JPH04294150A - 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】図８（ａ）は従来のインクジェット記録
装置の断面図、図８（ｂ）は斜視図である。この方式の
インクジェットヘッドは、圧電体基板１０１の一方の面
に短冊状の駆動電極１０２を、もう一方の面の端部に一
本の共通電極１０３を形成し、任意の駆動電極にある特
定の周波数をもつ駆動信号を入力することにより、イン
ク吐出口１０７付近の圧電体基板を振動させる。これに
よりインク吐出口１０７内のインク１０６をミスト状に
してＡ方向に吐出させ、記録を得るものである。この方
式のインクジェットヘッドは、インクをミスト状にして
連続的に吐出する事が可能である為、記録時間を制御す
る事で、任意の濃度の記録を得ることができる。このた
め、濃度データを含むような画像の記録に適したヘッド
である。また、電極パターンが単純でかつほとんどの工
程がフォトリソ技術により形成が可能である為、大型の
ヘッドを安価で実現できるという特徴を有している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述したようなインク
ジェットヘッドでは、記録密度を上げる為に駆動電極の
密度を上げてゆくと１素子当たりの面積が狭くなる。こ
のためインクを吐出させる為の電圧の振幅を大きくする
必要がある。したがってあまり高密度になると駆動電圧
が高くなりすぎ、駆動回路を安価で製造する事が非常に
困難になる。この結果、高密度のインクジェットヘッド
を安価で製造する事が困難であるという問題を有してい
た。

【０００４】

【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、一方の面に短冊状の駆動電極を、もう一方の
面の端部に一本の共通電極が形成された圧電体基板と、
前記圧電体基板に平行で、圧電体基板との間にインク吐
出口を形成する様に位置するスリット部材と、前記イン
ク吐出口にインクを供給するインク供給手段と、前記駆
動電極と共通電極の間の電界を周期的に変動させ、圧電
体基板を振動させる信号を発生する駆動回路を備え、前
記圧電体基板の振動が前記共通電極が形成された端部で
振幅が最大となる振動モード（厚さエッジモード）であ
るごとく構成したインクジェットヘッドにおいて、前記
インクと接触しプラテンとの間に電界を発生できる導電
層を備えたことを特徴とする。

【０００５】

【実施例】図１は本発明の実施例のインクジェットヘッ
ド全体を示した説明図であり、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３
０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。

【０００６】共振部材２０は圧電体基板１とその面に形
成された駆動電極２、共通電極３、絶縁層１１からなる
。圧電体基板１の一方の面には短冊状の駆動電極２、も
う一方の面の端部には一本の共通電極３が形成されてい
る。駆動電極２と共通電極３は駆動回路に接続されてい
て、任意の駆動電極２に一定の振幅と周波数をもつ信号
を入力できる。駆動電極２の表面には、絶縁層１１を形
成し、インク１２と駆動電極２が電気的に接触する事を
防いでいる。

【０００７】図２では構造を見やすくするために駆動電
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、実際には図３の様に駆動電極２の端面Ｂも絶縁層１
１に覆われている必要がある。

【０００８】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
ソ工程により駆動電極２と共通電極３をパターニングし
た。さらに絶縁層としてＳｉＯ２をＣＶＤ法により駆動
電極２上に形成した。実際には駆動電極２は１μｍ以下
と薄いため、駆動電極２の端部Ｂは図３のように絶縁層
であるＳｉＯ２で覆われる。駆動電極２の幅は１５０μ
ｍ、共通電極３の幅は３００μｍで、駆動電極２の並び
間隔は２５４μｍ、駆動電極２の数は４０本である。

【０００９】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と導電層９で構成されている。導電層
９は電圧を印加する事でプラテン１０との間に電界を発
生できる。

【００１０】共振部材２０とインク供給部材３０は図５
のように、ギャップ部材５の間に駆動電極２がくるよう
ギャップ部材５と絶縁層１１を接着する。これにより共
振部材２０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。この断面の長さが
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。

【００１１】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。

【００１２】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を形成した後ニクロム薄膜をスパッタリングに
より形成し、これを導電層９とした。さらに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する事によりギ
ャップ部材５を形成した。ギャップ部材５の幅は１００
μｍで、厚さが１０μｍである。

