JPH03272857A - インクジェット記録ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、インクジ五ット記録ヘッドに関する。

［従来の技術］ ワー　ドプロセッザ、パーソナルコンピュータ等の電子
機器の出力装置どしてプリンタが多く用いられている。

このプリンタに用いられるヘッドの１つにインクジェッ
ト式の３Ｌ［録ヘットかある。１第９図は従来のこの種
のインク′・ゴツト記録ヘッドの分解斜視図であり、第
１０図はその完成図である。

第９図に承゛３ように、複数□□□溝を白−′４る圧電
アクデー：ｔ−′ｆ：−タユニット１１のＬに振動板１
２か接合さ第する５、振動板１”の上にノズル１５ａ　
”１５ｄをｒ−１するカバ〜ゾ１．／−ｈ１３か接畠さ
れることによりインク供給計）・記録ヘッドか構成され
る。

カバープレート１３に設ｊｊられなインク供給計１４か
ら供給されたインクか、圧電アクチュエーター先ニット
１１が作動することでカバープレート１３の内部に設け
られたインク室に連通ずるいずれかのノズル１５ａ〜１
５ｄから噴出される。

第１１図は、第９図に示［７た従来例の第１０図の完成
図におけるＩ−Ｉ線断面図である。

同図に示すように、圧電アクチュユ”−タユニット１１
の積層圧電体１６ａの画電極１７に信号電圧が印加され
ると、この積層圧電体１６ａは、圧電縦変位効果により
積層方向（図中矢印α方向）に変位し、振動板１２を押
圧する１、振動板１２が押圧されると、カバープレート
１３のインク室］、８ａか圧縮され、インクかノズルか
ら噴射されて、用紙などに印字が行われる。

一方、特開昭６２−５６１５０号公報では圧電アクチュ
エータの表面に複数の虞を形成し６、その溝の底面と裏
面どに電極を設（プ、Ｊｌ電アクチュエータにカバープ
レートを接合して、溝をインク室とすることで複数列の
インクジェット記録へ・ソドを構成す゛ることか提案さ
れている、。

［発明が解決しようとする課題」 このような構成によると、積層圧電体１６ａを矢印α方
向に変位させ振動板１２を介してインク室１８ａを効果
的に押法させるためには、振動板１２を支持する支持部
としての積層圧電体１．６　ｂが必要となる。この結果
、積層圧電体１．６２に対応するインク室ｉ８ａへ連通
するノズルと積層Ｉ″ＥＥＥＥ電体応するインク室＋８
ｂへ連通するノズルとのピ・ソチＸ１が必然的に大きく
なり、ノズルａ）高密度化が困難となる。

さ亀に前述の公報では圧電アクチュエータか連接してい
るためクロス１−−−りを引き起こす原図にもな）でい
る。

従って、本発明の目的は高密度ノズルであり、クロスト
〜りのないインクジュツトＪ己録へ・ソドを提供するこ
とである。

［課題を解決するための手段′１ 上述の目的は本発明によれば、複数のノズルと、ノズル
にそれぞれ連通ずる複数のインク室をそれぞれ形成する
複数の圧電アクチュエータとを備えたインクジェット記
録ヘッドであ一層で、各圧電アクチュエータは、積層さ
れた複数の圧電体と少なくとも１つの弾性体とを重畳し
て形成されると共に圧電体側の積層面と弾性体側の積場
面とが各インク室に面するように構成されており、信号
電圧か印加されると積場面に垂直な方向に変位するユニ
モルフ効果を利用し、ていることにより達成される。

「作用１ 複数の圧電体と複数の弾性体か積場されて構成された各
圧電子クチコエータに信号電ＢＥか印加されると、ユニ
モルフ効果により圧電アクチュエタが積場面に垂直な方
向に変位す゛る。これにより圧電アクチュエータで形成
されたインク室が圧縮されてインク室に連通したノズル
からインクか噴射される。

ε実施例」 以下本発明（、″、よるインクジェット記録・＼ツ１ζ
を実施例により詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例とし゛らのインクジェット記
録ヘッドの分解斜視図であり、第２図はその完成図であ
る。

第１図に示すように、補強板２１ａのｈにブレト２１ｂ
か接合され、プレー１２１ｂに複数の圧電アクザユ１−
夕２２か取り付けられている。複数の圧電アクチュエー
タ２２て形成されるプレー　ト２１ｂ上の溝は、複数の
スペ〜す２３′７：それぞれ瓦いに仕切られでいる。圧
電アクチュエータ２２どスペー・す２３との上にカバー
プレート２４が取り付けられでいる。

