JPH11263009A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 汎用性のある振動板２０、２１を提供する。 【解決手段】 複数のヘッド部１２、１４を備えたイン
クジェットヘッド１１において、複数のヘッド部１２、
１４は、それぞれがノズルプレート１６の一面１６ａに
形成されたノズル３４、３５と、ノズルプレート１６の
反対側の面１６ｂに形成されたノズル３４、３５に連通
する加圧室２６、２７と、加圧室２６、２７の開口部を
閉鎖するダイヤフラム１８とで構成され、複数のヘッド
部１２、１４のそれぞれの加圧室２６、２７には、ダイ
ヤフラム１８を隔て、かつダイヤフラム１８に接触する
同一の振動板２０、２１がそれぞれ対向配置され、振動
板２０、２１は、それぞれがダイヤフラムと接触する駆
動部３８、３９を、それぞれのヘッド部１２、１４の加
圧室２６、２７を所定の加圧力で加圧できる形に加工し
てある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像信号に応じて
複数のノズルからインク滴を吐出させ、用紙等の記録媒
体に付着させて画像を記録するインクジェットヘッドに
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、図１０、１１に示すインクジェッ
トヘッド１００が提案されている。このインクジェット
ヘッド１００は、ノズルプレート１０１、ダイヤフラム
１０２、圧電部材１０３、１０４、側壁１０５、及びベ
ースプレート１０６を一体的に組み合わせて構成されて
いる。ノズルプレート１０１には、大径ドット用ノズル
１０７と小径ドット用ノズル１０８とが穿設され、これ
らノズル１０７と１０８とにそれぞれ連通する加圧室１
１０、１１１が複数形成してある。

【０００３】上記ノズルプレート１０１の加圧室１１
０、１１１が形成された面にはダイヤフラム１０２が配
置され、該ダイヤフラム１０２を隔てて上記加圧室１１
０、１１１に対向する部分には圧電部材１０３、１０４
と、該圧電部材１０３、１０４の外周を囲む側壁１０５
が配置され、これら圧電部材１０３、１０４と側壁１０
５とがダイヤフラム１０２に対向する面と反対側の面に
はベースプレート１０６が配置してある。

【０００４】上記インクジェットヘッド１００では、大
径ドット用ノズル１０７から吐出するインク滴が、小径
ドット用ノズル１０８から吐出するインク滴に比較し
て、その径が大きくなるように、加圧室１１０の容量が
加圧室１１１の容量に比較して大きく設けてあり、ま
た、圧電部材１０３の大きさが圧電部材１０４に比較し
て大きくなっている。

【０００５】上記圧電部材１０３、１０４は、ＰＺＴか
らなる基板を複数重ね合わせた後、加圧室１１０、１１
１の幅と長さに合わせて柱状に切断して形成されたもの
で、上記基板の間には加圧室１１０、１１１の領域に合
わせて複数の電極１１２、１１１３が挟み込まれてい
る。圧電部材１０３、１０４は、上記電極１１２、１１
３を使用して分極処理されており、上記電極１１２、１
１３が挟み込まれたそれぞれの領域が圧電効果によって
変形する駆動部１１４、１１５となっている。圧電部材
１０３の駆動部１１４は、圧電部材１０５の駆動部１１
５に比較して広いものとなっている。

【０００６】上記構成からなるインクジェットヘッド１
００では、図示しないインクタンクから加圧室１１０、
１１１にそれぞれインクを供給した状態で圧電部材１０
３、１０４に所定の電圧を印加すると、これらの駆動部
１１４、１１５が変形し、ダイヤフラム１０２を介して
加圧室１１０、１１１をそれぞれ押圧する。これによ
り、大径ドット用ノズル１０７、及び小径ドット用ノズ
ル１０８からインク滴が吐出する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うに、圧電部材１０３、１０４は互いに異なる大きさに
形成されたものであり、また、これらの電極が挟み込ま
れた駆動部１１２、１１３の大きさも異なるものとなっ
ている。このように、インクジェットヘッド１００で
は、大径ドット用ノズル１０７と小径ドット用ノズル１
０８とから吐出するインク滴の径を異なるものとするた
めに、２種類の圧電部材を製作する必要があり、また、
加圧室１１０、１１１の大きさが異なる他のインクジェ
ットヘッドには、圧電部材１０３、１０４は使用するこ
とができない。このように、圧電部材１０３、１０４に
は汎用性が無いので、インクジェットヘッド１００の製
造コスト削減が困難であるという問題点があった。

