JPH08150716A - インクジェット式記録ヘッド - Google Patents

インクジェット式記録ヘッド

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JPH08150716A
JPH08150716A JP7262237A JP26223795A JPH08150716A JP H08150716 A JPH08150716 A JP H08150716A JP 7262237 A JP7262237 A JP 7262237A JP 26223795 A JP26223795 A JP 26223795A JP H08150716 A JPH08150716 A JP H08150716A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 インク滴の少量化と、高速応答を可能にする
こと。 【解決手段】 流路形成部材３の他方の面を封止して圧
力発生室４の容積を変化させる可撓壁部材１０を圧力発
生室４にコンプライアンスを与える低弾性領域１１と、
一端がノズル開口１側の流路形成部材３にまで延び、ま
た他端が少なくともインク供給路５まで延びて圧電振動
子７の伸縮を圧力発生室４に伝達する高弾性領域１２と
で形成する。記録ヘッドのコンプライアンスがインク供
給口５やリザーバ６に分散して圧電振動子７による圧力
発生室４の容積変化が小さくなり、インク滴のインク量
が少なく、また高速駆動が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ノズル開口からインク
滴を記録紙等の記録媒体に吐出させてインク像を形成す
るプリンタ、複写機、ＦＡＸ、及びこれらの複合機等に
適した画像記録用のインクジエツトヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】インクジエツト記録ヘッドを用いた画像
記録装置は、（１）動作音が低いこと、（２）装置コス
ト及びランニングコストを安価であること、及び（３）
カラ一画像の印刷が容易であることなどの理由により急
速に普及している。このような特徴を有するインクジェ
ット式記録ヘッドは、例えば特開平4-1052号公報（ヨー
ロッパ特許第443628号）に開示さているように、圧力発
生室の一方の面をその両端で固定支持した可撓壁部材で
封止するとともに、この可撓壁部材上に形成された高弾
性領域を介して、圧電振動材料と電極材料とを交互に積
層して構成された圧電振動子等の電気機械変換手段の変
位を圧力発生室に伝達し、もって圧力発生室を膨張、収
縮させて圧力発生室のインクをインク滴としてノズル開
口から吐出させるように構成されている。
【０００３】このような電気機械変換素子を用いたイン
クジェットヘッドは、弾性率の大きな部材の機械振動に
より圧力を生じさせている関係上、電気機械変換素子の
変位を圧力発生室の容積変化に変換するための低弾性領
域を必要とする。
【０００４】この低弾性領域は、通常圧力発生室のノズ
ル開口近傍やインク供給口の近傍に薄肉部を形成するこ
とにより付与されている。このように圧力発生室に或程
度大きな低弾性領域を持たせると、電気機械変換素子の
変位量に比してインク滴のインク量を増加させることが
可能となる反面、低弾性領域により形成されるコンプラ
イアンスに起因して圧力発生室の固有振動周期が長くな
ってしまい、応答速度を下げざるを得ないという問題が
ある。
【０００５】一方において、印刷の高密度化が要望され
ていて、これに対応するために１画素を、複数のインク
滴の重ね打ちにより印刷して面積階調で表現し、もって
実質的な記録密度の向上を図ることが考えられている。
【０００６】しかし、上述したように圧力発生室に比較
的面積の大きな低弾性領域を形成しているため、このよ
うな複数のインク滴で面積階調を表現するべく微小なド
ットを形成しようとして電気機械変換素子の変位量を小
さくすると、圧力発生室のコンプライアンスが電気機械
変換素子の変位量に見合う値よりも大き過ぎるため、イ
ンク滴の吐出に不良を来したり、また全く吐出できない
という問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
事情に鑑みてなされたものであって、その目的とすると
ころは、１回の吐出によるインク滴の少量化と、高速駆
動を可能ならしめて、面積階調による印刷ができるイン
クジェット式記録ヘッドを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】このような問題を解消す
るために本発明においては、圧力発生室、インク供給
