JP2003008095A - 圧電アクチュエータおよび液滴噴射装置 - Google Patents
圧電アクチュエータおよび液滴噴射装置Info
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- B41J2002/14225—Finger type piezoelectric element on only one side of the chamber
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- Special Spraying Apparatus (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 駆動電圧が低電圧であっても圧電材料板に充
分な変形量を付与することができ、エネルギー効率の良
好な圧電アクチュエータおよび液滴噴射装置を提供す
る。 【解決手段】 液室５中央の電極３と隔壁６１上方の電
極２との間に電圧を印加する。このとき発生する電界Ｅ
の向きと、圧電材料板１の分極方向Ａとが一致している
ため、圧電材料板１は圧電縦効果、すなわちダイレクト
モードで面に沿う方向に伸びようとする。しかし、伸び
ようとする圧電材料板１の部分の両端は、隔壁６１，６
１に固定されているため、その圧電材料板１の部分は、
隔壁６１，６１間で、切欠き１Ａのない側に屈曲変形
（すなわち挫屈変形）し、液室５の容積を減少する。こ
れにより、ノズル８からインク１０が噴射される。
分な変形量を付与することができ、エネルギー効率の良
好な圧電アクチュエータおよび液滴噴射装置を提供す
る。 【解決手段】 液室５中央の電極３と隔壁６１上方の電
極２との間に電圧を印加する。このとき発生する電界Ｅ
の向きと、圧電材料板１の分極方向Ａとが一致している
ため、圧電材料板１は圧電縦効果、すなわちダイレクト
モードで面に沿う方向に伸びようとする。しかし、伸び
ようとする圧電材料板１の部分の両端は、隔壁６１，６
１に固定されているため、その圧電材料板１の部分は、
隔壁６１，６１間で、切欠き１Ａのない側に屈曲変形
（すなわち挫屈変形）し、液室５の容積を減少する。こ
れにより、ノズル８からインク１０が噴射される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧電アクチュエー
タおよびそれを用いた液滴噴射装置に関する。
タおよびそれを用いた液滴噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】インクジェットタイプのプリンタに用い
られるインクジェットヘッドとして、圧電アクチュエー
タを用いたものが知られている。このようなインクジェ
ットヘッドでは、インク液室を覆う壁部に圧電材料から
なる板状の部材（圧電材料板）を使用する。この圧電材
料板に駆動電圧を印加することにより上記壁部を変形さ
せ、インク液室内のインクに圧力波を誘起する。これに
より、インク液室に連続するノズルからインクを吐出す
るものである。
られるインクジェットヘッドとして、圧電アクチュエー
タを用いたものが知られている。このようなインクジェ
ットヘッドでは、インク液室を覆う壁部に圧電材料から
なる板状の部材（圧電材料板）を使用する。この圧電材
料板に駆動電圧を印加することにより上記壁部を変形さ
せ、インク液室内のインクに圧力波を誘起する。これに
より、インク液室に連続するノズルからインクを吐出す
るものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、インク液室の
壁部、すなわち圧電材料板にインクを吐出させるのに充
分な変形量を与えるためには、駆動電圧に高電圧が必要
であり、エネルギー効率が悪いという問題がある。
壁部、すなわち圧電材料板にインクを吐出させるのに充
分な変形量を与えるためには、駆動電圧に高電圧が必要
であり、エネルギー効率が悪いという問題がある。
【０００４】本発明は、駆動電圧が低電圧であっても圧
電材料板に充分な変形量を付与することができ、エネル
ギー効率の良好な圧電アクチュエータおよびそれを用い
た液滴噴射装置を提供することを目的とする。
電材料板に充分な変形量を付与することができ、エネル
ギー効率の良好な圧電アクチュエータおよびそれを用い
た液滴噴射装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の圧電アクチュエ
ータは、圧電材料からなる板状体と、その圧電材料を変
形させるための電界を発生する複数の電極とを備え、前
記板状体は、その面に沿う方向に間隔をおいた複数の箇
所で固定され、前記電極は、前記複数の固定箇所間で前
記板状体の面に沿う方向に圧電材料が伸びるようにその
板状体に電界を発生させる位置に配置され、前記板状体
には、前記複数の固定箇所の間に、その板状体の厚さ方
向の一方に偏った位置に切欠きが設けられており、前記
複数の電極に印加した電圧により前記圧電材料が伸びる
ことで、前記複数の固定箇所間で前記板状体が屈曲変形
することを特徴とする。
ータは、圧電材料からなる板状体と、その圧電材料を変
形させるための電界を発生する複数の電極とを備え、前
記板状体は、その面に沿う方向に間隔をおいた複数の箇
所で固定され、前記電極は、前記複数の固定箇所間で前
記板状体の面に沿う方向に圧電材料が伸びるようにその
板状体に電界を発生させる位置に配置され、前記板状体
には、前記複数の固定箇所の間に、その板状体の厚さ方
向の一方に偏った位置に切欠きが設けられており、前記
複数の電極に印加した電圧により前記圧電材料が伸びる
ことで、前記複数の固定箇所間で前記板状体が屈曲変形
することを特徴とする。
【０００６】上記圧電アクチュエータにおいて、切欠き
は好ましくは、前記複数の固定箇所の間のほぼ中央に設
けられ、前記圧電材料が、前記伸びにより、前記切欠き
のない側に屈曲変形する。切欠きは、さらに前記複数の
