JP2785715B2 - インクジェットヘッド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクジェットヘッド
に関し、特に圧電材に使用するインクジェットヘッドに
関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット記録装置として、図４に
示すような、記録ヘッド（インクジェットヘッド）１０
０と、インク供給路１０６と、インクタンク１０７とか
ら構成されるものが知られている。インクタンク１０７
に溜まっているインク１０８は、インク供給路１０６を
介して記録ヘッド１００のインク溜まり１０２に入る。
記録ヘッド１００は、インク溜まり１０２と、圧電素子
１０３と、圧電室１０４と、ノズル１０５とから成る。
圧電素子１０３は、複数（図４では７個）の細い圧力室
１０４の上部に固定され、記録信号によって駆動される
ことにより圧力室１０４内の圧力を高め、ノズル５から
インクを吐出させる。

【０００３】上述の従来の記録ヘッドでは、インクが流
れる圧力室と圧電素子を別々に製作しなければならず、
また圧力室へ圧電素子を固定しなければならないので、
圧力室と圧電素子との位置合わせが必要となり、製造コ
ストが高くなる。

【０００４】それらの問題を解決するために、同一出願
人による特願平５−１８９７９６号によるインクジェッ
ト記録装置の記録ヘッドがある。これは図５（ａ）の断
面図および図５（ｃ）の斜視図に示すように、圧電ヘッ
ド部は圧電材４１の中央に直径２０〜１００μｍの貫通
穴４２を設け、圧電材４１の両端面に電極４３ａ、４３
ｂをコーティングしたもので、貫通穴４２にはインク供
給部（図示略）から図５（ａ）の矢印Ａ方向へインク４
４が供給される。図５（ｂ）において、電極４３ａ、４
３ｂの間に駆動回路４６から電圧を印加して駆動するこ
とにより、圧電材４１に歪みが発生し、圧電材４１は貫
通穴の中心軸に平行な方向に伸びる。これによりインク
４４をインクが供給される側と反対側の出口へ伝播する
圧力波が発生し、貫通穴４２から外方向へインク滴４５
が吐出される。

【０００５】以上説明した原理を用いた記録ヘッドを図
６の斜視図に示す。圧電ヘッド部２０、２１はそれぞれ
図５の圧電ヘッド部と同じもので、電極４３ｂは、圧電
材２０ａと同じ材質からなるインク供給部２３へ固定さ
れている。インク供給部２３の中にはインク溜まり２６
が形成され、そこには管２５を介してインクタンク（図
示せず）からインクが供給される。インク供給部２３
は、図７の断面図に示すようにコの字状断面形状を有
し、圧電ヘッド部２０、２１の間に切り込み２４が設け
られている。この切り込み２４は、圧電材２０ａ、２１
ａが駆動中に互いの歪みの影響を及ぼさないようにする
目的で設けており、圧電ヘッド部２０、２１は同時また
は別々に駆動される。

【０００６】高密度記録を得るためには、図８の斜視図
に示すように、前記圧電ヘッド部と同様な構成の圧電ブ
ロック３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄを千鳥状に配置
することによってなされる。圧電ブロック３０は内部に
インク溜りを有するインク供給部３１とを有する。イン
ク供給部３１にはインクタンクからのインクが管３９を
介して供給される。各々の圧電ブロック３０はインク射
出側の一部の面３３（図８の白抜きの部分）と図の底面
とインク供給部３１に接合する面以外の表面が金属膜で
コーティングされた後、面３３の両側５ヵ所に互い違い
に溝３８を入れたものである。各溝３８の間には、図に
示す圧電ヘッド部と同じ構成の圧電ヘッド部３０ａ、３
０ｂ、３０ｃ、３０ｄが形成される。この圧電ヘッド部
３０は積層型圧電構造で構成され、図６の単層構造より
大きな歪みを発生させることができる。各圧電ヘッド部
３０ａ〜３０ｄの貫通穴（直径４０〜１００μｍ）に
は、インク供給部３１の中のインク溜まりに連通したイ
ンクが供給されている。圧電ブロック３０には、対向す
る２つの側面Ｐ、Ｓからブロック内の途中まで電極３
２、３４が形成され、さらに側面Ｐ、Ｓに接触しない３
つの電極３５がブロック内に形成されている。従って、
圧電ヘッド部３０ａ、３０ｂを駆動するための一方の電
極は電極３４、他方の電極は電極３５となり、また、圧
電ヘッド部３０ｃ、３０ｄを駆動するための一方の電極
は電極３２、他方は電極３５となる。このため、電極３
５は各圧電ヘッド部３０ａ〜３０ｄで同電位になる。電
極３５は共通電極３７に接続される。従って、例えば、
圧電ヘッド部３０ｃを駆動する場合、電極３２に接続す
る側面Ｐ側の電極と共通電極３７とを駆動回路３６に接
続すればよい。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたインクジェ
ットヘッドは小型化が容易であるという利点を持つが、
高密度記録を実現するための圧電ヘッド部３０を千鳥状
に分割させるための溝３８の加工において、溝３８を図
８に示すような形状にすることは容易なことではない。
そのため、エキシマレーザー等の特殊な加工によらなけ
ればヘッドを得ることができないという問題が生じた。
特殊な加工はインクジェットヘッドの製造コストを高く
するものである。したがって本発明の目的は、上記特殊
な加工法によらないで高密度記録が可能なインクジェッ
トヘッドを得ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、圧電材
に少なくとも１本の第１の溝を設け、第１の溝に対して
向きの異なる複数本の第２の溝を設け、さらに第２の溝
とは逆向きの第３の溝を設け、これら３つの溝によっ
て、複数の六角柱の圧電材を千鳥状に形成し、その六角
柱の軸上にインクを溜める穴を設けるように構成した。

