JP2002225264A - インクジェットプリンタヘッド及びインクジェットプリンタヘッド用の圧電／電歪アクチュエータ - Google Patents
インクジェットプリンタヘッド及びインクジェットプリンタヘッド用の圧電／電歪アクチュエータInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電気エネルギーから機械的振動エネルギーへ
の変換効率が高い、変位の大きいインクジェットプリン
タヘッド及びインクジェットプリンタヘッド用の圧電／
電歪アクチュエータを提供する。 【解決手段】 本発明のインクジェットプリンタヘッド
及びインクジェットプリンタヘッド用の圧電／電歪アク
チュエータは、上部電極２１と、圧電板２２と、下部電
極２３と、振動伝達板２４と、辺長比０．８以上１以下
とする矩形形状の圧力室２５とを備え、当該圧力室２５
の内壁輪郭よりも内側の位置で、圧電板２２を振動伝達
板２４上に設け、その中心位置をそれぞれが共有する位
置に設置する。従って、本発明によれば、圧電板２２の
エネルギー変換効率を最大限に利用することができるの
で、変位の大きな圧電／電歪アクチュエータを実現で
き、当該圧電アクチュエータをインクジェットプリンタ
に応用することで、その工業的価値は多大となる。
の変換効率が高い、変位の大きいインクジェットプリン
タヘッド及びインクジェットプリンタヘッド用の圧電／
電歪アクチュエータを提供する。 【解決手段】 本発明のインクジェットプリンタヘッド
及びインクジェットプリンタヘッド用の圧電／電歪アク
チュエータは、上部電極２１と、圧電板２２と、下部電
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エネルギー変換効率を最大限に利用することができるの
で、変位の大きな圧電／電歪アクチュエータを実現で
き、当該圧電アクチュエータをインクジェットプリンタ
に応用することで、その工業的価値は多大となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェットプ
リンタヘッド及びインクジェットプリンタヘッド用の圧
電／電歪アクチュエータに関し、特に高効率で電気エネ
ルギーを機械振動エネルギーに変換し、圧力室内に充填
されたインクを飛翔させるインクジェットプリンタヘッ
ド及びインクジェットプリンタヘッド用の圧電／電歪ア
クチュエータに関する。
リンタヘッド及びインクジェットプリンタヘッド用の圧
電／電歪アクチュエータに関し、特に高効率で電気エネ
ルギーを機械振動エネルギーに変換し、圧力室内に充填
されたインクを飛翔させるインクジェットプリンタヘッ
ド及びインクジェットプリンタヘッド用の圧電／電歪ア
クチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、圧電／電歪アクチュエータは、イ
ンクジェットプリンタヘッドや圧力ポンプなどに適用さ
れ、電圧を印加すると伸縮するという圧電材料の特性を
生かし、圧電材料と振動伝達板とを一体化形成したもの
が開発されている。インクジェットプリンタヘッド向け
の圧電／電歪アクチュエータとしては、圧電／電歪材料
の縦振動を利用するタイプと、振動伝達板と一体化され
た圧電／電歪材料の振動により生じる屈曲（撓み）を利
用するタイプと、の２つに分類される。
ンクジェットプリンタヘッドや圧力ポンプなどに適用さ
れ、電圧を印加すると伸縮するという圧電材料の特性を
生かし、圧電材料と振動伝達板とを一体化形成したもの
が開発されている。インクジェットプリンタヘッド向け
の圧電／電歪アクチュエータとしては、圧電／電歪材料
の縦振動を利用するタイプと、振動伝達板と一体化され
た圧電／電歪材料の振動により生じる屈曲（撓み）を利
用するタイプと、の２つに分類される。
【０００３】例えば、超音波テクノ（１９９８年７月、
VOL.10、No.7, ｐ３３−３６）には、圧電／電歪アクチ
ュエータを利用したインクジェットプリンタヘッドの構
造とそのインク吐出原理が詳細に記されている。その概
要を図９に基づいて、以下に説明する。
VOL.10、No.7, ｐ３３−３６）には、圧電／電歪アクチ
ュエータを利用したインクジェットプリンタヘッドの構
造とそのインク吐出原理が詳細に記されている。その概
要を図９に基づいて、以下に説明する。
【０００４】図９に示されるように、従来の圧電／電歪
アクチュエータを利用したインクジェットプリンタヘッ
ドは、上部電極９１と、圧電板９２と、下部電極９３
と、振動板９４と、圧力室９５と、を備えて構成され
る。
アクチュエータを利用したインクジェットプリンタヘッ
ドは、上部電極９１と、圧電板９２と、下部電極９３
と、振動板９４と、圧力室９５と、を備えて構成され
る。
【０００５】圧電／電歪アクチュエータに印加された電
気エネルギーは、上部電極９１、圧電板９２、下部電極
９３により機械振動エネルギーへと変換される。この機
械振動エネルギーは、振動板９４を介して圧力室９５内
に充填された液状インクに伝達され、音響エネルギーへ
と変換される。次に、音響エネルギーは、プリンタヘッ
ドの表面近傍に設けられた細孔近傍において、インク滴
を用紙に着弾させるのに必要な運動エネルギーに変換
後、当該運動エネルギーによりインクを飛翔させる。こ
の運動エネルギーの大きさは、圧電／電歪アクチュエー
タによる機械的振動エネルギーに起因する振動板９４の
変位の大きさに依存するものである。
気エネルギーは、上部電極９１、圧電板９２、下部電極
９３により機械振動エネルギーへと変換される。この機
械振動エネルギーは、振動板９４を介して圧力室９５内
に充填された液状インクに伝達され、音響エネルギーへ
と変換される。次に、音響エネルギーは、プリンタヘッ
ドの表面近傍に設けられた細孔近傍において、インク滴
を用紙に着弾させるのに必要な運動エネルギーに変換
後、当該運動エネルギーによりインクを飛翔させる。こ
の運動エネルギーの大きさは、圧電／電歪アクチュエー
タによる機械的振動エネルギーに起因する振動板９４の
変位の大きさに依存するものである。
【０００６】圧電／電歪アクチュエータは、電気エネル
ギーから機械的振動エネルギーへの変換効率が高いこ
と、すなわち、変位が大きいことが求められる。ここで
言うエネルギー変換効率とは、エネルギー変換効率＝機
械的振動エネルギー／入力電気エネルギーであり、この
エネルギー変換効率が高いほど変位が大きいものであ
る。図９に示されるように、振動板９４上に形成された
下部電極９３を通じ、細長い矩形状の圧電板９２を配置
した圧電／電歪アクチュエータが一般的に利用されてい
る。
ギーから機械的振動エネルギーへの変換効率が高いこ
と、すなわち、変位が大きいことが求められる。ここで
言うエネルギー変換効率とは、エネルギー変換効率＝機
械的振動エネルギー／入力電気エネルギーであり、この
エネルギー変換効率が高いほど変位が大きいものであ
る。図９に示されるように、振動板９４上に形成された
下部電極９３を通じ、細長い矩形状の圧電板９２を配置
した圧電／電歪アクチュエータが一般的に利用されてい
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述さ
れるような従来の圧電／電歪アクチュエータは、圧電板
の幅方向の伸縮運動を主に利用しているものであり、長
さ方向の圧電伸縮は、振動に寄与しないため、印加する
電気エネルギーから機械振動エネルギーへの変換効率が
極めて低い、すなわち、変位が小さく、液状インクを飛
翔させるのに十分な運動エネルギーを得ることができな
いという問題があった。
れるような従来の圧電／電歪アクチュエータは、圧電板
の幅方向の伸縮運動を主に利用しているものであり、長
さ方向の圧電伸縮は、振動に寄与しないため、印加する
電気エネルギーから機械振動エネルギーへの変換効率が
極めて低い、すなわち、変位が小さく、液状インクを飛
翔させるのに十分な運動エネルギーを得ることができな
いという問題があった。
【０００８】本発明は、電気エネルギーから機械的振動
エネルギーへの変換効率が高い、すなわち、変位の大き
いインクジェットプリンタヘッド及びインクジェットプ
リンタヘッド用の圧電／電歪アクチュエータを提供する
ことを目的とする。
エネルギーへの変換効率が高い、すなわち、変位の大き
いインクジェットプリンタヘッド及びインクジェットプ
リンタヘッド用の圧電／電歪アクチュエータを提供する
ことを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、基板内に空孔として形成さ
れ、該基板の上面側に所定の輪郭形状からなる開口部を
備える圧力室と、基板上で圧力室の開口部を塞いで接合
される振動伝達板と、振動伝達板上に下部電極、圧電
板、上部電極を積層してなる圧電／電歪アクチュエータ
と、を有し、圧力室の開口部の輪郭形状は、短径と長径
との辺長比が０．８以上１．０以下の矩形形状であり、
圧電／電歪アクチュエータは、圧電板の外周部が圧力室
の開口部の上方において当該開口部の輪郭形状よりも内
側となるように配置されていることを特徴とする。
に、請求項１記載の発明は、基板内に空孔として形成さ
れ、該基板の上面側に所定の輪郭形状からなる開口部を
備える圧力室と、基板上で圧力室の開口部を塞いで接合
される振動伝達板と、振動伝達板上に下部電極、圧電
板、上部電極を積層してなる圧電／電歪アクチュエータ
と、を有し、圧力室の開口部の輪郭形状は、短径と長径
との辺長比が０．８以上１．０以下の矩形形状であり、
圧電／電歪アクチュエータは、圧電板の外周部が圧力室
の開口部の上方において当該開口部の輪郭形状よりも内
側となるように配置されていることを特徴とする。
【００１０】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、圧電板は、圧力室の開口部の輪郭形状の寸
法に対して、０．５以上１．０以下の寸法比で形成され
ることを特徴とする。
明において、圧電板は、圧力室の開口部の輪郭形状の寸
法に対して、０．５以上１．０以下の寸法比で形成され
ることを特徴とする。
