JPH04263952A - インクジェット記録ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は主にインクジェット記録
装置に関し、詳しくはインクジェット記録装置のヘッド
の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の技術は、特公昭６２−２６
９１２や特公昭６２−３２１１２に開示されるように、
自由な厚み比率の圧電素子と振動板を用いてインクジェ
ット記録ヘッドを構成し、これを駆動してインク滴を吐
出させて画素を形成し、情報を紙等の媒体に印刷すると
いう形式のものであった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述の従来技
術では、圧電素子と振動板の厚み比率を自由に設定して
構成しているので、インク流路に圧力を発生させる為に
、圧電素子に電圧を印加して振動板を湾曲させて撓ませ
る際、曲げ応力の中立軸が圧電素子と振動板の界面に位
置しない事が多い。結果として振動板を撓ませてインク
を吐出させる際の曲げ効率が悪く、高い電圧でインクジ
ェットヘッドを駆動する必要があった。

【０００４】更に、ヘッドの駆動電圧が高い場合には高
電圧を確保するための回路が記録装置に必要となり、駆
動回路の製作が困難になったり、記録装置の使用者が誤
って回路の一部に接触した場合に、使用者が感電により
大きなショックを受けてしまうといった製品安全上の課
題があった。

【０００５】本発明はこのような欠点を解決するために
なされたものであり、効率が良く駆動電圧の低いインク
ジェット記録ヘッドを実現するとともに、昇圧回路等の
高電圧回路を必要とせず、駆動回路の作製が容易でかつ
、製品の安全性が確保されるインクジェットヘッドを得
ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
記録ヘッドは、ノズルと、圧力室と、供給口とを有する
溝部よりなるインク流路と、共通インク室とが設けられ
た第１の基板と、該第１の基板のインク流路側表面に接
合された第２の基板と、該第２の基板上に積層されて接
合された振動板と、該振動板の上に積層されて接合され
た圧電素子とからなり、前記振動板の厚みが前記圧電素
子の厚みと略同一であることを特徴とする。

【０００７】更に、圧電素子及び振動板の厚みが供に５
０μｍ以下であることを特徴とする。

【０００８】

【作用】本発明の上記の構成によれば、圧電素子に駆動
電圧パルスを印加することにより、振動板が曲げられて
撓み、第２の基板によりインクが封入された第１の基板
のインク流路の内容積が増加して、インク流路の圧力室
に供給口よりインクを供給し、駆動電圧パルスの解除に
よりインク滴をノズルより吐出させて画素を形成し、記
録媒体上に情報の印刷を行なうものである。

【０００９】

【実施例】以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。いずれの図面も同一符号は同一の構成要素を示す
。

【００１０】図１は本発明の実施例におけるインクジェ
ット記録ヘッドの構成を説明する断面図である。１は第
１の基板でノズル５、圧力室６、供給口７を有するイン
ク流路と共通インク室８とインク供給管９が形成されて
ある。第１の基板１はポリカーボネイトやポリサルフォ
ン等の樹脂よりなる。２は第２の基板であり第１の基板
１のインク流路側の表面に溶着されてあり、インク流路
及び共通インク室８にインクを封入している。３は振動
板であり、りん青銅やステンレス等の金属やほう硅酸ガ
ラス等のセラミクスに導電性のＩＴＯ膜を蒸着したもの
よりなり、第２基板２上のインク流路上方部表面に接着
層１１ａを介して接着されている。振動板３がインク流
路にインクを封入する機能を有する場合は、第２の基板
２は廃止が可能であり、振動板３は直に第１の基板１に
接合されて構成する事が可能である。４は圧電素子であ
り、チタン酸バリウムやジルコン酸鉛よりなり、焼結さ
れて、表面に金属の電極を付与されて、高電界で分極処
理されており、厚み方向に電圧を印加することにより電
荷を保持して長さ方向に収縮する性質を有する。圧電素
子４は接着層１１ｂを介して振動板３上のインク流路の
圧力室６上部位置に接着されている。２０及び２１はそ
れぞれ＋側，−側電極であり各々圧電素子４と振動板３
に結線されている。これら電極に電圧を印加することに
より圧電素子４は長さ方向に収縮しようとするが、上述
のように振動板３に拘束されるように構成されているの
で、曲げモーメントが作用して圧電素子４と振動板３は
撓む。図中ｔａ，ｔｂはそれぞれ振動板３、圧電素子４
の厚みを表している。振動板３及び圧電素子４はそれぞ
れ厚みが等しくｔａ＝ｔｂとなるように構成されている
。本実施例では第２の基板２、振動板３、圧電素子４の
厚みは順に２００，５０，５０μｍとしている。圧電素
子４の厚みを薄くした場合、圧電素子４内部に生ずる電
界は厚い場合よりも大きくなるので、同一の電界を生じ
させて駆動する場合には、圧電素子４の厚みに反比例し
てより低い電圧で駆動することが可能となる。