固定箇所に近接した位置において前記板状体の厚さ方向
の他方に偏った位置に設けられることで、前記屈曲変形
を容易にする。
は好ましくは、前記複数の固定箇所の間のほぼ中央に設
けられ、前記圧電材料が、前記伸びにより、前記切欠き
のない側に屈曲変形する。切欠きは、さらに前記複数の
固定箇所に近接した位置において前記板状体の厚さ方向
の他方に偏った位置に設けられることで、前記屈曲変形
を容易にする。
【０００７】前記複数の電極は好ましくは、前記板状体
の内部にその板状体の面に沿う方向に間隔をおいて設け
られる。この場合さらに、前記板状体が、その面方向に
伸びる圧電材料シートを板状体の厚さ方向に複数枚積層
して構成され、前記電極はその圧電材料シートの間に配
置されることが好ましい。
の内部にその板状体の面に沿う方向に間隔をおいて設け
られる。この場合さらに、前記板状体が、その面方向に
伸びる圧電材料シートを板状体の厚さ方向に複数枚積層
して構成され、前記電極はその圧電材料シートの間に配
置されることが好ましい。
【０００８】また、前記複数の電極は好ましくは、前記
複数の固定箇所に近接した位置とその固定箇所間のほぼ
中央の位置とに設けられることで、その中央の電極と、
固定箇所近傍の電極との間に前記電界を発生する。
複数の固定箇所に近接した位置とその固定箇所間のほぼ
中央の位置とに設けられることで、その中央の電極と、
固定箇所近傍の電極との間に前記電界を発生する。
【０００９】また、前記圧電材料は好ましくは、前記複
数の電極間において、前記板状体の面に沿う方向に分極
され、電極間に印加した電圧により圧電縦効果、いわゆ
るダイレクトモードで固定箇所間において伸長し、切欠
き位置で屈曲して変形する。
数の電極間において、前記板状体の面に沿う方向に分極
され、電極間に印加した電圧により圧電縦効果、いわゆ
るダイレクトモードで固定箇所間において伸長し、切欠
き位置で屈曲して変形する。
【００１０】前記少なくとも１つの電極は、発明の１つ
の実施の形態において前記切欠きの内面に設けられる。
の実施の形態において前記切欠きの内面に設けられる。
【００１１】また好ましくは、前記板状体は、その面に
沿う方向に複数の変形部分を有し、各変形部分ごとに対
応して前記電極を複数組備える。このとき、前記複数の
電極は、前記固定箇所に近接した位置と複数の固定箇所
間のほぼ中央の位置とに設けられ、前記固定箇所に近接
した電極は隣接する変形部分と共用されるものであっ
て、前記中央の電極と、固定箇所近傍の電極との間に前
記電界を発生することが好ましい。
沿う方向に複数の変形部分を有し、各変形部分ごとに対
応して前記電極を複数組備える。このとき、前記複数の
電極は、前記固定箇所に近接した位置と複数の固定箇所
間のほぼ中央の位置とに設けられ、前記固定箇所に近接
した電極は隣接する変形部分と共用されるものであっ
て、前記中央の電極と、固定箇所近傍の電極との間に前
記電界を発生することが好ましい。
【００１２】さらに、本発明は、圧電アクチュエータを
液滴噴射装置に用い、その圧電アクチュエータを、噴射
すべき液体を収容する液室の外周に近接した位置に前記
固定箇所を対応させて配置し、前記板状体の変形により
前記液室内の液体に噴射圧力を付与する。
液滴噴射装置に用い、その圧電アクチュエータを、噴射
すべき液体を収容する液室の外周に近接した位置に前記
固定箇所を対応させて配置し、前記板状体の変形により
前記液室内の液体に噴射圧力を付与する。
【００１３】その液滴噴射装置において、前記切欠き
は、前記液室のほぼ中央に対応して位置することが好ま
しい。さらにその切欠きは、前記液室のほぼ中央に対応
する位置で前記板状体の厚さ方向において前記液室と反
対側寄りに位置することで、板状体をその伸長により、
液室側に変形させて液体に噴射圧力を付与する。一方、
切欠きは、前記液室のほぼ中央に対応する位置で前記板
状体の厚さ方向において前記液室側寄りに位置すること
もでき、その場合、板状体をその伸長により、液室が拡
大する方向に変形させ、板状体が復帰したときに液体に
噴射圧力を付与する。
は、前記液室のほぼ中央に対応して位置することが好ま
しい。さらにその切欠きは、前記液室のほぼ中央に対応
する位置で前記板状体の厚さ方向において前記液室と反
対側寄りに位置することで、板状体をその伸長により、
液室側に変形させて液体に噴射圧力を付与する。一方、
切欠きは、前記液室のほぼ中央に対応する位置で前記板
状体の厚さ方向において前記液室側寄りに位置すること
もでき、その場合、板状体をその伸長により、液室が拡
大する方向に変形させ、板状体が復帰したときに液体に
噴射圧力を付与する。
【００１４】また、液滴噴射装置において、前記電極
は、前記板状体の内部にその板状体の面に沿う方向に間
隔をおいて設けられ、その電極間において、前記圧電材
料は、前記板状体の面に沿う方向に分極されていること
が好ましい。これにより、電極間に印加した電圧により
圧電縦効果、いわゆるダイレクトモードで固定箇所間に
おいて伸長し、切欠き位置で屈曲して液室内の液体に噴
射圧力を付与する。
は、前記板状体の内部にその板状体の面に沿う方向に間
隔をおいて設けられ、その電極間において、前記圧電材
料は、前記板状体の面に沿う方向に分極されていること
が好ましい。これにより、電極間に印加した電圧により
圧電縦効果、いわゆるダイレクトモードで固定箇所間に
おいて伸長し、切欠き位置で屈曲して液室内の液体に噴
射圧力を付与する。
【００１５】さらに、液滴噴射装置において、前記液室
は、隔壁を隔てて複数個平面状に配置され、前記板状体
は、その液室の配置方向に延在し、前記隔壁上に前記固
定箇所が位置し、各液室ごとに前記板状体の複数の変形
部分がそれぞれ対応することが好ましい。この場合、前
記電極は、前記隔壁上に対応した位置とその隔壁間のほ
ぼ中央に対応した位置とに設けられ、中央の電極と、固
定箇所近傍の電極との間に前記電界を発生することが好
ましい。さらに、前記隔壁と対応した電極は、隣接する
変形部分と共用されることが好ましい。
