求項8に係る発明は、請求項6又は請求
項7に記載されているインクジェットヘッドにおいて、
上記振動板の可動部分の厚さが1〜5μmであることを
特徴とする。
【0020】請求項9に係る発明は、インクを供給する
ための供給口とインクを吐出するための吐出口とを有す
る複数の圧力室用凹部が形成されたヘッド本体と、該ヘ
ッド本体の各凹部を塞ぎ該凹部と共に圧力室を構成する
とともに電界誘起歪みを駆動源として変形し該圧力室内
のインクを吐出させる板状アクチュエータと、該アクチ
ュエータの各圧力室に対して個別に設けられた個別電極
のための電気接点群とを備えたインクジェットヘッドで
あって、上記各圧力室は3列以上の圧力室列に並んで配
設され、上記3列以上の圧力室列のうちの端に位置する
第1列よりも内側に位置する第2列の圧力室に対して設
けられた前記個別電極と前記電気接点群の対応する接点
とを結ぶ導体が、上記第1列における相隣る圧力室間を
通っていることを特徴とする。
【0021】従って、請求項1に係る発明と同様に電気
接点に対する配線が容易になるとともに、圧力室を密に
配設できる。
【0022】請求項10に係る発明は、請求項1〜9の
いずれか一に記載されているインクジェットヘッドにお
いて、上記圧力室用凹部の開口部の形状が小判形である
ことを特徴とする。
【0023】従って、従来の開口部の形状を短冊形にし
た従来のものに比べて、圧力室用凹部の開口部に対応す
る板状アクチュエータの可動部分が小面積であっても、
その変形量を大きくしてインク吐出量を多くすることが
容易になり、階調性をもったインクの吐出制御に有利に
なり、また、圧力室用凹部の開口部を小面積にしてドッ
トの高密度化、ヘッドの小型化を図る上で有利になる。
【0024】請求項11に係る発明は、請求項1〜10
のいずれか一に記載されているインクジェットヘッドに
おいて、上記各圧力室列の圧力室は隣の圧力室列の相隣
る圧力室の間に対応する部位に存するように千鳥状に配
置されていることを特徴とする。
【0025】すなわち、圧力室が千鳥状に配設されてい
るから該圧力室の配置が密になり、ヘッドの小型化に有
利になる。
【0026】請求項12に係る発明は、請求項5に記載
されているインクジェットヘッドの製造方法であって、
基板の表面に上記個別電極用の膜を形成する工程と、上
記個別電極用の膜の表面に上記圧電素子用の膜を形成す
る工程と、上記個別電極用の膜及び上記圧電素子用の膜
に対してパターニングすることにより、上記駆動部及び
導体部を形成する工程と、上記駆動部及び導体部の表面
を覆う振動板を形成する工程と、上記振動板の表面に上
記圧力室形成用のプレートを接合する工程と、上記基板
を除去する工程とを備えていることを特徴とする。
【0027】これにより、薄膜圧電素子と個別電極と
は、互いに重なった状態で振動板表面に同一のパターン
を描いて、該振動板の各圧力室を構成する可動部分に該
可動部分を歪ませるための駆動部を形成しているととも
に、該駆動部から上記複数の圧力室列のうちの端に位置
する圧力室列の外側へ延びる導体部を形成し、且つ上記
端の圧力室列よりも内側に位置する圧力室の駆動部から
延びる導体部が該端の圧力室列の相隣る圧力室間を通る
インクジェットヘッドを得ることができる。
【0028】また、相隣る圧力室の隔壁のヘッド表面側
を配線スペースとする場合、該スペースに絶縁層を介し
て導体を配設し、該導体を圧力室の圧電素子に重ねて接
続することが考えられるが、当該接続部に段差を生じ断
線の原因となり易く、この導体を薄膜にしようとすると
特にその傾向が顕著になり、しかも、そのような接続配
線は一般に難しいが、本発明によれば、これらの問題が
解決される。
【0029】請求項13に係る発明は、請求項12に記
載されているインクジェットヘッドの製造方法におい
て、上記個別電極用の膜の形成はスパッタリングによっ
て行なうことを特徴する。
【0030】請求項14に係る発明は、請求項12又は
請求項13に記載されているインクジェットヘッドの製
造方法において、上記圧電素子用の膜の形成はスパッタ
リングによって行なうことを特徴とする。
【0031】請求項15に係る発明は、請求項12〜1
4のいずれか一に記載されているインクジェットヘッド
の製造方法において、上記振動板の形成はスパッタリン
グによって行なうことを特徴とする。
【0032】請求項16に係る発明は、請求項12〜1
5のいずれか一に記載されているインクジェットヘッド
の製造方法において、上記パターニングは化学エッチン
グ又はイオンミリングによって行なうことを特徴とす
