JPH0848031A - オンデマンド型インクジェットヘツド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高密度で設けられたノズルや加圧室に対応し
て圧電素子を高密度で配置すること。 【解決手段】 複数の加圧室２と、各加圧室２に連通す
るノズル１３と、各加圧室の一方の面を封止する振動板
３とからなるヘッド体と、電界方向と同一方向に分極さ
れて圧電歪定数ｄ33を有するように、圧電材料２３と複
数の電極２１、２２とを積層し、一方の極となる電極２
１が一方の側面に、また他方の極となる電極２２が他方
の側面に露出されていて、電極２４、２５により並列に
接続されて外部に引き出された複数の圧電素子２０と、
複数の圧電素子２０の一端を振動板３に当接させて圧電
素子２０の他端とヘッド体とを支持する剛性部材９とを
備える。圧電歪定数ｄ33による大きな変位を得て、これ
を確実に加圧室に伝達して圧電素子２０を小型にしても
十分にインク滴を吐出させることが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は圧電素子を用いたオンデ
マンド型インクジェットヘツドに関する。

【０００２】

【従来の技術】 オンデマンド型ジェットは構成が簡単
なため低価格の印刷装置として開発が進められている。
インクの射出は圧電素子の変形により行なわれ、従来は
分極に対して垂直方向の変形すなわち圧電歪定数ｄ31に
基因する変形を利用していた。

【０００３】例えば図４に示す従来のユニモルフを用い
たヘッドは、振動板１０１に積層された圧電素子１０２
は図の（３軸）の向きに分極されており、上下に設けら
れた電極１０３，１０４間に電圧を印加することで（１
軸）方向に圧電素子を縮ませ、振動板１０１と圧電素子
１０２でバイメタルのように曲げ変形を生じさせ、加圧
室１０５の容積を変化させる。圧電素子１０２の変形は
電界に比例し、変形方向の長さに比例するから、薄い
（３軸）方向に電圧を印加することで電界を大きくし
て、長い素子の長手方向（１軸）の変形を利用してい
た。

【０００４】一方、分極方向と垂直の圧電歪定数ｄ31の
変形を利用するものでは、図５に示したように、圧電素
子の（１軸）方向を振動板１０１と垂直に配置し、（１
軸）方向の変形により振動板１０１をたわませる。この
例でも第４図の従来のものと同様に、圧電素子の薄い方
向に電圧を印加し、長い方向に変形を発生させて駆動電
圧を低く抑えることが行われている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように比較的低い
駆動電圧によりインク滴を吐出させることが可能である
ものの、ノズル数を多くして高密度印刷が可能なヘッド
を構成することは困難であった。すなわち、１０本／mm
程度に加圧室を集積化すると、図４に示したものでは圧
電素子の（１軸）方向の長さが短くなって十分な変位を
得ることができず、また変位を大きく取ろうとして駆動
電圧を高めると、駆動回路に耐電圧の大きな回路部品を
必要として、集積回路化が困難となる。一方、図５のも
のでは多数の圧電素子を隣接させて並べる必要があり、
隣り同士の電極が短絡してしまい10本／mmという高い密
度で配置することは不可能である。本発明は、このよう
な問題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、高密度で設けられたノズルや加圧室に対応し
て圧電素子を高密度で配置することができるオンデマン
ド型インクジェットヘッドを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このような問題を解決す
るために本発明においては、複数の加圧室と、前記各加
圧室に連通するノズルと、前記各加圧室の一方の面を封
止する振動板とからなるヘッド体と、電界方向と同一方
向に分極されて圧電歪定数ｄ33を有するように圧電材料
と複数の電極とが積層され、一方の極となる前記電極が
一方の側面で、また他方の極となる前記電極が他方の側
面でそれぞれ電極により並列に接続された複数の圧電素
子と、前記複数の圧電素子の一端が前記加圧室に対向す
るように前記振動板に当接させて前記圧電素子の他端と
前記ヘッド体とを支持する剛性部材とを備える。

