JPH0825627A - インクジェットヘッドおよびその製造方法 - Google Patents

インクジェットヘッドおよびその製造方法

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JPH0825627A
JPH0825627A JP16385794A JP16385794A JPH0825627A JP H0825627 A JPH0825627 A JP H0825627A JP 16385794 A JP16385794 A JP 16385794A JP 16385794 A JP16385794 A JP 16385794A JP H0825627 A JPH0825627 A JP H0825627A
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piezoelectric element
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ink
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JP16385794A
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Toyoji Shioda
豊司 潮田
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NEC Corp
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2202/00Embodiments of or processes related to ink-jet or thermal heads
    • B41J2202/01Embodiments of or processes related to ink-jet heads
    • B41J2202/10Finger type piezoelectric elements

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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 製造を容易とし加工コストの低減を図る。 【構成】 2はインク溜3を備える基板、4はインク溜
3に臨む流路溝5およびノズル孔8を備える合成樹脂性
の流路板、9は積層型の圧電素子である。そして、圧電
素子は1枚の圧電素子を流路板4上に接合後、流路溝5
間に沿って切断する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はドロップオンデマンド型
のインクジェットヘッドに関し、特に多数のノズルを備
えたマルチノズルインクジェットヘッドに関する。
【0002】
【従来の技術】ドロップオンデマンド型インクジェット
機録方式は、記録液適を必要時にのみ吐出するために圧
電アクチュエータを備えた記録ヘッドに電気信号を印加
して記録ヘッド内に設けられたインク室に圧力波を発生
させ、その圧力波によってノズル孔より液滴を噴射する
ものである。この方式は、構成が単純であるという長所
がある反面、複数のノズル孔の高密度化を図るためには
圧電アクチュエータの高集積化が必要となる。しかしな
がら、圧電アクチュエータを高密度化すると必要な印加
電圧が高くなるという問題が生じる。この問題を解決し
たものとして、特開昭63−252750号公報および
特開平2−238950号公報に開示されたものがあ
る。
【0003】図10は特開昭63−252750号公報
に開示されたインクジェットヘッドの斜視図である。同
図において、圧電材料で構成されたブロック21、22
にそれぞれ流路となるスリット23、24を設け、その
スリット23、24の側面である流路隔壁25、26の
内面に電極27が設けられている。29はスリット2
3、24の開口部を覆い、ノズル孔28が開けられたノ
ズル板である。このような構成において、駆動電圧を印
加すると圧電材料の辷り効果(d15モード)によって流
路隔壁25、26が図中の一点鎖線に示すようにスリッ
ト23、24内に変形し、スリット23、24内のイン
クに圧力波を発生させノズル28より液滴が噴射され
る。
【0004】図11は特開平2−238950号公報に
開示されたインクジェットヘッドの斜視図である。同図
において、基板31上に圧電素子32が設けられ、圧電
素子32には、スリット33が形成されている。圧電素
子32上には、底壁部34が配設され、底壁部34に