る。
【0033】請求項17に係る発明は、請求項1〜11
のいずれか一に記載されているインクジェットヘッド
と、記録紙を搬送する記録紙搬送装置とを備えているこ
とを特徴とするインクジェットプリンタである。
【0034】
【発明の効果】以上のように、請求項1に係る発明によ
れば、電界誘起歪みを駆動源として変形し圧力室内のイ
ンクを吐出させる板状アクチュエータを備えているイン
クジェットヘッドにおいて、複数の圧力室を3列以上
圧力室列に並べ、該3列以上の圧力室列のうちの端の圧
力室列の外側に個別電極用の電気接点群を設け、該端の
圧力室列より内側に位置する2列以上の異なる圧力室列
に配設された圧力室の個別電極と上記電気接点群の対応
する接点とを結ぶ導体が、上記ヘッド本体表面側の上記
端の圧力室列の相隣る圧力室間を複数本通るようにした
から、電気接点に対する配線が容易になるとともに、圧
力室を密に配設できるようになり、ドットの高密度化及
びヘッドの小型化に有利になる。
【0035】請求項2に係る発明によれば、請求項1に
記載されているインクジェットヘッドにおいて、上記ア
クチュエータの可動部分の厚さが8μm以下、複数の圧
力室が複数列に並びその列数が6〜10列、並びに当該
ヘッドの主走査方向に1パスで打つことができる該主走
査方向に直交する副走査方向のドット密度が300dp
i以上という3条件を満足するものであるから、ヘッド
の大型化を招くことなく300dpi以上の高ドット密
度を実現することができる。
【0036】請求項3に係る発明によれば、請求項2に
記載されているインクジェットヘッドにおいて、上記ア
クチュエータの可動部分の最大厚さが2〜8μm、上記
複数の圧力室は複数列に並びその列数が6〜10列、並
びにドット密度が300〜1200dpiという3条件
を満足するものであるから、請求項2に係る発明と同様
の効果が得られる。
【0037】請求項4に係る発明によれば、請求項2又
は請求項3に記載されているインクジェットヘッドにお
いて、上記アクチュエータを構成する振動板の可動部分
の厚さが1〜5μmであるから、請求項2又は請求項3
に係る発明と同様の効果を得ることができる。
【0038】請求項5に係る発明によれば、電界誘起歪
みを駆動源として変形し圧力室内のインクを吐出させる
板状アクチュエータを備えているインクジェットヘッド
において、複数の圧力室を複数の圧力室列に並べ、上記
アクチュエータを構成する薄膜圧電素子と個別電極と
が、互いに重なった状態で振動板表面に同一のパターン
を描いて、振動板の可動部分を歪ませる駆動部並びに該
駆動部から上記複数の圧力室列のうちの端の圧力室列の
外側へ延びる導体部を形成し、且つ内側の圧力室列の
力室の駆動部から延びる導体部が端の圧力室列の相隣る
圧力室間を通るようにしたから、請求項1に係る発明と
同様に電気接点に対する配線が容易になるとともに、ド
ットの高密度化及びヘッドの小型化に有利になり、しか
も断線が避けられるとともに、製造面でも有利になる。
【0039】請求項6に係る発明によれば、請求項5に
記載されているインクジェットヘッドにおいて、上記ア
クチュエータの上記振動板の各圧力室を構成する可動部
分と上記駆動部とを合わせた厚さが可動部分の厚さが8
μm以下、複数の圧力室が複数列に並びその列数が6〜
10列、並びに当該ヘッドの主走査方向に1パスで打つ
ことができる該主走査方向に直交する副走査方向のドッ
ト密度が300dpi以上という3条件を満足するもの
であるから、ヘッドの大型化を招くことなく300dp
i以上の高ドット密度を実現することができる。
【0040】請求項7に係る発明によれば、請求項6に
記載されているインクジェットヘッドにおいて、上記ア
クチュエータの上記振動板の各圧力室を構成する可動部
分と上記駆動部とを合わせた可動部分の最大厚さが2〜
8μm、上記複数の圧力室は複数列に並びその列数が6
〜10列、並びにドット密度が300〜1200dpi
という3条件を満足するものであるから、請求項6に係
る発明と同様の効果が得られる。
【0041】請求項8に係る発明によれば、請求項6又
は請求項7に記載されているインクジェットヘッドにお
いて、上記アクチュエータを構成する振動板の可動部分
の厚さが1〜5μmであるから、請求項6又は請求項7
に係る発明と同様の効果を得ることができる。
【0042】請求項9に係る発明によれば、電界誘起歪
みを駆動源として変形し該圧力室内のインクを吐出させ
る板状アクチュエータと、該アクチュエータの各圧力室
