JPH0679871A - インクジェットヘッド及びその製造方法 - Google Patents
インクジェットヘッド及びその製造方法Info
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- JPH0679871A JPH0679871A JP17803993A JP17803993A JPH0679871A JP H0679871 A JPH0679871 A JP H0679871A JP 17803993 A JP17803993 A JP 17803993A JP 17803993 A JP17803993 A JP 17803993A JP H0679871 A JPH0679871 A JP H0679871A
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- JP
- Japan
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- piezoelectric element
- piezoelectric
- rigid member
- electrodes
- elements
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- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 クロストークがなく、圧電素子と振動板の接
続が均一に行えるインクジェットヘッド及びその製造方
法を提供する。 【構成】 圧電材料４０内に、その一側面から露出する
一方の電極２１と、他側面から露出する他方の極の電極
２２を交互に配置して構成された圧電素子４を剛性部材
９に固定し、前記圧電素子の自由端側に少なくともその
先端側を分離するための溝７を形成して複数の素子に分
割するとともに、前記圧電材料を電極間の電界方向と同
方向に分極させて圧電歪定数ｄ33を持たせた加圧手段
と、前記複数の素子の自由端に当接するとともに前記剛
性部材に周縁が支持された振動板３と、前記各素子によ
り振動板を介して加圧される加圧室２、及び加圧室から
のインクを噴射するノズル開口１１を備えた基板とから
なることを特徴とする。
続が均一に行えるインクジェットヘッド及びその製造方
法を提供する。 【構成】 圧電材料４０内に、その一側面から露出する
一方の電極２１と、他側面から露出する他方の極の電極
２２を交互に配置して構成された圧電素子４を剛性部材
９に固定し、前記圧電素子の自由端側に少なくともその
先端側を分離するための溝７を形成して複数の素子に分
割するとともに、前記圧電材料を電極間の電界方向と同
方向に分極させて圧電歪定数ｄ33を持たせた加圧手段
と、前記複数の素子の自由端に当接するとともに前記剛
性部材に周縁が支持された振動板３と、前記各素子によ
り振動板を介して加圧される加圧室２、及び加圧室から
のインクを噴射するノズル開口１１を備えた基板とから
なることを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、圧電素子を用いたオン
デマンド型インクジェットヘッドに係わり、特に多数の
ノズルを高密度に集積したマルチノズルヘッドの構造及
びその製造方法に関する。
デマンド型インクジェットヘッドに係わり、特に多数の
ノズルを高密度に集積したマルチノズルヘッドの構造及
びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】オンデマンド型インクジェットは構造が
簡単なため低価格の印刷装置として開発が進められてい
る。インクの射出は圧電素子の変形によって行われ、従
来は分極に対して垂直方向の変形すなわち圧電歪定数ｄ
31に基因する変形を利用していた。例えば従来のユニモ
ルフを用いたヘッドを図４に示すと、振動板１０１に積
層された圧電振動子１０２は図の（３軸）の向きに分極
されており、上下に設けられた電極１０３、１０４間に
電圧を印加することで（１軸）方向に圧電振動子を縮ま
せ、振動板１０１と圧電素子１０２でバイメタルのよう
に曲げ変形を起こし、加圧室１０５の容積を変形させ
る。圧電素子の変形は電界に比例し、変形方向の長さに
