JPH08127124A

JPH08127124A - インクジェット記録ヘッド

Info

Publication number: JPH08127124A
Application number: JP26946594A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Satake; 健一佐武; Koichi Baba; 弘一馬場; Kikunosuke Tsuji; 菊之助辻; Takashi Watanabe; 剛史渡辺; Setsuo Hori; 節夫堀
Original assignee: Mita Industrial Co Ltd
Current assignee: Kyocera Mita Industrial Co Ltd
Priority date: 1994-11-02
Filing date: 1994-11-02
Publication date: 1996-05-21

Abstract

(57)【要約】【目的】小型化及びノズルの高密度化を可能にする。【構成】基板部材３の表面には、溝３０１、凹状の加
圧室３０３及び溝３０２が形成されている。更に、この
溝３０１、加圧室３０３及び溝３０２は、所定間隔で並
んで形成されている。振動板４は、基板部材３の上面に
密着して固定されており、この振動板４により溝３０１
の先端にノズル３０４が形成される。圧電部材１は、薄
板状の圧電素子１０１の上下面に電極１０２ａ，１０２
ｂが対向して配設された中央の駆動部１０３、電極１０
２ｂのみが配設された一方側の非駆動部１０４及び電極
１０２ａのみが配設された他方側の非駆動部１０５が形
成されてなり、駆動部１０３が加圧室３０３のほぼ中央
に対向するように位置設定されて、振動板４に密着固定
されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ファクシミリ、複写機
及びプリンタ等に適用されるインクジェット記録装置の
インクジェット記録ヘッドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、インクジェット記録ヘッドのノズ
ルからインクを吐出して用紙に印字するインクジェット
記録装置が実用化されている。この種の記録装置に用い
られるインクジェット記録ヘッドは、加圧室の一面を構
成する振動板に圧電素子が密着して配置され、電圧印加
による圧電素子の変形によって振動板が加圧室内のイン
クを押圧することで、加圧室に連通するノズルからイン
クを吐出するようになっている。従来、インクジェット
記録ヘッドの圧電素子の取付構造に関して種々の提案が
なされている（特開昭６０−９０７７０号公報、特開平
３−１０８４６号公報）。

【０００３】特開昭６０−９０７７０号公報記載のイン
クジェット記録ヘッドは、ヘッド体の加圧室に対向する
振動板の表面に圧電素子を積層するとともに、剛性部材
によって圧電素子をヘッド体に対して剛体的に保持して
いる。この剛性部材によって、圧電素子の変形を確実に
振動板に伝達するようにしている。

【０００４】また、特開平３−１０８４６号公報記載の
インクジェット記録ヘッドでは、振動板の表面に積層さ
れた積層型の圧電素子は、溝によって仕切られ、加圧室
に対向する駆動部分と、加圧室間に対向する保持部分と
が交互に配置された構成となっている。この構造の圧電
素子を採用することによって、加圧室毎に単体の圧電素
子を設ける必要がなくなり、その取付作業が容易となる
分、ヘッドの製造効率の向上が図られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開昭６０−９０７７０号公報記載のインクジェット記録
ヘッドでは、圧電素子と別に剛性部材を設けているの
で、インクジェット記録ヘッドの小型化が困難である。

【０００６】また、特開平３−１０８４６号公報記載の
インクジェット記録ヘッドでは、保持部分を駆動源とし
て用いないので、駆動部分の配置間隔が本来の２倍とな
り、従って、これに対向する加圧室及びノズルの間隔も
２倍になるため、ノズルの高密度化が困難である。

【０００７】本発明は、上記問題を解決するもので、小
型化及びノズルの高密度化が可能なインクジェット記録
ヘッドを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、基板とこの基板に密着固定された振動板
とからなり、ノズル及びこのノズルに連通するインクの
加圧室が形成されたヘッド部材と、上記振動板の上記加
圧室に対向する位置に固定され、両面に電極が配設され
た圧電部材とを備えたインクジェット記録ヘッドにおい
て、上記圧電部材は、両面の電極が対向して配設された
駆動部と、この駆動部の両側で電極が対向して配設され
ていない非駆動部とから構成されるとともに、上記駆動
部が上記加圧室に対向するように位置設定されている
（請求項１）。

【０００９】また、上記ヘッド部材は、複数のノズル及
び加圧室が、一方向に所定間隔で並んで形成され、上記
圧電部材は、上記駆動部と上記非駆動部とが上記一方向
に直交する方向に並ぶ向きで配設されている（請求項
２）。

