JPH10291314A - インクジェット式記録ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 同時に駆動する圧電振動子の数に起因する圧
電振動子の変位特性の変動を防止すること。 【解決手段】 縦振動モードで作動する圧電振動子９、
９、９、‥‥を、複数個、所定のピッチで固定基板２７
にその一端を固定して構成された振動子ユニット８にお
いて、圧電振動子９、９、９、‥‥の列設方向に延びる
弾性変形可能な連結部材２８を圧電振動子９の振動領域
に固定して、連結部材２８により圧電振動子相互の変位
特性を平均化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術の分野】本発明は、縦振動モードの
圧電振動子の伸縮によりノズル開口からインク滴を吐出
させて画像や文字を記録用紙に記録するインクジェット
式記録ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット式記録ヘッドの中でも、
高速駆動が可能である縦振動モードの圧電振動子を使用
した記録ヘッドは、ノズル開口が穿設されたノズルプレ
ート、リザーバに連通する圧力発生室及びリザーバを形
成する流路形成板、及び弾性板により流路ユニットを積
層形成し、一端を一定ピッチで固定基板に軸長方向に伸
縮する圧電振動子を固定した振動子ユニットにより駆動
するように構成されている。

【０００３】縦振動モードの圧電振動子を使用した振動
子ユニットは、振動子自体の剛性が高いため、圧力発生
室との当接面の面積を小さくすることが可能で、高い密
度での印刷に適した記録ヘッドを構成するのに適してい
る反面、高密度印刷に対応する場合にはその配列ピッチ
が極めて小さくなって固定基板に作用する反力が極めて
大きくなり、同時に駆動する圧電振動子の数により固定
基板のたわみ量に変動を来し、インク滴の吐出の能力が
同時に駆動する圧電振動子の数に左右されるという問題
がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような問題を解消
するため、高い剛性を有する材料で固定基板を構成した
り、また流路ユニットと振動子ユニットとを一体に固定
するフレームとの間に金属等の補強部材を挿入して固定
する等の方策が講じられているが、固定基板が大型化し
たり、また組立作業が複雑になる等の問題がある。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大型化や接着作業の複雑化を招
くことなく、さらに同時に駆動される圧電振動子の数に
関かわりなく、圧電振動子相互間の変位特性を均一化す
ること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。

【０００５】

【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、ノズル開口が穿設されたノ
ズルプレート、圧力発生室及びリザーバを形成する流路
形成板、及び弾性板を積層して形成された流路ユニット
と、縦振動モードで作動する圧電振動子を、複数個、所
定のピッチで固定基板に一端を固定して構成された振動
子ユニットとからなり、前記圧電振動子の先端面を前記
弾性板に当接させて前記圧力発生室を膨張、収縮させて
インク滴を吐出するインクジェット式記録ヘッドにおい
て、前記圧電振動子の列設方向に延びる弾性変形可能な
連結部材を前記圧電振動子の振動領域に固定するように
した。

【０００６】

【作用】隣接する圧電振動子とは独立して変位する圧電
振動子の変位は、連結部材によりその変位を抑制され、
また多数が同時に変位する場合には、連結部材により相
互の変位、及び変位速度が平均化され、圧電振動子の駆
動数による変位特性の変動が抑えられる。

【０００７】

【発明の実施の形態】そこで以下に本発明の詳細を図示
した実施例に基づいて説明する。図１、図２は本発明の
インクジェット式記録ヘッドの一実施例を示すものであ
って、流路ユニット１は、ノズル開口２を一定ピッチで
穿設したノズルプレート３と、ノズル開口２に連通する
圧力発生室４、これにインク供給口５を介してインクを
供給するリザーバ６を備えた流路形成基板７と、圧電振
動ユニット８の各圧電振動子９の先端に当接して圧力発
生室４の容積を膨張、縮小させる弾性板１０とを一体に
積層して構成されている。

【０００８】流路ユニット１は、高分子材料の射出成形
等により構成されたホルダー１１の開口面１２に、また
振動ユニット８は外部からの駆動信号を伝達するＦＰＣ
（フレキシブルケーブル）やＴＣＰ（テープキャリアパ
ッケージ）、ＴＡＢ等の弾性変形可能なリボン状ケーブ
ル１３に接続された上で、収容室１４に収容され、それ
ぞれのホルダー１１との当接面を接着剤により固定さ
れ、ノズルプレート側にシールド材を兼ねる枠体１５を
挿入してて記録ヘッドに纏められている。

