JPH07112527A - インクジェット式印字ヘッドおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低電圧で高変位が得られる圧電素子を使用し
て、小型で組付けの容易なインクジェット式印字ヘッド
を提供する。 【構成】 圧電セラミクス層と電極層を相互に全面接触
して積層したブロックをスリット加工して複数の圧電素
子８を形成するとともに、そのブロックの一端を連結状
態に残して複数の圧電素子８を相互に一体に連結する。
ノズルをもつ複数のインク流路１０を一側へ開放した溝
状に形成し、そのインク流路１０の一部開放面を可撓性
のフィルム材１４で覆って、各圧電素子８の自由端をそ
れに対向させる。またインク流路１０の残りの開放面に
インク供給路２０を対向接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インク滴を飛翔させ印
字媒体上にドットによる文字あるいは図形を形成するイ
ンクジェット式印字ヘッドおよびその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、圧電素子を用いたインクジェット
ヘッドは、インク溜まり部あるいはインク流路の壁面の
一部を電圧印加された圧電素子の変位により変形させ、
発生する圧力でもってノズルよりインク滴を飛翔させて
いる。このような印字ヘッドにおいて良い印字品質を得
るためには、インク滴の大きな飛翔力が要求される。そ
のためには高い発生力や変位が圧電素子には要求され
る。これまでバイモルフ型・横効果積層型・縦効果積層
型等の圧電素子が用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の積層型圧電素子は横効果・縦効果型とも、積層した圧
電セラミクス層の間に挿入される電極層が、圧電セラミ
クス層の一方の側面または端面に露出するが、他方の側
面または端面には届かない長さに形成され、これらの電
極層が両側面または端面に交互に位置する交差指型のコ
ンデンサタイプである。これは、圧電セラミクス層の変
位箇所が電極層との対向部分に限られ、圧電素子の体積
に比して変位や発生力が小さく、所定の変位や発生力を
得るには高電圧を印加しなければならない。

【０００４】また印字ヘッドの構造においても、圧電素
子とノズル部材を１個１個組付け、さらにそれらを複数
組並べて構成されており、複雑で、製作に多くの工程を
必要とし高価になる欠点があった。

【０００５】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、低電圧駆動が可能な低価格で小
型のインクジェット式印字ヘッドを提供するとともに、
製造の容易な印字ヘッドの製造方法を提供するものであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明のインクジェット式印字ヘッドは、圧電セラミ
クス層と電極層を相互に全面で接触するとともに交互に
多数積層して形成した柱状の縦効果型圧電素子の複数本
を、その積層方向の各一端を１つの基板上に固定すると
ともに、他端を自由端として一体に形成し、インク滴を
吐出させるノズルをそれぞれに有する複数のインク流路
を、前記各圧電素子の自由端と対向して配置したもので
ある。

【０００７】また本発明は、インクジェット式印字ヘッ
ドを、長手方向に伸縮可能な柱状の縦効果型圧電素子の
複数本を一体に形成した圧電素子ブロックと、インク滴
を吐出させるノズルをそれぞれに有する複数のインク流
路を一側において開放して形成したノズル部材とを備
え、前記柱状の各圧電素子の各伸縮端を前記各インク流
路の開放面にそれぞれ対向させた構成ともしている。

【０００８】さらに本発明は、インクジェット式印字ヘ
ッドの製造方法を、基板上に圧電セラミクス層と電極層
を相互に全面で接触させるとともに、交互に多数積層し
たブロックをつくる工程と、前記基板を残して前記ブロ
ックを積層方向にスリット加工し複数の柱状の圧電素子
をつくる工程と、複数のノズル孔を有するとともにその
各ノズル孔と接続した複数のインク流路を一側へ開放し
た溝状に形成したノズル部材をつくる工程と、前記基板
上に並んだ複数の圧電素子を、その基板と反対側の各端
部が前記各インク流路の開放面と対向するように、前記
ノズル部材に組付ける工程とから構成する。

