JP2001146010A - インクジェット記録ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インクノズルの高密度化を推進しながらも記
録ヘッドを小型化する。 【解決手段】 インクジェット記録ヘッドは、インクプ
ール（３０、４７）に連通する複数の圧力室３７、５２
と、夫々が各圧力室に連通する複数のインクノズル２
５、２６と、対応する圧力室を加圧してインクノズル２
５、２６からインク滴を吐出する複数の圧電素子４１、
５４とを備えている。このインクジェット記録ヘッド
は、複数の圧力室３７、５２と各圧力室に対応する圧電
素子４１、５４とが複数段を成して配設されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェット記
録ヘッドに関し、特に、インクノズルの高密度化を実現
するインクジェット記録ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】ノンインパクト記録法は、記録時におけ
る騒音の発生が無視し得る程度に小さいという点におい
て優れており、近年特に関心を集めている。この記録法
の内でもインクジェット記録法は、簡単な機構で記録媒
体上に直接に高速記録が可能であり、しかも普通紙を記
録媒体として使用できるため簡便であるという利点があ
る。

【０００３】インクジェット記録法は、記録ヘッドから
飛翔したインク滴を直接に記録用紙に付着させて、文
字、図形等の記録を行う記録方式として知られている。
この記録方式は、高速記録ができると共に、普通紙に特
別の定着処理をしないで記録を行うことができるという
利点があり、現在インクジェット記録方式を用いた種々
のインクジェット式プリンタが提案され、商品化されて
いる。

【０００４】近年のインクジェット式プリンタでは、イ
ンクを吐出するための加圧手段に、電気信号を機械エネ
ルギに変換する圧電素子を用いるタイプ（以下、ピエゾ
タイプと呼ぶ）と、電気信号を熱エネルギに変換するヒ
ータを用いるタイプ（以下、熱タイプと呼ぶ）とが主流
になっている。ピエゾタイプ及び熱タイプの双方のプリ
ンタは、基本的には圧力発生方式が異なるだけで、基本
構造や基本動作には差異がないので、ここではピエゾタ
イプのみを説明する。

【０００５】ピエゾタイプの従来のインクジェット記録
ヘッドが特開平３−１５５５５号公報に記載されてい
る。この公報に記載のインクジェット記録ヘッドの構成
を図７に示す。この記録ヘッドは、インクノズル１０を
有するノズルプレート１１を備え、ノズルプレート１１
とインクプールプレート１２とインク供給プレート１３
とでインクプール１５が区画され、圧力室プレート１６
と振動板１７とで複数の圧力室１８が区画されている。
各圧力室１８はインクプール１５にインク供給口１９を
介して連通し、振動板１７は各圧力室１８に対応する板
状の圧電素子２０を有する。図７では、各構成部品を単
体で示したが、プレート２枚以上が一体に形成される場
合もあり得る。また、圧電素子２０に電気信号を送る信
号線とインクプール１５にインクを充填するためのイン
ク流路とを図示省略している。

【０００６】図８（ａ）、（ｂ）は図７のVIII-VIII線
による断面図であり、インクジェット記録ヘッドにおけ
るユニモルフ効果による動作原理を示す。各圧電素子２
０には、振動板１７と接する側に第１電極２２ａが、逆
側に第２電極２２ｂが夫々形成されており、圧電素子２
０は板厚方向（図８（ａ）の矢印Ｐ方向）に分極方向を
もつ。各圧電素子２０の第１電極２２ａが共通に導通す
る振動板１７と、各圧電素子２０の第２電極２２ｂに夫
々導通するスイッチ回路２３とが、駆動源２４の一方、
他方の端子に夫々接続される。

【０００７】印字命令が入力されてスイッチ回路２３が
オンになると、対応する圧電素子２０に駆動源２４から
電圧が印加され、この圧電素子２０が圧電横効果で、板
厚方向と直交する方向（図８（ｂ）の矢印ｅ方向）に縮
む。このとき、圧電素子２０の第１電極２２ａ側は、振
動板１７に固定されて負荷をもつので、歪み量が第２電
極２２ｂ側よりも小さくなる。これにより、圧電素子２
０の双方の面で歪み量が非対称となり、圧電素子２０が
板厚方向（図８（ｂ）の矢印ｆ方向）に撓み変形するの
で、対応する圧力室１８内の容積が減少して圧力室１８
内が加圧される。

【０００８】前記動作原理によるインクジェット記録ヘ
ッドの動作時の断面を、図７のIX-IX線による図９に示
す。図９（ａ）に示すように、インクプール１５、イン
ク供給口１９、及び圧力室１８を経由してインクノズル
１０までインクが充填されている。この状態で、印字命
令に従いスイッチ回路２３（図８）がオンになると、図
９（ｂ）に示すように、圧電素子２０により圧力室１８
内のインクが加圧され（矢印ｇ）、インクノズル１０と
インク供給路１９とに圧力が開放される（矢印ｋ、ｍ）
ので、インクノズル１０からインクが吐出される。

