JPH03166950A - 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記録装置に関し
、さら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〕

複数のノズルを有するノズル形成基板と、ノズルの各々
に対向して１対１に配置された圧力発生部材からなる圧
電変換器と、この圧電変換器とノズル形成基板との間隙
及び圧電変換器の周辺を満たすインクとを備え、印加電
圧により圧電変換器を変位させてインクをノズルから吐
出させるオンデマンド型インクジェットヘッドは、特公
昭６０−８９５３号公報に開示されている。この構造の
インクジェットヘッドは、圧電変換器がノズル形成基板
に対してほぼ直角方向に変位することと、ノズルメニス
カスのインク流路が短いため、インクの吐出効率および
吐出安定性が高く、インク中に気泡・ゴミ等の異物が混
入した場合でもこの影響を受けずに正常動作が可能であ
るという利点を有している。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし前記の従来技術では、圧力発生部材表ｉのノズル
形成基板に対向する面にＮｉ等の金属４を配置し、その
面に対向する面に金メッキ等に，り電極を配置し、その
間に圧電素子をはさんで一た。この金属板と電極間に電
圧をかけると圧電Ｅ子の厚み方向に電界を発生し、圧電
素子はｄ３１５果により圧力発生部材の長手方向に収縮
するが、圧力発生部材のノズル形成基板側には、電界に
，っては変形しない金属板が配置されているため、圧力
発生部材はノズル形成基板と．垂直方向にたりんでいた
。このように圧力発生部材は金属板とＩ電素子を２層構
造にする必要があり、大変形時Ｇは２層間の接合部分で
応力が不連続になり、接ｆ面に大きなせん断応力がかか
り剥離する等の間１点を有していた。また従来の製造方
法では、圧づ発生部材は圧電素子板に金属板を接合し構
成し゜・いたが、これでは接合時に圧電素子に外力がか
ズリ、圧電素子が薄いと欠ける、割れる等の問題ズあり
、強度の問題から圧電素子を５０μｍ以下番薄くするこ
とは難しかった。従って圧電素子の厚み方向に電圧をか
けて圧力発生部材を変形させる場合に十分な電界強度を
得るには、圧力発生部材の印加電圧を高くせざるを得す
、圧力発生部材駈動回路コスト上昇、回路内絶縁破壊等
の問題を有していた。

そこで本発明はこのような問題点を解決するもので、そ
の目的とするところは、圧力発生部材に印加する電圧が
低くても十分な変位が得られ、大変形時にも層構造の接
合部の剥離等がない圧力発生部材を製造可能にすること
にある。これにより安価でインク滴吐出の安定した、印
字品質のよいインクジェットヘッドを提供することがで
きる。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するため本発明のインクジェットヘッド
は、梁状の圧力発生部材を片持ち支持し、印加電圧によ
り前記圧力発生部材を変形させインクを加圧し、インク
滴をノズルから飛翔させ、記録紙上に付着させて画像を
形成するインクジェットヘッドにおいて、前記圧力発生
部材表面の１面の外周部分に正極または負極の電極が配
設され、前記表面の中央部に前記電極に相対する極性を
持つ、前記圧力発生部材長手方向に帯状の電極が配設さ
れていることを特徴とする。

また、前記圧力発生部材のノズル形成基板に垂直な方向
の厚みが５０μｍ以下であることを特徴とする。

〔作用〕

本発明は圧力発生部材の１面のみに正極と負極の電極を
配置するので、両電極の間隔は圧力発生部材を構成する
圧電素子の厚み番二関係なく狭くすることができ、圧電
素子内の電界強度を変える事なく駈動電圧を低くするこ
とができる。またこの電極の配置により、圧電素子内に
電極に近いほど強く、遠いほど弱い連続的な電界分布を
発生させることが可能になる。これにより電極に近いほ
ど大きく、遠いほど小さい連続的な応力分布が発生する
ため、圧力発生部材内でせん断力の集中がなく応力破壊
しにくくなる。

