JPH0939241A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ノズル孔周辺部を変形させてインク室内のイ
ンクを加圧することで、エネルギー伝達による時間的ロ
スのない応答性に優れたインク噴射を達成する。 【解決手段】 本発明のインクジェット記録装置は、基
板１３と、この基板１３を覆って基板１３との間にイン
ク室１８を形成するとともに、インク室１８に臨むノズ
ル孔１４ａを有するノズルプレート１４と、ノズルプレ
ート１４のノズル孔１４ａの近傍に接触して設けられ、
画像信号に応じて電圧が印加されて変形し、この変形に
基づきノズル孔１４ａ周辺部を変形させる圧電体からな
る側壁１５とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像信号に応じて
インク滴を噴射し、紙等の記録媒体に記録するインクジ
ェット記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、複数のインク室に圧電体をそれぞ
れ配置し、この圧電体に画像信号に応じて電圧を印加し
て変形させることにより、インク室に充填されたインク
を加圧してノズルから噴射する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】このようなインクジェットヘッドとして、
例えば特開昭６３−２４７０５１号公報に図１９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８０
は、複数の溝部８１を形成することにより互いに平行に
立設された複数の側壁８２を有し、かつ矢印ｃ方向に分
極処理を施した圧電セラミック板８３を備えている。上
記側壁８２の上部には、金属、ガラス、セラミック等か
らなるカバー板８４が接合層８５を介して接合されてお
り、このカバー板８４に覆われた溝部８１内部に複数の
インク流路８６が形成されている。インク流路８６に臨
む側壁８２の表面には、スパッタリング等によって金属
電極８７、８８がそれぞれ形成されている。また、図２
０に示すように、上記圧電セラミック板８３とカバー板
８４との接合体の端面には、各インク流路８６の対応位
置にノズル孔８９ａが形成されたノズルプレート８９が
接合される。

【０００４】上記構成からなるインクジェットヘッド８
０において、図１９に示す中央のインク流路８６からイ
ンクを噴射させる場合、その両側の側壁８２表面に形成
された金属電極８７、８８にパルス電圧を印加する。こ
のとき、電圧印加された側壁８２の内部には矢印ｃ方向
の分極方向と直交する方向に電界が形成され、側壁８２
はいわゆる厚みすべりモードによって変形する。すなわ
ち、上記側壁８２はそれらの上部が互いに接近する方向
に僅かに変形し、この変形によってインク流路８６の容
積が減少し、これによりインク流路８６内のインクが瞬
間的に加圧され、インク流路８６の一端側に形成された
上記ノズル孔８９ａから液滴状となって噴射される。イ
ンク滴を噴射した後、電圧印加を解除された側壁８２は
その弾性に基づき元の状態に戻る。このとき、インク流
路８６内に負圧が生じるために、図示しないインク供給
部からインク流路８６にインクが補給され、次のインク
噴射の準備ができる。

【０００５】また、特開平４−３５３４５３号公報に
は、図２１に示すインクジェットヘッド９０が開示され
ている。このインクジェットヘッド９０も圧電セラミッ
ク板８３、カバー板９１およびノズルプレート８９から
構成されている。圧電セラミック板８３とノズルプレー
ト８９は上記従来例と同様であるが、金属材料、樹脂材
料等からなるカバー板９１は上記カバー板８４に比べて
厚さが薄く、かつ各インク流路８６の内側に湾曲した状
態に形成されている。

【０００６】このような構成を有する上記インクジェッ
トヘッド９０において、図２２に示す中央のインク流路
８６からインクを噴射させる場合、その両側の側壁８２
に金属電極８７、８８を介してパルス電圧を印加する
と、各側壁８２の上部が互いに接近する方向に瞬時に変
形して略ハ字状となり、インク流路８６の容積が減少す
る。この際、インク流路８６に対応するカバー板９１の
湾曲した部分は、側壁８２の上部間の間隔が小さくなる
ことから、さらに湾曲してインク流路８６の内側に入り
込み、この変形もインク流路８６の容積を減少させるよ
うに作用する。これらの変形によって瞬間的に加圧され
たインクがインク流路８６の一端に形成されたノズル孔
８９ａから液滴状となって噴射される。

【０００７】

【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８０では、各側壁８２の上部が剛
性の大きいカバー板８４に接着されているため、電圧印
加による変形が拘束される傾向にある。したがって、イ
ンク滴を噴射するのに必要な変形量を得るためには、イ
ンク流路８６の両側の側壁８２に高電圧を印加しなけれ
ばならないという問題があった。

