JPH04223174A - インクジェットヘッド - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はプリンタ特にインクジェ
ットプリンタのヘッドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の圧電式インクジェットプリンタヘ
ッドとしては、圧電素子のバイモルフによる撓みを利用
してインクを充填した圧力室の壁を変形させ、その時の
圧力によりインクを突出させるカイザー方式があり、例
えば特公昭５７−２０９０４号公報に記載されている。

【０００３】また圧電素子の剪断モードによる変形を利
用して、インクを充填したチャンネルの隔壁を変形させ
、その時の圧力によりインクを突出させる剪断モード方
式があり、例えば特開昭６３−２４７０５１号公報に記
載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の方式ではそれぞれ問題がある。カイザー方式で
は圧力室を平面上に並べるためマルチノズルのノズルピ
ッチより大きくなりノズルに接続するインクの流路が必
要となり、そのためにインク吐出の抵抗が増し、圧力損
失が発生すると同時にヘッドが大型になる。

【０００５】また剪断モード方式では圧力室と隔壁（駆
動壁）を作るため数十ミクロンの巾の切削等による溝加
工が必要となり、コストアップにつながる。またインク
を吐出させるためには隔壁自身が剪断モ−ドで変形する
事になるが隔壁が隣の圧力室と共通なため隣接する圧力
室同志の圧力に干渉が起こる等の問題がある。また構造
上隣接ノズルから同時にインクを吐出させることができ
ない。本発明の目的はドット密度の高い即ち高解像度の
マルチノズルインクジェットヘッドを提供するものであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明のインクジェットヘッドは上基板及び下基板の少
なくとも一方の基板にインク供給孔を有する該上下基板
間に、厚み方向に開放するインク溜めとインク供給路と
圧力室及びノズル孔をそれぞれ直結して形成し、かつ該
圧力室の周辺の両面に駆動電極を配しその表面に絶縁膜
を施し、厚み方向に分極した複数個の板状圧電体を積層
配置し、該板状圧電体は上下に隣接する少なくとも前記
圧力室及びノズル孔同志が水平面内でそれぞれ互いに相
異なる位置に積層配設し、前記駆動電極に電圧を印加す
ることにより前記板状圧電体の厚み方向の変化で圧力室
の容積を変化させることを特徴とする。

【０００７】又、本発明のインクジェットヘッドは上基
板及び下基板の少なくとも一方の基板に２つのインク供
給孔を有する該上下基板間に、厚み方向に開放する２つ
のインク溜めを有し、一方のインク溜めにインク供給路
と圧力室及びノズル孔をそれぞれ直結して形成し、かつ
該圧力室の周辺の両面に駆動電極を配し、厚み方向に分
極した複数個の板状圧電体を積層配置し、該板状圧電体
は上下に隣接する少なくとも前記圧力室及びノズル孔同
志が水平面内でそれぞれ互いに相異なる位置に積層配設
し、前記駆動電極に電圧を印加することにより前記板状
圧電体の厚み方向の変化で圧力室の容積を変化させるこ
とを特徴とする。

【０００８】

【作用】本構成によれば、インクを吐出させるための圧
力室の加圧は板状圧電体の両面に配設した駆動電極に電
圧を印加することにより前記板状圧電体の厚みを減少さ
せることにより圧力室の容積を減少させてインクを吐出
させる。また圧力室及びノズル孔同志が水平面内でそれ
ぞれ互いに相異なる位置に積層配設したことにより隣接
圧力同志の圧力干渉もなく、板状圧電体の厚み自身がノ
ズルピッチになるためノズル間隔が狭小化でき解像度も
向上する。

【０００９】

【実施例】以下、本発明による一実施例を図面に基づい
て説明する。図１は本発明によるインクジェットヘッド
の第１の実施例を示す分解斜視図である。図１において
電気機械変換特性を有する板状圧電体は厚み方向に分極
してあり、上面駆動電極と下面駆動電極は板状圧電体の
全面に配している。第１層目の板状圧電体１０はインク
溜め１０ｃとインク供給路１０ｄ、圧力室１０ｅ、ノズ
ル孔１０ｆがそれぞれ直結して厚み方向に開放するよう
にくり抜かれている。

