JPH04294149A - 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】本発明は印写装置の記録ヘッドに
関し、詳しくは、液体インクを選択的に吐出させ、記録
媒体上に記録を得るインクジェットヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の液体インクを吐出させて記録を得
るインクジェットヘッドとしては、図８（ａ）、図８（
ｂ）に示すようなオンデマンド型インクジェットヘッド
がある。このタイプのインクジェットヘッドは、バイモ
ルフ型のピエゾ素子１０１を振動させてインクを吐出さ
せている。図８（ａ）の様にインク室１０６が収縮した
ときに、インク吐出口１０７よりインク滴１１０を吐出
させ、図８（ｂ）の様にインク室１０６が膨張したとき
には、インクをインクタンク（図示せず）より補給して
、次のインク吐出の準備がなされるものである。図８（
ａ）または図８（ｂ）の構成を１素子とし、数〜数十素
子を並べて配置する事でマルチヘッドを構成して、記録
媒体上の任意の位置にインクを付着させて記録を得るこ
とができる。

【０００３】またこのほかに、インク室に気泡を生じさ
せ、気泡の膨張する圧力によりインクを吐出させるタイ
プのヘッドもある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したような印写装
置のインクジェットヘッドでは、ピエゾ素子の１回の振
動や、気泡の１回の膨張で吐出するインク粒子の大きさ
が、１００μｍ〜２００μｍ程度である。この粒径だと
文字情報の様な２値記録の場合では、１５０ＤＰＩから
３００ＤＰＩ程度の高解像度の記録が可能である。しか
し、写真や絵等の画像情報では濃度情報が含まれる為、
これを記録媒体上に表現するためには、ディザマトリク
ス等の面積階調で表現する必要がある。従って、１つの
データを複数のインク粒子で表現しなくてはならず、階
調性を向上させると解像度が下がるという問題が生ずる
。このため高解像度と高階調性を両立させることは困難
であった。

【０００５】また各インク吐出口１０７ごとにピエゾ素
子１０１を形成する必要があるために、形成に高精度と
高い集積化が必要である。従って、大型のライン状イン
クジェットヘッドや、さらに高解像度インクジェットヘ
ッドを安価に製造することが非常に困難であった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
ヘッドは、圧電体基板の両面の端部に電極を形成し、前
記電極の一方の表面に絶縁層を設け、前記絶縁層の上に
短冊上の駆動電極を形成した共振部材と、前記駆動電極
との間にインク吐出口を形成する様に位置するインク供
給部材と、前記電極に加える電圧を一定の周波数と振幅
で変動させる第１の駆動回路と、前記任意の駆動電極に
電圧を印加し、前記任意の駆動電極とプラテンとの間に
電界を発生する第２の駆動回路を備えたことを特徴とす
る。

【０００７】

【実施例】図１から図７は本発明の実施例のインクジェ
ットヘッドを説明する図である。図１は本発明の実施例
のインクジェットヘッド全体を説明する断面図。図２は
インクジェットヘッドの共振部材２０の斜視図。図３は
共振部材２０の断面図。図４はインクジェットヘッドの
インク供給部材３０の斜視図。図５は共振部材２０とイ
ンク供給部材３０の組立図をそれぞれ示している。図６
は、動作説明図。図７は共振部材の圧電体基板の振動形
態を説明する図である。以下これらの図面を用いて本発
明の実施例を説明する。

【０００８】共振部材２０は圧電体基板１とその面に形
成された電極２、電極３と、絶縁層１１と、駆動電極９
とからなる。圧電体基板１の端部の両面に電極２、電極
３が形成されていて、電極２、電極３は一定の周波数と
振幅を持つ信号を発生する共振部材駆動回路に接続され
ていて、この信号により圧電体基板１が逆圧電効果によ
り伸縮し、圧電体基板１の端部を振動させることができ
る。特に上記の周波数が厚さエッジモードの周波数と等
しい場合には圧電体基板１の端部を最も効率よく振動で
きる。また厚さエッジモードの振動では電極２、電極３
の幅は圧電体基板１の半分程度である時最も効率がよい
。

