(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行に整列した圧電材料からなる複数の隔壁を有し、該隔壁間をインクの流路としてなる流路部材と、該流路部材の隔壁の頂部に接合され、上記各流路を塞ぐ天板と、上記流路部材の一方端側に前記隔壁とともに接合され、上記各流路と連通するインク吐出孔を備えたノズル板とからなり、上記隔壁の両側面にはそれぞれ駆動用電極を設け、各隔壁の両側面に形成した駆動用電極間に通電して隔壁を屈曲変位させ、上記流路内の圧力を変化させることによって前記インク吐出孔からインク滴を吐出するインクジェトプリンタヘッドにおいて、上記駆動用電極は、前記ノズル板より距離をおいて上記隔壁の側面に形成してあることを特徴とするインクジェットプリンタヘッド。
【請求項２】
前記ノズル板から駆動用電極までの距離を１００μｍ〜１０００μｍとしたことを特徴とする請求項１に記載の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、文字や画像の印刷に用いる高精度のインクジェットプリンタに搭載され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、低ランニングコストでカラー画像や文字情報等を印刷するプリンタとして、インクジェット方式のプリンタが使用されている。
【０００３】
このようなインクジェット方式のプリンタに搭載されるインクジェットヘッド（以下、ヘッドと称す）としては、インクが充填される流路内に微細なヒータを設け、このヒータによりインクを加熱、沸騰させ、流路内に生ずる気泡によって流路内のインクを加圧し、インク吐出孔よりインク滴を吐出させるサーマルジェット方式と、インクが充填される流路を形成する隔壁を圧電素子によって屈曲変位させ、機械的に流路内のインクを加圧し、インク吐出孔よりインク滴を吐出させる圧電方式が一般的であるが、これらのうち圧電方式は、耐久性及び応答性に優れるとともに、直接インクを加熱しないため、インクの種類が限定されないといった利点がある。
【０００４】
このような圧電方式のヘッドとしては、図３に示すように、平行に整列した複数の隔壁１を有し、これら隔壁１間をインクの流路２としてなる圧電セラミック製の流路部材８と、各隔壁１の頂部に接合され、各流路２を塞ぐ、インク供給孔４を備えた天板９と、上記流路部材８の一方端側に、各流路２を塞ぐべく隔壁１とともに接着にて接合され、各流路２と連通するインク吐出孔６を備えたノズル板７とからなり、上記隔壁１の両側面には、ノズル板７より長手方向に沿って駆動用電極１３を形成したものがあった。なお、上記流路部材８の他方端側は閉じられた構造となっており、また、図中矢印の方向に分極処理されている。
【０００５】
そして、このヘッド２０よりインク滴を吐出するには、隔壁１の両側面に形成された駆動用電極３に電圧を印加することによって行われる。図４（ａ）（ｂ）にその駆動原理を説明するように、例えば駆動用電極１３ｂ，１３ｃ及び駆動電極１３ｈ，１３ｉにそれぞれ負極の電圧を、駆動電極１３ａ，１３ｄ，１３ｇ，１３ｊに正極の電圧を印加すると、図４（ａ）に示すように隔壁１ａ及び隔壁１ｂが流路２ａ側へ屈曲変位するとともに、隔壁１ｄ，１ｅが流路２ｄ側へ屈曲変位するため、流路２ａ，２ｄ内に充填されたインクを加圧して、インク吐出孔６よりインク滴を吐出させることができ、この後、各駆動用電極１３ａ〜１３ｄ，１３ｇ〜１３ｊへの通電を遮断すると、屈曲変位していた隔壁１ａ，１ｂ，１ｄ，１ｅが弾性作用によって元の形状に戻り、流路２ａ，２ｄ内が減圧される結果、インク供給孔４からインクの供給が行なわれ、さらに前述した駆動電極１３ａ〜１３ｄ，１３ｇ〜１３ｊへ正負を逆転して電圧を印加すると、図４（ｂ）に示すように隔壁１ａ，１ｂが流路２ａに対して外側へ屈曲変位するとともに、隔壁１ｄ，１ｅが流路２ｄに対して外側へ屈曲変位するため、流路２ａ，２ｄ内がさらに減圧されてインクが充填され、次に、各駆動用電極１３ａ〜１３ｄ，１３ｇ〜１３ｊへの通電を遮断すると、屈曲変位していた隔壁１ａ，１ｂ，１ｄ，１ｅが弾性作用によって元の形状に戻り、次のインク滴の吐出段階に入ることになり、これらの動作を順次繰り返すことでインク滴の吐出を連続的に行うようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図３に示すヘッド２０よりインク滴を吐出させるために隔壁１を屈曲変位させると、隔壁１の両側面に備える駆動用電極１３がノズル板７の近傍まで延設して形成されていることから、隔壁１に接合されたノズル板７が変形し、この変形量が大きく各流路２に連通するインク吐出孔６の位置ずれが起きたり、インク吐出孔６の形状が歪な形となると、インク滴の記録媒体上への着弾位置がずれたり、かすれ等が発生し、正確な文字や画像を印刷できないといった課題があった。
