JPH05112005A - インクジエツトプリンタヘツド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 インクジェットプリンタヘッドのクロストー
クを防止して印刷品質と印刷速度とを向上させる。 【構成】 先端部が圧電性部材２２で末端部が非圧電性
部材２３の多数の隔壁２４を立設した二個の本体プレー
ト２６を設け、これらの本体プレート２６の一体接合で
一方の隔壁２４の非圧電性部材２３間に他方の隔壁２４
の圧電性部材２２を配置し、一つの圧力室２８内のイン
クを一個の圧電性部材２２で加圧して構造的なクロスト
ークを防止すると共に隣接する隔壁２４の電極層２０，
２１を互いに離反させて電気的なクロストークも防止す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、オンデマンド方式のイ
ンクジェットプリンタヘッドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在、静粛で高密度印刷が可能なインク
ジェットプリンタヘッドとして、オリフィスからインク
滴を吐出させて印刷用紙に定着させるインクジェットプ
リンタヘッドなどが実用化されている。

【０００３】例えば、オンデマンド方式のインクジェッ
トプリンタヘッドでは、アレイ状に連設されたオリフィ
スの各々に連通した圧力室内に少なくとも表面が変位自
在な圧力発生手段を設けた構造などとなっている。そし
て、このようなインクジェットプリンタヘッドでは、印
刷画像に対応した駆動電力で圧力発生手段を振動させて
圧力室内のインクをオリフィスからインク滴として吐出
させるようになっている。

【０００４】そして、現在では上述のようなインクジェ
ットプリンタヘッドの圧力発生手段として予め分極した
圧電性部材を使用することが提案されている。そこで、
このようなインクジェットプリンタヘッドの従来例とし
て特開平2-208050号公報に開示された二個の装置を図４
及び図５に基づいて説明する。まず、第一のインクジェ
ットプリンタヘッド１は、図４に例示するように、上部
・下部電極層２，３が上下面に形成された圧電性部材４
からなる隔壁５を非圧電性部材からなるベース基板６上
に連設した本体プレート７を設け、二個の本体プレート
７を一体に接合して一方の前記隔壁５間の凹部を他方の
隔壁５の頂面で密閉することで圧力室８を形成し、これ
らの圧力室８と連通する位置にオリフィス９が形成され
たオリフィス板１０を二個の前記本体プレート７の端面
に一体に接合した構造となっている。なお、このインク
ジェットプリンタヘッド１では、各本体プレート７の圧
電性部材４は上部電極層２から下部電極層３に向かって
分極されている。また、このインクジェットプリンタヘ
ッド１では、配置的に接触する前記上部電極層２は二個
の前記本体プレート７の表面に絶縁保護膜(図示せず)が
形成されることで互いに絶縁されている。

【０００５】このような構成において、このインクジェ
ットプリンタヘッド１では、通電方向の選択的な切替え
で一つの圧力室８を囲む三個の圧電性部材４を同時に駆
動することで、所定のオリフィス９からインク滴を吐出
させるようになっている。

【０００６】なお、このようなインクジェットプリンタ
ヘッド１の本体プレート７は、例えば、ベース基板６上
に下部電極層３と圧電性部材４と上部電極層２とを順次
積層してから凹溝を切削加工等することで製作される。

【０００７】また、上記公報に開示された他のインクジ
ェットプリンタヘッド１１は、図５に例示するように、
電極層１２，１３が両側面に形成された圧電性部材１４
で隔壁１５を形成した本体プレート１６を設け、二個の
本体プレート１６の一体接合で一方の前記隔壁１５間の
凹溝内に他方の隔壁１５を配置し、これらの隔壁１５の
側面間をＲＴＶ(Ｒoom ＴemperatureＶalcanization)
ゴム１７で密閉することで圧力室１８を形成している。
なお、このインクジェットプリンタヘッド１１では、各
本体プレート１６の圧電性部材１４は一方の電極層１２
から他方の電極層１３に向かって分極されている。

