JPH04364957A - インクジェットプリントヘッド及びそれを備える電子機器 - 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、インクジェットプリン
トヘッド、並びにそれを備える、プリンタ、ワープロ、
ファクシミリ、プロッタ等の電子機器に関する。

【０００２】

【従来の技術】プリンタ、ワープロ等の各種電子機器に
搭載されるインクジェットプリントヘッドにカイザー方
式がある。カイザー方式のプリントヘッドは、一般には
ヘッド本体に形成した共通インク路から分岐する個別イ
ンク路を覆うようにヘッド本体に振動板を取付け、振動
板上における個別インク路の対応位置にそれぞれ電歪素
子を配置したものである。このプリントヘッドでは、電
歪素子に電界を加えて電歪素子を変位させ、この変位に
伴って振動板を動かすことによりインクを個別インク路
の先端口から押し出すものである。

【０００３】又、印字を高密度化するために、ヘッドを
その走査方向に対して傾斜させることも行われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようなカイザー方式に代表される電歪素子を利用する通
常のインクジェットプリントヘッドでは、これまで以上
に印字ドットを高密度化すると共に印字品質を高めるの
は機構的に至難であり、このようなプリントヘッドを備
える電子機器においても、より一層の印字高品質化には
限界がある。

【０００５】従って、本発明の目的は、印字の高密度化
且つ高品質化を実現するインクジェットプリントヘッド
、並びにこのプリントヘッドを備える電子機器を提供す
ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明のインクジェットプリントヘッドは、圧電体
に複数の長尺溝を一定間隔を置いて形成し、各長尺溝の
少なくとも両側壁に導体膜を設けたアレイ状の電歪素子
体と、電歪素子体の長尺溝を形成した面に取付ける振動
板と、振動板上に取付け、長尺溝によって形成される電
歪素子体の各一条凸部に振動板を挟んで対向する位置に
個別インク路を形成したインク路板とを備えることを特
徴とする。

【０００７】本発明のプリントヘッドは、アレイ状の電
歪素子体を使用した新しい印字機構を取り入れたもので
ある。作用の根本原理としては、長尺溝によって形成さ
れる電歪素子体の各一条凸部が当該凸部を横断する方向
に分極しており、この分極状態で各長尺溝の両側壁に設
けた導体膜に適当な極性の電圧を加えると、分極の正負
電荷と電圧の正負極性に応じて各一条凸部が変位するこ
とを利用するものである。即ち、各一条凸部において分
極の正電荷側に位置する導体膜に負の電圧を印加し、負
電荷側に位置する導体膜に正の電圧を印加すると、一条
凸部の両側壁が互いに離れる方向に変位し、凸部が偏平
状に変形する。つまり、一条凸部の幅が拡大し、高さが
縮小する。この結果、一条凸部に固定してある振動板の
対応部位が一条凸部と共に個別インク路から離れる方向
に変位する。次に、印加電圧の極性を反転するか、若し
くは印加電圧を遮断すると、印加電圧の極性を反転した
場合には上記と全く逆の現象が起こり、一条凸部の幅が
縮小し、高さが拡大し、凸部が個別インク路に向かって
変位する。又、印加電圧を遮断した場合には、変位した
一条凸部が元の状態に戻る。これにより、振動板の対応
部位が一条凸部と共に個別インク路の方向に変位し、こ
の時の振動板の反動によって個別インク路のインクが押
されて、個別インク路の先端口（オリフィス）からイン
クが吐出される。

【０００８】電歪素子体を構成する圧電体としては、既
知のものを使用すればよく、例えばＺｎＯｘ　、ＰＺＴ
からなるものを使用する。この圧電体に長尺溝を形成す
ることによって得られる一条凸部は分極しているもので
あるが、この分極化は以下の実施例でも説明するように
、電歪素子体の作製工程で行ってもよいし、当初から分
極化した圧電体を用いても構わない。又、圧電体に形成
する長尺溝の深さ（一条凸部の高さ）をできるだけ大き
くし、長尺溝の長さ（一条凸部の長さ）をできるだけ短
くすることが、インクの高粘度化及びプリントヘッド自
体のコンパクト化等の点から好ましい。

