JPH0577421A - 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】 圧電材からなる分極体１の内部に、その一端
から他端に貫通する９つの湾曲状の個別インク路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
ごとに、個別インク路１１を構成する全ての壁に電極１
３を設けた。 【作用】 電極１３の印加電圧の極性と、隔壁１２の矢
印方向の分極電荷との関係から、隔壁１２が上下方向に
伸縮する結果、隔壁１２はアレイ方向に大きく変位す
る。

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。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。

【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、それにはインク路
（特に個別インク路）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、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。

【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、圧電材
からなる分極体の内部に、その一端から他端まで貫通す
る多数の曲状の個別インク路を一定間隔を置いてアレイ
状に形成し、個別インク路ごとに、少なくともインクの
流れ方向とアレイ方向とに垂直な方向に延びる個別イン
ク路の壁に電極を設けたことを特徴とする。

【０００６】本発明のプリントヘッドは、多数の曲状の
個別インク路によって個別インク路間に形成される曲状
の隔壁をアレイ方向に変位させ、個別インク路の容積を
増減して、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、分極体の各隔壁は、例えばアレイ方向に分極
しており、この分極状態で、個別インク路ごとに、個別
インク路のインクの流れ方向とアレイ方向とに垂直な方
向に延びる個別インク路の壁に設けた電極に適当な極性
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、個別インク路の一方側の隔壁が伸長し、他方
側の隔壁が縮小する。この結果、両隔壁は両隔壁間の個
別インク路を狭くするようにそれぞれアレイ方向に大き
く変位し、個別インク路のインク容積が減少する。

【０００７】即ち、具体的に述べると、分極体の各隔壁
において、例えば隔壁の外曲がり側を正電荷に、その反
対側（内曲がり側）を負電荷に分極しておき、任意の個
別インク路の電極に正電圧を、その個別インク路の両隣
の個別インク路の電極に負電圧を印加すると、真中の個
別インク路の一方側の隔壁が前記垂直方向に伸び、他方
側の隔壁が前記垂直方向に縮む。このため、結果的に両
隔壁はアレイ方向に大きく変位し、真中の個別インク路
のインク容積が減り、この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
が噴出される。

【０００８】このように、本発明のプリントヘッドは、
個別インク路の両側に在る隔壁を利用して、隔壁の前記
垂直方向への小さな変位（伸縮）を隔壁のアレイ方向へ
の大きな変位に変換することにより、個別インク路のイ
ンクを押し出すという作用を有する。本発明のプリント
ヘッドで、分極体を構成する圧電材としては、既知のも
のを使用すればよく、例えばＰＺＴからなるものを使用
する。分極体は任意の方向に分極しているものである
が、この分極化は圧電体に形成した個別インク路の壁に
電極（及び保護膜）をパターンニングした後に行っても
よいが、この場合は分極処理が難しいため、予め分極処
理をした分極体を用い、この分極体に個別インク路を形
成する方がよい。分極体を用いて個別インク路を形成す
る場合、分極が消滅しないように、キュリー温度以下で
加工するのが肝心である。この加工方法には、エキシマ
レーザ加工、ＫＯＨ水溶液中でのレーザ加工、型による
加工、超音波加工等がある。

【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側断面図を示す。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、分極体１と、分極体１の背面に取
付けた裏蓋２と、分極体１の前面に取付けたオリフィス
プレート３とを備える。

【００１０】図２において、分極体１は前記圧電材から
なり、その内部には、一端（背面）から他端（前面）に
貫通する多数（この実施例では９つ）の湾曲状の個別イ
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。この個別インク路１１は、図中の右方向（アレイ方
向）に湾曲し、図１から分かるようにインクの流れ方向
とアレイ方向とに垂直な方向（図１では上下方向）の寸
法（例えば１．２ｍｍ）がインクの流れ方向（図１では
左右方向）の寸法（例えば１．０ｍｍ）よりも大きく、
所謂縦長を呈するものである。なお、個別インク路１１
の幅は、例えば１ｍｍである。この個別インク路１１に
よって、個別インク路間には隔壁１２が形成され、当然
ながら隔壁１２も個別インク路１１と同様に同方向に湾
曲する。個別インク路１１と隔壁１２は平面及び縦断面
とも細長い長方形を呈する。又、各隔壁１２は図２に示
す矢印方向に分極している。

