JPH08187866A

JPH08187866A - インクジェット記録装置

Info

Publication number: JPH08187866A
Application number: JP350495A
Authority: JP
Inventors: Hideo Yasutomi; 英雄保富; Kenji Masaki; 賢治正木; Nan Touno; 楠東野
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1995-01-12
Filing date: 1995-01-12
Publication date: 1996-07-23

Abstract

(57)【要約】【構成】インクジェット記録装置は、平行に伸びる複
数の溝状凹部２１を有する天板２０と、これら凹部２１
に対応して基板２４上にそれぞれ配置された複数の圧電
体２６と、各凹部２１を覆ってインク室２３を形成する
隔壁２２と、から構成されるインクジェットヘッド１２
を備えている。圧電体２６は基板２４に対して一部接着
状態で固定され、圧電体２６の非固定部分と基板２４と
の間には空間が形成されている。【効果】圧電体を一部接着としたことにより、他の圧
電体への連動変位がなくなり、クロストークを完全に抑
制できる。また、一部接着とした圧電体の変位が、従来
例に比し飛躍的に大きくなったので、低電圧駆動と変位
制御による中間調再現が可能となる。さらに、圧電体の
非固定部分の弾性復元により隔壁を弾いてインク室を加
圧するので、高効率のインク飛翔を達成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、画像信号に応じてイン
ク滴を飛翔させことにより、紙等の被記録媒体に記録を
行うオンデマンド方式のインクジェットヘッドを有する
インクジェット記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、画像信号に応じて圧電体に電
圧を印加し、圧電体の変形に基づきインクを加圧してノ
ズルからインク滴を飛翔させることにより、紙等の被記
録媒体に記録するオンデマンド方式のインクジェットヘ
ッドがプリンタなどの記録装置に用いられている。

【０００３】この方式のインクジェットヘッドとして、
例えば特開昭６２−５６１５０号公報に、図１８に示す
ものが開示されている。このインクジェットヘッド６０
は、複数の凹部６１が形成された圧電部材６２と、これ
ら複数の凹部６１を覆うカバープレート６３を有し、凹
部６１の内側にインク室６４が形成されている。また、
複数の凹部６１の底面には凸部６５が形成されており、
この凸部６５の上面と、圧電部材６２の背面の上記凸部
６５に対応する位置には、電極６６，６７がそれぞれ設
置されている。このように構成されるインクジェットヘ
ッド６０では、電極６６，６７の間に電圧を印加して、
圧電部材６２の凸部６５を変形させることにより、イン
ク室６４の容積を変化させ、インク室６４に充填された
インクを加圧することで、ノズルからインク滴を吐出さ
せるようになっている。

【０００４】また、特開平６−１４３５６３号公報で
は、図１９に示すものが提案されている。このインクジ
ェットヘッド７０は、インク室７４用の複数の凹部７１
が並列に形成された流路基板７２上に弾性膜７３が接合
されている。この弾性膜７３上に、基板７５と接着され
た複数の駆動用積層圧電振動子７６及びダミー用積層圧
電振動子７７が配置されている。駆動用積層振動子７６
とダミー積層圧電振動子７７は、基板７５に１枚の積層
圧電振動子からなる板を接着した後スリット加工によっ
て分離されたものである。そして、これら流路基板７
２、弾性膜７３、積層圧電振動子７６，７７および基板
７５の接合体が２枚の剛体固定板７８，７９で挾持され
ている。このように構成されるインクジェットヘッド７
０では、駆動用の積層圧電振動子７６に電圧を印加して
変形させ、弾性膜７３を介してインク室７４の容積を変
化させてインクを加圧することにより、ノズルからイン
ク滴が飛翔するようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記各
インクジェットヘッドには、以下のような問題点があっ
た。まず、上記インクジェットヘッド６０では、凸部６
５を変形させてインクを加圧しても、インクが凸部６５
との間に形成される隙間に回り込むことによって飛翔効
率が低下するだけでなく、圧電体である凸部６５にイン
クが浸透して低抵抗化を招いて実行電圧がかからなくな
り、その結果、凸部６５の変位量が低下してインク滴が
飛翔しにくくなるという問題があった。

【０００６】また、上記インクジェットヘッド７０で
は、奥行き方向（図１９において紙面の表裏方向）に伸
びる駆動用の積層圧電振動子７６と基板７５との接触面
が全面に亘って接着固定されているため、積層圧電振動
子７６の個々の振動が基板７５を介して隣接する積層圧
電振動子７６にも伝播して連動変位を生じさせていた。
このため、インク吐出を欲しないインク室７４からイン
ク滴が吐出したり、または、インク滴が吐出しないまで
もインク室７４内のインクの流れに乱れを生じ、次の吐
出の際にインク滴径が不均一になるという、いわゆるク
ロストークと呼ばれるインク吐出特性の相互干渉が発生
し、印字品質が劣悪なものになるという問題があった。

【０００７】そこで、本発明は上記問題点を解決し、高
効率で安定したインク滴の飛翔を実現し、印字品質に優
れたインクジェット記録装置を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係るインクジェット記録装置は、非圧電部
材にインク室となる複数の溝状凹部を形成し、上記非圧
電部材の凹部形成面に基板を設け、この基板上の上記凹
部に対応する位置に複数の圧電体をそれぞれ配置してな
るインクジェットヘッドと、上記圧電体を変位させイン
ク室に充填されたインクを加圧吐出させるように画像信
号に応じて上記圧電体に電圧を印加する電圧印加手段と
から構成されるインクジェット記録装置において、上記
凹部を覆って凹部壁面との間にインク室を形成するとと
もにインク室と上記圧電体とを隔てる隔壁を設け、上記
圧電体の少なくとも一部分を上記基板に固定せず、電圧
印加により上記圧電体の非固定部分が基板に向かって変
位し得る空間を形成し、上記圧電体の弾性復元に基づき
インク室を加圧するようにしたものである。