に対して個別に設けられた個別電極のための電気接点群
とを備えたインクジェットヘッドにおいて、上記各圧力
室は3列以上の圧力室列に並んで配設され、該3列以上
の圧力室列のうちの端に位置する第1列よりも内側に位
置する第2列の圧力室に対して設けられた前記個別電極
と前記電気接点群とを結ぶ導体が、上記第1列における
相隣る圧力室間を通っているから、請求項1に係る発明
と同様に電気接点に対する配線が容易になるとともに、
圧力室を密に配設できるようになり、ドットの高密度化
及びヘッドの小型化に有利になる。
【0043】請求項10に係る発明によれば、請求項1
〜9のいずれか一に記載されているインクジェットヘッ
ドにおいて、上記圧力室用凹部の開口部の形状が小判形
であるから、階調性をもったインクの吐出制御、ドット
の高密度化、ヘッドの小型化を図る上で有利になる。
【0044】請求項11に係る発明は、請求項1〜10
のいずれか一に記載されているインクジェットヘッドに
おいて、各圧力室列の圧力室は隣の圧力室列の相隣る圧
力室の間に対応する部位に存するように千鳥状に配置さ
れているから、ドット密度の確保に有利になり、また、
ヘッドの小型化に有利になる。
【0045】請求項12に係る発明によれば、請求項5
に記載されているインクジェットヘッドの製造方法であ
って、基板の表面に上記個別電極用の膜を形成する工程
と、上記個別電極用の膜の表面に上記圧電素子用の膜を
形成する工程と、上記個別電極用の膜及び上記圧電素子
用の膜に対してパターニングすることにより、上記駆動
部及び導体部を形成する工程と、上記駆動部及び導体部
の表面を覆う振動板を形成する工程と、上記振動板の表
面に上記圧力室形成用のプレートを接合する工程と、上
記基板を除去する工程とを備えているから、薄膜圧電素
子と個別電極とが、互いに重なった状態で振動板表面に
同一のパターンを描いて、該振動板の各圧力室を構成す
る可動部分に該可動部分を歪ませるための駆動部を形成
しているとともに、該駆動部から上記複数の圧力室列の
うちの端に位置する圧力室列の外側へ延びる導体部を形
成し、且つ上記端の圧力室列よりも内側に位置する圧力
室の駆動部から延びる導体部が該端の圧力室列の相隣る
圧力室間を通るインクジェットヘッドを得ることができ
る。また、相隣る圧力室の隔壁のヘッド表面側を配線ス
ペースとする場合、該スペースに絶縁層を介して導体を
配設し、該導体を圧力室の圧電素子に重ねて接続するこ
とが考えられるが、当該接続部に段差を生じ断線の原因
となり易く、この導体を薄膜にしようとすると特にその
傾向が顕著になり、しかも、そのような接続配線は一般
に難しいが、本発明によれば、これらの問題が解決され
る。
【0046】請求項13に係る発明に係る発明によれ
ば、請求項12に記載されているインクジェットヘッド
の製造方法において、上記個別電極用の膜の形成はスパ
ッタリングによって行なうから、請求項12に係る発明
と同様の効果が得られる。
【0047】請求項14に係る発明によれば、請求項1
2又は請求項13に記載されているインクジェットヘッ
ドの製造方法において、上記圧電素子用の膜の形成はス
パッタリングによって行なうから、請求項12又は請求
項13に係る発明と同様の効果が得られる。
【0048】請求項15に係る発明によれば、請求項1
2〜14いずれか一に記載されているインクジェットヘ
ッドの製造方法において、上記振動板の形成はスパッタ
リングによって行なうから、請求項12〜14の各発明
と同様の効果が得られる。
【0049】請求項16に係る発明によれば、請求項1
2〜15いずれか一に記載されているインクジェットヘ
ッドの製造方法において、上記パターニングは化学エッ
チング又はイオンミリングによって行なうから、請求項
12〜15の各発明と同様の効果が得られる。
【0050】請求項17に係る発明によれば、請求項1
〜11のいずれか一に記載されているインクジェットヘ
ッドと、記録紙を搬送する記録紙搬送装置とを備えてい
ることを特徴とするインクジェットプリンタであるか
ら、請求項1〜11の各効果を有するインクジェットプ
リンタが得られる。
【0051】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。
【0052】図1に示すインクジェットプリンタにおい
て、1はインクジェットヘッドであり、キャリッジ2に
搭載されキャリッジ軸3に案内されながら駆動手段(図
示省略)により往復動するようになっている。このキャ
リッジ2とキャリッジ軸3とはインクジェットヘッド1
