JPH08108533A

JPH08108533A - インクジェットヘッド、その使用方法およびその製造方法

Info

Publication number: JPH08108533A
Application number: JP6242955A
Authority: JP
Inventors: Shingo Abe; 新吾阿部; Kenji Ota; 賢司太田; Tetsuya Inui; 哲也乾; Koji Matoba; 宏次的場; Susumu Hirata; 進平田; Yorishige Ishii; ▲頼▼成石井
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1994-10-06
Filing date: 1994-10-06
Publication date: 1996-04-30
Also published as: US5757401A

Abstract

(57)【要約】【目的】より大きな吐出力を実現できるインクジェッ
トヘッドを提供する。【構成】ノズルオリフィス１１ａを有するノズルプレ
ート１１との間に中空空間９ａを有するように筐体７が
ノズルプレート１１に取付けられている。中空空間９ａ
内に３個の座屈構造体１ａ₁、１ａ₂、１ｂが配置され
ている。座屈構造体１ａ₁、１ａ₂、１ｂの各々は、中
央部が変位可能なように両端部が取付部材５を介して筐
体７に取付固定されている。座屈構造体１ａ₁、１
ａ₂、１ｂの内部に圧縮応力を与え、その圧縮応力によ
って座屈構造体を座屈させ、中央部を変位させることが
できる電源１３ａ、１３ｂが設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクジェットヘッ
ド、その使用方法およびその製造方法に関するものであ
る。より特定的には、内部に満たされたインク液に圧力
を加え、内部から外部へインク液を吐出させるインクジ
ェットヘッド、その使用方法およびその製造方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、記録液を吐出、飛翔させて記
録を行なうインクジェット法が知られている。この方法
は、低騒音で比較的高速印字が可能であること、装置の
小型化やカラー記録が容易であることなど数々の利点を
有している。このようなインクジェットヘッド記録方法
では、種々の液滴吐出原理に基づくインクジェット記録
ヘッドを用いて記録が行なわれている。

【０００３】インクジェットヘッドの形式としては従来
よりいくつかの方式が用いられてきた。たとえば圧電素
子を用いたものやバブルジェット方式のものがある。

【０００４】図２７は、圧電素子を用いた従来のインク
ジェットヘッドの構成を概略的に示す主要断面図であ
る。図２７を参照して、このインクジェットヘッド３２
０は、容器３０５と、積層型の圧電素子３０４とを有し
ている。

【０００５】この容器３０５は、空間３０５ａと、ノズ
ルオリフィス３０５ｂと、インク供給口３０５ｄとを有
している。空間３０５ａは容器３０５の内部に設けら
れ、インク８０を満たすことができる。またこの空間３
０５ａには、インク供給口３０５ｄよりインク８０が供
給可能である。また容器３０５の壁部にはノズルオリフ
ィス３０５ｂが、空間３０５ａを容器３０５の外部空間
と通じさせるように設けられている。

【０００６】積層型の圧電素子３０４は、空間３０５ａ
の内部に設けられており、複数個の圧電素子３０１と、
１対の電極３０３とを有している。複数個の圧電素子３
０１は積層されており、この各圧電素子３０１間に挟ま
れるように１対の電極３０３が交互に配置されている。
これにより、各圧電素子３０１に効果的に電圧が印加さ
れるように構成されている。また１対の電極３０３に
は、電源３０７が接続されており、スイッチのＯＮ・Ｏ
ＦＦの切換えにより電圧印加の切換えが行なわれる。

【０００７】このインクジェットヘッド３２０の動作に
おいては、まずスイッチがＯＮされることにより１対の
電極３０３に電圧が印加される。これにより、各圧電素
子３０１が長手方向（矢印Ａ₁方向）に延び、インク８
０にたとえば矢印Ａ₂、Ａ₃方向に圧力がかけられる。
特にこの矢印Ａ₂方向への圧力によりインク８０がノズ
ルオリフィス３０５ｂより外部へ吐出し、インク液８０
ａが形成される。この吐出もしくは噴出されたインク液
８０ａにより、プリント面への印字が行なわれる。

【０００８】図２８は、バブルジェット方式のインクジ
ェットヘッドの構成を概略的に示す分解斜視図である。
図２８を参照して、このインクジェットヘッド４２０
は、ヒータ部４０４と、ノズル部４０５とを有してい
る。

【０００９】ヒータ部４０４は、ヒータ４０１と、電極
４０３と、基板４１１とを有している。すなわち、基板
４１１の表面上には電極４０３とこの電極４０３に接続
されたヒータ４０１とが形成されている。

【００１０】ノズル部４０５は、ノズル４０５ａと、ノ
ズルオリフィス４０５ｂと、インク供給口４０５ｃとを
有している。ノズル４０５ａは、ヒータ４０１に対応し
て複数個設けられており、各ノズル４０５ａに対応して
ノズルオリフィス４０５ｂが設けられている。また各ノ
ズル４０５ａにインクを供給するためにインク供給口４
０５ｃが設けられている。

【００１１】このバブルジェット方式のインクジェット
ヘッドの動作原理は以下のとおりである。

【００１２】図２９（ａ）〜（ｅ）は、バブルジェット
方式のインクジェットヘッドの液滴形成過程を工程順に
示すノズルの概略断面図である。

【００１３】まず図２９（ａ）を参照して、電極（図示
せず）に通電させることによりヒータ４０１に電流が流
される。これによりヒータ４０１が急激に加熱され、ヒ
ータ４０１面上に核気泡３１ａが発生する。

【００１４】図２９（ｂ）を参照して、ヒータ４０１が
急激に加熱されるため、予め存在する発泡核が活性化す
る前に、インク３０が加熱限界に達する。これにより、
ヒータ４０１面上の核気泡３１ａが合体して膜気泡（バ
ブル）３１ｂが得られる。

【００１５】図２９（ｃ）を参照して、さらにヒータ４
０１を加熱することにより、膜気泡３１ｂが断熱膨張
し、成長する。この膜気泡３１ｂの成長した体積分だけ
インク３０が圧力を受ける。この圧力により、インク３
０はオリフィス４０５ｂ外へ押出される。膜気泡３１ｂ
が最大になる時点ではヒータ４０１の加熱は停止されて
いる。

【００１６】図２９（ｄ）を参照して、ヒータ４０１の
加熱が停止されることにより、膜気泡３１ｂは周囲のイ
ンク３０に熱を吸収される。これにより、膜気泡３１ｂ
の体積が収縮し、インク３０はノズル４０５ａ内に吸引
される。このインク３０の吸引によりオリフィス４０５
ｂ外へ押出されたインク３０ａはインク滴を形成しよう
とする。

【００１７】図２９（ｅ）を参照して、さらに膜気泡３
１ｂの体積が収縮もしくは膜気泡３１ｂが消滅すること
により、インク滴３０ａが形成される。このインク滴３
０ａの吐出もしくは噴出により、プリント面に印字が行
なわれる。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来技術には以下の問題点があった。

【００１９】まず図２７に示すインクジェットヘッ
ド３２０では、圧電素子３０１の変形量を大きくするに
は、各圧電素子３０１を大きな膜厚で形成しなければな
らない。このため、圧電素子３０１を薄膜形成法で形成
できず、圧電素子を機械的に加工してヘッドが形成され
る。ゆえに、圧電素子３０４の寸法が大きくなり、それ
を収容するインク室３０５ａの寸法も大きくなる。結果
として、ノズル３０５ｂを集積化したマルチノズルヘッ
ドにおいて、インクを吐出させるノズル３０５ｂの間隔
を小さくできないという問題点があった。

【００２０】図２８に示すバブルジェット方式のイ
ンクジェットヘッド４２０では、図２９（ａ）〜（ｃ）
に示すプロセスで、きれいな気泡３１ｂを得るため膜沸
騰現象を生じさせる必要がある。このためには、ヒータ
４０１を急激に加熱する必要がある。具体的にはインク
３０を約３００℃にまで加熱しなければならないため、
ヒータ４０１は１０００℃前後にまで加熱される。ま
た、高速印字を実現させるため、ヒータ４０１には短時
間で加熱と冷却とが繰り返されなければならない。

【００２１】このように高温への加熱と冷却とが繰り返
された場合、たとえ耐熱性に優れた材料をヒータ４０１
に用いても、ヒータ４０１に熱疲労が生じてしまう。こ
のようにバブルジェット方式のインクジェットヘッド４
２０では、ヒータ４０１が劣化しやすく、インクジェッ
トヘッドの寿命が短くなるという問題点があった。

【００２２】以上の、より、本発明の一の目的は、
小さな寸法を維持したまま大きな吐出力を得ることがで
きる寿命の長いインクジェットヘッドおよびその製造方
法を提供することである。