ブｌ）・−ト２１ｂ　と谷圧電アク千〇ユエータ２２と
カバプレート２４との前面にノズルブＩノ〜　ｌ・２５
か取り付けられることによ−〉で、第２図に示すような
インクジェット記録ヘッドが構成される。

尚、本実施例で１ま複数の圧電アクチュエータ２２と複
数のスペーサ２３どプレー　Ｉ−２１，ｂ　と（構成さ
れた集合体を圧電アクチュエータユニツ！・とする。

第２図に示すように、イ：／り供給０２６から供給さｔ
またインクは、カバープレー　ト２４の内部に設けられ
たインクだまりと各圧電アクチｊ、エータ間の谷溝、即
ち各インク室とに蓄えられる。インク室に蓄えられたイ
ンクは、圧電う“クヂュエ〜夕２．２か作動するとノズ
ルプレート２５に設（ｊられた複数のノズル２９から噴
射され、印字かなされる。

第１図に示すよ・うに、各庁電アクヂュＴ−−−タ２２
は、複数の圧電体と導電体層と弾性体層とが積層されて
形成された積層圧電体素子の一種である。

この圧電アクチュｊ−夕２２は、積層面とプレート２１
ｂとがそれぞれ７？′いに垂直になるようにブｌ〕ト２
１ｂに取り付けられでいる。なお本実施例４．おける積
編面とは、圧電アクチュエータ２２の積層り向に垂直な
両方の表面と−ｄる３、 プレート２１ｂ上の複数の圧電アクチュＪ°７−タ２２
は、ぞれぞれ亙いに平行でありかつ所定の間陽テ゛取り
付けられでいる。これにより各圧電アクチ、エータ２２
の間に複数の溝を形成している。圧電〆クチュエータ２
２の基部には、原電アクヂ、、：Ｊｌ、す２２と同Ｉ７
高さであり溝と同ｊ、幅のスベーカ２３か、。

れら溝の一部を寒ぐように（れぞれ取り付けられている
。

圧電アクテコ。エータ２２及びスベーザ２３のＪ：：　
ｊ：は、カバープレート２４がこれらを覆うよ・）に接
０される。これらのプし＝−ｈ２１ｂと圧電アクチュエ
ータ２２とスペ・−サ２３とカバープレート２４とによ
−って複数のインク室２８（図では８−：））が形成さ
れる。

プレート２１ｂとカバープレート２４／！−ノズルブＬ
’）　２５とは、例えば感光性ガラスにソオトエッチン
グを施すことで形成されるが、感光性ガ）・ズの代わり
にセラミックや金属プレー　ト、プラスチックを用いて
形成しでもよい。

各インク室２８は、カバープレート２４に設（）らねた
インク供給口２６とインク供給し１２６に連通ずるイン
クだより２７とに連通し、でいる。各インク室２８は、
さらにノズルプレー）−２５に設（Ｊられた複数のノズ
ル２ｇ（図では８−））に（れぞυ連通している。

なおノズル２９の数は、図では８っであるかインク室２
８の数と共に増減（−でもよい。

Ｈ′電アクヂュユ〜す２２の両側面には、ｆＺ号電極３
０ａと共通電極３０ｂの２つの電極か設けられており、
〈れぞれ外部の図示しない駆動回路に接続される。

駆動回路から信号電化が印加されると、ニー４−モルフ
効果により圧電ｒ′クチコエータ２２か積場面に垂直な
方向に変位する、１本発明のインクジェット記録ヘッド
はこのユニモルフ効果を利用し５たものである。

ここでユニモルフ効果に−）いて第３図の説明図を参照
して説明する。

同図に示ずよっζご、２−っの電極ζこ接合された圧電
体が弾性体ｊご接合されており、一端（図では下端）か
固定されでいる。〜方の電極（図中左側）は電源の陽極
端子に接続されており、他ノアの電極（図中右側）は電
源の陰極端子に接続されでいる。

これらの各端子に重厚か印加されると、圧電体はＰで示
す如く分極されで、矢印り、に示す如く電極面に平行な
方向に変位する。し、かじ、圧電体は弾性体に接合され
ているので全体と１７で矢印Ｉ−）、のようＩＪ撓む。

