JPH03175047A - インクジェットプリンタ用の記録ヘッド - 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、インク清そ飛翔させて記録媒体上に記録像′
ｐ８書込むインクジェットプリンタ用の記録ヘッドに関
する。

（従来技術） ノズルを設けた基板の背面に若干の間隙をおいて圧電変
換部材を配設し、この圧電変換部材に電圧を印加して変
位させることにより、基板との間に介在するインクを加
圧してこれをノズルよりインク滴として吐出させるよう
にしたオンデマンド型インクジェットプリンタに関して
はすてに特公昭６０−８９５７号公報に開示されている
。

このような構造を備えたインクジェットプリンタは、圧
電変換部材によりインク室内のインクに圧力をかけてこ
れをノズルから吐出させるように構成した一般的なイン
クジェットプリンタに比べて、圧電変換部材がノズルの
近傍にあって、しがもノズルの軸線方向に変位させるよ
うな構成が採られているため、インクの流路を短くして
その吐出効率及び吐出安定性を高くすることができ、か
つインク中に気泡やゴミが混入してもこれらの影響を受
けることなく正常に動作させることができるという利点
を有している。

ところで、このようなインクジェットプリンタは、圧電
変換部材と基板との間の隙間がインク滴の吐出速度や吐
出量あるいは吐出応答性浩決める上で大きなファクタを
なすが、圧電変換部材は一般に、どニジ等の圧電素子と
金属板との積層体として構成されている関係上、両者の
熱膨張係数の差により反りか発生するため、基板との間
の隙間を一定に保持することができず、これがために、
温度によって印字の濃度等に変化か生じるといった問題
が発生するほか、圧電変換部材８薄く形成することがき
わめて困難で、駆動電圧あるいは消費電流を下げる上に
おいで限界をきたしでいた。

（発明が解決しようとする課題） 本発明はこのような問題に鑑みてなされたもので、その
目的とするところは、圧電変換部材をより薄型化するこ
とができ、かつ基板との間の間隙を正確に維持すること
ができるとともに、より低い電圧をもって駆動すること
のできる新たなインクジェットプリンタ用の記録ヘッド
を提供することにある。

（課題を解決するための手段） すなわち本発明はかかる課題を遺戒するためのインクジ
ェットプリンタ用の記録ヘッドとして、インクを介在さ
せる微小な間隙をおいで対向配設した２つの部材のうち
の一方の部材をインク滴吐出用のノズルを備えた部材と
して形成し、他方の部材を圧電材によりインクの加圧部
材として形成するとともに、このインク加圧部材の表面
（こ、正負一対の櫛型電極を分極形成したものである。

（作用） このように構成したことにより、一対の櫛型電極に電圧
を印加すれば、圧電材よりなるインク加圧部材を直接湾
曲変形させ、２つの部材の間に位置するインクを加圧し
てこれをノズルからインク滴として記録媒体上に吐出さ
せることができる。

（実施例） そこで、以下に図示した実施例についで説明する。

第１図は本発明の一実施例をなす記録ヘッドの要部を拡
大して示した図である。

この記録ヘッドは、第２図に示したようなインクジェッ
トプリンタに適用され、プラテン４の軸方向に走行しで
、プラテン４の矢印方向の回転によって搬送される記録
紙３の表面に所要の記録像を書込むように構成されてい
る。

この記録ヘッド１０は、ノズルプレート１１と、圧電材
からなる振動子１４とによって構成されており、ノズル
プレート１１には、第１図の左上から右下へ向けて複数
のノズル１２が形成されている。このノズルプレート１
１には、ノズル１２を挟むようにしてその両側に厚さが
１０〜２０ｕｍのキャッププレート１３．１３か張付け
られでいるか、これらをノズルプレート１１と一体に形
成することもできる。

