JPH0557893A - インクジエツトプリントヘツド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 選択されたセグメント電極とコモン電極との
間に交流電圧を印加することで圧電振動板の選択された
セグメント電極とコモン電極とに挟まれた部分を振動さ
せ、スリットに満たされたインクを振動部で霧状にし吐
出させることで、簡単な構造で階調表現の可能な小型、
高密度、高信頼性のインクジェットプリントヘッドを実
現する。 【構成】 圧電振動板１と、対向板１’と、圧電振動板
１と対向板１’とを間隙をおいて重ねることにより圧電
振動板１の一端部に形成したスリット２と、圧電振動板
１のスリット側の面の端部に形成したコモン電極３と、
圧電振動板１の他方の面の端部に形成した複数のセグメ
ント電極４と、セグメント電極とコモン電極との間に選
択的に交流電圧を印加する駆動手段６とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は主にインクジェットプリ
ンタに用いるプリントヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】インク滴を吐出させて入力情報に応じた
文字図形を記録媒体上に書き込むようにしたいわゆるイ
ンクジェットプリンタは、静かでしかも普通紙に直接印
字することができる点で優れている。ところが、反面に
おいてこの種のプリンタは、ヘッド上に素子数分のイン
ク室を設け、そのそれぞれにインク加圧手段あるいは気
泡発生手段を設けるとともに、これらの部分に接続した
多数のノズルを高密度に配置しなければならない関係
上、きわめて精密な成形技術が要求されることとなり、
低価格化を進める上での問題を有しているほか、インク
の乾きあるいは塵等の付着によってノズルの詰まりが生
じ易いため、これへの十分な対策なくしてはヘッドの信
頼性を損ねてしまうといった問題を抱えている。

【０００３】このような問題に対して、特開平２ー１７
５１５７や特開昭６３ー１６６５４５などに見られるよ
うに、近年、インクに超音波振動を与えることによりイ
ンクを吐出させる方法でノズルレスのインクジェットプ
リントヘッドを実現しようとする提案がされている。こ
れらの提案はインクをミスト状にしてプリント画像に階
調性を付与したり、ノズルレス構造を提案したりするも
のであるが、いずれも実用的にはかなり複雑なものとな
り多素子をライン配列にして高密度化することが困難で
あり、従って、小型で安価なプリント装置を実現するに
は適さない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明はかかるインク
ジェットプリントヘッドの種種の問題に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、簡単な構造で階調表
現の可能な小型、高密度、高信頼性のインクジェットプ
リントヘッドを実現するところにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明はかか
る課題を解決するために、圧電振動板と、対向板と、圧
電振動板と対向板とを間隙をおいて重ねることにより圧
電振動板の一端部に形成したスリットと、圧電振動板の
スリット側の面の端部に形成したコモン電極と、圧電振
動板の他方の面の端部に形成した複数のセグメント電極
と、スリットに保持されたインクと、セグメント電極と
コモン電極との間に選択的に交流電圧を印加する駆動手
段とを備えたものである。

【０００６】

【作用】前記構造のノズルレスインクジェットヘッドを
用いて、圧電振動板の表裏面に形成されたコモン電極と
セグメント電極との間に交流電圧を印加することによ
り、コモン電極とセグメント電極の間に挟まれた部分の
圧電振動板を振動させ、その近傍のインクをアコーステ
ィックストリーミングによる音響圧力と、インク表面に
生じる表面張力波の作用によって、スリットから霧状に
して吐出させる。インクが霧状である為、インク吐出量
を変調することにより階調表現が可能であり、また、イ
ンク流路がスリット状で素子毎にノズルをもたない構造
であるため従来のインクジェットプリンタの欠点であっ
たノズルの詰まりがなく、高信頼性のインクジェットプ
リントヘッドが実現でき、また、１枚の圧電振動板の片
面にコモン電極を、反対面に必要な素子数のセグメント
電極を形成したものと対向板とを重ねて配置するという
非常に簡単な構造であるため、小型で高密度なインクジ
ェットプリントヘッドが容易に実現できる。

【０００７】

【実施例】本発明による実施例として制作したプリント
ヘッドを図１、図２、図３、図４、図５により説明す
る。

【０００８】図１、図２、図３は本発明の実施例として
製作した９６素子のプリントヘッドを示すものである。
図１は実施例の一部の斜視図で、構造を説明する為に一
部を断面にして示している。図２は実施例の断面図であ
る。図３は図１及び図２で示した実施例の外観を示す全
体図である。図３においてインク供給パイプ１０１を通
じて供給されたインクは、駆動信号に応じてスリット２
から５ａで示すように霧状になって吐出する。

