JPH03166951A - 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がら吐
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６ｏ−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、圧力発生部材表面のノズル
形成基板に対向する面にＮｉ等の金属板を配置し、その
面に対向する面に金メッキ等により電極を配置し、その
間に圧電素子をはさんでいた。この金属板と電極間に電
圧をかけると圧電素子の厚み方向に電界を発生し、圧電
素子はｄｓ＋効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、圧電素
子よりヤング率の大き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わんでい
た。このように圧力発生部材は金属板と圧電素子を２層
構造にする必要があり、大変形時には２層間の接合部分
で応力が不連続になり、接合面に大きなせん断応力がか
かり剥離する等の問題点を有していた。また従来の製造
方法では、圧力発生部材は圧電素子板に金属板を接合し
構成していたが、これでは接合時に圧電素子に外力がか
かり、圧電素子が薄いと欠ける、割れる等の問題があり
、強度の問題から圧電素子を５０μｍ以下に薄くするこ
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
、圧力発生部材駆動回路コスト上昇、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面の幅方向の両サイドに前記圧力発生部材
の長手方向に沿い、帯状の正負の電極が配置されている
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ｌ面のみに正極と負極負の電極
を配置するので、両電極の間隔は圧力発生部材を構成す
る圧電素子の厚みに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１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３１の間隔ｇが５μｍから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
圧力発生部材の図である。圧力発生部材２３の圧電素子
２１の厚さｔは１００μｍ以下、幅ｂは５００μｍ以下
、長さｌ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、長手
方向に幅方向の両サイドに２本配置され、それぞれは電
気的に絶縁されている。電極２０の厚みは１０μｍ以下
である。電極２０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、圧電素子の圧電定
数ｄ３１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、電極２０間の間隔を狭くすれ
ば、圧電素子２１の厚みｔに関係なく電界４０は間隔に
反比例して大きくなるため、圧力発生部材２３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
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がスベーサ−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
いろ。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
すように電極２０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ｄ３＋により歪４
１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［ｉ２０間を短絡す
ると電極２０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３
０より吐出する。

以上の実施例では、電極２０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２ｌ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
２ｌとヤング率の異なる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は正極側に配設されたド
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の表面上両サイドに電極
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２本の電極２０のうち負極側を共有でき
る。これにより、圧力発生部材２３上に配置する電極本
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ベッドの
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）においてノズル形戊基板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１！素子２１を積層する。この実施例では圧電素子２
ｌとしてＰＺＴを用いている。この際、ＰＺＴはＦｉｌ
ｌ！技術を用いて積層し、その厚みｔは４０μｍ以上５
０μｍ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１１ｉ２０が構
成される。金電極２０の幅Ｘは５０μｍ以上１００μｍ
以下である。ここに第７図（ｆ）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５
５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（ｇ）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の輻ｂは２００μｍ
以上６００μｍ以下、長さｌは０．５ｍｍ以上３ｍｍ以
下、厚みｔは４０μｍ以上５０μｍ以下である。厚みｔ
が４０μｍ以上５０μｍ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面の幅方向の両サイドに前記圧力発
生部材の長手方向に沿い、帯状の正負の電極を配置する
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駈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駆動回路の簡略化、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、両サイドに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２本の電極で電気配線を共有する
ことができ、構造を簡略化することができる。また圧電
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、薄膜
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
ル形状に何ら制銀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
ッドを括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ツドの横
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）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　電極　　　　　　２１ ２２　印加電圧　　　　２３ ２５　ドライバ　　　　３０ ３１　ノズル形成基板　３２ ３３　インク　　　　　３４ ３５　段差　　　　　　５０ ５２　電極パターン　　５４ 圧電素子 圧力発生部材 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 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面の幅方向の両サイドに前記圧力発生部
   材の長手方向に沿い、帯状の正極と負極の電極が配置さ
   れていることを特徴とするインクジェットヘッド。
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。