(57)【要約】【課題】  簡単な構造でノズルの高解像度化を実現できるインクジェットヘッドを提供する。【解決手段】  インクジェットヘッド１１は、複数のノズル１２を有するノズルプレート１３と、複数のノズル１２に対応して設けられる複数の圧力室１４と、複数の圧力室１４にインクを送るインク流入部１６と、複数の圧力室１４からインクを回収するインク流出部１７と、複数の圧力室１４同士を仕切るとともに、圧力室１４内のインクに圧力を加えてノズル１２からインクを吐出させる仕切片２６と、を具備する。圧力室１４は、複数の仕切片２６を櫛歯状に有した２つの圧電部材３１を対向配置した間の位置に形成される。一方の圧電部材３１の複数の仕切片２６と、他方の圧電部材３１の複数の仕切片２６とは、互いにオーバーラップして配置される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のノズルを有するノズルプレートと、
前記複数のノズルに対応して設けられる複数の圧力室と、
前記複数の圧力室にインクを送るインク流入部と、前記複数の圧力室からインクを回収するインク流出部と、
前記複数の圧力室同士を仕切るとともに、前記圧力室内のインクに圧力を加えて前記ノズルからインクを吐出させる仕切片と、
を具備し、
前記圧力室は、複数の前記仕切片を櫛歯状に有した２つの圧電部材を対向配置した間の位置に形成され、一方の前記圧電部材の複数の仕切片と、他方の前記圧電部材の複数の仕切片とは、互いにオーバーラップして配置されることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記圧電部材は、前記圧力室および前記仕切片の周囲を取り囲む枠部を兼ね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３】
前記インク流入部および前記インク流出部は、前記圧力室の直上に設けられる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。
【請求項４】
前記圧電部材は、前記複数の仕切片を支持する基部と、前記複数の仕切片の先端に設けられる先端部と、を含み、
一方の前記圧電部材の前記複数の仕切片の先端部と、他方の前記圧電部材の基部との間には、所定の隙間が設けられる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。
【請求項５】
前記圧電部材は、前記複数の仕切片を支持する基部と、前記複数の仕切片の先端に設けられる先端部と、を含み、
一方の前記圧電部材の前記複数の仕切片の先端部は、他方の前記圧電部材の基部に突き当たっている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。
【請求項６】
櫛歯状に突出した複数の仕切片をそれぞれ有するとともに対向配置された２つの圧電部材を具備し、
一方の前記圧電部材の複数の仕切片と、他方の前記圧電部材の複数の仕切片とは、互いにオーバーラップして配置されることを特徴とするインクジェットヘッド用アクチュエータ。
【請求項７】
前記圧電部材は、前記複数の仕切片を支持する基部と、前記複数の仕切片の先端に設けられる先端部と、を含み、
一方の前記圧電部材の前記複数の仕切片の先端部と、他方の前記圧電部材の基部との間には、所定の隙間が設けられることを特徴とする請求項６に記載のインクジェットヘッド用アクチュエータ。
【請求項８】
前記圧電部材は、前記複数の仕切片を支持する基部と、前記複数の仕切片の先端に設けられる先端部と、を含み、
一方の前記圧電部材の前記複数の仕切片の先端部は、他方の前記圧電部材の基部に突き当たっていることを特徴とする請求項６に記載のインクジェットヘッド用アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インク吐出用の複数のノズルを有するインクジェットヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、駆動素子としてＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）を用いたインクジェットヘッドが開示されている。このインクジェットヘッドは、棒状のＰＺＴ板に対して複数の溝を形成し、この溝で圧力室を形成する。また、圧力室に対向する位置にノズルプレートが存在し、圧力室で加圧されたインクがノズルプレートのノズルから吐出される（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この圧力室となる溝は、例えば、円盤状のダイヤモンドブレードを利用して切削等の手段で形成される。