【０００９】また、上記圧電体の一端側を固定し、他端
側を上記基板に固定しないようにしてもよい。

【００１０】さらに、上記圧電体の非固定部分と上記隔
壁とを接着してもよいし、上記各圧電体がそれぞれ連結
された部分を有するように櫛歯状に形成してもよい。

【００１１】

【作用】上記構成からなるインクジェット記録装置で
は、圧電体に電圧を印加して電界を形成すると、圧電体
の非固定部分が基板に向かう方向に変位する。圧電体へ
の電圧印加を解除して電界を消滅させると、圧電体の有
する弾性に基づき上記非固定部分が元の状態に復帰す
る。このとき、圧電体の非固定部分は慣性力により電圧
印加前の常態位置を通り過ぎ、隔壁を弾くようにして押
し上げる。これにより、インク室の容積が急峻に減少
し、インク室内に充填されたインクが加圧されて吐出す
る。その後、圧電体の非固定部分が隔壁から離れると、
隔壁はその弾性に基づき元の状態に戻る。その結果、イ
ンク室の容積が増加して内部に負圧が生じ、インクが補
給されて次のインク吐出の準備ができる。

【００１２】この場合、圧電体は一部分において基板に
対して固定されているだけなので、基板を介して他の圧
電体が連動変位することがなく、クロストークは生じな
い。また、インク室と圧電体との間には隔壁が設けてあ
るので、インクが圧電体に直接接触して浸透することは
ない。

【００１３】

【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の実施例に
ついて説明する。図１は本発明の実施例であるインクジ
ェット記録装置の全体構成を概略的に示したものであ
る。このインクジェット記録装置１は大別して、コネク
タ２ａを備えた電源部２と、駆動系３と、メカコントロ
ーラ４と、メモリ５と、コントローラ６と、インク供給
部７と、スキャンキャリッジ８と、給紙部９と、ケース
１０と、操作パネル１１とから構成されている。上記ス
キャンキャリッジ８は通紙方向（矢印ａ方向）に直交す
る方向（図１において紙面の表裏方向）にスキャン可能
になっており、その内部にはブラック、シアン、マゼン
タおよびイエロの各色用に４つのインクジェットヘッド
１２が通紙方向に沿い、かつインク吐出ノズルを下方に
向けて配置されている。

【００１４】次に、上記インクジェットヘッド１２の構
成について図２〜図４を参照して説明する。インクジェ
ットヘッド１２は、図２に示すように、ベースプレート
１３上に、前方（図２において左下）からインク吐出部
１４、端子板１５およびコネクタ１６を順に設置した構
成になっている。

【００１５】インク吐出部１４の天板２０は、例えばア
ルミナなどの非圧電材料からなるプレートで構成され、
図３に示すように、その下面には複数の溝状凹部２１が
形成されている。これら凹部２１は天板２０の幅方向に
所定ピッチで形成され、天板２０の長手方向にそれぞれ
平行に伸びている。天板２０の凹部２１形成面には、例
えばエポキシ樹脂からなる弾性を有する隔壁２２が接着
されており、この隔壁２２で覆われた凹部２１内部にイ
ンク室２３が形成されている。

【００１６】上記隔壁２２の幅方向両端側にはスペーサ
１８，１８（一方は図示せず）が接着され、これらスペ
ーサ１８，１８の下部には基板２４が接着されている。
スペーサ１８，１８および基板２４は天板２０と同様に
非圧電材料からなり、スペーサ１８，１８と基板２４の
上面２４ａに囲まれた領域には、すべての凹部２１を覆
う凹部２５が形成されている。また、基板上面２４ａの
後部には、図４に示すように、圧電体支持板１９が設置
されている。この圧電体支持板１９には、基板２４と同
じ非圧電材料を用いてもよいし、異なる材料を用いても
よい。

【００１７】上記圧電体支持板１９の上面には、例えば
ＰＺＴ圧電セラミックからなる複数の圧電体２６が天板
２０の各凹部２１に沿って配置されている。圧電体２６
の上面には個別電極２７が設置され、僅かの隙間を隔て
てインク室２３の一壁を形成する隔壁２２に対向してい
る。一方、個別電極２７の形成面とは反対側の圧電体２
６の下面には共通電極２８が設置されている。なお、図
３に示すように、圧電体２６の分極方向（矢印ｂ方向）
は、個別電極２７および共通電極２８に電圧が印加され
ることによって形成される電界の方向と平行になるよう
に配置されている。また、本実施例では圧電体２６の個
別電極２７と隔壁２２との間に隙間を形成するようにし
たが、この隙間は電圧印加時の圧電体２６の基板２４に
向かう方向への変位量よりも小さくする必要があり、こ
の隙間を設けることなく個別電極２７と隔壁２２を接触
するように構成してもよい。

【００１８】上記圧電体２６は、図４に示すように、そ
の後端側の上記圧電体支持板１９との接触領域において
導電性接着剤で接着固定され、その前端側は基板上面２
４ａとの間に圧電体支持板１９の板厚に相当する空間を
隔てた自由端となっている。これにより、圧電体２６に
電圧を印加して電界を形成すると、圧電体支持板１９と
の接着領域より前方に位置する圧電体２６の自由端部が
一旦基板方向に変位した後、弾性復元する際に隔壁２２
を押し上げてインク室２３を加圧する作用部を構成する
ことになる。なお、圧電体２６の自由端部下方の空間
は、圧電体支持板１９を基板２４と一体的に成型して段
差を形成するか、圧電体２６に対応する基板上面２４ａ
に凹部を設けることにより形成してもよいし、または、
圧電体２６を基板２４に直接接着してその接着層を厚く
することにより形成するようにしてもよい。

【００１９】上記天板２０、隔壁２２および基板２４の
接合体の前端面には、例えば厚さ２５〜２００μｍ程度
のポリイミドフィルムからなるノズルプレート３０が接
着固定されている。このノズルプレート３０には、例え
ばエキシマレーザなどによって複数のノズル孔３０ａが
上記インク室２３と等ピッチで形成され、このピッチは
例えば約４２．３〜２５４μｍ（画素密度：６００〜１
００ｄｐｉ）程度である。

