JPH07290705A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧力室内部のインクを圧力により噴出するイ
ンクジェットヘッドに関し、ピエゾ素子の発生力からイ
ンク押し出し力への変換効率の高くする。 【構成】 インクを収容した圧力室に圧力を加えてイン
クを噴出するためのインクジェットヘッドにおいて、イ
ンクを噴出するためのノズル２１を有するノズル板２０
と、前記ノズル板２０と平行に設けられた加圧板２２
と、弾性を有し、前記ノズル板２０と前記加圧板２２と
を接続して圧力室を形成する壁部材２４と、前記加圧板
２２に固定され、前記壁部材２４を変形させるように前
記加圧板２２を駆動する圧電アクチュエータ２３とを有
する。又、壁部材２４の弾性を有する部分に、インク供
給口２７を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】（目次） 産業上の利用分野 従来の技術（図４３乃至図４４） 発明が解決しようとする課題 課題を解決するための手段（図１） 作用 実施例 （ａ）インクジェットヘッドの説明（図２乃至図１６） （ｂ）マルチノズルヘッドの説明（図１７乃至図４２） （ｃ）他の実施例の説明 発明の効果

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は、インクを収容する圧力
室に圧力を加えて、インクを噴出するインクジェットヘ
ッドに関する。

【０００３】複写機、プリンタ、ファクシミリ装置等の
画像形成装置が盛んに利用されている。このような装置
では、構成の簡易である理由から、インクジェットプリ
ンタが利用されている。このインクジェットプリンタで
は、インクジェットヘッドからインクを噴出して、記録
媒体上に画像を形成するものである。

【０００４】このインクジェットヘッドの中でも、圧力
室内のインクに圧力を印加して、インクを噴射させるも
のが、利用されている。このタイプのものでは、印加圧
力に対するインク噴射への変換効率が良いものが望まれ
ている。

【０００５】

【従来の技術】図４３（Ａ）、図４３（Ｂ）は、第１の
従来技術の説明図、図４４（Ａ）、図４４（Ｂ）は第２
の従来技術の説明図である。

【０００６】図４３（Ａ）に示すように、圧力室２内に
は、インクが充満している。ノズル板１は、インクを噴
出するためのノズル６を有している。振動板３は、ノズ
ル板１に平行に設けられている。この振動板３の片面に
は、振動板３を駆動するためのピエゾ素子（圧電アクチ
ュエータ）４が張りつけられている。このピエゾ素子４
の上下面には、ピエゾ素子４に電圧を印加するための一
対の電極５が設けられている。

【０００７】このノズル板１と振動板３との間には、圧
力室２を形成する壁部材８が設けられている。壁部材８
は、固い材料で構成されている。そして、壁部材８の一
部に、圧力室２にインクを供給する供給口７が設けられ
ている。

【０００８】この構成の動作を説明する。図４３（Ｂ）
に示すように、電極５に、ピエゾ素子４を収縮させるよ
うに、電圧を印加する。これにより、ピエゾ素子４は、
収縮する。しかし、ピエゾ素子４の振動板３に接続され
ている側は、収縮できない。このため、ピエゾ素子４の
上面と下面とで収縮量に差ができる。

【０００９】これにより、ピエゾ素子４と振動板３とは
圧力室２側に湾曲する。この湾曲により、圧力室２に圧
力がかかる。このため、圧力室２内のインクは押し出さ
れ、ノズル６からインク粒子９となって飛び出す。この
方法は、ピエゾ素子４を振動板３と平行に伸縮させる、
所謂ｄ₃₁モードである。同様に、ピエゾ素子４を振動板
３に垂直に伸縮させる、所謂ｄ₃₃モードのものもある。

【００１０】図４４（Ａ）は他の従来例（平成３年７月
９日出願、日本国特許願平成３年第５１１６８５号明細
書、国際特許出願番号ＰＣＴ ＪＰ ９１／００９１
６、国際特許公開番号ＷＯ ９２／００８４９）を示す
図である。

【００１１】図４４（Ａ）に示すように、ノズル６を有
するノズル板１と振動板３との間に設けられた壁部材
は、固い部材８と弾性部材１１とが積層されて構成され
ている。そして、駆動手段として、ワイヤドットヘッド
１２が、振動板３に対向して、設けられている。

【００１２】この動作を説明する。図４４（Ｂ）に示す
ように、ワイヤドットヘッド１２によるワイヤ駆動によ
り、振動板３を押す。これにより、振動板３は、弾性部
材１１を圧縮して、圧力室２に圧力を加える。これによ
り、圧力室２からインクを飛びだたせるものである。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術では、次の問題があった。

【００１４】図４３（Ａ）に示す第１の従来技術で
は、振動板３の周囲が、圧力室２の壁に固定されてい
る。このため、振動板３が湾曲すると、振動板３の圧力
室２の壁との接続部分に大きな応力が発生する。振動板
３は、数ｋHzで振動しているため、この応力によって疲
労破壊を起こし、その接続部が破断するおそれがある。

【００１５】図４３（Ａ）に示す第１の従来技術で
は、ピエゾ素子の発生する力は、インクを押し出す力
と、振動板３を湾曲させる力との和になる。しかし、振
動板３の周囲は、圧力室２の壁に固定されているため、
振動板３を湾曲させるために大きな力が必要となる。そ
の結果、インクを押し出す力が減少する。このため、ピ
エゾ素子の発生力に対するインクの押し出し力への変換
効率が悪い。

【００１６】図４３（Ａ）に示す第１の従来技術で
は、ピエゾ素子の発生力を一定とした場合に、振動板３
の湾曲を最大にするためには、振動板３の中心をピエゾ
素子が押すようにする必要がある。即ち、振動板３の中
心部を押さないと、振動板３の湾曲が中心に対して、非
対称となり、インクを押し出す力が減少する。振動板３
のサイズは、約１ｍｍ×１ｍｍ程度であるので、その中
心部を押すためには、ヘッドの組み立て精度を数十μｍ
以下に抑える必要がある。このため、組み立てが困難で
ある。

【００１７】図４４（Ａ）に示す第２の従来技術で
は、図４４（Ｂ）に示すように、ワイヤドットヘッド１
２が停止しても、振動板３には残留振動が残る。この残
留振動の振幅が、あるスレッシュホールドより大きい場
合には、インク粒子が再び形成される。これにより、ノ
ズルから噴出されてサテライト粒子１０を発生する。ヘ
ッドは移動しながら、インク粒子を噴出しているので、
サテライト粒子が存在すると、ヘッドの移動方向にサテ
ライト粒子の数だけドットが印字される。このため、字
幅が太くなる、字がぼやける等の印字品質に劣化が発生
する。

【００１８】図４４（Ａ）に示す第２の従来技術で
は、インクヘッドと駆動部分を別にするという目的か
ら、振動板３とワイヤドットヘッド１２の加圧機構とは
分離され、すきまを有する。このため、振動板３をノズ
ル方向と逆方向に駆動して、圧力室２内にインクを吸引
し、その後ノズル方向に駆動して、インクを噴出する効
率の良い駆動方法、所謂負極性駆動方法ができない。

【００１９】従って、本発明の目的は、ピエゾ素子の発
生力からインク押し出し力への変換効率を高くするため
のインクジェットヘッドを提供するにある。

【００２０】又、本発明の他の目的は、ヘッドの耐久性
を高くするためのインクジェットヘッドを提供するにあ
る。

【００２１】更に、本発明の別の目的は、ヘッドの組み
立てを容易にするためのインクジェットヘッドを提供す
るにある。

【００２２】更に、本発明の他の目的は、サテライト粒
子の発生を防止するためのインクジェットヘッドを提供
するにある。

【００２３】更に、本発明の別の目的は、負極性駆動を
可能とするためのインクジェットヘッドを提供するにあ
る。

【００２４】

【課題を解決するための手段】図１（Ａ）及び図１
（Ｂ）は本発明の原理図である。

【００２５】本発明は、インクを収容する圧力室２６に
圧力を加えて、前記圧力室２６内の前記インクを噴出す
るインクジェットヘッドにおいて、インクを噴出するた
めのノズル２１を有するノズル板２０と、前記ノズル板
２０と平行に設けられた加圧板２２と、弾性を有し、前
記ノズル板２０と前記加圧板２２とを接続して前記圧力
室２６を形成する壁部材２４と、前記加圧板２２に固定
され、前記壁部材２４を変形させるように前記加圧板２
２を駆動する圧電アクチュエータ２３とを有する。