【０００９】

【作用】上記の構成を有する本発明のインクジェット印
字ヘッドは、電極層に電圧を印加することで、柱状の縦
効果型圧電素子がその長手方向に伸長し、その自由端で
インク流路内のインクをノズルに向けて押出し、インク
滴をノズルから飛翔させることができる。上記圧電素子
は、圧電セラミクス層と電極層を相互に全面で接触させ
て積層して柱状に形成したから、低電圧で高出力が得ら
れる。またその圧電素子の複数本を１つの基板上に一体
形成し、複数のインク流路を各圧電素子の自由端と対向
して配置したことで、容易に組立てられる。それにとも
ない部品点数が少なくなり、小型になる。

【００１０】さらに本発明は、圧電セラミクス層と電極
層を積層したブロックをスリット加工で分断すること
で、１つの基板上にそれぞれ動作上独立した状態の複数
の圧電素子を一体につくることができる。そして複数の
インク流路を溝状に形成したノズル部材に、複数個一体
の圧電素子を組付けることで、前述のように複数のイン
ク流路と圧電素子の自由端を対向させることができ、印
字ヘッドを容易に製造することができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図面を
参照して説明する。

【００１２】インクジェット式印字ヘッドは、圧電素子
８を駆動源とし、ノズル部材１のインク流路１０に圧力
を加え、ノズル１２からインク滴を吐出させる。複数の
インク流路１０には、図示しないインクタンクから供給
路部材２の１つのインク供給路２０を通してインクが供
給される。これら圧電素子８、ノズル部材１および供給
部材２は取付部材３上に組付けられ、印字ヘッドを形成
する。印字ヘッドは、必要に応じてさらに複数個組合わ
されて、印字媒体と平行に移動するキャリッジ上に搭載
される。

【００１３】圧電素子８は、柱状に形成され電圧の印加
によりその長手方向に伸長する縦効果型のもので、図４
のように長手方向の一端を相互に連結して複数個一体に
形成される。この製造方法は、まず複数個の圧電素子の
列の全体の長さ（図４の左右方向）および圧電素子の厚
さ（図４の前後方向）に相当する長さ×幅を有する一対
のセラミクス製基板８１，８１ａを用意し、この基板８
１，８１ａ間に、圧電セラミクス層８２と電極層８３を
交互に積層し、焼成して一体化する。この圧電セラミク
ス層８２と電極層８３も基板８１，８１ａと同じ長さ×
幅を有する。このようにつくられたブロックは、複数個
分の圧電素子を包含する大きさを有する。

【００１４】そしてこのブロックの両側面には、積層方
向にのびる導電帯８４が、圧電素子の個数分だけ形成さ
れる。図５に示すように、ブロックの一方の側面に露出
した電極層８３の端部を１つ置きに絶縁体８５で被覆
し、導電帯８４を残りの電極層８３の端部と絶縁体８５
に重ねて形成する。またブロックの他方の側面には、上
記の残りの電極層の端部を絶縁体８５で被覆し、同様に
導電帯８４を形成する。したがって両側面の導電帯８４
は、ブロックを挟んで対向し、電極層のうち隣接するも
のを相互に分け交互に電極層と電気的に接続している。

【００１５】ブロックは、両側面の導電帯８４を１つの
圧電素子８に割当てかつ隣接する導電体８４間で、積層
方向にスリット加工して複数の柱状圧電素子８に分断さ
れるが、一方の基板８１は少しスリット加工しただけで
実質的に連続した状態に残す。各圧電素子８はスリット
加工による溝８６でそれぞれ動作上独立しており、また
長手方向と直交する断面において圧電セラミクス層８２
と電極層８３とが全面で相互に接触し、導電帯８４を通
して電極層８３に電圧を印加すると、圧電セラミクス層
８２が全面で伸長する。したがって低電圧の印加で大き
な変位が得られる。また上記の製造方法の結果、各圧電
素子８は、分断されなかった基板８１上に１列に並んで
相互に平行に位置することになり、分断された各基板８
１ａは各圧電素子８の自由端として、同一平面上に位置
する。

