JPH11179920A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧電アクチュエータの機械加工を不要にする
とともに、ヘッドの小型化が可能なインクジェットヘッ
ドを提供する。 【解決手段】 本発明のインクジェットヘッドは、イン
クをそれぞれ収容する複数のインク室３４を配列してな
る第１のインク室列３６と、この第１のインク室列３６
に隣接して設けられ、インクをそれぞれ収容する複数の
インク室４０を上記第１のインク室列３６の配列方向と
平行に配列してなる第２のインク室列４２と、各列３
６、４２のインク室３４、４０にそれぞれ対応して設け
られ、電圧印加時の変形により上記インク室内のインク
を加圧して飛翔させる複数のアクチュエータ部とを備
え、これらアクチュエータ部は１枚の圧電平板５０を部
分的に分極処理して形成された複数の活性部からなるも
のとした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像情報に応じて
飛翔させたインク滴を記録紙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、インクジェット方式の記録装置に
おいて、電圧印加時の圧電部材の変形によりインク室内
のインクを加圧して、ノズルからインク滴を飛翔させる
タイプのインクジェットヘッドが知られている。このタ
イプのインクジェットヘッドには、ノズルプレートに大
径ノズル列と小径ノズル列とが平行に形成されているも
のがある。この場合には、通常、各ノズル列のノズルに
対応して各々独立した複数のインク室がそれぞれ連通し
て形成されるとともに、各インク室に対応して複数の圧
電部材が基板上に設けられている。各圧電部材には、画
像情報に応じて電圧を印加するための個別電極および共
通電極が設けられており、これが電極間に駆動電圧が印
加されると圧電部材が変形するようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記イ
ンクジェットヘッドでは、各ノズル列のインク室に対応
する圧電部材を形成する場合、基板上にそれぞれ大きさ
が異なる大径ノズル列用および小径ノズル列用の２枚の
圧電プレートを接着固定した後、ダイサー加工でセパレ
ート溝を形成して各圧電部材を分割形成していたため、
２種類の圧電プレートを用意しておく必要があるととも
に、加工に手間と時間がかかり生産性が悪かった。

【０００４】また、大径ノズル列に対応する各圧電部材
の共通電極と、小径ノズル列に対応する各圧電部材の共
通電極とを基板上において別々に引き出す必要があり、
ヘッドサイズが大きくなる原因となっていた。さらに、
圧電部材が複数の圧電層を積層してなる積層型圧電部材
である場合には、駆動時の自己破壊（層間剥離）を防止
するために、電圧印加時にも変形を生じない非活性領域
を各圧電部材の長手方向両端部に設けておく必要があ
り、この非活性領域の存在によってもヘッドサイズが大
きくなっていた。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そこで、上記問題を解決
するために本発明のインクジェットヘッドは、インクを
それぞれ収容する複数のインク室を配列してなる第１の
インク室列と、この第１のインク室列に隣接して設けら
れ、インクをそれぞれ収容する複数のインク室を上記第
１のインク室列の配列方向と平行に配列してなる第２の
インク室列と、各列のインク室にそれぞれ対応して設け
られ、電圧印加時の変形により上記インク室内のインク
を加圧して飛翔させる複数のアクチュエータ部とを備
え、これらアクチュエータ部は１枚の圧電平板を部分的
に分極処理して形成された複数の活性部からなるものと
した。

【０００６】このインクジェットヘッドでは、圧電平板
が複数の圧電層を積層してなる積層型圧電平板であって
もよい。この場合、圧電平板の各圧電層間に、各アクチ
ュエータ部に対応してそれぞれパターン形成された複数
の個別電極と、すべてのアクチュエータ部に延びて形成
され、かつ上記圧電平板の側面に露出するように設けら
れた複数の共通電極とを交互に配置してもよい。また、
上記圧電平板の各圧電層間に、各アクチュエータ部に対
応してそれぞれパターン形成された複数の個別電極と、
すべてのアクチュエータ部に延びて形成され複数の共通
電極とを交互に配置し、この圧電平板の共通電極のみが
存在する部分に各共通電極を分断する溝を形成し、この
溝に導電性接着剤を充填してもよい。

