JP3465959B2 - 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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JP3465959B2 JP12778994A JP12778994A JP3465959B2 JP 3465959 B2 JP3465959 B2 JP 3465959B2 JP 12778994 A JP12778994 A JP 12778994A JP 12778994 A JP12778994 A JP 12778994A JP 3465959 B2 JP3465959 B2 JP 3465959B2
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誠一 大澤
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2202/00Embodiments of or processes related to ink-jet or thermal heads
    • B41J2202/01Embodiments of or processes related to ink-jet heads
    • B41J2202/10Finger type piezoelectric elements

Landscapes

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

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、インク液滴を画像記録
媒体上に選択的に付着させるインクジェットヘッドの構
造に関する。
【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、か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。そのうちでも、ドット形成時にの
みインク液滴を吐出する、いわゆるドロップ・オン・デ
マンド(DOD)型が主流といえる。DOD型の代表的
な方式としては、例えば特公昭53−12138号公報
に開示されているカイザー型、あるいは、例えば特公昭
61−59914号公報に開示されているサーマルジェ
ット型がある。このうち、前者の特公昭53−1213
8号公報に記載の構成では、小型化が難かしく、後者の
特公昭61−59914号公報に記載の構成では、高熱
をインクに加えるためにインクが焦げ付くという、それ
ぞれに非常に困難な問題を抱えている。
【0003】以上のような欠陥を同時に解決する方式と
して、圧電性素材の細片を用いる構造で、例えば特公平
4−48622号公報に開示された伸縮モード型のもの
が提案されている。
【0004】伸縮モード型のインクジェットヘッドの構
造を、図3の斜視図に示す。PZT(チタン酸ジルコン
酸鉛)のような圧電性素材の細片122を、導電性の支
持基板121と絶縁性の蓋123との間に平行に固着
し、この細片122間に多数の細長いチャネルを形成す
る。これらのチャネルは、それぞれインクが充填された
インク室兼インク通路であるインクチャネル125と、
空隙のダミーチャネル126を交互に設けたものであ
る。そして、インクチャネル125は、一方の端が共通
のインク溜127に接続されてインクが供給され、他方
の開放端はそのまま印字ノズルになっている。
【0005】圧電性素材の細片122は、矢印7で示さ
れるように、支持基板121に垂直な方向に分極され、
細片122の蓋123側の上面部には電極124が、イ
ンクチャネル125に対応して、細片2個1組毎に設け
られている。
【0006】電極124に、導電性の基板121に対す
る電位を与えると、インクチャネル125の両側の圧電
性素材の細片122が、厚さを増し幅を減じるような伸
縮モードの変形を起こし、インクチャネル125の容積
が増加する。電極124への電圧印加を停止すると、2
個の細片はもとの形状に戻るので通路容積が急激に縮小
する。その結果、その通路の端部の印字ノズルからイン
ク液滴128が放出される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】このような圧電性素材
の細片を用いる構造のインクジェットヘッドには、次に
述べるような問題があった。
【0008】第1の問題は、圧電性素材の細片122
を、導電性の支持基板121と絶縁性の蓋123との間
に固着しているので、この細片122の分極7に垂直な
変形(d31モード)が拘束され、この影響で厚さ方向の
変形(d33モード)が小さくなって効率が低下すること
である。
【0009】導電性の支持基板121に対し、電極12
4に電位を与えると、圧電性素材の細片122は厚さを
増す変形(d33モード)を起こす。一方、このd33モー
ドの変形に伴って、圧電性素材にはその幅を減じる変形
および長手方向、つまりインクチャネル125の長さ方
向の収縮(d31モード)が生じる。もし、このd31モー
ド変形が完全に拘束されると、d33モード変形が生じな
くなる。従来のインクジェットヘッド構造では、圧電性
素材の細片122が支持基板121と蓋123との間に