【０００９】

【実施例】以下、本発明のインクジェットプリントヘッ
ド、及びこれを備える電子機器を実施例に基づいて説明
する。図１は、プリンタ、ワープロ等の電子機器に搭載
するプリントヘッドの一実施例の外観斜視図を示す。プ
リントヘッド以外の電子機器の構造については通常と全
く相違なく、ここではプリントヘッドを中心に述べる。 図１のプリントヘッドは、複数の長尺溝１１及び長尺溝
１１によって形成される複数の一条凸部１２を有するア
レイ状の電歪素子体１と、電歪素子体１の長尺溝１１を
形成した面に取付けた振動板２と、各一条凸部１２に振
動板２を挟んで対向する位置に形成した個別インク路（
図示せず）を有するインク路板３とを備える。

【００１０】電歪素子体１の平面を図２に、線Ｂ−Ｂに
おける断面を図３に示す。電歪素子体１は圧電体で構成
され、圧電体には複数の長尺溝１１が一定間隔を置いて
形成され、長尺溝１１によって複数の一条凸部１２が形
成される。長尺溝１１及び一条凸部１２は平面及び断面
とも長方形を呈する。各長尺溝１１の両側壁と底壁には
、導体膜（電極）１３が設けられている。導体膜１３は
一条凸部１２上で不連続部１４を有し、一条凸部１２と
導体膜１３により電歪素子が構成される。又、各凸部１
２は、図６に示すように、それぞれ矢印方向に分極して
いる。

【００１１】感光性ガラスからなるインク路板３の平面
を図４に、線Ｃ−Ｃにおける断面を図５に示す。インク
路板３には、断面矩形状の個別インク路３１が一定間隔
を置いて形成され、各個別インク路３１は電歪素子体１
の各一条凸部１２に対応する。個別インク路３１の後端
は共通インク路３２に連通し、線Ｃ−Ｃ方向における共
通インク路３２の中央付近にはインク供給口（図示せず
）が設けられる。インクは、インク供給口から共通イン
ク路３２を経て、各個別インク路３１に流れる。個別イ
ンク路３１の先端はテーパ状になり、先端口がオリフィ
ス３３として機能する。

【００１２】又、膨張係数の近いガラス等からなる振動
板２は、個別インク路３１を覆うようにインク路板３の
平面と同一サイズの平面を有する。これらの構成部品１
、２、３は、図１から分かるように、インク路板３の個
別インク路３１側の平面に振動板２を取付け、電歪素子
体１の各一条凸部１２が振動板２を挟んでインク路板３
の個別インク路３１に対向するように、振動板２上に電
歪素子体１を固定する。実際には、電歪素子体１は振動
板２上の後方に多少ずれているが、これは、図４に示す
インク路板３の平面において個別インク路３１のテーパ
状部には、インクの吐出作用上、電歪素子体１を設ける
必要がないからである。

【００１３】次に、このように構成したプリントヘッド
の作用について述べる。図１の線Ａ−Ａにおける断面を
示す図６において、各一条凸部１２（ａ〜ｅ）がそれぞ
れ矢印方向に分極し、各長尺溝１１（ａ〜ｄ）に設けた
導体膜１３（ａ〜ｄ）に図に示す如き極性の電圧をそれ
ぞれ印加する。この極性の電圧印加により、一条凸部１
２ｂの左側壁（長尺溝１１ａの右側壁）は、分極の正電
荷と当該壁上の導体膜１３ａの電圧の負極性との関係か
ら図中の左方向に、凸部１２ｂの右側壁（長尺溝１１ｂ
の左側壁）は、分極の負電荷と当該壁上の導体膜１３ｂ
の電圧の正極性との関係から右方向に、それぞれ変位す
る。一条凸部１２ｂの左右の側壁が相互に反対方向に変
位すると、凸部１２ｂが左右方向に拡大すると共に、上
下方向に縮小する。この結果、凸部１２ｂの高さが縮ま
り、即ち凸部１２ｂが偏平状に変形し、これに伴って凸
部１２ｂに対向する個別インク路３１ｂ上に位置する振
動板２の対応部位が上方に引っ張られる。このため、個
別インク路３１ｂのインク容積が実質上増加し、この個
別インク路３１ｂにインクが充足される。