【００１１】請求項３記載の発明は、請求項２記載の発
明において、圧電板は、圧力室の開口部の輪郭形状の中
心位置と該圧電板の外周部の中心位置とが略一致する位
置で、振動伝達板上に設けられることを特徴とする。
明において、圧電板は、圧力室の開口部の輪郭形状の中
心位置と該圧電板の外周部の中心位置とが略一致する位
置で、振動伝達板上に設けられることを特徴とする。
【００１２】請求項４記載の発明は、請求項３記載の発
明において、圧電板の外周部は、矩形状の輪郭を有する
ことを特徴とする。
明において、圧電板の外周部は、矩形状の輪郭を有する
ことを特徴とする。
【００１３】請求項５記載の発明は、請求項４記載の発
明において、圧電板の外周部は、圧力室の開口部の輪郭
形状と相似関係にある矩形状の輪郭を有することを特徴
とする。
明において、圧電板の外周部は、圧力室の開口部の輪郭
形状と相似関係にある矩形状の輪郭を有することを特徴
とする。
【００１４】請求項６記載の発明は、請求項５記載の発
明において、圧電板の外周部は、圧力室の開口部の輪郭
形状と略同一の輪郭形状を有することを特徴とする。
明において、圧電板の外周部は、圧力室の開口部の輪郭
形状と略同一の輪郭形状を有することを特徴とする。
【００１５】請求項７記載の発明は、請求項３記載の発
明において、圧電板の外周部は、円形状の輪郭を有する
ことを特徴とする。
明において、圧電板の外周部は、円形状の輪郭を有する
ことを特徴とする。
【００１６】請求項８記載の発明は、請求項７記載の発
明において、圧電板の外周部は、圧力室の開口部の輪郭
形状に、少なくとも一部の円周が、下部電極と振動伝達
板とを介して重畳する円形状の輪郭を有することを特徴
とする。
明において、圧電板の外周部は、圧力室の開口部の輪郭
形状に、少なくとも一部の円周が、下部電極と振動伝達
板とを介して重畳する円形状の輪郭を有することを特徴
とする。
【００１７】請求項９記載の発明は、請求項８記載の発
明において、圧電板は、圧力室の開口部の輪郭形状に、
下部電極と振動伝達板とを介して重畳する円形状の輪郭
を有することを特徴とする。
明において、圧電板は、圧力室の開口部の輪郭形状に、
下部電極と振動伝達板とを介して重畳する円形状の輪郭
を有することを特徴とする。
【００１８】請求項１０記載の発明は、請求項３記載の
発明において、圧電板の外周部は、楕円形状の輪郭を有
することを特徴とする。
発明において、圧電板の外周部は、楕円形状の輪郭を有
することを特徴とする。
【００１９】請求項１１記載の発明は、請求項１０記載
の発明において、圧電板の外周部は、圧力室の開口部の
輪郭形状に、少なくとも一部の円周が、下部電極と振動
伝達板とを介して重畳するような楕円形状の輪郭を有す
ることを特徴とする。
の発明において、圧電板の外周部は、圧力室の開口部の
輪郭形状に、少なくとも一部の円周が、下部電極と振動
伝達板とを介して重畳するような楕円形状の輪郭を有す
ることを特徴とする。
【００２０】請求項１２記載の発明は、請求項１１記載
の発明において、圧電板の外周部は、圧力室の開口部の
輪郭形状に、下部電極と振動伝達板とを介して重畳する
ような楕円形状であることを特徴とする。
の発明において、圧電板の外周部は、圧力室の開口部の
輪郭形状に、下部電極と振動伝達板とを介して重畳する
ような楕円形状であることを特徴とする。
【００２１】請求項１３記載の発明は、請求項１から１
２のいずれか１項に記載の発明において、振動伝達板
は、圧力室の開口部近傍において、凹み部が形成されて
いることを特徴とする。
２のいずれか１項に記載の発明において、振動伝達板
は、圧力室の開口部近傍において、凹み部が形成されて
いることを特徴とする。
【００２２】請求項１４記載の発明は、請求項１３記載
の発明において、凹み部は、圧力室の開口部の輪郭形状
の寸法に対して、０．５未満の寸法比で形成されること
を特徴とする。
の発明において、凹み部は、圧力室の開口部の輪郭形状
の寸法に対して、０．５未満の寸法比で形成されること
を特徴とする。
【００２３】請求項１５記載の発明は、請求項１３また
は１４記載の発明において、凹み部は、振動伝達板の輪
郭から所定の幅を隔てて、該輪郭に沿って形成される溝
であることを特徴とする。
は１４記載の発明において、凹み部は、振動伝達板の輪
郭から所定の幅を隔てて、該輪郭に沿って形成される溝
であることを特徴とする。
【００２４】請求項１６記載の発明は、請求項１５記載
の発明において、振動伝達板は、溝により囲まれた内側
部分の形状が矩形であることを特徴とする。
の発明において、振動伝達板は、溝により囲まれた内側
部分の形状が矩形であることを特徴とする。
【００２５】請求項１７記載の発明は、請求項１５記載
の発明において、振動伝達板は、溝により囲まれた内側
部分の形状が円形または楕円形であることを特徴とす
る。
の発明において、振動伝達板は、溝により囲まれた内側
部分の形状が円形または楕円形であることを特徴とす
る。
【００２６】請求項１８記載の発明は、請求項１３また
は１４記載の発明において、凹み部は、振動伝達板の輪
郭に沿って、少なくとも回転対称となる４箇所に形成さ
れることを特徴とする。
は１４記載の発明において、凹み部は、振動伝達板の輪
郭に沿って、少なくとも回転対称となる４箇所に形成さ
れることを特徴とする。
【００２７】請求項１９記載の発明は、請求項１８記載
の発明において、凹み部は、接合面における振動伝達板
の各辺に沿って形成されることを特徴とする。
の発明において、凹み部は、接合面における振動伝達板
の各辺に沿って形成されることを特徴とする。
【００２８】請求項２０記載の発明は、請求項１９記載
の発明において、凹み部は、接合面における振動伝達板
の各隅を跨ぐように形成されることを特徴とする。
の発明において、凹み部は、接合面における振動伝達板
の各隅を跨ぐように形成されることを特徴とする。
【００２９】請求項２１記載の発明は、請求項１３から
２９のいずれか１項に記載の発明において、振動伝達板
は、凹み部の一部もしくは複数がインク導入路であるこ
とを特徴とする。
２９のいずれか１項に記載の発明において、振動伝達板
は、凹み部の一部もしくは複数がインク導入路であるこ
とを特徴とする。
【００３０】請求項２２記載の発明は、上部電極と圧電
板と下部電極と振動伝達板と圧力室とを備えるインクジ
ェットプリンタヘッド用の圧電／電歪アクチュエータに
おいて、圧力室は、振動伝達板との接合面における短径
と長径との辺長比を０．８以上１．０以下とする矩形状
の輪郭を有し、圧電板は、接合面における圧力室の内壁
輪郭形状より内側となる位置で、振動伝達板上に設けら
れることを特徴とする。
板と下部電極と振動伝達板と圧力室とを備えるインクジ
ェットプリンタヘッド用の圧電／電歪アクチュエータに
おいて、圧力室は、振動伝達板との接合面における短径
と長径との辺長比を０．８以上１．０以下とする矩形状
の輪郭を有し、圧電板は、接合面における圧力室の内壁
輪郭形状より内側となる位置で、振動伝達板上に設けら
れることを特徴とする。
【００３１】請求項２３記載の発明は、請求項２２記載
の発明において、圧電板は、圧力室の内壁輪郭形状の寸
法に対して、０．５以上１．０以下の寸法比で形成され
ることを特徴とする。
の発明において、圧電板は、圧力室の内壁輪郭形状の寸
法に対して、０．５以上１．０以下の寸法比で形成され
ることを特徴とする。
【００３２】請求項２４記載の発明は、請求項２３記載
の発明において、圧電板は、接合面における圧力室の輪
郭形状の中心位置と該圧電板の輪郭形状の中心位置とが
略一致する位置で、振動伝達板上に設けられることを特
徴とする。
の発明において、圧電板は、接合面における圧力室の輪
郭形状の中心位置と該圧電板の輪郭形状の中心位置とが
略一致する位置で、振動伝達板上に設けられることを特
徴とする。
【００３３】請求項２５記載の発明は、請求項２４記載
の発明において、圧電板は、矩形状の輪郭を有すること
を特徴とする。
の発明において、圧電板は、矩形状の輪郭を有すること
を特徴とする。
【００３４】請求項２６記載の発明は、請求項２５記載
の発明において、圧電板は、圧力室の輪郭形状と相似関
係にある矩形状の輪郭を有することを特徴とする。
の発明において、圧電板は、圧力室の輪郭形状と相似関
係にある矩形状の輪郭を有することを特徴とする。
【００３５】請求項２７記載の発明は、請求項２６記載
の発明において、圧電板は、圧力室の内壁輪郭形状と略
同一の輪郭を有することを特徴とする。
の発明において、圧電板は、圧力室の内壁輪郭形状と略
同一の輪郭を有することを特徴とする。
【００３６】請求項２８記載の発明は、請求項２４記載
の発明において、圧電板は、円形状の輪郭を有すること
を特徴とする。
の発明において、圧電板は、円形状の輪郭を有すること
を特徴とする。
【００３７】請求項２９記載の発明は、請求項２８記載
の発明において、圧電板は、圧力室の輪郭形状に少なく
とも一部の円周が、下部電極と振動伝達板とを介して重
畳するような円形状の輪郭を有することを特徴とする。
の発明において、圧電板は、圧力室の輪郭形状に少なく
とも一部の円周が、下部電極と振動伝達板とを介して重
畳するような円形状の輪郭を有することを特徴とする。
【００３８】請求項３０記載の発明は、請求項２９記載
の発明において、圧電板は、圧力室の輪郭形状に、下部
電極と振動伝達板とを介して重畳するような円形状の輪
郭を有することを特徴とする。
の発明において、圧電板は、圧力室の輪郭形状に、下部
電極と振動伝達板とを介して重畳するような円形状の輪
郭を有することを特徴とする。
【００３９】請求項３１記載の発明は、請求項２４記載
の発明において、圧電板は、楕円形状の輪郭を有するこ
とを特徴とする。
の発明において、圧電板は、楕円形状の輪郭を有するこ
とを特徴とする。
【００４０】請求項３２記載の発明は、請求項３１記載
の発明において、圧電板は、圧力室の輪郭形状に少なく
とも一部の円周が、下部電極と振動伝達板とを介して重
畳するような楕円形状の輪郭を有することを特徴とす
る。
の発明において、圧電板は、圧力室の輪郭形状に少なく