【００１０】第２層目の板状圧電体２０は第１層目の板
状圧電体２０と同様にインク溜め２０ｃとインク供給路
２０ｄ、圧力室２０ｅ、ノズル孔２０ｆがそれぞれ直結
して厚み方向に開放するようにくり抜かれて形成され、
第３層目以下は第１層目と第２層目の板状圧電体を積層
したのと同様交互に複数個順次積み重ねられ、最外面を
上基板８０と下基板７０とで挟着する。上基板８０には
１つのインク供給孔８１が設けられ、第１層目、第２層
目、第３層目…のインク溜め１０ｃ、２０ｃ、３０ｃ…
にそれぞれ連通する構成になっており、下基板７０の下
面には電極引き出し用フレキシブル配線板９０が配設さ
れている。

【００１１】図２は図１の第１層目の板状圧電体の平面
図、図３は図１の第２層目の板状圧電体の平面図、図４
はノズル孔側からみた側面図である。上下の駆動電極１
０ａ、１０ｂ、２０ａ、２０ｂ…の表面には薄い膜から
なる絶縁膜１０ａ´、１０ｂ´、２０ａ´、２０ｂ´…
が施されており、隣接する板状圧電体の駆動電極１０ｂ
と２０ａとが短絡しないようにしている。圧力室１０ｅ
、２０ｅ…及びノズル孔１０ｆ、２０ｆ…は図４の如く
水平面内でそれぞれ互いに相異なる位置に千鳥状に積層
され、板状圧電体の厚み自身がノズルピッチになるので
ノズル間隔が狭小化できドット密度も高くなる。

【００１２】圧力室１０ｅとインク溜め１０ｃの間のイ
ンク供給路１０ｄにはくびれを設けてあり、それにより
圧力室１０ｅの圧力が上ってインクがノズル孔１０ｆか
ら吐出する時、圧力室１０ｅのインクがインク溜め１０
ｃへ逆流する抵抗を増してインクの吐出効率を上げてい
る。ここで図示していないがノズル孔１０ｆ、２０ｆ…
はノズル孔を有する別部材からなるノズル板で代替えす
ることも可能である。板状圧電体１０の周辺１０ｈには
スルーホール電極１０１、１０２、１０３…板状圧電体
２０の周辺２０ｈにはスルーホール電極２０１、２０２
、２０３…２１３、２１４、２１５…が穿設されており
、駆動電極１０ａはスルーホール電極１０１に接し、駆
動電極２０ａはスルーホール電極２１３に接するように
電極パタ−ンを形成してある。

【００１３】図５は本発明の第２の実施例を示す部分分
解斜視図であり、板状圧電体は厚み方向に分極し、上面
駆動電極と下面駆動電極を配している。第１層目の板状
圧電体１０００は２つのインク溜め１０００ｃ−１、１
０００ｃ−２を有しその一方のインク溜め１０００ｃ−
１とインク供給路１０００ｄ、圧力室１０００ｅ、ノズ
ル孔１０００ｆがそれぞれ直結して厚み方向に開放する
ようにくり抜かれている。第２層目の板状圧電体１００
０は第１層目の板状圧電体２０００と同様にインク溜め
２０００ｃ−２とインク供給路２０００ｄ、圧力室２０
００ｅ、ノズル孔２０００ｆがそれぞれ直結して厚み方
向に開放するようにくり抜かれて形成され、一点鎖線５
に対し略線対称になる位置に積層配置する。

【００１４】第３層目以下は第１層目と第２層目の板状
圧電体を積層したのと同様交互に複数個順次積み重ねら
れ、圧力室を有する板状圧電体の上下面に駆動電極を配
設していない板状圧電体をサンドイッチすることにより
圧力室を形成する構成になっており、最外面を上基板８
０００と下基板７０００とで挟着する。上基板８０００
には２つのインク供給孔８００１、８００２が設けられ
２つのインク溜め１０００ｃ−１、１０００ｃ−２にそ
れぞれ連通する構成になっており、他の構成は図１と同
様に積層配設される。