【０００９】図１及び図２を用いて本発明の実施例の構
造を説明する。圧電振動板１と圧電振動板１’はスペー
サ７を挟むことによりスリット２とインク室８を形成す
るよう配置されている。本実施例では圧電振動板を２枚
用いてセグメント電極を互いに半ピッチずらして向い合
わせることにより１枚の圧電振動板で実現できる素子密
度の２倍の素子密度のインクジェットプリントヘッドを
実現している。本実施例の一方の圧電振動板１の代りに
平板を用いて圧電振動板と対向板という構成にすれば素
子密度が本実施例の半分となるが同様の機能を実現する
ことができる。本実施例では圧電振動板１と圧電振動板
１’は互いに相手の対向板としての機能を兼ねており、
圧電振動板１’は圧電振動板１の対向板として、圧電振
動板１は圧電振動板１’の対向板としても機能する。従
って本実施例においては圧電振動板１と圧電振動板１’
の双方の関係は対照的であり、簡便の為に圧電振動板１
を振動させ、その対向板として圧電振動板１’を用いる
場合を中心に説明する。

【００１０】図１及び図２でインク５はベース板９に溝
状に形成されたインク供給路１０を通ってインク室８に
供給されており、スリット２は常にインクで満たされて
いる。圧電振動板１の端部には、そのスリットを形成す
る面にコモン電極３と、スリットを形成する面の反対面
にコモン電極に直交した複数のセグメント電極とが形成
されている。また、圧電振動板１はセグメント電極４の
部分とセグメント電極のない部分とで厚みを変えた櫛刃
形状としている。ベース板９にはプリント配線が施され
ておりドライバＩＣ６が実装されている。圧電振動板の
コモン電極は接地されており、圧電振動板のセグメント
電極はそれぞれワイヤボンディングやベース板のプリン
ト配線などにより駆動ドライバと結ばれており、コモン
電極と特定のセグメント電極間に交流電圧を印加するこ
とができる。

【００１１】図４に圧電振動板のコモン電極とセグメン
ト電極と駆動回路の構成図を示す。圧電振動板１、１’
のコモン電極３、３’とそれぞれのセグメント電極４、
４’に挟まれた部分の振動部Ｗに交流電圧発生源Ｐをス
イッチＳを介して接続する構成となっており、例えばＷ
6部分はスイッチＳ6を開閉することで交流電圧Ｐ6を印
加し振動させることができる。なお、本回路構成は最も
簡単な例でありコモン電極と特定のセグメント電極とに
交流電圧を選択的に印加できる回路であればよい。

【００１２】ここで、図５に示す本発明を最も単純化し
た例でインク吐出原理を説明する。図５は圧電振動板２
０１と対向板２０６でスリット２０２を間に形成してお
り圧電振動板のスリット側の端部にはコモン電極２０３
が、反対側にはセグメント電極２０４が形成されてい
る。スリット２０２にインク２０５を満たし、交流電圧
発生源Ｐをコモン電極とセグメント電極間に接続するこ
とにより圧電振動板２０１の２０１ａ部分に交流電界を
印加し圧電振動板２０１を振動させる。圧電振動板の振
動はスリット２０２に満たされたインク２０５に作用し
強い音響圧力を生じるとともにスリットの開口部でイン
ク表面に表面張力波が生じ、最も振動の強い２０１ａの
近傍の部分のみからインクが霧化しスリットの開口方向
へ噴出する。インクの噴出は交流電圧を印加したセグメ
ント電極の直下の部分からのみ行なわれる為、従来のイ
ンクジェットプリンタのように隣接する素子との間に壁
を作る必要はなく、多素子のインクジェットプリントヘ
ッドを連続した１つのスリットで実現することができ
る。ここで霧化、噴出したインク２０５ａは実験によれ
ば広がることなく一定の方向へ飛行し、その成分は極め
て細かい粒子が高密度に集まって飛行しているものであ
ることが確認された。また、インク噴出は交流電圧を印
加している間だけ行なわれるので、スイッチＳを開閉す
るだけでインクの吐出を制御できる。従来のインクジェ
ットプリンタは１ドットを吐出させる為に圧電素子また
は発熱素子に一定のシーケンスで電圧を印加することに
よってインクにパルス状の圧力を与える必要があり、１
ドットを発射するのに圧電素子または発熱素子とインク
室の容量などで決まる時定数などによって一定の時間が
必要とされ、１ドットのインク量を変調することはほと
んどできなかったが、本発明によれば単純に交流電圧を
印加している間だけ連続的にインクが吐出するので、電
気的な制御が簡単であると同時に、交流電圧を印加して
いる時間を変調することにより１回のインク噴出量を簡
単に変調することができる。圧電振動板に印加する交流
電圧の周波数は圧電振動板の固有振動数に一致させるの
が良く、圧電振動板の振動モードは厚み振動か、また
は、本実施例のように圧電振動板の端部に電極を形成し
て振動させる場合は、厚みエッジモードの振動を用いる
のが良い。図１に示した実施例では、圧電振動板に厚さ
約０．５ｍｍのジルコン酸チタン酸鉛を使用し、セグメ
ント電極の巾を約０．１５ｍｍ、ピッチを約０．２８ｍ
ｍとし、コモン電極とセグメント電極間に印加する交流
電圧の周波数を約２．６ＭＨｚとしたが、圧電振動板は
電気機械結合係数の大きな圧電物質でその厚みを０.２
ｍｍから数ｍｍ程度、振動させる周波数を数１０ｋＨｚ
から数ＭＨｚ程度で適当な値を選定すると良い。また、
本実施例ではスリットの間隔を約５μｍとしたが数μｍ
から数十μｍの範囲で最もインクの吐出効率が高くなる
間隔を選定すると良い。