【００２３】本発明の他の目的は、適切なインク液の吐
出を実現でき、正確な印字を行なうことである。

【００２４】本発明のさらに他の目的は、より大きな吐
出力を実現できるようにインクジェットヘッドを使用す
る方法を提供することである。

【００２５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載のインク
ジェットヘッドは、内部に満たされたインク液に圧力を
加え、内部から外部へインク液を吐出させるインクジェ
ットヘッドであって、ノズルプレートと、基板と、座屈
構造体と、圧縮手段とを備えている。ノズルプレートは
ノズルオリフィスを有している。基板は、ノズルプレー
トとの間にノズルオリフィスに連通する空間を有するよ
うにノズルプレートに取付けられている。座屈構造体
は、複数個設けられており、ノズルプレートと基板との
間の空間内に配置されている。この座屈構造体の各々
は、両端部とのその両端部に挟まれる中央部とを有し、
その中央部が変位可能なように両端部が基板に支持され
ている。圧縮手段は、座屈構造体の内部に圧縮応力を与
え、その圧縮応力によって座屈構造体を座屈させ、その
中央部を変位させることができる。

【００２６】請求項２に記載のインクジェットヘッドで
は、ノズルプレートは複数個のノズルオリフィスを有
し、ノズルプレートと基板との間の空間は、ノズルオリ
フィスの各１つに対応して複数個設けられている。複数
個の空間は互いに区切られている。この空間の各１つご
とに複数個の座屈構造体が配置されている。

【００２７】請求項３に記載のインクジェットヘッドで
は、複数個の座屈構造体には、互いに所定の距離を隔て
て分離された第１および第２の座屈構造体が含まれてい
る。第１および第２の座屈構造体にそれぞれ異なるタイ
ミングで圧縮応力を与えるように制御するタイミング回
路がさらに備えられている。

【００２８】請求項４に記載のインクジェットヘッドで
は、複数個の座屈構造体には、長手方向に延びる１つの
プレート部材に形成された第１および第２の座屈構造体
が含まれている。第１の座屈構造体の両端部は長手方向
に沿って配置されており、第２の座屈構造体の両端部も
長手方向に沿って配置されている。第１の座屈構造体の
中央部は、第２の座屈構造体の中央部よりもノズルオリ
フィスの近くに位置している。第１の座屈構造体の長手
方向の長さは第２の座屈構造体の長手方向の長さよりも
小さい。

【００２９】請求項５に記載のインクジェットヘッドで
は、複数個の座屈構造体は、座屈構造体の一方端部から
他方端部へ延びる長手方向に沿って配置されている。

【００３０】請求項６に記載のインクジェットヘッドで
は、複数個の座屈構造体は、座屈構造体の一方端部から
他方端部へ延びる方向と交差する短手方向に沿って配置
されている。

【００３１】請求項７に記載のインクジェットヘッドの
使用方法は、内部に満たされたインク液に圧力を加え、
内部から外部へインク液を吐出させるインクジェットヘ
ッドの使用方法であって、そのインクジェットヘッドは
ノズルプレートと、基板と、座屈構造体と、圧縮手段と
を備えている。ノズルプレートはノズルオリフィスを有
している。基板は、ノズルプレートとの間にノズルオリ
フィスに連通する空間を有するようにノズルプレートに
取付けられている。座屈構造体は複数個設けられてお
り、ノズルプレートと基板との間の空間内に配置されて
いる。また座屈構造体の各々は両端部とその両端部に挟
まれる中央部とを有し、中央部が変位可能なように両端
部が基板に支持されている。圧縮手段は、座屈構造体の
内部に圧縮応力を与え、その圧縮応力によって座屈構造
体を座屈させ、中央部を変位させることができる。この
複数個の座屈構造体は、ノズルオリフィスの遠くに位置
する座屈構造体から近くに位置する座屈構造体へと順
次、座屈させられる。

【００３２】請求項８に記載のインクジェットヘッドの
製造方法は、内部に満たされたインク液に圧力を加え、
内部から外部へインク液を吐出させるインクジェットヘ
ッドの製造方法であって、以下の工程を備えている。

【００３３】まず主表面を有する基板が準備される。そ
して中央部が変位可能なように中央部を挟む両端部が基
板の主表面に支持されるように座屈構造体が複数個形成
される。そしてノズルオリフィスを有するノズルプレー
トが準備される。そしてノズルプレートと基板の主表面
との間にノズルオリフィスに連通する空間を有するよう
に、かつ空間内に複数個の座屈構造体が配置されるよう
にノズルプレートが基板に接合される。

【００３４】

【作用】請求項１および２に記載されたインクジェット
ヘッドでは、１つのノズルオリフィスに対して複数個の
座屈構造体が設けられている。このため、各座屈構造体
の座屈動作のタイミングを制御してやることにより、イ
ンク液に与える圧力を効率よくノズルオリフィスに集中
させることができる。したがって、大きな吐出力を実現
することができる。

【００３５】またこのインクジェットヘッドでは、座屈
構造体はその平面方向に圧縮力を与えられて座屈する。
この座屈により、座屈構造体の平面方向の変位量が厚み
方向の変位量に変換される。また座屈による変形では、
その平面方向の変位量が小さくとも、その小さな変位量
を厚み方向の大きな変位量に変換することができる。こ
のため、座屈構造体の寸法を大きくすることなく、大き
な変位量を得ることが可能となり、それにより大きな吐
出力が得られる。また座屈構造体を座屈させるために
は、座屈構造体をその平面方向の両端部で固定すればよ
く、その構造は非常に簡単である。したがって、大きな
吐出力を実現できるとともに、簡易な構成であるため寸
法の縮小化を図ることが容易である。

【００３６】また、たとえば加熱により座屈させる場
合、座屈構造体を加熱する必要がある。しかしこの場
合、インク自体を気化させる温度にまで座屈構造体を加
熱する必要はない。すなわち、材料の熱膨張係数に応じ
た温度にまで加熱すれば足りる。このため、座屈構造体
をバブルジェット方式のインクジェットヘッドのヒータ
のように高温にまで加熱する必要はない。ゆえに、その
ような高温度の加熱と冷却とを繰り返すことによる熱疲
労は生じ難くなり、座屈構造体の劣化は少なく、比較的
その寿命は長くなる。また、必要な熱量も小さくてよい
ため消費電力が少なくて済む。

【００３７】請求項３に記載のインクジェットヘッドで
は、第１および第２の座屈構造体は互いに分離して設け
られ、かつタイミング回路によって別個に制御される。
このため、各座屈構造体の位相差や変形量の設定に対し
て自由度が大きい。ゆえに、座屈構造体からインクに与
える圧力をより一層効率よくノズルオリフィスに集中さ
せることも可能である。

【００３８】請求項４に記載のインクジェットヘッドで
は、第１および第２の座屈構造体が１つのプレート部材
に形成されている。このため、第１および第２の座屈構
造体を１つの圧縮手段によって制御することができる。
よって、インクジェットヘッドの構造を単純にすること
ができ、マルチノズルヘッドにおいてノズルオリフィス
の高集積化が可能となる。

【００３９】また、第１および第２の座屈構造体は互い
に長さが異なる。このため、１つの圧縮手段で第１およ
び第２の座屈構造体が制御されても、第１および第２の
座屈構造体の座屈変形に位相差を与えることができる。
よって、単純な構成で、しかも座屈構造体からインクに
与える圧力を効率よくノズルオリフィスに集中させるこ
とができる。

【００４０】請求項５に記載のインクジェットヘッドで
は、複数個の座屈構造体が長手方向に沿って配置されて
いるため、座屈構造体を配置する空間の幅は、１つの座
屈構造体の幅より少し大きめに設定すれば足りる。この
ため、各空間をその幅方向に配置する場合、空間を密に
配置することが可能となり、各空間に連通するように設
けられるノズルオリフィス間の距離を小さくできる。し
たがって、ノズルオリフィスの高集積化が可能となる。

【００４１】請求項６に記載のインクジェットヘッドで
は、複数個の座屈構造体は短手方向に沿って配置されて
いるため、複数個の座屈構造体を長手方向に配置した場
合に比べて各座屈構造体の中央部を互いに接近させて配
置することが可能である。このため、長手方向に配置し
た場合に比べて各座屈構造体の中央部をノズルオリフィ
スの近くに配置でき、ノズルオリフィスに集中させる圧
力を大きくすることができる。

【００４２】請求項７に記載のインクジェットヘッドの
使用方法では、複数個の座屈構造体が、ノズルオリフィ
スの遠くに位置する座屈構造体から近くに位置する座屈
構造体へと順次座屈させられるように制御される。この
ため、座屈構造体によってインクに与えられる圧力は順
次ノズルオリフィス側へと集中させられるためノズルオ
リフィスにおけるインク圧を非常に大きくすることが可
能である。

【００４３】請求項８に記載のインクジェットヘッドの
製造方法では、請求項１に記載のインクジェットヘッド
を製造することが可能である。

【００４４】

【実施例】以下、本発明の実施例について図に基づいて
説明する。

【００４５】第１の実施例図１は、本発明の第１の実施例におけるインクジェット
ヘッドの構成を概略的に示す主要断面図である。図１を
参照して、インクジェットヘッド２０は、３個の座屈構
造体１ａ₁、１ａ₂、１ｂと、取付部材５と、筐体７
と、ノズルプレート１１と、２つの電源１３ａ、１３ｂ
と、タイミング回路１５とを備えている。

【００４６】ノズルプレート１１には、ノズルオリフィ
ス１１ａが形成されている。ノズルオリフィス１１ａの
断面形状はエクスポネンシャル関数の曲線に沿った形状
を有している。

