JPH0550594A - インクジエツトプリンタヘツド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本体プレートの凹部上に予め分極された一対
の圧電性部材を位置させて圧力室を形成したインクジェ
ットプリンタヘッドにおいて、材料の選択性や接合方法
の自由度を向上させる。 【構成】 圧電性部材２０の両端部に電極２１と非圧電
性部材２２とを順次配設した平板状の駆動プレート１９
を、本体プレート１８に非圧電性部材２２で固定した。

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。この圧電
性部材１とは、図５に例示するように、予め設定した分
極方向と直角に電界を印加すると、この通電方向には伸
縮することなく分極方向のみに変形するような部材であ
り、このような横滑り変形をシェアモード変形と呼称し
ている。図示した圧電性部材１は両端部に電極２を設け
て左端を固定した場合を例示しているが、例えば、この
ような圧電性部材１の下縁部を固定すると左右方向のみ
に横滑り変形を生じさせることも可能である。なお、こ
のような圧電性部材１は、分極方向や通電方向を反転さ
せると変形方向も反転するようになっている。

【０００５】そして、このような圧電性部材を利用した
インクジェットプリンタヘッドが、USP4584590、USP482
5227などに開示されているが、これらの明細書に開示さ
れたインクジェットプリンタヘッドは、いずれも圧電性
部材に縦振動モードや横振動モードなどの不要な変形が
生じるためにクロストークが発生するなどの課題を有し
ている。

【０００６】そこで、このような課題を解決した装置と
して特開平3-49957号公報に開示されたインクジェット
プリンタヘッドを図６及び図７に基づいて説明する。こ
のインクジェットプリンタヘッド３は、図６に例示する
ように、サーミスタからなる電極４と圧電性部材である
圧電性セラミクス５とが交互に形成された薄板状の駆動
プレート６と、オリフィスやインク供給路(共に図示せ
ず)が各々連通した複数の凹部がアレイ状に連設された
厚板状の本体プレート７とを各々形成し、これらのプレ
ート６，７を接着剤８で一体に接合して一対の前記圧電
性セラミクス５で凹部を遮蔽することで圧力室９を形成
した構造となっている。

【０００７】ここで、このようなインクジェットプリン
タヘッド３の駆動プレート６の製作方法を図７に基づい
て説明する。まず、圧電性セラミクス５を形成するチタ
ン酸ジルコン酸鉛系のセラミクス材料１０と電極４を形
成するチタン酸バリウム系のセラミクス材料１１とをド
クターブレード法などで各々シート状に成形し、同図
(ａ)に例示するように、これを交互に積層して加熱圧着
させた後に所定寸法に切削等して一体焼成する。このよ
うにすることで、圧電性セラミクス５と電極４とが交互
に積層されたセラミクス塊１２が得られるので、同図
(ｂ)に例示するように、これを積層方向と直角に切断す
ることで駆動プレート６と同形状のセラミクス板１３が
形成される。ここで、このセラミクス板１３は、この段
階では圧電性セラミクス５の分極方向がランダムなの
で、同図(ｃ)に例示するように、このセラミクス板１３
の切断面に平板電極１４，１５を装着し、圧電性セラミ
クス５のキュリー温度より低く電極４のキュリー温度よ
り高い温度領域内で通電を行なう。このようにすること
で、この温度領域内ではサーミスタ材料からなる電極４
は絶縁体で圧電性セラミクス５は導電性を有するので、
この圧電性セラミクス５のみが良好に分極された駆動プ
レート６を得ることができる。

【０００８】

【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３では、圧力室９内のイ
ンクを圧電性セラミクス５で良好に加圧するため、駆動
プレート６を電極４の位置で本体プレート７に接合する
構造となっている。

【０００９】このため、このインクジェットプリンタヘ
ッド３では、駆動プレート６の電極４は圧電性セラミク
ス５の分極を実現するためにサーミスタ材料である必要
があり、その材料の選択性が低いと共に、本体プレート
７との接合方法も接着などに限定されがちである。さら
に、このインクジェットプリンタヘッド３では、本体プ
レート７との接合を良好にするために駆動プレート６の
電極４を100(μm)程度に分厚く成形する必要があるが、
このような厚さの電極４をスパッタリングや蒸着等の薄
膜技術で形成することは困難である。つまり、上述した
インクジェットプリンタヘッド３は、実際には各部の形
成が困難で生産性が低下している。

【００１０】本発明は、生産性が良好なインクジェット
プリンタヘッドを得るものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
オリフィスとインク供給路とが各々連通した複数の凹部
がアレイ状に連設された本体プレートを設け、この本体
プレートの凹部上に予め分極された一対の圧電性部材を
各々位置させて圧力室を形成し、インク供給路から供給
されて圧力室内に保持されたインクを印加電力に従って
変形する圧電性部材で加圧して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、圧
電性部材の両端部に電極と非圧電性部材とを順次配設し
て平板状に形成した駆動プレートを設け、この駆動プレ
ートの非圧電性部材を本体プレートに固定した。