振動子１４は、ノズルプレート１１との間に流入したイ
ンクを加圧してこれをノズル］２から記録紙上に吐出さ
せるインク加圧部材で、この振動子１４は、ノズルプレ
ート１１との間に一定の間貼力ｌ〉虚方力丞上へｔ７左
六出’ｅ　４ｑ　＋＋Ｈプブ１７−ト１３．１３上に懸
渡されている。この振動子１４は、ノズル１２毎に独立
して変形動作をすることかできるようにノズル１２のピ
ッチに相当する例えば０．３４ｍｍの巾を有し、かつ厚
さかｌｏＯＬｌｍの細巾の板体として構成されている。

これらはキャッププレート１３．１３上に個々に接合さ
れるが、広巾の振動子をギャッププレート１３．１３上
に接合した上、これをダイシングソーでカットするかあ
るいはフォトエツチングするがして、個々のノズル１２
に対応する細巾の振動子１４として分離するようにする
こともできる。

これらの振動子１４には、ノズルプレート１１と反対側
の面１４ａに、正の櫛型電極１７と負の櫛型電極１８を
互いに噛合わせるようにした電極パターンが一体的に形
成されでいて、各電極１７．１８はそれぞれ電源に接続
している。

これらの櫛型電極１７、］８は、印加された電圧により
振動子１４を変形させるもので、櫛型電極１７．１８の
各歯の間隔は、振動子１４の板厚ｒｒ＞　１／ｌＳ皐麿
Ｃ７オス出力く望キ１，１＼　マ力こ小憔知１畳６１７
．１８は、ノズル１２の直上に位置する中央の領域Ｌｃ
において両横型電極１７．１８の歯が振動子１４の長手
方向に向けで延びるように、また、キャッププレート］
３．１３によって支持された部分より内側の両端領域Ｌ
ｓにおいでは、両横型電極１７．１８の歯が振動子１４
の巾方向に向けて延びるように形成されている。

このように形Ｆｙ、された櫛型電極１７．１８の間に一
方向のパルス電圧を印加すると、中央の領域Ｌｃにおい
ては、第３図（ａ）に見られるよう（こ、画電極１７．
１８間に矢印Ｅの向きの電界か発生し、それに伴って電
界と平行な矢印ｙの向き及び、電界と直角な矢印Ｘ、Ｚ
の向きにそれぞれ歪か発生する。そして、振動子］４の
長平方向（矢印×方向）と幅方向（矢印Ｚ方向）の歪に
着目すると、電界強度は電極パターンが形成された表面
１４ａはど強いから、振動子１４の中央の領域ＬＣでは
、表面１４ａが長平方向と幅方向に収縮し、殊に、長平
方向においては歪が大きく現れる結果、この振動子１４
は、第３図（ｂ）に示したように、ノズルプレート１１
と反対側の面１４ａが内側になるように湾曲する。

他方、両端の領域Ｌｓにおいては第４図（ａ）に見られ
るように、画電極１７．１８間に矢印Ｅの向きの電界か
発生すると、ここにも電界と平行な向きｙの歪と直角な
向きｘ、ｚの歪がそれぞれ発生する。そして矢印ｙ方向
の歪に着目すると電界強度は電極１７．１８が形ＩＩｉ
された表面１４ａはど強いため、この表面１４ａには幅
方向（矢印Ｘ方向）と長手方向（矢印２方向）に伸びが
生し、ここでも長平方向の歪が大きく現れる結果、振動
子１４は、Ｍ４図（ｂ）に示したように、ギャッププレ
ート１３を支点として下側に、つまりノズルプレート１
１とは反対側の表面１４ａが凸になるように湾曲変形す
る。

このため、振動子１４はこれら２つの作用により、第５
図（１））に示したように、中央の領域Ｌｃにおいでは
表面１４ａが凹になるように、両端の領域Ｌｓｌごおい
ては表面１４ａが凸になるようにそれぞれ変形する結果
、振動子１４は、ノズルプレート１１との間に介在する
インクを加圧してこれをノズル１２からインク清として
図示しない記録紙上に飛翔させる。

この振動子１４は、圧電素材のヤング率と振動子１４自
体の寸法によって最大の振動周波数が決まってくるが、
実験によれば、６に日２程度の振動数をもっでインクを
吐出させることができた。