この溝は、ＰＺＴ板の高さ方向の寸法に対して、例えば半分程度の寸法で形成される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年このようなインクジェットヘッドの高解像度化の要請が高まっており、さらに解像度を上げるため、インクジェットヘッド内により高密度に圧力室およびノズルを形成する必要がある。このため、溝を形成するのにさらに薄型のダイヤモンドブレードを用いる必要があるが、ダイヤモンドブレードの薄型化にも限界がある。また、溝の深さを所定の範囲内で厳密に管理する必要があり、製品の歩留り向上の妨げとなっていた。
【０００５】
本発明の目的は、簡単な構造でノズルの高解像度化を実現できるインクジェットヘッドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するため、本発明の一つの形態に係るインクジェットヘッドは、複数のノズルを有するノズルプレートと、前記複数のノズルに対応して設けられる複数の圧力室と、前記複数の圧力室にインクを送るインク流入部と、前記複数の圧力室からインクを回収するインク流出部と、前記複数の圧力室同士を仕切るとともに、前記圧力室内のインクに圧力を加えて前記ノズルからインクを吐出させる仕切片と、を具備し、前記圧力室は、複数の前記仕切片を櫛歯状に有した２つの圧電部材を対向配置した間の位置に形成され、一方の前記圧電部材の複数の仕切片と、他方の前記圧電部材の複数の仕切片とは、互いにオーバーラップして配置される。
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明の一つの形態に係るインクジェットヘッド用アクチュエータは、櫛歯状に突出した複数の仕切片をそれぞれ有するとともに対向配置された２つの圧電部材を具備し、一方の前記圧電部材の複数の仕切片と、他方の前記圧電部材の複数の仕切片とは、互いにオーバーラップして配置される。
【発明の効果】
【０００８】
上記の構成によれば、簡単な構造でノズルの高解像度化を実現できるインクジェットヘッドを提供することにある。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態に係るインクジェットヘッドを示す斜視図。
【図２】図１に示すインクジェットヘッドのＦ２−Ｆ２線に沿った断面図。
【図３】図１に示すインクジェットヘッドを分解して示した斜視図。
【図４】図３に示すインクジェットヘッドの圧電部材を示した斜視図。
【図５】図２に示すインクジェットヘッドのＦ５−Ｆ５線に沿った断面図。
【図６】図１に示すインクジェットヘッドの製造工程の一部を示す斜視図。
【図７】図１に示すインクジェットヘッドの駆動基板を水平方向に切断して示した断面図。
【図８】第２の実施形態に係るインクジェットヘッドを分解して示す斜視図。
【図９】図８に示すインクジェットヘッドの縦方向に沿った断面図。
【図１０】図８に示すインクジェットヘッドの駆動基板を水平方向に切断して示した断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、図１から図７を参照して、インクジェットヘッドの実施形態について説明する。本実施形態のインクジェットヘッドは、いわゆるシェアモードシェアドウォール型のインクジェットヘッドであり、内部に作りこまれた圧力室内でインクを常時循環させるインク循環型のものである。
【００１１】
図１から図３に示すように、インクジェットヘッド１１は、複数のノズル１２を有するノズルプレート１３と、複数のノズル１２にそれぞれ対応するように設けられる複数の圧力室１４と、複数の圧力室１４にそれぞれ連通している共通液室１５と、共通液室１５を介して各圧力室１４にインクを供給するインク流入部１６と、共通液室１５を介して各圧力室１４からインクを回収するインク流出部１７と、インク流入部１６、インク流出部１７および共通液室１５がそれぞれ作りこまれた基板１８と、基板１８の中央部に挟み込まれるように設けられたプリント回路板２１と、を備えている。インク流入部１６およびインク流出部１７は、圧力室１４の直上の位置に設けられている。
【００１２】
インク流入部１６は、円筒状をなした流入ピン２２と、基板１８に形成されたスリット状の流入口２３と、を有している。また、インク流出部１７は、円筒状をなした流出ピン２４と、基板１８に形成されたスリット状の流出口２５と、を有している。
【００１３】