【００１２】請求項２記載の発明は、圧力室上に位置す
る一対の圧電性部材を同一の方向に分極した。

【００１３】請求項３記載の発明は、圧力室上に位置す
る一対の圧電性部材を相違する方向に分極した。

【００１４】

【作用】圧電性部材の両端部に電極と非圧電性部材とを
順次配設して平板状に形成した駆動プレートを設け、こ
の駆動プレートの非圧電性部材を本体プレートに固定し
たことにより、生産性が良好なインクジェットプリンタ
ヘッドを得ることができる。

【００１５】

【実施例】請求項１及び２記載の発明の実施例を図１に
基づいて説明する。このインクジェットプリンタヘッド
１６では、オリフィス１７とインク供給路(図示せず)と
が各々連通した複数の凹部がアレイ状に連設された厚板
状の本体プレート１８と、薄板状の駆動プレート１９と
を一体に接合した構造となっている。ここで、この駆動
プレート１９は、圧電性部材２０の両端部に形成された
電極２１間に非圧電性部材２２を設けた構造となってお
り、これらの非圧電性部材２２の位置で前記駆動プレー
ト１９が前記本体プレート１８に接着されることで圧力
室２３が形成されている。

【００１６】なお、このインクジェットプリンタヘッド
１６では、前記駆動プレート１９内の圧電性部材２０は
何れも同一方向に分極されており、一個の圧力室２３上
に位置する一対の圧電性部材２０には相違する方向に通
電が行なわれるようになっている。また、このような圧
電性部材２０は図中の表裏面の方向では本体プレート１
８に固定することなく封止する必要があるが、これは弾
性を有する接着剤やフィルム等で実現可能である。

【００１７】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１６では、インク供給路から供給さ
れるインク２４が圧力室２３内に保持された状態で所定
の電極２１間に通電が行なわれると、図示するように、
圧力室２３上の一対の圧電性部材２０がシェアモード変
形を生じてオリフィス１７からインク２４が吐出され
る。

【００１８】ここで、このインクジェットプリンタヘッ
ド１６では、駆動される圧電性部材２０にはシェアモー
ド変形のみが生じるので、クロストークの発生が防止さ
れている。

【００１９】そして、このインクジェットプリンタヘッ
ド１６では、本体プレート１８に接合される駆動プレー
ト１９の非圧電性部材２２としては、ポリエチレン、ポ
リアセタール、ポリアミド、ポリプロピレン、超高分子
ＨＤＰＥ(Ｈigh-ＤensityＰolyethylene)等のように本
体プレート１８との低温熱融着が容易な樹脂材が利用可
能であり、圧力室２３上に位置する非圧電性部材２２や
電極２１としては、ポリアセタールやポリエチレンテレ
フタレート等のように電極２１や圧電性部材２０との低
温熱融着が容易な樹脂材が利用可能である。なお、この
ような部材２１，２２を他の部材１８，２０，２１等に
接着する場合の接着剤としては、エポキシ系熱硬化型の
接着剤や光硬化型の接着剤が利用され、上述のような樹
脂材や接着剤に導電性のフィラーを混成することで電極
２１や非圧電性部材２０に導電性を付与することができ
る。

【００２０】このようにすることで、このインクジェッ
トプリンタヘッド１６では、駆動プレート１９は非圧電
性部材２２で本体プレート１８に接合されるので、非圧
電性部材２２や電極２１の材料の選択性が高く、その接
合方法も接着や融着など各種方法が実施可能である。さ
らに、このインクジェットプリンタヘッド１６では、駆
動プレート１９の電極２１を分厚く成形する必要もない
ので、その生産性が極めて良好である。

【００２１】なお、本実施例では、請求項１及び２記載
の発明のように、圧力室２３上に位置する一対の圧電性
部材２０が同一方向に分極されたインクジェットプリン
タヘッド１６を例示したが、図２に例示する請求項１及
び３記載の発明のように、圧力室２３上に位置する一対
の圧電性部材２０が相違する方向に分極された駆動プレ
ート２５を設けたインクジェットプリンタヘッド２６な
ども実施可能である。この場合、このインクジェットプ
リンタヘッド２６では、駆動される一対の圧電性部材２
０には同一方向に通電が行なわれることになるので、そ
の配線構造の簡略化などを実現することができる。

