JPH08104004A

JPH08104004A - インクジェット記録ヘッド

Info

Publication number: JPH08104004A
Application number: JP24163394A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Satake; 健一佐武; Koichi Baba; 弘一馬場; Kikunosuke Tsuji; 菊之助辻; Takashi Watanabe; 剛史渡辺; Setsuo Hori; 節夫堀
Original assignee: Mita Industrial Co Ltd
Current assignee: Kyocera Mita Industrial Co Ltd
Priority date: 1994-10-05
Filing date: 1994-10-05
Publication date: 1996-04-23

Abstract

(57)【要約】【目的】簡易な構成でインクミスト発生効率を向上す
る。【構成】ノズルプレート１は、板状で、複数のノズル
２が所定ピッチで列状に形成されている。基板部材６
は、ノズルプレート１に対向する側の表面に、ノズル２
より径が大きい球面形状の凹面６１がノズル２と同一ピ
ッチで形成されている。また、基板部材６上の凹面６１
を含むノズル列に対向する帯状領域及び右方領域に、チ
タン薄膜４０が形成されている。チタン薄膜４０上の所
定領域に水熱合成法によりＰＺＴが析出されて圧電基板
３が形成され、圧電基板３の上面に個別電極５が形成さ
れる。ノズルプレート１は、基板部材６に対し、ノズル
２が凹面６１に対向するように位置設定されて配置さ
れ、所定間隔の隙間を有して固定される。この隙間に
は、インク７が満たされている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ファクシミリ、複写機
やプリンタ等に適用されるインクジェット記録装置に用
いられるインクジェット記録ヘッドに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、インクジェット記録ヘッドのノズ
ルからインクを吐出して用紙に印字するインクジェット
記録装置が実用化されており、最近では、インクを霧状
にしてノズルから吐出することにより濃度階調表現が可
能になされたインクジェット記録ヘッドが提案されてい
る（特開平５−３８８０９号公報）。

【０００３】この従来のインクジェット記録ヘッドで
は、圧電基板の表面及び裏面に電極が設けられ、この電
極の交差領域に対峙する位置にノズルが設けられたノズ
ルプレートが圧電基板に直付けされて構成されている。
そして、電極間に圧電基板の共振周波数に等しい周期で
変化する電圧を選択的に印加することのできる高周波電
源を備え、電圧印加によって圧電基板を共振させ、イン
ク中に超音波を発生させて、ノズルのインク表面に表面
波を発生させる。この表面波の振幅が所定レベル以上に
なると、ノズルからインクミストが吐出されて濃度階調
画像が得られるようになっている。更に、音響レンズを
備え、圧電基板から発生した超音波をノズルに集中させ
てノズル面積に比べて大きい面積の圧電基板で発生する
超音波エネルギーを使用可能にすることによってインク
ミスト発生効率を向上し、圧電基板の駆動電圧を低下さ
せている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平５−３８８０９号公報記載のインクジェット記録ヘ
ッドでは、ノズル毎に音響レンズを必要とするために、
ノズル数が増大したりノズル密度が向上すると、精度良
く音響レンズを取り付けるための手間が増大し、製造工
程も複雑なものになってしまう。

【０００５】本発明は、上記問題を解決するもので、簡
易な構成でインクミスト発生効率の高いインクジェット
記録ヘッドを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、厚さ方向にインク吐出口が穿設されたノ
ズルプレートと、このノズルプレートに並設され、上記
インク吐出口に対向して両面に電極が配設された圧電基
板とを備え、上記電極間に上記圧電基板の共振周波数に
等しい周期で変化する電圧を印加し、上記インク吐出口
から霧状のインクを吐出するようになされたインクジェ
ット記録ヘッドにおいて、上記圧電基板は、一定厚さを
有する薄膜状で、少なくとも電極配設位置に上記インク
吐出口側に凹状に曲げられた凹部が形成されている（請
求項１）。

【０００７】また、上記凹部は、湾曲面からなる（請求
項２）。

【０００８】また、上記インク吐出口は、一方向に所定
ピッチで穿設された複数のノズルからなり、上記凹部
は、上記ノズル列に平行な溝形状になっている（請求項
３）。

【０００９】また、請求項１〜３のいずれかに記載のイ
ンクジェット記録ヘッドにおいて、上記凹部が形成され
たチタンを備え、上記圧電基板は、上記チタンの表面と
化学結合してなる薄膜状のＰＺＴで形成されている（請
求項４）。

