JPH09314833A - インクジェットプリンタヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高ノズル密度のインクジェットプリンタヘッド
を誤動作なく駆動し、かつそれを安価に実現すことを目
的とする。 【解決手段】電気信号により変形する圧電素子１を配接
した振動板３を有する圧力室６からなり、前記圧力室６
が印字面に対して水平方向に配列されるインクジェット
プリンタヘッドで。そして振動板が金属からなり、圧電
素子１の振動板３の反対面に電極を設け、請求項１記載
の薄膜トランジスタ素子を形成した駆動基板９の端面に
配線電極１２をまわりこんで形成し、この駆動基板９の
端面の配線電極１２と圧電素子１の圧電素子電極２を接
触させるように駆動基板９を圧電素子１に対して垂直に
位置する。さらに前記電気信号がＴＦＴ１０により圧電
素子１に供給される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はインクジェットプリ
ンタヘッドに関する。更に詳しくは、インク滴を、電気
信号により圧電素子の変形させることにより、選択的に
記録媒体に付着させるインクジェットプリンタヘッドに
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、プリンタはパソコンの普及と歩調
を合わせて急激に普及している。なかでもインクジェッ
トプリンタは高速印字、低騒音、高印字品位、カラー印
刷の対応が良好であり、かつ安価に市場に提供できる等
の利点により、他の印字方式を抑えて、急速に発展して
いる。

【０００３】ここで従来のインクジェットプリンタヘッ
ドの構造、インク滴の吐出動作の例を、図を用いて説明
する。

【０００４】まず従来のインクジェットプリンタヘッド
の構造を、図４をもとに説明する。図４はインクジェッ
トプリンタヘッドの部分斜視図である。複数の圧力室６
が平行に一定間隔をもって配列している。圧力室６の一
面には、圧電素子１が配接された振動板３が形成されて
いる。圧電素子１には図示されていない駆動回路より電
気信号が送られる。圧力室６の振動板３の反対面は、隔
壁１７をはさんでノズル穴４が形成されたノズルプレー
トが形成されている。ノズル穴４からインク滴が吐出さ
れる。圧力室６の配列方向と垂直にリザーバ１３が形成
されている。個々の圧力室６とリザーバ１３は細長いス
リット状の供給口５により接続される。リザーバ１６
は、リザーバ１６上にある図示されていないインクタン
クとインクタンク口８により接続されている。インクタ
ンクのインクは、まずリザーバ１６に満たされる。さら
にインクはリザーバ１６から供給口５を通り、圧力室６
に満たされる。

【０００５】次に従来のインクジェットプリンタヘッド
のインク滴の吐出動作を図５をもとに説明する。図５は
インクジェットプリンタヘッドの圧力室の断面図であ
る。圧電素子１に図示されていない駆動回路より電気信
号が送られると圧電素子１は圧電素子の伸縮方向１４に
伸びる。振動板３自体は伸びないため、振動板の変形方
向１５に変形する。すると圧力室６の体積が大きくな
り、供給口５から体積が増加した分のインクが満たされ
る。そこで駆動回路からの電気信号が切られると、圧電
素子１は元の長さに戻る。それに伴い振動板３も変形状
態から元に戻る。したがって圧力室６の体積は小さくな
る。したがって圧力室６内に満たされたインクはノズル
穴４と供給口５へ逃げようとする。供給口５側にはイン
クタンクからのインクが存在するため、ノズル穴４側に
より多くの逃げようとする。結果として、ノズル穴４か
らインク滴の吐出方向２６に吐出する。すなわち圧電素
子１に電気信号を送ることにより、インク滴を吐出でき
る。

【０００６】次に従来のインクジェットプリンタヘッド
のパソコンからの信号の流れを図６をもとに説明する。
図６は信号の流れを示すブロック図である。まずパソコ
ン２２からＩ／Ｆ２１（インターフェースの略）を介し
て、画像情報がインクジェットプリンタの信号処理回路
２３に送られる。信号処理回路で、画像情報はインクジ
ェットプリンタヘッド１８の圧電素子１をどのタイミン
グで動作するかの信号に作り変えられ、駆動回路２０に
送られる。駆動回路２０では、パルスジェネレータ１９
で作られた圧電素子１を駆動する為のパルス信号とクロ
ック２４からクロック信号が送られ、圧電素子１を駆動
する為の適切な電圧の駆動信号を作成する。信号処理回
路から送られた信号により、特定の圧電素子１に駆動信
号を送る。そしてこの駆動回路２０はディスクリートＩ
Ｃにより形成されていた。

