JPH06143564A

JPH06143564A - インクジェットヘッド

Info

Publication number: JPH06143564A
Application number: JP31425792A
Authority: JP
Inventors: Hisato Hiraishi; 久人平石; Mikinobu Hoshino; 干野　　幹信
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 1992-10-30
Filing date: 1992-10-30
Publication date: 1994-05-24

Abstract

(57)【要約】【目的】圧電体細片を伸縮モードで駆動する方式のイン
クジェットヘッドのインク吐出力を向上させること。【構成】圧電体細片２ｂ、２ｃのチャネル側に電極４ｂ
１、４ｂ２、４ｃ１、４ｃ２を設け、細片はチャネルに
向かう方向７に分極しておく。各細片の両側の電極に電
圧を印加し、分極と同じ方向の電界を発生させる。これ
により、細片に伸縮モードによる変形を起こし、インク
チャネル５ｂｃからインクを吐出させる。吐出力は細片
の高さを高くすれば増大できる。【効果】低い駆動電圧でも、細片の高さを高くすること
により高い吐出力が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ドロップ・オン・デマ
ンド（ＤＯＤ）型のインクジェットヘッドに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】今日その市場を大きく拡大しつつあるノ
ンインパクト・プリンターの内で、原理が最も単純で、
且つカラー印刷に好適なものとしてインクジェット・プ
リンターがあり、そのうちでも、ドット形成時にのみイ
ンク滴を吐出するいわゆるＤＯＤ型が主流といえる。Ｄ
ＯＤ型としては特公昭５３−１２１３８に開示されてい
るカイザー型、あるいは、特公昭６１−５９９１４に開
示されているサーマルジェット型がその代表的な方式と
して有る。このうち、前者は小型化が難かしく、後者は
高熱をインクに加える為にインクが焦げ付くと言う、そ
れぞれに非常に困難な問題を抱えている。

【０００３】以上のような欠陥を同時に解決する方式と
して、特開昭５９−１５９３５８に開示された、圧電性
素材の細片を伸縮モードで駆動する構成が提案されてい
る。図７は断面構造図で、導電性の支持基板７１上にＰ
ＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）の様な圧電性素材の細片
７２ｂ、７２ｃ、７２ｄなどを平行に固着する。そし
て、該細片の上面部を絶縁性の蓋７３にやはり固着する
ものであるが、該蓋の固着面側には予めパターニングを
施した電極７４ｂｃ、７４ｄｅを形成しておく。

【０００４】このようにして、各細片間には細長いチャ
ネルが形成されるが、これらのチャネルは交互にそれぞ
れ、インクが充填されたインク室兼インク流路のチャネ
ル（インクチャネル）７５ｂｃ、７５ｄｅと弾性部材を
充填したダミーチャネル７６ａｂ、７６ｃｄ、７６ｅｆ
とになっている。そして、該インクチャネルは、一方の
端が共通のインクだめに接続され、ここよりインクが供
給されるとともに、他方の端には小さなノズル穴のある
ノズル板が接着される。前記圧電性素材の細片は、矢印
７で示されるように（あるいは丁度１８０゜逆の方向
に）一方向に揃えて分極しておく。

【０００５】ここで、電極７４ｂｃに導電性の支持基板
７１に対して負の電位を与えるならば、圧電性素材の細
片７２ｂ、７２ｃはその厚みを減じ、その幅を増すよう
な伸縮モードの変形をおこす。この結果、インクチャネ
ル７５ｂｃは体積が減少して、内部に充填されたインク
の圧力は瞬間的に上昇する。こうして、該インクチャネ
ルの端部に設けられた前記ノズル穴よりインク滴が飛び
出すもので、この原理によりＤＯＤ型のインクジェット
プリンターが実現する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような伸
縮モードのインクジェットヘッドでの、インク吐出力の
向上に係わる。すなわち、特開昭５９−１５９３５８に
開示された代表的な該ヘッドのサイズは、前記細片７２
ｂ、７２ｃの幅及び高さが５０μｍで、インクチャネル
７５ｂｃの長さが１０ｍｍである。該特許中には具体的
な圧電性素材の定数や駆動電圧が開示されていないの
で、仮に、圧電定数としてｄ₃₃＝５ｘ１０^-10ｍ／Ｖ、
駆動電圧として１５０Ｖという共に非常に大きな値を選
んだとしても、前記インクチャネルの体積減少量は約６
０ｐｌである。