【０００７】

【発明の効果】本発明のインクジェットヘッドでは、１
枚の圧電平板を部分的に分極処理して形成された複数の
活性部が各インク室をそれぞれ加圧するアクチュエータ
部となっているので、各インク室にそれぞれ個別に対応
するように複数の圧電部材をダイサー加工等で分割形成
する必要がなく、製造工程を簡略化でき生産性が向上す
る。また、１枚の圧電平板で第１および第２のインク室
列の各インク室に対応するアクチュエータ部を賄うこと
ができるので、従来のように第１および第２のインク室
列用にそれぞれ大きさが異なる２種類の圧電プレートを
用意する必要がなく、部品の種類およびコストを削減で
きるとともに、組立時に２枚の圧電プレートの位置合わ
せが不要となり組み立てが容易になる。

【０００８】また、複数の圧電層を積層してなる積層型
圧電平板を用いた場合、各インク室に対応するアクチュ
エータ部のみが分極処理された活性部であり、それ以外
の領域はすべて分極されていない非活性領域であるた
め、第１のインク室列に対応するアクチュエータ部と第
２のインク室列に対応するアクチュエータ部との間の非
活性領域をそれほど大きくとらなくても駆動時の自己破
壊を防止できる。これにより、各列のインク室ごとに分
割された圧電部材を設ける場合に比べてヘッドを小型化
できる。

【０００９】さらに、積層型圧電平板の各圧電層間に、
各アクチュエータ部に対応してそれぞれパターン形成さ
れた複数の個別電極と、すべてのアクチュエータ部に延
びて形成され、かつ上記圧電平板の側面に露出するよう
に設けられた複数の共通電極とを交互に配置した場合に
は、共通電極が露出した側面に例えば金めっき等の外部
電極を設ければ、この外部電極からすべてのアクチュエ
ータ部の共通電極についての電気的接続をとることがで
きる。これにより、第１のインク室列に対応する各圧電
部材と第２のインク室列に対応する各圧電部材とから共
通電極用の配線を基板上において別々に引き出していた
場合に必要であったスペースを節約でき、これによって
もまたヘッドの小型化を図れる。

【００１０】さらにまた、積層型圧電平板の各圧電層間
に、各アクチュエータ部に対応してそれぞれパターン形
成された複数の個別電極と、すべてのアクチュエータ部
に延びて形成され複数の共通電極とを交互に配置し、こ
の圧電平板の共通電極のみが存在する部分に溝を形成
し、この溝に導電性接着剤を充填した場合には、この溝
の存在によって第１のインク室列側のアクチュエータ部
と第２のインク室列側のアクチュエータ部との間で互い
の振動が影響し合って連動変位するのを抑えることがで
きる。加えて、その溝に充填された導電性接着剤からす
べてのアクチュエータ部に延びる共通電極の電気的接続
をとることができ、省スペース化によるヘッドの小型化
が図れるとともに、接着剤の接着力によって溝部におけ
る圧電平板の自己破壊を防止することができる。

【００１１】

【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、記録紙Ｐの通
紙方向（矢印ａ方向）に沿ってイエロー（Ｙ）、マゼン
タ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色のイン
クにそれぞれ対応する４つのインクジェットヘッド１
０、１２、１４、１６を配置した状態を示す。これらイ
ンクジェットヘッド１０、１２、１４、１６はそれぞれ
通紙方向と直交する方向に延びて、記録紙Ｐの全幅をカ
バーする長さに形成されたライン型ヘッドである。各ヘ
ッドの構成は同一であるため、イエロー用インクジェッ
トヘッド１０について以下に説明する。

【００１２】インクジェットヘッド１０の記録紙対向部
には、図２に示すようなノズルプレート１８が固定され
ている。ノズルプレート１８には、数個の大径ノズル２
０（例えば内径３２μｍ）を直線上に配列してなる大径
ノズル列２２がノズルプレート１８の長手方向に沿って
千鳥状に形成されている。また、ノズルプレート１８に
は、数個の小径ノズル２４（例えば内径２３μｍ）を直
線上に配列してなる小径ノズル列２６がノズルプレート
１８の長手方向に沿う両側縁部近傍に各大径ノズル列２
２にそれぞれ対応して千鳥状に形成されている。

