JPH0516348A - インクジエツトプリントヘツド及びそれを備える電子機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】印字の高密度化・高品質化を実現すると共に、
生産性の良い且つ信頼性の高い低廉なインクジェットプ
リントヘッド、並びにこのプリントヘッドを備える電子
機器を提供することである。 【構成】ヘッド基台１０に溝１１をアレイ状に形成し、
このヘッド基台１０上に振動板２０を取付け、溝１１の
長手方向に各溝１１に沿って延びると共に、溝１１の開
口幅よりも若干狭い幅を有する２つの振動部２０ａを振
動板２０に形成し、各振動部２０ａ上にこれに沿って延
びる圧電素子３０ａを設け、振動部２０ａと圧電素子３
０ａで２つのユニモルフ４０を構成し、間隙が封止され
るように、ユニモルフ４０が配列された領域全体をコー
ティング膜５０で被覆した。 【作用】各溝１１に対する２つのユニモルフ４０の圧電
素子３０ａが電圧印加により同期振動し、この振動によ
る両ユニモルフ４０の上下方向の同期振動によって、溝
１１のインク容積が変化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクジェットプリン
トヘッド、並びにそれを備える、プリンタ、ワープロ、
ファクシミリ、プロッタ等の電子機器に関する。

【０００２】

【従来の技術】プリンタ、ワープロ等の各種電子機器に
搭載されるインクジェットプリントヘッドにカイザー方
式がある。カイザー方式のプリントヘッドは、一般には
ヘッド基台に形成した共通インク路から分岐する個別イ
ンク路を覆うようにヘッド基台に振動板を取付け、振動
板上における個別インク路の対応位置にそれぞれ圧電素
子を配置したものである。このプリントヘッドでは、圧
電素子に電界を加えて圧電素子を変位させ、この変位に
伴って振動板を動かすことによりインクを個別インク路
の先端口から押し出すものである。又、印字を高密度化
するために、ヘッド自体をその走査方向に対して傾斜さ
せることも行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようなカイザー方式に代表される圧電素子を利用する通
常のインクジェットプリントヘッドでは、これまで以上
に印字ドットを高密度化すると共に印字を高品質化する
のは機構的に至難である。又、一般的に圧電素子は個別
インク路の対応位置毎に振動板上に個別に貼付している
ため、生産性が非常に悪く、コスト高になる。更には、
インク路（特に個別インク路）が比較的長いため信頼性
に難があり、多数の溝（個別インク路）をアレイ状に配
列したプリントヘッドを製作し難い。

【０００４】従って、本発明の目的は、印字の高密度化
・高品質化を実現すると共に、生産性の良い且つ信頼性
の高い低廉なインクジェットプリントヘッド、並びにこ
のプリントヘッドを備える電子機器を提供することにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明のインクジェットプリントヘッドは、ヘッド
基台にその一端から他端まで延びる溝を一定間隔を置い
てアレイ状に形成し、ヘッド基台の溝形成側の表面上に
溝を覆う振動板を取付け、溝の長手方向に各溝に沿って
延びると共に、溝の開口幅よりも若干狭い幅を有する複
数の振動部が各溝毎に振動板に形成されるように、ヘッ
ド基台の溝間の各隔壁に沿って延びる複数のスリットを
振動板の一部分に各隔壁毎に形成すると共に各スリット
から露出する隔壁の一部を除去し、各振動部上にこれに
沿って延びる圧電素子を設け、前記溝の開口幅と振動部
の幅との差によって形成される間隙と、前記隔壁の一部
を除去することによって形成される間隙とが封止される
ように、振動部と圧電素子が配列された領域全体をコー
ティング膜で被覆したことを特徴とする。