【０００９】図３（イ）、（ロ）は、同上振動子ユニッ
ト８の一実施例を示すものであって、複数の圧電振動子
９を固定基板２７に圧力発生室４の配列ピッチに一致さ
せて固定するとともに、圧電振動子９の列設方向の両端
にはインク滴の吐出に関与しない、いわゆるダミーの圧
電振動子９’、９’が固定して構成されている。これら
圧電振動子９、９’は、一方の極となる電極２１と、他
方の極となる電極２２とを圧電材料２３を介してサンド
イッチ状に積層し、一方の電極２１を自由端側の先端
に、また他方の電極２２を固定端側の先端に露出させ
て、各端面で共通電極２４、及びセグメント電極極２５
にそれぞれ接続して構成されている。

【００１０】これら圧電振動子９、及びダミーの圧電振
動子９’は、振動領域、つまり固定基板２７との接着部
から突出した領域には、高分子等の電気絶縁性を備えた
弾性材からなり、圧電振動子９、９、９、‥‥の並び方
向に延びる連結部材２８が接着剤により固定されてい
る。

【００１１】この実施例において、単一の圧電振動子９
にだけ駆動信号を印加すると、連結部材２８の拘束を受
けて駆動信号が印加された圧電振動子９の変位量、及び
速度が低下する。また、複数、たとえば全ての圧電振動
子９に同時に駆動信号を印加すると、複数の圧電振動子
９、９、９、…は、それぞれ連結部材２８の弾性を介し
て変位するため、その変位量、及び変位速度が均等化さ
れ、駆動信号を受けた圧電振動子９、９、９…の一部だ
けが特別な変位形態で変位するのが防止される。

【００１２】すなわち、本発明の振動子ユニットを用い
た実験結果によれば、単一の圧電振動子９に２．５ボル
トの一定の駆動信号を印加すると、当該圧電振動子９は
変位量０．０５７μｍ、変位速度２９ｍｍ／ｓで変位し
た。また全ての圧電振動子９に駆動信号を印加した場合
には変位量０．０５８μｍ、変位速度３０ｍｍ／ｓで変
位した。

【００１３】これに対して連結部材２８を設けない従来
の振動子ユニットを構成し、単一の圧電振動子に同一の
駆動信号を印加した場合には、変位量０．０６１μｍ、
変位速度３６ｍｍ／ｓ、また全ての圧電振動子に駆動信
号を印加した場合には変位量０．０５８μｍ、変位速度
３１ｍｍ／ｓで変位した。このように従来の圧電振動子
ユニットでは、全ての圧電振動子を同時に駆動した場
合、固定基板がたわむため、単一の圧電振動子を駆動し
た場合に比べて変位量、及び変位速度が大幅に低下す
る。

【００１４】すなわち、本願発明においては連結部材２
８が単一の圧電振動子９の変位を拘束するため、単一の
ものを駆動の場合と、全数を駆動の場合とにおける変位
量及び変位速度の変動率は、それぞれ２．４％及び２．
１％である。これに対して、従来の振動子ユニットでは
変位量及び変位速度の変動率は、それぞれ５．０％及び
１４．６％となった。

【００１５】このことから振動子ユニット８を構成する
複数の圧電振動子９の自由端側を連結部材２８で相互に
連結することが、圧電振動子９の変位量、及び変位速度
を均一化するのに極めて有効であることが確認できた。

【００１６】なお、上述の実施例においては圧電振動子
９、９、９、‥‥をその側面でのみ固定基板２７に接着
しているが、図４（イ）に示したように固定基板２７に
段差部２７ａを形成して、圧電振動子９の後端面９ａを
段差部２７ａに突き当てて、側面と段差部２７ａとで固
定すると、圧電振動子９を側面でのみ固定基板２７に接
合した場合に比較して接着剤の弾性に起因する圧電振動
子９の後退量を小さくして、圧力発生室４を効果的に加
圧することができる。

【００１７】また上述の実施例においては、圧電振動子
９、９、９、…の活性領域、つまり一方の極の内部電極
２１と他方の極となる内部電極２２がオーバーラップす
る領域に連結部材２７を固定しているが、図４（ロ）に
示したように活性領域Ａから外れ、かつ固定基板２７か
ら突出した領域に固定しても、少なくとも固定基板２７
のたわみやまた圧電振動子９、９、９、…と固定基板２
７とを固定する接着剤層の弾性変形に起因する変位特性
の変動を小さくすることができる。