【０００７】一方、特開昭６３−１５８０に開示されて
いるように一般にインクジェットのインク滴は直径２０
〜９０μｍで、標準的には４０μｍすなわち約３０ｐｌ
程度以上の液滴量が必要といえる。これは前記体積減少
量の約１／２であり、本構造のインクジェットヘッドの
エネルギー効率を考えるならば（前記共通のインクだめ
への逃げなど）、この３０ｐｌのインク滴吐出ですら、
必ずしも充分に可能とは言い切れないのである。

【０００８】この様なインク吐出力の不足を補うには、
（１）駆動電圧を高める（２）前記細片を高くする
（３）前記細片の幅を広げる、などが考えられる。しか
しながら、（１）は１５０Ｖそのものが既に実用上から
はかなり高い値であり、（２）も駆動電圧を上げなけれ
ば意味がないので何れも採用しがたい。これに対し
（３）は同じ駆動電圧でも吐出力向上の効果が若干ある
が、インクチャネル間のピッチが拡大する為、ノズル間
のピッチも広がって、高解像度の印字に向かなくなると
いう欠点を有する。本発明は、かかる従来ヘッドの構造
に起因したインク滴吐出力不足の問題を解決し、高品質
の印字ができ、しかもノズル穴の目詰まりの起こりにく
い信頼性の高いインクジェットヘッドを提供せんとする
ものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する為、
本発明は、互いに圧電性素材の長い細片により分離され
たチャネルの一本おきにインクを充填してインクチャネ
ルとし、該インクチャネルの両側の細片を伸縮モードに
より変形させ、インクチャネル中のインクをノズル穴を
通して吐出せしめるインクジェットヘッドにおいて、前
記細片を前記チャネルに向かう方向に分極し、駆動電圧
を印加する電極を少なくとも各細片のチャネル面側に形
成し、インクを吐出するインクチャネルの両側の細片の
各電極に、該細片の分極方向に対応した極性の駆動電圧
を印加して、インクを吐出することを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明の如く圧電性素材の細片にチャネル側か
ら電圧を印加するようにすれば、該細片の高さを高める
事で、駆動電圧を上げることなく、しかも、隣接するイ
ンクチャネルとの間隔も変えることも無く、該インクチ
ャネルの体積減少量を増大させる事が出来る。この結
果、インク吐出力が高くかつ高解像度印字に適したイン
クジェットヘッドが得られるものである。しかも、本構
成によれば、従来例でのヘッド製造工程がほぼ適用でき
て、製造上での問題点も想定しがたい。

【００１１】

【実施例】以下本発明による実施例を図面に基づいて説
明する。（実施例１）図１は従来例の図７に対応する本発明によ
るインクジェットヘッドの構成の一例である。ここで
は、絶縁性の支持基板１上に圧電性素材の細片２ｂ、２
ｃ、２ｄ、２ｅが固着されており、該細片の上部がやは
り絶縁性の蓋３に固着される構造となっている。従来例
と異なる点は、支持基板１が絶縁性であることと、細片
の側面に電極４ｂ１、４ｂ２、４ｃ１、４ｃ２等が形成
され、かつ分極が矢印７で図示したように、該電極に直
交するようになっていることである。ただし、該分極の
方向は、全てを一方向に揃える必要はなく、前記の直交
条件を満たしていれば良い。またインクチャネル５ｂ
ｃ、５ｄｅとダミーチャネル６ａｂ、６ｃｄが交互に配
置され、該ダミーチャネル内に弾性部材が充填されてい
る点は従来例と同様である。

【００１２】図２は本発明によるインクジェットヘッド
の斜視図である。本ヘッドは、絶縁性の支持基板１に圧
電性素材の細片２２が平行に固着されインクチャネル２
５、弾性部材を充填したダミーチャネル２６とが交互に
多数形成されており、これらの溝の端部を塞ぐように接
着されたノズル板２８、更にチャネル部全体を覆う蓋３
及びインク流路形成のためのスペーサー２１より構成さ
れる。ノズル板にはインクチャネル２５の端部にあたる
位置にノズル穴があいており、インク滴２７が吐出す
る。尚、インクはインク供給口２９より導入され、共通
のインクだめ２０を通して前記インクチャネル２５に供
給される。ここでは、図面の簡略化のために外部との電
気的接続は省略したが、通常の種々の実装形態をとるこ
とが可能である。