【００１３】図５で示した様な平板状の圧電振動板は振
動が振動部２０１ａから圧電振動板の周辺部に伝わり易
い。特に厚み振動モードでの振動部位の広がりは大き
く、セグメント電極を多数並べることにより多素子のヘ
ッドを実現する場合は隣接する素子とのクロストークを
生じる場合がある。本実施例では振動モードに厚みエッ
ジモードを用いるとともに、隣接するセグメント電極と
の間に溝を設けることにより圧電振動板のセグメント電
極の部分とセグメント電極のない部分の厚みを変えて、
隣接素子への振動の漏洩を防ぐことによって多素子の高
密度なライン化が実現されている。なお、セグメント電
極の部分とセグメント電極のない部分の振動の共振周波
数を変えることができれば、厚みを変えるだけでなく、
形状、材質に変化を持たせても同様の効果がある。

【００１４】以上のように、本発明によれば１枚の圧電
振動板に素子数分のセグメント電極を形成するだけで多
素子化が実現できるため従来のインクジェットプリント
ヘッドに比べて著しく簡単にライン状のインクジェット
プリントヘッドを実現できる。また、素子数を増やして
も部品数はほとんど変らず、素子密度を高くしても従来
のインクジェットプリンタのように１つ１つの部品を小
型化する必要がく、小型、高密度なヘッドが容易に製作
できる。

【００１５】圧電振動板と対向板の構成については、圧
電振動板と対向板をセグメント電極側で向かい合わせて
スリットを形成しても動作は可能であるが、本発明によ
ればコモン電極側でスリットを形成することで、スリッ
トに満たされたインクによってセグメント電極が電気的
にショートしたり、セグメント電極間にかかる電界によ
ってインクが電気分解したりするなどの問題を原理的に
なくしヘッドの信頼性を得ることができる。また、本発
明の実施例ではセグメント電極がむき出しになっている
が実際にはインクの飛散によるセグメント電極のショー
トの防止、ほこりからの保護などの為にスリット部を残
して樹脂などでモールドしても良い。

【００１６】本発明によれば圧電振動板の駆動に比較的
高い周波数の交流電圧を用いるので従来のプリントヘッ
ドのようにヘッド部分と駆動回路の距離を離してケーブ
ルで配線すると電気的な損失が大きく、また、ケーブル
に隣接する配線や周囲の電気回路への電磁気的な誘導が
起こり易い為、圧電振動板のセグメント電極は直接、ま
たは、隣接するプリント配線を介して駆動手段に接続す
るのが良い。図１で示す実施例のようにセグメント電極
４を隣接するベース板上のプリント配線１１を介して交
流電圧を発生する駆動ドライバＩＣ６に接続するなど、
高周波の配線をできる限り短くすることが電気的なクロ
ストークの防止に効果的である。本実施例では外部から
電源とコード化された駆動制御信号を駆動信号配線１２
によりドライバＩＣに与え、ドライバＩＣ内で駆動制御
信号をデコードし、各セグメント電極に交流電圧を供給
するため、本体との電気的接続の配線数が著しく少なく
できた。

