JPH041052A - インクジェット式記録ヘッド、圧電振動体、及びこれらの製造方法 - Google Patents

インクジェット式記録ヘッド、圧電振動体、及びこれらの製造方法

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JPH041052A
JPH041052A JP2337278A JP33727890A JPH041052A JP H041052 A JPH041052 A JP H041052A JP 2337278 A JP2337278 A JP 2337278A JP 33727890 A JP33727890 A JP 33727890A JP H041052 A JPH041052 A JP H041052A
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島田　洋蔵
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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、印字データの入力を受けた時点でインク溜部
のインクを液滴として飛翔させ、このインク滴により記
録用紙にドツトを形成させるオンデマンド型のインクジ
ェット式印字ヘッドに間する。
（従来の技術） オンデマンド型インクジェット式印字ヘッドは、大きく
分けて３種類のものがあり、第１のものはノズルの先端
にインクを瞬間的に気化させるヒータを設け、気化時の
膨張圧力によりインク滴を生成、飛翔させるいわゆるバ
ブルジェット型であり、また第２のものはインク溜部を
形成する容器に信号により変形する圧電素子を設は変形
時に土しる圧力によりインクを液滴として飛翔させるも
の、ざらに第３のものはインク溜部内にノズルに対向さ
せて圧電素子を配設し、この圧電素子の伸縮によりノズ
ル領域に動圧を生じさせてインク滴を飛翔させるもので
ある。
上記第３の形式のオンデマンド型インクジェット式印字
ヘッドは、日本特許公報　特公昭６〇−８９５３号公報
に示されたようにインクタンクを構成する容器の！面に
複数のノズル開口を形成するとともに、各ノズル開口に
伸縮方向を一致させて圧電素子を配設して構成されてい
る。
この印字ヘッドは、印字信号を圧電素子に印加して圧電
素子を伸長させ、このときに発生するインクの動圧によ
りノズルからインク滴を飛出させて印刷用紙にドツトを
形成させるものである。
このような形式の印字ヘッドにおいては、液滴の形成効
率や飛翔力が大きいことが望ましい。しかしながら、圧
電素子の単位長さ及び単位電圧当りの伸縮率は極めて小
さいため印字に要求される飛翔力を得るには高い電圧を
印加することが必要となり、駆動回路や電気絶縁を高電
圧向けに構成する必要がある。
高い飛翔力を得るために弾性金属板に圧電板を固着し、
これをノズル開口の配列に合せて切り分けて一端を枠体
に固定し、ノズル開口に対向する端部を自由端とするよ
うに構成したオンデマンド型インクジェット式印字ヘッ
ドもヨーロッパ公開特許第３７２５２１号公報により公
開されている。
この印字ヘッドは圧電板に駆動信号を印加して弾性金属
板を撓ませて蓄勢し、この状態で駆動信号の印加を停止
することにより弾性金属板に蓄えられている弾性力を開
放して反発力によりインクに動圧を与え、インクをノズ
ル開口から液滴として外部に吐出させている。
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、インク滴を形成できる程度まて弾性金属
板を撓ませるには圧電板に大きな電圧を印加せねばなら
ないという問題がある。
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって
、その目的とするところは、低い電圧でしかも高いエネ
ルギー効率でインク滴を発生させることができる新規な
オンデマンド型インクジェット式印字ヘッドを提供する
ことを目的とするものである。
（課題を解決するための手段） このような問題を解消するために本発明においては、ペ
ースト状圧電材料と導電材料をそれぞれ層状に交互に積
層して焼成した圧電板を所定の幅で切断して一定周隔で
圧電素子を配列してなる圧電素子列を、一端を基台に固
定し、また他端を自由端としてノズルプレートのノズル
開口に対向させて配置するとともに前記ノズル開口と自
由端の間にインク溜部を形成するようにした。
（作用） 印字ヘッドは、ペースト状圧電材料と導電材料をそれぞ
れ層状に交互に積層して焼成した圧電板を形成し、これ
を所定の幅で切断して圧電素子列に構成されているので
、圧電素子列を構成している各圧電材料層に低い電圧を
印加して変形させても各変形分が積算されてインクに作
用することになるから、インクを液滴としてノズル開口
から飛翔させるに充分な動圧を発生させることができる
。圧電素子列は、基台などに固着した圧電板を短冊状に
切断することで構成できるため極めて小形の振動素子を
高い加工精度で能率よく製造することができる。
（英施例） そこで以下に本発明の詳細を図示した笑施例に基づいて
説明する。
第１図、第２図は本発明の第１形式のオンデマンド型イ
ンクジェット式印字ヘッドを示すものであって、図中符
号２により示される基台は一端部、図では下方に後述す
る圧電振動体１２を固定するための側方に突出した突部
２ａ、２ａか形成されており、上端面にはインク溜部と
圧電振動体１２とを隔離する振動板４が固定されている
。振動板４は、圧電振動体］２と当接する近傍に凹部４
ａ、４ａＩＦｒ形成して圧電振動体１２の振動に応答し
やすく形成されている。
