JPH04173146A - インクジェットヘッド - 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１ 本発明は、インク液滴を画像記録媒体上へ選択的に付着
させるインクジェットヘッドに関する。

［従来の技術］ 近年、液体インクを圧電部材の変形圧力により吐出・記
録させるインクジェットヘッドが数多く提案されている
。

従来のインクジェットヘッドの構造は、特開昭６３−２
５２７５０号公報、あるいは特開昭６３−２４７０５１
号公報に開示された装置はその前駆をなすものである。

これらはインク吐出ノズルの並び方向に互いに間隔を有
する多数の平行な流路からなり、該流路は天部、底部、
そして流路の長手方向および長手方向とノズル並び方向
の両方に垂直に伸びる側壁により区画されている。該流
路の一端は複数のノズルを有するノズルプレートに接続
し、他の一端はインクを各チャンネルに補充するインク
供給手段に接続する。該側壁はその一部あるいは全体が
圧電物質で構成され、電気的アクチュエート手段により
剪断モードなどのアレイ方向に平行な変形を引き起こし
、該流路内に圧力を変化させノズルからインク滴を噴射
させるものであった。

［発明が解決しようとする課題］ しかし上記従来例では、インクを加圧する変形部材とイ
ンクをか吐出するノズル部材とが別体であり、相互の高
精度の位置合わせが難しいと言う問題を有している。ま
た、振動素子の変形を疎外しないようなノズル部材との
接合方法について、述べらていない。

本発明は、かかる問題点を解決すべくなされたもので、
その目的とするところは、より簡易で高精度な、変形部
材へのノズル形成方法により、高密度化、高性能化でき
る新規なインクジェットヘッドを提案することにある。

［課題を解決するための手段］ 即ち、本発明インクジェットヘッドはかがる課題を解決
するために、複数並列された、互いに鉛直に接する天壁
と底壁と２つの側壁と前部封止板と後部封止板から構成
される直方体状のインクキャビティと、前記天壁或は低
壁の端面に、天壁面或は低壁面に鉛直方向に穿かれたイ
ンク吐出ノズルとから構成し、前記側壁面の鉛直方向へ
の剪断変形により、前記インクキャビティ内の圧力を変
化させて、前記ノズルからインク滴を噴射せしめたもの
である。

［実施例］ 実施例１ 第１図（ａ）（ｂ）および第２図（ａ）（ｂ）はこのよ
うな原理をもとにラインプリンタ用のインクジェットヘ
ッドとして構成した本発明の典型的な実施例を示したも
のである。第１図（ａ）はインクジェットヘッドの斜視
図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）のＡ−Ａ’−Ｂ’−Ｂ
面の断面図である。第２図（ａ）は第１図（ａ）の矢印
Ｃ方向から見たインクジェットヘッドの正面図、第２図
（ｂ）はインク吐出時の状態を示した正面図である。

はじめに本実施例の要素を説明する。

本インクジェットヘッドは後述する中部封止固定部材５
を挟んで２つのヘッド部３０と３１が対峙する構造とし
た。この３０と３１は基本的に同じ構成である。

ｌａ、ｂ並びにｌｌａ、ｂは片面に櫛歯状に溝を設けた
有効印字領域を越える長さを備えた狭巾の圧電基板で、
この圧電基板は厚さ２ｍｍのチタン酸ジルコン酸塩（Ｐ
ＺＴ）系圧電セラミクスで形成した。

２はノズル部材であり、圧電基板１ａとＩｌａの上面に
は厚さ１００μｍのニッケル層を無電界鍍金で被覆する
ことにより形成した。

なお本例で用いた材質のほかにＺｎＯ等の圧電性セラミ
クスや、Ｌ　ｉ　Ｎ　ｂ　Ｏ３、水晶、ＬｉＴａＯ３、
Ｂｉ１２ＧｅＯ２０，５ｉ１２Ｇｅ０２０などの圧電性
単結晶や、ポリ弗化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等の高分子
圧電材料、さらに」二記圧電材料を混合したもの、また
上記圧電材料を膜状に積層したものを使用することも可
能である。