【００２６】

【作用】本発明は、圧力室２６の壁部材２４を弾性材料
で構成している。そして、加圧板２２に固定した圧電ア
クチュエータ２３により、加圧板２２を介してこの壁部
材２４を変形させる。これにより、圧力室２６内の体積
を変化させて、インクを押し出すものである。

【００２７】即ち、振動板の代わりに、湾曲しにくい加
圧板２２を用いる。そして、加圧板２２を圧電アクチュ
エータ２３により駆動して、壁部材２４を変形させ、圧
力室２６内の体積を変化させる。このようにすると、振
動板を用いないため、振動に伴う疲労破壊を防止でき
る。これとともに、サテライト粒子の発生も防止でき
る。

【００２８】又、振動板を湾曲させることなく、加圧板
２２を押し出すため、インク噴射エネルギーを高めるこ
とができる。しかも、圧電アクチュエータ２３を加圧板
２２に固定しているため、負極性駆動が可能であり、こ
れにより効率良くインクを噴射できる。

【００２９】

【実施例】

（ａ）インクジェットヘッドの説明 図２は本発明のインクジェットヘッドの第１の実施例断
面図である。

【００３０】図２に示すように、インク噴出のためのノ
ズル２１を有するノズル板２０に平行に、加圧板２２が
設けられている。加圧板２２は、金属の薄板で構成され
ている。この加圧板２２の厚さは、圧電アクチュエータ
２３が加圧板２２を押した時に、湾曲しない厚さであ
る。例えば、厚さ約２０μｍで、ヤング率２．２×１０
¹¹Ｐａ（Ｐａはパスカル、Ｐａ＝Ｎ／ｍ² ）のニッケル
等の金属を用いている。

【００３１】ノズル板２０と加圧板２２との間には、壁
部材を構成する弾性部材２４が設けられている。この壁
部材２４は、圧力室２６の周囲に設けられ、圧力室２６
を形成する。この弾性部材２４としては、ヤング率が、
１×１０⁵ Ｐａ〜１×１０⁹Ｐａ程度のゴム又は樹脂が
好ましい。この例では、ヤング率が、９．６×１０⁵Ｐ
ａのシリコーンゴムを用いている。又、この弾性部材２
４の高さは、約６０μｍである。

【００３２】この加圧板２２には、ピエゾ素子（圧電ア
クチュエータ）２３が、接着剤により固着されている。
このピエゾ素子２３の上下には、電極２５が設けられて
いる。ピエゾ素子２３は、ｄ₃₃モードのものである。従
って、電極２５への電圧の印加により、図の上下方向に
伸縮する。

【００３３】又、壁部材２４は、隣の圧力室の壁部材２
４との間に、スリット２８が設けられている。これによ
り、圧力室相互間の干渉を防止する。

【００３４】この実施例において、ピエゾ素子２３に電
圧を印加すると、加圧板２２は、ピエゾ素子２３の発生
力により、壁部材２４を押し縮める。この結果、加圧板
２２は、平行移動して、圧力室２６内のインクを押し出
す。

【００３５】尚、この実施例では、ｄ₃₃モードの駆動例
を示している。しかし、ピエゾ素子２３の左右の側面に
電極２５をつけて、ピエゾ素子２３を図の上下方向に伸
縮させるｄ₃₁モードでも同様の効果が得られる。

【００３６】また、圧電アクチュエータを、一対の電極
で圧電体をはさんだユニットを複数個積層した構造にす
ることで、変位や発生力の増大が図れる。

【００３７】このように構成すると、振動板の湾曲動作
を用いないため、疲労破壊を防止できる。これとととも
に、湾曲に必要なエネルギーを省略できるため、ピエゾ
素子２３の発生するエネルギーをそのままインク噴射エ
ネルギーとすることができる。又、振動板を湾曲しない
ため、位置決め精度が高くなくて済む。更に、加圧板２
２にピエゾ素子２３が密着しているため、残留振動がな
く、サテライト粒子の発生を防止できる。

【００３８】図３は本発明のインクジェットヘッドの第
１の変形例断面図、図４（Ａ）乃至図４（Ｅ）はその正
極性駆動動作説明図、図５（Ａ）乃至図５（Ｆ）はその
負極性駆動動作説明図である。

【００３９】図３において、図２で説明したものと同一
のものは、同一の記号で説明してある。図２の実施例で
は、壁部材２４全体を弾性材料で構成している。この変
形例では、壁部材２４を、剛性の高い壁２４−１と弾性
部材２４−２の積層構造としてある。剛性の高い壁２４
−１は、金属又はヤング率が１×１０¹⁰Ｐａ以上の樹脂
が好適である。又、剛性の高い壁２４−１の高さは、５
０μｍであり、弾性部材２４−２の高さは、１０μｍと
した。

【００４０】弾性部材２４−２としては、この例ではヤ
ング率が９．６×１０⁵ Ｐａのシリコーンゴムを用いて
いる。

【００４１】剛性の高い壁２４−１と弾性部材２４−２
との積層構造は次のように作成する。液体状になってい
る一液性シリコーンゴム、あるいは二液性シリコーンゴ
ムをスクリーン印刷等の印刷法により、剛性の高い壁２
４−１上に形成し、加圧板２２を位置合わせした後に、
常温あるいは高温（１２０℃程度）で硬化させ、板状部
材に形成する。

【００４２】この例では、前述の剛性の高い壁２４−１
に、インクを圧力室２６内に供給するためのインク供給
口２７が設けられている。又、加圧板２２には、ピエゾ
素子２３が、接着剤３０により固着されている。このピ
エゾ素子２３の上下には、電極２５が設けられている。
ピエゾ素子２３は、ｄ₃₃モードのものである。従って、
電極２５への電圧の印加により、図の上下方向に伸縮す
る。

【００４３】この例は、壁部材２４の内、変形に必要な
高さ部分のみ弾性部材２４−２で構成したものである。
これにより、壁部材２４の湾曲を防止する。このため、
ピエゾ素子２３のエネルギーからインク噴出エネルギー
の変換効率をより高めることができる。

【００４４】図４（Ａ）乃至図４（Ｅ）により正極性駆
動法を説明する。この駆動法は、ピエゾ素子２３に図４
（Ａ）に示すような正極性パルスを印加して、加圧板２
２をノズル方向に一方向に押して、インクを噴射するも
のである。

【００４５】図４（Ｂ）は、電圧を印加していない初期
状態である。時刻ｔ＝ｔ₂ において、ピエゾ素子２３に
電圧を印加した時、加圧板２２は、ピエゾ素子２３の発
生力により、弾性部材２４−２を押し縮める。図４
（Ｃ）に示すように、この結果、インク表面部分である
メニスカスは、加圧板２２の変位によって、ノズル２１
の外にはみ出す。はみ出したインクの周囲は空気のた
め、インク内の圧力は急激に低下する。

【００４６】更に印加電圧を上昇させると、更に加圧板
２２は、平行移動して、圧力室２６内の圧力は上昇す
る。図４（Ｄ）に示すように、この時、ノズル２１から
のインク量は増加する。

【００４７】図４（Ｅ）に示すように、ピエゾ素子２３
が停止すると、加圧板２２の変位も急激に停止する。圧
力室２６内のインクの流動も停止するが、ノズルから出
たインクは慣性によって前進するため、やがて分離し
て、インク粒子となる。

【００４８】次に、図５（Ａ）乃至図５（Ｆ）により負
極性駆動法を説明する。図５（Ａ）に示すように、この
駆動法は、ピエゾ素子２３を負方向に三角波により駆動
する。これにより、加圧板２２を一度ノズル方向と逆方
向に駆動して、圧力室内にインクを吸引し、その後ノズ
ル方向に復帰させ、インクを噴射するものである。

【００４９】図５（Ｂ）は、電圧を印加していない初期
状態である。図５（Ｃ）に示すように、ピエゾ素子２３
に電圧を印加した時、加圧板２２は、ピエゾ素子２３の
発生力により、ノズルと逆方向に変位する。メニスカス
は、加圧板２２の変位とともに、ノズル２１内に引き込
まれる。