【０００８】また、図１２に示すように、圧電部材１０
３（１０４）に所定の電圧を印加して駆動部１１４（１
１５）を変形させると、この駆動部１１４（１１５）に
連続する非駆動部１１６（１１７）も変形するが、この
非駆動部１１６（１１７）は変形の前後にわたってノズ
ルプレート１０１に支持されているダイヤフラム１０２
に接触しているため、その変形がノズルプレート１０１
によって阻止される。これより、非駆動部１１６（１１
７）に連続する駆動部１１４（１１５）は所期の加圧力
が得られない、すなわち加圧が効率良く行えないという
問題点があった。

【０００９】そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなさ
れたもので、吐出するインク滴径の可変範囲によって大
別されたノズルに連通する加圧室に対応して設けられた
圧電部材を、吐出するインク滴径の可変範囲に拘わらず
汎用性のあるものとするとともに、加圧室を効率良く加
圧することができる圧電部材を提供することを目的とし
ている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載のインク
ジェットヘッドは、複数のヘッド部を備えたインクジェ
ットヘッドにおいて、上記複数のヘッド部は、それぞれ
が第１の部材の一面に形成されたノズルと、上記第１の
部材の一面と反対側の面に形成された上記ノズルに連通
する加圧室と、該加圧室の開口部を閉鎖するダイヤフラ
ムとで構成され、複数のヘッド部のそれぞれの加圧室に
は、上記ダイヤフラムを隔て、かつ該ダイヤフラムに接
触する同一形状の圧電部材がそれぞれ対向配置され、該
圧電部材は、それぞれがダイヤフラムと接触する部分
を、それぞれのヘッド部の加圧室を所定の加圧力で加圧
できる形に加工してある。

【００１１】請求項２に記載のインクジェットヘッド
は、複数のヘッド部を備えたインクジェットヘッドにお
いて、上記複数のヘッド部は、それぞれが第１の部材の
一面に形成されたノズルと、上記第１の部材の一面と反
対側の面に形成された上記ノズルに連通する加圧室と、
該加圧室の開口部を閉鎖するダイヤフラムとで構成さ
れ、複数のヘッド部のそれぞれの加圧室には、上記ダイ
ヤフラムを隔て、かつ該ダイヤフラムに接触する同一形
状の圧電部材がそれぞれ対向配置され、該圧電部材は、
それぞれがダイヤフラムと接触する部分に、その外周が
溝で仕切られた駆動部が形成され、該駆動部は、それぞ
れのヘッド部の加圧室を所定の加圧力で加圧できる形を
備えている。

【００１２】

【発明の効果】請求項１に記載のインクジェットヘッド
では、複数のヘッド部のそれぞれの加圧室には、加圧室
の開口部を閉鎖するダイヤフラムを隔て、かつ該ダイヤ
フラムに接触する同一形状の圧電部材がそれぞれ対向配
置され、該圧電部材は、それぞれがダイヤフラムと接触
する部分を、それぞれのヘッド部の加圧室を所定の加圧
力で加圧できる形に加工してある。このように、インク
ジェットヘッドの複数のヘッド部にそれぞれ用いられる
圧電部材は、同一形状の圧電部材をそれぞれが所望の加
圧力が得られるように加工したものであって、汎用性を
備えているのでインクジェットヘッドを製造する場合、
そのコストを削減することができる。

【００１３】請求項２に記載のインクジェットヘッドで
は、圧電部材は、それぞれがダイヤフラムと接触する部
分に、その外周が溝で仕切られた駆動部が形成され、該
駆動部は、それぞれのヘッド部の加圧室を所定の加圧力
で加圧できる形を備えている。圧電部材の駆動部は、そ
の外周が溝で仕切られているためダイヤフラムと非接触
となる。これより、圧電部材に所定の電圧が印加されて
ダイヤフラムと接触する駆動部が変形する際、該駆動部
の変形にともなって変形する溝がダイヤフラムとは非接
触であることから、上記駆動部の変形はダイヤフラムに
よって阻害されることが無いので、加圧室は効率よく加
圧される。

