JP3262078B2 - インクジェット記録ヘッド - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェット記
録装置に利用する。本発明は、微小な液滴を紙面などの
記録媒体に飛翔させて、文字や画像を記録するインクジ
ェット記録装置のアクチュエータに関する。
録装置に利用する。本発明は、微小な液滴を紙面などの
記録媒体に飛翔させて、文字や画像を記録するインクジ
ェット記録装置のアクチュエータに関する。
【0002】
【従来の技術】図9は従来例インクジェット記録ヘッド
用アクチュエータの要部断面構造図である。この構造は
一つの圧力室と一つのノズルについての構造を模式的に
説明するための図である。この従来例構造は、剛性のあ
る材料により構成されたノズルプレート31および函体
34により囲む空間を圧力室33とし、この圧力室33
の内部にインク5を供給し充満させる。このノズルプレ
ート31にはインク滴1を吐出するためのノズル32を
設ける。そしてこの圧力室には駆動板35を配置する。
用アクチュエータの要部断面構造図である。この構造は
一つの圧力室と一つのノズルについての構造を模式的に
説明するための図である。この従来例構造は、剛性のあ
る材料により構成されたノズルプレート31および函体
34により囲む空間を圧力室33とし、この圧力室33
の内部にインク5を供給し充満させる。このノズルプレ
ート31にはインク滴1を吐出するためのノズル32を
設ける。そしてこの圧力室には駆動板35を配置する。
【0003】この駆動板35は圧電材料(または熱膨張
率の大きい材料)により形成されていて、その両表面に
は電極39が形成されている。この電極39に図示する
ようにスイッチ37を介して電源40から電気信号とし
て電圧を印加すると、圧電効果により(または熱膨張に
より)例えばこの駆動板35は図示するように矢印方向
に変位して圧力室33に充満されたインク5を加圧す
る。この駆動板35の変位に応じてインク滴1がノズル
32から吐出される。
率の大きい材料)により形成されていて、その両表面に
は電極39が形成されている。この電極39に図示する
ようにスイッチ37を介して電源40から電気信号とし
て電圧を印加すると、圧電効果により(または熱膨張に
より)例えばこの駆動板35は図示するように矢印方向
に変位して圧力室33に充満されたインク5を加圧す
る。この駆動板35の変位に応じてインク滴1がノズル
32から吐出される。
【0004】従来例構造では、図10に示すようにこの
駆動板35は支持部38に載置し接着する構造となって
いる(特開平9−85946号公報)。すなわちその変
位方向を一定に制御するために、この駆動板35の片面
を支持部38に固定し、ここで変位拘束を行うように構
成されている。したがって、圧力室の駆動が行われるた
びに、この駆動板35と支持部38との間に図10に矢
印で示すような圧縮荷重の反力が加わることになる。
駆動板35は支持部38に載置し接着する構造となって
いる(特開平9−85946号公報)。すなわちその変
位方向を一定に制御するために、この駆動板35の片面
を支持部38に固定し、ここで変位拘束を行うように構
成されている。したがって、圧力室の駆動が行われるた
びに、この駆動板35と支持部38との間に図10に矢
印で示すような圧縮荷重の反力が加わることになる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】すなわちこのような構
造では、駆動時には駆動板35と支持部38との接着部
に、駆動力の反力が繰り返し印加されるから、接着層に
剪断変形が生じやすい。接着層の剪断変形が生じると、
これにより長手方向の変位が逃げることになり、結果的
に駆動板35の変位量が小さくなってしまう欠点があ
る。
造では、駆動時には駆動板35と支持部38との接着部
に、駆動力の反力が繰り返し印加されるから、接着層に
剪断変形が生じやすい。接着層の剪断変形が生じると、
これにより長手方向の変位が逃げることになり、結果的
に駆動板35の変位量が小さくなってしまう欠点があ
る。
【0006】またこれが激しい場合には、駆動板35と
支持部38との接着部が駆動力の反力により剥離するこ
とも考えられ、そのような場合にはインク圧力室33を
加圧するための駆動力がまったく発生しなくなることに
なる。すなわち、これはインクジェット記録ヘッドの寿
命を短くすることになる。
支持部38との接着部が駆動力の反力により剥離するこ
とも考えられ、そのような場合にはインク圧力室33を
加圧するための駆動力がまったく発生しなくなることに
なる。すなわち、これはインクジェット記録ヘッドの寿
命を短くすることになる。
【0007】さらにこのような構造では、製造工程の中
に接着工程が必要であり、その工程では正確な位置決め
が必要であり、これが製造工数を大きくする原因になっ
ている。また、この位置決めの誤差や、接着強度のばら
つき、接着層厚さのばらつきなどは、インク吐出特性す
なわち印刷特性のばらつきに反映することになるから、
装置の製造歩留りを悪くする原因になる。
に接着工程が必要であり、その工程では正確な位置決め
が必要であり、これが製造工数を大きくする原因になっ
