JPH06182994A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧力室の形成された基板の剛性を上げ、圧力
室に発生するインク圧力や変位発生素子の変位による基
板の変形を抑え、インク滴の吐出が安定した高密度なイ
ンクジェットヘッドを提供する。 【構成】 細長い圧力室５の間隔を広くした部分１５の
圧力室間の隔壁を、隔壁支持部材３０に固定し、圧力室
５を内傾したノズル連通部１２を経て等間隔で並んだノ
ズル２に接続することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、印字信号に応じてイン
ク滴を吐出して、記録紙等の記録媒体上にインク像を形
成するオンデマンド型インクジェット記録ヘッドを用い
た記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】記録装置の小型化・高密度化に伴ってイ
ンクジェット記録ヘッドも小型化・高密度化が進められ
ている。記録装置の高密度化には、インク滴を吐出させ
るノズルを高密度で配置することだけでなく、インク滴
吐出の駆動源となる圧力室と、圧力室に接続される変位
発生素子も高密度に配置する必要が有り、変位発生素子
と圧力室の小型化と高効率化が求められている。

【０００３】特公平２−５２６２５号公報に開示されて
いるインクジェット記録装置は、高密度に配置されたイ
ンクジェット記録ヘッドの従来例の一つである。このイ
ンクジェット記録ヘッドでは、棒状の圧電素子の一方の
端部を拘持し、拘持部を支点にした棒状の圧電素子の伸
縮変形を発生する縦振動子で変位発生素子を構成してい
る。この構成により、変位発生素子を高密度に配列する
こと、更に、変位発生素子相互の干渉（クロストーク）
を抑えることが可能となっている。

【０００４】変位発生素子の変位方向に圧力室の一面を
構成する弾性壁を変形させ、インク滴を圧力室に連通す
るノズルより吐出させるインクジェット記録装置では、
変位発生素子の変形量が非常に小さいため、必要なイン
ク滴量を得るためには変位発生素子の変位で変形する壁
の面積を広くしなければならない。そのため、圧力室の
高密度化を図るには、直線状に細長い圧力室を互いに間
隔をおいて平行に並べて配置する手法が取られる。この
ような従来のインクジェット記録装置の構造は、特公昭
６３−２５９４２号公報に開示されている。

【０００５】このインクジェット記録装置は、細長く直
線状のチャンネル（圧力室）が剛性壁（隔壁）を隔てて
互いに平行に並べて配置されている。変位発生素子であ
る圧電素子の変位方向はチャンネルの一面を形成する板
状の弾性壁に垂直で、その接続は脚部を介して行われて
いる。この脚部の役割は、製造上の制約等で圧力室の幅
よりも狭い幅の変位発生素子の先端の変位で弾性壁の広
い面積を変位させ、必要なインク滴量を得ることにあ
る。また他の役割として、変位発生素子と弾性壁の接続
を容易にすることにある。

【０００６】脚部の連結されていない弾性壁の薄板部分
は、変位発生素子の変位による弾性壁の変形を一つの圧
力室に局所的になるように、十分に剛性が低い必要が有
る。また、この薄板部分は、弾性壁の変形に伴う圧力室
内のインクの運動によって生じる正負の圧力を適度に緩
和し、大きな負圧で起こるキャビテーションによる気泡
発生や大きな正圧による破壊を防ぎ、インク滴の吐出特
性を安定化する上で重要な役割を果たしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述の従来技
術では、 （１）平面状に圧力室が展開されている基板の弾性壁側
は、非常に弱い剛性で変位発生素子に支えられているた
め、基板を固定する役割を果たさない。

【０００８】（２）高密度化に伴い、圧力室が形成され
る基板が薄い、圧力室が長い、圧力室間の隔壁が薄い、
等の制約があり、基板自体の剛性が低い。

【０００９】と言う理由により、変位発生素子の駆動に
より発生する圧力室のインク圧力によって、圧力室が形
成されている基板全体が変形する。

【００１０】この基板の変形によって、複数の圧力室の
中で同時に駆動される変位発生素子の数が増加すると、
吐出するインク滴の速度と重量が低下したり、不規則に
変動したりして、記録媒体上に形成されるインク像の品
質を著しく低下させるという問題点を有している。ま
た、基板の変形による圧力室の容積変化で、駆動が行わ
れない圧力室が接続するノズルより、不要なインク滴の
吐出が発生するという問題点を有している。