【０００８】一方、上記インクジェットヘッド９０で
は、厚みの薄いカバー板９１を用い、かつ各インク流路
８６に対応して凸状に湾曲させてあるため、側壁８２の
変形に対する拘束力が小さくなるのに加えて、側壁８２
の変形に伴って生ずるカバー板９１の湾曲部の変形もイ
ンク流路８６の容積を減少させるように作用することか
ら、全体としてインク噴射に必要十分なインク流路８６
の変形量を得ることができ、低電圧での駆動を可能にし
ている。しかし、上記インクジェットヘッド９０ではノ
ズル孔８９ａがインク流路８６の一端側に形成されてお
り、インク流路８６内のインクを加圧する変形部分であ
る側壁８２およびカバー板９１の湾曲部と、インク滴が
噴射されるノズル孔８９ａのインク液面（以下、「イン
ク噴射液面」という。）とが離れている。このため、上
記側壁８２等により発生した加圧エネルギーがインク噴
射液面に伝達されてインク滴が噴射されるまでに僅かの
時間差を生じ、この時間差がインク噴射応答性を向上さ
せるうえでの妨げになるという問題がある。

【０００９】そこで、本発明は上記問題点を解決すべく
なされたもので、その目的はインク流路に臨むノズル孔
周辺部を変形させ、この変形によってインクを加圧する
ことにより、エネルギー伝達による時間的ロスのない応
答性に優れたインク噴射を達成できるインクジェット記
録装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段及びその効果】上記目的を
達成するため第１発明のインクジェット記録装置は、基
板と、この基板を覆って基板との間にインク室を形成す
るとともに、インク室に臨むノズル孔を有するノズル部
材と、このノズル部材のノズル孔近傍に接触して設けら
れ、画像信号に応じて電圧が印加されて変形し、この変
形に基づきノズル孔周辺部を変形させる圧電体とを備
え、上記ノズル孔周辺部の変形によってインク室の容積
を変化させ、この変化によりインク室内のインクを加圧
して上記ノズル孔から噴射するようにしたものである
（請求項１）。

【００１１】上記第１発明のインクジェット記録装置で
は、圧電体に画像信号に応じて電圧を印加すると圧電効
果によって瞬時に変形する。この圧電体はノズル孔近傍
でノズル部材に接触して設けてあるため、圧電体の変形
はノズル孔周辺部に作用して変形させる。このノズル孔
周辺部の変形は上記圧電体の変形と協働して、または、
ノズル孔周辺部の変形単独でインク室の容積を変化さ
せ、内部のインクを加圧する。これにより加圧されたイ
ンクがノズル孔から液滴状となって噴射される。

【００１２】このようにノズル孔周辺部が変形してイン
クを噴射させるインクジェット記録装置によれば、イン
クを加圧する変形部分がインク噴射液面に極めて近くに
あるので、エネルギー伝達による時間的ロスを生ずるこ
となく極めて応答性に優れたインク噴射を得ることがで
き、その結果、印字や画像形成の速度を上げることがで
きる。

【００１３】上記第１発明のインクジェット記録装置に
おいて、上記圧電体でインク室の側壁を形成するととも
に、このインク室の側壁の端面に可撓性を有する上記ノ
ズル部材を接合し、上記インク室の側壁の変形が上記ノ
ズル孔周辺部の変形と協働してインク室の容積を変化さ
せてもよく（請求項２）、この場合には上記圧電体と上
記基板とを一体形成することもできる（請求項３）。

【００１４】また、上記第１発明のインクジェット記録
装置において上記圧電体を、可撓性を有する上記ノズル
部材にインク室の外部で接合してもよい（請求項４）。

【００１５】さらに、上記第１発明のインクジェット記
録装置において、上記圧電体がノズル部材に嵌合されて
上記ノズル孔の内縁部の一部分を形成しており、上記圧
電体の変形自体が上記ノズル孔周辺部の変形を構成する
ようにしてもよい（請求項５）。

【００１６】第２発明のインクジェット記録装置は、内
部にインクを保持する凹状のノズル孔とこのノズル孔に
インクを導くインク流路とを表面に形成したノズル部材
と、上記ノズル孔の底部外面に接触して設けられ、画像
信号に応じて電圧が印加されて変形し、この変形に基づ
き上記ノズル孔底部を変形させる圧電体とを備え、上記
ノズル孔底部の変形によってノズル孔に保持されたイン
クを加圧して噴射するようにしたものである（請求項
６）。