上記のような２枚の圧電基板１ａ、ｂの重接により、イ
ンク１３を保持し、後述する変形部により圧力を発生さ
せるためのインクキャビティ３０１．３０２．、、．３
０１’、３０２°０１．が形成される。

キャビティ３０１，３０２．、、のピッチｐは１２７μ
ｍ１幅Ｗは１００μｍ、高さ２Ｘｈは１０００μｍ、奥
行ｄは１０ｍｍとし、解像度４００ｄｏｔ／１ｎｃｈ、
素子数、３２００のラインヘッドとした。

Ｎｌ、Ｎ２．、、Ｍｌ、Ｎ２．、は前記キャビティに対
で対応したインク吐出用ノズルである。ノズルは以下の
ようにして形成した。

あらかじめ圧電基板１ａとｌｌａの一端面にその厚み方
向に平行で前記櫛歯状溝に対応した溝を形成した。最終
組立後には前記溝の開口の１面が中部封止固定部材５に
より蓋をされノズルとなるノズルの長さｈｎは１００μ
ｍ１０径は一辺が３０μｍの正方形とした。

中部封止固定部材５は、前記ノズル部材２と同じニッケ
ルをもちいた。

またノズル列Ｎｌ　、Ｎ２．、、とＭｌ、Ｍ２．、、は
互いに２５４μｍの間隔をおいて平行であり、又相互に
６３．５μｍづつずらした千鳥配列とし、選択信号の制
御により画素密度６３．５μｍつまり４００ドツト／イ
ンチのインクジェットヘッドが形成した。

圧電基板１ａとｌｂ、およびＩｌａとｌｌｂは相互の溝
を設けた面を重接し、その前後から前後の封止板である
ところの、端部封止固定部材４と中部封止固定部材５に
より、その爪部６に原人し、挟み込み封止・固定した。

この際制止固定部材４，５と圧電基板１ａ、ｌｂとは、
エポキシ樹脂系接着剤で接着したが、接着部は爪部６と
圧電基板１ａ、Ｉｂとの界面８だけにとどめた。

上記２つの封止固定部材の利質は、ポリカーボネートを
用い、その内側、詰まり圧電基板１ａ、ｂの端面と接す
る面には厚さ０．５ｍｍのシリコンゴム膜９を添付した
。

シリコンゴム膜９はインクにより膨潤・膨張し、より強
固に封止することができた。

１４はキャビティ３０１．、にインクを供給するための
供給孔であり、後部封止固定部材５に形成されており、
供給用パイプ（図示せず）を介しインクタンク（図示せ
ず）と接続されている。

尚本例では、供給孔は後部封止固定部材に形成したが、
前部封止固定部材４或は圧電基板１ａ、ｌｂの任意の場
所に形成してよい。

圧電基板１ａ、ｌｂの櫛歯の歯の部分、換言するとキャ
ビティ３０１．３０２．、、に挾まれた部分１０１．１
０２．、．２０１，２０２．、は、電圧印加により変形
しインク１３に対し正或は負の圧力で加圧する為の変形
部である。

第１図（ａ）から明らかなように、圧電基板１ａの溝の
切り残し部がキャビティ３０１．、の天壁となり、圧電
基板１ｂの溝の切り残し部が底壁となり、変形部１０１
．．，２０１．．が側壁となる。

４０１．４０２．、．５０１，５０２．、、、、、は前
記変形部１０１、、．２０１．、の両側全面に形成され
た、変形部１０１、、．２０１．、へ電圧を印加するた
めの電極である。

この電極は、圧電基板に溝を形成後、クロム薄膜を１１
００ｎ形成しその上に金薄膜を１μｍスパッタにより成
膜した。

また上記電極上には、スパッタにより１ｍｍの５ｉ０２
膜を形成し電気的絶縁処理を施した。（図示せず） 上記電極は同一キャビティに外接する電極、例えばキャ
ビティ３０１に対して電極４０１と４０２と５０１と５
０２は全て電気的に導通し、電極対６０１を形成してい
る。