【００１０】また、上記圧電部材は、複数の薄板状の圧
電素子を積層してなり、上記圧電素子は、積層状態で、
それぞれ両面に電極が対向して配設された駆動部と電極
が対向して配設されていない非駆動部とが形成されたも
のである（請求項３）。

【００１１】また、上記圧電部材は、上面に一方端部を
除いて電極が配設され、下面に他方端部を除いて電極が
配設されてなる薄板状の第１圧電素子と、上面に上記他
方端部を除いて電極が配設され、下面に上記一方端部を
除いて電極が配設されてなる薄板状の第２圧電素子と
が、交互に積層して形成されたものである（請求項
４）。

【００１２】

【作用】請求項１記載の発明によれば、圧電部材の電極
間に電圧が印加されると、駆動部に変形が生じる。一
方、圧電部材の非駆動部には電極が対向して配設されて
いないので電界が発生せず、変形が生じない。従って、
圧電部材は、駆動部の両側の非駆動部に支持されて、振
動板に確実に固定される。

【００１３】また、請求項２記載の発明によれば、駆動
部と非駆動部の並ぶ向きと、複数の加圧室が並んでいる
向きとが直交しているので、加圧室の幅及び間隔を縮小
しても、隣接する圧電部材に非駆動部が当接するなどの
支障は生じない。また、圧電部材をより確実に振動板に
固定すべく、圧電部材を大きくし、非駆動部の面積を増
大して非駆動部と振動板の接触面積を増大した場合で
も、隣接する圧電部材に非駆動部が当接するなどの支障
は生じない。

【００１４】また、請求項３記載の発明によれば、薄板
状の圧電素子を用いるので、電極間隔が短いため、駆動
部から非駆動部へ電界が殆ど洩れない。従って、非駆動
部の変形が確実に防止されるため、圧電部材は、非駆動
部によって、より確実に基板に固定される。

【００１５】また、請求項４記載の発明によれば、薄板
状の圧電素子を用いるので、電極間隔が短いため、一方
端部及び他方端部へ電界が殆ど洩れない。従って、圧電
素子の電極間に電圧が印加されたとき、一方端部及び他
方端部の変形が確実に防止されるため、圧電部材は、一
方端部及び他方端部で支持されて、より確実に基板に固
定される。

【００１６】

【実施例】本発明に係るインクジェット記録ヘッドの一
実施例について、図面を参照しながら説明する。図１
（ａ）は同実施例の正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断
面図である。

【００１７】このインクジェット記録ヘッドは、圧電部
材１、保持部材２、基板部材３及び振動板４から構成さ
れている。圧電部材１は、上下面に電極１０２ａ，１０
２ｂが配設された薄板状の圧電素子１０１が積層されて
形成されている。なお、説明の便宜上、図１（ａ）では
電極１０２ａ，１０２ｂを図略し、図１（ｂ）では各圧
電素子１０１の境界を図略している。

【００１８】保持部材２は、一定厚さを有する板状で、
所要の剛性を有しており、圧電部材１に生じる変形のほ
ぼ全てを振動板４側に伝達させるものである。

【００１９】基板部材３は、例えばガラス等からなる所
要厚の板状体で、その表面には図１（ｂ）中、左端から
右端に亘って連通する小断面積の溝３０１、略中央部分
に形成された凹状の加圧室３０３及び溝３０１と同形状
の溝３０２が形成されている。更に、この溝３０１、加
圧室３０３及び溝３０２は、図１（ａ）中、左右方向
に、所定間隔で並んで形成されている。振動板４は、例
えばガラス製の薄板で、基板部材３の上面に密着して固
定され、溝３０１、加圧室３０３及び溝３０２を覆って
インク流路を形成している。

【００２０】この基板部材３及び振動板４により、溝３
０１の先端にノズル３０４が形成されている。加圧室３
０３は、略直方体形状に凹設されてなり、後述するよう
に圧電部材１の変形により振動板４を下方に変形させる
ことで、内部に満たされたインクを加圧してノズル３０
４からインクを吐出させるものである。また、溝３０２
は、不図示のインクカートリッジに連通しており、加圧
室３０３にインクが供給されるようになっている。