【００２０】上記天板２０の両側面には、図２に示すよ
うに、各インク室２３に連通するインクレット（図示せ
ず、後述する）の両端開口部を閉塞するサイドプレート
３１，３１が接着され、天板２０の後端面には各インク
室２３の後端開口部を閉塞するバックプレート３２が接
着されている。また、天板２０の上面には、インク室２
３にインクを供給するためのマニホールド３３が接着さ
れ、このマニホールド３３の上部には複数のインク供給
口３３ａが突設されている。

【００２１】上記圧電体２６は、図２に示すように、天
板２０後端部に接着したバックプレート３２を越えて後
方に伸びている。そして、各圧電体２６後端部の個別電
極２７は、端子板１５上面に設置された複数の導体１５
ａにワイヤボンディングによってそれぞれ接続され、さ
らに駆動用ＩＣ１７、導体１５ｂおよびコネクタ１６を
介して図１に示すコントローラ６に接続されている。一
方、圧電体支持板１９にはその上面１９ａ全体に導電性
接着剤が塗布されているため、各圧電体２６下面の共通
電極２８は、圧電体支持板１９の後端側表面とベースプ
レート１３上に設置されている導体１３ａとを一か所の
ワイヤボンディング等により接続すれば、コネクタ１６
を介してコントローラ６に接続される。

【００２２】続いて、上記構成からなるインクジェット
ヘッド１２の製造工程について、図５〜図１０を参照し
て説明する。まず、図５に示すように、基板２４の上面
２４ａにスペーサ１８，１８および圧電体支持板１９を
接着固定した後、圧電体支持板１９の表面１９ａに導電
性接着剤を塗布する。そして、図６（ａ）に示すよう
に、上下面に無電界メッキによるＡｕ／Ｎｉ膜、または
Ａｕ／（Ｎｉ，Ｃｒ）のスパッタ膜を１０μｍ〜０．１
μｍ形成して電極層を設置したＰＺＴプレート４０を圧
電体支持板１９上に接着固定する。

【００２３】次に、図６（ｂ）に示すように、オートマ
チックダイシングソー３９を用いてＰＺＴプレート４０
をスリット加工し、図６（ｃ）に示すように、圧電体２
６を所定ピッチで形成する。その後、大気中の湿気が浸
透することにより圧電体２６に電圧を印加したときの変
位が低下するのを防止するため、圧電体２６の表面全体
に、例えばポリイミド樹脂をスピンコート法で塗布し、
１８０℃で１時間焼き付けてオーバコート処理をする。
ただし、湿度抵抗の高い圧電材料を圧電体２６に用いた
場合には、この工程は省略してもよい。

【００２４】一方、天板２０は、図７に示すように、例
えばアルミナなどのセラミックスプレート４１を用い、
インク室２３となる複数の凹部２１をダイシング加工に
より上記圧電体２６と等ピッチで形成する。これら凹部
２１の幅は圧電体２６によって効率的にインク室２３を
加圧できるようにするために、圧電体２６より大きな寸
法に形成する。また、これら凹部２１形成面の反対面
に、凹部２１と直交しかつ全ての凹部２１に連通する溝
状のインクインレット４２をダイシング加工で形成す
る。その後、天板２０の凹部２１形成面に隔壁２２を接
着する。

【００２５】続いて、図８に示すように、基板２４に接
着したスペーサ１８，１８上に天板２０を重ね合わせ、
幅方向の両端部を接着固定すると共に、これら天板２
０、基板２４等の接合体の前端面に、ノズル孔３０ａが
インク室２３の中央に位置するようにしてノズルプレー
ト３０を接着する。

【００２６】そして、図９に示すように、インクインレ
ット４２の上にマニホールド３３を接着固定し、インク
インレット４２の両側開口部を閉塞するサイドプレート
３１，３１と、インク室２３の後端開口部を閉塞するバ
ックプレート３２とを天板２０に接着することで、イン
ク吐出部１４の組み立てが完了する。

【００２７】さらに、図１０に示すように、上記インク
吐出部１４と、上面に駆動用ＩＣ１７および導体１５
ａ，１５ｂを設置した端子板１５と、コネクタ１６と
を、導体１３ａを設置したベースプレート１３上面に接
着固定する。そして、圧電体２６の個別電極２７と導体
１５ａ、各圧電体２６の共通電極２８に導電する圧電体
支持板表面１９ａとベースプレート１３上の導体１３ａ
をそれぞれ電気的に接続し、各導体１５ｂ，１３ａをコ
ネクタ１６の端子１６ａに電気的に接続することで、イ
ンクジェットヘッド１２が完成する。その後、図１０中
点線で示すように、その外部面を一体的に樹脂モールデ
ィングすれば、より合理的な固定が可能となる。

【００２８】次に、本実施例のインクジェットヘッド１
２におけるインク吐出動作について説明する。インク
は、図４に示すように、インク供給部７（図１参照）か
らマニホールド３３のインク供給口３３ａを介して供給
され、天板２０内のインク室２３に充填されている。個
別電極２７および共通電極２８に、画像信号に応じて図
１１（ａ）で示すようなパルス状電圧を印加すると、圧
電体２６内の分極方向を図１２，１３において矢印ｂ′
で示す方向とした場合に、この分極方向と平行に電界が
形成される。すると、従来例のインクジェットヘッドの
ように圧電体２６の下面を全面接着して固定した場合
（接着領域ｓ₁）には、図１２中点線で示すように、ｙ
方向にΔｙだけ膨張変位するとともに、ｘ方向および奥
行き方向（図１１において紙面の表裏方向）に僅かに収
縮変位していた。しかし、圧電体２６の接着領域ｓ₂を
圧電体支持板１９との接触面のみとし、圧電体２６の一
端側を自由端とした場合には、図１３中点線で示すよう
に、その自由端が曲率をもって反り返るように変形し、
このときのｙ方向の変位ΔＹは同一電圧を印加したとき
の上記Δｙに比べて１００倍以上であることが確認され
た。