とも一部の円周が、下部電極と振動伝達板とを介して重
畳するような楕円形状の輪郭を有することを特徴とす
る。
【００４１】請求項３３記載の発明は、請求項３２記載
の発明において、圧電板は、圧力室の輪郭形状に、下部
電極と振動伝達板とを介して重畳するような楕円形状で
あることを特徴とする。
の発明において、圧電板は、圧力室の輪郭形状に、下部
電極と振動伝達板とを介して重畳するような楕円形状で
あることを特徴とする。
【００４２】請求項３４記載の発明は、請求項２２から
３３のいずれか１項に記載の発明において、振動伝達板
は、圧力室との接合面において、凹み部が形成されてい
ることを特徴とする。
３３のいずれか１項に記載の発明において、振動伝達板
は、圧力室との接合面において、凹み部が形成されてい
ることを特徴とする。
【００４３】請求項３５記載の発明は、請求項３４記載
の発明において、凹み部は、圧力室の内壁輪郭形状の寸
法に対して、０．５未満の寸法比で形成されることを特
徴とする。
の発明において、凹み部は、圧力室の内壁輪郭形状の寸
法に対して、０．５未満の寸法比で形成されることを特
徴とする。
【００４４】請求項３６記載の発明は、請求項３４また
は３５記載の発明において、凹み部は、振動伝達板の輪
郭から所定の幅を隔てて、該輪郭に沿って形成される溝
であることを特徴とする。
は３５記載の発明において、凹み部は、振動伝達板の輪
郭から所定の幅を隔てて、該輪郭に沿って形成される溝
であることを特徴とする。
【００４５】請求項３７記載の発明は、請求項３６記載
の発明において、振動伝達板は、溝により囲まれた内側
部分の形状が矩形であることを特徴とする。
の発明において、振動伝達板は、溝により囲まれた内側
部分の形状が矩形であることを特徴とする。
【００４６】請求項３８記載の発明は、請求項３６記載
の発明において、振動伝達板は、溝により囲まれた内側
部分の形状が円形または楕円形であることを特徴とす
る。
の発明において、振動伝達板は、溝により囲まれた内側
部分の形状が円形または楕円形であることを特徴とす
る。
【００４７】請求項３９記載の発明は、請求項３４また
は３５記載の発明において、凹み部は、振動伝達板の輪
郭に沿って、少なくとも回転対称となる４箇所に形成さ
れることを特徴とする。
は３５記載の発明において、凹み部は、振動伝達板の輪
郭に沿って、少なくとも回転対称となる４箇所に形成さ
れることを特徴とする。
【００４８】請求項４０記載の発明は、請求項３９記載
の発明において、凹み部は、接合面における振動伝達板
の各辺に沿って形成されることを特徴とする。
の発明において、凹み部は、接合面における振動伝達板
の各辺に沿って形成されることを特徴とする。
【００４９】請求項４１記載の発明は、請求項３９記載
の発明において、凹み部は、接合面における振動伝達板
の各隅を跨ぐように形成されることを特徴とする。
の発明において、凹み部は、接合面における振動伝達板
の各隅を跨ぐように形成されることを特徴とする。
【００５０】請求項４２記載の発明は、請求項３４から
４１のいずれか１項に記載の発明において、振動伝達板
は、凹み部の一部もしくは複数がインク導入路であるこ
とを特徴とする。
４１のいずれか１項に記載の発明において、振動伝達板
は、凹み部の一部もしくは複数がインク導入路であるこ
とを特徴とする。
【００５１】
【発明の実施の形態】次に、添付図面を参照しながら本
発明の実施形態であるインクジェットプリンタヘッド及
びインクジェットプリンタヘッド用の圧電／電歪アクチ
ュエータを詳細に説明する。図１から図８を参照する
と、本発明に係るインクジェットプリンタヘッド及びイ
ンクジェットプリンタヘッド用の圧電／電歪アクチュエ
ータの実施の形態が示されている。
発明の実施形態であるインクジェットプリンタヘッド及
びインクジェットプリンタヘッド用の圧電／電歪アクチ
ュエータを詳細に説明する。図１から図８を参照する
と、本発明に係るインクジェットプリンタヘッド及びイ
ンクジェットプリンタヘッド用の圧電／電歪アクチュエ
ータの実施の形態が示されている。
【００５２】本発明の実施形態であるインクジェットプ
リンタヘッド及びインクジェットプリンタヘッド用の圧
電／電歪アクチュエータは、上部電極と、圧電板と、下
部電極と、振動伝達板と、圧力室と、を備えて構成され
る。
リンタヘッド及びインクジェットプリンタヘッド用の圧
電／電歪アクチュエータは、上部電極と、圧電板と、下
部電極と、振動伝達板と、圧力室と、を備えて構成され
る。
【００５３】圧力室は、基板内に空孔として形成され、
基板上面側に所定の輪郭形状からなる開口部を備えてい
る。本発明において、この開口部の輪郭形状は、その短
径と長径との辺長比が０．８以上１．０以下の矩形形状
とする。この基板としては、シリコン等の単結晶ウェハ
からガラスのような非晶質材料まで、幅広い材質のもの
を用いることができる。ここで、特に単結晶シリコン
（１００）ウェハを用いた場合、ウェットエッチングに
より容易に矩形形状の開口部を持つエッチングが可能で
あり、圧力室形成に好適である。
基板上面側に所定の輪郭形状からなる開口部を備えてい
る。本発明において、この開口部の輪郭形状は、その短
径と長径との辺長比が０．８以上１．０以下の矩形形状
とする。この基板としては、シリコン等の単結晶ウェハ
からガラスのような非晶質材料まで、幅広い材質のもの
を用いることができる。ここで、特に単結晶シリコン
（１００）ウェハを用いた場合、ウェットエッチングに
より容易に矩形形状の開口部を持つエッチングが可能で
あり、圧力室形成に好適である。
【００５４】なお、圧力室の基板下面側（矩形形状の開
口部を設ける面の反対側）には、インクを飛翔させるた
めのノズル開口を設けるか、または、別途用意したノズ
ルプレートを接合してインクノズルとする。
口部を設ける面の反対側）には、インクを飛翔させるた
めのノズル開口を設けるか、または、別途用意したノズ
ルプレートを接合してインクノズルとする。
【００５５】振動伝達板は、圧力室の基板上面側に設け
られた開口部を塞ぐように、基板と接合される。この振
動伝達板上には、下部電極、圧電板、上部電極の順に積
層した圧電／電歪アクチュエータを形成する。この圧電
／電歪アクチュエータは、圧力室の上方で、かつ、圧電
板の外周が圧力室に形成された開口部の輪郭形状よりも
内側となる位置に配置される。このアクチュエータの配
置については、以下の実施例で詳述する。
られた開口部を塞ぐように、基板と接合される。この振
動伝達板上には、下部電極、圧電板、上部電極の順に積
層した圧電／電歪アクチュエータを形成する。この圧電
／電歪アクチュエータは、圧力室の上方で、かつ、圧電
板の外周が圧力室に形成された開口部の輪郭形状よりも
内側となる位置に配置される。このアクチュエータの配
置については、以下の実施例で詳述する。
【００５６】上部電極及び下部電極は、導電性を示す金
属、樹脂、セラミックス、圧電板は電圧を印加すると伸
縮するポリ弗化ビニリデンなどの樹脂、ジルコン酸チタ
ン酸鉛などのセラミックス、単結晶及びこれらから構成
される複合材料が用いられる。
属、樹脂、セラミックス、圧電板は電圧を印加すると伸
縮するポリ弗化ビニリデンなどの樹脂、ジルコン酸チタ
ン酸鉛などのセラミックス、単結晶及びこれらから構成
される複合材料が用いられる。
【００５７】圧電板は、電圧を印加すると伸縮する電歪
振動子を含むものである。この圧電板として、ジルコン
酸チタン酸鉛など鉛主成分のセラミックスを焼成形成す
る場合、振動伝達板より高融点の材料を用いると、振動
伝達板への鉛やその他成分の拡散防止により、振動伝達
板の特性が劣化するのを防止することができる。
振動子を含むものである。この圧電板として、ジルコン
酸チタン酸鉛など鉛主成分のセラミックスを焼成形成す
る場合、振動伝達板より高融点の材料を用いると、振動
伝達板への鉛やその他成分の拡散防止により、振動伝達
板の特性が劣化するのを防止することができる。
【００５８】また、鉛やその他成分の拡散防止により、
圧電板の材料組成が均一に保たれるため、安定した振動
特性を得ることができる。さらに、振動伝達板として、
チタン酸鉛などのＰｂ系セラミックスを使用した場合
は、圧電板焼成時における鉛の蒸発を防止できるため、
材料組成が均一な圧電板を得ることができる。
圧電板の材料組成が均一に保たれるため、安定した振動
特性を得ることができる。さらに、振動伝達板として、
チタン酸鉛などのＰｂ系セラミックスを使用した場合
は、圧電板焼成時における鉛の蒸発を防止できるため、
材料組成が均一な圧電板を得ることができる。
【００５９】振動伝達板は、樹脂などの有機物、セラミ
ックス、ガラス、金属、単結晶材料などが用いられる。
振動伝達板に樹脂を使用した場合には、圧電板と接合す
る際に、樹脂の弾性により製造工程で発生する熱膨張に
よる界面剥離を防止することができる。
ックス、ガラス、金属、単結晶材料などが用いられる。
振動伝達板に樹脂を使用した場合には、圧電板と接合す
る際に、樹脂の弾性により製造工程で発生する熱膨張に
よる界面剥離を防止することができる。
【００６０】振動伝達板として、ジルコニア、アルミ
ナ、マグネシア、チタニアを主成分とする圧電板材料よ
り融点の高いセラミックスを使用した場合には、下部電
極を形成した振動伝達板の材料上に圧電板を焼成一体化
形成することが可能となる。従って、接着剤などの接合
剤を使用することなく、振動伝達板と一体化形成された
圧電／電歪アクチュエータを製造することができる。
ナ、マグネシア、チタニアを主成分とする圧電板材料よ
り融点の高いセラミックスを使用した場合には、下部電
極を形成した振動伝達板の材料上に圧電板を焼成一体化
形成することが可能となる。従って、接着剤などの接合
剤を使用することなく、振動伝達板と一体化形成された
圧電／電歪アクチュエータを製造することができる。
【００６１】振動伝達板として、金属、セラミックス、
ガラス、有機材料などを積層、もしくは複合して形成し
た場合には、同手法を用いることにより振動伝達板の弾
性率の自由度を拡張することができる。従って、用途に
応じた必要変位を得る圧電／電歪アククチュエ―タを実