【００１３】作成したヘッドの構成は以下の通りであ
る。支持基板１及び蓋３は何れも厚み０．８ｍｍのアル
ミナで、ＰＺＴの細片は何れも幅５０μｍ、高さ２００
μｍで、インクチャネル２５は幅５０μｍ、長さ１０ｍ
ｍである。そして該細片の側面には、クロムと金の合計
０．８μｍの積層膜で電極が形成されている。ダミーチ
ャネル２６はやはり幅５０μｍで、内部を弾性部材であ
るシリコンゴムで充填した。また、ステンレス製のノズ
ル板２８のノズル穴２３は直径３５μｍで２００μｍの
ピッチで５０個が一列に並べてある。

【００１４】図３は本発明のヘッドの駆動原理説明のた
めの模式図である。ここでは、図１の左半分を拡大して
あり、簡明化のために電極４ｂ１、４ｂ２等は記載を省
略してある。そして、該電極への電圧印加の前の形状を
実線３１、印加の後での形状を破線３２で示した。各細
片の左側面の電極が正、右側面の電極が負になるように
して細片に駆動電圧を印加し、圧電性素材の細片２ｂ、
２ｃのそれぞれに該細片の矢印７で示した分極の方向の
電界を形成する。この結果、該細片は圧電体の性質とし
て伸縮モードの変形を起こし、矢印７の分極方向には伸
び、これと垂直な方向には縮む事になり、破線３２のよ
うに変形する。この為、インクチャネル５ｂｃは体積が
減少して、図７の従来例で説明したと同様にノズル穴よ
りインク滴が吐出するのである。

【００１５】図１〜３に開示した本実施例の効果は次の
通りである。図１に示す本実施例では図７に示す従来例
と比較して、前記細片、前記インクチャネル、前記ダミ
ーチャネルの幅は全て同一で、高さを４倍の２００μｍ
としてある。ここで従来例で示したものと同一の圧電定
数を有する細片を用い、同じ１５０Ｖの電圧を印加する
ならば、インクチャネルの体積減少量は丁度前記高さに
比例する事になり、本発明のサイズの場合、４倍の約１
５０ｐｌとなる。このように、従来例と同一の駆動で極
めて大きな駆動力が得られ、インク吐出力の大幅な向上
が達成されるものである。更に、前記細片の高さは構造
上の問題の生じない範囲で任意に選択することが出来
る。本実施例の構造のヘッドでは、この様に大きな体積
減少量を達成できるので、駆動電圧を大幅に下げて使用
することも可能となり、実用上の更なる大きな利点とな
る。

【００１６】（実施例２）図４は図２に示す実施例に対
して、インク吐出部の構造が異なる実施例を示したもの
である。絶縁性の支持基板１上にインクチャネル２５、
弾性体を充填したダミーチャネル２６とが交互に多数形
成され、インク供給口２９より共通のインクだめ２０を
通して前記インクチャネル２５にインクが供給される点
は同様である。本実施例で特徴的な事は、図２のノズル
板の部分をインク止めの封止板４８に替えた事と、チャ
ネル部全体を覆う蓋３をノズル穴２３付きの蓋４３に置
き換えた事とである。ノズル穴２３はインクチャネル２
５の上に位置し、該ノズル穴よりインク滴２７が吐出す
るが、その方向は図２の場合と９０゜異なる。前記細片
２２が脆弱で特に端部で破損し易く、図２の構成ではノ
ズル板付近で隣接チャネルとの貫通という不良を発生す
る危険性があったが、本構成によれば、充分な量の接着
剤を用いて前記封止板を設けることにより、該充分な量
の接着剤で前記破損のほとんどを救済する事が出来ると
いう長所を有する。

【００１７】（実施例３）図５はチャネルの形成の仕方
が前記実施例と異なる実施例を示す断面図である。本構
造は図１と共通の考えに基づくものであるが、圧電性素
材の基板５１に直接溝を作ることで、残った隔壁５２
ｂ、５２ｃ、５２ｄ、５２ｅを前記細片と等価にするも
のである。本構成によれば、前記細片の支持基板への固
着工程までを１度に行える利点がある。溝の加工は、ダ
イシングソーやワイヤーソーで行う。ここでは、基板５
１は矢印７のように分極した圧電性素材を用いた。この
ため、図１では絶縁性基板であった部分も分極された圧
電体となっているが、本発明の効果には特に重大な影響
を及ぼすものではない。電極４ｂ１、４ｂ２、４ｃ１、
４ｃ２などを前記隔壁の側面に形成し、蓋３をすること
によって、インクチャネル５ｂｃ、５ｄｅとダミーチャ
ネル６ａｂ、６ｃｄを形成すれば、駆動および効果は図
１と同様である。尚、前述の本発明の実施例では、ダミ
ーチャネル６ａｂ、６ｃｄなどは空隙としたが、前述の
ように弾性部材で埋めてもよい。