路、及びリザーバを区画する流路形成部材と、前記流路
形成部材の一方の面を封止するとともに前記圧力発生室
に連通するノズル開口を備えたノズルプレートと、前記
流路形成部材の他方の面を封止して前記圧力発生室の容
積を変化させる可撓壁部材と、該可撓壁部材に当接して
これを弾性的に変形させる電気機械変換素子とからなる
インクジェット式記録ヘッドにおいて、可撓壁部材が低
弾性領域と、少なくとも一端が前記インク供給路まで延
びて前記圧電振動子の伸縮を前記圧力発生室に伝達する
高弾性領域とで形成するようにした。
【０００９】
【作用】記録ヘッドの圧力発生室に形成すべき低弾性領
域によるコンプライアンスをインク供給口やリザーバに
分散させることにより、圧力発生室内での圧力損失が小
さくなり、これにともなって電気機械変換素子の微小な
変位でインク滴の吐出が可能となるから圧力発生室の容
積変化を少なくしてインク滴の少量化が可能となる。ま
たコンプライアンスの減少によりインク滴吐出周期を短
縮できて１画素を複数のインク滴により面積階調でもっ
て印刷できる。
【００１０】
【実施例】そこで以下に本発明の詳細を実施例に基づい
て説明する。図１、図２は、それぞれ本発明の一実施例
を示すものであって、複数のノズル開口１を形成したノ
ズル形成部材２と、それぞれのノズル開ロ１に連通する
圧力発生室４、インク供給路５、リザーバ６を形成した
流路形成部材３と、厚さ２０〜３０μｍのステンレスシ
ートにエッチング等により選択的にパターンニング加工
を施し、厚さ２μｍ程度の低弾性領域１１と、高弾性領
域１２を形成した可撓壁部材１０とを積層してフレーム
部材８（図２）に固着されている。
【００１１】可撓壁部材１０は、圧力発生室４の一側の
外端と、他側に配置されているリザーバ６の外端とでフ
レーム部材８に支持されている。高弾性領域１２は、圧
電振動子７の変位を圧力発生室４に確実に伝達できる程
度の剛性を備え、ノズル開口１の側となる端部１２ａが
流路形成部材３と対向する位置まで延長され、また他端
１２ｂは少なくともインク供給口５に到達する箇所まで
延長されている。
【００１２】この結果、低弾性領域１１は、圧力発生室
４に対向する領域の一部、つまり高弾性領域１２が形成
されている以外の高弾性領域１２の側部と、少なくとも
インク供給路５を越えてリザーバ６の近傍に到達する位
置にわたって形成されている。なお、図中符号９は、圧
力発生室４を区画する隔壁を示す。
【００１３】ノズル開口１の開口面積、ノズル形成部材
２の厚さやその断面形状、さらには圧力発生室４、イン
ク供給路５を構成する流路形成部材３の精度は、インク
滴の飛翔速度や、インク量等のインク吐出特性に大きな
影響を及ぼすので、高い精度での加工が必要となる。こ
のため、ノズル形成部材２及び流路形成部材３は、精密
プレス加工、エキシマレーザー加工、ニッケル等の電鋳
加工、またはシリコンウエハ等の異方性エッチング加工
等により形成するのが望ましい。
【００１４】可撓壁部材１０に形成される高弾性部１２
には、積層型圧電振動子７の先端が接着等により機械的
に接合されている。
【００１５】この積層型圧電振動子７は、図３（ａ）、
（ｂ）に示したように厚さ２０〜３０μｍ程度の圧電材
料と、厚さ２〜５μｍ程度の電極材料を交互に積層して
極が異なる電極１５、１６により圧電層１４を挟むよう
に構成されていて、この実施例では積層方向と直角方向
に変位する、いわゆるｄ31モードの振動子として構成さ
れている。
【００１６】これら振動子７、７、７‥‥は、ヘッドへ
の組込みの便宜を考慮して一端をベース部材１３にほぼ
ノズル開ロ１の配列ピッチに合わせて固定されてユニッ
トに纏められている。
【００１７】これら電極１５、１５‥‥、及び電極１
６、１６は、それぞれ圧電振動子７の先端と後端とで外
部電極１７、１８に接続され、一方の外部電極１７を個
別電極に、また他方の外部電極１８を導電材１９で並列
接続して共通電極とされている。
【００１８】高弾性領域１２の一端１２ａから積層型圧
電振動子７までの距離Ｌ12aは、積層型圧電振動子７の
変位力に対する可撓性部材１０からの反力が１／１００
以下に減少する長さに選択されている。なお、機構的に
は距離Ｌ12aを短く設定する方が、高弾性領域１２の他
端１２ｂの変位を大きくすることができるが、変位効率
及び各接合面に作用する応力とのバランスを考えて最適
な値に設定する必要がある。
【００１９】このように構成した記録ヘッドにおいて、
積層型圧電振動子７に駆動信号が印加されると、圧電振
動子７が収縮して、一端１２ａがノズル開口１の先から
他端１２ｂがインク供給路５近傍まで延びる高弾性領域
が、インク供給口５、及びリザーバ６の低弾性領域１１
