JPH09150504A - インクジェットプリンタヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、エネルギー素子の駆動によるイン
ク溝室の歪みを減少させ、また、駆動させるエネルギー
発生素子の駆動部の数に関係なく、キャビティプレート
のインク溝室の変形を減少させて、一様なインクの吐出
性能を得ることにある。 【解決手段】 本発明のインクジェットプリンタヘッド
は、エネルギー発生素子３は、この両端側に接合壁部２
３，２４を有して複数の溝を並列形成することで、キャ
ビティプレート２の各インク溝室１６に対向する駆動部
２６が並列突設され、一方側の接合壁部２３がキャビテ
ィプレート２の一方端側９に接合可能とされ、他方側の
接合壁部２４がキャビティプレート２の他方端側１０と
インク溝室１６を構成する隔壁上部の一方端側１１ａと
に接合可能にされていると共に、キャビティプレート２
とエネルギー発生素子３とは、各々の両端側と、インク
溝室１６の一方端側１１ａとで、３点支持状態で接合さ
れていることを特徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、用紙にインクを吹
き付けて印字するインクジェットプリンタに係わり、特
に、インクを吹き付ける多数のノズルを有するインクジ
ェットプリンタヘッドの構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】ファクシミリ装置等の通信機器やパーソ
ナルコンピュータ等の情報処理装置は、通常、文字や図
形からなるデータを視覚情報として記録するように、こ
れらのデータを用紙に印字可能なプリンタを有してい
る。このプリンタは、インパクト方式や感熱方式、イン
クジェット方式等の各種の印字方式が採用されている
が、近年においては、静粛性に優れていると共に各種材
質の用紙に印字可能なインクジェット方式が多用される
ようになっている。上記インクジェットプリンタは、多
数のノズルを有したインクジェットプリンタヘッドと用
紙とを対向配置し、インクジェットプリンタヘッドを主
走査、用紙を副走査しながら、出力データに対応するノ
ズルからインクを噴射させて用紙に吹き付けることによ
って、用紙に文字や図形を印字するようになっている。
従って、このような作動により印字するインクジェット
プリンタは、用紙に吹き付けられるインクムラを防止す
るために、インクジェットヘッドの各ノズルから噴射さ
れるインクの吐出性能の均一化が望まれている。

【０００３】ところで、従来技術におけるインクジェッ
トプリンタヘッド１０１は、図９（ａ）及び図９（ｂ）
に示すように、矩形状のキャビティプレート１０２と、
矩形状のエネルギー発生素子１０３とを、振動板１０６
を介して、各々の両端側部の２点ａ，ｂで、相互に距離
Ｌ１を有する状態で接合することにより形成されてい
る。このキャビティプレート１０２には、その巾方向Ｂ
に延びて形成されたインク溝室１１６…を長手方向Ａに
並列配置しており、各インク溝室１１６…にはインク供
給室１１７と、ノズル１０４ａを形成するインク吐出通
路１１３…とが連通している。また、エネルギー発生素
子１０３の一端面には複数の縦溝が形成されており、そ
の縦溝により少なくとも先端部が複数に分離されて、キ
ャビティプレート１０２の各インク溝室１１６…に対向
するような複数の駆動部１２６…が並列突設されてい
る。尚、振動板１０６は、エネルギー発生素子１０３の
各駆動部１２６…の変位に対応するインク溝室１１６…
に伝達させる薄膜状の部材である。