【００１８】（実施例４）図６は本発明の更に異なる実
施例で、図５と同様圧電性素材に溝を形成するものであ
る。ここでは、圧電性素材の基板６１は溝加工時には無
分極の状態で、該溝内に形成した電極６４ａｂ、６４ｂ
ｃ、６４ｃｄ等を用いて、隔壁６２ｂ、６２ｃ等を、矢
印７のように分極する。この場合、分極の方向は隣接す
る隔壁間で互いに反対方向を向くようにした。このよう
したのは、６ａｂ、６ｃｄ等の全てのダミーチャネルを
共通のグランド電位に固定し、インク吐出に係わるイン
クチャネルに単極性の駆動電気パルス（図６では正極の
パルス）を印加すれば良くなるからである。この様に、
インクチャネルの左右の隔壁の電位を同じに出来るの
で、ここでは前記溝内の全面を共通の電極としているの
である。この結果、駆動が簡略化されるばかりでなく、
引き出し電極数も半減し実装上の利点もきわめて大き
い。

【００１９】尚、本発明の主旨から明らかな様に、ダミ
ーチャネルは単に隣合うインクチャネル間の干渉を防止
するために存在するもので、そのサイズに対する制約は
ほとんどない。従って、高解像度の印字を達成するとい
う観点からみて、その幅は加工条件が許す範囲で狭くす
ることが好ましい。これまでに示した本発明の実施例で
は、ダミーチャネルとインクチャネルの幅を同一として
示したが、このように互いに異なる幅に設定しても問題
はなく、むしろダミーチャネルの幅を狭くしたほうが好
ましいといえる。

【００２０】

【発明の効果】以上、本発明の構造によれば、圧電体細
片の高さを、必要とするインク吐出力に応じて高くでき
るので、圧電体細片を伸縮モードで駆動するインクジェ
ットヘッドにおける一つの重大な課題であった、インク
吐出力の低さを大幅に改善できるものである。従って、
駆動電圧をあまり上げることなく、大きな吐出力を得る
ことができる。更に、インク吐出能力が向上する事によ
り、ばらつきがなく安定した品質の印字が可能となるば
かりでなく、ノズル穴の目詰まりが起こりにくい信頼性
の高いインクジェットヘッドが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるインクジェットヘッドの第１の実
施例の説明図で、断面図である。

【図２】本発明によるインクジェットヘッドの第１の実
施例の説明図で、斜視図である。

【図３】本発明によるインクジェットヘッドの駆動原理
を説明する断面模式図である。

【図４】本発明によるインクジェットヘッドの第２の実
施例の説明図で、斜視図である。

【図５】本発明によるインクジェットヘッドの第３の実
施例の説明図で、断面図である。

【図６】本発明によるインクジェットヘッドの第４の実
施例の説明図で、断面図である。

【図７】従来技術の説明図で、断面図である。

【符号の説明】

１絶縁性の支持基板２ｂ、７２ｂ圧電性素材の細片３蓋４ｂ１電極５ｂｃインクチャネル６ｃｄダミーチャネル７分極方向２７インク滴５１圧電性素材の基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに圧電性素材の長い細片により分離
されたチャネルの一本おきにインクを充填してインクチ
ャネルとし、該インクチャネルの両側の細片を伸縮モー
ドにより変形させ、インクチャネル中のインクをノズル
穴を通して吐出せしめるインクジェットヘッドにおい
て、前記細片を前記チャネルに向かう方向に分極し、駆
動電圧を印加する電極を少なくとも各細片のチャネル面
側に形成し、インクを吐出するインクチャネルの両側の
細片の各電極に、該細片の分極方向に対応した極性の駆
動電圧を印加して、インクを吐出することを特徴とする
インクジェットヘッド。
【請求項２】前記細片が圧電性素材よりなる基板に一
体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の
インクジェットヘッド。
【請求項３】細片の分極が一方向に揃っていることを
特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】細片の分極が隣接する細片間で互いに逆
方向であることを特徴とする請求項１に記載のインクジ
ェットヘッド。
【請求項５】同一チャネルに面する２つの電極が電気
的に接続されていることを特徴とする請求項４に記載の
インクジェットヘッド。
【請求項６】インク吐出がチャネルの長軸方向になさ
れることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット
ヘッド。
【請求項７】インク吐出がチャネルの長軸と垂直方向
になされることを特徴とする請求項１に記載のインクジ
ェットヘッド。