【００４７】このノズルプレート１１に、筐体７が接合
されており、ノズルプレート１１と筐体７とにより中空
空間９ａが構成されている。この中空空間９ａにインク
を供給するインク供給口７ａが筐体７に設けられてい
る。中空空間９ａ内に３つの座屈構造体１ａ₁、１
ａ₂、１ｂが配置されている。

【００４８】３つの座屈構造体１ａ₁、１ａ₂、１ｂの
各々は、長手方向に延び、その長手方向の両端部が筐体
７に取付け部材５を介在して取付けられている。この取
付状態において、各座屈構造体１ａ₁、１ａ₂、１ｂの
長手方向の中央部が変位可能である。各座屈構造体１ａ
₁、１ａ₂、１ｂは、導電性を有し、かつ弾性変形を生
じる、たとえば金属などの材料より形成されており、矩
形状を有している。各座屈構造体１ａ₁、１ａ₂、１ｂ
は、互いに所定の距離を隔てて分離されており、かつノ
ズルプレート１１に対面するように長手方向に沿って直
線上に配置されている。また座屈構造体１ａ₁、１ａ₂
は、その長手方向の寸法が同じとなるように設定されて
いる。

【００４９】座屈構造体１ａ₁、１ａ₂、１ｂの長手方
向の両端部は各々電極３ａ₁、３ａ ₂、３ｂになってい
る。座屈構造体１ａ₁の一方電極３ａ₁はスイッチＳＷ
１を介在して電源１３ａに接続されており、他方電極３
ａ₁は座屈構造体１ａ₂の一方電極３ａ₂に接続されて
いる。座屈構造体１ａ₂の他方電極３ａ₂は接地されて
いる。座屈構造体１ｂの一方電極３ｂはスイッチＳＷ２
を介在して電源１３ｂに接続されており、他方電極３ｂ
は接地されている。

【００５０】またスイッチＳＷ１、ＳＷ２の各々は、タ
イミング回路１５によりＯＮ・ＯＦＦ動作が行なわれ
る。またタイミング回路１５により、スイッチＳＷ１、
ＳＷ２の位相をずらしてＯＮ・ＯＦＦ動作を行なうこと
ができる。

【００５１】次に、本実施例のインクジェットヘッドの
動作について説明する。図２〜図４は、本発明の第１の
実施例におけるインクジェットヘッドの動作を工程順に
示す主要断面図である。また図５〜図８は、座屈構造体
に印加される電圧の各動作におけるタイムチャートであ
る。

【００５２】まず図１と図５とを参照して、まずスイッ
チＳＷ１、ＳＷ２がＯＦＦ状態にされている。この状態
で、インク供給口７ａから中空空間９ａ内にインク３０
が満たされる。これにより、各座屈構造体１ａ₁、１ａ
₂、１ｂはインク３０中に浸された状態となる。

【００５３】なお、この状態においては、タイミング回
路１５によってスイッチＳＷ１、ＳＷ２がともにＯＦＦ
状態となっているため、各座屈構造体１ａ₁、１ａ₂、
１ｂの各電極３ａ₁、３ａ₂、３ｂには電圧は印加され
ていない。それゆえ、各座屈構造体１ａ₁、１ａ₂、１
ｂは座屈変形を起こしていない。この状態が、図５に示
すタイムチャートの時刻ｔ₁まで維持される。

【００５４】図２と図６とを参照して、時刻ｔ₁に達し
た時点で、タイミング回路１５によりスイッチＳＷ１の
みがＯＮ状態とされる。これにより、座屈構造体１
ａ₁、１ａ₂の各電極３ａ₁、３ａ₂に電圧が印加さ
れ、座屈構造体１ａ₁、１ａ₂に電流が流れる。座屈構
造体１ａ₁、１ａ₂は抵抗発熱より加熱され、熱膨張を
起そうとする。

【００５５】しかしながら、座屈構造体１ａ₁、１ａ₂
の長手方向の両端部は取付部材５によって固定されてい
るため、座屈構造体１ａ₁、１ａ₂は膨張変形すること
ができない。このため、座屈構造体１ａ₁、１ａ₂に
は、長手方向の両端部から中央部へ向かう方向に圧縮力
Ｆ（図１）が与えられ、蓄積される。この圧縮力Ｆが座
屈構造体１ａ₁、１ａ₂の座屈荷重を超えると、座屈構
造体１ａ₁、１ａ₂は座屈変形を起こす。つまり、座屈
構造体１ａ₁、１ａ₂の各中央部がノズルプレート１１
側へ座屈により変位する。この座屈構造体１ａ₁、１ａ
₂の座屈変形により、インク３０には、矢印Ｐ₁方向に
圧力が与えられる。

【００５６】図３と図７とを参照して、時刻ｔ₂に達す
ると、タイミング回路１５によりさらにスイッチＳＷ２
がＯＮ状態とされる。これにより、座屈構造体１ｂの電
極３ｂに電圧が印加され、前述の座屈構造体１ａ₁、１
ａ₂と同様に、座屈構造体１ｂは座屈変形を起こす。こ
の座屈変形により、座屈構造体１ｂの中央部はノズルプ
レート１１側へ座屈により変位し、インク３０に矢印Ｐ
₂方向の圧力が加えられる。

【００５７】すなわち、座屈構造体１ａ₁、１ａ₂によ
りインク３０は矢印Ｐ₁方向へ圧力を受けた後、座屈構
造体１ｂにより矢印Ｐ₂方向へ圧力を受けることによっ
て、インク３０の圧力はノズルオリフィス１１ａに集中
する。これにより、ノズルオリフィス１１ａを通じてイ
ンクジェットヘッド２０の外部にインク滴３０ａが形成
され、吐出する。

【００５８】図４と図８とを参照して、時刻ｔ₃に達す
ると、タイミング回路１５によりスイッチＳＷ１、ＳＷ
２がＯＦＦ状態とされる。これにより、各座屈構造体１
ａ₁、１ａ₂、１ｂの各電極３ａ₁、３ａ₂、３ｂに印
加されていた電圧が解除される。このため、座屈構造体
１ａ₁、１ａ₂、１ｂに電流が流れなくなり、座屈変形
を起こしていた座屈構造体１ａ₁、１ａ₂、１ｂがもと
の状態へ復帰する。

【００５９】上記図１〜図４に示した動作を繰返すこと
により、インク滴３０ａが連続的に吐出される。この吐
出されたインク滴３０ａによってプリント面への印字が
なされる。

【００６０】なお、図５〜図８に示す時間ｔ₁、ｔ₂、
ｔ₃はたとえば、各々１０、１５、３０μｓｅｃに設定
される。

【００６１】本実施例のインクジェットヘッド２０で
は、各座屈構造体１ａ₁、１ａ₂、１ｂが、タイミング
回路１５により位相をずらして座屈するように制御され
る。特に、ノズルオリフィス１１ａから比較的遠くに位
置する座屈構造体１ａ₁、１ａ ₂が先に座屈させられ、
その後にノズルオリフィス１１ａから比較的近くに位置
する座屈構造体１ｂが座屈させられる。これによって、
インク３０に与える圧力を効率よくノズルオリフィス１
１ａに集中させることができる。したがって、大きな吐
出力を実現することができる。

【００６２】また本実施例のインクジェットヘッド２０
では、各座屈構造体１ａ₁、１ａ₂、１ｂが互いに分離
して設けられ、かつタイミング回路１５によって別個に
制御される。このため、各座屈構造体１ａ₁、１ａ₂、
１ｂの位相差や変形量の制御においてその自由度が非常
に大きい。ゆえに、ノズルオリフィス１１ａにインク圧
力を集中できるように適切な位相差や変形量を設定して
各座屈構造体１ａ₁、１ａ₂、１ｂを駆動させることが
できる。したがって、座屈構造体１ａ₁、１ａ ₂、１ｂ
からインク３０に与える圧力をより一層効率よくノズル
オリフィス１１ａに集中させることが可能となる。

【００６３】また本実施例のインクジェットヘッド２０
では、図９に示すように各座屈構造体１ａ₁、１ａ₂、
１ｂが長手方向に沿って直線上に配置されている。ここ
で図９は、図１の矢印Ｂ方向から見たインクジェットの
平面図である。図９を参照して、各座屈構造体１ａ₁、
１ａ₂、１ｂが長手方向に沿って直線上に配置されてい
るため、座屈構造体を配置する中空空間９ａの幅Ｗ
₂は、１つの座屈構造体の幅Ｗ₁より少し大きめに設定
すれば足りる。

【００６４】このため、図１０の平面図に示すように複
数個の中空空間９ａをその幅方向に配置してマルチノズ
ルヘッドを形成する場合、中空空間９ａをその幅方向に
密に配置することが可能となる。よって、各ノズルオリ
フィス１１ａ間の距離Ｗ₃を小さくすることができる。
したがって、マルチノズルヘッドにおいてノズルオリフ
ィス１１ａの高集積化が可能となる。

【００６５】また本実施例のインクジェットヘッド２０
では、図１に示すように、各座屈構造体１ａ₁、１
ａ₂、１ｂが、ノズルプレート１１に対して対面するよ
うに配置されている。このため、座屈構造体１ａ₁、１
ａ₂、１ｂの座屈による圧力をより一層効率よくノズル
オリフィス１１ａに伝えることが可能となる。