【００２９】そこで、本実施例ではこの圧電体２６の反
り変形を利用して、圧電体２６が弾性復元する際にイン
クを加圧吐出させるようにしたものである。すなわち、
図１４に示すように、圧電体２６の分極方向を図１３に
示すものとは反対の矢印ｂ方向となるように処理し、個
別電極２７および共通電極２８に図１１（ａ）で示すパ
ルス状電圧を印加して圧電体２６の上面から下面に向か
う方向に電界を形成する。この場合、圧電体２６先端の
自由端部は基板２４に接近する方向に反り変形し、図１
４において点線で示す常態位置から実線位置に変位す
る。

【００３０】圧電体２６が上記のように変位した状態
で、電圧印加が解除されて電界が消滅すると、圧電体２
６はその弾性に基づき元の状態に復帰しようとする。こ
のとき、圧電体２６の自由端部は慣性力によって上記常
態位置を通り過ぎ、図１５に示すように、隔壁２２を弾
くように押し上げインク室２３の容積を急峻に減少させ
る。これにより、インク室２３に充填されたインクが加
圧され、ノズル孔３０ａから液滴状となって吐出・飛翔
し、図示しない記録紙上に付着する。

【００３１】隔壁２２を押し上げた圧電体２６の自由端
部は、その後再び上記常態位置に向かって弾性復元する
ため隔壁２２から離れ、これに伴って隔壁２２もその弾
性に基づき元の平面状態に戻る。これにより、インク室
２３の容積が増加して内部に負圧が生じ、マニホールド
３３、インクレット４２を介してインク室２３にインク
が補充されて次のインク吐出の準備ができる。

【００３２】ただし、上記圧電体２６の自由端部は上下
に空間を有し拘束されないので、隔壁２２を押し上げて
インクを吐出させた後も減衰振動を繰り返す。このた
め、次のパルス印加時に圧電体２６が上記常態位置にな
いと、インク滴径のバラツきやインク吐出タイミングの
ずれを生じ、印字品質を低下させる原因ともなる。ま
た、圧電体２６の振動がおさまるのを待っていたので
は、印字スピードの高速化に支障を来すことになる。そ
こで、このような不具合を防止するため、図１１（ｂ）
に示すように、メインパルスの後に逆方向のサブパルス
を印加することにより圧電体２６の振動を強制的に停止
させることが望ましい。

【００３３】以上のようなインク吐出動作が画像信号に
応じて各インク室２３毎に独立して行われることによ
り、１ライン分の画像が描かれ、これが記録紙の移動に
同期して繰り返されることで、画像信号に応じた画像が
記録紙上に描かれる。

【００３４】このように、本実施例のインクジェットヘ
ッド１２では、圧電体２６と基板２４との接着領域ｓ₁
を圧電体２６の全長に対して一部分とすることで、電圧
を印加した際の圧電体２６の振動が、圧電体支持板１９
や基板２４を介して隣接する圧電体２６に伝播すること
により生ずる連動変位を完全に抑制することができた。
このため、クロストークによる不必要なインク吐出やイ
ンク室３２内のインク流の乱れもなく、インク吐出を非
常に安定して行うことができ、その結果、印字品質を格
段に向上させることが可能になった。

【００３５】また、圧電体２６を一部接着としたこと
で、従来例に比して同一電圧で飛躍的に大きな変位量を
得ることができ、かつ、その変位量は印加電圧にほぼ比
例する関係にある。したがって、従来同様のインクの吐
出量および飛翔速度を確保する場合にも極めて低い電圧
で足り、ドライバコストの低減を図れるとともに、印加
電圧を制御して圧電体２６の変位量を調節することで飛
翔するインク滴の径を任意に変えることができ、その結
果、記録紙上に描かれる画像の色彩ついて中間調再現も
可能になった。

【００３６】さらに、本実施例では圧電体２６の自由端
部を基板方向に一旦変位させた後電圧を解除し、圧電体
２６の弾性に基づき隔壁２２を弾いてインク室２３を加
圧し、インクを吐出させる構成となっている。このた
め、電圧を印加することにより圧電体２６を基板２４と
は反対方向に変位させて隔壁２２を押し上げる場合より
も圧電体２６を変位させる際の抵抗が小さく、電圧負荷
も小さくて済む。また、一般に高剛性を有する圧電体２
６が隔壁２２を弾くときの衝撃力は強力で、大きなイン
ク吐出エネルギを得ることができる。したがって、本実
施例によれば、圧電体２６を一部接着としたことと相俟
って低電圧でかつ高効率のインク吐出を達成できる。

【００３７】そしてまた、圧電体２６は隔壁２２によっ
てインク室２３と隔てられ、インクと直接接触しないよ
うになっているので、圧電体２６にインクが浸透して低
抵抗化することがない。したがって、実効電圧の低下に
伴って圧電体２６の変位が減少するのを防止でき、結果
としてインクジェットヘッド１２の安定性、信頼性が向
上する。

【００３８】続いて、図１６を参照して上記実施例の変
形例について説明する。第１実施例のインクジェットヘ
ッド１２では、基板２４の幅方向両端側にスペーサ１
８，１８を配置して、基板上面２４ａとの間に天板２０
の各凹部２１を覆う凹部２５を形成したが、図１６に示
すように、上記各凹部２１に対応して形成された同一幅
の凹部４３を有する基板４４を用いてもよい。この場
合、上記圧電体支持板１９は上記各凹部４３に対応して
櫛歯状に形成するか、または、上記凹部４３の底面に段
差を形成する等により、圧電体２６の自由端部下方に空
間を形成する。

【００３９】この変形例によれば、圧電体２６を収容し
た凹部４３がガイドの役割を果たし、何らかの原因で圧
電体２６の位置がずれたような場合でも圧電体２６の変
位をロスすることなく隔壁２２に導くことができる。ま
た、隔壁２２は上下方向から挾持され、各インク室２３
ごとに仕切られたようになっているので、隔壁２２の振
動が隣接するインク室２３に伝播するのをより好適に遮
断することができるとともに、隔壁２２の機械的強度が
増加してインクジェットヘッドの寿命を延ばすことがで
きる。

【００４０】なお、上記実施例およびその変形例では、
隔壁２２と圧電体２６上部の個別電極２７との間に僅か
の隙間を形成するようにしたが、この隙間を接着剤で充
填してもよい。このようにすれば、隔壁２２が圧電体２
６の変位に常に追従するようになるので、圧電体２６に
高周波のパルス状電圧を印加することができ、インク吐
出の高周波応答性の向上、印字速度の高速化を図ること
ができる。