【００１４】

【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は、インクジェッ
トプリンタ１（以下、単にプリンタという）の一部を示
している。このプリンタ１は、記録紙３を矢印ｙ方向に
搬送するための搬送機構５と、記録紙３の上面に画像を
記録するためのインクを収容したカートリッジ７と、こ
のカートリッジ７を記録紙３の搬送方向ｙ方向と直交す
るｘ方向に往復移動させる走査機構９とを備えている。
カートリッジ７は、本実施の形態では箱形の容器を備え
ており、記録紙３に対向する一側部に、本発明に係るイ
ンクジェットヘッド１１を有する。

【００１５】図２はヘッド１１の正面を部分的に拡大し
た図で、図３は図２のIII−III線に沿ったヘッド１１の
断面を示している。また、図４は図３のIV−IV線に沿っ
たヘッド６の断面を表している。これらの図に示すよう
に、ヘッド１１はその中央線１３を挟んで隣接する第１
ヘッド部１２（第１ヘッド領域）と第２ヘッド部１４
（第２ヘッド領域）とで構成されている。ヘッド１１
は、また、ノズルプレート１６、ダイヤフラム１８、振
動板２０、２１、外壁板２２、ベースプレート２３を一
体的に組み合わせて構成されている。第１ヘッド部１２
は、２０〜５０μｍの小径インク滴を吐出する場合に使
用され、第２ヘッド部１４は、６０〜１２０μｍの大径
インク滴を吐出する場合に使用される。

【００１６】ノズルプレート１６は、記録紙５に対向す
る第１面１６ａと、これと反対側に位置する第２面１６
ｂを有し、この第２面１６ｂに電気鋳造又はフォトリソ
グラフィー等の加工技術を適用して、第１ヘッド部１２
と第２ヘッド部１４のそれぞれに、インクを収容する複
数の長溝すなわち加圧室２６、２７と、補給用インクを
収容する補給室３０、３１と、各加圧室２６、２７に対
応して設けられ、この加圧室２６、２７を補給室３０、
３１に連通する通路３２、３３と、各加圧室２６、２７
に対応して設けられ、この加圧室２６、２７のインクを
吐出する複数のノズル３４、３５が形成されている。

【００１７】ノズルプレート１６の第２面１６ｂには、
ニッケル製の板材からなるダイヤフラム（隔壁）１８が
貼り付けてあり、これにより第２面１６ｂ上にある加圧
室２６、２７、補給室３０、３１、通路３２、３３の開
口部がそれぞれ閉鎖されている。なお、このダイヤフラ
ム１８は、後述する振動板２０、２１の変形を阻害する
ことなく振動板２０、２１の変形に応じて変形する。

【００１８】インクは、図示しない貯蔵部に収容されて
おり、この貯蔵部から補給室３０、３１、通路３２、３
３を介して各加圧室２６、２７に供給される。

【００１９】各ヘッド部１２、１３において、複数の加
圧室２６、２７はヘッド中央線１３とほぼ直交する方向
に所定の間隔を置いて平行に形成されている。また、各
ノズル３４、３５は、加圧室２６、２７の中央線寄りに
この中央線から所定の距離を置いて設けられ、各加圧室
２６、２７の内部を第１面１６ａに隣接する大気に連通
している。なお、ノズル３４、３５は第１面１６ａに向
けて次第に細くなるようにテーパが付けられているが、
その内面形状はいかなる形状としてもよい。

【００２０】振動板２０、２１は、第１ヘッド部１２の
加圧室２６と第２ヘッド部１４の加圧室２７内のインク
をそれぞれ加圧するもので、ダイヤフラム１８を隔てて
第１ヘッド部１２の対向部に振動板２０が配置され、同
様に、ダイヤフラム１８を隔てて第２ヘッド部１４の対
向部に振動板２１が配置してある。振動板２０と２１
は、複数のＰＺＴからなる基板（圧電部材）を重ね合わ
せて形成したもので、基板の間には薄板形状からなる電
極３６が挟み込まれており、この電極３６を利用して分
極処理されている。これら振動板２０と２１はヘッド１
１に組み込まれる前は同一形状であり、後述するよう
に、ヘッド１１に組み込まれるにあたって、それぞれの
用途に応じて互いに異なる形に加工される。