【００５０】ピエゾ素子２３への印加電圧をゼロとした
時、ピエゾ素子２３は元の位置に戻っていく。この時、
加圧板２２も元の位置に戻っていく。図５（Ｄ）に示す
ように、メニスカスも移動し始める。そして、メニスカ
スは、パイプ状のノズル２１内に閉じ込められているた
め、加圧板２２の変位による圧力室２６の圧力上昇は、
メニスカスの先頭まで伝わる。ノズル２１内を移動する
メニスカス及びインクには、絶えず上述の圧力が作用す
るため、インクは、ノズル２１出口に達するまで加速さ
れる。

【００５１】次に、図５（Ｅ）に示すように、インク
は、ノズル２１内で得た運動量をもって、ノズル２１か
ら飛び出す。ノズル２１から出る瞬間のインクの運動量
の総和が大きくなるため、インク柱の速度は、正極性駆
動よりも大きくなる。

【００５２】図５（Ｆ）に示すように、ピエゾ素子２３
が停止すると、加圧板２２の変位も急激に停止する。圧
力室２６内のインクの流動も停止する。しかし、ノズル
から出たインクは慣性によって前進するため、やがて分
離して、インク粒子となる。

【００５３】この正極性駆動と負極性駆動とを比較す
る。インク粒子の速度は、正極性での速度をｖ₁ 、負極
性での速度をｖ₂ とすると、ｖ₂ ＞ｖ₁ となる。

【００５４】次に、ピエゾ素子２３が、インクを押し始
める時の、ノズル内でのメニスカスとノズル出口までの
体積Ｖ１Ａとし、ピエゾ素子２３の変位体積をノズル部
分に換算したものをＶ１Ｐとする。

【００５５】インク粒子の体積Ｖ１は、正極性駆動で
は、Ｖ１＝Ｖ１Ｐとなる。即ち、メニスカスは、ノズル
出口から引き込まれないので、Ｖ１Ａ＝０となる。一
方、負極性駆動の場合は、Ｖ１＝Ｖ１Ｐ−Ｖ１Ａとな
る。従って、負極性駆動の方がインク粒子の体積は小さ
くなる。

【００５６】インク粒子の持つ運動エネルギーＥは、Ｅ
＝０．５・ｍ・ｖ² で表される。負極性駆動は、正極性
駆動に比べて、質量ｍは少し小さくなり、速度ｖはかな
り大きくなるため、トータルとしての運動エネルギーＥ
は少し大きくなる。即ち、負極性の方が、圧電アクチュ
エータ２３への入力エネルギーから、インク粒子の運動
エネルギーへの変換効率が良いことになる。

【００５７】更に、負極性駆動の場合は、インクがノズ
ル２１内で加速されるため、インク粒子の飛翔方向が、
正極性駆動よりも安定する。従って、インクジェットで
は、正極性駆動より負極性駆動の方が望ましい。

【００５８】この点で、本発明では、負極性駆動が可能
である。勿論、正極性駆動の適用を妨げるものではな
い。尚、この実施例でも、ｄ₃₃モードの駆動例を示して
いるが、ｄ₃₁モードでも同様の効果が得られる。

【００５９】図６は本発明のインクジェットヘッドの第
２の変形例断面図である。

【００６０】図６において、図３で説明したものと同一
のものは、同一の記号で示してある。この変形例では、
加圧板２２を各圧力室２６毎に設けている。これによ
り、加圧板２２の相互の干渉を防止している。勿論、加
圧板２２に対応して、個々にピエゾ素子２３を設けてい
る。

【００６１】図７は本発明のインクジェットヘッドの第
３の変形例断面図である。

【００６２】図７において、図３で説明したものと同一
のものは、同一の記号で示してある。この変形例では、
加圧板２２を各圧力室２６毎に設けている。これによ
り、加圧板２２の相互の干渉を防止している。又、加圧
板２２に対応して、個々にピエゾ素子２３を設けてい
る。更に、弾性部材２４−２にスリット２９を設けてい
る。これにより、弾性部材２４−２を２つの弾性部材に
分割している。

【００６３】このため、弾性部材の隣の圧力室と分離で
き、弾性部材の相互干渉を防止できる。しかも、剛性の
高い壁２４−２は隣の圧力室と共有できる。

【００６４】これらの実施例において、弾性部材２４−
２を、弾性を有する接着剤により形成することもでき
る。

【００６５】図８は本発明のインクジェットヘッドの第
４の変形例断面図である。

【００６６】図８において、図３で示したものと同一の
ものは、同一の記号で示してある。

【００６７】図８に示すように、壁部材２４は、剛性の
高い壁２４−１とベローズ３１とで構成されている。ベ
ローズ３１は、金属製である。この実施例は、図３の弾
性部材２４−２として、ベローズ３１を用いたものであ
る。この実施例でも、図３に示したものと同様の作用効
果を奏する。

【００６８】図９（Ａ）及び図９（Ｂ）は本発明のイン
クジェットヘッドの第５の変形例構成図である。図９
（Ａ）はその断面図、図９（Ｂ）はその上面図である。

【００６９】図９（Ａ）及び図９（Ｂ）において、図２
で示したものと同一のものは、同一の記号で示してあ
る。この変形例では、壁部材を構成する弾性部材２４の
側面外側に、一対のピエゾ素子２３を配置したものであ
る。ピエゾ素子２３の一端は、加圧板２２に、他端はノ
ズル板２０に接続されている。

【００７０】この構成の動作を説明する。ピエゾ素子２
３を収縮させて、加圧板２２をノズル板２０側に引きつ
け、圧力室２６内の圧力を上昇させる。これにより、イ
ンクを噴射する。

【００７１】この構成では、図２に示したものと同様の
効果を奏する。更に、ヘッドの厚みを薄くできる。

【００７２】図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）は本発明の
インクジェットヘッドの第６の変形例構成図である。図
１０（Ａ）はその断面図、図１０（Ｂ）はその上面図で
ある。

【００７３】図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）において、
図２で示したものと同一のものは、同一の記号で示して
ある。この変形例では、壁部材を構成する両弾性部材２
４の内側に、ピエゾ素子２３を配置したものである。ピ
エゾ素子２３の一端は、加圧板２２に、他端はノズル板
２０に接続されている。

【００７４】この構成の動作を説明する。ピエゾ素子２
３を収縮させて、加圧板２２をノズル板２０側に引きつ
け、圧力室２６内の圧力を上昇させる。これにより、イ
ンクを噴射する。

【００７５】この構成では、図２に示したものと同様の
効果を奏する。これとともに、ヘッドの厚みを薄くでき
る。

【００７６】図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）は本発明の
インクジェットヘッドの第７の実施例構成図である。図
１１（Ａ）はその断面図、図１１（Ｂ）はその上面図で
ある。

【００７７】図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）において、
図２で示したものと同一のものは、同一の記号で示して
ある。この変形例では、壁部材を構成する弾性部材２４
の側面に、一対のピエゾ素子２３を設けている。このピ
エゾ素子２３は、ｄ₁₅モード（横ずれモード）で使用す
る。ピエゾ素子２３の一方の側面は、加圧板２２に、他
方の側面は、取り付け部材３２を介してノズル板２０に
接続する。

【００７８】ピエゾ素子２３に電圧を印加すると、図の
矢印方向に横ずれを起こして、加圧板２２をノズル板２
０方向に変位させる。これにより圧力室２６の圧力を高
めて、インクを噴出する。

【００７９】この構成では、図２に示したものと同様の
効果を奏するとともに、ヘッドの厚みを薄くできる。

【００８０】図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）は本発明の
インクジェットヘッドの第８の変形例構成図である。図
１２（Ａ）はその断面図、図１２（Ｂ）はその上面図で
ある。

【００８１】図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）において、
図２で示したものと同一のものは、同一の記号で示して
ある。この変形例では、ピエゾ素子２３は、ｄ₁₅モード
（横ずれモード）で使用する。２枚のピエゾ素子２３を
貼り付け、左右の側面に設けた取り付け部材３３を介し
て図示しないヘッドの支持部材に固定する。

