JPH0499638A - インクジェット式印字ヘッド - 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、印字データの入力を受けた時点で、インクタ
ンク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するオンデマンド型のインク
ジェット式印字ヘッドに関する。

［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種類のものがある。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る。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け、変
形時に生じる圧力によりインクを液滴として飛翔させる
ものである。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６０−８９５３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壁面
に複数のノズル開口を形成するとともに、各ノズル開口
とを対向するよう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
形成するものである。

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対
策が複雑化するという問題がある。

このような問題を解消するため、日本特許公報特開昭６
３−２９５２６９号公報に示されているように、電極と
圧電材料を交互にサンドイッチ状に積層したインクジェ
ット印字ヘッド用の圧電素子が提案されている。この圧
電素子によれば電極間距離を可及的に小さくすることが
できるため、駆動信号の電圧を下げることができるとい
う効果がある。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、この様な圧電素子は小形に成形すること
が困難であるため、その用途が限定されるという問題が
ある。

本発明の目的は、インクタンク内に配置するのに好適な
圧電素子列を成形することにより、可及的に低い電圧で
十分な飛翔力を備えた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
提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明のオンデマンド型インクジェット式印字ヘッドは
、個々の点を印字するために一列または複数列に配置さ
れたノズル開口を有するノズルプレートとのそのノズル
開口に対向させて圧ａｔ子列が配置され、駆動信号によ
る圧電素子の伸縮により印字液がノズル開口から外部に
放出されノズル開口の前に配置されている記録媒体に運
ばれるようにしたインクジェット式印字ヘッドにおいて
、圧電材料と導電材料とをそれぞれ層状に交互に積層し
て焼成した圧電ブロックを所定の幅で切断することによ
り前記圧電素子列が形成され、個々の圧電素子間に仕切
部材が配設されており、前記圧電素子の自由端が弾性部
材に固定されており、前記ノズル開口を有するノズルプ
レートが、支持部材を介して前記弾性部材と一定の間隔
をもって配設されていることを特徴とする。

［作用］ 本発明の構成によれば、圧電材料と導電材料とをそれぞ
れ層状に交互に積層して焼成した圧電ブロックを所定の
幅で切断して圧電素子列が形成されているので、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る。そして、圧電ブロ
ックを切断して圧電素子列を形成するため、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、圧電素子間に仕切部材が配３
２されているので、圧電素子の振動の際に、各圧電素子
間に起こる動圧の伝播を防ぐことができ、しかもノズル
プレートが支持部材を介して、圧電素子の自由端と一定
の間隔を持って配設されているため、インク流路が安定
し、インク飛翔特性が安定する。

［実施例］ 第１図は、本発明の一実施例を示すものであり、（ａ）
は側面図、（ｂ）は（ａ）図におけるｂ−す祖国、（ｃ
）は（ａ）図におけるｃ−ｃ視図である。図中符号２は
、セラミックス等の電気絶縁性材料により形成された角
筒状体であるり、基板１４とともにインクタンクを構成
している。１０゜１０．１０・・・・は、圧電素子列を
構成している圧電素子１２．１２・・・・間に形成され
た仕切部材である。仕切部材１０の一端は圧電素子列を
固定している基板１４に固定され、他端は、圧電素子の
自由端１２ａとともに弾性部材１６で覆われている。弾
性部材１６とノズルプレート１８との間には、支持部材
１１が設けられている。この支持部材１１によって、ノ
ズルプレート１８と弾性部材１６との間隔が一定に保た
れている。ノズルプレート１８には、ノズル開口４が２
列設けられている。独立のケーブル７６、及び共通のリ
ード部材を介して電気信号が圧電素子１２に印加される
と、圧電素子１２は積層方向（図示Ｘ方向）に伸長する
から、圧電素子１２の自由端１２ａは前面のインクをノ
ズル開口４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間口４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１２は元の
状態に縮小し、ノズルプレート１８と圧電素子１２のと
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。

