JPH04241949A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ドロップ・オン・デマ
ンド（ＤＯＤ）型のインクジェットヘッドに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】今日その市場を大きく拡大しつつあるノ
ンインパクト・プリンターの内で、原理が最も単純で、
且つカラー印刷に好適なものとしてインクジェット・プ
リンターがある。歴史的には始めに連続噴射型が現れ、
間もなくドットを形成する時にのみインク液滴を吐出す
るいわゆるＤＯＤ型が中心となり現在に至っている。Ｄ
ＯＤ型としては特公昭５３−１２１３８に開示されてい
るカイザー型、あるいは、特公昭６１−５９９１４に開
示されているサーマルジェット型がその代表的な方式と
して有る。このうち、前者は小型化が難かしく、後者は
高熱をインクに加える為にインクが焦げ付くと言う、そ
れぞれに非常に困難な問題を抱えている。

【０００３】以上のような欠陥を同時に解決する新たな
方式として提案されたのが、特開昭６３−２５２７５０
に開示されているせん断モード型である。構造及び動作
原理を図９に示す。図９（ａ）は非駆動時の断面構造図
で、ガラスあるいはセラミックス等の絶縁性基板９１上
に隔壁９５ａｂ、９５ｂｃ、９５ｃｄなどが等間隔かつ
平行に接着され、インク室兼インク流路の細長い溝９２
ａ、９２ｂ、９２ｃが多数形成される。そして、溝９２
ａ、９２ｂ、９２ｃの一方の端は共通のインクだめより
インクが供給できるようにしてあり、他方の端には小さ
なノズル穴９３ａ、９３ｂ、９３ｃのあるノズル板が接
着されている。更に、前記隔壁は弾性部材２１によりガ
ラスあるいはセラミックス等の蓋９８に柔軟に接着され
る。ここで、隔壁としては例えばＰＺＴ（チタン酸ジル
コン酸鉛）の様な圧電性素材を用い、矢印２２で示され
るように（あるいは逆方向に）一方向に揃えて分極して
おく。また、隔壁の壁面には電極９４ａ２、９４ｂ１、
９４ｂ２、９４ｃ１などを形成する。　　次に、図９（
ａ）の電極９４ａ２に電極９４ｂ１に対し十分大きな正
の電位を与えるならば隔壁９５ａｂは図９（ｂ）のよう
にせん断モードの変形をおこす。同様の事を、隔壁９５
ｂｃ（通常９４ｂ１、９４ｂ２は同電位とする）につい
ても行えば、インク室兼インク流路の溝９２ｂの断面積
は初期状態の図９（ａ）から図９（ｂ）のように減少す
る。すなわち、溝内にインクを充填しておけば、この溝
の体積減少によってインクの圧力は瞬間的に上昇し、イ
ンク滴がノズル穴９３ｂより飛び出す。

【０００４】図８はこのようにして構成されたインクジ
ェットヘッドの斜視図で特開昭６３−２５２７５０にお
いて開示されたものと同様である。本ヘッドは、絶縁性
基板８１に接着された圧電性素材の隔壁８５とインク室
兼インク流路の細長い溝８２、及び該溝の端部を塞ぐよ
うに接着されたノズル板８０、さらに溝部全体を覆う蓋
８８より構成される。そして、ノズル板にはノズル穴８
３があいており、図９において述べたごとくにインク滴
８４が吐出する。なお、インクはインク供給口８６より
導入され、共通のインクだめ８７を通して前記溝の各々
に供給される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図８のヘッド構造を考
えると、ノズル板８０が絶縁性基板８１の側面において
、インク室兼インク流路の細長い溝８２を塞ぐように接
着されている。しかしながら、このような構成では、該
ノズル板を接着する以前の工程において、圧電性素材の
隔壁８５のノズル板側の端部が破損しやすい。その理由
は、圧電性素材がＰＺＴに代表されるセラミックス脆性
材であることと、隔壁８５の幅が一般に１００μｍ程度
以下と極めて薄いことで、不測の機械的衝撃により極め
て容易に破損するものである。

【０００６】一方、このような隔壁破損の起こり易い部
分は、ノズル板の取付部付近であり、かりに一部の隔壁
が破損した場合には隣合う溝間でインクが連通すること
になる。すると、図９において説明したような駆動を行
っても、インクの吐出動作において最も重要なノズル穴
付近でのインク圧力が、隣合う溝間での干渉により安定
せず、結果として吐出動作が不安定になる。本発明は、
かかる従来のヘッドの構造上の脆弱性に起因するインク
吐出動作の不安定性の問題を除去し、高い印刷品質のイ
ンクジェットヘッドを提供せんとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する為、
従来図８の様にノズル穴をインク室兼インク流路の細長
い溝の端部側に配していたものを、本発明では、端部側
を封止すると共に、隔壁間に蓋をする形式のヘッドでは
、溝の両端部の間にあり、溝に面する蓋の部分にノズル
穴を設け、隔壁が形成された２枚の基板を重ね合わせて
溝を形成する形式のヘッドでは、溝の両端部の間にあり
、溝に面する基板の部分にノズル用の導通孔を設け、こ
の導通孔に合わせてノズル穴があいたノズル板を設けた
ことを特徴としている。

