JPH07290702A

JPH07290702A - インクジェット記録装置

Info

Publication number: JPH07290702A
Application number: JP8995594A
Authority: JP
Inventors: Masaharu Kimura; 正治木村; Masaru Horinaka; 大掘中; 康史 ▲鶴▼井; Yasushi Tsurui
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1994-04-27
Filing date: 1994-04-27
Publication date: 1995-11-07

Abstract

(57)【要約】【目的】インクジェット記録装置において、効率の良
いインク吐出を目的とする。【構成】インクジェット記録装置において、インク吐
出部に連接される圧力室を構成する隔壁と前記圧力室に
圧電素子による押圧を伝達させる振動板との間に弾性体
を配置した構成。

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方式の記
録装置に関し、特には振動子の駆動によりインク滴を形
成し記録を行う方式の記録ヘッド、及びこれを搭載した
記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のインクジェット記録装置のヘッド
部の外観斜視図を図１０に同分解斜視図を図１１に、又
図１２（Ａ）に従来例のインクジェット記録装置の振動
状態（電圧未印加時）を表わした図を同図１２（Ｂ）に
同じく駆動状態（電圧印加時）を表わした図を更に図１
３に寸法関係図を示す。

【０００３】１００はノズルユニット全体であり、ノズ
ルユニット１００はオリフィス（インク吐出部）１０７
を備えたオリフィスプレート１０１を最上部とし上から
インク流路プレート１０２、振動板１０３、圧電素子ユ
ニット１０４の順に積層されている。圧電素子ユニット
１０４は上部と下部にそれぞれ電極１０８、１０９を有
する。又、インク流路プレート１０２内の隔壁１０６と
振動板１０３とは接着剤１１２で固定されており、圧電
素子ユニット１０４と隔壁１０６とは接着剤１１１で固
定されている。詳しくは、ガラスでできたオリフィスプ
レート１０１，インク流路プレート１０２，ステンレス
でできた振動板１０３を接着する事によって圧力室１０
５を構成する。次にジルコン酸チタン酸鉛によってでき
た圧電素子ユニット１０４を図１２（Ａ）に示すように
インク圧力室１０５、隔壁１０６に対応した位置に接着
しノズルユニット１００を構成する。

【０００４】前記圧電素子ユニットの電極１０８，１０
９間に電圧を印加する事によって図１２（Ｂ）の如く圧
電素子は矢印方向に伸長し、これによって振動板１０３
が撓み、圧力室容積が減少し、このエネルギーによって
オリフィス１０７からインクが噴出される事によって記
録情報に応じた印字が行なわれる。尚、前記印加電圧に
より圧電素子を変化させてインクをオリフィスから吐出
させるオンデマンド型インクジェットヘッドは特開平３
ー１０８４５号公報に開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の方式では、第１
に圧電素子の変位によってヤング率の高い金属又はガラ
スにより形成された振動板を撓ませる原理上、この部分
でのエネルギーロスが大きく、インク吐出の為には高エ
ネルギーが必要であった。又この部分でのロスを抑え効
率良く圧電素子の変位を圧力室に伝える為には振動板を
可能な限り薄く（ａ₆寸法：約５０μｍ以下）する必要
があった。しかしこれは生産工程上の取り扱い時に破損
又は変形が生じ易く、取り扱いが困難であり、製造工程
の歩留まりを下げる事になる。又圧電素子の変位を効率
良く伝達し、かつ振動板１０３可撓時の特性を安定させ
る為には振動板の変位部中心に圧電素子を高精度に接着
する必要がある（図１３にてａ₁＝ａ₂）。又振動板の変
位がインク吐出時の特性に直接影響する為振動板１０３
の厚さ（ａ₆寸法）を精度良く管理する必要がありラッ
ピング等の精密加工行程が必要となりコスト高である。
更に、振動板１０３の変位を安定させる為には、圧電素
子と振動板間の接着剤１１の振動板可撓部へのはみ出し
が振動板の動きを拘束し変位に影響する為、この部分の
接着剤の塗布を精度良く均一に行なう必要があり、スク
リーン印刷転写方法等によって行なう必要があったが、
これによっても限界が有り管理が困難である。