は、前記スリット33に対応する位置に流路隔壁35が
設けられている。このような構成において、圧電素子3
2への電圧印加によって流路隔壁35および底壁部34
が図中一点鎖線で示すように変形し、流路隔壁35に挟
まれた流路36内のインクに衝撃を与えて圧力波を発生
させる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来技術のうち前者のものでは、圧電素子21、22
のスリット加工、電極27の形成および上下のスリット
23、24の位置合わせしての接着等、製造上の困難は
免れ得ず、製造コストが嵩むといった問題があった。ま
た、隣合ったスリットは、同時に圧力波を発生させるこ
とは構造上不可能であるので、時分割駆動が必要とな
り、その分駆動制御回路が複雑となる問題もあった。ま
た、後者のものでも、隣接するスリット間の相互干渉の
問題については充分に解決されたものではなく、さら
に、圧電素子35側に設けられたスリット33と流路と
なるスリット36との接着に際しての位置決め精度が要
求される。さらに、両者ともに、ノズル孔28が開けら
れたノズル板29をスリット23、24および36に合
わせて高精度に接着しなければならず、ノズル孔28の
ピッチが細くなればなるほど製造が困難となる問題があ
った。このように、従来のインクジェットヘッドでは、
高集積化を目指そうとすると、製造が困難となり、加工
コストが嵩むという問題があった。
【0006】したがって、本発明は上記した従来の問題
に鑑みてなされたものであり、その目的とするところ
は、製造を容易とし加工コストの低減を図ったインクジ
ェットヘッドおよびその製造方法を提供することにあ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明に係るインクジェットヘッドは、インクを一
時的に貯蔵するインク溜が形成された基板と、この基板
上に積層され、一端が前記インク溜に臨み他端にインク
滴を噴射するノズル孔が穿設された複数の流路溝を備え
た可撓性板材で形成した流路板と、前記流路溝のそれぞ
れに対応して流路板に接合された圧電材料と薄膜導電材
料とからなる圧電素子部材と、圧電素子部材の伸びを前
記流路板の変形に変換する支持板とで構成されたもので
ある。また、本発明に係るインクジェットヘッドの製造
方法は、インクを一時的に貯蔵するインク溜が形成され
た基板上に、一端が前記インク溜に臨み他端にインク滴
を噴射するノズル孔が穿設された複数の流路溝を備えた
可撓性板材で形成した流路板を接合し、この流路板上
に、圧電材料と薄膜導電材料とを積層した1枚の圧電素
子板を接合後、この圧電素子板を前記流路板の各流路溝
間において切断し、しかるのち、圧電素子板の上に支持
板を積層したものである。
【0008】
【作用】本発明によれば、流路板に流路溝およびノズル
孔が設けられるので、部品点数が削減される。また、本
発明によれば、流路板上に、1枚の圧電素子板を接合
し、しかるのち、この圧電素子板を流路板の各流路溝間
において切断するようにしたので、圧電素子板と各流路
溝との接合時おける面倒な位置決め作業が不要となる。
【0009】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図に基づいて説明
する。図1乃至図6は本発明に係るインクジェットヘッ
ドを示し、図1は一部破断斜視図、図2は断面図、図3
は流路板の平面図、図4は流路板の断面図、図5は圧電
素子の接合方法を示す断面図、図6は動作を示す拡大側
面図である。これらの図において、全体を符号1で示す
インクジェットヘッドは、基板2、流路板4、積層型の
圧電素子9および支持板11とが積層されている。
【0010】基板2の後部表面には、幅方向に凹設され
たインク溜3が設けられている。流路板4は1枚の板材
で形成されており、下面に直線状の複数条の流路溝5が
形成され、上面には、この流路溝5と流路壁7を隔てて
分離溝6が形成され、断面が図4に示すように波形形状
を呈している。これら流路溝5および分離溝6は、流路
板4の前後に形成された遮蔽ブロック部4a、4bによ
り有限長に形成されており、流路溝5は後方部が前記イ
ンク溜3に臨む長さに形成され、分離溝6は流路溝5よ
りもやや短く形成されている。前方側の遮蔽ブロック部
4aには、流路溝5に貫通するノズル孔8が穿設されて
いる。
【0011】この流路板4は、比較的弾性係数が低く、
成形性の良好な樹脂材料であるポリアミド、アクリル等
の材料を流し込み成形または熱プレス成形等によって、
厚さ数百〜数十μm程度に形成されている。前記ノズル
孔8は、エキシマレーザにより高精度に加工される。