【００４１】ただし、上記のように隔壁２２と圧電体２
６とを接着した場合には、電圧印加により圧電体２６を
基板方向に変位させたときにインク室２３の容積が増加
してインクが補充されることになる。このため、急峻に
インク室２３の容積を増加させるとノズル孔３０ａから
インク室２３内に気泡が吸引され、次の電圧印加時に気
泡が圧力を吸収してインク飛翔を妨げるおそれがある。
そこで、図１１（ｃ）に示すように、圧電体２６を基板
方向に変位させる際の電圧のパルス形状に傾斜をもた
せ、圧電体２６および隔壁２２が気泡の吸引を生じない
範囲で最も速く変位するようにして、これを防止する。
ここで、メインパルスの後に逆方向のサブパルスを印加
している理由は、上記図１１（ｂ）の場合と同様であ
る。

【００４２】以上に説明した実施例およびその変形例に
おいては、図６に示すように、基板２４に一部接着状態
で固定された平板状の圧電材料をダイシング加工して、
各圧電体２６を完全に分割して短冊状に形成したが、図
１７に示すように、いわゆる櫛歯状に形成した圧電部材
５１を用いるようにしてもよい。この圧電部材５１は、
圧電体支持板１９との接着領域ｓを含む前方領域（図１
７において左側）では、各圧電体５２は短冊状に分割さ
れているが、上記接着領域ｓより後方領域では、個別電
極２７が形成されている各圧電体５２の上面より一段低
くなった上面を有する連結部５３を介して各圧電体５２
が連結されている。なお、この連結部５３は、平板状の
圧電材料をダイシングによりスリット加工する際に、圧
電体支持板１９との接着領域ｓを過ぎたところで切削深
さを浅くすることによって形成される。

【００４３】このように構成することで、各圧電体５２
の構造的強度が増し、インクジェットヘッドの耐久性、
信頼性が向上する。また、各圧電体５２の下面に形成さ
れている共通電極が上記連結部５３の存在によって圧電
部材５１の後部領域において接続されることになるの
で、共通電極とドライバ電源との接続は、この後部領域
の共通電極とベースプレート１３上の導体１３ａをワイ
ヤボンディングや半田付けなどにより一か所接続するこ
とで完了する。したがって、短冊状に分離して圧電体２
６を形成した場合のように、圧電体支持板１９との接着
に導電性接着剤を用いる必要がない。

【００４４】さらに、個別電極２７および共通電極２８
に電圧を印加した場合、各圧電体５２の非接着領域が変
位する際の発生力は、短冊状に完全に分離された圧電体
２６の発生力よりも大きいことが実験的に確認されてい
る。したがって、圧電部材５１を櫛歯状に形成すること
により、さらに高効率のインク飛翔が達成できる。

【００４５】なお、上記実施例等では単層の圧電体２６
を使用したが、圧電材料を２層または多層に積層し、上
下面だけでなく内部にも個別電極または／および共通電
極を配置した圧電体を使用すれば、積層数に応じて大き
な実効変位を得ることができるので、さらに駆動電圧を
低くすることができ、ドライバーコストの低減を図れ
る。

【００４６】最後に、上記実施例および変形例において
使用できる材料等について説明する。圧電体の材料上記圧電体２６，５２の材料としては、以下に示す圧電
材料を用いることができる。（１）圧電結晶水晶（ＳｉＯ₂），ロッシェル塩（ＲＳ：ＮａＫＣ₄Ｈ
₄Ｏ₆・４Ｈ₂Ｏ）酒石酸エチレンジアミン（ＥＴＤ：Ｃ₆Ｈ₁₄Ｎ₂Ｏ₆）
，酒石酸カリウム（ＤＫＴ：Ｋ₂Ｃ₄Ｈ₄Ｏ₆・1/2Ｈ
₂Ｏ），第２リン酸アンモニウム（ＡＤＰ：ＮＨ₄Ｈ₂
ＰＯ₄），プロブスカイト系結晶（ｅｘ．ＣａＴｉ
Ｏ₃，ＢａＴｉＯ₃，ＰＬＺＴ），タングステンブロン
ズ系結晶（ｅｘ．Ｎａ_xＷＯ₃ 〔０．１＜ｘ＜０．２
８〕），ニオブ酸バリウムナトリウム（Ｂａ₂ＮａＮ
ｂ₅Ｏ₁₅），ニオブ酸カリウム鉛（Ｐｂ₂ＫＮｂ
₅Ｏ₁₅），ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃），タン
タル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃），さらに、塩素酸ソ
ーダ（ＮａＣｌＯ₃），電気石（Ｔｏｕｒｍａｌｉｎ
ｅ），閃亜鉛鉱（ＺｕＳ），硫酸リチウム（ＬｉＳ
Ｏ₄Ｈ₂Ｏ），メタガリウム酸リチウム（ＬｉＧａ
Ｏ₂），ヨウ素酸リチウム（ＬｉＩＯ₃），硫酸グリ
シン（ＴＧＳ），ゲルマニウム酸ビスマス（Ｂｉ₁₂Ｇ
ｅＯ₂₀），ゲルマニウム酸リチウム（ＬｉＧｅＯ₃）
，チタニウム酸バリウム，ゲルマニウム（Ｂａ₂Ｇ
ｅ₂ＴｉＯ₃）等の結晶。

