JPH0524189A - インクジエツトヘツド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 単一塊に切込みを入れ、櫛歯形状の複数の圧
力発生部材を形成することで、変位速度が大きく、振動
モードが単一である圧力発生部材を提供する。 【構成】 複数の圧力発生部材２０は圧電素子で形成さ
れたバルク２４に切込み２５を入れて、バルク２４から
分離されることなく、櫛歯状に形成される。このため、
圧力発生部材２０はバルク２４から接着材等の接合面を
介在することなく、連続的に固定、支持される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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、インク滴を飛翔させ、このインク滴により記
録用紙にドットを形成させるオンデマンド型のインクジ
ェットヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】オンデマンド型インクジェットヘッド
は、大きく分けて３種類のものがあり、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り、また第２のもの
はインク室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、さらに第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。

【０００３】上記第２の形式のオンデマンド型インクジ
ェットヘッドは、特開昭５９ー４８１６４号公報に示さ
れたように、インク室を形成する容器の壁の一部に圧電
素子を設け、信号により圧電素子をたわみ変形させ生じ
る圧力によってノズルからインク滴を飛翔させ、記録紙
上にドットを形成するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
オンデマンド型インクジェットヘッドは複数のノズルを
必要とし、そのため、ノズルと１対１に対応して圧力発
生部材が必要である。その際、圧力発生部材は板上の基
板に接合したのち、ダイシングカット等の製造手段によ
って切断していた。しかし、接合強度が圧力発生部材毎
に異なるなどの問題がある。

【０００５】そこで、本発明の目的は、複数個の圧力発
生部材を配設しても特性がばらつかず、インクの吐出状
態が安定した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。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、本発明のインクジェットヘッドは、ノズルを有する
ノズル形成基板と、前記ノズルの各々に１対１に接続し
て配置されたインク室を備え、圧力発生部材によって前
記インク室の弾性壁を変位させ、前記インク室内のイン
ク圧力を高め、前記ノズルから吐出させるインクジェッ
トヘッドにおいて、前記圧力発生部材が単一塊に切れ込
みを入れた櫛歯形状であることを特徴とする。

【０００７】

【作用】上記のように構成されたインクジェットヘッド
は、圧力発生部材が単一バルクから切り出した櫛歯形状
であるため、各圧力発生部材支持が不動固定状態にな
る。そのため、圧力発生部材の変位速度が大きくなる。
また、振動モードが単一になる。

【０００８】

【実施例】以下本発明の詳細を実施例により図面を参照
して説明する。

【０００９】図１は本発明におけるインクジェットヘッ
ドを搭載したプリンタの斜視図であって、記録媒体１は
送りローラー２，３の押圧によりプラテン４に捲きまわ
され、記録の進行に従い矢印５の方向に搬送される。ガ
イド軸６，７に案内されプラテン４の軸に平行な方向に
移動可能なキャリッジ８上には、インクジェットヘッド
９が搭載させており、矢印１０の方向に移動しつつ各々
のノズルからインク滴を吐出して記録媒体上にインク像
を形成する。

【００１０】図２は本発明の実施例を示すインクジェッ
トヘッドの断面図である。キャビティ３６にはインク室
３２が設けられ、それを密封する形でフィルム３１が配
設されている。フィルム３１上には弾性板３０が設けら
れ、圧力発生部材２０は弾性板３０に密着して、接合さ
れている。キャビティ３６の他の面にはノズル形成基板
３３が接合され、インク室３２と連続してノズル３４が
開けられている。インク５１はインク供給口３５から供
給され、インク室３２を通り、ノズル３４から吐出す
る。

【００１１】図３に示すように圧力発生部材２０は圧電
素子２３と内部電極２１の積層構造になっており、内部
電極２１は外部電極２２に接続されている。圧電素子２
３には一例としてチタン酸・ジルコン酸鉛等を用いるこ
とができる。圧電素子２３は矢印６０の方向に電界がか
けられ、あらかじめ分極されている。図４に示すように
充電スイッチ４１を閉じて、電極２１間に矢印６１の方
向に電界を印加すると、圧電素子２３はｄ３１圧電逆効
果によって矢印６２の方向に縮む。その後、図５のよう
に充電スイッチ４１を開いた後、放電スイッチ４２を閉
じ、電極２１間を短絡して電荷を放電すると、圧電素子
２３は矢印６３の方向に伸び、歪のない状態に戻る。本
発明のインクジェットヘッドは図４、図５に示した圧力
発生部材２０の動作をインク吐出に用いている。