【０００７】

【作用】圧電歪定数ｄ33による大きな変位を得て、これ
を剛性部材により加圧室に確実に伝達するできるため、
圧電素子を小型に構成しても十分にインク滴を吐出させ
ることが可能となる。

【０００８】

【実施例】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、図中符号１はボリサルフオンの基坂
で、表面にインク流路が溝として形成されている。加圧
室２の巾Ｗcは８０μｍ程度、また加圧室２を区画する
壁の巾Ｗdは２０μｍで、さらに加圧室２の深さＤcは３
０μｍで、加圧室２は１００μｍのピツチで配列されて
いる。

【０００９】３はポリサルフォンからなる振動板で、厚
さが１０μｍで、基板１に積層されている。４は全ての
加圧室２に対向して設けられた圧電素子で、上下に電極
５，６を有し、溝７によつて各加圧室に対応するように
上部の一部を残して櫛歯状に分割されている。振動板３
と圧電素子４とは振動板３の表面に設けられた電極８に
接着されている。

【００１０】圧電素子４の各加工室２に対応する部分の
巾Ｗpは５０μｍ、長さＬpは３００μｍ、電極間距離Ｌ
eは３５０μｍである。

【００１１】９は電極１０を介して圧電素子４の電極５
に積層された剛性部材で、振動板３の厚さにくらべ充分
厚い厚さＬg、例えば１mmを備え、略「コ」の字状に形
成されて、両端が振動板３に接着されている。このよう
なヘッドは、基坂１が射出成形により作られ、ノズル１
１、供給路１２、供給管１３等のインク流路が加圧室２
とともに形成される。その後表面に振動板３を溶剤型接
着で接着してヘッド体を形成する。振動板３の表面に金
属薄膜をスパッタし、エッチングにより図に示すような
電極３を形成する。

【００１２】一方、剛性部材９はポリサルフォンの射出
成形で作られており、下面に電極１０がスパッタにより
形成されている。上面、下面に電極５，６を有する圧電
素子４を剛性部材９に接着した後、ダイヤモンドソーで
溝７を形成する。さらに剛性部材９、圧電素子４を振動
板３に接着し、電極１０および電極８の後部８−１に図
示されていない制御回路からの駆動信号を供給するケー
ブルが接続される。図１、図２の実施例ではノズル数４
つのヘツドを示してあるが、実際には２４ノズルないし
２０００ノズルのヘッドを作ることが可能である。

【００１３】次に上記実施例の動作を説明する。流路内
にインクを満たし、電極８と電極１０の間に図示しない
制御回路からの駆動信号を印加すれば、電極５，６を介
して圧電電素子４に電界が印加される。この時の電圧を
Ｖとすれば圧電素子４には、ε＝ｄ33Ｖ／Ｌeの歪が発
生し、これにより振動板３をたわませて加圧室２内のイ
ンクを加圧してノズル１１からインク滴を射出させるこ
とができるので、記録媒体に記録がなされる。

【００１４】剛性部材９の厚さＬgは振動板３の１００
倍程度であるから、曲げ剛性は１００の３乗倍となり、
圧電素子４の変位は、ほとんど全て振動板３に伝達され
る。インク滴を吐出させるためには剛性部材９の曲げ剛
性が振動板の１００倍以上あれば艮い。

【００１５】上記実施例でわかるように圧電素子の分極
方向の変形を利用することで、多数の加圧室のそれぞれ
に圧電素子を容易に配置することができ、マルチノスル
ヘツドを容易に構成することが可能となる。また分極方
向と同じ圧電歪定数ｄ33の値は、分極方向に対して垂直
方向の圧電歪定数ｄ31の２倍ないし３倍となるから、電
極５，６間の距離が比較的長いにもかかわらず大きな圧
電歪みを得ることができる。

【００１６】なお上記実施例では、電極５，６，８，１
０を設けているが、電極５と電極１０、電極６と電極８
を同一部材として電極数を少なくすることができる。ま
た剛性部材９を金属で構成することにより、これを電極
１０の代わりに使用することができる。