【００４７】（２）圧電半導体ウルツ鉱，ＢｅＯ，ＺｎＯ，ＣｄＳ，ＣｄＳｅ
，ＡｌＮ。（３）圧電セラミックスチタニウム酸バリウム（ＢａＴｉＯ₃），チタニウム
酸ジルコニウム酸鉛（ＰｂＴｉＯ₃・ＰｂＺｒＯ₃），
チタニウム酸鉛（ＰｂＴｉＯ₃），ニオブ酸バリウム
酸鉛（（Ｂａ−Ｐｂ）Ｎｂ₂Ｏ₆）。（４）上記（１）圧電結晶、（２）圧電性半導体、
（３）圧電セラミックス材料の粉をプラスチック類に分
散して成型したものでも良い。（５）圧電性高分子ポリフッ化ビニリデンＰＶＤＦ（−ＣＨ₂−ＣＦ₂−）_n
，ポリフッ化ビニリデン／ＰＺＴ，ゴム／ＰＺＴ
，トリフルオロエチレンとフッ化ビニリデンの共重合
体，シアン化ビニリデンと酢酸ビニルの共重合体，
ポリシエン化ビニリデン等。以上に挙げる圧電材料を分
極処理した後、圧電体として加工して用いるか、もしく
は圧電体として加工した後、分極処理して用いてもよ
い。

【００４８】圧電体のオーバコート処理上記圧電体２６，５２のオーバコート処理は、次の
（１）〜（５）に挙げる方法で行うこともできる。（１）プラスチック類の塗布飽和ポリエステル樹脂，ポリアミド樹脂，アクリル
樹脂，アラミド樹脂，エチレン−酢酸ビニル樹脂，
イオン架橋オレフィン共重合体（アイオノマー），ス
チレン−ブタジェンブロック共重合体，ポリアセター
ル，ポリカーボネード，塩化ビニル−酢酸ビニル共
重合体，セルロースエステル，ポリイミド，スチ
ロール樹脂等の熱可塑性樹脂。

【００４９】エポキシ樹脂，フェノキシ樹脂，ウレ
タン樹脂，ナイロン類，シリコーン樹脂，フルオ
ロシリコン樹脂，フェノール樹脂，メラミン樹脂
，キシレン樹脂，アルキッド樹脂，熱硬化アクリ
ル樹脂等の熱硬化性樹脂。ポリビニルカルパゾール，
ポリビニルピレン，ポリビニルアントラセン，ポリビ
ニロール等の光導電性樹脂。

【００５０】これらは単独で、または組み合わせて使用
することができる。その他、液晶ポリマー等のエンジニ
アプラスチック類、プラスチック類と粉末、ウィスカー
との混合物でも良い。感光性樹脂，厚膜用フォトレジ
スト樹脂等が使用可能である。ベークライト，フッ素
系樹脂，ガラス・エポキシ樹脂（エポキシ中にガラス
フィラー混入）でもよい。これらは、塗布，ディップ，
スプレー法等、公知の液体塗布方法を用いればよい。上
記の中では特に、ポリアミド樹脂、アラミド樹脂、エポ
キシ樹脂、フェノキシ樹脂、フルオロシリコーン樹脂、
フッ素樹脂、ガラス・エポキシ樹脂の効果が優れてい
る。

【００５１】（２）酸化・窒化・硫化金属化合物等の
蒸着酸化金属化合物（ＳｉＯ₂，ＳｉＯ，ＣｒＯ，Ａｌ₂Ｏ₃
等）や、窒化金属化合物（Ｓｉ₃Ｎ₄，ＡｌＮ等）や、硫
化金属化合物（ＺｎＳ等）、あるいはこれらの合金を、
真空蒸着やスパッタ等でコートする。また、上記（１）
のプラスチックを蒸着によって塗布してもよいし、バレ
リン樹脂蒸着してもよい。上記の中では、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｓ
ｉ₃Ｎ₄の効果が優れている。

【００５２】（３）炭化水素化合物の塗布炭化水素，酸素含有炭化水素，硫黄含有炭化水素を始め
とするIV属元素含有炭化水素、窒素含有炭化水素，ケ
イ素含有炭化水素，フッ素含有炭化水素を始めとするハ
ロゲン含有炭化水素、III属元素含有炭化水素を、Ｐ
−ＣＶＤ（プラズマＣＶＤ）によって塗布し、オーバコ
ート処理する。あるいは、これらの混合気相下でＰ−Ｃ
ＶＤにより塗布してもよい。上記の中ではフッ素含有炭
化水素の効果が優れている。なお、これらの膜は、圧電
体との接着性の相性にしたがって適宜、ａ−Ｓｉ（アモ
ルファスシリコン），ａ−ＳｉＣ，ａ−ＳｉＮ等による
アンダーコートを設ける必要がある。（４）上記（１）のプラスチック類を、塗液状態で圧
電体プレート表面の塗布する代わりに、減圧下で圧電体
形成部に置換，含浸させて成形する。（５）圧電体プレートの表面を撥インク性の溶剤で表
面処理する。

【００５３】以上の（１）〜（５）に挙げる方法で形成
したオーバコート膜を比較すると、次のような特徴が見
られる（ただし（３）はアンダーコート有りの場合）。強度：強 (２)，(３)＞(１)，(４)＞(５) 弱平滑性：良 (１)，(４)＞(２)，(３)，(５) 悪接着性（耐振動性を含む）：強 (１)，(４)＞(２)，(３)＞(５) 弱耐久性（耐インク性を含む）：良 (１)，(４)＞(２)，(３)＞(５) 悪その他、（５）は処理が簡便であり、（１）〜（４）の
後処理として利用することもできる。また、コスト面に
おいては、（１），（４）が特に安価である。なお、上
記（１）〜（５）に挙げる方法を、圧電体やインク種に
応じて適宜組み合わせて使用してもよい。