【０００９】厚さエッジモード振動を図７で説明する。 図７は厚さエッジモードの振動をしている圧電体基板１
の断面を示した図で、破線は圧電体基板が厚さエッジモ
ードで振動しているある瞬間の状態を示している。厚さ
エッジモードは振動姿態を観察すると、図７に示すよう
に圧電体基板１の角がよくゆれる振動であり、断面の中
心線５５に対して変位が対称である振動モードである。 本実施例の場合、駆動電極２（図１）に入力する信号の
周波数は２．２ＭＨｚで厚さエッジモードの振動モード
を圧電体基板に発生させることができる。この周波数は
、圧電体基板１の材料特性と厚さにより決まるものであ
る。電極２の表面には絶縁層１１を形成し、電極２と駆
動電極９とを絶縁している。駆動電極９に電圧をかける
ことでプラテン１０との間に電界を発生すると共に、イ
ンク１２に電荷を注入することができる。

【００１０】図２では構造を見やすくするために電極２
の端面Ｂが絶縁層１１から出ている様に描いてあるが、
実際には端面Ｂはインク１２が付着する可能性がある。

【００１１】そのため、図３の様に電極２の端面Ｂも絶
縁層１１に覆われている必要がある。本実施例において
は、圧電体基板１として６００μｍ厚のＰＺＴセラミク
ス（株トーキン製　　ネペックＮ２１）を使用している
。 そしてＰＺＴセラミクスの両面に、スパッタリングによ
りニクロム（ＮｉＣｒ）−金（Ａｕ）の２層の金属層を
形成した後、フォトリソ工程により電極２と電極３をパ
ターニングした。さらに絶縁層１１としてＳｉＯ２をＣ
ＶＤ法により電極２に形成した。実際には駆動電極９は
１μｍ以下と薄いため、駆動電極の端部Ｂは図３のよう
に絶縁層であるＳｉＯ２で覆われる。電極２、電極３の
幅は３００μｍである。さらに絶縁層１１の上にスパッ
タリングによりニクロム（ＮｉＣｒ）−金（Ａｕ）の金
属層を形成した後、駆動電極９をフォトリソ工程でパタ
ーニングした。駆動電極９の幅は１５０μｍで電極密度
１００ＤＰＩ、電極数４０本である。

【００１２】図４に示すように、インク供給部材３０は
スリット部材４とその端部に形成された一定の厚さを持
つギャップ部材５で構成されている。

【００１３】そして共振部材２０とインク供給部材３０
は、図５に示すように、ギャップ部材５と絶縁層１１を
接着する。

【００１４】以上により、図１に示すように共振部材２
０とインク供給部材３０の間にインク室６とインクの吐
出部であるインク吐出口７を形成する。インク吐出口７
の断面の長さ（圧電体基板１とスリット部材４の距離）
はインク室６の断面の長さより狭くなっている。ギャッ
プ部材５の厚さで決まるインク吐出口７の断面の長さは
３０μｍ以下になっている。この長さが３０μｍより長
い場合はインクをミスト状にして安定に吐出する事がで
きなくなってしまう。スリット部材４にはインク供給口
８が形成されていて、随時必要なインクがインクタンク
（図示せず）より供給できるようになっている。

【００１５】本実施例ではスリット部材４として１ｍｍ
厚のパイレックスガラスを使用し、ダイシングによりイ
ンク室６を形成した後、１０μｍ厚のアルミ薄膜をスパ
ッタリングにより形成して、このアルミ薄膜をフォトリ
ソ工程でエッチングしさらに絶縁の為ＳｉＯ２薄膜をア
ルミ層を覆うようにＣＶＤにより形成して、ギャップ部
材５を形成した。ギャップ部材の幅は８０μｍで、厚さ
が１０μｍである。以上のように本発明のインクジェッ
トヘッドはほとんどの工程が薄膜とフォトリソ工程で作
ることができるため、安価で高密度かつ大型のインクジ
ェットヘッドを実現することが可能である。