ている。また、この位置決めの誤差や、接着強度のばら
つき、接着層厚さのばらつきなどは、インク吐出特性す
なわち印刷特性のばらつきに反映することになるから、
装置の製造歩留りを悪くする原因になる。
【0008】本発明はこのような背景に行われたもので
あって、駆動板とその支持部材との間の接着に伴う位置
決め誤差や、接着強度のばらつき、接着層厚さのばらつ
きなどが、直接的にインク吐出特性に影響を与えないイ
ンクジェット記録ヘッドを提供することを目的とする。
本発明は、駆動板とその支持部材との間の接着工程を省
くことができるインクジェット記録ヘッドを提供するこ
とを目的とする。本発明は、駆動板の耐用反復駆動回数
をきわめて大きくして寿命を長くすることができるイン
クジェット記録ヘッドを提供することを目的とする。本
発明は故障が少なく信頼性の高いインクジェット記録ヘ
ッドを提供することを目的とする。本発明は経年による
性能の変化が小さいインクジェット記録ヘッドを提供す
ることを目的とする。本発明は、製造工数の小さいイン
クジェット記録ヘッドを提供することを目的とする。本
発明は、均一な性能の装置を製造することができるイン
クジェット記録ヘッドを提供することを目的とする。本
発明は製造歩留りの優れたインクジェット記録ヘッドを
提供することを目的とする。
あって、駆動板とその支持部材との間の接着に伴う位置
決め誤差や、接着強度のばらつき、接着層厚さのばらつ
きなどが、直接的にインク吐出特性に影響を与えないイ
ンクジェット記録ヘッドを提供することを目的とする。
本発明は、駆動板とその支持部材との間の接着工程を省
くことができるインクジェット記録ヘッドを提供するこ
とを目的とする。本発明は、駆動板の耐用反復駆動回数
をきわめて大きくして寿命を長くすることができるイン
クジェット記録ヘッドを提供することを目的とする。本
発明は故障が少なく信頼性の高いインクジェット記録ヘ
ッドを提供することを目的とする。本発明は経年による
性能の変化が小さいインクジェット記録ヘッドを提供す
ることを目的とする。本発明は、製造工数の小さいイン
クジェット記録ヘッドを提供することを目的とする。本
発明は、均一な性能の装置を製造することができるイン
クジェット記録ヘッドを提供することを目的とする。本
発明は製造歩留りの優れたインクジェット記録ヘッドを
提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、駆動板の座屈
変形を利用してインク室を加圧する構造のインクジェッ
ト記録ヘッドに備えられる加圧手段について接着部分に
加圧毎の変位が影響しない構造を特徴とする。
変形を利用してインク室を加圧する構造のインクジェッ
ト記録ヘッドに備えられる加圧手段について接着部分に
加圧毎の変位が影響しない構造を特徴とする。
【0010】すなわち、本発明は、インク滴を吐出する
ノズルが形成された圧力室を囲む剛性体と、電気信号に
応じてこの圧力室に充満されたインクを加圧する加圧手
段とを備えたインクジェット記録ヘッドにおいて、前記
加圧手段は、両持ち構造の梁と、この梁の長手方向の伸
長を規制するように設けられた支持部とを含み、前記電
気信号の印加によりこの梁が長手方向に伸長し前記圧力
室空間に向かい座屈変形する構造を特徴とする。
ノズルが形成された圧力室を囲む剛性体と、電気信号に
応じてこの圧力室に充満されたインクを加圧する加圧手
段とを備えたインクジェット記録ヘッドにおいて、前記
加圧手段は、両持ち構造の梁と、この梁の長手方向の伸
長を規制するように設けられた支持部とを含み、前記電
気信号の印加によりこの梁が長手方向に伸長し前記圧力
室空間に向かい座屈変形する構造を特徴とする。
【0011】前記梁は圧電材料により形成され、その梁
の表面に前記電気信号を印加する電極を設け、熱膨張率
の大きい材料により形成し、その梁を前記電気信号によ
り加熱するヒータを設け、前記梁と前記支持部とは一体
構造であることが望ましく、前記梁と前記支持部とは一
枚の板状の圧電材料から切出され、その梁部分に前記電
気信号を印加する電極を設けることができる。
の表面に前記電気信号を印加する電極を設け、熱膨張率
の大きい材料により形成し、その梁を前記電気信号によ
り加熱するヒータを設け、前記梁と前記支持部とは一体
構造であることが望ましく、前記梁と前記支持部とは一
枚の板状の圧電材料から切出され、その梁部分に前記電
気信号を印加する電極を設けることができる。
【0012】さらに、前記梁にはその座屈変形の方向を
一定に制御するための切欠きが形成され、前記切欠きは
その梁の長手方向中央よりずれた位置に形成することが
でき、あるいは前記梁にはその座屈変形の方向を一定に
制御するため部分的に電極を設けることができる。
一定に制御するための切欠きが形成され、前記切欠きは
その梁の長手方向中央よりずれた位置に形成することが
でき、あるいは前記梁にはその座屈変形の方向を一定に
制御するため部分的に電極を設けることができる。
【0013】インク滴を吐出するノズルが形成された圧
力室内のインクを加圧手段が電気信号に応じて加圧す
る。この加圧は、長手方向の伸長を規制する支持部に連
続して形成した両持ち構造の梁に電気信号を印加し、梁
を長手方向に伸長させ圧力室に向けて座屈変形させるこ