振動板４の表面には流路構成部材を兼ねたスペーサ部材
６が固定されており、圧電振動体１２に対向する領域に
は振動板４と協同してインク溜部を形成する凹部６ａｂ
＜設けられ、また後述するノズルプレートの側にはイン
ク供給流路を形成する凹部６ｂが設けられ、ざらにイン
ク溜部を形成する凹部６ａとノズル開口及びインク供給
流路を形成する凹部６ｂはそれぞれ通孔６Ｃ１６ｄによ
り連通させられている。スペーサ部材６の表面にはノズ
ルプレート８が固定されており、圧電振動体１２．１２
、］２・−・１２°、１２゛、１２’−・の配列形態に
合せて複数のノズル開口１０．１０．１０−１０　’、
１０′、１０’−・・が設けられティる。
スペーサ部材６に形成されている凹部６ｂは、ノズルプ
レート８ににより開口面を封止されてインク供給流路を
形成している。
図中符号１２．１２．１２−１２°、］２゜１２′・・
・は前述した圧電振動体で、一端を振動板４に固定され
、また他端の側方を基台２の突部２ａ、２　ａ　−・・
に固定されている。
第３ａ図及至第３ｆ図は、上述した圧電振動体の製造方
法を示すものである。
定盤２０の上にペースト状に調製した圧電素子材料、例
えばチタン酸・ジルコン酸鉛系複合ペロブスカイトセラ
ミックス材料を薄く塗布して第１の圧電材料層２］を形
成しく第３ａ図）、これの表面に蒸着や導電性塗料によ
り、第１の圧電材料層２１の一部に露出部２１ａを残す
ようにして第１の導電層２２１Ｆｒ形成しく第３ｂ図）
、さらにこの導電層２２、及び第１の圧電材料層２７の
露出部２１ａとの表面に圧電材料を薄く塗布して第２の
圧電材料層２３を形成し、更にこれの上に導電層２１ａ
とは異なる側に導電層２４１８：形成するという工程を
必要な回数だけ繰り返す（第３Ｃ図）。
このようにして所定の暦数を形成した段階で、乾燥させ
、これに圧力を加えた状態て温度１０００乃至１２００
℃で１時間程度焼成することにより板状のセラミ・ンク
２５に仕上がる。導電層２４が露出しでいる一方の端部
に導電塗料を塗布して一方の電極２４の集電極２６を、
また導電層２２が露出している他方の端部に導電塗料を
塗布して集電極２７を形成する（第３ｄ図）、このよう
にして形成された圧電板２８を基台２の突部２ａに導電
性接着剤で固定しく第３ｅ図）、所定幅でもって基台２
の表面近傍までダイヤモンドカッタ等によりカットする
（第３ｆ図）。
これにより一端部が基台２に固定され、また自由端部が
切削により庄じたスリット２９．２９．２９・・・によ
り分離された圧電振動体３０．３０．３０−（第１図に
あける圧電振動板１２．１２に相当するもの）が構成さ
れることになる。第３ｅ図、Ｍ３ｆ図に示した工程を基
台２の反対側の面にも施すことにより、第４図に示した
ような振動体ユニットが完成する。
このように構成した振動体ユニットの各圧電振動体３０
．３０．３０−・・の一方の電極を接続している集電極
２６にはそれぞれ独立の導電部材を接続し、また他方の
電極を接続している集電極２７には共通の導電部材や、
振動板４が導電材料で構成されている場合にはこの振動
板４を導電部材として接続する。
この状態で、導電部材間に電圧３０ポルト程度の電気信
号を印加すると独立の導電部材により選択的に信号が印
加された圧電振動体２９は、各圧電材料層に３０ボルト
の作動電圧の印加を受けて軸方向に伸張する。
この実施例では、伸張方向に電極が平行に配置されてい
るので他の振動モードに比較してエネルギ効率が高い。
圧電振動体］２の先端に固定された振動板４が伸張しで
、これに接触する振動板４をインクＭ部を形成する凹部
６ａの方向に変位させインク溜部を圧縮する。インク溜
部の容積縮小により圧力を受けたインクは、通孔６Ｃを
通ってノズル開口１０に到達してインク滴となって飛翔
する。
信号の印加が停止すると圧電振動体１２か縮小するから
、振動板４も元の位冒に後退する。これにより、インク
溜部が信号無印加時の容積に拡大して凹部６ｂのインク
が通孔６ｄｔ介して凹部６ａに流れ込み次のインク滴形
成に備えることになる。
この実施例によれば、圧電振動体１２．１２．１２・−
１２’、１２“、１２°・・・により圧縮されるインク
溜部とノズル開口］０．１０．１０・・・を通孔６ｃ、
６ｃのようなインク流路により接続することかできるか
ら、２つの圧電素子列１２．１２．１２−・・と１２“
、７２′、１２’−・の間隔に関わりなくノズル開口列
１０．１ｏ、１０−・・とｌＯ’、１０’、１０’−・
・の間隔を小ざくすることが可能となる。
第５図は第２の実施例を示すものであって図中符号３２
は振動板で、表面には圧電振動体１２．１２．１２と圧
電振動体１２゛、１２’　　１２’−・・を仕切るため
の凸条部３２ａを形成するとともに、圧電振動体１２．
１２．１２、−１２“、１２゛、１２’−・・の先端を
取囲むように凹部３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅが形
成されている。
３３はノズルプレートで、圧電振動体１２．１２．１２
−・　１２“、１２°、１２’−・・の配列形態に合せ
てノズル開口３４．３４．３４−・・、３４°、３４°
３４・・・が、また両側及び中央部にそれぞれ凸条部３
３ａ、３３ｂ、３３ｃが形成されていて、ノズルプレー
ト３３を振動板３２に固定した時、圧電振動体１２．１
２．１２−１２°、１２′、１２′の先端にインク溜部
を構成する凹部３３ｅ３３ｆを形成するに構成されてい
る。
この実施例において、圧電振動体１２．１２．１２−１
２°、１２°、１２′が電圧３ｏポルト程度の電気信号
の印加を受けて軸方向に伸張すると、圧電振動体１２．
１２′の先端に固定されている５Ｉ７Ｉ板３２が伸張し
