(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の加圧室を列設してなり、各加圧室を仕切る壁を隔壁としてなる加圧部材を有し、上記隔壁以外の各加圧室を構成する壁部の一部を振動板となし、該振動板と上記隔壁を一体化して圧電セラミックスにより形成するとともに、上記振動板の加圧室内側の表面にはその長手方向に沿ってそれぞれ共通電極を、加圧室外側の表面にはその長手方向に沿ってそれぞれ独立した２つの駆動用電極を設け、該駆動用電極と上記共通電極との間に電圧を印加することによりインクを吐出するようにしたことを特徴とするインクジェットプリンタヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクを吐出して印刷するインクジェットプリンタに用いられるヘッドであって、特に小型で優れた階調性を有するインクジェットプリンタヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、画像および文字情報のデジタル処理化の普及に伴い、かかる情報を出力する装置として、低ランニングコストでカラー画像が容易に得られるインクジェット方式のプリンタが注目されている。
【０００３】
このようなインクジェット方式の印刷に用いられるヘッドには、加圧室内に備えるヒーターでもってインクを加熱、沸騰させて気泡を発生させることにより加圧室内の圧力を高め、インクを吐出させるサーマルジェット方式と、加圧室を構成する壁面を圧電／電歪効果によって直接的又は間接的に屈曲変位させることで加圧室内の圧力を高め、インクを吐出させる圧電方式が知られている。
【０００４】
このうち圧電方式のヘッドは、耐久性及び応答性に優れており、また、インクを直接加熱しないため、その種類が限定されないことから、幅広く利用されている。
【０００５】
このような圧電方式のヘッドとしては、図４に示すような複数の隔壁２３を等間隔に並設してなり、上記隔壁２３間を加圧室２４としてなる凹部材２２と、上記隔壁２３の頂部に接合され、各加圧室２４を覆う薄肉の振動板２６とで加圧部材２５を構成し、上記振動板２６上の各加圧室２４と対向する位置に、圧電素子２７を下部電極２８と上部電極２９とで挟持してなる圧電アクチュエータ３０を搭載してなり、この圧電アクチュエータ３０を駆動させて加圧室２４の壁部をなす振動板２６を屈曲変位させることによって加圧室２４内の圧力を変化させ、加圧室２４の底面に穿孔されたインク噴出孔３１よりインクを吐出させるようにしたベンドモード型のヘッド２１（特開平６−４００３０号公報、特開平６−２１８９２９号公報参照）や、図５に示すような圧電セラミックスからなる複数の隔壁４３を等間隔に並設してなり、上記隔壁４３間を加圧室４４としてなる凹部材４２と、上記隔壁４３の頂部に接合され、各加圧室４４を覆う天板４６とで加圧部材４５を構成し、上記加圧室４４の一方端側には各加圧室４４と連通するインク噴出孔４７を有するノズル板４８を備えるとともに、上記各隔壁４３の両側面にはその長手方向に沿って駆動用電極４９を備え、この両側面に形成された駆動用電極４９間に通電することで圧電セラミックスの剪断モード変形を利用して隔壁４３を屈曲変位させ、加圧室４４内の圧力を変化させることにより、インクをインク噴出孔４７より吐出させるようにした剪断モード型のヘッド４１（特開平９−１６４６７２号公報参照）が提案されている。なお、５０は加圧室４４の他方端側にインクを供給するためのインク導入孔である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図４に示すベンドモード型のヘッド２１では、可撓部を構成する振動板２６及び圧電アクチュエータ３０の厚みが厚く剛性が高いため、振動板２６の変位幅が小さく、その結果、インク噴出孔３１より吐出させることができるインク容量の幅が狭いために、画像の階調性が悪いといった課題があった。
【０００７】