インクジェットヘッド１１は、さらに、複数の圧力室１４同士の間を仕切っている仕切片２６と、圧力室１４および仕切片２６の周囲を取り囲む枠部２７と、仕切片２６の側壁に一対に設けられる電極２８と、を有している。仕切片２６は、圧力室１４内のインクに圧力を加えて、ノズル１２からインクを吐出させる駆動部として機能する。また、インクジェットヘッド１１は、圧力室１４の内面を覆って圧電部材３１および電極２８を保護する図示しない保護膜を有している。
【００１４】
プリント回路板２１は、プリント配線板３２と、プリント配線板３２上に設けられるとともに仕切片２６の動作を駆動する複数のドライバＩＣ３３と、プリント配線板３２上に設けられるとともにドライバＩＣ３３と電極２８とを接続する複数の配線３４と、を有している。プリント回路板２１上の配線３４は、仕切片２６に対して１対１で対応するようにプリント配線板３２上に形成されている。プリント回路板２１は、さらに配線３４と連続して形成された図示しない電気接続部を有している。電気接続部は、プリント配線板３２の例えば端部に設けられており、仕切片２６上の電極２８と電気的に接続するために用いられる。
【００１５】
図３から図５、図７に示すように、圧力室１４は、２つの圧電部材３１を対向配置させた間の位置に設けられている。また、圧電部材３１は、全体として櫛型の形状をなしており、櫛歯状に仕切片２６が並んでいる。圧電部材３１は、基部３５と、基部３５から突出する複数の仕切片２６と、仕切片２６同士の間に設けられる複数の溝部３６と、仕切片２６の先端に設けられる先端部２６Ａと、を有している。一方の圧電部材３１の複数の仕切片２６の先端部２６Ａと、他方の圧電部材３１の基部３５との間には、所定の隙間Ｄが設けられている。
【００１６】
圧電部材３１は、さらに、かぎ状部４１を有しており、かぎ状部４１は、複数の仕切片２６よりも外側の位置で基部３５の長手方向Ｌの両端部から突出している。圧電部材３１の基部３５およびかぎ状部４１によって、圧力室１４および仕切片２６の周囲を取り囲む枠部２７を構成している。
【００１７】
一方の圧電部材３１の複数の仕切片２６と、他方の圧電部材３１の複数の仕切片２６とは、互い違いになっている。より具体的には、図３、図７に示すように、圧電部材３１は、その長手方向Ｌと直交する幅方向Ｗにおいて、互いに一部オーバーラップして配置されている。また、図４に示すように、溝部３６の幅３ｄは、例えば、仕切片２６の幅ｄの約３倍に形成されている。
【００１８】
圧電部材３１は、単結晶材料、例えばリチウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ３）で構成されている。図４に示すように、圧電部材３１は、その厚み方向における中央部よりも下側の半部に、分極反転層４２を有している。図５に示すように、圧電部材３１は、上側の半部と、分極反転層４２である下側の半部との間で分極方向が矢印に示すように逆向きになっている。この分極反転層４２は、後述する熱処理によって形成されている。また、圧電部材３１は、リチウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ３）に限定されるものではなく、リチウムタンタレート（ＬｉＴａＯ３）等の他の単結晶材料を熱処理して使用してもよい。また、圧電部材３１は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）製の２枚の板状の圧電部材３１を分極方向が対向するように張り合わせて形成されていてもよい。
【００１９】
図５を参照して、本実施形態のインクジェットヘッド１１の動作について説明する。圧力室１４にインクが満たされた状態で、インクジェットヘッド１１を搭載した印刷装置に対してユーザが印刷開始を指示すると、印刷装置の制御部は、インクジェットヘッド１１に対して印字信号をドライバＩＣ３３に出力する。印刷信号を受けたドライバＩＣ３３は、駆動パルス電圧を電極２８に印加する。これにより、左右一対の仕切片２６は、シェアモード変形を行って湾曲するように互いに離反する。そして、これらを初期位置に復帰させ、さらに図５に２点鎖線で示すように互いに近づくように変形させることで、圧力室１４内の圧力を高めることで、ノズル１２からインク滴が勢い良く吐出される。
【００２０】
続いて、図６を参照して、本実施形態のインクジェットヘッド１１の製造工程について説明する。まず、平板状の圧電部材３１を複数枚重ねて配置させる。そして、ダイヤモンドブレードを利用して、複数枚の圧電部材３１に対して同時に切削加工を行って、一括して溝部３６を形成する。この溝部３６の幅は、このときに同時に形成される仕切片２６の幅の３倍の寸法である。
【００２１】