【００２１】図５に示すように、振動板２０には、ダイ
ヤフラム１８に接する面２０ａを加工して溝４１、４
３、４４が形成してある。溝４１は、振動板２０の長手
方向に、加圧室２６が形成された間隔に合わせて複数形
成され、溝４３と溝４４は振動板の２０の幅方向（溝４
１と直交する方向）に形成してある。これら溝４１、４
２、４３で囲まれた領域が、複数の加圧室２６をそれぞ
れ加圧するための駆動部３８となる。上記駆動部３８
は、溝４３と４４によって、その長さ、すなわちダイヤ
フラム１８と接触してダイヤフラム１８を介して加圧室
を加圧する駆動領域４６を規定している。

【００２２】同様に、振動板２１には、該振動板２１が
ダイヤフラム１８と接する面２１ａに溝４１、４３、４
４が形成され、複数の加圧室２７をそれぞれ加圧するた
めの駆動部３９が形成されている。振動板２１に形成さ
れた駆動部３９は駆動領域４８を規定している。駆動領
域４８は上記駆動領域４６に比較して広くなっており、
駆動部３９は駆動部３８に比較して大きな加圧力が得ら
れるようになっている。

【００２３】なお、振動板２０、２１は、複数の圧電セ
ラミックス基板で構成したものに限るものではなく、そ
れぞれが一枚の板形状からなる圧電セラミックス基板を
分極処理したものであってもよい。また、１枚の振動板
に溝を形成し、これを２つの領域に分断して得られる２
つの部分を、それぞれ振動板２０、２１として使用して
もよい。

【００２４】振動板２０、２１の外周には、振動板２
０、２１と同一の厚みを有する外壁板２２が設けてあ
り、ノズルプレート１６の中央部分及びインク供給室３
０、３１に接するダイヤフラム１８を支持している。

【００２５】また、振動板２０、２１及び外壁板２２を
支持するベースプレート２３は複数の導電リード部（図
示せず）を備えており、各導電リード部は、振動板２
０、２１の側面に露出するそれぞれの電極３６に接続さ
れる。これにより、電極３６に所定の電圧を印加する
と、振動板２０の駆動部３８及び振動板２１の駆動部３
９を厚み方向に変形し、その変形がダイヤフラム１８を
介して対応する加圧室２６、２７のインクに伝達される
ようになっている。

【００２６】上記構成からなるヘッド１１では、各ヘッ
ド部１２、１４に対して、図示しないインクタンクから
インク供給室３０、３１にインクが供給される。インク
供給室３０、３１のインクは、インクインレット３２、
３３を介して各加圧室２６、２７に分配される。また、
図１に示すようにヘッド１１はキャリッジ７の移動に従
ってｘ方向に往復動する。振動板２０、２１に所定の駆
動電圧が印加されると駆動部３８、３９は対応する加圧
室２６、２７に向かって変形し、その変形がダイヤフラ
ム１８に伝えられる。その結果、加圧室２６、２７内の
インクが加圧されてノズル３４、３５よりインク滴が飛
翔し、ヘッド１１の対向部をｙ方向に送られる用紙３に
付着して画像が形成される。

【００２７】上述のように、振動板２０、２１に所定の
駆動電圧を印加して駆動部３８、３９を変形させると、
図６、７に示すように、駆動部３８、３９の変形に伴っ
て、この駆動部３８、３９の外周の溝４１、４３、４４
もダイヤフラム１８に向かって変形する。しかしなが
ら、上記溝４１、４３、４４、すなわち被駆動部は、そ
の変形の前後にわたってダイヤフラム１８に対して非接
触であり、ダイヤフラム１８及びダイヤフラム１８を支
持するノズルプレート１６に阻害されることなく変形す
るため、駆動部３８、３９はその変形を阻害されること
なく所望の形状に変形する。このように、駆動部３８、
３９は、その変形が阻害されることが無いので効率良く
加圧室２６、２７を加圧することができる。