【００１１】個別インク路１１のインクの流れ方向とア
レイ方向とに垂直な方向（図２では上下方向）に延びる
個別インク路の壁（左右の壁）と、アレイ方向に延びる
個別インク路の壁（上下の壁）とに沿って、電極１３が
設けられている。即ち、個別インク路１１を構成する全
ての壁に電極１３が設けられ、電極１３は個別インク路
１１ごとに延在し、分極体１の背面側に図２に示すよう
に導かれている。なお、個別インク路１１の壁に設けた
電極１３上には、この電極１３を保護する保護膜（図示
せず）が施されているが、電極１３が個別インク路１１
ごとに設けられ、電極１３に電圧を印加しても個別イン
ク路１１のインクに電位差が生じないので、敢えて保護
膜で電極１３を覆う必要はない。

【００１２】図１において、裏蓋２は分極体１の個別イ
ンク路１１に連通する共通インク路２１を有する。又、
オリフィスプレート３は分極体１の個別インク路１１に
対応する数（９つ）のオリフィス３１を有する（図３参
照）。従ってインクは、共通インク路２１を経て、個別
インク路１１に分流し、オリフィス３１から噴出され
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。分極体１を背面側から見た図２
において、各隔壁１２が矢印方向に分極している状態
で、個別インク路１１の各電極１３に図示のような極性
の電圧を印加する。この極性の電圧印加により、例えば
隔壁１２ａは、個別インク路１１ａ側においては分極の
負電荷と電極１３ａの電圧の負極性との関係から、個別
インク路１１ｂ側においては分極の正電荷と電極１３ｂ
の電圧の正極性との関係から、図中の上下方向に縮む。
又、隔壁１２ｂは、個別インク路１１ｂ側においては分
極の負電荷と電極１３ｂの電圧の正極性との関係から、
個別インク路１１ｃ側においては分極の正電荷と電極１
３ｃの電圧の負極性との関係から、上下方向に伸びる。
隔壁１２ａ、１２ｂがそれぞれ伸縮すると、隔壁１２ａ
は当初の湾曲状態から更に湾曲し、隔壁１２ｂは湾曲状
態を打ち消すように直立状になる（それぞれ図中の点線
部分参照）。これにより、実質的に隔壁１２ａ、１２ｂ
の上下方向の変位がアレイ方向の変位に変換されたこと
になり、そのアレイ方向の変位量も上下方向の変位量に
比べて格段に増加している。隔壁１２ａ、１２ｂの変形
により、両隔壁の間に位置する個別インク路１１ｂのイ
ンク容積が減少し、個別インク路１１ｂのインクが押さ
れ、オリフィスプレート３の対応オリフィス３１からイ
ンクが噴出される。

【００１４】なお、隔壁１２ａ、１２ｂが変形すると、
上記したように個別インク路１１ｂのインク容積は減る
が、個別インク路１１ａ、１１ｃのそれは増えるので、
個別インク路１１ａ、１１ｃにはインクが充足される。
隔壁１２ａ、１２ｂ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、隔壁１２ａ、１２ｂが元の湾曲状態に
戻る。電圧極性反転の場合には、隔壁１２ａ、１２ｂに
は上記の作用とは逆の作用が生ずる。即ち、隔壁１２ａ
は、個別インク路１１ａ側における分極の負電荷と電圧
の正極性とにより、及び個別インク路１１ｂ側における
分極の正電荷と電圧の負極性とにより、上下方向に伸長
し、湾曲度合が小さくなるように変位する。逆に、隔壁
１２ｂは、個別インク路１１ｂ側における分極の負電荷
と電圧の負極性とにより、及び個別インク路１１ｃ側に
おける分極の正電荷と電圧の正極性とにより、上下方向
に縮小し、湾曲度合が大きくなるように変位する。いず
れの場合も、個別インク路１１ｂのインク容積が増加に
転ずるので、この個別インク路１１ｂにインクが新たに
補充される。