【０００６】本発明のプリントヘッドは、ヘッド基台に
形成した各溝上に溝に沿って延在する、振動板の振動部
と圧電素子からなる複数の変位部分（以下、この変位部
分をユニモルフという）を溝の長手方向に同時に変位さ
せ、この複数のユニモルフの変位によって溝のインク容
積を変化させて、溝内のインクを押し出す新しい印字機
構を取り入れたものである。この印字機構について詳述
すると、ヘッド基台の各溝毎に対応する複数のユニモル
フの各圧電素子に電圧を印加すると、圧電素子が同期振
動し、この振動が圧電素子と一体の振動板の振動部に伝
わって各ユニモルフが大きく同期振動し、これらのユニ
モルフに対応する溝のインク容積が増減し、インク容積
が減少に転じた時に溝内のインクが押されて、溝の先端
口（ノズル）からインクが噴出される。

【０００７】このように、本発明のプリントヘッドは、
圧電素子の変位をユニモルフの大きな変位とし、ユニモ
ルフの振幅を利用して溝のインク容積を変化させて、溝
内のインクを押し出すという作用を有する。この印字機
構のために、従来よりもより高密度でありながら、溝
（個別インク路）の短いプリントヘッドを実現できる。
又、各溝に対して複数のユニモルフを設けてあるので、
単一の場合に比べてユニモルフ自体の長さが短くなって
その共振周波数が高くなり、印加電圧に対する応答速度
が大きくなる。

【０００８】なお、本発明のプリントヘッドに用いるヘ
ッド基台は、溝の易形成性等から、素材としては感光性
ガラス、Ｓｉウエハ等が最良である。又、ユニモルフが
配列された領域全体を被覆するコーティング膜は、ユニ
モルフの変位に容易に追随するよう弾性を有することが
好ましい。

【０００９】

【実施例】以下、本発明のインクジェットプリントヘッ
ド、及びこれを備える電子機器を実施例に基づいて説明
する。図１はプリンタ、ワープロ等の電子機器に搭載す
るプリントヘッドの一実施例の要部断面図を、図２は別
の箇所における要部断面図を、図３は正面図を示す。プ
リントヘッド以外の電子機器の構造については通常と大
差なく、ここではプリントヘッドを中心に述べる。図４
に示すヘッド基台１０の平面図において、このヘッド基
台１０には、図示の如きパターンに従って、個別インク
路となる複数（この実施例では８つ）の溝１１が、一定
深さで一定間隔を置いてアレイ状に形成されている。但
し、実際のプリントヘッドではもっと多数の溝を有する
が、紙面スペースの都合上少数に留めてある。この溝１
１は、断面が矩形状を呈する（図１と図２参照）と共
に、ヘッド基台１０の一端から他端まで延び、一定広幅
の長尺部１１ａと、狭幅部１１ｂと、一定広幅の短尺部
１１ｃとからなり、長尺部１１ａの先端がテーパ状にな
ってヘッド基台１０の前端面に開口し、この開口がノズ
ル１１ｄとなる（図３参照）。又、溝１１によって、溝
１１の間には細長い一条の隔壁１２が形成される。な
お、ヘッド基台１０の一対の対角隅には、ヘッド基台１
０上に取付ける振動板や圧電素子の位置決め指標となる
アライメントマーク１９が付されている。

【００１０】図５において、ヘッド基台１０の溝形成側
の表面上には、全ての溝１１を覆う振動板２０が取付け
られ、この振動板２０の前後方向の長さはヘッド基台１
０と同一であるが、左右方向の長さはヘッド基台１０よ
りも短い。図１と図４を参照して、各溝１１の長尺部１
１ａに対向する振動板２０の部分には、溝１１の長手方
向に長尺部１１ａに沿って延びる２つの振動部２０ａが
形成されている。即ち、長尺部１１ａの真中部分に対応
する部分を挟む前後の２箇所では、図１に示す如く相互
に分離した振動部２０ａがアレイ状に配置され、長尺部
１１ａの真中部分に対応する部分では、図２に示す如く
振動板２０は分離されずにアレイ方向と前後方向に連続
している。