【０００８】このような構成において、このインクジェ
ットプリンタヘッド１１も前述したインクジェットプリ
ンタヘッド１と同様に、通電方向の選択的な切替えで一
つの圧力室１８を囲む三個の圧電性部材１４を同時に駆
動することで、所定のオリフィス９からインク滴を吐出
させるようになっている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記公報に開示された
インクジェットプリンタヘッド１，１１では、三個の圧
電性部材４，１４を同時に駆動して一つのオリフィス９
からインク滴を吐出させるようになっている。

【００１０】しかし、上述したインクジェットプリンタ
ヘッド１，１１では、構造的に各圧電性部材４，１４は
三つの圧力室８，１８に連通しているので、一つの圧力
室８，１８内のインクを加圧するために三個の圧電性部
材４，１４が変形すると、これらの圧電性部材４，１４
に連通する他の圧力室８，１８内のインクにも必然的に
圧力変動が生じることになる。そして、このように駆動
しない圧力室８，１８に不要な圧力変動が生じると、こ
の圧力室８，１８に連通するオリフィス９から微小なイ
ンク滴が突出するようなことが発生し、このようなクロ
ストークのために印刷品質が低下することになる。

【００１１】さらに、上述のような圧電性部材４，１４
の駆動制御でクロストークが防止できたとしても、圧力
変動が作用した圧力室８，１８内のインクは振動が低下
するまではインク滴として安定的に吐出させることが困
難であるため、やはり印刷速度が低下することになる。

【００１２】また、あるオリフィス９からインク滴を吐
出させる場合、その圧力室８，１８に上下方向で対向す
る圧電性部材４，１４は上下方向に伸長して左右方向で
縮小するので、この両側に位置する圧力室８，１８内の
インクは減圧されてインク滴を吐出させることができな
い。同様に、インク滴を吐出させる圧力室８，１８の左
右方向に位置する圧電性部材４，１４は、他方の左右方
向の圧力室８，１８は加圧するが上下方向の圧力室８，
１８は減圧するのでインク滴は突出不能である。つま
り、このインクジェットプリンタヘッド１，１１では、
同時に圧力室８，１８を加圧してインク滴を突出させる
ことができるオリフィス９の個数は全体の半分であるた
め、その印刷速度が低下している。

【００１３】本発明は、高品質な印刷を高速に行なうイ
ンクジェットプリンタヘッドを得るものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】オリフィスとインク供給
路とが各々連通した圧力室内に予め分極された圧電性部
材を配置し、前記インク供給路から供給されて前記圧力
室内に保持されたインクを印加電力に従って変形する前
記圧電性部材で加圧して前記オリフィスから吐出するよ
うにしたインクジェットプリンタヘッドにおいて、上下
面に電極層が設けられた前記圧電性部材で先端部が形成
されて末端部が非圧電性部材で形成された多数の隔壁を
平板状の基部に立設した二個の本体プレートを設け、こ
れらの本体プレートの一体接合で一方の隔壁の非圧電性
部材間に他方の隔壁の圧電性部材を配置した。

【００１５】

【作用】一つの圧力室内のインクを一個の圧電性部材で
個々に加圧することができるので、構造的なクロストー
クによる印刷品質の低下を防止することができ、隣接す
る隔壁の電極層を互いに離反させることができるので、
電気的なクロストークによる印刷品質の低下も防止する
ことができ、各圧電性部材を同時に駆動することが可能
なので印刷速度を高速化することもでき、高品質な印刷
を高速に行なうインクジェットプリンタヘッドを得るも
のである。