【０００４】そして、文字や図形からなるデータに応じ
て、駆動電圧をエネルギー発生素子１０３の各駆動部１
２６…に印加して、各インク溝室１１６…に物理的変形
して突出するように駆動することで、各インク溝室１１
６…の容積減少に伴って各インク溝室１１６…内に発生
する圧力で、インク１１８を各ノズル１０４ａから噴射
して、用紙１０５に吹きつ付ける。また、エネルギー発
生素子１０３に対する駆動電圧の印加を消失すると、各
駆動部１２６…は元の形状に戻されるので、各インク溝
室１１６…の容積増加に伴って発生する負圧で、インク
供給溝室１１７から各インク溝室１１６…内にインク１
１８を供給する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術のインクジェットプリンタヘッド１０１では、キャビ
ティプレート１０２とエネルギー発生素子１０３との接
合が、図９（ａ）に示すように、各々の両端側部の２点
ａ，ｂのみで接合され、この２点ａとｂ間の距離Ｌ１も
長くなるので、エネルギー発生素子１０３の１の駆動部
１２６を駆動して、キャビティプレート１０２に押圧力
を与えると、図９（ｂ）にも示されるように、キャビテ
ィプレート１０２，エネルギー発生素子１０３の長手方
向Ａ端及び巾方向Ｂ端から見たＹ方向へ撓むことにな
る。この撓み量は、特に、エネルギー発生素子１０３の
１の駆動部１２６…を駆動したときに比べて、全ての駆
動部１２６を駆動させたときの方が、インク溝室１１６
…への撓みが大きくなる。特に、接着部位の２点ａ，ｂ
は、エネルギー発生素子１０３に設けられた縦溝によっ
て長手方向Ａにおいて分断されている為、長手方向Ａ端
からみたＹ方向への歪みは顕著であった。従って、エネ
ルギー発生素子１０３で各インク溝室１１６…のインク
１１８を加圧しても所定の圧力が発生せず、吐出不良が
生じたり、また、１の駆動部１２６のみを駆動した時
と、全ての駆動部１２６…を駆動した時では、インクの
吐出性能が異なるという問題が発生していた。

【０００６】本発明は、この問題を解決するためになさ
れたもので、エネルギー素子の駆動によるインク溝室の
歪みを減少させ、また、駆動させるエネルギー発生素子
の駆動部の数に関係なく、キャビティプレートのインク
溝室の撓み差を減少させることで、一様なインクの吐出
性能を得ることのできるインクジェットプリンタヘッド
を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、本発明のインクジェットプリンタでは、請求項１に
おいては、一方端側から他方端側にかけて形成された複
数のインク溝室を並列配置し、各インク溝室の一方端に
連通するインク供給溝室を形成したキャビティプレート
と、前記キャビティプレートの各インク溝室に対向する
ように並列突設された複数の駆動部を有するエネルギー
発生素子とを備え、前記キャビティプレートと前記エネ
ルギー発生素子とを接合して、前記エネルギー発生素子
の各駆動部を駆動することで対応する前記インク溝室か
らインクを噴射するインクジェットプリンタヘッドにお
いて、前記エネルギー発生素子には、この両端側に接合
壁部を有して複数の凹状溝を並列形成することで、前記
キャビティプレートの各インク溝室に対向する前記駆動
部が並列突設され、前記一方側の接合壁部が、前記キャ
ビティプレートの一方端側に接合可能とされ、前記他方
側の接合壁部が、前記キャビティプレートの他方端側と
前記インク供給溝室が連通する前記インク溝室を構成す
る隔壁上部の一方端側上とに接合可能とされていると共
に、前記エネルギー発生素子と前記キャビティプレート
とは、前記各々の両端側と、前記インク供給溝室に連通
するインク溝室室の一方端側とで、３点支持状態で接合
されていることを特徴とするものである。これにより、
キャビティプレートとエネルギー発生素子とが、３点支
持の状態で接合されているので、１の駆動部を駆動した
時と、全ての駆動部を駆動したときとの、各インク溝室
が延びる方向端から見たキャビティプートの撓み差を低
減することができる。

【０００８】請求項２においては、請求項１のものに、
エネルギー発生素子と前記キャビティプレートとの接合
が、前記各々の両端側において、前記インク溝室が並列
する方向に亘って連続的に接合されていることを特徴と
するものである。これにより、キャビティプレートとエ
ネルギー発生素子とが、３点支持の状態において、各イ
ンク溝室が並列する方向に亘って接合されているので、
各インク溝室が延びる方向からみたキャビティプレート
の歪みを低減することができる。