のコンプライアンスで変形して圧力発生室４を可及的に
膨張させる。
【００２０】所定の時間が経過して圧電振動子７への駆
動信号の印加が停止すると、圧電振動子７が伸長して圧
力発生室４を収縮させる。この場合にも一端１２ａが圧
力発生室４のノズル開口１の先から他端１２ｂがインク
供給路５を越えてリザーバ６にまで達している高弾性領
域１２が、インク供給口５及びリザーバ６のコンプライ
アンスに助けられて変位し、コンプライアンスの低い圧
力発生室４を圧縮する。
【００２１】もとより、圧力発生室４に対向する低弾性
領域１１の面積が極めて小さいから、圧力発生室４のコ
ンプライアンスが小さく、１回のインク滴の吐出による
インク量が少なく、また圧電振動子７の伸縮に十分に追
従できて高速駆動が可能となる。
【００２２】なお、上述の実施例のおいては、高弾性領
域の他端１２ｂをインク供給口の近傍まで延長している
が、図４に示したように高弾性領域の両端１２ａ、１２
ｂを共に流路形成部材３にまで延長してもよい。
【００２３】この実施例によれば、圧力発生室４のコン
プライアンスをさらに小さくできて、１回のインク滴の
インク量を少なくし、かつ高速応答を可能ならしめるこ
とができる。
【００２４】図５は、本発明の第２の実施例を示すもの
であって、図中符号３０は、圧力発生室３１と、これを
挟む２つのリザーバ３２、３３、及びこれらリザーバ３
２、３３と圧力発生室３１とを接続するインク供給路３
４、３５とを区画する流路形成部材で、一方の面をノズ
ル開口３６を備えたノズルプレート３７により、また他
方の面を後述する可撓壁部材３８により封止されてい
る。
【００２５】３８は、前述の可撓壁部材３８で、高弾性
領域４０がフレーム部材４１に到達する長さとして形成
され、また低弾性領域３９が圧力発生室３１の幅方向に
高弾性領域４０を挟むように形成されている。
【００２６】一方、高弾性領域４０は、積層型圧電振動
子４２の先端の、圧力発生室３１の長手方向に延びる圧
力伝達部材４２ａを介して積層型圧電振動子４２の変位
を受け、圧力発生室３１の容積を変化させるように構成
されている。
【００２７】この実施例においては、高弾性領域４０が
圧力発生室３１の一端からインク供給路３４、３５、及
びリザーバ３２、３３を越えてフレーム部材４１まで及
ぶ領域まで形成され、またその両側に低弾性領域３９が
形成されているため、圧力発生室３１のコンプライアン
スがその両側に形成されている低弾性領域３９で賄われ
るだけで極めて小さく、したがってインク滴の少量化と
高速応答が可能となる。
【００２８】なお、上述の実施例においては、圧電振動
子４２が圧力伝達部材４２ａを備えていて、高弾性領域
４０全体に均等に変位力を伝達できるため、高弾性領域
４０をフレーム部材４１に到達する連続体として構成し
ているが、このような圧力伝達部材４２ａを使用しない
場合には、図６に示したように圧力発生室３１から離れ
たリザーバ３２、３３の領域に低弾性領域４４を形成し
て、高弾性領域４５による圧力発生室３１の容積変化を
助けるのが望ましい。
【００２９】また、上述の実施例においては、電界と直
交する方向の変位（ｄ３１）を利用しているが、図７に
示したように所望する変位の方向と平行に電極５１、５
２、及び圧電材料５３を交互に積層した、いわゆるｄ33
モードの圧電振動子５４も使用できることは明らかであ
る。
【００３０】
【発明の効果】以上、説明したように本発明において
は、流路形成部材の他方の面を封止して圧力発生室の容
積を変化させる可撓壁部材が低弾性領域と、一端がノズ
ル開口側の流路形成部材にまで延び、また他端が少なく
ともインク供給路まで延びて圧電振動子の伸縮を圧力発
生室に伝達する高弾性領域とで形成したので、記録ヘッ
ドのコンプライアンス成分の大部分を占める低弾性領域
をインク供給口やリザーバに分散させることができて電
気機械変換素子の微小変位でのインク滴の吐出を可能と
して、インク滴の少量化と高速応答を実現することがで
きる。
【００３１】また、ノズル開口の配列ピッチを狭くして
高密度印刷対応の記録ヘッドを構成する場合には、例え
ば上述した特開平4-1052号公報に示されているような構
造では低弾性部の形状や位置に厳しい精度が求められる
が、本発明ではコンプライアンスを発現させる低弾性領
域を、圧力発生室に比較して面積の大きなリザーバに配
置しているので、低弾性領域の形成が容易であるばかり
でなく、これら低弾性領域はインク吐出に直接に関与し
ないから、インク滴の飛翔速度やインク量、さらには駆
動周波数の変動を防止することができる。
【００３２】さらに、従来インク供給口やリザーバの領
域では単なる剛性部材としてしか機能していない振動板
