JPH081929A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 インクジェットヘッドの製造を簡単にしノズ
ルの高密度化を可能にする。 【構成】 基板１と蓋板２とを接合してヘッド枠体３を
構成し、このヘッド枠体に設けられた凹部１ａ内に、イ
ンクが供給されるようにする。ヘッド枠体３の開口部に
は圧電材料からなるノズルプレート７が接合されてい
る。ノズルプレート７の前面には共通電極８が、背面に
はノズル孔７ａに対応した駆動電極がそれぞれ設けられ
ている。ノズル孔７ａの径は、インクが表面張力により
ノズル孔７ａ内に保持されノズル孔７ａからインク滴が
吐出しないような大きさにしてある。そして、インク吐
出時には、共通電極８と吐出させるべきノズル孔７ａに
対応す駆動電極とに電界を加えてノズル孔７ａの径を大
きくし、表面張力に打ち勝ってノズル孔７ａからインク
滴を吐出させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はインクジェットヘッドに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のインクジェットヘッドの構成は、
複数のノズルに対応するインク流路を形成し、各インク
流路を区画する流路側壁を撓ませることにより流路容積
を減少させ、内部のインクに加圧することによりインク
をノズルから吐出させる構成のものがある（特開昭６３
−２４７０５１号公報、特開昭６３−２５２７５０号公
報など）。これらは、ノズルの配列方向に互いに間隔を
有する多数の平行な流路を有しており、この流路は天
部、底部、側壁により区画されており、流路の一端には
複数のノズル孔を有するノズルプレートが固着され、多
端にはインクを供給手段が連結されている。この側壁の
少なくとも一部は圧電材料からなり、剪断モードの変形
を生じさせて流路内のインクに加圧しノズル孔から外部
へ吐出させるものである。

【０００３】また、特開昭５５−１１７６６３号公報に
は、電気粘性流体からなるインクを用いて、ノズルプレ
ートの表裏両面に設けた電極への電界の印加によりイン
クの粘性を変化させ、部分的に粘性を高くしたインクは
吐出せず、粘性を低くしたインクが吐出するようにした
構成が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記第１の従来例で
は、効果的な流路壁変形を得るためには側壁を高くする
必要があり、また、印字の高密度化のためノズル間隔を
狭めるには側壁の厚みを薄くする必要がある。したがっ
て、側壁を薄くかつ高くすることが望ましく、そのため
に流路となる溝を形成する加工が難しくなっている。

【０００５】上記第２の従来例では、インクの粘性の変
化のみによってインクの吐出動作を制御することは信頼
性に乏しく、インクの電気粘性特性に応じて印加電圧の
微細な調整が必要である。

【０００６】そこで本発明の目的は、製造が簡単で高密
度化が容易に達成できるインクジェットヘッドを提供す
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るインクジェットヘッドは、一端開口の
中空の匡体状であり内部にインクが供給されるヘッド枠
体と、ヘッド枠体の開口部に固着され複数のノズル孔を
有する圧電材料からなるノズルプレートと、ノズルプレ
ートの一方の面に設けられている共通電極と、ノズルプ
レートの他方の面にノズル孔にそれぞれ対応するように
設けられている駆動電極とを有している。

【０００８】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。

【０００９】図１に本発明に係るインクジェットヘッド
の上面側からみた展開斜視図を、図２にその底面側から
みた展開斜視図をそれぞれ示している。

【００１０】合成樹脂やガラスなど任意の材質により形
成され、凹部１ａを区画する側壁１ｂ，底面１ｃ，後板
１ｄとからなる基板１の上部に、同様な材質からなる蓋
板２が熱融着または接着などの方法により接合されて、
ヘッド枠体３が構成されている。蓋板２にはインク供給
孔２ａが穿設されており、ここにインク供給部材４が接
合される。インク供給部材４には、図示しないインクタ
ンクより所定の圧力でインクが供給されるためのパイプ
４ａが設けられている。

【００１１】図２に示すように、基板１の底面１ｃに
は、後述するノズル孔７ａに対応する駆動電極９用の導
電パターン５が形成されており、図１に示すように、蓋
板２には共通電極８用の導電パターン６が形成されてい
る。

【００１２】このように構成されたヘッド枠体３の一端
は開口部となっているが、この開口部を塞ぐように、圧
電材料からなるノズルプレート７が接合されている。こ
のノズルプレート７には複数のノズル孔７ａが穿設され
ており、その一方の面（前面）には一面に共通電極８
（図１参照）が、他方の面（背面）には各ノズル孔７ａ
に対応する複数の駆動電極９（図２参照）が、それぞれ
形成されている。共通電極８は蓋板２の導電パターン６
と接触しており、駆動電極９は基板１の導電パターン５
と接触している。これらの電極８，９は、インジウム・
ティン・オキサイド（ＩＴＯ）などの弾性導電物質が蒸
着やスパッタリングなどの方法でノズルプレート７に形
成されたものである。

【００１３】本実施例では、ノズルプレート７となる圧
電材料の分極方向を考慮して、共通電極８および駆動電
極９に導通した際に、圧電材料が面方向に広がるような
電界を加えているが、この圧電材料について以下に説明
する。