【００２１】圧電素子１０１は、チタン酸ジルコン酸鉛
（ＰＺＴ）等の圧電材料で形成され、厚さ方向に分極さ
れている。そして、圧電部材１には、図１（ｂ）に示す
ように、各圧電素子１０１の上下面に電極１０２ａ，１
０２ｂが対向して配設された中央の駆動部１０３、電極
１０２ｂのみが配設された一方側の非駆動部１０４及び
電極１０２ａのみが配設された他方側の非駆動部１０５
が形成されている。そして、駆動部１０３が加圧室３０
３のほぼ中央に対向するように位置設定されて、上面が
保持部材２に、下面が振動板４にそれぞれ密着して固定
されている。また、圧電部材１は、図１（ａ）の左右方
向に加圧室３０３と同一間隔で並んで形成されている。

【００２２】また、各電極１０２ａ，１０２ｂ間には、
不図示の配線を介して、図外の電源が接続されている。
この電源は、各圧電部材１の電極１０２ａ，１０２ｂ間
に選択的に所定レベルの電圧を印加して、対応するそれ
ぞれの圧電部材１に変形を生じさせるものである。

【００２３】次に、このインクジェット記録ヘッドの作
製手順の一例について図１〜図５を用いて説明する。図
２は圧電母材の作製手順を説明する図で、図３は同手順
を示すフローチャートである。図４（ａ）は保持部材に
固定された圧電母材の正面図、（ｂ）は（ａ）の側面図
である。なお、図２では、説明の便宜上、横方向に比べ
て縦方向を拡大して示している。また、図４（ａ）では
電極１０２ａ，１０２ｂを図略し、図４（ｂ）では各圧
電素子１０１の境界を図略している。

【００２４】まず、圧電母材１Ａの作製について図２、
図３を用いて説明する。最初に、チタン酸鉛（PbTi
O₃）、ジルコン酸鉛（PbZrO₃）及びバインダを混練して
ＰＺＴ材料を形成し（ステップＳ１）、これをスクリー
ン印刷によって圧電素子１０１を形成する（ステップＳ
２）。

【００２５】次いで、この圧電素子１０１の上面に、ア
ルミニウム等の金属をスクリーン印刷により薄膜状の電
極１０２ａを左端部を除いて形成する（ステップＳ
３）。次に、圧電素子１０１の積層が完了していなけれ
ば（ステップＳ４でＮＯ）、ステップＳ２に戻り、圧電
素子１０１を形成し、電極１０２ｂを形成する（ステッ
プＳ２，Ｓ３）。この電極１０２ｂは右端部を除いて形
成される。このように、ステップＳ２，Ｓ３を繰り返し
てＰＺＴ材料と電極を積層する。圧電素子１０１は、好
ましくは同一の四角形状の面を有している。この四角形
状は、縦は加圧室３０３の長さ以上の寸法で、横は複数
の加圧室３０３の幅以上の寸法になっている。

【００２６】そして、圧電素子１０１の積層が完了する
と（ステップＳ４でＹＥＳ）、高圧でプレスし（ステッ
プＳ５）、仮焼成し（ステップＳ６）、焼成して（ステ
ップＳ７）、圧電母材１Ａの作製が終了する。これによ
って、圧電母材１Ａには、電極１０２ａ，１０２ｂが対
向して配設された中央の駆動部１０３、電極１０２ｂの
みが配設された非駆動部１０４及び電極１０２ａのみが
配設された非駆動部１０５が形成される。なお、隣接す
る圧電素子１０１は、分極方向が互いに反対方向になる
ように分極処理されている。

【００２７】次に、この圧電母材１Ａを、図４に示すよ
うに接着等によって保持部材２の下面に密着して固定す
る。次いで、図５に示すように、加圧室３０３と同一間
隔であって、幅が加圧室３０３とほぼ同一になるよう
に、圧電素子１０１の積層方向に切削等によって櫛の歯
状にスリットを形成して圧電部材１を作製する。

【００２８】そして、このようにして作製された圧電部
材１を、図１に示すように、加圧室３０３に対向するよ
うに位置設定して、基板部材３に固定された振動板４上
に接着固定し、インクジェット記録ヘッドを構成する。

【００２９】次に、以上のようにして構成されたインク
ジェット記録ヘッドの動作について説明する。電極１０
２ａ，１０２ｂ間に電源からの出力電圧が印加される
と、圧電部材１の駆動部１０３が、図１（ｂ）に示すよ
うに加圧室３０３側に変形し、これにより加圧室３０３
内のインクが加圧されて、ノズル３０４からインクが吐
出される。

