JPH08118621A - インクジェットプリンタ用印字ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 印字ヘッドのコンパクト化を図るとともに、
インク噴出特性の安定化を図る。 【構成】 印字ヘッド１は、表面にインク溜２０１及び
加圧室２０２を構成する凹部が形成された基板２に、チ
タン板３の表面に水熱合成法によりＰＺＴ４を析出形成
した振動板５を接合して構成されている。振動板５の各
加圧室２０２に対向する所定位置にはインク噴出口２０
３が穿設され、該インク噴出口２０３の周囲に個別電極
６とライン電極７とが形成されている。個別電極６とチ
タン板３間に駆動電圧が印加されると、インク噴出口２
０３が加圧室側に変形して該インク噴出口２０３からイ
ンク滴が噴出する。加圧室２０２の一側壁にインク噴出
口２０３を形成するとともに、該インク噴出口２０３の
周囲にＰＺＴ４を析出形成することによりコンパクト化
及び特性の安定化を可能にした。

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
タ用印字ヘッドの構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、駆動源として圧電素子を用いたイ
ンクジェットプリンタ用印字ヘッドが知られている。

【０００３】図８は、従来のカイザー方式による印字ヘ
ッドの構造を示す要部断面図である。同図に示す印字ヘ
ッド３００は、表面部に複数個のドット印字部３０５が
紙面、奥行き方向に並設されたもので、各ドット印字部
３０５は、インク溜り３０１ａ、加圧室３０１ｂ、イン
ク流路３０１ｃ、インク噴出路３０３ａ、インク噴出口
３０３ｂ及び圧電素子３０４を備えている。

【０００４】各ドット印字部３０５のインク溜り３０１
ａ、加圧室３０１ｂ及びインク流路３０１ｃは、感光性
ガラスからなる基板３０１の表面に所定パターンの凹部
を形成し、該基板３０１の表面に振動板３０２を接着剤
で接合して構成されている。また、圧電素子３０４は、
上記上記加圧室３０２の加圧源で、例えばチタン酸ジル
コン酸鉛（以下、ＰＺＴという）からなる圧電部材３０
４ｃの表裏面に電極３０４ａ，３０４ｂを形成したもの
である。圧電素子３０４は、振動板３０２の加圧室３０
２に対向する位置に接着剤で接着して取り付けられてい
る。

【０００５】また、各ドット印字部３０５のインク噴出
路３０３ａ及びインク噴出口３０３ｂは、振動板３０２
が接合された基板３０１の先端に、インク噴出路３０３
ａ及びインク噴出口３０３ｂが形成されたノズルプレー
ト３０３を紫外線硬化型接着剤で接着して構成されてい
る。

【０００６】上記振動板３０２は、加圧室３０１ｂの天
井部を変形可能にする側壁を構成するとともに、上記イ
ンク流路３０１ａ、加圧室３０１ｂ及びインク溜り３０
１ａの側壁も構成している。

【０００７】そして、上記印字ヘッド３００は、以下の
手順で製造されている。まず、上記感光性ガラスからな
る基板３０１の表面にフォトリソグラフィー技術により
インク溜り３０１ａ、加圧室３０１ｂ及びインク流路３
０１ｃの凹部が形成され、この基板３０１の表面に同一
の感光性ガラスからなる振動板３０２が熱融着により接
合される。

【０００８】次に、振動板３０２が接合された基板３０
１（以下、この基板をヘッド基板３０６という）の振動
板３０２の表面に共通電極としてＩＴＯ（Indium Tin O
xide）膜３０７が形成された後、該振動板３０２の上記
加圧室３０１ｂに対向する位置に、予め部品として製造
されている圧電素子３０４がエポキシ系接着剤で接着し
て取り付けられる。そして、ヘッド基板３０６の先端
に、インク噴出面が撥水性処理されたノズルプレート３
０３が紫外線硬化型接着剤で接合されて印字ヘッド３０
０が完成する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、印字ヘッド
を長尺化し、ラインヘッドを構成する場合、例えばＡ４
サイズの定型紙用のラインヘッドでは、５１００個のド
ット印字部が必要になる。

