JPH03266644A - インクジェット記録ヘッド - 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、インクジェット記録ヘッドに関する。

［従来の技術］ ワードプロッサ、パーソナルコンピュータ等の電子機器
の出力装置としてプリンタがあり、このプリンタにイン
クジェット式の記録ヘッドを用いることがある。

第８図〜第１０図は従来のこの種のインクジェット記録
ヘッドの部分断面図を示す。

第８図に示すように、基板１０と振動板１１とでノズル
１２とインク室１３とが形成されている。振動板１１の
上に圧電体１４が取り付けられている。この圧電体１４
の両面の電極１５及び１６に電圧が印加されることによ
り圧電体１４と振動板１１が図中の破線のように変形す
る。

これによりインク室１３の圧力が上昇し、インクがノズ
ル１２から噴射される。

第９図は他の従来例を示す部分断面図である。

同図に示すように、先端にノズル１７が形成されたガラ
ス管１８の周囲に、圧電体１９を巻装するようにしたも
のである。この圧電体１９の電極２０及び２１に電圧を
印加することにより、圧電体１９とともにガラス管１８
が収縮される。これによりインク室２２の圧力が上昇し
インクがノズル１７から噴射される。

一方、特開昭６２−５６１５０号公報では第１０図の部
分断面図に示すように圧電体プレート２３の表面に複数
の溝２４を形成し、その溝の突出部２５の両面に電極２
６を設け、圧電プレート２３にカバープレート２７を接
合して、溝２４をインク室とすることで複数列のインク
ジット記録ヘッドを構成することが提案されている。

［発明が解決しようとする課題］ この種のヘッドを用いてマルチノズル型のインクジェッ
ト記録ヘッドを製作する場合、圧電体アクチュエータを
各ノズル毎に個別に取り付けなければならず組み立て工
程が複雑になり、ノズルの高密度化が困難となる。

さらに前述の公報による技術では各インク室が連接して
いるためクロストークを引き起こす原因にもなっている
。

しかもいずれの場合においても圧電体に印加する信号電
圧を１００Ｖ以上の高電圧にするか、インク室を大きく
しなければならない。

従って本発明の目的は、製作が容易であり低電圧で駆動
し、かつクロストークの発生しないマルチノズル型のイ
ンクジェット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］ 上述の目的は本発明によれば、複数のノズルと、ノズル
に夫々連通した複数のインク室を形成する圧電アクチュ
エータとを備えたインクジェット記録ヘッドであって、
圧電アクチュエータは複数の電極と複数の圧電体とが互
いに交互に積層された複数の歯部が組み合わされて構成
されており、歯部は電極に電圧が印加されると積層面に
垂直な方向に撓むバイモルフ効果を利用していることに
より達成される。

［作用］ 圧電アクチュエータの圧電体が積層された歯部に信号電
圧が印加されるとバイモルフ効果により歯部は積層面に
垂直方向に撓む。これにより歯部で形成されるインク室
の容積か減少する。インク室の容積が減少することでイ
ンク室内に圧縮圧が発生してノズルからインクが噴射さ
れる。

［実施例］ 以下、本発明によるインクシェツト記録ヘッドを実施例
により詳細に説明する。

箪１図は本発明の一実施例として、インクジェット式プ
リンタ用の記録ヘッドの分解斜視図である。

同図において、基板３１上に圧電アクチュエータ３２が
接合される。圧電アクチュエータ３２の上面にはカバー
３４が接合される。圧電アクチュエータ３２の前面（図
中左側）にはオリフィスプレート３３が接合されてイン
クジェット記録ヘッドが構成される。

このインクジェット記録ヘッドはカバー３４に設けられ
たインクパス３５より供給されたインクをオリフィスプ
レート３３の複数のノズル３６ａ〜３６ｄから噴射して
図示しない用紙に印字する。

基板３１上には駆動回路３７が載置されており、この駆
動回路３７と圧電アクチユエータ３２の各電極とを接続
するための櫛状の配線パターン３８が形成されている。

なお、駆動回路３７は基板３１上に設けず外部に設けて
もよい。

配線パターン３８は圧電アクチュエータ３２の基部の下
面に露出した各電極に接続されており、この接続は例え
ば導電性の接着剤をスクリーン印刷することによって行
われる。配線パターン３８の櫛状の歯部の数は図では１
５であるが、これに限らず、圧電アクチュエータ３２の
歯部３９の数の３倍であればよい。