現することができる。
ガラス、有機材料などを積層、もしくは複合して形成し
た場合には、同手法を用いることにより振動伝達板の弾
性率の自由度を拡張することができる。従って、用途に
応じた必要変位を得る圧電／電歪アククチュエ―タを実
現することができる。
【００６２】振動伝達板として、金属を使用した場合に
は、これを下部電極として使用することにより、新たに
下部電極を形成する必要がなく、製造コストの低減化を
図ることができる。
は、これを下部電極として使用することにより、新たに
下部電極を形成する必要がなく、製造コストの低減化を
図ることができる。
【００６３】振動伝達板として、シリコン、アルミナ、
マグネシアなどの単結晶を使用した場合には、半導体プ
ロセスで用いられる微細加工技術を適用することによ
り、寸法精度の高い振動伝達板を作製することができ
る。
マグネシアなどの単結晶を使用した場合には、半導体プ
ロセスで用いられる微細加工技術を適用することによ
り、寸法精度の高い振動伝達板を作製することができ
る。
【００６４】上部電極及び下部電極の材料として、Ａ
ｕ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｇ／Ｐｄ合金などの低抵抗金
属材料を使用した場合には、圧電／電歪アクチュエータ
に通電する際の電気エネルギーロスを低減できるので、
アクチュエータ自体が発熱するのを防止することができ
る。
ｕ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｇ／Ｐｄ合金などの低抵抗金
属材料を使用した場合には、圧電／電歪アクチュエータ
に通電する際の電気エネルギーロスを低減できるので、
アクチュエータ自体が発熱するのを防止することができ
る。
【００６５】通常、圧電板は容量性であり、温度が高く
なると静電容量が変動する。この変動により、圧電／電
歪アクチュエータに流れ込む電流も変動するため、アク
チュエータの制御が困難となるという問題があった。し
かし、上述されるような低抵抗材料を使用することによ
り、動作温度に起因する電流変動を防止することが可能
となり、アクチュエータの制御性を向上できる。従っ
て、圧電／電歪アクチュエータに上記材料を使用するこ
とで、実用的な圧電／電歪アクチュエータを実現するこ
とができる。
なると静電容量が変動する。この変動により、圧電／電
歪アクチュエータに流れ込む電流も変動するため、アク
チュエータの制御が困難となるという問題があった。し
かし、上述されるような低抵抗材料を使用することによ
り、動作温度に起因する電流変動を防止することが可能
となり、アクチュエータの制御性を向上できる。従っ
て、圧電／電歪アクチュエータに上記材料を使用するこ
とで、実用的な圧電／電歪アクチュエータを実現するこ
とができる。
【００６６】また、圧電板を機械加工により薄片とし、
これに下部電極、上部電極を形成した後、振動伝達板に
有機接着剤、金属接合材、ガラス接合材などを介して接
合一体化形成された圧電／電歪アクチュエータは、焼成
一体化する方法と比べて、緻密かつ均一な組成、寸法精
度のよい圧電板を得られる。従って、圧電板の本来の特
性を十分発揮でき、理想的な圧電／電歪アクチュエータ
を実現することができる。
これに下部電極、上部電極を形成した後、振動伝達板に
有機接着剤、金属接合材、ガラス接合材などを介して接
合一体化形成された圧電／電歪アクチュエータは、焼成
一体化する方法と比べて、緻密かつ均一な組成、寸法精
度のよい圧電板を得られる。従って、圧電板の本来の特
性を十分発揮でき、理想的な圧電／電歪アクチュエータ
を実現することができる。
【００６７】本発明の実施形態であるインクジェットプ
リンタヘッド用の圧電／電歪アクチュエータは、対向す
る上部電極及び下部電極に挟まれた圧電板に電気エネル
ギーを付与すると、圧電板の伸縮振動が励振される。こ
の伸縮運動は、振動伝達板の拘束力により屈曲振動に変
換され、インクジェットプリンタヘッド用の圧電／電歪
アクチュエータとして厚み方向の変位が使用される。
リンタヘッド用の圧電／電歪アクチュエータは、対向す
る上部電極及び下部電極に挟まれた圧電板に電気エネル
ギーを付与すると、圧電板の伸縮振動が励振される。こ
の伸縮運動は、振動伝達板の拘束力により屈曲振動に変
換され、インクジェットプリンタヘッド用の圧電／電歪
アクチュエータとして厚み方向の変位が使用される。
【００６８】圧電板の形状を矩形とした場合、その幅
（短径）と長さ（長径）との辺長比が１に漸近するにつ
れ、幅方向の圧電振動と長さ方向の圧電振動とが結合す
る、すなわち圧電結合が起こり、下部電極及び圧電板
は、板の中心軸を対称に輪郭方向への伸縮振動が励振さ
れる。この時の振動エネルギーは、２つの圧電振動が結
合することにより増幅される。この圧電板に振動伝達板
が一体化された圧電／電歪アクチュエータの伸縮運動
は、振動伝達板の拘束により伸縮の方向が変わるため、
大きな屈曲振動に変換される。
（短径）と長さ（長径）との辺長比が１に漸近するにつ
れ、幅方向の圧電振動と長さ方向の圧電振動とが結合す
る、すなわち圧電結合が起こり、下部電極及び圧電板
は、板の中心軸を対称に輪郭方向への伸縮振動が励振さ
れる。この時の振動エネルギーは、２つの圧電振動が結
合することにより増幅される。この圧電板に振動伝達板
が一体化された圧電／電歪アクチュエータの伸縮運動
は、振動伝達板の拘束により伸縮の方向が変わるため、
大きな屈曲振動に変換される。
【００６９】従来の細長い矩形形状の圧電板を配置した
圧電／電歪アクチュエータは、主に幅方向の圧電振動に
よる伸縮運動のみを利用するため、電気エネルギーから
機械的振動エネルギーへの変換効率が少ない、すなわち
発生する変位が小さいものである。図１は、圧電板の辺
長比とエネルギー変換効率との関係を示したグラフであ
る。図１において、圧電結合により、辺長比０．２〜
０．７では、約１５〜１７％のエネルギー変換効率であ
るが、辺長比０．８〜１．０では、急激にエネルギー変
換効率が増大し、辺長比１で最大（約５０％）に達する
ことが示されている。
圧電／電歪アクチュエータは、主に幅方向の圧電振動に
よる伸縮運動のみを利用するため、電気エネルギーから
機械的振動エネルギーへの変換効率が少ない、すなわち
発生する変位が小さいものである。図１は、圧電板の辺
長比とエネルギー変換効率との関係を示したグラフであ
る。図１において、圧電結合により、辺長比０．２〜
０．７では、約１５〜１７％のエネルギー変換効率であ
るが、辺長比０．８〜１．０では、急激にエネルギー変
換効率が増大し、辺長比１で最大（約５０％）に達する
ことが示されている。
【００７０】次に、圧電板と圧力室の内壁輪郭との関係
について以下に説明する。圧電板の輪郭が圧力室の内壁
輪郭より大きい場合、圧力室壁の剛性により、輪郭の差
分の面積で圧電板の伸縮運動が拘束されてしまうため、
圧電板の屈曲振動は極端に抑制されてしまう。従って、
圧電板の輪郭が圧力室の輪郭と一致、または、小さい場
合、圧力室壁の剛性による拘束がなくなり、圧力室の輪
郭面積の５０％まで大きな変位を得ることができる。
について以下に説明する。圧電板の輪郭が圧力室の内壁
輪郭より大きい場合、圧力室壁の剛性により、輪郭の差
分の面積で圧電板の伸縮運動が拘束されてしまうため、
圧電板の屈曲振動は極端に抑制されてしまう。従って、
圧電板の輪郭が圧力室の輪郭と一致、または、小さい場
合、圧力室壁の剛性による拘束がなくなり、圧力室の輪
郭面積の５０％まで大きな変位を得ることができる。
【００７１】しかしながら、圧電板の輪郭が圧力室の輪
郭面積の５０％を下回ると、振動伝達板を屈曲させるの
に十分な機械振動エネルギーが得られないため、変位が
小さくなる。また、圧力室の輪郭の中心位置と圧電板の
輪郭の中心位置とを一致させないと、中心対称な変位を
得ることができず、振動伝達板の変位分布に片よりが生
じるため、振動伝達板の屈曲変位の平均値が小さくな
る。
郭面積の５０％を下回ると、振動伝達板を屈曲させるの
に十分な機械振動エネルギーが得られないため、変位が
小さくなる。また、圧力室の輪郭の中心位置と圧電板の
輪郭の中心位置とを一致させないと、中心対称な変位を
得ることができず、振動伝達板の変位分布に片よりが生
じるため、振動伝達板の屈曲変位の平均値が小さくな
る。
【００７２】なお、圧力室内の形状は、製造時における
製造バラツキやエッチング残りなどにより必ずしも一定
の形状とはならないため、本願発明では、圧力室と振動
伝達板との接合面を基準として説明するものである。
製造バラツキやエッチング残りなどにより必ずしも一定
の形状とはならないため、本願発明では、圧力室と振動
伝達板との接合面を基準として説明するものである。
【００７３】図２から図４は、本発明の実施形態である
インクジェットプリンタヘッド及びインクジェットプリ
ンタヘッド用の圧電／電歪アクチュエータの構造を説明
する斜視図及び断面図である。図５は、圧電／電歪アク
チュエータの屈曲振動による振動伝達板の厚み方向の変
位分布を最大変位で規格化して示した平面図である。
インクジェットプリンタヘッド及びインクジェットプリ
ンタヘッド用の圧電／電歪アクチュエータの構造を説明
する斜視図及び断面図である。図５は、圧電／電歪アク
チュエータの屈曲振動による振動伝達板の厚み方向の変
位分布を最大変位で規格化して示した平面図である。
【００７４】〈第１の実施形態〉図２に基づいて、ＬＡ
１＝ＬＢ１、ＬＡ２＝ＬＢ２、ＬＡ１／ＬＢ２＝ＬＡ２
／ＬＢ２＝０．３の矩形形状の圧電／電歪アクチュエー
タを説明する。この圧電／電歪アクチュエータにおける
振動伝達板２４上の厚み方向の変位分布は、図５（ａ）
に示されるように、中心近傍に分布が集中し、特に長さ
方向では変位がゼロもしくは微小変位である。変位分布
から計算される平均変位は小さいものである。
１＝ＬＢ１、ＬＡ２＝ＬＢ２、ＬＡ１／ＬＢ２＝ＬＡ２
／ＬＢ２＝０．３の矩形形状の圧電／電歪アクチュエー
タを説明する。この圧電／電歪アクチュエータにおける
振動伝達板２４上の厚み方向の変位分布は、図５（ａ）