で、これに接触する振動板３２をノズル板３３の凹部３
３ｅ、３３ｆの方向に変位させここに存在するインクを
振動板３３を介しで圧縮する。圧縮を受けたインクは、
他面に形成されているノズル開口３４．３４°からイン
ク滴となって飛翔する。
信号の印加か停止すると圧電振動体１２かもとの状態に
縮小して振動板３３が元の位冨に後退するから、インク
溜部の容積が信号無印加時の容積に拡大する。これによ
りノズルプレート３３の凹部３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、
３２ｅからインク溜部を構成している凹部３３ｅ、３３
ｆに流れ込み、次のインク滴形成に備えることになる。
この実施例によれば、スペーサ部材を不要として組立工
程簡素化を図ることができる。
第６図は本発明の第２形式のオンデマンド型インクジェ
ット式印字ヘッドの実施例を示すものであって、図中符
号４０により示されるセラミックス等の電気絶縁性材料
により形成された筒状体は両端に開口を備えており、一
方の開口にはノズル開口４１．４２が穿設されたノズル
プレート４３が接着剤により固定されており、また他方
の開口には後述する圧電素子列の基板４４が固定されて
いる。これら圧電素子列の各圧電素子４５．４６は、そ
の伸縮方向をノズル開口４１．４２に対向させて配Ｍさ
れケーブル４７．４８からの電気信号が印加されるよう
になっている。また、基板４４にはノズルプレート４３
に到達する仕切板４９が設けられている。
このように構成された圧電素子列を用いて構成された印
字ヘッドは、ケーブル４７．４８及び共通電極、この実
施例では基板４４を介して電気信号が圧電素子４５．４
６に印加されると、圧電素子４５．４５．４５−・・、
４６．４６．４６−・・は積層方向に伸長するから圧電
素子４５．４６の自由端は前面のインクをノズル開口４
１．４２に向けて押出すことになる。これによりインク
は動圧を受けてノズル開口４］、４２に突入し、インク
滴となって外部空間を飛翔し印刷用紙にドツトを形成す
る。
電気信号の印加がなくなると圧電素子４５．４６は元の
状態に縮小し、ノズルプレート４３と圧電素子４５．４
６の間の間隙にインクが流入して次のインク滴発生に備
えることになる。
第７ａ図、第７ｂ図は圧電素子列の製造方法の実施例を
示すものであって、第７ａ図における符号６５により示
す部材は、セラミックス材料を板状に形成した基板６６
の表面に接着剤を兼ねた導電材料６７を塗布したもので
ある。このような基板６６の導電材料６７の表面に前述
した（第３ａ図、第３ｂ図、第３Ｃ図）のと同様の工程
で圧電材料６８．６８．６８・・・と導電材料６９．６
９．６９−・・を交互に層状に塗布する。
このようにして所定の暦数を積層して焼成可能な状態に
乾燥させた段階で、基板６６、圧電材料６８．６８．６
８・・・及び導電材料６９．６９．６９−・・を一体と
してそのまま焼成する。これにより基板６６と圧電材料
６８．６８．６８・・・、及び導電材料６７．６７．６
７・・・は、基板６６の導電層６７により接着されて一
体に形成される（第７ｂ図）、焼成が終了した段階で前
述したように一定の幅でスリットを形成することにより
、導電層６７が形成された基板６６に圧電素子列一体重
に形成することができる。
ところで、各ノズル開口からの液滴の飛翔能力は、ノズ
ルプレートと圧電素子の自由端面との間隙の程度に左右
されることになるから、圧電素子に形成したとき自由端
となる部分を研摩することにより間隙の大きざを調整す
ることができる。このような調整作業の便を図るため、
第８図に示したように自由端面に圧電作用に開存しない
層Ｓを圧電材料もしくは電極材料に形成しておき、この
層を研摩するようにしでもよい。
第９図は本発明の圧電素子列の他の実施例を示すもので
、印字ヘッドに組立てるための基板７０に固定したとき
、圧電素子７８．７８．７８を基板７ｏに固定したとき
、基板７０に一番近接している電極７４．７４．７４・
・・と基板７０との間に、振動波長λの％に相当する不
活性層７６．７６．７６を形成したものである。これに
よれば圧電素子内に生した弾性波の内、基板７０の側に
進行した弾性波は圧電素子材料と音響インピーダンスか
異なる基板７０の表面で反射されるが、この不活性層７
６．７６．７６の往復により位相を反転されて自由端に
戻るため、有効成分としてインク清生成に寄与すること
になる。
第１０図は本発明の圧電素子列の他の実施例を示すもの
で、印字ヘッドに組立でるための基板８０と圧電素子列
を構成している圧電素子８２．８２．８２・・・との間
に粘弾性の大きな物貢層８４を介装させたり、固化終了
時においても大きな粘弾性を維持する接着剤により固定
して接着剤層を形成したものである。
この実施例によれば、基板８ｏの側に進行した弾性波は
粘弾性層８４により減衰されることになるから、基板８
０からの反射波による干渉を小ざくしてインク滴の生成
、飛翔を安定化させることができるばかりでなく、圧電
素子８２．８２．８２−・・の伸縮時に基板８０と圧電
素子８２．８２．８２・・・との間に生じる歪を粘弾性
層８４により吸収して圧電素子８２．８２．８２・・・
の破損を防止することができる。
ところで、インク吐出時には圧電素子は軸方向ばかりで
なく幅方向にも伸縮するので基板との接着面に大きな応
力が作用することになる。
第１１図はこのような問題に積極的に対処したもので、
圧電素子列８６の、基板８５に接する側に浅いスリット
８７を形成しでおくことにより幅方向の歪をスリット８
７により吸収することができ、圧電素子８６の破損とい
った事故を防止することができる。
第１２図は前述したノズルプレートの一実施例を示すも