とにより行われる。この座屈変形により圧力室内のイン
クはノズル側に加圧されインク滴として吐出する。
力室内のインクを加圧手段が電気信号に応じて加圧す
る。この加圧は、長手方向の伸長を規制する支持部に連
続して形成した両持ち構造の梁に電気信号を印加し、梁
を長手方向に伸長させ圧力室に向けて座屈変形させるこ
とにより行われる。この座屈変形により圧力室内のイン
クはノズル側に加圧されインク滴として吐出する。
【0014】梁に座屈変形を与えるには、その一つは、
梁を圧電材料で形成し、その梁の表面に電極を設けて電
気信号を印加する。電極に電気信号が印加されたときに
梁は長手方向に伸長し座屈変形を生じて圧力室を加圧す
る。
梁を圧電材料で形成し、その梁の表面に電極を設けて電
気信号を印加する。電極に電気信号が印加されたときに
梁は長手方向に伸長し座屈変形を生じて圧力室を加圧す
る。
【0015】梁に座屈変形を与える別の方法として、梁
を熱膨張率の大きい材料により形成し、その表面にヒー
タを設けて電気信号を印加し、梁を加熱させることによ
りインク室を加圧することもできる。
を熱膨張率の大きい材料により形成し、その表面にヒー
タを設けて電気信号を印加し、梁を加熱させることによ
りインク室を加圧することもできる。
【0016】座屈構造体としての梁と、この梁の両端部
を支持する支持部とを一体構造に形成することにより、
梁と支持部とが連続した構成体になる。これにより、梁
に座屈変形が発生したときにその両端部と支持部との間
に生じる剪断力に対する抗力を接着層で受けとめること
がなくなり、座屈変形を効果的に行うことができる。こ
こで、座屈変形は梁の弾性限界範囲内で行われる。
を支持する支持部とを一体構造に形成することにより、
梁と支持部とが連続した構成体になる。これにより、梁
に座屈変形が発生したときにその両端部と支持部との間
に生じる剪断力に対する抗力を接着層で受けとめること
がなくなり、座屈変形を効果的に行うことができる。こ
こで、座屈変形は梁の弾性限界範囲内で行われる。
【0017】梁と支持部とを一体構造にするには、一枚
の板状の圧電材料から切出し加工を行うことにより容易
に形成することができ、形成された梁の部分に電極を設
けるだけの工程で加圧部品を製造することができる。
の板状の圧電材料から切出し加工を行うことにより容易
に形成することができ、形成された梁の部分に電極を設
けるだけの工程で加圧部品を製造することができる。
【0018】梁に与える座屈変形の方向は常にインクが
充満された圧力室側でなければならない。この座屈変形
の方向を一定に制御するために梁に切欠きを形成する。
この切欠きは座屈変形を与える方向に対し反対側に設け
る。これにより、梁に設けられた電極またはヒータに電
気信号が与えられたときに常に一定方向に座屈変形を発
生させることができる。また、この切欠きの深さを変え
ることによって、その加圧手段に必要とされる座屈変形
量を設定することができる。
充満された圧力室側でなければならない。この座屈変形
の方向を一定に制御するために梁に切欠きを形成する。
この切欠きは座屈変形を与える方向に対し反対側に設け
る。これにより、梁に設けられた電極またはヒータに電
気信号が与えられたときに常に一定方向に座屈変形を発
生させることができる。また、この切欠きの深さを変え
ることによって、その加圧手段に必要とされる座屈変形
量を設定することができる。
【0019】梁に形成する切欠きの位置は必ずしも長手
方向の中央部に限らず、中央部よりずらした位置に形成
することができる。切欠きの位置をずらすことによって
その上面に設けられる電極の長さが異なることになる。
この短い電極、長い電極、あるいはその両方の電極を区
別して電気信号を印加したときの梁の座屈変形量は異な
る。したがってこの構造にすることにより吐出させるイ
ンク量を例えば大、中、小に区分することができ、各電
極への電気信号の印加を制御してやれば印字に対応した
必要なインク量を吐出させることができる。
方向の中央部に限らず、中央部よりずらした位置に形成
することができる。切欠きの位置をずらすことによって
その上面に設けられる電極の長さが異なることになる。
この短い電極、長い電極、あるいはその両方の電極を区
別して電気信号を印加したときの梁の座屈変形量は異な
る。したがってこの構造にすることにより吐出させるイ
ンク量を例えば大、中、小に区分することができ、各電
極への電気信号の印加を制御してやれば印字に対応した
必要なインク量を吐出させることができる。
【0020】また、梁の内部に電極を部分的に埋込む構
造にすれば、梁の軸心に対し電極に電気信号が印加され
たときに生じる座屈変形の作用軸が偏心した状態になる
ので、切欠きを設けなくても梁の座屈変形の方向を一定
に維持することができる。
造にすれば、梁の軸心に対し電極に電気信号が印加され
たときに生じる座屈変形の作用軸が偏心した状態になる
ので、切欠きを設けなくても梁の座屈変形の方向を一定
に維持することができる。
【0021】このように本発明によれば、加圧手段を構
成する両持ち構造の梁と、この梁の両端を支持する支持
部とを一体構造に形成することができるので、従来行わ
れていた駆動板とその支持部材との接着はなくなる。し
たがって接着層に梁に加わる長手方向の力に対する反力