【０００９】請求項３においては、請求項１又は請求項
２のものに、前記キャビティプレートと前記エネルギー
発生素子とは、前記駆動部と前記インク溝室とを区画す
ると共に前記駆動部の加圧をインク溝室に伝達する薄膜
状の振動板を介して接合されていることを特徴とするも
のである。これにより、各駆動部の駆動により、振動板
を介して対応する各インク溝室内に圧力を発生させて、
インクを噴射させることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明のインクジェットプ
リンタヘッドについて、図１乃至図８を参照して説明す
る。

【００１１】図１において、インクジェットプリンタヘ
ッド１（以下、単に「ヘッド１」という。）は、キャビ
ティプレート２と圧電素子のエネルギー発生素子３とを
互いに接合して構成されており、このエネルギー発生素
子３の駆動によりインクを噴射する複数のノズル４ａ…
を有している。これらのノズル４ａ…は、主走査方向Ｘ
に対して直交する副走査方向Ｙに一定間隔で配置されて
いる。そして、ヘッド１は、これらのノズル４ａ…を用
紙５に対して並行となるように対向させており、各ノズ
ル４ａ…から噴射されたインクを用紙５に対して垂直方
向に吹き付けるようになっている。これにより、ヘッド
１の主走査と、用紙５の副走査とが繰り返されることに
よって、用紙５の全面又は一部にインクの吹き付けによ
る印字が施されるようになっている。

【００１２】次に、ヘッド１を構成するキャビティプレ
ート２と、エネルギー発生素子３との具体的な構成と、
これら相互の接合構造について、図２乃至図８に基づい
て説明する。先ず、キャビティプレート２は、図２及び
図３に示すように、樹脂もしくはセラミック材料による
矩形状のプレートであり、その巾方向Ｂの両端側部９，
１０を残して、この巾方向Ｂに延びる複数のインク溝１
１…が形成されている。このインク溝１１…は、例え
ば、超音波ホーニング加工や射出成形法等により、相互
にキャビティプレート２の長手方向Ａに並列となるよう
に形成されている。また、キャビティプレート２には、
各インク溝１１…の一方端１１ａに連通するインク供給
溝１２が形成されており、このインク供給溝１２はキャ
ビティプレート２の長手方向Ａの一端側に開口して、こ
の方向Ａに延びている。そして、各インク溝１１…は、
図３に示すように、インク供給溝１２が連通している一
方端１１ａとは反対側の他方端１１ｂに開口するインク
吐出通路１３…に連絡されている。この各インク吐出通
路１３は、各インク溝１１…の他方端１１ｂからキャビ
ティプレート２のノズル面２Ａに向かって（図３中の下
側に向かって）段々に縮径して、このノズル面２Ａに開
口しており、このノズル面２Ａに取り付けられたノズル
プレート１４を貫通することで、ヘッド１のノズル４ａ
…を形成している。更に、キャビティプレート２には、
図２にも示すように、各インク溝１１…が開口する側か
ら各インク溝１１…とインク供給溝１２とを覆うように
薄膜状の振動板１５（ダイヤフラム）が加熱接着されて
おり、各インク溝１１…との間で各インク溝室１６…
を、インク供給溝１２との間でインク供給溝室１７を区
画している。尚、各インク溝室１６…には、インク供給
溝室１７を介して図示しないインク貯留器に連絡され
て、インク１８が供給されるようになっている。