【0012】直方体状の圧電素子9は、各流路溝5の天
井部分の流路壁7に接着されている。この圧電素子9は
電圧を印加すると厚み方向に伸びを生じるように分極が
厚さ方向(圧電係数d33方向)に定められており、電極
構造は上下の表面のみに設けた通常の圧電素子の他、駆
動電圧を低減させるために内部にも複数の電極を設けた
いわゆる積層型の圧電素子としている。この圧電素子9
の長さと位置は、本出願人により出願された特開昭62
−174163号公報に開示されているように、ノズル
孔8を含めた流路溝5内のインクの圧力波の共振モード
によって決定される。なお、前記分離溝6の位置と長さ
は、圧電素子9の位置と長さに対応させて決めている。
【0013】次に、このように構成されたインクジェッ
トヘッドの組立方法を説明する。まず、基板2上に流路
板4を載置し、図3中二点鎖線で示した流路板4上の圧
電素子貼付位置4cに、1枚の積層型の圧電素子9を流
路板4の分離溝6を覆い被さるようにして、図5(a)
に示すように、接着する。しかるのち、同図(b)に示
すように、ダイシングソーなどによって、流路板4の分
離溝6に対応した位置を切断して、この切断部であるス
リット10により各圧電素子9を分離し、流路溝5の天
井部に位置する各圧電素子9を形成する。そして、支持
板11を圧電素子9の上に接合して支持固定する。この
支持板11の目的は、圧電素子9の厚み方向の伸びをす
べて流路壁7の変形に変換するために、圧電素子9の縦
方向の変位を拘束することにある。したがって、この目
的を達成するものであれば必ずしも圧電素子9と支持板
11は接着する必要はなく、一定の押圧力によって圧電
素子9の上面を拘束するようにしてもよい。
【0014】次に、このように組み立てられたインクジ
ェットヘッドの動作を説明する。各圧電素子9に駆動電
圧を印加すると、流路溝5の断面は、図6に示すように
変化する。図6は有限要素法による解析結果であり、変
形量は300倍に拡大して示している。圧電素子9の縦
効果(d33方向)による伸びαと横効果(d13方向)に
よる縮みβによって、流路壁7が全体的に内側に変形
し、流路溝5の断面積が減少する。このときの断面積の
減少率は0.1%前後であるが、変形速度がきわめて大
きいので、ノズル孔8内のインクの圧力波の圧力値は5
00〜1000kPaに達する。この圧力値により、3
〜6m/sの速度を有するインク滴をノズル孔8より吐
出することが可能となる。
【0015】図7は本発明の第2の実施例を示す断面図
である。この第2の実施例では、圧電素子9の下端部に
分極されていない不活性層15を設け、圧電素子9を分
離する際、不活性層15の途中までスリット10を形成
して、圧電素子9をスリット10により電気的に分離す
るとともに、不活性層15により連結している。このよ
うに不活性層15により連結することにより、スリット
10を形成する際に圧電素子9にひびや割れが生じるの
を防止できる。
【0016】図8は本発明の第3の実施例を示す断面図
である。この第3の実施例では、圧電素子9の上端部に
分極されていない不活性層16を設け、圧電素子9を流
路板4に接着する前に下端部から不活性層16に達する
スリット10を形成したのち、接着したものである。
【0017】図9は本発明の第4の実施例を示す断面図
である。この第4の実施例では、基板2を挟んで、一対
の流路板4、4、圧電素子9、9および支持板12、1
2が、対称的に配置されている。インクは共通のインク
溜3から流路溝5、5に供給され、各々の圧電素子9、
9に電圧を印加することにより、ノズル孔8、8よりイ
ンク滴が吐出される。このように基板2を挟んで対称的
に配置することにより上下のノズル孔8、8間を近接さ
せることができ、高密度なドット列を記録媒体に形成す
ることができる。また、上下のノズル孔8、8を千鳥状
に配置することにより、より高密度なドット列を記録媒
体に形成することができる。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、イ
ンクを一時的に貯蔵するインク溜が形成された基板と、
この基板上に積層され、一端が前記インク溜に臨み他端
にインク滴を噴射するノズル孔が穿設された複数の流路
溝を備えた可撓性板材で形成した流路板と、前記流路溝
のそれぞれに対応して流路板に接合された圧電材料と薄
膜導電材料とからなる圧電素子部材と、圧電素子部材の
伸びを前記流路板の変形に変換する支持板とで構成し、
流路溝およびノズル孔を流路板に形成したので、部品点
数の削減を図ることができるとともに、安価となる。
【0019】また、本発明によれば、基板を挟んで流路