【００３０】このとき、圧電部材１の非駆動部１０４，
１０５では、その積層方向に電界が発生しないので、電
歪現象が起こらず、変形は生じない。この非駆動部１０
４，１０５は、圧電部材１の支持部として作用する。

【００３１】このように、駆動部１０３の両側に所要幅
だけ形成された非駆動部１０４，１０５を加圧室３０３
の前後に位置させることによって、圧電部材１自体の一
部を利用して確実に振動板４に固定することができる。
従って、圧電部材１の固定のために別途支持部材を設け
る必要がないので、インクジェット記録ヘッドの小型化
が図れる。

【００３２】また、圧電部材１の幅及び間隔は、圧電母
材１Ａに形成されるスリットの幅及び間隔によって自在
に作製可能であるので、加圧室３０３及びノズル３０４
の配列間隔をより小さくして高密度に配設できる。

【００３３】また、圧電部材１を、薄板状の圧電素子１
０１を積層して形成したので、電極１０２ａ，１０２ｂ
の間隔を短くでき、駆動部１０３から非駆動部１０４，
１０５への洩れ電界を殆ど無くすことができる。従っ
て、非駆動部１０４，１０５の変形が確実に防止できる
ので、圧電部材１をより確実に振動板４に固定すること
ができる。

【００３４】また、圧電素子１０１の変形量は内部の電
界強度に比例するので、各圧電素子１０１を薄板とする
ことで、電極１０２ａ，１０２ｂ間への印加電圧を低レ
ベルにすることができる。この場合でも、圧電素子１０
１を積層して圧電部材１を形成しているので、圧電部材
１全体では所要の変形量を確保することができる。

【００３５】なお、圧電部材１を形成する圧電母材１Ａ
は、図２に示す構造のものに限られず、図６〜図８に示
すものでもよい。

【００３６】図６では、圧電素子１０１の上下面に、ア
ルミニウム等の金属の蒸着またはスパッタリングによっ
て、薄膜状の電極１０２ａ，１０２ｂを配設している。
このとき、電極１０２ａは左端部を除いて配設され、電
極１０２ｂは右端部を除いて配設される。更に、下面に
は絶縁膜１０６が形成される。この後、圧電素子１０１
を所要枚数だけ積層し、接着等によって互いに固定し
て、圧電母材１Ａを作製する。

【００３７】図７では、圧電素子１０１ａ，１０１ｂの
上下面に、アルミニウム等の金属の蒸着またはスパッタ
リングによって、薄膜状の電極１０２ａ，１０２ｂを配
設している。ここで、圧電素子１０１ａは、電極１０２
ａが上面の左端部を除いて配設され、電極１０２ｂが下
面の右端部を除いて配設されている。一方、圧電素子１
０１ｂは、電極１０２ｂが上面の右端部を除いて配設さ
れ、電極１０２ａが下面の左端部を除いて配設されてい
る。そして、圧電素子１０１ａ，１０１ｂを交互に積層
し、接着等によって互いに固定して、圧電母材１Ａを作
製する。なお、圧電素子１０１ａ，１０１ｂは、分極方
向が互いに反対方向になるように配設されている。

【００３８】図８では、圧電素子１０１ｃ，１０１ｄの
上面に、アルミニウム等の金属の蒸着またはスパッタリ
ングによって、薄膜状の電極１０２ａ，１０２ｂを配設
している。ここで、圧電素子１０１ｃは、電極１０２ａ
が左端部を除いて配設され、圧電素子１０１ｄは、電極
１０２ｂが右端部を除いて配設されている。そして、圧
電素子１０１ｃ，１０１ｄを交互に積層し、接着等によ
って互いに固定して、圧電母材１Ａを作製する。なお、
圧電素子１０１ｃ，１０１ｄは、分極方向が互いに反対
方向になるように配設されている。

【００３９】図６〜図８の構成でも、電極１０２ａ，１
０２ｂが対向して配設された中央の駆動部１０３、電極
１０２ｂのみが配設された非駆動部１０４及び電極１０
２ａのみが配設された非駆動部１０５が形成されてい
る。従って、図２の場合と同様な効果が得られる。