この現象かニーニーセルフ効果である。

−力、このユニモルフ効果に類似した現象、、Ｉ：、（
、てバイモルフ効果がある１、 第４図はこのバイモルフ効果を説明するための説明図で
ある。

同図に示すように、厚さＴ／′２の２枚の圧電素子かそ
れぞれＰで示す如くこの厚さＴ／２方向に分極されでい
る。この接合体の一端（図では下端）を周定して圧電素
にの接合面に設けられた電極き両性面に設置ノられた電
極との間に電圧を印加すると図中右側ぬ圧電体は矢印Ｄ
３方向に変＜ｔ　Ｌ、左側の圧電体は矢印Ｄ４方向に変
位する。ところが２枚の圧電素′ｆは接合されているた
めｎ出端に撓み変形か生じ、全体とじて矢印■）５方向
に撓んで、′（、まう。このような現象かバイモルフ効
果てあり、明らかに１１」述のユニモルフ効果とは異な
・っＣいる。

次に圧電アクチｊユ〜夕」、二・・ノドの製造力法につ
いて、第８図の丁程説明図を参照Ｉ、で説明する。

同図（Ａ）に示すように、弾性体、））（例えば横方向
の長さり、縦方向の長さＷ、　Ｉｖさｔ、の金属）、と
、１圧電相Ｌ　１．、、、、、−ｃの圧電セラミック材
木゛１の粉末、有機バインダ、可塑剤なとからなるグリ
−″Ｊ、／ト３２（横方向の長さと縦り向の長さ２．か
弾性体３１の場合に等（２く、厚さかｔ、・　（例えば
５０１１ｍ））と、導電体Ｊｍ３３ａ及び３３ｂとが万
いに交互に圧電アクチュエータ２２の厚さＴａ　　（例
え（よ５００．４１ｍ、同図（Ｂ））になるまで・・積
場される。なお、Ｊ−Ｅ電セ：ンミック材＄′−１どし
ては、好ましくはＰＺＴ　（ジノし、＝１ンチタン酸鉛
）か用いらｔする。。

導電体層３３ａ及び３３ｂはそれぞれ縦方向の長さがグ
リ〜ンシ〜　ト３２の長さＷに等し、く、横方向の長さ
かグリ−シート３２の昆さＬよりはわずかに短くなって
いる１、これらの導電体層３３ａ及び３３ｂは横方向（
図中■、力方向に亙いに前後するように積層される。こ
のとき導電体１ｍ３３ａの左端はグリーンシート３２の
左端に位置［２、導電体層３３ｂのも端はグリーンシー
ト３２の右端ト位置するように積層される。

この弾性体３１とグリーンシート３２と導電体層３３ａ
及び３３ｂとのｍＭ体３４は、焼成することにより硬化
される。このとき、導電体層３３ａは積層体３４の図の
左側の側面に露出しでおり、導電体層３３ｂは積層体３
４の右側の側面にそれぞれ露出し、でいる。

図ではグリーンシー　ト３２の層は８つであるが、これ
に限らず導電体層３３ａ及び３３ｂの数と共に増減し１
でもよい３．また、弾性体３１の層数は１つであるか、
これに限らず２つ以３１−であってもよい。この例では
簡単のため積層数を少なくしかつ積層方向に拡大し、で
ある。

なお、外部の駆動回路に接続される導電体層３３ａを信
号電極３Ｑａとし５、導電体層３３ｂを共通電極３０１
１　　ｃ例えばＧＮＤ　（グランド）電極）とする。

積層体３４はダイシングソー等の切削装置により積層面
に垂直にその輻がｐ（例えば５００ＩＪ、ｍ）となるよ
うにスライスされる。スライスされた積層体は長さ方向
の両端面にそれぞれ無電解メツキが施される。無電解メ
ツキにより導電体層はそれデれ共通に接続され、導電体
層もそれぞれ共通に接続されて圧電アクチュユ〜す２２
が形成される（、同図（Ｃ））。このときインク室の内
壁の一部とプよる部分にコーティングを施してもよい。

なお、グイシングツ−の代わりにレーザを用いて加工し
でもよい。

プレー・−ト２１ｂの上に・１−）のスペーサ２３が圧
電アクチュエ〜す２２の縦方向の長さｐの間隔て平行か
つ並列に取り付けられる。このプレート２＋、１１上に
各スペーサ２３を挟むように５つの圧電アクチュエータ
２２の基部が取り付けられる（同図（Ｄ））。

各圧電アクチュエータ２２はそれぞれ互いに平行であり
、かつ圧電体と弾性体との積層方向が同一・方向になる
ように取り付けられる。さらに、隣接する各圧電アクチ
ュエータ２２は、圧電体側の表面と弾性体側の表面とが
それぞｔ′１．ｂいに対向するように取り付けられるこ
とでＹＦ電アクデー、コニータユニットが構成される（
同図（Ｅ））。