【００２８】ここで、ヘッド１１の第１ヘッド部１２と
第２ヘッド部１４のそれぞれの振動板２０、２１に所定
の駆動電圧（１０〜６０Ｖ）を印加し、ノズル３４、３
５から吐出するインク滴径を測定した実験の結果につい
て説明する。上述のように、第１ヘッド部１２では２０
〜５０μｍ、第２ヘッド部１４では６０〜１２０μｍの
径からなるインク滴を得ることを目的としているが、図
８に示すように、所定の駆動電圧（１０〜６０Ｖ）に対
して、第１ヘッド部１２では２０〜５０μｍ、第２ヘッ
ド部１４では６０〜１２０μｍの径からなる所望のイン
ク滴を得ることができた。

【００２９】なお、第１ヘッド部１２の加圧室２６と第
２ヘッド部１４の加圧室２７は同一形状（容積）に形成
されているが、図９に示すように加圧室２６と２７を異
なる容積に形成してノズル３４、３５から吐出するイン
ク滴径の可変範囲を変更してもよい。また、インク滴径
の可変範囲を調節するには、ノズル３４と３５の径を変
更してもよい。振動板２０、２１にそれぞれ形成される
複数の駆動部３８、３９は、それぞれが互いに同一形状
に形成してあるが、互いに異なる形状の駆動部であって
もよい。このように、それぞれの振動板２０、２１に異
なる大きさの駆動部を混在して設けることにより、第１
ヘッド部１２と第２ヘッド部１４におけるインク滴径の
可変範囲を広げることができる。

【００３０】以上の説明から明らかなように、駆動部３
８、３９は、同一形状からなる振動板２０、２１を加工
して得られるものであり、その大きさは加工により自由
に決定することができる。したがって、振動板２０、２
１の使用は上記ヘッド１１に限定されるものではなく、
他のヘッド１１にも使用できる。このように、振動板２
０、２１は汎用性を有しているので、ヘッド１１は、そ
のコストを削減して製造することが可能となる。

【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を備えた
プリンタの部分斜視図である。

【図２】 本発明に係るインクジェットヘッドの部分正
面図である。

【図３】 図２のIII−III線断面図である。

【図４】 図３のIV−IV線断面図である。

【図５】 振動板の斜視図である。

【図６】 図２の部分拡大図である。

【図７】 図２の部分拡大図である。

【図８】 第１ヘッド部と第２ヘッド部における駆動電
圧とインク滴径の関係を示すグラフである。

【図９】 本発明に係るインクジェットヘッドの変形例
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部分正面図
である。

【図１１】 図１０のXI−XI線断面図である。

【図１２】 図１１の部分拡大図である。

【符号の説明】

１１…インクジェットヘッド、１６…ノズルプレート、
１８…ダイヤフラム、２０、２１…振動板、３４、３５
…ノズル、４１、４３、４４…溝。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のヘッド部を備えたインクジェット
   ヘッドにおいて、 上記複数のヘッド部は、それぞれが第１の部材の一面に
   形成されたノズルと、上記第１の部材の一面と反対側の
   面に形成された上記ノズルに連通する加圧室と、該加圧
   室の開口部を閉鎖するダイヤフラムとで構成され、複数
   のヘッド部のそれぞれの加圧室には、上記ダイヤフラム
   を隔て、かつ該ダイヤフラムに接触する同一形状の圧電
   部材がそれぞれ対向配置され、該圧電部材は、それぞれ
   がダイヤフラムと接触する部分を、それぞれのヘッド部
   の加圧室を所定の加圧力で加圧できる形に加工してある
   ことを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 【請求項２】 複数のヘッド部を備えたインクジェット
   ヘッドにおいて、 上記複数のヘッド部は、それぞれが第１の部材の一面に
   形成されたノズルと、上記第１の部材の一面と反対側の
   面に形成された上記ノズルに連通する加圧室と、該加圧
   室の開口部を閉鎖するダイヤフラムとで構成され、複数
   のヘッド部のそれぞれの加圧室には、上記ダイヤフラム
   を隔て、かつ該ダイヤフラムに接触する同一形状の圧電
   部材がそれぞれ対向配置され、該圧電部材は、それぞれ
   がダイヤフラムと接触する部分に、その外周が溝で仕切
   られた駆動部が形成され、該駆動部は、それぞれのヘッ
   ド部の加圧室を所定の加圧力で加圧できる形を備えてい
   ることを特徴とするインクジェットヘッド。