【０００９】次いで、図９（ｃ）に示すように、スイッ
チ回路２３（図８）がオフになると、圧電素子２０によ
る加圧が解除されるので（矢印ｈ）、圧力室１８内が図
９（ａ）の初期状態に復帰する。このとき、インク吐出
等で圧力室１８からインクプール１５側に流出したイン
クが、矢印ｎで示すようにインク供給口１９から圧力室
１８側に再充填され（以下、この動作をリフィールと呼
ぶ）、一連の動作が終了する。この一連の動作が高速で
繰り返し実行されて印字が行われる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
インクジェット記録ヘッドでは、複数の圧力室１８が単
に平面的に配置されており、各圧力室１８の幅と圧力室
相互の間隔との総計分がヘッド幅に最小限必要になるの
で、インク吐出側から見た記録ヘッドの面積の縮小には
限界がある。このため、高密度化に伴いインクノズル数
が増えるほど圧力室１８で占める面積が増加することに
なり、インクノズルの高密度化の要請に応えることと、
記録ヘッドを小型化することとはトレードオフの関係に
あった。

【００１１】本発明は、上記に鑑み、インクノズルの高
密度化を推進しながらも小型化が実現できるインクジェ
ット記録ヘッドを提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のインクジェット記録ヘッドは、インクプー
ルに連通する複数の圧力室と、夫々が各圧力室に連通す
る複数のインクノズルと、対応する圧力室を加圧して前
記インクノズルからインク滴を吐出する複数の圧電素子
とを備えたインクジェット記録ヘッドにおいて、前記複
数の圧力室と各圧力室に対応する前記圧電素子とが複数
段を成して配設されることを特徴とする。

【００１３】本発明のインクジェット記録ヘッドでは、
複数の圧力室と各圧力室に対応する圧電素子とが複数の
段状に重なり立体的に配置されるので、各段の圧力室が
インク吐出側から見てオーバーラップすることになる。
このため、高密度化に伴ってインクノズル数が増加して
も、全圧力室で占める面積が増大することはなく、従っ
て、高密度化と共に記録ヘッドの小型化が実現できる。

【００１４】ここで、前記複数のインクノズルが、印刷
媒体との対向面に集中して配置され、前記対向面に最も
近い第１段における圧力室に対応する第１のインクノズ
ル列と、前記第１段に重なる第２段における圧力室に対
応する第２のインクノズル列とを含むことが好ましい。
この場合、インクノズルの配列状態を簡素化できる。

【００１５】また、夫々が前記インクプール、圧力室及
び圧電素子を含む複数段のヘッドユニットを備え、各ヘ
ッドユニットが前記対向面側から順に重なり、前記対向
面から遠いヘッドユニットにおける圧力室をインクノズ
ルに連通するインク流路が、前記対向面に近いヘッドユ
ニットを貫通する構成を有することも好ましい態様であ
る。この場合、各段のヘッドユニットを個々に組み立て
てから相互に固定できるので、製造工程が簡略化する。
また、対向面から遠い段のヘッドユニットからのインク
流路が対向面に近い段のヘッドユニットを貫通するの
で、インク流路が最短距離で得られ、コンパクトなヘッ
ド構造を得ることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照し、本発明の実
施形態例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。本発
明によると圧力室を３段以上配置する構成も可能である
が、本実施形態例では圧力室を２段配置した例を挙げて
説明する。

【００１７】図１は、本発明の一実施形態例におけるイ
ンクジェット記録ヘッドの最終組立て前の状態を示す分
解斜視図である。インクジェット記録ヘッドは、第１段
のヘッドユニット１４と第２段のヘッドユニット４４と
連通プレート５７とを有しており、ヘッドユニット１４
と４４とが連通プレート５７を挟んで相互に密接した状
態で固定される。ヘッドユニット１４は、上面に接続ケ
ーブル４２を有しており、接続ケーブル４２の開口部４
３から貫通孔３９の列が露出し、接続ケーブル４２上の
連通プレート５７の貫通孔５９が各貫通孔３９に連通す
る。ヘッドユニット４４は、裏面に形成された貫通孔
（図示せず）が連通プレート５７の貫通孔５９に夫々連
通する。