このような圧電アクチュエータユニ：、−ソトの他の製
造方法、ノーシては、圧電７クチコユータユ、ニットの
縦方向の長さＷａに等しくなるまで弾性体３１とグリー
ンシート３２と導電体層３３ａ及び３３ｂとを積層（５
１、焼成された積層体を積層面に垂直にスライスする。

スジイスされた積層体をブＬ／　−ト２ｉｂに接合Ｉ５
圧電体の積層面に平行に複数の、ｆｔ（例六ば長さ５０
０μｍ１深さ５００μｍ）をダイシング／により形成し
てもよい。

さらに他の製造方法とｔ−、Ｔ　、弾性体３１とグリ：
、・シート３２と導電体層３３ａ及び３３ｂとを積ｊ−
するとぎに溝となる部分にあらかじめ有機化合物からな
る何機シー　トを積層させておき、焼成させると王の部
分が虜となる。ようにし、でもよい。

次にこのようなインクジェット記録ヘッドの動作につい
て第６図を参照し、て説明する。、第６図はインクジェ
ット記録ヘッドの動作を説明するための説明図である３
、 同図に示寸ように、図示しない駆動回路から圧電アクチ
ュエータ２２ａの信号電極３０ａ及び共通電極３０ｂに
信号電圧〜が印加される。信号電圧Ｖか印加されると圧
電アクヂ、コニ−夕２２ａ　は、コ、ニモルフ効果によ
っで圧電体の積層面に垂直な矢印Ｄ・１、ｈ一方向に変
位する３、即ち、−点鎖線て示才よっに圧電アクチ、１
丁−−−タ２２ａか撓１２？。

ｆＥ電アクチュエータ２２ａか撓ごことにより、イン″
７字２８ａが、図中の一点鎖線で示すよう（、」又縮す
る。即ち、インク室２８ａはｒ＋電アう“チュＬ＝−夕
２：）ａ及び２２ｂ　とスベ−−１ｆ２３とで譬面の一
部か形成されｒ゛いる。イ゛／り室１）８ａの収縮によ
り、・インク室２８ａに圧縮１丁が発生する。この圧縮
圧によりインク室り８ａ内部のインクはインク室２８ａ
に連通し、たノズル２９ａから噴射され、用紙等に印字
される。

このように、圧電アクチュエータ２２ａが作動せしめら
れた場合、インク室２８ａに隣接するインク室２８ｂの
内壁の弾性体３１ａ側の表面も図の一点鎖線のように撓
む。このため隣接するインク室２８ｂの容積が同時に増
加、即ち膨張してしまう。インク室２８ｂが膨張すると
インク室２８ｂ内部の圧力が低下してしまう。そのため
隣接するインク室２８ａ及び２８ｂを同時に収縮させる
ことによりインクをノズル２９ａ及び２９ｂから噴射す
ることはできない。

従−〕で〕圧電アクチュエ−タ２を２つおきに動作させ
る必要がある１、シかし１．１つおきにインクを入れな
いダミー室を設けることで、このような不都合を回避す
ることかできる。

第７図は第１図に示し、たインクジェット記録ヘッドの
■−■線断面図である。

同図に示すように、カバープレート２４とプレト２１ｂ
　とに挟まれている各圧電アクチュエータ２２の配列方
向が圧電体及び弾性体の積層方向と同一方向となるよう
に構成されている。このため、積層方向にインク室が配
置されており、各圧電アクチュエータ２２によりインク
室を直接押圧することができる。各圧電アクチュエータ
２２の変位量を十分に大きくすることができ、インクの
噴副効率を向上することができる。

さらに、従来の支持部としての積層圧電体を省略するこ
とができ、圧電アクチコＪ　−夕形成時の焼成に用いる
グリーンシート及び弾性体σ）厚さ、積層数、ダミーと
するインク室の幅を適当に選ぶ（ダミーインク室の内壁
を形成する圧電アクチコ玉−夕２２か、膨張し、たとき
に接触（、ない程度に狭くする）ことにより、クロスト
ークかなく、ノズルを高密度化（ノズルのピッチＸ、の
狭小化）することができ、し５かも３０Ｖ以下での低重
厚駆動か可能である（従来はｉｔ＋ｏｖｐｔ上の高電圧
か必ず）５、第８図は本発明の他の実施例の分解斜視図
を示す。