一方、図５に示す剪断モード型のヘッド４１では、隔壁４３を変位させる構造であることから、１つの加圧室４４内の圧力を高めるために隔壁４３を屈曲変位させると、両隣の加圧室４４内の圧力は減圧する方向に働くため、ヘッド４１に形成された全ての加圧室４４と連通するインク噴出孔４７から同時にインクを吐出させることができず、その結果、所定の画像を印刷するのに要する時間が長くなるといった課題があり、逆に、一度に吐出させることができるインク噴出孔４７の数を増やそうとするとヘッド４１が大型化され、省スペース化に対応することができないといった課題があった。
【０００８】
【発明の目的】
本発明の目的は、ベンドモ−ド型のヘッドと剪断モ−ド型のヘッドの利点を合わせ持った小型で優れた階調性を有するインクジェットプリンタヘッドを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は上記課題に鑑み、複数の加圧室を列設してなり、各加圧室を仕切る壁を隔壁としてなる加圧部材を有し、上記隔壁以外の各加圧室を構成する壁部の一部を振動板となし、該振動板と上記隔壁を一体化して圧電セラミックスにより形成するとともに、上記振動板の加圧室内側の表面にはその長手方向に沿ってそれぞれ共通電極を設け、かつ加圧室外側の表面にはその長手方向に沿ってそれぞれ独立した２つの駆動用電極を設けてインクジェットプリンタヘッドを構成し、上記駆動用電極と共通電極との間に電圧を印加することによりインクを吐出するようにしたことを特徴とする。
【００１０】
【作用】
本発明によれば、加圧部材の隔壁を除く加圧室を構成する壁部の一部を振動板となし、この振動板を圧電セラミックスにより形成するとともに、その加圧室内側の表面に共通電極を、加圧室外側の表面に駆動用電極をそれそれ設けて圧電アクチュエータとなし、該圧電アクチュエータを駆動させて加圧室を構成する壁部を直接屈曲変位させるようにしたことから、ベンドモード型のヘッドと同様にヘッドに形成された全ての加圧室に連通するインク噴出孔よりインクを同時に吐出させることができるため、ヘッドを小型化できるとともに、印刷時間を短縮することができる。しかも、ベンドモード型のヘッドと比較して可撓部を構成する共通電極、振動板、及び駆動用電極の厚みを薄くできるため、振動板を瞬間的に屈曲変位させることができる変位幅を大きくすることができる。
【００１１】
さらに、本発明によれば、振動板の加圧室外側の表面に、その長手方向に沿って独立した２つの駆動用電極を設けたことから、共通電極と一方の駆動用電極に電圧を印加することで振動板を凸に屈曲変位させることができ、また、共通電極と他方の駆動用電極に極性の異なる電圧を印加することで振動板を凹に屈曲変位させることができるため、振動板の変位幅を細かく調整することができ、濃淡のある階調性に優れた印刷を実現することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１３】
図１は本発明のインクジェットプリンタヘッドの一例を示す一部を破断した斜視図で、平行に整列する複数の隔壁３を有し、各隔壁３間を加圧室４としてなる圧電セラミックスよりなる凹部材２と、この凹部材２の各隔壁３の頂部に接合され、各加圧室４と連通するインク噴出孔７を備えた導電性を有するノズル板８とで加圧部材５を構成してなり、上記加圧室４の底面をなす壁部を振動板６となし、該振動板６の加圧室４側の表面及び隔壁３の側面には、その長手方向に沿ってそれぞれ共通電極９を形成するとともに、加圧室４と反対側の各加圧室４と対応する表面には、その長手方向に沿ってそれぞれ独立した２つの駆動用電極１０ａ，１０ｂを形成してあり、上記共通電極９、振動板５及び２つの駆動電極１０ａ，１０ｂとで圧電アクチュエータ１１を構成してある。
【００１４】
加圧部材２を形成する隔壁３の寸法としては、幅を５０〜８０μm 、長を１．２〜３．６ｍｍ、深さを６０〜１５０μｍとすれば良く、この隔壁３を、１２７〜１６９．３μｍのピッチで４５〜６０個立設することにより、１５０〜２００ｄｐｉのヘッド１とすることができる。
【００１５】
なお、振動板６には各加圧室４へインクを供給するためのインク導入孔（不図示）を穿設してあり、各加圧室４側に形成された共通電極９は、導電性を有するノズル板８を介してグランドへアースするとともに（不図示）、各加圧室４と対向する２つの駆動用電極１０ａ，１０ｂへは不図示の駆動回路よりそれぞれ異なる極性の電圧を加えるようにしてある。さらに、振動板６は予め矢印の方向に分極処理を施してある。
