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発明の名称 インクジェットヘッド
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2000−71452(P2000−71452A)
公開日 平成12年3月7日(2000.3.7)
出願番号 特願平10−248559
出願日 平成10年9月2日(1998.9.2)
代理人 【識別番号】230100631
【弁護士】
【氏名又は名称】稲元 富保
【テーマコード(参考)】
2C057
【Fターム(参考)】
2C057 AF55 AF93 AG12 AG44 AG82 AH15 AP02 AQ02 BA03 BA14 
発明者 藤井 光美
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する液室と、この液室内容積を変化させる電気機械変換素子からなるアクチュエータを備えたインクジェットヘッドにおいて、前記アクチュエータは水熱法で形成した圧電薄膜素子を備えていることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項2】 請求項1に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記液室をシリコン基板で形成し、このシリコン基板は垂直方向に透孔を形成して、この透孔の内面及び近傍に不純物をドーピングして抵抗を下げた領域を選択的に形成し、この選択的に抵抗を下げた領域に給電することで常温で固相状態にある固体インクを加熱溶融して前記液室に供給することを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項3】 請求項1又は2に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記圧電薄膜素子はレーザー光でインク滴を吐出する各ノズル毎に分割されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項4】 請求項1乃至3のいずれかに記載のインクジェットヘッドにおいて、前記圧電薄膜素子は酸化チタン部材上に形成されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はインクジェットヘッドに関し、特に圧電素子をアクチュエータに用いるインクジェットヘッドに関する。
【0002】
【従来の技術】プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の画像記録装置として用いるインクジェット記録装置において使用するインクジェットヘッドは、インク滴を吐出するノズルと、このノズル孔が連通する液室(吐出室、圧力室、加圧液室、インク流路等とも称される。)と、この液室内容積を変化させるアクチュエータとを備えて、アクチュエータを駆動することで液室内インクを加圧してノズルからインク滴を吐出させるものである。
【0003】また、インクジェットヘッドとしては、常温で固相状態にある固体インクを加熱溶融して使用するホットメルトインクを用いるものがあり、これは例えば特開平5−261915号公報に記載されているように、ノズルと、このノズルが連通するチャンバと、このチャンバの壁面を構成するダイヤフラムと、このダイヤフラムを縮みモードで変形させる短冊状の圧電素子と、固体インクを溶融するマイクロヒータとを備えたものが知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、圧電素子を用いて液室内容積を変化させる場合には、上述したインクジェットヘッドのように、液室の壁面の一部を振動板(上記ダイヤフラム)で構成し、この振動板に圧電素子を接着剤などで接合ないし連結するようにしている。
【0005】しかしながら、圧電素子を接着剤などで振動板に接着したとき、接着工程が必要になるだけでなく、経時的劣化によって振動板と圧電素子とが分離することがあり、長期信頼性を確保できなくなる。
【0006】本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、圧電素子の接着工程を不要にし、長期信頼性を確保したインクジェットヘッドを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するため、請求項1のインクジェットヘッドは、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する液室と、この液室内容積を変化させる電気機械変換素子からなるアクチュエータを備えたインクジェットヘッドにおいて、前記アクチュエータは水熱法で形成した圧電薄膜素子を備えている構成とした。
【0008】請求項2のインクジェットヘッドは、上記請求項1のインクジェットヘッドにおいて、前記液室をシリコン基板で形成し、このシリコン基板は垂直方向に透孔を形成して、この透孔の内面及び近傍に不純物をドーピングして抵抗を下げた領域を選択的に形成し、この選択的に抵抗を下げた領域に給電することで常温で固相状態にある固体インクを加熱溶融して前記液室に供給する構成とした。
【0009】請求項3のインクジェットヘッドは、上記請求項1又は2のインクジェットヘッドにおいて、前記圧電薄膜素子はレーザー光でインク滴を吐出する各ノズル毎に分割されている構成とした。
【0010】請求項4のインクジェットヘッドは、上記請求項1乃至3のいずれかのインクジェットヘッドにおいて、前記圧電薄膜素子は酸化チタン部材上に形成されている構成とした。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。図1は本発明の一実施形態を示すインクジェットの外観斜視図、図2は同ヘッドの内部を示す斜視図、図3は同ヘッドの要部拡大断面図、図4は同ヘッドのアクチュエータ部の要部拡大断面図である。