次に本実施例の圧電素子列の製造法について第２図、第
３図を用いて説明する。

第２図は、前述の圧電素子列を示すものであって、図中
符号３０．３０．３０・・・・は、それぞれ一方の電極
を構成する内部導電層である。また３２．３２．３２・
・・・は、他方の電極を構成する内部導電層である。こ
れらの内部導電層３０．３２は互いに平行となるように
交互に圧電材料３４゜３４．３４・・・・　例えばチタ
ン酸・ジルコン駿鉛系複合ペロブスカイトセラミックス
内にサンドイッチ状に配設されている。また一方の電！
！ｉ３０゜３０．３０・・・・どなる導電層は一方の側
面３１に露出され、また他方の電極３２，３２．３２・
・・・どなる内部導電層は他方の側面３３に露出するよ
うに構成されている。これら電極の露出している面３１
．３３は、外部導電層が形成されていて、電極となる内
部導電層が導電的に並列に接続されている。各圧電素子
１２はスリット４０．　４０゜４０により分離されてい
る。

このような層構造は、第３図に示すように定板５０の上
に、ペースト状に調製した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材料層５２を形成しく同図ａ
）、これの表面に蒸着や導電性塗料により一方の極とな
る第１の内部導電層５４を形成しくｂ）、更にこの導電
層５４、及び第１の圧電材料層５２の表面に圧電材料を
薄く塗布して第２の圧電材料層５６を形成しくｃ）、こ
れの表面に他方の電極となる第２の内部導電層５８を上
述の方法で形成する（ｄ）。このような作業を必要とす
る積層数だけ縁り返す。

このようにして、所定の層数を形成した段階で、乾燥さ
せ、これに圧力を加えた状態で温度１０００乃至１２０
０°Ｃで１時間程度焼成することにより直方体状のセラ
ミックに仕上がる（ｅ）。この直方体状のものの内部導
電層５４、及び内部導電層５８が露出している面３３．
３１にそれぞれ導ａｗ料を塗布して外部導電層６２．６
０を形成することにより圧電素子ブロック６３ができあ
がる（ｆ）。この圧電素子ブロック６３を一点鎖線によ
り示したように導電層を結ぶように所定幅で、定板５０
の表面までダイヤモンドカッタ等によりカットすると、
切削により生じたスリット４０゜４０．４０・・・・（
第２図）により相互が分離された圧電素子１２，１２．
１２・・・・が複数個形成されて第２図に示したような
圧電素子列が形成されることになる。

なお、セラミックスは、−Ｓ的に脆弱であるから、同図
（ｇ）に示すように、圧電素子ブロック６３の周囲を剥
離可能なモールド剤６４により覆い、この状態で切断す
ると、切断時に生じやすい折損を確実に防止することが
できる。

このように構成した各圧電素子１２の一方の電極を接続
している外部導電層６０には、それぞれ独立のケーブル
７６を接続し、また他方の電極を接続している外部導電
層６２には共通のリード部材を接続する（第１図参照）
。これにより、独立のケーブル７６と共通のリード部材
との間に電気信号を印加すると、独立のケーブル７６に
より選択的に信号が印加された圧電素子１２は、外部導
電層６０．６２を介して電［ｉ３０，３２間に同一の電
圧が同時に印加されることになるがら、電極間の圧電材
料３４，３４．３４・・・・が同時に伸長し、各層の圧
電材料３４，３４．３４・・・・の変位が足し合わされ
て自由端１２ａ側が第１図Ｘ方向へ変位する。各圧電材
料３４，３４．３４００６．が形成する層厚は、極めて
薄いから、最大限の伸長を行わせるために電極３０．３
２間に印加する電圧は極めて小さな値で済むことになる
。

次に、第１図に示したヘッドの第１の製造方法を第４図
（ａ）、（ｂ）に示す。第３図（Ｖｌ）に示したような
圧電ブロック６３を基板１４に接着しく第４図（ａ））
、第４図（ｂ）に示すように、圧電素子１２になる部分
と、仕切部材１０になる部分とが分離するように、基板
１４表面までダイヤモンドカッタ等によりカットする。