【００６６】また、本実施例のインクジェットヘッド２
０では、座屈構造体１ａ₁、１ａ₂、１ｂの座屈により
インク滴を噴出させているため、以下に述べる効果を有
する。

【００６７】本実施例のインクジェットヘッド２０で
は、座屈構造体１ａ₁、１ａ₂、１ｂは、その長手方向
に圧縮力を与えられて座屈する。この座屈により、座屈
構造体１ａ₁、１ａ₂、１ｂの平面方向の変位量が厚み
方向の変位量に変換される。また座屈による変形では、
この長手方向の変位量が小さくとも、その小さな変位量
を厚み方向の大きな変位量に変換することができる。こ
のため、座屈構造体１ａ ₁、１ａ₂、１ｂの寸法を大き
くすることなく、大きな変位量を得ることが可能とな
り、それにより大きな吐出力が得られる。

【００６８】また、座屈構造体１ａ₁、１ａ₂、１ｂを
座屈させるためには、座屈構造体１ａ₁、１ａ₂、１ｂ
をその長手方向の両端部で固定すればよく、その構造は
非常に簡単である。この点からも、寸法を小さくするこ
とは容易である。したがって、寸法を小さく維持したま
ま大きな吐出力を得ることができる。

【００６９】また、たとえば加熱により座屈させる場
合、座屈構造体１ａ₁、１ａ₂、１ｂを加熱する必要が
あるが、インク自体を気化させる温度にまで加熱する必
要はない。すなわち、座屈構造体１ａ₁、１ａ₂、１ｂ
の材料の熱膨張係数に応じた温度にまで加熱すれば足
り、ゆえにインクジェットヘッドのヒータのように高温
にまで加熱する必要はない。このため、座屈構造体１ａ
₁、１ａ₂、１ｂの劣化は少なく、その寿命は比較的長
くなる。また必要な熱力も小さくてよいために消費電力
が少なくてすむ。

【００７０】なお、本実施例のインクジェットヘッド２
０では、各座屈構造体１ａ₁、１ａ ₂、１ｂを長手方向
に沿って配置したが、これに限られず、各座屈構造体を
短手方向に配置してもよい。以下、短手方向に配置した
インクジェットヘッドを第２の実施例として説明する。

【００７１】第２の実施例図１１は、本発明の第２の実施例におけるインクジェッ
トヘッドの構成を概略的に示す主要平面図である。図１
１を参照して、第１の実施例と同様、ノズルオリフィス
６１ａが形成されたノズルプレート６１と、筐体５７と
の間に中空空間５９ａが設けられている。この中空空間
５９ａ内に３つの座屈構造体５１ａ₁、５１ａ₂、５１
ｂが配置されている。この各座屈構造体５１ａ₁、５１
ａ₂、５１ｂは、座屈構造体の短手方向（幅方向）に沿
って配置されている。

【００７２】なお、各座屈構造体５１ａ₁、５１ａ₂、
５１ｂの各両端部は、各々電極５３ａ₁、５３ａ₂、５
３ｂとなっている。座屈構造体５１ａ₁、５１ａ₂の一
方電極５３ａ₁、５３ａ₂は相互に接続され、かつスイ
ッチＳＷ１を介して電源６３ｂに接続されている。また
座屈構造体５１ｂの一方電極５３ｂは、スイッチＳＷ２
を介して電源６３ａに接続されている。また座屈構造体
５１ａ、₁、５１ａ₂、５１ｂの各他方電極５３ａ₁、
５３ａ₂、５３ｂは、接地されている。

【００７３】そしてスイッチＳＷ１、ＳＷ２は、タイミ
ング回路６５によりＯＮ・ＯＦＦ状態を選択制御するこ
とができる。つまり、タイミング回路６５により、ノズ
ルオリフィス６１ａから比較的遠くに位置する座屈構造
体５１ａ₁、５１ａ₂が先に座屈され、次にノズルオリ
フィス６１ａの近くに位置する座屈構造体５１ｂが座屈
されるように制御される。

【００７４】なお、各座屈構造体５１ａ₁、５１ａ₂、
５１ｂは、導電性を有し、かつ弾性変形を生じる、たと
えば金属などの材料より形成されており、矩形状を有し
ている。

【００７５】なお、これ以外の構成については第１の実
施例とほぼ同様であるためその説明は省略する。

【００７６】本実施例のインクジェットヘッド７０で
は、各座屈構造体５１ａ₁、５１ａ₂、５１ｂがその短
手方向に沿って配置されているため、図９に示すように
各座屈構造体を長手方向に配置した場合に比べて、各座
屈構造体５１ａ₁、５１ａ₂、５１ｂの中央部を互いに
接近させて配置することができる。ゆえに、各座屈構造
体５１ａ₁、５１ａ₂、５１ｂの中央部をノズルオリフ
ィス６１ａの近くに配置でき、ノズルオリフィスに集中
させる圧力を第１の実施例より大きくすることができ
る。

【００７７】次に、マルチノズルヘッドの具体的構成お
よび製造方法を第３の実施例として説明する。

【００７８】第３の実施例図１２と図１３とは、本発明の第３の実施例におけるイ
ンクジェットヘッドの構成を概略的に示す分解斜視図と
平面図である。また図１４は、図１３のＸ−Ｘ線に沿う
概略断面図である。

【００７９】主に図１２を参照して、本実施例のインク
ジェットヘッド１２０は、ノズルプレート１１１と、ス
ペーサ１０９と、筐体１１０と、インクカバー１１７と
を有している。

【００８０】ノズルプレート１１１は、たとえば０．２
ｍｍ程度の厚みを有するガラス材で構成されている。こ
のノズルプレート１１１には、成型によって複数個のノ
ズルオリフィス１１１ａが形成されている。このノズル
オリフィス１１１ａは、その断面形状がエクスポネンシ
ャル関数の曲線に沿うように形成されている。

【００８１】スペーサ１０９は、たとえば１０〜５０μ
ｍの厚みを有するステンレス鋼板よりなっている。この
スペーサ１０９には、このスペーサ１０９を貫通し、圧
力室を構成する開口１０９ａが設けられている。この開
口１０９ａは、たとえば打抜き加工により形成される。

【００８２】筐体１１０は、基板１０７と、取付部材１
０５と、金属層１０１とを有している。基板１０７は、
たとえば面方位（１００）の単結晶シリコン基板により
構成されている。この基板１０７には、基板１０７を貫
通するテーパ状の凹部１０７ａが設けられている。また
基板１０７の一方表面上には、取付部材１０５を介在し
て金属層１０１が所望の形状にパターニングされて形成
されている。

【００８３】この金属層１０１は、座屈構造体１０１ａ
₁、１０１ａ₂、１０１ｂと、操作電極１０３ａ₁、１
０３ｂと、共通電極１０３ａ₂とを有している。

【００８４】特に図１３を参照して、座屈構造体１０１
ａ₁の一方端からは、外部電気手段との接続のために操
作電極１０３ａ₁が引出されている。また座屈構造体１
０１ａ₁の他方端は、所定の距離を隔てて座屈構造体１
０１ａ₂の一方端に接続されている。また座屈構造体１
０１ｂの一方端からは、外部電気手段との接続のために
操作電極１０３ｂが引出されている。座屈構造体１０１
ａ₂、１０１ｂの各他方端は互いに接続され、かつその
各他方端からは外部電気手段との接続のための共通電極
１０３ａ₂が引出されている。

【００８５】特に図１４を参照して、これら操作電極１
０３ａ₁、１０３ｂと、共通電極１０３ａ₂と、各座屈
構造体１０１ａ₁、１０１ａ₂、１０１ｂの各両端部と
は、取付部材１０５を介在して基板１０７に固接されて
いる。各座屈構造体１０１ａ ₁、１０１ａ₂、１０１ｂ
の中央部のみが変位可能なように基板１０７に固接され
ていない。

【００８６】特に図１３を参照して、操作電極１０３ａ
₁と共通電極１０３ａ₂との間にはスイッチＳＷ１のＯ
Ｎ・ＯＦＦ動作によって、電源１１３ａにより電位差が
与えられる構成となっている。また操作電極１０３ｂと
共通電極１０３ａ₂との間には、スイッチＳＷ２のＯＮ
・ＯＦＦ動作よって、電源１１３ｂにより電位差が与え
られる構成となっている。このスイッチＳＷ１、ＳＷ２
は、タイミング回路１１５により別個にＯＮ・ＯＦＦ動
作が可能なように制御される。

【００８７】特に図１２を参照して、インクカバー１１
７には、その表面に所定深さを有する凹部１１７ａが設
けられている。この凹部１１７ａは、インクカバー１１
７の一方側部に通じてインク供給路となるべき部分１１
７ｂを構成している。主に図１２と図１４とを参照し
て、上述したノズルプレート１１１は、スペーサ１０９
を介在して、たとえばエポキシ系接着剤（図示せず）に
よって筐体１１０に接合されている。この接合状態にお
いて、各ノズルオリフィス１１１ａの真下に各開口１０
９ａが位置する。また開口１０９の真下に座屈構造体１
０１ａ₁、１０１ａ₂、１０１_ｂが位置する。このよう
にノズルオリフィス１１１ａと座屈構造体１０１ａ₁、
１０１ａ₂、１０１_ｂとの間に開口１０９ａが位置する
ことにより、開口１０９ａは、座屈構造体１０１ａ₁、
１０１ａ₂、１０１_ｂがインクに圧力を加える空間、い
わゆる圧力室を構成する。