この溝部３６を形成した圧電部材３１に対して１１００℃〜１２００℃で、９時間から１２時間程熱処理を加えると、圧電部材３１の厚み方向における中央部よりも下側の半部に、分極反転層４２が形成される。これによって、圧電部材３１の上側の半部と、分極反転層４２である下側の半部との間で、分極方向が逆向きになる。
【００２２】
この圧電部材３１に対して例えばめっき加工を施して電極２８を形成する。このとき、溝部３６の幅が比較的大きく確保されるため、仕切片２６の側壁にめっきで電極２８を形成し易くなっている。また、圧力室１４の内面を覆う保護膜もこの後に形成され、その際も保護膜が形成しやすくなっている。このため、電極２８および保護膜の形成不良の不具合の発生が低減されている。
【００２３】
こうして電極２８および保護膜が形成された圧電部材３１を２個対向させて、仕切片２６同士が互い違いになるようにする。このとき、一対の圧電部材３１同士は、かぎ状部４１を介して突き当てられて接着される。これによって、２つの圧電部材３１が一体になった駆動基板４３が形成される。この駆動基板４３の一方の面に対して、ノズルプレート１３が接着される。また、駆動基板４３の他方の面に対してドライバＩＣ３３が実装され配線３４が形成されたプリント回路板２１が接着される。プリント回路板２１は、電気接続部の位置が電極２８の位置に合うように位置合わせして駆動基板４３に接着される。この駆動基板４３に対して、インク流入部１６、インク流出部１７、共通液室１５を作りこんだ基板１８が接着される。ノズルプレート１３に例えばレーザ加工を施して複数のノズル１２を形成し、インクジェットヘッド１１が完成する。
【００２４】
第１の実施形態によれば、インクジェットヘッド１１は、複数のノズル１２を有するノズルプレート１３と、複数のノズル１２に対応して設けられる複数の圧力室１４と、圧力室１４にインクを送るインク流入部１６と、圧力室１４からインクを回収するインク流出部１７と、複数の圧力室１４同士を仕切るとともに、圧力室１４内のインクに圧力を加えてノズル１２からインクを吐出させる仕切片２６と、を具備し、圧力室１４は、複数の仕切片２６を櫛歯状に有した２つの圧電部材３１を対向配置した間の位置に形成され、一方の圧電部材３１の複数の仕切片２６と、他方の圧電部材３１の複数の仕切片２６とは、互いにオーバーラップして配置される。
【００２５】
この構成によれば、一方の圧電部材３１の仕切片２６同士の間に、他方の圧電部材３１の仕切片２６を配置することができる。これによって、従来のものに比して、仕切片２６同士の間の溝部分の幅を変更することなく、約２倍細かいピッチで圧力室１４およびノズル１２を配置することができる。このため、簡単な構造でインクジェットヘッド１１の高解像度化を図ることができる。また、インクジェットヘッドを高解像度化するために、仕切片２６の幅寸法も極端に薄くする必要がない。このため、仕切片２６に十分な剛性を確保でき、剛性不足に起因してインクがうまく吐出されない不吐出や、剛性不足に起因して駆動していないノズルで誤ってインクが吐出される誤吐出を防止できる。
【００２６】
また、圧電部材３１は、圧力室１４および仕切片２６の周囲を取り囲む枠部２７を兼ねている。この構成によれば、枠部２７を仕切片２６とは別体に形成する場合に比して、構造を簡略化して、組み立て工数を削減することができる。
【００２７】
インク流入部１６およびインク流出部１７は、圧力室１４の直上に設けられる。この構成によれば、インク流入部１６およびインク流出部１７をコンパクトに配置して、インクジェットヘッド１１全体としても小型化を図ることができる。
【００２８】
圧電部材３１は、複数の仕切片２６を支持する基部３５と、複数の仕切片２６の先端に設けられる先端部２６Ａと、を含み、一方の圧電部材３１の複数の仕切片２６の先端部２６Ａと、他方の圧電部材３１の基部３５との間には、所定の隙間Ｄが設けられる。一般に、１つのノズルで高速で連続的にインクの吐出を行うと、そのノズルおよび圧力室に対してインクの供給が間に合わなくなる事態を生ずることがある。上記の構成によれば、隙間Ｄを介して隣接する圧力室１４同士が連通されるため、圧力室１４同士の間でインクの循環がよくなり、例えば１つのノズル１２で高速で連続的にインクの吐出を行ったとしても、そのノズルおよび圧力室でインク切れを生ずることを防止できる。
【００２９】
なお、本実施形態のように隙間Ｄが設けられていても、圧力室１４内において吐出圧力が低下することはない。それは、図７に示すように、圧力室１４と、隙間Ｄが設けられる領域との間では、音響的インピーダンスが異なっており、圧力室１４と隙間Ｄが設けられる領域との間の境界Ｂにおいて、インク中を伝わる圧力振動波は圧力室１４内に向けて反射されるからである。このため、本実施形態のインクジェットヘッド１１では、この境界Ｂに仕切板を設ける必要がなく、その分構造を簡略化することができる。