【００１１】そこで本発明の課題は、これらの問題点を
解決することで、その目的とするところは、圧力室が形
成されている基板の剛性を高くすることで、インク滴の
吐出状態を安定させ、記録品質の優れた小型高密度のイ
ンクジェット記録装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
記録装置は、略平行に平面状に複数配置された細長い圧
力室と、この圧力室に対応して素子固定基板に配置さ
れ、駆動信号の印加により素子固定基板を支点に伸縮す
る複数の変位発生素子と、圧力室と変位発生素子の間に
配設され、これらの複数の圧力室の弾性壁を形成する振
動板とを有し、隣接する少なくとも一組の圧力室の間隔
を広くし、この隣接する圧力室を仕切る隔壁を厚く形成
し、この厚く形成された隔壁の端面を、振動板を挟んで
隔壁支持部材に固定し、等間隔に配置されたノズルと圧
力室をノズル連通路で接続したことを特徴とする。

【００１３】また、列状に配置された変位発生素子の間
に並び、素子固定基板に配設された、インク滴吐出に供
しない変位発生素子を隔壁支持部材としたことを特徴と
する。

【００１４】更に、ノズルは圧力室の一方の端部に接続
し、厚く形成された隔壁の少なくとも一方に配置された
圧力室の、ノズル側を内傾させ、ノズル連通路としたこ
とを特徴とする。

【００１５】

【実施例】以下に本発明の第１の実施例を図面に基づい
て説明する。

【００１６】図１は、本発明のインクジェット記録装置
の実施例の構成を示す斜視図であり、各部品を分解し内
部構造が見えるように示してある。図２は、図１に示し
た実施例の部分断面図である。図１に示す本発明の実施
例は、機能で分けると、流路ユニットと変位発生素子ユ
ニットで構成される。

【００１７】初めに流路ユニットを説明する。図１にお
いて、板状の流路形成部材３には、後述する圧力室を形
成する細長いキャビティ５１が、略平行に並べられ、こ
の配列が２列に形成されており、それぞれのキャビティ
の一端は、後述する共通インク室を形成する窓４１に連
通している。基板状の流路ユニットは、この流路形成部
材３をノズル基板１と振動板７とで挟み込むようにして
できており、前述の細長いキャビティ５１の部分に圧力
室５が、窓４１の部分には共通インク室４が形成され
る。ノズル基板１にはノズル２が等間隔で、キャビティ
５１に対応して２列に形成されており、圧力室５の一端
はノズル２に連通している。

【００１８】次に変位発生素子ユニットを説明する。イ
ンク滴吐出の駆動源となる変位発生素子２２は、図１の
Ｘ方向に列状に配置されている。図２に示すように、変
位発生素子２２は、素子固定基板２１から梁状に突き出
すように長手方向の端部の一面を素子固定基板２１に固
着された棒状の積層圧電素子で構成されている。図２に
示すように積層圧電素子は、梁状部分で互い違いに交差
する電極層２６、２７と圧電材料（本実施例ではチタン
酸ジルコン酸鉛を用いた）を積層した活性部を有し、一
方の電極層２７は各変位発生素子毎に個別の電極とし
て、他方の電極層２６は変位発生素子に共通の電極とし
て、図示していない外部の駆動回路へリードフレーム２
５を経て接続している。変位発生素子２２の配置は、一
つの変位発生素子２２が一つの圧力室５に対応するよう
に、圧力室５の間隔と同じに並べられる。図１に示す実
施例では、２列の圧力室５に対応して変位発生素子ユニ
ットが２つ実装されている。

【００１９】流路ユニットと変位発生素子ユニットは、
ヘッドフレーム１１によって相互に固定されている。ヘ
ッドフレーム１１には、インク供給管３１が圧入接着さ
れている。インクは図示していない外部のインクタンク
よりインク供給管３１と振動板７にあるインク連絡口３
３を経て、流路ユニットの共通インク室４、更に圧力室
５へと供給される。流路ユニットと変位発生素子ユニッ
トの関係を図２を用いて説明する。各圧力室５の壁を構
成する振動板７の部分は弾性壁８として変形可能であ
り、圧力室５と反対面に圧力室毎に形成されている島状
の脚部９を持つダイアフラムとなっている。梁状の変位
発生素子２２の先端は、個々の圧力室の脚部９に接合し
ている。