【０００７】次に従来技術のインクジェットプリンタヘ
ッドと駆動回路２０との接続の状態を図７をもとに説明
する。インクジェットプリンタヘッド１８と駆動回路２
０は水平方向に配置され、ＦＰＣ２５（フレキシブルプ
リンテイングケーブル）により接続される。インクジェ
ットプリンタヘッド１８の圧電素子１には電極が形成さ
れ、インクジェットプリンタヘッド１８の一端に集積し
て配置され、ＦＰＣと接続される。駆動回路２０はディ
スクリートＩＣからなり、ガラエポ基板等の配線基板に
実装される。配線基板にはＰＺＴアレイに対応した数の
配線電極１２が形成されている。この配線電極１２にＦ
ＰＣが接続される。したがってインクジェットプリンタ
ヘッド１８と駆動回路２０を別体とし、ＦＰＣ２５で接
続していた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらインクジ
ェットプリンタに於いても、さらなる情報量の増加によ
る印刷の高解像度化への対応という課題が顕在化してき
た。これはパソコン等で扱う情報が、インターネットや
マルチメデアの発展により、従来のモノクロのキャラク
ターベースからフルカラーのグラフィックベースに変化
し、さらにグラフィックスの表示もより高解像度に進化
し、情報量が飛躍的に増加していることによる。これに
ともない印刷の解像度も高くしていかなければならな
い。従来の解像度は１８０ＤＰＩ（ドット・パー・イン
チの略）であったが、現在では３６０ＤＰＩが当たり前
となり、さらに７２０〜１４４０ＤＰＩが出現してきて
いる。

【０００９】インクジェットプリンタヘッドのノズルの
解像度と印刷の解像度は以下に述べるような関係があ
る。必ずしもノズルの解像度と印刷の解像度は同じであ
る必要がない。例として１４４０ＤＰＩの印刷を挙げ
る。１８０ＤＰＩのノズルの解像度のインクジェットプ
リンタヘッドで１４４０ＤＰＩの印刷を行うには、八回
の印刷を行う。これは一回目の印刷の後に、インクジェ
ットプリンタヘッドを印刷開始の位置まで戻し、インク
ジェットプリンタヘッドを１４４０ＤＰＩの距離だけず
らし、二回目の印刷を行う。以下にこれを都合八回くり
返すことにより１４４０ＤＰＩの印刷ができる。３６０
ＤＰＩのインクジェットプリンタヘッドであれば４回の
印刷となり、７２０ＤＰＩのインクジェットプリンタヘ
ッドであれば二回の印刷となり、１４４０ＤＰＩのイン
クジェットプリンタヘッドＤＰＩあれば一回の印刷です
む。

【００１０】当然のことながら、１８０ＤＰＩのインク
ジェットプリンタヘッドでの印刷時間は、１４４０ＤＰ
Ｉのインクジェットプリンタヘッドの８倍以上を要して
しまう。

【００１１】以上述べてきたようなわけで、高解像度の
印刷を短時間で行うには、高ノズル密度のインクジェッ
トプリンタヘッドの開発が必要となってきた。

【００１２】ところが従来のような駆動回路と圧電素子
の接続では、高ノズル密度のインクジェットプリンタヘ
ッドに対応することが困難となってきた。これを以下に
述べる。図７で示したようにＦＰＣで駆動回路と接続す
るには、ＦＰＣの配線ピッチと駆動回路基板の配線電極
１２のピッチを高密度化しなければならない。ＦＰＣの
配線ピッチの高密度化が技術的に困難となってきた。さ
らにＦＰＣと駆動回路の配線電極１２の接続を従来と同
様の半田付けで行うとすると、１４４０ＤＰＩの場合は
１７．６ｍｍピッチとなり、配線電極１２の幅をこれの
半分の８．８ｍｍとすると、半田を溶かした際に、半田
が流れ出し導通不良が発生する。あるいは異方性導電膜
を使用する方法では、導電性粒子の径が大きいと隣接電
極にリークするため、導電性粒子を微小にしなければな
らいないが、この微小導電性粒子をばらつきなく製造す
ることと、均一の分散状態で膜化することが困難であっ
た。

【００１３】さらに高密度のＦＰＣは非常に高価であ
り、駆動回路と駆動回路基板も高価となものとなった。

【００１４】以上述べてきたように従来の技術では高ノ
ズル密度のインクジェットプリンタヘッドを誤動作なく
駆動することが技術的に困難であり、かつコストも非常
に高くなってしまうという課題がある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
プリンタヘッドはかかる問題を解決するために、電気信
号により変形する圧電素子を配接した振動板を有する圧
力室からなり、前記圧力室が印字面に対して水平方向に
配列されるインクジェットプリンタヘッドに於いて、前
記電気信号が薄膜トランジスタ素子により圧電素子に供
給される。さらに、前記の薄膜トランジスタ素子（以
下、ＴＦＴと略す）を形成した駆動基板の端面に電極を
まわりこんで形成し、この駆動基板の端面の電極と圧電
素子の電極を接触させるように駆動基板を圧電素子に対
して垂直に位置する。

【００１６】

【発明の実施の形態】まず本発明のインクジェットプリ
ンタヘッドの一例を図１をもとに説明する。図１はイン
クジェットプリンタヘッドの構造を示す部分斜視図であ
る。

【００１７】圧力室６は対向する図示されない隔壁をは
さんで、対向するノズルプレートと振動板３により形成
される。ノズルプレートには個々の圧力室６に対応する
ノズル穴４が形成される。圧力室６はノズル穴４に対応
して、一定の間隔で配列される。振動板３には圧力室６
に対応する圧電素子１が配接される。圧電素子１上に圧
電素子電極２が形成される。振動板３には供給口５が形
成される。リザーバ１６は振動板３をはさんで圧力室６
と向かい合う。リザーバ１６にはインクタンク口８が設
けられ、図示されてないインクタンクと接続される。リ
ザーバ１６の一面の壁はＴＦＴ１０１０を配接した駆動
基板９により形成される。