のであって、圧電素子８８の自由端１こ対向する領域に
ノズル開口８９を穿設するとともに、ノズル開口８９を
取囲むように長円形の凹部９０を設けてノズルプレーと
９２が構成されている。
このノズルプレート９２によれば、信号が印加されて圧
電素子８８の自由端がノズルプレート９２の方向に伸長
すると、長円形の凹部９０（こ存在するインクは圧電素
子８８からの弾性波による動圧を受けたとき、周囲を凹
部９０の壁面９４により、また稜方を圧電素子８８の自
由端により囲まれるため、逃場を失って集中的にノズル
開口８９に流動することになる。これにより、可及的に
低い印加電圧でインク滴を効率良く飛翔させることがで
きる。
第１３図はノズルプレートの他の実施例を示すもので、
幅Ｗが圧電素子９６の幅Ｗ′よりも若干大きい溝９８を
ノズル開口１０ＣＩ通るように形成したものである。
この実施例によれば圧電素子９６をその先端が溝９８に
入り込む程度まで接近させで配設すると、圧電素子９６
から発主した弾性波は溝９８の中のインクに動圧を与え
る。このとき両側を溝１０２．１０２の壁面により、ま
た背後を圧電素子９６の自由端により囲まれているから
溝９８の中のインクは効率良くノズル開口１００から飛
出す一方、信号が停止して圧電素子９６が短縮した時点
では、溝９８の圧電素子に対向しない部分がらインクが
圧電素子対向領域に流れ込んで次の印字に備えることに
なる。なお、この実施例では溝９８の幅を圧電素子９６
の幅よりも大きくして、圧電素子９６の先端か溝９８の
中に進入するようにしているが、溝９８の幅Ｗを圧電素
子９６の幅Ｗ′より小さくし、圧電素子９６の先端とノ
ズルプレート１０１の表面の間に間隙を備えるようにし
ても、圧電素子９６からの弾性波を受けたインクは溝９
８の壁面１０２．１０２によりノズルプレート１０１に
並行な方向への広がりを阻止されるから、効率良くイン
ク滴を発生させることができる。
第１４図はノズルプレートの他の実施例を示すものであ
って、ノズル開口１０４を取囲むようには１′ｆ、圧電
素子の自由端面と同形状の凹部１０６を形成するととも
に、この凹部１０６の両端に、この凹部１０６よりも浅
い溝１０８．１０８を形成したものである。
この実施例によれば第１２図に示したものと同様に圧電
素子の伸長時、つまり弾性波発生時には、凹部１０６内
のインクは圧電素子１１０からの動圧を受け、また凹部
１０６の壁面と圧電素子］１０の自由端面に囲まれるた
め効率良くノズル開口１０４から飛出させることかでき
る。また圧電素子］１０か縮小した時点では、溝１０８
．１０８から凹部７０６に急速に流れ込んで次の液滴形
成に備えることになる。
これらのノズルプレートの形成には、第１５図に示した
ように銅板１１４の両面にニッケル板１１６．１１８を
圧着した３層構造の板材を用意し、ニッケル板］１６．
１１８だけを選択的に溶解させるエツチング剤により凹
部や溝を形成することにより、底部の平坦な凹部を形成
することができる。
すなわち例えば銅板１］４の厚みを５０ｕｍ、また両面
のニッケル板１１６．１１８の厚みをそれぞれ２５ｕｍ
の三層構造の板材を用いると、凹部形成に合わせて他方
の表面のニッケル板を全て溶解させることができ、これ
によりノズル開口の溝が５０ＬＩｍのノズルプレートを
形成することが可能となる。
第１６図はノズルプレートの他の実施例を示すものであ
って、ノズル開ロア２０．１２０．１２０・−１２２，
１２２，１２２−・・の間で、かつ圧電素子間の溝に対
向する位冒にノズルプレート本体１２４に垂直な壁面を
形成して隔壁］２６１２６．１２６−・・を構成したも
のである。
この実施例によれば、第１７図に示したように圧電素子
１２８．１２８．１２８・・・の自由端側が遮蔽される
ため、圧電素子への信号の印加により生した動圧を隔！
１２６、］２６．１２６−・・によりｗＡ接する他のノ
ズル開口に伝播するのを防止して、不必要なインクの流
れ出しを防止することができる。
第１８図は本発明の他の実施例を示すものでアッテ、図
中符号１３０．１３０．１３０−・は圧電素子列を構成
している圧電素子１３２．１３２・・・間に形成された
支柱で、圧電素子列を固定している基板１３４、もしく
はノズルプレート１３６に固定されている。
この実施例によれば、ノズルプレート１３６と圧電素子
１３２．１３２、］３２・・・の自由端との間隙を支柱
７３０．１３０．１３０・・・によつ管理することかで
きるばかりでなく隣接する圧電素子１３２．１３２間で
の動圧の伝播を支柱１３０．１３０により遮断すること
ができる。
第１９図は第１８図に示した支柱１３０を形成する他の
実施例を示すもので、前述した直方体状の圧電セラミッ
クスを基板１４２に固定した状態で、圧電素子を形成す
る部分１４４．１４４．１４・・・と、支柱となる部分
１４６、］４６．１４６・・・に切り分け、圧電素子を
形成する部分の自由端側を若干研磨したものである。
このように構成した圧電素子列に対して第２０図に示し
たように支柱となる部分１４６．１４６１４６・・・に
接してノズルプレート１４８を配置することにより、圧
電素子の自由端とノズルブレトとの間隙を一定長として
配設することができる。この実施例によれば、圧電素子
列の形成工程に合せて支柱を形成することができばかり
てなく、支柱部材の基板への取り付は作Ｍを不要として
組立て作業の簡素化を図ることができる。
第２１ａ図、第２１ｂ図はノズルプレートの固定法の他
の実施例を示すものであって、図中符号１５０はノズル
開口１５２．１５２．１５２・・・が穿設されたノズル
プレートで、圧電素子１５４．１５４、］５４・・・の
自由端に常時接するように磁石１５６．１５８やバネに