【０００９】

【作用】圧電材上に３種類の溝を形成し、これらの溝に
よって、圧電材上に千鳥状に配置された多角柱を複数形
成する。多角柱の中心軸に沿ってインク穴を形成して高
密度のインクジェットヘッドを構成する。

【００１０】

【実施例】次に本発明の実施例について図面を参照して
詳細に説明する。図１は本発明のインクジェットヘッド
の部分断面斜視図を、図２は図１のインクジェットヘッ
ドの上面図を示す。

【００１１】図１において、圧電材料例えばチタン酸ジ
ルコン酸鉛系セラミックあるいはチタン酸バリウムなど
で構成された圧電ブロック１０と、その下部にインク溜
まり１６を有するインク供給部１１が設けられている。
圧電ブロック１０は中央部にセンタ溝１９（第１の溝）
が設けられ、そのセンタ溝１９に対して図２に示すよう
に＋６０゜の角度で所定の間隔ａで複数の分割溝１８ａ
（第２の溝）を設け、さらに、分割溝１８ａとは逆の傾
斜すなわち−６０゜の角度で間隔ｂで複数の分割溝１８
ｂ（第３の溝）を設ける。したがって分割溝１８ａと１
８ｂは６０゜の角度で交差するようにする。また、間隔
ａ、ｂ、およびセンタ溝１９によって分割された圧電ブ
ロック１０の幅ｃは同じ長さであることが望ましい。そ
れにより圧電材の歪みの分布が均一化され、より効率の
良いインク滴吐出が可能になるからである。具体的に
は、ノズル１列分のノズルピッチを１／１５０インチ
（約０．０８４７ｍｍ）とすると、間隔ａ、ｂ、および
ｃの長さは前記ノズルピッチに√３／２（２分の√３）
をかけた長さ、すなわち約１／１７３．２インチであ
る。すると圧電ブロック１０は、複数の六角柱状の圧電
ブロック１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、…、に分割
され、それらの配置は千鳥状になる。それらの六角柱状
圧電ブロック各々の軸上に圧電ブロック１０の上面から
インク溜まり１６に至る貫通穴４２を形成する。

【００１２】また、必要に応じて所定の径を有するノズ
ル１７ａを設けたノズルプレート１７を圧電ブロック１
０の上面に接合する。そのノズルプレート１７のインク
滴射出側の面にポリ４−フッ化エチレン樹脂（商品名：
テフロン）をコーティングしたり、またはフッ化グラフ
ァイトをメッキ加工するなどの撥水処理を施すと、イン
ク滴の射出を安定化させることが可能になる。圧電ブロ
ック１０を駆動させるための電極は、圧電ブロック１０
の内部に２０〜５０μｍの間隔で電極１２、１３を交互
に設けることによって、圧電ブロック１０内の電界強度
を高めることができる。従って比較的低い電圧、例えば
２０Ｖ程度でインク滴を吐出するのに必要な歪みを得る
ことができる。

【００１３】本発明において圧電材の分割形状は必ずし
も六角柱である必要はないが、上記実施例のように圧電
ブロック１０を六角柱状に形成すれば、図８に示す従来
の直方体状の圧電ブロックに比べて歪みの分布が均一化
され、より効率の良いインク滴吐出が可能になる。また
センタ溝１９（第１の溝）は１本に限らず必要に応じて
複数本形成してもよい。