比例するから、図４に示した従来例の構造は薄い（３
軸）方向に電圧を印加することで電界を大きくし、素子
の長い（１軸）方向の変位を利用することで変形を大き
くしていた。
簡単なため低価格の印刷装置として開発が進められてい
る。インクの射出は圧電素子の変形によって行われ、従
来は分極に対して垂直方向の変形すなわち圧電歪定数ｄ
31に基因する変形を利用していた。例えば従来のユニモ
ルフを用いたヘッドを図４に示すと、振動板１０１に積
層された圧電振動子１０２は図の（３軸）の向きに分極
されており、上下に設けられた電極１０３、１０４間に
電圧を印加することで（１軸）方向に圧電振動子を縮ま
せ、振動板１０１と圧電素子１０２でバイメタルのよう
に曲げ変形を起こし、加圧室１０５の容積を変形させ
る。圧電素子の変形は電界に比例し、変形方向の長さに
比例するから、図４に示した従来例の構造は薄い（３
軸）方向に電圧を印加することで電界を大きくし、素子
の長い（１軸）方向の変位を利用することで変形を大き
くしていた。
【０００３】一方分極方向と垂直の圧電歪定数ｄ31の変
形を利用する他の従来例を図５に示す。この例では圧電
素子の（１軸）方向の振動板１０１と垂直に配置し、
（１軸）方向の変形により振動板１０１をたわませる。
この例でも図４の例と同じく、薄い方向に電圧を印加
し、長い方向に変形を発生させて駆動電圧が上がらない
ようにしている。
形を利用する他の従来例を図５に示す。この例では圧電
素子の（１軸）方向の振動板１０１と垂直に配置し、
（１軸）方向の変形により振動板１０１をたわませる。
この例でも図４の例と同じく、薄い方向に電圧を印加
し、長い方向に変形を発生させて駆動電圧が上がらない
ようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】以上述べた従来例では
比較的駆動電圧が上がらないという利点はあるが、ノズ
ル数を多くし高密度に集積化する事が難しかった。例え
ば１０本／ｍｍ程度に加圧室を集積化すると、図４の例
では圧電素子の（１軸）方向の長さが短くなって変形が
とれず、駆動電圧が余りに高くなってしまい、また図５
の例では多数の圧電素子を隣接させて並べる必要があ
り、隣同士の電極を短絡させずに、しかも１０本／ｍｍ
に並べることは技術的にも難しく、量産性が殆どなかっ
た。
比較的駆動電圧が上がらないという利点はあるが、ノズ
ル数を多くし高密度に集積化する事が難しかった。例え
ば１０本／ｍｍ程度に加圧室を集積化すると、図４の例
では圧電素子の（１軸）方向の長さが短くなって変形が
とれず、駆動電圧が余りに高くなってしまい、また図５
の例では多数の圧電素子を隣接させて並べる必要があ
り、隣同士の電極を短絡させずに、しかも１０本／ｍｍ
に並べることは技術的にも難しく、量産性が殆どなかっ
た。
【０００５】したがって、本発明の目的は高集積化され
たマルチノズルヘッドを提供するとともにクロストーク
がないインクジェットヘッドを提供することにある。
たマルチノズルヘッドを提供するとともにクロストーク
がないインクジェットヘッドを提供することにある。
【０００６】また、本発明の他の目的は圧電素子と振動
板を確実に接続することが可能なインクジェットヘッド
の製造方法を提供することにある。
板を確実に接続することが可能なインクジェットヘッド
の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
ヘッドは、圧電材料内に、その一側面から露出する一方
の電極と、他側面から露出する他方の極の電極を交互に
配置して構成された圧電素子を剛性部材に固定し、前記
圧電素子の自由端側に少なくともその先端側を分離する
ための溝を形成して複数の素子に分割するとともに、前
記圧電材料を電極間の電界方向と同方向に分極させて圧
電歪定数ｄ33を持たせた加圧手段と、前記複数の素子の
自由端に当接するとともに前記剛性部材に周縁が支持さ
れた振動板と、前記各素子により振動板を介して圧縮を
受ける加圧室、及び加圧室からのインクを噴射するノズ
ル開口を備えた基板と、からなることを特徴とする。
ヘッドは、圧電材料内に、その一側面から露出する一方
の電極と、他側面から露出する他方の極の電極を交互に
配置して構成された圧電素子を剛性部材に固定し、前記