【００８２】ピエゾ素子２３に電圧を印加すると、図の
矢印方向に横ずれを起こす。これにより、ピエゾ素子２
３の貼り合わせ部分が上方に変位して、加圧板２２をノ
ズル板２０方向に変位させる。これにより圧力室２６の
圧力を高めて、インクを噴出する。この構成でも、図２
で示したものと同様の効果を奏する。

【００８３】図１３（Ａ）、（Ｂ）は本発明のインクジ
ットヘッドの第９の変形例構成図であり、図１３（Ａ）
はその断面図、図１３（Ｂ）はその斜視図である。図１
４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はその動作説明図である。

【００８４】図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）において、図
２で示したものと同一のものは、同一の記号で示してあ
る。この変形例では、図２の構成において、インク供給
口２７を弾性部材で構成された壁部材２４に設けてあ
る。

【００８５】図１４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）により動作
を説明する。一般に、加圧板２２が変位して、インクを
押し始めると、インクの一部は、供給口２７を通って、
図示しないインク供給タンクの方へ逆流してしまう。逆
流する量はエネルギーの損失となるため、できるだけ少
ない方が望ましい。

【００８６】図１４（Ｂ）、図１４（Ｃ）に示すよう
に、加圧板２２によりインクを押し出す時は、壁部材２
４が収縮されるため、壁部材２４の供給口２７の断面も
狭くなる。断面が狭くなると、流路抵抗が増えるため、
インクは逆流しにくくなる。

【００８７】一方、インクを圧力室２６内に吸引する時
は、壁部材２４は伸びるため、供給口２７の断面は広が
り、流路抵抗は小さくなる。これにより、インクは短時
間で圧力室２６内に流れ込む。

【００８８】このように、壁部材２４内に供給口２７を
設けることにより、供給口２７自体に弁の機能を持たせ
ることができる。このため、損失エネルギーを低減する
ことができるため、インク噴射エネルギーを増加でき
る。尚、供給口２７の断面の内、狭くなる時の寸法は、
加圧板２２の変位量（約１μｍ）の数倍以下とすると良
い。

【００８９】図１５（Ａ）及び（Ｂ）は本発明のインク
ジェットヘッドの第１０の変形例断面図であり、図１５
（Ａ）その正面断面図、図１５（Ｂ）はその横断面図で
ある。

【００９０】図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）において、図
３で示したものと同一のものは、同一の記号で示してあ
る。この変形例は、図３の構成において、インク供給口
２７を弾性部材２４−２内に設けたものである。

【００９１】この変形例においても、加圧板２２により
インクを押し出す時は、弾性部材２４−２が収縮され
る。これにより、壁２４−２の供給口２７の断面も狭く
なる。断面が狭くなると、流路抵抗が増えるため、イン
クは逆流しにくくなる。

【００９２】一方、インクを圧力室２６内に吸引する時
は、弾性部材２４−２は伸びるため、供給口２７の断面
は広がる。これにより、流路抵抗は小さくなるため、イ
ンクは短時間で圧力室２６内に流れ込む。

【００９３】このように、弾性部材２４−２内に供給口
２７を設けることにより、供給口２７自体に弁の機能を
持たせることができる。このため、損失エネルギーを低
減できるため、インク噴射エネルギーを増加できる。

【００９４】図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）は本発明の
インクジェットヘッドの第１１の変形例断面図であり、
図１６（Ａ）その正面断面図、図１６（Ｂ）はその横断
面図である。

【００９５】図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）において、
図７で示したものと同一のものは、同一の記号で示して
ある。この変形例は、図７の構成において、インク供給
口２７を弾性部材２４−２内に設けたものである。

【００９６】この変形例においても、加圧板２２により
インクを押し出す時は、弾性部材２４−２が収縮され
る。このため、弾性部材２４−２の供給口２７の断面も
狭くなる。断面が狭くなると、流路抵抗が増えるため、
インクは逆流しにくくなる。

【００９７】一方、インクを圧力室２６内に吸引する時
は、弾性部材２４−２は伸びるため、供給口２７の断面
は広がる。これにより、流路抵抗は小さくなって、イン
クは短時間で圧力室２６内に流れ込む。

【００９８】このように、弾性部材２４−２内に供給口
２７を設けることにより、供給口２７自体に弁の機能を
持たせることができる。このため、損失エネルギーを低
減できるため、インク噴射エネルギーを増加できる。

【００９９】以上の変形例においても、弾性部材２４−
２を弾性を有する接着剤により形成できる。

【０１００】上述の実施例の他に、本発明では、図１３
（Ａ）乃至図１６（Ｂ）で示した変形例においても、図
４乃至図５で説明した正極性駆動法及び負極性駆動法を
利用できる。又、図１３（Ａ）乃至図１６（Ａ）で説明
した変形例においても、図８乃至図１２で説明した変形
例の構成を適用できる。 （ｂ）マルチノズルヘッドの説明 図１７は本発明のマルチノズルヘッドの分解図、図１８
はその断面図、図１９はその分解断面図である。

【０１０１】図１７に示すように、マルチノズルヘッド
は、ノズルプレート４０と、流路プレト４１と、弾性プ
レート４２と、加圧プレート４３と、ホルダー４４と、
圧電アクチュエータ４５とを有する。

【０１０２】図１８及び図１９に示すように、ノズルプ
レート４０は、多数のノズル４０−１を有する。図の例
では、１列１６個のノズルが、４列形成されている。流
路プレート４１は、前述の剛性の高い部材２４−１を構
成する。この流路プレート４１は、各圧力室４６及び共
通インク室４８を形成する。弾性プレート４２は、前述
の弾性部材２４−２である。加圧プレート４３は、個々
の加圧板２２を形成する。ホルダー４４は、圧電アクチ
ュエータ４５を保持するとともに、ノズルプレート４
０、流路プレート４１、弾性プレート４２、加圧プレー
ト４３とが固定される。

【０１０３】図１８に示すように、この流路プレート４
１には、圧力室４６と共通インク室４８とを接続するイ
ンク供給口４７が設けられている。従って、このマルチ
ノズルヘッドは、図３及び図６の実施例のヘッドをマル
チノズルに形成したものである。

【０１０４】次に、マルチノズルヘッドを構成する各プ
レートの形成方法について説明する。先ず、弾性プレー
ト４２について説明する。

【０１０５】図２０は、弾性プレートの製作するための
スクリーン印刷法の説明図、図２１は、弾性プレートを
製作するためのオフセット印刷法の説明図である。

【０１０６】弾性プレートを形成する際の問題点は、均
一な厚みに形成することである。又、大量生産において
も、均一な厚みに形成することが要求される。本発明で
は、この弾性プレートを、液体弾性材を使用して、作成
するようにした。

【０１０７】図２０に示すように、ノズルプレート４０
上に流路プレート４１を接着する。この流路プレート４
１の加圧プレート側の面に、スクリーン印刷用のメッシ
ュ８１を設ける。そして、メッシュ８１を介して弾性材
料８２を、ブレード（スキージ）８０によりなぞる。こ
れにより、弾性材料８２の均一な塗布を行う。

【０１０８】弾性材料８２は、圧力室の周囲に塗布す
る。その後、加圧プレート４３を塗布面に位置合わせし
て、塗布面に乗せて、加圧する。更に、常温或いは高温
（１２０°Ｃ程度）にて硬化して、且つ接着する。これ
により、弾性プレート４２が形成される。

【０１０９】この弾性材料８２としては、硬化後のヤン
グ率が１×１０⁵ Ｐａ〜１×１０⁹Ｐａ程度のゴム又は
樹脂が好ましい。この実施例では、ヤング率が、９．６
×１０⁵ Ｐａのシリコーンゴムを用いている。塗布時の
粘度は、２００ｃｐで行った。又、弾性層の厚さは、１
０μｍとなるように、メッシュを選択した。

