JP2003165214A - インクジェット記録ヘッド - Google Patents
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- B41J2202/01—Embodiments of or processes related to ink-jet heads
- B41J2202/20—Modules
Abstract
(57)【要約】
【課題】 インクジェット記録ヘッドにおいて、所要の
インク吐出量を与えるのに必要な圧力室の大きさ、およ
び、駆動電極−共通電極間の電位差を低減して、集積度
・画質の向上およびドライバの小型化を図る。 【解決手段】 インク吐出のための圧力室１０を相互に
隣接させながら複数配置し、圧力発生部を有するアクチ
ュエータユニット２１を複数の前記圧力室１０に跨って
配置する。前記アクチュエータユニット２１は、（ａ）
複数の前記圧力室１０に跨って複数枚積層された平板状
のピエゾ層４１〜４５と、（ｂ）ピエゾ層の一の層の一
側の面に配置された平板状の共通電極３４ａと、（ｃ）
他側の面に前記圧力室１０の各々に対応して配置される
平板状の駆動電極３５ａと、を少なくとも含む。更に、
前記圧力室１０の短手方向の幅をＬ，該幅Ｌと同方向の
駆動電極の幅をδとしたときに、０．１mm≦Ｌ，かつ、
０．２９≦（δ／Ｌ）≦１の条件を満たすように構成す
る。
インク吐出量を与えるのに必要な圧力室の大きさ、およ
び、駆動電極−共通電極間の電位差を低減して、集積度
・画質の向上およびドライバの小型化を図る。 【解決手段】 インク吐出のための圧力室１０を相互に
隣接させながら複数配置し、圧力発生部を有するアクチ
ュエータユニット２１を複数の前記圧力室１０に跨って
配置する。前記アクチュエータユニット２１は、（ａ）
複数の前記圧力室１０に跨って複数枚積層された平板状
のピエゾ層４１〜４５と、（ｂ）ピエゾ層の一の層の一
側の面に配置された平板状の共通電極３４ａと、（ｃ）
他側の面に前記圧力室１０の各々に対応して配置される
平板状の駆動電極３５ａと、を少なくとも含む。更に、
前記圧力室１０の短手方向の幅をＬ，該幅Ｌと同方向の
駆動電極の幅をδとしたときに、０．１mm≦Ｌ，かつ、
０．２９≦（δ／Ｌ）≦１の条件を満たすように構成す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、紙などの記録媒体
に対しインクを吐出して記録を行うインクジェット記録
ヘッドの構成に関する。
に対しインクを吐出して記録を行うインクジェット記録
ヘッドの構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】特開平３−１１４６５４号公報に記載さ
れているように、吐出ノズルを有する複数の圧力室を相
互に隣接配置し、その各圧力室に対応した電極を有する
積層型の圧電アクチュエータを複数の圧力室に跨って配
置したインクジェット記録ヘッドが知られている。
れているように、吐出ノズルを有する複数の圧力室を相
互に隣接配置し、その各圧力室に対応した電極を有する
積層型の圧電アクチュエータを複数の圧力室に跨って配
置したインクジェット記録ヘッドが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このインクジェット記
録ヘッドにおいては、高密度化・高集積化に有利なよう
に、前記圧力室を小さくできることが望まれている。ま
た、共通電極と駆動電極との間に与える必要のある電位
差を小さくできれば、アクチュエータを駆動するドライ
バを小型化でき、コスト低減に繋がることから望まし
い。しかしながら、前記圧力室を小さくすると、あるい
は前記電位差を小さくすると、圧力室の容積の変位を十
分とることができず、インクの吐出量不足に繋がってし
まう。
録ヘッドにおいては、高密度化・高集積化に有利なよう
に、前記圧力室を小さくできることが望まれている。ま
た、共通電極と駆動電極との間に与える必要のある電位
差を小さくできれば、アクチュエータを駆動するドライ
バを小型化でき、コスト低減に繋がることから望まし
い。しかしながら、前記圧力室を小さくすると、あるい
は前記電位差を小さくすると、圧力室の容積の変位を十
分とることができず、インクの吐出量不足に繋がってし
まう。
【０００４】本発明は以上の点に鑑みてされたものであ
り、その目的は、インクジェット記録ヘッドにおいて、
共通電極と駆動電極との間に与える電位差が小さくても
圧力室の変位容積を大とすることができる、駆動電極の
構造を提供することにある。
り、その目的は、インクジェット記録ヘッドにおいて、
共通電極と駆動電極との間に与える電位差が小さくても
圧力室の変位容積を大とすることができる、駆動電極の
構造を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の解決しようとす
る課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するた
めの手段を説明する。
る課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するた
めの手段を説明する。
【０００６】即ち、請求項１においては、一端を吐出ノ
ズルに、他端をインク供給源にそれぞれ接続した圧力室
を相互に隣接させながら複数配置し、該圧力室のそれぞ
れに対応した圧力発生部を有するアクチュエータユニッ
トを複数の前記圧力室に跨って配置した構成のインクジ
ェット記録ヘッドにおいて、前記アクチュエータユニッ
トは、（ａ）複数の前記圧力室に跨って配置され積層さ
れた平板状のピエゾ層と、（ｂ）該ピエゾ層のうち一の
層の一側の面に配置された平板状の共通電極と、（ｃ）
当該一の層の他側の面に前記圧力室のそれぞれに対応し
て配置される、平板状の駆動電極と、を少なくとも含
み、更に、前記圧力室の短手方向の幅をＬ，該幅Ｌと同
方向の駆動電極の幅をδとしたときに、０．１mm≦Ｌ，
かつ、０．２９≦（δ／Ｌ）≦１の条件を満たすもので
ある。
ズルに、他端をインク供給源にそれぞれ接続した圧力室
を相互に隣接させながら複数配置し、該圧力室のそれぞ
れに対応した圧力発生部を有するアクチュエータユニッ
トを複数の前記圧力室に跨って配置した構成のインクジ
ェット記録ヘッドにおいて、前記アクチュエータユニッ
トは、（ａ）複数の前記圧力室に跨って配置され積層さ
れた平板状のピエゾ層と、（ｂ）該ピエゾ層のうち一の
層の一側の面に配置された平板状の共通電極と、（ｃ）
当該一の層の他側の面に前記圧力室のそれぞれに対応し
て配置される、平板状の駆動電極と、を少なくとも含
み、更に、前記圧力室の短手方向の幅をＬ，該幅Ｌと同
方向の駆動電極の幅をδとしたときに、０．１mm≦Ｌ，
かつ、０．２９≦（δ／Ｌ）≦１の条件を満たすもので
ある。
【０００７】この構成によれば、所要のインク吐出量を
与えるのに必要な圧力室の大きさを低減でき、集積度の
向上ひいては画質の向上に繋がる。同時に、所要の吐出
量を得るために必要な駆動電極−共通電極間の電位差を
小さくでき、ドライバを小型化することができる。
与えるのに必要な圧力室の大きさを低減でき、集積度の
向上ひいては画質の向上に繋がる。同時に、所要の吐出
量を得るために必要な駆動電極−共通電極間の電位差を
小さくでき、ドライバを小型化することができる。
【０００８】請求項２においては、前記アクチュエータ
ユニットは、前記駆動電極と前記共通電極との間に挟ま
れた活性層と、前記両電極に挟まれない非活性層とを有
し、前記駆動電極を前記共通電極と異なる電位としたと
きに、前記活性層が圧電横効果によって変形し、前記活
性層と前記非活性層とによるユニモルフ効果が生じて前
記圧力室の容積が変化するものである。
ユニットは、前記駆動電極と前記共通電極との間に挟ま
れた活性層と、前記両電極に挟まれない非活性層とを有
し、前記駆動電極を前記共通電極と異なる電位としたと
きに、前記活性層が圧電横効果によって変形し、前記活
性層と前記非活性層とによるユニモルフ効果が生じて前
記圧力室の容積が変化するものである。
【０００９】この構成によれば、アクチュエータユニッ
トが圧電横効果により活性層及び非活性層の積層方向に
ついて大きく変位する。そのため、圧力室の容積変化量
が大きくなり、圧力室を小さくしてそのさらなる高集積
化を図ったとしても十分な量のインクを吐出することが
可能となって、印刷ドットの高密度配置が実現される。
トが圧電横効果により活性層及び非活性層の積層方向に