【００１７】上記第２発明のインクジェット記録装置で
は、ノズル部材に形成された凹状のノズル孔がインク室
の役割をも果たしており、このノズル孔にインクが保持
される。上記圧電体に電圧を印加して変形させると、こ
の変形によってノズル孔の底部外面が変形し、ノズル孔
内部のインクが加圧されて噴射される。このように、イ
ンクを加圧する変形部分がインク噴射液面の近傍にある
ので、上記第１発明のインクジェット記録装置と同様に
インク噴射応答性を向上させることができる。また、ノ
ズル部材にインク室兼用のノズル孔とインク流路を形成
することで装置の薄肉化と部品数の削減が可能になり、
装置全体の小型化とローコスト化を図ることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て添付図面を参照しつつ説明する。図１は、第１の実施
形態にかかるインクジェット記録装置１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において紙面に垂
直な方向）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
インク噴射ノズルを下方に向けて配置されている。

【００１９】上記インクジェットヘッド１２の先端部
は、図２（ａ）および図３に示すように、基板１３と、
この基板１３を覆って設けられたノズル部材としてのノ
ズルプレート１４とを備えている。上記基板１３は、互
いに平行に延びて立設された、圧電体からなる複数の側
壁１５を有している。これらの側壁１５は、例えばＰＺ
Ｔ（チタン酸ジルコン酸鉛）からなり、かつ矢印ｂ方向
（あるいは、反対方向であってもよい。）に分極処理さ
れた平板に、ダイシングソー等によって複数の溝部１６
を所定間隔をおいて切削加工することにより基板１３と
一体形成される。また、上記側壁１５の両側面には、例
えばスパッタリングでＡｕ／（Ｎｉ，Ｃｒ）膜を付着さ
せる等により電極２０、２１がそれぞれ形成されてい
る。さらに、図３に示すように、上記側壁１５の長手方
向端面には、導電性ペースト等を用いて上記電極２０に
導通する導電層２２がそれぞれ形成され、その反対側端
面にも同様に電極２１に導通する導電層が形成されてい
る。

【００２０】上記基板１３の表面であって、少なくとも
インクと直接接触する部分については、例えばパレリン
樹脂を真空蒸着させる等によって絶縁性のオーバコート
処理を施しておく。これにより、圧電体からなる側壁１
５にインクが浸透して低抵抗化し、実効電圧がかからな
くなって変形量が低下する不都合を防止でき、インク噴
射安定性が向上する。

【００２１】上記ノズルプレート１４は、例えば厚さ５
０μｍのポリイミドフィルムからなり、可撓性を有して
おり、上記側壁１５の先端面に接合層１７を介して接合
されている。なお、ノズルプレート１４を接合する際
に、側壁１５の先端面に１つ又は複数の小溝を形成して
おけば、接合層１７との接触面積が大きくなって接合強
度が高くなり、ヘッドの耐久性が向上する。

【００２２】上記ノズルプレート１４と基板１３との
間、すなわち、ノズルプレート１４に覆われた各溝部１
６の内部にはインク室１８がそれぞれ形成されている。
また、上記ノズルプレート１４は各インク室１８に臨む
複数のノズル孔１４ａを有している。このように本実施
形態では、ノズル孔１４ａを有するノズルプレート１４
が側壁１５の端面に接合されているため、換言すれば、
圧電体である側壁１５ががノズルプレート１４のノズル
孔１４ａ近傍に接触して設けられていることになる。

【００２３】ここで、後述するように上記ノズルプレー
ト１４のノズル孔１４ａ周辺部が圧電体からなる側壁１
５の変形によってインク室１８の内部方向に有効に変形
するには、その材質のヤング率が３０〜５０００ｋｇｆ
／ｍｍ²の範囲もあり、その厚みが１〜１０００μｍ程
度であるのが好ましい。ノズルプレート１４の具体的な
材質としては下表に示すものが例示でき、ヤング率はそ
の材質についての一般的な値を示している。

【００２４】

【表１】 ヤング率（ｋｇｆ／ｍｍ²） ポリイミド（東レ・カプトン２００Ｈ） ２０４ アラミド（東レ・ＴＸ−１） ９８０ ポリサルフォン ３００ ポリエーテルサルフォン ３００ ポリフェニレンサルファイト ３００ ガラス繊維混合ポリエステル ７００〜３５００ ４フッ化エチレン樹脂 ４０

【００２５】また、ノズルプレート１４の厚みをｔ、ヤ
ング率をＥとしたときに、１×１０^-3≦Ｅｔ³≦１×１
０³（kgf・mm）なる条件式を満たすように設定するのが
好ましい。さらに、上記ノズル孔１４ａは、例えばエキ
シマレーザによって形成されるが、その断面積がインク
室１８側で大きく、外側で小さくなるようにテーパ状に
形成してもよく、ノズル孔１４ａの周縁およびその周辺
部をインクの性質に応じて撥インク処理または親インク
処理してもよい。これらによって、ノズル孔１４ａとそ
の近傍におけるインクの流れが円滑になり、インク噴射
安定性が向上するとともに、その噴射の方向性が安定す
る効果がある。

