JPH0323950A

JPH0323950A - インクジエツトヘツド

Info

Publication number: JPH0323950A
Application number: JP15914289A
Authority: JP
Inventors: Tetsuro Toyoshima; 哲朗豊島; Katsuhiko Shiojima; 塩島　勝彦
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1989-06-20
Filing date: 1989-06-20
Publication date: 1991-01-31

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−１−の利用分野〉本発明け、プリンタ用のオンデマンド型インクンエツ｝
・ヘツ１・に関ずる。

〈従来技術〉従来のオンデマン｝・型インクンエツ｝・ヘツ１・にお
いて、インク滴を噴射さＵる手段としては、圧電アクヂ
ュエータが知られている。その構造は、第７図の如く、
圧電素子ｌを振動板２上に接着してバイモルフ構造とし
たちので、インク室３の」二部に配置し、圧電素子１を
パルス駆動することによりバイモルフ振動板２か屈曲し
、インク滴４をノズル５から噴射させる。

く　発明か解決しようと４″る課題　〉しかしなから、
」一連した圧電アクチュエー夕でインク滴を噴出させる
だけの体積変位を得るに（Ｊ、少なくとも幅１ｍｍ程度
の圧電素子が必要である。

したかつて、ノズル密度向上に限界があり、ラインヘッ
ドを構成するようなマルチノズル化は困難である。

第８図のように圧電素子１をノズル部６に対して扇状に
配置すれば、ノズルの集積化（ま可能であるが、流路７
か長くなり吐出効率の悪化を招くし、長尺のラインヘツ
１・を作ろには無理かある。

また、ハイモルフを製作ずろには、圧電素子の機絨加王
と振動板への接着王Ｐコか必要なので、生産性に劣り、
安価なインクジェットヘッドを提供できない。

本発明は、上記に鑑み、ノズルの集積化を可能にすると
ともに、小型化・長尺化ができ、しかも生産性に優れた
インクジェットヘッドの提供を目的とする。

〈　課題を解決するための手段　〉本発明による課題解決手段は、第１図〜第４図の如く、
絶縁性インク４を充填したインク室３に複数個のインク
噴射用ノズル５が形成され、インク室３の内部に複数個
の可撓性可動板１０が配置され、該可動板ｌＯまたはイ
ンク室３内壁のどちらか一方に共通電極Ｉ１が形成され
、他方に個別電極ｌ２が形威され、各電極Ｉ１，１２間
に電圧を印加して静電引力で可動板ｌＯをノズル５と反
対方向に撓まＵ、電圧を解除したときの可動板ＩＯの復
元作用でインク４をノズル５から噴射させるためのイン
ク吐出手段ｌ３が設けられたものである。

〈作用〉３ットヘッドの断面図、第２図は第ｌ図におけるＡＡ線断
面図、第３図（ａ）はインクジェットヘッドの動作原理
を示すものでスイッチがオンしたときの状態を示す図、
第３図（ｂ）は同じくスイッチがオフしたときの状態を
示す図、第４図は可動板の時間的変位を示す図である。

本発明のインクジェットヘッドは、第１．２図の如く、
絶縁性インク４を充填したインク室３に複数個のインク
噴射用ノズル５が形威され、インク室３の内部に複数個
の可撓性可動板ＩＯが配置され、該可動板１０またはイ
ンク室３内壁のどちらか一方に共通電極１１が形威され
、他方に個別電極１２が形威され、各電極Ｉ１，１２間
に電圧を印加して静電引力で可動板１０をノズル５と反
対方向に撓ませ、電圧を解除したときの可動板ＩＯの復
元作用でインク４をノズル５から噴射させるためのイン
ク吐出手段ｌ３が設けられたものである。

前記インク室３は、基板１４と、側板Ｉ５と、ノズル板
ｌ６とで一室が形成されている。該ノズ上記課題解決手
段において、印字情報に基づいて可動板１０の共通電極
１ｌとインク室３の個別電極ｌ２との間に電界を加える
と、可動板ＩＯとインク室３との間に静電引力が働き、
可動板１０がインク室３内壁に引き寄せられる。

次に、電界を解除すると、可動板１０とインク室３との
間の静電引力かなくなり、可動板ＩＯの復元力により復
元方向のインク４を加圧して、ノズル５からインク滴が
噴出する。

静電力は微小で薄い板に対して有効に働くため、微小な
インクジェットヘッドを作戊ずれば、ノズルの高集積化
、ヘッドの小型化・ライン化が実現でき、生産性も高く
てきる。また、可動部が微小で質量が小さいので、応答
性が高く、印字速度を向」ニさせることかできる。