【００１８】図２は、第１段のヘッドユニット１４の分
解斜視図である。ヘッドユニット１４は、インクノズル
２５、２６を有するノズルプレート２７と、インクノズ
ル２５、２６に夫々連通する貫通孔２８ａ、２８ｂを有
するダンパプレート２９と、貫通孔２８ａ、２８ｂに夫
々連通する貫通孔３１ａ、３１ｂ、及びプレート２９と
３５とでインクプールを区画する開口部３０を有するプ
ールプレート３２とをこの順に備える。ヘッドユニット
１４は更に、貫通孔３１ａ、３１ｂに夫々連通する貫通
孔３４ａ、３４ｂ、及びインク供給口３３を有する供給
プレート３５と、貫通孔３４ｂに連通する貫通孔３６、
及び圧力室３７を有する圧力室プレート３８と、貫通孔
３６に連通する貫通孔３９を有する振動板４０とをこの
順に備える。

【００１９】インクノズル２５、２６は夫々、ヘッドユ
ニット１４、４４に対応し、３２個ずつが配置された列
を成している。インクノズル２５、２６にインクを供給
するインク流路を成す貫通孔２８ａ、２８ｂ、３１ａ、
３１ｂ、３４ａ、３４ｂ、３６、３９は夫々、３２個ず
つが配置された列を成している。また、圧力室３７は、
インク供給口３３及び貫通孔３４ｂの夫々に対応する３
２個が設けられており、この圧力室列は４列設けられ
る。振動板４０における所定位置には、３２個ずつで４
列の圧電素子４１が固着されており、各圧電素子４１に
は接続ケーブル４２の対応する端子が接続される。接続
ケーブル４２は、振動板４０の貫通孔３９の列を露出さ
せる矩形状の開口部４３を有する。

【００２０】図３は、第２段のヘッドユニット４４の分
解斜視図である。ヘッドユニット４４は、貫通孔３９に
連通する貫通孔４５を有するダンパプレート４６と、プ
レート４６と５１とでインクプールを区画する開口部４
７、及び貫通孔４５に連通する貫通孔４８を有するプー
ルプレート４９と、開口部４７に連通する貫通孔５０、
及び貫通孔４８に連通する貫通孔５８を有する供給プレ
ート５１と、圧力室５２を有する圧力室プレート５３
と、圧力室５２に対応する圧電素子５４が固着される振
動板５５とをこの順に備える。

【００２１】インクノズル２６にインクを供給するイン
ク流路を成す貫通孔４５、４８、５８及びインク供給口
５０は夫々、３２個ずつが配置された列を成している。
圧力室５２は、インク供給口５０及び貫通孔５８に夫々
対応する位置に、３２個ずつが配置された４つの列を成
している。振動板５５には、第１段ユニット１４と同様
の配置で複数の圧電素子５４が固着され、各圧電素子５
４には接続ケーブル５６の対応する端子が接続される。
なお、ヘッドユニット１４、４４に備えた各部材には固
定孔が夫々形成されており、重ね合わせた各固定孔にボ
ルト等が挿通されて各部材が相互に固定される。

【００２２】図４は、図１の中央から左半分を断面して
示す図であり、ヘッドユニット１４、連通プレート５
７、及びヘッドユニット４４をこの順に備える。

【００２３】図５は、図４のヘッドユニット１４、連通
プレート５７、及びヘッドユニット４４を相互に固定し
た状態の断面図である。図５と図１〜図３とを併せて参
照し、本インクジェット記録ヘッドの作動を説明する。

【００２４】印字に先立って、インクプール（３０、４
７）にインクが独立して供給されている。第１段のヘッ
ドユニット１４では、インクプール（３０）、インク供
給口３３、圧力室３７、貫通孔３６、３４ａ、３１ａ、
２８ａ（図１）を経由してインクノズル２５までインク
が充填される。この状態で、印字命令が入力されると、
圧電素子４１への通電で振動板４０が振動し、対応する
圧力室３７内が加圧されることで、インクノズル２５か
らインクが吐出される。

【００２５】また、第２段のヘッドユニット４４では、
インクプール（４７）、インク供給口５０、圧力室５
２、貫通孔５８、４８、４５（図２）、５９、３９、３
６、３４ｂ、３１ｂ、２８ｂ（図１）を経由してインク
ノズル２６までインクが充填される。この状態で、印字
命令が入力されると、圧電素子５４への通電で振動板５
５が振動し、対応する圧力室５２内が加圧されること
で、インクノズル２６からインクが吐出される。圧電素
子４１、５４への通電／非通電が繰り返されることで、
インクノズル２５、２６から所定のタイミングでインク
を吐出する印字動作が行われる。

【００２６】本実施形態例では、第１段及び第２段のヘ
ッドユニット１４、４４が重なり合って、複数の圧力室
３７、５２、及び各圧力室に対応する圧電素子４１、５
４が立体的に配置されるので、各段の圧力室がインク吐
出側から見てオーバーラップする。このため、高密度化
に伴ってインクノズル数が増加しても、全圧力室で占め
る面積が増大することがなく、従って、高密度化と共に
記録ヘッドの小型化が実現する。