に示されるように、中心近傍に分布が集中し、特に長さ
方向では変位がゼロもしくは微小変位である。変位分布
から計算される平均変位は小さいものである。
【００７５】図２に基づいて、ＬＡ１＝ＬＡ２＝ＬＢ１
＝ＬＢ２の正方形状の圧電／電歪アクチュエータを説明
する。このような構造の場合、図５（ｂ）で示されるよ
うに、変位分布は同心円状に広がり、平均変位は前者に
比べて大きい。これは圧電板２２の幅方向および長さ方
向への振動の圧電結合が起こることにより、エネルギー
変換効率が高くなるためである。しかし、振動伝達板２
４の幅輪の四隅には変位がゼロもしくは無視できるほど
微小な領域が存在する。この領域は振動伝達板２４と圧
電板２２の剛性により変位拘束された領域である。
＝ＬＢ２の正方形状の圧電／電歪アクチュエータを説明
する。このような構造の場合、図５（ｂ）で示されるよ
うに、変位分布は同心円状に広がり、平均変位は前者に
比べて大きい。これは圧電板２２の幅方向および長さ方
向への振動の圧電結合が起こることにより、エネルギー
変換効率が高くなるためである。しかし、振動伝達板２
４の幅輪の四隅には変位がゼロもしくは無視できるほど
微小な領域が存在する。この領域は振動伝達板２４と圧
電板２２の剛性により変位拘束された領域である。
【００７６】〈第２の実施形態〉図３は、本発明の第２
の実施形態である圧電／電歪アクチュエータを説明する
ため、圧力室３５の輪郭形状が正方形であるのに対し、
中心軸を共有する円形状の圧電板３２と振動伝達板３４
とが一体化されたアクチュエータ、すなわち、ＬＡ３＝
ＬＡ４＝ＬＢ３＝ＬＢ４の円形状の圧電／電歪アクチュ
エータを示す図である。振動伝達板３４の輪郭の四隅に
は、圧電板３２がないため、この部位での剛性は低下
し、柔らかくなる。圧電板３２の伸縮運動により、この
四隅も屈曲変位に寄与することとなり、図５（ｃ）に示
されるように変位分布は広がり、振動伝達板３４上の平
均変位は大きくなる。
の実施形態である圧電／電歪アクチュエータを説明する
ため、圧力室３５の輪郭形状が正方形であるのに対し、
中心軸を共有する円形状の圧電板３２と振動伝達板３４
とが一体化されたアクチュエータ、すなわち、ＬＡ３＝
ＬＡ４＝ＬＢ３＝ＬＢ４の円形状の圧電／電歪アクチュ
エータを示す図である。振動伝達板３４の輪郭の四隅に
は、圧電板３２がないため、この部位での剛性は低下
し、柔らかくなる。圧電板３２の伸縮運動により、この
四隅も屈曲変位に寄与することとなり、図５（ｃ）に示
されるように変位分布は広がり、振動伝達板３４上の平
均変位は大きくなる。
【００７７】〈第３の実施形態〉図４は、本発明の第３
の実施形態である圧電／電歪アクチュエータを説明する
ため、圧電板４２の輪郭に沿って、振動伝達板４４に凹
み部を形成する圧電／電歪アクチュエータを示す図であ
る。図４に示されるように、圧力室４５の輪郭の内側に
向かい凹部を形成する。凹部を形成することでこの部位
での剛性は低くなる、すなわち柔らかくなる。従って、
振動伝達板４４の輪郭近傍も変位に寄与することとな
り、図５（ｃ）に示されるように大きな平均変位を得る
ことができる。また、圧力室４５の輪郭に沿い、振動伝
達板４４の四隅に凹部を設けても同様の効果が得られ
る。
の実施形態である圧電／電歪アクチュエータを説明する
ため、圧電板４２の輪郭に沿って、振動伝達板４４に凹
み部を形成する圧電／電歪アクチュエータを示す図であ
る。図４に示されるように、圧力室４５の輪郭の内側に
向かい凹部を形成する。凹部を形成することでこの部位
での剛性は低くなる、すなわち柔らかくなる。従って、
振動伝達板４４の輪郭近傍も変位に寄与することとな
り、図５（ｃ）に示されるように大きな平均変位を得る
ことができる。また、圧力室４５の輪郭に沿い、振動伝
達板４４の四隅に凹部を設けても同様の効果が得られ
る。
【００７８】しかし、圧力室４５の輪郭に対して、振動
伝達板４４上に凹み部を形成することで、振動伝達板４
４の中央に生成する寸法と圧力室４５の輪郭寸法比が
０．５に満たない場合は、振動伝達板４４の剛性が過大
に低下し、圧電板４２の伸縮運動から屈曲振動への変換
が十分おこなわれず、平均屈曲変位は小さくなる。ここ
では、振動伝達板４４上の圧力室４５側に凹み部を設け
たが、圧電板４２側に凹部を設けても同様の効果が得ら
れる。
伝達板４４上に凹み部を形成することで、振動伝達板４
４の中央に生成する寸法と圧力室４５の輪郭寸法比が
０．５に満たない場合は、振動伝達板４４の剛性が過大
に低下し、圧電板４２の伸縮運動から屈曲振動への変換
が十分おこなわれず、平均屈曲変位は小さくなる。ここ
では、振動伝達板４４上の圧力室４５側に凹み部を設け
たが、圧電板４２側に凹部を設けても同様の効果が得ら
れる。
【００７９】図６は、本発明の第３の実施形態である圧
電／電歪アクチュエータの凹み部を形成する際の第１の
具体例を示す斜視図である。図６（ａ）は、不図示の圧
力室と接合する振動伝達板６４ａの底部分に、当該振動
伝達板６４ａの輪郭から所定の幅を設けて溝６０ａ（凹
み部に相当）が形成され、中心部分を矩形状に形成した
ものである。
電／電歪アクチュエータの凹み部を形成する際の第１の
具体例を示す斜視図である。図６（ａ）は、不図示の圧
力室と接合する振動伝達板６４ａの底部分に、当該振動
伝達板６４ａの輪郭から所定の幅を設けて溝６０ａ（凹
み部に相当）が形成され、中心部分を矩形状に形成した
ものである。
【００８０】また、図６（ｂ）は、不図示の圧力室と接
合する振動伝達板６４ｂの底部分の中心部分を円形状で
形成し、その外周部分を振動伝達板６４ｂの輪郭部分ま
で溝６０ｂ（凹み部に相当）を設けたものである。
合する振動伝達板６４ｂの底部分の中心部分を円形状で
形成し、その外周部分を振動伝達板６４ｂの輪郭部分ま
で溝６０ｂ（凹み部に相当）を設けたものである。
【００８１】図７は、本発明の第３の実施形態である圧
電／電歪アクチュエータの凹み部を形成する際の第２の
具体例を示す斜視図である。図７（ａ）は、不図示の圧
力室と接合する振動伝達板７４ａの底部分に、当該振動
伝達板７４ａの輪郭から所定の幅を設けて、各辺に沿っ
て回転対称となる４箇所に溝７０ａ（凹み部に相当）が
形成されている。
電／電歪アクチュエータの凹み部を形成する際の第２の
具体例を示す斜視図である。図７（ａ）は、不図示の圧
力室と接合する振動伝達板７４ａの底部分に、当該振動
伝達板７４ａの輪郭から所定の幅を設けて、各辺に沿っ
て回転対称となる４箇所に溝７０ａ（凹み部に相当）が
形成されている。
【００８２】また、図７（ｂ）は、不図示の圧力室と接
合する振動伝達板７４ｂの底部分に、当該振動伝達板７
４ｂの輪郭から所定の幅を設けて、各隅を跨ぐように回
転対称となる４箇所に溝７０ｂ（凹み部に相当）が形成
されている。
合する振動伝達板７４ｂの底部分に、当該振動伝達板７
４ｂの輪郭から所定の幅を設けて、各隅を跨ぐように回
転対称となる４箇所に溝７０ｂ（凹み部に相当）が形成
されている。
【００８３】以上のように、振動伝達板の輪郭近傍に凹
み部を形成することで、当該凹み部における剛性は低く
なるため、輪郭近傍も変位に寄与することとなり、大き
な変位を得ることができる。
み部を形成することで、当該凹み部における剛性は低く
なるため、輪郭近傍も変位に寄与することとなり、大き
な変位を得ることができる。
【００８４】図８は、本発明の実施形態である圧電／電
歪アクチュエータの実装状況を説明する図である。図８
に示されるように、上部電極８１と圧電板８２と下部電
極８３とからなる部材と、矩形形状の輪郭から所定の幅
を有して溝（凹み部）が形成された振動伝達板８４と、
当該振動伝達板８４を収容するための穴、インク導入路
８６、インクを吐出するノズル穴８７、のそれぞれが形
成された圧力室８５と、が図示される状態で接合され
る。
歪アクチュエータの実装状況を説明する図である。図８
に示されるように、上部電極８１と圧電板８２と下部電
極８３とからなる部材と、矩形形状の輪郭から所定の幅
を有して溝（凹み部）が形成された振動伝達板８４と、
当該振動伝達板８４を収容するための穴、インク導入路
８６、インクを吐出するノズル穴８７、のそれぞれが形
成された圧力室８５と、が図示される状態で接合され
る。
【００８５】圧力室８５において、振動伝達板８４に溝
（凹み部）を形成し、その一部もしくは複数を圧力室８
５内に充填されるインクのインク導入路８６延長部分に
配することで、インクが流れ込んだ際に、気泡が圧力室
８５内で滞留もしくは四隅に吸着されることなく、圧電
／電歪アクチュエータの駆動により発生したインク内の
圧力波がノズル部に高効率で伝達される。
（凹み部）を形成し、その一部もしくは複数を圧力室８
５内に充填されるインクのインク導入路８６延長部分に
配することで、インクが流れ込んだ際に、気泡が圧力室
８５内で滞留もしくは四隅に吸着されることなく、圧電
／電歪アクチュエータの駆動により発生したインク内の
圧力波がノズル部に高効率で伝達される。
【００８６】なお、振動伝達板８４に必ずしも溝（凹み
部）が形成されている必要はなく、溝が形成されていな
い振動伝達板を用いることも可能である。
部）が形成されている必要はなく、溝が形成されていな
い振動伝達板を用いることも可能である。
【００８７】また、多数の圧力室に該アクチュエータを
多数配列してインクジェットプリンタに用いれば、他数
の液噴射ができ印刷速度の観点から実用的である。
多数配列してインクジェットプリンタに用いれば、他数
の液噴射ができ印刷速度の観点から実用的である。
【００８８】次に、本発明の実施形態である圧電／電歪
アクチュエータの具体的な実施例を以下に説明する。
アクチュエータの具体的な実施例を以下に説明する。
【００８９】〈第１の実施例〉図２において、圧電板２
２がＬＡ１＝ＬＢ１、ＬＡ２＝ＬＢ２、ＬＡ１＝ＬＡ２
＝０．４ｃｍ、ＬＡ１／ＬＡ２＝Ｘを変数値とした圧電
／電歪アクチュエータを作製した。振動伝達板２４は、
２０μｍのジルコニア−アルミナ複合セラミックス材料
を焼成法で作製した。下部電極２３として２μｍのＰｔ
を形成後、圧電板２２として２０μｍのジルコンチタン
酸鉛セラミックスを焼きつけた。その後、上部電極２１