と記録紙7とを相対移動させる手段を構成している。こ
の相対移動方向Xがインクジェットヘッド1の主走査方
向である。
【0053】4はインクジェットヘッド1に対向するよ
うに配置された対向電極であり、該インクジェットヘッ
ド1と対向電極4とには、インクジェットヘッド1側が
接地された状態で電源5によって所定の高電圧(例えば
−1.8KV)が印加されるようになっている。6は記
録紙7をキャリッジ軸3に対して垂直方向に搬送する記
録紙搬送装置であり、記録紙7はインクジェットヘッド
1と対向電極4との間を搬送される。この搬送方向Yが
上記主走査方向に直交する副走査方向となる。
【0054】上記高電圧はインクジェットヘッド1の後
述するノズル板と対向電極4との間に印加されるもので
あり、これにより、ノズル板から吐出するインク液滴が
正に帯電し、ノズル板と対向電極4との間の静電界によ
り、インク液滴は加速されながら記録紙7に飛翔するこ
とになる。
【0055】インクジェットヘッド1の具体的構成は図
2以下に示されている。図2においに示すインクジェッ
トヘッド1において、11はインクを吐出させるための
多数の圧力室12が形成されたヘッド本体(基板)、1
3は各圧力室12のアクチュエータ14の圧電素子に電
圧を印加するためのICチップである。同例では多数の
圧力室12が副走査方向の8列に並んで配設されてい
る。
【0056】ヘッド本体11は、図3に示すように、圧
力室形成用の貫通孔を有する第1プレート15、インク
供給口16及びインク吐出口17を有する第2プレート
18、インク供給用流路19及びインク吐出用流路20
を形成するための第3及び第4の各プレート21,2
2、並びにインク吐出孔23を有する第5プレート(ノ
ズル板)24が上下に重ね接合されて構成されている。
すなわち、第1プレート15と第2プレート18とによ
ってインク供給口16とインク吐出口17とを底面に有
する圧力室用凹部25が形成され、第2〜第4プレート
18,21,22によって上記インク供給口16につな
がるインク供給用流路19及び上記インク吐出口17に
つながるインク吐出用流路20が形成され、該インク吐
出用流路20は第5プレート24のインク吐出孔23に
つながっている。そうして、上記第1プレート15の上
に上記圧力室用凹部25の開口を塞ぐようにアクチュエ
ータ14が設けられて、上記圧力室12が形成されてい
る。
【0057】上記圧力室用凹部25の開口部の形状は図
4に具体的に示されている。それは、長径Lと短径Sと
の比L/Sが1〜3の小判形であり、長径Lが主走査方
向になるように設けられている。
【0058】上記アクチュエータ14は、図5に示すよ
うに、多数の圧力室用凹部25を覆うように設けられた
薄膜の振動板31と、該振動板31の各圧力室12を構
成する可動部分31aの上に重ねて接合された薄膜の圧
電素子32と、該圧電素子32の上に重ねて接合された
薄膜の個別電極33とによって構成されている。この場
合、振動板31はCr又はCr系材料によって形成され
た厚さ1〜5μmのものであり、全ての圧力室12のイ
ンク吐出に兼用される共通電極になっている。これに対
し、圧電素子32及び個別電極33は各圧力室12に個
別に設けられている。圧電素子32はPZTによって形
成されていて、その厚さは1〜7μmである。個別電極
33はPt又はPt系材料によって形成されていて、そ
の厚さは1μm以下、例えば0.1μmである。
【0059】上記インクジェットヘッド1の圧力室12
等の具体的な配置は図6に示されている。同図は8列の
圧力室列のうちの図1における左側4列を示すものであ
り、いずれの圧力室12もその長径Lが列方向と直交す
るように設けられている。また、同図において左端に位
置する第1列の圧力室12の群に対して第2列目の各圧
力室12は第1列目の相隣る圧力室12,12の間に対
応する部位に配置されており、第2列目の圧力室12の
配置と第3列目の圧力室12の配置との関係、及び第3
列目の圧力室12の配置と第4列目の圧力室12の配置
との関係も、上記第1列目の圧力室12の配置と第2列
目の圧力室12の配置との関係と同じである。すなわ
ち、多数の圧力室12は複数の列に並べて且つ隣り合う
列の圧力室同士の位置がずれた千鳥状になるように配置
されている。
【0060】但し、各列の圧力室12は当該列方向と直
交する同一直線上に並ぶことはなく、互いに列方向に少
しずつずれている。これは、互いのドット位置を副走査
方向にずらすためである。
【0061】図6に示す左側4列だけでなく、図1にお