【００１６】ノズル部材１は、圧電素子８の自由端と対
向する１平面上に複数のインク流路１０を溝状に開放し
て有する。各インク流路１０は、圧電素子８の延長方向
にすぼまる円錐形部分とその円錐形部分から側方へのび
るトンネル状通路とからなる。ノズル部材１の外面には
フィルム材１３が貼付けられ、そのフィルム材１３に、
上記円錐形部分の先端に対向するノズル１２が穿設され
ている。またノズル部材１の内面には、インク流路１０
の圧電素子側の各開放面をまたがって覆う可撓性のある
フィルム材１４が貼付けられ、このフィルム材１４に圧
電素子８の自由端が当接している。圧電素子８が伸長す
るとフィルム材１４を通してインク流路１０内のインク
を押し、ノズル１２から吐出させることができる。ノズ
ル部材１は、圧電素子８による圧力をうけても変形する
ことのないように、全長にわたって図３のようにＬ字形
に形成されている。

【００１７】供給路部材２のインク供給路２０は、上記
インク流路１０のトンネル状通路と直角方向にのび、ノ
ズル部材側へ開放した溝状に形成されている。ノズル部
材１と供給路部材２とは、それらのトンネル状通路およ
びインク供給路２０の開放面を相互に覆うように接着さ
れる。それにより、インク供給路２０は各インク流路１
０と接続する。

【００１８】圧電素子８へ電圧を供給するためのフレキ
シブル回路板４は、複数の圧電素子８の列の長さにほぼ
対応する幅を有し、導電帯８４と電気的に接続する導電
パターンをもっている。この回路板４は圧電素子の基板
８１に隣接して接着される。

【００１９】印字ヘッドの製作は、上記のようにノズル
部材１の内面に、複数個一体化された圧電素子８と供給
路部材２を、インク流路１０に対向してそれぞれ組付け
ることでほぼ完了する。そしてフレキシブル回路４を接
着し、キャリッジ上に搭載する。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明のインクジェット式印字ヘッドは、低電圧の印加で
高い発生力や変位が得られ、また部品点数が少なく小型
で、かつ組立てが容易である利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明を具体化したインクジェット式印
字ヘッドの一部破断平面図。

【図２】図２は同印字ヘッドの一部破断正面図。

【図３】図３は同印字ヘッドの側断面図。

【図４】図４は圧電素子のみを示す斜視図。

【図５】図５は圧電素子の拡大縦断面図。

【符号の説明】

１ ノズル部材 １０ インク流路 １２ ノズル １４ フィルム材 ２ 供給路部材 ２０ インク供給路 ４ 回路板 ８ 圧電素子 ８１ 基板 ８２ 圧電セラミクス層 ８３ 電極層 ８４ 導電帯 ８６ 溝

