JPH04197640A - 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、圧電アクチュエータによって付勢されるイン
クジェット記録ヘッドに関する。

［従来の技術］ 第７図は、従来のインクジェット記録ヘッドの一部を示
す断面図である。

同図において、１０はノズルヘッドブロックを示してい
る。このノズルヘットブロック１０には、図示しないイ
ンクタンクに連通ずるインク供給路１１と、このインク
供給路１１に連通し表面張力でインク１２を保持するイ
ンク保持スリット１３と、このインク保持スリット１３
の背面に設けられているオリフィス１４とが設けられて
いる。オリフィス１３の背後には、インクが満たされた
圧力室Ｉ５がノズルヘッドブロック１０と圧力板１６と
から形成されている。

圧力板１６の圧力室１５と反対側の面には、ピエゾ素子
等による圧電素子１７が取り付けられている。

信号源１８から電圧が印加されることによりこの圧電素
子）７が変形し、それに伴って圧力板１６も撓み圧力室
１５の容積か変化する。これにより、オリフィス１４か
らインクが押し出されてインク保持スリット１３内のイ
ンク１２と共に前方に吐出されるか、又はインク保持ス
リット１３内のインク１２を圧力室１５へ吸入する。

［発明が解決しようとする課題］ このようなインクジェット記録ヘッドによると、インク
１２のメニスカスが外乱等で変化した場合、気泡がノズ
ルを介して圧力室１５内へ侵入してしまいインク１２の
吐出動作に悪影響を与える。しかも、圧力室１５が閉鎖
的であるため、このような気泡は除去することか極めて
困難である。さらに、インクがノズルの前面に存在して
いるため、吐出インク粒の形状、大きさが好ましいもの
ではなくしかも不安定であった。また、このような構成
はインクの駆動効率が非常に低いものであった。

従って、本発明は気泡の除去か容易な構造を有し、常に
一定であり最適な形状及び大きさのインク粒を駆動効率
良く吐出することができる新規なインクジェット記録ヘ
ッドを提供するものである。

［課題を解決するための手段］ 本願の第１の発明によれば、少なくとも１つのノズルと
、ノズルに縦方向の一端が連通ずるインク室と、インク
室を横方向に囲む壁部材と、壁部材のうち少なくとも対
向する一対の壁部材を構成しており印加される電圧に応
じて変形するように構成された圧電アクチュエータとを
備え、壁部材はノズル側の端部が固定されかつノズルと
反対側の端部か自由端となっているインクジェット記録
ヘッドが提供される。

本願の第２の発明によれば、少なくとも１つのノズルと
、ノズルに縦方向の一端が連通ずるインク室と、インク
室を横方向に囲む壁部材と、一部区間の全周の上述の壁
部材を構成しており印加される電圧に応じて変形するよ
うに構成された圧電アクチュエータとを備え、壁部材は
ノズル側の端部か固定されかつノズルと反対側の端部が
自由端となっているインクジェット記録ヘッドが提供さ
れる。

［作用コ インク室を横方向に囲む壁部材の少な（とも対向する一
対の壁部材、例えば壁部材が矩形断面で構成されている
場合にそのうちの少な（とも対向する一対の壁部材、又
はインク室を横方向に囲む全周面の壁部材、例えば壁部
材が円周断面で構成されている場合にはその円周面全体
が圧電アクチュエータで構成されている。壁部材はノズ
ル側の端部が固定されかつノズルと反対側の端部が自由
端となっている。従って圧電アクチュエータは印加され
る電圧に応じて自由に変形できることとなり、これによ
ってインク室の容積が圧縮又は膨張せしめられ、ノズル
からのインクの吐出又はインクタンクからのインクの吸
引が効率的に行われる。

［実施例］ 以下、本発明によるインクジェット記録ヘッドを実施例
により詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例であるインクジェット記録ヘ
ッドを概略的に示す斜視図であり、第２図は第１図の一
部の底面図であり、第３図は第２図のＡＡ線断面図であ
る。