より基台１６０側に付勢されている。
この実施例において、液１４を形成すべき位置の圧電素
子１５４に対して縮小方向の電圧を印加する。これによ
りノズルプレート１５０と圧電素子１５４．１５４．１
５４−・・の自由端面との間に間隙Ｇが生じ（第２１ｂ
図）、この間隙にインクが流れ込む０次いで信号の印加
を停止するなり伸長方向の信号を印加すると、圧電素子
１５４．１５４１５４−・・の自由端がノズルプレート
１５０側に伸長する。
この伸長の過程で、Ｆｉ５１１１ｉＧに存在するインク
はノズル開口１５２に押出されインク滴として外部に飛
出すことになる。また、インク滴の形成に閉与しないノ
ズル開口１５２は、圧電素子１５４の自由端に弾接され
ているため隣接する圧電素子からの動圧がノズル開口１
５２に作用することにはならないからインク漏れが防止
されることになる。
なお、上述の実施例においては隣接する圧電素子列や基
板との間にインクの流入を可能ならしめる空間を形成す
るようにしでいるが、第２２ａ図乃至２２ｃ図に示した
ように圧電素子１６０．１６０．１６０・・・の自由端
面を除く部分に、固化したときに粘性が少なく、かつ弾
性に冨む接着剤、もしくは樹脂１６２、例えばエポキシ
系８者剤、例えばアラルタイト社製ＡＷＩ○６や紫外線
硬化性樹脂、例えば加化成社製Ｇ１１、Ｇ３１、更には
紫外線硬化性シリコンゴム、例えば東芝シリコン社製Ｔ
　Ｕ　Ｖ　６０００、ＴＵＶ６０２を注入して固化して
おくことにより、圧電素子１６０．１６０．１６０−・
・の振動形態への影響を可及的に少なくして、圧電素子
１６０．１６０、］Ｇ６・・・のＩ！械的強度を補強と
導電層の電気的絶縁をより確実にすることができる。
第２３ａ図乃至第２３ｂ図はそれぞれ本発明の第３形式
のオンデマンド型インクジェット式印字ヘッドの実施例
を示すものであって、図中符号１６６は基板で、導電性
スペーサ１６８．１７０を介して、積層方向が基板１６
６と平行となるように圧電素子１７２．１７２．１７２
・−１７４１７４，１７４−・・を、その自由端が一定
間隔となるように配列されている。この空間には隔壁部
材］７６が、圧電素子１７２．１７２．１７２・・・１
７４．１７４．１７４−・・の自由端と一定の間隙を持
つように配冨されている。
１７８はノズルプレートで、隔壁部材１７６と圧電素子
１７２．１７４の自由端との間隙部に対向するようにノ
ズル開口１８０．１８０．１８０・・・　１８２．１８
２．１８２−・・が形成されており、スペーサ１８４そ
介して一定の間隙をもって固定されている０図中符号１
８６は、インクタンクで、通孔１８８．１９０によりノ
ズル開口１８０、１８０、１８０・・・、　１８２、１
８２．１８２・・・に連通している。
第２４ａ図、第２４ｂ図、第２４ｃ図は、前述の圧電素
子列の形成方法を示すものであって、図中符号１９４は
、第２３ａ図、第２３ｂ図における基板１６６となる部
材で、ここにスペーサ部材１９６．１９８を接着剤によ
り固定する（第２４ａ図）、この状態で前述の第３図に
示したのと同様の圧電素子板２００．２０２を、その一
方の導電層がスペーサ１９６．１９８の側となるように
導電性接着材により一端を固定する（第２４ｂ図）。次
に、圧電素子板２００．２０２の積層方向に並行に所定
の幅で圧電素子板の厚みだけスリット２ｏ４．２０４．
２０４−・・、２０６．２０６．２０６を形成する（第
２４ｃ図）、これにより、相互がスリット２０４．２０
６により分離された圧電素子２０５．２０７−・・、２
０７．２０７・・・が、一方の電極をスペーサ７９６．
１９８により共通接続された状態で基板１９４に形成さ
れることになる。
この実施例において、ドツトを形成すべき圧電素子１７
２、］７４（第２３ａ図、第２３ｂ図）に信号を印加す
ると、圧電素子１７２の面の導電層１７１．１７３、圧
電素子］７４の導電層１７５．１７７を介して圧電素子
１７２．１７４の各圧電層に同時に電圧が印加されるた
め、各圧電層の伸長が足し合わされて自由端に作用する
。
これ（こよりｗ［部材１７６と圧電素子１７４の自由端
との間に存在するインクは間隙から押出され、ノズル開
口１８２から外部に飛出すことになる。圧電素子１７４
への電圧印加が停止すると、圧電素子が縮小するため、
インクタンク１８６からインクが間隙ｆこ流入して次の
ドツト形成に備えることになる。
なお、Ｍ　２３　ａ図、！２３ｂ図に示した印字ヘッド
においては圧電素子をスペーサにより片持梁状に固定し
ているが、第２５ａ図に示したようｆこ、圧電素子板２
１０．２１２のスペーサ２１４２１６から突出する部分
を、固化したとき粘性が小さく、かつ弾性の大きな、例
えば接着剤、もしくは樹脂、例えばエポキシ系接着剤、
例えばアラルタイト社製ＡＷ１０６や、紫外線硬化性樹
脂、例えば加化成社製Ｇ１１、Ｇ３１、更（こは紫外線
便化性シリコンゴム、例えば東芝シリコン社製Ｔ　Ｕ　
Ｖ　６０００、ＴＵＶ６０２１等の接着剤や樹脂２１８
により基板２２０に固定する。この状態で所定の間隔で
ダイヤモンドカッター等によりスリット２２２．２２２
．２２２−・・を形成すると、１つの面が基板２２０に
接着された圧電素子２２４．２２４．２２４−・・、２
２６．２２６．２２６−・・か形成されることになる（
第２５ｂ図）。
このような製造方法によれば、スリット形成時に発生す
るびびりを接着剤２１８により吸収して圧電素子板の破
損を防止することができる。
このようにして製造された圧電素子列を第２６図に示し
たように、基板２２０にスペーサ２２８を介装してノズ
ルプレート２３０％取っ付けることにより第２３ａ図に
示したのと同様の印字へウドを構成することができる。
なお図中符号２３２は、圧電素子の対向面に耐雪した仕