【００２６】図４は、図２（ａ）におけるＡ−Ａ線断面
を示したもので、基板１３およびノズルプレート１４の
端面にはサイドプレート２３、２４が接合され、インク
室１８の両端側が閉塞される。また、各インク室１８の
底部にはインク流入路２５がそれぞれ形成されている。

【００２７】上記基板１３、ノズルプレート１４および
サイドプレート２３、２４の接合体は、図５に示すよう
に、共通インク室２６となる中空領域を有する固定部材
２７の側部に固定され、上記インク流入路２５を介して
インク室１８と共通インク室２６とが連通している。上
記固定部材２７の上部には共通インク室２６に連通する
インクマニホールド２８が取り付けてあり、このインク
マニホールド２８には図示しないインク供給口が設けら
れている。一方、固定部材２７の下部は支持板２９に固
定されている。この支持板２９に沿ってフレキシブル配
線３０が固定部材２７の後方に配置されている。このフ
レキシブル配線３０は、図示しないドライバーＩＣを介
してコントローラ６に電気的に接続されており、このフ
レキシブル配線３０と、基板１３の側壁１５端面の導電
層２２とをワイヤー等で接続することで、コントローラ
６によって上記側壁１５の電極２０、２１に画像信号に
応じて電圧が印加されるようになっている。

【００２８】続いて、上記構成からなるインクジェット
記録装置のインク噴射動作について説明する。インク
は、インク供給部７からインク供給口を介してインクマ
ニホールド２８に供給され、共通インク室２６およびイ
ンク流入路２５を経てインク室１８に充填される。コン
トローラ６により画像信号に応じて図６（ａ）に示すパ
ルス電圧が側壁１５の電極２０、２１に印加されると、
側壁１５の内部には分極方向と直交する方向に電界が形
成され、側壁１５は厚みすべりモード（シェアモード）
で変形する。

【００２９】コントローラ６によって選択されたインク
室１８からインクを噴射する場合、そのインク室１８の
両側の側壁１５にそれぞれ極性の異なる電圧を同時に印
加する。このとき、両側の側壁１５は、図２（ｂ）に示
すように、その上部が互いに接近する方向に瞬時に変形
して略ハ字状となる。また、この変形によってノズル孔
１４ａ周辺部を含むノズルプレート１４のインク室１８
に臨む領域が、インク室１８の内部に湾曲して樋状に変
形する。このような側壁１５の変形とノズルプレート１
４のノズル孔１４ａ周辺部の変形とが協働してインク室
１８の容積を減少させ、これにより瞬間的に加圧された
インクがノズル孔１４ａのインク噴射液面ｓから液滴状
となって噴射され、図示しない記録紙上に付着する。

【００３０】上記のようにしてインク滴を噴射した後、
側壁１５への電圧印加が解除されると、側壁１５は元の
状態に戻り、これと共にノズル孔１４ａ周辺部も平面状
態に復元する。これにより、インク室１８の容積が増加
して内部に負圧が生じ、この負圧によって共通インク室
２６からインク流入路２５を介してインクが引き込まれ
て補給され、次のインク噴射の準備ができる。

【００３１】ただし、インク補給時に、図６（ａ）に示
すように電圧を瞬時にオフして側壁１５の弾性に基づき
復元させると、インク室１８内のインクの揺れやノズル
孔１４ａからの気泡の吸い込みを生じるおそれがある。
このため、図６（ｂ）に示すように、立ち下げ部に傾斜
をもたせたパルス電圧を印加して、側壁１５がややゆっ
くりと復元するようにすれば、上記不都合を緩和するこ
とができる。

【００３２】また、図６（ｃ）に示すパルス電圧を印加
すれば、電圧を急激に立ち下げることにより小径のイン
ク滴を得ることができる。これに対して、図６（ｄ）に
示すパルス電圧によれば、メインパルスのダイナミック
レンジを大きくとることで大径のインク滴を得ることが
できる。なお、図６（ｅ）のパルス電圧によれば、図６
（ｂ）、（ｄ）を組み合わせた効果が得られる。

【００３３】また、図６（ｆ）、（ｇ）のパルス電圧に
よれば、電圧を変化させずに電力の実効値を下げること
ができ、省エネルギー化が図れる。さらに、図６（ｈ）
に示すパルス電圧によれば、バイアスをかけた状態でメ
インパルスを印加することで各インク室１８間における
バラツキを少なくすることができる。さらにまた、図６
（ｉ）に示すパルス電圧を印加すれば、許容電圧を越え
るオーバシュートパルスを設けることで側壁１５の変形
の立ち上がりを速くすることができる。