【００１２】以下、本発明のインクジェットヘッドの動
作を説明する。

【００１３】図６に示すようにあらかじめ充電スイッチ
４１を閉じ、圧電素子２３に電界を印加すると、圧力発
生部材２０は矢印６４の方向に変位して、弾性板３０と
フィルム３１はたわんだ状態で静止する。図７に示すよ
うに充電スイッチ４１を開き、同時に放電スイッチ４２
を閉じると、電荷が放電して圧力発生部材２０は矢印６
０の方向に変位する。これによって、弾性板３０は圧力
発生部材２０に押され、フィルム３１はたわみ、インク
室３２内のインク５１を加圧する。その結果、発生した
圧力でノズル３４内のインク５１が加速されてインク滴
５０がノズル３４より吐出する。その後、図８に示すよ
うに、放電スイッチ４２を開き、充電スイッチ４１を閉
じて、圧力発生部材１９を矢印６６の方向に戻し、次回
の吐出に備えるのである。以上が本発明のインクジェッ
トヘッドの吐出原理である。

【００１４】図９に示したように、本発明のインクジェ
ットヘッドは複数個配置することも可能で、複数のノズ
ル３４によって同時に印字、印画できる。この時、ケー
ス３７は圧力発生部材２０の不活性部２７を長さＬ２に
渡って固定し、活性部２６とはギャップｇ１を保ち、固
定することはない。

【００１５】本発明の主旨によれば、複数の圧力発生部
材２０は圧電素子で形成されたバルク２４に切込み２５
を入れて、バルク２４から分離されることなく、櫛歯状
に形成される。このため、圧力発生部材２０はバルク２
４から接着材等の接合面を介在することなく、連続的に
固定、支持されることになる。従って、固定端部２８は
理想的な不動固定に近くなり、圧力発生部材２０内の活
性部２６で発生した密度波は固定端部２８で、理想に近
い固定端として反射されるようになる。このため、圧力
発生部材２０の振動はこの反射密度波によって振動が強
め合うことになるため、端面２９が変位する際のピーク
速度が大きくなる利点がある。従って、より低い電圧で
も十分な速度を持ったインク滴を吐出することが可能に
なるのである。また、固定端部２８が理想的な固定端に
近づくため、圧力発生部材２０は張り出し長さＬ１をス
パンとする単一モードの縦振動だけをすることになり、
例えば、長さＬ３をスパンとするような振動モードは発
生しにくくなる。従って、端面２９の変位速度は時間に
対して正弦波状に発生することになる。このため、イン
ク吐出時にはインクがなめらかに加速され、ドット割れ
等発生することなく、一つのドットを吐出できるように
なるのである。

【００１６】図１０は図９のインクジェットヘッドの圧
力発生部材２０を示したものである。複数の圧力発生部
材２０はバルク２４から切込み２５によって櫛歯状に切
り出され、長さＬ１の棒形状を成している。外部電極２
２は複数の圧力発生部材２０に１対１に対応して配設さ
れている。各々の外部電極２２は電気的には絶縁されて
いて、外部の駆動用回路と電気的に接続される。

【００１７】図１１、図１２、図１３、図１４、図１５
に本発明のインクジェットヘッドの圧力発生部材２０の
製造工程を示す。図１１は加工前のバルク２４で、圧電
素子２３は内部電極２１によって挟まれ、外部電極２２
は内部電極２１と電気的に接続して、バルク２４の外部
に配設されている。図１２はダイシングカッター７０に
よってバルク２４に切込みを入れて、圧力発生部材２０
を形成する状態を示している。その結果、図１３に示す
ように切込み２５が入り、圧力発生部材２０が形成され
るのである。これを複数回、繰り返すことによって図１
４に示すように、圧力発生部材２０を複数個、形成する
ことができるのである。その後、エッチング処理等によ
って外部電極２２を選択的に除去することによって、図
１５に示すように、外部電極２２を複数に分離し、各々
の圧力発生部材２０が駆動できるようにするのである。

