JPH03166952A - 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み、この金属板と電極間に電圧をか
け、圧電素子の厚み方向に電界を発生し圧力発生部材を
変位させていた。しかしこの際、正極と負極の両極は外
部に露出していて、インクが水溶性で導電性を持つ場合
、正極と負極が短絡して電界が発生せず圧電素子が変形
しない。このため、従来のインクジェットヘッドに水溶
性のインクを用いた場合、インク滴を吐出しないという
問題を有していた。

また、圧電素子とＮｉ等の金属板を接合してしてたわみ
変形させるので、接合面には大きなせん断応力がかかり
、圧力発生部材が大変形をする場合に接合面が剥離する
という問題があった。

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、正極と負極が短絡しない、大変
形時にも破壊しない圧力発生部材を提供し、これにより
インク種類を選ばない、インク滴吐出の安定した、寿命
の長いインクジェットヘッドを提供することである。

〔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
部材を構成する正極または負極の電極のうち、少なくと
も片方の電極が前記圧力発生部材内に埋め込まれている
ことを特徴とする。

また、前記正極及び負極の電極の配置されている場所が
、前記圧力発生部材内の厚み方向の中心面を境にして、
ノズル形成基板から見て遠い領域であることを特徴とす
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〕

本発明では圧力発生部材を構成する正極または負極のう
ち、少なくとも片方の電極が圧力発生部材内に埋め込ま
れているため、埋め込まれている電極はインクと接触せ
ず、インクが導電性であっても正極と負極は電気的に短
絡しない。

また、正極及び負極の電極の配置されている場所が、圧
力発生部材内の厚み方向の中心面を境にして、ノズル形
成基板から見て遠い領域であるので、圧力発生部材内で
電界は連続的に分布し、それに応じて発生する応力も連
続的に分布するので、大きなせん断応力が圧力発生部材
内に発生することがない。

〔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３ｌ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２ｌと電極２０、電極２６がらなる。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を構成
する圧電素子２１の厚さｔは１００μｍ以下、幅ｂは５
００μｍ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、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、圧電素子２１の中に完全に埋め込まれる形で配
殺されていて、電極２０と電極２６の間隔ｅは１００μ
ｍ以下である。電極２０と電極２６の厚みｔ６は１０μ
ｍ以下、幅Ｘは１００μｍ以下である。第４図に示すよ
うに電極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
２ｌ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２ｌは歪む
が、圧電素子２１の圧電定数ｄａ＋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はたわむ。この際、電極２６が圧電素子２
１内に埋め込まれているため、電極２６は圧力発生部材
２３外部の環境にさらされることがない。このため圧力
発生部材２３が導電性のインクに浸されていても、電極
２６と電極２０は短絡することがなく、正常に変位でき
るのである。また、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２
３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ｉ２０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ｄ３
１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。この際、第５図（ｅ
）に示すようにノズル形成基板３１、スペーサ−３２お
よびケーシング３５を負極とすることによって、電極２
０と同電位になるので、インク内に電界が発生する等の
問題がない。その後第５図（ｆ）に示すように電極２０
と電極２６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３０より吐出する。

以上の実施例では、電極２６が圧電素子２１に覆われ、
圧力発生部材２３外部の環境にさらされることがない、
したがって導電性を持つ水性インク等に囲まれていても
圧力発生部材２３は正常に変位することができ、インク
滴３４は安定して吐出するのである。また、電ｆｉ２０
と電極２６が圧力発生部材２３の厚み方向に対して、偏
って配置されているので、電界４０の強度は圧電素子２
１内で，電極２０、電ｉ２６に近いほど強く、遠いほど
弱い分布をする。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
するので内部応力も連続で、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によって駈動される。本実施例では圧力
発生部材２３の表面を囲むように電ｉ２０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ｆｉ２０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），　　（ｈ）．　　（ｉ），　　（ｊ）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
ように圧力発生部材２３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ｙＧ≠５
μｍ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、ＰＺＴ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
２ｌ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ｆｉ２６が構成される。金電極２６の幅Ｘは１０μｍ
以上１００μｍ以下である。この上に第７図（ｆ）に示
すようにＰＺＴ５９を積層する。ＰＺＴ５９の厚みＺは
１０μｍ以上５０μｍ以下である。さらに第７図（ｇ）
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（ｈ）に示すように金電極２０が構成される。

ここに第７図（ｉ）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（ｊ）
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の幅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５０μ
ｍ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
力発生部材を構成する正極または負極のうち、少なくと
も片方の電極が圧力発生部材内に埋め込まれているため
インクと接触することがなく、インクが導電性であって
も正極と負極が電気的に短絡することがなく、圧力発生
部材は正常に変位できる。これにより構成したインクジ
ェットヘッドはインクを選ばず、多種多様なインクに対
応することによって、適用範囲の広いインクジェットプ
リンタを提供できるのである。

また、正極と負極が圧力発生部材の厚み方向に対して、
偏って配置されているので、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、一方の電極を圧力発生部材の一表面を囲む形で配
置できるため、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、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）〜（ｊ）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 ９ ２　０ ２２ ２５ ３　０ ３２ ３　４ ５　０ 記録媒体 インクジェッ 電極 印加電圧 ドライバ ノズル スペーサー インク滴 フォトレジス トヘッド ２１ ２３ ２６ ３１ ３３ ３５ ト　　　　５　２ 圧電素子 圧力発生部材 電極 ノズル形成基板 インク 段差 電極パターン ５ ４ フォト レジスト 以上

Claims (3)

【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
   生部材を構成する正極または負極の電極のうち、少なく
   とも片方の電極が前記圧力発生部材内に埋め込まれてい
   ることを特徴とするインクジェットヘッド。
2. （２）前記正極及び負極の電極の配置されている場所が
   、前記圧力発生部材内の厚み方向の中心面を境にして、
   ノズル形成基板から見て遠い領域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。
3. （３）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。