は、隔壁を隔てて複数個平面状に配置され、前記板状体
は、その液室の配置方向に延在し、前記隔壁上に前記固
定箇所が位置し、各液室ごとに前記板状体の複数の変形
部分がそれぞれ対応することが好ましい。この場合、前
記電極は、前記隔壁上に対応した位置とその隔壁間のほ
ぼ中央に対応した位置とに設けられ、中央の電極と、固
定箇所近傍の電極との間に前記電界を発生することが好
ましい。さらに、前記隔壁と対応した電極は、隣接する
変形部分と共用されることが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】−第１の実施の形態−
以下、図１〜図３を参照して、本発明の圧電アクチュエ
ータおよび液滴噴射装置をインクジェットヘッドに適用
した第１の実施の形態について説明する。
ータおよび液滴噴射装置をインクジェットヘッドに適用
した第１の実施の形態について説明する。
【００１７】第１の実施の形態のインクジェットヘッド
１００は、圧電アクチュエータ２１０と液室形成ユニッ
ト２２０とで構成され、液室形成ユニット２２０は、第
１の液室プレート６と、第２の液室プレート７と、ノズ
ル８を有するノズルプレート９とで構成されている。
１００は、圧電アクチュエータ２１０と液室形成ユニッ
ト２２０とで構成され、液室形成ユニット２２０は、第
１の液室プレート６と、第２の液室プレート７と、ノズ
ル８を有するノズルプレート９とで構成されている。
【００１８】インクを収容する液室５は、液室プレート
６に穿設した開口の上下を圧電アクチュエータ２１０と
第２の液室プレート７とで覆って作られ、その長手方向
を平行に並べて複数個平面状に配列され、隣接する液室
５とは隔壁６１で隔てられている。液室５の長さ方向の
一端は、第２の液室プレート７に穿設した連通孔５ａを
介してノズルプレート９のノズル８に連通し、他端は、
図２に示すように供給路５ｂを介してインク供給源に連
通している。液室５は、例えば幅（図１において左右方
向）０．３７５ｍｍ、長さ（図２において左右方向）
２．０００ｍｍの大きさで、図１において左右方向に
０．５０８ｍｍのピッチ（５０ＤＰＩ）で形成されてい
る。
６に穿設した開口の上下を圧電アクチュエータ２１０と
第２の液室プレート７とで覆って作られ、その長手方向
を平行に並べて複数個平面状に配列され、隣接する液室
５とは隔壁６１で隔てられている。液室５の長さ方向の
一端は、第２の液室プレート７に穿設した連通孔５ａを
介してノズルプレート９のノズル８に連通し、他端は、
図２に示すように供給路５ｂを介してインク供給源に連
通している。液室５は、例えば幅（図１において左右方
向）０．３７５ｍｍ、長さ（図２において左右方向）
２．０００ｍｍの大きさで、図１において左右方向に
０．５０８ｍｍのピッチ（５０ＤＰＩ）で形成されてい
る。
【００１９】圧電アクチュエータ２１０は、チタン酸ジ
ルコン酸鉛系（ＰＺＴ）のセラミックス材料からなる圧
電材料板１からなる。圧電材料板１は、複数枚（この例
では６枚）のシート状の圧電セラミックス層１ａを積層
して構成され、その圧電材料板１の厚さ方向のほぼ中央
位置には、第１および第２の電極２，３が圧電セラミッ
クス層１ａの間に挿入して配置されている。第１および
第２の電極２，３は、それぞれ圧電セラミックス層１ａ
の積層方向に複数枚設けられ、積層方向に対向する電極
は、図示しないが公知のスルーホール構造により相互に
接続されて圧電材料板１の上面に引き出され、あるいは
圧電材料板１の端部まで延長されて圧電材料板１の外側
面において相互に接続され、その上面または外側面に外
部電源との接続端子が設けられている。第１の電極２は
液室間の隔壁６１に、第２の電極３は各液室５の中央に
それぞれ対応する位置に、液室の長手方向に沿って長く
形成されている。第２の電極３は各液室５の中央に複数
個平行に配置されてもよい。
ルコン酸鉛系（ＰＺＴ）のセラミックス材料からなる圧
電材料板１からなる。圧電材料板１は、複数枚（この例
では６枚）のシート状の圧電セラミックス層１ａを積層
して構成され、その圧電材料板１の厚さ方向のほぼ中央
位置には、第１および第２の電極２，３が圧電セラミッ
クス層１ａの間に挿入して配置されている。第１および
第２の電極２，３は、それぞれ圧電セラミックス層１ａ
の積層方向に複数枚設けられ、積層方向に対向する電極
は、図示しないが公知のスルーホール構造により相互に
接続されて圧電材料板１の上面に引き出され、あるいは
圧電材料板１の端部まで延長されて圧電材料板１の外側
面において相互に接続され、その上面または外側面に外
部電源との接続端子が設けられている。第１の電極２は
液室間の隔壁６１に、第２の電極３は各液室５の中央に
それぞれ対応する位置に、液室の長手方向に沿って長く
形成されている。第２の電極３は各液室５の中央に複数
個平行に配置されてもよい。
【００２０】圧電アクチュエータ２１０の製造方法は、
セラミックス材料のグリーンシートを複数枚製作し、こ
のグリーンシートのうちいくつかのものに、第１および
第２の電極２，３を導電性ペースト材料を使用してスク
リーン印刷または導電材料の蒸着により形成する。この
第１および第２の電極２，３を有するグリーンシートを
積層し、さらにその上下に電極のないグリーンシートを
積層し、脱脂し、焼成して一体化する。そして、その積
層体を、１３０℃程度のシリコンオイルなどの絶縁オイ
ルが満たされた図示しないオイルバス中に浸し、第２の
電極３をグランドＧＮＤ（０Ｖ）に接続し、第１の電極
２に正の分極用電圧を印加して、第１および第２の電極
２，３の間には、圧電材料板の面に沿う方向に２．５ｋ
V/mm程度の電界を発生させる。図１に示すように、圧電
材料板１はこの電界方向にしたがった方向（矢印Ａ）に
分極される。圧電セラミックス層１ａの１層の厚みは
０．０１５ｍｍである。第１および第２の駆動電極２，
３はＡｇ−Ｐｄ系の金属材料からなり、厚みは約０．０
０２ｍｍである。上記のように製造された圧電アクチュ