【００３４】上記のようなインク噴射動作が画像信号に
応じて各インク室１８ごとに独立して行われ、スキャン
キャリッジ８の移動にしたがってノズル数に相当するラ
イン分の画像が描かれ、これが記録紙の通紙方向への移
動に同期して繰り返されることで、記録紙上に画像が描
かれる。

【００３５】以上に説明したように本実施形態における
インクジェット記録装置では、可撓性を有するノズルプ
レート１４を用い、インク室１８の側壁１５の変形に伴
って、インク室１８に臨むノズルプレート１４のノズル
孔１４ａ周辺部もインク室１８の内部方向に湾曲変形さ
せ、これらの変形が協働してインク室１８の容積を減少
させるようにしている。このため、側壁１５の変形がノ
ズルプレート１４によって拘束されることもなく、か
つ、側壁１５とノズルプレート１４との変形によってイ
ンク室１８について大きな容積変化を得ることができ
る。その結果、低い電圧で従来同様のインク噴射が可能
になり、低電圧駆動によるドライバーコストの低減を図
れる。

【００３６】また、ノズル孔１４ａ周辺部の変形によっ
てインク室１８内部のインクを加圧噴射させる構成で
は、インクを加圧する変形部分とインク噴射液面ｓとが
極めて近くにあるので、加圧エネルギー伝達の時間ロス
を生じることがない。したがって、応答性に優れたイン
ク噴射を達成でき、印字や画像形成の速度を上げること
ができる。

【００３７】なお、図７に示すように、上記インク流入
路２５のインク室１８側に、例えば、金属、樹脂、ゴム
等の弾性フィルムからなる逆止弁３１を設け、インク加
圧時にのみインク流入路２５を閉鎖するようにすれば、
共通インク室２６へのインクの逆流を防止でき、インク
噴射効率が向上する。その結果、一層の低電圧駆動が可
能になるとともに、インク滴径が安定する。また、上記
実施形態では側壁１５が一体形成された基板１３を用い
たが、図８に示すように、非圧電材料からなる平板状の
基板１３ａに、圧電体からなる側壁１５ａを接着固定し
たものを用いてもよく、さらに、側壁１５ａの電極２
０、２１を形成した部分のみを圧電体で形成してもよ
い。

【００３８】図９は第２の実施形態を示したもので、こ
のインクジェット記録装置は、図９（ａ）に示すよう
に、複数の凹部３５が並列に形成された、非圧電材料か
らなる基板３６を備えている。上記基板３６の凹部３５
には、基板３６とは別体の２つの圧電体３８が間隔をお
いて収容されており、これら圧電体３８の外側端面が上
記閉溝３５の両側の側壁に接合層３７を介してそれぞれ
固定されている。圧電体３８の固定側端面には電極３９
が、その反対側の端面には電極４０がそれぞれ形成され
ている。また、各圧電体３８は、図９中矢印で示すよう
に、電極３９形成面から電極４０形成面に向かう方向に
分極処理されている。

【００３９】上記圧電体３８の上部は、基板３６を覆っ
て設けられた可撓性を有するノズルプレート１４に接合
層４１を介してそれぞれ接合されている。これにより、
ノズルプレート１４と基板３６の閉溝３５底面との間で
あって、各圧電体３８の電極４０形成面に挟まれた領域
にインク室１８が形成され、各圧電体３８はインク室１
８の側壁を形成している。また、ノズルプレート１４は
各圧電体３８に挟まれて形成されるインク室１８に臨む
ノズル孔１４ａを有しており、換言すれば、ノズル孔１
４ａの近傍に上記圧電体３８がそれぞれ接触して設けら
れていることになる。

【００４０】以上の構成からなる第２の実施形態におい
て、各圧電体３８に電極３９、４０を介して図６に示す
ようなパルス電圧を印加すると、圧電体３８の内部には
分極方向と平行な方向に電界が形成され、圧電体３８は
いわゆる縦方向振動モードにより長手方向に伸縮変形す
る。すなわち、図９（ｂ）に示すように、電圧印加され
た各圧電体３８は電極４０形成面が互いに接近するよう
に伸び変形するとともに、ノズルプレート１４のノズル
孔１４ａ周辺部をインク室１８の内部方向に湾曲変形さ
せる。これら圧電体３８の変形とノズル孔１４ａ周辺部
の変形とが協働してインク室１８の容積を減少させ、こ
れにより加圧されたインクがノズル孔１４ａから噴射さ
れる。このように、この第２の実施形態によってもま
た、上記第１の実施形態と同様の効果を奏することがで
きるほか、圧電体３８を横方向に長く配設してあるため
にヘッド自体の高さを低くできる効果もある。