【００２０】図示していない外部の駆動回路より、積層
圧電素子の個別電極２７と共通電極２６間に電圧が印加
されると、積層圧電素子の活性部は素子固定基板２１を
支点に長手方向に縮み、圧力室５の弾性壁８を下方にた
わませ、圧力室５の容積を拡大させる。圧力室５の容積
の拡大によって、インクが共通インク室４より供給流路
６を経て、圧力室５に供給される。引き続く時間で個別
電極２７と共通電極２６間の電圧印加が解除されると、
積層圧電素子の活性部は元の長さに伸び圧力室５の容積
を縮小させ、このとき発生する圧力によって圧力室５を
満たすインクの一部を圧力室５に連通するノズル２より
インク滴として吐出させる。

【００２１】次に図３を用いて、本発明の変位発生素子
ユニットを更に詳細に説明する。

【００２２】図３は、図１に示した実施例の変位発生素
子ユニットを拡大した図である。素子固定基板２１は厚
さ１ｍｍのアルミナ基板を加工して作られている。梁状
の突出部４２は変位発生素子ユニットとヘッドフレーム
１１を位置決めするために設けられている。列状に配置
された変位発生素子２２は、図２に示すように、その積
層電極の一方は積層圧電素子の梁状先端で外部の電極に
接続し、更に側面の電極２８に接続している。また、積
層電極の他方は積層圧電素子の素子固定基板２１に固定
されている方の先端で外部の電極に接続し、電極２８と
対向する側面に形成された電極２９に接続している。積
層圧電素子の素子固定基板２１との接合面に設けられた
電極２９は個々に積層圧電素子に設けられた個別電極の
電気接点として、積層圧電素子と素子固定基板２１との
接合と同時に、素子固定基板２１に変位発生素子２２の
個々に対応して設けられた導電性パターン２４へ電気的
に接続される。積層圧電素子の他方の面に設けられた電
極２８は共通電極の電気接点として、導電性部材２３で
連結され、圧電振動子列の両端に設けられたダミーの変
位発生素子３２を経て、素子固定基板２１の導電性パタ
ーン３４に接続している。リードフレーム２５の両側の
端子は共通電極の端子として、内側の端子はダミーの圧
電素子を除く個々の積層圧電素子の個別電極の端子とし
て、外部の駆動回路に連結される。

【００２３】列状に配列された変位発生素子２２の１本
は、後述するように流路ユニットを固定する隔壁支持部
材として配設されたインク滴吐出に供しない変位発生素
子である。

【００２４】本実施例では、圧力室５の等間隔に並べら
れた部分の間隔は１４１μｍで、１つの列の圧力室は１
４１μｍの間隔で等間隔に配置されたノズルに連通して
いる。従って、図１に示すように２列の圧力室によって
１インチ当り３６０ノズルの密度を有するインクジェッ
ト記録装置が構成されている。また、変位発生素子ユニ
ットの変位発生素子２２のピッチは、隔壁支持部材とし
てインク滴吐出に供しない変位発生素子を含めて１４１
μｍとなっている。

【００２５】変位発生素子の製造方法は、素子固定基板
２１から張り出すようにして板状の積層圧電素子を素子
固定基板に接着した後に、積層圧電素子をダイシングソ
ーを用いて１４１μｍのピッチの短冊状に切断して、個
々の変位発生素子２２が形成される。切断の方法は、他
にワイヤソーを用いても良い。

【００２６】本実施例の変位発生素子２２では、用いた
積層圧電素子は、積層方向の厚さが０．５ｍｍ乃至１ｍ
ｍで、素子固定基板から張り出している部分の長さが３
ｍｍ乃至６ｍｍである。１４１μｍのピッチで並べるた
めに、並び方向の積層圧電素子の厚さは８０μｍで、凡
そ６０μｍがダイシングソーによる切りしろになる。