【００５４】天板，基板の材料天板２０，基板２４を構成する非圧電材料に用いること
ができるものとして、次の（１）〜（４）に挙げるもの
がある。（１）セラミックスＡｌ₂Ｏ₃ ，ＳｉＣ，Ｃ，ＢａＴｉＯ₃ ，ＢｉＯ₃
・３ＳｎＯ₂ ，Ｐｂ（Ｚｒ_x，Ｔｉ_1-x）Ｏ₃ ，ＺｎＯ
，ＳｉＯ₂ ，（１−ｘ）Ｐｂ（Ｚｒ_x，Ｔｉ_1-x）Ｏ₃
＋（ｘ）Ｌａ₂Ｏ₃ ，Ｚｎ_1-xＭｎ_xＦｅ₂Ｏ₃ ，γ−Ｆ
ｅ₂Ｏ₃ ，Ｓｒ・６Ｆｅ₂Ｏ₃ ，Ｌａ_1-xＣａ_xＣｒＯ₃
，ＳｎＯ₂ ，遷移金属酸化物，ＺｎＯ−Ｂｉ₂Ｏ₃
，半導体ＢａＴｉＯ₃ ，β−Ａｌ₂Ｏ₃ ，安定化ジ
ルコニア，ＬａＢ₆ ，Ｂ₄Ｃ，ダイヤモンド，Ｔｉ
Ｎ，ＴｉＣ，Ｓｉ₃Ｎ₄ ，Ｙ₂Ｏ₂Ｓ：Ｅｕ，ＰＬ
ＺＴ，ＴｈＯ₂ ，−ＣａＯ・ｎＳｉＯ₂ ，Ｃａ
₅（Ｆ，Ｃｌ）Ｐ₃Ｏ₁₂ ，ＴｉＯ₂ ，Ｋ₂Ｏ・ｎＡｌ₂
Ｏ₃。

【００５５】（２）ガラス類元素ガラス＝Ｓｉ，Ｓｅ，Ｔｅ，Ａｓ水素結合ガラス＝ＨＰＯ₃ ，Ｈ₃ＰＯ₄ ，ＳｉＯ₂ ，
Ｂ₂Ｏ₂ ，Ｐ₂Ｏ₅ ，ＧｅＯ₂ ，Ａｓ₂Ｏ₃ 酸化物ガラス＝ＳｂＯ₃ ，Ｂｉ₂Ｏ₃ ，Ｐ₂Ｏ₃ ，Ｖ₂
Ｏ₅ ，Ｓｂ₂Ｏ₅ ，Ａｓ₂Ｏ₃ ，Ｓｏ₃ ，ＺｒＯ₂ フッ化物ガラス＝ＢｅＦ₂ ，塩化物ガラス＝ＺｎＣｌ₂ 硫化物ガラス＝ＧｅＳ₂ ，Ａｓ₂Ｓ₃ 炭酸塩ガラス＝Ｋ₂ＣＯ₃ ，ＭｇＣＯ₃ 硝酸塩ガラス＝ＮａＮＯ₃ ，ＫＮＯ₃ ，ＡｇＮＯ₃ 硫酸塩ガラス＝Ｎａ₂Ｓ₂Ｏ₃ ，Ｈ₂Ｏ，Ｔｌ₂ＳＯ
₄ ，ミョウバンケイ酸ガラス＝ＳｉＯ₂ ケイ酸アルカリガラス＝Ｎａ₂Ｏ−ＣａＯ−ＳｉＯ₂ カリ石灰ガラス＝Ｋ₂Ｏ−ＣａＯ−ＳｉＯ₂ ソーダ石灰ガラス＝Ｎａ₂Ｏ−ＣａＯ−ＳｉＯ₂ 鉛ガラスバリウムガラスホウケイ酸ガラス。

【００５６】（３）プラスチック類飽和ポリエステル樹脂，ポリアミド樹脂，アラミド
樹脂，アクリル樹脂，エチレン−酢酸ビニル樹脂，
イオン架橋オレフィン共重合体（アイオノマー），ス
チレン−ブタジェンブロック共重合体，ポリアセター
ル，ポリカーボネード，塩化ビニル−酢酸ビニル共
重合体，セルロースエステル，ポリイミド，スチ
ロール樹脂等の熱可塑性樹脂。エポキシ樹脂，ウレタ
ン樹脂，ナイロン樹脂，シリコーン樹脂，フェノ
ール樹脂，メラミン樹脂，キシレン樹脂，アルキ
ッド樹脂，熱硬化アクリル樹脂等の熱硬化性樹脂。ポ
リビニルカルパゾール，ポリビニルピレン，ポリビ
ニルアントラセン，ポリビニロール等の光導電性樹脂。

【００５７】上記（１）〜（３）に挙げるものは単独
で、または組み合わせて使用することができる。その
他、液晶ポリマー等のエンジニアプラスチック類、プラ
スチック類と粉末、ウィスカーとの混合物でも良い。感
光性樹脂、厚膜用フォトレジスト樹脂等も使用可能であ
り、ベークライト、フッ素系樹脂、ガラス・エポキシ樹
脂（エポキシ中にガラスフィラー混入）でもよい。

【００５８】（４）その他インク室に接する側面を絶縁膜コートする場合は、全て
の金属が使用できる。これらの非圧電材料は、板状にし
た後、天板２０に加工するか、もしくは型成型したり、
パターンエッチング、光硬化等を利用して最初から天板
２０の形状に成型しても良い。

【００５９】隔壁の材料上記隔壁２２，４８の材料としては、以下に挙げるもの
を用いることができる。（１）エポキシ樹脂，フェノキシ樹脂，ウレタン樹
脂，ナイロン類，シリコーン樹脂，フルオロシリ
コン樹脂，フェノール樹脂，メラミン樹脂，キシレ
ン樹脂，アルキッド樹脂，熱硬化アクリル樹脂等の
熱硬化性樹脂。上記の中では、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、フルオ
ロシリコーン樹脂が好適い用いられる。

【００６０】（２）飽和ポリエステル樹脂，ポリア
ミド樹脂，アクリル樹脂，アラミド樹脂，エチレ
ン−酢酸ビニル樹脂，イオン架橋オレフィン共重合体
（アイオノマー），スチレ−ブタジェンブロック共重
合体，ポリアセタール，ポリフェニレンサルファイ
ド，ポリカーボネイト，塩化ビニル−酢酸ビニル共
重合体，セルロースエステル，ポリイミド，スチ
ロール樹脂等の熱可塑性樹脂。上記の中では、アラミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリア
ミド樹脂、エチレン−酢酸ビニル樹脂が好適に用いられ
る。

【００６１】（３）液晶ポリマ（４）感光性樹脂，厚膜用フォトレジスト樹脂（５）ゴム，合成ゴム（６）ニッケル，ステンレス，チタン，タング
ステン等の薄板なお、上記（１）〜（５）に挙げた材料は、単体もしく
は組み合わせて用いてもよい。

