JPH0550593A - インクジエツトプリンタヘツド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本体プレートの凹部上に予め分極された一対
の圧電性部材を位置させて圧力室を形成したインクジェ
ットプリンタヘッドにおいて、配線構造を簡略化して小
型軽量化や生産性向上等を実現する。 【構成】 連設方向に分極された圧電性部材２０間に非
圧電性部材２１，２２を設けた駆動プレート１６の一面
に共通電極２４を一様に形成すると共に他面には圧電性
部材毎に選択的に個別電極２３を形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、オンデマンド方式のイ
ンクジェットプリンタヘッドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在、静粛で高密度印刷が可能なインク
ジェットプリンタヘッドとして、オリフィスからインク
滴を吐出させて印刷用紙に定着させるインクジェットプ
リンタヘッドなどが実用化されている。

【０００３】例えば、オンデマンド方式のインクジェッ
トプリンタヘッドでは、アレイ状に連設されたオリフィ
スの各々に連通した圧力室内に少なくとも表面が変位自
在な圧力発生手段を設けた構造などとなっている。そし
て、このようなインクジェットプリンタヘッドでは、印
刷画像に対応した駆動電力で圧力発生手段を振動させて
圧力室内のインクをオリフィスからインク滴として吐出
させるようになっている。

【０００４】そして、現在では上述のようなインクジェ
ットプリンタヘッドの圧力発生手段として予め分極した
圧電性部材を使用することが提案されている。この圧電
性部材１とは、図３に例示するように、予め設定した分
極方向と直角に電界を印加すると、この通電方向には伸
縮することなく分極方向のみに変形するような部材であ
り、このような横滑り変形をシェアモード変形と呼称し
ている。図示した圧電性部材１は両端部に電極２を設け
て左端を固定した場合を例示しているが、例えば、この
ような圧電性部材１の下縁部を固定すると左右方向のみ
に横滑り変形を生じさせることも可能である。なお、こ
のような圧電性部材１は、分極方向や通電方向を反転さ
せると変形方向も反転するようになっている。

【０００５】そして、このような圧電性部材を利用した
インクジェットプリンタヘッドが、USP4584590、USP482
5227などに開示されているが、これらの明細書に開示さ
れたインクジェットプリンタヘッドは、いずれも圧電性
部材に縦振動モードや横振動モードなどの不要な変形が
生じるためにクロストークが発生するなどの課題を有し
ている。

【０００６】そこで、このような課題を解決した装置と
して特開平3-49957号公報に開示されたインクジェット
プリンタヘッドを図４及び図５に基づいて説明する。こ
のインクジェットプリンタヘッド３は、図４に例示する
ように、サーミスタからなる電極４と圧電性部材である
圧電性セラミック５とが交互に形成された薄板状の駆動
プレート６と、オリフィスやインク供給路(共に図示せ
ず)が各々連通した複数の凹部がアレイ状に連設された
厚板状の本体プレート７とを各々形成し、これらのプレ
ート６，７を接着剤８で一体に接合して一対の前記圧電
性セラミック５で凹部を遮蔽することで圧力室９を形成
した構造となっている。

【０００７】ここで、このようなインクジェットプリン
タヘッド３の駆動プレート６の製作方法を図５に基づい
て説明する。まず、圧電性セラミック５を形成するチタ
ン酸ジルコン酸鉛系のセラミック材料１０と電極４を形
成するチタン酸バリウム系のセラミック材料１１とをド
クターブレード法などで各々シート状に成形し、同図
(ａ)に例示するように、これを交互に積層して加熱圧着
させた後に所定寸法に切削等して一体焼成する。このよ
うにすることで、圧電性セラミック５と電極４とが交互
に積層されたセラミック塊１２が得られるので、同図
(ｂ)に例示するように、これを積層方向と直角に切断す
ることで駆動プレート６と同形状のセラミック板１３が
形成される。ここで、このセラミック板１３は、この段
階では圧電性セラミック５の分極方向がランダムなの
で、同図(ｃ)に例示するように、このセラミック板１３
の切断面に平板電極１４，１５を装着し、圧電性セラミ
ック５のキュリー温度より低く電極４のキュリー温度よ
り高い温度領域内で通電を行なう。このようにすること
で、この温度領域内ではサーミスタ材料からなる電極４
は絶縁体で圧電性セラミック５は導電性を有するので、
この圧電性セラミック５のみが良好に分極された駆動プ
レート６を得ることができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記公報に開示された
インクジェットプリンタヘッド３では、駆動プレート６
内の圧電性セラミック５間に電極３が位置しているの
で、この電極４や配線(図示せず)の数量が増加して小型
軽量化や生産性向上が阻害されている。

【０００９】また、このインクジェットプリンタヘッド
３では、駆動プレート６の電極４は圧電性セラミック５
の分極を実現するためにサーミスタ材料である必要があ
り、その材料の選択性が低いと共に、本体プレート７と
の接合方法も接着などに限定されがちである。さらに、
このインクジェットプリンタヘッド３では、本体プレー
ト７との接合を良好にするために駆動プレート６の電極
４を100(μm)程度に分厚く成形する必要があるが、この
ような厚さの電極４をスパッタリングや蒸着等の薄膜技
術で形成することは困難である。