【００１３】図３に示すように、ノズルプレート１８に
はインク流路プレート２８が接着固定されている。イン
ク流路プレート２８には、ノズルプレート１８によって
覆われた複数の溝状凹部が形成されている。これら凹部
のうち、図示しないインクカートリッジからインクが流
れ込むインク供給口３０を起点に二方向に分岐して延び
る溝状凹部がインク供給室３２になっている。また、大
径ノズル２０にそれぞれ対応してインク供給室３２の内
側に形成された複数の細溝状凹部が大径用インク室３４
になっている。大径ノズル列２２に対応する数個の大径
用インク室３４は互いに平行に配列されて大径用インク
室列（第１のインク室列）３６を形成している。各大径
用インク室３４は対応するインレット溝３８を介してイ
ンク供給室３２にそれぞれ連通するとともに、インレッ
ト溝３８とは反対側の大径用インク室３４の端部近傍に
おいて大径ノズル２０にそれぞれ連通している。

【００１４】さらに、小径ノズル２４にそれぞれ対応し
てインク供給室３２の外側に形成された複数の細溝状凹
部が小径用インク室４０になっている。小径ノズル列２
６に対応する数個の小径用インク室４０は、上記大径用
インク室列３６の配列方向と平行に配列されて小径用イ
ンク室列（第２のインク室列）４２を形成している。こ
の小径インク室列４２は、インク供給室３２を挟んで大
径インク室列３６に隣接して設けられている。小径用イ
ンク室４０の長さは大径用インク室３４よりも短く形成
されている。また、各小径用インク室４０は、対応する
インレット溝３８を介してインク供給室３２にそれぞれ
連通するとともに、インレット溝３８とは反対側の小径
用インク室４０の端部近傍において小径ノズル２４にそ
れぞれ連通している。

【００１５】インク流路プレート２８に裏面には、対向
する一対の大径用および小径用インク室列３６、４２に
それぞれ対応して一枚物の圧電平板５０が複数接着され
ている。各圧電平板５０は、ホルダ５２によって保持さ
れたセラミック製基板５４上に接着固定されている。図
４に、圧電平板５０が基板５４上に配置された状態を示
す。基板５４の中央部には、基板５４の長手方向に延び
る溝５６が形成されており、各圧電平板５０はその溝５
６を挟んで両側に千鳥状に配置されている。

【００１６】上記圧電平板５０は複数の圧電層を積層し
てなる積層型圧電平板であり、図５に示すようにして製
造される。まず、第１層目となる圧電材料（例えば、Ｐ
ＺＴ）のグリーンシート６０の表面に個別電極５８ａ、
５８ｂをスパッタリングやめっき等により上記各インク
室３４、４０に対応して予めパターン形成しておく。大
径用インク室３４に対応する個別電極５８ａはグリーン
シート６０の一方の縁部から延びる短冊状にそれぞれ形
成され、小径用インク室４０に対応する個別電極５８ｂ
はグリーンシート６０の他方の縁部から延びる短冊状に
それぞれ形成されている。各インク室３４、４０の長さ
の違いに対応して、個別電極５８ａは個別電極５８ｂよ
りも長く形成されている。グリーンシート６０のほぼ中
央部には、電極が形成されていない領域６２が残されて
いる。

【００１７】次に、第１層目のグリーンシート６０の上
に、同じ圧電材料からなる第２層目のグリーンシート６
４を積層する。このグリーンシート６４の上面には、両
端部近傍の帯状部分６５を残してほぼ全面に共通電極６
６をスパッタリングやめっき等により予め形成してお
く。その後、第１層目と同じグリーンシートを第２層目
のグリーンシート６４の上に第３層目として積層し、そ
の上に第２層目と同じグリーンシートを第４層目として
積層するという工程を繰り返してグリーンシートを所定
枚数（例えば２０層）積層した後、最後に電極が形成さ
れていないグリーンシート６８を積層し、上部から加圧
して各層のグリーンシートを密着させる。

【００１８】その後、図６に示すように、各層の個別電
極５８ｂを導通させる外部電極７０を例えば金めっき等
によりそれぞれ形成する。他方の個別電極５８ａについ
ても同様に外部電極（図示せず）を形成する。また、外
部電極７０を形成した側面と直交する両側面に露出する
ように設けられた各層の共通電極６６を導通させる外部
電極７２（一方のみ図示）を例えば金めっき等により両
側面にそれぞれに形成する。そして、この積層体を焼成
することにより圧電平板５０が出来上がる。

【００１９】続いて、高温下で個別電極５８ａ、５８ｂ
と共通電極６６間に高電圧を印加して圧電平板５０を部
分的に分極処理する。これにより、図７に示すように、
圧電平板５０のうち個別電極５８ａ、５８ｂと共通電極
６６とがオーバーラップする領域がそれぞれ活性部とな
り、外部電極７０、７２を介して個別電極５８ａ、５８
ｂと共通電極６６間に駆動電圧を印加したときに変形を
生じるアクチュエータ部７４、７６となる。一方、アク
チュエータ部７４と７６の間は、共通電極６６のみが存
在する未分極状態の非活性部７８となる。

