JP3454841B2

JP3454841B2 - インクジェットヘッド

Info

Publication number: JP3454841B2
Application number: JP4518792A
Authority: JP
Inventors: 聡細野
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1992-03-03
Filing date: 1992-03-03
Publication date: 2003-10-06
Anticipated expiration: 2018-10-06
Also published as: JPH05246024A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インク滴を飛翔させ、
記録紙等の記録媒体上にインク像を形成するプリンタ等
のインクジェット記録装置に関し、さらに詳細には、イ
ンクジェットヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術として特開昭５５−６５５５
９号公報に開示されている様に、ガラス基板とガラス薄
板との間に複数の圧力室を形成し、電極を両面に形成し
た圧力発生素子の板を圧力室の面積程度に切断加工した
後、各圧力室のガラス薄板側に接着したインクジェット
ヘッドがある。また、複数のノズルを有するノズル形成
基板と、ノズルに対向して配置される圧電材料と導電材
料からなる圧力発生素子を備え、印加電圧により前記圧
力発生素子を変位させてインクをノズルから吐出させる
オンデマンド型インクジェットヘッドは、特公昭６０−
８９５３号公報に開示されている。

【０００３】図１２は、従来のインクジェットヘッドの
構成を説明する部分斜視図である。４は、ノズル３とイ
ンク供給路６を備えるベース基板である。単一板にて構
成される弾性薄板２は、ベース基板４に貼り合わされ、
電極を両面に形成し切断加工された複数の電歪材料薄板
が弾性薄板面に接着されることによって、複数の圧力発
生素子１ａが構成されている。図１３は、従来のインク
ジェットヘッドを説明する部分上面図である。インク供
給路６から、圧力発生素子１ａの下に形成される圧力室
内に供給されるインクは、圧力発生素子１ａに選択的な
電圧が印加されることによって、ノズル３からインク滴
９を吐出することができる。図１４は、圧力発生素子１
ａの変位メカニズムを説明する図１３のＢーＢ断面図で
ある。圧力発生素子１ａは、正電極７と負電極８との間
隙に電界が印加されることによって、電界方向に膨張
し、電界方向と直角な方向に収縮する。こうした作用に
よって、Ｍに示す様な曲げモーメントが生じ、破線Ｅに
示す様なたわみ状変位を発生する。

【０００４】この様な形式の印字ヘッドに於いては、イ
ンク滴の形成効率（インク吐出量／アクチュエータの駆
動電圧）が大きいこと、ノズル間ピッチが狭い事、そし
て、高精度加工が容易で、低製造コスト、低部品コスト
である事が望ましい。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、コンパ
クト、且つ高解像度なインクジェットヘッドを実現する
為に、ノズル間ピッチを狭くしようとすると、圧力室の
面積も狭くしなければならなくなる。一般にインク滴の
形成効率は、アクチュエータの圧力室面に対向する面積
と、アクチュエータにかかる電界強度に正の相関を有す
る。よって、十分な液滴の形成効率、及びインク飛翔能
力を得難くなる。また、高精度加工の要求から、製造技
術的難易度が増すと共に製造コストの低下が困難とな
る。さらには、隣り合う圧力室間の干渉によって、選択
されないノズルからのインク吐出現象、及び印字状況
（テキストパターン印字時、とベタ印字時）によるイン
ク飛翔能力（インク吐出量、インク飛翔速度）の著しい
変化（クロストーク）が発生しやすくなる。

【０００６】本発明が解決する課題は、第１に、高精度
加工を容易にし、且つ、製造、及び部品コストを低くす
ることであり、第２には、優れた印字品質を確保しなが
らもノズル高密度化に対応しうることである。

【０００７】

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
ヘッドは、インクを吐出するノズルとインク供給路を形
成したベース基板と、電極を両面に形成した電歪材料薄
板と弾性薄板からなる圧力発生素子と、前記ベース基板
と前記圧力発生素子とを貼り合わせて形成される圧力室
と、前記圧力発生素子に電圧を印加する電圧印加手段と
を有するインクジェットヘッドに於て、前記弾性薄板が
前記電歪材料薄板の前記圧力室側と反圧力室側の両面に
互い違いに構成される事を特徴とする。さらに、このイ
ンクジェットヘッドを複数配列して構成することを特徴
とする。