〔実施例〕

以下本発明の詳細を実施例により図面を参照して説明す
る。

第１図は本発明におけるインクジェットヘッドを搭載し
たプリンタの斜視図であって、記録媒体ｌは送りローラ
ー２，３の押圧によりプラテン４に捲き回され、記録の
進行に従い矢印５の方向に搬送される。ガイド軸６．７
に案内されプラテン４の軸に平行な方向に移動可能なキ
ャリッジ８上には、複数のノズルを有するインクジェッ
トヘッド９が搭載されており、矢印１０の方向に移動し
つつ各々のノズルからインク滴を吐出して記録媒体上に
インク像を形成する。

第２図は本発明の実施例を示すインクジェットヘッド断
面図である。ノズル形成基板３１に配置されたノズル３
０と対応する位置に圧力発生部材２３がスペーサ−３２
を介してノズル形成基板３１に接合され、圧力発生部材
２３とノズル形成基板３ｌの間隔ｇが５μｍがら２０μ
ｍとなるように構成されている。圧力発生部材２３は圧
電素子２１と２本の電極２０からなる。ノズル形成基板
３１とケーシング３５によって囲まれる空間にはインク
３３が満たされ、圧力発生部材２３はインク３３の中に
浸されている。

第３図は本発明の実施例を示すインクジェットヘッドの
圧力発生部材２３の図である。圧力発生部材２３の圧電
素子２１の厚６ｔは１００μｍ以下、幅ｂは５００μｍ
以下、長さ１は３ｍｍ以下である。電極２０は圧力発生
部材２３のノズル形成基板３１と反対側の一面にのみ、
その面の外周部分を囲む形で配置されている。また電極
２６は圧力発生部材２３の中央部に長手方向に帯状に配
設されていて、電極２０と電極２６は間隔ｅを介して電
気的に絶縁されている。電極２０と電極２６の厚みｔ．
はｌＯμｍ以下、幅Ｘは１００μｍ以下である。電［ｉ
２０と電極２６間に電圧２２を印加すると電界４０が圧
電素子２１内に発生する。

電界４０は圧電素子２１内では電極２０および電極２６
に近いほど強く、遠いほど弱い。この電界４０によって
圧電素子２１は歪むが、圧電素子２１の圧電定数ｄ３＋
による歪４１は電極２０に近いほど大きく、遠いほど小
さくなり、圧電素子２１内で連続的な分布をする。この
歪４１によって圧力発生部材２３は第４図に示すように
たわむ。この際、電ｌｉｊｉ２０と電極２６の間隔ｅを
狭くすれば、圧電素子２１の厚みｔに関係なく電界４０
は間隔ｅに反比例して大きくなるため、圧力発生部材２
３のたわみ量は大きくなる。この際電界４０が圧電素子
２１内で厚みｔ方向に連続的に分布するので、圧力発生
部材２３内部で発生する応力も連続でせん断力の集中が
なく、圧力発生部材２３は破壊しにくくなる。

第５図（ａ），　　（ｂ），　　（ｃ）は第２図に示し
たインクジェットヘッドの圧力発生部材２３の長手方向
の断面図、第５図（ｄ），　　（ｅ）．　　（ｆ）はノ
ズル中心軸を通る圧力発生部材２３の幅方向の断面図で
ある。第５図（ａ）と（ｄ）、　（ｂ）と（ｅ）、　（
Ｃ）と（ｆ）はそれぞれ対応する。

第５図（ａ）および（ｄ）に示すように、ノズル形成基
板３１に配置されたノズル３０と対応する位置に圧力発
生部材２３がスペーサ−３２を介してノズル形成基板３
１に接合され、圧力発生部材２３とノズル形成基板３１
の間隔ｇが５μｍから２０μｍとなるように構成されて
いる。ノズル形成基板３１とケーシング３５によって囲
まれる空間にはインク３３が満たされ、圧力発生部材２
３はインク３３の中に浸されている。第５図（ｅ）に示
すように電ｆｉ２０と電極２６間に電圧２２を印加する
と圧電素子２１内には電界４０が発生する。その結果第
５図（ｂ）に示すように圧電素子２１内には圧電定数ｄ
３１により歪４１が発生し、圧力発生部材２３はたわん
で、先端は矢印２５方向に変位する。その後第５図（ｆ
）に示すように電１ｆｉ２０と電極２６間を短絡すると
電極２６に貯っていた電荷が放電し、圧力発生部材２３
は矢印４２の方向に変位しインク滴３４をノズル３０よ
り吐出する。