ついて大きく変位する。そのため、圧力室の容積変化量
が大きくなり、圧力室を小さくしてそのさらなる高集積
化を図ったとしても十分な量のインクを吐出することが
可能となって、印刷ドットの高密度配置が実現される。
【００１０】請求項３においては、前記駆動電極の短手
方向の中心位置が、前記圧力室の短手方向の中心位置と
ほぼ一致するものである。
方向の中心位置が、前記圧力室の短手方向の中心位置と
ほぼ一致するものである。
【００１１】この構成によれば、駆動電極を大きくする
ことなく圧力室に対して効率よく圧力を付与でき、圧力
室の変位体積を大きくでき、十分なインク吐出量を確保
できる。
ことなく圧力室に対して効率よく圧力を付与でき、圧力
室の変位体積を大きくでき、十分なインク吐出量を確保
できる。
【００１２】請求項４においては、更に、０．１５mm≦
Ｌ≦０．８mmの条件を満たすものである。
Ｌ≦０．８mmの条件を満たすものである。
【００１３】この構成によれば、圧力室の変位体積を十
分確保すると同時に、圧力室の大きさに対する駆動電極
の大きさを、製造時の取付けの際のズレを見込んだマー
ジン分だけ小さくでき、各圧力室の体積変動のバラつき
を抑えることが可能である。
分確保すると同時に、圧力室の大きさに対する駆動電極
の大きさを、製造時の取付けの際のズレを見込んだマー
ジン分だけ小さくでき、各圧力室の体積変動のバラつき
を抑えることが可能である。
【００１４】請求項５〜請求項７においては、請求項１
または請求項２に記載のインクジェット記録ヘッドであ
って、更に、δ／Ｌが更に所定の条件を満たすものであ
る。
または請求項２に記載のインクジェット記録ヘッドであ
って、更に、δ／Ｌが更に所定の条件を満たすものであ
る。
【００１５】この構成によれば、請求項１の作用が更に
好ましく達成される。
好ましく達成される。
【００１６】請求項８においては、前記駆動電極の形状
が、前記圧力室のピエゾ層への投影形状に相似した形状
としているものである。
が、前記圧力室のピエゾ層への投影形状に相似した形状
としているものである。
【００１７】この構成によれば、駆動電極を大きくする
ことなく圧力室に対して効率よく圧力を付与でき、圧力
室の変位体積を大きくでき、十分なインク吐出量を確保
できる。
ことなく圧力室に対して効率よく圧力を付与でき、圧力
室の変位体積を大きくでき、十分なインク吐出量を確保
できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について、図面を参照しつつ説明する。
について、図面を参照しつつ説明する。
【００１９】図１は、本発明の一実施の形態によるイン
クジェットヘッドの底面図である。図２は、図１内に描
かれた一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。図３
は、図２内に描かれた一点鎖線で囲まれた領域の拡大図
である。図４は、図１に示すインクジェットヘッドの要
部断面図である。図５は、図１に示すインクジェットヘ
ッドの要部分解斜視図である。図６は、図４内に描かれ
た一点鎖線で囲まれた領域を横方向から見た拡大断面図
である。
クジェットヘッドの底面図である。図２は、図１内に描
かれた一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。図３
は、図２内に描かれた一点鎖線で囲まれた領域の拡大図
である。図４は、図１に示すインクジェットヘッドの要
部断面図である。図５は、図１に示すインクジェットヘ
ッドの要部分解斜視図である。図６は、図４内に描かれ
た一点鎖線で囲まれた領域を横方向から見た拡大断面図
である。
【００２０】図１に示すように、本実施の形態によるイ
ンクジェットヘッド１は一方向（主走査方向）に延在し
た矩形形状を有しており、その底面には、千鳥状になっ
て２列に配列された多数の台形のインク吐出領域２が設
けられている。インク吐出領域２の表面には、後述する
ように、インク吐出口８（図２及び図３参照）が多数配
列されている。また、インクジェットヘッド１の内部に
は、その長手方向に沿ってインク溜まり３が形成されて
いる。インク溜まり３は、その一端に設けられた開口３
ａを介してインクタンク（図示せず）に連通しており、
常にインクで満たされている。インク溜まり３には、そ
の延在方向に沿って開口３ｂが２つずつ対になって、イ
ンク吐出領域２が設けられていない領域に千鳥状に設け
られている。
ンクジェットヘッド１は一方向（主走査方向）に延在し
た矩形形状を有しており、その底面には、千鳥状になっ
て２列に配列された多数の台形のインク吐出領域２が設
けられている。インク吐出領域２の表面には、後述する
ように、インク吐出口８（図２及び図３参照）が多数配
列されている。また、インクジェットヘッド１の内部に
は、その長手方向に沿ってインク溜まり３が形成されて
いる。インク溜まり３は、その一端に設けられた開口３
ａを介してインクタンク（図示せず）に連通しており、
常にインクで満たされている。インク溜まり３には、そ
の延在方向に沿って開口３ｂが２つずつ対になって、イ
ンク吐出領域２が設けられていない領域に千鳥状に設け
られている。
【００２１】図１及び図２に示すように、インク溜まり
３は、開口３ｂを介してその下層にあるマニホールド５
と連通している。開口３ｂには、インク内に含有される
塵埃などを捕獲するためのフィルタ（図示せず）が設け
られていてよい。マニホールド５は、その先端部が２つ
に分岐して副マニホールド５ａとなっている。１つのイ
ンク吐出領域２の上部には、当該インク吐出領域２に対
してインクジェットヘッド１の長手方向両隣にある２つ
の開口３ｂからそれぞれ２つの副マニホールド５ａが進
入してきている。つまり、１つのインク吐出領域２の上
部には、合計で４つの副マニホールド５ａがインクジェ
ットヘッド１の長手方向に沿って延在している。各副マ
ニホールド５ａには、インク溜まり３から供給されたイ
ンクが満たされている。
３は、開口３ｂを介してその下層にあるマニホールド５
と連通している。開口３ｂには、インク内に含有される
塵埃などを捕獲するためのフィルタ（図示せず）が設け
られていてよい。マニホールド５は、その先端部が２つ
に分岐して副マニホールド５ａとなっている。１つのイ
ンク吐出領域２の上部には、当該インク吐出領域２に対
してインクジェットヘッド１の長手方向両隣にある２つ
の開口３ｂからそれぞれ２つの副マニホールド５ａが進
入してきている。つまり、１つのインク吐出領域２の上
部には、合計で４つの副マニホールド５ａがインクジェ
ットヘッド１の長手方向に沿って延在している。各副マ
ニホールド５ａには、インク溜まり３から供給されたイ
ンクが満たされている。
【００２２】図２及び図３に示すように、インク吐出領
域２の表面には、多数のインク排出口８が配列されてい
る。各インク吐出口８は、図４からも分かるように、先
細形状のノズルとなっており、平面形状がほぼ菱形の圧
力室（キャビティ）１０（長さ９００μｍ、短手方向の
幅３５０μｍ）及びアパーチャ１２を介して副マニホー
ルド５ａと連通している。このようにして、インクジェ
ットヘッド１には、インクタンクからインク溜まり３、
マニホールド５、副マニホールド５ａ、アパーチャ１２
及び圧力室１０を経てインク吐出口８に至るインク流路
３２が形成されている。なお、図２及び図３において、
図面を分かりやすくするために、インク吐出領域２の内
部にあって破線で描くべき圧力室１０及びアパーチャ１
２を実線で描いている。
域２の表面には、多数のインク排出口８が配列されてい
る。各インク吐出口８は、図４からも分かるように、先
細形状のノズルとなっており、平面形状がほぼ菱形の圧
力室（キャビティ）１０（長さ９００μｍ、短手方向の
幅３５０μｍ）及びアパーチャ１２を介して副マニホー
ルド５ａと連通している。このようにして、インクジェ
ットヘッド１には、インクタンクからインク溜まり３、
マニホールド５、副マニホールド５ａ、アパーチャ１２
及び圧力室１０を経てインク吐出口８に至るインク流路
３２が形成されている。なお、図２及び図３において、
図面を分かりやすくするために、インク吐出領域２の内
部にあって破線で描くべき圧力室１０及びアパーチャ１
２を実線で描いている。
【００２３】また、図３からも明らかなように、インク
吐出領域２内では、１つの圧力室１０と連通したアパー
チャ１２が当該圧力室に隣接する圧力室１０と重複する
ように、圧力室１０同士が密着して配列されている。こ