【００４０】また、圧電部材１は、所要の厚さを有する
板状で一体の圧電素子で形成したものを用いてもよい。
この場合でも、一方の電極を圧電素子の上面の一方端部
を除いて配設し、他方の電極を下面の他方端部を除いて
配設するようにして、電圧が印加されても変形しない非
駆動部を両側に形成すれば、同様に、圧電部材１を確実
に振動板４に固定することができる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、圧電部材を、電極が対向して配設された駆動部
と、この駆動部の両側で電極が対向して配設されていな
い非駆動部とから構成し、駆動部が加圧室に対向するよ
うに位置設定して振動板に固定するようにしたので、電
圧印加によって変形しない非駆動部で支持することによ
って、圧電部材を振動板に確実に固定することができ
る。

【００４２】また、請求項２の発明によれば、駆動部と
非駆動部の並ぶ向きと、複数の加圧室が並んでいる向き
とが直交しているので、加圧室の幅及び間隔に対応して
圧電部材を形成することができる。従って、ノズルを高
密度に配設できる。また、隣接する圧電部材に支障にな
ることなく、圧電部材を大きくして非駆動部の面積を大
きくできる。従って、非駆動部と振動板の接触面積を増
大することにより、より確実に圧電部材を振動板に固定
できる。

【００４３】また、請求項３の発明によれば、圧電部材
を、薄板状の圧電素子を積層して形成するようにしたの
で、電極間隔が短いため、駆動部から非駆動部へ電界が
殆ど洩れないことから、非駆動部の変形を確実に防止で
きる。従って、圧電部材をより確実に振動板に固定でき
る。

【００４４】また、請求項４の発明によれば、圧電部材
を、上面に一方端部を除いて電極が配設され、下面に他
方端部を除いて電極が配設されてなる薄板状の第１圧電
素子と、上面に上記他方端部を除いて電極が配設され、
下面に上記一方端部を除いて電極が配設されてなる薄板
状の第２圧電素子とを交互に積層して形成するようにし
たので、電極間隔が短いため、駆動部から一方端部及び
他方端部へ電界が殆ど洩れないことから、一方端部及び
他方端部の変形を確実に防止できる。従って、一方端部
及び他方端部で支持することによって、圧電部材をより
確実に振動板に固定できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明に係るインクジェット記録ヘッ
ドの一実施例の正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図
である。

【図２】圧電母材の作製手順を説明する図である。

【図３】圧電母材の作製手順を示すフローチャートであ
る。

【図４】（ａ）は保持部材に固定された圧電母材の正面
図、（ｂ）は（ａ）の側面図である。

【図５】切削してスリットが形成された圧電部材の正面
図である。

【図６】圧電母材の異なる構成例を示す説明図である。

【図７】圧電母材の異なる構成例を示す説明図である。

【図８】圧電母材の異なる構成例を示す説明図である。

【符号の説明】

１圧電部材１Ａ圧電母材１０１圧電素子１０２ａ，１０２ｂ電極１０３駆動部１０４，１０５非駆動部１０６絶縁膜２保持部材３基板部材３０１，３０２溝３０３加圧室３０４ノズル４振動板

───────────────────────────────────────────────────── 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

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板とこの基板に密着固定された振動板
とからなり、ノズル及びこのノズルに連通するインクの
加圧室が形成されたヘッド部材と、上記振動板の上記加
圧室に対向する位置に固定され、両面に電極が配設され
た圧電部材とを備えたインクジェット記録ヘッドにおい
て、上記圧電部材は、両面の電極が対向して配設された
駆動部と、この駆動部の両側で電極が対向して配設され
ていない非駆動部とから構成されるとともに、上記駆動
部が上記加圧室に対向するように位置設定されているこ
とを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【請求項２】上記ヘッド部材は、複数のノズル及び加
圧室が、一方向に所定間隔で並んで形成され、上記圧電
部材は、上記駆動部と上記非駆動部とが上記一方向に直
交する方向に並ぶ向きで配設されていることを特徴とす
る請求項１記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項３】上記圧電部材は、複数の薄板状の圧電素
子を積層してなり、上記圧電素子は、積層状態で、それ
ぞれ両面に電極が対向して配設された駆動部と電極が対
向して配設されていない非駆動部とが形成されたもので
あることを特徴とする請求項１または２記載のインクジ
ェット記録ヘッド。
【請求項４】上記圧電部材は、上面に一方端部を除い
て電極が配設され、下面に他方端部を除いて電極が配設
されてなる薄板状の第１圧電素子と、上面に上記他方端
部を除いて電極が配設され、下面に上記一方端部を除い
て電極が配設されてなる薄板状の第２圧電素子とが、交
互に積層して形成されたものであることを特徴とする請
求項１〜３のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッ
ド。