【００１１】ノズル５はインク滴の吐出孔である。圧力
室６は、圧電素子４及び振動板３の撓みによってインク
流路内に圧力を生じせしめる。供給口７は、インク流路
へのインクの供給を制限しているオリフィスである。共
通インク室８は複数のインク流路に供給口７で通じてい
て、インク流路へ供給するインクを準備している。供給
管９は、第１の基板１に形成されていて、共通インク室
８に連通してヘッド外部のインクタンク等よりヘッド内
部へインクを導入するための管である。これらインク流
路と共通インク室８には常時インクが満たされた状態と
なっている。１００はインク滴である。圧電素子４を電
圧パルスにより駆動制御する事により、圧力室６内部で
圧力変動が生じ、インクは供給口７より流入して供給さ
れ、ノズル５よりインク滴１００が吐出される。インク
滴１００は通常ノズル５より液柱となって吐出し、吐出
後インクの表面張力により複数のインク滴となり、紙面
等の印刷媒体面に到着して浸透または付着し、画素とし
ての１つの点を印刷する。

【００１２】図２は本発明の実施例における平面構成図
である。図２で説明している実施例では同一特性のイン
ク流路が９本第１の基板１上に形成されている。また、
振動板３が図１で説明した第２の基板２の機能を果たし
ているので、図２では第２の基板２は廃止されている。 その他の構成は図１と同様に成されている。５ａはダミ
ーノズルであり、共通インク室８に流入した気泡をヘッ
ド外部へ排出するための特別な流路のノズルである。ダ
ミーノズル５を設けることにより気泡によるインク吐出
の不安定が発生する確率を低減し、インクジェットヘッ
ドの信頼性を向上することが可能となる。ダミーノズル
５ａの流路はその特性が他のインク流路とは流路抵抗の
みが等しく、他は異なる様に設計されていて、気泡排出
専用の動作時のみ特性が他の流路と一致する様になって
いる。

【００１３】図３は本発明の実施例における平面構成図
である。図３で説明している実施例では振動板３に複数
のスリット状のブランクが設けられていて、第１の基板
１、第２の基板２、振動板３、圧電素子４の各々の材料
（線膨張係数）の違いによって生ずる温度変化による振
動板３の不要な内部応力の緩和を図っている。図３には
第１の基板１の流路は図示されていないが、流路形状と
配置は図２に説明されるものと同一である。

【００１４】図４及び図５はいずれも本発明の実施例の
断面構成図であり、本発明のインクジェット記録ヘッド
の駆動方法について説明している。これらの図により本
発明のインクジェット記録ヘッドの駆動方法について概
説する。まず、圧電素子４は電荷を保持して収縮してお
り、図４の様に振動板３に拘束されて撓んで圧力室６の
インクを排除している。この時、図中のインク滴１００
はまだ吐出していない。次に圧電素子４の電荷を回路を
閉じるなどして放出すると、図５の様に圧電素子４と振
動板３は各々の弾性によって平面に復帰する。この時イ
ンクは供給口７より供給されて圧力室６はインクで満た
される。圧力室６がインクで満たされた時点で圧電素子
４に電圧パルスを印加すると、圧電素子４と振動板３は
再び図４の様に撓んで圧力室６のインクを排除して圧力
を生じ、排除されたインクはノズル５よりインク滴１０
０となって吐出される。