として、Ｃｒ／Ｎｉ／Ａｕ（０．１μｍ／０．５μｍ／
１μｍ）の３層材料を薄膜成膜法により形成した。
２がＬＡ１＝ＬＢ１、ＬＡ２＝ＬＢ２、ＬＡ１＝ＬＡ２
＝０．４ｃｍ、ＬＡ１／ＬＡ２＝Ｘを変数値とした圧電
／電歪アクチュエータを作製した。振動伝達板２４は、
２０μｍのジルコニア−アルミナ複合セラミックス材料
を焼成法で作製した。下部電極２３として２μｍのＰｔ
を形成後、圧電板２２として２０μｍのジルコンチタン
酸鉛セラミックスを焼きつけた。その後、上部電極２１
として、Ｃｒ／Ｎｉ／Ａｕ（０．１μｍ／０．５μｍ／
１μｍ）の３層材料を薄膜成膜法により形成した。
【００９０】その後、圧力室壁２７の厚みを１００μ
ｍ、高さ３００μｍで形成した。ノズル２９側の圧力室
内壁２８は以下に述べる評価のため除去し、この圧力室
２５をシリコン単結晶で作製して、ポリイミド系接着剤
で圧電／電歪アクチュエータと接合一体化した。この
時、圧力室２５の中心位置と圧電／電歪アクチュエータ
の中心位置とを一致させた。圧力室２５と振動伝達板２
４の接合面において、圧力室２５の輪郭と振動伝達板２
４の輪郭とを一致させた。また、圧電／電歪アクチュエ
ータは、下部電極２３を接地、上部電極２１に正端子と
し、１ｋＶ／ｍｍの直流電界を印加し、分極処理を施し
た。
ｍ、高さ３００μｍで形成した。ノズル２９側の圧力室
内壁２８は以下に述べる評価のため除去し、この圧力室
２５をシリコン単結晶で作製して、ポリイミド系接着剤
で圧電／電歪アクチュエータと接合一体化した。この
時、圧力室２５の中心位置と圧電／電歪アクチュエータ
の中心位置とを一致させた。圧力室２５と振動伝達板２
４の接合面において、圧力室２５の輪郭と振動伝達板２
４の輪郭とを一致させた。また、圧電／電歪アクチュエ
ータは、下部電極２３を接地、上部電極２１に正端子と
し、１ｋＶ／ｍｍの直流電界を印加し、分極処理を施し
た。
【００９１】次に、振動を阻害しないリード端子を圧電
／電歪アクチュエータの電極に取り付け、１０Ｖの直流
電圧でオフセットをした、振幅１０Ｖ、周波数５０ｋＨ
ｚの交流電圧をリード端子を介して印加し、圧電／電歪
アクチュエータを駆動させた。評価はレーザ変位系を用
いて、除去した圧力室内壁２８側からアクチュエータの
振動伝達板の変位分布を測定し、平均変位Ｚを計算した
結果を表１に示す。
／電歪アクチュエータの電極に取り付け、１０Ｖの直流
電圧でオフセットをした、振幅１０Ｖ、周波数５０ｋＨ
ｚの交流電圧をリード端子を介して印加し、圧電／電歪
アクチュエータを駆動させた。評価はレーザ変位系を用
いて、除去した圧力室内壁２８側からアクチュエータの
振動伝達板の変位分布を測定し、平均変位Ｚを計算した
結果を表１に示す。
【００９２】
【表１】
【００９３】表１よりＸが０．８以上で平均変位Ｚは増
大し、１．０で最大となり、本発明の効果が顕著である
ことがわかる。
大し、１．０で最大となり、本発明の効果が顕著である
ことがわかる。
【００９４】〈第２の実施例〉図３において、ＬＡ３＝
ＬＡ４を直径とする円板状の圧電板３２、ＬＢ３＝ＬＢ
４の輪郭が正方形の圧力室３５とし、φ＝ＬＡ３／ＬＡ
４において、φを変数値とした圧電／電歪アクチュエー
タを作製した。振動伝達板３４は、２０μｍジルコニア
−アルミナ複合セラミックス材料を焼成法で作製した。
下部電極３３として２μｍのＰｔを形成後、圧電板３２
として２０μｍのジルコンチタン酸鉛セラミックスを焼
きつけた。その後、上部電極３１として、Ｃｒ／Ｎｉ／
Ａｕ（０．１μｍ／０．５μｍ／１μｍ）の３層材料を
薄膜成膜法により形成した。ここでＣｒ、Ｎｉ層は、圧
電板３２との密着性を高めるため設けたもので、上部電
極３１の電気的な機能としてはＡｕ層を用いている。
ＬＡ４を直径とする円板状の圧電板３２、ＬＢ３＝ＬＢ
４の輪郭が正方形の圧力室３５とし、φ＝ＬＡ３／ＬＡ
４において、φを変数値とした圧電／電歪アクチュエー
タを作製した。振動伝達板３４は、２０μｍジルコニア
−アルミナ複合セラミックス材料を焼成法で作製した。
下部電極３３として２μｍのＰｔを形成後、圧電板３２
として２０μｍのジルコンチタン酸鉛セラミックスを焼
きつけた。その後、上部電極３１として、Ｃｒ／Ｎｉ／
Ａｕ（０．１μｍ／０．５μｍ／１μｍ）の３層材料を
薄膜成膜法により形成した。ここでＣｒ、Ｎｉ層は、圧
電板３２との密着性を高めるため設けたもので、上部電
極３１の電気的な機能としてはＡｕ層を用いている。
【００９５】その後、圧力室壁３７の厚みを１００μ
ｍ、高さ３００μｍで形成した。ノズル３９側の圧力室
内壁３８は以下に述べる評価のため除去し、この圧力室
３５をシリコン単結晶で作製し、ポリイミド系接着剤で
圧電／電歪アクチュエータと接合一体化した。このとき
圧力室３５の中心位置と圧電／電歪アクチュエータの中
心位置とを一致させた。また、圧電／電歪アクチュエー
タは、下部電極３３を接地、上部電極３１に正端子と
し、１ｋＶ／ｍｍの直流電界を印加し、分極処理を施し
た。
ｍ、高さ３００μｍで形成した。ノズル３９側の圧力室
内壁３８は以下に述べる評価のため除去し、この圧力室
３５をシリコン単結晶で作製し、ポリイミド系接着剤で
圧電／電歪アクチュエータと接合一体化した。このとき
圧力室３５の中心位置と圧電／電歪アクチュエータの中
心位置とを一致させた。また、圧電／電歪アクチュエー
タは、下部電極３３を接地、上部電極３１に正端子と
し、１ｋＶ／ｍｍの直流電界を印加し、分極処理を施し
た。
【００９６】次に、振動を阻害しないリード端子を圧電
／電歪アクチュエータの電極に取り付け、１０Ｖの直流
電圧でオフセットをした、振幅１０Ｖ、周波数５０ｋＨ
ｚの交流電圧を、リード端子を介し印加、圧電／電歪ア
クチュエータを駆動させた。評価はレーザー変位系を用
い、除去した圧力室内壁３８側から、アクチュエータの
振動伝達板３４の変位分布を測定し、平均変位Ｚを計算
し、この結果を表２に示す。
／電歪アクチュエータの電極に取り付け、１０Ｖの直流
電圧でオフセットをした、振幅１０Ｖ、周波数５０ｋＨ
ｚの交流電圧を、リード端子を介し印加、圧電／電歪ア
クチュエータを駆動させた。評価はレーザー変位系を用
い、除去した圧力室内壁３８側から、アクチュエータの
振動伝達板３４の変位分布を測定し、平均変位Ｚを計算
し、この結果を表２に示す。
【００９７】
【表２】
【００９８】表２より、φ＝１のとき、第１の実施例の
表１に示される正方形状の圧電板を用いたアクチュエー
タと比較し、約３０％の変位の向上ができ、円形状の圧
電板を用いた顕著な効果がある。またφ＝０．５〜１の
範囲では、φ＝１と比較し、同等以上の変位が得られる
が、φ≦０．５では、変位は大幅に低下する。なお、本
発明では、φ＝０．６〜０．９の範囲が好ましく、効果
が顕著であることがわかる。
表１に示される正方形状の圧電板を用いたアクチュエー
タと比較し、約３０％の変位の向上ができ、円形状の圧
電板を用いた顕著な効果がある。またφ＝０．５〜１の
範囲では、φ＝１と比較し、同等以上の変位が得られる
が、φ≦０．５では、変位は大幅に低下する。なお、本
発明では、φ＝０．６〜０．９の範囲が好ましく、効果
が顕著であることがわかる。
【００９９】〈第３の実施例〉図４において、圧電板を
ＬＡ５＝ＬＢ５＝ＬＡ６＝ＬＢ６＝０．４ｃｍ、振動伝
達板４４を２０μｍ厚みのジルコニア−アルミナ複合セ
ラミックス材料を焼成法で作製した。振動伝達板４４に
は、深さ１０μｍ、幅（ＬＣ５−ＬＢ５）／２＝（ＬＣ
６−ＬＣ６）／２の凹み部を形成した。ＬＣ５＝ＬＣ６
を変動させ、γ＝ＬＣ５／ＬＡ５を定義して、γを変動
値とした。下部電極４３として２μｍのＰｔを形成後、
圧電板４２として２０μｍのジルコンチタン酸鉛セラミ
ックスを振動伝達板４４上に焼成形成した。
ＬＡ５＝ＬＢ５＝ＬＡ６＝ＬＢ６＝０．４ｃｍ、振動伝
達板４４を２０μｍ厚みのジルコニア−アルミナ複合セ
ラミックス材料を焼成法で作製した。振動伝達板４４に
は、深さ１０μｍ、幅（ＬＣ５−ＬＢ５）／２＝（ＬＣ
６−ＬＣ６）／２の凹み部を形成した。ＬＣ５＝ＬＣ６
を変動させ、γ＝ＬＣ５／ＬＡ５を定義して、γを変動
値とした。下部電極４３として２μｍのＰｔを形成後、
圧電板４２として２０μｍのジルコンチタン酸鉛セラミ
ックスを振動伝達板４４上に焼成形成した。
【０１００】その後、上部電極４１として、Ｃｒ／Ｎｉ
／Ａｕ（０．１μｍ／０．５μｍ／１μｍ）の３層材料
を薄膜成膜法により形成した。その後、圧力室壁４７の
厚みを１００μｍ、高さ３００μｍで形成した。ノズル
４９側の圧力室内壁４８は以下に述べる評価のため除去
した。圧力室４５をシリコン単結晶で作製し、ポリイミ
ド系接着剤で圧電／電歪アクチュエータと接合一体化し
た。この時、圧力室４５の中心位置と圧電／電歪アクチ
ュエータの中心位置とを一致させた。圧力室４５と振動
伝達板４４の界面における圧力室４５の輪郭と圧電板４
２の輪郭とを一致させた。また、圧電／電歪アクチュエ
ータは、下部電極４３を接地、上部電極４１に正極端子
として、１ｋＶ／ｍｍの直流電界を印加して、分極処理
を施した。
／Ａｕ（０．１μｍ／０．５μｍ／１μｍ）の３層材料
を薄膜成膜法により形成した。その後、圧力室壁４７の
厚みを１００μｍ、高さ３００μｍで形成した。ノズル
４９側の圧力室内壁４８は以下に述べる評価のため除去
した。圧力室４５をシリコン単結晶で作製し、ポリイミ
ド系接着剤で圧電／電歪アクチュエータと接合一体化し
た。この時、圧力室４５の中心位置と圧電／電歪アクチ
ュエータの中心位置とを一致させた。圧力室４５と振動
伝達板４４の界面における圧力室４５の輪郭と圧電板４
２の輪郭とを一致させた。また、圧電／電歪アクチュエ
ータは、下部電極４３を接地、上部電極４１に正極端子
として、１ｋＶ／ｍｍの直流電界を印加して、分極処理
を施した。
【０１０１】次に、振動を阻害しないリード端子を圧電
／電歪アクチュエータの電極に取り付け、１０Ｖの直流
電圧でオフセットをした、振幅１０Ｖ、周波数５０ｋＨ
ｚの交流電圧を、リード端子を介して印加し、圧電／電
歪アクチュエータを駆動させた。評価はレーザ変位系を
用いて、除去した圧力室壁４８側から振動伝達板４４の