圧電素子の自由端側に少なくともその先端側を分離する
ための溝を形成して複数の素子に分割するとともに、前
記圧電材料を電極間の電界方向と同方向に分極させて圧
電歪定数ｄ33を持たせた加圧手段と、前記複数の素子の
自由端に当接するとともに前記剛性部材に周縁が支持さ
れた振動板と、前記各素子により振動板を介して圧縮を
受ける加圧室、及び加圧室からのインクを噴射するノズ
ル開口を備えた基板と、からなることを特徴とする。
【０００８】また、本発明のインクジェットヘッドの製
造方法は、圧電材料内に、その一側面から露出する一方
の電極と、他側面から露出する他方の極の電極を交互に
配置した、電極間の電界方向と同方向に分極する圧電歪
定数ｄ33を持つ圧電素子を剛性部材に固定する工程と、
前記圧電素子の自由端側に前記剛性部材側が深さとなる
溝を所定のピッチで形成して複数の素子を分割する工程
と、前記各素子の先端と加圧室を振動板を介して当接さ
せてその周縁部を前記剛性部材に固定する工程と、から
なることを特徴とする。
造方法は、圧電材料内に、その一側面から露出する一方
の電極と、他側面から露出する他方の極の電極を交互に
配置した、電極間の電界方向と同方向に分極する圧電歪
定数ｄ33を持つ圧電素子を剛性部材に固定する工程と、
前記圧電素子の自由端側に前記剛性部材側が深さとなる
溝を所定のピッチで形成して複数の素子を分割する工程
と、前記各素子の先端と加圧室を振動板を介して当接さ
せてその周縁部を前記剛性部材に固定する工程と、から
なることを特徴とする。
【０００９】
【実施例】以下図面を用いて本発明の実施例を詳細に説
明する。
明する。
【００１０】図１は、本発明の一実施例として流路の軸
に対し垂直方向に切った断面図を示す。１はポリサルフ
ォンの基板で表面にインク流路が溝として形成されてい
る。図１にはインク流路のうち加圧室２の断面を示す。
加圧室の幅Ｗｃは８０μｍ、どての巾Ｗｄは２０μｍで
加圧室は１００μｍピッチで配列されている。加圧室の
深さＤｃは３０μｍである。３はポリサルフォン振動板
で厚さ１０μｍであり、基板１に積層されている。４は
全ての加圧室を覆う圧電素子で上下に電極５、６を有
し、溝７によって各加圧室に対応するように上部を残し
て分割されている。振動板３と圧電素子４は振動板３の
表面に設けられた電極８に接着されている。
に対し垂直方向に切った断面図を示す。１はポリサルフ
ォンの基板で表面にインク流路が溝として形成されてい
る。図１にはインク流路のうち加圧室２の断面を示す。
加圧室の幅Ｗｃは８０μｍ、どての巾Ｗｄは２０μｍで
加圧室は１００μｍピッチで配列されている。加圧室の
深さＤｃは３０μｍである。３はポリサルフォン振動板
で厚さ１０μｍであり、基板１に積層されている。４は
全ての加圧室を覆う圧電素子で上下に電極５、６を有
し、溝７によって各加圧室に対応するように上部を残し
て分割されている。振動板３と圧電素子４は振動板３の
表面に設けられた電極８に接着されている。
【００１１】圧電素子の各加圧室に対応する部分の巾Ｗ
ｐは５０μｍ、長さＬｐは３００μｍ、電極間距離Ｌｅ
は３５０μｍである。９は電極１０を介して圧電素子４
の電極５に積層された剛性部材で、両端がコの字型に曲
がり、振動板３に接着されており振動板３の厚さにくら
べ充分厚い厚さＬｇを有する。この例ではＬｇは１ｍｍ
である。
ｐは５０μｍ、長さＬｐは３００μｍ、電極間距離Ｌｅ
は３５０μｍである。９は電極１０を介して圧電素子４
の電極５に積層された剛性部材で、両端がコの字型に曲
がり、振動板３に接着されており振動板３の厚さにくら
べ充分厚い厚さＬｇを有する。この例ではＬｇは１ｍｍ
である。
【００１２】以上の構成においてその製造方法を図２に
より説明する。
より説明する。
【００１３】基板１は射出成形によって作られ、ノズル
１１、供給路１２、供給管１３等のインク流路が加圧室
２とともに形成される。その後表面に振動板３を溶剤接
着しヘッド体を形成する。振動板３の表面に金属薄膜を
スパッタし、エッチングにより図に示すような電極８を
形成する。一方剛性部材９はポリサルフォンの射出成形
で作り、下面に電極１０をスパッタにより形成する。さ
らに上面、下面に電極５，６を有する圧電材料４０を剛
性部材９に接着し、ダイヤモンドソーで溝７を形成し圧