【００１３】このように構成された本発明の動作を図６
、図７を用いて説明する。

【００１４】説明のため、インク吐出口７を大きく描い
てある。

【００１５】図６（ａ）は共振部材が振動していない状
態である。導電層９とプラテン１０のそれぞれに極性の
違う電圧を印加しこの間に電界を発生させている。図６
では導電層９が正極性、プラテン１０が負極性であるが
、逆であってもかまわない。このとき、インク吐出口７
では導電層９とインク１２が接触している為インクにわ
ずかな導電性があると、導電層９からインク１２に電荷
１３（プラス電荷）がインク表面に移動する。この結果
荷電したインク１２はプラテン１０との間のクーロン力
によりプラテン１０方向に力を受ける。導電層９に加え
る電圧をインクがインク吐出口７から吐出しない範囲に
設定した状態で、共振部材２０の駆動電極に共振部材端
部を振動させる特定の周波数を持つ信号を入力すること
により、駆動した駆動電極付近の共振部材端部が振動す
る厚さエッジモードの振動を発生させる。

【００１６】厚さエッジモード振動を図７に示す。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５
５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に入力する信号の周波数は２．２Ｍ
Ｈｚ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。

【００１７】図６（ｂ）はインクが振動している状態を
示したものである。この振動は絶縁層１１を通してイン
ク１２に伝わり、駆動した駆動電極２付近のインクが振
動する。インクが振動すると電荷１３はクーロン力によ
り最もプラテン１０に近いインクの表面波の先端部に移
動するため、表面波先端の電荷が大きくなり、この部分
がクーロン力より大きな力を受けて、プラテン１０方向
にインク粒子１４が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に
駆動信号を入力する事により、その場所からインク粒子
１４を吐出し記録紙上の任意の位置に記録を行える。

【００１８】本発明の他の実施例として導電層９（また
はプラテン１０）に加える電圧を変動させるものもある
。

【００１９】導電層９に印加する電圧を変動させること
により、導電層９とプラテン１０との間の電界が変動し
、電界が高い瞬間にインク粒子１４の吐出が行われ易く
なり、駆動電極２に入力する駆動電圧をさらに低くする
事ができる。変動は周期的でなくてもこの効果は得られ
るが、変動の周波数が駆動電極２に入力する信号の周波
数に近い場合は、電界の変動による表面波と共振部材２
０の振動による表面波が合成されて表面波の波高値が高
くなりやすく、前記の効果も重なってより低いエネルギ
ーでインク粒子の吐出が可能になる。

【００２０】ただし、電圧の変動の周期は１ドットを記
録する時間に比べて充分早くないと、記録ドットの再現
性を低下させる原因となる。

【００２１】本発明のヘッドの場合インク粒子の発生は
共振部材２０の音響エネルギーと電荷によるクーロン力
の両のエネルギーにより発生できるため、共振部材の音
響エネルギーは従来のインクジェットヘッドに比べて低
いレベルでよく、駆動電極２を高密度化した場合でも駆
動電極２に入力する信号の電圧の振幅を低くすることが
できる。したがって駆動回路の安価で製造が可能となり
、高密度のインクジェットヘッドを安価で製造できる。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、圧電体基板とスリット
部材との間にインク吐出口を形成し、インク吐出口内の
インクに接触している導電層とプラテンとの間に電圧を
加えることにより、インクは荷電されインクがクーロン
力によりプラテン方向に力を受ける。この状態で圧電体
基板を厚みエッジモードの共振振動をさせることにより
、インクを従来のインクジェットヘッドより低い振幅の
電圧でインクをとミスト状にして吐出できるため、高密
度のヘッドを安価に製造できる。

【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
示した説明図である。

【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示した図である。

【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・・・駆動電極 ３・・・共通電極 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・・・導電層 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】　　　一方の面に短冊状の駆動電極を、も
   う一方の面の端部に一本の共通電極が形成された圧電体
   基板と、前記圧電体基板に平行で、圧電体基板との間に
   インク吐出口を形成する様に位置するスリット部材と、
   前記インク吐出口にインクを供給するインク供給手段と
   、前記駆動電極と共通電極の間の電界を周期的に変動さ
   せ、圧電体基板を振動させる信号を発生する駆動回路を
   備え、前記圧電体基板の振動が前記共通電極が形成され
   た端部で振幅が最大となる振動モード（厚さエッジモー
   ド）であるごとく構成したインクジェットヘッドにおい
   て、前記インクと接触しプラテンとの間に電界を発生で
   きる導電層を備えたことを特徴とするインクジェットヘ
   ッド。