【００１６】このように構成された本発明の動作を図６
を用いて説明する。

【００１７】説明のため、インク吐出口７を大きく描い
てある。図６（ａ）は駆動電極９に電圧がかけられてな
い状態である。共振部材２０の電極２と電極３の間に周
期的な電圧振幅を持つ信号を共振部材駆動回路により入
力して圧電体基板１の端部を振動させる。この振動は絶
縁層１１を通してインク１２に伝わりインク吐出口７付
近のインクが振動し、インクの表面に表面波が発生する
。プラテン１０には負極性の電圧が加えられている。

【００１８】この状態で図６（ｂ）の様に駆動電極９に
正極性の電圧をかける。すると駆動電極９とインク１２
が接触している為インクにわずかな導電性をもたせるこ
とで、駆動電極９からインク１２に電荷１３（プラス電
荷）が注入される。電荷１３はクーロン力により最もプ
ラテン１０に近くかつ駆動電極９に近いインクの表面波
の先端部に集中するため、この部分がクーロン力より大
きな力を受けて、プラテン方向にインク粒子１４として
飛び出してゆき記録紙１５に付着し記録を得ることがで
きる。したがって任意の駆動電極９に電圧をかける事に
より、その場所からインク粒子を吐出し記録紙上の任意
の位置に記録を行える。

【００１９】本実施例では駆動電極９に加える電圧は正
極性、プラテン１０に加える電圧は負極性であるが、こ
れは逆であっても問題はない。また、飛び出すインク粒
子１４の大きさはインクの表面波の波長より決まる。表
面波の波長は圧電体基板１の振動周波数、すなわち電極
２、電極３に入力される信号の周波数で決まる。本実施
例の場合、入力信号の周波数は２．２ＭＨｚであり、こ
のときに吐出されるインク粒子１４の大きさは約３μｍ
であった。このインク粒子の大きさは従来のインクジェ
ットヘッドにより吐出されるインク粒子に比べて体積で
約１／１００の大きさであるため、駆動電極９に電圧を
印加する時間を制御する事により所望の濃度を１ドット
単位で表現できるのである。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、圧電体基板により構成
される共振部材の端部を振動させ、インク吐出口ないの
インクに表面波を発生させ、この状態において、インク
に接触している任意の駆動電極とプラテンとの間に電界
を発生させることにより、表面波先端が数μｍのインク
粒子として吐出し、記録紙に記録できるため、１ドット
内での濃度変調が可能になり、解像度を低下することな
く、画像情報を印写できるインクジェットヘッドが実現
できるという効果を有する。

【００２１】さらに本発明では各インク吐出口を容易に
形成することが可能であるため、安価で高密度なライン
状ヘッドも実現できるという効果も有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例のインクジェットヘッド全体を
示した断面図である。

【図２】本発明の実施例のインクジェットヘッドの共振
部材の斜視図である。

【図３】本発明の実施例のインクジェットヘッドの共振
部材の断面図である。

【図４】本発明の実施例のインクジェットヘッドのイン
ク供給部材の斜視図である。

【図５】本発明の実施例のインクジェットヘッドの共振
部材とインク供給部材の組立図である。

【図６】本発明の実施例のインクジェットヘッドの動作
を説明する図である。

【図７】本発明の実施例のインクジェットヘッドの圧電
体基板の振動形態を説明する図である。

【図８】従来のインクジェットヘッドを示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１・・・圧電体基板 ２・・・電極 ３・・・電極 ４・・・スリット部材 ５・・・ギャップ部材 ６・・・インク室 ７・・・インク吐出口 ８・・・インク供給口 ９・・・駆動電極 １０・・・プラテン １１・・・絶縁層 １２・・・インク １４・・・インク粒子 １５・・・記録紙 ２０・・・共振部材 ３０・・・インク供給部材

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　圧電体基板の両面の端部に電極を形成
   し、前記電極の一方の表面に絶縁層を設け、前記絶縁層
   の上に短冊上の駆動電極を形成した共振部材と、前記駆
   動電極との間にインク吐出口を形成する様に位置するイ
   ンク供給部材と、前記電極に加える電圧を一定の周波数
   と振幅で変動させる第１の駆動回路と、前記任意の駆動
   電極に電圧を印加し、前記任意の駆動電極とプラテンと
   の間に電界を発生する第２の駆動回路を備えたことを特
   徴とするインクジェットヘッド。