【００２２】ここで、上述のように各圧電性部材２０の
分極方向が同一の駆動プレート１９の製作方法の一例を
図３に基づいて説明する。まず、同図(ａ)に例示するよ
うに、予めブロック状の圧電性部材２０を分極し、同図
(ｂ)に例示するように、これにダイシング加工等で分極
方向Ｐと平行な凹溝３０を連設して櫛歯状に成形する。
そして、同図(ｃ)に例示するように、無電解メッキ等で
圧電性部材２０の凹溝３０内に電極２１を形成し、これ
らの電極２１間に非圧電性部材２２を充填する。ここ
で、このような間隙に非圧電性部材２２を充填する具体
的方法としては、液状の樹脂材を流入させて硬化させる
ことや、薄板状の非圧電性部材２２を圧入して固着させ
ることなどが実施可能である。つぎに、同図(ｄ)に例示
するように、上述のようにして各部材２１，２２で凹溝
３０が充填された圧電性部材２０の上下部を切断や切削
等で除去し、同図(ｅ)に例示するように、これを分極方
向Ｐと直交する方向に切断することで、同図(ｆ)に例示
するように、各圧電性部材２０の分極方向が同一の平板
状の駆動プレート１９の製作が完了する。なお、このよ
うな駆動プレート１９は、実際には研磨加工や切断加工
等で所望のサイズに調整されることになる。

【００２３】また、各圧電性部材２０の分極方向が相違
する駆動プレート２５の製作方法の一例を図４に基づい
て説明する。まず、同図(ａ)に例示するように、予め平
板状の圧電性部材２０に凹溝３１をダイシング加工等で
連設して全体を櫛歯状に成形し、同図(ｂ)に例示するよ
うに、この櫛歯状の柱部３２の連続方向と直交する上下
面に無電解メッキやスパッタリング等で電極３３を設け
て交互に相違する方向に分極を行なう。この時、この分
極は同一方向にも行なうことができるが、同一方向に行
なう場合は櫛歯状に成形する以前に分極する方が生産性
は良好である。そして、同図(ｃ)に例示するように、こ
のような分極の完了後に研磨加工等で電極３３を除去
し、同図(ｄ)に例示するように、無電解メッキ等で圧電
性部材２０の凹溝３１内に電極２１を形成する。つぎ
に、同図(ｅ)に例示するように、これらの電極２１間に
非圧電性部材２２を充填し、同図(ｆ)に例示するよう
に、各部材２１，２２で凹溝３１が充填された圧電性部
材２０の末端部を切断や切削等で除去することで、各圧
電性部材２０の分極方向が相違する平板状の駆動プレー
ト２５の製作が完了する。

【００２４】このようにすることで、簡易に駆動プレー
ト１９，２５等を得ることができ、インクジェットプリ
ンタヘッド１６，２６の生産性の向上に寄与することが
できる。

【００２５】

【発明の効果】請求項１記載の発明は、オリフィスとイ
ンク供給路とが各々連通した複数の凹部がアレイ状に連
設された本体プレートを設け、この本体プレートの凹部
上に予め分極された一対の圧電性部材を各々位置させて
圧力室を形成し、インク供給路から供給されて圧力室内
に保持されたインクを印加電力に従って変形する圧電性
部材で加圧して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、圧電性部材の両端
部に電極と非圧電性部材とを順次配設して平板状に形成
した駆動プレートを設け、この駆動プレートの非圧電性
部材を本体プレートに固定したことにより、非圧電性部
材や電極の材料の選択性が良好であり、かつ、非圧電性
部材と本体プレートとの接合方法の自由度も良好であ
り、生産性が良好な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。

【００２６】請求項２記載の発明は、圧力室上に位置す
る一対の圧電性部材を同一の方向に分極したことによ
り、簡易な構造で実用的な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。

【００２７】請求項３記載の発明は、圧力室上に位置す
る一対の圧電性部材を相違する方向に分極したことによ
り、簡易な構造で実用的な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】請求項１及び２記載の発明の実施例を示す縦断
正面図である。

【図２】請求項１及び３記載の発明の実施例を示す縦断
正面図である。

【図３】駆動プレートの製作方法の一例を示す工程図で
ある。

【図４】駆動プレートの製作方法の他の一例を示す工程
図である。

【図５】圧電性部材の作動原理を示す模式図である。

【図６】従来例を示す縦断正面図である。

【図７】駆動プレートの製作方法を示す工程図である。

【符号の説明】

１６，２６ インクジェットプリンタヘッド １７ オリフィス １８ 本体プレート １９，２５ 駆動プレート ２０ 圧電性部材 ２１ 電極 ２２ 非圧電性部材 ２３ 圧力室 ２４ インク

Claims (3)

【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
   した複数の凹部がアレイ状に連設された本体プレートを
   設け、この本体プレートの凹部上に予め分極された一対
   の圧電性部材を各々位置させて圧力室を形成し、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、前記圧電性部材の両端部
   に電極と非圧電性部材とを順次配設して平板状に形成し
   た駆動プレートを設け、この駆動プレートの非圧電性部
   材を前記本体プレートに固定したことを特徴とするイン
   クジェットプリンタヘッド。
2. 【請求項２】 圧力室上に位置する一対の圧電性部材を
   同一の方向に分極したことを特徴とする請求項１記載の
   インクジェットプリンタヘッド。
3. 【請求項３】 圧力室上に位置する一対の圧電性部材を
   相違する方向に分極したことを特徴とする請求項１記載
   のインクジェットプリンタヘッド。