オリフィスプレート３３には４つのノズル３６ａ〜３６
ｄが形成されており、圧電アクチュエータ３２の各歯部
３９ａ〜３９ｅで形成される多溝、即ちインク室（第３
図４４ａ〜４４ｄ）にそれぞれ連通している。

ノズル３６ａ〜３６ｄの数は図では４つであるが、これ
に限定されず圧電アクチュエータ３２の各インク室の数
と共に増減してもよい。

一方、カバー３４のインクパス３５は多溝に連通してお
り、インクパス３５を介して注入されたインクは多溝、
即ちインク室にそれぞれ蓄えられる。

第２図は、第１図のインクジェット記録ヘッドの圧電ア
クチュエータ３２の斜視図である。

同図において、圧電体層４１と導電体層４２ａ〜４２Ｃ
とが互いに交互に積層されて、さらに櫛状に−体型で形
成されている。圧電アクチュエータ３２の各歯部３９ａ
〜３９ｅは２つの圧電体４１と３つの導電体層４２ａ〜
４２ｃとが互いに交互に接合されている。

この圧電アクチュエータ３２の上面及び下面には各導電
体層４２ａ〜４２ｄが露比しているが、基板３１上の配
線パターン３８（第１図）に接続されるのは各歯部３９
ａ〜３９ｅの導電体層４２ａ〜４２ｃであり、基部の４
つの導電体層４２ｄは使用されないので接続されなくて
もよい。

このような構成の圧電アクチュエータ３２の製造方法に
ついて説明する。

まず、圧電体４１の材料としての圧電セラミック材料の
粉末、有機バインダ、可塑剤などからなる１８層のグリ
ーンシート（例えば厚さ５０μｍ）と１９層の導電体層
４２とが互いに交互に積層される。

圧電体４１の材料としては好ましくはＰＺＴ　（ジルコ
ンチタン酸鉛）か用いられる。

なお、グリーンシートと導電体層４２の層数は本実施例
ではそれぞれ前者が１８層で後者が１９層であるがこれ
に限らず、ノズル及びインク室の数に応じて増減しても
よい。

このグリーンシートと導電体層４２との積層体が焼成す
ることにより硬化される。

この硬化された積層体はダイシングソー等の切削装置に
より積層面に垂直に圧電アクチュエータ３２の厚さでス
ライスされる。

板状に形成された積層体はさらに２層おきに２層づつダ
イシングソーによって切削加工されて櫛状の一体型の圧
電アクチュエータ３２となる。

ダイシング加工により形成された４つの溝４３ａ〜４３
ｄはインク室として用いられる。

このインク室の作製はダイシングソー加工に限らず、例
えば第３図に示す圧電アクチュエータ３２の一部工程説
明図のように奥行き（Ｍ＋Ｌ）　、幅Ｗのグリーンシー
トと奥行きＬ１幅Ｗの有機物シート４５と、奥行きＭ１
幅Ｗのグリーンシートを積層しく第３図（Ａ））　、焼
成後二の有機物シート４５の部分が空隙となるように例
えばエツチングすることにより形成してもよい（同図（
Ｂ））。ただし、このとき奥行きＬは溝の長さに等しい
。

二のようにして形成された圧電アクチュエータ３２の各
歯部３９ａ〜３９ｅの３つの導電体層４２２〜４２Ｃの
中の２つの導電体層４２ａ及び４２ｃを、信号電極４５
ａ〜４５ｅとし、各歯部３９８〜３９ｅの２つの圧電体
層４１に挟まれた導電体層４２ｂを共通電極４６（例え
ばＧＮＤ　（グランド）電極）とする。

これら各歯部３９ａ〜３９ｅは信号電極４５ａ〜４５ｅ
と２つの共通電極４２ｇ及び４２ｃとに電圧が印加され
るとバイモルフ効果により２つの圧電体層４１は接合面
に垂直な方向に撓む。

ここでバイモルフ効果について第４図及び第５図を参照
して説明する。

第４図は２枚の圧電素子が接合された側面図である。

同図において厚さＴ／２の２枚の圧電素子はそれぞれＰ
で示す如くこの厚さＴ／２方向に分極されている。この
接合体の一端（図では下端）を固定して圧電素子の接合
面と両外面との間に電圧を印加すると図中右側の圧電体
は圧電横変位効果によって矢印Ｄ１方向に変位し、左側
の圧電体は矢印Ｄ２方向に変位する。ところが２枚の圧
電素子は接合されているため自由端に撓み変形が生じ、
全体として矢印Ｄ３方向に撓んでしまう。このような現
象がバイモルフ効果である。