固着されているので、その接合部でd31モード変形が拘
束され、d33モード変形が小さくなって、インク液滴1
28の吐出力が低下するか、またはインク液滴128が
全く生成されない現象が生じる。
【0010】第2の問題は、上記のような圧電性素材の
d31変形のために、インクチャネル125の一つが駆動
される時、支持基板121と絶縁性の蓋123が力を受
けて波打ち、隣接するインクチャネルに対して干渉を生
じることである。
【0011】本発明の目的は、圧電性素材の細片を用い
るインクジェットヘッドにおいて、これら従来の構造に
起因する問題を解決し、効率良く圧電性素材の細片を駆
動して、強い吐出力で安定したインク液滴の噴射を行う
とともに、隣り合うインクチャネル間に干渉のないイン
クジェットヘッドを提供することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のインクジェットヘッドは、次のような構造
を採用する。すなわち、従来、インクチャネル両側の隔
壁を構成する圧電性素材の細片は、基板に配置、接合さ
れていたが、本発明においては、基板の上に圧電性素材
でできた底部を設け、この底部にも電極をつけて駆動す
る。インクチャネルの隔壁を構成する圧電性素材の細片
は、この層の上に配列されている。換言すれば、従来は
インクチャネルの底部は基板であったが、本発明では、
インクチャネルの底部もまた圧電性素材よりなってい
る。
【0013】
【作用】上記の構造によれば、圧力室の底部を圧電素子
で構成してこれを駆動するので、チャネル隔壁をなす圧
電素子のd31モード変形に対する基板からの拘束は、こ
の底部の圧電素子層で吸収され、隔壁のd33変形が自由
に行われて、吐出力の強い安定したインク液滴噴射が得
られる。また、圧電素子の変形がもはや基板によって拘
束されないので、基板の剛性を十分に上げてインクチャ
ネル間の干渉を防止することができる。
【0014】
【実施例】以下、本発明の実施例におけるインクジェッ
トヘッドの構成を、図面を基に説明する。
【0015】[実施例1]図1は、本発明の第1の実施
例であるインクジェットヘッドを、一部を破断して示す
斜視図である。基板11を覆って設けた底部1は、厚さ
方向に分極した板状圧電素子を導電材料5を介して複数
枚積層したものである。底部1の上に隔壁10a、10
b、10c等を配置するが、これらの隔壁も、底部1と
同様に、厚さ方向に分極した板状圧電材料を導電材料5
を介して積層したものである。
【0016】底部1に積層されている導電材料5は、底
部全面に広がるものでなく、図1で、隔壁10b、10
cの下方およびその間の底部1端面の領域に導電材料5
を表す線があり、隔壁10aと10bの間の端面にはな
いことで示されるように、底部1には、隔壁2枚を1組
とする領域毎に区切って導電材料5が積層されている。
隔壁10aも、図では除去されているが実際は手前にあ
る隔壁と対になる。
【0017】集電極4aを、真空蒸着などの薄膜形成手
段により金(Au)を用いて、隔壁10b、10cの端
面とこれら隔壁の下方の底部1の端面で両隔壁にまたが
る部分(すなわち底部1に導電材料5が積層されている
領域)に形成し、他端にも、図には表されてないが同様
の集電極を形成する。隔壁10aおよびこれと対になる
隔壁(図では省略)の両端面と、その下方の底部1の両
端面にも、同様に集電極2a、2bを形成する。このよ
うに隔壁の2個1組毎に、両端面に集電極を設ける。両
端面の集電極間に電圧を加えることにより、2個1組の
隔壁群とその下方の底部1を、圧電アクチュエータとし
て駆動できる。
【0018】なお隔壁群の両端面のうち一方の面(例え
ば図1で集電極を描いた面)の集電極は、このように隔
壁2個毎に分離して設けるのでなく、底部1の端面全体
でつながっていてもいいが、他方の面の集電極は、隔壁
2個毎に分離されていなければならない。
【0019】このようにして、圧電素子の底部1上に隔
壁群が平行に配列され、隔壁間に溝が形成されるが、上
記のように集電極2a、4a等で連結された2個1組の
隔壁間の溝、例えば隔壁10b、10c間の溝9は圧力
室になり、その隣の溝12はダミーチャネルになる。隔
壁群の前面側にはインク吐出口となるノズル16を持つ
ノズル板15を接合し、背面側には共通インク溜19と
これに通じるインク供給口18を持つ封止片14を接合
する。圧力室9はインク供給口18で共通インク溜19
に通じている。さらに、隔壁群の上面には蓋13を接合
するが、この時、蓋13のスリット3がダミーチャネル
である溝12に揃うよう配置する。こうして溝の一列お
きに、圧力室9が形成される。
【0020】次に、このような構造のインクジェットヘ
ッドの動作を説明する。前面の集電極4aと背面の集電
極間に、板状圧電材料の分極方向と同じ方向に電界が発
生するよう電圧を加えると、隔壁10b、10cと底部
1は厚さ方向に伸び、伸び量に比例して圧力室9の体積
が増加する。そこで、この電圧印加を断つと隔壁10
b、10cは元の厚さに戻るので、インクが満ちている
圧力室9の容積が急激に減少し、圧力室9内部に圧力が
発生する。この圧力によってノズル16からインク液滴
17が吐出される。
【0021】前述のように、圧電素子は厚さを増す方向
に変形(d33モード)する時、それに垂直な方向の変形
(d31モード)を伴うが、逆に、d31モードが他の部材