なおこの実施例においては、振動子１４の中央領域Ｌｃ
と両端の領域Ｌｓにそれぞれ向きを異にした櫛型電極］
７．１８を形成したものであるが、中央の領域Ｌｃにの
み櫛型電極１７．１８を設けて振動子１４を所要の向き
に湾曲させるようにすることもできる。

第６図、第８図及び第９図は振動子をより効果的に変形
させるために、この両面に櫛型電極を形成した本発明の
ざらに好ましい実施例について示したものである。

第６図に示した実施例は、第１図で示した実施例と同様
に、ノズルプレート２１の両側に設けたギャッププレー
ト２３．２３の上に振動子２４か懸渡された状態で固定
されている。

この振動子２４のノズルプレート２１と反対側の上面２
４ａには、第６図（ａ）に示したように、ノズル２２の
直上に位置する中央部に、一対の櫛型電極２７ａ、２８
ａが振動子２４の長手方向に向けて互いに噛合うように
形成されており、またノズルプレート２１と向い合う下
面２４ｂには、第６図（１））に示したように、上面２
４ａに設けた櫛型電極２７ａ、２８ａと端部２４ｃにお
いで接続した一対の櫛型電極２７ｂ、２８ｂが形成され
ている。これらの櫛型電極２７ｂ、２８ｂは、上面２４
ａの電極パターンとは逆に、両横型電極２７ｂ、２８ｂ
が、振動子２４０両端部において互いに長手方向に向け
で噛合うようなパターンとして形成されでいる。

このように形成された両横型電極２７．２８の間に電圧
を印加すると、第３図においてすでに説明したように、
上面２４ａにおいでは、中央部の櫛型電極２７ａ、２８
ａがこの面２４ａの中央部を収縮させるように作用し、
また下面２４ｂにおいては、両端部に設けた櫛型電極２
７１）、２８ｂがこの面２４ｂの両端部を収縮させるよ
うに作用する。この結果、振動子２４は第７図に見られ
るように、中央部をノズル２２に向けて湾曲変形し、こ
の部分のインクを加圧してこれをノズル２２からインク
滴として吐出させる。

一方、第８図に示した実施例は、正、負の櫛型電極３７
．３８を振動子３４の巾方向に対向させて分極形成した
ものである。すなわち、振動子３４のノズルプレート３
１とは反対側の上面３４ａにおいては両種型電極３７ａ
、３８ａを両端部に形成し、ノズルプレート３１と対向
する下側の面３４ｂにおいては、第８図（ａ）に示した
ように、両柵型電極３７ａ、３８ａを両端部（こ形成し
、ノズルプレート３１と向い合う下面３４ｂにおいては
、同図（ｂ）に示したように、振動子３４の端部３４ｃ
において上面３４の櫛型電極３７ａ、３７ａと接続した
各櫛型電極３７ｂ、３８１）を中央部分に形成したもの
である。

この実施例も第７図において述べたと同様に上面３４ａ
においては、両端部の櫛型電極３７ａ１３８ａが振動子
３４の両端部分の面３４ａを伸張させ、また下面３４ｂ
においては、中央部の櫛型電極３７ｂ、３８ｂが振動子
３４の中央部分の面３４ｂを伸長させる結果、振動子３
４はノズル３２側に湾曲する。

第９図は、この振動子を片持梁型となしてその両面に櫛
型電極を設けた実施例である。

ノズルプレート４１の一側に固定したギャッププレート
４３（こは、自由端部分がノズル４２を覆うようにして
振動子４４の基端部が固定されている。この振動子４４
には、ノズルプレート４１の反対側の上面４４ａに正と
負の対をなす櫛型電極４７ａ、４８ａが互いに巾方向（
こ対向するように形１１ｉすれ、また、ノズルプレート
と対向する側の下面４４ｂには、同図（ｂ）に示したよ
うに、端面１４ｃにおいて上面４４ａの櫛型電極４７ａ
、４８ａと接続した各横型電極４７ｔ）、４８ｂが、互
いの歯を振動子４４の長手方向に噛合わせるようにして
形成されている。