【００１５】図６は本発明の実施例の別の断面構成図で
ある。図１で説明したように圧電素子４と振動板３の厚
みｔｂ，ｔａはほぼ等しくなるように構成されている。 この様に構成することにより、ヘッドを駆動する時に撓
められるこれら圧電素子４と振動板３の曲げの中立軸が
図中一点鎖線Ａで示す位置に来るため、圧電素子４には
圧縮応力のみが作用し、振動板３には引張応力のみが作
用するようになる。これにより圧電素子４、振動板３は
それぞれの部材の中に打ち消し合う力が作用しないため
に、お互いに効率よく曲げられるようになる。また、接
着層１１ａ，１１ｂはそれぞれ１０μｍ以下としている
。この様に本実施例では接着層１１ａ，１１ｂの厚みを
振動板３の１／５以下まで薄くする事により、インクジ
ェット記録ヘッドの効率を高めると同時にヘッド構成全
体の中の影響度を低くして特性のバラツキの低減も図っ
ている。

【００１６】図７は本発明の実施例における振動板厚み
と単位電圧当りのインク排除体積（電圧感度）の比を有
限要素法による数値計算により算出したグラフである。 電圧感度比は最も高い感度を１００％とした場合の感度
の比率であり、電圧感度比が高ければ効率がよく、一定
のインク重量のインク滴を吐出させるために必要とされ
る電圧は低くなる。計算結果に依れば圧電素子４の厚み
５０μｍに対して最も効率のよい振動板厚みは２０〜４
０μｍに存在することが分かる。又、９０％以上の高い
効率が得られる振動板厚みは１５〜５５μｍの範囲にあ
ることが分かる。実際には第２の基板２、振動板３、圧
電素子４を拘束するための境界条件や、ヤング率やポア
ソン比等の材料定数が微妙に異なったりばらついたりす
るので、最大効率の厚みで利用することは避け、本実施
例では振動板３の厚みを圧電素子４に等しい５０μｍと
している。この様に本実施例では振動板３の厚みと圧電
素子４の厚みを全く等しく設定しているが、適当な厚み
比率は実際には流路構成や圧力室６の形状によっても微
妙に異なる場合もあるので、厚み比率は厳密に１である
必要はなく、振動板と圧電素子の厚みはほぼ等しい範囲
の中で設定して構成するとよい。つまり、本実施例にお
いて振動板３の厚みを圧電素子４の厚み５０μｍに対し
て３０〜５０μｍの範囲で設定しても、本発明による作
用・効果に何ら相違するものではない。

【００１７】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、圧電
素子と振動板の厚みをほぼ等しく設定して構成している
ので、インク流路に圧力を発生させる為に、圧電素子に
電圧を印加して振動板を湾曲させて撓ませる際、曲げ応
力の中立軸が圧電素子と振動板の界面に位置するように
なり、結果として振動板を撓ませてインクを吐出させる
際の曲げ効率が良くなり、低電圧でインクジェットヘッ
ドを駆動する事が可能となる。加えて、ヘッドの駆動電
圧が低くできるので、従来のように高電圧を確保するた
めの回路が記録装置に必要でなくなり、駆動回路の製作
が容易になる。更に、記録装置の使用者が誤って回路の
一部に接触した場合でも、使用者が感電により大きなシ
ョックを受る様なことがなくなり、製品安全上も安全性
が確保され、安全な製品として製造が出来るようになる
等々の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す断面構成図。

【図２】本発明の一実施例を示す平面構成図。

【図３】本発明の一実施例を示す平面構成図。

【図４】本発明の一実施例の駆動動作を示す流路断面図
。

【図５】本発明の一実施例の駆動動作を示す流路断面図
。

【図６】本発明の一実施例の構成詳細を示す他の流路断
面図。

【図７】本発明の一実施例の振動板厚みと電圧感度比の
計算結果を示す図。

【符号の説明】

１　　　　第１の基板 ２　　　　第２の基板 ３　　　　振動板 ４　　　　圧電素子 ５　　　　ノズル ６　　　　圧力室 ７　　　　供給口 ８　　　　共通インク室

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　画素の単位となるインク滴を吐出させ
   ることにより情報を記録するインクジェット記録装置に
   おいて、ノズルと、圧力室と、供給口とを有する溝部よ
   りなるインク流路と、共通インク室とが設けられた第１
   の基板と、該第１の基板のインク流路側表面に接合され
   た第２の基板と、該第２の基板上に積層されて接合され
   た振動板と、該振動板の上に積層されて接合された圧電
   素子とからなり、前記振動板の厚みが前記圧電素子の厚
   みと略同一であることを特徴とするインクジェット記録
   ヘッド。
2. 【請求項２】　　請求項１の圧電素子及び振動板の厚み
   が供に５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１記
   載のインクジェット記録ヘッド。