【００２７】また、図５に示すように、インクノズル２
５、２６が、印刷媒体との対向面（２７）に集中して配
置されると共に、ヘッドユニット１４の圧力室３７に連
通する第１のインクノズル列（２５）と、ヘッドユニッ
ト４４の圧力室５２に連通する第２のインクノズル列
（２６）として夫々整列するので、インクノズル２５、
２６の配列スペースがコンパクトになる。更に、第１及
び第２のインクノズル列（２５、２６）の組が上記対向
面上で相互に対向しているので、配列スペースのコンパ
クト化が促進される。

【００２８】また、第１段及び第２段のヘッドユニット
１４、４４が上記対向面側から順に重なるので、各ヘッ
ドユニット１４、４４を個々に組み立ててから相互に固
定することができる。第２段のヘッドユニット４４の圧
力室５２をインクノズル２６に連通するインク流路が第
１段のヘッドユニット１４を貫通するので、ヘッドユニ
ット４４からのインク流路を最短距離で得ることがで
き、ヘッド構造がコンパクトになる。

【００２９】ここで、従来構造のインクジェット記録ヘ
ッドを図６に示す。同図において、図５に示した本イン
クジェット記録ヘッドの各要部と対応する部分には同じ
符号を付した。双方の構造を比較することで、同じ数の
インクノズルを形成する際に、本実施形態例ではインク
吐出面におけるインクノズルの占有面積を大幅に縮小で
きることが分かる。

【００３０】以上、本発明をその好適な実施形態例に基
づいて説明したが、本発明のインクジェット記録ヘッド
は、上記実施形態例の構成にのみ限定されるものではな
く、上記実施形態例の構成から種々の修正及び変更を施
したインクジェット記録ヘッドも、本発明の範囲に含ま
れる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のインクジ
ェット記録ヘッドによると、複数の圧力室及びこれに対
応する圧電素子を立体的に配置できるので、インクノズ
ルの高密度化を推進しながらも小型化を実現することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態例におけるインクジェット
記録ヘッドの最終組立て前の状態を示す分解斜視図。

【図２】第１段のヘッドユニットを示す分解斜視図。

【図３】第２段のヘッドユニットを示す分解斜視図。

【図４】図１における所要部分を示す断面図。

【図５】図４の各部材を相互に固定した状態を示す断面
図。

【図６】従来構造のインクジェット記録ヘッドの比較例
を示す断面図。

【図７】従来のインクジェット記録ヘッドを示す斜視
図。

【図８】従来のインクジェット記録ヘッドの動作原理を
示す図７のVIII-VIII線による断面図であり、（ａ）は
作動前を、（ｂ）は作動時を夫々示す。

【図９】従来のインクジェット記録ヘッドのインク吐出
動作を示す図７のIX-IX線による断面図であり、（ａ）
は初期状態を、（ｂ）はインク吐出時を、（ｃ）はリフ
ィール時を夫々示す。

【符号の説明】

１４、４４：ヘッドユニット ２５、２６：インクノズル ２７：ノズルプレート ２８ａ、２８ｂ、３１ａ、３１ｂ、３４ａ、３４ｂ：貫
通孔 ２９、４６：ダンパプレート ３０、４３、４７：開口部 ３２、４９：プールプレート ３３、５０：インク供給口 ３６、３９、４５、４８、５０、５８、５９：貫通孔 ３５、５１：供給プレート ３７、５２：圧力室 ３８、５３：圧力室プレート ４０、５５：振動板 ４１、５４：圧電素子 ４２、５６：接続ケーブル ５７：連通プレート

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクプールに連通する複数の圧力室
   と、夫々が各圧力室に連通する複数のインクノズルと、
   対応する圧力室を加圧して前記インクノズルからインク
   滴を吐出する複数の圧電素子とを備えたインクジェット
   記録ヘッドにおいて、 前記複数の圧力室と各圧力室に対応する前記圧電素子と
   が複数段を成して配設されることを特徴とするインクジ
   ェット記録ヘッド。
2. 【請求項２】 前記複数のインクノズルが、印刷媒体と
   の対向面に集中して配置され、前記対向面に最も近い第
   １段における圧力室に対応する第１のインクノズル列
   と、前記第１段に重なる第２段における圧力室に対応す
   る第２のインクノズル列とを含む、請求項１に記載のイ
   ンクジェット記録ヘッド。
3. 【請求項３】 夫々が前記インクプール、圧力室及び圧
   電素子を含む複数段のヘッドユニットを備え、各ヘッド
   ユニットが前記対向面側から順に重なり、前記対向面か
   ら遠いヘッドユニットにおける圧力室をインクノズルに
   連通するインク流路が、前記対向面に近いヘッドユニッ
   トを貫通する、請求項１又は２に記載のインクジェット
   記録ヘッド。