のようなことが可能なことの一因は、図４にも示すよう
に、圧力室１０とアパーチャ１２とを異なる高さに設け
るようにしたからである。このようにすることで、圧力
室１０を高密度に配列することが可能であり、比較的小
さな占有面積のインクジェットヘッド１により高解像度
の画像形成を実現している。
吐出領域２内では、１つの圧力室１０と連通したアパー
チャ１２が当該圧力室に隣接する圧力室１０と重複する
ように、圧力室１０同士が密着して配列されている。こ
のようなことが可能なことの一因は、図４にも示すよう
に、圧力室１０とアパーチャ１２とを異なる高さに設け
るようにしたからである。このようにすることで、圧力
室１０を高密度に配列することが可能であり、比較的小
さな占有面積のインクジェットヘッド１により高解像度
の画像形成を実現している。
【００２４】圧力室１０は、図２に描かれた平面内にお
いて、インクジェットヘッド１の長手方向（第１配列方
向）と、インクジェットヘッド１の幅方向からやや傾い
た方向（第２配列方向）との２方向にインク吐出領域２
内で配列されている。インク吐出口８は、第１配列方向
には５０ｄｐｉで配列されている。一方で、圧力室１０
は、第２配列方向には１つのインク吐出領域２内に最大
で１２個が含まれるように配列されており、そして、第
２配列方向に１２個の圧力室１０が配列されたことによ
る第１配列方向への変位は圧力室１０の１つ分に相当し
ている。これにより、インクジェットヘッド１の全幅内
で、第１配列方向に隣接する２つのインク吐出口８間の
距離だけ離隔した範囲には、１２個のインク吐出口８が
存在するようになっている（なお、各インク吐出領域２
の第１配列方向についての両端部では、インクジェット
ヘッド１の幅方向に対向するインク吐出領域２と相補関
係となることで上記条件を満たしている）。そのため、
本実施の形態によるインクジェットヘッド１では、第１
及び第２配列方向に配列された多数のインク吐出口８か
ら、インクジェットヘッド１の幅方向への用紙に対する
相対的な移動に伴って順次インク滴を吐出させること
で、主走査方向に６００ｄｐｉで印刷を行うことが可能
になっている。
いて、インクジェットヘッド１の長手方向（第１配列方
向）と、インクジェットヘッド１の幅方向からやや傾い
た方向（第２配列方向）との２方向にインク吐出領域２
内で配列されている。インク吐出口８は、第１配列方向
には５０ｄｐｉで配列されている。一方で、圧力室１０
は、第２配列方向には１つのインク吐出領域２内に最大
で１２個が含まれるように配列されており、そして、第
２配列方向に１２個の圧力室１０が配列されたことによ
る第１配列方向への変位は圧力室１０の１つ分に相当し
ている。これにより、インクジェットヘッド１の全幅内
で、第１配列方向に隣接する２つのインク吐出口８間の
距離だけ離隔した範囲には、１２個のインク吐出口８が
存在するようになっている（なお、各インク吐出領域２
の第１配列方向についての両端部では、インクジェット
ヘッド１の幅方向に対向するインク吐出領域２と相補関
係となることで上記条件を満たしている）。そのため、
本実施の形態によるインクジェットヘッド１では、第１
及び第２配列方向に配列された多数のインク吐出口８か
ら、インクジェットヘッド１の幅方向への用紙に対する
相対的な移動に伴って順次インク滴を吐出させること
で、主走査方向に６００ｄｐｉで印刷を行うことが可能
になっている。
【００２５】次に、本実施の形態によるインクジェット
ヘッド１の断面構造について説明する。図４及び図５に
示すように、インクジェットヘッド１の底部側の要部
は、上から、アクチュエータユニット２１、キャビティ
プレート２２、ベースプレート２３、アパーチャプレー
ト２４、サプライプレート２５、マニホールドプレート
２６、２７、２８、カバープレート２９、ノズルプレー
ト３０の合計１０枚のシート材が積層された積層構造を
有している。
ヘッド１の断面構造について説明する。図４及び図５に
示すように、インクジェットヘッド１の底部側の要部
は、上から、アクチュエータユニット２１、キャビティ
プレート２２、ベースプレート２３、アパーチャプレー
ト２４、サプライプレート２５、マニホールドプレート
２６、２７、２８、カバープレート２９、ノズルプレー
ト３０の合計１０枚のシート材が積層された積層構造を
有している。
【００２６】アクチュエータユニット２１は、後で詳述
するように、５枚のピエゾ層が積層され且つ電極が配さ
れることによってそのうちの３層が活性層とされ残り２
層が非活性層とされたものである。キャビティプレート
２２は、圧力室１０に対応するほぼ菱形の開口が多数設
けられた金属プレートである。ベースプレート２３は、
キャビティプレート２２の１つの圧力室１０について、
圧力室１０とアパーチャ１２との連絡孔及び圧力室１０
からインク吐出口８への連絡孔がそれぞれ設けられた金
属プレートである。アパーチャプレート２４は、キャビ
ティプレート２２の１つの圧力室１０について、アパー
チャ１２のほかに圧力室１０からインク吐出口８への連
絡孔がそれぞれ設けられた金属プレートである。サプラ
イプレート２５は、キャビティプレート２２の１つの圧
力室１０について、アパーチャ１２と副マニホールド５
ａとの連絡孔及び圧力室１０からインク吐出口８への連
絡孔がそれぞれ設けられた金属プレートである。マニホ
ールドプレート２６、２７、２８は、副マニホールド５
ａに加えて、キャビティプレート２２の１つの圧力室１
０について、圧力室１０からインク吐出口８への連絡孔
がそれぞれ設けられた金属プレートである。カバープレ
ート２９は、キャビティプレート２２の１つの圧力室１
０について、圧力室１０からインク吐出口８への連絡孔
がそれぞれ設けられた金属プレートである。ノズルプレ
ート３０は、キャビティプレート２２の１つの圧力室１
０について、ノズルとして機能する先細のインク吐出口
８がそれぞれ設けられた金属プレートである。
するように、５枚のピエゾ層が積層され且つ電極が配さ
れることによってそのうちの３層が活性層とされ残り２
層が非活性層とされたものである。キャビティプレート
２２は、圧力室１０に対応するほぼ菱形の開口が多数設
けられた金属プレートである。ベースプレート２３は、
キャビティプレート２２の１つの圧力室１０について、
圧力室１０とアパーチャ１２との連絡孔及び圧力室１０
からインク吐出口８への連絡孔がそれぞれ設けられた金
属プレートである。アパーチャプレート２４は、キャビ
ティプレート２２の１つの圧力室１０について、アパー
チャ１２のほかに圧力室１０からインク吐出口８への連
絡孔がそれぞれ設けられた金属プレートである。サプラ
イプレート２５は、キャビティプレート２２の１つの圧
力室１０について、アパーチャ１２と副マニホールド５
ａとの連絡孔及び圧力室１０からインク吐出口８への連
絡孔がそれぞれ設けられた金属プレートである。マニホ
ールドプレート２６、２７、２８は、副マニホールド５
ａに加えて、キャビティプレート２２の１つの圧力室１
０について、圧力室１０からインク吐出口８への連絡孔
がそれぞれ設けられた金属プレートである。カバープレ
ート２９は、キャビティプレート２２の１つの圧力室１
０について、圧力室１０からインク吐出口８への連絡孔
がそれぞれ設けられた金属プレートである。ノズルプレ
ート３０は、キャビティプレート２２の１つの圧力室１
０について、ノズルとして機能する先細のインク吐出口
８がそれぞれ設けられた金属プレートである。
【００２７】これら１０枚のシート２１〜３０は、図４
に示すようなインク流路３２が形成されるように、互い
に位置合わせして積層される。このインク流路３２は、
副マニホールド５ａからまず上方へ向かい、アパーチャ
１２において水平に延在し、それからさらに上方に向か
い、圧力室１０において再び水平に延在し、それからし
ばらくアパーチャ１２から離れる方向に斜め下方に向か
ってから垂直下方にインク吐出口８へと向かう。
に示すようなインク流路３２が形成されるように、互い
に位置合わせして積層される。このインク流路３２は、
副マニホールド５ａからまず上方へ向かい、アパーチャ
１２において水平に延在し、それからさらに上方に向か
い、圧力室１０において再び水平に延在し、それからし
ばらくアパーチャ１２から離れる方向に斜め下方に向か
ってから垂直下方にインク吐出口８へと向かう。
【００２８】図６に示すように、アクチュエータユニッ
ト２１は、それぞれ厚みが１０μｍ（または１５μｍ）
程度で同じになるように形成された５枚の圧電シート
（ピエゾ層）４１、４２、４３、４４、４５を含んでい
