JPH02184444A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はインク滴を飛翔させ記録紙等の媒体上にインク
像を形成するプリンタ等インクジェット方式の記録装置
に関し更に詳細にはインクジェットプリンタヘッドに関
する。

〔従来の技術〕

従来のインクジェットヘッドの構造としては複数のノズ
ル開口を有するノズル形成部材とこの背後にインクと直
接接触する圧電変換器を有する構造が知られている。（
持分昭和６０−８９５３等）この構造では圧電変換器を
構成する振動子がノズル板と概ね直交する方向に変位す
るごとぐ振動することと各ノズル間のインク流路が短い
距離で通じていることによりインク滴吐出効率および安
定性が高くインク中にガス、ゴミ等の異物が混入した場
合でもこの影響を受けず正常動作が可能であるという特
徴を有する。更に振動子はノズル板と微小な空隙を保っ
て配された片持ち梁状または両持ち梁状Φ振動子が用い
られているため電気機械変換効率が高い、小さい電力で
必要な振動子可動部分変位が取れる等の利点を有する。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術の梁状振動子を用いたインクジェットヘッ
ドの構造では精度確保が困難で特性が安定しない、製造
歩留りが低いという問題点を有していた。即ちノズル形
成部材およびこれに対峙する振動子可動部分との間の間
隙はインク吐出特性に影響するため微小な空隙を高精度
に管理する必要がある。本構成では梁状振動子の横振動
によってノズル部に圧力を発生させる方式であるため上
記精度を確保しながら所望の振動特性を実現する必要が
あった。しかしながら梁状振動子を複数個先端位置をそ
ろえて製造することは困難で各振動子の吐出特性が安定
しないという問題点を有していた。

本発明の目的は上記問題点を解決して特性の安定したイ
ンクジェットヘッドを実現することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のインクジェットヘッドは複数のノズル開口を有
するノズル形成部材と圧電変換器を有し、該ノズル形成
部材と該圧電変換器の間にインクが充たされる如く構成
されたインクジェットヘッドにおいて、 上記圧電変換器は圧電材と上記圧電材上両面に施された
導電材層を有し、ベース材上に接合された少なくとも一
つの固定部を持つ複数の振動子からなり、 上記ベース材は周囲を囲まれた少なくとも一つの開口を
有する板状部材からなることを特徴とする。

〔作用〕

本発明の上記構成では圧電変換器は強固なベース材上に
接合された振動子からなるため高精度に加工ができる。

さらに振動子背面の流体抵抗が低減されるため機械変換
効率が高い。

〔実施例〕

次に実施例に基づいて本発明を説明する。

第１図は本発明の一実施例を示すプリンタの斜視図であ
る。同図において記録紙１ｏはプラテン１１に捲き回さ
れ送りローラ１２．１３によって押圧される。ガイド軸
１４．１７に案内されプラテン軸に平行な方向に移動可
能なキャリッジ１５上にインクジェットヘッド１６が搭
載されて構成される。インクジェットヘッド１６は独立
にインク滴を噴出制御可能な複数のノズルを有しプラテ
ン軸方向に走査され上記ノズルから選択的にインク滴を
吐出し記録紙１０上にインク像を形成する。