〈実施例〉以下、本発明の実施例を図面に基ついて説明する。

［第一実施例］第１図は本発明の第一実施例を示ずインクジエ４ル板ｌ６に１個のノズル５が穿設され、基板１４にイン
ク洪給用流入口ｌ７が穿設されている。そして、前記基
板ｌ４および側板１５は、シリコン等の絶縁部材をエツ
ヂングすることで作成される。

前記可動板ＩＯは、矩形状の平板で、基板ｌ４とノズル
板１６との間で平行に配され、その短辺側の一端が、側
板ｌ５を嵌通して固定された片持ち構逍となっている。

そして、固定側先端は、インク室３の外部にはみ出てお
り、自由端が前記ノズル５の真下にくるようにしている
。また、可動板１０は、シリコン等の絶縁部材をエッチ
ングすることて、一括して精度よく作威される。そして
、各板＋　０．１　４，１　５．１　６は、積層して接
着もしくは拡散接合などにより接合される。

前記共通電極１１は、前記可動板１０の全周面に被着さ
れ、前記個別電極１２は、各インク室３の基板１４の表
面に各吐出チャンネルに対応して被着ざれている。

前記インク吐出手段１３は、共通電極１１および個別電
極１２間に電圧を印加する直流電源１８と、印字情報に
応じて各ヂャンネルの吐出を制御する選択スイッチ１９
とからなり、該選択スイッチＩ９は直流電源ｌ８の→−
側と各個別電極Ｉ２との間に介装されており、直流電源
Ｉ８の一側は、共通電極１１に接続されている。

また、インク４には絶縁性の油性インク、もしくは溶剤
インクを用いる。インクに導電ＰＩ効｛あると、電極間
に電圧降下が坐じ、静電引力が有効に働かない。また、
電気分解が生じる恐れかある。

このため、絶縁仕を十分有したインクが望ましい。

−１二記構成において、第３，４図により、インクジェ
ットヘッドの動作を説明する。

まず、印字情報に基づいて選択された選択スイッチ１つ
がオンされると、可動板ｌＯのＪ（通電極１１と、基板
１４の個別電極！２との間に電圧が印加され、可動板１
０と基板１４との間に静電弓力が働き、可動板ＩＯが基
板ｌ４側に引き寄せられる。

次に、選択スイツヂｌ９をオフずろと、可動板１０と基
板Ｉ４との間の静電引力がなくなり、可７曲げモーメントによるひずみエネルギーＵは（１）〜（
４）を（５）に代入すると動板１０の蝉性力により、可動板１０がノズル板１６側
に復元し、可動板１０とノズル板１６の間にあるインク
４を加圧して、ノズル５からインク滴か噴出する。そし
て、インク４の補充は、インクタンク（図示せず）から
流入［」１７を通ってインク室３に供給される。

さて、第１表に示すように各変数を定義したとき、可動
板ｌＯ』３よび基板１４間に蓄えられる静電エネルギー
Ｅはてあり、静電引力のＦの大きさは働くとすると、単位長さ当たりの力ωは固定端から距離
Ｘの箇所での曲げモーメンｌ−Ｍｘは８印加電圧２００Ｖのとき、第１表の数値を（６）式に代
入すると、Ｕ＝ｅＸｌ　Ｏ−ｌ′（．Ｄ　　　　　　　　　（７）
となる。

一方、インク滴を噴出させるのに要する全エネルギーＵ
゜はＵ’＝（インク滴の運動エネルギー）＋（インク滴の表
面エネルギー）＋（ノズル管での抵抗損失エネルギー）１−８πμ（２２ｖ　　　　　　　　　　　　　　　　
（８）（８）式に第２表の数値例を代入すると、Ｕ’＝
４．５ＸＩ　Ｏ　”（Ｊ）　　　　　　　（９）（７）
，（９）よりＵ＞Ｕ’となり、インク滴の噴出が可能と
なる。

以」二説明したように、静電引力により可動板１０に蓄
えられろひずみエネルキーを利用して、インク滴が噴出
される。

第２表したがって、静電力は微小で薄い板に対して１有効に働
くため、半導体集積回路と同様なプロセスで微小なアク
チュエー夕としての可動板を作威ずれば、ノズルの高集
積化、ヘッドの小型化・ライン化が実現でき、生産性も
高くてきる。また、可動部が微小で質量が小さいので、
応答性が高く、印字速度を向」ニさせることができる。