【００１０】上記従来の印字ヘッド３００は、インク溜
３０１ａ、加圧室３０１ｂ、インク流路３０１ｃ、イン
ク噴出路３０３ａ及びインク噴出口３０３ｂが直線状に
配列された複数個のドット印字部３０５を所定ピッチで
ライン方向に配列しているので、印字ヘッド３００のコ
ンパクト化が困難である。

【００１１】また、上記ノズルプレート３０３及び圧電
素子３０４の取付位置の精度が印字精度に大きく影響す
るので、高精度でノズルプレート３０３及び圧電素子３
０４をヘッド基板３０６の所定位置に取り付けることが
極めて重要となるが、上記従来の印字ヘッド３００は、
ヘッド基板３０６を構成した後、別部品のノズルプレー
ト３０３と圧電素子３０４とを個々にヘッド基板３０６
の所定位置に接着剤で取り付けているので、高精度でノ
ズルプレート３０３及び圧電素子３０４を取付ることが
困難である。また、ノズルプレート３０３及び圧電素子
３０４の取付作業の作業性及び作業効率も良好でない。

【００１２】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
で、製造が容易で、コンパクトかつ安定したインク噴出
特性を有するインクジェットプリンタ用印字ヘッドを提
供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、一側壁が変形
可能な振動板で構成されたインクの加圧室を備え、上記
振動板を変形させてインク滴をインク噴出口から噴出さ
せるインクジェットプリンタ用印字ヘッドにおいて、上
記インク噴出口は、上記振動板に設けられ、上記振動板
の外側面であって上記噴出口の周囲に加圧源である圧電
部材が設けられているものである（請求項１）。

【００１４】なお、上記印字ヘッドにおいて、上記振動
板をチタン板で構成し、上記圧電部材は、上記チタン板
の外側面に該チタン板と化学結合してなるＰＺＴにする
とよい（請求項２）。

【００１５】また、本発明は、所定の厚みを有する一側
壁にその壁厚方向にインク噴出口が形成された加圧室の
当該インク噴出口の内径を変化させて加圧室内のインク
をインク噴出口から噴出させるインクジェットプリンタ
用印字ヘッドであって、上記インク噴出口の内周面に環
状の圧電部材が径方向に変形可能に設けられているもの
である（請求項３）。

【００１６】なお、上記印字ヘッドにおいて、上記加圧
室の一側壁はチタン板で構成し、上記圧電部材は、上記
チタン板に穿設されたインク噴出口の内周面に化学結合
してなる環状のＰＺＴにするとよい（請求項４）。

【００１７】

【作用】請求項１記載の発明によれば、圧電部材を駆動
すると、逆圧電効果によりこの圧電部材に生じた電気歪
により振動板が加圧室側に変形する。これにより加圧室
内のインクが加圧され、振動板の圧電部材の取付位置に
設けられたインク噴出口から該振動板に対して垂直方向
にインク滴が噴出される。

【００１８】また、請求項２記載の発明によれば、圧電
部材は、チタン板のインク噴出口が形成される位置の周
囲にＰＺＴを化学結合させて取り付けられている。

【００１９】また、請求項３記載の発明によれば、環状
の圧電部材を駆動すると、逆圧電効果により径方向の電
気歪が生じ、インク噴出口の内径が縮小する。一方、加
圧室内のインクは所定圧で加圧されており、インク噴出
口の内径が縮小することにより該インク噴出口に臨むイ
ンクがインク噴出口外に押し出され、インク滴となって
噴出される。

【００２０】また、請求項４記載の発明によれば、圧電
部材は、所定の厚みを有するチタン板に穿設されたイン
ク噴出口の内周面に化学結合されたＰＺＴで構成され
る。

【００２１】

【実施例】図１は、本発明に係るインクジェットプリン
タ用印字ヘッドの第１実施例の部分平面図、図２は、図
１のＡ−Ａ断面図である。

【００２２】図１，図２に示す印字ヘッド１は、シリコ
ン、感光性ガラス等の絶縁部材からなる基板２とこの基
板２と略同一の表面積を有し、基板２の表面に接合され
た振動板５とから構成されている。振動板５は、チタン
板３の表面に水熱合成法によりＰＺＴ４を析出させた２
層構造をなしている。

