JPH058384A - 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】印字の高密度化且つ高品質化を実現すると共
に、生産性が良く、しかも高粘度のインクを使用できる
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】圧電材からなる分極体１の内部に、多数の湾曲
状の個別インク路１１を一定間隔を置いてアレイ状に形
成し、この個別インク路１１のインクの流れ方向とアレ
イ方向に垂直な方向に延びる個別インク路１１の一方の
壁（右側の壁）に共通電極１３を、他方の壁（左側の
壁）に個別電極１４を設けた。 【作用】共通及び個別電極１３、１４の印加電圧の極性
と、隔壁１２の矢印方向の分極との関係から、隔壁１２
がアレイ方向に大きく変位する。

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電歪素
子を配置したものである。このプリントヘッドでは、電
歪素子に電界を加えて電歪素子を変位させ、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電歪素子を利用する通
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り、より高密度を実現しようとす
ると生産性が悪くなり、コスト高になる。又、印字品質
を高めるためには高密度化の他に高粘度のインクを使用
することも求められるのであるが、それにはインク路
（特に個別インク路）を可及的に短くしてインクの流体
摩擦を小さくしなければ、インクを飛ばすことができな
い。しかし、前記プリントヘッドでは、インク路をこれ
以上短縮するのは困難であるため、高粘度のインクを使
用するのは無理である。

【０００４】一方、このようなプリントヘッドを備える
電子機器においても、より一層の印字高密度化、高品質
化には限界がある。従って、本発明の目的は、印字の高
密度化且つ高品質化を実現すると共に、生産性が良く、
しかも高粘度のインクを使用できる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、圧電材
からなる分極体の内部に、多数の曲状の個別インク路を
一定間隔を置いてアレイ状に形成し、この個別インク路
のインクの流れ方向とアレイ方向に垂直な方向に延びる
個別インク路の壁に電極を設けたことを特徴とする。

【０００６】本発明のプリントヘッドは、多数の曲状の
個別インク路によって個別インク路間に形成される曲状
の隔壁をアレイ方向に変位させ、個別インク路の容積を
増減して、個別インク路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、分極体の各隔壁は、例えばアレイ方向に分極
しており、この分極状態で、個別インク路のインクの流
れ方向とアレイ方向に垂直な方向に延びる個別インク路
の壁に設けた電極に適当な極性の電圧を印加すると、分
極の正負電荷と電圧の正負極性に応じて隔壁が前記垂直
な方向に伸縮すると同時に、この伸縮がアレイ方向への
大きな変位となって現れ、個別インク路の容積が変化す
る。即ち、分極体の各隔壁において、例えば隔壁の曲が
り方向（個別インク路の曲がり方向）側を正電荷に、そ
の反対側を負電荷に分極しておき、隔壁の、個別インク
路の曲がり方向側とは反対側の側壁に設けた電極に正の
電圧を、隔壁の、個別インク路の曲がり方向側の側壁に
設けた電極に負の電圧を印加すると、この両電極が存在
する隔壁が前記垂直な方向に伸張し、結果的にアレイ方
向に大きく変位する。これにより、変位した隔壁に隣接
する個別インク路のインク容量が増し、インクが当該個
別インク路に十分に供給される。

【０００７】次に、印加電圧の極性を反転するか、若し
くは印加電圧を遮断すると、印加電圧の極性を反転した
場合には上記と全く逆の現象が起こり、隔壁が前記垂直
な方向に縮み、先の変位方向とは反対方向に大きく変位
する。又、印加電圧を遮断した場合には、変位した隔壁
が元の状態に戻る。この隔壁の反動によって増量した個
別インク路のインクが押されて、個別インク路の先端口
（オリフィス）からインクが噴出される。このように、
本発明のプリントヘッドは、隔壁の前記垂直な方向への
小さな変位（伸縮）を隔壁のアレイ方向への大きな変位
に変換することにより、個別インク路のインクを押し出
すという作用を有する。

【０００８】本発明のプリントヘッドで、分極体を構成
する圧電材としては、既知のものを使用すればよく、例
えばＰＺＴからなるものを使用する。分極体は任意の方
向に全体的又は部分的に分極しているものであるが、こ
の分極化は分極体の作製工程で行ってもよいし、当初か
ら分極化した圧電材を用いても構わない。

【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側断面図を示す。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全く相
違なく、ここではプリントヘッドを中心に述べる。図１
のプリントヘッドは、分極体１と、分極体１の背面に取
付けた裏蓋２と、分極体１の前面に取付けたオリフィス
プレート３とを備える。