【０００８】

【作用】ノズル穴を溝の両端部の間に設けることは、従
来構造において破損し易かった圧電素材の隔壁の端部を
、該隔壁により形成される溝の単なる封止端とし、かり
に前記隔壁の端部の破損が発生したとしても、この破損
部を接着剤などにより容易に塞ぐことができる。また、
初めから該隔壁の端部が存在しない構造とすることもで
きる。この結果、ノズル穴付近での隣合う溝間でのイン
クの連通の問題は除去でき、インク吐出の不安定性が解
決されるものである。

【０００９】

【実施例】以下本発明による実施例を図面に基づいて説
明する。図１は従来例の図８に対応する本発明によるイ
ンクジェットヘッドの構成の第１の実施例であり、絶縁
性基板１上に圧電性素材の隔壁５が等間隔かつ平行に接
着され、インク室兼インク流路の細長い溝２が形成され
る。そして、これらの溝は一方の端で共通のインクだめ
７により連通し、他方の端では側板９により塞がれる。 更に、本発明に関わる構成として、ノズル穴３を有する
上板８が前記溝及びインクだめを覆うように取り付けら
れるものである。この上板はノズル穴を有する部分とイ
ンクだめ側の蓋として機能する部分とを別々に作成して
、それぞれを別個に取り付けて、結果として溝部及びイ
ンクだめを覆っても良い。インクはインク供給口６より
導入され、共通のインクだめ７を通して各溝５に供給さ
れる。そして図９において述べたごとく隔壁５を駆動す
ることで、インク滴４が本図においては上方に向かって
吐出される。

【００１０】図２は図１のＡ−Ａ’での断面図である。 圧電性素材の隔壁５は矢印２２のように一方向に分極し
、上板８との間は弾性部材２１で接着してある。ただし
、該弾性部材を用いることなく、前記隔壁の上面と、前
記上板の下面とを密着する構造とすることもできる。 ノズル穴３はインク室兼インク流路の細長い溝２のほぼ
中央部に配置する。なお、図９と同様の電極が必要であ
るが、ここでは省略してある。

【００１１】本構造によれば、従来ノズル板を取り付け
ていた位置に側板９を取り付け、インク室兼インク流路
の細長い溝２の端部を塞ぐものであるが、このように単
に塞ぐだけの構造であることから、その取り付け方は精
密さを要さない。例えば、かりに隔壁５の側板９側の端
部が破損しているような場合、その破損部も含めて接着
剤で埋めてしまえばよい。この考え方をさらに敷えんす
れば、溝の端部全体を接着剤などで埋めて封じてしまえ
ば、側板９を用いることも不要となる。従来構造でこの
様なことができないのは、１００μｍ程度以下の幅しか
ない前記溝の端部に直径３０μｍ程度のノズル穴を配す
るようにノズル板を取り付ける必要があり、この箇所で
前記隔壁の一部が破損していたときには、前記ノズル穴
に影響を与えること無くその破損箇所のみを補修するこ
とがが極めて困難であったためである。そして、ノズル
穴の近傍において隔壁が破損していて、隣合う溝間が連
通していた場合、インク吐出特性に最も影響のあるノズ
ル穴のすぐ内側でのインク圧が不安定となり、吐出され
るインクの量も速度も安定性を欠くことになるのである
。

【００１２】作成したヘッドの具体的な構造は、矢印２
２のように分極された幅１００μｍ、高さ１５０μｍＰ
ＺＴの隔壁５を、アルミナの基板１にピッチ２００μｍ
でエポキシ樹脂により接着したものである。この隔壁の
側面には、蒸着によりクロムと金の合計０．８μｍの積
層膜で電極を形成した。そして、直径３５μｍのノズル
穴３を有するプラスチックの上板８をシリコン樹脂の弾
性部材２１により前記隔壁と接着した。

【００１３】図３は本発明の第２の実施例である。ここ
では、図１における絶縁性基板１と隔壁５とを一体に形
成した圧電性素材の基板３１を用いる。隔壁３５は図２
と同様に一方向に分極する必要があるので、実際上は基
板３１全体が分極されているものである。この様な一体
での形成を行う場合、インク室兼インク流路の溝２は通
常ダイシングソーによる切削加工を行う。従って図３に
おいては、基板３１の元となる圧電性素材の板に、一方
の端部より溝の切削加工を開始し、他方の端部の直前で
その加工を止めるという手順を繰り返す。このようにす
ることで、該他方の端部を図１での側板９の代用と成す
ことができる。また、切削加工を開始した方の側では、
一部を段加工して浅い溝３２を形成し、該浅い溝内に形
成した電極と隔壁３５の側面の電極とを導通すべく形成
することで、該浅い溝を外部電極との接続部とするもの
である。そして、段加工した側には封止板３０を取り付
けてインクの流出を防止する。なお、ノズル穴３の配置
は図１と異なるが、これはヘッドの駆動や取り付け法に
応じて適宜選択すべきもので、本発明の構成はこの選択
の自由度が大きいという大きな利点を有している。