【００２０】このように、積層された複数のグリーンシ
ートが焼成されてなる各圧電層間には、各アクチュエー
タ部７４、７６に対応してそれぞれパターン形成された
複数の個別電極５８ａ、５８ｂと、すべてのアクチュエ
ータ部７４、７６に延びて形成され、かつ圧電平板５０
の側面に露出するように設けられた複数の共通電極６６
とが交互に配置されている。また、圧電平板５０におい
ては、各アクチュエータ部７４が大径用インク室列３６
の各インク室３４にそれぞれ対応して設けられ、各アク
チュエータ部７６が小径用インク室列４２の各インク室
４０にそれぞれ対応して設けられている。なお、個別電
極５８ａ、５８ｂの長さの違いに対応して、アクチュエ
ータ部７４の長さはアクチュエータ部７６よりも長くな
っている。

【００２１】図４に示すように、基板５４上には各圧電
平板５０の外部電極７２にそれぞれ導通する引き出し配
線７３がパターン形成されており、この引き出し配線７
３を介して各圧電平板５０の共通電極６６がアースに接
続されている。一方、基板５４の側面には、各圧電平板
５０の側面に形成した外部電極７０にそれぞれ導通する
引き出し配線７１が形成されており、これら引き出し配
線７１に接続されるフレキシブル配線を介して各圧電平
板５０の個別電極５８ａ、５８ｂが駆動電圧印加用ドラ
イバ（図示せず）にそれぞれ接続されている。

【００２２】以上の構成からなるインクジェットヘッド
１０では、図示しないインクカートリッジからインク供
給室３２に供給されたインクが対応するインレット溝３
８を介して各大径用および小径用インク室３４、４０に
それぞれ収容されている。この状態で、画像情報に応じ
てドライバから圧電平板５０の個別電極５８ａ、５８ｂ
と共通電極６６間に駆動電圧が印加されると、各アクチ
ュエータ部７４、７６が厚み方向に瞬時に変形して対応
する各インク室３４、４０内のインクを加圧し、これに
より大径ノズル２０、小径ノズル２４からそれぞれ大き
さの異なるインク滴が飛翔する。これらインク滴が記録
紙上に付着してそれぞれ大きさの異なるドットが形成さ
れ、これらドットの集合により画像が記録される。

【００２３】以上に説明したように本実施形態のインク
ジェットヘッド１０では、１枚の圧電平板５０を部分的
に分極処理して形成された複数の活性部が各インク室３
４、４０をそれぞれ加圧するアクチュエータ部７４、７
６となっているので、各インク室３４、４０にそれぞれ
対応するようにダイサー加工等によって圧電部材を分割
形成する必要がなく、製造工程を簡略化でき生産性が向
上する。また、１枚の圧電平板５０で大径用および小径
用インク室列３６、４２の各インク室３４、４０に対応
するアクチュエータ部７４、７６を賄うことができるの
で、従来のように大径用および小径用インク室列のため
にそれぞれ大きさが異なる２種類の圧電プレートを用意
する必要がなく、部品の種類およびコストを削減できる
とともに、組立時に２枚の圧電プレートの位置合わせが
不要となり組み立てが容易になる。なお、これらの効果
は圧電平板５０が積層型でなく単層のものであっても得
られる。

【００２４】また、複数の圧電層を積層してなる積層型
圧電平板５０においては、各インク室３４、４０に対応
するアクチュエータ部７４、７６のみが分極処理された
活性部であり、それ以外の領域はすべて分極されていな
い非活性領域であるため、大径用インク室列３６に対応
するアクチュエータ部７４と小径用インク室列４２に対
応するアクチュエータ部７６との間の非活性部７８をそ
れほど大きくとらなくても駆動時の自己破壊（層間剥
離）を防止できる。これにより、各インク室列３６、４
２のインク室３４、４０ごとに分割された圧電部材を設
ける場合に比べてヘッドを小型化できる。