【０１１０】このように、スクリーン印刷により、弾性
層８２を形成することができる。

【０１１１】図２１は、オフセット印刷により弾性層を
形成する例を示すものである。図２１に示すように、ホ
ッパー２３内に液状の弾性材料を満たす。この弾性材料
と親和性（濡れ性）の高いローラ群８４−１〜８４−３
を介して塗布ローラ８４−４上に、一定の厚さの弾性材
料の液体層を形成する。その後、ノズルプレート４０上
に流路プレート４１を乗せたものを、矢印方向に移動さ
せる。これにより、流路プレート４１上に、液状の弾性
層が形成される。その後、加圧プレート４３を塗布面に
位置合わせして、塗布面に乗せて、加圧する。更に、常
温或いは高温（１２０°Ｃ程度）にて硬化して、且つ接
着する。このようにして、オフセット印刷法により、弾
性層８２を形成できる。

【０１１２】このようにして、液体弾性材料を流路プレ
ート４１上に塗布することにより、流路プレート４１上
に弾性層を形成することができる。このため、均一な厚
さの弾性層を容易に作成できる。又、印刷という手法を
とるため、大量生産に適している。

【０１１３】更に、より厚さを均一にする方法について
述べる。前述の方法では、弾性材料が液状の状態で、加
圧プレート４３を乗せて、弾性材料を硬化させる方法で
ある。この弾性材料が液状のままでは、弾性層の厚さの
制御が困難である。そこで、液状の弾性材料を流路プレ
ート４１上に塗布した後、いったん硬化する。これによ
り、加圧プレート４３を押圧しても、弾性材料が流れ出
さないようになってから、弾性材料上に接着材を塗布す
る。そして、加圧プレート４３を押圧したまま硬化す
る。

【０１１４】これにより、加圧プレート４３と、流路プ
レート４１とは接着し、加圧プレート４３の押圧解除後
は、弾性層は当初の硬化した厚さに戻る。このため、均
一な厚みの弾性層を形成することができる。この接着材
としては、弾性層に利用した弾性材料を使用することも
できる。

【０１１５】このように、弾性層を一度硬化する工程を
設けることにより、弾性層の厚みをより均一にすること
ができる。

【０１１６】図２２は、本発明の他の厚みを均一にする
方法の説明図である。

【０１１７】図２２に示すように、液状弾性材料４２
に、最大粒径が、所望の膜厚と等しい粒子４２−１を混
合する。即ち、最大粒径が所望の膜厚と等しくなるよう
に、予めフィルタリングした粒子４２−１を用意する。
この粒子４２−１を液状弾性材料４２と混合し、充分に
分散させる。この粒子４２−１をスペーサとして利用す
る。これにより、加圧しても、弾性層の厚みは、最大粒
径以下にはならない。その結果、薄く均一な厚さの弾性
層を形成できる。

【０１１８】例えば、最大粒子径が、１０μｍのＳｉＯ
₂ 粒子を、一液性シリコーンゴムに、３０パーセント混
合する。これを、流路プレート４１に、スクリーン印刷
する。その後、樹脂フィルム製の加圧プレート４３を張
り付けた後、１２０°Ｃで加熱して、硬化した。このよ
うにして、弾性層４２の厚みを、１０μｍとすることが
できる。この粒子４２−１としては、ＳｉＯ₂ 、ＴｉＯ
等の無機材料或いはポリスチレン、ポリカーボネート等
の有機材料を用いることができる。又、粒子の含有率
は、５ｗｔパーセント〜６０ｗｔパーセントが適当であ
る。

【０１１９】この方法は、弾性層４２の厚みは、１０μ
ｍ以下にならないため、負極性駆動に適している。

【０１２０】次に、流路プレートについて説明する。

【０１２１】図２３は圧力室の圧力分布説明図、図２４
は本発明の流路プレートの説明図である。

【０１２２】図２３に示すように、圧電アクチュエータ
４５の発生圧力により、圧力室に圧力Ｑが発生する。こ
の圧力Ｑにより、流路プレート４１に撓みを生じる。こ
の撓みのため、ノズルから飛翔すべきインクの体積が損
失する。このため、効率の良いインクの粒子化が困難と
なる。

【０１２３】この撓みを最小とする流路プレートの材料
について説明する。図２４に示すように、流路プレート
４１の厚みを「ｈ」とし、その幅を「ｂ」とし、圧力室
の高さを「ｌ」とし、圧力室内の発生気圧を「Ｑ」と
し、流路プレート４１の弾性率を「Ｅ」とし、インク噴
射体積を「Ｖ」とする。そして、インク噴射体積に対す
る流路プレート４１の撓みによる損失の係数を「ｋ」と
する。

【０１２４】ここで、流路プレート４１の撓みによる損
失体積は、ｋ・Ｖで示される。この損失体積は、次の式
により定義される。

【０１２５】ｋＶ≧６・Ｑｂｌ⁵ ／５・Ｅｈ³ この式において、流路プレート４１の厚みｈ、幅ｂ、高
さｌ、弾性率Ｅを、ｋ＝０．０１以下となる関係を満足
するように選定する。このようにすると、損失体積を１
パーセント以下に抑えることができる。

【０１２６】例えば、３６０ｄｐｉの印字が可能なイン
クジェットプリンタを考えてみる。このプリンタの圧力
室のパラメータとして、発生圧力Ｑ＝１５気圧、ｂ＝１
ｍｍ、ｌ＝１００μｍ、ｈ＝９２μｍとする。この流路
プレート４１として、感光性樹脂等を用いた場合には、
その最も弾性率の高い樹脂でも、弾性率Ｅは、４ギガＰ
ａである。従って、５．７８ｐｌの損失を生じる。この
ため、１ドットを紙面に形成するに必要なインク粒子体
積を１００ｐｌとすると、１０５．７８ｐｌの圧力室の
体積変化が必要となる。即ち、効率が悪い。

【０１２７】この圧力室の形状に対し、流路プレート４
１の撓みによる体積損失を、１００ｐｌに対し、１パー
セント以下とするには、２３ギガＰａ以上の弾性率の部
材が必要である。

【０１２８】このような弾性率を有する材料としては、
感光性ガラス、ステンレス等の金属材料、セラミックス
等が考えられる。それぞれの弾性率Ｅと損失体積ｋＶを
計算する。感光性ガラスは、Ｅ＝７０ギガＰａであるか
ら、ｋＶ＝０．３３ｐｌとなる。ステンレス材は、Ｅ＝
２００ギガＰａであるから、ｋＶ＝０．００３６ｐｌと
なる。セラミックスは、その最も弾性率の低いもので
も、Ｅ＝１０，０００ギガＰａであるから、ｋＶ＝０．
０００００７２ｐｌとなる。

【０１２９】従って、これらの材料を用いることによ
り、損失体積の少ない、効率良いインク粒子化が可能と
なる。

【０１３０】この金属部材は、電気鋳造法やエッチング
法やプレス等の機械加工法により加工できる。ガラス
は、紫外線感光性ガラスにより加工できる。セラミック
スの場合には、これを焼成する前に、機械加工等により
加工した後、焼成することにより、加工できる。このよ
うな加工法を適用することにより、高精度のパターニン
グが可能となる。

【０１３１】図２５は本発明の他の流路プレートの説明
図である。

【０１３２】流路プレート４１の高さｈが高い場合に
は、流路プレート４１を複数のプレート４１０に分割し
て、積層するやり方が良い。即ち、プレートを前記した
加工法によりパターニングする場合に、その高さは、薄
い方がパターニングの精度が向上するからである。

【０１３３】この例では、流路プレート４１を、３層の
プレート４１０に分割している。そして、これらのプレ
ート４１０を接合する。ここでは、プレート４１０の積
層後に、メッキ層４１１で覆うことにより、多層の接合
を実現している。

【０１３４】又、メッキの接合を行う前に、各プレート
４１０を積層した後、スポット溶接や接着等が仮接合す
ると良い。これにより、メッキ工程での位置ずれを防止
できる。

【０１３５】このようにして、損失体積を１パーセント
以下とする流路プレートを作成することにより、効率の
良いインク粒子化が可能となる。

【０１３６】次に、加圧プレートについて説明する。

【０１３７】図２６（Ａ）及び図２６（Ｂ）は本発明の
加圧プレートの説明図、図２７（Ａ）及び図２７（Ｂ）
はその個々の加圧板の説明図である。

【０１３８】ノズルが多数個配列された印字ヘッドにお
いては、ノズル数だけ、圧力室及び加圧板が必要であ
る。加圧板は、個々のノズルに分割した方が、個々の圧
力室を独立に加圧できるため、望ましい。しかし、圧力
室毎に別々の独立した加圧板を接合する方法は、製造上
の困難さを伴う。そこで、この実施例では、製造が容易
で且つ圧力室を個々に独立に加圧できる加圧プレートを
提供する。