【００１０】図２において、分極体１は前記圧電材から
なり、その内部には、これの背面から前面に貫通する多
数の湾曲状の個別インク路１１が一定間隔を置いてアレ
イ状に形成されている。この個別インク路１１は、図中
の右方向（アレイ方向）に若干湾曲し、図１から分かる
ようにインクの流れ方向とアレイ方向に垂直な方向（図
１では上下方向）の寸法（例えば１．２ｍｍ）がインク
の流れ方向（図１では左右方向）の寸法（例えば１．０
ｍｍ）よりも大きく、所謂縦長を呈するものである。な
お、個別インク路１１の幅は、例えば１ｍｍである。こ
の個別インク路１１によって、個別インク路間には隔壁
１２が形成され、当然ながら隔壁１２も個別インク路１
１と同様に同方向に湾曲する。個別インク路１１と隔壁
１２は平面及び断面とも縦に細長い湾曲長方形を呈す
る。又、各隔壁１２は図２に示す矢印方向に分極してい
る。

【００１１】個別インク路１１のインクの流れ方向とア
レイ方向に垂直な方向（図２では上下方向）に延びる個
別インク路の壁（隔壁１２の側壁に相当）に沿って、共
通電極１３と個別電極１４が設けられている。共通電極
１３は、個別インク路１１の曲がり方向側の壁（右側の
壁）に位置し、個別電極１４は、曲がり方向とは反対方
向側の壁（左側の壁）に位置する。要するに、隔壁１２
の左側が共通電極１３に、右側が個別電極１４になって
いる。両電極１３、１４の配線パターンは、図２に示す
ように、共通電極１３が分極体１の上部から延び、個別
電極１４が分極体１の下部から延びるものであり、両電
極１３、１４は電気的に接続されている。なお、共通及
び個別電極１３、１４は図面には特に示していないが、
分極体１の背面側に導かれている。

【００１２】図１において、裏蓋２は分極体１の個別イ
ンク路１１に連通する共通インク路２１を有する。又、
オリフィスプレート３は分極体１の個別インク路１１に
対応する多数のオリフィス３１を有する（図３参照）。
従ってインクは、共通インク路２１を経て、個別インク
路１１に流れ、オリフィス３１から噴出される。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。要部の拡大図を示す図２において、各隔壁１２が矢
印方向に分極している状態で、例えば隔壁１２ａの左側
に在る共通電極１３ａに正極性の電圧を、右側に在る個
別電極１４ａに負極性の電圧をそれぞれ印加する。この
極性の電圧印加により、隔壁１２ａは、共通電極１３ａ
側においては分極の負電荷と電圧の正極性との関係か
ら、個別電極１４ａ側においては分極の正電荷と電圧の
負極性との関係から、図中の上下方向に縮む。隔壁１２
ａが上下方向に縮むと、結果として隔壁１２ａは当初の
湾曲状態を打ち消すように大きく変位する（図中の点線
部分）。これにより、実質的に隔壁１２ａの上下方向の
変位がアレイ方向の変位に変換されたことになり、その
アレイ方向の変位量も上下方向の変位量に比べて格段に
増加している。隔壁１２ａの変形により、その右隣に位
置する個別インク路１１ａの容積が実質上増加し、この
個別インク路１１ａにインクが充足される。

【００１３】なお、隔壁１２ａがその左隣の個別インク
路１１ｂを閉塞する程度まで変位しても、インク容積が
増えていない状態のこの個別インク路１１ｂのインクは
少量であるため、たとえ隔壁１２ａによってインク容積
が小さくなっても、インクがオリフィスから押し出され
ることはない。このように、任意の隔壁の電極に適当な
極性の電圧を印加することで、意図する隔壁のみを変位
させることができる。

【００１４】隔壁１２ａが十分に変位した後、印加電圧
を遮断するか、若しくは印加電圧の極性を反転すると、
電圧遮断の場合には、隔壁１２ａが元の湾曲状態に戻
る。電圧極性反転の場合には、隔壁１２ａには上記の作
用とは逆の作用が生ずる。即ち、隔壁１２ａは、共通電
極１３ａ側における分極の負電荷と電圧の負極性とによ
り、及び個別電極１４ａ側における分極の正電荷と電圧
の正極性とにより、上下方向に伸長する結果、湾曲方向
（右方向）に更に大きく湾曲する。この隔壁１２ａの戻
り、若しくは湾曲方向への変位による反動によって、一
旦容積が増した個別インク路１１ａの容積が減少し、こ
の容積減少によりインクが押され、オリフィスプレート
３の対応オリフィスからインクが噴出される訳である。

【００１５】但し、上述の実施例では、最初に隔壁１２
ａを湾曲状態を解消するように変位させた後に、元の湾
曲状態、若しくは一層の湾曲状態に戻る反動を利用し
て、隔壁１２ａの右隣の個別インク路１１ａのインクを
押し出すようにしたが、このインク噴出の仕方とは反対
であってもよい。即ち、最初に隔壁１２ａを当初の湾曲
状態から更に大きく湾曲させて、隔壁１２ａの左隣の個
別インク路１１ｂの容積を増やし、次に隔壁１２ａを元
の湾曲状態、若しくはほぼ真直ぐな状態まで戻して、個
別インク路１１ｂの容積を減ずると同時にインクを押し
出す態様であっても構わない。