エータ２１０は、流路ユニット２２０上に、接着等によ
り固定される。このとき、第２の電極２に対応する位置
の圧電アクチュエータ２１０の下面は、隔壁６１に強固
に固定される。
セラミックス材料のグリーンシートを複数枚製作し、こ
のグリーンシートのうちいくつかのものに、第１および
第２の電極２，３を導電性ペースト材料を使用してスク
リーン印刷または導電材料の蒸着により形成する。この
第１および第２の電極２，３を有するグリーンシートを
積層し、さらにその上下に電極のないグリーンシートを
積層し、脱脂し、焼成して一体化する。そして、その積
層体を、１３０℃程度のシリコンオイルなどの絶縁オイ
ルが満たされた図示しないオイルバス中に浸し、第２の
電極３をグランドＧＮＤ（０Ｖ）に接続し、第１の電極
２に正の分極用電圧を印加して、第１および第２の電極
２，３の間には、圧電材料板の面に沿う方向に２．５ｋ
V/mm程度の電界を発生させる。図１に示すように、圧電
材料板１はこの電界方向にしたがった方向（矢印Ａ）に
分極される。圧電セラミックス層１ａの１層の厚みは
０．０１５ｍｍである。第１および第２の駆動電極２，
３はＡｇ−Ｐｄ系の金属材料からなり、厚みは約０．０
０２ｍｍである。上記のように製造された圧電アクチュ
エータ２１０は、流路ユニット２２０上に、接着等によ
り固定される。このとき、第２の電極２に対応する位置
の圧電アクチュエータ２１０の下面は、隔壁６１に強固
に固定される。
【００２１】圧電材料板１において液室５の中央に対応
する位置には、圧電材料板１の厚さ方向において上面側
（液室５と反対側）寄りに切欠き１Ａが形成されてい
る。また、隔壁６１の液室５側の側面に沿う位置におい
て、圧電材料板１にはその厚さ方向において下面側（液
室５側）寄りに切欠き１Ｂが形成されている。これらの
切欠き１Ａ，１Ｂは、電極２，３と平行にかつ液室５の
長手方向に電極２，３よりも長く形成され、両切欠き１
Ａ，１Ｂの長さ（図３の左右方向の長さ）および長手方
向の位置（図３の左右方向の位置）は、相互に同一とさ
れる。液室５の中央に対応する切欠き１Ａは、複数個平
行に設けることもできる。
する位置には、圧電材料板１の厚さ方向において上面側
（液室５と反対側）寄りに切欠き１Ａが形成されてい
る。また、隔壁６１の液室５側の側面に沿う位置におい
て、圧電材料板１にはその厚さ方向において下面側（液
室５側）寄りに切欠き１Ｂが形成されている。これらの
切欠き１Ａ，１Ｂは、電極２，３と平行にかつ液室５の
長手方向に電極２，３よりも長く形成され、両切欠き１
Ａ，１Ｂの長さ（図３の左右方向の長さ）および長手方
向の位置（図３の左右方向の位置）は、相互に同一とさ
れる。液室５の中央に対応する切欠き１Ａは、複数個平
行に設けることもできる。
【００２２】切欠き１Ａ，１Ｂは、圧電材料板１を構成
するグリーンシートに形成したスリットを重ねて形成す
ることができるが、積層して製作された後の圧電材料板
１に切削加工して形成することもできる。また、切欠き
１Ａ，１Ｂは、圧電材料板１の表面に開放した形状のも
のだけでなく、上記のようにグリーンシートに形成した
スリットを重ねて形成する際に表面に位置する１つのグ
リーンシートで切欠きを覆うようにしても差し支えな
い。この場合も切欠き１Ａ，１Ｂは、圧電材料板１の厚
さ方向において一方に偏って位置することが必要であ
る。
するグリーンシートに形成したスリットを重ねて形成す
ることができるが、積層して製作された後の圧電材料板
１に切削加工して形成することもできる。また、切欠き
１Ａ，１Ｂは、圧電材料板１の表面に開放した形状のも
のだけでなく、上記のようにグリーンシートに形成した
スリットを重ねて形成する際に表面に位置する１つのグ
リーンシートで切欠きを覆うようにしても差し支えな
い。この場合も切欠き１Ａ，１Ｂは、圧電材料板１の厚
さ方向において一方に偏って位置することが必要であ
る。
【００２３】次に、上記インクジェットヘッド１００に
おける液滴を噴射する動作について説明する。最初に第
１の電極２および第２の電極３はいずれもグランドＧＮ
Ｄ（０Ｖ）に接続されている。第１の電極２をグランド
に接続したまま、噴射動作を行おうとする液室５の第２
の電極３に正電圧（例えば２０Ｖ）を印加する。このと
き、第１の電極２および第２の電極３の間に発生する電
界Ｅの向きと、圧電材料板１の分極方向Ａとが一致して
いるため、液室５に対応する圧電材料板１の部分は圧電
縦効果、すなわちダイレクトモードで圧電材料板１の面
に沿う方向に伸びようとする。しかし、伸びようとする
圧電材料板１の部分の両端は、液室５の両側の隔壁６
１，６１に固定されているため、その圧電材料板１の部
分は、図３に示すように、隔壁６１，６１間で、切欠き
１Ａのない側に屈曲変形（すなわち挫屈変形）する。し
たがって、液室５に対応する圧電材料板１の部分が図３
において下方に移動することにより、液室５の容積が減
少する。これにより、液室５内のインクに圧力が加えら
れ、ノズル８から所定量のインク１０が噴射される。
おける液滴を噴射する動作について説明する。最初に第
１の電極２および第２の電極３はいずれもグランドＧＮ
Ｄ（０Ｖ）に接続されている。第１の電極２をグランド
に接続したまま、噴射動作を行おうとする液室５の第２
の電極３に正電圧（例えば２０Ｖ）を印加する。このと
き、第１の電極２および第２の電極３の間に発生する電
界Ｅの向きと、圧電材料板１の分極方向Ａとが一致して
いるため、液室５に対応する圧電材料板１の部分は圧電
縦効果、すなわちダイレクトモードで圧電材料板１の面
に沿う方向に伸びようとする。しかし、伸びようとする
圧電材料板１の部分の両端は、液室５の両側の隔壁６
１，６１に固定されているため、その圧電材料板１の部
分は、図３に示すように、隔壁６１，６１間で、切欠き
１Ａのない側に屈曲変形（すなわち挫屈変形）する。し
たがって、液室５に対応する圧電材料板１の部分が図３
において下方に移動することにより、液室５の容積が減