【０００６】従来の方式では第２に圧電素子の変位によ
って直接振動板１０３を撓ませる構造上可撓部分ａ₁，
ａ₂の寸法が必要となる為、圧電素子の巾は、圧力室巾
１０５より小さく（ａ₄＞ａ₃）とする必要があった。圧
電素子１０４の巾は大きくする事によって発生力を大き
く取り出す事が可能であるが、この点で前記制約がある
為低電圧駆動化の設計に対して不利である。又、圧電素
子の巾ａ₃は圧電素子ユニット１０４を製作する際のダ
イシングソー，ワイヤーソー等の機械加工精度，強度の
面から限界があり、この加工精度によって決まる為約１
００μｍであり、これによってノズルピッチａ₅は約２
５０μｍが限界となり、これ以上のノズル高密度化が困
難である。

【０００７】従来の方式では、第３に振動板１０３と圧
力室隔壁１０６の間の接着を振動板１０３を介してのク
ロストークを出来るだけ抑える為にヤング率の高いエポ
キシ接着剤等を用いて強固に接着する必要があるが、し
かしながら、ヤング率の高い接着剤１２の振動板の可撓
部へのはみ出しは、振動板１０３の動きを拘束し可撓時
の変位に大きな影響を与える為、この部分への接着層へ
の形成は均一に高精度に行なう必要が有った為、スクリ
ーン印刷、転写方法、ディスペンサー等によって行なわ
れたが、これによって限界があり管理が困難である。
又、各チャンネル間の振動板部分で連結された１平板上
の振動板構造であった為、本チャンネルの隣接チャンネ
ルが駆動された場合、振動板の連結部分を介して本チャ
ンネル影響を受け、このクロストークによってインク飛
翔状態に影響が現れ、結果として印字品位の低下が起こ
るという問題点を有した。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載のインクジ
ェット記録装置は、インクを飛翔させて記録媒体上に画
像を形成するインクジェット記録装置において、インク
吐出部に連接される圧力室を構成する隔壁と前記圧力室
に圧電素子による押圧を伝達させる振動板との間に弾性
体を配置することを特徴とするインクジェット記録装置
である。

【０００９】請求項２記載のインクジェット記録装置
は、インク吐出方向と垂直な断面において、前記圧電素
子の巾を対向する圧力室の巾以上とすることを特徴とす
る請求項１記載のインクジェット記録装置である。

【００１０】請求項３記載のインクジェット記録装置
は、前記弾性体を前記振動板全面に配置することを特徴
とする請求項１記載のインクジェット記録装置である。

【００１１】

【作用】請求項１記載のインクジェット記録装置によれ
ば、圧力室を構成する隔壁と振動板の間に弾性体を配置
する事によって、圧電素子の伸縮に従ってこの部分が変
形し、圧力室体積が変化しオリフィスよりインクが吐出
され記録情報に応じた印字が行なわれる。従って従来タ
イプの様にヤング率の高い振動板を撓ませる必要がなく
ヤング率の低い弾性体を変形させる為エネルギーロスが
少なく低エネルギーでの駆動が可能となる。又、振動板
を撓ませる必要がなくなった為、その厚さを生産時取り
扱いの必要強度（厚さ０．１ｍｍ）以上にする事が可能
となるので、必ずしも振動板の中心部分に精度良く、圧
電素子を接着する必要がなく、多少の位置ずれによって
も振動板変位が影響を受けないので圧力室の体積変化量
は変わらずインク飛翔時の特性は安定し高品位印字が可
能となる。又、振動板の厚さによって振動板の変位が影
響を受けないので特性が変化する事もなくなる為その厚
さを精度良く管理する為の研削、ラッピング等の工程が
削除する事が可能となり、低コスト化が可能となる。
又、圧電素子を接着する接着剤が振動板部にはみ出して
もその部分の振動板を撓ませる必要がなくなった為、特
性への影響は無く、接着剤の塗布ぱらつきを精度良く抑
える必要がなくなるので、よって塗布管理を簡素化出来
る。