これらの図に示すように、本実施例のインクジェット記
録ヘッドは複数（７つ）のノズル及びインク室を有して
いる。各インク室、例えばインク室２０を横方向に囲む
壁部材か矩形断面で構成されており、その上下の２面の
壁部材は圧電アクチュエータ２１及び２２で構成されて
おり、左右の２面の壁部材はガラス、セラミクス、プラ
スチックス等の絶縁材又は金属等に絶縁処理を施してな
るスペーサ２３及び２４から構成されている。インク室
２ｏの前後の２面にも壁部材か設けられており、これら
の壁部材もガラス、セラミクス、プラスチックス等の絶
縁材又は金属等に絶縁処理を施してなるスペーサ２５及
び２６から構成されている。即ち、スペーサ２３及び２
４とスペーサ２５及び２６とが圧電アクチュエータ２１
及び２２でサンドイッチ状に挟設されてインク室２０が
形成されていることとなる。

前方の、即ちインク室２０の縦方向の一端側に位置する
スペーサ２５にはこのインク室２０に連通ずる溝が形成
されており、これがノズル２７を構成している。下面側
の圧電アクチュエータ２２の縦方向の前方の端部、本実
施例ではノズル２７側の端部には、インク室２０と図示
しないインクタンクとを連結するインク供給路２８が設
けられている。このインク供給路は、第３図の破線２９
で示すように圧電アクチュエータ２２の縦方向の後方の
端部に設けてもよい。各インク室にそれぞれ連結される
インク供給路は第１図に示すインク主供給路３０に連通
している。

圧電アクチュエータ２１及び２２は、半導体膜を２枚の
電極板で挟んで積層したピエゾ抵抗素子でそれぞれ構成
されている。画電極板間には信号源３１が接続されてい
る。

圧電アクチュエータ２１及び２２とスペーサ２３及び２
４とから構成される壁部材のノズル２７側の端部は固定
部材３２及び３３に固定されており、ノズル２７と反対
側の端部は自由端となっている。

信号源３Ｉから電圧が印加されることにより圧電アクチ
ュエータ２１及び２２は第３図の破線２１ａ及び２２ａ
にそれぞれ示すように変形し、インク室２０の容積を直
接的に変化させる。その結果、インクかノズル２７から
吐出して印字が行われる。また、逆方向の電圧か圧電ア
クチュエータ２１及び２２に印加されると、新しいイン
クかインク供給路２８を介してインク室２０内に吸入さ
れる。

このように本実施例では、インク室２０を横方向に囲む
壁部材のノズル２７側の端部か固定部材３２及び３３に
固定されており、ノズル２７と反対側の端部が自由端で
あるため、圧電アクチュエータ２１及び２２の動きを拘
束する部分が少なく、変形か容易で駆動効率が高い。し
かも各インク室の壁部材か互いに分離独立しているため
、より変形か容易となり効率が高くなっている。また、
全てのノズル部分が固定部材３２及び３３に固定されて
連結されており圧電アクチュエータ部分か他のインク室
の圧電アクチュエータ部分と分離されているため、他の
インク室の駆動の影響を受けにくい。

さらに、従来技術のように閉鎖的に構成された圧力室が
存在しないため、インク室２０内に入った気泡を容易に
除去することができると共に、インクがノズルの前面に
存在していないため、常に一定の最適な形状及び大きさ
を有するインク粒を吐出することができる。

加えて本実施例では、インク室２０の横方向の上下２面
の壁部材が圧電アクチュエータ２１及び２２で構成され
ており、インク室２０を形成する筐体自体が直接的に変
形してポンプ作用を行うため、インクの駆動効率が非常
に高い。また、上下２面の壁部材が圧電アクチュエータ
２１及び２２で構成されており、各々に電極板が設けら
れていて別個に電圧を印加できるため、インク室２０内
の容積変化を非常に大きくとることができる。

またさらに本実施例によれば、圧電アクチュエータ部分
に溝加工等を行う必要がなく溝加工を行ったスペーサを
サンドイッチするように圧電アクチュエータを貼り合せ
るのみで形成できるため、製造の手間が非常に少な（て
済む。