【0012】 このインクジェットヘッド1は、インクを液滴化してインク滴として噴射するインク滴噴射手段であるヘッド本体2と、固相状態のホットメルトインク(固体インク)を貯蔵してヘッド本体2に供給するインク供給手段であるインクタンク3とを備えている。ヘッド本体2は、ヘッド基板4、振動板5、ノズルプレート6、振動板5と共にアクチュエータを構成する複数の圧電薄膜素子7,7…等を備えている。
【0013】 そして、ヘッド基板4はシリコン基板からなり、このヘッド基板4には、インクタンク3から液相状態のインクが供給される共通液室8、この共通液室8に連通する複数の加圧液室9,9…、各加圧液室9に各々連通する複数のインク吐出路10,10…、共通液室8に液相化したインク(溶融インク)を供給するためのヘッド基板4に形成した透孔からなるインク供給路11を、フォトリソプロセスなどで形成している。
【0014】このヘッド基板4の液室側には各加圧液室9,9…を加圧するための金属からなる振動板5を接合し、インク吐出路10の前面側には各インク吐出路10に連通するノズル12を形成したノズルプレート6を接合して、更に振動板5の各加圧液室9,9…に対応する部分を加圧変形変位させる複数の圧電薄膜素子7,7…を水熱法により形成して配置している。この圧電薄膜素子7は、フレキシブルケーブル15からリード線16を介して選択的に駆動する駆動信号を与えるようにしている。
【0015】ヘッド本体2のヘッド基板4はインクタンク3の隔壁の一部を構成してタンク隔壁部材21とともにインクタンク3を形成し、このインクタンク3の内部を共通液室8とインク供給路11で連通させて、インクタンク3内に収納された固体インク23が溶融されて液相化したインク(溶融インク)24をこのインク供給路11を介して共通液室8に供給するようにしている。
【0016】また、ヘッド基板4のインク供給路11の内面側及びインクタンク3側及び共通液室8側のインク供給路11周辺部には不純物をドーピングした不純物領域25を形成し、インクタンク3側及び共通液室8側の表面にこの不純物領域25を挟んで対向する電極26,27を設けている。このヘッド基板4の不純物領域25,電極26,27等によってヘッド本体2内部とインクタンク3内部とを同時に加熱する。
【0017】このインクジェットヘッド1は、図5をも参照して、インクタンク3内に固体インク23を収納した状態で電極26,27に電圧を印加すると、不純物領域25が抵抗体として作用して電流が流れて発熱するので、インクタンク3内の固体インク23の内のヘッド基板4側部分が加熱溶融されて、溶融インク24となりインク供給路11を介して共通液室8に供給され、共通液室8も加熱されているので溶融インク24は溶融状態に保温される。
【0018】そして、このインクジェットヘッド1を用いて記録を行う場合には、図5をも参照して、画像データに応じて圧電薄膜素子7を選択的に駆動することによって圧電薄膜素子7が圧縮(又は伸長でもよい。)して振動板6を変形させ、この振動板6の変形によって加圧液室9の内容積が小さくなってインク吐出路10を介してノズルプレート6のノズル12からインク滴35が吐出される。
【0019】そこで、図6に示すようにキャリッジシャフト36に移動可能に装着した図示しないキャリッジにインクジェットヘッド1を搭載して、インクジェットヘッド1を矢示方向に往復動させながら圧電薄膜素子7,7…を駆動し、用紙37を矢示方向に搬送することによって、用紙8にインク滴35が噴射されて所定の印字(記録)を行うことができる。
【0020】次に、振動板5上への圧電薄膜素子7の成膜について図7乃至図9を参照して説明する。図7を参照して、振動板5となる酸化チタンの基板とジルコニュム、鉛を含む水溶液を反応させることで、基板表面上にPZTの結晶核が生成されるので、この結晶核が生成された基板をチタン、ジルコニュウム、鉛を含む水溶液中で水熱処理することにより、結晶核からPZT結晶が生成される。これによって、図8に示すように振動板5上に圧電薄膜素子7が成膜されるので、個々のノズル12(加圧液室9)に対応する個々の圧電薄膜素子7に分割する。
【0021】この圧電薄膜素子7の分割は、例えばレーザー光を用いて行い、図9に示すように、CO2レーザー光源等のレーザー光源41からのレーザー光42をミラー43を介して一体になっている圧電薄膜素子7に照射して、ミラー43によってレーザー光42をスキャンして、一体になっている圧電薄膜素子7を個々のノズル12に対応する圧電薄膜素子7に分割する。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1のインクジェットヘッドによれば、アクチュエータは水熱法で形成した圧電薄膜素子を備えている構成としたので、振動板に一体形成できて接着工程が不要になり、長期信頼性を確保することができる。
【0023】請求項2のインクジェットヘッドによれば、上記請求項1のインクジェットヘッドにおいて、液室をシリコン基板で形成し、このシリコン基板は垂直方向に透孔を形成して、この透孔の内面及び近傍に不純物をドーピングして抵抗を下げた領域を選択的に形成し、この選択的に抵抗を下げた領域に給電することで常温で固相状態にある固体インクを加熱溶融して液室に供給する構成としたので、ホットメルトタイプのインクジェットヘッドにおける長期信頼性を確保することができる。
【0024】請求項3のインクジェットヘッドによれば、上記請求項1又は2のインクジェットヘッドにおいて、圧電薄膜素子はレーザー光でインク滴を吐出する各ノズル毎に分割されている構成としたので、低コスト化を図れる。
【0025】請求項4のインクジェットヘッドによれば、上記請求項1乃至3のいずれかのインクジェットヘッドにおいて、圧電薄膜素子は酸化チタン部材上に形成されている構成としたので、アクチュエータは振動板に圧電素子薄膜が付着したバイモルフ形式となり、低電圧で大きな変位を得られ、長期信頼性を確保することができる。




 

 


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