【０００９】また、前記弾性薄板の弾性率が、前記電歪
材料薄板の弾性率と同等以上であることを特徴とする。
さらに、前記弾性薄板の厚さが、前記電歪材料薄板の厚
さと同等以下であることを特徴とする。さらには、前記
弾性薄板の幅が前記圧力室の幅より狭い事を特徴とす
る。そして、前記弾性薄板が、導電性材料にて構成され
る事を特徴とする。

【００１０】

【実施例】以下に本発明による第１の実施例の詳細を、
図面を参照して説明する。

【００１１】図１は、本発明の第１項によるインクジェ
ットヘッド主要部の斜視図である。図２は、本発明の第
１項による各部材の構成関係を示すインクジェットヘッ
ド主要部の部分断面図（図１のＸーＸ断面図）である。
図３は、図２の破線Ａで示す部分の拡大図である。図２
に示すように、複数の圧力室５は、ベース基板４と複数
の圧力室５に連続する電歪材料薄板１との間に形成され
ている。図１に示す電歪材料薄板の上面に形成される正
電極７と電歪材料薄板の下面に形成される負電極８との
間隙に電界を発生させることによって、電歪材料薄板１
は、電界方向に膨張し、電界方向と直角な方向に収縮す
る。こうした作用によって、図３に示す矢印Ｉの様な曲
げモーメントが発生し、破線Ｃに示す様なたわみ状変位
を発生する。この時、圧力室５内の体積が増加すること
によって、圧力が低下し、圧力室５に連通するインク供
給路からインクが充填される。この直後に電界を除去す
ることによって、たわみ状変位は定常状態に復元する
為、圧力室内の圧力が高められ、ノズル３からインクが
吐出する。以上の様なインクジェットヘッドを構成する
ことによって、簡易加工の困難な電歪材料薄板の切断、
接着、といった工程を除去できるばかりか、あらかじめ
電歪弾性薄板に弾性薄板を蒸着、あるいは鍍金し、エッ
チングにて最適形状を得る高精度加工が容易であり、製
造コストを飛躍的に削減することができる。

【００１２】図４は、弾性薄板２の厚さ（図２に示す
ｔ）とインク吐出量の関係を、代表的な弾性薄板材料に
ついて示す特性曲線である。はステンレスを、は硝
子を、は樹脂材料を、それぞれ弾性薄板２に用いた場
合である。それぞれの弾性率は、＞≫なる関係を
有している。最も効率良くインク吐出量を得る為には、
弾性薄板２として、硬く（弾性率が高く）、厚さｔが薄
いことが望ましい。よって、弾性薄板２は、本発明の第
４項に示すように電歪材料薄板１よりも弾性率が高い材
量であるニッケル、または、ステンレスにて形成されて
おり、本発明の第５項に示すように電歪材料薄板１より
も薄く形成されている。こうした構成にすることによっ
て、たわみ効率が高い、ノズルの高密度化に適したイン
クジェットヘッドを構成することができる。

【００１３】図５は、弾性薄板２の幅（図３に示すＷ
ｐ）と圧力室５の幅（図３に示すＷａ）の比とクロスト
ーク率の関係を示す特性曲線である。弾性薄板２の幅Ｗ
ｐと、圧力室５の幅Ｗａの比が等しい時、クロストーク
率（隣り合うノズルからインクを吐出させたときと、さ
せない時の、１ノズル当たりのインク吐出量の変化率）
は、ー３０％程度発生する。しかしながら、図５に示す
様に、弾性薄板の幅Ｗｐを圧力室５の幅Ｗａより狭くす
ることによって、飛躍的なクロストーク率の減少が確認
されている。よって、本発明の第６項に示すように弾性
薄板２の幅Ｗｐを圧力室５の幅Ｗａの約９０％程度に形
成している。こうした構成にすることによって、隣り合
うノズル列への干渉を抑制することができ、印字品質に
優れたインクジェットヘッドを構成することができる。

【００１４】また、弾性薄板２は、本発明の第７項に示
すように、導電材料にて形成されており、弾性薄板２自
体を電極として用いることができるという利点を有して
いる。