【００１７】本実施例で製作したインクジェットプリン
トヘッドによる記録は、乾きが速く、また、にじみのな
いものであった。これは従来のインク滴１つで１ドット
を記録する方式が記録媒体に過剰なインクを与えていた
のに比較して、本発明では非常に微細で多くのインク滴
の集合によって１ドットを記録することにより記録媒体
に適切な量のインクを与えることができる為と考えられ
る。また、１回の吐出時間を変調することにより１ドッ
ト単位で１００階調以上の濃度表現が可能であることが
確認された。

【００１８】なお、本発明による圧電振動板の形状や寸
法、また、各部の材質などは製作するインクジェットプ
リントヘッドの素子密度や駆動周波数、印加電圧、イン
ク材料などにより様々に決定され、必ずしも前記実施例
で採用したものと同じでないことはいうまでもない。

【００１９】本発明によるインクジェットプリントヘッ
ドは文字や絵等の情報を紙などの記録媒体状にインクを
用いて記録する目的以外に、液体を用いた各種コーティ
ングや、微量液体の滴下など液体を選択的に吐出すさせ
る用途にも使用できる。

【００２０】

【発明の効果】本発明によればコモン電極側にスリット
を形成することで、スリットに満たされたインクによっ
てセグメント電極が電気的にショートしたり、セグメン
ト電極間にかかる電界によってインクが電気分解したり
するなどの問題をなくしヘッドの信頼性を向上させるこ
とができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による実施例の構造を一部断面で示した
斜視図である。

【図２】本発明による実施例の構造を示す断面図であ
る。

【図３】本発明による実施例の全体を示す斜視図であ
る。

【図４】本発明による実施例の駆動回路構成を示す図で
ある。

【図５】本発明による実施例の基本構成を説明する図で
ある。

【符号の説明】

１・・・・・・・圧電振動板（対向板） ２・・・・・・・スリット ３・・・・・・・コモン電極 ４・・・・・・・セグメント電極 ５・・・・・・・インク ５ａ・・・・・・吐出インク ６・・・・・・・ドライバＩＣ ７・・・・・・・スペーサ ８・・・・・・・インク室 ９・・・・・・・ベース板 １０・・・・・・インク供給路 １１・・・・・・駆動電圧配線 １２・・・・・・駆動信号配線 １３・・・・・・ワイヤボンディング配線 １０１・・・・・インク供給パイプ １０２・・・・・駆動信号コネクタ １０３・・・・・駆動信号ケーブル Ｐ・・・・・・・交流電圧発生源 Ｓ・・・・・・・スイッチ Ｗ・・・・・・・圧電振動板振動部 ２０１・・・・・圧電振動板 ２０１ａ・・・・圧電振動板振動部 ２０２・・・・・スリット ２０３・・・・・コモン電極 ２０４・・・・・セグメント電極 ２０５・・・・・インク ２０５ａ・・・・吐出インク ２０６・・・・・対向板

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも、圧電振動板と、対向板と、前
   記圧電振動板と前記対向板とを間隙をおいて重ねること
   により圧電振動板の一端部に形成したスリットと、前記
   圧電振動板の前記スリット側の面の端部に形成したコモ
   ン電極と、前記圧電振動板の他方の面の端部に形成した
   複数のセグメント電極と、前記スリットに保持されたイ
   ンクと、前記セグメント電極と前記コモン電極との間に
   選択的に交流電圧を印加する駆動手段と、から構成され
   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】前記圧電振動板の前記端部が、セグメント
   電極部分とセグメント電極に挟まれた部分とで厚みが異
   なることを特徴とする請求項１記載のインクジェットプ
   リントヘッド。
3. 【請求項３】２枚の圧電振動板から構成され、各々の圧
   電振動板の対向板を他方の圧電振動板が兼ねることを特
   徴とする請求項１記載のインクジェットプリントヘッ
   ド。
4. 【請求項４】２枚の圧電振動板上のセグメント電極群の
   相対位置を、セグメント電極群の配列方向に、セグメン
   ト電極の配列ピッチの半分ずらしたことを特徴とする請
   求項３記載のインクジェットプリントヘッド。
5. 【請求項５】前記圧電振動板のセグメント電極群を直
   接、または、隣接するプリント配線を介して、駆動手段
   に接続したことを特徴とするた請求項１記載のインクジ
   ェットプリントヘッド。