【００１２】請求項２記載のインクジェット記録装置に
よれば、圧電素子の変位によって弾性体を変形させる構
造とした為、圧電素子の巾を圧力室の巾以上とする事が
可能となる。これによって従来のタイプに比べ（例えば
従来のノズルピッチ（約２５０μｍ）であれば従来の圧
電素子巾（約１００μｍ）であったのに対し）圧電素子
巾ｂ₂を大きくする事（約２００μｍ）も可能となり、
その増加分の発生エネルギーを得る事が可能となる為、
従来タイプの約１／２の低電圧化が可能となる。又、圧
電素子巾ｂ₂は圧電素子ユニットを製作する際のダイシ
ングソー，ワイヤーソーの機械加工精度，強度の面から
１００μｍが限界であるが、この構成によってノズルピ
ッチは１２５μｍ程度にする事が可能となり、従来の約
２倍の高密度実装が可能となる。

【００１３】請求項３記載のインクジェット記録装置に
よれば、圧電素子の変位によって従来のタイプの様に振
動板を撓ませる必要がなく、高剛性の接着剤に変わって
弾性体の接着剤を用いる事が可能となった為、従来の様
に接着剤による振動板変位への影響を考慮して接着剤を
高精度に必要な部分のみにスクリーン印刷等を用いて塗
布する必要は無く、振動板全面に配置する事が可能とな
る。このように、接着剤のパターンニングが不必要とな
った為、生産の容易化が行なえる。又、従来の塗布方法
であっても塗布精度の管理が簡略化でき、生産の容易化
が行なえる。

【００１４】

【実施例】

（実施例１）本発明によるインクジェット記録装置の第
１の実施例を図１〜図４、図８により説明する。

【００１５】図１は、本発明の１実施例としてのインク
ジェット記録ヘッドの斜視図である。図２は図１に示し
たインクジェット記録ヘッドの分解斜視図である。同図
に示すように複数のオリフィス７が所定の間隔でオリフ
ィスプレート１に形成されている。オリフィスプレート
１は感光性ガラスやシリコーンから成りエッチング等に
より加工される事によって形成される。インキ流路プレ
ート２２は感光性ガラスから成りエッチング加工される
事によって形成される。振動板３は、ステンレス又は感
光性ガラスから成りエッチング等により加工される事に
よって形成される。弾性体５０はヤング率の低いシリコ
ーン，ウレタン樹脂等から成り、振動板上にスピンコー
ト，スクリーン印刷，ディスペンサー等を用いて形成す
る。圧電素子ユニット４は、ジルコン酸チタン酸鉛から
成りダイシングソー，ワイヤーソー等の機械加工によっ
て溝が加工され各チャンネルに対応した駆動部分が形成
される。

【００１６】オリフィスプレート１とインキ流路プレー
ト２間、圧電素子ユニット４と振動板３間はヤング率の
高い高剛性のエポキシ接着剤等により接着され、インキ
流路プレート２と振動板３間は振動板上に配置されたヤ
ング率の低いゴム弾性体５０によって接着される。

【００１７】図３（Ａ）（Ｂ）は、駆動時の状態を示し
た断面図であり、（Ａ）は電圧未印加時、（Ｂ）は電圧
印加時を示す。圧電素子の上下に配置された電極８，９
間に電圧を印加する事によって圧電素子は圧電縦効果に
よって矢印方向に伸長する。これによって圧電素子に接
合された振動板が同時に変位する事によって弾性体が圧
縮応力を受け変形する（図３（Ｂ））。これらによって
圧力室へエネルギーが伝達されオリフィス７よりインク
が吐出され記録情報に応じた印字が行なわれる。

【００１８】図８は本発明のインクジェット記録装置の
弾性体配置図を示したものであり、（Ａ）は必要箇所の
み配置、（Ｂ）は振動板全面に配置、（Ｃ）はシールド
状に１面に配置したものを示す。従来は（Ａ）の方式で
あったものが本発明により、（Ｂ）もしくは（Ｃ）の弾
性体（弾性力を有する接着剤）配置が可能となる。