【０１３９】図２６（Ｂ）は加圧プレート４３の上面図
であり、図２６（Ａ）は、そのＸーＸ’断面図である。
図２７（Ａ）及び図２７（Ｂ）に示すように、個々の加
圧板２２は、その短辺の中央において、共通保持体４３
０に、細いリブ４３１で接続されている。

【０１４０】図２７（Ａ）に示すように、個々の加圧板
２２は、図の破線で示す部位を圧電アクチュエータによ
り押される。この場合に、図２７（Ｂ）に示すように、
リブ４３１が変形して、圧力室４６内のインクに圧力を
加えることができる。

【０１４１】このようにして、個々のノズルに対応する
加圧板２２が、加圧板２２より細い少なくとも２つのリ
ブ４３１を介して共通保持体４３０に保持されるため、
部品としては、一体化される。これにより、加圧プレー
ト４３の接合作業が容易になる。

【０１４２】このリブ４３１の変形により、リブ４３１
に応力が集中する。このため、応力を、リブの破断強度
より低い値となるように設計する。又、リブ４３１が引
っ張られる方向は、加圧板２２の長辺方向であるため、
短辺方向に配列した圧力室上の加圧板２２の変位には影
響しにくい。

【０１４３】この加圧板２２は、リブ４３１、及び共通
保持体４３０を、同一の部材で構成すると良い。ヤング
率が、数ギガＰａ以上の硬めの樹脂フィルムを用いる。
この樹脂フィルムを、型抜きやレーザー加工等でパター
ニングすることにより、図２６（Ｂ）に示す構造の加圧
プレート４３を得ることができる。樹脂フィルムとして
は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリエチ
レンナフタレート（ＰＥＮ）等を用いることができる。

【０１４４】例えば、厚さ０．１ｍｍのＰＥＮフィルム
を用いる。圧力室サイズを１．１ｍｍ×０．１９ｍｍと
し、圧電アクチュエータが加圧板２２を押す面積（図２
７（Ｂ）における破線内の面積）を、１ｍｍ×０．１ｍ
ｍとする。更に、加圧板２２のサイズを、１．２ｍｍ×
０．２６ｍｍとし、弾性層４２の厚みを１０μｍとし、
弾性層のヤング率を、１．５×１０⁶ Ｐａとして、有限
要素法により応力計算を行ってみた。

【０１４５】この計算によれば、リブ４３１の幅を、
０．０４ｍｍとし、長さを０．０２ｍｍとすると、応力
は３×１０⁷ Ｐａとなる。従って、リブ材料の破断強度
は、２×１０⁸ Ｐａであるから、充分に応力に耐えう
る。

【０１４６】図２６（Ａ）及び図２６（Ｂ）に示すよう
に、加圧プレート４３は、共通インク室４８の壁を兼ね
ることができる。これにより、共通インク室４８は、圧
力室４６と同様に、開放状態に製作しておけば良い。即
ち、共通インク室４８も加圧プレート４３の接着によっ
て、共に封じられる。従って、加圧板２２の接着ととも
に、共通インク室４８も同時に形成できる。

【０１４７】図２８は、本発明の他の加圧プレートの説
明図である。

【０１４８】図２８に示すように、リブ４３１の厚み
を、加圧板２２及び共通保持体４３０より薄くしたもの
である。圧力室４６内のインクを加圧して、所定体積の
インクをノズルから噴射させる時には、加圧板２２が硬
く、変形しにくいことが必要である。即ち、最小限度の
変位量で所定量のインクを飛翔させるためには、加圧す
る圧電アクチュエータの変位効率を高めることが必要で
ある。

【０１４９】このためには、加圧板２２が硬く、変形し
にくいことが必要である。これにより、加圧板２２と圧
力室の間の弾性層が主に変形することになる。加圧板２
２を硬くすると、一体成形されたリブ４３１も硬くな
る。このため、リブ４３１が変形しにくくなる。

【０１５０】そこで、リブ４３１の厚みを減らして、断
面積を小さくする。これにより、リブ４３１が変形し易
く、且つ硬い加圧板２２が得られる。

【０１５１】ｄ３１変位モードの圧電アクチュエータを
利用する場合には、このような加圧板２２は、絶縁体で
あることが望ましい。ｄ３１変位モードの圧電アクチュ
エータは、図１８に示す圧電アクチュエータの側面に、
電極が設けられる。圧電アクチュエータの先端部を加圧
板２２に接着するため、加圧板２２が金属である場合に
は、ショートする危険がある。このため、加圧板２２
は、絶縁体であることが望ましい。例えば、樹脂フィル
ムは、良好な絶縁体であるため、加圧板２２の材料とし
て好ましい。

【０１５２】この電気的ショートを防止する方法とし
て、圧電アクチュエータの先端付近には、電極を形成し
ない方法も考えられる。しかし、圧電アクチュエータに
所定の活性長を確保するためには、その分圧電アクチュ
エータの長さが長くなり、製造上不利である。

【０１５３】又、加圧板２２は、透明である方が、製造
上都合が良い。圧力室と加圧板２２を弾性接着剤で接着
する時には、硬化後の弾性層の厚みを所定値（１０μｍ
〜２０μｍ）に保つ必要がある。この接着時の加圧に
は、注意を要する。加圧のし過ぎは、接着剤のはみ出し
につながり、加圧不足は、不完全接着をもたらす。この
ため、接着条件を検討する際に、加圧板２２が透明であ
ると、接着状態を把握できる。

【０１５４】図２９（Ａ）及び図２９（Ｂ）は、本発明
の別の加圧プレートの説明図である。図２９（Ａ）及び
図２９（Ｂ）に示すように、共通インク室４８を形成す
る共通保持体４３０の壁を成す部分に、薄膜部４３２を
設けている。この薄膜部４３２は、圧力ダンパーを形成
する。

【０１５５】加圧板２２で圧力室４６内のインクを加圧
した場合に、インクはノズルから飛翔する。これととも
に、インク供給口４７から共通インク室４８にも、イン
クが噴射される。この時、共通インク室４８の圧力が増
加して、他の圧力室４６内に、圧力変動を誘起する。こ
れが、クロストークの原因となる。

【０１５６】この圧力変動を防止するため、共通インク
室４８内に圧力ダンパーを設ける必要がある。この実施
例では、共通保持体４３０の一部をレーザー加工又はエ
ッチング加工して、薄膜部４３２からなる圧力ダンパー
を形成する。

【０１５７】この圧力ダンパーの設計は、以下のように
行う。

【０１５８】ヤング率Ｅ、長さｌ、幅ｗ、厚さｔの圧力
ダンパーに、等分布荷重ｐが加わった時の体積変位Ｖ
は、下記式で示される。

【０１５９】Ｖ＝０．１５１ｐｌｗ⁵ ／Ｅｔ³ これにより、圧力ダンパーの音響容量Ｃｄは、下記式で
示される。

【０１６０】 Ｃｄ＝ΔＶ／Δｐ＝０．１５１・ｌｗ⁵ ／Ｅｔ³ 一方、ノズルの音響容量Ｃｎのオーダーは、１／１０¹⁶
〜１／１０¹⁸である。このため、１０〜３０ノズル同時
噴射時の圧力変動を１パーセント以下にするためには、
圧力ダンパーの音響容量Ｃｄのオーダーは、１／１０¹³
〜１／１０¹⁵とする必要がある。

【０１６１】従って、圧力ダンパーの音響容量Ｃｄのオ
ーダーが、１／１０¹³〜１／１０¹⁵となるように、圧力
ダンパーのヤング率Ｅ、長さｌ、幅ｗ、厚さｔを決定す
る。

【０１６２】図３０は本発明の他の圧力ダンパーの構成
図である。

【０１６３】図３０に示すように、共通インク室４８を
形成する加圧プレート４３の壁の一部に、穴を設ける。
この穴を塞ぐように、薄いフィルム６１０を一液型シリ
コーンゴム６１１ではりつけた。これにより、圧力ダン
パーを形成している。