以上の実施例では、電極２０と電極２６が圧力発生部材
２３の片面にのみ配置されているので、電界４０の強度
は圧電素子２１内で厚み方向に分布し、これによって圧
力発生部材２３はたわむ。

この際、圧電素子２１内で電界４０は連続的に分布する
のでせん断応力集中がなく、圧力発生部材２３は破壊し
難くなる。また、従来のように圧電素子２１と金属板を
接合してたわませる必要がなく、圧電素子２１が接合に
よって外力がかかり破壊することがない。これらの理由
から本実施例では圧力発生部材２３の厚みを従来に比べ
て薄くすることが可能となる。

第６図は本発明の圧力発生部材２３を複数個配列した斜
視図である。圧力発生部材２３は電極２６側に配設され
たドライバ２５によって駆動される。本実施例では圧力
発生部材２３の表面を囲むように電極２０を配置してい
るために圧力発生部材２３を複数個、横手方向に一列に
配置した場合、隣合った圧力発生部材２３の隣接した電
極２０を共有できる。これにより、複数個圧力発生部材
２３を配設した場合、−電［ｉ２０を一筆書きのように
一本で構成し、電極本数を減らして構造を簡略′化する
ことができる。

第７図（ａ），（ｂ）．（ｃ）．（ｄ），（ｅ）（ｆ）
．　　（ｇ）は本発明におけるインクジェットヘッドの
製造工程を示す図である。本発明では従来の物に比べて
圧力発生部材の厚みを薄くすることができるので、以下
に示す実施例のように圧電素子２１を薄膜技術によって
その厚さが５０μｍ以下となるように構成することが可
能となる。

第７図（ａ）においてノズル形成基板３１の材料はセラ
ミックで、レーザー加工によってノズル３０が開けられ
、また段差３５が配置されている。

段差の高さｙは５μｍから２０μｍである。次に第７図
（ｂ）に示すようにノズル形成基板３１の溝部５６にフ
ォトレジスト５０を積層し、更にその上に第７図（Ｃ）
に示すように圧電素子２１を積層する。この実施例では
圧電素子２１としてＰＺＴを用いている。この際、ＰＺ
Ｔは薄膜技術を用いて積層し、その厚みｔは４０μｍ以
上５０μｍ以下である。こうしてできた物を高温環境に
さらしてＰＺＴを焼結し、さらに圧電素子２１の上に第
７図（ｄ）に示すような電極パターン５２を用いて、金
を蒸着すると第７図（ｅ）に示すように金電極２０が構
成される。金電極２０の幅Ｘは５０μｍ以上１００μｍ
以下である。さらに第７図（ｆ）に示すような電極パタ
ーン６０を用いて、金を蒸着すると第７図（ｇ）に示す
ように金電極２６が構成される。ここに第７図（ｈ）に
示すように圧力発生部材パターン５４をフォトレジスト
によって積層し、エッチング液によって圧電素子２１を
分割するための溝５５をエッチングする。

