JPH10202860A - インクジェット記録ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インクジェット記録ヘッドにおいて、インク
吐出用アクチュエータの製造を容易かつ安価にする。 【解決手段】 インクを収容するインクキャビティ１６
と、このインクキャビティ１６に対向し、上記インクキ
ャビティ対向面に共通電極３０を有するとともにその反
対面に駆動電圧印加用の個別電極３２を有する含ハロゲ
ン有機化合物からなるフィルム層１４と、このフィルム
層１４の個別電極３２に対して非接着状態で設けられ、
上記駆動用電圧と同極性のバイアス電圧が印加されて共
通電極３０との間に電界を形成するベース電極４０とを
備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像信号に応じて
吐出したインク滴を記録紙等の記録媒体に付着させて画
像を記録するインクジェット記録ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、インクジェット方式の画像記
録装置において、画像信号に応じてインク滴を吐出させ
るためのアクチュエータに圧電部材を用いたインクジェ
ット記録ヘッドが知られている。この種のヘッドは、一
般に、インクを収容する複数のインクキャビティと、各
インクキャビティに対向して配置され、電圧印加時の変
形に基づきインクキャビティ内のインクを加圧してノズ
ルからインク滴を吐出させる複数の圧電部材とを備えて
いる。そして、これら圧電部材は、基板上に固定した一
枚の圧電プレートにダイシングソーで複数の溝加工を施
すことにより分割形成される場合が多かった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
圧電部材の形成方法は、高度な加工精度を保ちながら圧
電プレートから圧電部材を一本づつ分離形成するもので
あるため、加工効率が非常に悪かった。また、圧電部材
は例えば１００μｍ程度の微小幅で長尺状に形成される
ため加工途中に折れやすく、歩留まりを上げることが困
難でコスト高を招くという問題もあった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明にかかる
インクジェット記録ヘッドは上記問題点を解消すべく、
インクを収容するインクキャビティと、このインクキャ
ビティに対向し、上記インクキャビティ側の面に第１電
極層を有するとともにその反対面に駆動電圧印加用の第
２電極層を有する含ハロゲン有機化合物からなるフィル
ム層と、このフィルム層の第２電極層に対して非接着状
態で設けられ、上記駆動用電圧と同極性のバイアス電圧
が印加されて第１電極層との間に電界を形成する第３電
極層とを備えたものである。

【０００５】このインクジェット記録ヘッドでは上記含
ハロゲン有機化合物を含フッ素有機化合物とすることが
好ましい。

【０００６】また、上記フィルム層が上記インクキャビ
ティに収容されたインクと直接接触するように構成して
もよい。

【０００７】さらに、上記フィルム層のインクキャビテ
ィ対向領域における周辺部の厚みをその内側領域のアク
チュエータ部よりも薄く成形してもよい。

【０００８】

【発明の作用および効果】本発明にかかるインクジェッ
ト記録ヘッドでは、第３電極層に印加されたバイアス電
圧により第１電極層との間に電界が形成され、第３電極
層内部の第２電極側には上記バイアス電圧と同極性の電
荷が発生している。この状態で、フィルム層の第２電極
層に上記バイアス電圧と同極性の駆動電圧を印加する
と、フィルム層を構成する含ハロゲン有機化合物は通常
の樹脂材料に比べて誘電率が大きいために第２電極層に
は駆動電圧と同極性でかつ多量の電荷が貯えられ、同極
性の電荷が発生している第３電極層表面との間に静電反
発力が生じる。フィルム層は第３電極層に対して非接着
状態にあるため、上記反発力によって第３電極層から離
れる方向に変位する。このフィルム層の変位によりイン
クキャビティ内の容積が減少し、これにより加圧された
インクがインク滴となって吐出する。

【０００９】このように本発明のインクジェット記録ヘ
ッドでは含ハロゲン有機化合物からなるフィルム層をイ
ンク吐出用アクチュエータとして用いている。このフィ
ルム層は型成形等により所望の形状に容易に形成するこ
とができ、しかも安価であるため、ヘッドの量産に極め
て有利である。また、上記フィルム層は変位応答性に優
れるため、高周期の駆動電圧を印加して時間当たりのイ
ンク滴吐出数を増やすことにより画像形成速度を上げる
ことができる。

【００１０】また、上記フィルム層を構成する含ハロゲ
ン有機化合物として含フッ素有機化合物を用いれば、誘
電率が大きいため、より大きな静電反発力を得ることが
でき、インク吐出効率を高めることができる。

【００１１】また、上記フィルム層がインクキャビティ
に収容されたインクと直接接触するインクジェット記録
ヘッドでは、上記フィルム層の材料に耐水性をもたせる
ことが可能であるため、アクチュエータに圧電部材を用
いた場合のようにインク浸透による悪影響を防止するた
めの耐水コートや保護部材が不要となり、部品コストを
安価にできる。