［第二実施飼］第５図は本発明の第二実施例を示すインクジェットヘッ
ドの断面図、第６図は第５図にお：ＪるＢＢ線断面図で
ある。なお、上記第一実施例と同１１ではなく、本発明の範囲内で上記実施例に多くの修正お
よび変更を加え得ることは勿論である。

例えば、可動板１０を導電体から作成することにより、
電極の形威を不要にしてもよい。また、可動板１０を片
持ち構造とする代わりに、一端固定・他端支持の構造で
もよい。

電極の形成は、本実施例のものに限らず、可動板１０に
個別電極１２を、基板１４に共通電極ｌ１を形成しても
よい。また、可動板１０および個別電極ｌ２をインク室
３ごとに設けるだけでなく、１つのインク室３に複数の
可動板ＩＯおよび個別電極ｌ２とこれに対応してノズル
５を設（づてもよい。

さらに、電極に印加する電圧または駆動パルス幅を変化
させることで、可動板１０に蓄えられるひずみエネルギ
ーを制御して、ドットの庶度を制御することもできる。

く発明の効果〉以上の説明から明らかな通り、本発明によるど、絶縁性
インクを充填したインク室に複数個のインじ構戊部品に
は同一符号を付す。

本実施例のインクジェットヘッドは、図示の如く、矩形
状の可動板１０の長思側の一端が、隣接するインク室３
の間の側板１５に片持ち支持されている。

そして、インク室３の外側の基板１４上に駆動用ＩＣチ
ップ２０が実装されており、可動板１０に被着された共
通電極１１と、各インク室３に対応して基板ｌ４に被着
された個別電極１２とが、ＩＣヂツプ２０の出力バット
にワイヤー２１により接続されていろ。また、ＩＣヂッ
プ２０の人力パッドには、入ノノ配線基板（図示せず）
から電圧ライン２２、クロツクライン２３、データライ
ン２４およびアースライン２５か接続されている。

なお、他の構成は、上記第一実施例と同様であり、ＩＣ
ヂップ２０より駆動パルスを選択的に電極間に与えるこ
とで、ノズル５からインク滴が噴出ざれる。したがって
、上記第一丈施例と同様の効果を奏する。

なお、本発明は、上記実施例に限定されるもの１２ク噴射用ノズルが形威され、インク室の内部に複数個の
可撓性可動板が配置され、該可動板またはインク室内壁
のどちらか一方に共通電極が形成され、他方に個別電極
が形成され、各電極間に電圧を印加して静電引力で可動
板をノズルと反対方向に撓ませ、電圧を解除したときの
可動板の復元作用でインクをノズルから噴射させるため
のインク吐出手段が設けられているので、微小なインク
ジェットヘッドの作成か可能となり、ノズルの高集積化
、ヘッドの小型化・ライン化が実現でき、生産性も高く
できる。

また、可動部が微小で質量が小さいので、応答性が高く
、印字速度を向上させることができるといった優れた効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一実施例を示すインクジェットヘッ
ドの断面図、第２図は第１図におけるＡＡ線断面図、第
３図（ａ）はインクジェットヘッドの動作原理を示すも
のてスイッチがオンしたときの状態を示す図、第３図（
ｂ）は同じくスイツヂがオンしたときの状態を示す図、
第４図（Ｊ呵動板の時間的変位を示づ一図、第５図は本
発明の第二実施例を示すインクジエツ１・ヘッドの断面
図、第６図（」第５図にね（づろＩ’３　−　Ｂ線断而
図、第７図（よ従来のバイモルフ型圧電アクヂュエー夕
を用いたインクノエツＩ・ヘッドの断面図、第８図（ま
厘電アクチュエー夕を用いてノズルを果積化したときの
ヘツｌ−夕｛観図である。３　インク室、４．インク、５　ノズル、１０．可動板
、１１　共通７ｄ極、１２個別電極、ｌ３　インタ吐出
手段。願人ノヤープ抹式会社代理人中　　村　　悦　　久１５，ｔ　（）　Ｎｒつ一　一『つ区五口−へ

Claims

【特許請求の範囲】

絶縁性インクを充填したインク室に複数個のインク噴射
用ノズルが形成され、インク室の内部に複数個の可撓性
可動板が配置され、該可動板またはインク室内壁のどち
らか一方に共通電極が形成され、他方に個別電極が形成
され、各電極間に電圧を印加して静電引力で可動板をノ
ズルと反対方向に撓ませ、電圧を解除したときの可動板
の復元作用でインクをノズルから噴射させるためのイン
ク吐出手段が設けられたことを特徴とするインクジェッ
トヘッド。