JPH04341855A - 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、ドロップ・オン・デマ
ンド（ＤＯＤ）型のインクジェットヘッドに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】今日その市場を大きく拡大しつつあるノ
ンインパクト・プリンターの内で、原理が最も単純で、
且つカラー印刷に好適なものとしてインクジェット・プ
リンターがある。歴史的には始めに連続噴射型が現れ、
間もなくドットを形成する時にのみインク液滴を吐出す
るいわゆるＤＯＤ型が中心となり現在に至っている。Ｄ
ＯＤ型では圧電体を用いた方式として、特公昭５３−１
２１３８に開示されたカイザー方式がよく知られている
。この方式はインクを充填した圧力室の壁に圧電素子を
接着し、この圧電素子を変形させることで前記の壁をた
わませて圧力室を加圧するもので、この圧力を利用して
インクを吐出させる。また、圧電素子のせん断モードに
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吐出させる
せん断モード方式が、例えば特開昭６３−２５２７５０
に開示されている。

【０００３】

【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、ＤＯＤ型として当然の前提である多数
個のノズルを配置したマルチノズル型とした時に、それ
ぞれに問題がある。まずカイザー方式では、圧力室を平
面上に並べるためノズル間のピッチよりも圧力室間の間
隔が大きくなり、必然的に圧力室とノズルとを結ぶ流路
が必要になる。この結果として、ヘッドが大型化するば
かりでなく、該流路の流体抵抗により、ノズルからのイ
ンク吐出力が低下する。この流体抵抗の問題は、低温環
境での印刷時にインクの粘度が上がることでインクが吐
出しないなど、信頼性に係わる大きな問題につながるも
のである。

【０００４】一方、せん断モード方式では圧力室とこれ
を隔てる駆動壁とをノズル間のピッチに対応させて作る
ため、数１０μｍの幅の溝加工を切削などにより行う必
要があり、加工工数がかさんでコストアップにつながる
。また、せん断モードで変形する駆動壁自身が隔壁とし
て隣の圧力室と共通なため、インクを吐出させる時には
隣接する圧力室との干渉が避けられない。このため、同
時に加圧してインク吐出に寄与できる圧力室は最大で全
体の２分の１となる。このことは、印刷速度の向上に対
して重大な阻害要因となる。

【０００５】このように、従来のインクジェットヘッド
においては、信頼性を損なうこと無く小型化して解像度
を高めることが困難であるという課題があった。本発明
は、小型化しても信頼性や生産性を損なうことの無いイ
ンクジェットヘッドの提供を目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、圧電体の厚み
方向の変化を利用する原理によるインクジェットヘッド
を用いることによって上記課題を解決し、信頼性や生産
性に優れたインクジェットヘッドの提供が可能となった
。これは、上下基板間に隔壁板を介して圧力室を有する
板状圧電体を積層し、この積層体の側面に開放された圧
力室にノズル孔を対応させてノズル板を配した構成で、
前記板状圧電体の厚み方向の上下面に設けた駆動電極間
に電圧を印加することで前記圧力室の容積を変化させる
インクジェットヘッドで、前記板状圧電体に前記圧力室
を複数設け該圧力室に対応させて前記駆動電極の対を複
数設けたことを特徴としている。

【０００７】

【作用】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置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
容積を変化させることによりなされ、厚み方向の変化の
ために板面と平行な方向には圧力室を近接させて設ける
ことが可能で、全体を小型化でき、さらに解像度を高く
設定できる。