第４図は本発明の他の実施例であるインクジェット記録
ヘッドを概略的に示す斜視図であり、第５図は第４図の
一部の断面図であり、第６図は第５図のＢＢ線断面図で
ある。

これらの図に示すように、本実施例のインクジェット記
録ヘッドも複数（７つ）のノズル及びインク室を有して
いる。各インク室、例えばインク室４０を横方向に囲む
壁部材か円周断面で構成されており、その全周面の壁部
材が圧電アクチュエータ４１で構成されている。インク
室４０の前後の２面にも壁部材が設けられており、これ
らの壁部材はガラス、セラミクス、プラスチックス等の
絶縁材又は金属等に絶縁処理を施してなるノズル部材４
２及び密閉部材４３からそれぞれ構成されている。即ち
、円筒状の圧電アクチュエータ４１の前後をノズル部材
４２及び密閉部材４３て挟設してインク室４０が形成さ
れている。

インク室４０の縦方向の一端側（前方）に位置するノズ
ル部材４２内にもインク室４０の一部を形成する円筒状
の中空部が存在している。ノズル部材４２にはさらにこ
の中空部に連通する貫通孔か形成されており、これがノ
ズル４４を構成している。ノズル部材４２の下方には、
インク室４０と図示しないインクタンクとを連結するイ
ンク供給路４５が設けられている。このインク供給路は
、第５図の破線４６で“示すように圧電アクチュエータ
４１の縦方向の後方の端部に設けてもよい。各インク室
にそれぞれ連結されるインク供給路は第４図に示すイン
ク主供給路４７に連通している。

圧電アクチュエータ４１は、例えば第５図に示すリング
状の半導体層４１ａの両面に２種類の電極板４１ｂ及び
４１ｃをそれぞれ貼り合せ、一方の電極板４１ｂがリン
グの外周面側にのみ導通し他方の電極板４１ｃがリング
の内周面側にのみ導通ずるように構成したピエゾ抵抗素
子を同軸に複数積層してなる円筒形状を有している。円
筒の外周面側に導通ずる電極板４１ｂと円筒の内周面側
に導通ずる電極板４１ｃとの間には信号源４８が接続さ
れている。なお、これら外周面及び内周面の電極には絶
縁コーティング処理がそれぞれなされている。

圧電アクチュエータ４１の前方に位置するノズル部材４
２は固定部材４９及び５０に固定されており、ノズル４
４と反対側の圧電アクチュエータ４Ｉの端部は自由端と
なっている。

信号源４８から電圧か印加されることにより圧電アクチ
ュエータ４１は第５図の矢印５１に示す方向に変形し、
インク室４０の容積を直接的に変化させる。

その結果、インクがノズル４４から吐出して印字か行わ
れる。また、逆方向の電圧が圧電アクチュエータ４１に
印加されると、新しいインクがインク供給路４５を介し
てインク室４０内に吸入される。

このように本実施例では、インク室４０を横方向に囲む
壁部材のノズル４４側の端部が固定部材４９及び５０に
固定されており、ノズル４４と反対側の端部が自由端で
あるため、圧電アクチュエータ４１の動きを拘束する部
分が少なく、変形が容易で駆動効率が高い。しかも各イ
ンク室の壁部材が互いに分離独立しているため、より変
形か容易となり効率が高くなっている。また、全てのノ
ズル部分が固定部材４９及び５０に固定されて連結され
ており圧電アクチュエータ部分が他のインク室の圧電ア
クチュエータ部分と分離されているため、他のインク室
の駆動の影響を受けにくい。

さらに、ピエゾ抵抗素子の積層方向か拘束されない方向
であるため、多数のピエゾ抵抗素子を積層することがで
きる。そのためインク室を太き（取ることができると共
に大きな変位量を低い電圧で得ることができる。即ち、
１つのピエゾ抵抗素子で必要変位量を得るための電圧■
を各ピエゾ抵抗素子に印加すれば、積層したピエゾ抵抗
素子の数ｎに比例した大きな変位量を得ることができる
０これは逆に、ｎ個のピエゾ抵抗素子にそれぞれ■／ｎ
の電圧が印加するだけで必要変位量か得られることを示
しており、このように構成した場合、駆動回路等に高い
絶縁耐性を持たせる必要がないのでその分構成が簡単と
なりコストが低下すると共に安全規格への適合も非常に
容易となる。