る。これら圧電シート４１〜４５は連続平板層であり、
アクチュエータユニット２１は、インクジェットヘッド
１内の１つのインク吐出領域２内に形成された多数の圧
力室１０に跨って配置されている。圧電シート４１〜４
５が連続平板層とされて多数の圧力室１０に跨って配置
されることで、圧電素子の機械的剛性を高く保つことが
できるので、インクジェットヘッド１におけるインク吐
出性能の応答性を高めることができるようになってい
る。
ト２１は、それぞれ厚みが１０μｍ（または１５μｍ）
程度で同じになるように形成された５枚の圧電シート
（ピエゾ層）４１、４２、４３、４４、４５を含んでい
る。これら圧電シート４１〜４５は連続平板層であり、
アクチュエータユニット２１は、インクジェットヘッド
１内の１つのインク吐出領域２内に形成された多数の圧
力室１０に跨って配置されている。圧電シート４１〜４
５が連続平板層とされて多数の圧力室１０に跨って配置
されることで、圧電素子の機械的剛性を高く保つことが
できるので、インクジェットヘッド１におけるインク吐
出性能の応答性を高めることができるようになってい
る。
【００２９】最上層にある圧電シート４１とその下方に
隣接した圧電シート４２との間には、シート全面に形成
された厚み２μｍ程度の共通電極３４ａが介在してい
る。同様に、圧電シート４２の下層に隣接した圧電シー
ト４３とその下層に隣接した圧電シート４４との間に
も、共通電極３４ａと同様に形成された厚み２μｍ程度
の共通電極３４ｂが介在している。また、圧電シート４
１の上方には、平面形状が圧力室１０と相似形状（長さ
８５０μｍ、幅３００μｍ）を有し且つ積層方向への射
影領域が圧力室領域に含まれる厚み１μｍ程度の駆動電
極（駆動電極）３５ａが、圧力室１０ごとに形成されて
いる（図３参照）。さらに、圧電シート４２と圧電シー
ト４３との間には、駆動電極３５ａと同様に形成された
厚み２μｍ程度の駆動電極３５ｂが介在している。これ
らの駆動電極３５ａ、３５ｂは、その短手方向の中心位
置が、対応する前記圧力室１０の短手方向の中心位置と
ほぼ一致させて配置し、アクチュエータユニットが大き
く変形するようにしてインク吐出量を大きく確保してい
る。一方、圧電シート４３の下方に隣接した圧電シート
４４とその下方に隣接した圧電シート４５との間、及
び、圧電シート４５の下方には、電極が配置されていな
い。
隣接した圧電シート４２との間には、シート全面に形成
された厚み２μｍ程度の共通電極３４ａが介在してい
る。同様に、圧電シート４２の下層に隣接した圧電シー
ト４３とその下層に隣接した圧電シート４４との間に
も、共通電極３４ａと同様に形成された厚み２μｍ程度
の共通電極３４ｂが介在している。また、圧電シート４
１の上方には、平面形状が圧力室１０と相似形状（長さ
８５０μｍ、幅３００μｍ）を有し且つ積層方向への射
影領域が圧力室領域に含まれる厚み１μｍ程度の駆動電
極（駆動電極）３５ａが、圧力室１０ごとに形成されて
いる（図３参照）。さらに、圧電シート４２と圧電シー
ト４３との間には、駆動電極３５ａと同様に形成された
厚み２μｍ程度の駆動電極３５ｂが介在している。これ
らの駆動電極３５ａ、３５ｂは、その短手方向の中心位
置が、対応する前記圧力室１０の短手方向の中心位置と
ほぼ一致させて配置し、アクチュエータユニットが大き
く変形するようにしてインク吐出量を大きく確保してい
る。一方、圧電シート４３の下方に隣接した圧電シート
４４とその下方に隣接した圧電シート４５との間、及
び、圧電シート４５の下方には、電極が配置されていな
い。
【００３０】共通電極３４ａ、３４ｂは、図示しない領
域において接地されている。これにより、共通電極３４
ａ、３４ｂは、すべての圧力室１０に対応する領域にお
いて等しくグランド電位に保たれている。また、駆動電
極３５ａ、３５ｂは、各圧力室１０に対応するものごと
に電位を制御することができるように、駆動電極３５
ａ、３５ｂごとに独立した別のリード線（図示せず）を
介して、図示しないドライバに接続されている。このと
き、上下で対になった駆動電極３５ａ、３５ｂ同士は、
同じリード線を介してドライバに接続されてよい。な
お、共通電極３４ａ、３４ｂは、積層方向への射影領域
が圧力室領域を含むように或いは射影領域が圧力室領域
に含まれるように圧力室１０ごとに多数形成されたもの
であってもよく、必ずしもシート全面に形成された１枚
の導電シートである必要はない。ただし、このとき、圧
力室１０に対応する部分がすべて同一電位となるように
共通電極どうしが電気的に接続されていることが必要で
ある。
域において接地されている。これにより、共通電極３４
ａ、３４ｂは、すべての圧力室１０に対応する領域にお
いて等しくグランド電位に保たれている。また、駆動電
極３５ａ、３５ｂは、各圧力室１０に対応するものごと
に電位を制御することができるように、駆動電極３５
ａ、３５ｂごとに独立した別のリード線（図示せず）を
介して、図示しないドライバに接続されている。このと
き、上下で対になった駆動電極３５ａ、３５ｂ同士は、
同じリード線を介してドライバに接続されてよい。な
お、共通電極３４ａ、３４ｂは、積層方向への射影領域
が圧力室領域を含むように或いは射影領域が圧力室領域
に含まれるように圧力室１０ごとに多数形成されたもの
であってもよく、必ずしもシート全面に形成された１枚
の導電シートである必要はない。ただし、このとき、圧
力室１０に対応する部分がすべて同一電位となるように
共通電極どうしが電気的に接続されていることが必要で
ある。
【００３１】本実施の形態によるインクジェットヘッド
１において、圧電シート４１〜４５の分極方向はその厚
み方向となっている。つまり、アクチュエータユニット
２１は、上側（つまり、圧力室１０とは離れた）３枚の
圧電シート４１〜４３を活性層とし且つ下側（つまり、
圧力室１０に近い）２枚の圧電シート４４、４５を非活
性層とした、いわゆるユニモルフタイプの構成となって
いる。従って、駆動電極３５ａ、３５ｂを正又は負の所
定電位とすると、例えば電界と分極とが同方向であれば
活性層である圧電シート４１〜４３の電極に挟まれた部
分が分極方向と直角方向に縮む。一方、圧電シート４
４、４５は電界の影響を受けないため自発的には縮まな
いので、上層の圧電シート４１〜４３と下層の圧電シー
ト４４、４５の間には、シート間で分極方向への歪に差
を生ずることとなり、圧電シート４１〜４５全体が非活
性側に凸となる変形を生ずる（ユニモルフ変形）。この
とき、図６で示したように、圧電シート４１〜４５の下
面は圧力室を区画する隔壁２２の上面に固着されている
ので、結果的に圧電シート４１〜４５は圧力室側へ凸と
なるように変形し、このため、圧力室１０の容積が低下
して、インクの圧力が上昇し、インク吐出口８からイン
クが吐出される。その後、駆動電極３５ａ、３５ｂへの
駆動電圧の印加が停止されれば、圧電シート４１〜４５
は元の形状に戻って、圧力室１０の容積が元の容積に戻
るので、インクをマニホールド５側から吸い込む。
１において、圧電シート４１〜４５の分極方向はその厚
み方向となっている。つまり、アクチュエータユニット
２１は、上側（つまり、圧力室１０とは離れた）３枚の
圧電シート４１〜４３を活性層とし且つ下側（つまり、
圧力室１０に近い）２枚の圧電シート４４、４５を非活
性層とした、いわゆるユニモルフタイプの構成となって
いる。従って、駆動電極３５ａ、３５ｂを正又は負の所
定電位とすると、例えば電界と分極とが同方向であれば
活性層である圧電シート４１〜４３の電極に挟まれた部
分が分極方向と直角方向に縮む。一方、圧電シート４
４、４５は電界の影響を受けないため自発的には縮まな
いので、上層の圧電シート４１〜４３と下層の圧電シー
ト４４、４５の間には、シート間で分極方向への歪に差
を生ずることとなり、圧電シート４１〜４５全体が非活
性側に凸となる変形を生ずる（ユニモルフ変形）。この
とき、図６で示したように、圧電シート４１〜４５の下
面は圧力室を区画する隔壁２２の上面に固着されている
ので、結果的に圧電シート４１〜４５は圧力室側へ凸と
なるように変形し、このため、圧力室１０の容積が低下
して、インクの圧力が上昇し、インク吐出口８からイン
クが吐出される。その後、駆動電極３５ａ、３５ｂへの
駆動電圧の印加が停止されれば、圧電シート４１〜４５
は元の形状に戻って、圧力室１０の容積が元の容積に戻
るので、インクをマニホールド５側から吸い込む。
【００３２】なお、他の駆動方法として、予め駆動電極
３５ａ、３５ｂに電圧を印加しておき、吐出要求がある