【００４１】図１０は第３の実施形態を示しており、こ
のインクジェット記録装置が有する基板３６とノズルプ
レート１４は上記第２の実施形態と同様であるが、本実
施形態では圧電体４３がインク室１８の外部でノズルプ
レート１４に接合されている。上記圧電体４３は、図１
０および図１１に示すように、矩形平板状をなし、ノズ
ル孔１４ａを挟んで１つのインク室１８あたり２つ配置
されている。また、圧電体４３には、ノズルプレート１
４との接合面とその反対側の側面に図示しない電極がそ
れぞれ形成され、かつ、図１０において矢印で示す厚み
方向に分極処理されている。

【００４２】以上の構成を備えた第３の実施形態におい
て、圧電体４３に図６に示すようなパルス電圧を印加す
ると分極方向と平行な方向に電界が形成され、圧電体４
３はいわゆる長さ方向伸び振動モードにより、その長手
方向（図１０または図１２において左右方向）に伸縮変
形する。この場合、圧電体４３とノズルプレート１４と
は接合されることでバイモルフ構造を形成するため、電
圧が印加されて圧電体４３が長手方向に伸び変形する
と、その変形につれてノズルプレート１４のノズル孔１
４ａ周辺部がインク室１８の内部方向に湾曲して変形す
る。このノズル孔１４ａ周辺部の変形によってインク室
１８の容積が減少し、これにより加圧されたインクがノ
ズル孔１４ａから噴射される。

【００４３】このように本実施形態のインクジェット記
録装置では、上記各実施形態とは異なりノズルプレート
１４の変形によってのみインク室１８の容積を変化させ
るが、上記のようにバイモルフ構造によってノズル孔周
辺部を変形させるため、圧電体を厚みすべり振動モード
や縦方向振動モードで変形させる場合よりもノズル孔周
辺部について大きな変形量を得ることができる。したが
って、本実施形態によっても応答性の向上とともに低電
圧駆動化が達成できる。また、本実施形態では、圧電体
４３にインクが直接接触しないので、インク浸透による
低抵抗化の影響を受けにくく装置の耐久性が向上する効
果もある。

【００４４】続いて、第４の実施形態のインクジェット
記録装置を図１３〜図１５を参照して説明する。このイ
ンクジェット記録装置も、図１３に示すように、複数の
凹部４５を形成した非圧電材料からなる基板４６と、こ
の基板４６の凹部形成面を覆って設けられたノズルプレ
ート４７とを備えている。上記凹部４５の内部にはノズ
ルプレート４７に覆われてインク室１８が形成され、そ
の底部にインク室１８と連通するインク流入路４８が形
成されている。本実施形態におけるノズルプレート４７
は、可撓性を有している必要はないが、上記各実施形態
と同様にインク室１８に臨むノズル孔５１を有し、ノズ
ル孔５１近傍に圧電体５０がノズルプレート４７に接触
して設けられている。

【００４５】具体的には、図１４に示すように、ノズル
プレート４７には、その縁部から上記凹部４５のほぼ中
央部まで延びる複数の切り込み４９が形成され、これら
切り込み４９に圧電体５０が液密状態を保ちつつ変形可
能なようにそれぞれ嵌合されている。上記圧電体５０
は、矩形断面を有する細長い柱状体をなし、上記凹部４
５の中央部に対応する切り込み４９の一部をノズル孔５
１となる開口領域として残すように嵌合されており、圧
電体５０の一方の端部がノズル５１の内縁部の一部分を
形成している。また、図１３に示すように、圧電体５０
の他方の端部側は基板４６との接触領域ｔにおいて接着
固定されている。さらに、圧電体５０にはインク室１８
側の側面と、その反対側面とに図示しない電極がそれぞ
れ形成され、図１３中矢印で示す方向に分極処理が施さ
れている。

【００４６】以上の構成からなる本実施形態のインクジ
ェット記録装置において、圧電体５０のインク室１８側
の電極をアースするとともに、他方の電極に図６（ｊ）
に示すような正極性で、かつ立ち上げ部に傾斜をもたせ
た台形状のパルス電圧を画像信号に応じて印加すると、
圧電体５０の内部には分極方向と平行な方向に電界が形
成され、圧電体５０は厚み方向振動モードにより変形す
ることになる。このとき、圧電体５０の一側面を全面接
着した場合、圧電体５０は厚み方向（図１５において上
下方向）に伸縮変形するのが通常であるが、本実施形態
のように圧電体５０の一端側を固定して他端側を自由端
とした場合には、図１５中破線で示すように、自由端側
が湾曲して反り変形することが判明している。

【００４７】パルス電圧の立ち上げ部に傾斜をもたせた
分だけ上記のような圧電体５０の反り変形がややゆっく
りと生じる。この変形によってインク室１８内の容積が
増加し、インク流入路４８からインクが引き込まれる。
この状態で圧電体５０への電圧印加が解除されると、圧
電体５０はその弾性に基づき復元するが、自由端部はそ
の慣性力により実線で示す常態位置を通り過ぎてインク
室１８の内部に入り込む。これによりインク室１８内の
インクが加圧され、ノズル孔５１から噴射される。