【００１５】但し、上述の作用例では、個別インク路１
１ｂのインク容積を減少させてインクを押し出す態様で
あるが、隔壁１２ａ、１２ｂの反動を利用してインクを
噴出するようにしても構わない。即ち、最初に隔壁１２
ａを図の左方向に、隔壁１２ｂを右方向にそれぞれ変位
させて、個別インク路１１ｂのインク容積を増やす。次
に隔壁１２ａを右方向に、隔壁１２ｂを左方向に変位さ
せて、インク容積を減少に転化させれば、個別インク路
１１ｂのインクが押し出される。

【００１６】上記実施例のプリントヘッドの製造例につ
いて図４と図５を参照して簡潔に述べると、まず図４に
示すように予め矢印方向に分極化した分極体１の内部
に、その背面から前面に貫通する多数（９つ）の湾曲状
の個別インク路１１を、ＫＯＨ水溶液中でのレーザ加工
等によって一定間隔を置いてアレイ状に形成する。勿
論、この個別インク路１１は図１に示す如く縦長を呈す
るものであり、個別インク路１１間には隔壁１２が形成
される。次いで、図５において、個別インク路１１ごと
に、個別インク路１１を構成する全ての壁に沿って、ス
パッタリング等により図示の如くパターンニングし、個
別インク路１１の壁に電極１３を設ける。この例では、
更に電極１３を保護する保護膜（図示せず）を電極１３
上に形成する。その後、図１に示すように、共通インク
路２１を有する裏蓋２と、オリフィス３１を有するオリ
フィスプレート３を、分極体１の背面と前面にそれぞれ
取付ければ完成する。

【００１７】本発明のプリントヘッドでは、個別インク
路１１の形状は曲状であれば特定されないが、その変更
例を図６に示す。この個別インク路１１’はその上下方
向のほぼ中央から右方向に屈曲し、隔壁１２’も当然屈
曲する。この実施例でも、上記実施例と同様に電極（図
面では省略してある）に電圧を印加することで、個別イ
ンク路１１’の両側の隔壁１２’を上下方向に伸縮さ
せ、この伸縮による隔壁１２’のアレイ方向の変位を利
用して、両隔壁１２’の間に在る個別インク路１１’の
インクを押し出すことができる。

【００１８】

【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、個別インク路
の壁に設けた電極に適当な極性の電圧を印加すること
で、隔壁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、隔壁が伸縮して結果的にアレイ方向に大き
く変位し、それに伴って個別インク路のインク容積が増
減し、インク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。

【００１９】従って、下記の効果を有する。 （１）印字の高密度化、高品質化を容易に実現できる。 （２）個別インク路を短縮（インクの流れ方向とアレイ
方向と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
だけでなく、インク供給も容易になり、信頼性も向上す
る。 （３）個別インク路ごとに電極を設けるので、電極のパ
ターンニングや分離が容易になり、生産性が非常に高く
廉価である。 （４）個別インク路の両側の隔壁を変位させて、個別イ
ンク路のインク容積を変化させるので、インク容積の増
減度合が大きい。 （５）電極が個別インク路ごとに設けられているので、
電極に電圧を印加した時にインクが等電位になってお
り、インクによる腐食が起き難い。 （６）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と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。 （７）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】本発明の一実施例に係るプリントヘッドの側断
面図である。

【図２】図１に示すプリントヘッドにおける分極体の背
面図である。

【図３】図１に示すプリントヘッドにおけるオリフィス
プレートの正面図である。

【図４】図１に示すプリントヘッドの製造例を説明する
ための第１段階の工程図である。

【図５】図１に示すプリントヘッドの製造例を説明する
ための第２段階の工程図である。

【図６】個別インク路の変更例を示す分極体の背面図で
ある。

【符号の説明】

１ 分極体 ２ 裏蓋 ３ オリフィスプレート １１、１１’ 個別インク路 １２、１２’ 隔壁 １３ 電極

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧電材からなる分極体の内部に、その一端
   から他端まで貫通する多数の曲状の個別インク路を一定
   間隔を置いてアレイ状に形成し、個別インク路ごとに、
   少なくともインクの流れ方向とアレイ方向とに垂直な方
   向に延びる個別インク路の壁に電極を設けたことを特徴
   とするインクジェットプリントヘッド。
2. 【請求項２】前記個別インク路は、インクの流れ方向と
   アレイ方向とに垂直な方向の寸法がインクの流れ方向の
   寸法よりも大きいものであ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】請求項１又は２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。