【００１８】次に駆動基板の構造を図３をもとに説明す
る。図３は駆動基板の斜視図である。基板上にＴＦＴ１
０が圧電素子１の数と同じだけ配列される。ＴＦＴ１０
には、圧電素子電極２と接続するための配線電極１２が
形成されている。配線電極１２は駆動基板９の端面に折
り曲げられた状態で形成されている。

【００１９】次に駆動基板と圧電素子との接続を図２を
もとに説明する。図２は本発明のインクジェットプリン
タヘッドの圧力室６の断面図である。図１の図２の切断
線１１による圧力室の断面である。図に示すように駆動
基板９の配線電極１２が折り曲げられた端面と圧電素子
電極２が接触するように位置する。これによりＴＦＴ１
０から圧電素子１に信号を送れる。

【００２０】したがって駆動基板９がインクジェットプ
リンタの構成部材となり従来技術と比べて部品点数を少
なくでき、かつＦＰＣを使用しない為、信頼性の高い接
続を実現できる。

【００２１】引き続き本発明のインクジェットプリンタ
ヘッドのインク滴の吐出動作とインクの流れを図２をも
とに説明する。図２中には矢印が三種類有り、インクの
流れ１３、圧電素子の伸縮方向１４、振動板の変形方向
１５を示す。インクは、インクの流れ１３の矢印に示さ
れるように、図示されないインクタンクからインクタン
ク口８を経て、リザーバ１６に満たされる。リザーバ１
６のインクは供給口５を経て圧力室６に満たされる。次
にインク滴の吐出動作を説明する。圧電素子１にＴＦＴ
１０より信号回路より電気信号が送られると、圧電素子
１は、圧電素子の伸縮方向１４に変形する。そうする
と、振動板３も振動板の変形方向１５の上向きに変形す
る。電気信号が解除されると、圧電素子１は元に戻り、
振動板３ももとに戻るが、振動板３自体の質量と剛性に
より、振動板の変形方向１５の下向きに変形する。圧力
室６の体積が小さくなり、圧力波が発生する。圧力波は
ノズル口と供給口５に伝わる。これにより、インクはノ
ズル口からインク滴となって吐出する。

【００２２】

【発明の効果】以上述べてきたように本発明のインクジ
ェットプリンタヘッドによれば、高ノズル密度のインク
ジェットプリンタヘッドを誤動作なく駆動することがで
き、かつコストも非常に安価に実現できるという優れた
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェットプリンタヘッドの構造
を説明する部分斜視図。

【図２】本発明のインクジェットプリンタヘッドのイン
ク滴の吐出動作とインクの流れを説明する断面図。

【図３】本発明のインクジェットプリンタヘッドの駆動
基板の構造を説明する斜視図。

【図４】従来のインクジェットプリンタヘッドの構造を
説明する部分斜視図。

【図５】従来のインクジェットプリンタヘッドのインク
滴の吐出動作とインクの流れを説明する断面図。

【図６】従来のインクジェットプリンタヘッドの信号の
流れを説明するブロック図。

【図７】従来のインクジェットプリンタヘッドと駆動回
路との接続の状態を説明する平面図。

【符号の説明】

１・・・圧電素子 ２・・・圧電素子電極 ３・・・振動板 ４・・・ノズル穴 ５・・・供給口 ６・・・圧力室 ７・・・ノズルプレート ８・・・インクタンク口 ９・・・駆動基板 １０・・・ＴＦＴ １１・・・図２の切断線 １２・・・配線電極 １３・・・インクの流れ １４・・・圧電素子の伸縮方向 １５・・・振動板の変形方向 １６・・・リザーバ １７・・・隔壁 １８・・・インクジェットプリントヘッド １９・・・パルスジェネレータ ２０・・・駆動回路 ２１・・・Ｉ／Ｆ ２２・・・パソコン ２３・・・信号処理回路 ２４・・・クロック ２５・・・駆動回路 ２６・・・インク滴の吐出方向

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電気信号により変形する圧電素子を配接し
   た振動板を有する圧力室からなり、前記圧力室が印字面
   に対して水平方向に配列されるインクジェットプリンタ
   ヘッドに於いて、前記電気信号が薄膜トランジスタ素子
   により圧電素子に供給されることを特徴とするインクジ
   ェットプリンタヘッド。
2. 【請求項２】請求項１記載のインクジェットプリンタヘ
   ッドの振動板が金属からなり、圧電素子の振動板の反対
   面に電極を設け、請求項１記載の薄膜トランジスタ素子
   を形成した駆動基板の端面に電極をまわりこんで形成
   し、この駆動基板の端面の電極と圧電素子の電極を接触
   させるように駆動基板を圧電素子に対して垂直に位置す
   ることを特徴とするインクジェットプリンタヘッド。