がかかることはなくなる。その接着に伴って生じていた
位置決め誤差、接着強度のばらつき、接着層厚さのばら
つきなどがインク吐出特性に影響しなくなる。
成する両持ち構造の梁と、この梁の両端を支持する支持
部とを一体構造に形成することができるので、従来行わ
れていた駆動板とその支持部材との接着はなくなる。し
たがって接着層に梁に加わる長手方向の力に対する反力
がかかることはなくなる。その接着に伴って生じていた
位置決め誤差、接着強度のばらつき、接着層厚さのばら
つきなどがインク吐出特性に影響しなくなる。
【0022】また、構成部材の接着による結合部分に反
力が作用しなくなるので、駆動板の耐用反復駆動回数が
大きくなり経年による性能の変化を少なくすることがで
きる。接着剤のはがれなどによる寿命の短縮を回避し信
頼性を高めることができる。
力が作用しなくなるので、駆動板の耐用反復駆動回数が
大きくなり経年による性能の変化を少なくすることがで
きる。接着剤のはがれなどによる寿命の短縮を回避し信
頼性を高めることができる。
【0023】さらに、製造工数が削減され作業内容が簡
単化される。品質の均一化をはかることができ、製造歩
留りを向上させることができる。
単化される。品質の均一化をはかることができ、製造歩
留りを向上させることができる。
【0024】
【0025】
【実施例】次に、本発明実施例を図面に基づいて説明す
る。
る。
【0026】(第一実施例)図1は本発明第一実施例の
要部の構成を示す模式的断面図、図2は本発明第一実施
例に用いられる加圧手段の要部の構成を示す斜視図であ
る。
要部の構成を示す模式的断面図、図2は本発明第一実施
例に用いられる加圧手段の要部の構成を示す斜視図であ
る。
【0027】本発明第一実施例は、インク滴1を吐出す
るノズル2が形成された圧力室3を囲む剛性体4と、電
気信号に応じてこの圧力室3に充満されたインク5を加
圧する加圧手段6とが備えられ、加圧手段6には、両持
ち構造の梁7と、この梁7の長手方向の伸長を規制する
ように設けられた支持部8とが含まれ、電気信号の印加
により梁7が長手方向に伸長し圧力室3の空間に向かい
座屈変形する構造に構成される。
るノズル2が形成された圧力室3を囲む剛性体4と、電
気信号に応じてこの圧力室3に充満されたインク5を加
圧する加圧手段6とが備えられ、加圧手段6には、両持
ち構造の梁7と、この梁7の長手方向の伸長を規制する
ように設けられた支持部8とが含まれ、電気信号の印加
により梁7が長手方向に伸長し圧力室3の空間に向かい
座屈変形する構造に構成される。
【0028】梁7および支持部8を含む加圧手段6は圧
電材料により形成され、その梁7の表面に電気信号を印
加する個別電極9がを設けられ、その表面に共通電極
(振動板)10が設けられる。梁7と支持部8とは一枚
の圧電材料から一体構造に切出され、梁7のほぼ中央部
にはその座屈変形の方向を一定に制御するための切欠き
11が形成される。図2には2本の梁7が形成された加
圧手段6が例示されている。
電材料により形成され、その梁7の表面に電気信号を印
加する個別電極9がを設けられ、その表面に共通電極
(振動板)10が設けられる。梁7と支持部8とは一枚
の圧電材料から一体構造に切出され、梁7のほぼ中央部
にはその座屈変形の方向を一定に制御するための切欠き
11が形成される。図2には2本の梁7が形成された加
圧手段6が例示されている。
【0029】加圧手段6を形成する圧電材料にはチタン
酸ジルコン酸鉛系セラミックスからなる材料、あるいは
一般的な強誘電体が用いられる。また、個別電極9には
銀ペースト、銀パラジウムペースト、あるいはその他の
導体金属が用いられ、共通電極(振動体)10にはNi
板、あるいはその他の導電性を有する金属板が用いられ
る。この共通電極(振動体)10に代えて通電により発
熱し変位を与えるヒータを用いることもできる。
酸ジルコン酸鉛系セラミックスからなる材料、あるいは
一般的な強誘電体が用いられる。また、個別電極9には
銀ペースト、銀パラジウムペースト、あるいはその他の
導体金属が用いられ、共通電極(振動体)10にはNi
板、あるいはその他の導電性を有する金属板が用いられ
る。この共通電極(振動体)10に代えて通電により発
熱し変位を与えるヒータを用いることもできる。
【0030】ここで、本発明第一実施例に用いられる加
圧手段6の製造方法について説明する。図3(a)〜
(f)は本発明第一実施例に用いられる加圧手段の製造
工程を説明する図である。
圧手段6の製造方法について説明する。図3(a)〜
(f)は本発明第一実施例に用いられる加圧手段の製造
工程を説明する図である。
【0031】まず、図3(a)に示すように、圧電材料
からなる厚さ500μmのグリーンシートを形成し、有
機バインダの脱離を行った後に1100℃で焼成を行っ
て圧電材料薄板12を作成する。
からなる厚さ500μmのグリーンシートを形成し、有
機バインダの脱離を行った後に1100℃で焼成を行っ
て圧電材料薄板12を作成する。
【0032】次に、図3(b)に示すように、印刷また
は蒸着の手段を用いて、圧電材料薄板12の上面と下面
それぞれの全領域に分極用電極13を形成し、その電極
間に電圧(例えば500V)を印加することによって圧
電材料薄板12に分極処理を行う。