度に一旦電圧の印加を停止し、その後所定のタイミング
にて再び電圧を印加する方法を用いることもできる。こ
の場合は、電圧の印加が停止されたタイミングで圧電シ
ート４１〜４５が元の形状に戻ることにより、圧力室１
０の容積は初期状態（予め電圧が印加された状態）と比
較して増加され、インクが間にホールド５側から吸い込
まれる。そして、その後再び電圧が印加されたタイミン
グで、圧電シート４１〜４５が圧力室側へ凸となるよう
に変形し、圧力室の容積低下によりインクへの圧力が上
昇し、インクが吐出される。
３５ａ、３５ｂに電圧を印加しておき、吐出要求がある
度に一旦電圧の印加を停止し、その後所定のタイミング
にて再び電圧を印加する方法を用いることもできる。こ
の場合は、電圧の印加が停止されたタイミングで圧電シ
ート４１〜４５が元の形状に戻ることにより、圧力室１
０の容積は初期状態（予め電圧が印加された状態）と比
較して増加され、インクが間にホールド５側から吸い込
まれる。そして、その後再び電圧が印加されたタイミン
グで、圧電シート４１〜４５が圧力室側へ凸となるよう
に変形し、圧力室の容積低下によりインクへの圧力が上
昇し、インクが吐出される。
【００３３】また、例えば電界と分極とが逆方向であれ
ば電極に挟まれた活性層である圧電シート４１〜４３の
一部が分極方向と直角方向に伸びる。従って、圧電シー
ト４１〜４５の電極３４ａ、３４ｂ、３５ａ、３５ｂに
挟まれた部分は、圧電横効果により、圧力室側に凹とな
るように湾曲する。このため、圧力室１０の容積が増加
して、インクをマニホールド５側から吸い込む。その
後、駆動電極３５ａ、３５ｂへの駆動電圧の印加が停止
されれば、圧電シート４１〜４５は元の形状に戻って、
圧力室１０の容積が元の容積に戻るので、インクをノズ
ルから吐出する。
ば電極に挟まれた活性層である圧電シート４１〜４３の
一部が分極方向と直角方向に伸びる。従って、圧電シー
ト４１〜４５の電極３４ａ、３４ｂ、３５ａ、３５ｂに
挟まれた部分は、圧電横効果により、圧力室側に凹とな
るように湾曲する。このため、圧力室１０の容積が増加
して、インクをマニホールド５側から吸い込む。その
後、駆動電極３５ａ、３５ｂへの駆動電圧の印加が停止
されれば、圧電シート４１〜４５は元の形状に戻って、
圧力室１０の容積が元の容積に戻るので、インクをノズ
ルから吐出する。
【００３４】本実施の形態のインクジェットヘッド１に
おいては、圧力室の短手方向の幅に対する同方向の駆動
電極３５ａ、３５ｂの幅（活性幅）の比を０．３≦δ／
Ｌ≦１とすることで、上述した公報のような構成と比較
して、電気効率（単位静電容量当たりの圧力室１０の体
積変化量）を向上させることができるようになるか、或
いは、面積効率（単位投影面積当たりの圧力室１０の体
積変化量）を向上させることができるようになる（後述
の表１参照）。電気効率又は面積効率が向上すること
で、電極３４ａ、３４ｂ、３５ａ、３５ｂを駆動するド
ライバを小型化できてコストを抑えることができると共
に、圧力室１０を小さくできてその高集積化を図ったと
きであっても十分な量のインクを吐出することが可能と
なって、ヘッド１の小型化と印刷ドットの高密度配置が
実現される。この効果は、本実施の形態のインクジェッ
トヘッド１のように、活性層及び非活性層の合計層数が
４層以上の場合に特に優れている。後の実施例で詳述す
るように、電気効率又は面積効率を向上させる観点から
は、圧力室１０の短手方向の幅をＬ、幅Ｌと同方向の駆
動電極３５ａ、３５ｂの幅をδとしたときに、０．１mm
≦Ｌ、且つ、０．２９≦δ／Ｌ≦１の条件を満たすこと
が好ましい（図１３参照）。
おいては、圧力室の短手方向の幅に対する同方向の駆動
電極３５ａ、３５ｂの幅（活性幅）の比を０．３≦δ／
Ｌ≦１とすることで、上述した公報のような構成と比較
して、電気効率（単位静電容量当たりの圧力室１０の体
積変化量）を向上させることができるようになるか、或
いは、面積効率（単位投影面積当たりの圧力室１０の体
積変化量）を向上させることができるようになる（後述
の表１参照）。電気効率又は面積効率が向上すること
で、電極３４ａ、３４ｂ、３５ａ、３５ｂを駆動するド
ライバを小型化できてコストを抑えることができると共
に、圧力室１０を小さくできてその高集積化を図ったと
きであっても十分な量のインクを吐出することが可能と
なって、ヘッド１の小型化と印刷ドットの高密度配置が
実現される。この効果は、本実施の形態のインクジェッ
トヘッド１のように、活性層及び非活性層の合計層数が
４層以上の場合に特に優れている。後の実施例で詳述す
るように、電気効率又は面積効率を向上させる観点から
は、圧力室１０の短手方向の幅をＬ、幅Ｌと同方向の駆
動電極３５ａ、３５ｂの幅をδとしたときに、０．１mm
≦Ｌ、且つ、０．２９≦δ／Ｌ≦１の条件を満たすこと
が好ましい（図１３参照）。
【００３５】本実施の形態において、圧電シート４１〜
４５は、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺ
Ｔ）系のセラミックス材料からなるものである。電極３
４ａ、３４ｂ、３５ａ、３５ｂは、Ａｇ−Ｐｄ系等の金
属材料からなるものである。
４５は、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺ
Ｔ）系のセラミックス材料からなるものである。電極３
４ａ、３４ｂ、３５ａ、３５ｂは、Ａｇ−Ｐｄ系等の金
属材料からなるものである。
【００３６】以上、本発明の好適な実施の形態について
説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるもの
ではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々
な設計変更が可能なものである。例えば、圧電シートや
電極の材料は、上述したものに限らず、その他の公知の
材料に変更してもよい。また、圧電室の平面形状や断面
形状、配置形態などは、適宜変更してよい。また、活性
層の数、非活性層の数は、そのいずれか一方が複数ある
という条件の下で適宜変更することができる。また、活
性層と非活性層とで層厚を異なる厚みにしてもよい。
説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるもの
ではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々
な設計変更が可能なものである。例えば、圧電シートや
電極の材料は、上述したものに限らず、その他の公知の
材料に変更してもよい。また、圧電室の平面形状や断面
形状、配置形態などは、適宜変更してよい。また、活性
層の数、非活性層の数は、そのいずれか一方が複数ある
という条件の下で適宜変更することができる。また、活
性層と非活性層とで層厚を異なる厚みにしてもよい。
【００３７】
【実施例】次に、本発明によるインクジェットヘッドの
実施例及び比較例について説明する。
実施例及び比較例について説明する。
【００３８】（実施例１）上述した実施の形態によるイ
ンクジェットヘッドと同様の概略構造を有するインクジ
ェットヘッドにおいて、活性層を２層、非活性層を２層
にすると共に、活性層及び非活性層の１層当たりの層厚
をすべて１０μｍとしたものについて、駆動電極の幅
（活性層の幅に相当する）δを５０μｍ〜３５０μｍの
範囲で５０μｍずつ変化させて、その電気効率及び面積
効率、更に変形効率（電気効率と面積効率との積をい
う。以下同じ。）をシミュレーションにより算出した。
なお、駆動電極の幅δを変化させる際は、複数枚の駆動
電極すべての幅が互いに一致する関係を維持しながら同
時に変化させるようにして、かつ、各駆動電極の形状は
圧力室１０と相似形状を保ち、更には駆動電極はその短
手方向の中心を圧力室１０のそれと一致する位置を保持
しながら、その幅δを変化させるようにしている。これ
は以降の実施例においても同様である。
ンクジェットヘッドと同様の概略構造を有するインクジ
ェットヘッドにおいて、活性層を２層、非活性層を２層
にすると共に、活性層及び非活性層の１層当たりの層厚
をすべて１０μｍとしたものについて、駆動電極の幅
（活性層の幅に相当する）δを５０μｍ〜３５０μｍの
範囲で５０μｍずつ変化させて、その電気効率及び面積
効率、更に変形効率（電気効率と面積効率との積をい
う。以下同じ。）をシミュレーションにより算出した。
なお、駆動電極の幅δを変化させる際は、複数枚の駆動