切部材を、また２３４．２３６はそれぞれノズル開口を
示す。
この実施例において、ドツトを形成すべきノズル開口２
３４に対向する圧電素子２２４に電圧を印加すると、圧
電素子２２４は接着剤２１８を弾性変形させなから伸長
して、仕切部材２３２と自由端との間のインクを押出し
、ノズル開口２３４からインク滴として飛出させる。云
うまでもなく、圧電素子２２４が発生する力は極めで大
きいから、接着剤２１８の粘性の影響は極めて小さく、
したがって圧電素子の変形に伴なって発生したエネルギ
ーが接着剤に消費されてしまうことはない。
第２７ａ図、Ｍ２７ｂ図、第２７ｃ図は、圧電素子列の
形成方法の他の実施例を示すものであって、基板２４０
の両端にスペーサ２４２．２４４を固定し、スペーサ２
４２．２４４により形成された溝部に、固化したとき粘
性が小さく、かつ弾性に冨む接着剤２４６を流し込む（
第２７ａ図）。
この上に前述したのと同様の圧電素子板２４８を、スペ
ーサ２４２．２４４とは導電性ＷｔＭ剤て、また基板２
４０とは接着剤２４６により固定する（第２７ｂ図）、
接着剤が固化した段階で、中央部に一定の幅で２本の、
基板２４０の表面に到達するスリット２５０．２５２を
形成する０次いて、スリット２５０．２５２により分離
されたスリット２５０．２５２を挟む圧電素子板の両端
がしピッチすれるように斜方向に並行なスリット２５４
．２５４．２５４−・・を所定の間隔で形成する（第２
７ｃ図）。
これにより、スリ・シト２５０．２５２により分離され
た部分が仕切部材２５６として、またスリット２５４．
２５４．２５４−・・によつ分離された部分が圧電素子
２５８．２５８．２５８−・・２６０．２６０．２６０
−・・となる。
ところで、仕切部材２５６を挟んで対向する圧電素子の
自由端は、喝ピッチずれているので、方の圧電素子２５
８．２５８．２５８−・・により形成されるドツトの間
に他方の圧電素子２６０．２６０．２６０−・・により
形成されるドツトを印刷することができる。
このようにしで構成した圧電素子に対しで、第２８図に
示したように第１列目のノズル開口２６２．２６２．２
６２・・・と第２列目のノズル開口２６４．２６４．２
６４・・・を互に喝ピッチすらせて構成したノズルプレ
ート２６６を用意する。
このノズルプレー１−２６６！第２９図示したようにス
ペーサ２６８を介して基板２４０（第２７ｃ図）に取り
付けることにより印字ヘッドを構成することができる。
この実施例においで、スリット２５．２５２がインク流
路となり、またこのスリット２５０．２５２により分離
された部分２５６が仕切部材として機能するから、圧電
素子２５８．２６０に信号か印加されると、ノズル開口
２６２．２６４からインク滴か飛出すことになる。
この実施例によれば、圧電素子の形成に合せて仕切部材
及びインク流路を同時に形成することができで、製造工
程の簡素化を図ることができるばかりでなく、圧電素子
の幅を狭くすることなくドツト密度の向上を図ることが
できる。
これら菓２、舅３形式の印字ヘットにおいては、圧電素
子の厚み振動により発生する大きな力をそのまま利用す
るため、圧電素子によりインクに押圧圧力を加えて飛翔
させるため、通常のインクのほかに、ホットメルトイン
ク等の粘性の極めて高いインクを用いた場合にも効果的
にインク滴を発生させることができる。
第３０ａ図、第３０ｂ図は本発明の第４形式の実施例を
示すものであって、図中符号２７０は、リード片で、弾
性に冨むバネ板材２７２に復述する圧電素子２７４を積
層しで構成され、バネ板材２７２をノズルプレート２７
８に向くように一端をスペーサ２７６に固定され、また
他端を自由端として撓み振動が可能に構成されている。
２７８は、ノズルプレートで、リード片２７０．２７０
２７０−・・の自由端に対向する位置にノズル開口２８
０が穿設されでおり、容器を兼ねるベース部材２８２に
固定されている。
第３１ａ図、第３１ｂ図、第３１ｃ図は前述のリード片
の製造工程を示すものであって、前述のバネ板材２７２
を構成する弾性に冨む金属板やセラミックスからなる板
材２９０の一方の面に、前述した工程により製作された
圧電素子板２９２をその導電層２９４．２９６が板材２
９２と並行となるように接着剤によつ張り付けて１枚の
板材に構成する（第３１ａ図）。
このように圧電素子板２９２と板材２９０を一体的に構
成したものを、一方の側をスペーサ部材２９８に固定し
く腑３１ｂ図）、圧電素子板２９２と板材２９０にダイ
ヤモシドカッターなどにより一定間隔でスリット３００
．３００．３００−・・を入れると、一端かスペーサ２
９８に固定され、また他端が自由端となる短冊状のリー
ド片３０２．３０２．３０２−・・が形成されることに
なる（第３１ｃ図）。
この実施例によれば、圧電素子板２９２が収縮する方向
の電気信号を導電層２９４、及び２９６に印加すると、
リード片３０２の自由端が板材２９０の弾性に抗して圧
電素子板２９２側に湾曲することになる。
この状態で、電気信号の印加を停止すると、板材２９０
に蓄積されていた弾性力が開放されてリード片３０２か
元の位置に弾けて復帰することになる。
これにより、ノズルプレート２７８とリート片２７０の
間に存在するインク（第３０ａ図）は、ノズル開口２８
２に向けて押土され、インク滴となって外に飛出すこと
（こなる。
なお、第３１図に示した実施例においでは予め製作され
た圧電素子板２９２を板材２９０に張合わせるようにし
ているが、板材２８０として耐熱′ｉの高いセラミック
スを使用した場合には、これの上に前述した工程（第３
図）により圧電素子板を形成すれば、張合わせの工程を
省略することが可能となる。
第３２ａ図、第３２ｂ図、第３２ｃ図）は、リード片の