【００１３】一方、エネルギー発生素子３は、図４、図
５及び図８に示すように、圧電・電歪効果を有する矩形
状のセラミックシート２０…を複数枚積層して矩形状の
積層体に形成されている。エネルギー素子３は、その中
央部が複数の凹状溝２５…に分割されており、その分割
された中央部であり且つ内部負電極層２１…と内部正電
極層２２…とに挟まれた複数の駆動部２６…を有してい
る。この各駆動部２６…は、キャビティプレート２の各
インク溝室１６…に対応するように形成されており、そ
の幅は各インク溝室１６…の幅より小さくしてある。エ
ネルギー素子３について詳細に説明を行う。エネルギー
素子３を構成するセラミックシート２０は、ＰＺＴ（チ
タン酸ジルコン酸鉛）を主成分をする圧電材料からな
り、そのセラミックシーＴ２０の表面には、図８に示す
ようにＡｇ−Ｐｄペーストをスクリーン印刷した２種類
の電極パターンが形成された内部正電極層２２…と、全
てのインク溝１１…に亘る内部負電極層２１…である。
尚、内部正電極層２２…及び内部負電極層２１…とは、
その先端部が対応するインク溝１１…の伸長方向端部を
幾分越えない部位で設けられ、２種のセラミックシート
２０を積層されたエネルギー素子３において、内部正電
極層２１…と内部負電力層２２…とが、凹状溝２５…に
て分割された駆動部２６…のみで積層方向に対向するよ
うにしてある。尚、図８は説明の簡略化のために、駆動
部２６を３つ有するエネルギー素子３の例を示してい
る。また、エネルギー発生素子３は、図４に示すよう
に、その巾方向Ｂの両端側に接合壁部２３，２４を有し
て、例えば、超音波ホーニング加工により各凹状溝２５
…が相互にエネルギー素子３の長手方向Ａに並列となる
ように形成され、この一側端に各層の各内部負電極層２
１と通電する外部負電極２７と、各内部正電極層２２と
通電する外部正電極２８とが形成されている。そして、
各接合壁部２３，２４とは、相互に並行してエネルギー
発生素子３の長手方向Ａの両端側に亘って延びている。
また、一方側の接合壁部２４の巾寸法ｈ１がキャビティ
プレート２の一端側部１０と各インク溝室１６…を構成
する隔壁上部の一方端側１１ａ上とに亘って接合可能な
寸法にされ、他方側の接合壁部２４の巾寸法ｈ２がキャ
ビティプレート２の他端側部９に接合可能な寸法にされ
ている。尚、エネルギー発生素子３の各駆動部２６…の
突出側と反対側面には、ヘッド１を主走査する図示しな
い走行機構に連結されるベースプレート２９が取り付け
られている。

【００１４】以上のように構成されるキャビティプレー
ト２とエネルギー発生素子３とは、図６（ａ）に示すよ
うに、各インク溝室１６…内に振動板１５（ダイヤフラ
ム）を介して各駆動部２６…の駆動を可能とするよう
に、各インク溝室１６…に各駆動部２６…を対向するよ
うに並列させて接合されている。そして、キャビティプ
レート２とエネルギー発生素子３との接合は、キャビテ
ィプレート２の一端側部９にエネルギー発生素子３の接
合壁部２４を接合し、他端側部１０に接合壁部２３を接
合すると共に、この接合壁部２３がインク供給溝室１７
上を介して各インク溝室１６…を構成する隔壁上部の一
方端側１１ａに接合することで、３支持点ａ〜ｃの支持
状態にされている。また、キャビティプレート２とエネ
ルギー発生素子３とは、上記支持点ａ〜ｃにおいて、図
６（ｂ）に示すように、各インク溝室１７…が並列され
た方向（キャビティプレート２、エネルギー発生素子３
の長手方向Ａ）に亘って接合している。