【００１４】図３（ａ）には、一般的な円板広がりモー
ドの圧電素子１１の表裏両面に電極１２ａ，１２ｂを設
けた構成を示している。圧電素子１１の分極方向は矢印
Ａにて示すように厚み方向であり、電極１２ａ，１２ｂ
は電源１３に接続されている。このような状態におい
て、電極１２ａ，１２ｂに電界が印加されると、圧電素
子１１は矢印Ｂに示すように放射状に広がる変形を生じ
る。これを利用して、図３（ｂ）に示すように、圧電素
子１１に小孔１１ａを設け表裏両面に電極１２ａ，１２
ｂを設けて電界を加えると、やはり矢印Ｂに示すように
変形し小孔１１ａが広がる。

【００１５】そこで図１，２に示す本実施例について説
明すると、ノズル孔７ａは、通常状態のインクが表面張
力によってノズル孔７ａ内に保たれるような大きさに形
成されている。そして、共通電極８と、複数のノズル孔
７ａのうちインク吐出すべき部分に位置する駆動電極９
との間に電界を加える。そうすると、前記の通りその部
分のノズルプレート７が面方向に広がるように変形する
ためノズル孔７ａが大きくなる。例えば、ノズル孔７ａ
の直径３０μｍ、駆動電極９の直径５０μｍ、ノズルプ
レート７の厚さ５０μｍ、駆動電圧１ｋＶと設定した場
合、ノズル孔７ａは５μｍ程度大きくなる。そのため、
電界が加えられた部分のノズル孔７ａでは表面張力に打
ちかってインク滴が吐出する。このように本実施例で
は、インク吐出を行う場合にのみ電界の印加を行って該
当するノズル孔７ａからインク滴が吐出させるので、消
費電力は少なくてすむ。また上記第１の実施例とは反対
に、共通電極８および駆動電極９に導通した際に、圧電
材料が面方向に収縮するような圧電素子を用いることも
できる。さらにその場合、インク供給部材４から凹部１
ａ内に電気粘性流体（電界が加わると粘性が高くな
る。）であるインク１０（図４参照）を供給すると効果
的である。電気粘性流体は、具体的には、鉱油、シリコ
ン油、フッ素化合物、合成炭化水素などの電気絶縁性液
体に、吸水性ポリマー架橋微粒子、イオン交換樹脂粒子
などの含水微粒子や、ゼオライト、シリカゲル、チタン
酸カリウムホイスカーなどのセラミック粒子などの固体
微粒子を分散させたものである。

【００１６】この第２の実施例の作動を説明すると、共
通電極８と、複数のノズル孔７ａのうちインク吐出しな
い部分に位置する駆動電極９との間に電界を加える。そ
うすると、その部分のノズルプレート７が面方向に収縮
するように変形するためノズル孔７ａが小さくなる。ま
た、これと同時に、その付近に位置するインク１０は電
気粘性効果により粘性が高くなる。そのため、電界が加
えられた部分のノズル孔７ａからはインク滴は吐出しな
い。そして、電界の印加が停止された部分において、ノ
ズルプレート７は広がりノズル孔７ａの径が大きくな
る。それと同時に、その付近に位置するインク１０の粘
性が低下するため、インク滴はノズル孔７ａから吐出す
る。このように第２の実施例では、通常は常に共通電極
８および駆動電極９に電界を加えており、インク吐出を
行う場合にのみ電界の印加を停止することにより、該当
するノズル孔７ａからインク滴が吐出する。

【００１７】このような本発明の構成においては、予め
インクにある程度加圧した状態で凹部１ａに供給する場
合もある。

【００１８】

【発明の効果】以上のように本発明に係るインクジェッ
トヘッドによると、インクに加圧するのではなくノズル
孔径の変化によってインク吐出を制御するため、各ノズ
ル孔毎に完全に独立して制御できクロストークを生じる
おそれがない。そして、クロストークを生じるおそれが
ないため、各ノズル孔毎に対応して分割された多数のイ
ンク流路を設ける必要がない。すなわち、各ノズル孔に
対応した流路を設けず、微細な流路側壁を多数形成する
代わりに、大面積の凹部を形成すればよいため、製造が
きわめて容易になる。そして、ノズルの高密度化が容易
に達成できる。また、インクに加圧して吐出させる方式
ではないため、インク滴吐出後の振動が小さく高周波数
でのインク滴吐出が容易にできる。

【００１９】インクとして電気粘性流体を用いる場合に
は、ノズル孔径の変化と同期させてインクの粘性を変化
させることにより、インク滴吐出が効率よく確実に行え
るとともに、インク滴吐出後直ちにインクの粘性を高め
て振動を速やかに減衰させることができ、インク滴吐出
の間隔をさらに短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るインクジェットヘッドの第１の実
施例を上面側から見た展開斜視図

【図２】第１の実施例を底面側から見た展開斜視図

【図３】圧電材料の変形状態を示す説明図

【図４】第２の実施例のインク滴吐出状態を示す説明図

【符号の説明】

３ ヘッド枠体 ７ ノズルプレート ７ａ ノズル孔 ８ 共通電極 ９ 駆動電極 １０ インク

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一端開口の中空の匡体状であり、内部に
   インクが供給されるヘッド枠体と、 上記ヘッド枠体の上記開口部に固着され、複数のノズル
   孔を有する圧電材料からなるノズルプレートと、 上記ノズルプレートの一方の面に設けられている共通電
   極と、 上記ノズルプレートの他方の面に、上記ノズル孔にそれ
   ぞれ対応するように設けられている駆動電極とを有する
   ことを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 【請求項２】 上記ヘッド枠体内に供給される上記イン
   クは、電気粘性流体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。