少する。これにより、液室５内のインクに圧力が加えら
れ、ノズル８から所定量のインク１０が噴射される。
【００２４】第２の電極３に印加していた電圧を解除す
ると、圧電材料板１は図１の平坦な状態に弾性復帰す
る。このときの液室５の容積の拡大にともない、インク
供給源からインクが供給路５ｂをとおって液室５に補給
される。
ると、圧電材料板１は図１の平坦な状態に弾性復帰す
る。このときの液室５の容積の拡大にともない、インク
供給源からインクが供給路５ｂをとおって液室５に補給
される。
【００２５】圧電材料板１が上記のように屈曲変形ある
いは復帰するとき、液室５側の切欠き１Ｂは、圧電材料
板１の変形を容易にするが、必ずしも設ける必要はな
く、省略してもよい。
いは復帰するとき、液室５側の切欠き１Ｂは、圧電材料
板１の変形を容易にするが、必ずしも設ける必要はな
く、省略してもよい。
【００２６】以上のように、第１の実施の形態のインク
ジェットヘッド１００では、圧電材料板１の伸長方向が
圧電材料板１の面に沿う方向であって、その伸長方向の
両端が隔壁６１に固定されているため、圧電材料板１の
厚さ方向において偏って形成された切欠き１Ａにより、
圧電材料板１は、切欠き１Ａのない側に屈曲（挫屈）変
形して、液室５の容積を変化させる。
ジェットヘッド１００では、圧電材料板１の伸長方向が
圧電材料板１の面に沿う方向であって、その伸長方向の
両端が隔壁６１に固定されているため、圧電材料板１の
厚さ方向において偏って形成された切欠き１Ａにより、
圧電材料板１は、切欠き１Ａのない側に屈曲（挫屈）変
形して、液室５の容積を変化させる。
【００２７】そして、この圧電材料板１の液室５側への
変位量は、圧電材料板１の分極方向への変形量と比較し
てより大きなものとなる。したがって、液室５に一定の
容積変化を与えるために必要な圧電材料板１の分極方向
への変形量を減らすことができ、必要な駆動電圧を低下
させることができる。その結果、駆動電圧の低下によ
り、装置のコストダウンを図ることができるとともに、
インクの吐出に必要なエネルギーを低下させてエネルギ
ー効率を向上させることができる。
変位量は、圧電材料板１の分極方向への変形量と比較し
てより大きなものとなる。したがって、液室５に一定の
容積変化を与えるために必要な圧電材料板１の分極方向
への変形量を減らすことができ、必要な駆動電圧を低下
させることができる。その結果、駆動電圧の低下によ
り、装置のコストダウンを図ることができるとともに、
インクの吐出に必要なエネルギーを低下させてエネルギ
ー効率を向上させることができる。
【００２８】隔壁６１の上方の電極２は、隣の液室５の
正電極３と対をなす電極として使用される。一方の液室
で噴射動作をするとき、他方の液室に対して影響を与え
ないために、２つの液室で共用する電極２は、グランド
ＧＮＤ側に接続されることが好ましい。隔壁６１の上方
の電極２を、隣接する液室５に対応して２つに分けて形
成すれば、電極２に正電圧を印加し、中央の電極３をグ
ランドＧＮＤ側に接続することもできる。
正電極３と対をなす電極として使用される。一方の液室
で噴射動作をするとき、他方の液室に対して影響を与え
ないために、２つの液室で共用する電極２は、グランド
ＧＮＤ側に接続されることが好ましい。隔壁６１の上方
の電極２を、隣接する液室５に対応して２つに分けて形
成すれば、電極２に正電圧を印加し、中央の電極３をグ
ランドＧＮＤ側に接続することもできる。
【００２９】−第２の実施の形態−
以下、図４を参照して、本発明の第２の実施の形態につ
いて説明する。第２の実施の形態のインクジェットヘッ
ド２００は、圧電アクチュエータ２１２において、第１
の実施の形態とは切欠き２１Ａ，２１Ｂを形成した位置
を異にするだけで、他の構成は同じであるので、第１の
実施の形態と同じ符号を付して説明を省略する。
いて説明する。第２の実施の形態のインクジェットヘッ
ド２００は、圧電アクチュエータ２１２において、第１
の実施の形態とは切欠き２１Ａ，２１Ｂを形成した位置
を異にするだけで、他の構成は同じであるので、第１の
実施の形態と同じ符号を付して説明を省略する。
【００３０】すなわち、圧電アクチュエータ２１２にお
いて、液室５の中央に対応する切欠き２１Ａは、圧電材
料板２１の厚さ方向において液室５側に形成され、他方
の切欠き２１Ｂは、隔壁６１に対応する位置で、圧電材
料板２１の厚さ方向において液室５とは反対側に形成さ
れている。第１の電極２２が隔壁６１に対応する位置
に、第２の電極２３が液室５の中央に対応する位置にそ
れぞれ設けられ、第２の電極２３から第１の電極２２に
向かう方向に分極されることは第１の実施の形態と同様
である。
いて、液室５の中央に対応する切欠き２１Ａは、圧電材
料板２１の厚さ方向において液室５側に形成され、他方
の切欠き２１Ｂは、隔壁６１に対応する位置で、圧電材
料板２１の厚さ方向において液室５とは反対側に形成さ
れている。第１の電極２２が隔壁６１に対応する位置
に、第２の電極２３が液室５の中央に対応する位置にそ
れぞれ設けられ、第２の電極２３から第１の電極２２に
向かう方向に分極されることは第１の実施の形態と同様
である。
【００３１】第１の実施の形態と同様に、第１の電極２
２をグランドＧＮＤに接続し、第２の電極２３に正電圧
を印加すると、第１の電極２２および第２の電極２３の
間に発生する電界Ｅの向きと、圧電材料板２１の分極方
向Ａとが一致しているため、液室５に対応する圧電材料
板２１の部分は圧電縦効果、すなわちダイレクトモード
で分極方向に伸びようとする。しかし、伸びようとする
圧電材料板２１の部分の両端は、液室５の両側の隔壁６
１，６１に固定されているため、その圧電材料板２１の
部分は、図４に示すように、隔壁６１，６１間で、切欠
き２１Ａのない側に屈曲変形（すなわち挫屈変形）す
る。第２の実施の形態の場合、液室５側に切欠き２１Ａ
があるので、圧電材料板２１は液室５の容積を拡大する
方向に変形する。これにより、インク供給源からインク