【００１２】さらに、上記フィルム層のインクキャビテ
ィ対向領域における周辺部の厚みをその内側領域のアク
チュエータ部よりも薄く形成したインクジェット記録ヘ
ッドでは、上記周辺部を薄くしたことによりフィルム層
のアクチュエータ部が変位する際の抵抗が小さくて済む
ので、同じ駆動電圧でもアクチュエータ部の変位量を大
きくとることができ、インク吐出効率が良くなる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態について説明する。図１から図３は本発明
の一実施形態であるインクジェット記録ヘッド１０を示
す。このヘッド１０は、記録媒体（図示せず）の対向部
に天板１２を備えている。天板１２はセラミック、合成
樹脂、金属等からなり、その裏面を微細加工して複数の
溝状凹部が形成されている。この天板１２には各凹部を
覆ってフィルム層１４が接着固定されている。このフィ
ルム層１４で覆われた各凹部の内部がそれぞれ、インク
を収容するインクキャビティ１６、補給用インクを収容
するインク供給室１８、各インクキャビティ１６をイン
ク供給室１８に連通させるインクインレット２０として
形成されている。各インクキャビティ１４はそれぞれ平
行に、かつ等ピッチで形成されており、インク供給室１
６は図示しないインクタンクに接続されている。 ま
た、天板１２にはインクインレット２０の反対側におい
てインクキャビティ１６に連通するノズル２２がエキシ
マレーザ加工等によりそれぞれ形成されている。

【００１４】上記フィルム層１４は誘電体である含ハロ
ゲン有機化合物からなり、特に、含フッ素有機化合物で
形成するのが好ましい。変位応答性に優れた好ましい具
体的材料としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴ
ＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦ
Ｅ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピ
レン共重合体（ＦＥＰ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶ
ＤＦ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、ポリフッ化ビニ
リデン中に圧電材料粒子を分散したもの等が挙げられ
る。また、ポリウレタン、ポリシリコーン、ポリブタジ
エン、ポリフルオロシリコーン等のゴム材料中に圧電材
料粒子を分散したものもフィルム層１４の材料として使
用できる。

【００１５】上記フィルム層１４は上記インクキャビテ
ィ１６等の一壁面を形成するように対向して設けてあ
り、インクキャビティ１６等に収容されたインクと直接
接触している。また、フィルム層１４のインクキャビテ
ィ対向領域における周辺部の厚みがその内側領域のアク
チュエータ部２８よりも薄く形成されている。換言する
と、アクチュエータ部２８は各インクキャビティ１６に
対応してフィルム層１４の下面から突出した矩形凸状部
からなり、その長さおよび幅はインクキャビティ１６よ
り僅かに小さく形成されているので、フィルム層１４に
おいてアクチュエータ部２８は厚く形成され、その周辺
部を含むその他の部分はアクチュエータ部２８よりも薄
く形成されている。このようなフィルム層１４の形状
は、押出成形、圧縮成形、カレンダー成形、キャスティ
ング成形等の公知の樹脂一体成形技術により形成するこ
とができる。

【００１６】また、上記フィルム層１４はインクキャビ
ティ１６側の面に例えばＡｕスッパタ膜からなる共通電
極（第１電極層）３０を有しており、その反対面である
アクチュエータ部２８の下面に同じくＡｕスッパタ膜か
らなる駆動電圧印加用の個別電極（第２電極層）３２を
有している。共通電極３０はフィルム層１４の全面にわ
たって形成され、ヘッド側部から突出したフィルム層１
４の端部２４からアースに接続されている。他方、個別
電極３２は各アクチュエータ部２８に対応してパターン
形成されており、上記フィルム層１４の端部２４までそ
れぞれ引き出されてフレキシブル配線等を介して画像信
号制御回路３６に個別に接続されている。なお、共通電
極３０および個別電極３２の形成にはスパッタリング以
外に塗布、蒸着、イオンプレーティング、導電ペースト
印刷等の各種公知の方法が利用できる。

【００１７】上記フィルム層１４の各アクチュエータ部
２８の個別電極３２形成面には、金属板からなるベース
電極（第３電極層）４０が非接着状態で当接してそれぞ
れ設けてある。各ベース電極４０はセラミック、合成樹
脂等からなる基板４２に固定されている。また、基板４
２には複数のスペーサ部材４４，４６，４８，５０がベ
ース電極４０の周囲に固定され、上記フィルム層１４を
介して天板１２を支持している。

【００１８】次に、上記構成からなるインクジェット記
録ヘッド１０のインク吐出動作について図４，５を参照
して説明する。図４，５はフィルム層１４のアクチュエ
ータ部２８が変位する際の作用を説明するための模式図
である。なお、以下の説明ではアクチュエータ部２８の
駆動電圧およびその他の電圧の極性をプラスとして説明
するが、マイナス極性とした場合でもアクチュエータ部
２８について同様の変位動作および効果を得ることがで
きる。

【００１９】上記ヘッド１０がインク吐出可能な状態に
あるとき、ベース電極４０には電源５４により一定のバ
イアス電圧（例えば、３５０ボルト）が印加されてい
る。このバイアス電圧は後述するアクチュエータ部２８
の駆動電圧と同極性の電圧である。このバイアス電圧に
よりベース電極４０と共通電極３０との間には共通電極
３０へ向かう方向の電界が形成され、ベース電極４０内
部の個別電極３２側にはプラスの電荷が発生している。
また、個別電極３２はベース電極４０と接触して導通し
ており、個別電極３２にも同様にプラスの電荷が発生し
ている。