【００１６】
かくして、本発明のヘッド１は、可撓部を構成する共通電極９、振動板６、及び駆動用電極１０ａ，１０ｂの厚みを薄くできるため、図４に示す従来のベンドモード型のヘッド２１と比較して、加圧室４を構成する壁部（振動板６）を瞬間的に屈曲変位させることができる変位幅を大きくすることができる。
【００１７】
そして、このヘッド１を駆動させるには、例えば、図２（ａ) に示す状態から駆動用電極１０ａに正極の電圧Ｖを加えると、図２（ｂ) に示すように、剪断モード変形を起こして振動板６が凸に湾曲するため、加圧室４内が減圧される結果、インク導入孔（不図示）から加圧室４内へインクを導入することができ、次に、駆動用電極１０ａへの通電を遮断すると、図２（ｃ) に示すように、振動板６は弾性回復して加圧室４内の圧力を高めるため、インク噴出孔７よりインクを吐出させることができる。
【００１８】
従って、この図２（ａ）〜（ｃ）の動作を繰り返すことによって、文字や画像を印刷することができるが、本発明によれば、図２（ｃ）に示す状態からさらに駆動用電極１０ｂに負極の電圧Ｖを加えることで、図２（ｄ）に示すように、振動板６が剪断モード変形を起こして凹に湾曲させることができるため、加圧室４内をさらに加圧し、インク噴出孔７より別途インクを吐出させ、図２（ｃ）の状態より吐出したインクと合わさって、容量の大きなインクを吐出させることができる、というように、図２（ａ）〜（ｃ）の動作と、図２（ａ）〜（ｄ）の動作を組み合わせることで、インク噴出孔７より吐出させるインク容量の幅を細かに調整することができ、各駆動用電極１０ａ，１０ｂへ通電する電圧値をそれぞれ調整して振動板６の変位量を制御すれば、インク噴出孔７より吐出させるインク容量の幅をより一層細かに調整することができるため、優れた階調性を実現することができる。
【００１９】
しかも、本発明によれば、隔壁３以外の加圧室４を構成する壁部を屈曲変位させるようにしたことから、図４に示す従来のベンドモード型のヘッド２１と同様に、ヘッド１に形成された全ての加圧室４に連通するインク噴出孔７よりインクを同時に吐出させることができるため、ヘッド１を小型化できるとともに、図５に示す従来の剪断モード型のヘッド４１と比較して印刷時間を短縮することができる。
【００２０】
ところで、上記凹部材２を形成する圧電セラミックスとしては、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ系）を主成分とする圧電セラミックス、マグネシウムニオブ酸鉛（ＰＭＮ系）を主成分とする圧電セラミックス、ニッケルニオブ酸鉛を主成分とする圧電セラミックス、アンチモンスズ酸鉛を主成分とする圧電セラミックス、チタン酸鉛を主成分とする圧電セラミックス、チタン酸バリウムを主成分とする圧電セラミックス、さらにはこれら主成分を複合した圧電セラミックスを用いることができ、好ましくはマグネシウムニオブ酸鉛とジルコン酸鉛とチタン酸鉛を主成分とする圧電セラミックスもしくはニッケルニオブ酸鉛とマグネシウムニオブ酸鉛とジルコン酸鉛とチタン酸鉛を主成分とする圧電セラミックスにより形成することが良い。
【００２１】
また、共通電極９及び駆動用電極１０ａ，１０ｂの材質としては、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属や、Ｐｔ−Ａｕ、Ｐｂ−Ａｇ、Ｐｔ−Ｐｂ等を主体とする合金を用いることができる。
【００２２】
さらに、ノズル板８を形成する材質としては、導電性を有するものであれば良く、アルニウムやステンレス等の金属や導電性を有する樹脂、あるいはサーメット材や導電性付与剤を含有したアルミナ等のセラミックスを用いることができる。
【００２３】
次に、本発明のインクジェットプリンタヘッド１の製法について説明する。
【００２４】
まず、図３（ａ）に示すように、前記圧電セラミックスからなるブロック体を用意し、ダイシングソーによる切削加工やブラスト加工によって複数個の溝を並設し、該溝を加圧室４とするとともに、加圧室４を仕切る壁を隔壁３としてなる凹部材２を製作する。