が供給路５ｂをとおって液室５に補給される。
２をグランドＧＮＤに接続し、第２の電極２３に正電圧
を印加すると、第１の電極２２および第２の電極２３の
間に発生する電界Ｅの向きと、圧電材料板２１の分極方
向Ａとが一致しているため、液室５に対応する圧電材料
板２１の部分は圧電縦効果、すなわちダイレクトモード
で分極方向に伸びようとする。しかし、伸びようとする
圧電材料板２１の部分の両端は、液室５の両側の隔壁６
１，６１に固定されているため、その圧電材料板２１の
部分は、図４に示すように、隔壁６１，６１間で、切欠
き２１Ａのない側に屈曲変形（すなわち挫屈変形）す
る。第２の実施の形態の場合、液室５側に切欠き２１Ａ
があるので、圧電材料板２１は液室５の容積を拡大する
方向に変形する。これにより、インク供給源からインク
が供給路５ｂをとおって液室５に補給される。
【００３２】圧電材料板２１が液室５の容積を拡大する
方向に変形した状態を、このとき生じた圧力波の液室５
内での片道伝播時間Ｔだけ維持する。上記片道伝播時間
Ｔは液室５内の圧力波が、液室５の長手方向に伝播する
のに必要な時間であり、液室５の長さＬとこの液室５内
部のインク中での音速ａによりＴ＝Ｌ／ａと決まる。圧
力波の伝播理論によると、上記の電圧の印加からほぼＴ
時間がたつと液室５内の圧力が逆転し、正の圧力に転じ
るが、このタイミングに合わせてに第２の電極２３の電
位をグランドＧＮＤに戻すと、圧電材料板２１の形状が
図１と同様の変形前の状態に戻り、液室５内のインクに
圧力が加えられる。そのとき、前記正に転じた圧力と、
圧電材料板２１が変形前の状態に戻ることにより発生し
た圧力とが加え合わされ、比較的高い圧力が液室５に連
通するノズル８付近の部分に生じて、液室５内のインク
がノズル８からインク滴１０として噴射される。
方向に変形した状態を、このとき生じた圧力波の液室５
内での片道伝播時間Ｔだけ維持する。上記片道伝播時間
Ｔは液室５内の圧力波が、液室５の長手方向に伝播する
のに必要な時間であり、液室５の長さＬとこの液室５内
部のインク中での音速ａによりＴ＝Ｌ／ａと決まる。圧
力波の伝播理論によると、上記の電圧の印加からほぼＴ
時間がたつと液室５内の圧力が逆転し、正の圧力に転じ
るが、このタイミングに合わせてに第２の電極２３の電
位をグランドＧＮＤに戻すと、圧電材料板２１の形状が
図１と同様の変形前の状態に戻り、液室５内のインクに
圧力が加えられる。そのとき、前記正に転じた圧力と、
圧電材料板２１が変形前の状態に戻ることにより発生し
た圧力とが加え合わされ、比較的高い圧力が液室５に連
通するノズル８付近の部分に生じて、液室５内のインク
がノズル８からインク滴１０として噴射される。
【００３３】第２の実施の形態のインクジェットヘッド
２００は第１の実施の形態のものと同様の工程を用いて
製造することができる。また、圧電材料板２１の液室５
に対する変位量が、圧電材料板２１の分極方向への変形
量と比較してより大きなものとなって、エネルギー効率
を向上させることができることは、第１の実施の形態の
ものと同様である。
２００は第１の実施の形態のものと同様の工程を用いて
製造することができる。また、圧電材料板２１の液室５
に対する変位量が、圧電材料板２１の分極方向への変形
量と比較してより大きなものとなって、エネルギー効率
を向上させることができることは、第１の実施の形態の
ものと同様である。
【００３４】−第３の実施形態−
以下、図５を参照して、本発明の第３の実施の形態につ
いて説明する。第２の実施の形態のインクジェットヘッ
ド２００は、圧電アクチュエータ２１３において、第１
の実施の形態とは切欠き３１Ａ，３１Ｂの形状、切欠き
３１Ｂを形成した位置を異にするだけで、他の構成は同
じであるので、第１の実施の形態と同じ符号を付して説
明を省略する。
いて説明する。第２の実施の形態のインクジェットヘッ
ド２００は、圧電アクチュエータ２１３において、第１
の実施の形態とは切欠き３１Ａ，３１Ｂの形状、切欠き
３１Ｂを形成した位置を異にするだけで、他の構成は同
じであるので、第１の実施の形態と同じ符号を付して説
明を省略する。
【００３５】すなわち、圧電アクチュエータ２１３にお
いて、切欠き３１Ａ、３１Ｂは、それぞれ圧電材料板３
１の表面に向かって徐々に拡大するように形成される。
これは、圧電材料板３１を構成する各グリーンシートに
徐々に拡大するスリットを形成しておき、そのグリーン
シートを積層することで製作することができる。
いて、切欠き３１Ａ、３１Ｂは、それぞれ圧電材料板３
１の表面に向かって徐々に拡大するように形成される。
これは、圧電材料板３１を構成する各グリーンシートに
徐々に拡大するスリットを形成しておき、そのグリーン
シートを積層することで製作することができる。
【００３６】液室５の両側に位置する切欠き３１Ｂは、
隔壁６１に対応する位置で、圧電材料板３１の厚さ方向
において液室５側に形成されている。つまり、圧電材料
板３１は、切欠き３１Ｂの周囲において隔壁６１に固定
されている。
隔壁６１に対応する位置で、圧電材料板３１の厚さ方向
において液室５側に形成されている。つまり、圧電材料
板３１は、切欠き３１Ｂの周囲において隔壁６１に固定
されている。
【００３７】液室５の中央に対応する切欠き３１Ａは、
圧電材料板３１の厚さ方向において液室５と反対側に形
成されているが、第２の実施の形態と同様に、液室５側
に形成してもよく、その場合、他方の切欠き３１Ｂは液
室５と反対側に形成される。
圧電材料板３１の厚さ方向において液室５と反対側に形
成されているが、第２の実施の形態と同様に、液室５側
に形成してもよく、その場合、他方の切欠き３１Ｂは液
室５と反対側に形成される。
【００３８】圧電アクチュエータ３１２の動作、液滴の
噴射動作は、第１の実施の形態の場合と同様である。
噴射動作は、第１の実施の形態の場合と同様である。
【００３９】−第４の実施の形態−
以下、図６を参照して、本発明の第４の実施形態につい
て説明する。第４の実施の形態のインクジェットヘッド