【００４８】このように本実施形態では、上記各実施形
態のようにノズルプレートを変形させるのではなく、ノ
ズルプレート４７に嵌合され、一端部がノズル孔５１の
内縁部を形成する圧電体５０の変形自体がノズル孔周辺
部の変形を構成する。また、圧電体５０の一端側を固定
して片持ち梁状にすることで、厚み方向振動モードや厚
みすべりモードによる変形よりも大きな変形量を得るこ
とができる。したがって、本実施形態によってもまた、
応答性に優れたインク噴射と低電圧駆動が達成される。

【００４９】なお、図１６に示すように、上記圧電体５
０について電極をノズル孔５１に臨む端面とその反対側
の端面に形成するとともに、図１６中矢印で示す方向に
分極処理して、圧電体５０を長手方向に伸縮変形させて
もよい。この場合に上記と同様に図６（ｊ）に示す立ち
上げ部を傾斜させた台形状パルス電圧を印加すると、図
１６において破線で示すように、圧電体５０は一旦収縮
変形してノズル孔５１を拡大し、ノズル孔５１に保持さ
れるインクを補充する。その後、圧電体５０は電圧印加
の解除により復元し、インク孔５１内のインクを加圧し
て噴射させる。この変形例によっても、応答性に優れた
インク噴射を得ることができる。

【００５０】次に、第５の実施形態のインクジェット記
録装置について図１７、１８を参照して説明する。本実
施形態のインクジェット記録装置は、図１７に示すよう
に、基板５５を備えている。この基板５５には複数の凹
部５６が所定間隔をおいて図１７の奥行き方向に沿って
形成され、これら凹部５６の内部に凹部５６の深さと等
しい高さを有する圧電体５７がそれぞれ収容され、その
下部が凹部５６の底面に固定されている。基板５５には
また、共通インク室５８となる溝部５９が上記凹部５６
の配列方向に沿って形成されている。

【００５１】上記基板５５の上部にはノズルプレート６
０が固定されている。このノズルプレート６０の基板５
５とは反対側の表面には、上記基板５５の各凹部５６に
対応して複数のノズル孔６１が凹状に形成され、これら
ノズル孔６１の底部６１ａの外面に上記圧電体５７の上
部が接触している。また、ノズルプレート６０には上記
ノズル孔６１よりも浅い深さで幅が広い凹状のインク流
路６２が各ノズル孔６１に対応して形成されている。な
お、共通インク室５８およびインク流路６２の上部は、
インクへのゴミ、塵等の混入防止やインクの蒸発防止な
どのために、カバー板６３で覆ってある。

【００５２】上記構成からなる本実施形態のインクジェ
ット記録装置では、インク供給部７（図１参照）から共
通インク室５８に供給されたインクがインク流路６２を
介してノズル孔６１にそれぞれ導かれ、その内部に保持
される。上記圧電体５７に画像信号に応じてパルス電圧
を印加し、図１７において上下方向に伸縮変形させる。
この場合、図１７中実線で示すように圧電体５７の上部
と下部に電極をそれぞれ形成して縦方向振動モードによ
り変形させてもよいし、あるいは、図１７中破線で示す
ように圧電体５７の両側の側面に電極をそれぞれ形成し
て厚み方向振動モードにより変形させてもよい。電圧印
加により急激に伸び変形した圧電体５７は、ノズル孔６
１の底部６１ａを押し上げるように変形させ、ノズル孔
６１内に保持されたインクを瞬間的に加圧して噴射させ
る。

【００５３】このように本実施形態におけるインクジェ
ット記録装置においても、インクを加圧する変形部分
（ノズル孔底部）がインク噴射液面ｓの近傍にあるの
で、応答性に優れたインク噴射が得られる。また、内部
にインクを保持でき、インク室の役割をも果たす凹状の
ノズル孔６１がノズルプレート６０に形成されているの
で、装置の薄肉化と部品点数の削減が可能になり、装置
全体の小型化とローコスト化を図ることができる。

【００５４】なお、上記各実施形態における圧電体は単
層のものを用いたが、圧電層と内部電極とを交互に積層
してなる積層型圧電体を用いれば、同一電圧であっても
単層の場合に比べて大きな実効変位を得ることができ、
より低電圧での駆動が可能になる。また、インクの温度
による粘度変化の影響を抑えるため、ヘッド近傍に温度
制御機構を設けてもよい。この温度制御機構には公知の
抵抗型ヒータやペルチェ素子などが使用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 インクジェット記録装置の全体概略構成図で
ある。