【００１０】また、上述したインクジェットプリンタヘ
ッド３では、駆動効率を確保するために圧電性セラミッ
ク５を連設方向に細長く形成しているが、その両端面に
位置する電極４と圧電性セラミック５との導通面積が小
さいと共に圧電性セラミック５の長手方向に通電が行な
われるため、その電極抵抗が増加して省電力化が困難に
なっている。つまり、上述したインクジェットプリンタ
ヘッド３は、実際には各部の形成が困難で生産性が低い
と共に省電力化も困難となっている。

【００１１】本発明は、配線構造が簡易で小型軽量化や
生産性向上及び省電力化も可能なインクジェットプリン
タヘッドを得るものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】オリフィスとインク供給
路とが各々連通した複数の凹部がアレイ状に連設された
本体プレートを設け、この本体プレートの凹部上に予め
分極された一対の圧電性部材を各々位置させて圧力室を
形成し、インク供給路から供給されて圧力室内に保持さ
れたインクを印加電力に従って変形する圧電性部材で加
圧してオリフィスから吐出するようにしたインクジェッ
トプリンタヘッドにおいて、連設方向に分極された圧電
性部材の各対間に非圧電性部材を設けて平板状に形成し
た駆動プレートを設け、この駆動プレートの一面には複
数個の圧電性部材に導通する共通電極を一様に形成する
と共に他面には少なくとも圧電性部材の各対毎に選択的
に導通する個別電極を形成した。

【００１３】

【作用】駆動プレートの一面には共通電極を一様に形成
すると共に他面には圧電性部材毎に個別電極を形成した
ことで、配線構造が簡易で小型軽量化や生産性向上及び
省電力化も可能なインクジェットプリンタヘッドを得る
ことができる。

【００１４】

【実施例】本発明の実施例を図１及び図２に基づいて説
明する。まず、図１に例示するように、このインクジェ
ットプリンタヘッド１６では、オリフィス１７とインク
供給路(図示せず)とが各々連通した複数の凹部がアレイ
状に連設された厚板状の本体プレート１８と、薄板状の
駆動プレート１９とを一体に接合した構造となってい
る。ここで、この駆動プレート１９は、連設方向で相対
向する方向に分極された一対の圧電性部材２０の中央部
と両端部とに非圧電性部材２１，２２を設け、その表面
には前記圧電性部材２０上に薄膜状の個別電極２３を個
々に設けると共に、裏面には薄膜状の共通電極２４を一
様に設けた構造となっている。そして、このインクジェ
ットプリンタヘッド１６では、一対の前記圧電性部材２
０の両端部の前記非圧電性部材２２下の位置で、前記駆
動プレート１９が前記共通電極２４を介して前記本体プ
レート１８に接着されることで圧力室２５が形成されて
いる。

【００１５】なお、このような構造のインクジェットプ
リンタヘッド１６では、その圧電性部材２０は図中の表
裏面の方向では本体プレート１８に固定することなく封
止する必要があるが、これは弾性を有する接着剤やフィ
ルム等で実現可能である。

【００１６】このような構成において、このインクジェ
ットプリンタヘッド１６では、インク供給路から供給さ
れるインク２６が圧力室２５内に保持された状態で所定
の電極２３，２４間に通電が行なわれると、図示するよ
うに、圧力室２５上の一対の圧電性部材２０がシェアモ
ード変形を生じてオリフィス１７からインク２６が吐出
される。

【００１７】なお、このインクジェットプリンタヘッド
１６では、駆動プレート１９内の圧電性部材２０は図中
水平となる連設方向に分極されており、この分極方向が
図示するように同一の場合は、一対の圧電性部材２０に
は相違する上下方向に通電を行なうことになるので、例
えば、共通電極２４を接地して各個別電極２３にスイッ
チング素子を介して正負の定電圧電源を接続するような
配線を行なう。また、圧電性部材２０の分極方向が交互
に相違する場合は、一対の圧電性部材２０には同一の上
下方向に通電を行なうことになるので、例えば、共通電
極２４に一個の定電圧電源を接続して個別電極２３を各
対毎にスイッチング素子を介して接地するような配線を
行なう。また、このインクジェットプリンタヘッド１６
では、駆動される圧電性部材２０にはシェアモード変形
のみが生じるので、クロストークの発生が防止されてい
る。

【００１８】つまり、このインクジェットプリンタヘッ
ド１６では、全ての圧電性部材２０に導通した共通電極
２４には一個の配線を行なえば良いので、その配線構造
が極めて簡易で小型軽量化や生産性向上に寄与すること
ができる。

【００１９】さらに、このインクジェットプリンタヘッ
ド１６では、駆動プレート１９内の非圧電性部材２１，
２２としては、ポリアセタールやポリエチレンテレフタ
レート等のように圧電性部材２０との低温熱融着が容易
な樹脂材が利用可能である。なお、このような非圧電性
部材２１，２２を圧電性部材２０に接着する場合の接着
剤としては、エポキシ系熱硬化型の接着剤や光硬化型の
接着剤が利用される。