【００８８】筐体１１０には、たとえばエポキシ系接着
剤（図示せず）によってインクカバー１１７が固設され
ている。この固設状態において、筐体１１０に設けられ
たテーパ形状の凹部１０７ａとインクカバー１１７に設
けられた凹部１１７ａとによりインク室が構成される。
また、このインク室に連通して、外部のインク貯蔵槽
（図示せず）に通ずるようにインク供給路１１７ｂが構
成される。このインク供給路１１７ｂを通じてインク貯
蔵槽よりインク室へインクが供給される。このように各
部材が位置決めされて配置されることにより、インク室
と圧力室１０９ａとにより一続きの空間が構成される。
このインク室には、インク供給路１１７ｂを通じて外部
からインクを供給可能であり、圧力室１０９ａからはノ
ズルオリフィス１１１ａを通じて外部へインクを吐出可
能である。

【００８９】なお、本実施例においては、説明の簡略化
のため、２個のノズルオリフィス１１１ａを有するマル
チノズルヘッドについて示すが、本発明のインクジェッ
トヘッドにおいては、ノズルオリフィス１１１ａの個数
はこれに限定されるものではなく、任意に設計できるも
のである。

【００９０】次に、本実施例のインクジェットヘッドに
おいて、特に筐体１１０の製造方法について説明する。

【００９１】図１５〜図１９は、本発明の第３の実施例
におけるインクジェットヘッドの筐体の製造方法を工程
順に示す概略断面図である。まず図１５を参照して、面
方位（１００）の単結晶シリコンよりなる基板１０７が
準備される。この基板１０７の表裏両面に６〜８％のリ
ン（Ｐ）を含んだ酸化シリコン（ＳｉＯ₂）層１０５、
１０６（以下、ＰＳＧ（Phospho-Silicate Galss）とす
る）がＬＰＣＶＤ装置にて、たとえば２μｍの厚みで成
膜される。

【００９２】なお、説明の便宜上、基板１０７の図中上
側を表面とし、図中下側を裏面とする。

【００９３】図１６を参照して、基板１０７の表面上に
ニッケル（Ｎｉ）層１０１が、たとえば電解メッキによ
り６μｍの厚みで成膜される。このニッケル層１０１
に、通常の写真製版技術およびエッチング技術によりパ
ターニングが施される。

【００９４】図１７を参照して、このパターニングによ
り、ニッケル層に座屈構造体１０１ａ₁、１０１ａ₂、
１０１ｂとなるべき部分および操作電極と共通電極とな
るべき部分が形成される。

【００９５】この後、シリコン基板１０７の裏面上のＰ
ＳＧ層１０６が通常の写真製版技術およびエッチング技
術によりパターニングされる。

【００９６】図１８を参照して、パターニングされたＰ
ＳＧ層１０６をマスクとして、シリコン基板１０７の裏
面に異方性エッチングが施される。この異方性エッチン
グは、異方性エッチング液である水酸化カリウム（ＫＯ
Ｈ）により行なわれる。このエッチングによって、シリ
コン基板１０７を貫通するテーパ形状の凹部１０７ａが
形成される。

【００９７】この後、ＰＳＧ層１０６がエッチング除去
されるとともに、凹部１０７ａから露出するＰＳＧ層１
０５も除去される。これにより、図１９に示す所望の構
成を有する筐体１１０が得られる。

【００９８】本実施例のインクジェットヘッド１２０
は、第１の実施例と同様の効果を有する。

【００９９】第４の実施例図２０は、本発明の第４の実施例におけるインクジェッ
トヘッドの構成を概略的に示す主要断面図である。図２
０を参照して、本実施例のインクジェットヘッド５０
は、第１の実施例と比較して、特に座屈構造体の構成が
異なる。

【０１００】ノズルプレート１１と筐体７とにより構成
される中空空間９ａ内に３個の座屈構造体３１ａ₁、３
１ａ₂、３１ｂが、座屈構造体の長手方向に沿って配置
されている。また各座屈構造体３１ａ₁、３１ａ₂、３
１ｂは、１枚のプレート部材３１に形成されている。こ
のプレート部材３１は、導電性を有し、かつ弾性変形を
生じる、たとえば金属などの材料により形成されてお
り、矩形状を有している。

【０１０１】この１枚のプレート部材３１は、複数個の
取付部材５によって筐体７に取付固定されている。これ
により、座屈構造体３１ａ₁、３１ａ₂、３１ｂの長手
方向の各両端が取付部材５によって筐体７に取付固定さ
れている。つまり、座屈構造体３１ａ₁、３１ａ₂、３
１ｂの長手方向の中央部が変位可能なようにプレート部
材３１が取付部材５を介在して筐体７に取付固定されて
いる。

【０１０２】また座屈構造体３１ａ₁、３１ａ₂の長手
方向の長さは、座屈構造体３１ｂの長手方向の長さより
も長い。また座屈構造体３１ａ₁と３１ａ₂の長手方向
の長さは同じになるように設定されている。また座屈構
造体３１ｂは、座屈構造体３１ａ₁と３１ａ₂とに挟ま
れており、座屈構造体３１ａ₁、３１ａ₂よりノズルオ
リフィス１１ａの近くに位置している。

【０１０３】座屈構造体３１ａ₁の一方端部であって、
プレート部材３１の一方端部は電極３３ａ₁になってい
る。また座屈構造体３１ａ₂の一方端部であって、プレ
ート部材３１の他方端部は電極３３ａ₂となっている。
電極３３ａ₁はスイッチＳＷを介在して電源４３に接続
されている。また電極３３ａ₂は、接地されている。ま
たスイッチＳＷのＯＮ・ＯＦＦ動作により、電極３３ａ
₁と電源４３との接続・非接続を選択することができ
る。

【０１０４】次に、本実施例のインクジェットヘッドの
動作について説明する。図２１〜図２３は、本発明の第
４の実施例におけるインクジェットヘッドの動作を示す
概略断面図である。まず図２０を参照して、スイッチＳ
ＷがＯＦＦ状態であり、電極３３ａ₁は電源４３と非接
続の状態にある。この状態で、インク供給口７ａよりイ
ンク３０が中空空間９ａの内部に満たされる。これによ
り、座屈構造体３１ａ₁、３１ａ₂、３１ｂはインク３
０中に浸された状態となる。

【０１０５】図２１を参照して、スイッチＳＷがＯＮ状
態とされ、電極３３ａ₁と電源４３とが接続状態とされ
る。これにより、電極３３ａ₁に電圧が印加され、プレ
ート部材３１に電流が流れる。このとき、２個の座屈構
造体３１ａ₁、３１ａ₂は、座屈構造体３１ｂよりその
長手方向の長さが長いため、座屈構造体３１ｂより先に
座屈する。このことは、以下のように説明される。

【０１０６】座屈構造体が座屈変形を起こすときの温度
（座屈温度）ｔ_Cは、次式で与えられる。

【０１０７】

【数１】

【０１０８】ｈ：座屈構造体の厚み、α：座屈構造体の
線膨張係数、ｌ：座屈構造体の長さ上記の式より、座屈
構造体の長さｌが長い方が座屈温度ｔ_Cが低く、早いタ
イミングで座屈変形を起こす。

【０１０９】この２個の座屈構造体３１ａ₁、３１ａ₂
の座屈変形により、インク３２は、矢印Ｐ₁方向に圧力
が与えられる。

【０１１０】図２２を参照して、さらに電流を流し続け
ると、プレート部材３１の温度が上昇するため、座屈構
造体３１ｂが座屈変形を起こす。これにより、インク３
０には、座屈構造体３１ｂによりさらに矢印Ｐ₂方向へ
圧力が与えられる。この圧力Ｐ₁と圧力Ｐ₂とによりイ
ンク３０に与えられた圧力はノズルオリフィス１１ａに
集中する。この圧力により、ノズルオリフィス１１ａか
らインクジェットヘッド５０の外部へインク滴３０ａが
形成されて、吐出する。

【０１１１】図２３を参照して、スイッチＳＷがＯＦＦ
状態とされる。これにより、電極３３ａ₁に印加されて
いた電圧が解除される。これにより、プレート部材３１
に電流が流れなくなり、座屈変形を起していた３個の座
屈構造体３１ａ₁、３１ａ₂、３１ｂはもとの状態に復
帰する。

【０１１２】図２０〜図２３に示した動作を繰返すこと
により、インク滴３０ａが連続して吐出される。この吐
出されたインク滴３０ａによりプリント面に印字がなさ
れる。

【０１１３】本実施例のインクジェットヘッド５０で
は、３つの座屈構造体３１ａ₁、３１ａ₂、３１ｂが１
つのプレート部材に形成されている。このため、３つの
座屈構造体３１ａ₁、３１ａ₂、３１ｂを１つの電源４
３によって座屈させることができる。よって、タイミン
グ回路が不要になるため、インクジェットヘッド５０の
構造を単純化することが可能であり、マルチノズルヘッ
ドにおいてノズルオリフィスの高集積化が可能となる。