【００１６】

【実施例】本発明の実施例を図１ないし図３に基づいて
説明する。なお、ここで例示する図１は図２に例示する
インクジェットプリンタヘッド１９をＢ−Ｂ線で切断し
た縦断正面図となっており、図２は図１に例示するイン
クジェットプリンタヘッド１９をＡ−Ａ線で切断した縦
断側面図となっている。まず、このインクジェットプリ
ンタヘッド１９は、図１に例示するように、上下面に電
極層２０，２１が形成された圧電性部材２２で先端部が
形成されて末端部が非圧電性部材２３で形成された多数
の隔壁２４が基部２５に櫛歯状に立設された二個の本体
プレート２６を設け、これらの本体プレート２６を一体
接合して一方の隔壁２４の非圧電性部材２３間に他方の
隔壁２４の圧電性部材２２を配置した構造となってい
る。そこで、このインクジェットプリンタヘッド１９で
は、前記圧電性部材２２の頂面と前記隔壁２４間の凹溝
２７とで形成される空間が圧力室２８となっており、こ
れらの圧力室２８の各々と対向する位置に貫通孔でオリ
フィスが形成されたオリフィス板(図示せず)が、一体接
合された二個の前記本体プレート２６の前面に接合され
ている。

【００１７】また、このインクジェットプリンタヘッド
１９では、前記本体プレート２６の前記隔壁２４の非圧
電性部材２３と前記基部２５とは絶縁基板の切削加工で
一体形成されており、二個の前記本体プレート２６は前
記隔壁２４の前記非圧電性部材２３と略同形状に形成さ
れた両側の凸部２９で接合されている。そして、このイ
ンクジェットプリンタヘッド１９では、前記電極層２
０，２１と前記圧電性部材２２との間には絶縁層３０と
接着層３１とが各々形成されており、前記電極層２０，
２１の末端部に形成された端子部３２，３３は前記絶縁
層３０で分割されている。さらに、図２に例示するよう
に、このような端子部３２，３３が位置する前記本体プ
レート２６の基部２５の後縁部は段差３４が形成されて
おり、この段差３４で二個の前記本体プレート２６の端
子部３２，３３が分離されている。なお、このインクジ
ェットプリンタヘッド１９では、前記圧電性部材２２の
頂面に位置する前記電極層２０が個別電極で他方の電極
層２１が共通電極となっており、図３(ｂ)に例示するよ
うに、この共通電極である電極層２１の端子部３３は主
走査方向に連通した形状で個別電極である電極層２０の
端子部３２は前記圧電性部材２２毎に分割されている。
また、図２に例示したように、二個の前記本体プレート
２６の少なくとも一方には表面から前記圧力室２８に連
通する長溝３５が主走査方向に形成されており、この長
溝３５で形成されたインク供給路にインクタンク(図示
せず)が連結されている。

【００１８】このような構成において、このインクジェ
ットプリンタヘッド１９では、インクタンクから長溝３
５で各圧力室２８内にインクが供給された状態で、所定
の圧電性部材２２を選択的な通電で伸縮させることで、
この圧電性部材２２と対向する圧力室２８内のインクを
加圧してオリフィスからインク滴を吐出させる。

【００１９】この時、このインクジェットプリンタヘッ
ド１９では、一つの圧力室２８内のインクを一個の圧電
性部材２２で個々に加圧する構造となっているので、構
造的なクロストークによる印刷品質の低下が防止されて
いる。さらに、上述のような圧電性部材２２の選択的な
駆動は、電極層２１に高電圧を常時印加した状態で所定
の電極層２０に選択的に低電圧を印加することで行なわ
れるが、このインクジェットプリンタヘッド１９では、
構造的に隣接する隔壁２４の電極層２０，２１が互いに
離反しているので、電気的なクロストークによる印刷品
質の低下も防止されている。つまり、このようなインク
ジェットプリンタヘッド１９において、非圧電性部材２
３を省略して隔壁２４の全体を圧電性部材２２で形成す
ることも考えられるが、この場合は隣接する隔壁２４の
電極層２０，２１が極めて近接するために電荷の移動が
発生し、駆動する圧電性部材２２の両側にクロストーク
が発生するなどして印刷品質が低下することになる。そ
こで、本発明のインクジェットプリンタヘッド１９で
は、隔壁２４の組合わせで圧電性部材２２が非圧電性部
材２３間に位置するようにして電極層２０，２１を離反
させることで、電気的なクロストークを防止して印刷品
質を向上させている。さらに、このインクジェットプリ
ンタヘッド１９では、上述のように電気的及び構造的な
クロストークが防止されているので各圧電性部材２２を
同時に駆動することが可能であり、しかも、圧電性部材
２２の変形速度と復元速度とを違えるような制御も要し
ないので、その印刷速度を高速化することが可能であ
る。