【００１４】次に、本発明のインクジェットヘッドの製
造工程を図３（ａ）〜（ｃ）に説明する。まず図３
（ａ）の工程において、素材である１つの圧電ブロック
１０には予め両端からそれぞれ内側へ伸びるように配置
された電極１２ａ、１２ｂと内側のみに配置された電極
１３が交互に設けられている。次に図３（ｂ）で、前記
電極１２ａと１２ｂの間を通るように入れられたセンタ
溝１９をダイシングソーなどで切り込み形成し、さらに
そのセンタ溝１９に導電性膜、すなわち共通電極１４を
形成する。そして圧電ブロック１０の両側に、センタ溝
１９の底ｄより高い位置ｅ、ｅ’までの位置に前記共通
電極１４と同様に信号電極１５ａ、１５ｂを形成する。
またこの工程の前後に、圧電ブロック１０の底面からイ
ンク溜まりとなる開口部１６を形成する。次に図３
（ｃ）の工程で、図２に示す分割溝１８ａ、１８ｂを前
記センタ溝１９を形成したのと同様にダイシングソーな
どの通常の切削加工によって切り込み形成する。溝１８
ａ，１８ｂ（溝の底の位置を図３（ｃ）に破線で示して
いる）の深さｄはセンタ溝１９の深さＤと信号電極１５
ａ、１５ｂの端ｅ、ｅ’の位置の間になるようにする。
そうすれば信号電極１５ａ、１５ｂは、各六角柱状圧電
ブロック（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、…、）ご
とに切断されるが、共通電極１４は切断されることなく
連通したままである。

【００１５】その後図３（ｃ）に示すように各六角柱状
圧電ブロックに貫通穴４２を形成する。その貫通穴４２
は必ずしもこの図３（ｃ）の工程の時に形成する必要は
なく、例えば各溝１８ａ，１８ｂ，１９の加工前や、図
３（ａ）の工程、または図３（ｂ）の工程のときに形成
してもよい。その後、圧電ブロック１０の低部に形成さ
れた開口部１６を覆うようにして底板１１ａを接合して
インク溜まり１６を形成する。また必要に応じて、図１
に示すノズルプレート１７を接合する。

【００１６】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明のインク
ジェットヘッドは、圧電材内にインク圧力室すなわち貫
通穴とインク溜まりが形成されるので小型化が容易であ
り、また圧電ブロックの溝加工においても、特殊な加工
によらない通常の切削加工によって目的とする形状、す
なわち高密度記録が可能なインクジェットヘッドを製造
することが可能になるので、製造コストも低減すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるインクジェットヘッドの一実施例
を示す部分断面斜視図である。

【図２】図１のインクジェットヘッドの圧電ブロックの
上面図である。

【図３】図１のインクジェットヘッドの製造工程概略を
示す図で、（ａ）（ｂ）（ｃ）は各工程を示す断面図で
ある。

【図４】従来のインクジェット記録装置の概略図であ
る。

【図５】インクジェットヘッドの原理説明図で、（ａ）
は断面図、（ｂ）は動作状態を示す断面図、（ｃ）は斜
視図である。

【図６】図５に示すインクジェットヘッドの基本構成を
示す斜視図である。

【図７】図６のＢ−Ｂ断面図である。

【図８】図５に示すインクジェットヘッドの構成例を示
す斜視図である。

【符号の説明】 １０ 圧電ブロック １０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ 分割された圧電ブロ
ック １２、１３ 内部電極 １４ 共通電極 １５ 信号電極 １６ インク溜まり １７ ノズルプレート １８ａ、１８ｂ 分割溝 １９ センタ溝

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも１対の対向する電極が形成さ
   れ、前記電極面に垂直な方向に開けられた貫通穴をイン
   ク流路とし、その貫通穴を少なくとも１列以上の列でか
   つ所定の間隔で複数個配置された圧電材と、前記貫通穴
   の片端に連通して各貫通穴にインクを供給するインク溜
   まりとを備え、隣接する貫通穴の間の圧電材に溝を形成
   して前記電極を電気的に分離独立させ、任意の貫通穴の
   周囲の電極に電圧を印加させてその貫通穴の断面を拡大
   縮小させることにより貫通穴内部に充填されたインクに
   衝撃を与えて、その衝撃力によりインク溜まりに連通し
   た開孔端とは反対側の開孔端からインクを吐出させて記
   録するインクジエットヘッドにおいて、前記圧電材に少
   なくとも１本の第１の溝を設け、第１の溝と異なる向き
   の第２の溝を第１の溝と交差させて複数本設けるととも
   に、第１の溝に対して第２の溝とは逆の向きの第３の溝
   を第１および第２の溝と交差させて複数本設け、前記３
   つの溝によって、前記圧電材を千鳥状に配置された複数
   の多角柱に区切り、その多角柱の軸上に前記貫通穴を設
   けたことを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 【請求項２】 前記第１の溝に対する第２および第３の
   溝のなす角度が、それぞれ６０°であり、前記多角柱が
   六角柱である請求項１に記載のインクジェットヘッド。
3. 【請求項３】 前記第１の溝に、前記圧電材に電圧を印
   加するための共通電極を形成した請求項１または２に記
   載のインクジェットヘッド。