第２図（ａ）においてＤＩ、Ｄ２．、は駆動用出力スイ
ッチ回路であるドライバである。

ドライバは相補型ＭＯ３回路で構成し、高電圧出力状態
、低電圧出力状態の２状態出力型とした。

４は上記ドライバに高電圧と低電圧の供給する為の直流
電源である。

７は上記ドライバを高電圧出力と低電圧出力のいずれか
の出力を対し選択駆動させるための制御回路部であり、
制御信号線１２を介してドライバに接続されている。

各々のドライバの出力は、前記電極対６０１，６０２．
。

と接続される。

インク１３は純水に染料３重量％と５重量％ジエチレン
グリコールを溶解分散したものを用いた。インクの粘度
は１．５ｃｐｓであった。また何種かのインクで飛翔実
験をしたところ、２５℃における粘度が０．５ｃｐｓか
ら８ｃｐｓ、比重が０．５ｇ／ｃｍ３から３．０ｇ／Ｃ
ｍ３１表面張力が１０ｄｙｎｅｓ／ｃｍから１００ｄｙ
ｎｅｓ／ａｍで良好な印字を得ることができた。

次に、本発明に基づくインクジェットヘッドによっても
たらされるインクの飛翔原理について説明する。

第２図において符号３ａ、３ｂの矢印は変形部１０１、
、．２０１．、内の分極方向を示す。分極方向は全て圧
電基板１ａと１ｂの接合面に向き、圧電基板の厚み方向
に垂直である。

今、ドライバＤ４に低電圧を、Ｄ３とＤ２に高電圧を印
加すると、変形部１０４．１０５．２０４．２０５はそ
の圧電性によりせん断力を受け、キャビティ３０４に向
けて矢印Ｆで示す剪断方向に剪断変形する。

変位する。その変位の様子第２図（ｂ）に示す。

一方、インク１３はインク供給孔１４より供給されキャ
ビティ３０４に充填されている。

上記変位部の変位から生じるキャビティ３０４内の体積
縮小により、圧力を受け、インクはノズルＮ４より矢印
Ｅ方向へ、粒径が１０μｍ乃至５０μｍのインク滴とな
り吐出する。

」１記のごとく、ドライバによる印加電圧を制御するこ
とにより任意のノズルから、液滴吐出を行うことができ
た。

また１ドツトのインク滴吐出のためには高電位を２５Ｖ
、低電位をＯＶとして、２０μ秒の時間の電圧変位が必
要であった。

以上述べた構成により動作試験を行ったところ、記録周
波数１０ｋＨｚで安定してインク吐出をすることができ
、高品質の印字を得ることができた。

変形部の一番変位の大きい部分１５は封止固定部材４，
５と接合されていないので、振動変位に抑制がかかるこ
となく高率の良いインク吐出を得ることができた。

またノズルと圧電基板並びにキャビティは一体であるの
で、相互の位置精度が組立時に落ちることはなく、また
長期間動作させても接合部の剥離等の問題は起きなかっ
た。

実施例２ 第３図（ａ）（ｂ）に第２の実施例を示す。第３図（ａ
）はインクジェットヘッドの斜視図、第３図（ｂ）は第
１図（ａ）のＡ−Ａ’−Ｂ’−Ｂ面の断面図である。

本インクジェットヘッドは後述する中部封止固定部材５
を挟んで２つのヘッド部３０と３１が対峙する構造とし
た。この３０と３１は基本的に同じ構成である。

はじめに本実施例の要素を説明する。

ｌａ、ｂ並びにｌｌａ、ｂは片面に櫛歯状に溝を設けた
有効印字領域を越える長さを備えた狭巾の圧電基板で、
この圧電基板は厚ｄ２ｍｍのチタン酸ジルコン酸塩（Ｐ
ＺＴ）系圧電セラミクスで形成した。

