JPH0538808A - インクジエツトプリントヘツド及びそれを備える電子機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】印字の高密度化且つ高品質化を実現すると共
に、生産性が良く、しかも高粘度のインクを使用できる
低廉な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である。 【構成】ヘッド基台１に、この一端面から他端面に斜め
に貫通する個別インク路１１を一定間隔を置いてアレイ
状に形成し、個別インク路１１の輪郭となる壁面のう
ち、側壁面１３ａとヘッド基台１の後端面（側壁１２の
後端面も含む）１３ｃとには、共通電極１４、圧電体１
５、個別電極１６、及び保護膜１７で構成される側壁変
位手段を設け、側壁面１３ｂには側壁変位手段を設けな
い。 【作用】共通及び個別電極１４、１６に電圧を印加する
と、圧電体１５の分極電荷と電極１４、１６の電圧極性
とから、電界を加えた圧電体１５がアレイ方向に変位
し、これに伴って対応側壁１２がアレイ方向に変形す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、側壁変位手段の変位を
利用して個別インク路のインク容積を変化させてインク
を吐出させる新規な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
ヘッド基台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基台に振動板を取付け、振動
板上における個別インク路の対応位置にそれぞれ圧電体
を配置したものである。このプリントヘッドでは、圧電
体に電界を加えて圧電体を変位させ、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。又、ヘッド自体をその走査
方向に対して傾斜させて、印字を高密度化、高品質化す
ることも行われている。

【０００３】

【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圧電体を利用する通常
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を高品質化するの
は機構的に至難であり、より高密度を実現しようとする
と生産性が悪くなり、コスト高になる。又、印字品質を
高めるためには高密度化の他に高粘度のインクを使用す
ることも求められるのであるが、それには個別インク路
を可及的に短くしてインクの流体摩擦を小さくしなけれ
ば、インクを飛ばすことができない。しかし、前記プリ
ントヘッドでは、個別インク路をこれ以上短縮するのは
困難であるため、高粘度のインクを使用するのは無理で
ある。更には、インクの目詰まり対策にも十分配慮して
おく必要があるが、個別インク路が長いと、その対策が
大掛かりになる。

【０００４】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と共に、生産性が良く、しかも
高粘度のインクを使用できる低廉な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。

【０００５】

【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、ヘッド
基台に、このヘッド基台の一端面から他端面に斜めに貫
通する個別インク路を一定間隔を置いてアレイ状に形成
し、個別インク路の輪郭となる壁面のうち、少なくとも
インクの流れ方向とアレイ方向に垂直な方向に沿う一方
の側壁面には、圧電体を共通電極と個別電極で挟んでな
る側壁変位手段を設けると共に、前記垂直な方向に沿う
他方の側壁面には側壁変位手段を設けないことを特徴と
する。

【０００６】本発明のプリントヘッドは、アレイ状に配
列した個別インク路によって形成される側壁を側壁変位
手段によってアレイ方向に変位させて、個別インク路の
インク容積を変化させ、個別インク路のインクを押し出
す新しい印字機構を取り入れたものである。この印字機
構について詳述すると、側壁変位手段の圧電体は、例え
ばアレイ方向に分極しており、この分極状態で、例えば
圧電体の一方側（側壁面側）に在る共通電極に適当な極
性の電圧を印加すると共に、圧電体の他方側（個別イン
ク路側）に在る個別電極に前記極性とは反対の極性の電
圧を印加すると、分極の正負電荷と電圧の正負極性に応
じて、電界を加えた圧電体がアレイ方向に変位し、結果
的に側壁変位手段の変位に伴って対応側壁もアレイ方向
に変位し、個別インク路の容積が変化する。

【０００７】即ち、もう少し具体的に述べると、例えば
圧電体の側壁面側を正電荷に、その反対側（個別インク
路側）を負電荷に分極させた場合、共通電極に正の電圧
を、個別電極に負の電圧を印加すると、圧電体がアレイ
方向に縮小し、この圧電体を持つ側壁変位手段によって
対応側壁が個別インク路を閉塞するような形状に変形す
る。側壁が変形すれば、その変形を受ける側に在る個別
インク路のインク容積が減少すると共に、反対側の個別
インク路のインク容積が増加する。このインク容積の増
減を適宜実行することで、容積減少に転化した個別イン
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）から噴出される。このように、本発明のプリン
トヘッドは、圧電体のアレイ方向への変位に伴って側壁
をアレイ方向に大きく変位させて、インク容積を変化さ
せることにより、個別インク路のインクを押し出すとい
う作用を有する。