【００１５】この構成にすると上下に隣接する圧力室１
０ｅ、２０ｅ…を水平面内で互いに相異なる位置に配設
したので、圧力室の圧力を上昇しても隣接する圧力室へ
の圧力干渉がほとんど無くなる。

【００１６】この構成にすると板状圧電体を積層した際
に隣接する上下の駆動電極同志が短絡することもなく、
また駆動電極が圧力室内に存在しないので、インクが駆
動電極に常に触れていることがないためインクの化学変
化で駆動電極を腐食することもなく、水性インク・油性
（非水性）インクのいずれでも使用可能となる。

【００１７】それぞれの駆動電極の外部への引出しは、
図１において例えば第１層目の板状圧電体１０の上面の
駆動電極１０ａは周辺１０ｈに設けたスルーホール電極
１０１を介して第２層目のスルーホール電極２０１に接
して電極移しされ、順次下層の対応するスルーホール電
極３０１、４０１、７０１に接続し、最終的に最下面の
フレキシブル配線板９０の外部リード電極端子９０１に
接続される。ここで第１層目の駆動電極１０ａはスルー
ホール電極１０１に接触しており、他のスルーホール電
極１０２、１０３…には避けるように駆動電極パターン
を形成しておく。同様にして第２層目の上面駆動電極２
０ａはスル−ホ−ル電極２１３を介して順次下層の対応
するスルーホール電極３１３、７１３に接続し、フレキ
シブル配線板９０の外部リード電極端子９１３に接続さ
れる。また第１層目の下面駆動電極１０ｂはスルーホー
ル電極１０２により第１層目のスルーホール電極２０２
を介してフレキシブル配線板９０の外部リード電極端子
９０２に接続される。

【００１８】板状圧電体１０、２０、３０…は圧電セラ
ミックのグリーンシートを用い、両面の駆動電極は印刷
等で作る。それ等を交互に積み重ねたのち両側に上基板
８０と下基板７０を付け、加圧焼結し、一体化すること
によりマルチノズルのインクジェットヘッドができ、多
数個のヘッドを一度に製造することも可能である。

【００１９】また本実施例では板状圧電体に圧電セラミ
ックを用いたが有機高分子圧電フィルムを用いることも
可能である。

【００２０】図６は本発明によるインクジェットヘッド
の圧電体電圧印加方法を説明するための図で、板状圧電
体１０、２０…の両面の駆動電極１０ａ、１０ｂ、２０
ａ、２０ｂ…に高い電圧を加えると矢印１３、２３…の
方向に分極する。分極が反転する抗電界以下の逆方向の
電圧を印加すると厚みは減少する。従って板状圧電体１
０、２０…は点線１５、２５…の如く変形し圧力室１０
ｅ、２０ｅ…の容積は減少する。

【００２１】従って、板状圧電体の両面のそれぞれの駆
動電極に極性を選んでパルス電圧を加えると、瞬間的に
板状圧電体の厚みが減少し圧力室の圧力が上がり、圧力
室内のインクはノズル孔を通ってインク液滴となって外
部に吐出する。