製造方法の他の実施例を示すものであって、前述のバネ
板材２７２を構成する弾性に冨む金属板やセラミ・ンク
スからなる板材３１０の一方の面に、前述した工程によ
り製作された圧電素子板３１２をその導電層３１４．３
１６が板材３１０に対して垂直となるように接着剤によ
り張り付けて１枚の板材に構成する（第３２ａ図）。
このように圧電素子板３１２と板材３１０を一体的に構
成したものを、一方の側をスペーサ部材３１８に固定し
く第３２ｂ図）、圧電素子板３１２と板材３］０にダイ
ヤモンドカッターなどにより一定ＫＷ４　テス’）　ッ
ト３２０．３２０．３２０−’！：入れると、一端がス
ペーサ３１８に固定され、また他端が自由端となる短冊
状のリード片３２２．３２２．３２２−・・が形成され
ることになる（第３２ｃ図）。
この寅施例によれば、圧電素子板−３１２が収縮する方
向の電気信号を導電層３１４、及び３１６に印加すると
、リード片３２２の自由端が板材３１０の弾性に抗して
圧電素子板３１２側に湾曲することになる。
この状態で、電気信号の印加を停止すると、板材３１０
に蓄積されていた弾性力が開放されてリード片３１０が
元の位富に弾けて復帰することになる。
（発明の効果） 以上説明したように本発明においては、ペースト状圧電
材料と導電材料をそれぞれ層状に交互に積層して焼成し
た圧電板を形成し、これを所定の幅で切断して圧電素子
列に構成しているので、この薄い圧電素子板を駆動する
に足る３０ボルト程度の電圧を印加するだけで、圧電素
子列全体が大きな変形を起こし、インク滴を形成するに
必要な駆動電圧を可及的に小さくして駆動回路の簡素化
を図ることができ、また圧電板を切断して成形できるの
で、半導体製造工程におけるのと同様の精度で小形の圧
電素子を形成することができる。
また、圧電素子列の一端を基台に固定するとともに、他
端を自由端としてノズル開口に対向させて配置しでいる
ので、圧電素子列は、薄い圧電板を電極を挟んで構成さ
れていて、この変形により圧電素子列の先端とノズル開
口との間に存在するインクをノズル開口から液滴として
効率良く外部に放出させることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の第１形式のオンデマンド型インクジェ
ット式印字ヘッドの要部の構造を示す斜視断面図、第２
図は本発明の印字ヘッドの構造を示す断面図、第３ａ図
、第３ｂ図、第３Ｃ図、第３ｄ図、第３ｅ図、及び罵３
ｆ図はそれぞれ圧電振動体の製造工程を示す説明図、第
４図は第３ａ図乃至第３ｆ図に示す工程により製作され
た振動体ユニットの構造を示す斜視図、第５図は本発明
の第１形式のオンデマンド型インクジェット式印字ヘッ
ドの他の賽施例をノズルプレートを外して示す斜視図、
第６ａ図、第６ｂ図はそれぞれ本発明の第２形式のオン
デマンド型インクジェット式印字ヘッドの構成を示す断
面図、第７ａ図、第７ｂ図は第６図の装置に用いられて
いる圧電素子列の製造方法の寅施例を示す斜視図、第８
図は圧電素子列の他の冥施例を示す斜視図、第９図、第
１０図及び第１１図はそれぞれ圧電素子列と基板との取
り付は方法を示す斜視図、第１２図、第１３図及び第１
４図はそれぞれ本発明の印字ヘッドに用いるノズルプレ
ートの寅施例を示す斜視図、第１５図は第１２図乃至第
１４図のノズルプレートをエツチングにより製作するの
に適した素材基板の一例を示す断面図、第１６図はノズ
ルプレートの他の寅施例を示す斜視図、第１７図は第１
６図に示したノズルプレートを用いた印字ヘッドを示す
断面図、第１８図はノズルプレートの取っ付は形態の他
の冥施例を示す断面図、第１９図はノズルプレートを支
持する支持部材を圧電素子板を用いて同時に形成した芙
施例を示す正面図であり、また第２０図は第１９図に示
した圧電素子列を使用した印字へ・ンドの構造を示す断
面図、第２１ａ図、第２１ｂ図はそれぞれノズルプレー
トの他の取り付は形態と、インク滴形成時の動作を示す
断面図、第２２ａ図、第２２ｂ図及び第２２ｃ図はそれ
ぞれ圧電素子の間隙部に接着剤等の弾性材料を充填した
英施例を示す図、第２３ａ図、第２３ｂ図はそれぞれ本
発明の第３形式のインクジェット式印字ヘッドを示す断
面図、第２４ａ図、第２４ｂ図及び第２４ｃ図はそれぞ
れ第２３ａ図、第２３ｔ）図に示した製画の圧電素子列
の形成工程を示す説明図、第２５ａ図、第２５ｔ）図は
圧電素子列の形成方法の他の実施例を示す説明図、第２
６図は第２５ａ図、第２５ｂ図に示す工程で製作された
圧電素子列を使用した印字ヘッドを示す断面図、第２７
ａ図、！２７ｂ図及びＭ２７ｃ図はそれぞれ第２３ａ図
、及び第２４ｂ図に示した印字ヘッドに最適な圧電素子
列の他の形成方法を示す説明図、第２８図は第２７ｃ図
に示した圧電素子列に適したノズルプレートの実施例を
示す斜視図、第２９図は第２７ｃ図に示した圧電素子列
、及び第２８図に示したノズルプレートにより組立てた
印字ヘッドを示す断面図、第３０ａ図、第３０ｂ図はそ
れぞれ本発明の第４形式の印字ヘッドの実施例を示す断
面図、第３１ａ図、第３１ｂ図及び第３１ｃ図はそれぞ
れ第３０ａ図、第３０ｂ図に示した印字ヘッドに適した
リード片の製造方法の第１の実施例を示す説明図、第３
２ａ図、第３２ｂ図及び第３２Ｃ図はそれぞれ第３０ａ
図、第３０ｂ図に示した印字ヘッドに適したリード片の
製造方法の篤２の実施例を示す説明図である。 ２・・・基台　　　　　　２ａ、２ａ・・・突部４・・
・振動板　　　　　６・・・スペーサ６ａ、６　ｂ　−
・・凹部　　６ｃ、６　ｄ　−・・通孔８・・・ノズル
プレート　１０、］○°・・・ノズル開口１２．１２°