４００において、圧電アクチュエータ２１４は、前記各
実施の形態の圧電材料板の厚さ相当分の圧電材料を一体
的に焼結して形成された圧電材料板４１からなり、その
圧電材料板４１に、最１の実施形態と同様の位置にが形
成され、各切欠き４１Ａ，４１Ｂの内表面にそれぞれ電
極４２，４３が形成されている。
て説明する。第４の実施の形態のインクジェットヘッド
４００において、圧電アクチュエータ２１４は、前記各
実施の形態の圧電材料板の厚さ相当分の圧電材料を一体
的に焼結して形成された圧電材料板４１からなり、その
圧電材料板４１に、最１の実施形態と同様の位置にが形
成され、各切欠き４１Ａ，４１Ｂの内表面にそれぞれ電
極４２，４３が形成されている。
【００４０】この圧電材料板４１の分極方法は、第１の
実施の形態と同様に、液室中央の第２の電極４３に分極
用の正電圧を印加し、隔壁寄りの第１の電極４２をグラ
ンドＧＮＤに接続することで行う。分極方向Ａは圧電材
料板４１の面に沿う方向となる。液滴の噴射動作も、液
室中央の第２の電極４３に正電圧を印加し、隔壁寄りの
第１の電極４２をグランドＧＮＤに接続することで、第
１の実施の形態と同様に、圧電材料板４１を液室５の容
積を減少する方向に屈曲変形させて行う。
実施の形態と同様に、液室中央の第２の電極４３に分極
用の正電圧を印加し、隔壁寄りの第１の電極４２をグラ
ンドＧＮＤに接続することで行う。分極方向Ａは圧電材
料板４１の面に沿う方向となる。液滴の噴射動作も、液
室中央の第２の電極４３に正電圧を印加し、隔壁寄りの
第１の電極４２をグランドＧＮＤに接続することで、第
１の実施の形態と同様に、圧電材料板４１を液室５の容
積を減少する方向に屈曲変形させて行う。
【００４１】切欠き４１Ａ，４１Ｂは、第２の実施の形
態と同様に、液室中央の第２の電極４３を液室側に、隔
壁寄りの第１の電極４２を液室とは反対側にそれぞれ設
けてもよい。
態と同様に、液室中央の第２の電極４３を液室側に、隔
壁寄りの第１の電極４２を液室とは反対側にそれぞれ設
けてもよい。
【００４２】第４の実施の形態の流路ユニット２２０
は、第１の実施の形態のもの同じである。
は、第１の実施の形態のもの同じである。
【００４３】−第５の実施の形態−
以下、図７を参照して、本発明の第５の実施形態につい
て説明する。第５の実施の形態のインクジェットヘッド
５００おいて、圧電アクチュエータ２１５は、第３の実
施の形態のように切欠きが外側に向け順次大きくなって
いないが、第１および第２の電極５２，５３の位置、切
欠き５１Ａ，５１Ｂの位置および圧電材料板５１の隔壁
６１への固定位置などは第３の実施の形態と同様であ
る。さらに切欠き５１Ａ，５１Ｂには、圧電材料板５１
よりも小さな弾性係数を有した充填物５４が充填されて
いる。圧電アクチュエータ２１５の動作および液滴の噴
射動作は、第１の実施の形態と同様である。
て説明する。第５の実施の形態のインクジェットヘッド
５００おいて、圧電アクチュエータ２１５は、第３の実
施の形態のように切欠きが外側に向け順次大きくなって
いないが、第１および第２の電極５２，５３の位置、切
欠き５１Ａ，５１Ｂの位置および圧電材料板５１の隔壁
６１への固定位置などは第３の実施の形態と同様であ
る。さらに切欠き５１Ａ，５１Ｂには、圧電材料板５１
よりも小さな弾性係数を有した充填物５４が充填されて
いる。圧電アクチュエータ２１５の動作および液滴の噴
射動作は、第１の実施の形態と同様である。
【００４４】−インクジェットプリンタ−
以下、図８を参照して、上記インクジェットヘッドを搭
載したインクジェットプリンタについて説明する。図８
に示すプラテン１１０は、被記録媒体である用紙を搬送
する用紙搬送手段として働き、軸１１２によりフレーム
１１３に回転可能に取り付けられており、モータ１１４
によって駆動される。プラテン１１０には用紙１１１が
セットされており、プラテン１１０に対向してインクジ
ェットヘッドが設けられている。インクジェットヘッド
１００等は、インク供給装置１１６とともにキャリッジ
１１８上に載置されている。キャリッジ１１８はプラテ
ン１１０の軸線に平行に配設された２本のガイドロッド
１２０に摺動可能に支持されるとともに、一対のプーリ
１２２に巻き掛けられたタイミングベルト１２４が結合
させられている。そして、一方のプーリ１２２がモータ
１２３によって回転させられることによりキャリッジ１
１８がプラテン１１０に沿って移動させられる。
載したインクジェットプリンタについて説明する。図８
に示すプラテン１１０は、被記録媒体である用紙を搬送
する用紙搬送手段として働き、軸１１２によりフレーム
１１３に回転可能に取り付けられており、モータ１１４
によって駆動される。プラテン１１０には用紙１１１が
セットされており、プラテン１１０に対向してインクジ
ェットヘッドが設けられている。インクジェットヘッド
１００等は、インク供給装置１１６とともにキャリッジ
１１８上に載置されている。キャリッジ１１８はプラテ
ン１１０の軸線に平行に配設された２本のガイドロッド
１２０に摺動可能に支持されるとともに、一対のプーリ
１２２に巻き掛けられたタイミングベルト１２４が結合
させられている。そして、一方のプーリ１２２がモータ
１２３によって回転させられることによりキャリッジ１
１８がプラテン１１０に沿って移動させられる。
【００４５】なお、本発明の液滴噴射装置は、インクジ
ェットプリンタへの適用に限定されず、各種印字装置や
各種塗布装置に対しても適用できる。
ェットプリンタへの適用に限定されず、各種印字装置や
各種塗布装置に対しても適用できる。
【００４６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
圧電材料の板状体が間隔をおいた箇所で固定され、かつ
板状体の厚さ方向において偏った位置に切欠きが設けら
れており、板状体が面に沿う方向に伸びるように電圧が
印加されるため、板状体がその伸びによって切欠きのな
い側に屈曲変形され、板状体の伸び量に対して大きな変