電素子４を形成する。さらに剛性部材９、圧電素子４を
振動板３に接着し、電極８の後部８−１に図示されてい
ない制御回路からの配線を行う。
１１、供給路１２、供給管１３等のインク流路が加圧室
２とともに形成される。その後表面に振動板３を溶剤接
着しヘッド体を形成する。振動板３の表面に金属薄膜を
スパッタし、エッチングにより図に示すような電極８を
形成する。一方剛性部材９はポリサルフォンの射出成形
で作り、下面に電極１０をスパッタにより形成する。さ
らに上面、下面に電極５，６を有する圧電材料４０を剛
性部材９に接着し、ダイヤモンドソーで溝７を形成し圧
電素子４を形成する。さらに剛性部材９、圧電素子４を
振動板３に接着し、電極８の後部８−１に図示されてい
ない制御回路からの配線を行う。
【００１４】図１、図２の実施例ではノズル数４つのヘ
ッドを示しているが、実際には２４ノズルないし２００
０ノズルのヘッドを作成することができる。
ッドを示しているが、実際には２４ノズルないし２００
０ノズルのヘッドを作成することができる。
【００１５】次に上記実施例の動作を説明する。
【００１６】流路内にインクを満たし、電極８と電極１
０の間に図示されていない制御回路からの駆動信号を印
加すれば、電極５，６を介して圧電素子４に電圧が印加
される。このとき電圧をＶとすれば圧電素子４には、ε
＝ｄ33Ｖ／Ｌｅの歪が発生し、これにより振動板３をた
わませ加圧室２内のインクを加圧してノズル１１から射
出し記録を行う。剛性部材９の厚さＬｇは振動板３にく
らべ１００倍あるから曲げ剛性は１００3＝１０6倍とな
り、圧電素子４の変形はほとんど全て振動板３に伝わ
る。一般的には剛性部材の曲げ剛性が振動板の１００倍
以上あれば良い。
０の間に図示されていない制御回路からの駆動信号を印
加すれば、電極５，６を介して圧電素子４に電圧が印加
される。このとき電圧をＶとすれば圧電素子４には、ε
＝ｄ33Ｖ／Ｌｅの歪が発生し、これにより振動板３をた
わませ加圧室２内のインクを加圧してノズル１１から射
出し記録を行う。剛性部材９の厚さＬｇは振動板３にく
らべ１００倍あるから曲げ剛性は１００3＝１０6倍とな
り、圧電素子４の変形はほとんど全て振動板３に伝わ
る。一般的には剛性部材の曲げ剛性が振動板の１００倍
以上あれば良い。
【００１７】上記実施例でわかるように圧電素子の分極
方向の変形を利用することで、多数の加圧室に対する圧
電素子が容易に配置でき、マルチノズルヘッドの高集積
化が可能となる。
方向の変形を利用することで、多数の加圧室に対する圧
電素子が容易に配置でき、マルチノズルヘッドの高集積
化が可能となる。
【００１８】また分極方向と同じ圧電歪定数ｄ３３の値
は通常分極方向と垂直の圧電歪定数ｄ３１の値の２倍な
いし３倍であるから、電極５，６間の距離が比較的長い
にもかかわらず歪みは大きくとれるという利点がある。
は通常分極方向と垂直の圧電歪定数ｄ３１の値の２倍な
いし３倍であるから、電極５，６間の距離が比較的長い
にもかかわらず歪みは大きくとれるという利点がある。
【００１９】なお上記実施例では、電極５，６，８，１
０を設けているが、電極５と電極１０、電極６と電極８
を同一部材として電極数を少なくすることができる。ま
た剛性部材９を金属とすれば電極１０を兼ねることがで
きる。また溝７は圧電素子４の途中まで入れてあるが、
これは圧電素子４の剛性部材９との接合強度を上げるた
めである。接合強度が充分ならば隣合う圧電素子の相互
影響を下げ、電圧のロスを少なくするために圧電素子が
全て切り離されるまで切り込んでも良い。
０を設けているが、電極５と電極１０、電極６と電極８
を同一部材として電極数を少なくすることができる。ま
た剛性部材９を金属とすれば電極１０を兼ねることがで
きる。また溝７は圧電素子４の途中まで入れてあるが、
これは圧電素子４の剛性部材９との接合強度を上げるた
めである。接合強度が充分ならば隣合う圧電素子の相互
影響を下げ、電圧のロスを少なくするために圧電素子が
全て切り離されるまで切り込んでも良い。
【００２０】図３に本発明の他の実施例として流路に沿
って切断した断面を示す。図１、図２の実施例と異な
り、圧電素子２０は５０μｍの素子を９層積層したもの
で電極２１，２２が素子間に設けられている。圧電素子