【０１６４】フィルム６１０は、ＰＥＴで構成されてい
る。ＰＥＴのヤング率は、４×１０ ⁹ Ｐａであり、厚さ
６μｍ、面サイズが、３．７６４×０．４６ｍｍ² であ
った。このヘッドにおいて、クロストークを調査した。
その結果、速度変動、噴射率変動とも、±１０パーセン
ト以下であった。

【０１６５】このフィルム６１０としては、ＰＥＴの他
に、ＰＩ（ポリイミド）等の高分子材料や、Ｎｉ、Ａ
ｌ、ＳＵＳ等の金属材料を利用できる。

【０１６６】図３１は本発明の更に他の圧力ダンパーの
構成図である。

【０１６７】共通インク室４８を形成する加圧プレート
４３の壁の一部に、穴を設ける。この穴を塞ぐように、
薄いフィルム６１０を設けた。このフィルム６１０とし
て、厚さ１０μｍのＰＥＴに、ホットメルト接着剤（エ
チレンー酢酸ビニル共重合体）を２μｍ塗布したものを
用いた。このフィルム６１０を、１５０°Ｃ、５ｋｇ／
ｃｍ² 、５ｓｅｃの条件で熱融着して、圧力ダンパーを
形成した。

【０１６８】図３２は本発明の別の圧力ダンパーの構成
図である。

【０１６９】共通インク室４８の壁に、加圧板２２とと
もに加圧プレート４３に設けられた圧力ダンパー板６１
３を設けたものである。加圧プレート４３は、厚さ５μ
ｍのＰＩフィルムに、圧力室に対応して、ＳＵＳ製の加
圧板２２を設けたものを用いた。この実施例では、加圧
プレート４３の共通インク室を形成する部分がフィルム
のため、加圧プレート４３を加工することなく、圧力ダ
ンパーを形成することができる。

【０１７０】次に、圧電アクチュエータ４５について説
明する。

【０１７１】図３３は本発明の圧電アクチュエータの斜
視図、図３４は図３３の圧電アクチュエータのためのリ
ードフレームの平面図、図３５は図３４のリードフレー
ムの斜視図、図３６は本発明の圧電アクチュエータの組
み立て構成図、図３７はその電極構造の説明図である。

【０１７２】圧電アクチュエータは、個々のノズルに対
応して形成する必要がある。一般に、このような圧電ア
クチュエータは、圧電体を多層に積層して、形成してい
た。しかし、圧電体を多層に積層する方法は、製造コス
トがかかるという問題がある。従って、単層の圧電体
で、個々のノズルに対応した形状の圧電アクチュエータ
を形成することが望ましい。

【０１７３】一方、前述した弾性層を有するインクジェ
ットヘッドにおいては、圧電アクチュエータの変位量は
少なくて済む。このため、単層の圧電体を使用できる。
図３３に示すように、単層の圧電体ブロック４５に、各
ノズルに対応した多数の圧電体エレメント４５１が形成
されている。

【０１７４】この圧電体エレメント４５１は、次のよう
にして形成される。先ず、ダイシングソーにより矢印Ａ
方向から圧電体ブロック４５に多数の切り込みを入れ
て、各圧電体エレメント４５１を形成する。これによ
り、圧電体エレメント４５１の全体は、１列の櫛の形状
をなす。次に、矢印Ｂ方向から圧電体ブロック４５の中
央に、切り込みを入れて、溝４５０を形成する。これに
より、２列の圧電体エレメント４５１群が形成される。

【０１７５】このように、圧電体ブロック４５を切り込
むことにより、ノズル２列の圧電体エレメント４５１を
形成できる。この圧電アクチュエータ４５は、各圧電体
エレメント４５１が、単層構造のため、積層型圧電体よ
り低価格で製造できる。又、圧電体そのものが、櫛の形
状をなしているため、強度が強く且つ高集積化が可能と
なる。

【０１７６】このような構造の圧電アクチュエータは、
電極の取り出し構造が容易となる。即ち、図３７に示す
ように、圧電体エレメント４５１の両面に、メッキによ
り電極４５１−１、４５１−２を形成する。これによ
り、各圧電体エレメント４５２の側面に、電極が形成さ
れ、ｄ₃₁モードの駆動が可能となる。

【０１７７】この電極の取り出しは、図３４及び図３５
に示すように、リードフレーム５０を用いる。即ち、図
３４に示すように、中央に、共通電極５００を設け、且
つ中央から伸びる複数の個別電極５０１、５０２を設け
る。図３４に示すように、カット位置ＣＵＴー１でカッ
トして、独立したリードフレームとした後、図３５に示
すように、圧電ブロック４５の幅に合わせて、このリー
ドフレーム５０を折り曲げる。

【０１７８】次に、図３４に示すカット位置ＣＵＴー２
でカットする。これにより、リードフレーム４５は、共
通電極５００の先端と、個別電極５０１との先端が分離
される。その後、図３６に示すように、圧電体ブロック
４５の中央溝４５０に、リードフレーム５０の共通電極
５００をはめ込み、そして、リードフレーム５０を溝４
５０の下端まで下ろし、仮固定する。

【０１７９】この時、図３７に示すように、共通電極５
００の先端は、各圧電体エレメント４５１の第１の電極
４５１ー１に、接触するように、各個別電極５０１の先
端は、各圧電体エレメント４５１の第２の電極４５１ー
２に、接触するように位置決めしておく。この共通電極
５００とよび個別電極５０１の先端には、予め半田がコ
ートされている。

【０１８０】この状態において、圧電体ブロック４５を
近赤外線ランプの下にもっていく。そして、前記電極の
接触部分に、ランプの焦点があたるようにしておいて、
近赤外線ランプの光を照射する。この時、近赤外線ラン
プは、圧電素子に影響を与えないように、焦点型とする
ことが望ましい。又、長時間照射すると、圧電素子の劣
化を引き起こすため、照射時間は、１秒〜６０秒とする
ことが望ましい。

【０１８１】このようにして、近赤外線ランプの光を照
射することにより、予めコートしてあったリードフレー
ム５０の半田が溶ける。これにより、共通電極５００の
先端は、各圧電体エレメント４５１の第１の電極４５１
ー１に、各個別電極５０１の先端は、各圧電体エレメン
ト４５１の第２の電極４５１ー２に、接着される。

【０１８２】その後、図３４に示したリードフレーム５
０をカット位置ＣＵＴー３でカットする。このようにす
ると、圧電体ブロック４５の両側面を利用して、リード
を引き出すことができるため、圧電アクチュエータ４５
の小型化が可能となる。又、非接触の近赤外線ランプに
より、接着するため、半田ごてを用いる方法より、簡易
に接着できる。

【０１８３】図３８は、本発明のマルチノズルヘッドの
横面図、図３９は、本発明のマルチノズルヘッドの側面
図である。

【０１８４】図３８に示すように、前述のように形成さ
れた圧電アクチュエータ４５は、ホルダー４４に保持さ
れる。そして、圧電アクチュエータ４５の各圧電体エレ
メント４５１は、加圧プレート４３の加圧板２２に接着
される。又、図３９に示すように、４列のノズル列のた
め、２個の圧電アクチュエータ４５を並設する。

【０１８５】図４０は本発明の他のリードフレームの説
明図、図４１は、本発明の他のリードフレームの接続状
態説明図、図４２はその電極構造を示す図である。

【０１８６】図４０に示すように、共通電極５１２と、
個別電極５１３が接続されたリードフレーム５０を用意
する。このリードフレーム５０をカット位置ＣＵＴでカ
ットする。そして、この共通電極５１２と個別電極５１
３とを、前述の圧電体ブロック４５に嵌め込む。この
時、図４２に示すように、共通電極５１２の先端は、各
圧電体エレメント４５１の第１の電極４５１ー１に、接
触するように、各個別電極５１３の先端は、各圧電体エ
レメント４５１の第２の電極４５１ー２に、接触するよ
うに位置決めしておく。この共通電極５００とよび個別
電極５０１の先端には、予め半田がコートされている。

【０１８７】更に、図４１に示すように、両共通電極５
１２及び個別電極５１３は、圧電体ブロック４５の同一
面に取り出す。そして、共通電極５１２と個別電極５１
３とを上下に重ねる。この両電極間にプラスチック等の
絶縁物を挟み、両電極を絶縁する。