ける右側4列の圧力室12も千鳥状に配置されている
が、これら右側4列の圧力室12も互いに列方向に少し
ずつずれており且つ上記左側4列のいずれの圧力室12
との関係でも同一直線上に並ぶことがないように互いに
列方向にずれている。
【0062】次に上記各圧力室12に個別に設けられた
圧電素子32及び個別電極33は、互いに重なった状態
で振動板31の表面に同一のパターンを描いて、該振動
板31の可動部分31aに該可動部分31aを変形させ
るための駆動部35を形成し、該駆動部35から上記左
端の圧力室列の外側へ延びる導体部36を形成し、さら
に、この左端圧力室列の外側に電気接点部37を形成し
ている。この場合、共通電極である振動板31と個別電
極33とは圧電素子32によって絶縁されていることに
なる。各電気接点部37はICチップ13の電極部(ボ
ンディングパッド)に導線38で接続されている(ワイ
ヤボンディング)。
【0063】そうして、上記左端の圧力室列よりも内側
に位置する各列の圧力室12の駆動部35から延びる導
体部36は、他の列の相隣る圧力室12,12の間又は
隣り合う列の圧力室12,12の間を通っている。
【0064】すなわち、このインクジェットヘッド1で
は、多数の圧力室12が複数列に且つ相隣る列の圧力室
が千鳥状になるように並べられて最も密になるように配
置されているとともに、相隣る圧力室12,12同士を
隔てる隔壁のヘッド表面側部分が導体部36の配設スペ
ースに利用されているものである。そして、端の圧力室
列の内側に3列の圧力室列が設けられているから、図5
に示すように、左端の圧力室列の相隣る圧力室12,1
2間には導体部36が3本通っている。
【0065】このような圧電素子32及び個別電極33
のパターンは、右側4列の圧力室12の場合も同じであ
り、この右側4列では導体部36が右端圧力室列の外側
に延びていて、右端の圧力室列の外側に電気接点群が設
けられている。
【0066】次に上記パターンの形成方法を図7を参照
しながら説明する。図7は当該方法の各工程を工程順に
上から下に並べて描いたものである。
【0067】同図のAは、パターニング用の基板41を
準備する工程を示す。基板41としては例えば厚さ20
mmのものを用いる。
【0068】同図のBは、個別電極用のPt膜42を上
記基板41の表面に形成する工程を示す。その形成はス
パッタリングによって行ない、Pt膜厚は例えば0.1
μmにする。
【0069】同図のCは、圧電素子用のPZT膜43を
上記Pt膜42の表面に形成する工程を示す。その形成
はスパッタリングによって行ない、PZT膜厚は例えば
2〜3μmにする。
【0070】同図のDは、上記Pt膜42及びPZT膜
43に対する同時パターニング工程を示す。これは、上
記圧電素子32及び個別電極33のパターンを形成する
工程である。このパターニングは化学エッチング又はイ
オンミリングによって行なう。エッチング後に表面の平
坦化を行なう。
【0071】同図のEは、プラスチックスのコーティン
グ工程を示す。これは、上記パターニングによって除去
された部分を絶縁材(プラスチックス)44で埋めて個
別電極間を絶縁する工程である。このプラスチックスと
しては例えばポリイミドを用いる。
【0072】同図のFは、上記圧電素子32、個別電極
33及び絶縁材44の表面に振動板31を形成する工程
である。この形成はCrのスパッタリングによって行な
い、振動板厚は例えば2μmとする。
【0073】同図のGは、圧力室形成用の第1プレート
15を上記振動板31の表面に接合する工程を示す。こ
の接合は熱硬化性の接着剤を用いて行なう。また、この
接合の後に基板41を除去する。
【0074】
【実施例】表1は、高ドット密度を実現すべく、上記振
動板31の厚さを2μm、圧電素子32の厚さを3μm
として、振動板31の小判形可動部分31aの長径L、
短径Sを種々に変えた場合の、比L/S、該可動部分3
1aの面積A(μm2 )と最大吐出量V(pl)との比
A/V、必要な圧力室深さ、その隔壁厚さ、必要な圧力
室列数(千鳥配置の列数)を示す。
【0075】
【表1】
【0076】同表において、ノズルピッチPは実現すべ
きドット密度から定まり、また、ドット密度が高くなる
につれて該最大吐出量は小さくなる。さらに、最大吐出
量が少なくなれば、振動板31の可動部分31aの面積
も小さくて済むから、ドット密度が高くなるにつれて該
可動部分31aの長径L及び短径Sも小さくなってい
る。但し、この長径L及び短径Sは、その比L/Sが