は蒸着の手段を用いて、圧電材料薄板12の上面と下面
それぞれの全領域に分極用電極13を形成し、その電極
間に電圧(例えば500V)を印加することによって圧
電材料薄板12に分極処理を行う。
【0033】その後、図3(c)に示すように、座屈構
造体として形成する両持ち梁7の出力変位およびその発
生力に基づいて設定された厚さ(例えば50μm)ま
で、圧電材料薄板12の上面側をラッピング加工する。
造体として形成する両持ち梁7の出力変位およびその発
生力に基づいて設定された厚さ(例えば50μm)ま
で、圧電材料薄板12の上面側をラッピング加工する。
【0034】続いて、図3(d)に示すように、パタン
マスクを用いた印刷または蒸着の手段により、座屈構造
体として形成する両持ち梁7に相当する部分に個別電極
9を形成する。
マスクを用いた印刷または蒸着の手段により、座屈構造
体として形成する両持ち梁7に相当する部分に個別電極
9を形成する。
【0035】次いで、パタンマスクを用いたサンドブラ
スト加工を施し、図3(e)に示すような両持ち梁7お
よび支持部8を含む加圧手段6を形成する。この両持ち
梁7および支持部8の形成はエッチング加工によっても
行うことができる。
スト加工を施し、図3(e)に示すような両持ち梁7お
よび支持部8を含む加圧手段6を形成する。この両持ち
梁7および支持部8の形成はエッチング加工によっても
行うことができる。
【0036】さらに、図3(f)に示すように、両持ち
梁7に切欠き11を形成するため、パタンマスクを用い
てその深さが所定値(例えば20μm)になるまでサン
ドブラスト加工を行う。この加工により個別電極9は2
分割される。この2分割された個別電極9にリード線を
接続し、さらに下面の分極用電極(以後、共通電極2
1)にもリード線を接続する。共通電極には、導電性を
有する薄い振動板10(例えば5μm厚のNi板)を用
いることもできる。
梁7に切欠き11を形成するため、パタンマスクを用い
てその深さが所定値(例えば20μm)になるまでサン
ドブラスト加工を行う。この加工により個別電極9は2
分割される。この2分割された個別電極9にリード線を
接続し、さらに下面の分極用電極(以後、共通電極2
1)にもリード線を接続する。共通電極には、導電性を
有する薄い振動板10(例えば5μm厚のNi板)を用
いることもできる。
【0037】なお本実施例では、分極によって発生する
初期歪みが圧力発生部材に残留することを回避するため
に、分極処理の工程を梁7の形成前に行ったが、分極を
行っても圧力発生部材全体に部分的歪が発生しない構造
(例えば全ての梁を分極する等)であれば、梁7を形成
した後で分極処理を行えるため、製造プロセス簡略化を
実現させることもできる。
初期歪みが圧力発生部材に残留することを回避するため
に、分極処理の工程を梁7の形成前に行ったが、分極を
行っても圧力発生部材全体に部分的歪が発生しない構造
(例えば全ての梁を分極する等)であれば、梁7を形成
した後で分極処理を行えるため、製造プロセス簡略化を
実現させることもできる。
【0038】ここで、この製造方法により形成された加
圧手段6の動作について説明する。図4は本発明第一実
施例における加圧手段の動作を説明する図である。
圧手段6の動作について説明する。図4は本発明第一実
施例における加圧手段の動作を説明する図である。
【0039】梁7を挟んで対向するように形成された個
別電極9と共通電極(振動板)10との間に分極方向と
は逆方向の電圧(例えば40V)を印加すると、圧電横
効果によって梁7はその長手方向に膨張しようとする。
ところが梁7はその長手方向の両端部が支持部8によっ
て固定されているために、梁7の中心軸Aに沿って矢印
で示す圧縮荷重が発生する。
別電極9と共通電極(振動板)10との間に分極方向と
は逆方向の電圧(例えば40V)を印加すると、圧電横
効果によって梁7はその長手方向に膨張しようとする。
ところが梁7はその長手方向の両端部が支持部8によっ
て固定されているために、梁7の中心軸Aに沿って矢印
で示す圧縮荷重が発生する。
【0040】梁7には変位方向の裏面に切欠き11が形
成されているので、その部分の断面における断面1次モ
ーメントが零となる点を通る軸Bと圧縮荷重が作用する
梁7の中心軸Aとはδだけ偏心する。これにより切欠き
11に曲げモーメントが発生し、切欠き11の形成面の
反対側に座屈変形が発生する。この座屈変形が共通電極
(振動板)10を介して図1に示す圧力室3に伝達され
圧力室3内を加圧する。この加圧により圧力室3内のイ
ンク5がノズル2からインク滴1となって吐出される。
成されているので、その部分の断面における断面1次モ
ーメントが零となる点を通る軸Bと圧縮荷重が作用する
梁7の中心軸Aとはδだけ偏心する。これにより切欠き
11に曲げモーメントが発生し、切欠き11の形成面の
反対側に座屈変形が発生する。この座屈変形が共通電極
(振動板)10を介して図1に示す圧力室3に伝達され
圧力室3内を加圧する。この加圧により圧力室3内のイ
ンク5がノズル2からインク滴1となって吐出される。
【0041】この加圧手段6をインクジェット記録ヘッ
ドに組込み、個別電極9と共通電極(振動板)10との
間に電圧を印加しインク滴1の吐出試験を行ったとこ
