JPH03272856A - 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（ ワードブロセ・・／す、パーソナルコンピュータ等の電
子機器の出力装置とし、てプリンタが多く用いられてい
る。このプリンタのヘッドの１つにインクジェット式の
記録ヘッドかある。

第１０図は従来のこの種のインクジェット記録ヘッドの
分解斜視図を示す。

同図に示１ように、圧電アクチュエータユニット１１上
に振動板１２か取り付けられており、振動板１２の」二
にカバープレート１３が取り付けられＣインクジゴツト
記録ヘッドか構成されている。

カバープレー　ト１３に設（Ｊられｒ、″インク供給孔
１４かｌ：′〉供給ざ才またインクかカバープし・−ト
１３の前面に設げられたインク室と−・体のノズル１５
ａ　−・１５ｄから噴出されて用紙の１−に印字される
。

第１１図は第１０図の従来例の正面図を示“す。

同図にうｊ＜ずように、圧電アクチ、、　：ｘ：、、−
タユニツ）１１の積層圧電体１６ａの画電極１７に信号
電床か印加されると圧電縦変位効果により積層方向（図
中矢印α方向）に変位し、振動板１２を押圧する。振動
板１２が押圧されるとカバープレート１３のインク室１
１１ａが圧縮されてインクかノズルから噴射されて、用
紙などｊ、″印字が行われる。

「発明が解決しようとする課題］ このような構成によると、積層圧電体１６ａを矢印α方
向に変位させ振動板１２を介してインク室１８ａを効果
的に押汗さセるためには、振動板１２を」持する支持部
とし、での積層圧電体１６ｂが必要すなる。この結果、
積層圧電体１６ａに対応するインク室１８ａに連通ずる
ノズルと積層圧電体１６ｃに文・ｊ応するインク室１８
ｂに連通ずるノズルとＯビッチスか必然的に大きくなり
、ノズルの高密度化が困難であった。。

従っζ、本発明の目的は高密度ノズルのインクシェツト
記録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］ 本発明によれば複数のノズルと、ノズルにそれぞれ連通
ずる複数のインク室をそれぞれ形成する複数の圧電アク
ヂコ、エータどを備えたインクジェット・記録ヘッドで
あって、各圧電アクザユエ、−夕は一方の積層面が各イ
ンク室に面参−るＪうに複数の圧電体を積層しで構成さ
れており、信号電圧が印加されると両方の積層面か膨脹
する圧電縦変位効果を利用しでいることにより達成され
る。

［］作用］ 複数のＦｌ：電体が積層されて構成された各圧電アクチ
ュエータに信号型Ｙ３が印加されるＬ１各圧電アクヂュ
エータの両りの積層ｉ？ｎが膨脹する。これにより各圧
電アクチュエータで形成されたインク室か圧縮さ才１て
インク室に連通［１，たノズルからインクが噴射される
。２ ［実施例コ 以下本発明によるインクジェ・ソト紀録ヘッドを実施例
により詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例と１７でのインクジェット記
録ヘッドの分解斜視図である。

同図において、プレート２１上に複数の圧電アクヂュヱ
〜夕２２が取り付けられている。圧電アクチュＪ−夕２
２で形成されるプレー）−２１ｆ：の溝は複数のスペー
′４ｊ２３でそれぞれ力、いに４１切られでいる。

圧電アクチュエータ２２とスペーサ２３との上にカバプ
レート２４が取り付けられている１、プレー　ト２１と
各圧電アクチュエータ２２とカバープレー　ト２４との
前面にノズルプレー　１−２５が取り付けられることに
よって第２図に示４゛ようなインクジ３１ツト記録ヘツ
ドが構成される。

第２図は第１図に示し、たインクシェツト記録ヘッドの
組み法ｒ後の斜視図を示す一０ 同図においごインク供給Ｄ２６から供給されブ、−イン
クはインクカバー２４の内部に設けられたインクた１ミ
リと各圧電アクチュエータ間の各ずシフ室とに蓄えられ
る。インク室に蓄えα）れたインクは圧電アクチ】エー
タ２２か作動するとノズル−ｆレート２５に設けられた
複数のノズル２９かＬ）噴射され、印字かなされる。

第１図においで圧電アクヂュユ、〜夕２２は複数の圧電
体と導電体層とか積層されで形成された積層圧電体素子
の一種である。この圧電アクチュエータ２２は積層面と
プレート２１とかそれぞれ互いに垂直になるようにプレ
ート２１に取り付けられている。