【０００７】
【発明の目的】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的はインク滴の着弾位置のばらつきを防止し、色ムラや画質の乱れのない高画質の文字や画像を印刷することができ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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は、平行に整列した圧電材料からなる複数の隔壁を有し、該隔壁間をインクの流路としてなる流路部材と、該流路部材の隔壁の頂部に接合され、上記各流路を塞ぐ天板と、上記流路部材の一方端側に前記隔壁とともに接合され、上記各流路と連通するインク吐出孔を備えたノズル板とからなり、上記隔壁の両側面にはそれぞれ駆動用電極を設け、各隔壁の両側面に形成した駆動用電極間に通電して隔壁を屈曲変位させ、上記流路内の圧力を変化させることによって前記インク吐出孔からインク滴を吐出するインクジェトプリンタヘッドにおいて、上記駆動用電極を、前記ノズル板より距離をおいて上記隔壁の側面に形成したことを特徴とする。
【０００９】
特に、前記ノズル板から駆動用電極までの距離は１００μｍ〜１０００μｍとすることが好ましい。
【００１０】
【作用】
本発明によれば、圧電セラミックスよりなる隔壁の両側面に形成される駆動用電極を、隔壁の端面に接合されたノズル板より距離をおいて隔壁の長手方向に形成するようにしたことから、ノズル板接合付近における隔壁の変位をなくし、ノズル板の変形を抑えることで、インク吐出孔の位置ずれや歪みを防止することができ、もって、インク滴を記録媒体の所定位置へ着弾することができるため、色ムラや画質の乱れのない高性能なインクジェットプリンタヘッドを得ることができる。
【００１１】
特に、ノズル板から駆動用電極までの距離を１００μｍ以上、１０００μｍ以下とすることで前記特性を効果的に発揮することができる。
【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。なお、従来例である図３及び図４と同一部分については同一符号で示す。
【００１３】
図１は本発明のインクジェットプリンタヘッド１０を示す一部を破断した斜視図で、圧電セラミックスからなる複数の隔壁１を等間隔で並設してなり、隔壁１間をインクの流路２としてなる流路部材８と、上記隔壁１の頂部に接合され、各流路２を塞ぐ、インク供給孔４を備えた天板９と、上記流路部材８の一方端側に、各流路２を塞ぐべく、隔壁１とともに接着にて接合され、各流路２と連通するインク吐出孔６を備えたノズル板７とからなり、上記隔壁１の両側面にはその長手方向に沿って駆動用電極３を形成してある。なお、上記流路部材８の他方端側は閉じた構造となっており、また、図中矢印の方向に分極処理してある。
【００１４】
そして、本発明によれば、隔壁１の両側面に形成する各駆動用電極３を、ノズル板７より距離ｔをおいて形成したことを特徴とする。
【００１５】
このヘッド１０よりインク滴を吐出するには、インク供給孔４より各流路２へ顔料タイプの油性インクや水性染料インクあるいは紫外線硬化インク等のインクを導入するとともに、隔壁１の両側面に形成された駆動用電極３間に電圧を印加することによって行う。
【００１６】
図２（ａ）（ｂ）にその駆動原理を説明するように、例えば駆動用電極３ｂ，３ｃ及び駆動電極３ｈ，３ｉにそれぞれ負極の電圧を、駆動電極３ａ，３ｄ，３ｇ，３ｊに正極の電圧を印加すると、図２（ａ）に示すように隔壁１ａ及び隔壁１ｂが流路２ａ側へ屈曲変位するとともに、隔壁１ｄ，１ｅが流路２ｄ側へ屈曲変位するため、流路２ａ，２ｄ内に充填されたインクを加圧して、インク吐出孔６よりインク滴を吐出させることができ、この後、各駆動用電極３ａ〜３ｄ，３ｇ〜３ｊへの通電を遮断すると、屈曲変位していた隔壁１ａ，１ｂ，１ｄ，１ｅが弾性作用によって元の形状に戻り、流路２ａ，２ｄ内が減圧される結果、インク供給孔４からインクの供給が行なわれ、さらに前述した駆動電極３ａ〜３ｄ，３ｇ〜３ｊへ正負を逆転して電圧を印加すると、図２（ｂ）に示すように隔壁１ａ，１ｂが流路２ａに対して外側へ屈曲変位するとともに、隔壁１ｄ，１ｅが流路２ｄに対して外側へ屈曲変位するため、流路２ａ，２ｄ内がさらに減圧されてインクが充填され、次に、各駆動用電極３ａ〜３ｄ，３ｇ〜３ｊへの通電を遮断すると、屈曲変位していた隔壁１ａ，１ｂ，１ｄ，１ｅが弾性作用によって元の形状に戻り、次のインク滴の吐出段階に入ることになり、これらの動作を順次繰り返すことでインク滴の吐出を連続的に行うことができる。