ろ、ノズル2からインク滴1が安定した状態で吐出され
ることが確認された。
ドに組込み、個別電極9と共通電極(振動板)10との
間に電圧を印加しインク滴1の吐出試験を行ったとこ
ろ、ノズル2からインク滴1が安定した状態で吐出され
ることが確認された。
【0042】(第二実施例)図5は本発明第二実施例に
用いられる加圧手段の要部の構成を示す斜視図である。
用いられる加圧手段の要部の構成を示す斜視図である。
【0043】本発明第二実施例は、加圧手段16が両持
ち構造の梁17およびこの梁17の長手方向の伸長を規
制するように設けられた支持部18により形成され、梁
17の表面の長手方向中央から所定寸法ずらした位置に
切欠き11が設けられる。この切欠き11により分割さ
れた梁17の表面に長さの異なる個別電極19が形成さ
れ、その裏面に共通電極(振動板)10が配置される。
その他は第一実施例同様に構成され、同様の製造方法で
形成される。
ち構造の梁17およびこの梁17の長手方向の伸長を規
制するように設けられた支持部18により形成され、梁
17の表面の長手方向中央から所定寸法ずらした位置に
切欠き11が設けられる。この切欠き11により分割さ
れた梁17の表面に長さの異なる個別電極19が形成さ
れ、その裏面に共通電極(振動板)10が配置される。
その他は第一実施例同様に構成され、同様の製造方法で
形成される。
【0044】本第二実施例は切欠き11が梁17の長手
方向中央よりずらした位置に形成され、その上面に長さ
の異なる個別電極19が配置されるので、電気信号を印
加する個別電極19を変えることにより梁17の座屈変
形量を変えることができる。
方向中央よりずらした位置に形成され、その上面に長さ
の異なる個別電極19が配置されるので、電気信号を印
加する個別電極19を変えることにより梁17の座屈変
形量を変えることができる。
【0045】すなわち、短い個別電極19だけに電気信
号を印加したときは梁17の長手方向の膨張量は小さい
ので座屈変形は小さくなる。また、長い個別電極19だ
けに電気信号を印加したときは梁17の長手方向の膨張
量が大きいので座屈変形は大きくなる。その両方の個別
電極19に同時に電気信号を印加したときは梁17の長
手方向の膨張はさらに大きくなり座屈変形がそれにとも
なって大きくなる。
号を印加したときは梁17の長手方向の膨張量は小さい
ので座屈変形は小さくなる。また、長い個別電極19だ
けに電気信号を印加したときは梁17の長手方向の膨張
量が大きいので座屈変形は大きくなる。その両方の個別
電極19に同時に電気信号を印加したときは梁17の長
手方向の膨張はさらに大きくなり座屈変形がそれにとも
なって大きくなる。
【0046】本第二実施例は、各個別電極19への電気
信号の印加を制御することにより座屈変形量を変えるこ
とができるので、インクの吐出量を必要に応じて例え
ば、大、中、小に区分し噴射させることができる。
信号の印加を制御することにより座屈変形量を変えるこ
とができるので、インクの吐出量を必要に応じて例え
ば、大、中、小に区分し噴射させることができる。
【0047】この加圧手段16をインクジェット記録ヘ
ッドに組込み、各個別電極19に対し電気信号を印加し
インク滴の吐出試験を行ったところ、大、中、小それぞ
れのインク滴が安定した状態で吐出されることを確認し
た。
ッドに組込み、各個別電極19に対し電気信号を印加し
インク滴の吐出試験を行ったところ、大、中、小それぞ
れのインク滴が安定した状態で吐出されることを確認し
た。
【0048】(第三実施例)図6は本発明第三実施例に
用いられる加圧手段の要部の構成を示す斜視図である。
用いられる加圧手段の要部の構成を示す斜視図である。
【0049】本発明第三実施例は、加圧手段26が両持
ち構造の梁27およびこの梁27の長手方向の伸長を規
制するように設けられた支持部28により構成され、こ
の梁27および支持部28は圧電材料からなるグリーン
シートを2枚重ねにした状態で形成される。共通電極2
1はこの圧電材料からなるグリーンシート間に挟持さ
れ、梁27の上面の一部にその座屈変形の方向を一定に
制御する個別電極29が配置される。この加圧手段26
により加圧される圧力室は第一実施例同様に形成され
る。
ち構造の梁27およびこの梁27の長手方向の伸長を規
制するように設けられた支持部28により構成され、こ
の梁27および支持部28は圧電材料からなるグリーン
シートを2枚重ねにした状態で形成される。共通電極2
1はこの圧電材料からなるグリーンシート間に挟持さ
れ、梁27の上面の一部にその座屈変形の方向を一定に
制御する個別電極29が配置される。この加圧手段26
により加圧される圧力室は第一実施例同様に形成され
る。
【0050】ここで、本発明第三実施例に用いられる加
圧手段26の製造方法について説明する。図7(a)〜
(f)は本発明第三実施例に用いられる加圧手段の製造
工程を説明する図である。
圧手段26の製造方法について説明する。図7(a)〜
(f)は本発明第三実施例に用いられる加圧手段の製造
工程を説明する図である。
【0051】まず、図7(a)に示すように、圧電材料
からなる厚さ500μmのグリーンシートにより圧電材
料薄板22を形成し、その上面の全領域に印刷または蒸