【０１８８】この際に、各リードフレーム５１２、５１
３に半田コートし、圧電体ブロック４５の接着したい場
所に、仮止めする。その後、近赤外線ランプの光を照射
して、接着する。更に、共通電極のリードフレーム５１
２とリード５１４を接続線５１５で接続する。このよう
にすると、圧電体ブロック４５の側面を用いて、リード
を引き出すことができる。 （ｃ）他の実施例の説明 上述の実施例の他に、本発明では、次の変形が可能であ
る。

【０１８９】図２０乃至図２２で説明した弾性層の形
成方法は、図２で説明した壁部材が、弾性層のみからな
るヘッドにおいても、適用できる。

【０１９０】同様に、図２６以下で説明した加圧プレ
ートは、図２で説明した壁部材が、弾性層のみからなる
ヘッドにおいても、適用できる。

【０１９１】以上、本発明を実施例により説明したが、
本発明の主旨の範囲内で種々の変形が可能であり、これ
らを本発明の範囲から排除するものではない。

【０１９２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
次の効果を奏する。

【０１９３】振動板の代わりに、湾曲しにくい加圧板
２２を圧電アクチュエータ２３により駆動して、壁部材
２４を変形させるため、振動に伴う疲労破壊を防止でき
るとともに、サテライト粒子の発生も防止できる。

【０１９４】又、振動板を湾曲させることなく、加圧
板２２を押し出すため、インク噴射エネルギーを高める
ことができる。

【０１９５】しかも、圧電アクチュエータを加圧板２
２に固定しているため、負極性駆動が可能であり、これ
により効率良くインクを噴射できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理図である。

【図２】本発明の第１の実施例断面図である。

【図３】本発明の第１の変形例断面図である。

【図４】図４の構成における正極性駆動動作説明図であ
る。

【図５】図４の構成における負極性駆動動作説明図であ
る。

【図６】本発明の第２の変形例断面図である。

【図７】本発明の第３の変形例断面図である。

【図８】本発明の第４の変形例断面図である。

【図９】本発明の第５の変形例構成図である。

【図１０】本発明の第６の変形例構成図である。

【図１１】本発明の第７の変形例構成図である。

【図１２】本発明の第８の変形例構成図である。

【図１３】本発明の第９の変形例構成図である。

【図１４】本発明の第９の変形例動作説明図である。

【図１５】本発明の第１０の変形例断面図である。

【図１６】本発明の第１１の変形例断面図である。

【図１７】本発明のマルチノズルヘッドの分解図であ
る。

【図１８】図１７のマルチノズルヘッドの断面図であ
る。

【図１９】図１８のマルチノズルヘッドの断面分解図で
ある。

【図２０】本発明の弾性層を形成するためのスクリーン
印刷法の説明図である。

【図２１】本発明の弾性層を形成するためのオフセット
印刷法の説明図である。

【図２２】本発明の他の厚みを均一にする方法の説明図
である。

【図２３】本発明の圧力室の圧力分布説明図である。

【図２４】本発明の流路プレートの説明図である。

【図２５】本発明の他の流路プレートの説明図である。

【図２６】本発明の加圧プレートの説明図である。

【図２７】図２６の構成の加圧板の説明図である。

【図２８】本発明の他の加圧プレートの説明図である。

【図２９】本発明の別の加圧プレートの説明図である。

【図３０】本発明の他の圧力ダンパーの構成図である。

【図３１】本発明の更に他の圧力ダンパーの構成図であ
る。

【図３２】本発明の別の圧力ダンパーの構成図である。

【図３３】本発明の圧電アクチュエータの斜視図であ
る。

【図３４】図３３の圧電アクチュエータに用いるリード
フレームの平面図である。

【図３５】図３４のリードフレームの斜視図である。

【図３６】図３３の圧電アクチュエータの組み立て構成
図である。

【図３７】図３６の電極構造の説明図である。

【図３８】本発明のマルチノズルヘッドの横面図であ
る。

【図３９】本発明のマルチノズルヘッドの側面図であ
る。

【図４０】本発明の他のリードフレームの説明図であ
る。

【図４１】図４０のリードフレームの接続状態説明図で
ある。

【図４２】図４１の電極構造を示す説明図である。

【図４３】第１の従来技術の説明図である。

【図４４】第２の従来技術の説明図である。

【符号の説明】

２０ ノズル板 ２１ ノズル ２２ 加圧板 ２３ 圧電アクチュエータ ２４ 壁部材 ２４ー１ 剛性の高い部材 ２４ー２ 弾性層 ２７ インク供給口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 朽網 道徳 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 中沢 明 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 山岸 文雄 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 柏岡 潤二 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 境 志野 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 谷口 修 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 曽根田 弘光 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 三上 知久 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 鈴木 重治 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクを収容する圧力室に圧力を加え
   て、前記圧力室内の前記インクを噴出するインクジェッ
   トヘッドにおいて、 インクを噴出するためのノズルを有するノズル板と、 前記ノズル板と平行に設けられた加圧板と、 弾性を有し、前記ノズル板と前記加圧板とを接続して前
   記圧力室を形成する壁部材と、 前記加圧板に固定され、前記壁部材を変形させるように
   前記加圧板を駆動する圧電アクチュエータとを有するこ
   とを特徴とするインクジェックヘッド。
2. 【請求項２】 請求項１のインクジェットヘッドにおい
   て、 前記壁部材は、弾性部材で構成されていることを特徴と
   するインクジェットヘッド。
3. 【請求項３】 請求項１のインクジェットヘッドにおい
   て、 前記壁部材は、剛性の高い部材と、剛性の低い弾性部材
   とを積層した構造を有することを特徴とする請求項１の
   インクジェットヘッド。
4. 【請求項４】 請求項３のインクジェットヘッドにおい
   て、 前記剛性の高い部材に、インクを前記圧力室に供給する
   ための供給口を設けたことを特徴とするインクジェット
   ヘッド。
5. 【請求項５】 請求項３のインクジェットヘッドにおい
   て、 前記弾性部材に、インクを前記圧力室に供給するための
   供給口を設けたことを特徴とするインクジェットヘッ
   ド。
6. 【請求項６】 請求項２又は３のインクジェットヘッド
   において、 前記弾性部材に、隣接する圧力室での干渉を防止するた
   めのスリットを設けたことを特徴とするインクジェット
   ヘッド。
7. 【請求項７】 請求項１のインクジェットヘッドにおい
   て、 前記圧電アクチュエータは、負極性駆動されるものであ
   ることを特徴とするインクジェットヘッド。
8. 【請求項８】 請求項２又は３のインクジェットヘッド
   において、 前記弾性部材が、ヤング率が１×１０⁵ Ｐａ〜１×１０
   ⁹ Ｐａの範囲の部材からなることを特徴とするインクジ
   ェットヘッド。
9. 【請求項９】 請求項２のインクジェットヘッドにおい
   て、 前記弾性部材が、液状の弾性材を前記ノズル板に印刷し
   た後、硬化されたものであることを特徴とするインクジ
   ェットヘッド。
10. 【請求項１０】 請求項３のインクジェットヘッドにお
    いて、 前記弾性部材が、液状の弾性材を前記剛性の高い部材の
    一面に印刷した後、硬化されたものであることを特徴と
    するインクジェットヘッド。
11. 【請求項１１】 請求項２又は３のインクジットヘッド
    において、 前記弾性部材が、剛性の低い接着剤で構成されたことを
    特徴とするインクジェットヘッド。
12. 【請求項１２】 請求項２又は３のインクジェットヘッ
    ドにおいて、 前記弾性部材が、ベローズで構成されたことを特徴とす
    るインクジェットヘッド。
13. 【請求項１３】 請求項１のインクジェットヘッドにお
    いて、 前記圧電アクチュエータが、前記ノズル板と前記加圧板
    との間に設けられたことを特徴とするインクジェットヘ
    ッド。
14. 【請求項１４】 請求項１のインクジェットヘッドにお
    いて、 前記加圧板を保持するための共通保持体と、前記加圧板
    を前記共通保持体に接続するリブとを更に設けたことを
    特徴とするインクジェットヘッド。