【００２２】また板状圧電体の厚みを徐々に増加した後
、急激に板状圧電体の厚みを減少させるいわゆる引き打
ち方式でインクを吐出させてもよい。

【００２３】図７は本発明の諸元について説明するため
の平面図で、インクジェットプリンタの解像度を上げる
にはマルチノズルヘッドのノズルピッチを密にする必要
があり、一般には１インチ当たり４００ノズル程度が用
いられている。この場合ノズルピッチは約６５μｍとな
り、板状圧電体１の厚みは約６５μｍとなる。板状圧電
体の材質はＰＺＴで、縦モ−ド（厚み方向）の圧電定数
ｄ３３はｄ３３＝４００×１０−　１２　　ｍ／Ｖであ
る。従って板状圧電体の両面の駆動電極に２５Ｖの電圧
を加えると厚みの変化量δは板状圧電体の厚みに関係な
くδ＝０．０１μｍとなる。圧力室１ｅの幅をＷ、長さ
をＬ、とすると圧力室の容積変化量δＰはδＰ＝δ×Ｗ
×Ｌとなる。いま幅Ｗを０．５ｍｍ、長さＬを２０ｍｍ
とするとδＰ＝１×１０−　４　ｍｍ３　となる。ノズ
ル孔１ｆから吐出するインク液滴の直径を３０μｍとす
ると、液滴の体積ＱはＱ＝１．４×１０−　５　ｍｍ３
　ここで圧力室の容積変化量δＰとインク液滴の体積Ｑ
との比をとるとδＰ／Ｑ＝７となり圧力室の容積変化は
充分であることが分かる。またノズル孔１ｆを形成する
幅Ｎは２０μｍ程度が好ましい。

【００２４】

【発明の効果】本発明によると上記した如く、従来のカ
イザ−方式と比較すると小型で圧力損失の少ない効率の
良いヘッドができる。また剪断モ−ド方式と比較すると
駆動時の隔壁の積極的な変形がなく従って隣接圧力室同
志の圧力干渉も無く、隣接ノズルの同時インク吐出が可
能となる。また板状圧電体の厚み自身がノズルピッチに
なるためノズル間隔が狭小化でき即ち高解像度のマルチ
ノズルインクジェットヘッドが実現可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示すインクジェットヘ
ッドの分解斜視図である。

【図２】図１の第１層目の板状圧電体の平面図である。

【図３】図１の第２層目の板状圧電体の平面図である。

【図４】図１をノズル孔側からみた側面図である。

【図５】本発明の第２の実施例を示すインクジェットヘ
ッドの部分分解斜視図である。

【図６】本発明によるインクジェットヘッドの圧電体電
圧印加方法を示す説明図である。

【図７】本発明の諸元について説明するための平面図で
ある。

【符号の説明】

１０　　板状圧電体 １０ａ　　上面駆動電極 １０ｂ　　下面駆動電極 １０ａ　　絶縁膜 １０ｂ　　絶縁膜 １０ｃ　　インク溜め １０ｄ　　インク供給路 １０ｅ　　圧力室 １０ｆ　　ノズル孔 ７０　　下基板 ８０　　上基板 ８１　　インク供給孔

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　上基板及び下基板の少なくとも一方の
   基板にインク供給孔を有する該上下基板間に、厚み方向
   に開放するインク溜めとインク供給路と圧力室及びノズ
   ル孔をそれぞれ直結して形成し、かつ該圧力室の周辺の
   両面に駆動電極を配しその表面に絶縁膜を施し、厚み方
   向に分極した複数個の板状圧電体を積層配置し、該板状
   圧電体は上下に隣接する少なくとも前記圧力室及びノズ
   ル孔同志が水平面内でそれぞれ互いに相異なる位置に積
   層配設し、前記駆動電極に電圧を印加することにより前
   記板状圧電体の厚み方向の変化で圧力室の容積を変化さ
   せることを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 【請求項２】　　上基板及び下基板の少なくとも一方の
   基板に２つのインク供給孔を有する該上下基板間に、厚
   み方向に開放する２つのインク溜めを有し、一方のイン
   ク溜めにインク供給路と圧力室及びノズル孔をそれぞれ
   直結して形成し、かつ該圧力室の周辺の両面に駆動電極
   を配し、厚み方向に分極した複数個の板状圧電体を積層
   配置し、該板状圧電体は上下に隣接する少なくとも前記
   圧力室及びノズル孔同志が水平面内でそれぞれ互いに相
   異なる位置に積層配設し、前記駆動電極に電圧を印加す
   ることにより前記板状圧電体の厚み方向の変化で圧力室
   の容積を変化させることを特徴とするインクジェットヘ
   ッド。