【００２０】ここで、このようなインクジェットプリン
タヘッド１９の本体プレート２６の各部の材料や製作方
法の具体例を以下に詳述する。まず、アルミナ等のセラ
ミックやポリサルフォン等の樹脂及びガラスなどの非圧
電性部材からなる絶縁基板に切削加工等で段差３４を形
成し、この上に板厚0.05〜1.0(mm)で前後長さ1.0〜30(m
m)程度のＰＺＴ(Ｌead Ｚirco Ｔitanate)からなる圧
電性部材２２を接着層３１で接合する。なお、圧電性部
材２２の板厚は0.1〜0.5(mm)が望ましく、その前後長さ
は要求される吐出特性や圧力室２８の左右幅等に基づい
て規定される。

【００２１】そして、図３(ａ)に例示するように、上述
のようにして一体接合された絶縁基板と圧電性部材２２
との上に絶縁層３０と電極層２０とを順次成膜してから
フォトエッチングのパターニングで電極層２０の端子部
３２を形成し、同図(ｂ)に例示するように、これらの端
子部３２間の位置にダイシング加工で多数の凹溝２７を
形成することで隔壁２４を形成すると共に電極層２０を
分断する。このようにすることで、この電極層２０は圧
電性部材２２と同一形状となるので導電特性が良好であ
る。なお、このインクジェットプリンタヘッド１９で
は、圧電性部材２２より後方の電極層２０，２１を分離
する絶縁層３０が圧電性部材２２と電極層２０との間に
も設けられているが、この絶縁層３０をフォトエッチン
グ等で圧電性部材２２上から除去してから電極層２０を
設けて通電特性を向上させることも実施可能である。同
様に、圧電性部材２２と電極層２１との間にも薄膜状の
接着層３１が設けられているが、この場合は接着層３１
を導電性接着剤で形成して通電特性を向上させることが
実施可能である。

【００２２】ここで、上述のようにダイシング加工で形
成した凹溝２７は、図２に例示したように、その後縁部
に不要なアールが必然的に形成されるが、これは樹脂等
の充填材で簡易に密閉することができる。また、このよ
うな凹溝２７の末端部のアールの部分をインク供給路に
利用することも考えられ、その開口部が過大である場合
は圧電性部材２２を後方に延長することで開口部の大き
さを調節することが可能である。なお、このようにダイ
シング加工で凹溝２７のアールの部分では、その切断面
に電極層２０，２１が近接して露出するため、ここに絶
縁被膜(図示せず)を形成して放電を防止することが考え
られる。また、このような絶縁被膜は、圧電性部材２２
上に位置する電極層２０に配線を直接的に行なうように
して凹溝２７のアールの部分に電極層２０を形成しない
ことなどで省略可能である。

【００２３】そして、上述のようにして形成した二個の
本体プレート２６を一体接合することで、相互に組合わ
される隔壁２４によって左右幅が0.05〜1.0(mm)で上下
幅が0.02〜0.2(mm)程度の圧力室２８が形成されるの
で、この圧力室２８毎に直径0.02〜0.08(mm)程度のオリ
フィスが形成されたオリフィス板を本体プレート２６の
前面に一体接合することで、このインクジェットプリン
タヘッド１９の製作は完了する。なお、このインクジェ
ットプリンタヘッド１９では、隣接する隔壁２４の側面
間に圧力室２８に連通する間隙があるが、これは極めて
薄く長いので圧電性部材２２の圧力損失は微小であり、
このような間隙をゴム等で充填することも実施可能であ
る。