【００２０】この状態で、画像信号制御回路３６から個
別電極３２に駆動電圧が印加される。この駆動電圧とし
ては、例えば、立ち上がり時間６μｓｅｃ、最大電圧値
４００ボルト、最大電圧印加時間１００μｓｅｃの矩形
パルス電圧が印加される。すると、アクチュエータ部２
８を構成する含ハロゲン有機化合物は通常の樹脂材料に
比べて誘電率が大きいため、個別電極３２に急速に多量
のプラス電荷が貯えられ、同じくプラス電荷が発生して
いるベース電極４０との間に静電反発力が生じる。アク
チュエータ部２８はベース電極４０に対して非接触状態
にあるため、この反発力によってアクチュエータ部２８
がベース電極４０から離れる方向（矢印５６方向）に変
位する。この変位によりインクキャビティ１６の容積が
減少して内部のインクが加圧され、ノズル２２からイン
ク滴となって吐出する。このインク滴が図示しない記録
媒体に付着して画像が記録される。

【００２１】以上に説明したように本実施形態のインク
ジェット記録ヘッド１０では、インク吐出用アクチュエ
ータとして含ハロゲン有機化合物からなるフィルム層１
４を用いている。このフィルム層１４は型成形等により
所望の形状に容易に形成することができ、しかも安価で
あるため、アクチュエータに圧電部材を用いた場合に比
べてヘッドの量産に極めて有利である。また、上記フィ
ルム層１４は変位応答性が良いので、高周期の駆動電圧
を印加して時間あたりのインク滴吐出数を増やすことに
より画像形成速度を上げることができる。

【００２２】また、上記フィルム層を構成する含ハロゲ
ン有機化合物として含フッ素有機化合物を用いた場合に
は、ベース電極４０に対してより大きな静電反発力を得
ることができ、インク吐出効率を高めることができる。

【００２３】また、上記フィルム層１４の材料に耐水性
をもたせることができるので、アクチュエータに圧電部
材を用いた場合のようにインク浸透による悪影響を防止
するための耐水コーティングや保護部材が不要となり、
部品コストを安価にすることができる。

【００２４】さらに、上記フィルム層１４ではアクチュ
エータ部２８よりもその周辺部の膜厚を薄く形成してあ
るので、アクチュエータ部２８が変位する際の抵抗が小
さくて済み、同じ駆動電圧でもアクチュエータ部２８の
変位量を大きくすることができ、インク吐出効率を上げ
ることができる。

【００２５】なお、上記フィルム層１４の耐水性が高す
ぎて撥水性が強い場合には、フィルム層１４の表面に親
水性処理を施してインクに対するぬれ性を良くすること
により、インクキャビティ１６内での気泡の発生を防止
できるとともに、フィルム層１４が復元する際のインク
供給室１８からインクキャベティ１６へのインク補給応
答性を向上させることができる。

【００２６】また、上記インクジェット記録ヘッド１０
では、ベース電極４０をフィルム層１４の各アクチュエ
ータ部２８に対応して個別に設けたが、図６に示すよう
に、ベース電極プレート６０をすべてのアクチュエータ
部２８に共通するように設ければ製造が容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明にかかるインクジェット記録ヘッドの
記録媒体対向部の部分平面図である。

【図２】 図１におけるII−II線断面図である。

【図３】 図２におけるIII−III線断面図である。

【図４】 フィルム層のアクチュエータ部が変位する際
の作用を説明するための模式図である。

【図５】 図４と同様に、フィルム層のアクチュエータ
部が変位する際の作用を説明するための模式図である。

【図６】 ベース電極を各アクチュエータ部に共通する
プレート状に形成した変形例を示す図である。

【符号の説明】

１０…インクジェット記録ヘッド、１２…天板、１４…
フィルム層、１６…インクキャビティ、２８…アクチュ
エータ部、３０…共通電極（第１電極層）、３２…個別
電極（第２電極層）、４０…ベース電極（第３電極
層）。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクを収容するインクキャビティと、
   このインクキャビティに対向し、上記インクキャビティ
   側の面に第１電極層を有するとともにその反対面に駆動
   電圧印加用の第２電極層を有する含ハロゲン有機化合物
   からなるフィルム層と、このフィルム層の第２電極層に
   対して非接着状態で設けられ、上記駆動用電圧と同極性
   のバイアス電圧が印加されて第１電極層との間に電界を
   形成する第３電極層とを備えたインクジェット記録ヘッ
   ド。
2. 【請求項２】 上記含ハロゲン有機化合物が含フッ素有
   機化合物であることを特徴とする請求項１に記載のイン
   クジェット記録ヘッド。
3. 【請求項３】 上記フィルム層が上記インクキャビティ
   に収容されたインクと直接接触することを特徴とする請
   求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
4. 【請求項４】 上記フィルム層のインクキャビティ対向
   領域における周辺部の厚みをその内側領域のアクチュエ
   ータ部よりも薄く形成したことを特徴とする請求項１に
   記載のインクジェット記録ヘッド。