電極すべての幅が互いに一致する関係を維持しながら同
時に変化させるようにして、かつ、各駆動電極の形状は
圧力室１０と相似形状を保ち、更には駆動電極はその短
手方向の中心を圧力室１０のそれと一致する位置を保持
しながら、その幅δを変化させるようにしている。これ
は以降の実施例においても同様である。
【００３９】（実施例２）活性層及び非活性層の１層当
たりの層厚をすべて１５μｍとしたものとした以外は実
施例１で用いたインクジェットヘッド１と同様に製造さ
れたインクジェットヘッド１について、駆動電極の幅δ
を５０μｍ〜３５０μｍの範囲で５０μｍずつ変化させ
て、その電気効率及び面積効率、更に変形効率をシミュ
レーションにより算出した。
たりの層厚をすべて１５μｍとしたものとした以外は実
施例１で用いたインクジェットヘッド１と同様に製造さ
れたインクジェットヘッド１について、駆動電極の幅δ
を５０μｍ〜３５０μｍの範囲で５０μｍずつ変化させ
て、その電気効率及び面積効率、更に変形効率をシミュ
レーションにより算出した。
【００４０】（実施例３）上述した実施の形態によるイ
ンクジェットヘッドと同様の概略構造を有するインクジ
ェットヘッドにおいて、活性層を２層、非活性層を３層
にすると共に、活性層及び非活性層の１層当たりの層厚
をすべて１０μｍとしたものについて、駆動電極の幅δ
を５０μｍ〜３５０μｍの範囲で５０μｍずつ変化さ
せ、その電気効率及び面積効率、更に変形効率をシミュ
レーションにより算出した。
ンクジェットヘッドと同様の概略構造を有するインクジ
ェットヘッドにおいて、活性層を２層、非活性層を３層
にすると共に、活性層及び非活性層の１層当たりの層厚
をすべて１０μｍとしたものについて、駆動電極の幅δ
を５０μｍ〜３５０μｍの範囲で５０μｍずつ変化さ
せ、その電気効率及び面積効率、更に変形効率をシミュ
レーションにより算出した。
【００４１】（実施例４）活性層及び非活性層の１層当
たりの層厚をすべて１５μｍとしたものとした以外は実
施例３で用いたインクジェットヘッド１と同様に製造さ
れたインクジェットヘッド１について、駆動電極の幅δ
を５０μｍ〜３５０μｍの範囲で５０μｍずつ変化さ
せ、その電気効率及び面積効率、更に変形効率をシミュ
レーションにより算出した。
たりの層厚をすべて１５μｍとしたものとした以外は実
施例３で用いたインクジェットヘッド１と同様に製造さ
れたインクジェットヘッド１について、駆動電極の幅δ
を５０μｍ〜３５０μｍの範囲で５０μｍずつ変化さ
せ、その電気効率及び面積効率、更に変形効率をシミュ
レーションにより算出した。
【００４２】（実施例５）上述した実施の形態によるイ
ンクジェットヘッドと同様の概略構造を有するインクジ
ェットヘッドにおいて、活性層を２層、非活性層を４層
にすると共に、活性層及び非活性層の１層当たりの層厚
をすべて１０μｍとしたものについて、駆動電極の幅δ
を５０μｍ〜３５０μｍの範囲で５０μｍずつ変化さ
せ、その電気効率及び面積効率、更に変形効率をシミュ
レーションにより算出した。
ンクジェットヘッドと同様の概略構造を有するインクジ
ェットヘッドにおいて、活性層を２層、非活性層を４層
にすると共に、活性層及び非活性層の１層当たりの層厚
をすべて１０μｍとしたものについて、駆動電極の幅δ
を５０μｍ〜３５０μｍの範囲で５０μｍずつ変化さ
せ、その電気効率及び面積効率、更に変形効率をシミュ
レーションにより算出した。
【００４３】（実施例６）上述した実施の形態によるイ
ンクジェットヘッドと同様の概略構造を有するインクジ
ェットヘッドにおいて、活性層を３層、非活性層を３層
にすると共に、活性層及び非活性層の１層当たりの層厚
をすべて１０μｍとしたものについて、駆動電極の幅δ
を５０μｍ〜３５０μｍの範囲で５０μｍずつ変化さ
せ、その電気効率及び面積効率、更に変形効率をシミュ
レーションにより算出した。
ンクジェットヘッドと同様の概略構造を有するインクジ
ェットヘッドにおいて、活性層を３層、非活性層を３層
にすると共に、活性層及び非活性層の１層当たりの層厚
をすべて１０μｍとしたものについて、駆動電極の幅δ
を５０μｍ〜３５０μｍの範囲で５０μｍずつ変化さ
せ、その電気効率及び面積効率、更に変形効率をシミュ
レーションにより算出した。
【００４４】（比較例）上述した特開平４−３４１８５
２号公報に記載されたものと同様の構造を有するインク
ジェットヘッド（層数１０、層厚３０μｍ）について、
電気効率及び面積効率、更に変形効率をシミュレーショ
ンにより算出した。
２号公報に記載されたものと同様の構造を有するインク
ジェットヘッド（層数１０、層厚３０μｍ）について、
電気効率及び面積効率、更に変形効率をシミュレーショ
ンにより算出した。
【００４５】実施例１〜実施例６および比較例の結果
を、表１に示す。また、実施例１から実施例６までの結
果について、横軸に駆動電極の幅δ、縦軸に変形効率を
プロットしたグラフを、それぞれ図７から図１２までに
示す。
を、表１に示す。また、実施例１から実施例６までの結
果について、横軸に駆動電極の幅δ、縦軸に変形効率を
プロットしたグラフを、それぞれ図７から図１２までに
示す。
【００４６】
【表１】
【００４７】図７から図１２に示すように、いずれの実
施例においても、駆動電極の幅δが２００μｍ〜２５０
μｍの範囲で変形効率がピーク値を示している。また、
駆動電極の幅δが１００μｍ〜３００μｍの範囲のすべ
てにおいて、比較例の変形効率（７２．８８６ｐｌ2／
（ｎＦ・mm2））よりも優れた変形効率が得られる。
施例においても、駆動電極の幅δが２００μｍ〜２５０
μｍの範囲で変形効率がピーク値を示している。また、
駆動電極の幅δが１００μｍ〜３００μｍの範囲のすべ
てにおいて、比較例の変形効率（７２．８８６ｐｌ2／
（ｎＦ・mm2））よりも優れた変形効率が得られる。
【００４８】また、実施例１の場合を除いては、駆動電
極の幅δが２００μｍ〜２５０μｍの範囲を含む１００
μｍの範囲で、変形効率はピーク値を含んで相対的に緩
やかに変化し、広範囲で良好な変形効率を呈することが
分かる。言い換えれば変形効率は、１００μｍ〜１５０
μｍの領域では大きな傾きを持って立ち上がり、３００
μｍ〜３５０μｍの領域では大きな傾きで減少して行く
が、その中間の１５０μｍ〜３００の領域では変形効率
は相対的に安定する傾向が見られる。
極の幅δが２００μｍ〜２５０μｍの範囲を含む１００
μｍの範囲で、変形効率はピーク値を含んで相対的に緩
やかに変化し、広範囲で良好な変形効率を呈することが
分かる。言い換えれば変形効率は、１００μｍ〜１５０
μｍの領域では大きな傾きを持って立ち上がり、３００
μｍ〜３５０μｍの領域では大きな傾きで減少して行く
が、その中間の１５０μｍ〜３００の領域では変形効率
は相対的に安定する傾向が見られる。
【００４９】次に、それぞれが上述した実施の形態によ
るインクジェットヘッドと同様の概略構造を有する多数
のインクジェットヘッドについて、活性幅、つまり駆動
電極の短手方向の幅を１００μｍ、１５０μｍ、２００
μｍ、２５０μｍ、３００μｍ、３５０μｍと６通りに
変えて、電気効率及び面積効率、更には変形効率を、シ
ミュレーションにより算出した。その結果を図１３に示
す。このときの活性層及び非活性層の合計層数は３層か
ら６層までの４種類、活性層及び非活性層の１層当たり
の層厚は１０μｍ、１５μｍ、２０μｍの３種類、駆動
電極の数は１層〜３層（活性層及び非活性層の少なくと
もいずれか一方を複数有しているという条件を満たすよ
うにする）とした。この算出結果には、前記実施例１〜
６までの算出結果が含まれる。
るインクジェットヘッドと同様の概略構造を有する多数
のインクジェットヘッドについて、活性幅、つまり駆動
電極の短手方向の幅を１００μｍ、１５０μｍ、２００
μｍ、２５０μｍ、３００μｍ、３５０μｍと６通りに
変えて、電気効率及び面積効率、更には変形効率を、シ
ミュレーションにより算出した。その結果を図１３に示
す。このときの活性層及び非活性層の合計層数は３層か
ら６層までの４種類、活性層及び非活性層の１層当たり
の層厚は１０μｍ、１５μｍ、２０μｍの３種類、駆動
電極の数は１層〜３層（活性層及び非活性層の少なくと
もいずれか一方を複数有しているという条件を満たすよ
うにする）とした。この算出結果には、前記実施例１〜
６までの算出結果が含まれる。
【００５０】図１３から分かるように、変形効率は活性
幅が１００μｍのときは１３０ｐｌ 2／（ｎＦ・mm2）程
度であるが、活性幅が増加するに連れて増えていき２４