この実施例では、両種型電極４７．４８に電圧を印加す
ると、第１０図に示したように、上面４４ａ側の両種型
電極４７ａ、４８ａは、この面４４ａ！伸張させるよう
に作用し、下面４４ｂの両種型電極４７ｂ、４８ｂは、
この面４４ｂを収縮させるように作用する。この結果、
振動子４４は、自由端側をノズル４２に接近させるよう
にして撓み、ノズルプレート４１との間に介在するイン
クを加圧してこれをインク滴としてノズル４２から吐出
させる。

なお、この実施例では片持梁型振動子４４の両面に櫛型
電極４７．４８を形成したものであるが、ノズルプレー
ト４１と反対側の上面４４ａにのみ櫛型電極４７．４８
を形成しても上述したと同様の作用を起こさせることが
できる。

これに対しで、第１１図以降に示した実施例は、振動子
自体にノズルを形成して記録ヘッドをより簡素に、かつ
より薄型に構成したものである。

第１１図はこの実施例の全体構成を示したちので、記録
ヘッド５０は、基体５１とその上に固定されたインク加
圧部材５５とによって構成されている。

基体５１は、ノズル５２の配列方向１こ延びる断面Ｅ字
形の板状ブロックとして構成され、その両側には、イン
ク加圧部材５５を支える凸条部５１ａ、５１ａが形成さ
れ、またインクの収容溝５１ｂ、５１１：ｌ介してイン
ク加圧部材５５上のノズル５２と対向する中央部分には
、振動子５４との間に例えば１０ｑｍ程度の間隙を形成
するためのギャップ形成用台部５１ｃが一体的に形成さ
れている。

これに対してインク加圧部材５５は、スリット５６によ
って分離された複数の振動子５４がらなっていて、各振
動子５４には、それぞれその長平方向中央部にノズル５
２が設けられでいる。

これらの振動子５４には、第１２図（ａ）に示したよう
に、インクと接触しない上面５４ａに個々の信号電極５
７ｃに接続した正の櫛型電極５７と、共通電極５８ｃに
接続した負の櫛型電極５８が形成されている。これらの
櫛型電極５７．５８は、互いに振動子５４の両端から内
側に向けて延ばした１本もしくは複数本の櫛歯状電極を
ノズル５２が形成された中央部分Ｌｃでラップさせるよ
う（こ形成されている。

なお、図中符号５９は、スリット５６からインクが漏れ
出るのを防ぐためにインク加圧部材５５の上面に添着さ
せた軟質樹脂材よりなるシール体で、このシール体５９
には、ノズル５２からのインクの吐出を妨げないための
孔５９ａが設けられている。

この実施例では、共通電極５８Ｃと選択された１つまた
は複数の信号電極５７ｃ間に電圧を印加すると、これら
に接続した各櫛型電極５７．５８（よ、第１３図に示し
たように、選択された振動子５４をギャップ形成用台部
５１ｃに向けて湾曲させ、その部分のインクの圧力を高
めてこれを振動子５４上のノズル５２から記録紙面に向
けで吐出させる。

第１２図（ｂ）は振動子上の電極パターンについての別
の実施例を示したものであって、ノズル６２か位置する
振動子６４の中央部分しＣを除いてその両端部に正の櫛
型電極６７と負の櫛型電極６８を互いに対向させて形成
したものである。

ところで、第１１図に示した実施例は、ノズル５２を備
えた各振動子５４をそれぞれ独立しで作動させるよう（
ここれらをスｌノット５６により分離させたものである
が、以下に示す実施例は、単一のインク加圧部材を用い
て、選択したノズル形成部分のみを変形させることがで
きるようにしたものである。

第１４図はその実施例を示したもので、基体７１両側の
支持凸条部７１ａ、７１ａに固定されたインク加圧部材
７５は、単一の圧電材よりなる板体で形成されでいて、
ここには、基体７１中央のキャップ形成用台部７１ｃに
沿って複数のノズル７２・・・が形成され、またインク
と接触しないこの上面７５ａには、各信号電極７７ｃに
接続した正の環状櫛型電極７７と、共通電極７８ｃに接
続した負の環状櫛型電極７８がそれぞれのノズル７２を
取囲むようにして同心円状に形成されている。