【００１９】本図では単層の圧電素子にて説明を行なっ
たが、振動板に対して平行方向に積層した圧電素子を用
いる事は容易に可能である。

【００２０】（実施例２）本発明によるインクジェット
記録装置の第２の実施例を図５〜図７により説明する。

【００２１】５は本発明の第２の実施例としてのインク
ジェット記録ヘッドの斜視図である。図６は図５に示し
たインクジェット記録ヘッドの分解斜視図である。同図
に示すように複数のオリフィス２７が所定の間隔でオリ
フィスプレート３１に形成されている。オリフィスプレ
ート３１は感光性ガラスやシリコーンから成りエッチン
グ等によって加工される事によって形成される。インク
流路プレート３５は感光性ガラスから成りエッチング加
工される事によって形成される。振動板２３は、ステン
レス又は感光性ガラスから成りエッチング等によって加
工される事により形成される。弾性体３４は、ヤング率
の低いシリコーン，ウレタン樹脂等から成り振動板上に
スピンコート，スクリーン印刷、ディスペンサー等を用
いる事によって形成する。ベースブロック３２は樹脂又
は金属材料の成形によって形成する圧電素子ブロック２
４はジルコン酸チタン酸鉛から成り、セラミックス又
は、ガラスから成る固定台３３に接着後ダイシングソ
ー，ワイヤーソー等の機械加工によってクシ歯状に加工
され、各チャンネルに対応した駆動部分が形成される。
オリフィスプレート３１とインク流路プレート３５間、
振動板２３とベースブロック３２間、ベースブロック３
２と固定台３３間、圧電素子ブロック２４と振動板２３
間はヤング率の高い高剛性のエポキシ接着剤等によって
接着される。インク流路プレート３５と振動板２３間は
振動板上に配置されたヤング率の低いゴム弾性体３４に
よって接着される。

【００２２】図７（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は駆動時の状態を
示した断面図並びに側面図であり、（Ａ）は電圧未印加
時、（Ｂ）は電圧印加時、（Ｃ）は（Ｂ）の側面図を表
す。圧電素子の上下に配置された電極間２８，２９に電
圧を印加する事によって圧電素子は圧電横効果により矢
印方向に縮む。これによって圧電素子に接合された振動
板も同時に変位する事によって弾性体が引張応力を受け
変形する（図７（Ｂ）（Ｃ））。この状態で圧力室２５
容積が増大しインク供給口３０よりインクが導入され
る。次に電圧印加を中断する事によって電圧未印加時の
状態（図７（Ａ））に戻り、この時の圧力室容積の変化
に伴ないオリフィス孔２７よりインクが吐出され、記録
情報に応じた印字が行なわれる。本図では単層の圧電素
子によって説明を行なったが、振動板に対して垂直方向
に積層した圧電素子を用いる事は容易に可能である。

【００２３】（実施例３）本発明のインクジェット記録
装置の第３の実施例を図９により説明する。

【００２４】この実施例は振動板の各チャンネル間を分
離する事によって隣接チャンネル駆動時の振動板を介し
ての本チャンネルへの影響（クロストーク）がなくなる
為、インク飛翔時の状態が安定化し、高品位記録を可能
とならしめるものである。すなわち図９（Ａ）（Ｂ）に
示すように振動板をオリフィス（インク吐出口）毎に完
全分離するが、図９（Ｃ）（Ｄ）に示すように一端を連
続させたのみで他端のみ分離するか、図９（Ｅ）（Ｆ）
のように両端部を連続させて、中央部のみを分離する
か、の３通りが挙げられる。尚、（Ｃ）（Ｄ），（Ｅ）
（Ｆ）の場合には各チャンネル毎に振動板を接着する必
要がない。さらに、この発明により、各チャンネル間で
振動板を分離する構造とした為、隣接チャンネル駆動に
よる本チャンネルへの影響（クロストーク）がなくなる
為、インク飛翔時の粒子化が安定し高品位印字が可能と
なる。又、振動板の一端もしくは両端を共通とした構造
によってチャンネル毎に振動板を貼り付ける必要もなく
製造工程が従来と同様に実施可能となる。

【００２５】なお、以下に本発明と従来例との圧電素子
の圧力室に対する影響力の違い（圧電素子の変化状態の
違い）について、図３，図７，図１２，図１４を用いて
詳細に説明する。