【００２５】さらに、積層型圧電平板５０の各圧電層間
に、各アクチュエータ部７４、７６に対応してそれぞれ
パターン形成された複数の個別電極５８ａ、５８ｂと、
すべてのアクチュエータ部７４、７６に延びて形成さ
れ、かつ上記圧電平板５０の側面に露出するように設け
られた複数の共通電極６６とを交互に配置してあるた
め、共通電極６６が露出した側面に例えば金めっき等の
外部電極７２を設けることにより、外部電極７２からす
べてのアクチュエータ部７４、７６の共通電極６６につ
いての電気的接続をとることができる。これにより、大
径用インク室列３６に対応する各圧電部材と小径用イン
ク室列４２に対応する各圧電部材とから共通電極用の配
線を基板上において別々に引き出していた場合に必要で
あったスペースを節約でき、これによってもまたヘッド
の小型化を図れる。

【００２６】ところで、上記インクジェットヘッド１０
では、上記圧電平板５０に代えて図８に示す圧電平板８
０を使用してもよい。この圧電平板８０は、上記圧電平
板５０について共通電極６６のみが存在する部分である
非活性部に各共通電極６６を分断する溝８２をダイサー
加工等で形成し、この溝８２に導電性接着剤８４を充填
したものである。この圧電平板８０を用いた場合には、
溝８２の存在によって大径用インク室列３６側のアクチ
ュエータ部７４と小径用インク室列４２側のアクチュエ
ータ部７６との間で互いの振動が影響し合って連動変位
するのを抑えることができる。加えて、その溝８２に充
填された導電性接着剤８４からすべてのアクチュエータ
部７４、７６に延びる共通電極６６の電気的接続をとる
ことができ、上記圧電平板５０の場合と同様にスペース
節約によるヘッドの小型化が図れるとともに、接着剤８
４の接着力によって溝部８２における圧電平板８０の自
己破壊（層間剥離）を防止することができる。この圧電
平板８０では、導電性接着剤８４から各共通電極６６の
電気的接続をとることができるので、上記圧電平板５０
のように側面に金めっき等による外部電極７２を設ける
必要がない。

【００２７】以上に説明した上記インクジェットヘッド
１０では、ノズル２０、２４の径、インク室３４、４０
の長さ、およびアクチュエータ部７４、７６の長さを異
ならせて大小インク滴を吐出させるようにしてあるが、
本発明はこれらノズル径、インク室長さおよびアクチュ
エータ部長さを同一に形成した場合にも適用できる。

【００２８】また、上記インクジェットヘッド１０はラ
イン型ヘッドとして説明したが、本発明はキャリッジに
取り付けられて記録紙に対してスキャンするタイプのイ
ンクジェットヘッドにも適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 記録紙の通紙方向に沿って４つのライン型イ
ンクジェットヘッドを配置した状態を示す斜視図。

【図２】 ライン型インクジェットヘッドのノズル面を
示す平面図。

【図３】 インクジェットヘッドの内部構成を示す一部
切欠き斜視図。

【図４】 基板上に複数の圧電平板を配置した状態を示
す部分斜視図。

【図５】 圧電平板の積層状態を説明するため斜視図。

【図６】 圧電平板の斜視図。

【図７】 図６の圧電平板のVII−VII線断面図。

【図８】 別の形態の圧電平板を示す斜視図。

【符号の説明】

１０…インクジェットヘッド、３４…大径用インク室、
３６…大径用インク室列（第１のインク室列）、４０…
小径用インク室、４２…小径用インク室列（第２のイン
ク室列）、５０…圧電平板、７４，７６…アクチュエー
タ部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクをそれぞれ収容する複数のインク
   室を配列してなる第１のインク室列と、この第１のイン
   ク室列に隣接して設けられ、インクをそれぞれ収容する
   複数のインク室を上記第１のインク室列の配列方向と平
   行に配列してなる第２のインク室列と、上記各列のイン
   ク室にそれぞれ対応して設けられ、電圧印加時の変形に
   より上記インク室内のインクを加圧して飛翔させる複数
   のアクチュエータ部とを備え、これらアクチュエータ部
   は１枚の圧電平板を部分的に分極処理して形成された複
   数の活性部からなるインクジェットヘッド。
2. 【請求項２】 上記圧電平板は複数の圧電層を積層して
   なる積層型圧電平板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。
3. 【請求項３】 上記圧電平板の各圧電層間に、各アクチ
   ュエータ部に対応してそれぞれパターン形成された複数
   の個別電極と、すべてのアクチュエータ部に延びて形成
   され、かつ上記圧電平板の側面に露出するように設けら
   れた複数の共通電極とを交互に配置したことを特徴とす
   る請求項２に記載のインクジェットヘッド。