記録紙１０はプラテン１１、送りローラ１２．１３の回
転により走査方向と直交する副走査方向に搬送され記録
紙面上への印字が行われる。

第２図にインクジェットヘッドの断面を示す。

フレーム２０には、ベース材２５上に圧電変換器２１と
ノズル形成部材２２が両者の間にスペーサ２３を介して
積層され固定される。ノズル形成部材２２は複数のノズ
ル２４を有する金属薄板から構成される。ヘッド内のイ
ンクを定温に保つためヒータ２６が設けられる。圧電変
換器２１は第３図に斜視図を示す。第３図（ａ）に示す
ようにＰＺＴよりなる圧電材層３０の片面にＡｕ薄層よ
りなる電極層３１とこの反対面にＮｉ薄層よりなる金属
層３２を有する多層構造の圧電素子板３３とベース３４
、金属薄板からなるスペーサ３５から構成さ、れる。さ
らにノズル３６を開口された金属板からなるノズル形成
部材３７でユニット化されてフレーム２０に取付けられ
る。ベース材３４は電気接続される電極パターン３８を
上面に施された絶縁体（ガラス、セラミック等）が用い
られるが導電体に絶縁層を設けこの上に電極パターンを
設けるようにしてもよい。第３図（ｂ）に示すようにベ
ース材３４、圧電素子板３３は接合されてベース−圧電
素子板接合体３９を構成する。上記接合では電気接続と
機械的接合とを同時に行うため共晶接合、導電性接着剤
による接合、または有機接着剤を用いて接着剤層を薄層
化して用いる等の方法を採用することができる。次にこ
れに溝入れ加工を行い複数個の梁状振動子を切り出す。

溝４０はベース材３４まで及ぶ深さとすることで相互干
渉のない複数個の片持ち梁状の振動子が形成できる。さ
らに外部の駆動回路と接続するためにベース材上の電極
パターンと対向する位置に対応する配線パターンを有す
るフレキシブル基板２７が接合される。各振動子とも共
通電位に保つための電極は上述の面と反対側の面にスペ
ーサを接合する際に電気接続されてフレキシブル基板上
の対応するパターンにスペーサまたはこれと接触するノ
ズル形成部材を電気接続して配線される。

動作は上記フレキシブル基板を介して電極層４３と金属
層４２との間に電圧を印加することによりこの間の圧電
材層が収縮し一方金属層は収縮しないため曲げモーメン
トが生じ振動子先端は厚さ方向に変位する。次にこの電
圧を解除すると振動子の弾性的な復元力により発生する
圧力でノズルからインクが吐出する。

本構造ではベース−圧電素子板接合体の金属層面を研磨
することにより精度の高い平坦面が形成できる。さらに
この上から同じく平坦なノズル形成部材を重ねて接合す
ることにより振動子の先端可動部分とノズルとの間の間
隙は高精度に確保できる。特に薄い圧電素子板から各振
動子を切り離すことによって内部応力が解放され振動子
先端の位置がばらつき上記空隙の管理が困難になる。こ
れを上述のように研磨することで補正し修正することが
できる。

また強固なベース材３４は長方形の板状であり内部に周
囲が閉じられた窓状の開口４１を有する。

従って第２図に示すごとくヘッドに組み込まれた動作状
態において振動子２１の背部（ノズル形成部材と反対側
）には空間が設けられる。一般に小さい空隙（内部に液
体が封入された場合も含む）を介して対向する２面がこ
の空隙寸法の変化する方向に相対運動する場合発生する
圧力のため大きい抵抗を受ける。しかしながら本発明の
構成では振動子可動部に対応する位置にベース材に設け
られた開口のためこの圧力発生がなく振動子は効率良く
振動させることができる。

さらに別の実施例を第４図に示す。本図には振動子周辺
の構成のみ示す。先の実施例と異なりノズルが互いにい
に千鳥配列で２列に配置されている。梁状振動子は切り
込みを直線状に入れることでダイシング等の方法で容易
に行えるように相互に半ピツチずれたノズルを結ぶ方向
に溝入れされて作られる。さらにノズル形成部材５３は
段差を有する形状である点が先の実施例と異なる。また
ノズルは図中５１に示すように中央部が凸状に突き出し
ておりノズル周辺に溜まるインクが吐出するインクの飛
翔に影響を与えない構成となっている。その他の構成は
第３図の実施例と同様である。