変位分布を測定し、平均変位Ｚを計算した結果を表３に
示す。
／電歪アクチュエータの電極に取り付け、１０Ｖの直流
電圧でオフセットをした、振幅１０Ｖ、周波数５０ｋＨ
ｚの交流電圧を、リード端子を介して印加し、圧電／電
歪アクチュエータを駆動させた。評価はレーザ変位系を
用いて、除去した圧力室壁４８側から振動伝達板４４の
変位分布を測定し、平均変位Ｚを計算した結果を表３に
示す。
【０１０２】
【表３】
【０１０３】表３に示されるように、γが０．５以上で
平均変位Ｚは、凹部を設けないアクチュエータ（γ＝
１）と同等以上に増大する。なお、本発明では、γ＝
０．６〜０．９の範囲が好ましく、効果が顕著であるこ
とがわかる。
平均変位Ｚは、凹部を設けないアクチュエータ（γ＝
１）と同等以上に増大する。なお、本発明では、γ＝
０．６〜０．９の範囲が好ましく、効果が顕著であるこ
とがわかる。
【０１０４】〈第４の実施例〉図３において、ＬＡ３＝
ＬＡ４を直径とする円板状の圧電板３２、ＬＢ３＝ＬＢ
４の輪郭が正方形状の圧力室３５とし、φ＝ＬＡ３／Ｌ
Ａ４において、φ＝０．５およびφ＝０．８として圧電
／電歪アクチュエータを作製した。振動伝達板３４は、
２０μｍのジルコニア−アルミナ複合セラミックス材料
を焼成法で作製した。下部電極３３として２μｍのＰｔ
を形成後、圧電板３２として２０μｍのジルコンチタン
酸鉛セラミックスを焼きつけた。その後、上部電極３１
として、Ｃｒ／Ｎｉ／Ａｕ（０．１μｍ／０．５μｍ／
１μｍ）の３層材料を薄膜成膜法により形成した。ここ
で、Ｃｒ、Ｎｉ層は、圧電板との密着性を高めるために
設けたもので、上部電極３１の電気的な機能としてはＡ
ｕ層を用いた。
ＬＡ４を直径とする円板状の圧電板３２、ＬＢ３＝ＬＢ
４の輪郭が正方形状の圧力室３５とし、φ＝ＬＡ３／Ｌ
Ａ４において、φ＝０．５およびφ＝０．８として圧電
／電歪アクチュエータを作製した。振動伝達板３４は、
２０μｍのジルコニア−アルミナ複合セラミックス材料
を焼成法で作製した。下部電極３３として２μｍのＰｔ
を形成後、圧電板３２として２０μｍのジルコンチタン
酸鉛セラミックスを焼きつけた。その後、上部電極３１
として、Ｃｒ／Ｎｉ／Ａｕ（０．１μｍ／０．５μｍ／
１μｍ）の３層材料を薄膜成膜法により形成した。ここ
で、Ｃｒ、Ｎｉ層は、圧電板との密着性を高めるために
設けたもので、上部電極３１の電気的な機能としてはＡ
ｕ層を用いた。
【０１０５】その後、圧力室壁３７の厚みを１００μ
ｍ、高さ３００μｍで形成した。ノズル３９として、φ
＝３０μｍの径を形成した圧力室３５をシリコン単結晶
で作製し、ポリイミド系接着剤で圧電／電歪アクチュエ
ータと接合一体化した。この時、圧力室の中心と圧電／
電歪アクチュエータの中心位置とを一致させた、また、
圧電／電歪アクチュエータは、下部電極３３を接地、上
部電極３１に正端子とし、１ｋＶ／ｍｍの直流電界を印
加し、分極処理を施した。
ｍ、高さ３００μｍで形成した。ノズル３９として、φ
＝３０μｍの径を形成した圧力室３５をシリコン単結晶
で作製し、ポリイミド系接着剤で圧電／電歪アクチュエ
ータと接合一体化した。この時、圧力室の中心と圧電／
電歪アクチュエータの中心位置とを一致させた、また、
圧電／電歪アクチュエータは、下部電極３３を接地、上
部電極３１に正端子とし、１ｋＶ／ｍｍの直流電界を印
加し、分極処理を施した。
【０１０６】次に、振動を阻害しないリード端子を圧電
／電歪アクチュエータの電極に取り付け、１０Ｖの直流
電圧でオフセットした振幅１０Ｖ、周波数５０ｋＨｚの
交流電圧を、リード端子を介して印加し、圧電／電歪ア
クチュエータを駆動させた。
／電歪アクチュエータの電極に取り付け、１０Ｖの直流
電圧でオフセットした振幅１０Ｖ、周波数５０ｋＨｚの
交流電圧を、リード端子を介して印加し、圧電／電歪ア
クチュエータを駆動させた。
【０１０７】圧力室３５にインクと見立てた水を注入
し、ノズルより吐出飛翔する水滴の速度を測定した。φ
＝０．５の場合、１ｍ／ｓの速度であるのに対し、φ＝
０．８では６ｍ／ｓの速度が得られた。速度の向上は、
運動エネルギーが増大することであり、従って、水滴の
運動軌跡の安定性を図ることができる。
し、ノズルより吐出飛翔する水滴の速度を測定した。φ
＝０．５の場合、１ｍ／ｓの速度であるのに対し、φ＝
０．８では６ｍ／ｓの速度が得られた。速度の向上は、
運動エネルギーが増大することであり、従って、水滴の
運動軌跡の安定性を図ることができる。
【０１０８】また、高速で印字することも可能になる。
すなわち、圧電／電歪アクチュエータの変位向上は、イ
ンクジェットプリンタの高性能化につながり、上記実施
例により本発明の効果が顕著であることが分かる。
すなわち、圧電／電歪アクチュエータの変位向上は、イ
ンクジェットプリンタの高性能化につながり、上記実施
例により本発明の効果が顕著であることが分かる。
【０１０９】なお、上述される各実施例は、本発明の好
適な実施例であり、本発明の要旨を変更しない範囲内に
おいて種々変形して実施することが可能である。例え
ば、上述される各実施形態において、圧電板の形状を矩
形、円形、楕円形としているが、これらに限定されるも
のでなく、圧力室と振動伝達板の接合面における圧力室
の内壁輪郭よりも内側の位置に配置され、かつ、中心軸
を共有し、圧力室の内壁輪郭の０．５以上１未満の寸法
比で形成されるものであれば、特にその形状を限定する
ものではない。
適な実施例であり、本発明の要旨を変更しない範囲内に
おいて種々変形して実施することが可能である。例え
ば、上述される各実施形態において、圧電板の形状を矩
形、円形、楕円形としているが、これらに限定されるも
のでなく、圧力室と振動伝達板の接合面における圧力室
の内壁輪郭よりも内側の位置に配置され、かつ、中心軸
を共有し、圧力室の内壁輪郭の０．５以上１未満の寸法
比で形成されるものであれば、特にその形状を限定する
ものではない。
【０１１０】
【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
のインクジェットプリンタヘッド及びインクジェットプ
リンタヘッド用の圧電／電歪アクチュエータによれば、
変位の大きな圧電／電歪アクチュエータを実現すること
ができ、同アクチュエータをインクジェットプリンタに
応用することで、その工業的価値を向上することができ
る。
のインクジェットプリンタヘッド及びインクジェットプ
リンタヘッド用の圧電／電歪アクチュエータによれば、
変位の大きな圧電／電歪アクチュエータを実現すること
ができ、同アクチュエータをインクジェットプリンタに
応用することで、その工業的価値を向上することができ
る。
【０１１１】また、本発明のインクジェットプリンタヘ
ッド及びインクジェットプリンタヘッド用の圧電／電歪
アクチュエータによれば、振動伝達板に形成された凹み
部をインク導入路の延長となるように配することで、気
泡が滞留または隅に吸着されることがない。従って、圧
電板の駆動により発生した液状インク内の圧力波がノズ
ル部に高効率で伝達されるので、気泡滞留によるインク
流入の妨げとなるのを防止することができる。
ッド及びインクジェットプリンタヘッド用の圧電／電歪
アクチュエータによれば、振動伝達板に形成された凹み
部をインク導入路の延長となるように配することで、気
泡が滞留または隅に吸着されることがない。従って、圧
電板の駆動により発生した液状インク内の圧力波がノズ
ル部に高効率で伝達されるので、気泡滞留によるインク
流入の妨げとなるのを防止することができる。
【図１】本発明の実施形態である圧電／電歪アクチュエ
ータのエネルギー変換効率と形状の関係を示すグラフで
ある。
ータのエネルギー変換効率と形状の関係を示すグラフで
ある。
【図２】本発明の第１の実施形態であるインクジェット
プリンタヘッド及び圧電／電歪アクチュエータの斜視図
及び断面図である。
プリンタヘッド及び圧電／電歪アクチュエータの斜視図
及び断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態であるインクジェット
プリンタヘッド及び圧電／電歪アクチュエータの斜視図
及び断面図である。
プリンタヘッド及び圧電／電歪アクチュエータの斜視図
及び断面図である。
【図４】本発明の第３の実施形態であるインクジェット
プリンタヘッド及び圧電／電歪アクチュエータの斜視図
及び断面図である。
プリンタヘッド及び圧電／電歪アクチュエータの斜視図
及び断面図である。
【図５】本発明の実施形態であるインクジェットプリン
タヘッド及び圧電／電歪アクチュエータを構成する振動
伝達板上の変位分布を示す図である。
タヘッド及び圧電／電歪アクチュエータを構成する振動
伝達板上の変位分布を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施形態における凹み部形成の
第１の具体例を示す斜視図である。
第１の具体例を示す斜視図である。
【図７】本発明の第３の実施形態における凹み部形成の
第２の具体例を示す斜視図である。
第２の具体例を示す斜視図である。
【図８】本発明の第４の実施形態であるインクジェット
プリンタヘッド及び圧電／電歪アクチュエータの構成を
説明する斜視図である。
プリンタヘッド及び圧電／電歪アクチュエータの構成を
説明する斜視図である。
【図９】従来のインクジェットプリンタヘッド及び圧電
／電歪アクチュエータの概略構成を示す斜視図である。
／電歪アクチュエータの概略構成を示す斜視図である。
２１ 上部電極 ２２ 圧電板 ２３ 下部電極 ２４ 振動伝達板 ２５ 圧力室側壁 ２６ 圧力室内 ２７ 圧力室壁 ２８ 圧力室壁底部 ２９ ノズル穴 ＬＡ１、ＬＡ２ 圧電板寸法 ＬＢ１、ＬＢ２ 圧力室内壁寸法
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 越智 篤 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気株 式会社内 Ｆターム(参考） 2C057 AF03 AF52 AG38 AG39 AG42 AG44 AG53 AG59 BA04 BA14