【００２６】従来の方式では図１２に示すように、全周
固定はりの中央部分に圧電素子によって等分布荷重を受
ける方式であり、はり形状を円柱状として考えた場合
（図１４（Ａ））、中心における最大たわみ量δ_MAXは
次式で表される。

【００２７】 δ_MAX＝３(ｍ−１)(７ｍ＋３)ＰＲ²／１６πＥ₁ｍ²ｔ₁ ³ δ_MAX：最大たわみ量ｔ₁：板厚Ｐ：総荷重
Ｒ：半径Ｅ₁：はりのヤング率１／ｍ：ポアソン比次に本発明では図３，図７に示すように、弾性体に圧電
素子により、圧縮または引張応力を与え、これに歪みを
発生させる方式であり、円柱状はりの全周を弾性体によ
って支持された形状として考えた場合（図１４
（Ｂ））、この歪み量δは次式で表される。

【００２８】δ＝Ｐｔ₂／ＳＥ₂ δ：歪み量Ｓ：荷重を受ける弾性体面積Ｐ：総荷重Ｅ₂：弾性体のヤング率伝達効率の差は圧電素子が発生する総荷重が一定である
ためδ／δ_MAXで表され、各々に代表的な数値を代入す
ると、Ｅ₁＝２×１０⁴（ｋｇｆ／ｍｍ²）ｔ₁＝０．１ｍｍ
Ｒ＝０．１ｍｍＥ₂＝１（ｋｇｆ／ｍｍ²）ｔ₂＝０．００１ｍｍＳ
＝１２．５^-3πｍｍ² １／ｍ＝０．３より、δ／δ_MAX＝１５００となり、本発明は従来方式に比べ１５００倍程度の高効
率が達成できる。

【００２９】

【発明の効果】請求項１記載のインクジェット記録装置
によれば、圧力室壁と振動板の間に弾性体を配置し、圧
電素子の発生エネルギーをこの弾性体が変形する事によ
って圧力室へ伝達し、インクを吐出する構成とした為、
従来のタイプの様に振動板を撓ませる為に生じたエネル
ギーロスがなくエネルギー伝達効率の良いヘッドを得る
事が可能となり、低電圧駆動が可能となる。又、振動板
を撓ませる必要がない為、その厚さを十分にとる事が可
能となった為、生産時の必要強度を得られ、破損変形等
による不良を無くし歩留まりを向上する事が可能となり
生産の容易化，コストダウンが図れる。又、本構成によ
って振動板可撓部がなくなった為、圧電素子を必ずしも
振動板中心部に高精度に位置決め接着する必要がない為
この管理を簡素化出来る。又、従来タイプの様に圧電素
子の接着位置がインク飛翔時の特性に影響を与えない
為、高品位印字が可能となった。

【００３０】又、振動板の厚さがエネルギー伝達時の効
率には影響しない為、その厚さの精度管理が簡素化され
るので、ラッピング等の加工の必要がなくなり低コスト
化が可能となる。更に、圧電素子−振動板間の接着剤は
み出しの管理が不要となりその塗布方法、塗布量の管理
等を簡素化出来、製造の容易化が可能となる。

【００３１】請求項２記載のインクジェット記録装置に
よれば、圧電素子の巾を圧力室巾以上とする事が可能と
なった為、従来のタイプに比べ発生エネルギーを大きく
する事が出来るので低電圧駆動が可能となり従来の約１
／２の電圧で駆動可能となる。又、本発明によれば圧電
素子の巾を圧力室巾以上とする事によってノズルの高集
積化が可能となり従来の約２倍の高密度実装が実現可能
となる。

【００３２】請求項３によれば、従来は高ヤング率の接
着剤を用いていたのに対し低ヤング率の弾性体を接着剤
の機能を兼ねて配置した為、従来の塗布方法であっても
弾性体の接着剤のはみ出しが、振動板変位、しいてはこ
れによるインク飛翔の特性に影響を与える事はない為、
塗布量の管理、塗布方法の簡素化が可能となる。又、本
発明の構成では、弾性体を用いた為、振動板全面にこれ
を塗布してもインク飛翔特性に影響はなく、全面塗布を
実施する事によって高精度塗布工程を必要としなくなっ
た為、生産の容易化が可能となる。又、振動板に弾性体
を塗布するのではなく１枚のシート状の弾性接着シート
を用いる事によって更に生産が容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェット記録装置のヘッド部の
外観斜視図である。