【００１１】各溝１１の長尺部１１ａ上に設けた２つの
振動部２０ａは、図１から分かるように、長尺部１１ａ
の幅よりも若干狭い幅を有するが、これは、溝１１間の
隔壁１２上に位置する振動板２０の部分に、隔壁１２の
幅よりも幾分大きい幅の２つの平面長方形状スリット
（図示せず）を隔壁１２に沿って形成することによって
構成される。各溝１１に対する２つの振動部２０ａは、
振動作用的には長尺部１１ａの長手方向に二分される
が、実質的には長尺部１１ａの長手方向に連続するもの
である。従って、２つの振動部２０ａの長手方向の両端
が振動板２０につながると共に、真中部分がアレイ方向
に接続しているため、言わば各溝１１上に２つの両持梁
が存在する様相であり、各振動部２０ａは溝の長手方向
には容易に変位するようになっている。又、各スリット
から露出する隔壁１２の一部は除去されており、このた
め振動板２０の各振動部２０ａとこれに関連する隔壁１
２との間には図面の上下方向に僅かな間隙が存在し、こ
こまでの説明では溝１１の長尺部１１ａは当該間隙を通
じて隣接の長尺部と連通することになる（図１参照）。

【００１２】更に、各溝１１に対する２つの振動部２０
ａ上には、これと同幅且つ同長の圧電素子３０ａがそれ
ぞれ一体に設けられ、圧電素子３０ａと振動部２０ａで
２つのユニモルフ４０が構成される。この圧電素子３０
ａは、平面形状も振動部２０ａのそれと全く同一であ
り、長尺部１１ａの長手方向の両端が分離しているが、
長手方向とアレイ方向には連続する。そして、前述した
ように、振動部２０ａの幅が溝１１の長尺部１１ａの幅
よりも狭いことから、各ユニモルフ４０と隔壁１２との
間には図面の左右方向に若干の間隙が生じ、この間隙及
び前記振動部２０ａと隔壁１２との上下方向の間隙を封
止するように、弾性を持つ適当な封止材からなるコーテ
ィング膜５０がユニモルフ４０が配列された領域全体に
施されている（図１及び図２参照）。このコーティング
膜５０によって、各ユニモルフ４０は対応溝１１の長尺
部１１ａ上に保持・封入された形態になり、各長尺部１
１ａも密閉される。

【００１３】なお、図面には特に示していないが、各圧
電素子３０ａに電圧を印加するための一対の電極は、例
えば圧電素子３０ａの上側面と下側面に沿って設けてあ
る。上側面の電極は、圧電素子３０ａのアレイ方向の連
続部分で分離されると共にスリットで分断され、各溝１
１毎に溝の長手方向に延びる個別電極となり、下側面の
電極は、アレイ方向の連続部分では続き、全圧電素子３
０ａの共通電極となる。この両電極は所定の配線パター
ンに則ってヘッド基台１０の背面側に導かれている。
又、各溝１１はヘッド基台１０の背面側に設けた共通イ
ンク路（図示せず）とヘッド基台１０の内部でそれぞれ
連通している。従ってインクは、共通インク路を経て、
各溝１１に分流し、ノズル１１ｄから噴出される。

【００１４】次に、このように構成したプリントヘッド
の作用について述べる。要部の断面図を示す図１におい
て、今仮に、１つの溝１１の長尺部１１ａに対して符号
を付したユニモルフ４０の圧電素子３０ａの一対の電極
に電圧を印加して、圧電素子３０ａに電界を加えると、
圧電素子３０ａがアレイ方向と溝の長手方向に垂直な方
向（図面の上下方向）に振動板２０の振動部２０ａとコ
ーティング膜５０の対応部分と一体に振動する。この長
尺部１１ａには前後に２つのユニモルフ４０が存在する
が、両ユニモルフ４０が同期振動するため、両ユニモル
フ４０が関連溝１１の長尺部１１ａに向かって下降した
時に、長尺部１１ａのインク容積が減少し、容積減少に
より溝１１内のインクが押され、対応ノズル１１ｄから
インクが噴出される。両ユニモルフ４０が上昇すれば、
インク容積が増えるため、次のインク噴出に備えてこの
溝１１にインクが充足される。但し、電圧印加時に、振
動部２０ａと圧電素子３０ａがアレイ方向に連続する部
分は殆ど振動しない。