【００１８】図５（イ）、（ロ）は、それぞれ本発明の
他の実施例を示すものであって、この実施例では外部の
駆動回路から圧電振動子９に駆動信号を供給する弾性変
形可能なリボン状ケーブル１３を構成している導電層１
３ｂの先端部からベースフィルム１３ａだけを圧電振動
子９の振動領域まで延長し、ケーブル１３の電気的接続
部を圧電振動子９の非振動領域、つまり固定基板２７に
対向する領域で接続し、またケーブル１３の先端で露出
しているベースフィルム１３ａを圧電振動子９、９、
９、‥‥の自由端側、望ましくは活性領域にまで延長し
て圧電振動子９、９、９、…に固定するとともに、ケー
ブル１３の両側をもダミーの圧電振動子９’、９’に固
定したものである。

【００１９】この実施例によれば、ベースフィルム１３
ａを構成しているポリイミド等の耐熱性高分子材料の剛
性により圧電振動子９の変位特性を均等化することがで
き、また、ケーブル１３の圧電振動子９への電気接続の
工程に合わせて連結部材となるケーブル１３のベースフ
ィルム１３ａをも固定して製造工程の簡素化を図ること
がができる。

【００２０】このようにケーブル１３の一部を連結部材
として使用する場合には、図６（イ）に示したように弾
性変形可能なリボン状ケーブル１３の導電層１３ｂと、
ベースフィルムの圧電振動子９への固定領域との間に窓
１３ｃを形成しておくと、ケーブル１３の本体部と連結
部材となるケーブル１３の先端との間の曲げ剛性を下げ
ることができて、ケーブル１３の引き回し等に起因する
外力が圧電振動子９に作用するのを大幅に低減すること
ができる。

【００２１】また、このようなケーブル１３は、図６
（ロ）に示したようにホストからの信号を受けて圧電振
動子９、９、９、…を駆動するための信号を生成する半
導体集積回路３０を実装したり、また圧電振動子９、
９、９の共通電極２５をダミーの圧電振動子９’、９’
に接続するとともに、ケーブル１３の両側に各圧電振動
子９、９、９、…の共通電極に接続する導電パターン３
１を形成しておくことができる。

【００２２】このような導電パターン３１、３１は、ダ
ミーの圧電振動子９’、９’の外部電極を介して各圧電
振動子９、９、９、…の共通電極２４に接続される。こ
のような接続構造を採ることにより、幅広に形成できて
電圧降下を小さくすることができる。なお、図中符号３
２、３２、３２、…はホストから半導体集積回路３０に
信号を伝送する導電パターンを、また３３、３３、３
３、…は、半導体集積回路３０で生成された駆動信号を
各圧電振動子９、９、９、…に伝送する導電パターンを
示す。

【００２３】図７（イ）（ロ）は、それぞれ本発明の他
の実施例を示すものであって、この実施例ではケーブル
１３の導電層１３ｂを圧電振動子９、９、９、…の自由
端側、望ましくは活性領域Ａまで延長して、圧電振動子
９の振動領域で電極２５に半田や導電性接着剤等の導電
性接着層３４により接合したもので、ケーブル１３のベ
ース材１３ａと導電層１３ｂとの剛性により連結部材と
しての強度を十分に確保して、圧電振動子相互間の変位
特性を効果的に平均化することができる。

【００２４】なお、上述の実施例においては圧電定数ｄ
31の圧電振動子に例を取って説明したが、図８（イ）、
（ロ）に示したようにそれぞれの極をなす内部電極４
０、４１を圧電材料４２を介して伸縮方向に垂直に積層
し、圧電定数ｄ33に基づいて軸方向に伸縮する圧電振動
子４３を構成し、これを複数個、列状に配置して固定基
板４４に固定するとともに、列設方向の両側にダミーの
圧電振動子４３’、４３’を設けて構成された振動ユニ
ット４５に対しては、前述の実施例と同様に、圧電振動
子４３、４３、４３、‥‥の自由端側に連結部材４６を
固定しても同様の作用を奏する。なお、連結部材４６
は、前述の実施例と同様に両側がダミーの圧電振動子４
３’、４３’に固定されている。また、この連結部材４
６を前述の実施例と同様に圧電振動子４３、４３、４
３、…に駆動信号を供給するケーブルで構成しても同様
の作用を奏することは明らかである。