着の手段を用い、図7(b)に示すような分極用電極1
3を形成する。
からなる厚さ500μmのグリーンシートにより圧電材
料薄板22を形成し、その上面の全領域に印刷または蒸
着の手段を用い、図7(b)に示すような分極用電極1
3を形成する。
【0052】次に、図7(c)に示すように、分極用電
極13を形成した圧電材料薄板22を2枚重ね、有機バ
インダの脱離を行った後に1100℃で焼成を行って圧
電材料積層体14を作成する。その後圧電材料積層体1
4の下面に、印刷または蒸着の手段により分極用電極1
3を形成する。さらに、圧電材料積層体14の中間層に
位置する分極用電極13と、上面・下面に位置する分極
用電極13との間に電圧(例えば500V)を印加する
ことによって、圧電材料積層体14の上層と下層に分極
処理を行う。
極13を形成した圧電材料薄板22を2枚重ね、有機バ
インダの脱離を行った後に1100℃で焼成を行って圧
電材料積層体14を作成する。その後圧電材料積層体1
4の下面に、印刷または蒸着の手段により分極用電極1
3を形成する。さらに、圧電材料積層体14の中間層に
位置する分極用電極13と、上面・下面に位置する分極
用電極13との間に電圧(例えば500V)を印加する
ことによって、圧電材料積層体14の上層と下層に分極
処理を行う。
【0053】その後、図7(d)に示すように、座屈構
造体として形成する両持ち梁27の出力変位およびその
発生力に基づいて設定された厚さ(例えば上層を50μ
m、下層を20μm)まで、圧電材料積層体14の上面
および下面をそれぞれラッピング加工する。
造体として形成する両持ち梁27の出力変位およびその
発生力に基づいて設定された厚さ(例えば上層を50μ
m、下層を20μm)まで、圧電材料積層体14の上面
および下面をそれぞれラッピング加工する。
【0054】続いて、図7(e)に示すように、パタン
マスクを用いた印刷または蒸着の手段により、座屈構造
体として形成する両持ち梁27に相当する部分、もしく
はその一部に個別電極29を形成する。
マスクを用いた印刷または蒸着の手段により、座屈構造
体として形成する両持ち梁27に相当する部分、もしく
はその一部に個別電極29を形成する。
【0055】次いで、パタンマスクを用いたサンドブラ
スト加工を施し、図7(f)に示すような両持ち梁27
および支持部28を含む加圧手段26を形成する。この
両持ち梁27および支持部28の形成はエッチング加工
によっても行うことかできる。個別電極29にリード線
を接続し、さらに中間層の分極用電極(以後、共通電極
21)にもリード線を接続する。
スト加工を施し、図7(f)に示すような両持ち梁27
および支持部28を含む加圧手段26を形成する。この
両持ち梁27および支持部28の形成はエッチング加工
によっても行うことかできる。個別電極29にリード線
を接続し、さらに中間層の分極用電極(以後、共通電極
21)にもリード線を接続する。
【0056】なお本実施例では、分極によって発生する
初期歪みが圧力発生部材に残留することを回避するため
に、分極処理の工程を梁27の形成前に行ったが、分極
を行っても圧力発生部全体に部分的歪が発生しない構造
(例えば全ての梁を分極する等)であれば、梁27を形
成した後で分極処理を行えるため、製造プロセス簡略化
を実現させることもできる。
初期歪みが圧力発生部材に残留することを回避するため
に、分極処理の工程を梁27の形成前に行ったが、分極
を行っても圧力発生部全体に部分的歪が発生しない構造
(例えば全ての梁を分極する等)であれば、梁27を形
成した後で分極処理を行えるため、製造プロセス簡略化
を実現させることもできる。
【0057】ここで、この製造方法により形成された加
圧手段26の動作について説明する。図8は本発明第三
実施例に用いられる加圧手段の動作を説明する図であ
る。
圧手段26の動作について説明する。図8は本発明第三
実施例に用いられる加圧手段の動作を説明する図であ
る。
【0058】中間層に位置する共通電極21と上面に位
置する個別電極29との間に分極方向とは逆方向の電圧
を印加すると、圧電横効果により梁27の上層はその長
手方向に膨張しようとする。ところが梁27はその長手
方向の両端が固定されているために、梁27の上層に矢
印で示す圧縮荷重が発生する。
置する個別電極29との間に分極方向とは逆方向の電圧
を印加すると、圧電横効果により梁27の上層はその長
手方向に膨張しようとする。ところが梁27はその長手
方向の両端が固定されているために、梁27の上層に矢
印で示す圧縮荷重が発生する。
【0059】梁27の上層(圧縮荷重が発生している
層)の上面(個別電極29を有する面)は自由表面であ
るのに対し、下面(共通電極21を有する面)は変位が
拘束されている。従って、上記圧縮荷重によって梁27
が座屈変形する際には、自由表面側に向けて変形を生じ
る。この座屈変形は図1に示す圧力室3に伝達され圧力
室3内を加圧する。この加圧により圧力室3内のインク
5がノズル2からインク滴1となって吐出される。
層)の上面(個別電極29を有する面)は自由表面であ
るのに対し、下面(共通電極21を有する面)は変位が
拘束されている。従って、上記圧縮荷重によって梁27
が座屈変形する際には、自由表面側に向けて変形を生じ