そして選択された１つもしくは複数の信号電極７７ｃと
°共通電極７８ｃに電圧を印加すると、両頂状櫛型電極
７７．７８は、同図（ｂ）に示したように、対応するノ
ズル７２を囲む領域しＣをギャップ形成用台部７１ｃ側
に撓ませ、その部分のインクを加圧してこれをノズル７
２からインク滴として吐出させる。

（効果） 以上述べたように本発明によれば、微小な間隙をおいて
対向配設した一方の部材を圧電材により形成してその表
面に正負一対の櫛型電極を設け、これに電圧を印加して
変形駆動するようにしたので、インクの加圧体を単一の
部材により構成することを可能となして、ヘッド自体を
より簡素により小型に構成し得るとともに、熱等により
生じる変形をなくし、他方の部材との間の間隙を常に一
定に維持して、均一なインク滴の吐出を可能となしで印
字品質をより高めることができる。しかも、インク加圧
体としての圧電材そのものを変形させる構成を採ること
により、より低い電圧、より僅かな電流による駆＠を可
能として、記録書込みに要する電力を大巾に削減するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は要部を分解して示した本発明の典型的な記録ヘ
ッドの斜視図、第２図はこの記録ヘッドを備えたインク
ジェットプリンタの一例を示した図、第３図（ａ）（ｂ
）はこの振動板の中央部分で生じる変形の前後の状態ヲ
示した図、第４図（ａ）（ｂ）はこの振動板の両端部分
で生しる変形の前後の状態を示した図、第５図（ａＸｂ
）はこの振動板によるインクの吐出動作を示した図、第
６図（ａ）は本発明の第２の実施例１８：なす記録ヘッ
ドの要部を示した図で、同図（ｂ）はその振動板の背面
を示した図、第７図はこの振動板によるインク吐出動作
を示した図、第８図（ａ）は本発明の第３の実施例をな
す記録ヘッドの要部を示した図で、同図（ｂ）はその振
動板の背面を示した図、第９図（ａ）は本発明の第４の
実施例をなす記録ヘッドの要部を示した図で、同図（ｂ
）はその振動板の背面を示した図、第１０図はこの振動
板によるインクの吐出動作を示した図、第１１図は分解
して示した本発明の第５の実施例をなす記録ヘッドの斜
視図、第１２図（ａＸｂ）はその振動板上に形成するそ
れぞれの電極パターンを示した図、第１３図はこの振動
板によるインクの吐出動作を示した図、第１４図（ａＸ
ｂ）は本発明のさらに別の実施例をなす記録ヘッドと、
そのインク吐出動作を示した図である。 １１．２１．３１．４１・・・・ノズルプレート１３．
２３．４３・・・・キャッププレート１４．２４．３４
．４４・・・・振動子１７．２７．３７．４７．１８．
２８．３８．４８・・・・櫛型電極５Ｌ７１・・・・基
体　　　　　５２．７２・・・・ノズル５４．６４・・
・・振動子 ５５．７５・・・・インク加圧部材

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、インクを介在させる微小な間隙をおいて対向配設し
   た２つの部材のうちの一方の部材をインク滴吐出用のノ
   ズルを備えた部材として形成し、他方の部材を圧電材に
   よりインクの加圧部材として形成するとともに、該イン
   ク加圧部材の表面に、正負一対の櫛型電極を分極形成し
   たインクジェットプリンタ用の記録ヘッド。 ２、インクを介在させる微小な間隙をおいて対向配設し
   た２つの部材のうちの一方の部材を圧電材によってイン
   ク滴吐出用のノズルを備えたインクの加圧部材として形
   成するとともに、該部材の表面に正負一対の櫛型電極を
   分極形成したインクジェットプリンタ用の記録ヘッド。