【０００８】本発明のプリントヘッドで、側壁変位手段
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ＰＺＴ、ＺｎＯからなるものを使用する。圧
電体は個別インク路の側壁面においてはアレイ方向に分
極しているものであるが、この分極化は、ＰＺＴの場合
には側壁に側壁変位手段を設けた後に行うのが妥当であ
る。又、ＺｎＯの場合には、スパッタ等による膜形成時
に分極が自然に行われる（軸配向する）。

【０００９】本発明のプリントヘッドに用いるヘッド基
台は、個別インク路によって形成される側壁が上記圧電
体の変位を受けてアレイ方向に変位する限り、素材に限
定はない。しかし、実際にはアレイ状の個別インク路の
易形成性、側壁の変位容易性等から、素材としては感光
性ガラス等が最良である。

【００１０】

【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前後方向における断面図
を示す。プリントヘッド以外の電子機器の構造について
は通常と大差なく、ここではプリントヘッドを中心に述
べる。図１に示すプリントヘッドは、ヘッド基台１と、
ヘッド基台１の前端面に取付けたオリフィスプレート２
と、ヘッド基台１の後端面に付設した裏カバー３とを備
える。

【００１１】ヘッド基台１の正面図を図２に、図２の線
Ａ−Ａにおける断面図を図３に示す。図２と図３から分
かるように、ヘッド基台１には、その一端面（後端面）
から他端面（前端面）に斜めに貫通する複数（この実施
例では９つ）の個別インク路１１が一定間隔を置いてア
レイ状に形成されている。従って、個別インク路１１は
ヘッド基台１の前端面と後端面に開口する。この個別イ
ンク路１１によって、個別インク路間に複数（この実施
例では８つ）の側壁１２が形成され、当然ながら側壁１
２は個別インク路１１に沿って直立状に延在する。又、
個別インク路１１と側壁１２は平面及び断面とも矩形を
呈する。

【００１２】この実施例では、図２に示すように、側壁
１２の下側はヘッド基台１に連続するが、上側はヘッド
基台１から若干の間隙を置いて分離している。こうする
ことで、側壁１２が下側を固定端に、上側を自由端にし
た言わば片持梁の状態になり、上側もヘッド基台１に連
続させた両持梁の状態よりも、側壁１２が変位し易くな
るばかりか、その変位量も１６倍以上も大きくなる。

【００１３】図３に詳細に示す如く、個別インク路１１
の輪郭となる壁面のうち、インクの流れ方向とアレイ方
向に垂直な方向に沿う一方の側壁面１３ａと、ヘッド基
台１の後端面（側壁１２の後端面も含む）１３ｃとに
は、共通電極１４、圧電体１５、個別電極１６、及び保
護膜１７が順に設けられ、これら４つの要素１４、１
５、１６、１７で側壁変位手段を構成している。この側
壁変位手段は、前記垂直な方向に沿う他方の側壁面１３
ｂには設けられていない。従って、各側壁変位手段は、
それぞれ個別インク路１１の側壁面１３ａからヘッド基
台１の後端面１３ｃまで連続する。なお、この側壁変位
手段は図２では省略してある。

【００１４】共通電極１４と個別電極１６は、図面には
特に示していないが、ヘッド基台１の後端面から電圧を
印加できるようになっており、側壁変位手段を個々に作
動させることができる。保護膜１７は、導電性インクを
使用した場合に共通及び個別電極１４、１６が短絡する
のを防ぐと共に、電極１４、１６と圧電体１５を保護す
る役目も担っている。