【００２４】なお、このインクジェットプリンタヘッド
１９では、絶縁基板の後縁部に段差３４が形成されてい
るので一体接合された本体プレート２６の端子部３２，
３３にＦＰＣ(Ｆlexible Ｐrinted Ｃircuit)等の配
線材(図示せず)を簡易に接続することができるが、この
ような配線材の接続は本体プレート２６の接合前に行な
うと作業が極めて簡易である。

【００２５】また、本実施例のインクジェットプリンタ
ヘッド１９では、電極層２０，２１や絶縁層３０を除去
した凸部２９で本体プレート２６を一体接合することで
隣接する電極層２０，２１を完全に離反させることを想
定したが、本発明は上記構造に限定されるものではな
い。つまり、このインクジェットプリンタヘッド１９で
は、隣接する隔壁２４の電極層２０，２１が絶縁性を確
保できる距離に離反していれば良いので、二個の本体プ
レート２６を電極層２０上で一体接合することも実施可
能である。さらに、本実施例のインクジェットプリンタ
ヘッド１９では、互いに近接する電極層２１を共通電極
とすることで電気的なクロストークを良好に防止するこ
とを例示したが、本発明は上記形式に限定されるもので
はなく、電極層２１を個別電極としても電気的なクロス
トークは略防止可能である。

【００２６】

【発明の効果】本発明は上述のように、オリフィスとイ
ンク供給路とが各々連通した圧力室内に予め分極された
圧電性部材を配置し、前記インク供給路から供給されて
前記圧力室内に保持されたインクを印加電力に従って変
形する前記圧電性部材で加圧して前記オリフィスから吐
出するようにしたインクジェットプリンタヘッドにおい
て、上下面に電極層が設けられた前記圧電性部材で先端
部が形成されて末端部が非圧電性部材で形成された多数
の隔壁を平板状の基部に立設した二個の本体プレートを
設け、これらの本体プレートの一体接合で一方の隔壁の
非圧電性部材間に他方の隔壁の圧電性部材を配置したこ
とにより、一つの圧力室内のインクを一個の圧電性部材
で個々に加圧することができるので、構造的なクロスト
ークによる印刷品質の低下を防止することができ、隣接
する隔壁の電極層を互いに離反させることができるの
で、電気的なクロストークによる印刷品質の低下も防止
することができ、各圧電性部材を同時に駆動することが
可能なので印刷速度を高速化することもでき、高品質な
印刷を高速に行なうインクジェットプリンタヘッドを得
ることができる等の効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示し、図２をＢ−Ｂ線で切断
した縦断正面図である。

【図２】図１をＡ−Ａ線で切断した縦断側面図である。

【図３】要部の製作工程を示す平面図である。

【図４】第一の従来例を示す縦断正面図である。

【図５】第二の従来例を示す縦断正面図である。

【符号の説明】

１９ インクジェットプリンタヘッド ２０，２１ 電極層 ２２ 圧電性部材 ２３ 非圧電性部材 ２４ 隔壁 ２５ 基部 ２６ 本体プレート ２８ 圧力室

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 オリフィスとインク供給路とが各々連通
   した圧力室内に予め分極された圧電性部材を配置し、前
   記インク供給路から供給されて前記圧力室内に保持され
   たインクを印加電力に従って変形する前記圧電性部材で
   加圧して前記オリフィスから吐出するようにしたインク
   ジェットプリンタヘッドにおいて、上下面に電極層が設
   けられた前記圧電性部材で先端部が形成されて末端部が
   非圧電性部材で形成された多数の隔壁を平板状の基部に
   立設した二個の本体プレートを設け、これらの本体プレ
   ートの一体接合で一方の隔壁の非圧電性部材間に他方の
   隔壁の圧電性部材を配置したことを特徴とするインクジ
   ェットプリンタヘッド。