【０１１４】また、２個の座屈構造体３１ａ₁、３１ａ
₂が他の座屈構造体３１ｂよりも、その長手方向の長さ
が長くなるように設定されている。このため、１つの電
源４３で３つの座屈構造体を制御する場合でも、２個の
座屈構造体３１ａ₁、３１ａ ₂を他の座屈構造体３１ｂ
よりも先に座屈させることができる。すなわち、２個の
座屈構造体３１ａ₁、３１ａ₂と他の座屈構造体３１ｂ
との座屈変形に位相差を与えることができる。よって、
単純な構造で、しかも座屈構造体からインク３０に与え
る圧力を効率よくノズルオリフィス１１ａに集中させる
ことができる。

【０１１５】さらに、本実施例のインクジェットヘッド
５０でも、座屈によりインク滴を噴出させるため、第１
の実施例と同様、寸法を小さく維持したまま大きな吐出
力が得られ、かつ寿命が長く、消費電力が少なくてよ
い。

【０１１６】第５の実施例図２４は、第５の実施例におけるインクジェットヘッド
の構成を概略的に示す主要断面図である。また図２５
は、図２４のＹ−Ｙ線に沿う概略断面図である。

【０１１７】図２４と図２５とを参照して、本実施例の
インクジェットヘッド２２０は、２個の座屈構造体２０
１ａ、２０１ｂと、取付部材２０５と、筐体２０７と、
ノズルプレート２１１と、スイッチＳＷ１、ＳＷ２と、
電源２１３ａ、２１３ｂと、タイミング回路２１５とを
有している。

【０１１８】ノズルプレート２１１は、ノズルプレート
２１１を貫通するノズルオリフィス２１１ａを有してい
る。ノズルオリフィス２１１ａの断面形状は、エクスポ
ネンシャル関数の曲線に従う形状である。このノズルプ
レート２１１には、筐体２０７が接合されており、この
ノズルプレート２１１と筐体２０７とにより中空空間２
０９ａが構成されている。なお筐体２０７には、中空空
間２０９ａにインクを供給するためにインク供給口２０
５ａが設けられている。

【０１１９】中空空間２０９ａ内には、２つの座屈構造
体２０１ａ、２０１ｂが配置されている。つまり、２つ
の座屈構造体２０１ａ、２０１ｂの長手方向の各両端部
が、取付部材２０５によって筐体２０７に取付けられて
いる。各座屈構造体２０１ａ、２０１ｂの長手方向の中
央部は変位可能である。座屈構造体２０１ａの中央部
は、座屈構造体２０１ｂの中央部より、ノズルオリフィ
ス２１１ａから遠くに位置している。座屈構造体２０１
ａと座屈構造体２０１ｂとは、互いに所定の距離を隔て
て分離している。座屈構造体２０１ａ、２０１ｂは、導
電性を有し、かつ弾性変形を生じる、たとえば金属など
の材料により形成されており、矩形状を有している。

【０１２０】各座屈構造体２０１ａ、２０１ｂの各両端
部は、電極２０３ａ、２０３ｂとなっている。座屈構造
体２０１ａの一方電極２０３ａは、スイッチＳＷ１を介
在して電源２１３ａに接続されている。また座屈構造体
２０１ｂの一方電極２０３ｂは、スイッチＳＷ２を介在
して電源２１３ｂに接続されている。座屈構造体２０１
ａ、２０１ｂの他方電極２０３ａ、２０３ｂは、互いに
接地されている。スイッチＳＷ１、ＳＷ２は、タイミン
グ回路２１５によりＯＮ・ＯＦＦ動作を制御する。

【０１２１】本実施例のインクジェットヘッド２２０で
は、筐体２０７が、円筒形状を有している。また、ノズ
ルオリフィス２１１ａが、座屈構造体２０１ａ、２０１
ｂと対面する位置に設けられておらず、座屈構造体の長
手方向に交差する壁面に設けられている。

【０１２２】なお、本実施例のインクジェットヘッド２
２０の各部の寸法について、たとえば、座屈構造体２０
１ａの長手方向の長さＬ_aは６００μｍ、座屈構造体２
０１ｂの長手方向の長さＬ_bは４００μｍ、座屈構造体
２０１ａと座屈構造体２０１ｂとの間隔Ｌ_cは１００μ
ｍ、座屈構造体２０１ａの中央部と座屈構造体２０１ｂ
の中央部との距離Ｌ₁は６００μｍ、筐体２０７の厚み
Ｔは２５μｍ、筒形状の筐体２０７の内壁の直径Ｒはφ
２００μｍである。

【０１２３】次に、本実施例のインクジェットヘッドの
動作について説明する。図２４を参照して、スイッチＳ
Ｗ１、ＳＷ２がＯＦＦ状態とされ、この状態でインク供
給口２０５ａから中空空間２０９ａにインク３０が供給
され満たされる。これにより、２個の座屈構造体２０１
ａ、２０１ｂはインク３０に浸された状態となる。

【０１２４】この状態で、タイミング回路２１５により
まずスイッチＳＷ１がＯＮ状態とされる。これにより、
座屈構造体２０１ａの電極２０３ａと電源２１３ａとが
接続され、電極２０３ａに電圧が印加される。このた
め、座屈構造体２０１ａに電流が流れ、座屈構造体２０
１ａは座屈変形を起こす。

【０１２５】次にタイミング回路２１５によりスイッチ
ＳＷ２がＯＮ状態とされ、座屈構造体２０１ｂの電極２
０３ｂと電源２１３ｂとが接続される。これにより電極
２０３ｂに電圧が印加され、座屈構造体２０１ｂに電流
が流れ、座屈構造体２０１ｂも座屈変形を起こす。

【０１２６】このように、ノズルオリフィス２１１ａか
ら遠くに位置する座屈構造体から順次、近くに位置する
座屈構造体へと座屈変形を行なわしめることにより、イ
ンクに与える圧力をノズルオリフィス２１１ａに集中さ
せることができる。このインクに与えた圧力によって、
ノズルオリフィス２１１ａを通じてインクジェットヘッ
ド２２０の外部へインク滴が吐出・噴出される。

【０１２７】上記の動作を繰り返すことにより、インク
滴が連続して吐出され、このインク滴によりプリント面
への印字がなされる。

【０１２８】次に、上記のような各部の寸法を有する本
実施例のインクジェットヘッド２２０におけるタイミン
グ回路の位相について考察する。

【０１２９】まず「機械工学便覧Ａ５流体工学」，
ｐ．１２０，日本機械学会編，丸善より、インク中の圧
力波の伝播速度ｖは、ｖ＝４８０ｍ／ｓである。座屈構造体２０１ａの長手方向の中央部から座
屈構造体２０１ｂの長手方向の中央部まで圧力波が伝播
するのに要する時間ｔ₁は、ｔ₁＝Ｌ₁／ｖ＝１．２５μｓｅｃとなる。タイミングパルスのパルス幅ｔ₂が１０μｓｅ
ｃであるとすると、タイミング回路の位相ｔの範囲は、ｔ₁＞ｔ＞ｔ₂ すなわち、１．２５μｓｅｃ＞ｔ＞１
０μｓｅｃである。

【０１３０】本実施例のインクジェットヘッド２２０
は、上述した第１の実施例とほぼ同様の効果を有する。
すなわち、本実施例のインクジェットヘッド２２０で
は、１つのノズルオリフィスに対して２個の座屈構造体
２０１ａ、２０１ｂが設けられている。このため、各座
屈構造体２０１ａ、２０１ｂの座屈動作のタイミングを
制御してやることにより、インクに与える圧力を効率よ
くノズルオリフィスに集中させることができる。したが
って、大きな吐出力を実現することができる。

【０１３１】また本実施例のインクジェットヘッド２２
０では、２個の座屈構造体２０１ａ、２０１ｂが、座屈
構造体の長手方向に沿って配置されているため、座屈構
造体２０１ａ、２０１ｂを配置する空間の幅は１つの座
屈構造体の幅より少し大きめに設定すれば足りる。この
ため、中空空間２０９ａを座屈構造体の幅方向（短手方
向）に配置する場合、複数個の中空空間２０９ａを密に
配置することが可能となる。したがって、ノズルオリフ
ィスの高集積化が可能となる。

【０１３２】さらに、本実施例のインクジェットヘッド
２２０でも、座屈によりインク滴を噴出させるため、第
１の実施例と同様、寸法を小さく維持したまま大きな吐
出力が得られ、かつ寿命が長く消費電力が少なくてよ
い。

【０１３３】第６の実施例図２６は、本発明の第６の実施例におけるインクジェッ
トヘッドの構成を概略的に示す主要断面図である。図２
６を参照して、本実施例のインクジェットヘッド２５０
は、第５の実施例と比較して、特に座屈構造体の構成が
異なる。