【００１０】

【作用】請求項１記載の発明によれば、電極間に圧電基
板の共振周波数に等しい周期で変化する電圧が印加され
ると、圧電基板が共振する。薄膜状の圧電基板は、イン
ク吐出口側に凹状に曲げられているので、共振による振
動エネルギーがインク吐出口近傍に集中する。従って、
霧状インクの発生効率が向上する。

【００１１】また、請求項２記載の発明によれば、電極
間に圧電基板の共振周波数に等しい周期で変化する電圧
が印加されると、圧電基板が共振する。薄膜状の圧電基
板は、インク吐出口側に凹状に湾曲面が形成されている
ので、共振による振動エネルギーがインク吐出口近傍に
集中する。従って、霧状インクの発生効率が向上する。

【００１２】また、請求項３記載の発明によれば、電極
間に圧電基板の共振周波数に等しい周期で変化する電圧
が印加されると、各ノズルに対向する電極間の圧電基板
が共振する。薄膜状の圧電基板は、ノズル列に平行な溝
形状になっているので、共振による振動エネルギーがノ
ズル近傍に集中する。従って、霧状インクの発生効率が
向上する。

【００１３】また、請求項４記載の発明によれば、チタ
ンの凹部に薄膜状のＰＺＴからなる圧電基板が化学結合
している。従って、圧電基板とチタンとの結合力が大き
くなるとともに、結合力のばらつきが低減される。ま
た、圧電基板の形状のばらつきも低減される。従って、
特に複数のインク吐出口を有する場合に、各インク吐出
口で均等な霧状インクの発生効率が得られる。

【００１４】

【実施例】本発明に係るインクジェット記録ヘッドの第
１実施例について、図１を用いて説明する。図１は第１
実施例の構成を示す図で、（ａ）は基板部材の凹面の形
状及びそのノズルとの位置関係を示す平面図、（ｂ）は
（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。

【００１５】このインクジェット記録ヘッドは、ノズル
プレート１と基板部材６などから構成されている。

【００１６】ノズルプレート１は、厚さ約１５μｍを有
する板状で、その板面の一方向に所定ピッチを有して複
数のノズル２が厚さ方向に貫通するように形成され、例
えば電鋳法等によって作製されている。なお、ノズルプ
レート１として、ガラス製のものを用いてもよい。

【００１７】基板部材６は、例えばガラス等の絶縁材料
で形成された板状で、ノズルプレート１に対向する側の
表面に、球面形状の凹面６１がノズル２と同一ピッチで
形成されている。この凹面６１は、好ましくは、後述す
る圧電基板３の焦点がノズル２近傍に位置するように形
成されている。

【００１８】また、基板部材６上の凹面６１を含むノズ
ル列に対向する帯状領域及び図１（ａ）中、右方領域
に、チタン薄膜４０が蒸着やスパッタリング等の方法に
よって形成されている。このチタン薄膜４０は、共通電
極４として作用するようになっている。

【００１９】圧電基板３は、チタン薄膜４０上の所定領
域に形成されたチタン酸ジルコン酸鉛（以下、ＰＺＴと
いう）の薄膜からなり、厚さ方向に分極されている。

【００２０】ここで、圧電基板３の製造方法について図
２、図３を用いて説明する。図２は圧電基板及び電極の
製造方法を示す説明図である。図３は水熱合成法により
チタン薄膜にＰＺＴを析出させる方法を示す説明図であ
る。

【００２１】まず、基板部材６の表面に感光性レジスト
９が塗布され（図２（ａ））、圧電基板３を形成すべき
位置の感光性レジスト９がフォトエッチングにより除去
される（図２（ｂ））。本実施例では、凹面６１の領域
及び図１（ｂ）中、凹面６１の右方領域が除去される。
次いで、チタン薄膜４０の感光性レジスト９が除去され
た位置に水熱合成法によりＰＺＴを析出させて、圧電基
板３が形成される（図２（ｃ））。

【００２２】続いて、圧電基板３が形成された基板部材
６の各圧電基板３の上面、すなわち凹面６１上及び凹面
６１から図１（ａ）中、右方領域に、スパッタリングや
蒸着等により個別電極（例えばＮｉ膜）５が形成され、
基板部材６表面に絶縁処理が行われて終了する（図２
（ｄ））。

【００２３】チタン薄膜４０へのＰＺＴの析出は、チタ
ン薄膜４０の所定位置、すなわち感光性レジスト９が除
去された位置にＰＺＴの結晶核を形成する第１の工程
と、上記結晶核にＰＺＴの結晶を成長させる第２の工程
とからなる。また、第２の工程を複数回繰り返してＰＺ
Ｔの厚みが所望の厚みに制御される。