との接合等で拘束されると、d33モード変形は小さくな
り、この原因で、従来のインクジェットヘッドではイン
クの吐出し性能が低下した。
【0022】しかし、本発明の構造では、圧力室9の底
部1が圧電素子でできており、隔壁群は基板11でなく
圧電素子の底部1の上に配置されている。これにより基
板11との結合による拘束が底部1で吸収されるととも
に、底部1にも電圧を加えて駆動するので、底部1の表
面層すなわち各隔壁の根本に接続する面がこれらの隔壁
と同方向の変形を行い、各隔壁は基板11との接合によ
る拘束から解放される。これにより隔壁は十分に変形し
てインク液滴を噴射し、吐出力の強い安定したインク液
滴17が生成される。
【0023】このように、圧力室9に加圧するための隔
壁の変形が、基板11の影響を受けることが少ないの
で、基板11に高い剛性を持つ部材を用いることが可能
になる。これにより、一つの圧力室を駆動することが基
板11を通じて他の圧力室に及ぶこと、すなわち圧力室
間の干渉を防止できる。
【0024】[実施例2]図2は、本発明の第2の実施
例のインクジェットヘッドの斜視図である。図1と同様
に一部を破断して示してある。基板11、蓋13、封止
片14、ノズル板15等の構成については、実施例1の
場合と同じである。
【0025】図2に示すように、基板11に、厚さ方向
に分極させた板状圧電材料を導電材料5を介して複数枚
積層した積層圧電素子24を接着し、ダイヤモンドブレ
ード等により浅い溝22と深い溝23とを1列おきに形
成してある。浅い溝23が圧力室9で、深い溝23がダ
ミーチャネルである。
【0026】この構成は、隔壁20aの端面や、圧力室
9の底部の圧電素子部分21の端面に集電極を設ける上
で、図示のように前面で集電極25を一つにつなげて圧
力室全部に共通のものにし、背面で集電極26を圧力室
毎に分離して設けるのに適する。それには、基板11に
封止片14を搭載する前に、金(Au)の薄膜で前面の
集電極25と背面の集電極26を同時に形成し、この
際、背面の集電極26が基板11の封止片14搭載用領
域も覆うようにし、カッターで深い溝23を削り出すこ
とにより背面の集電極26を各圧力室別に分離し、同時
に基板11の封止片14搭載用領域上のパターンも分離
する。基板11上で分離されたパターンは、外部からの
信号線との接続に用いられる。
【0027】このように、実施例2の構成は、駆動用の
集電極25、26および基板11上の電極パターンを形
成する上で便利である。
【0028】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
インクジェットヘッドは、圧力室の底部を圧電素子で形
成してこれを駆動しているので、基板との結合部分にお
けるd31モード変形への影響をこの底部の圧電素子が吸
収し、隔壁の圧電素子が拘束されることなく変形してイ
ンク液滴噴射を行い、吐出力の強い安定したインク液滴
が得られる。すなわち、圧電素子の駆動効率が向上す
る。
【0029】また、隔壁の動作が基板の影響を受けなく
なったので、十分な剛性を持つ部材を用いて基板を構成
することができ、これによりインクチャネル間の干渉を
防止することができる。
【0030】さらに、隔壁や底部が板状圧電材料を積層
した構造なので、低い電圧で駆動可能なインクジェット
ヘッドを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例のインクジェットヘッド
の構成を示す斜視図である。
【図2】本発明の第2の実施例のインクジェットヘッド
の構成を示す斜視図である。
【図3】従来のインクジェットヘッドの圧力室の構造を
示す斜視図である。
【符号の説明】
1、21 底部 2a、2b、4a、25、26 集電極 5 導電材料 9 圧力室 10a、10b、10c、20a 隔壁 11 基板 12、22、23 溝 13 蓋 14 封止片 15 ノズル板 19 共通インク溜

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板と、 厚さ方向に分極させた板状圧電材料を導電材料を介して
    前記基板上に複数枚積層した底部と、 厚さ方向に分極させた板状圧電素子を導電材料を介して
    前記底部の上に複数枚積層した細片状の複数列の隔壁を
    設け、 前記隔壁同士の間に溝を形成し、該溝のうちの一の溝は
    圧力室として使用するとともに該一の溝の両側の溝は圧
    力室として使用しないこととし、 前記圧力室のそれぞれにインク供給口とノズルを設け 前記導電材料への電圧印加により前記底部および隔壁に
    伸縮モードの変形を行わせる ことを特徴とするインクジ
    ェットヘッド。
  2. 【請求項2】 圧力室として使用しない溝と前記基板と
    の間の底部の厚みは、圧力室として使用する溝と前記基
    板との間の底部の厚みよりも小さいことを特徴とする請
    求項1に記載のインクジェットヘッド。
  3. 【請求項3】 前記底部は、前記隔壁と前記基板との
    間、および圧力室として使用する溝と前記基板との間に
    設けたことを特徴とする請求項1に記載のインクジェッ
    トヘッド。
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