なおここにいう積層面とは圧電アクチュエータ２２の積
層方向に垂直な両方の表面とする。さらに圧電アクチュ
エータ２２の集会体を圧電アクチコユタユニットとする
。

プレ・ト２１上の複数の圧電アクチュエータ２２はそれ
ぞれ力、いに平行に所定の間隔で取り付けられてよ５す
、各１１−電アクチユエータ２２の間に複数の溝を形成
している０、圧電アクチュエ〜す２２の基部には、圧電
アクチュエータ２２と同じ高さで溝と同し幅のスペーサ
２３が溝の一部を塞ぐように取り付けられている。

圧電アク−ｆ、エータ２２．とスペーサ２３の上にはカ
バープレート２４かこれＪ〉を鶴う」゛うに接合される
、。

これらプレート２１と圧電アクチューゴ、−タ２２とス
ベザ２３とカバープレート２４とて複数のインク室２８
（図では８つ）が形成７さ和る。

、′！メート２１とカバープレ−ト２４とノズルプレー
２５は例えば感光性ガラスにフート・ユッヂングを施１
ことで形成されるが、セラミックや金属プレト、プラス
チック等を用いて形成してもよい。

各インク室２８は、カバープレート２４に設けられたイ
ンク供給［１２６どインク供給口２６に連通ずるインク
だまり２７に連通している。インク室２８は、さらにノ
ズルプレート２５に設けられた複数のノズル２９（図で
は８つ）にそれぞれ連通している。

なおノズル２９の数は図では８つであるがインク室２８
の数とともに増減してもよい。

圧電アクチュエータ２２の両側面には信号電極３０ａと
共通電極３０ｂの２つの電極が設けられており、それぞ
れ外部の図示しない駆動回路に接続される。

駆動回路から信号電圧が印加されると圧電縦変位効果に
より圧電アクチュエータ２２は積層面の方向に変位する
。本発明のインクジェット記録ヘッドはこの圧電縦変位
効果を利用したものである。

ここで圧電縦変位効果について第３図の説明図を参照し
、て説明する。

同図において複数の圧電体と電極とかそれぞれ交互に積
場されている。複数の電極はそれぞれ１つおきに共通に
接続されている。電極の一方は電源の陽極端子に接続さ
れており、他方の電極は電源の陰極端子に接続されてい
る。これらの各端子に電圧が印加されると、Ｐ又はＰで
示す如く分極されて、矢印Ｄｌ　、Ｄ２に示す如く電極
面に垂直な方向に変位する。この現象が圧電縦変位効果
である。

一方、この圧電縦変位効果に類似し、た現象とり。

てバイモルフ効果がある。

第４図はこのバイモルフ効果を説明するための説明図で
ある。

同図において、厚さＴ／２の２枚の圧電素子かそれぞれ
Ｐで示す如（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
の接合面に設けられた電極と両外面に設けられた電極と
の間に電圧を印加すると図中右側の圧電体は矢印Ｄ３方
向に変位し、左側の圧電体は矢印Ｄ４方向に変位する。

ところか２枚の圧電素子は接合されているため自画端に
撓み変形が生じ、全体として矢印り、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り、明らかに
前述の圧電縦変位効果とは異なっている。

次に圧電アクチュエータ２２の製造方法についで第５図
の工程説明図を参照して説明する。

同図（Ａ）において、圧電材とし、での圧電セラミック
材料の粉末、有機バインダ、可塑剤などからなるグリー
ンシート３１（厚さｔ　（例えば５０１１ｍ）、横Ｌ１
幅Ｗ）と、導電体層３２３及び３２ｂとがそれぞれ互い
に交互に圧電アクチュエータ２２の厚さになるまで積層
される。なお、圧電セラミック材料としては好ましくは
ＰＺＴ　（ジルコンチタン酸鉛）が用いられる。

導電体層３２ａ及び３２ｂはそれぞれ幅がＷで横はＬよ
りはわずかに短くなっている。これらの導電体層３２ａ
及び３２ｂは横方向（図中り方向）に互いに前後するよ
うに積層される。このとき導電体ｊ−３２ａの右端はグ
リーンシート３１の右端に位置し５、導電体層３２ｂの
左端はグリーンシート３１の左端に位置するように積層
される。