【図２】 （ａ）、（ｂ）共にインクジェットヘッド先
端部のインク室配列方向の部分断面図であり、（ｂ）は
インク噴射時のインク室の側壁およびノズル孔周辺部の
変形状態を示す断面図である。

【図３】 複数の側壁を立設した基板とノズルプレート
とを示す分解斜視図である。

【図４】 図２（ａ）に示すインクジェットヘッド先端
部のＡ−Ａ線断面図である。

【図５】 図４に示すインクジェットヘッド先端部を組
み付けた状態を示す断面図である。

【図６】 圧電体からなるインク室の側壁に印加するパ
ルス電圧の種々の波形状を示す図である。

【図７】 インク流入路のインク室側に逆止弁を設けた
変形例を示す図である。

【図８】 基板と、圧電体からなるインク室の側壁を別
体で形成した変形例を示す図である。

【図９】 （ａ）、（ｂ）共に第２の実施形態にかかる
インクジェットヘッド先端部の断面図であり、（ｂ）は
インク室の側壁を形成する圧電体とノズルプレートのノ
ズル孔周辺部の変形状態を示す断面図である。

【図１０】 第３の実施形態にかかるインクジェットヘ
ッド先端部の断面図である。

【図１１】 図１０に示すインクジェットヘッド先端部
をノズルプレート側から見た平面図である。

【図１２】 図１０に示すインクジェットヘッド先端部
において、インク噴射時のノズル孔周辺部の変形状態を
示す断面図である。

【図１３】 第４の実施形態にかかるインクジェットヘ
ッド先端部の断面図である。

【図１４】 図１３に示すインクジェットヘッド先端部
をノズルプレート側から見た平面図である。

【図１５】 図１３に示すインクジェットヘッド先端部
において、インク噴射時の圧電体の変形状態を示す断面
図である。

【図１６】 図１３に示すインクジェットヘッド先端部
の変形例を示す図である。

【図１７】 第５の実施形態にかかるインクジェットヘ
ッド先端部の断面図である。

【図１８】 図１７に示すインクジェットヘッド先端部
をノズルプレート側から見た平面図である。

【図１９】 従来のインクジェットヘッドの一例を示す
断面図である。

【図２０】 図１９に示すインクジェットヘッドの分解
斜視図である。

【図２１】 従来のインクジェットヘッドの他の例を示
す断面図である。

【図２２】 図２１に示すインクジェットヘッドにおい
てインク噴射時のインク室側壁およびカバー板の変形状
態を示す図である。

【符号の説明】

１…インクジェット記録装置、１３…基板、１４…ノズ
ルプレート（ノズル部材）、１４ａ…ノズル孔、１５…
側壁（圧電体）。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板と、この基板を覆って基板との間に
   インク室を形成するとともに、インク室に臨むノズル孔
   を有するノズル部材と、このノズル部材のノズル孔近傍
   に接触して設けられ、画像信号に応じて電圧が印加され
   て変形し、この変形に基づきノズル孔周辺部を変形させ
   る圧電体とを備え、 上記ノズル孔周辺部の変形によってインク室の容積を変
   化させ、この変化によりインク室内のインクを加圧して
   上記ノズル孔から噴射するようにしたインクジェット記
   録装置。
2. 【請求項２】 上記圧電体で上記インク室の側壁を形成
   するとともに、このインク室の側壁の端面に可撓性を有
   する上記ノズル部材を接合し、上記インク室の側壁の変
   形が上記ノズル孔周辺部の変形と協働してインク室の容
   積を変化させるようにした請求項１に記載のインクジェ
   ット記録装置。
3. 【請求項３】 上記圧電体が上記基板と一体形成されて
   いる請求項２に記載のインクジェット記録装置。
4. 【請求項４】 上記圧電体が、可撓性を有する上記ノズ
   ル部材にインク室の外部で接合されている請求項１に記
   載のインクジェット記録装置。
5. 【請求項５】 上記圧電体がノズル部材に嵌合されて上
   記ノズル孔の内縁部の一部分を形成しており、上記圧電
   体の変形自体が上記ノズル孔周辺部の変形を構成する請
   求項１に記載のインクジェット記録装置。
6. 【請求項６】 内部にインクを保持する凹状のノズル孔
   とこのノズル孔にインクを導くインク流路とを表面に形
   成したノズル部材と、上記ノズル孔の底部外面に接触し
   て設けられ、画像信号に応じて電圧が印加されて変形
   し、この変形に基づき上記ノズル孔底部を変形させる圧
   電体とを備え、 上記ノズル孔底部の変形によってノズル孔に保持された
   インクを加圧して噴射するようにしたインクジェット記
   録装置。