【００２５】

【発明の効果】以上、説明したように本発明において
は、ノズル開口が穿設されたノズルプレート、圧力発生
室及びリザーバを形成する流路形成板、及び弾性板を積
層して形成された流路ユニットと、縦振動モードで作動
する圧電振動子を、複数個、所定のピッチで固定基板に
一端を固定して構成された振動子ユニットと、圧電振動
子に駆動信号を供給するフレキシブルケーブルとからな
るインクジェット式記録ヘッドにおいて、圧電振動子の
列設方向に延びる弾性変形可能な連結部材を圧電振動子
の振動領域に固定したので、単独で駆動した場合には連
結部材の弾性によりより先端の大きな変位を抑制でき、
また多数のものを同時に駆動した場合には、連結部材に
より相互の変位、及び変位速度を平均化することができ
て、圧電振動子の駆動数による変位特性を均等化するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェット式記録ヘッドの一実施
例を示す組み立て斜視図である。

【図２】同上装置の断面構造を示す図である。

【図３】図（イ）、（ロ）は、それぞれ振動子ユニット
の一実施例を示す斜視図と、断面図である。

【図４】図（イ）、（ロ）は、それぞれ本発明の他の実
施例を示す断面図である。

【図５】図（イ）、（ロ）は、それぞれ本発明の記録ヘ
ッドの他の実施例を示す振動子ユニットの正面図と、断
面図である。

【図６】図（イ）、（ロ）は、それぞれ同上振動子ユニ
ットに適したケーブルの一実施例を示す斜視図と、正面
図である。

【図７】図（イ）、（ロ）は、それぞれ本発明の記録ヘ
ッドの他の実施例を示す振動子ユニットの正面図と、断
面図である。

【図８】図（イ）、（ロ）は、それぞれ本発明の他の実
施例を示す振動子ユニットの上面図と、断面図である。

【符号の説明】 １ 流路ユニット ８ 振動子ユニット ９ 圧電振動子 １１ ホルダ １３ ケーブル ２７ 固定基板 ２８ 連結部材

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ノズル開口が穿設されたノズルプレー
   ト、圧力発生室及びリザーバを形成する流路形成板、及
   び弾性板を積層して形成された流路ユニットと、縦振動
   モードで作動する圧電振動子を、複数個、所定のピッチ
   で固定基板に一端を固定して構成された振動子ユニット
   とからなり、前記圧電振動子の先端面を前記弾性板に当
   接させて前記圧力発生室を膨張、収縮させてインク滴を
   吐出するインクジェット式記録ヘッドにおいて、 前記圧電振動子の列設方向に延びる弾性変形可能な連結
   部材を前記圧電振動子の振動領域に固定してなるインク
   ジェット式記録ヘッド。
2. 【請求項２】 前記圧電振動子の並び方向の端部にダミ
   ーの圧電振動子が配置され、前記連結部材の端部が前記
   ダミーの振動子に固定されている請求項１に記載のイン
   クジェット式記録ヘッド。
3. 【請求項３】 前記連結部材が、前記圧電振動子の変位
   領域、または非変位領域に固定されている請求項１に記
   載のインクジェット式記録ヘッド。
4. 【請求項４】 前記連結部材が、前記圧電振動子に駆動
   信号を供給する弾性変形可能なリボン状のケーブルによ
   り構成されている請求項１に記載のインクジェット式記
   録ヘッド。
5. 【請求項５】 前記ケーブルが前記連結部材として作用
   する領域を本体部から区画するように窓が形成されてい
   る請求項４に記載のインクジェット式記録ヘッド。
6. 【請求項６】 前記ケーブルを構成するベースフィルム
   と導電層の内、前記ベースフィルムを前記圧電振動子の
   側に延長して前記圧電振動子の振動領域側に接着剤によ
   り接合してなる請求項４に記載のインクジェット式記録
   ヘッド。
7. 【請求項７】 前記ケーブルを構成する導電層の先端
   を、前記圧電振動子の振動領域の電極に導電性接着手段
   により接合してなる請求項４に記載のインクジェット式
   記録ヘッド。
8. 【請求項８】 前記ケーブルに前記圧電振動子を駆動す
   る半導体集積回路が実装されている請求項４に記載のイ
   ンクジェット式記録ヘッド。
9. 【請求項９】 前記ケーブルに前記ダミーの圧電振動子
   に接続する導電パターンが形成されている請求項４に記
   載のインクジェット式記録ヘッド。
10. 【請求項１０】 前記圧電振動子の後端面の少なくとも
    一部領域が前記固定基板に突き当てた状態で固定されて
    いる請求項１に記載のインクジェット式記録ヘッド。
11. 【請求項１１】 前記圧電振動子が、圧電材料と内部電
    極を交互に積層して構成されている請求項１に記載のイ
    ンクジェット式記録ヘッド。
12. 【請求項１２】 前記内部電極が、前記圧電振動子の伸
    縮方向に平行、または垂直に配置されている請求項１１
    に記載のインクジェット式記録ヘッド。