【００２４】第１の工程は、ＰｂとＺｒとのモル比Ｐｂ
／Ｚｒが略２．２９となるように硝酸鉛（Pb(NO₃)₂）、
オキシ塩化ジルコニウム（ZrOCl₂・8H₂O）及び水酸化カ
リウム（KOH(8N)）を所定の比率で混合した水溶液１２
とチタン薄膜４０が蒸着された基板部材６とをオートク
レーブ１１内に入れ、更にこのオートクレーブ１１をシ
リコンオイル１３で満たされた恒温槽１４内の浴室に入
れ、所定の温度プロファイル（例えば１５０℃＋４８時
間）により加熱して行われる。

【００２５】また、第２の工程は、Ｐｂ、Ｚｒ及びＴｉ
のモル比がＰｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１１０：５２：４８とな
るように硝酸鉛、オキシ塩化ジルコニウム、四塩化チタ
ン（TiCl₄）及び水酸化カリウム（KOH(4N)）を所定の比
率で混合した水溶液１２と上記第１工程を経たチタン薄
膜４０が蒸着された基板部材６とをオートクレーブ１１
内に入れ、更にこのオートクレーブ１１をシリコンオイ
ル１３で満たされた恒温槽１４内の浴室に入れ、所定の
温度プロファイル（例えば１２０℃＋２４時間）により
加熱して行われる。

【００２６】上記水熱合成法によって、所定の高温高圧
下の水溶液１２にチタン薄膜４０が蒸着された基板部材
６を浸漬させることにより、チタン薄膜４０の所定位置
に膜厚一定のＰＺＴの結晶が形成され、基板部材６を蒸
留水で洗浄してＰＺＴの形成は終了する。

【００２７】図１に戻って、各個別電極５とチタン薄膜
４０からなる共通電極４間には、不図示の高周波電圧源
が接続されている。この高周波電圧源は、任意の個別電
極５と共通電極４間に、圧電基板３の厚さで決まる共振
周波数に等しい周期で変化する高周波電圧を選択的に印
加するものである。

【００２８】ノズルプレート１は、基板部材６に対し、
凹面６１にノズル２が対向するように位置設定されて配
置されるとともに、所定間隔の隙間を有して固定されて
いる。この間隔は、本実施例では、約１５μｍになって
いる。そして、この隙間は、不図示のインク溜りに連通
され、インク７が満たされている。

【００２９】以上のような構成のインクジェット記録ヘ
ッドにおいて、共通電極４と個別電極５間に、高周波電
圧源からの出力電圧が印加されると、圧電基板３が共振
し、インク７中に超音波が発生する。この超音波がイン
ク７中を伝播し、ノズル２内のインク表面に表面波振動
が生じる。この表面波の振幅が所定レベル以上になる
と、インクミスト８がノズル２から吐出される。

【００３０】このとき、圧電基板３が凹面６１を有する
形状になっているので、圧電基板３から法線方向に出力
される振動エネルギーがノズル２に集中して印加される
ことから、インクミスト８の発生効率が向上することと
なる。

【００３１】なお、インクミスト８は、電圧供給中、生
じるので、供給時間に比例した濃度の画像が得られる。
従って、高周波電圧の印加時間を制御することによっ
て、濃度階調を有する画像が得られることとなる。

【００３２】このように、圧電基板３をノズル２側に凹
面６１を有する形状にしたので、インクミスト８の発生
効率を向上することができる。従って、インクミスト８
の発生量を低下させることなく、高周波電圧源の出力電
圧レベルを低減することができる。

【００３３】また、圧電基板３を凹面形状とし、別途部
品を付加することなくノズル２に振動エネルギーを集中
可能にしたので、簡易な構成で効率向上が実現できる。

【００３４】また、上記のように水熱合成法により基板
部材６の所定位置にＰＺＴを析出させて圧電基板３を形
成しているので、基板部材６上の圧電基板３の位置精度
が向上する。また、圧電基板３は、化学結合によりチタ
ン薄膜４０に結合されているので、その結合力が強く、
かつ、素子間のバラツキも少なくなる。

【００３５】また、図１（ｂ）に示すように、チタン薄
膜４０の蒸着領域を凹面６１から右方に延設し、ＰＺＴ
の形成領域を延設することにより、個別電極５とチタン
薄膜４０（共通電極４）間を確実に絶縁することができ
る。