０μｍ程度のときに最大（５００ｐｌ2／（ｎＦ・mm2）
程度）となり、それ以降は３５０μｍになるまで減少し
続ける。
幅が１００μｍのときは１３０ｐｌ 2／（ｎＦ・mm2）程
度であるが、活性幅が増加するに連れて増えていき２４
０μｍ程度のときに最大（５００ｐｌ2／（ｎＦ・mm2）
程度）となり、それ以降は３５０μｍになるまで減少し
続ける。
【００５１】この結果から、活性幅が１００μｍ（圧力
室１０の幅３５０μｍに対する比が１００／３５０＝
０．２９）〜３５０μｍ（圧力室１０の幅３５０μｍに
対する比が３５０／３５０＝１）の範囲で、上述した比
較例１よりも優れた変形効率が得られることが分かる。
また、より優れた変形効率を得る観点からは、活性幅が
１４０μｍ（前記比が０．４）〜３３０μｍ（前記比が
０．９４）であることがより好ましく、１７０μｍ（前
記比が０．４９）〜３００μｍ（前記比が０．８６）で
あることがさらに好ましく、２００μｍ（前記比が０．
５７）〜２７０μｍ（前記比が０．７７）であることが
最も好ましい。
室１０の幅３５０μｍに対する比が１００／３５０＝
０．２９）〜３５０μｍ（圧力室１０の幅３５０μｍに
対する比が３５０／３５０＝１）の範囲で、上述した比
較例１よりも優れた変形効率が得られることが分かる。
また、より優れた変形効率を得る観点からは、活性幅が
１４０μｍ（前記比が０．４）〜３３０μｍ（前記比が
０．９４）であることがより好ましく、１７０μｍ（前
記比が０．４９）〜３００μｍ（前記比が０．８６）で
あることがさらに好ましく、２００μｍ（前記比が０．
５７）〜２７０μｍ（前記比が０．７７）であることが
最も好ましい。
【００５２】なお、上記のシミュレーションでは、圧力
室１０の幅Ｌを３５０μｍで固定としたが、０．１mm≦
Ｌの条件を満たす限り、圧力室１０の幅Ｌをどのように
変えても、上記実施例の結果と同様に良好な変形効率を
示すという知見が得られた。なお、０．１mm≦Ｌの条件
は、以下の理由から導かれるものである。即ち、実際に
アクチュエータユニットを製造する際には、圧力室１０
に対する駆動電極の取付け位置のズレに基づく圧力室１
０の体積変動のバラつきを小さくするために、活性部の
幅δを圧力室１０の幅Ｌに対して所定のマージンをとっ
て小さくする必要がある。しかしながら、圧力室１０の
幅Ｌが０．１mm未満であると、活性部の幅δが極めて小
さくなってしまい、圧力室１０の変位体積を確保できず
現実的でないからである。
室１０の幅Ｌを３５０μｍで固定としたが、０．１mm≦
Ｌの条件を満たす限り、圧力室１０の幅Ｌをどのように
変えても、上記実施例の結果と同様に良好な変形効率を
示すという知見が得られた。なお、０．１mm≦Ｌの条件
は、以下の理由から導かれるものである。即ち、実際に
アクチュエータユニットを製造する際には、圧力室１０
に対する駆動電極の取付け位置のズレに基づく圧力室１
０の体積変動のバラつきを小さくするために、活性部の
幅δを圧力室１０の幅Ｌに対して所定のマージンをとっ
て小さくする必要がある。しかしながら、圧力室１０の
幅Ｌが０．１mm未満であると、活性部の幅δが極めて小
さくなってしまい、圧力室１０の変位体積を確保できず
現実的でないからである。
【００５３】なお、圧力室１０の変位体積を十分確保で
き、かつ、各圧力室１０の体積変動のバラつきを抑える
には、０．１５mm≦Ｌ≦０．８mmの条件を満たすとより
好ましい。
き、かつ、各圧力室１０の体積変動のバラつきを抑える
には、０．１５mm≦Ｌ≦０．８mmの条件を満たすとより
好ましい。
【００５４】
【発明の効果】本発明によれば、所要のインク吐出量を
与えるのに必要な圧力室の大きさを低減でき、集積度の
向上ひいては画質の向上に繋がる。同時に、所要の吐出
量を得るために必要な駆動電極−共通電極間の電位差を
小さくでき、ドライバを小型化することができる。
与えるのに必要な圧力室の大きさを低減でき、集積度の
向上ひいては画質の向上に繋がる。同時に、所要の吐出
量を得るために必要な駆動電極−共通電極間の電位差を
小さくでき、ドライバを小型化することができる。
【図１】本発明の一実施の形態によるインクジェットヘ
ッドの底面図である。
ッドの底面図である。
【図２】図１内に描かれた一点鎖線で囲まれた領域の拡
大図である。
大図である。
【図３】図２内に描かれた一点鎖線で囲まれた領域の拡
大図である。
大図である。
【図４】図１に示すインクジェットヘッドの要部断面図
である。
である。
【図５】図１に示すインクジェットヘッドの要部分解斜
視図である。
視図である。
【図６】図４内に描かれた一点鎖線で囲まれた領域を横
方向から見た拡大断面図である。
方向から見た拡大断面図である。
【図７】本発明の実施例１のインクジェットヘッドにつ
いてシミュレーションの結果得られた電気効率及び面積
効率を示すグラフである。
いてシミュレーションの結果得られた電気効率及び面積
効率を示すグラフである。
【図８】同じく実施例２のグラフである。
【図９】同じく実施例３のグラフである。
【図１０】同じく実施例４のグラフである。
【図１１】同じく実施例５のグラフである。
【図１２】同じく実施例６のグラフである。
【図１３】本発明の実施例のインクジェットヘッドにつ
いて、活性幅を１００μｍ、１５０μｍ、２００μｍ、
２５０μｍ、３００μｍ、３５０μｍと６通りに変えた
ときの変形効率のシミュレーション結果を描いたグラフ
である。
いて、活性幅を１００μｍ、１５０μｍ、２００μｍ、
２５０μｍ、３００μｍ、３５０μｍと６通りに変えた
ときの変形効率のシミュレーション結果を描いたグラフ
である。
１ インクジェットヘッド
２ インク吐出領域
３ インク溜まり
３ａ、３ｂ 開口
５ マニホールド
５ａ 副マニホールド
８ インク排出口
１０ 圧力室
１２ アパーチャ
２１ アクチュエータユニット
２２ キャビティプレート
３０ ノズルプレート
３２ インク流路
３４ａ、３４ｂ 共通電極
３５ａ、３５ｂ 駆動電極（駆動電極）
４１〜４３ 圧電シート（活性層）
４１〜４３ 圧電シート（非活性層）
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 廣田 淳
愛知県名古屋市瑞穂区苗代町15番１号 ブ
ラザー工業株式会社内
Ｆターム(参考） 2C057 AF37 AF55 AG14 AG32 AG39
AG44 AG48 AG52 AG55 AG93
AQ06 BA03 BA14
Claims (8)
- 【請求項１】 一端を吐出ノズルに、他端をインク供給
源にそれぞれ接続した圧力室を相互に隣接させながら複
数配置し、該圧力室のそれぞれに対応した圧力発生部を
有するアクチュエータユニットを複数の前記圧力室に跨
って配置した構成のインクジェット記録ヘッドにおい
て、 前記アクチュエータユニットは、（ａ） 複数の前記圧
力室に跨って配置され積層された平板状のピエゾ層と、
（ｂ） 該ピエゾ層のうち一の層の一側の面に配置され
た平板状の共通電極と、（ｃ） 当該一の層の他側の面
に前記圧力室のそれぞれに対応して配置される、平板状
の駆動電極と、を少なくとも含み、 更に、前記圧力室の短手方向の幅をＬ，該幅Ｌと同方向
の駆動電極の幅をδとしたときに、０．１mm≦Ｌ，か
つ、０．２９≦（δ／Ｌ）≦１ の条件を満たすことを
特徴とする、 インクジェット記録ヘッド。 - 【請求項２】 請求項１に記載のインクジェット記録ヘ
ッドであって、前記アクチュエータユニットは、前記駆
動電極と前記共通電極との間に挟まれた活性層と、前記
両電極に挟まれない非活性層とを有し、前記駆動電極を
前記共通電極と異なる電位としたときに、前記活性層が
圧電横効果によって変形し、前記活性層と前記非活性層
とによるユニモルフ効果が生じて前記圧力室の容積が変
化することを特徴とする、インクジェット記録ヘッド。 - 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載のインク
ジェット記録ヘッドであって、前記駆動電極の短手方向
の中心位置が、前記圧力室の短手方向の中心位置とほぼ
一致することを特徴とする、インクジェット記録ヘッ
ド。 - 【請求項４】 請求項１から請求項３までのいずれか一
項に記載のインクジェット記録ヘッドであって、更に、
０．１５mm≦Ｌ≦０．８mm の条件を満たすことを特徴
とする、インクジェット記録ヘッド。 - 【請求項５】 請求項１から請求項３までのいずれか一
項に記載のインクジェット記録ヘッドであって、更に、
０．４≦（δ／Ｌ）≦０．９４ の条件を満たすことを