板および圧電素子部材を一対対称的に配置したので、ノ
ズル孔を高密度に実装することができる。
【0020】また、本発明によれば、一対の流路板のそ
れぞれのノズル孔を互いに千鳥状に配置したので、ノズ
ル孔をより高密度に実装することができる。
【0021】また、本発明によれば、インクを一時的に
貯蔵するインク溜が形成された基板上に、一端が前記イ
ンク溜に臨み他端にインク滴を噴射するノズル孔が穿設
された複数の流路溝を備えた可撓性板材で形成した流路
板を接合し、この流路板上に、圧電材料と薄膜導電材料
とを積層した1枚の圧電素子板を接合後、この圧電素子
板を前記流路板の各流路溝間において切断し、しかるの
ち、圧電素子板の上に支持板を積層し、圧電素子板を流
路板へ接合する際に、従来のような煩雑な位置決めを必
要としないので、組立が容易となる。また、基板流路
板、圧電素子板、支持板を積層状態で組み立てるので、
組立が容易であるとともに、一方向(上方)からの組立
なので、組立の自動化が容易に導入できる。
【0022】また、本発明によれば、圧電素子板の流路
板側または流路板と反対側に不活性層を設け、この不活
性層に切断しない部分を残したので、圧電素子板にひび
や割れが生じることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係るインクジェットヘッドの斜視図
である。
【図2】 本発明に係るインクジェットヘッドの断面図
である。
【図3】 本発明に係るインクジェットヘッドにおける
流路板の平面図である。
【図4】 本発明に係るインクジェットヘッドにおける
流路板の断面図である。
【図5】 本発明に係るインクジェットヘッドにおける
圧電素子の接合方法の順序を示す断面図である。
【図6】 本発明に係るインクジェットヘッドにおける
動作を示す拡大側面図である。
【図7】 本発明に係るインクジェットヘッドの第2の
実施例を示す断面図である。
【図8】 本発明に係るインクジェットヘッドの第3の
実施例を示す断面図である。
【図9】 本発明に係るインクジェットヘッドの第4の
実施例を示す断面図である。
【図10】 従来のインクジェットヘッドの斜視図であ
る。
【図11】 従来のインクジェットヘッドの第2の例の
斜視図である。
【符号の説明】
1…インクジェットヘッド、2…基板、3…インク溜、
4…流路板、5…流路溝、6…分離溝、7…流路壁、8
…ノズル孔、9…圧電素子、11…支持板、15,16
…不活性層。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 インクを一時的に貯蔵するインク溜が形
    成された基板と、この基板上に積層され、一端が前記イ
    ンク溜に臨み他端にインク滴を噴射するノズル孔が穿設
    された複数の流路溝を備えた可撓性板材で形成した流路
    板と、前記流路溝のそれぞれに対応して流路板に接合さ
    れた圧電材料と薄膜導電材料とからなる圧電素子部材
    と、圧電素子部材の伸びを前記流路板の変形に変換する
    支持板とで構成されたことを特徴とするインクジェット
    ヘッド。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のインクジェットヘッドに
    おいて、前記基板を挟んで流路板および圧電素子部材を
    一対対称的に配置したことを特徴とするインクジェット
    ヘッド。
  3. 【請求項3】 請求項2記載のインクジェットヘッドに
    おいて、前記一対の流路板のそれぞれのノズル孔を互い
    に千鳥状に配置したことを特徴とするインクジェットヘ
    ッド。
  4. 【請求項4】 インクを一時的に貯蔵するインク溜が形
    成された基板上に、一端が前記インク溜に臨み他端にイ
    ンク滴を噴射するノズル孔が穿設された複数の流路溝を
    備えた可撓性板材で形成した流路板を接合し、この流路
    板上に、圧電材料と薄膜導電材料とを積層した1枚の圧
    電素子板を接合後、この圧電素子板を前記流路板の各流
    路溝間において切断し、しかるのち、圧電素子板の上に
    支持板を積層したことを特徴とするインクジェットヘッ
    ドの製造方法。
  5. 【請求項5】 請求項4記載のインクジェットヘッドの
    製造方法において、前記圧電素子板の流路板側または流
    路板と反対側に不活性層を設け、この不活性層に切断し
    ない部分を残したことを特徴とするインクジェットヘッ
    ドの製造方法。
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