【００３６】次に、本発明に係るインクジェット記録ヘ
ッドの第２実施例について図４、図５を用いて説明す
る。図４は第２実施例のインクジェット記録ヘッドに用
いられる基板部材を示す斜視図である。図５は第２実施
例の構成を示す図で、（ａ）は圧電基板の電極とノズル
との位置関係を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断
面図である。

【００３７】第２実施例では、第１実施例のように各ノ
ズルに対向して凹面が形成されるのではなく、ノズル列
に沿って溝状の凹面が形成されるとともに、各ノズルに
対向して電極対が形成されている。

【００３８】基板部材６は、チタンで形成された板状
で、ノズルプレート１に対向する側の表面に、例えば円
柱側面形状を有する溝状の凹面６２が形成されている。
この基板部材６は、共通電極４として作用している。

【００３９】この凹面６２上の帯状領域及び図５（ｂ）
中、右方領域に、ＰＺＴからなる圧電基板３が、第１実
施例と同様の水熱合成法によって形成され、この圧電基
板３上に、スパッタリングや蒸着等により個別電極５が
形成されている。個別電極５は、ノズル２の直径と同一
寸法または多少大きい寸法の幅を有する帯状で、ノズル
列に直交する方向にノズル２と同一ピッチで形成されて
いる。

【００４０】そして、ノズルプレート１は、基板部材６
に対し、ノズル列が凹面６２の最深部に対向するように
位置設定されて配置される。

【００４１】以上のような構成により、凹面６２の溝幅
に亘って個別電極５の電極幅分の圧電基板３からの振動
エネルギーが各ノズル２に印加されるので、インクミス
ト８の発生効率を向上することができる。

【００４２】なお、第２実施例では、同一ノズルに印加
される圧電基板３の面積が第１実施例に比べて小さいの
で、上記発生効率の向上分は、第１実施例の場合に比べ
て小さくなる。しかし、第１実施例の場合よりも、ノズ
ル２の高密度化を容易に実現することができる。

【００４３】他の実施例（１）第１実施例において、チタン薄膜４０の蒸着領
域、すなわちＰＺＴの形成領域を凹面６１のみとして
も、同様の効果が得られる。この場合には、個別電極５
とチタン薄膜４０（共通電極４）間を確実に絶縁してお
けばよい。

【００４４】（２）第１実施例において、凹面６１の形
状は、球面形状に限られず、例えば、ノズル２近傍に焦
点を有するような種々の２次曲面形状でもよい。また、
図６〜図８に示すような形状でもよい。図６は凹面６１
を円錐の先端部のような形状にしている。図７は四角錐
の先端部のような形状にしている。図８は図７における
四角錐の先端が平坦な底面を有する形状にしている。こ
れらの場合でも、振動エネルギーがノズル２に集中する
ので、インクミスト８の発生効率向上が図れる。

【００４５】（３）第１実施例において、基板部材６を
金属材料で形成してもよい。この場合には、基板部材６
全体が共通電極４として作用することとなる。また、金
属材料をチタンとすれば、チタン薄膜４０の形成工程を
省略することができる。

【００４６】（４）第２実施例において、第１実施例と
同様に、基板部材６をガラスなどの絶縁材料で形成して
もよい。この場合には、凹面６２及びその右方領域に、
チタン薄膜を形成すれば、同様の効果が得られる。

【００４７】（５）第２実施例において、凹面６２の形
状は、円柱側面形状に限られず、例えば、ノズル２近傍
に焦点を有するような種々の２次曲面柱の側面形状でも
よい。また、図９、図１０に示すような形状でもよい。
図９は凹面６２を傾斜平面からなる溝のような形状にし
ている。図１０は図９における溝の中央が平坦な底面を
有する形状にしている。これらの場合でも、振動エネル
ギーがノズル２に集中するので、インクミスト８の発生
効率向上が図れる。

【００４８】（６）上記各実施例において、ノズルプレ
ート１として、図１１、図１２に示すように、ノズル２
に代えて微小幅のスリット２０が穿設されたものを用い
てもよい。図１１では、ノズルプレート１は、基板部材
６に対し、スリット２０が各凹面６１の中心を結ぶ線に
対向するように位置設定して配置している。また、図１
２では、ノズルプレート１は、基板部材６に対し、スリ
ット２０が凹面６２の最深部に対向するように位置設定
して配置している。そして、インクミストはスリット２
０の各電極に対向する位置から発生する。