【００１７】また圧電素子４の途中まで溝７が入ってい
て接合面が同一面となっているため、接合面積が大きく
剛性部材９との接合強度を大きくすることができる。さ
らに接合強度の大きな接着剤が使用できるならば、溝７
を他端まで延長して各圧電素子を独立させることによ
り、圧電素子の相互影響を下げ、電圧のロスを少くする
ことができる。

【００１８】図３は、本発明の他の実施例を流路に沿っ
て切断した断面構造で示すものであって、この実施例に
おいては図１、図２に示した実施例と異なり、圧電素子
２０は５０μｍの素子を９層積層したもので、電極２
１，２２の間に圧電材料２３をサンドイッチ状に積層
し、一方の極となる電極２１、２１‥‥の一端だけを一
方の側部に、また他方の極となる電極２２、２２‥‥の
一端だけを他方の側部に延長して露出させ、これら露出
した部分を側部表面に電極２４及び２５を形成して同一
極の電極２１、２１‥‥及び２２、２２‥‥を並列に接
続するとともに、この電極２４、２５により振動板３の
表面に設けた電極８及び剛性部材９の表面に設けた電極
１０に接続して構成されている。

【００１９】このような積層構造が採られた圧電素子２
０では、各圧電材料２３に作用する電界が前述の図１の
実施例に比較して９倍となるから、図１の実施例のもの
では駆動信号として８０Ｖの電圧を必要としたのに対し
て、本実施例では１０Ｖ以下でインク滴を吐出させるこ
とができ、特に２０００ノズルというような多数ノズル
を駆動する場合は駆動回路の集積回路化が可能となる。

【００２０】

【発明の効果】以上、説明したように本発明において
は、複数の加圧室と、各加圧室に連通するノズルと、各
加圧室の一方の面を封止する振動板とからなるヘッド体
と、電界方向と同一方向に分極されて圧電歪定数ｄ33を
有するように圧電材料と複数の電極とが積層され、一方
の極となる電極が一方の側面で、また他方の極となる電
極が他方の側面でそれぞれ電極により並列に接続された
複数の圧電素子と、複数の圧電素子の一端が加圧室に対
向するように振動板に当接させて圧電素子の他端とヘッ
ド体とを支持する剛性部材とを備えたので、圧電歪定数
ｄ33による大きな変位を得て、この変位を確実に加圧室
に伝達することができるため、圧電素子を小型化するこ
とができて、高密度配列された加圧室に多数の圧電素子
を簡単に配置することができる。

【００２１】また圧電素子を構成している複数の電極を
側部から外部に引き出すことができるため、圧電素子と
外部装置との電気接続を簡素化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す断面図である。

【図２】本発明の一実施例を示す斜視図である。

【図３】本発明の他の実施例を示す断面図である。

【図４】従来のインクジェットヘツドの一例を示す断面
図である。

【図５】従来のインクジェットヘツドの一例を示す断面
図である。

【符号の説明】

１ 基板 ２ 加圧室 ３ 振動板 ４、２０ 圧電素子 ５、６、８、１０、２１、２２ 電極 ７ 溝 ９ 剛性部材 １１ ノズル １２ 供給路 ２３ 圧電材料

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の加圧室と、前記各加圧室に連通す
   るノズルと、前記各加圧室の一方の面を封止する振動板
   とからなるヘッド体と、 電界方向と同一方向に分極されて圧電歪定数ｄ33を有す
   るように圧電材料と複数の電極とが積層され、一方の極
   となる前記電極が一方の側面で、また他方の極となる前
   記電極が他方の側面でそれぞれ電極により並列に接続さ
   れた複数の圧電素子と、 前記複数の圧電素子の一端が前記加圧室に対向するよう
   に前記振動板に当接させて前記圧電素子の他端と前記ヘ
   ッド体とを支持する剛性部材と、 からなるオンデマンド型インクジェットヘッド。