「1」、「2」及び「3」の3通りにしている。
【0077】また、圧力室深さが最大吐出量に応じて変
わっているが、これはその量のインクを応答性良く吐出
させるためである。つまり、吐出すべきインク量が多く
なれば、それに応じて圧力室12の容積を大きくしない
とインクが供給されなくなることから、圧力室を深くし
ているものである。また、圧力室12の深さが深くなる
とそれだけ圧力室隔壁の面積が大きくなってその剛性が
低下することから、一つの圧力室12のインクを吐出さ
せた際に隔壁が撓んで隣の圧力室12のインクが動くこ
とがないように、圧力室12が深いほど隔壁厚Tを厚く
している。
【0078】圧力室列数Nは、ノズルピッチP、振動板
31の可動部分31aの短径S及び圧力室12の隔壁厚
Tから次式によって求めることができるが、小数点以下
の端数が出るため、実際には端数を切り上げた数とな
る。
【0079】 N=(S+T)÷P 同表の比較例は、振動板厚さが9μm、圧電素子厚さが
12μm、可動部分(圧力室用凹部の開口形状)が短冊
形であるときを示す。
【0080】同表から、振動板31及び圧電素子32が
実施例のように薄いものである場合には比A/Vを小さ
くすることができ、特に比L/Sが1〜3のときに比A
/Vが小さくなることがわかる。また、ドット密度の高
低に拘わらず、そのときの圧力室12の列数を6〜10
にすることによって、ドット密度300〜1200dp
iを実現することができることがわかる。
【0081】また、振動板31の可動部分31aが比L
/S=1〜3の小判形であれば、それが短冊形である場
合に比べて比A/Vを小さくしながら、圧力室12を密
に配置してヘッドの小型化を図ることができることが上
記表及び図6からわかる。特に小判形であるということ
は、圧力室12の列数を多くしても主走査方向に圧力室
12が広く散らばらないから、各圧力室12の直下にノ
ズル(インク吐出孔23)を設けても、ノズルが主走査
方向に広く散らばらないため、ドットを選択的に打つた
めの信号処理が容易になることがわかる。
【0082】また、上記圧力室12の多列千鳥配置にお
いて、相隣る圧力室12,12の隔壁部分を個別電極3
3の配線スペースに利用したから、圧力室12が主走査
方向及び副走査方向に広く散らばることを避けることが
できているものである。また、このように、隔壁部分を
配線スペースに利用したから、電気接点を圧力室列郡の
外側に集めることができ、ICチップ13とのワイヤボ
ンディングに有利になっているものである。
【0083】なお、上記インクジェットヘッド1ではイ
ンク吐出孔23が各圧力室12の直下に設けられている
が、各列の圧力室12のインク吐出孔を集合させて副走
査方向に並べ、各圧力室12から対応する各インク吐出
孔にインク吐出流路を延設するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係るインクジェットプリン
タの斜視図。
【図2】同プリンタのインクジェットヘッドの一部を示
す斜視図。
【図3】同インクジェットヘッドのヘッド本体及びアク
チュエータの各々の一部を示す分解斜視図。
【図4】同ヘッド本体圧力室用凹部の開口部の形状(ア
クチュエータの可動部分又は振動板の可動部分の形状で
もある。)を示す平面図。
【図5】同インクジェットヘッドの圧力室を副走査方向
に切断した断面図(図6のZ−Z断面図)。
【図6】同圧力室の配列等を示す平面図。
【図7】同圧力室の圧電素子及び個別電極のパターン形
成方法を工程順に断面図。
【符号の説明】
1 インクジェットヘッド 11 ヘッド本体 12 圧力室 14 アクチュエータ 16 インク供給口 17 インク吐出口 23 インク吐出孔 25 圧力室用凹部 31 振動板 31a 可動部分 32 圧電素子 33 個別電極 35 駆動部 36 導体部 37 電気接点部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 深野 明 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平7−276630(JP,A) 特開 平9−164675(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B41J 2/045 B41J 2/055

Claims (17)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 インクを供給するための供給口とインク