圧電基板１ａ、ｂとｌｌａ、ｂの櫛歯状の溝は、マルチ
ブレードのワイヤソウにより切削形成した。

２はノズル部材であり、１ａとｌｌａの上面には厚さ１
００μｍのニッケル層を無電界鍍金により形成した。

上記のような２枚の圧電基板１ａ、ｂの重接により、イ
ンク１３を保持し、後述する変形部により圧力を発生さ
せるためのインクキャビティ３０１．３０２．、、．３
０１°、３０２°１６．が形成される。

キャビティ３０１，３０２．、、のピッチｐは１２７□
ｍ７幅Ｗは１０ｐｍ、高さ２Ｘｈは１２００μｍ、奥行
ｄは１０ｍｍとし、解像度４００ｄｏｔ／１ｎｃｈ、素
子数、３２００のラインヘッドとした。

Ｎｌ　、Ｎ２．、、Ｍ　１　、Ｎ２．、は前記キャビテ
ィに対で対応したインク吐出用ノズルである。ノズルは
以下のようにして形成した。

あらかじめ中部封止固定部材５の両面に前記キャビティ
３０１．、に等しいピッチで溝を形成した。最終組立後
には前記溝の開口の１面が圧電基板１ａ、１１　ａの一
端面５により蓋をされノズルとなる。ノズルの長さｈｎ
は１００μｍ１０径は一辺が３０μｍの正方形とした。

中部封止固定部材５は、前記ノズル部材２と同じニッケ
ルをもちいた。

またノズル列Ｎｌ　、Ｎ２．、、とＭｌ、Ｎ２．、、は
互いに２５４μｍの間隔をおいて平行であり、又相互に
６３．５μｍづつずらした千鳥配列とし、選択信号の制
御により画素密度６３．５μｍつまり４００ドツト／イ
ンチのインクジェットヘッドを形成した。

圧電基板１ａと１ｂ、およびｌｌａとｌｌｂは相互の溝
を設けた面を重接し、その前後から前後の封止板である
ところの、端部封止固定部材４と中部封止固定部材５に
より、その爪部６に属人し、挟み込み封止・固定した。

この際封止固定部材４，５と圧電基板１ａ、ｌｂとは、
エポキシ樹脂系接着剤で接着したが、接着部は爪部６と
圧電基板１ａ、ｌｂとの界面８だけにとどめた。

上記２つの封止固定部材の材質は、ポリカーボネートを
用い、その内側、つまり圧電基板１ａ、ｂの端面と接す
る面には厚さ０．５ｍｍのシリコンゴム膜９を添付した
。

シリコンゴム膜９はインクにより膨潤・膨張し、より強
固に封止することができた。

１４はキャビティ３０１．、にインクを供給するための
供給孔であり、後部封止固定部材５に形成されており、
供給用パイプ（図示せず）を介しインクタンク（図示せ
ず）と接続されている。

尚本例では、供給孔は後部封止固定部材に形成したが、
前部封止固定部材４或は圧電基板］、　ａ　、　１　ｂ
の任意の場所に形成してよい。

圧電基板１ａ、ｌｂの櫛歯の歯の部分、換言するとキャ
ビティ３０１．３０２．、、に挾まれた部分１０１．１
０２．、．２０１，２０２８．は、電圧印加により変形
しインク１３に対し正或は負の圧力で加圧する為の変形
部である。

第１図（ａ）から明らかなように、圧電基板１ａの溝の
切り残し部がキャビティ３０１．、の天壁となり、圧電
基板１ｂの溝の切り残し部が底壁となり、変形部１０１
．．，２０１．．が側壁となる。

４０１．４０２．、．５０１，５０２．、、、、、は前
記変形部１０１、、．２０１．、の両側全面に形成され
た、変形部１０１、、．２０１．、へ電圧を印加するた
めの電極である。