このグリーンシルト３１と導電体層３２ａ及び３２ｂと
の積層体３３が焼成することにより硬化さ才する。

このとき導電体層３２ａは積層体３３の図の右側の側面
に露出しており、導電体層３２ｂは積層体３３の左側の
側面にそれぞれ露出している（同図（Ｂ））。

積層体′Ａ３はグイシングツ−等の切削装置により積層
面に垂直に幅ｌ　（例えば５００μｍ）でスライスされ
る。スライスされた積層体は図中右側の側面と左側の側
面にそれぞれ無電解メツキが施される。無電解メツキに
より導電体層３２ａはそれぞれ共通に接続され、導電体
層３２１．もそれぞれ共通に接続されて圧電アクチュエ
ータ２２が形成される（同図（Ｃ））。このときインク
室の内壁の一部となる部分にコーティングを施してもよ
い。

他の製造方法とし、では、インクンエツト記録ヘッドの
幅Ｗａに等しくなるまでグリーンシートと導電体層とを
積層し、焼成された積層体を＠層面に垂直にスライスす
る。スライスされた積層体をプレート２１に接合し圧電
体の積層面に平行に複数の溝３４（例えは幅５００　μ
ｍ、厚さ５００μｍ）を形成し、て圧電アクチュエータ
２２を構成し、でもよい（第６図の圧電アクチュエータ
ユニットの斜視図参照）。

さらに、グリーンシート３１を積層するときに溝となる
部分にあらかじめ有機化金物からなる有機シートを積層
させておき、焼成させるとその部分か溝どなるようにし
て圧電アクチュエータユニットを構成し、でもよい。

外部の駆動回路に接続さオ′する導電体Ｍｉ３２ａを信
号電極３Ｑａ　、ｌ！：　Ｌ、導電体Ｊ１３２ｂを共通
電極３０ｂ（例えばＧＮＤ　（グシンド）電極）とする
。

次にこのようなインクジェット記録ヘッドの動作につい
で第７図及び第８図を参照し、で説明する。

第７図はインクジェット配録ヘッドを上からみたときの
動作を説明ｊるための説明図である。

同図におい″こ、図示しない駆動回路から圧電ｒクヂュ
エータ２２ａの信号電極及びに共通電極に信号電圧Ｖａ
か印加されるとルミ縦変位効果によって圧電アクチュエ
ータ２２ａは圧電体の積層面に垂直な矢印Ｉ）７、及び
り、Ｊ向に変位１゛る。同様（１，圧電アクデー、ｒ−
一部２２ｂの信号電極及びに共通電極に信ぢ電圧ｖｂが
印加されると圧電縦変位効果によって圧電アクチュエー
タ２２ｂ　も圧電体の積層面に垂直な矢印り、、及びり
、方向に変位する。朗ち、図のように圧電アク１ユエ−
タ２２ａ及び２２ｂが膨脹４″る。

これにより圧電アクチュエータ２２ａ及び２７ｂ　とス
ペーサ２３とで壁面の−・部か形成されるインク室２８
ａが図中の破線のように収縮す−る。これによりインク
室２８ａに圧縮Ｂが発生し、インク室り８ａ内部のイン
クはインク室２８ａに連通（、たノズル２９ａから噴射
される。

第８図はインクジェット記録ヘッドを前からみたときの
動作を説明−するための説明図である。

同図において、プレー　ト２１とカバープレート２４と
圧電アクチュエータ２２ａ及び２２１）てインク室２８
ａの内壁の一部か形成されている。

圧電ｆクチュ、Ｌ−夕９２ａ及び２２ｂが作動すると図
中の破線０）ように膨脹（１、インク室２８ａが収縮さ
れる。これによりインク室り８ａ内部のインクはノズル
２９ａから噴射される。

ところが、例えば圧電アクチュエー・夕２２ａを作動４
ると圧電アクチュエーり２２ａの両側面が膨脹するので
隣接す゛る、インク室Ｂ６及び２ＢＣも同時に収縮して
（２まう。そのため隣接する・インク室を独立に収縮さ
せ′Ｃノズルからインクを噴射することはできない。

従って２つおきに圧ｔ７クチコ、エータ２２を動作させ
る必要かある。し５かＬ’−１”おきにインクを入れな
いダミー室を設けることで、このような不都名を回避す
ることかできる。