【００１４】以上の一条凸部１２ｂにおける作用は、そ
の右隣の一条凸部１２ｃでも同様である。即ち、凸部１
２ｃの左側壁は、分極の負電荷と当該壁上の導体膜１３
ｂの電圧の正極性とにより左方向に、凸部１２ｃの右側
壁は、分極の正電荷と当該壁上の導体膜１３ｃの電圧の
負極性とにより右方向に、それぞれ変位する。この両側
壁の変位によって、一条凸部１２ｃが偏平状に変形し、
凸部１２ｃに対向する個別インク路３１ｃ上の振動板２
の対応部位が上方に引き上げられ、個別インク路３１ｃ
のインク容積が増える。

【００１５】一条凸部１２ｂ、１２ｃ以外の、例えば凸
部１２ｄでは、この凸部１２ｄの右側壁に設けた導体膜
１３ｄをハイインピーダンスとしてあるため、凸部１２
ｄは分極の正負電荷と電圧の正負極性との関係を強く受
けず、殆ど変位しない。このように、任意の導体膜に適
当な極性の電圧を印加すると共に任意の導体膜をハイイ
ンピーダンスとすることで、意図する一条凸部だけを変
位させることができる。

【００１６】一条凸部１２ｂ、１２ｃが十分に変位した
後、印加電圧を遮断するか、若しくは印加電圧の極性を
反転すると、電圧遮断の場合には、凸部１２ｂ、１２ｃ
が元の状態に戻り、それに連れて振動板２の対応部位も
元の位置に復帰する。電圧極性反転の場合には、上記の
作用とは逆の作用が生ずる。即ち、凸部１２ｂの左側壁
は分極の正電荷と導体膜１３ａの電圧の正極性とにより
右方向に、凸部１２ｂの右側壁は分極の負電荷と導体膜
１３ｂの電圧の負極性とにより左方向に、それぞれ変位
する。このため、両側壁は互いに接近する方向に変位し
、凸部１２ｂが下方向に伸張して、振動板２の対応部位
が個別インク路３１ｂに向かって下方向に押し下げられ
る。一条凸部１２ｃについても同様の作用が及ぶ。この
振動板２の対応部位の戻り、若しくは対応部位の下方向
への変位によって、一旦容積が増した個別インク路３１
ｂ、３１ｃの容積が減少し、この容積減少によりインク
が押され、先端口のオリフィス３３からそれぞれインク
が吐出される訳である。

【００１７】上記実施例の電歪素子体１は、その作製工
程で各一条凸部１２を図６に示す方向にそれぞれ分極化
したものであるが、当初から分極している圧電体を用い
て作製した電歪素子体１を備えるプリントヘッドの断面
を図７に示す。この電歪素子体１は全体が矢印方向に分
極しているものであり、各一条凸部１２（ａ〜ｅ）にお
いても同様の方向に分極している。ここで、各導体膜１
３（ａ〜ｄ）に図に示す如き極性の電圧とハイインピー
ダンスを印加すると、一条凸部１２ｃの左側壁は分極の
負電荷と導体膜１３ｂの電圧の正極性とにより左方向に
、凸部１２ｃの右側壁は分極の正電荷と導体膜１３ｃの
電圧の負極性とにより右方向に、それぞれ変位する。 このため、凸部１２ｃが偏平状に変形し、これに伴って
対応個別インク路３１ｃ上の振動板２の対応部位が上方
に移動し、個別インク路３１ｃのインク容積が増加する
。一条凸部１２ｃ以外の凸部は前記ハイインピーダンス
との関係により、殆ど変位しない。

【００１８】この後、印加電圧を遮断するか、若しくは
導体膜１３ｂ、１３ｃの電圧極性を反転すれば、上述の
ように一条凸部１２ｃが復元するか、若しくは下方に伸
張する。同時に、振動板２の対応部位が元の位置に復帰
するか、若しくは個別インク路３１ｃ内に変位するため
、インク容積が減少し、個別インク路３１ｃのインクが
押し出される。

【００１９】図８に示す電歪素子体１は、導体膜１３の
パターンを変形したもので、各導体膜１３は各長尺溝１
１の一方の壁のみに設けられ、底壁で他方の壁の導体膜
と連続していない。この場合、導体膜パターンは上記実
施例よりも細かくなるが、各導体膜１３毎に異なる極性
の電圧を印加することができ、一条凸部１２の変位を一
層精密に制御することができるようになる。