【００２３】図３は、水熱合成法によりチタン板にＰＺ
Ｔを析出させる方法を示す図である。チタン板３へのＰ
ＺＴの析出は、チタン板３の所定位置にＰＺＴの結晶核
を形成する第１の工程と、上記結晶核にＰＺＴの結晶を
成長させる第２の工程とからなる。また、上記第２の工
程を複数回繰り返してＰＺＴの厚みが所望の厚みに制御
される。

【００２４】第１の工程は、ＰｂとＺｒとのモル比Ｐｂ
／Ｚｒが略２．２９となるように硝酸鉛（Pb(NO₃)₂）、
オキシ塩化ジルコニウム（ZrOCl₂・8H₂O）及び水酸化カ
リウム（KOH(8N)）を所定の比率で混合した水溶液９と
チタン板３とをオートクレーブ８内に入れ、更にこのオ
ートクレーブ８をシリコンオイル１０で満たされた恒温
槽１１内の浴室に入れ、所定の温度プロファイル（例え
ば１５０℃＋４８時間）により加熱して行なわれる。

【００２５】また、第２工程は、Ｐｂ、Ｚｒ及びＴｉの
モル比がＰｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１１０：５２：４８となる
ように、硝酸鉛、オキシ塩化ジルコニウム、四塩化チタ
ン（TiCl₄）及び水酸化カリウム（KOH(4N)）を所定の比
率で混合した水溶液９と上記第１工程を経たチタン板３
とをオートクレーブ８内に入れ、更にこのオートクレー
ブ８をシリコンオイル１０で満たされた恒温槽１１内の
浴室に入れ、所定の温度プロファイル（例えば１２０℃
＋２４時間）により加熱して行なわれる。

【００２６】上記水熱合成法によりチタン板３の所定位
置にＰＺＴの結晶が形成されると、このチタン板３を蒸
留水で洗浄してＰＺＴの形成工程は終了する。

【００２７】図２に戻り、印字ヘッド１は、板状をな
し、一方の表面に複数個のインク噴出口３１を有してい
る。上記インク噴出口３１は、略０．００２mm²の断面
積を有し、上記振動板５の長手方向の両側部に所定のピ
ッチ（例えば０．８５mmピッチ）で２列に配列されてい
る。一方のインク噴出口３１の列は、他方のインク噴出
口の列に対して１／２ピッチ（０．４２５mm）だけ配列
方向にずれている。

【００２８】各インク噴出口２０３の下部には加圧室２
０２が設けられ、各加圧室２０２は、印字ヘッド１内の
中央部に設けられたインク溜２０１にそれぞれ連通され
ている。インク溜２０１は、加圧室２０２にインクを供
給する部分で、不図示のインク補給口からインクが補給
されるようになっている。

【００２９】また、加圧室２０２は、インクに圧力を加
えて上記インク噴出口２０３からインク滴を噴出させる
部分である。加圧室２０２の天井側の側壁は、上記のよ
うに振動板５で構成され、該振動板５の適所に上記イン
ク噴出口２０３が穿設されている。また、上記チタン板
３のインク噴出口２０３の形成位置にリング状の個別電
極６が形成されている。なお、各個別電極６には振動板
５の長手方向の側部に伸びるライン電極７が延設されて
いる。

【００３０】印字ヘッド１は、表面にインク溜２０１及
び加圧室２０２を構成する凹部が形成された基板２の当
該表面に、インク噴出口２０３、個別電極６及びライン
電極７が形成された振動板５を接着剤で接合して組み立
てられる。

【００３１】基板２は、感光性ガラスからなる基板の表
面にフォトリソグラフィー技術を用いてインク溜２０１
及び加圧室２０２を構成する凹部が形成される。また、
チタン板３の表面にＰＺＴ４を析出してなる振動板５
は、各加圧室２０２に対向する所定位置にインク噴出口
２０３が穿設された後、感光性レジストが塗布され、電
極形成位置のレジストが除去された後、該電極形成位置
にＩＴＯ膜を形成して形成される。

【００３２】上記構成の印字ヘッド１は、図４（ａ）に
示すように、所定圧でインクがインク溜２０１及び加圧
室２０２に充填されている。この状態では、表面張力に
よりインクはインク噴出口２０３から噴出することはな
い。