【００６２】以上の（１）〜（６）に挙げた材料の優劣
を比較すると、（１）〜（３）についてはほぼ同等であ
るが、優（１）〜（３）＞（４）＞（６）＞（５）劣という特徴が見られる。さらに、材料の厚さは１００μ
ｍ以下、できれば５０μｍ以下とするのが好ましい。

【００６３】接着剤の材料インクジェットヘッド１２の組み立てに用いる接着剤と
しては、次の（１）（２）に挙げるものが使用できる。
ただし、圧電体２６を圧電体支持板１９に接着する際に
用いる接着剤は、導電性を有する必要がある。（１）エポキシ樹脂，フェノール樹脂，フェノキ
シ樹脂，アクリル系樹脂，フラン樹脂，ポリウレ
タン樹脂，ポリイミド樹脂，シリコーン樹脂等の熱
硬化性樹脂接着剤。（２）ポリ酢酸ビニル，ポリ塩化ビニル，ビニル
アセタール，ポリビニルアルコール，ポリビニルブ
チラール等の熱可塑性樹脂接着剤。（３）ＵＶ硬化樹脂接着剤。（４）嫌気性硬化型接着剤。

【００６４】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
インクジェット記録装置では、各圧電体を一部接着状態
で固定しているので、一の圧電体の振動が基板を介して
他の圧電体に伝播して連動変位することもなく、クロス
トークを完全に抑制することができる。したがって、各
インク室からインク滴を安定して飛翔させることがで
き、印字品質の向上を図れる。

【００６５】また、圧電体を一部接着としたことにより
圧電体の変位が飛躍的に大きくなったので、従来例より
極めて低い電圧で同程度のインク飛翔が可能となり、ド
ライバコストの低減を図ることができる。同時に、圧電
体の変位が大きくなったことで、印加電圧を制御するこ
とにより圧電体の変位量の調節が可能になる。その結
果、インク室から飛翔するインク滴の径を任意に変える
ことができ、記録紙上に描かれる画像の色彩についての
中間調再現が可能になる。

【００６６】さらに、圧電体の非固定部分を基板方向に
一旦変位させ、圧電体の弾性復元に基づき隔壁を弾いて
インク室を加圧するようにしたので、圧電体を一部接着
としたことと相俟って低電圧駆動と高効率のインク吐出
が可能になる。そしてまた、圧電体と隔壁とを接着すれ
ば高周波応答性を向上させることができ、各圧電体を連
結部を有する櫛歯状に形成すれば更に高効率のインク飛
翔を達成できる。

【００６７】加えて、圧電体にインクが直接接触してい
ないので、インクが圧電体に浸透して低抵抗化すること
もない。したがって、実効電圧の低下により圧電体の変
位が小さくなることもなく、結果としてインクジェット
記録装置の安定性、信頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例であるインクジェット記録装
置の概略構成図である。

【図２】実施例におけるインクジェットヘッドの全体
斜視図である。

【図３】実施例におけるインクジェットヘッドの要部
の幅方向断面図である。

【図４】実施例におけるインクジェットヘッドの要部
の長手方向断面図である。

【図５】実施例におけるインクジェットヘッドの製造
工程を説明する斜視図である。

【図６】実施例におけるインクジェットヘッドの製造
工程を説明する斜視図である。

【図７】実施例におけるインクジェットヘッドの製造
工程を説明する斜視図である。

【図８】実施例におけるインクジェットヘッドの製造
工程を説明する斜視図である。

【図９】実施例におけるインクジェットヘッドの製造
工程を説明する斜視図である。

【図１０】実施例におけるインクジェットヘッドの製
造工程を説明する斜視図である。

【図１１】実施例の圧電体に印加する電圧のパルス形
状を示す図である。

【図１２】従来のインクジェットヘッドにおける圧電
体の変位を示す側面図である。

【図１３】実施例のインクジェットヘッドにおける圧
電体の変位を示す側面図である。

【図１４】実施例のインクジェットヘッドにおける圧
電体の変位を説明するための要部幅方向断面図である。

【図１５】実施例のインクジェットヘッドにおける圧
電体の変位を説明するための要部幅方向断面図である。

【図１６】実施例の変形例のインクジェットヘッドに
おける要部の幅方向断面図である。

【図１７】櫛歯状に形成した圧電部材の平面図および
側面図である。

【図１８】従来のインクジェットヘッドの一例を示す
部分断面図である。

【図１９】従来のインクジェットヘッドの一例を示す
部分断面図である。

【符号の説明】

１２…インクジェットヘッド、１８…スペーサ、１９…
圧電体支持板、２０…天板、２１…凹部、２２…隔壁、
２３…インク室、２４…基板、２６…圧電体、２７…個
別電極、２８…共通電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】非圧電部材にインク室となる複数の溝状
凹部を形成し、上記非圧電部材の凹部形成面に基板を設
け、この基板上の上記凹部に対応する位置に複数の圧電
体をそれぞれ配置してなるインクジェットヘッドと、上
記圧電体を変位させインク室に充填されたインクを加圧
吐出させるように画像信号に応じて上記圧電体に電圧を
印加する電圧印加手段とから構成されるインクジェット
記録装置において、上記凹部を覆って凹部壁面との間にインク室を形成する
とともにインク室と上記圧電体とを隔てる隔壁を設け、
上記圧電体の少なくとも一部分を上記基板に固定せず、
電圧印加により上記圧電体の非固定部分が基板に向かっ
て変位し得る空間を形成し、上記圧電体の弾性復元に基
づきインク室を加圧するようにしたことを特徴とするイ
ンクジェット記録装置。
【請求項２】上記圧電体の一端側が固定され、他端側
が上記基板に固定されていないことを特徴とする請求項
１に記載のインクジェット記録装置。
【請求項３】上記圧電体の非固定部分と上記隔壁とを
接着したことを特徴とする請求項１または２に記載のイ
ンクジェット記録装置。
【請求項４】上記各圧電体がそれぞれ連結された部分
を有する櫛歯状に形成されていることを特徴とする請求
項１から３のいずれかに記載のインクジェット記録装
置。