次に第５図に第４図のノズル−圧電素子板接合体を用い
たヘッドのノズル近傍を示す。ノズル６７を有するノズ
ル形成部材６８と振動子６５、ベース７０を一体化され
さらにフレキシブル基板６９が接続されたノズル−圧電
素子板接合体の開口に挿入される形でインク供給部材６
２がセットされる。インク供給部材に設けられたインク
供給路４３は下部に設けられた図示しないインク貯蔵槽
から毛細管力によりインク６４を引き上げ振動子周辺の
空隙に供給しこれを充たす。インク吐出動作は先の実施
例と同じであり説明は省略する。本構成ではベース７０
の開口部を通じてインク供給が行われる。背面から供給
するため振動子近傍にインクが供給されるため安定的動
作が可能である。

以上述べた本発明の構成では強固なベース村上に圧電素
子板を接合し溝入れ表面研磨を行うため振動子面が平坦
化でノズル形成部材との距離を高い精度で管理でき特性
が安定する。さらにベース材は閉じた開口を有するため
振動子背面の流体負荷を低減し効率良く駆動することが
できる。開口が閉じた開口でない場合、例えばコの字型
、Ｕ字型等では外力に対してゆがみやすいが、本発明の
構成では閉じた形状の開口であるため剛性が高く精度が
確保しやすく圧電変換器の特性が安定する。

また接合部のみでなく振動子自由端部まで及ぶ領域の枠
体であるためユニット取付けに際して位置、方向が出し
やすい。

なお金属層はＮｉのほか、使用する圧電材に近い熱膨張
率を有する材質とすることで温度ｌこよる振動子反り量
変化による特性変化を防ぐことができる。また金属層は
金属薄層を接合する、メツキ等の方法で圧電材上に直接
形成する等の方法で形成できる。

また本発明の構造は上述のように片持ち梁状振動子の他
両端が固定された両持ち梁状振動子の場合でも有効であ
ることは明らかである。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明の上記構成によれば特性安定化
のために高精度に管理する必要のあるノズル形成部材と
振動子可動部分の空隙が安定し、さらに振動子の流体負
荷低減により効率的動作が可能であり、特性の安定した
製造歩留りの高いインクジェットヘッドを実現すること
ができるという効果を有する。またインク供給が効率的
に行えるという効果も有する。さらに振動子を構成する
梁長さが振動特性に影響するがベースに開口を設けるこ
とにより開口のエツジ部分で梁長さを決めることができ
振動特性を安定的にバラツキなく製造することができる
という効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による一実施例を示すインクジェットヘ
ッドを具備したプリンタの斜視図。 第２図は本発明による一実施例を示すインクジェットヘ
ッドの断面図。 第３図（ａ）、（ｂ）は本発明による一実施例を示すイ
ンクジェットヘッドの圧電変換器の製造工程を示す図お
よび斜視図。 第４図（ａ）、（ｂ）は同じく本発明による別の実施例
を示す圧電変換器の製造工程を示す図および斜視図。 第５図は第４図の圧電変換器を具備するインクジェット
ヘッドの断面図。 ２１．６５・・・圧電変換器 ２５．３４．７０・・・ベース材 ３０・・・圧電材層 ３１・・・電極層 ３２・・・金属層 ３３・・、圧電素子板 ３８・・・電極パターン ３９・・・ベース−圧電素子板接合体 ４１．５４・・・開口 以上 出願人　　セイコーエプソン株式会社 代理人弁理士　鈴木喜三部他１名 ３９、・公へ一斤ｄ″：ｆ拒継

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 複数のノズル開口を有するノズル形成部材と圧電変換器
   を有し、 該ノズル形成部材と該圧電変換器の間にインクが充たさ
   れる如く構成されたインクジェットヘッドにおいて、 上記圧電変換器は圧電材と上記圧電材上両面に施された
   導電材層を有し、ベース材上に接合された少なくとも一
   つの固定部を持つ複数の振動子からなり、 上記ベース材は周囲を囲まれた少なくとも一つの開口を
   有する板状部材からなることを特徴とするインクジェッ
   トヘッド。