【００１４】図４は本発明の第３の実施例で、特開昭６
３−２５２７５０第２図に於て既に開示された駆動原理
にもとづく。図５は図４のＢーＢ’での断面図である。 本構造はほぼ図３に対応しているが、図３において用い
た圧電性素材の基板３１を、分極方向が４３、４４のよ
うに逆転した２種の圧電性素材４０、４２を一体化して
なる基板４１に置き換えたものである。この場合隔壁４
５は　　”く”　　の字型の変形をする点で図３とは異
なるが、本発明のノズル穴配置の効果としては既に述べ
たものと同様である。

【００１５】図６は本発明による第４の実施例で、図４
での２種の圧電性素材を２枚の基板６１、６２に別々に
振り分けたものである。従って、これらの基板６１、６
２はそれぞれ図３の基板３１に相当する構造のものであ
る。そして、図６のように一体とした状態では、基板６
１と６２の圧電素材の分極は図５と同じように正反対の
向きとなる。この様にすることで、図４と同様の駆動が
なされるものである。ただし、本構成において本発明に
関わる重要な点は、基板６２には溝の底部のノズル穴位
置に対応して、導通孔６７を形成することで、さらにこ
の部分にノズル穴３を有するノズル板６８を取り付ける
ものである。

【００１６】図７は本発明による第５の実施例で、図３
のヘッド２個を一体化したことに相当する。この場合き
わめて重要なことは、ノズル穴３の配列を見たときに、
図３と同じピッチのノズル穴が２列に並ぶので、実効的
に２倍の印刷密度が得られることである。これは、本発
明のノズル穴配置をとったときに初めて可能になるもの
で、２方向から集まる溝を有効に利用できるのである。 なお、この様に実効的に溝のピッチを２倍にするために
は、該２方向からの溝が互いに半ピッチづつずれている
ことが必要である。

【００１７】

【発明の効果】以上、本発明の構造によれば、せん断モ
ード型インクジェットヘッドにおける一つの重大な課題
であった、ノズル穴付近での圧電性素材の隔壁の破損に
起因する印刷の不良発生問題が解決されるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるインクジェットヘッドの第１の実
施例の説明図で、斜視図である。

【図２】本発明によるインクジェットヘッドの第１の実
施例の説明図で、断面図である。

【図３】本発明によるインクジェットヘッドの第２の実
施例の説明図で、斜視図である。

【図４】本発明によるインクジェットヘッドの第３の実
施例の説明図で、斜視図である。

【図５】本発明によるインクジェットヘッドの第３の実
施例の説明図で、断面図である。

【図６】本発明によるインクジェットヘッドの第４の実
施例の説明図で、斜視図である。

【図７】本発明によるインクジェットヘッドの第５の実
施例の説明図で、斜視図である。

【図８】従来技術の説明図で、斜視図である。

【図９】従来技術の説明の断面図であり、（ａ）は非駆
動時、（ｂ）は駆動時の状態を示す。

【符号の説明】 １　　絶縁性基板 ２　　溝 ３　　ノズル穴 ４　　インク滴 ５　　隔壁 ８　　上板 ９　　側板 ３１　　圧電性素材の基板

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　基板上に形成された圧電物質の隔壁で
   分離され、蓋が覆いかぶされた構造の溝と、該溝の一方
   の端部側に設けられ溝にインクを供給するインクだめと
   、ノズル穴とを有し、前記隔壁が該隔壁の壁面に形成さ
   れた電極に印加される電圧によりせん断モードの変位を
   起こすことで、前記溝内のインクを前記ノズル穴より吐
   出せしめるインクジェットヘッドにおいて、前記溝のイ
   ンクだめと反対側の端部を封止するとともに、前記溝の
   両端部の間にあり、前記溝に面する蓋の部分に前記ノズ
   ル穴を設けたことを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 【請求項２】　　圧電物質の隔壁が形成された２枚の基
   板を重ね合わせてできる溝と、該溝の一方の端部側に設
   けられ溝にインクを供給するインクだめと、ノズル穴と
   を有し、前記隔壁が該隔壁の壁面に形成された電極に印
   加される電圧によりせん断モードの変位を起こすことで
   、前記溝内のインクを前記ノズル穴より吐出せしめるイ
   ンクジェットヘッドにおいて、前記溝のインクだめと反
   対側の端部を封止するとともに、前記基板の一方の、前
   記溝の両端部の間にあり、溝に面する部分に導通孔を設
   け、該導通孔にあわせて、前記ノズル穴をあけたノズル
   板を設けたことを特徴とするインクジェットヘッド。