【００３３】チタン板３とライン電極７とに不図示の駆
動回路から駆動電圧が印加されると、個別電極６の下部
に位置するＰＺＴ４に逆圧電効果により電気歪が発生
し、これにより振動板５が、図４（ｂ）に示すように、
加圧室２０２側に変形する。この振動板５の変形により
加圧室２０２内のインクが加圧され、インク滴がインク
噴出口２０３振動板５に対して垂直方向に噴出される。
そして、上記駆動電圧の印加が停止されると、ＰＺＴ４
に電気歪が解消され、振動板５が元の状態（図４（ａ）
の状態）に復帰する。

【００３４】なお、上記実施例では、チタン板３の表面
全体にＰＺＴ４を析出させていたが、ＰＺＴ４は、少な
くとも個別電極６とチタン板３間に形成されていればよ
い。また、上記実施例では、基板２の表面全体に振動板
５を張り合わせていたが、振動板５は、少なくとも各加
圧室２０２の上面に変形可能な側壁として設けられれば
よく、必ずしも基板２の表面全体に設けなくともよい。

【００３５】図５は、本発明に係るインクジェットプリ
ンタ用印字ヘッドの第２実施例の部分平面図、図６は、
図５のＢ−Ｂ断面図である。

【００３６】第２実施例は、所定の厚みを有するインク
噴出口の内周面に径方向に変形可能に圧電素子を設け、
該圧電素子を径方向に変形させてインク噴出口の内径を
変化させ、これによりインク滴を噴出させるようにした
ものである。

【００３７】すなわち、図５，図６に示す印字ヘッド
１′は、図１，図２に示す印字ヘッド１において、振動
板５に代えてチタン板３のみからなる振動板５′を用
い、インク噴出口２０３の内周面に環状にＰＺＴ４を析
出させて圧電素子を設け、更に個別電極６をＰＺＴ４の
内周面に形成したものである。なお、振動板５′の表裏
面及びインク噴出口２０３の内周面は、個別電極６とチ
タン板３との短絡を防止するため絶縁性のレジスト膜１
２により被覆されている（図６，図７参照）。

【００３８】第２実施例に係る印字ヘッド１′も第１実
施例に係る印字ヘッド１と同様の方法で組み立てられ
る。振動板５′は、チタン板３の各加圧室２０２に対向
する所定位置にインク噴出口２０３が穿設された後、該
インク噴出口２０３の内周面を除いてチタン板３の表裏
面に感光性レジストが塗布され、水熱合成法により各イ
ンク噴出口２０３の内周面にＰＺＴ４が析出される。そ
して、このＰＺＴ４の内周面にライン電極７に接続させ
て個別電極６が形成され、更に該個別電極６にレジスト
膜１２が形成されて振動板５′が製造される。

【００３９】上記構成の印字ヘッド１′は、図７（ａ）
に示すように、所定圧でインクがインク溜２０１及び加
圧室２０２に充填されている。この状態では、表面張力
によりインクはインク噴出口２０３から噴出することは
ない。

【００４０】チタン板３とライン電極７とに不図示の駆
動回路から駆動電圧が供給されると、ＰＺＴ４の内周面
と外周面間に電圧が印加され、逆圧電効果によりＰＺＴ
４の径方向に応力が発生し、環状のＰＺＴ４の内径は、
図７（ｂ）に示すように、縮小する。これによりインク
噴出口２０３内のインクの一部は外側に加圧され、イン
ク噴出口２０３からインク滴となって噴出される。そし
て、上記駆動電圧の印加が停止されると、ＰＺＴ４の電
気歪が解消され、ＰＺＴ４の内径が元の大きさ（図７
（ａ）の状態）に復帰する。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
一側壁が変形可能な振動板で構成されたインクの加圧室
を備え、上記振動板を変形させてインク滴をインク噴出
口から噴出させるインクジェットプリンタ用印字ヘッド
において、上記インク噴出口を上記加圧室の圧電部材の
取付位置に穿設したので、加圧室とインク噴出口間の距
離が最小となり、印字ヘッドのコンパクト化が可能にな
る。