第９図は本発明の他の実施例の分解斜視図を示す図であ
る。

同図に示す五うに基板３５上にプレート２１とともに圧
電アクチューコ＝−一部２２を取り付ける。圧電アクチ
ュＬ＝夕２こ上にインクパス３６か取り付けら第する。

。 これら基板、３〕、プレー　ト２１、ｆｌｆ電アクチュ
エータ２２及びインクパス３６の閉ｊ面ｌこノズルレゾ
［・・−ト３７か取り付けられてインクジュツト記録ヘ
ッドか構成される。

このインクジェット記録ヘットの基板３・］上には駆動
回路３８と駆動回路３３に接続された配線ノ〈す〜ン３
９か形成されでいる。一方プレート２１には各圧電アク
チュエータ２２の電極に接続された図示しない配線パタ
ーンが施されている。この配線ノくターンは例えば導電
性の接着剤のスクリーン印刷等の手段によりそれぞれ接
続される。

インクパス３６にはインク供給［］４０か設（、′ｊら
れており、各り丁：電アクチュエータ２２て内壁の一部
か形成されでいる複数ダ）インク室に連通ずる。

ノズルプレート３７には複数のノズル４１が設けら才１
゛でおり、それそ゛れ、インク室（ご連通ずる３、この
ようむインクジェット記録ヘッドのインク供給１〕４０
から供給されたインクは各インク室に蓄えられて、圧電
アクチュエータ２２か作動するとノズル４１から噴射さ
第する。

また、本発明では、各圧電アクチ、−１，エータ２２の
配列方向か圧電体の積層方向と同一方向となるように構
成されているので、積１７ｊ向変位によってその変イヒ
量を十分に大きくすることかでき、インクの噴射効率を
向上できる。

さらに、従来の支持部と１．、、−Ｃの積層圧電体を省
略することができ、圧電アクチュユ一タ形成時の焼成に
用いるグリーンシートの厚さ、積層数、ダミーとするイ
ンク室の帳を適当に選ぶ（ダミーインク室の内壁を形成
する圧電アクチュエータか、膨脹したときに接触しない
程度に狭くする）ことにより、ノズルの高集積化（ノズ
ルのピッチの狭小化）と３０Ｖ以下での低電圧駆動か可
能である（従来は１００ｖ以上の高電汁か必要）。

［発明の効果］ 以−Ｌ詳細に説明したように、本発明によれば複数のノ
ズルと、ノズルにそれぞれ連通４′る複数のインク室を
そわぞれ形成１′”る複数の汗電“アクチュエータとを
備えたインクジェット記録ヘッドてあって、各圧電アク
チュエータは一方の積層曲か名インク室に面するように
複数の圧電体を積ｒ＠　＋、、、こ構成されでおり、信
号電床が回加されると両スノの積層面が膨脹する圧電縦
変位効果を利用［２ていることで、高密度ノズルピッチ
のインクジェットＪ己録ヘッドの製作か可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例としてのｆンクジコット記録
ヘッドの分解斜視図、第２図は第１図１５′：示したイ
ンクシェフｌ−記録ヘッドの組み立て後の斜視図、第３
図は圧電縦変位効果についての説明図、第４図はバイモ
ルノ効製を説明するための説明図、第５図は工程説明図
、第６図１　＋、４圧電ｊ′クチユゴ〜タユニツトの斜
視図、第７図及び第８図は一実施例の動作１．−）い又
の説明図、第９図は本発明の他の実施例の分解斜視図４
）示１図、第１０図及び第１１図はインクジゴツト記録
ヘッドの従来例をンゴ＜１図である。 ２１・・・・・プレー　１．．２２・・・・・Ｔｒ電）
“クナユエータ、２３・・・・・・スペーサ、２４・・
・・・カバーブレ〜　ト、２５・・・・ノズルブ［／ト
、２６−・・・・イ〉・り供給「−１、（）７・・・・
・イ：、・す゛たまり、２８・・・・・ｆンク室、２９
・・・・・・ノズル、３０ａ・・・・・信号電極、３０
ｂ・・・・・・共通電極。 第１閏 ５ 第２図 第３図 −１，′ 第４ 図 ３７ 第５閃 第９図 第６況 第７ 図 ８ａ ２ｂ 第８図 第１０図 第１１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　複数のノズルと、該ノズルにそれぞれ連通する複数の
   インク室をそれぞれ形成する複数の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、前記各
   圧電アクチュエータは一方の積層面が前記各インク室に
   面するように複数の圧電体を積層して構成されており、
   信号電圧が印加されると両方の積層面が膨脹する圧電縦
   変位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。