・・・圧電振動体 出願人　セイコーエプソン株式会社 代理人　弁理士　木　村　勝　彦 同　西用慶治 第１図 第２図 ｑ 〜 〜 第 ＧｃＬ図 ４θ 第 ６θ図 Δθ 第 ９図 第 １０図 第１１ 図 第１Ｓ図 第１６図 第１７図 第２１　ａ図 第２１ｂ図 第２３ａ図 第２３１）図 第２７０図 区 派 第２８図 第２９図

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）ペースト状圧電材料と導電材料をそれぞれ層状に
    交互に積層して焼成した圧電板を所定の幅で切断して一
    定間隔で圧電素子を配列してなる圧電素子列を、一端を
    基台に固定し、また他端を自由端としてノズルプレート
    のノズル開口に対向させて配置するとともに、前記ノズ
    ル開口と自由端の間にインク溜部を形成してなるオンデ
    マンド型インクジェット式印字ヘッド。
  2. （２）前記ノズルプレートと圧電素子列との間に、前記
    圧電素子列により駆動される振動板を介装してなる請求
    項１のオンデマンド型インクジェット式印字ヘッド。
  3. （３）前記インク溜部は、ノズルプレートと振動板の間
    に介装されたスペーサに凹部を設けることにより形成さ
    れている請求項１、２のオンデマンド型インクジェット
    式印字ヘッド。
  4. （４）前記インク溜部は、ノズルプレート及び振動板に
    凹部を設けることにより構成されている請求項１、２の
    オンデマンド型インクジェット式印字ヘッド。
  5. （５）ペースト状圧電材料と導電材料をそれぞれ層状に
    交互に積層して焼成した圧電板を所定の幅で切断して一
    定間隔で圧電素子を配列してなる圧電素子列を、一端を
    基台に固定し、また他端を自由端としてノズル開口に対
    向させて配置するとともに、前記ノズル開口と自由端の
    間にインクを溜める間隙を形成してなるオンデマンド型
    インクジェット式印字ヘッド。
  6. （６）隣接する圧電素子間に弾性材料を充填してなる請
    求項５のオンデマンド型インクジェット式印字ヘッド。
  7. （７）ノズル開口の圧電素子の自由端に対向する側に凹
    部を形成してなる請求項５のオンデマンド型インクジェ
    ット式印字ヘッド。
  8. （８）圧電素子の基台側には、圧電素子の振動波長の１
    ／４の不動領域が形成されている請求項５のオンデマン
    ド型インクジェット式印字ヘッド。
  9. （９）粘弾性材料層を介装して圧電素子を基台に固定し
    てなる請求項５のオンデマンド型インクジェット式印字
    ヘッド。
  10. （１０）圧電素子の基台側にはスリットが形成されてい
    る請求項５のオンデマンド型インクジェット式印字ヘッ
    ド。
  11. （１１）ノズル開口が穿設されたノズルプレートは支持
    部材により圧電素子の自由端と一定の間隙でもって配設
    されている請求項５のオンデマンド型インクジェット式
    印字ヘッド。
  12. （１２）前記支持部材は、圧電素子板により形成されて
    いる請求項５のオンデマンド型インクジェット式印字ヘ
    ッド。
  13. （１３）隣接するノズル開口間に勧誘する仕切部材を備
    えたノズルプレートを支持部材により圧電素子の自由端
    と一定の間隔でもって配設されている請求項５のオンデ
    マンド型インクジェット式印字ヘッド。
  14. （１４）ノズル開口が穿設されたノズルプレートは、圧
    電素子の自由端に弾接されている請求項５のオンデマン
    ド型インクジェット式印字ヘッド。
  15. （１５）ペースト状圧電材料と導電材料をそれぞれ層状
    に交互に積層して焼成した圧電板を所定の幅で切断して
    一定間隔で圧電素子を配列してなる圧電素子列を、一端
    を基台に固定し、また他端を自由端としてインク溜めを
    形成する空間を設けて仕切部材を対向させて配置すると
    ともに、前記空間に対向するようにノズル開口を有する
    ノズルプレートを配設してなるオンデマンド型インクジ
    ェット式印字ヘッド。
  16. （１６）前記仕切部材は、圧電板により構成されている
    請求項１５のオンデマンド型インクジェット式印字ヘッ
    ド。
  17. （１７）隣接する圧電素子間に弾性材料を充填してなる
    請求項１５のオンデマンド型インクジェット式印字ヘッ
    ド。
  18. （１８）前記切断方向は、ノズル配列方向に対して垂直
    方向から一定の角度だけずれている請求項１５のオンデ
    マンド型インクジェット式印字ヘッド。
  19. （１９）ペースト状圧電材料と導電材料をそれぞれ層状
    に交互に積層して焼成した圧電板を弾性材料からなる板
    材の一方の面に固定し、前記圧電板と板材を一体として
    所定の幅で切断してなるリード片を、一端を基台に固定
    し、また他端を自由端としてノズル開口に対向させて配
    置するとともに、前記ノズル開口とリード片の自由端の
    間にインクを溜める間隙を形成してなるオンデマンド型
    インクジェット式印字ヘッド。
  20. （２０）前記圧電材料と導電材料は、前記板材に並行に
    積層されている請求項１９のオンデマンド型インクジェ
    ット式印字ヘッド。
  21. （２１）前記圧電材料と導電材料は、前記板材に垂直に
    積層されている請求項１９のオンデマンド型インクジェ
    ット式印字ヘッド。
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