【０１３４】座屈構造体２３１ａ、２３１ｂは、１つの
プレート部材２３１に形成されている。このプレート部
材２３１は、中空空間２０９ａ内において複数個の取付
部材２０５によって筐体２０７に取付固定されている。
これにより、座屈構造体２３１ａ、２３１ｂの長手方向
の各両端部は、取付部材２０５によって筐体２０７に取
付固定されている。つまり、座屈構造体２３１ａ、２３
１ｂの長手方向の中央部が変位可能なようにプレート部
材２３１が筐体２０７に取付固定されている。

【０１３５】座屈構造体２３１ａの長手方向の長さは座
屈構造謡２３１ｂの長手方向の長さよりも長い。また、
座屈構造体２３１ｂは、座屈構造体２３１ａよりノズル
オリフィス２１１ａから近くに位置している。

【０１３６】プレート部材２３１の一方端部は電極２３
３ｂとなっている。この電極２３３ｂは、スイッチＳＷ
を介在して電源２１３ｂに接続されている。またプレー
ト部材２３１の他方端部は電極２３３ａとなっている。
この電極２３３ａは接地されている。

【０１３７】なお、これ以外の構成については、第５の
実施例とほぼ同様であるためその説明は省略する。

【０１３８】次に、本実施例のインクジェットヘッドの
動作について説明する。図２６を参照して、スイッチＳ
ＷがＯＦＦ状態とされ、この状態でインク供給口２０７
ａを通じて中空空間２０９ａにインクが供給され、満た
される。これにより、座屈構造体２３１ａ、２３１ｂが
インク３０に浸された状態となる。

【０１３９】この状態で、スイッチＳＷがＯＮ状態とさ
れる。これにより、１枚のプレート部材２３１の電極２
３３ｂに電圧が印加され、１枚のプレート部材２３１に
電流が流される。このとき、座屈構造体２３１ａは座屈
構造体２３１ｂよりも、その長手方向の長さが長いた
め、座屈構造体２３１ｂよりも先に座屈変形を起こす。

【０１４０】この状態で、プレート部材２３１にさらに
電流を流し続けると、プレート部材２３１の温度上昇に
よって、座屈構造体２３１ｂも座屈変形を起こす。

【０１４１】このように、ノズルオリフィス２１１ａか
ら遠くに位置する座屈構造体から順次、近くに位置する
座屈構造体が座屈変形を起こすため、インクに与えれら
る圧力は、ノズルオリフィス２１１ａに集中する。これ
によって、ノズルオリフィス２１１ａを通じてインクジ
ェットヘッド２５０の外部へインク滴が吐出する。

【０１４２】上記の動作を繰り返すことにより、インク
滴が連続的に吐出され、このインク滴によりプリント面
への印字がなされる。

【０１４３】本実施例のインクジェットヘッド２５０で
は、座屈構造体２３１ａ、２３１ｂが１つのプレート部
材２３１に形成されている。このため、座屈構造体２３
１ａ、２３１ｂを１つの電源２１３ｂによって座屈する
よう制御することができる。よって、タイミング回路が
不要となりインクジェットヘッド２５０の構造を単純に
することができ、マルチノズルヘッドにおいてノズルオ
リフィスの高集積化が可能となる。

【０１４４】また、座屈構造体２３１ａ、２３１ｂは互
いにその長手方向の長さが異なる。このため、１つの電
源により座屈構造体２３１ａ、２３１ｂの座屈動作が制
御されるとしても、座屈構造体２３１ａと２３１ｂとの
座屈変形に位相差を与えることができる。よって、単純
な構成で、しかも座屈構造体２３１ａ、２３１ｂからイ
ンクに与える圧力を効率よくノズルオリフィス２１１ａ
に集中させることができる。

【０１４５】さらに、本実施例のインクジェットヘッド
２５０でも、座屈によりインク滴を噴出させるため、第
１の実施例と同様、寸法を小さく維持したまま大きな吐
出力が得られ、かつ寿命が長く、消費電力が少なくてよ
い。

【０１４６】上述した第１〜第６の実施例においては、
座屈構造体はノズルオリフィスと対面する面の裏面で筐
体に取付部材を介在して取付固定されている。このた
め、座屈構造体は、常にノズルプレート側へ変位するこ
とになる。以下、そのことについて第１の実施例を例に
挙げて詳細に説明する。

【０１４７】図１を参照して、座屈構造体１ａ₂の長手
方向の両端部は、その座屈構造体１ａ₂のノズルプレー
ト１１と対面する面の裏面で筐体７に取付固定されてい
る。インクジェットヘッド２０の動作時における圧縮力
Ｆは主にこの取付部材５と座屈構造体１ａ₂との接合面
で発生している。この座屈構造体１ａ₂の断面一次モー
メントが０となる軸、いわゆる図心（centroid）は図
中、座屈構造他１ａ₂の断面の中央をその長手方向に沿
って通っている。このため、図心と圧縮力Ｆの作用線と
の間にずれが生じる。ここでは、図心に対して圧縮力Ｆ
の作用線はノズルプレート１１と反対側にある。この結
果、圧縮力Ｆと図心とのずれに伴って、矢印Ｍ方向にモ
ーメントが発生する。このモーメントは、座屈構造体１
の中央部がノズルオリフィス１１ａ側へ変位するように
作用する。このため、座屈構造体１ａ₂の中央部は、座
屈による変形に伴って、常にノズルプレート１１側へ変
形する。

【０１４８】これにより、適切なインク滴の吐出が実現
でき、正確な印字が行なえるようになる。

【０１４９】なお、上述した第１〜第６の実施例におい
ては、１つのノズルオリフィスに対して２個もしくは３
個の座屈構造体が配置された構成について説明したが、
これに限定されるものではなく、１つのノズルオリフィ
スに対して座屈構造体がいくつ配置されていてもよい。

【０１５０】また第１〜第６の実施例においては、座屈
構造体に電流を流すことによりその抵抗発熱によって座
屈を行なわしめる構成について説明した。しかし、本発
明のインクジェットヘッドの座屈変形を行なわしめる構
成はこれに限られず、圧電素子を用いたものなどこれ以
外の手段で座屈させる構造であってもよい。

【０１５１】

【発明の効果】請求項１および２に記載のインクジェッ
トヘッドでは、１つのノズルオリフィスに対して複数の
座屈構造体が設けられているため、各座屈構造体の座屈
動作のタイミングを制御してやることにより、インク液
に与える圧力を効率よくノズルオリフィスに集中させる
ことができる。したがって、大きな吐出力を実現するこ
とができる。

【０１５２】また座屈構造体は、その長手方向に圧縮力
を与えられて座屈する。この座屈変形においては、その
長手方向の微小な変位量が座屈構造体の厚み方向の大き
な変位量に変換される。このため、座屈構造体の寸法を
大きくすることなく、大きな変位量を得ることが可能と
なる。したがって、インクジェットヘッドの寸法を小さ
く維持したまま大きな吐出力を得ることが可能となる。

【０１５３】また、たとえば加熱により座屈構造体を座
屈させる場合、座屈構造体を所定温度にまで加熱する必
要がある。しかし、この加熱温度は、座屈構造体を構成
する材料の熱膨張係数に応じた温度にまで加熱すれば足
りる。このため、従来のバブルジェット方式のインクジ
ェットヘッドのようにインクを気化させるほどの高温に
までヒータを加熱する必要はない。よって、座屈構造体
が熱疲労により劣化することが抑制され、寿命が比較的
長くなる。

【０１５４】また、加熱温度が低くてすむため、座屈構
造体に与えられる熱力も少なくてすむ。よって、ヘッド
を駆動させるための消費電力が少なくてすむ。

【０１５５】請求項３に記載のインクジェットヘッドで
は、第１および第２の座屈構造体は互いに分離して設け
られ、かつタイミング回路で別個に制御される。このた
め、各座屈構造体の位相差や変形量の設定の自由度が大
きい。ゆえに、座屈構造体からインクに与える圧力をよ
り一層効率よくノズルオリフィスに集中させることも可
能である。

【０１５６】請求項４に記載のインクジェットヘッドで
は、第１および第２の座屈構造体が、１つのプレート部
材に形成されている。このため、第１および第２の座屈
構造体を１つの圧縮手段によって制御することができ、
インクジェットヘッドの構造を単純化できるためマルチ
ノズルヘッドにおいてノズルオリフィスの高集積化が可
能となる。

【０１５７】また、第１および第２の座屈構造体は、互
いに長さが異なるように設けられているため、１つの圧
縮手段で制御されても、第１および第２の座屈構造体の
座屈変形に位相差を与えることができる。よって、単純
な構成で、しかも座屈構造体からインクに与える圧力を
効率よくノズルオリフィスに集中させることができる。

【０１５８】請求項５に記載のインクジェットヘッドで
は、複数個の座屈構造体が、座屈構造体の長手方向に沿
って配置されているため、座屈構造体を配置する空間の
幅は、１つの座屈構造体の幅より少し大きめに設定すれ
ば足りる。このため、各空間を座屈構造体の幅方向に配
置する場合、複数個の空間を密に配置することが可能と
なり、ノズルオリフィスの高集積化が可能となる。

【０１５９】請求項６に記載のインクジェットヘッドで
は、複数個の座屈構造体が座屈構造体の短手方向に沿っ
て配置されているため、複数個の座屈構造体を座屈構造
体の長手方向に配置した場合に比べて、各座屈構造体の
中央部を互いに接近させて配置することが可能となる。
よって、長手方向に配置した場合に比べて、各座屈構造
体の中央部をノズルオリフィスの近く配置でき、ノズル
オリフィスに集中させるインクの圧力を大きくすること
ができる。