    を吐出するための吐出口とを有する複数の圧力室用凹部
    が形成されたヘッド本体と、該ヘッド本体の各凹部を塞
    ぎ該凹部と共に圧力室を構成するとともに電界誘起歪み
    を駆動源として変形し該圧力室内のインクを吐出させる
    板状アクチュエータとを備えているインクジェットヘッ
    ドにおいて、 上記複数の圧力室は3列以上の圧力室列に並んで配設さ
    れ、 上記3列以上の圧力室列のうちの端に位置する圧力室列
    の外側に、上記アクチュエータの各圧力室に対して個別
    に設けられた個別電極のための電気接点群が設けられ、 上記端の圧力室列より内側に位置する2列以上の異なる
    圧力室列に配設された複数の圧力室の個別電極と上記電
    気接点群の対応する接点とをそれぞれ結ぶ複数本の導体
    が、上記端の圧力室列における相隣る圧力室間のヘッド
    表面側を通っていることを特徴とするインクジェットヘ
    ッド。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載されているインクジェッ
    トヘッドにおいて、 上記アクチュエータの各圧力室を構成する可動部分の厚
    さが8μm以下、上記複数の圧力室は複数列に並びその
    列数が6〜10列、並びに当該ヘッドの主走査方向に1
    パスで打つことができる該主走査方向に直交する副走査
    方向のドット密度が300dpi以上という3条件を満
    足することを特徴とするインクジェットヘッド。
  3. 【請求項3】 請求項2に記載されているインクジェッ
    トヘッドにおいて、 上記アクチュエータの最大厚さが2〜8μm、上記複数
    の圧力室は複数列に並びその列数が6〜10列、並びに
    ドット密度が300〜1200dpiという3条件を満
    足することを特徴とするインクジェットヘッド。
  4. 【請求項4】 請求項2又は請求項3に記載されている
    インクジェットヘッドにおいて、 上記アクチュエータは、上記ヘッド本体の各凹部を塞ぎ
    該凹部と共に圧力室を構成する振動板と、当該複数の圧
    力室に対して個別に設けられ該振動板の各圧力室を構成
    する可動部分に接合され該可動部分を変形させて該圧力
    室内のインクを吐出させる薄膜圧電素子と、これら圧電
    素子に個別に設けられ各圧電素子に電圧を印加するため
    の個別電極とを備え、上記振動板の可動部分の厚さが1
    〜5μmであることを特徴とするインクジェットヘッ
    ド。
  5. 【請求項5】 インクを供給するための供給口とインク
    を吐出するための吐出口とを有する複数の圧力室用凹部
    が形成されたヘッド本体と、該ヘッド本体の各凹部を塞
    ぎ該凹部と共に圧力室を構成するとともに電界誘起歪み
    を駆動源として変形し該圧力室内のインクを吐出させる
    板状アクチュエータとを備えているインクジェットヘッ
    ドにおいて、 上記複数の圧力室は複数の圧力室列に並んで配設され、 上記アクチュエータは、上記ヘッド本体の各凹部を塞ぎ
    該凹部と共に圧力室を構成する振動板と、当該複数の圧
    力室に対して個別に設けられ該振動板の各圧力室を構成
    する可動部分に接合され該可動部分を変形させて該圧力
    室内のインクを吐出させる薄膜圧電素子と、これら圧電
    素子に個別に設けられ各圧電素子に電圧を印加するため
    の個別電極とを備え、 上記圧電素子と個別電極とは、互いに重なった状態で上
    記振動板表面に同一のパターンを描いて、該振動板の各
    圧力室を構成する可動部分に該可動部分を変形させるた
    めの駆動部を形成しているとともに、該駆動部から上記
    複数の圧力室列のうちの端に位置する圧力室列の外側へ
    延びる導体部を形成し、且つ上記端の圧力室列よりも内
    側に位置する圧力室列の圧力室の駆動部から延びる導体
    部が該端の圧力室列における相隣る圧力室間を通ってい
    ることを特徴とするインクジェットヘッド。
  6. 【請求項6】 請求項5に記載されているインクジェッ
    トヘッドにおいて、 上記アクチュエータの上記振動板の各圧力室を構成する
    可動部分と上記駆動部とを合わせた厚さが8μm以下、
    上記複数の圧力室は複数列に並びその列数が6〜10
    列、並びに当該ヘッドの主走査方向に1パスで打つこと
    ができる該主走査方向に直交する副走査方向のドット密