【００４２】また、振動板をチタン板で構成し、このチ
タン板にＰＺＴを化学結合させて圧電部材を取り付けた
ので、圧電部材の加圧室への取付を簡単かつ高精度に行
なうことができる。また、圧電部材は比較的高い強度で
振動板に取り付けられるので、印字ヘッドのインク噴出
特性が分呈する。更にチタン板を共通電極となし得るの
で、複数個のドット印字部を形成した場合も各ドット印
字部の圧電部材の駆動回路が簡単になる。

【００４３】また、所定の厚みを有する一側壁にその壁
厚方向にインク噴出口が形成された加圧室の当該インク
噴出口の内径を変化させて加圧室内のインクをインク噴
出口から噴出させるインクジェットプリンタ用印字ヘッ
ドであって、上記インク噴出口の内周面に環状の圧電部
材を径方向に変形可能に設けたので、圧電素子がヘッド
本体から突出しなくなり、この分印字ヘッドの小型化が
可能になる。

【００４４】また、上記インク噴出口は、チタン板から
なる振動板にインク噴出口を穿設し、このインク噴出口
の内周面にＰＺＴを化学結合させて環状の圧電部材を設
けたので、比較的簡単に、しかも高精度でインク噴出口
の内周面に環状の圧電部材を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るインクジェットプリンタ用印字ヘ
ッドの第１実施例の部分平面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。

【図３】水熱合成法によりチタン板にＰＺＴを析出させ
る方法を示す図である。

【図４】第１実施例に係る印字ヘッドの動作を説明する
図で、（ａ）は、駆動電圧印加前のインク噴出口の状態
を示す図、（ｂ）は駆動電圧印加後のインク噴出口の状
態を示す図である。

【図５】本発明に係るインクジェットプリンタ用印字ヘ
ッドの第２実施例の部分平面図である。

【図６】図５のＢ−Ｂ断面図である。

【図７】第２実施例に係る印字ヘッドの動作を説明する
図で、（ａ）は、駆動電圧印加前のインク噴出口の状態
を示す図、（ｂ）は駆動電圧印加後のインク噴出口の状
態を示す図である。

【図８】従来のカイザー方式による印字ヘッドの構造を
示す要部断面図である。

【符号の説明】

１，１′ 印字ヘッド ２，２′ 基板 ２０１ インク溜 ２０２ 加圧室 ２０３ インク噴出口 ３ チタン板 ４ ＰＺＴ ５ 振動板 ６ 個別電極 ７ ライン電極 ８ オートクレーブ ９ 水溶液 １０ シリコンオイル １１ 恒温槽 １２ レジスト膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 剛史 大阪市中央区玉造１丁目２番28号 三田工 業株式会社内 (72)発明者 堀 節夫 大阪市中央区玉造１丁目２番28号 三田工 業株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一側壁が変形可能な振動板で構成された
   インクの加圧室を備え、上記振動板を変形させてインク
   滴をインク噴出口から噴出させるインクジェットプリン
   タ用印字ヘッドにおいて、上記インク噴出口は、上記振
   動板に設けられ、上記振動板の外側面であって上記噴出
   口の周囲に加圧源である圧電部材が設けられていること
   を特徴とするインクジェットプリンタ用印字ヘッド。
2. 【請求項２】 請求項１記載のインクジェットプリンタ
   用印字ヘッドにおいて、上記振動板はチタン板であり、
   上記圧電部材は、上記チタン板の外側面に該チタン板と
   化学結合してなるＰＺＴであることを特徴とするインク
   ジェットプリンタ用印字ヘッド。
3. 【請求項３】 所定の厚みを有する一側壁にその壁厚方
   向にインク噴出口が形成された加圧室の当該インク噴出
   口の内径を変化させて加圧室内のインクをインク噴出口
   から噴出させるインクジェットプリンタ用印字ヘッドで
   あって、上記インク噴出口の内周面に環状の圧電部材が
   径方向に変形可能に設けられていることを特徴とするイ
   ンクジェットプリンタ用印字ヘッド。
4. 【請求項４】 請求項３記載のインクジェットプリンタ
   用印字ヘッドにおいて、上記加圧室の一側壁はチタン板
   であり、上記圧電部材は、上記チタン板に穿設されたイ
   ンク噴出口の内周面に化学結合してなる環状のＰＺＴで
   あることを特徴とするインクジェットプリンタ用印字ヘ
   ッド。