【０１６０】請求項７に記載のインクジェットヘッドの
使用方法では、複数個の座屈構造体を、ノズルオリフィ
スの遠くに位置する座屈構造体から近くに位置する座屈
構造体へと順次、座屈変形させるため、インクに与える
圧力をノズルオリフィスへ集中させることが可能とな
る。したがって、大きな吐出力を実現することができ
る。

【０１６１】請求項８に記載インクジェットヘッドの製
造方法では、請求項１に記載のインクジェットヘッドを
製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例におけるインクジェット
ヘッドの構成を概略的に示す主要断面図である。

【図２】本発明の第１の実施例におけるインクジェット
ヘッドの動作の第１工程を示す主要断面図である。

【図３】本発明の第１の実施例におけるインクジェット
ヘッドの動作の第２工程を示す主要断面図である。

【図４】本発明の第１の実施例におけるインクジェット
ヘッドの動作の第３工程を示す主要断面図である。

【図５】本発明の第１の実施例におけるインクジェット
ヘッドの各座屈構造体に与えられる電圧と時間との関係
を示す図である。

【図６】本発明の第１の実施例におけるインクジェット
ヘッドの座屈構造体に与えられる電圧と時間との関係を
示す図である。

【図７】本発明の第１の実施例におけるインクジェット
ヘッドの座屈構造体に与えられる電圧と時間との関係を
示す図である。

【図８】本発明の第１の実施例におけるインクジェット
ヘッドの座屈構造体に与えられる電圧と時間との関係を
示す図である。

【図９】図１の矢印Ｂ方向から見たインクジェットヘッ
ドの概略平面図である。

【図１０】本発明の第１の実施例におけるインクジェッ
トヘッドを集積したマルチノズルヘッドの構成を示す概
略平面図である。

【図１１】本発明の第２の実施例におけるインクジェッ
トヘッドの構成を概略的に示す平面図である。

【図１２】本発明の第３の実施例におけるインクジェッ
トヘッドの構成を概略的に示す分解斜視図である。

【図１３】本発明の第３の実施例におけるインクジェッ
トヘッドの構成を概略的に示す平面図である。

【図１４】図１３のＸ−Ｘ線に沿う概略断面図である。

【図１５】本発明の第３の実施例におけるインクジェッ
トヘッドの筐体の製造方法の第１工程を示す概略断面図
である。

【図１６】本発明の第３の実施例におけるインクジェッ
トヘッドの筐体の製造方法の第２工程を示す概略断面図
である。

【図１７】本発明の第３の実施例におけるインクジェッ
トヘッドの筐体の製造方法の第３工程を示す概略断面図
である。

【図１８】本発明の第３の実施例におけるインクジェッ
トヘッドの筐体の製造方法の第４工程を示す概略断面図
である。

【図１９】本発明の第３の実施例におけるインクジェッ
トヘッドの筐体の製造方法の第５工程を示す概略断面図
である。

【図２０】本発明の第４の実施例におけるインクジェッ
トヘッドの構成を概略的に示す主要断面図である。

【図２１】本発明の第４の実施例におけるインクジェッ
トヘッドの動作の第１工程を示す主要断面図である。

【図２２】本発明の第４の実施例におけるインクジェッ
トヘッドの動作の第２工程を示す主要断面図である。

【図２３】本発明の第４の実施例におけるインクジェッ
トヘッドの動作の第３工程を示す主要断面図である。

【図２４】本発明の第５の実施例におけるインクジェッ
トヘッドの構成を概略的に示す主要断面図である。

【図２５】図２４のＹ−Ｙ線に沿う概略断面図である。

【図２６】本発明の第６の実施例におけるインクジェッ
トヘッドの構成を概略的に示す主要断面図である。

【図２７】従来の圧電素子を用いたインクジェットヘッ
ドの構成を概略的に示す主要断面図である。

【図２８】バブルジェット方式のインクジェットヘッド
の構成を概略的に示す分解斜視図である。

【図２９】バブルジェット方式のインク吐出原理を説明
するためのノズルの部分拡大断面図である。

【符号の説明】

１ａ₁、１ａ₂、１ｂ、３１ａ₁、３１ａ₂、３１ｂ、
５１ａ₁、５１ａ₂、５１ｂ、１０１ａ₁、１０１
ａ₂、１０１ｂ、２０１ａ、２０１ｂ、２３１ａ、２３
１ｂ座屈構造体５、１０５、２０５取付部材７、５７、２０７筐体１１、６１、１１１、２１１ノズルプレート１１ａ、６１ａ、１１１ａ、２１１ａノズルオリフィ
ス１３ａ、１３ｂ、４３、６３ａ、６３ｂ、１１３ａ、１
１３ｂ、２１３ａ、２１３ｂ電源ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷスイッチ１５、６５、１１５、２１５タイミング回路１０７基板２０、５０、７０、１２０、２２０、２５０インクジ
ェットヘッド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者的場宏次大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者平田進大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者石井 ▲頼▼成大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部に満たされたインク液に圧力を加
え、前記内部から外部へインク液を吐出させるインクジ
ェットヘッドであって、ノズルオリフィスを有するノズルプレートと、前記ノズルプレートとの間に前記ノズルオリフィスに連
通する空間を有するように前記ノズルプレートに取付け
られた基板と、前記空間内に配置された複数個の座屈構造体とを備え、前記座屈構造体の各々は、両端部とその両端部に挟まれ
る中央部とを有し、前記中央部が変位可能なように前記
両端部が前記基板に支持されており、さらに、前記座屈構造体の内部に圧縮応力を与え、その圧縮応力
によって前記座屈構造体を座屈させ、前記中央部を変位
させることができる圧縮手段を備えた、インクジェット
ヘッド。
【請求項２】前記ノズルプレートは複数個の前記ノズ
ルオリフィスを有し、前記空間は、前記ノズルオリフィスの各１つに対応して
複数個設けられ、複数個の前記空間は互いに区切られており、前記空間の各１つごとに複数個の前記座屈構造体が配置
されている、請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】複数個の前記座屈構造体には、互いに所
定の距離を隔てて分離された第１および第２の座屈構造
体が含まれており、前記第１および第２の座屈構造体にそれぞれ異なるタイ
ミングで圧縮応力を与えるように制御するタイミング回
路をさらに備える、請求項１に記載のインクジェットヘ
ッド。
【請求項４】複数個の前記座屈構造体には、長手方向
に延びる１つのプレート部材に形成された第１および第
２の座屈構造体が含まれており、前記第１の座屈構造体
の両端部は前記長手方向に沿って配置され、かつ前記第
２の座屈構造体の両端部は前記長手方向に沿って配置さ
れ、前記第１の座屈構造体の中央部は、前記第２の座屈構造
体の中央部よりも前記ノズルオリフィスの近くに位置
し、かつ前記第１の座屈構造体の前記長手方向の長さは前記
第２の座屈構造体の前記長手方向の長さよりも小さい、
請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】複数個の前記座屈構造体は、前記座屈構
造体の一方端部から他方端部へ延びる長手方向に沿って
配置されている、請求項１に記載のインクジェットヘッ
ド。
【請求項６】複数個の前記座屈構造体は、前記座屈構
造体の一方端部から他方端部へ延びる方向と交差する短
手方向に沿って配置されている、請求項１に記載のイン
クジェットヘッド。
【請求項７】内部に満たされたインク液に圧力を加
え、前記内部から外部へインク液を吐出させるインクジ
ェットヘッドの使用方法であって、前記インクジェットヘッドは、ノズルオリフィスを有するノズルプレートと、前記ノズルプレートとの間に前記ノズルオリフィスに連
通する空間を有するように前記ノズルプレートに取付け
られた基板と、前記空間内に配置された複数個の座屈構造体とを備え、前記座屈構造体の各々は、両端部とその両端部に挟まれ
る中央部とを有し、前記中央部が変位可能なように前記
両端部が前記基板に支持されており、さらに、前記座屈構造体の内部に圧縮応力を与え、その圧縮応力
によって前記座屈構造体を座屈させ、前記中央部を変位
させることができる圧縮手段とを備え、複数個の前記座屈構造体は、前記ノズルオリフィスの遠
くに位置する前記座屈構造体から近くに位置する前記座
屈構造体へと順次、座屈させられる、インクジェットヘ
ッドの使用方法。
【請求項８】内部に満たされたインク液に圧力を加
え、前記内部から外部へインク液を吐出させるインクジ
ェットヘッドの製造方法であって、主表面を有する基板を準備する工程と、中央部が変位可能なように前記中央部を挟む前記両端部
が前記基板の主表面に支持されるように座屈構造体を複
数個形成する工程と、ノズルオリフィスを有するノズルプレートを準備する工
程と、前記ノズルプレートと前記基板の主表面との間に前記ノ
ズルオリフィスに連通する空間を有するように、かつ前
記空間内に複数個の前記座屈構造体が配置されるように
前記ノズルプレートを前記基板に接合する工程とを備え
た、インクジェットヘッドの製造方法。