【００２５】
次に、図３（ｂ）に示すように、上記凹部材２に対して矢印の方向に分極処理を施したあと、凹部材２の溝の内壁面に、蒸着、スパッタリング、メッキ等の膜形成手段によって前記金属材料からなる共通電極９をそれぞれ形成するとともに、凹部材２の加圧室４と反対側の各加圧室４と対応する表面に、蒸着、スパッタリング、メッキ等の膜形成手段によって前記金属材料からなる独立した２つの駆動用電極１０ａ，１０ｂをそれぞれ形成する。
【００２６】
しかるのち、隔壁３の頂部に、各加圧室４と連通するインク噴出孔７を備えた導電性を有するノズル板８を導電性接着剤にて接合することで、図１に示すインクジェットプリンタヘッド１を得ることができる。
【００２７】
このように、振動板６と隔壁３とが接合一体化された凹部材２を形成し、この凹部材２の溝の内壁面に共通電極９を形成するとともに、ノズル板８を導電性材料により形成し、両者を導電性接着剤で接合することで、共通電極９への配線の取り回しを簡単にすることができ、ヘッド１の生産性を高めることができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、複数の加圧室を列設してなり、各加圧室を仕切る壁を隔壁としてなる加圧部材を有し、上記隔壁以外の各加圧室を構成する壁部の一部を振動板となし、該振動板を圧電セラミックスにより形成するとともに、上記振動板の加圧室内側の表面にはその長手方向に沿ってそれぞれ共通電極を設け、かつ加圧室外側の表面にはその長手方向に沿って独立した２つの駆動用電極を設けてインクジェットプリンタヘッドを構成し、上記駆動用電極と共通電極との間に電圧を印加してインクを吐出するようにしたことから、ベンドモ−ド型のヘッドと異なり、加圧室を構成する壁部（振動板）を直接屈曲変位させることがきるため、瞬間的に屈曲変位させることができる変位幅を大きくすることができるとともに、２つの駆動用電極へ印加する電圧値によって壁部（振動板）の変位幅を細かに調整することができることから、連続して印加するパルス電圧値を変化させることによって優れた階調性を有する画像を印刷することができる。
【００２９】
しかも、本発明によれば、隔壁以外の加圧室を構成する壁部を屈曲変位させるようにしたことから、従来のベンドモード型のヘッドと同様に、ヘッドに形成された全ての加圧室に連通するインク噴出孔よりインクを同時に吐出させることができるため、ヘッドを小型化でき、従来の剪断モード型のヘッドと比較して印刷時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインクジェットプリンタヘッドの一例を示す一部を破断した斜視図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ図１に示すインクジェットプリンタヘッドの駆動原理を説明するための断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ図１に示すインクジェットプリンタヘッドの製造工程を説明するための図である。
【図４】ベンドモード型である従来のインクジェットプリンタヘッドの一例を示す一部を破断した斜視図である。
【図５】剪断モード型である従来のインクジェットプリンタヘッドの一例を示す一部を破断した斜視図である。
【符号の説明】
１，２１，４１：インクジェットプリンタヘッド
２，２２，４２：凹部材
３，２３，４３：隔壁
４，２４，４４：加圧室
５，２５，４５：加圧部材
６，２６：振動板
７，３１，４７：インク噴出孔
８，４８：ノズル板
９：共通電極
１０ａ，１０ｂ，４９：駆動用電極
１１，３０：圧電アクチュエータ
２７：圧電素子
２８：下部電極
２９：上部電極
４６：天板
５０：インク導入孔
【図１】
0003668032.tif 000002
【図２】
0003668032.tif 000003
【図３】
0003668032.tif 000004
【図４】
0003668032.tif 000005
【図５】
0003668032.tif 000006