JPH04224963A - 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。本発明の目的は圧力干渉がなく高解像度のマルチ
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】上記課題を解決させるた
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、インク供給路
、圧力室及びノズル孔とをそれぞれ直結して形成し、か
つ両面に駆動電極を配し厚み方向に分極した板状圧電体
を配設し、厚み方向に開放するインク溜めを有する隔壁
板とを、交互に複数個順次積層し、かつ前記インク溜め
同志がそれぞれ対応するように積層配置し、上下に隣接
する前記圧力室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構成を採用している。

【０００７】

【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
せて圧力室の容積を減少させることにより、インクを吐
出させる。また上下に隣接する圧力室同志が水平面内で
それぞれ互いに相異なる位置に隔壁板を介して積層配設
したことにより剛性を増し隣接圧力室同志の相互圧力干
渉も無くなる。

【０００８】

【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２０は厚み方向に分極してあり、その
両面には駆動電極２０ａ、２０ｂがある（２０ｂは図示
してない）。また該板状圧電体２０はインク溜め２０ｃ
、インク供給路２０ｄ、圧力室２０ｅ、ノズル孔２０ｆ
を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。また隔壁板３０はインク溜め３０ｃが厚み方
向に開放するようにくり抜かれている。板状圧電体４０
は前記板状圧電体２０と構成は同じであるが圧力室４０
ｅの位置のみ異なる。即ち板状圧電体４０は板状圧電体
２０と上下の隣接位置関係にあるため板状圧電体４０の
圧力室４０ｅは水平面内で圧力室２０ｅとは異なる位置
にある。

【０００９】以下同様に板状圧電体６０の圧力室６０ｅ
の位置も圧力室４０ｅの位置とは異なる。そして板状圧
電体２０、４０、６０…と隔壁板３０、５０…は交互に
複数個順次積み重ねられ、インク溜め２０ｃ、３０ｃ…
同志がそれぞれ対応するように積層配置して共通インク
溜めを形成し、上基板８０と下基板７０に挟まれている
。上基板８０にはインク供給孔８１が設けられている。 今インクがインク供給孔８１より供給されるとインクは
インク溜め２０ｃよりインク供給路２０ｄを通って板状
圧電体２０の圧力室２０ｅに供給される。圧力室２０ｅ
の一端はノズル孔２０ｆに接続しているのでノズル孔２
０ｆにもインクは充満する。

【００１０】図２は本発明の断面図であり、板状圧電体
２０、４０…の駆動電極２０ａ、２０ｂ、４０ａ、４０
ｂ…に高い電圧を加えると矢印２５、４５…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２０、４０
…は点線２６、４６…の如く変形し圧力室２０ｅ、４０
ｅ…の容積は減少する。

【００１１】従って、板状圧電体の両面のそれぞれの電
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。ここで図示していないがノズル孔２０ｆ、４
０ｆ…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。

【００１２】また板状圧電体の厚みを徐々に増した後、
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。

【００１３】また駆動電極２０ａ、２０ｂ、４０ａ、４
０ｂ…は圧力室２０ｅ、４０ｅ…内になくインクが該駆
動電極に触れることもないので、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。

【００１４】上下に隣接する圧力室２０ｅ、４０ｅを水
平面内でそれぞれ互いに相異なる位置に千鳥状に配置す
ることにより、圧力室２０ｅの圧力が上昇しても隣接す
る圧力室４０ｅへの圧力干渉がほとんど無くなるし、も
う一つ隣の圧力室６０ｅとは隔壁板３０、５０の二枚と
板状圧電体４０の一枚とが介在するため隔壁の剛性が増
し圧力干渉はほとんど無い。

【００１５】板状圧電体２０の周辺２０ｈ内に設けた電
極（以下スルーホール電極と呼ぶ）２０１、２０２、２
０３…が設けて有り、また隔壁板３０の周辺３０ｈにも
スルーホール電極３０１、３０２、３０３…を形成して
おく。同様に下基板７０の周辺７０ｈにもスルーホール
電極７０１、７０２、７０３…を設け、該下基板７０の
外側には電極引き出し用フレキシブル配線板９０を設け
それぞれの電極をスルーホール電極を通して外部に引出
している。即ち第１番目の上側駆動電極２０ａはスルー
ホール電極２０１を介して下側に電極移しされ、隔壁板
３０に設けたスルーホール電極３０１に接続し、順次下
層の対応するスルーホール電極４０１、５０１、６０１
…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。

【００１６】ここで第１番目の駆動電極２０ａはスルー
ホール電極２０１に接触しており、他のスルーホール電
極２０２、２０３…にはさけるように駆動電極パターン
を形成しておく。

【００１７】同様にして第２番目の上側駆動電極４０ａ
はスル−ホ−ル電極４０３を介してフレキシブル配線板
９０の外部リード電極端子９０３に接続される。また第
１番目下側駆動電極２０ｂはスルーホール電極２０２を
介して次の隔壁板３０のスルーホール電極３０２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】圧力室２０ｅとインク溜め２０ｃの間のイ
ンク供給路２０ｄにはくびれを設けてあり、それにより
圧力室２０ｅの圧力が上ってインクがノズル孔２０ｆか
ら吐出する時、圧力室２０ｅのインクがインク溜め２０
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。

【００１９】板状圧電体２０、４０、６０…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。隔壁板３０、５０…もセラミックのグリーン
シートを用いるが隔壁板３０、５０…は単なる構造材な
ので必ずしも圧電セラミックである必要はない。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る。

【００２０】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。

【００２１】つぎに一実施例の緒元について図３で説明
する。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３００ノズル程度が用いられ
る。この場合ノズルピッチは約８４μｍとなり、板状圧
電体と隔壁板の厚みはそれぞれ約４２μｍとなる。板状
圧電体の材質はＰＺＴで、縦モード（厚み方向）の圧電
定数ｄ３３は ｄ３３＝４００×１０−　１２ｍ／Ｖ である。従って板状圧電体２０の両面の駆動電極に２５
Ｖ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２０ｅ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
を０．５ｍｍ、長さを２０ｍｍとするとδＰ＝１×１０
−４　ｍｍ３　 となる。ノズル孔２０ｆ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２０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２０ｆを形成する幅Ｎは２０〜３０μ程度が
好ましい。

【００２２】

【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
良い安価なヘッドができる。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。また圧力室同志が水平面内でそれぞれ相
異なる位置に千鳥状に積層されているため薄い隔壁板を
使用できるので、ノズル間隔が狭小化でき、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】本発明の一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】本発明の一実施例を示すインクジェットヘッド
の断面図である。

【図３】本発明の一実施例を示すインクジェットヘッド
の分解平面図である。

【符号の説明】

２０　　板状圧電体 ２０ａ　　駆動電極 ２０ｂ　　駆動電極 ２０ｃ　　インク溜め ２０ｄ　　インク供給路 ２０ｅ　　圧力室 ２０ｆ　　ノズル孔 ３０　　隔壁板 ７０　　下基板 ８０　　上基板 ８１　　インク供給孔

Claims (1)

【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、インク供給路、圧力室、及びノ
   ズル孔とをそれぞれ直結して形成し、かつ両面に駆動電
   極を配し厚み方向に分極した板状圧電体を配設し、厚み
   方向に開放するインク溜めを有する隔壁板とを、交互に
   複数個順次積層し、かつ前記インク溜め同志がそれぞれ
   対応するように積層配置し、上下に隣接する前記圧力室
   同志は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により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。