【００１５】そして、文字や図形からなるデータに応じ
て制御信号として、駆動電圧が各外部電極２７，２８を
介してエネルギー発生素子３の各内部電極層２１，２２
間に印加されると、このエネルギー発生素子３の各駆動
部２６…が、図７に示すように、各インク溝室１６…に
物理的変形して突出するように駆動する。これにより、
各駆動部２６…の駆動に追従して、振動板１５（ダイヤ
フラム）が各インク溝室１６…の容積を減少させるよう
に変形するので、この容積減少に伴って各インク溝室１
６…内には圧力が発生し、結果、インク１８が加圧され
インク吐出通路１３…を介して各ノズル４ａ…からイン
ク液滴２８Ａが噴射して、各ノズル４ａに対向する用紙
５に吹き付ける。そして、文字や図形からなるデータに
応じて、ヘッド１の主走査と、用紙５の副走査とが繰り
返されることによって、用紙５の全面又は一部にインク
の吹き付けによる印字が施されるようになっている。ま
た、エネルギー発生素子３の各内部電極層２１，２２に
対する駆動電圧の印加を消失すると、各駆動部２６…は
振動板１５（ダイヤフラム）の変形を解消しつつ元の形
状に戻されるので、各インク溝室１６…の容積は増加す
る。これにより、各インク溝室１６…の容積増加に伴っ
て、各インク溝室１６…内には負圧が発生し、結果、上
記インク貯留器からインク供給溝室１７にインク１８が
供給される。

【００１６】このように、エネルギー発生素子３の内部
電極層２１，２２間に駆動電圧を印加、消失させること
で、各駆動部２６…の物理的変形により各インク溝室１
６…の容積の増減に伴って発生する押圧力Ｐが、キャビ
ティプレート２，ダイヤフラム１５，エネルギー発生素
子３に作用して、撓むようになる。しかしながら、本発
明のインクジェットヘッド１は、図７に示す如く、キャ
ビティプレート２とエネルギー発生素子３との接合が、
各々の両端側の接合（キャビティプレート２の両端側部
９，１０と、エネルギー発生素子３の各接合壁部２３，
２４との接合）のみならず、各インク溝室１１…を構成
する隔壁上部の一方端側１１ａと接合壁部２３とで接合
されて、３支持点ａ〜ｃで支持状態にされるので、支持
点ａとｃ間の距離Ｌ２が、従来技術の図８（ａ）で示し
た支持点ａとｂの距離Ｌ１より短くでき、キャビティプ
レート２，エネルギー発生素子３の長手方向Ａ端から見
た（各インク溝室１６…が延びる方向に亘って見る）Ｙ
方向の撓みが減少される。よって、各ノズル４ａにおい
て効率の良い吐出がなされるようになる。また、本発明
のインクジェットヘッド１は、図６（ｂ）に示すよう
に、キャビティプレート２とエネルギー発生素子３と
は、各支持点ａ，ｂのみならず支持点ｃにおいても、イ
ンク溝室１６…が並列する方向に亘って接合、特に、支
持ａ，ｂは連続的に接合されているので、従来技術の図
８（ｂ）で示したものよりも、キャビティプレート２，
エネルギー発生素子３の巾方向Ｂ端から見た（各インク
溝室１６…の並列する方向に亘って見る）Ｙ方向の撓み
が減少される。この結果、キャビティプレート２全体の
撓みが、従来技術に比して抑えられるので、１つの駆動
部２６の駆動時と、全ての駆動部２６…の駆動時とにお
ける各インク溝室１６…の撓み差を低減することがで
き、各ノズル４ａ…の吐出性能を一様なものとすること
が可能となる。

【００１７】

【発明の効果】このように本発明のインクジェットプリ
ンタヘッドによれば、請求項１では、エネルギー発生素
子とキャビティプレートとは、各々の両端側と、インク
供給溝室に連通するインク溝室の一方端側とで、３点支
持状態で接合されているので、各インク溝室が延びる方
向端からみたキャビティープレートの歪みを差を低減す
ることができるので、吐出性能を一様なものとして、均
一な印字が可能となる。

【００１８】請求項２では、請求項１の効果に加えて、
キャビティプレートをエネルギー発生素子とが、３点支
持の状態において、各インク溝室が並列する方向に亘っ
て接合されているので、１の駆動部を駆動した時と、全
ての駆動部を駆動したときとの、各インク溝室が並列す
る方向端から見たキャビティプレートの撓み差のみなら
ず、各インク溝が並列する方向端から見たキャビティプ
レートの撓み差を低減してキャビティプレート全体の撓
み差を低減することができるので、更に、吐出性能を一
様なものとして、均一な印字が可能となる。