【００１６】上記実施例のプリントヘッドの製造例につ
いて図４〜図６を参照して述べると、まず図４に示すよ
うに適当な圧電材を成形・焼成してなる分極体１の内部
に、エキシマレーザ加工或いは型等によって多数の湾曲
状の個別インク路１１を一定間隔を置いてアレイ状に形
成する。勿論、この個別インク路１１は図１に示す如く
分極体１を貫通し、縦長を呈するものである。又、個別
インク路１１間には隔壁１２が形成される。次いで、図
５において、個別インク路１１の上下方向の両壁（即ち
隔壁１２の両側壁）に沿って、スパッタリング等により
図示の如くパターンニングし、個別インク路１１の両壁
に電極を設ける。この実施例では、前述の通りに、隔壁
１２の左側壁が共通電極１３に、右側壁が個別電極１４
になる。そして、図６において、共通電極１３に正極性
の電圧を、個別電極１４に負極性の電圧を印加すれば、
各隔壁１２は図中の矢印方向に分極することになる。そ
の後、図１に示す如き共通インク路２１を有する裏蓋２
と、オリフィス３１を有するオリフィスプレート３を、
分極体１の背面と前面にそれぞれ取付ければ完成する。

【００１７】本発明のプリントヘッドでは、個別インク
路１１の形状は曲状であれば特定されないのであるが、
その変更例を図７に示す。この個別インク路１１’はそ
の上下方向のほぼ中央から右方向に屈曲し、隔壁１２’
も当然屈曲する。この実施例でも、共通及び個別電極
（図面では省略してある）に適当な極性の電圧を印加す
ることで、隔壁１２’が上下方向に伸縮し、この伸縮に
よる隔壁１２’のアレイ方向の変位を利用して、隔壁１
２’に隣接する個別インク路１１’のインクを押し出す
ことができる。

【００１８】

【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、個別インク路
の壁に設けた電極に適当な極性の電圧を印加すること
で、個別インク路間の隔壁における分極の正負電荷と印
加電圧の正負極性とに応じて、隔壁が伸縮して結果的に
アレイ方向に変位し、それに伴って個別インク路のイン
ク容積が増大する。次に、印加電圧を遮断するか、若し
くは電圧の極性を反転すれば、変位状態の個別インク路
の反動により個別インク路のインク容積が減少し、個別
インク路のインクが押し出されるという画期的なもので
ある。

【００１９】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、分極体
は圧電材の成形・焼成で得られ、個別インク路は分極体
にレーザ加工等を施すことにより形成され、更に分極化
はプリントヘッドの性能やプロセス面からヘッドの製造
工程中の最適な段階で行えばよい等、生産性が非常に高
く廉価である。

【００２０】更に、個別インク路を相当短縮（インクの
流れ方向とアレイ方向に垂直な方向の寸法をインクの流
れ方向の寸法よりも随分大きく）できるため、高粘度の
インクを使用できる。この他、個別インク路は、インク
の流れ方向の寸法がインクの流れ方向とアレイ方向に垂
直な方向の寸法よりも短いので、多くのドットを配列す
るライン型プリントヘッドに好適である。

【００２１】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側断
面図である。

【図２】図１に示すプリントヘッドの要部拡大断面図で
ある。

【図３】図１に示すプリントヘッドにおけるオリフィス
プレートの正面図である。

【図４】図１に示すプリントヘッドの製造例を説明する
ための第１段階の工程図である。

【図５】図１に示すプリントヘッドの製造例を説明する
ための第２段階の工程図である。

【図６】図１に示すプリントヘッドの製造例を説明する
ための第３段階の工程図である。

【図７】分極体に形成する個別インク路の変更例を示す
拡大断面図である。

【符号の説明】

１ 分極体 ２ 裏蓋 ３ オリフィスプレート １１、１１’ 個別インク路 １２、１２’ 隔壁 １３ 共通電極 １４ 個別電極

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧電材からなる分極体の内部に、多数の曲
   状の個別インク路を一定間隔を置いてアレイ状に形成
   し、この個別インク路のインクの流れ方向とアレイ方向
   に垂直な方向に延びる個別インク路の壁に電極を設けた
   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】前記個別インク路は、インクの流れ方向と
   アレイ方向に垂直な方向の寸法がインクの流れ方向の寸
   法よりも大きいものであることを特徴とする請求項１記
   載のインクジェットプリントヘッド。
3. 【請求項３】請求項１又は２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。