【００１５】上記実施例のプリントヘッドの製造例につ
いて図４〜図９を参照して簡潔に述べる。まず図４に示
すヘッド基台１０に、前述の如き長尺部１１ａ、狭幅部
１１ｂ、短尺部１１ｃからなる溝１１を図示のパターン
通りに一定間隔を置いて形成する。次に、全ての溝１１
を覆い隠す振動板２０をヘッド基台１０上に適当な接着
剤で接着し（図５参照）、更に溝１１の長尺部１１ａに
ほぼ重合する大きさの圧電素子体３０を、振動板２０上
の対応位置に適当な接着剤によって接着する（図６参
照）。この圧電素子体３０の上側面と下側面には全面に
薄膜の上部及び下部電極（図示せず）が各々形成されて
いる。

【００１６】その後、図７に示すように、圧電素子体３
０において、溝１１の長尺部１１ａに平行する隔壁１２
のほぼ真中部分に対応する部分３１の上部電極のみを、
エキシマレーザの照射等によって長尺部１１ａの長手方
向に長方形状に除去する。この上部電極の除去部分３１
は、次の振動板２０と圧電素子体３０の分離加工で形成
するスリット６０と同幅である。

【００１７】そして、図８の如く、各溝１１に対して振
動板２０に２つの振動部２０ａ（図１参照）を形成する
と同時に、圧電素子体３０を２つの個別圧電素子３０ａ
に分離するために、エキシマレーザの照射やダイシング
等の加工によって、圧電素子体３０と振動板２０を溝１
１の長手方向に長尺部１１ａに沿って２箇所分離する。
この分離は、前記上部電極の除去部分３１を挟んで２つ
の平面長方形状スリット６０を振動板２０と圧電素子体
３０に形成することで行われ、前述したようにスリット
６０は、隔壁１２に沿うものであり、隔壁１２の幅より
も若干大きい幅を有する。従って、スリット６０の形成
後には、スリット６０から溝１１の長尺部１１ａの一部
と隔壁１２が露出する。又、スリット６０を形成する際
に、隔壁１２の一部も同時に取り除く。このスリット６
０を形成した段階で、各溝１１に対して、振動板２０に
は長尺部１１ａに沿って延びる２つの両持梁状の振動部
２０ａが、圧電素子体３０には振動部２０ａと同幅且つ
同長の圧電素子３０ａが形成され、振動部２０ａと圧電
素子３０ａからなる２つのユニモルフ４０が構成される
（図１参照）。これらのユニモルフ４０は、長尺部１１
ａの長手方向の前後においてはそれぞれ隣接のユニモル
フと分離しているが（図１参照）、長尺部１１ａの真中
部分においては隣接のユニモルフと連続している（図２
参照）。なお、圧電素子体３０の上部電極は、２箇所の
スリット６０と除去部分３１によって個別電極として、
下部電極は、真中部分でアレイ方向につながっているた
め共通電極として機能する。

【００１８】次いで、各ユニモルフ４０と長尺部１１ａ
との幅の差による左右方向の間隙、及び各ユニモルフ４
０と隔壁１２との位置の差による上下方向の間隙を封止
するように、全てのユニモルフ４０が存在する領域に弾
性封止材からなるコーティング膜５０を成膜して、それ
らの間隙を塞ぐと共に、各ユニモルフ４０が長尺部１１
ａ上に保持・封止されるようにする（図９参照）。この
ようにして完成したプリントヘッドの線Ａ−Ａ及び線Ｃ
−Ｃにおける断面が図１に、線Ｂ−Ｂにおける断面が図
２に示す通りになり、正面が図３に示す形状になる。

