JPH0499639A

JPH0499639A - インクジェット式印字ヘッド

Info

Publication number: JPH0499639A
Application number: JP21842790A
Authority: JP
Inventors: Noriko Oyama; 大山　紀子; Minoru Usui; 稔碓井
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1990-08-20
Filing date: 1990-08-20
Publication date: 1992-03-31
Anticipated expiration: 2014-12-20
Also published as: JP2993075B2

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
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
小さい力め、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間転がある。

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
ット式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のその開口に対
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
ノズル開口部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、個々の圧電素子の周面が弾性樹
脂で覆われるとともに、圧電素子の自由端が弾性部材で
覆われ、前記ノズル開口を有するノズルプレートが、仕
切板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
輻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、圧電素子の周面が弾性樹脂で覆
われているので、圧電素子の機械的強度が補強されると
ともに、ノズルプレートが仕切板を介して、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、本発明の第１の実施例を示したものであり、
第１図（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）図におけるｂ−
ｂ祖国、（Ｃ）は（ａ）図におけるＣ−０図である。図
中符号２は、セラミックス等による電気絶縁性材料によ
り形成された角筒状体であり、基板１とともにインクタ
ンクを構成している。、図中符号１０，１０．１０・・
・・は、圧電素子列を構成している圧電素子１２，１２
゜１２・・・・の周面１２ｂを覆っている弾性に富む樹
脂（例えばアラルタイト社製Ａｗ１０６や、紫外線硬化
性樹脂、例えば旭化成社製Ｇ］、１、Ｇ３１、さらには
紫外線硬化性シリコンゴム、例えハ’ＩＬ芝シ’）　ニ
ア　ン社製ＴＵＶ６０００、ＴＵＶ６０２）である。弾
性樹脂１０及び圧電素子１２は、一端が基板１４に固定
され、他端は弾性部材１６で覆われている。

このヘッドは、圧電素子１２の一端を基板１４で固定し
たものに、弾性樹脂１０を注入して固化し、その後、圧
電素子１２の他端（自由端）及び弾性樹脂１０を弾性部
材１６で覆ったものである。

そしてさらに弾性部材１６に、各圧電素子１２間におい
て仕切板（例えば、ポリカーボネイト、覆水ファインケ
ミカル製フォトレックＲ等）１１を接着し、圧電素子１
２にノズル開口４が対向するようにノズルプレート】８
を設けたものである。

仕切板１１は、弾性部材１６とノズルプレート１８との
間隔を一定に保っている。

このように構成された印字ヘッド（第１図（ａ））は、
第１図（ｂ）に示すように、ケーブル７６、及び共通リ
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開口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。

次に本実施例の圧電素子列の製造方法について、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・ジルコン酸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
極３０゜３０．３０・・・・どなる内部導電層は一方の
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３
１．３３には、外部導電層６０．６２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
とする積層数だけ繰り返す。

このようにして、所定の層数を形成した段階で、乾煉さ
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にそれぞれ導電塗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ブロック６３ができあがる
（ｆ）。この圧電ブロック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、−ｇ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を介して電極３０．３２間に同一の
電圧が同時に印加されることになるから、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３４，３４．３４・・・・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．
３２間に印加する電圧は極めて小さな値で涜むことにな
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４図は、本発明の第２の実施例を示したものである。

これは圧電素子１２を基板１４に固定した後、圧電素子
１２を覆うまで、圧電素子１２のまわりに弾性樹脂８０
を注入して固化し、固化した表面を平滑にしたのちに、
第１実施例と同様に、仕切板１１とノズルプレート１８
を設けたものである。この実施例では、弾性部材８１が
弾性樹脂８０と一体的に構成されている。

［発明の効果］圧電材料と導電材粁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
が構成されているので、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、圧電素子の周面を弾性樹脂で覆うことによって、
圧電素子の機械的強度を補強でき、さらに、インク滴の
飛翔を安定化させることができる。

また、ノズルプレートが仕切部材を介して、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
ト式印字ヘッドの第１実施例を示す側面図、第１図（ｂ
）（ｃ）は、第１図（ａ）におけるｂ−ｂ桟面と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図は、本発明の第２実施例を示した図である。２　・１０　・１１　・１２　・１６　・１８　・３４　・４０　・５０　・５６　・・電気絶縁性材料・弾性樹脂・仕切板・圧電素子・弾性部材・ノズルプレート・圧電材料・スリット・定板・圧電材料層５８　・・導電層以上出願人　セイコーエプソン株式会社代理人　弁理士　鈴木喜三部他１名２−１五絶捧性材料４６−−−ノス゛ル１０−−一持１＆１ｌ−−−４１ｔηを反１２−−−Ｈ電量千７６．７８−−−ケー７゛ル第１図第２図（ｃ）第１図第４図第３図

Claims

【特許請求の範囲】

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、個々の圧電素子の周面が弾性
樹脂で覆われるとともに、圧電素子の自由端が弾性部材
で覆われ、前記ノズル開口を有するノズルプレートが、
仕切板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。