２０は加圧室２の長手方向に矩形に配置され、電極２
１，２２は、供給路側，ノズル側から櫛歯状に形成され
交互に積層されている。圧電素子に印加される電界は図
１に比べ約１／９となり、図１の例が８０Ｖの駆動電圧
を必要としたのに対し１０Ｖ以下で良くなり、特に２０
００ノズルというような多数ノズルを駆動する場合はド
ライバＩＣ化という点で有利である。
って切断した断面を示す。図１、図２の実施例と異な
り、圧電素子２０は５０μｍの素子を９層積層したもの
で電極２１，２２が素子間に設けられている。圧電素子
２０は加圧室２の長手方向に矩形に配置され、電極２
１，２２は、供給路側，ノズル側から櫛歯状に形成され
交互に積層されている。圧電素子に印加される電界は図
１に比べ約１／９となり、図１の例が８０Ｖの駆動電圧
を必要としたのに対し１０Ｖ以下で良くなり、特に２０
００ノズルというような多数ノズルを駆動する場合はド
ライバＩＣ化という点で有利である。
【００２１】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、加圧室上
の振動板の周縁部が剛性部材により固定されているた
め、加圧室に加わる圧力による加圧室を有する基板のた
わみ変形を防止でき、クロストークが防止できる。ま
た、圧電素子の電極を加圧室の長手方向に櫛歯状に交互
に積層することにより変位を大きくとることができ、さ
らに電極位置のバラツキの影響を小さくすることができ
る。
の振動板の周縁部が剛性部材により固定されているた
め、加圧室に加わる圧力による加圧室を有する基板のた
わみ変形を防止でき、クロストークが防止できる。ま
た、圧電素子の電極を加圧室の長手方向に櫛歯状に交互
に積層することにより変位を大きくとることができ、さ
らに電極位置のバラツキの影響を小さくすることができ
る。
【００２２】さらに、本発明の製造方法によれば、振動
板の周縁部を剛性部材により固定することにより、振動
板のたわみを矯正することができ、均一に圧電素子の先
端を振動板に当接させることができる。
板の周縁部を剛性部材により固定することにより、振動
板のたわみを矯正することができ、均一に圧電素子の先
端を振動板に当接させることができる。
【図１】本発明のインクジェットヘッドの一実施例を示
す図２の断面図である。
す図２の断面図である。
【図２】本発明のインクジェットヘッドの一実施例を示
す斜視図である。
す斜視図である。
【図３】本発明のインクジェットヘッドの他の実施例を
示す斜視図である。
示す斜視図である。
【図４】従来のインクジェットヘッドの概略断面図であ
る。
る。
【図５】従来のインクジェットヘッドの概略断面図であ
る。
る。
１・・・基板 ２・・・加圧室 ３・・・振動板 ４，２０・・・圧電素子 ５，６，８，１０，２１，２２・・・電極 ７・・・溝 ９・・・剛性部材 １１・・・ノズル １２・・・供給路
【手続補正書】
【提出日】平成５年８月１２日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２１】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、加圧室上
の振動板の周縁部が剛性部材により固定されているた
め、加圧室に加わる圧力による加圧室を有する基板のた
わみ変形を防止でき、クロストークが防止できる。ま
た、圧電素子の電極を加圧室の長手方向に櫛歯状に交互
に積層することにより、高密度に加圧室を配置できるに
もかかわらず変位を大きくとることができ、さらに電極
位置のバラツキの影響を小さくすることができる。
の振動板の周縁部が剛性部材により固定されているた
め、加圧室に加わる圧力による加圧室を有する基板のた
わみ変形を防止でき、クロストークが防止できる。ま
た、圧電素子の電極を加圧室の長手方向に櫛歯状に交互
に積層することにより、高密度に加圧室を配置できるに
もかかわらず変位を大きくとることができ、さらに電極
位置のバラツキの影響を小さくすることができる。
Claims (3)
- 【請求項１】 圧電材料内に、その一側面から露出する
一方の電極と、他側面から露出する他方の極の電極を交
互に配置して構成された圧電素子を剛性部材に固定し、
前記圧電素子の自由端側に少なくともその先端側を分離