    度が300dpi以上という3条件を満足することを特
    徴とするインクジェットヘッド。
  7. 【請求項7】 請求項6に記載されているインクジェッ
    トヘッドにおいて、 上記アクチュエータの上記振動板の各圧力室を構成する
    可動部分と上記駆動部とを合わせた最大厚さが2〜8μ
    m、上記複数の圧力室は複数列に並びその列数が6〜1
    0列、並びにドット密度が300〜1200dpiとい
    う3条件を満足することを特徴とするインクジェットヘ
    ッド。
  8. 【請求項8】 請求項6又は請求項7に記載されている
    インクジェットヘッドにおいて、 上記振動板の可動部分の厚さが1〜5μmであることを
    特徴とするインクジェットヘッド。
  9. 【請求項9】 インクを供給するための供給口とインク
    を吐出するための吐出口とを有する複数の圧力室用凹部
    が形成されたヘッド本体と、該ヘッド本体の各凹部を塞
    ぎ該凹部と共に圧力室を構成するとともに電界誘起歪み
    を駆動源として変形し該圧力室内のインクを吐出させる
    板状アクチュエータと、該アクチュエータの各圧力室に
    対して個別に設けられた個別電極のための電気接点群と
    を備えたインクジェットヘッドであって、 上記各圧力室は3列以上の圧力室列に並んで配設され、 上記3列以上の圧力室列のうちの端に位置する第1列よ
    りも内側に位置する第2列の圧力室に対して設けられた
    前記個別電極と前記電気接点群の対応する接点とを結ぶ
    導体が、上記第1列における相隣る圧力室間を通ってい
    ることを特徴とするインクジェットヘッド。
  10. 【請求項10】 請求項1〜9のいずれか一に記載され
    ているインクジェットヘッドにおいて、 上記圧力室用凹部の開口部の形状が小判形であることを
    特徴とするインクジェットヘッド。
  11. 【請求項11】 請求項1〜10のいずれか一に記載さ
    れているインクジェットヘッドにおいて、 各圧力室列の圧力室は隣の圧力室列の相隣る圧力室の間
    に対応する部位に存するように千鳥状に配置されている
    ことを特徴とするインクジェットヘッド。
  12. 【請求項12】 請求項5に記載されているインクジェ
    ットヘッドの製造方法であって、 基板の表面に上記個別電極用の膜を形成する工程と、 上記個別電極用の膜の表面に上記圧電素子用の膜を形成
    する工程と、 上記個別電極用の膜及び上記圧電素子用の膜に対してパ
    ターニングすることにより、上記駆動部及び導体部を形
    成する工程と、 上記駆動部及び導体部の表面を覆う振動板を形成する工
    程と、 上記振動板の表面に上記圧力室形成用のプレートを接合
    する工程と、 上記基板を除去する工程とを備えていることを特徴とす
    るインクジェットヘッドの製造方法。
  13. 【請求項13】 請求項12に記載されているインクジ
    ェットヘッドの製造方法において、 上記個別電極用の膜の形成はスパッタリングによって行
    なうことを特徴するインクジェットヘッドの製造方法。
  14. 【請求項14】 請求項12又は請求項13に記載され
    ているインクジェットヘッドの製造方法において、 上記圧電素子用の膜の形成はスパッタリングによって行
    なうことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方
    法。
  15. 【請求項15】 請求項12〜14のいずれか一に記載
    されているインクジェットヘッドの製造方法において、 上記振動板の形成はスパッタリングによって行なうこと
    を特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
  16. 【請求項16】 請求項12〜15のいずれか一に記載
    されているインクジェットヘッドの製造方法において、 上記パターニングは化学エッチング又はイオンミリング
    によって行なうことを特徴とするインクジェットヘッド
    の製造方法。
  17. 【請求項17】 請求項1〜11のいずれか一に記載さ
    れているインクジェットヘッドと、記録紙を搬送する記
    録紙搬送装置とを備えていることを特徴とするインクジ
    ェットプリンタ。
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