またさらに、従来技術のように閉鎖的に構成された圧力
室が存在しないため、インク室２０内に入った気泡を容
易に除去することかできると共に、インクがノズルの前
面に存在していないため、常に一定の最適な形状及び大
きさを有するインク粒を吐出することができる。

加えて本実施例では、インク室４０の横方向を囲む全周
面の壁部材か圧電アクチュエータ４Ｉで構成されており
、インク室４０を形成する筐体自体が直接的に変形して
ポンプ作用を行うため、インクの駆動効率が非常に高い
。

またさらに本実施例によれば、圧電アクチュエータ部分
にノズル用の微細な溝加工等を行う必要かなく溝加工を
行ったノズル部材４２及び密閉部材４３で圧電アクチュ
エータ４１を挟設するのみで形成できるため、製造の手
間が非常に少なくて済む。

なお、第４図〜第６図の実施例では圧電アクチュエータ
が円筒形状に構成されているが、この形状は角筒形状で
あってもよい。

［発明の効果］ 以上詳細に説明したように本発明によれば、少なくとも
１つのノズルと、ノズルに縦方向の一端が連通ずるイン
ク室と、インク室を横方向に囲む壁部材と、壁部材のう
ち少な（とも対向する一対の壁部材を構成するか又は一
部区間の全周の上述の壁部材を構成しており印加される
電圧に応じて変形するように構成された圧電アクチュエ
ータとを備え、壁部材はノズル側の端部が固定されかつ
ノズルと反対側の端部が自由端となっているため、気泡
の除去が容易であり、常に一定であり最適な形状及び大
きさのインク粒を駆動効率良く吐出することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるインクジェット記録ヘ
ッドを概略的に示す斜視図、第２図は第１図の一部の底
面図、第３図は第２図のＡＡ線断面図、第４図は本発明
の他の実施例であるインクジェット記録ヘッドを概略的
に示す斜視図、第５図は第４図の一部の断面図、第６図
は第５図のＢＢ線断面図、第７図は従来のインクジェッ
ト記録ヘッドを概略的に示す断面図である。 ２０．４０・・・・・・インク室、２１．２２．４１・
・・・・・圧電アクチュエータ、２３．２４．２５．２
６・・・・・・スペーサ、２７．４４・・・・・・ノズ
ル、２８．４７・・・・・・インク供給路、３０．４７
・・・・・・インク主供給路、３１．４８・・・・・・
信号源、３２．３３．４９．５０・・・・・・固定部材
、４１ａ・・・・・・半導体層、４１ｈ１４１ｃ・・・
・・電極板、４２・・・・・・ノズル部材、４３・・・
・・・密閉部材。 出願人　　　　　（５ｏ４）／−−７株ｆ：、会材代理
人弁理十　川　　口　義　Ｌ亡 代理人弁理士　中　　村　　　至 代理人弁理Ｉ：　船　　　１山　　　　武第１図 第２図 第３図 第４図 第７図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも１つのノズルと、該ノズルに縦方向の
   一端が連通するインク室と、該インク室を横方向に囲む
   壁部材と、該壁部材のうち少なくとも対向する一対の壁
   部材を構成しており印加される電圧に応じて変形するよ
   うに構成された圧電アクチュエータとを備え、前記壁部
   材は前記ノズル側の端部が固定されかつ該ノズルと反対
   側の端部が自由端となっていることを特徴とするインク
   ジェット記録ヘッド。
2. （２）少なくとも１つのノズルと、該ノズルに縦方向の
   一端が連通するインク室と、該インク室を横方向に囲む
   壁部材と、一部区間の全周の該壁部材を構成しており印
   加される電圧に応じて変形するように構成された圧電ア
   クチュエータとを備え、前記壁部材は前記ノズル側の端
   部が固定されかつ該ノズルと反対側の端部が自由端とな
   っていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。