【０００８】

【実施例】以下本発明による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
解斜視図であり、優れた電気機械変換特性を有する板状
圧電体２０は厚み方向と一方の側面に開放するように複
数の圧力室１２１、１２２、１２３がくり抜かれている
。また隔壁板３０にはインク連通孔２３１、２３２・・
が厚み方向に開放するようにくり抜かれている。そして
同様の形態の板状圧電体４０、６０と隔壁板５０も含め
て、これらの板状圧電体と隔壁板とは交互に順次積み重
ねられる。この時、隔壁板の連通孔は対応する両側の圧
力室（例えば２３１が１２１と１４１）とを連通するよ
うな位置関係とする。また、同一隔壁板内においては該
連通孔は２３１、２３２などのように分離されているの
ではなく一体化された孔であっても良い。前記順次積み
重ねられた板状圧電体と隔壁板との積層体は両側を上基
板８０と下基板７０で挟み、更に該上基板８０にあけら
れたインク供給孔にインク供給管８１を設け、最後にノ
ズル孔１１を有したノズル板１０を前記積層体の前記圧
力室の開口端側の側面に取り付ける。この場合、該開口
端と前記ノズル孔とが一対一で対応するような位置関係
で取付を行うものである。この後インクをインク供給管
８１より供給すると、インクは圧力室１２１、１２２、
１２３内を満たすとともに、インク連通孔２３１、２３
２などを通して他の圧力室１４１などの内部をも満たす
。

【０００９】図２はこの様にして形成したインクジェッ
トヘッドの図１に対応する断面図で、説明の本質には影
響がないことから図１に比べて積層数が８層でかつ各層
も３個以上の圧力室を有する例に拡張して示してある。 このように層数並びに各層当たりの圧力室数を任意にと
れると言う拡張性は本発明の持つ大きな特徴である。板
状圧電体２０の両面には上側、下側の各駆動電極１２１
ａ、１２１ｂを配設し、該板状圧電体２０は厚み方向に
分極しておく。駆動電極１２１ａ、１２１ｂに極性を選
んでパルス電圧を印加すると、瞬間的に板状圧電体２０
の圧力室１２１近傍での厚みが減少し、該圧力室１２１
内の圧力が上昇し、圧力室１２１内のインクがノズル孔
１１を通ってインク液滴となって外部に吐出する。尚、
該厚みの減少は前記パルス電圧印加の前後での相対的な
ものであり、該パルス電圧の印加前に既にバイアス電圧
が前記電極間に印加されて前記板状圧電体が厚み方向に
伸びた状態である場合も含むものである。

【００１０】本構成においては板状圧電体の板面方向で
のノズル孔１１の間隔を、積層されたノズル孔全体とし
て所定の一定ピッチＰで配置することが重要である。こ
のピッチＰは、通常のプリンターにおける解像度を与え
るものとなる。本発明の様な積層型のヘッドを形成する
場合、各層の厚みを正確に制御することで前記ピッチを
積層方向にとることも可能ではあるが、通常のプリンタ
ーでは１ヘッド当たり５０程度のノズル孔を形成する必
要があり、５０層もの積層で要求される累積誤差（０．
１％程度）を実現することは極めて困難である。これに
対して、本発明の構成によれば、各層内での精度を追求
すればよく、これは例えば後に述べるグリーンシート状
態での圧力室打ち抜き用の金型精度に依存するもので、
この面での精度の追求は容易である。

【００１１】図３は本発明の異なる実施例で、図２では
板状圧電体の第１層２０と第２層４０との間で所定のピ
ッチＰに相当する隣合ったノズル孔が配置されるのに対
し、図３では第１層２０と第３層６０との間でこの配置
がなされるものである。本発明の利点は図２では隣合っ
た圧力室１２１と１４１とが隔壁３０の剛性の範囲で、
若干の干渉を起こすことになるのに対して、図３ではこ
の圧力室１２１と１４１とが十分に分離され干渉が起き
にくい点にある。

【００１２】図４は更に異なる実施例で、これ迄の実施
例では圧電体層が１枚の板状圧電体で成り立っていたの
に対して、本発明においては該圧電体層が第１の板状圧
電体２０ａと第２の板状圧電体２０ｂの２枚が積層され
た構造となっているものである。この場合、圧力室１２
１を駆動する為の駆動電極は該第１、第２の板状圧電体
の中間に設けられた４２１で、第１、第２の板状圧電体
のそれぞれ隔壁側に設けられた第１、第２の共通駆動電
極４２０ａ、４２０ｂとの間に図２において説明したと
同様に、パルス電圧を印加してインク滴の形成を行うも
のである。この場合、板状圧電体は厚み方向に分極する
が、その分極は前記第１と第２（２０ａと２０ｂ）とで
丁度分極方向が正反対になるようにする。このようにす
ることで、前記第１、第２の共通駆動電極の電位を共通
にして駆動することが可能になる。その理由は、前記駆
動電極４２１に一定の電圧を印加したときの厚み方向の
伸縮が第１、第２の板状圧電体４２０ａ、４２０ｂでほ
ぼ同一に起こるからである。このように本構造には一方
の駆動電極を共通駆動電極とできて駆動が単純化できる
と言う大きな利点があるが、更に、図２、３の構造に比
べて駆動電圧を２分の１に出来るこという重要な効果も
あるのである。なお、ノズル間のピッチＰに付いては、
図２、３での説明がそのまま適用される。