この電極は、圧電基板に溝を形成後、クロム薄膜を１１
００ｎ形成しその上に金薄膜を１μｍスパッタにより成
膜した。

また上記電極上には、スパッタにより１　ｍ　ｍの５ｉ
０２膜を形成し電気的絶縁処理を施した。（図示せず） 上記電極は同一キャビティに外接する電極、例えばキャ
ビティ３０１に対して電極４０１と４０２と５０１と５
０２は全て電気的に導通し、電極対６０１を形成してい
る。

ＤＩ、Ｄ２．、は駆動用出力スイッチ回路であるドライ
バである。

ドライバは相補型ＭＯ３回路で構成し、高電圧出力状態
、低電圧出力状態の２状態出力型とした。

４は上記ドライバに高電圧と低電圧の供給する為の直流
電源である。

７は上記ドライバを高電圧出力と低電圧出力のいずれか
の出力を対し選択駆動させるための制御回路部であり、
制御信号線１２を介してドライバに接続されている。

各々のドライバの出力は、前記電極対６０１，６０２．
。

と接続される。

インク１３は絶縁性有機溶媒に顔料５を溶解分散したも
のを用いた。インクの粘度は０．８ｃｐｓであった。ま
た何種かのインクで飛翔実験をしたところ、２５℃にお
ける粘度が０．５　ｃｐ　ｓから８　ｃｐｓ、比重が０
．５ｇ／ｃｍ３から３．０ｇ／ｃｍ３、表面張力が１０
ｄｙｎｅｓ／ｃｍから１００ｄｙｎｅｓ／ｃｍで良好な
印字を得ることができた。

駆動用の電極、ドライバの構成、インク吐出の方法は第
１の実施例と同様である。

このような構成により動作試験を行ったところ、第１の
実施例と同様の印字特性、効果を得ることができた。

またノズルとキャビティの位置精度は、キャビティの並
列方向にのみ留意すれば良く、簡単な治具により、容易
に高精度な接合が実現できた。

［発明の効果］ 本発明によればノズルを変形部の剪断変形方向に対し鉛
直に設けることにより、ノズルの高精度な形成が可能と
なるという効果がある。

また最大変形部近傍に他部材との接合部がないので、吐
出効率、信頼性の向上にも効果が有る。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）（ｂ）は本発明によるインクジェットヘッ
ドの第１の実施例の構造を示す図。 第２図（ａ）（ｂ）は本発明によるインクジェットヘッ
ドの断面構造と原理を示す図。 第３図（ａ）（ｂ）は本発明によるインクジェットヘッ
ドの第２の実施例の構造を示す図。 Ｄ・・・ドライバ Ｎ・・・ノズル ト・・圧電基板 ２・・・ノズル部材 ３・・・分極方向 ４・・・前部封止固定部材 ５・・・中部封止固定部材 ６・・・爪部 ７・・・制御部 ８・・・接着面 ９・・・シリコンゴム膜 １０・・・直流電源 １２・・・制御信号線 １３・・・インク １４・・・インク供給孔 １０１．１０２．、．２０１，２０２．、、・・・変形
部３０１．３０２．、・・・キャビティ ４０１．４０２．、．５０１，５０２．、・・・電極　
　　′６０１．６０２．、、・・・電極対 以上 出願人セイコーエプソン株式会社 代理人弁理土鈴木喜三部（他１名） い　　　　　◇

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数並列された、互いに鉛直に接する天壁と底壁と
   ２つの側壁と前部封止板と後部封止板から構成される直
   方体状のインクキャビティと、前記天壁或は低壁の端面
   に、天壁面或は低壁面に鉛直方向に穿かれたインク吐出
   ノズルとから構成され、前記側壁面の鉛直方向への剪断
   変形により、前記インクキャビティ内の圧力を変化させ
   て、前記ノズルからインク滴を噴射せしめるインクジェ
   ットヘッド。 ２、側壁の一部又は全体が圧電物質で構成されたことを
   特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。