【００４９】このように、スリット２０を穿設すればよ
いので、ノズルプレート１を簡易に作製することができ
る。また、ノズルプレート１は、基板部材６に対して図
１１、図１２中、左右方向に位置合わせすればよいの
で、ノズルが穿設されている場合に比べて、ノズルプレ
ート１の位置設定を容易に行える。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、薄膜状の圧電基板に、インク吐出口側に凹状に
曲げられた凹部を形成するようにしたので、共振による
振動エネルギーをインク吐出口近傍に集中させることが
できる。従って、霧状インクの発生効率向上が図れる。

【００５１】また、請求項２の発明によれば、薄膜状の
圧電基板に、インク吐出口側に凹状に曲げられた湾曲面
を形成するようにしたので、共振による振動エネルギー
をインク吐出口近傍に集中させることができる。従っ
て、霧状インクの発生効率向上が図れる。

【００５２】また、請求項３の発明によれば、凹部は、
上記ノズル列に平行な溝形状にしたので、圧電基板の共
振による振動エネルギーがノズル近傍に集中させること
ができる。従って、霧状インクの発生効率向上が図れ
る。

【００５３】また、請求項４の発明によれば、チタンの
凹部側に薄膜状のＰＺＴからなる圧電基板を化学結合す
るようにしたので、圧電基板とチタンとの結合力を大き
くするとともに、結合力のばらつきを低減することがで
きる。また、圧電基板の形状のばらつきも低減できる。
従って、特に複数のインク吐出口を有する場合に、均等
な霧状インクの発生効率を有するように構成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るインクジェット記録ヘッドの第１
実施例の構成を示す図で、（ａ）は基板部材の凹面の形
状及びそのノズルとの位置関係を示す平面図、（ｂ）は
（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。

【図２】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は圧電基板及び電極
の製造方法を示す説明図である。

【図３】水熱合成法によりチタン薄膜にＰＺＴを析出さ
せる方法を示す説明図である。

【図４】第２実施例のインクジェット記録ヘッドに用い
られる基板部材を示す斜視図である。

【図５】第２実施例の構成を示す図で、（ａ）は圧電基
板の電極とノズルとの位置関係を示す平面図、（ｂ）は
（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。

【図６】第１実施例の凹面形状の他の例を示す図で、
（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図であ
る。

【図７】第１実施例の凹面形状の他の例を示す図で、
（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図であ
る。

【図８】第１実施例の凹面形状の他の例を示す図で、
（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図であ
る。

【図９】第２実施例の凹面形状の他の例を示す図で、
（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図であ
る。

【図１０】第２実施例の凹面形状の他の例を示す図で、
（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図であ
る。

【図１１】ノズルプレートの他の例を示す平面図で、第
１実施例の基板部材の凹面とスリットとの位置関係を示
している。

【図１２】ノズルプレートの他の例を示す平面図で、第
２実施例の基板部材の凹面とスリットとの位置関係を示
している。

【符号の説明】

１ノズルプレート２ノズル３圧電基板４共通電極５個別電極６基板部材６１，６２凹面７インク８インクミスト９感光性レジスト１１オートクレーブ１２硝酸鉛、オキシ塩化ジルコニウム、四塩化チタン
及び水酸化カリウムからなる水溶液１３シリコンオイル１４恒温槽４０チタン薄膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者渡辺剛史大阪市中央区玉造１丁目２番28号三田工業株式会社内 (72)発明者堀節夫大阪市中央区玉造１丁目２番28号三田工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】厚さ方向にインク吐出口が穿設されたノ
ズルプレートと、このノズルプレートに並設され、上記
インク吐出口に対向して両面に電極が配設された圧電基
板とを備え、上記電極間に上記圧電基板の共振周波数に
等しい周期で変化する電圧を印加し、上記インク吐出口
から霧状のインクを吐出するようになされたインクジェ
ット記録ヘッドにおいて、上記圧電基板は、一定厚さを
有する薄膜状で、少なくとも電極配設位置に上記インク
吐出口側に凹状に曲げられた凹部が形成されていること
を特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【請求項２】上記凹部は、湾曲面からなることを特徴
とする請求項１記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項３】上記インク吐出口は、一方向に所定ピッ
チで穿設された複数のノズルからなり、上記凹部は、上
記ノズル列に平行な溝形状になっていることを特徴とす
る請求項１記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載のインク
ジェット記録ヘッドにおいて、上記凹部が形成されたチ
タンを備え、上記圧電基板は、上記チタンの表面と化学
結合してなる薄膜状のＰＺＴで形成されていることを特
徴とするインクジェット記録ヘッド。