特徴とする、インクジェット記録ヘッド。 - 【請求項６】 請求項１から請求項３までのいずれか一
項に記載のインクジェット記録ヘッドであって、更に、
０．４９≦（δ／Ｌ）≦０．８６ の条件を満たすこと
を特徴とする、インクジェット記録ヘッド。 - 【請求項７】 請求項１から請求項３までのいずれか一
項に記載のインクジェット記録ヘッドであって、更に、
０．５７≦（δ／Ｌ）≦０．７７ の条件を満たすこと
を特徴とする、インクジェット記録ヘッド。 - 【請求項８】 請求項１から請求項７までのいずれか一
項に記載のインクジェット記録ヘッドであって、前記駆
動電極の形状が、前記圧力室のピエゾ層への投影形状に
相似した形状としていることを特徴とする、インクジェ
ット記録ヘッド。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001365723A JP3861673B2 (ja) | 2001-11-30 | 2001-11-30 | インクジェット記録ヘッド |
| US10/305,955 US6840602B2 (en) | 2001-11-30 | 2002-11-29 | Inkjet head for inkjet printing apparatus |
| DE60227903T DE60227903D1 (de) | 2001-11-30 | 2002-11-29 | Tintenstrahldruckkopf für Tintenstrahldruckvorrichtung |
| EP02026688A EP1316425B1 (en) | 2001-11-30 | 2002-11-29 | Inkjet head for inkjet printing apparatus |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001365723A JP3861673B2 (ja) | 2001-11-30 | 2001-11-30 | インクジェット記録ヘッド |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003165214A true JP2003165214A (ja) | 2003-06-10 |
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ID=19175714
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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|---|---|
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| EP (1) | EP1316425B1 (ja) |
| JP (1) | JP3861673B2 (ja) |
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| JP2008105410A (ja) * | 2006-09-29 | 2008-05-08 | Fujifilm Corp | 液体吐出ヘッドおよびその製造方法 |
| US7819509B2 (en) | 2006-09-29 | 2010-10-26 | Fujifilm Corporation | Liquid ejection head and manufacturing method thereof |
| JP2012206468A (ja) * | 2011-03-30 | 2012-10-25 | Kyocera Corp | 液体吐出ヘッド、およびそれを用いた記録装置 |
| CN103358698A (zh) * | 2012-04-02 | 2013-10-23 | 兄弟工业株式会社 | 液体喷射头和液体喷射记录装置 |
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| EP1336488B1 (en) * | 2002-02-18 | 2009-09-30 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Ink-jet head and ink-jet printer having ink-jet head |
| JP2005059440A (ja) * | 2003-08-14 | 2005-03-10 | Brother Ind Ltd | インクジェットヘッド記録装置、インクジェット記録方法及びプログラム |
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| JP4161213B2 (ja) * | 2004-01-23 | 2008-10-08 | ブラザー工業株式会社 | インクジェット記録ヘッドにおける配線基板の接合構造及びその接合方法 |
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| JP2008188920A (ja) * | 2007-02-06 | 2008-08-21 | Brother Ind Ltd | 液滴噴射装置 |
| JP7368105B2 (ja) * | 2018-08-28 | 2023-10-24 | 東芝テック株式会社 | 液体吐出装置及び画像形成装置 |
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|---|---|---|---|---|
| DE3403615A1 (de) * | 1984-02-02 | 1985-08-08 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Schreibkopf fuer tintenschreibeinrichtungen |
| US5402159A (en) * | 1990-03-26 | 1995-03-28 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Piezoelectric ink jet printer using laminated piezoelectric actuator |
| JP3249545B2 (ja) | 1991-05-20 | 2002-01-21 | ブラザー工業株式会社 | 圧電式インクジェットプリンタヘッド |
| IT1268870B1 (it) * | 1993-08-23 | 1997-03-13 | Seiko Epson Corp | Testa di registrazione a getto d'inchiostro e procedimento per la sua fabbricazione. |
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| EP0736385B1 (en) * | 1995-04-03 | 1998-02-25 | Seiko Epson Corporation | Printer head for ink jet recording and process for the preparation thereof |
| CN1143772C (zh) * | 2000-03-21 | 2004-03-31 | 富士施乐株式会社 | 喷墨头 |
-
2001
- 2001-11-30 JP JP2001365723A patent/JP3861673B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2002
- 2002-11-29 EP EP02026688A patent/EP1316425B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2002-11-29 US US10/305,955 patent/US6840602B2/en not_active Expired - Lifetime
- 2002-11-29 DE DE60227903T patent/DE60227903D1/de not_active Expired - Lifetime
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