さらに第５図の単体の圧電体の側面図を参照して圧電横
変位効果について説明する。

同図において、厚さＴの圧電体の両面に電圧が印加され
るとＰで示す如くこの厚さＴ方向に分極されて、例えば
矢印Ｄ４、Ｄ、に示す如く電極に平行な方向に変位する
。（図とは逆方向の場合もある）このような現象が圧電
横変位効果である。

次に本実施例の記録ヘッドの動作について、第６図及び
第７図を参照して説明する。

第６図は第１図の圧電アクチュエータ３２を上から見た
ときの変位動作を説明するための説明図である。

同図において、駆動回路より圧電アクチュエータ３２の
配線パターンを介して、２つの歯部３９ｃ及び３９ｄの
各信号電極４５ｃ及び４５ｄと共通電極４６との間に信
号電圧■がそれぞれ印加される。信号電圧Ｖが印加され
るとバイモルフ効果により各歯部３９ｃ及び３９ｄの圧
電体４１は同図の破線のように撓む。

これにより、インク室４４ｃが圧縮されて圧縮圧が発生
し、インク室４４ｅ内部のインクがオリフィスプレート
３３のノズル３６ｃから噴射される。

第７図はこのときの圧電アクチュエータ３２を前面から
見たときの変位動作を説明するための説明図である。

同図（Ａ）は信号電圧が各電極４５ｃ　、　４５ｄ　、
　４６に印加される前の状態を示す。

共通電極４６と信号電極４５ｃ　、　４５ｄに信号電圧
が印加されると圧電体４１は矢印Ｄ６、Ｄ７に示すよう
にそれぞれ変位する（同図（Ｂ））。これによりインク
室が圧縮される。

なお、本実施例では例えば第６図のようにノズル３８ｃ
からインクを噴射させる場合、歯部３９ｃ及び３９ｄが
変位することにより隣接するインク室４４ｂ及び４４ｄ
　も同時に破線のように変位するので、互いに隣接する
チャンネルのインク室４４ｂ及び４４ｄを同時に動作さ
せることができない。この悪影響を防ぐため、インク室
４４ａ〜４Ｌｄを１つおきに変形させる必要がある。そ
こで、インク室４４ａ〜４４ｄを１つおきにインクの入
らないダミー室とすることが望ましい。

さらに、本発明ではバイモルフ素子を圧電体として用い
るため、例えば３０Ｖ以下の低電圧でも十分な変形量が
得られるので必要以上にインク室４４２〜４４ｄを大き
くしなくてもよく、ノズルピッチを例えば３００μｍと
することも可能となる。さらに、低電圧駆動のために駆
動回路も小型のものでよいので消費電力を低減すること
ができる。

［発明の効果コ 以上詳細に説明したように、本発明によれば複数のノズ
ルと、ノズルに夫々連通した複数のインク室を形成する
圧電アクチュエータとを備えたインクジェット記録ヘッ
ドであって、圧電アクチュエータは複数の電極と複数の
圧電体とが互いに交互に積層された複数の歯部が組み合
わされて構成されており、歯部は電極に電圧か印加され
ると積層面に垂直な方向に撓むバイモルフ効果を利用し
ていることで、簡単な構成により、クロストークがなく
、低電圧駆動が可能なマルチノズル型インクジェット記
録ヘッドを製作することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例として、インクジェット式プ
リンタ用の記録ヘッドの分解斜視図、第２図は第１図の
インクジェット記録ヘッドの圧電アクチュエータ３２の
斜視図、第３図は圧電アクチュエータの一部工程説明図
、第４図及び第５図はバイモルフ効果について説明する
ための説明図、第６図及び第７図は本実施例の動作を説
明するための説明図、第８図〜第１０図はインクジェッ
ト記録ヘッドの従来例を示す部分断面図である。 ３１・・・・・・基板、３２・・・・・・圧電アクチユ
エータ、３３・・・・・・オリフィスプレート、３４・
・・・・・カバー、３５・・・・・・インクパス、３６
ａ〜３６（１・・・・・・ノズル。 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数のノズルと、該ノズルに夫々連通した複数のインク
   室を形成する圧電アクチュエータとを備えたインクジェ
   ット記録ヘッドであって、前記圧電アクチュエータは複
   数の電極と複数の圧電体とが互いに交互に積層された複
   数の歯部が組み合わされて構成されており、該歯部は前
   記電極に電圧が印加されると積層面に垂直な方向に撓む
   バイモルフ効果を利用していることを特徴とするインク
   ジェット記録ヘッド。