【００１８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明のインクジェ
ットヘッドは、複数の圧力発生部材が圧電素子のバルク
に切込みを入れて、バルクから分離されることなく、櫛
歯状に形成されている。このため、圧力発生部材はバル
クから、接着材等の接合面を介在することなく、連続的
に固定、支持されることになる。従って、固定端部は理
想的な不動固定に近くなり、圧力発生部材内の活性部で
発生した密度波は固定端部で、より理想的な固定端とし
て反射されるようになる。このため、圧力発生部材の振
動はこの反射密度波によって振動が強め合うことになる
ため、端面が変位する際のピーク速度が大きくなる利点
がある。これによって、圧力発生部材を駆動する電圧を
低くしても十分な速度を持ったインク滴を吐出すること
が可能になる。このため、駆動回路や電源を簡略化する
ことが可能となり、インクジェットプリンタの低コスト
化、軽量化を実現できるのである。

【００１９】また、その他の効果としては、固定端部が
理想的な固定端に近づくため、圧力発生部材は張り出し
長さをスパンとする単一モードの縦振動をすることにな
り、その他の振動モードは発生しにくくなる。従って、
端面の変位速度は時間に対して正弦波状に発生すること
になる。このため、インク吐出時にはインクがなめらか
に加速され、ドット割れ等発生することなく、一つのド
ットを吐出できるようになる。これによって、紙面上に
単一のドットを構成することが可能で、輪郭のはっきり
した印字が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェットヘッドを搭載したプリ
ンタの斜視図。

【図２】本発明のインクジェットヘッドの縦断面図。

【図３】本発明のインクジェットヘッドに用いられてい
る圧力発生部材の説明図。

【図４】圧力発生部材の動作の説明図。

【図５】圧力発生部材の動作の説明図。

【図６】本発明のインクジェットヘッドのインク吐出時
の説明図。

【図７】本発明のインクジェットヘッドのインク吐出時
の説明図。

【図８】本発明のインクジェットヘッドのインク吐出時
の説明図。

【図９】本発明のインクジェットヘッドを複数個配設し
た際の斜視図。

【図１０】本発明のインクジェットヘッドに用いられて
いる圧力発生部材の斜視図。

【図１１】本発明のインクジェットヘッドに用いられて
いる圧力発生部材の加工前のバルクの斜視図。

【図１２】図１１に示したバルクの加工過程の説明図。

【図１３】図１１に示したバルクの加工過程の説明図。

【図１４】図１１に示したバルクの加工過程の説明図。

【図１５】図１１に示したバルクの加工過程の説明図。

【符号の説明】

１ ・・・・ 記録媒体 ９ ・・・・ インクジェットヘッド ２０ ・・・・ 圧力発生部材 ２１ ・・・・ 内部電極 ２２ ・・・・ 外部電極 ２３ ・・・・ 圧電素子 ２４ ・・・・ バルク ２５ ・・・・ 切込み ２６ ・・・・ 活性部 ２７ ・・・・ 不活性部 ２８ ・・・・ 固定端部 ２９ ・・・・ 端面 ３０ ・・・・ 弾性板 ３１ ・・・・ フィルム ３２ ・・・・ インク室 ３３ ・・・・ ノズル形成基板 ３４ ・・・・ ノズル ３５ ・・・・ インク供給口 ３６ ・・・・ キャビティ ３７ ・・・・ ケース ４０ ・・・・ 電源 ４１ ・・・・ 充電スイッチ ４２ ・・・・ 放電スイッチ ５０ ・・・・ インク滴 ５１ ・・・・ インク ７０ ・・・・ ダイシングカッター

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 ノズルを有するノズル形成基板と、前記
   ノズルの各々に１対１に接続して配置されたインク室を
   備え、圧力発生部材によって前記インク室の弾性壁を変
   位させ、前記インク室内のインク圧力を高め、前記ノズ
   ルから吐出させるインクジェットヘッドにおいて、 前記圧力発生部材が単一塊に切れ込みを入れた櫛歯形状
   であることを特徴とするインクジェットヘッド。