これに、弾性部材１６を形成した後、弾性部材１６上に
仕切部材１０と対向して支持部材１１を接着し、圧電素
子１２にノズル開口４が対向するように、ノズルプレー
ト１８を設け、第１図（ａ）のヘッドを得る。

第１図に示したヘッドの第２の製造方法を第５図（ａ）
、（ｂ）に示す。第５図（ａ）に示すように、基板１４
に圧電素子１２を接着した後に、仕切部材１０を基板１
４に接着する。このときの仕切部材は、例えば覆水ファ
インケミカル社製フォトレックＲ等の比較的弾性の少な
い紫外線硬化樹脂等を用いる。その後、電気絶縁材料２
及び仕切部材１０を各圧電素子１２と長手方向の長さが
等しくなるまで研磨する（第５図（ｂ））。その後、第
１の製造方法と同様に、弾性部材１６、支持部材１１、
及びノズルプレート１８を設け、第１図のヘッドを得る
。

以上のような本実施例のヘッドによれば、ノズルプレー
ト１８と圧電素子１２．　１２．　１２・の自由端との
間隔を支持部材１１．　　ＩＩ、　　１１・・・・及び
弾性部材１６により管理することができるばかりでなく
、仕切部材１０と、弾性部材１０が相互に固定されてい
るため、隣接する圧電素子１２．１２間での動圧の伝播
を仕切部材１０．１０．１０・・・・及び弾性部材１６
により遮断することができる。また、弾性部材１６と支
持部材１１により、１つの空間が形成できるため、イン
ク漏れを防ぐことができる。

［発明の効果］ 圧電材料と導電材料とをそれぞれ層状に交互に積層して
焼成した圧電ブロックを所定の幅で切断して圧電素子列
が形成されているので、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
とができる。そして、圧電ブロックを切断して圧電素子
列を形成するため、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、圧電素子間に、仕切部材が配設されているので、
圧電素子の振動の際に、各圧電素子間に起こる動圧の伝
播を防ぐことができる。

また、ノズルプレートが支持部材により、圧電素子の自
由端と一定の間隔を持って配設されているため、インク
流路が安定し、インク飛翔特性を安定化させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は、本発明のオンデマンド型インクジェッ
ト式印字ヘッドの一実施例を示す側面図であり、第１図
（ｂ）（ｃ）は、（ａ）図におけるｂ−ｂ視図とｃ−ｃ
祖国である。 第２図は、圧電素子列を示す斜視図である。 第３図（ａ）乃至（ｇ）は、圧電素子列の製造方法を示
す説明図である。 第４図（ａ）、（ｂ）は、第１図における、インクジェ
ット式印字ヘッドの製造方法の第１の例を示す図である
。 第５図（ａ）、（ｂ）は、第１図における、インクジェ
ット式印字ヘッドの製造方法の第２の例を示す図である
。 ２・・・・電気絶縁性材料 １０・・・・仕切部材 １１・・・・支持部材 １２・・・・圧電素子 １６・・・・弾性部材 １８・・・・ノズルプレート ３４・・・・圧電材料 ４０・・・・スリット ５０・・・・定板 圧電材料層 導電層 以上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 個々の点を印字するために一列または複数列に配置され
   たノズル開口を有するノズルプレートのそのノズル開口
   に対向させて圧電素子列が配置され、駆動信号による圧
   電素子の伸縮により印字液がノズル開口から外部に放出
   されノズル開口の前に配置されている記録媒体に運ばれ
   るようにしたインクジェット式印字ヘッドにおいて、圧
   電材料と導電材料とをそれぞれ層状に交互に積層して焼
   成した圧電ブロックを所定の幅で切断することにより前
   記圧電素子列が形成され、個々の圧電素子間に仕切部材
   が配設されており、前記圧電素子の自由端が弾性部材に
   覆われており、前記ノズル開口を有するノズルプレート
   が、支持部材を介して前記弾性部材と一定の間隔をもっ
   て配設されていることを特徴とするオンデマンド型イン
   クジェット式印字ヘッド。