【００１３】本発明のインクジェットヘッドの全体構成
に関して、図１を用いて説明する。板状圧電体２０の周
辺には電極（以下スルーホール電極と呼ぶ）２０１、２
０２、２０３・・・が設けてあり、また隔壁板３０の周
辺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９
０を設けそれぞれの電極をスルーホール電極を通して外
部に引き出している。即ち第１層目の板状圧電体２０の
上側駆動電極１２１ａ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。ここで該駆動電極１２１ａ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・・・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層目の板状圧電体
４０の上側駆動電極１４１ａはスルーホール電極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層目の板状圧電体２０の
下側駆動電極１２１ｂ（図２参照）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２０
２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。

【００１４】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、圧力室はグリーン
シートを打ち抜いて、また両面の駆動電極は印刷などで
作る。隔壁板３０、５０、７０・・・もセラミックのグ
リーンシートを用いるが、該隔壁板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。それら
を交互に積み重ねたのち両側に上基板８０とした基板７
０を付け、加圧後焼結し一体化し、最後にノズル板１０
とフレキシブル配線板９０とを取り付けることによりマ
ルチノズルのインクジェットヘッドが出来る。また、前
記板状圧電体の分極は上記焼結後に前記駆動電極を用い
て該圧電体の抗電界以上の高い電圧を印加することで行
う。

【００１５】

【発明の効果】本発明の構造によれば、従来のカイザー
方式に比べて、小型化ができ、圧力室がノズル孔に直結
することにより圧力損失を小さくできて安定したインク
吐出力が得られる。またせん断モード方式に比べて、駆
動力源である圧電体が圧力室間の干渉を起こさない配置
であることから、すべての圧力室を同時に駆動すること
が出来、２倍の高速印刷が可能となる。また、グリーン
シートによる多数個どりが採用でき、切削加工も不要と
なることから、生産性が優れた製造方法を採用でき、安
価なインクジェットヘッドの提供が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるインクジェットヘッドの第１の実
施例の分解斜視図である。

【図２】本発明によるインクジェットヘッドの第１の実
施例に対応する断面図である。

【図３】本発明によるインクジェットヘッドの第２の実
施例の断面図である。

【図４】本発明によるインクジェットヘッドの第３の実
施例の断面図である。

【符号の説明】

１０　　ノズル板 ２０　　板状圧電体 ３０　　隔壁板 ７０　　下基板 ８０　　上基板 １２１　　圧力室 １２１ａ　　駆動電極 ２３１　　インク連通孔

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　少なくとも一方の基板にインク供給孔
   を有する上基板および下基板と、厚み方向と一方の側面
   に開放された圧力室を有しかつその厚み方向の上下面に
   駆動電極を有しかつ厚み方向に分極した板状圧電体と、
   隔壁板と、所定のピッチで配されたノズル孔を有するノ
   ズル板と、よりなり、前記上下基板間に前記隔壁板を介
   して前記板状圧電体を積層し、該積層した板状圧電体に
   前記側面に開放された圧力室にそのノズル孔を対応させ
   て前記ノズル板を配した構成で、前記駆動電極間に電圧
   を印加することで前記圧力室の容積を変化させるインク
   ジェットヘッドにおいて、前記板状圧電体に前記圧力室
   を複数設け該圧力室に対応させて前記駆動電極の対を複
   数設けたことを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 【請求項２】　　ノズル孔が、板状圧電体の厚み方向に
   対して垂直の方向において、等間隔で配置されたことを
   特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。