【００１５】個別インク路１１が開口するヘッド基台１
の前端面に取付けたオリフィスプレート２は、全ての個
別インク路１１をこの前端面側から閉塞するものであ
り、個別インク路１１に対応する数（９つ）のオリフィ
ス２１を有する（図４参照）。更に、ヘッド基台１の後
端面に設けた裏カバー３は、全ての個別インク路１１を
後端面側から塞ぐと共に、全個別インク路１１に連通す
るインク供給路３１を有する。従ってインクは、インク
供給路３１を経て、個別インク路１１に分流し、オリフ
ィス２１から噴出される。

【００１６】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。要部の拡大断面図を示す図３及
び側壁１２の動作を示す図５（側壁変位手段は図示せ
ず）において、仮に各圧電体１５の側壁面１３ａに沿う
部分がそれぞれ側壁面１３ａ側を正電荷、その反対側
（個別インク路１１側）を負電荷として分極しているも
のとする。この分極状態で、例えば個別インク路１１ａ
に係る共通電極１４に正極性の電圧を、個別電極１６に
負極性の電圧をそれぞれ印加すると、圧電体１５は、側
壁面１３ａ側においては正電荷の分極と共通電極１４の
正極性の電圧との関係から、及び個別インク路１１ａ側
においては負電荷の分極と個別電極１６の負極性の電圧
との関係から、アレイ方向（図面の左右方向）に縮小す
る。この圧電体１５の縮小に基づく側壁変位手段の変位
により、側壁１２（特に自由端である上側部分）は図面
の右方向に押され、側壁１２の右隣に在る個別インク路
１１ａ側に傾斜する（図５の点線部分参照）。この結
果、個別インク路１１ａのインク容積が実質上減少する
ため、この個別インク路１１ａのインクが押され、オリ
フィスプレート２の対応オリフィス２１からインクが噴
出される。

【００１７】インク噴出後に、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、圧電体１５が元の状態に戻る。電圧極性反転の場
合には、圧電体１５には上記の作用とは逆の作用が生ず
る。即ち、圧電体１５は、側壁面１３ａ側における正電
荷の分極と共通電極１４の負極性の電圧とにより、及び
個別インク路１１ａ側における負電荷の分極と個別電極
１６の正極性の電圧とにより、アレイ方向に伸張する。
この圧電体１５の伸張によって、側壁１２が逆に図面の
左方向に傾く。いずれの場合も、個別インク路１１ａの
インク容積が増加に転じるので、個別インク路１１ａに
インクが新たに充足される。

【００１８】なお、上述の実施例では、側壁１２を右方
向に傾斜させて、個別インク路１１ａのインク容積を減
少させることで、インクを押し出す作用について説明し
てあるが、側壁１２を一旦左方向に傾斜させた後に、右
方向に戻すことによる反動を利用して、個別インク路１
１ａのインクを押し出すようにしてもよい。この場合、
まず共通電極１４に負極性の電圧を、個別電極１６に正
極性の電圧を印加して、側壁１２を左方向に傾ける。す
ると、個別インク路１１ａのインク容積が増加するの
で、この個別インク路１１ａにインクを満たす。次い
で、共通電極１４に正極性の電圧を、個別電極１６に負
極性の電圧を印加すると、側壁１２が右方向に傾くの
で、個別インク路１１ａのインク容積が減少する。イン
ク容積が減少に転化すれば、インクが押されて、対応オ
リフィス２１から押し出される。

【００１９】このように、本発明のプリントヘッドで
は、側壁１２に設けた共通及び個別電極１４、１６と圧
電体１５からなる側壁変位手段（保護膜１７も含む）の
変位を利用して、側壁１２を変形させることで、個別イ
ンク路１１のインク容積を増減し、インクを噴出させる
ものである。従って、側壁１２を動かすための側壁変位
手段が作用上重要である。この側壁変位手段を側壁１２
に設けるには、スパッタ、蒸着等を用いて、共通及び個
別電極１４、１６、圧電体１５及び保護膜１７をそれぞ
れパターンニングして必要な厚さに成膜した後、圧電体
１５を所定の方向に分極させる。この分極は、例えば前
記作用で説明した分極状態にするには、ヘッド基台１の
後端面側を示す図６において、共通電極１４から導かれ
て両端に配線された共通電極１４’に正電圧を、個別電
極１６から各々延びる個別電極１６’に負電圧を印加す
ればよい。