る。この座屈変形は図1に示す圧力室3に伝達され圧力
室3内を加圧する。この加圧により圧力室3内のインク
5がノズル2からインク滴1となって吐出される。
【0060】この加圧手段26をインクジェット記録ヘ
ッドに組み込み、共通電極21と個別電極29との間に
電圧を印加しインク滴1の吐出試験を試みたところ、ノ
ズル2からインク滴1が安定して吐出されることが確認
された。
ッドに組み込み、共通電極21と個別電極29との間に
電圧を印加しインク滴1の吐出試験を試みたところ、ノ
ズル2からインク滴1が安定して吐出されることが確認
された。
【0061】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、イ
ンク室を加圧する振動板とその支持部材とを接着剤の接
着力により維持する構造ではなくなるので、接着に伴う
位置決め誤差、接着強度のばらつき、接着層厚さのばら
つきによりインク吐出特性が直接影響を受けることをな
くすことができる。
ンク室を加圧する振動板とその支持部材とを接着剤の接
着力により維持する構造ではなくなるので、接着に伴う
位置決め誤差、接着強度のばらつき、接着層厚さのばら
つきによりインク吐出特性が直接影響を受けることをな
くすことができる。
【0062】これにともなって、製造工程から高精度の
接着工程が省かれる。接着層に直接反力が作用しなくな
るから振動板の耐用反復駆動回数が大きくなり寿命を長
くすることできるとともに、故障の少ない信頼性の高い
インクジェット記録ヘッドを実現することができる。さ
らに、製造工数を削減し、均一な性能の装置を高い製造
歩留りで生産することができる。
接着工程が省かれる。接着層に直接反力が作用しなくな
るから振動板の耐用反復駆動回数が大きくなり寿命を長
くすることできるとともに、故障の少ない信頼性の高い
インクジェット記録ヘッドを実現することができる。さ
らに、製造工数を削減し、均一な性能の装置を高い製造
歩留りで生産することができる。
【図1】本発明第一実施例の要部の構成を示す模式的断
面図。
面図。
【図2】本発明第一実施例に用いられる加圧手段の要部
の構成を示す斜視図。
の構成を示す斜視図。
【図3】(a)〜(f)は本発明第一実施例に用いられ
る加圧手段の製造工程を説明する図。
る加圧手段の製造工程を説明する図。
【図4】本発明第一実施例に用いられる加圧手段の動作
を説明する図。
を説明する図。
【図5】本発明第二実施例に用いられる加圧手段の要部
の構成を示す斜視図。
の構成を示す斜視図。
【図6】本発明第三実施例に用いられる加圧手段の要部
の構成を示す斜視図。
の構成を示す斜視図。
【図7】(a)〜(f)は本発明第三実施例に用いられ
る加圧手段の製造工程を説明する図。
る加圧手段の製造工程を説明する図。
【図8】本発明第三実施例に用いられる加圧手段の動作
を説明する図。
を説明する図。
【図9】従来例の要部の構成を示す模式的断面図。
【図10】従来例における加圧動作を説明する図。
1 インク滴 2、32 ノズル 3、33 圧力室 4 剛性体 5 インク 6、16、26 加圧手段 7、17、27 梁 8、18、28、38 支持部 9、19、29 個別電極 10 共通電極(振動板) 11 切欠き 12、22 圧電材料薄板 13 分極用電極 14 圧電材料積層体 20 振動板 21 共通電極 31 ノズルプレート 34 函体 35 駆動板 37 スイッチ 39 電極 40 電源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B41J 2/045 B41J 2/055
Claims (7)
- 【請求項1】 インク滴を吐出するノズルが形成された
圧力室を囲む剛性体と、電気信号に応じてこの圧力室に
充満されたインクを加圧する加圧手段とを備えたインク
ジェット記録ヘッドにおいて、 前記加圧手段は、両持ち構造の梁と、この梁の長手方向
の伸長を規制するように設けられ前記梁と一体構造であ
る支持部とを含み、前記電気信号の印加によりこの梁が
長手方向に伸長し前記圧力室空間に向かい座屈変形する
構造を特徴とするインクジェット記録ヘッド。 - 【請求項2】 前記梁は圧電材料により形成され、その
梁の表面に前記電気信号を印加する電極を設けた請求項
1記載のインクジェット記録ヘッド。 - 【請求項3】 前記梁は熱膨張率の大きい材料により形
成され、その梁を前記電気信号により加熱するヒータを
設けた請求項1記載のインクジェット記録ヘッド。 - 【請求項4】 前記梁と前記支持部とは一枚の板状の圧
電材料から切出され、その梁部分に前記電気信号を印加
する電極を設けた請求項1記載のインクジェット記録ヘ
ッド。 - 【請求項5】 前記梁にはその座屈変形の方向を一定に
制御するための切欠きが形成された請求項1記載のイン
クジェット記録ヘッド。 - 【請求項6】 前記切欠きはその梁の長手方向中央より
ずれた位置に形成された請求項5記載のインクジェット
記録ヘッド。 - 【請求項7】 前記梁にはその座屈変形の方向を一定に
制御するため部分的に電極を設けた請求項2または3記
載のインクジェット記録ヘッド。
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