【００１５】以下に本発明による第２の実施例の詳細を
図面を参照して説明する。

【００１６】図６は、本発明の第２項、及び本発明の第
３項に示すインクジェットヘッドを説明する部分断面図
（図１１のＸーＸ断面図）である。図６に示すように、
弾性薄板２は、電歪材料薄板１の両面に互い違いに構成
されている。正電極７と負電極８の間隙に電界を発生さ
せることによって、電歪材料薄板１は、電界方向に膨張
し、電界方向と直角な方向に収縮する。前記作用によっ
て、梁の中央部では、矢印Ｊに示すような曲げモーメン
トが発生し、梁の固定端部では、矢印Ｋ、矢印Ｌで示す
ような曲げモーメントを発生する。こうして、破線Ｄに
示す様なたわみ状変位を得ることができる。こうした構
成にする事によって、図１４に示す従来の構造に対し、
たわみ状変位を効率良く発生させることができるので、
インク吐出効率を高くすることができ、ノズル高密度化
に十分対応することができる。また、本発明の第１の実
施例と同様に、弾性薄板２は、本発明の第４項に示すよ
うに電歪材料薄板１よりも弾性率が高い材量であるニッ
ケル、または、ステンレスにて形成されている。さら
に、本発明の第５項に示すように、弾性薄板２は、電歪
材料薄板１よりも薄く形成されており、本発明の第６項
に示すように圧力室５よりも幅の狭い形状に形成されて
いる。また、弾性薄板２は、本発明の第７項に示すよう
に、導電材料にて形成されている。こうした構成にする
ことによって、たわみ状変位を発生するインクジェット
ヘッドに於て、理想的な変位形状を発生することがで
き、優れたインク吐出効率を実現することができるの
で、ノズルの高密度化を十分実現することができる。ま
た、こうしたインクジェットヘッドを複数配列した際、
連続した電歪材料薄板に、あらかじめ弾性薄板を形成し
てから、複数のノズルとインク供給路を有するベース基
板と接合することによって、第１の実施例と同様に、簡
易加工の困難な電歪材料薄板の切断、接着、といった工
程を除去できるばかりか、あらかじめ電歪弾性薄板に弾
性薄板を蒸着、あるいは鍍金し、エッチングにて最適形
状を得る高精度加工が容易であり、製造コストを飛躍的
に削減することができる。さらに、硬く、薄い弾性薄板
を電歪材料薄板と組み合わせることによって、たわみ効
率の高いノズルの高密度化に適したインクジェットヘッ
ドを構成することができる。さらには、隣り合うノズル
列への干渉を抑制することができ、印字品質に優れたイ
ンクジェットヘッドを構成することができる。

【００１７】以下に本発明による第３の実施例の詳細を
図面を参照して説明する。

【００１８】図７は、本発明の第２項、及び本発明の第
３項に示すインクジェットヘッドを説明する部分断面図
（図１１のＸーＸ断面図）である。図７に示すように、
弾性薄板２は、電歪材料薄板１の両面に互い違いに構成
され、さらに圧力室５の幅方向に対して、電歪材料薄板
１をはさむ弾性薄板２が重なり合うα部を有した構成関
係を有している。こうした構成にすることによって、図
６の破線Ｄに示す様な変位を発生する時に、電歪弾性薄
板１の厚み方向に生じる剪断応力に対し補強効果を得る
ことができる。よって、第２の実施例に対し、より信頼
性の高いインクジェットヘッドを構成することができ
る。また、本発明の第１の実施例、及び第２の実施例に
示す効果をも有する事は、構造上明白である。

【００１９】以下に、本発明の第３の実施例に於けるイ
ンクジェットヘッドの概略的な製造過程を説明する。

【００２０】図８は、ベース基板４の部分斜視図であ
る。ノズル３、インク供給路６、圧力室となる矩形溝Ｐ
を一体成型したベース基板４の上面（太線ハッチング
部）には、負電極８となる導電材料膜が形成されてい
る。図９は、前記ベース基板４に貼り合わされる電歪弾
性薄板１の部分斜視図である。電歪弾性薄板１の上面に
は、図８に示す圧力室となる矩形溝Ｐの上方投影形状
と、ほぼ等しい形状に導電材料膜からなる正電極７が形
成されており、ベース基板４と電歪材料薄板１とを貼り
合わせて構成される個々の圧力室５に対応した独立した
電極パターンを形成している。一方下面にも負電極とな
る導電材料膜が形成されている。図１０は、電極パター
ンニング形成を済せた電歪材料薄板１の斜視図である。
電歪材料薄板１の上下面には、それぞれ図７に示す断面
形状を構成する様に、弾性薄板２が、電界鍍金によって
厚さ１０〜１５μmに形成されている。こうして、形成
された電歪材料薄板１と弾性板２の複合ユニットを図８
にて説明したベース基板４に接合することによって、図
１１に示すようなインクジェットヘッド主要部を構成す
ることができる。このインクジェットヘッド主要部の正
電極７と負電極８に選択的な電気信号を印加することに
よって、プリンタの構成要素としてのインクジェットヘ
ッドを構成することができる。以上のような製造過程に
よれば、簡易加工の困難な電歪材料薄板の切断、接着と
いった工程を除去できるばかりか、あらかじめ電歪材料
薄板にレジストパターンを塗工し、電極と弾性薄板を蒸
着、鍍金することによって、比較的容易に高精度加工を
行なう事ができる。よって、製造にかかるコストを飛躍
的に削減することができる。