【図２】本発明のインクジェット記録装置のヘッド部の
分解斜視図である。

【図３】（Ａ）本発明のインクジェット記録装置の駆
動状態（電圧未印加時）を表す図である。（Ｂ）本発明のインクジェット記録装置の駆動状態
（電圧印加時）を表す図である。

【図４】本発明のインクジェット記録装置の寸法関係図
である。

【図５】本発明の他の実施例を表すヘッド部の外観斜視
図である。

【図６】本発明の他の実施例を表すヘッド部の分解斜視
図である。

【図７】（Ａ）本発明の他の実施例での駆動状態（電
圧未印加時）を表す図である。（Ｂ）本発明の他の実施例での駆動状態（電圧印加
時）を表す図である。（Ｃ）（Ｂ）における側面図である。

【図８】（Ａ）本発明のインクジェット記録装置の弾
性体配置図である（必要箇所のみ配置）（Ｂ）本発明のインクジェット記録装置の弾性体配置
図である（振動板全面配置）。（Ｃ）本発明のインクジェット記録装置の弾性体配置
図である（シールド弾性体）。

【図９】（Ａ）本発明におけるインクジェット記録装
置の振動板形状図である（チャンネル個別タイプ）。（Ｂ）（Ａ）における側面図である。（Ｃ）本発明におけるインクジェット記録装置の振動
板形状図である（１端共通タイプ）。（Ｄ）（Ｃ）における側面図である。（Ｅ）本発明におけるインクジェット記録装置の振動
板形状図である（両端共通タイプ）。（Ｆ）（Ｅ）における側面図である。

【図１０】従来例のインクジェット記録装置の外観斜視
図である。

【図１１】従来例のインクジェット記録装置の分解斜視
図である。

【図１２】（Ａ）従来例のインクジェット記録装置の
駆動状態（電圧未印加時）を表す図である。（Ｂ）従来例のインクジェット記録装置の駆動状態
（電圧印加時）を表す図である。

【図１３】従来例のインクジェット記録装置の寸法関係
図である。

【図１４】（Ａ）従来例のインクジェット記録装置の圧
電素子周辺の図である。（Ｂ）本発明のインクジェット記録装置の圧電素子周辺
の図である。

【符号の説明】

１オリフィスプレート２インク流路プレート３振動板４圧電素子ユニット５圧力室６隔壁７オリフィス（インク吐出部）８電極９電極１０ノズルユニット（ヘッド部）２３振動板２４圧電素子ブロック２５圧力室２６隔壁２７オリフィス２８電極２９電極３０インク供給口３１オリフィスプレート３２ベースブロック３３固定台３４弾性体３５インク流路プレート５０弾性体１００ノズルユニット１０１オリフィスプレート１０２インク流路プレート１０３振動板１０４圧電素子ユニット１０５圧力室１０６隔壁１０７オリフィス（インク吐出部）１０８電極１０９電極１１１接着剤１１２接着剤ａ₁ 振動板可撓部寸法ａ₂ 振動板可撓部寸法ａ₃ 圧電素子巾ａ₄ 圧力室巾ａ₅ ノズルピッチａ₆ 振動板厚さｂ₁ 圧力室巾ｂ₂ 圧電素子巾ｂ₃ ノズルピッチ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インクを飛翔させて記録媒体上に画像を
形成するインクジェット吐出部に連設される圧力室を構
成する隔壁と前記圧力室に圧電素子による押圧を伝達さ
せる振動板との間に弾性体を配置することを特徴とする
インクジェット記録装置。
【請求項２】インク吐出方向と垂直な断面において、
前記圧電素子の巾を対向する圧力室の巾以上とすること
を特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装置。
【請求項３】前記弾性体を前記振動板全面に配置する
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。