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電セラミクス層と電極層を相互に全面
   で接触するとともに交互に多数積層して形成した柱状の
   縦効果型圧電素子の複数本を、その積層方向の各一端を
   １つの基板上に固定するとともに、他端を自由端として
   一体に形成し、インク滴を吐出させるノズルをそれぞれ
   に有する複数のインク流路を、前記各圧電素子の自由端
   と対向して配置したことを特徴とするインクジェット式
   印字ヘッド。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記圧電素子の複数
   本は基板上に１列に並んで、相互に平行に位置し、各自
   由端を１平面上に有するものであり、 また前記インク流路の複数は１平面上に位置することを
   特徴とするインクジェット式印字ヘッド。
3. 【請求項３】 請求項２において、前記各圧電素子は、
   列方向に平行な側面に、前記電極層のうち隣接するもの
   を相互に分けてかつ１つ置きに接続する一対の導電帯を
   有し、列方向に対向する側面間に溝を備えることを特徴
   とするインクジェット式印字ヘッド。
4. 【請求項４】 請求項３において、前記各圧電素子は、
   列方向に連続した一体の物でつくられ、前記基板を残し
   て前記溝を加工することにより分断されたものであるこ
   とを特徴とするインクジェット式印字ヘッド。
5. 【請求項５】 請求項２において、前記各インク流路
   は、各圧電素子の自由端へ向けて開放した溝に形成さ
   れ、その溝の開放面とは反対側にノズルを有することを
   特徴とするインクジェット式印字ヘッド。
6. 【請求項６】 請求項５において、前記溝の開放面は、
   可撓性のあるフィルムにより覆われ、そのフィルムに前
   記圧電素子の自由端が当接し、前記圧電素子の伸縮によ
   って前記フィルムを撓ませることを特徴とするインクジ
   ェット式印字ヘッド。
7. 【請求項７】 請求項５において、前記各インク流路の
   溝の開放面は一端において前記各圧電素子の自由端とそ
   れぞれ対向し、他端において各インク流路と接続するイ
   ンク供給路と対向していることを特徴とするインクジェ
   ット式印字ヘッド。
8. 【請求項８】 請求項７において、前記各インク流路お
   よびノズルを有する第１の部材と、前記インク供給路を
   有する第２の部材と、一体に形成された前記複数の圧電
   素子とから構成され、前記各インク流路の溝の開放面と
   対向して前記第２の部材と前記圧電素子が配置されてい
   ることを特徴とするインクジェット式印字ヘッド。
9. 【請求項９】 請求項３において、前記導電帯と接続さ
   れる導電パターンを有する配線板が、前記圧電素子の列
   方向の長さと対応する幅に形成されるとともに、前記基
   板と隣接して固着されていることを特徴とするインクジ
   ェット式印字ヘッド。
10. 【請求項１０】 長手方向に伸縮可能な柱状の縦効果型
    圧電素子の複数本を一体に形成した圧電素子ブロック
    と、 インク滴を吐出させるノズルをそれぞれに有する複数の
    インク流路を一側において開放して形成したノズル部材
    とを備え、前記柱状の各圧電素子の各伸縮端を前記各イ
    ンク流路の開放面にそれぞれ対向させたことを特徴とす
    るインクジェット式印字ヘッド。
11. 【請求項１１】 請求項１０において、さらにインク供
    給路をその長手方向一側において開放して形成した供給
    路部材を備え、前記各インク流路の開放面の一部に前記
    インク供給路の開放面を対向して、前記インク供給路と
    前記各インク供給路を接続したことを特徴とするインク
    ジェット式印字ヘッド。
12. 【請求項１２】 請求項１０において、さらに前記複数
    のインク流路の開放面を覆う可撓性のあるフィルムを備
    え、そのフィルムに前記各圧電素子の各伸縮端が当接
    し、前記圧電素子の伸縮によって前記フィルムを撓ませ
    ることを特徴とするインクジェット式印字ヘッド。
13. 【請求項１３】 請求項１０において、前記各圧電素子
    は、その長手方向と直交する断面方向において圧電セラ
    ミクス層と電極層を全面で接触するとともに、前記長手
    方向に交互に多数積層したものであることを特徴とする
    インクジェット式印字ヘッド。
14. 【請求項１４】 基板上に圧電セラミクス層と電極層を
    相互に全面で接触させるとともに、交互に多数積層した
    ブロックをつくる工程と、 前記基板を残して前記ブロックを積層方向にスリット加
    工し複数の柱状の圧電素子をつくる工程と、複数のノズ
    ル孔を有するとともにその各ノズル孔と接続した複数の
    インク流路を一側へ開放した溝状に形成したノズル部材
    をつくる工程と、 前記基板上に並んだ複数の圧電素子を、その基板と反対
    側の各端部が前記各インク流路の開放面と対向するよう
    に、前記ノズル部材に組付ける工程とからなるインクジ
    ェット式印字ヘッドの製造方法。
15. 【請求項１５】 請求項１４において、さらに前記ブロ
    ックの側面に、前記電極層のうち隣接するものを相互に
    分けてかつ１つ置きに接続する複数対の導電帯を形成す
    る工程を備え、 前記複数の圧電素子をつくる工程で各圧電素子に一対ず
    つの導電帯を割当てるようにスリット加工するインクジ
    ェット式印字ヘッドの製造方法。
16. 【請求項１６】 請求項１４において、さらに１つのイ
    ンク供給路を一側へ開放した溝状に形成した供給路部材
    をつくる工程と、 前記各インク流路の開放面の一部と前記インク供給路の
    開放面が対向して両者が接続するように前記供給路部材
    を前記ノズル部材に組付ける工程とを備えるインクジェ
    ット式印字ヘッドの製造方法。