ｆ？Ｕ図に示すように、基板３５上にブｊノー　ト２ｔ
ｂと共に各圧電アクチュエータ２２を取りＨｌ−ｊる。

圧電アクチュエータ２２上にインクパス３６か取り付け
られる。これら基板３５、プレーｈ２１ｂ、圧電アクチ
ュエータ２２及びインクパス３６の鋪市Ｊにノズルブレ
ト３７が取り付けられてインクジェット記録ヘッドが構
成される。

このインクジェット記録ヘッドの基板３５上には駆動回
路３８と駆動回路３８に接続された配線ノくタン３９が
形成されている。一方プレー１２１ｂには各圧電アクチ
ュエータ２２の電極に接続された図示しない配線パター
ンが施されている。プレート２Ｔ。

の配線パターンと基板３５上の配線ｔＺタター３９との
接続は、例えは導電性接着剤のスクリーン印刷等の手段
を用いることにより接続される。

インクパス３６にはインク供給［コ４０が設けられてお
り、各圧電アクチュエータ２２で内壁の一部か形成され
ている複数のインク室に連通ずる。

ノズルプし／〜　ト３７には複数のノズル４１が設けら
れでおり、それぞれインク室に連通ずる３゜このような
インクシ：Ｊ・ソト３己録ヘットのインク供給口４０か
ら供給されたインクは各インク室に蓄えられて、圧電ア
クチュエータ２２が作動１″るとノズル４１から噴射さ
れ用紙等に印字される。

同実施例と前述の実施例との相違点は基板３５上には駆
動回路３８と駆動回路３８に接続された配線パターン３
９が形成されていることである。これにより、駆動回路
３８とインクジェット記録ヘッドとを一体化することか
でき、製造上程を減少することかできる３、 同実施例のインクジェット記録ヘッドも前述のインクジ
ェット記録ヘッドと同様（′すＵスト−りかなく、ノズ
ルを高密度化することかでき、１．かも低電圧駆動が可
能である。。

［］発明の効果］ 以上詳細に説明したように、本発明によれば複数のノズ
ルと、ノズルにそれぞれ連通する複数のインク室をそ第
１ぞれ形成する複数の圧電アクチュエ−タとを備えたイ
ンクジェット記録ヘッドであ−）で、各汁電アクヂュユ
ータは、積層された複数の圧電体と少なくとも１−）の
弾性体とを重畳し、て形成されると共に圧電体側の禮層
面と弾性体側の積層面とか各インク室に而する３１、う
に構成されており、信号電圧か印加されると積層面に垂
直へ方向に変位するユニモルフ効果を利用（７ているこ
とて、クロストークのない高密度ノズルのインクジェッ
ト記録ヘッドの製作が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例としてのインクジェット記録
ヘッドの分解斜視図、第２図は同実施例の完成図、第３
図はユニモルフ効果についての説明図、第４図はバイモ
ルフ効果を説明するための説明図、第５図は第１図に示
した圧電アクチュｌタユニットの製造す法の工程説明図
、第６図はインクジェット記録ヘッドの動作を説明する
ための説明図、第７図は第１図のインクジェット記録ヘ
ッドのｎ−ｎ線断面図、第８図は本発明の他の実施例の
分解斜視図、第９図〜第１１図はインクジェット記録ヘ
ッドの従来例を示す図である。 ２１ａ・・・・・・補強板、２１ｂ・・・・・ブレート
、２２・・・・・・圧電アクイユｊ〜−−タ、２３・・
・・・・スペーサ、２４・・・・・・カバプレート、２
５・・・・・ノズルプレ〜　ト、２６・・・・・イ〉り
供給口、２７・・・・・インクだまり、２８・・・・・
・インク室、２９・・・・・・ノズル、３０ａ・・・・
・信号電極、３Ｈ・・・・・共通電極。 代理Ａ、　４：’ＪイＬ　　（恰　　山　　　武第４図 第２図 第６ 第７ 第８゜ 図 第１１図 第９図 第１ｏ図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　複数のノズルと、該ノズルにそれぞれ連通する複数の
   インク室をそれぞれ形成する複数の圧電アクチュエータ
   とを備えたインクジェット記録ヘッドであって、前記各
   圧電アクチュエータは、積層された複数の圧電体と少な
   くとも１つの弾性体とを重畳して形成されると共に前記
   圧電体側の積層面と前記弾性体側の積層面とが前記各イ
   ンク室に面するように構成されており、信号電圧が印加
   されると積層面に垂直な方向に変位するユニモルフ効果
   を利用していることを特徴とするインクジェット記録ヘ
   ッド。