【００２０】次に、図６に示すような電歪素子体１の作
製例を簡潔に述べる。図６の電歪素子体は製作工程で各
一条凸部を分極させたものである。まず、所定サイズの
圧電体をダイシングして、圧電体に複数の長尺溝を一定
間隔を置いて形成する。その後、圧電体の長尺溝を形成
した面に対してメタライジングし、全面に導体膜を形成
し、リフトオフ、エッチング、レーザ加工等により不要
な部分の導体膜を除去し、所望のパターン（例えば図３
又は図８に示すパターン参照）の導体膜とする。そして
、約５０℃程度で、各導体膜に対して負電荷には負極性
、正電荷には正極性の電圧を印加し、各一条凸部を図６
に示すように分極させる。

【００２１】又、図７に示すように電歪素子体１全体が
矢印方向に分極している場合は、当初から一定方向に分
極している圧電体を用意し、この圧電体を分極方向に対
して平行に分断し、分断後の圧電体を分極方向に垂直に
ダイシングして、長尺溝を形成すればよい。

【００２２】

【発明の効果】本発明のインクジェットプリントヘッド
は、以上説明したように構成されるので、長尺溝の側壁
に設けた導体膜に印加する電圧の極性を適宜変えること
で、一条凸部における分極の正負電荷と印加電圧の正負
極性とに応じて一条凸部が偏平状に変位し、それに伴っ
て個別インク路上の振動板の対応部位が引っ張られ、対
応個別インク路のインク容積が増大する。次に、印加電
圧を遮断するか、若しくは電圧の極性を反転すれば、個
別インク路のインク容積が減少し、個別インク路のイン
クが押し出されるという画期的なものである。

【００２３】従って、本発明のプリントヘッドは、特に
圧電体に形成する長尺溝の幅及び長尺溝と長尺溝との間
隔（一条凸部の幅）、並びに一条凸部に対応する個別イ
ンク路の幅及び個別インク路の間隔を可能な限り狭くす
ることにより、印字の高密度化及び高品質化を容易に実
現できる。従来のカイザー方式のように複数の圧電素子
を用いるのとは異なり、アレイ状の電歪素子体を使用す
るため生産性が向上する。

【００２４】１つの圧電体からアレイ状の電歪素子体を
作製するため、分極化を同一条件で行うことができ、ア
レイ状の各電歪素子の性能ばらつきが生じ難く、品質を
均一化できる。又、上記プリントヘッドを具備する電子
機器では、高品質な印字が得られ、機器の印字性能が向
上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るプリントヘッドの外観
斜視図である。

【図２】図１に示すプリントヘッドの電歪素子体の一部
省略平面図である。

【図３】図２に示す電歪素子体の線Ｂ−Ｂにおける一部
省略断面図である。

【図４】図１に示すプリントヘッドのインク路板の一部
省略平面図である。

【図５】図４に示すインク路板の線Ｃ−Ｃにおける一部
省略断面図である。

【図６】図１に示すプリントヘッドの線Ａ−Ａにおける
一部省略断面図である。

【図７】図６に示すプリントヘッドの別例に係る一部省
略断面図である。

【図８】図３に示す電歪素子体の別例に係る一部省略断
面図である。

【符号の説明】

１　　　　電歪素子体 ２　　　　振動板 ３　　　　インク路板 １１　　長尺溝 １２　　一条凸部 １３　　導体膜（電極） ３１　　個別インク路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧電体に複数の長尺溝を一定間隔を置いて
   形成し、各長尺溝の少なくとも両側壁に導体膜を設けた
   アレイ状の電歪素子体と、電歪素子体の長尺溝を形成し
   た面に取付ける振動板と、振動板上に取付け、長尺溝に
   よって形成される電歪素子体の各一条凸部に振動板を挟
   んで対向する位置に個別インク路を形成したインク路板
   とを備えることを特徴とするインクジェットプリントヘ
   ッド。
2. 【請求項２】請求項１記載のインクジェットプリントヘ
   ッドを具備することを特徴とする電子機器。