【００２１】

【発明の効果】低部品コスト、並びに低製造コストであ
り、インク滴の形成効率（インク吐出量／アクチュエー
タの駆動電圧）が高く、さらには、高解像度印字を実現
しうるコンパクト、且つ高駆動効率なインクジェットヘ
ッドを構成することができる。よって、印字品質に優れ
た、低コストなインクジェットプリンタを実現する事が
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示すインクジェットヘ
ッド主要部の構造説明斜視図である。

【図２】本発明の第１の実施例を示すインクジェットヘ
ッド主要部の構造説明断面図である。

【図３】本発明の第１の実施例を示すインクジェットヘ
ッド主要部の構造説明拡大断面図である。

【図４】本発明の第１の実施例を説明する弾性薄板の厚
さ（図２に示すｔ）とインク吐出量の関係を、代表的な
弾性薄板材料について示す特性曲線である。

【図５】本発明の第１の実施例を説明する弾性薄板の幅
（図２に示すＷｐ）と圧力室の幅（図２に示すＷａ）の
比とクロストーク率の関係を示す特性曲線である。

【図６】本発明の第２の実施例を示すインクジェットヘ
ッド主要部の構造説明拡大断面図である。

【図７】本発明の第３の実施例を示すインクジェットヘ
ッド主要部の構造説明拡大断面図である。

【図８】本発明の第３の実施例に於けるインクジェット
ヘッドの概略的な製造過程を説明するベース基板４の部
分斜視図である。

【図９】本発明の第３の実施例に於けるインクジェット
ヘッドの概略的な製造過程を説明する電歪材料薄板１の
部分斜視図である。

【図１０】本発明の第３の実施例に於けるインクジェッ
トヘッドの概略的な製造過程を説明する正電極７を形成
した電歪材料薄板１の部分斜視図である。

【図１１】本発明の第３の実施例に於けるインクジェッ
トヘッド主要部の部分斜視図である。

【図１２】本発明に関する従来例を示すインクジェット
ヘッド主要部の構造説明断面図である。

【図１３】本発明に関する従来例を示すインクジェット
ヘッド主要部の構造説明上面図である。

【図１４】本発明に関する従来例を示すインクジェット
ヘッド主要部の構造説明断面図である。

【符号の説明】

１電歪材料薄板１ａ圧力発生素子２弾性薄板３ノズル４ベース基板５圧力室６インク供給路７正電極８負電極９インク滴

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】インクを吐出するノズルとインク供給路
を形成したベース基板と、電極を両面に形成した電歪材
料薄板と弾性薄板からなる圧力発生素子と、前記ベース
基板と前記圧力発生素子とを貼り合わせて形成される圧
力室と、前記圧力発生素子に電圧を印加する電圧印加手
段とを有するインクジェットヘッドに於て、前記弾性薄板が前記電歪材料薄板の前記圧力室側と前記
圧力室の反対側の両面に互い違いに構成される事を特徴
とするインクジェットヘッド。
【請求項２】前記圧力室を複数配列して構成すること
を特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】前記弾性薄板の弾性率が前記電歪材料薄
板の弾性率と同等以上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ヘッド。
【請求項４】前記弾性薄板の厚さが前記電歪材料薄板
の厚さと同等以下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ヘッド。
【請求項５】前記弾性薄板の幅が前記圧力室の幅より
狭い事を特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘ
ッド。
【請求項６】前記弾性薄板が導電性材料にて構成され
る事を特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッ
ド。
【請求項７】前記弾性薄板が前記圧力室側と前記圧力
室の反対側とで前記電歪材料薄板をはさんで重なり合う
幅を有することを特徴とする請求項１に記載のインクジ
ェットヘッド。