【００１９】なお、上記実施例では、ユニモルフ４０の
数は各溝１１に対して２つであるが、本発明ではこれに
限定されることはなく、３つ以上であっても構わない。
その場合には、スリット６０の数を増やすと共に、各ス
リット６０の形状を小さくすればよい。

【００２０】

【発明の効果】本発明のインクジェットプリントヘッド
は、以上説明したように構成されるので、各溝に対して
配置した複数の振動部上に設けた圧電素子に電圧を印加
することで、圧電素子がアレイ方向と溝の長手方向に垂
直な方向に振動部と一体に振動し、この振動によって溝
のインク容積が変化（増減）し、インク容積が減少に転
じた時に溝内のインクが押し出されるという画期的なも
のである。

【００２１】従って、本発明のプリントヘッドは、印字
の高密度化、高品質化を容易に実現できる。又、従来の
ように個別インク路毎に圧電素子を個別に振動板上に貼
付する必要がないため、生産性が非常に高く廉価であ
る。更に、個別インク路となる溝を相当短縮（溝の長手
方向を短縮）できるため、信頼性が高くなると共に、多
数の溝を配列したアレイ方向に長く溝の長手方向に短い
ヘッドの製作が可能になる。

【００２２】この他に、各溝毎に複数の振動部と圧電素
子を設けてあるため、圧電素子と振動部の共振周波数が
高くなり、印加電圧に対する応答速度が向上する。これ
らにより、上記プリントヘッドを具備する電子機器で
も、高品質な印字、印字性能の向上等の効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るプリントヘッドの要部
断面図である。

【図２】図１に示すプリントヘッドの別の箇所における
要部断面図である。

【図３】図１に示すプリントヘッドの正面図である。

【図４】図１に示すプリントヘッドのヘッド基台の平面
図である。

【図５】図４に示すヘッド基台上に振動板を取付けた状
態の平面図である。

【図６】図５に示す振動板上に圧電素子体を取付けた状
態の平面図である。

【図７】図６に示す圧電素子体の上部電極の一部を除去
した状態の平面図である。

【図８】図７に示す振動板と圧電素子体にスリットを形
成した状態の平面図である。

【図９】図８に示すスリットを形成した領域にコーティ
ング膜を施した状態の平面図である。

【符号の説明】

１０ ヘッド基台 １１ 溝 １２ 隔壁 ２０ 振動板 ２０ａ 振動板の振動部 ３０ 圧電素子体 ３０ａ 個別圧電素子 ４０ ユニモルフ ５０ コーティング膜 ６０ スリット

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ヘッド基台にその一端から他端まで延びる
   溝を一定間隔を置いてアレイ状に形成し、ヘッド基台の
   溝形成側の表面上に溝を覆う振動板を取付け、溝の長手
   方向に各溝に沿って延びると共に、溝の開口幅よりも若
   干狭い幅を有する複数の振動部が各溝毎に振動板に形成
   されるように、ヘッド基台の溝間の各隔壁に沿って延び
   る複数のスリットを振動板の一部分に各隔壁毎に形成す
   ると共に各スリットから露出する隔壁の一部を除去し、
   各振動部上にこれに沿って延びる圧電素子を設け、前記
   溝の開口幅と振動部の幅との差によって形成される間隙
   と、前記隔壁の一部を除去することによって形成される
   間隙とが封止されるように、振動部と圧電素子が配列さ
   れた領域全体をコーティング膜で被覆したことを特徴と
   するインクジェットプリントヘッド。
2. 【請求項２】請求項１記載のインクジェットプリントヘ
   ッドを具備することを特徴とする電子機器。