【００３０】
続いて、図８から図１０を参照して、インクジェットヘッドの第２の実施形態について説明する。第２の実施形態のインクジェットヘッド５１は一方の圧電部材３１の仕切片５２が他方の圧電部材３１の基部３５に突き当たっている点で第１の実施形態のものと異なっているが、他の部分は第１の実施形態と共通している。このため、主として異なる部分について説明し、共通する部分については共通の符号を付して説明を省略する。
【００３１】
第２の実施形態のインクジェットヘッド５１は、図１に示すものと同様の外観を有している。すなわち、図８から図１０に示すように、インクジェットヘッド５１は、ノズルプレート１３と、複数の圧力室１４と、共通液室１５と、インク流入部１６と、インク流出部１７と、インク流入部１６、基板１８と、プリント回路板２１と、を備えている。
【００３２】
また、インクジェットヘッド５１は、さらに、圧力室１４内のインクに圧力を加えてノズル１２からインクを吐出させる駆動部である仕切片５２と、圧力室１４および仕切片５２の周囲を取り囲む枠部２７と、仕切片５２の側壁に設けられる電極２８と、圧力室１４の内面を覆う図示しない保護膜と、を有している。
【００３３】
圧力室１４は、仕切片５２が櫛歯状に並んだ２つの圧電部材３１を対向配置させた間の位置に形成されている。圧電部材３１は、基部３５と、基部３５から突出する複数の仕切片５２と、仕切片５２同士の間に設けられる複数の溝部３６と、仕切片５２の先端に設けられる先端部５２Ａと、基部３５の長手方向Ｌ両端部から突出するかぎ状部４１と、を有している。一方の圧電部材３１の複数の仕切片５２の先端部５２Ａは、他方の圧電部材３１の基部３５に突き当てられている。
【００３４】
一方の圧電部材３１の複数の仕切片５２と、他方の圧電部材３１の複数の仕切片５２とは、互い違いになっており、幅方向Ｗにおいて互いにオーバーラップして配置されている。また、溝部３６の幅は、例えば、仕切片５２の幅の３倍の幅で形成されている。
【００３５】
圧電部材３１は、単結晶材料、例えば一例として、リチウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ３）で構成されている。圧電部材３１は、その厚み方向における中央部よりも下側の半部に、分極反転層４２を有している。圧電部材３１は、上側の半部と、分極反転層４２である下側の半部との間で分極方向が矢印に示すように逆向きになっている。
【００３６】
図８を参照して、本実施形態のインクジェットヘッド５１の動作について説明する。印刷装置の制御部から印刷信号を受けたドライバＩＣ３３は、駆動パルス電圧を電極２８に印加する。これにより、図８に２点鎖線で示すように、左右一対の仕切片５２は、シェアモード変形を行って湾曲するように互いに離反する。そして、これらを初期位置に復帰させて圧力室１４内の圧力を高めることで、ノズル１２からインク滴が勢い良く吐出される。
【００３７】
第２の実施形態によれば、圧電部材３１は、複数の仕切片５２を支持する基部３５と、複数の仕切片５２の先端に設けられる先端部５２Ａと、を含み、一方の圧電部材３１の複数の仕切片５２の先端部５２Ａは、他方の圧電部材３１の基部３５に突き当たっている。この構成によれば、隙間Ｄを設けた第１の実施形態のインクジェットヘッド１１と同じ大きさのインクジェットヘッド５１において、圧力室１４の有効幅をより広く確保することができる。このため、第１の実施形態のインクジェットヘッド１１に比して幅方向Ｗの寸法を小さくすることができ、インクジェットヘッド５１を小型化することができる。
【００３８】
さらにインクジェットヘッド１１、５１は、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できることは勿論である。
【符号の説明】
【００３９】
１１…インクジェットヘッド、１２…ノズル、１３…ノズルプレート、１４…圧力室、２６…仕切片、２６Ａ…先端部、２７…枠部、３１…圧電部材、Ｄ…隙間、５１…インクジェットヘッド、５２…仕切片、５２Ａ…先端部
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４０】
【特許文献１】特表２００２−５２９２８９号公報
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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