【００２７】次に、本実施例の圧力室と隔壁支持部材の
構成を、図４、図５及び図６を用いて詳細に説明する。

【００２８】図４は、圧力室５をノズル基板１側から見
た平面図で、簡単のため１列のみの構成にしてある。

【００２９】図５は、圧力室５の並び方向に切った断面
図である。

【００３０】図６は、振動板と変位発生素子の接続部の
構成を示す斜視図で、部分を破断して内部の構成が分か
るように示してある。

【００３１】図４において、ハッチングを施した部分
は、振動板に接続する変位発生素子の位置を示してい
る。周囲を流路形成部材３で、上面をノズル基板１で、
下面を振動板７で区画され、流路形成部材３の中に略平
行に形成された細長い圧力室５は、幅が１００μｍ、高
さが１００μｍ、長さが１．５ｍｍで、隔壁１４を挟ん
で左右に分かれて、それぞれ１４１μｍの間隔で複数配
置されている。隔壁１４を挟んで隣接する圧力室５ａ、
５ｂの間隔は１４１μｍの倍の２８２μｍに形成されて
おり、隔壁１４の厚さは１８２μｍある。この隔壁１４
に対して、等間隔に形成された圧力室を仕切る隔壁１３
の厚さは４１μｍと薄く形成されている。左右に分かれ
た圧力室を、ノズル基板１に１４１μｍで等間隔に形成
されたノズル列２と接続するために、圧力室５のノズル
側は内側に傾斜したノズル連通部１２を持つ。本実施例
では圧力室５のノズル連通部を隔壁１４を挟んで左右対
称に構成したため、圧力室の軸に対して７０．５μｍ内
側にあるノズル２に接続するようにノズル連通部１２の
内傾量が設定されている。

【００３２】図６に示すように、各圧力室５の下壁を構
成する振動板７の部分は弾性壁８として変形可能とする
ため、圧力室５と反対面に圧力室毎に形成されている島
状の脚部９の周囲が薄肉部であるダイアフラムとなって
いる。また、流路形成部材３が接合する振動板７の部分
も、脚部９と同じ高さに厚く形成されている。

【００３３】厚く形成された隔壁１４の振動板側の端
は、振動板の厚肉部１５を挟んで、隔壁支持部材３０に
固定されている。本実施例では、隔壁支持部材３０は、
変位発生素子２２と同様に積層圧電素子で形成されてお
り、図３に示すように、変位発生素子２２と同様に作成
される。また、特に本実施例では、圧力室５ａ、５ｂの
間隔を他の圧力室間隔の倍としたため、変位発生素子２
２ａ、２２ｂの間に並ぶ隔壁支持部材３０は、変位発生
素子２２と形状的にも同じである。

【００３４】次に図７、図８を用いて、本発明の第２の
実施例を説明する。

【００３５】図７は圧力室５をノズル基板１側から見た
平面図で、図８は圧力室５の並び方向に切った断面図で
ある。また、全体の構成は第１の実施例と同様である。

【００３６】本実施例は、一列の圧力室並びに２箇所の
隔壁１４ａ、１４ｂを厚く形成し、この隔壁１４の振動
板側の端面を、振動板の厚肉部１５ａ、１５ｂを挟ん
で、隔壁支持部材３０ａ３０ｂに固定している。３群に
分かれた圧力室を、ノズル基板１に等間隔に形成された
ノズル列２と接続するために、圧力室５ａと５ｄを含む
外側の圧力室には、ノズル側を内側に傾斜したノズル連
通部１２を設け、圧力室５ｂから５ｃまでは直線状の圧
力室とした。このような構成は、第１の実施例より更に
流路ユニットの剛性を高くでき、圧力室を多数配置した
場合にも流路ユニットの変形が抑制され、吐出するイン
ク滴は安定し、また、不要なインク滴の吐出も起こらな
かった。

【００３７】次に図９を用いて、本発明の第３の実施例
を説明する。図９は、振動板と隔壁支持部材の接続部の
構成示す斜視図で、部分を破断して内部の構成が分かる
ように示してある。

【００３８】本実施例は、厚く形成された隔壁を固定す
る隔壁支持部材を、ヘッドフレーム１１のノズル側の壁
から共通インク室側の壁にかけて渡した梁３０で構成し
た。このような構成にすることにより、インクジェット
記録装置の組み立てを容易にできるという効果もある。
即ち、流路ユニットをヘッドフレーム１１に固定した
後、変位発生素子ユニットをヘッドフレーム１１のガイ
ド溝４３に沿って挿入し、変位発生素子の先端を振動板
７の脚部９に押し当てるようにして固定する時に、流路
ユニットが隔壁支持部材である梁３０に固定されている
ため、流路ユニット逃げが小さくなり接着の精度を十分
に保つことができる。