するための溝を形成して複数の素子に分割するととも
に、前記圧電材料を電極間の電界方向と同方向に分極さ
せて圧電歪定数ｄ33を持たせた加圧手段と、 前記複数の素子の自由端に当接するとともに前記剛性部
材に周縁が支持された振動板と、 前記各素子により振動板を介して加圧される加圧室、及
び加圧室からのインクを噴射するノズル開口を備えた基
板と、 からなるインクジェットヘッド。 - 【請求項２】 前記圧電素子は、加圧室の長手方向に矩
形に配置され、前記電極は圧電素子の長手方向の両側面
から櫛歯状に交互に積層されていることを特徴とする請
求項１記載のインクジェットヘッド。 - 【請求項３】 圧電材料内に、その一側面から露出する
一方の電極と、他側面から露出する他方の極の電極を交
互に配置した、電極間の電界方向と同方向に分極する圧
電歪定数ｄ33を持つ圧電素子を剛性部材に固定する工程
と、 前記圧電素子の自由端側に前記剛性部材側が深さとなる
溝を所定のピッチで形成して複数の素子を分割する工程
と、 前記各素子の先端と加圧室を振動板を介して当接させて
その周縁部を前記剛性部材に固定する工程と、 からなるインクジェットヘッドの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5178039A JPH0757545B2 (ja) | 1993-07-19 | 1993-07-19 | インクジェットヘッド及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5178039A JPH0757545B2 (ja) | 1993-07-19 | 1993-07-19 | インクジェットヘッド及びその製造方法 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19964583A Division JPS6090770A (ja) | 1983-10-25 | 1983-10-25 | インクジェットヘッド |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0679871A true JPH0679871A (ja) | 1994-03-22 |
| JPH0757545B2 JPH0757545B2 (ja) | 1995-06-21 |
Family
ID=16041525
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5178039A Expired - Lifetime JPH0757545B2 (ja) | 1993-07-19 | 1993-07-19 | インクジェットヘッド及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0757545B2 (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0721839A2 (en) * | 1995-01-12 | 1996-07-17 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Layered-type piezoelectric element and method for producing the layered-type piezoelectric element |
| US5639508A (en) * | 1995-03-16 | 1997-06-17 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Method for producing a layered piezoelectric element |
| US5860202A (en) * | 1995-04-05 | 1999-01-19 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Method for producing a layered piezoelectric element |
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