【００２０】図７に別の実施例を示す。この実施例は、
個別インク路１１１によって形成される側壁１１２が両
持梁の状態にあるものであり、側壁１１２は上下側とも
ヘッド基台１０１に連続しているが、これ以外の構造は
上記実施例と全く同一である。このため、ヘッド基台１
０１の線Ｂ−Ｂにおける断面図は図３に示す断面図と同
じであるから、上記実施例と全く同様に、共通及び個別
電極１４、１６に電圧を印加すると、圧電体１５の変位
に連れて、側壁１１２は上下側が固定されているため図
の点線のように湾曲する。側壁１１２の変形により、個
別インク路１１１ａのインク容積が増え、個別インク路
１１１ｂのそれが減る。この増減を利用してインクを押
し出す作用は前述した通りである。又、この実施例にお
ける圧電体１５の分極も、図６につき先述したように行
えばよく、この分極化を図８に示す。

【００２１】なお、かかる構造のプリントヘッドは、個
別インク路の深さ（インクの流れ方向とアレイ方向に垂
直な方向の寸法）と、個別インク路の長さ（インクの流
れ方向の寸法）を、それぞれ１ｍｍ以下にすることがで
き、個別インク路を非常に短縮できる。これがため、高
粘度のインクも支障なく使用することができるのであ
る。特に、個別インク路の深さがその長さよりも大き
い、所謂長尺ヘッドを容易に提供でき、ライン型プリン
トヘッドの実用化も可能である。

【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、側壁変位手段
の共通及び個別電極に適当な極性の電圧を印加すること
で、圧電体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、電界を加えた圧電体がアレイ方向に変位
し、それに連れて対応側壁もアレイ方向に大きく変形
し、結果的に個別インク路のインク容積が変化（増減）
し、容積が減少に転じた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、印字
の高密度化、高品質化を容易に実現できる。又、既存の
技術、製造工程を用いて量産できるので、生産性が非常
に高く廉価である。更に、個別インク路を相当短縮（イ
ンクの流れ方向とアレイ方向に垂直な方向の寸法をイン
クの流れ方向の寸法よりも大きく）できるため、高粘度
のインクを使用できる。

【００２４】この他、個別インク路は、インクの流れ方
向の寸法がインクの流れ方向とアレイ方向に垂直な方向
の寸法よりも短いので、多くのドットを配列するライン
型プリントヘッドに好適である。しかも、個別インク路
のインクの流れ方向の寸法を短縮できるため、インクの
目詰まり対策も容易になる。

【００２５】これらにより、上記プリントヘッドを具備
する電子機器でも、高品質な印字、印字性能の向上等の
効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプリントヘッドの一実施例に係る前後
方向の断面図である。

【図２】図１に示すプリントヘッドのヘッド基台の正面
図である。

【図３】図２に示すヘッド基台の線Ａ−Ａ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オリフィスプレー
トの正面図である。

【図５】ヘッド基台の側壁の動作を説明するための正面
図である。

【図６】ヘッド基台の側壁面に設けた側壁変位手段にお
ける圧電体の分極化を説明するための背面図である。

【図７】図２に示すヘッド基台の別態様に係るヘッド基
台の正面図である。

【図８】図７に示すヘッド基台の側壁面に設けた側壁変
位手段における圧電体の分極化を説明するための背面図
である。

【符号の説明】 １、１０１ ヘッド基台 ２ オリフィスプレート ３ 裏カバー １１、１１１ 個別インク路 １２、１１２ 側壁 １３ａ、１３ｂ 側壁面 １４ 共通電極 １５ 圧電体 １６ 個別電極

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ヘッド基台に、このヘッド基台の一端面か
   ら他端面に斜めに貫通する個別インク路を一定間隔を置
   いてアレイ状に形成し、個別インク路の輪郭となる壁面
   のうち、少なくともインクの流れ方向とアレイ方向に垂
   直な方向に沿う一方の側壁面には、圧電体を共通電極と
   個別電極で挟んでなる側壁変位手段を設けると共に、前
   記垂直な方向に沿う他方の側壁面には側壁変位手段を設
   けない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
   ッドを具備してなることを特徴とする電子機器。