フォトレジスト５０．５４を取り除くと、第７図（ｉ）
に示すようなインクジェットヘッドが構成される。圧力
発生部材２３の＃ｂは２００μｍ以上６００ＪＪｍ以下
、長さｌは０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下、厚みｔは４０μ
ｍ以上５０μｍ以下である。厚みｔが４０μｍ以上５０
μｍ以下と従来のものに比べて薄くなることによって、
薄膜技術によって製造が可能になり、製造コストが下が
り、大量生産が可能になる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明のインクジェットヘッドは、圧
力発生部材表面の１面の外周部分に正極または負極の電
極が配股され、その表面の中央部に前記電極に相対する
極であって、圧力発生部材長手方向に帯状の電極が配股
されていることによって、圧力発生部材の圧電素子の厚
みに関係なく電極間の距離を狭くできるもので、圧電素
子にかかる電界強度を変えることなく駆動電圧を低くで
きる効果がある。これにより圧力発生部材駈動回路の簡
略化、電極絶縁処理の簡略化が可能で、コストの低減で
きる利点がある。また、圧力発生部材の一表面を囲む形
で電極を配置しているために圧力発生部材を多数、横手
方向に一列に配置した場合、隣合った圧力発生部材の隣
接した電極を共通とすることができ、構造を簡略化する
ことができる。また、電極を圧力発生部材の一表面のみ
に配置することによって、圧電素子内に電極に近いほど
強く、遠いほど弱い連続的な電界分布を発生させること
が可能になる。これにより電極に近いほど大きく、遠い
ほど小さい連続的な応力分布が発生するため、せん断力
の集中がなく、圧力発生部材が応力破壊しにくくなる。

したがって従来より寿命の長い、インク滴吐出特性の安
定したインクジェットヘッドを提供できるのである。

また、，圧力発生部材が破壊し難くなることによって、
圧電素子の厚みを従来に比べて薄くすることが可能であ
る。これによって薄いバルクの圧電素子を使ったり、Ｎ
膜技術によって圧力発生部材の製造が可能になり、製造
コストが下がり、大量生産も可能になる。

なお、本実施例では圧力発生部材形状が直方体であるが
、このことは圧力発生部材の形状になんら制限を加える
ものではなく、本発明においては圧力発生部材の形状は
表面上に電極を配置することが可能であればどのような
形状をしていてもよいことは発明の主旨状明白である。

またノズルに関しても、本実施例では形状がストレート
穴、またはホーン穴であるがであるが、このことはノズ
ル形状に何ら制限を加えるものではなく、本発明におい
てはノズルがどのような形状をしていてもよいことは発
明の主旨上明白である。

【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
ッドを搭載したプリンタの斜視図。 第２図は本発明によるインクジェットヘッドの断面図。 第３図は本発明による圧力発生部材の斜視図。 第４図は本発明による圧力発生部材の変形図。 第５図（ａ）．　　（ｂ），　　（ｃ）は本発明による
インクジェットヘッドの縦断面図、　（ｄ）．（ｅ）（
ｆ）は本発明によるインクジェットッドの横断面図。 第６図゛は本発明による圧力発生部材を複数個配列した
斜視図， 第７図（ａ）．（ｂ）．（ｃ）．（ｄ）．（ｅ）（ｆ）
．（ｇ），（ｈ），（ｉ）は本発明によるインクジェッ
トヘッドの製造工程を示す斜視図．１　記録媒体 ９　インクジェットヘッド ２０　電ｉ　　　　　　　２１　　圧電素子２２　印加
電圧　　　　２３　圧力発生部材２５ ３　０ ３　２ ３　４ ５　０ ５　４ ドライバ ノズル スペーサー インク滴 フォトレジスト フォトレジスト ２　６ ３１ ３　３ ３　５ ５　２ 電極 ノズル形成基板 インク 段差 電極パターン 以上

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）梁状の圧力発生部材を片持ち支持し、印加電圧に
   より前記圧力発生部材を変形させインクを加圧し、イン
   ク滴をノズルから飛翔させ、記録紙上に付着させて画像
   を形成するインクジェットヘッドにおいて、前記圧力発
   生部材表面の１面の外周部分に正極または負極の電極が
   配設され、前記表面の中央部に前記電極に相対する極性
   を持つ、前記圧力発生部材長手方向に帯状の電極が配設
   されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
2. （２）前記圧力発生部材のノズル形成基板に垂直な方向
   の厚みが５０μｍ以下である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。