【００１９】請求項３では、請求項１又は請求項２の効
果に加えて、キャビティプレートとエネルギー発生素子
とは、駆動部とインク溝室とを区画すると共に駆動部の
加圧をインク溝室に伝達する薄膜状の振動板を介して接
合されているので、各駆動部の駆動により、振動板を介
して対応する各インク溝室内に圧力を発生させて、イン
クを噴射させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態におけるインクジェットプ
リンタヘッドの構成を示す断面図である。

【図２】本発明の実施の形態におけるインクジェットプ
リンタヘッドを構成するキャビティプレートを示す斜視
図である。

【図３】図２におけるＣ−Ｃ断面図である。

【図４】本発明の実施の形態におけるインクジェットプ
リンタヘッドを構成するエネルギー発生素子を示す斜視
図である。

【図５】図４におけるＤ−Ｄ断面図である。

【図６】本発明の実施の形態におけるインクジェットプ
リンタヘッドを構成するキャビティプレートとエネルギ
ー発生素子との接合状態を示す図であって、（ａ）は正
面断面図、（ｂ）は図６（ａ）におけるＥ−Ｅ断面図で
あるである。

【図７】本発明の実施の形態におけるインクジェットプ
リンタヘッドの作動を説明するための正面断面図であ
る。

【図８】本発明の実施の形態におけるインクジェットプ
リンタヘッドを構成するエネルギー素子の構成を示す説
明図である。

【図９】従来技術のインクジェットプリンタヘッドの構
成を示す図であって、（ａ）は（ａ）は正面断面図、
（ｂ）は図９（ａ）のＦ−Ｆ断面図である。

【符号の説明】

１ インクジェットプリンタヘッド ２ キャビティプレート ３ エネルギー発生素子 １６ インク溝室 １７ インク供給溝室 ２３，２４ 接合部壁 ２５ 凹状溝 ２６ 駆動部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一方端側から他方端側にかけて形成され
   た複数のインク溝室を並列配置し、各インク溝室の一方
   端に連通するインク供給溝室を形成したキャビティプレ
   ートと、前記キャビティプレートの各インク溝室に対向
   するように並列突設された複数の駆動部を有するエネル
   ギー発生素子とを備え、 前記キャビティプレートと前記エネルギー発生素子とを
   接合して、前記エネルギー発生素子の各駆動部を駆動す
   ることで対応する前記インク溝室からインクを噴射する
   インクジェットプリンタヘッドにおいて、 前記エネルギー発生素子には、この両端側に接合壁部を
   有して複数の凹状溝を並列形成することで、前記キャビ
   ティプレートの各インク溝室に対向する前記駆動部が並
   列突設され、 前記一方側の接合壁部が、前記キャビティプレートの一
   方端側に接合可能とされ、前記他方側の接合壁部が、前
   記キャビティプレートの他方端側と前記インク供給溝室
   が連通する前記インク溝室を構成する隔壁上部の一方端
   側上とに接合可能にされていると共に、 前記エネルギー発生素子と前記キャビティプレートと
   は、前記各々の両端側と、前記インク供給溝室に連通す
   るインク溝室を構成する隔壁上部の一方端側とで、３点
   支持状態で接合されていることを特徴とするインクジェ
   ットプリンタヘッド。
2. 【請求項２】 エネルギー発生素子と前記キャビティプ
   レートとは、前記各々の両端側において、前記インク溝
   室が並列する方向に亘って連続的に接合されていること
   を特徴とする請求項１記載のインクジェットプリンタヘ
   ッド。
3. 【請求項３】 前記キャビティプレートと前記エネルギ
   ー発生素子とは、前記駆動部と前記インク溝室とを区画
   すると共に前記駆動部の加圧をインク溝室に伝達する薄
   膜状の振動板を介して接合されていることを特徴とする
   請求項１又は請求項２記載のインクジェットプリンタヘ
   ッド。