位量が得られる。したがって、圧電材料の駆動電圧を低
下させ、エネルギー効率の良好な圧電アクチュエータお
よび液滴噴射装置を得ることができる。
圧電材料の板状体が間隔をおいた箇所で固定され、かつ
板状体の厚さ方向において偏った位置に切欠きが設けら
れており、板状体が面に沿う方向に伸びるように電圧が
印加されるため、板状体がその伸びによって切欠きのな
い側に屈曲変形され、板状体の伸び量に対して大きな変
位量が得られる。したがって、圧電材料の駆動電圧を低
下させ、エネルギー効率の良好な圧電アクチュエータお
よび液滴噴射装置を得ることができる。
【図１】第１の実施形態のインクジェットヘッドを示す
断面図。
断面図。
【図２】図１のＸ−Ｘ線断面図。
【図３】駆動電圧を印加した状態を示す断面図。
【図４】第２の実施形態のインクジェットヘッドを示す
断面図。
断面図。
【図５】第３の実施形態のインクジェットヘッドを示す
断面図。
断面図。
【図６】第４の実施形態のインクジェットヘッドを示す
断面図。
断面図。
【図７】第５の実施形態のインクジェットヘッドを示す
断面図。
断面図。
【図８】インクジェットプリンタの要部を示す斜視図。
１ 圧電材料板
１Ａ，１Ｂ 切欠き
２ 第１の電極
３ 第２の電極
５ 液室
６１ 隔壁
Claims (18)
- 【請求項１】 圧電材料からなる板状体と、その圧電材
料を変形させるための電界を発生する複数の電極とを備
え、 前記板状体は、その面に沿う方向に間隔をおいた複数の
箇所で固定され、 前記電極は、前記複数の固定箇所間で前記板状体の面に
沿う方向に圧電材料が伸びるようにその板状体に電界を
発生させる位置に配置され、 前記板状体には、前記複数の固定箇所の間に、その板状
体の厚さ方向の一方に偏った位置に切欠きが設けられて
おり、前記複数の電極に印加した電圧により前記圧電材
料が伸びることで、前記複数の固定箇所間で前記板状体
が屈曲変形することを特徴とする圧電アクチュエータ。 - 【請求項２】 請求項１において、前記切欠きは、前記
複数の固定箇所の間のほぼ中央に設けられ、前記圧電材
料は、前記伸びにより、前記切欠きのない側に屈曲変形
することを特徴とする圧電アクチュエータ。 - 【請求項３】 請求項２において、前記切欠きは、さら
に前記複数の固定箇所に近接した位置において前記板状
体の厚さ方向の他方に偏った位置に設けられていること
を特徴とする圧電アクチュエータ。 - 【請求項４】 請求項１において、前記複数の電極は、
前記板状体の内部にその板状体の面に沿う方向に間隔を
おいて設けられていることを特徴とする圧電アクチュエ
ータ。 - 【請求項５】 請求項４において、前記板状体は、その
面方向に伸びる圧電材料シートを板状体の厚さ方向に複
数枚積層して構成され、前記電極はその圧電材料シート
の間に配置されていることを特徴とする圧電アクチュエ
ータ。 - 【請求項６】 請求項４において、前記複数の電極は、
前記複数の固定箇所に近接した位置とその固定箇所間の
ほぼ中央の位置とに設けられ、その中央の電極と、固定
箇所近傍の電極との間に前記電界を発生することを特徴
とする圧電アクチュエータ。 - 【請求項７】 請求項４において、前記圧電材料は、前
記複数の電極間において、前記板状体の面に沿う方向に
分極されていることを特徴とする圧電アクチュエータ。 - 【請求項８】 請求項１において、前記少なくとも１つ
の電極は、前記切欠きの内面に設けられていることを特
徴とする圧電アクチュエータ。 - 【請求項９】 請求項１において、前記板状体は、その
面に沿う方向に複数の変形部分を有し、各変形部分ごと
に対応して前記電極を複数組備えることを特徴とする圧
電アクチュエータ。 - 【請求項１０】 請求項９において、前記複数の電極
は、前記固定箇所に近接した位置と複数の固定箇所間の
ほぼ中央の位置とに設けられ、前記固定箇所に近接した
電極は隣接する変形部分と共用されるものであって、前
記中央の電極と、固定箇所近傍の電極との間に前記電界
を発生することを特徴とする圧電アクチュエータ。 - 【請求項１１】 請求項１の圧電アクチュエータが、噴
射すべき液体を収容する液室の外周に近接した位置に前
記固定箇所を対応させて配置され、前記板状体の変形に
より前記液室内の液体に噴射圧力を付与することを特徴
とする液滴噴射装置。 - 【請求項１２】 請求項１１において、前記切欠きは、
前記液室のほぼ中央に対応して位置することを特徴とす
る液滴噴射装置。 - 【請求項１３】 請求項１２において、前記切欠きは、
前記液室のほぼ中央に対応する位置で前記板状体の厚さ
方向において前記液室と反対側寄りに位置することを特
徴とする液滴噴射装置。 - 【請求項１４】 請求項１２において、前記切欠きは、
前記液室のほぼ中央に対応する位置で前記板状体の厚さ
方向において前記液室側寄りに位置することを特徴とす
る液滴噴射装置。 - 【請求項１５】 請求項１１において、前記電極は、前
記板状体の内部にその板状体の面に沿う方向に間隔をお
いて設けられ、その電極(s)間において、前記圧電材料
は、前記板状体の面に沿う方向に分極されていることを
特徴とする液滴噴射装置。 - 【請求項１６】 請求項１１において、前記液室は、隔
壁を隔てて複数個平面状に配置され、前記板状体は、そ
の液室の配置方向に延在し、前記隔壁上に前記固定箇所
が位置し、各液室ごとに前記板状体の複数の変形部分が
それぞれ対応することを特徴とする液滴噴射装置。 - 【請求項１７】 請求項１６において、前記電極は、前
記隔壁上に対応した位置とその隔壁間のほぼ中央に対応
した位置とに設けられ、中央の電極と、固定箇所近傍の
電極との間に前記電界を発生することを特徴とする液滴
噴射装置。 - 【請求項１８】 請求項１７において、前記隔壁と対応
した電極は、隣接する変形部分と共用されるものである
ことを特徴とする液滴噴射装置。
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