【００１７】
そして、このヘッド１０のノズル板７は、流路部材８の隔壁１と接合してあることから、隔壁１の屈曲変位に伴ってインク吐出孔６の位置を変えたり、インク吐出孔６を変形させようとする力が働くのであるが、前述したように、圧電セラミックスからなる隔壁１に剪断モード変形を発生させる駆動用電極３を、ノズル板７より距離ｔをおいて形成し、ノズル板７の接合近傍における隔壁１を変位させないようにしてあることから、ノズル板７を変形させようとする力を低減し、インク吐出孔６が位置ずれを起こしたり、歪な形状に変形することを防止することができる。
【００１８】
かくして、本発明のヘッド１０を用いれば、インク滴の着弾位置のばらつきによる色ムラや画質の乱れのない高画質な文字や画像を印刷することができる。
【００１９】
ところで、前述したような効果を得るには、ノズル板７が隔壁１の変位の影響を全く受けないことが理想的であり、そのためにはノズル板７から駆動用電極３までの距離ｔができるだけ長い方が良いことになる。しかしながら、距離ｔを長くすると、隔壁１が屈曲変位する範囲が狭まり、流路２内においてインク滴を吐出するのに十分な圧力が得られなくなり、インク滴の吐出速度が小さくなることによって記録媒体への記録速度の低下を招くこととなる。また、距離ｔが長くなると、吐出されるインク滴が小さくなることにもつながり、インク滴の大きさを変化させて階調性を出すことができなくなり、記録媒体上での画質の低下をきたすことになる。しかも極端な場合はインク滴の吐出そのものができなくなる。
【００２０】
その為、ノズル板７から駆動用電極３までの距離ｔは、記録速度を大きく低下することなく、階調性に問題を生じない範囲で形成することが望ましく、１００μｍ〜２０００μｍ、好ましくは１００μｍ〜１０００μｍの範囲で間隔をあけることが好ましい。
【００２１】
即ち、ノズル板７から駆動用電極３までの距離ｔが１００μｍ未満では、隔壁１の屈曲変位に伴うノズル板７の変形を抑える効果が小さく、インク吐出孔６の位置ずれやインク吐出孔６の形状が歪な形となることを防ぐことができず、逆に、ノズル板７から駆動用電極３までの距離ｔが２０００μｍを越えると、流路２内の発生圧力が小さくなり、記録速度の低下や画質の劣化を招く恐れがあるからである。
【００２２】
ところで、図１に示すヘッド１０を製造するには、まず、流路部材８を形成するために、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、あるいは上記主成分を複合した圧電セラミックスからなる基板を用意し、その厚み方向に分極処理したあと、ダイシングソーなどを用いた切削加工やブラスト加工等によって、複数の溝を並設し、この溝をインクの流路２とするとともに、流路２を構成する壁を隔壁１としてなる流路部材８を製作する。
【００２３】
次に、各隔壁１の両側面に、フォトリソグラフィ技術等によりマスクを施したあと、蒸着、スパッタリング、メッキ等の膜形成手段によって、白金、金、パラジウム、ロジウム、ニッケル、アルミニウム等の金属や白金−金、パラジウム−銀、白金−パラジウム等を主体とする合金からなる駆動用電極３を形成するのであるが、この時、ノズル板７が形成される側の隔壁１端部近傍には側面全面にマスクを施しておき、ノズル板７が形成される側の隔壁１端部から距離ｔだけ離れた位置より流路２の長手方向に沿って駆動用電極３を形成する。なお、駆動用電極３は、流路２の終端から流路部材８の後端まで延びる引出電極５と電気的に接続してあり、この引出電極５を介して駆動用電極３へ通電するようになっている。
【００２４】
また、駆動用電極３への他の通電方法としては、後述する天板９内に導体を埋設しておき、この天板９を流路部材８の隔壁１上に接合する際に、天板９内に埋設された導体と駆動用電極３とを直接当接させて導通させるようにしても良い。しかるのち、流路部材８の流路２を塞ぐべく、隔壁１の頂部に、セラミックス、ガラス、シリコン等の絶縁材料からなるインク供給孔４を備えた天板９を接着剤やガラスにて接合するとともに、流路部材８の開放端部を塞ぐべく、セラミックス、ガラス、シリコン、樹脂などからなるインク吐出孔６を備えたノズル板８を接着剤にて接合することにより、図１に示すヘッド１０を得ることができる。
【００２５】
【実施例】
チタン酸ジルコン酸鉛系の圧電セラミックスからなる基板に、幅７０μｍ、高さ３５０μｍ、長さ７０００μｍの隔壁１が１４１μｍのピッチで並設されるようにダイシングソーにて切削加工を施して流路部材８を製作した。