【００２０】そして、このインクジェットプリンタヘッ
ド１６では、各電極２３，２４や非圧電性部材２１，２
２をサーミスタで製作することを要しないので、その材
料の選択性や製作方法の自由度が極めて良好である。特
に、各電極２３，２４は平板状の駆動プレート１９の表
裏面に形成するだけなので、スパッタリングや蒸着等の
薄膜技術で簡易に形成することができ、その生産性が極
めて良好である。

【００２１】また、このインクジェットプリンタヘッド
１６では、駆動効率を良好に確保するために圧電性部材
２０は連設方向に細長く形成しているが、その細長い表
裏面に各電極２３，２４が形成されているので、この各
電極２３，２４と圧電性部材２０との導通面積が大きい
と共に圧電性部材２０の短手方向に通電が行なわれ、圧
電性部材２０の電極抵抗を低減して消費電力を軽減する
ことが可能である。

【００２２】なお、このように駆動プレート１９内の一
対の圧電性部材２０を相対向する方向に分極する手段と
しては、予め分極した平板状の圧電性部材２０や非圧電
性部材２１，２２等を順次積層して駆動プレート１９の
形状に切断することなどで実施可能である。なお、この
ようにして製作する駆動プレート１９の各電極２３，２
４は、部材２０〜２２の積層前に圧電性部材２０にメッ
キやスパッタリングで製作することや、部材２０〜２２
の積層後にフォトリソグラフィー等で製作することが実
施可能である。

【００２３】なお、本実施例のインクジェットプリンタ
ヘッド１６では、一対の圧電性部材２０の分極方向が同
一で通電方向が相違することを想定して個別電極２３を
各圧電性部材２０毎に個々に設けることを例示したが、
図２に例示するように、駆動プレート２７内の一対の圧
電性部材２８の分極方向を相違させて通電方向を同一に
することで、一対の圧電性部材２８に共通する個別電極
２９を形成したインクジェットプリンタヘッド３０など
も実施可能である。このようにすることで、このインク
ジェットプリンタヘッド３０では、さらに電極２４，２
９や配線の個数が低減されて構造が簡略化されるので、
より小型軽量化や生産性向上に寄与することができる。

【００２４】

【発明の効果】本発明は上述のように、オリフィスとイ
ンク供給路とが各々連通した複数の凹部がアレイ状に連
設された本体プレートを設け、この本体プレートの凹部
上に予め分極された一対の圧電性部材を各々位置させて
圧力室を形成し、インク供給路から供給されて圧力室内
に保持されたインクを印加電力に従って変形する圧電性
部材で加圧してオリフィスから吐出するようにしたイン
クジェットプリンタヘッドにおいて、連設方向に分極さ
れた圧電性部材の各対間に非圧電性部材を設けて平板状
に形成した駆動プレートを設け、この駆動プレートの一
面には複数個の圧電性部材に導通する共通電極を一様に
形成すると共に他面には少なくとも圧電性部材の各対毎
に選択的に導通する個別電極を形成したことにより、複
数個の圧電性部材に導通する共通電極によって電極や配
線の数量が低減されて構造が簡略化され、しかも、非圧
電性部材や電極の材料の選択性や製作方法の自由度が極
めて良好であり、圧電性部材を連設方向に細長く形成し
ても導通面積が大きいと共に短手方向に通電が行なわれ
るので、小型軽量化や生産性向上及び省電力化が可能な
インクジェットプリンタヘッドを得ることができる等の
効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す縦断正面図である。

【図２】変形例を示す縦断正面図である。

【図３】圧電性部材の作動原理を示す模式図である。

【図４】従来例を示す縦断正面図である。

【図５】駆動プレートの製作方法を示す工程図である。

【符号の説明】

１６，３０ インクジェットプリンタヘ
ッド １７ オリフィス １８ 本体プレート １９，２７ 駆動プレート ２０，２８ 圧電性部材 ２３，２４，２９ 電極 ２１，２２ 非圧電性部材 ２５ 圧力室 ２６ インク

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 オリフィスとインク供給路とが各々連通
   した複数の凹部がアレイ状に連設された本体プレートを
   設け、この本体プレートの凹部上に予め分極された一対
   の圧電性部材を各々位置させて圧力室を形成し、前記イ
   ンク供給路から供給されて前記圧力室内に保持されたイ
   ンクを印加電力に従って変形する前記圧電性部材で加圧
   して前記オリフィスから吐出するようにしたインクジェ
   ットプリンタヘッドにおいて、連設方向に分極された前
   記圧電性部材の各対間に非圧電性部材を設けて平板状に
   形成した駆動プレートを設け、この駆動プレートの一面
   には複数個の前記圧電性部材に導通する共通電極を一様
   に形成すると共に他面には少なくとも前記圧電性部材の
   各対毎に選択的に導通する個別電極を形成したことを特
   徴とするインクジェットプリンタヘッド。