【００３９】次に図１０を用いて、本発明の第４の実施
例を説明する。

【００４０】本実施例の流路ユニットは、プラスチック
の射出成型によって流路基板３の一方の面に、ノズル２
と、圧力室５と、インク供給流路６と共通インク室４を
形成した。プラスチックの射出成型の他に、ガラス等の
エッチングによって形成することも可能である。素子固
定基板２１に配列された変位発生素子２２は、圧電素子
をその分極方向が素子固定基板２１から脚部９への方向
と一致させ、また、駆動電圧の電界の方向はこの分極方
向に一致しており、電界の印加により素子固定基板を支
点に電界方向に伸縮する。変位発生素子２２の形状は、
前述の実施例の変位発生素子に比べ、圧力室５の長手方
向に長く、素子固定基板２１と脚部９の間の長さが短
い。従って、変位発生素子２２の変位量は小さく、弾性
壁８の変形を稼ぐ為に、圧力室５は非常に長い。本実施
例では、ノズルと等間隔部の圧力室を１４１μｍのピッ
チで形成したが、そのため必要なインク滴重量を得るの
に圧力室５の長さは３ｍｍ必要であった。隔壁支持部材
３０は、変位発生素子２２と並んで固定基板２１に配設
され、変位発生素子と同じ圧電素子を利用している。こ
れまでの実施例では、変位発生素子が接続する脚部９は
圧力室５の直線部に形成されており、また、変位発生素
子２２もこの直線部に平行に切断され形成されているた
め、脚部９と脚部９に平行に長い変位発生素子２２の接
続は容易である。また圧力室が長いため、圧力室５のノ
ズル側に設けられたノズル連通部１２は、変位発生素子
２２のノズル側の端からノズルにかけて比較的自由に内
傾させることができ、必要な補強強度に合わせて隔壁の
幅を厚くし、流路ユニットを隔壁支持部材を用いて強固
に補強できる。また、そのための特性変化は小さい。本
実施例では、変位発生素子２２による弾性壁８の変形領
域を少しでも広くするため、内傾したノズル連通部１２
に沿って脚部９を形成した。

【００４１】

【発明の効果】本発明の上記の構成によれば、高密度に
配置された細長い圧力室の形成された基板が、圧力室間
の隔壁で固定されるため、剛性が格段に高くなり、圧力
室に発生する圧力及び変位発生素子の変形によるインク
ジェット記録ヘッドの変形が抑えられる。

【００４２】従って、吐出するインク滴の速度と重量が
低下したり、不規則に変動したりすること、また、駆動
が行われない圧力室が接続するノズルより不要なインク
滴の吐出が発生することが無くなり、記録品質の優れた
高密度なインクジェット記録装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施例の構成を示す斜視図で
ある。

【図２】 本発明の第１の実施例の部分断面図である。

【図３】 本発明の第１の実施例の変位発生素子の構成
を示す斜視図である。

【図４】 本発明の第１の実施例の圧力室を示す平面図
である。

【図５】 本発明の第１の実施例の構造を示す断面図で
ある。

【図６】 本発明の第１の実施例の構造を示す斜視図で
ある。

【図７】 本発明の第２の実施例の圧力室を示す平面図
である。

【図８】 本発明の第２の実施例の構造を示す断面図で
ある。

【図９】 本発明の第３の実施例の構造を示す斜視図で
ある。

【図１０】 本発明の第４の実施例の構造を示す斜視図
である。

【符号の説明】

１ ノズル基板 ２ ノズル ３ 流路形成部材 ４ 共通インク室 ５ 圧力室 ７ 振動板 ８ 弾性壁 ９ 脚部 １１ ヘッドフレーム １２ ノズル連通部 １３ 隔壁 １４ 厚く形成された隔壁 ２１ 素子固定基板 ２２ 変位発生素子 ３０ 隔壁支持部材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 略平行に平面状に複数配置された細長い
   圧力室と、この圧力室に対応して素子固定基板に配置さ
   れ、駆動信号の印加により前記素子固定基板を支点に伸
   縮する複数の変位発生素子と、前記圧力室と前記変位発
   生素子の間に配設され、前記複数の圧力室の弾性壁を形
   成する振動板とを有し、前記変位発生素子で圧力室の前
   記弾性壁を変形させ、前記圧力室を満たすインクを前記
   圧力室に接続したノズルよりインク滴として吐出させる
   インクジェット記録装置であって、 隣接する少なくとも一組の前記圧力室の間隔を広くし、
   この隣接する圧力室を仕切る隔壁を厚く形成し、この厚
   く形成された隔壁の端面を、前記振動板を挟んで隔壁支
   持部材に固定し、等間隔に配置された前記ノズルと前記
   圧力室をノズル連通路で接続したことを特徴とするイン
   クジェット記録装置。
2. 【請求項２】 列状に配置された前記変位発生素子の間
   に並び、前記素子固定基板に配設された、インク滴吐出
   に供しない変位発生素子を前記隔壁支持部材としたこと
   を特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装置。
3. 【請求項３】 前記ノズルは前記圧力室の一方の端部に
   接続し、前記厚く形成された隔壁の少なくとも一方に配
   置された前記圧力室の、前記ノズル側を内傾させ、前記
   ノズル連通路としたことを特徴とする請求項１記載のイ
   ンクジェット記録装置。