【００２６】
次に、フォトリソグラフィ技術を用いて隔壁１の両側面にマスクを形成したあと、スパッタリング法にて白金からなる駆動用電極３を形成するのであるが、この時ノズル板７が接合される側の隔壁１端部から駆動用電極３までの距離ｔを異ならせるようにした。
【００２７】
しかるのち、インク供給孔４を備えたアルミナセラミック製の天板９を、上記流路部材８の各流路２を塞ぐように隔壁１の頂部にエポキシ系樹脂により接着するとともに、さらに流路部材８の一方端側に開口する流路２を塞ぐようにインク吐出孔６を備えたポリイミド樹脂製のノズル板７をエポキシ系の接着剤にて接着してヘッド１０を製作した。
【００２８】
そして、これらのヘッド１０にインクを供給せずに駆動させ、画像処理装置によってインク吐出孔６の歪み具合を確認したあと、各ヘッド１０をインクジェットプリンタに組み込んで印刷させ、この時のインク滴の吐出速度を、放電管を光源としフィルム上にインク滴の吐出状況を記録させる高速度写真撮影装置によって測定した。
【００２９】
また、記録用紙へのインク滴の着弾位置ずれについては、まず、駆動用電極３に印加する電圧を小さくし、ほとんどノズル板７の変形が起こらない程度の変位量で隔壁１を屈曲変位させてインク滴を記録紙に着弾させ、次に駆動用電極３への通電量を大きくして通常の駆動状態で吐出させ、この時のインク滴の着弾位置とのずれを画像処理装置で観察した。
【００３０】
ただし、インク滴の吐出速度の評価にあたっては、ノズル板７から駆動用電極３までの距離ｔが０である従来のヘッドにおける吐出速度を基準とし、この基準値の８０％以上の吐出速度が得られたものを良好として判断した。
【００３１】
それぞれの結果は表１に示す通りである。
【００３２】
【表１】
0003638467.tif 000002
【００３３】
この結果、ノズル板７から駆動用電極３までの距離ｔを長くすることによって、インク吐出孔６の歪み具合及びインク滴の着弾位置のずれを小さくできることが判る。ただし、ノズル板７から駆動用電極３までの距離ｔが２０００μｍより長くなるとインク滴の吐出速度が基準値の８０％（４ｍ／ｓ）未満となり、実用に供しないレベルとなった。
【００３４】
その為、ノズル板７から駆動用電極３までの距離ｔは１００μｍ〜２０００μｍとすることが良く、距離ｔを１００μｍ〜１０００μｍとすることで吐出速度をさらに高めることができ好適であることが確認できた。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、平行に整列した圧電材料からなる複数の隔壁を有し、該隔壁間をインクの流路としてなる流路部材と、該流路部材の隔壁の頂部に接合され、上記各流路を塞ぐ天板と、上記流路部材の一方端側に前記隔壁とともに接合され、上記各流路と連通するインク吐出孔を備えたノズル板とからなり、上記隔壁の両側面にはそれぞれ駆動用電極を設け、各隔壁の両側面に形成した駆動用電極間に通電して隔壁を屈曲変位させ、上記流路内の圧力を変化させることによって前記インク吐出孔からインク滴を吐出するインクジェトプリンタヘッドにおいて、上記駆動用電極は、前記ノズル板より距離をおいて上記隔壁の側面に形成してインクジェットプリンタヘッドを構成したことから、ノズル板接合付近の隔壁の変位をなくし、インク吐出孔の位置ずれや歪みを防止することによって、所定量のインク滴を吐出させることができるとともに、記録媒体の所定位置に正確にインク滴を着弾させることができるため、色ムラや画質の乱れのない高画質の文字や画質を印刷することができる。
【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】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部分断面図である。
【図３】従来例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４】図３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部分断面図である。
【符号の説明】
１：隔壁  ２：流路  ３，１３：駆動電極  ４：インク供給孔  ５：引出電極
６：インク吐出孔  ７：ノズル板  ８：流路部材  ９：天板
１０，２０：インクジェットプリンタヘッド
【図１】
0003638467.tif 000003
【図２】
0003638467.tif 000004
【図３】
0003638467.tif 000005
【図４】
0003638467.tif 000006