Claims (42)
- 【請求項１】 基板内に空孔として形成され、該基板の
上面側に所定の輪郭形状からなる開口部を備える圧力室
と、 前記基板上で前記圧力室の前記開口部を塞いで接合され
る振動伝達板と、 前記振動伝達板上に下部電極、圧電板、上部電極を積層
してなる圧電／電歪アクチュエータと、を有し、 前記圧力室の前記開口部の輪郭形状は、短径と長径との
辺長比が０．８以上１．０以下の矩形形状であり、 前記圧電／電歪アクチュエータは、前記圧電板の外周部
が前記圧力室の前記開口部の上方において当該開口部の
輪郭形状よりも内側となるように配置されていることを
特徴とするインクジェットプリンタヘッド。 - 【請求項２】 前記圧電板は、 前記圧力室の前記開口部の輪郭形状の寸法に対して、
０．５以上１．０以下の寸法比で形成されることを特徴
とする請求項１記載のインクジェットプリンタヘッド。 - 【請求項３】 前記圧電板は、 前記圧力室の前記開口部の輪郭形状の中心位置と該圧電
板の外周部の中心位置とが略一致する位置で、前記振動
伝達板上に設けられることを特徴とする請求項２記載の
インクジェットプリンタヘッド。 - 【請求項４】 前記圧電板の前記外周部は、 矩形状の輪郭を有することを特徴とする請求項３記載の
インクジェットプリンタヘッド。 - 【請求項５】 前記圧電板の前記外周部は、 前記圧力室の前記開口部の輪郭形状と相似関係にある矩
形状の輪郭を有することを特徴とする請求項４記載のイ
ンクジェットプリンタヘッド。 - 【請求項６】 前記圧電板の前記外周部は、 前記圧力室の前記開口部の輪郭形状と略同一の輪郭形状
を有することを特徴とする請求項５記載のインクジェッ
トプリンタヘッド。 - 【請求項７】 前記圧電板の前記外周部は、 円形状の輪郭を有することを特徴とする請求項３記載の
インクジェットプリンタヘッド。 - 【請求項８】 前記圧電板の前記外周部は、 前記圧力室の前記開口部の輪郭形状に、少なくとも一部
の円周が、前記下部電極と前記振動伝達板とを介して重
畳する円形状の輪郭を有することを特徴とする請求項７
記載のインクジェットプリンタヘッド。 - 【請求項９】 前記圧電板は、 前記圧力室の前記開口部の輪郭形状に、前記下部電極と
前記振動伝達板とを介して重畳する円形状の輪郭を有す
ることを特徴とする請求項８記載のインクジェットプリ
ンタヘッド。 - 【請求項１０】 前記圧電板の前記外周部は、 楕円形状の輪郭を有することを特徴とする請求項３記載
のインクジェットプリンタヘッド。 - 【請求項１１】 前記圧電板の外周部は、 前記圧力室の前記開口部の輪郭形状に、少なくとも一部
の円周が、前記下部電極と前記振動伝達板とを介して重
畳するような楕円形状の輪郭を有することを特徴とする
請求項１０記載のインクジェットプリンタヘッド。 - 【請求項１２】 前記圧電板の前記外周部は、 前記圧力室の前記開口部の輪郭形状に、前記下部電極と
前記振動伝達板とを介して重畳するような楕円形状であ
ることを特徴とする請求項１１記載のインクジェットプ
リンタヘッド。 - 【請求項１３】 前記振動伝達板は、 前記圧力室の前記開口部近傍において、凹み部が形成さ
れていることを特徴とする請求項１から１２のいずれか
１項に記載のインクジェットプリンタヘッド。 - 【請求項１４】 前記凹み部は、 前記圧力室の前記開口部の輪郭形状の寸法に対して、
０．５未満の寸法比で形成されることを特徴とする請求
項１３記載のインクジェットプリンタヘッド。 - 【請求項１５】 前記凹み部は、 前記振動伝達板の輪郭から所定の幅を隔てて、該輪郭に
沿って形成される溝であることを特徴とする請求項１３
または１４記載のインクジェットプリンタヘッド。 - 【請求項１６】 前記振動伝達板は、 前記溝により囲まれた内側部分の形状が矩形であること
を特徴とする請求項１５記載のインクジェットプリンタ
ヘッド。 - 【請求項１７】 前記振動伝達板は、 前記溝により囲まれた内側部分の形状が円形または楕円
形であることを特徴とする請求項１５記載のインクジェ
ットプリンタヘッド。 - 【請求項１８】 前記凹み部は、 前記振動伝達板の輪郭に沿って、少なくとも回転対称と
なる４箇所に形成されることを特徴とする請求項１３ま
たは１４記載のインクジェットプリンタヘッド。 - 【請求項１９】 前記凹み部は、 前記接合面における前記振動伝達板の各辺に沿って形成
されることを特徴とする請求項１８記載のインクジェッ
トプリンタヘッド。 - 【請求項２０】 前記凹み部は、 前記接合面における前記振動伝達板の各隅を跨ぐように
形成されることを特徴とする請求項１９記載のインクジ
ェットプリンタヘッド。 - 【請求項２１】 前記振動伝達板は、 前記凹み部の一部もしくは複数がインク導入路であるこ
とを特徴とする請求項１３から２０のいずれか１項に記
載のインクジェットプリンタヘッド。 - 【請求項２２】 上部電極と圧電板と下部電極と振動伝
達板と圧力室とを備えるインクジェットプリンタヘッド
用の圧電／電歪アクチュエータにおいて、 前記圧力室は、 前記振動伝達板との接合面における短径と長径との辺長
比を０．８以上１．０以下とする矩形状の輪郭を有し、 前記圧電板は、 前記接合面における前記圧力室の内壁輪郭形状より内側
となる位置で、前記振動伝達板上に設けられることを特
徴とするインクジェットプリンタヘッド用の圧電／電歪
アクチュエータ。 - 【請求項２３】 前記圧電板は、 前記圧力室の内壁輪郭形状の寸法に対して、０．５以上
１．０以下の寸法比で形成されることを特徴とする請求
項２２記載のインクジェットプリンタヘッド用の圧電／
電歪アクチュエータ。 - 【請求項２４】 前記圧電板は、 前記接合面における前記圧力室の輪郭形状の中心位置と
該圧電板の輪郭形状の中心位置とが略一致する位置で、
前記振動伝達板上に設けられることを特徴とする請求項
２３記載のインクジェットプリンタヘッド用の圧電／電
歪アクチュエータ。 - 【請求項２５】 前記圧電板は、 矩形状の輪郭を有することを特徴とする請求項２４記載
のインクジェットプリンタヘッド用の圧電／電歪アクチ
ュエータ。 - 【請求項２６】 前記圧電板は、 前記圧力室の輪郭形状と相似関係にある矩形状の輪郭を
有することを特徴とする請求項２５記載のインクジェッ
トプリンタヘッド用の圧電／電歪アクチュエータ。 - 【請求項２７】 前記圧電板は、 前記圧力室の内壁輪郭形状と略同一の輪郭を有すること
を特徴とする請求項２６記載のインクジェットプリンタ
ヘッド用の圧電／電歪アクチュエータ。 - 【請求項２８】 前記圧電板は、 円形状の輪郭を有することを特徴とする請求項２４記載
のインクジェットプリンタヘッド用の圧電／電歪アクチ
ュエータ。 - 【請求項２９】 前記圧電板は、 前記圧力室の輪郭形状に少なくとも一部の円周が、前記
下部電極と前記振動伝達板とを介して重畳するような円
形状の輪郭を有することを特徴とする請求項２８記載の
インクジェットプリンタヘッド用の圧電／電歪アクチュ
エータ。 - 【請求項３０】 前記圧電板は、 前記圧力室の輪郭形状に、前記下部電極と前記振動伝達
板とを介して重畳するような円形状の輪郭を有すること
を特徴とする請求項２９記載のインクジェットプリンタ
ヘッド用の圧電／電歪アクチュエータ。 - 【請求項３１】 前記圧電板は、 楕円形状の輪郭を有することを特徴とする請求項２４記
載のインクジェットプリンタヘッド用の圧電／電歪アク
チュエータ。 - 【請求項３２】 前記圧電板は、 前記圧力室の輪郭形状に少なくとも一部の円周が、前記
下部電極と前記振動伝達板とを介して重畳するような楕
円形状の輪郭を有することを特徴とする請求項３１記載
の圧電／電歪アクチュエータ。 - 【請求項３３】 前記圧電板は、 前記圧力室の輪郭形状に、前記下部電極と前記振動伝達
板とを介して重畳するような楕円形状であることを特徴
とする請求項３２記載のインクジェットプリンタヘッド
用の圧電／電歪アクチュエータ。 - 【請求項３４】 前記振動伝達板は、 前記圧力室との接合面において、凹み部が形成されてい
ることを特徴とする請求項２２から３３のいずれか１項
に記載のインクジェットプリンタヘッド用の圧電／電歪
アクチュエータ。 - 【請求項３５】 前記凹み部は、 前記圧力室の内壁輪郭形状の寸法に対して、０．５未満
の寸法比で形成されることを特徴とする請求項３４記載
のインクジェットプリンタヘッド用の圧電／電歪アクチ
ュエータ。 - 【請求項３６】 前記凹み部は、 前記振動伝達板の輪郭から所定の幅を隔てて、該輪郭に
沿って形成される溝であることを特徴とする請求項３４
または３５記載のインクジェットプリンタヘッド用の圧
電／電歪アクチュエータ。 - 【請求項３７】 前記振動伝達板は、 前記溝により囲まれた内側部分の形状が矩形であること
を特徴とする請求項３６記載のインクジェットプリンタ
ヘッド用の圧電／電歪アクチュエータ。 - 【請求項３８】 前記振動伝達板は、 前記溝により囲まれた内側部分の形状が円形または楕円
形であることを特徴とする請求項３６記載のインクジェ
ットプリンタヘッド用の圧電／電歪アクチュエータ。 - 【請求項３９】 前記凹み部は、 前記振動伝達板の輪郭に沿って、少なくとも回転対称と
なる４箇所に形成されることを特徴とする請求項３４ま
たは３５記載のインクジェットプリンタヘッド用の圧電
／電歪アクチュエータ。 - 【請求項４０】 前記凹み部は、 前記接合面における前記振動伝達板の各辺に沿って形成
されることを特徴とする請求項３９記載のインクジェッ
トプリンタヘッド用の圧電／電歪アクチュエータ。 - 【請求項４１】 前記凹み部は、 前記接合面における前記振動伝達板の各隅を跨ぐように
形成されることを特徴とする請求項３９記載のインクジ
ェットプリンタヘッド用の圧電／電歪アクチュエータ。 - 【請求項４２】 前記振動伝達板は、 前記凹み部の一部もしくは複数がインク導入路であるこ
とを特徴とする請求項３４から４１のいずれか１項に記
載のインクジェットプリンタヘッド用の圧電／電歪アク
チュエータ。
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