のこれら領域にコンプライアンスを発現させることによ
って、圧力発生室の長大化を招くこと無く、印刷に必要
なインク量のインク滴の吐出を可能ならしめ、もって記
録ヘッドの大型化を招くことなくノズル開口の高密度配
列に対応することができる。
【００３３】さらには、リザーバに配置されている低弾
性領域のコンプライアンスにより、圧力発生室からリザ
ーバに戻されるインクの圧力を吸収して、隣り合う圧力
発生室間でのクロストークを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の記録ヘッドの一実施例を示す断面斜視
図である。
【図２】図（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明の一実施
例を、圧力発生室の近傍の断面構造、及び可撓壁部材の
上面構造を示す図である。
【図３】図（ａ）、（ｂ）は、それぞれ同上記録ヘッド
に使用する積層型圧電振動子の一実施例を示す斜視図
と、断面図である。
【図４】本発明の他の実施例を示す断面斜視図である。
【図５】図（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明の他の実
施例を、圧力発生室の近傍の断面構造、及び可撓壁部材
の上面構造を示す図である。
【図６】本発明の他の実施例を示す図である。
【図７】本発明の他の実施例を示す図である。
【符号の説明】
１ ノズル開口 ４ 圧力発生室 ５ インク供給路 ６ インクリザーバ ７ 積層型圧電振動子 ８ フレーム部材 １０ 可撓壁部材 １１ 低弾性領域 １２ 高弾性領域

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 圧力発生室、インク供給路、及びリザー
    バを区画する流路形成部材と、前記流路形成部材の一方
    の面を封止するとともに前記圧力発生室に連通するノズ
    ル開口を備えたノズルプレートと、前記流路形成部材の
    他方の面を封止して前記圧力発生室の容積を変化させる
    可撓壁部材と、該可撓壁部材に当接してこれを弾性的に
    変形させる縦振動モードを備えた電気機械変換素子とか
    らなるインクジェット式記録ヘッドにおいて、 可撓壁部材が低弾性領域と、一端が少なくとも前記イン
    ク供給路まで延びて前記電気機械変換素子の伸縮を前記
    圧力発生室に伝達する高弾性領域とで形成されていてい
    るインクジェット式記録ヘッド。
  2. 【請求項２】 可撓壁部材が前記圧力発生室にコンプラ
    イアンスを与える低弾性領域と、一端がノズル開口側の
    流路形成部材にまで延び、また他端が少なくとも前記イ
    ンク供給路まで延びて前記電気機械変換素子の伸縮を前
    記圧力発生室に伝達する高弾性領域とで形成されていて
    いるインクジェット式記録ヘッド。
  3. 【請求項３】 前記低弾性領域が前記リザーバの領域ま
    で形成されている請求項１または請求項２のインクジェ
    ット式記録ヘッド。
  4. 【請求項４】 前記高弾性領域の一端が前記流路形成部
    材で支持され、また前記低弾性領域が前記高弾性領域の
    周囲を囲うように形成されている請求項１のインクジェ
    ット式記録ヘッド。
  5. 【請求項５】 前記高弾性領域の両端が前記流路形成部
    材で支持され、また前記低弾性領域が前記圧力発生室の
    幅方向に前記高弾性領域を挟むように形成されている請
    求項１のインクジェット式記録ヘッド。
  6. 【請求項６】 前記高弾性領域の一端が前記フレーム部
    材で支持され、また前記低弾性領域が前記高弾性領域の
    周囲を囲うように形成されている請求項１のインクジェ
    ット式記録ヘッド。
  7. 【請求項７】 前記高弾性領域の両端が前記フレーム部
    材で支持され、また前記低弾性領域が前記圧力発生室の
    幅方向に前記高弾性領域を挟むように形成されている請
    求項１のインクジェット式記録ヘッド。
JP26223795A 1994-09-26 1995-09-14 インクジェット式記録ヘッド Expired - Lifetime JP3484841B2 (ja)

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JP6-229748 1994-09-26
JP22974794 1994-09-26
JP22974894 1994-09-26
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