JP2003237078A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アクチュエータユニットの変位効率を高めて
低電圧化する。 【解決手段】 インクジェットヘッドのアクチュエータ
ユニット２１は複数の圧力室１０に跨って設けられてい
る。アクチュエータユニット２１は５枚の圧電シート４
１，４２，４３，４４，４５を含む。圧電シートのうち
上３層４１，４２，４３が伸長又は収縮する圧電材料か
らなる活性層であり、それぞれグランド電位に保たれた
共通電極３４ａ，３４ｂと各圧力室１０に対応する位置
に配置された駆動電極３５ａ，３５ｂとに挟まれてい
る。この活性層と圧力室１０との間には非活性層である
圧電シート４４，４５が存在する。活性層のうち圧力室
１０から最も離れた圧電シート４１の厚みと垂直な方向
の伸縮変位がすべての活性層中で最大となるよう、圧電
シート４１上の駆動電極３５ａの面積をそれより下方の
駆動電極３５ｂの面積に比べて大きくしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、記録媒体にインク
を吐出して記録を行うインクジェットヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェットヘッドは、インクタンク
からマニホールドに供給されたインクを複数の圧力室に
分配し、各圧力室に選択的に圧力を付与することにより
ノズル孔からインクを吐出する。圧力室に選択的に圧力
を付与するための一つの手段として、セラミックからな
る複数の圧電シートが積層されたアクチュエータユニッ
トが用いられることがある。

【０００３】かかるインクジェットヘッドの一例とし
て、特開平４−３４１８５２号公報には、複数の圧力室
に跨った連続平板状の圧電シート間に、グランド電位に
保持された多数の圧力室に共通の共通電極と、各圧力室
に対応する位置に配置された多数の駆動電極（個別電
極）とが配置された１つのアクチュエータユニットを有
するものが記載されている。駆動電極及び共通電極に挟
まれ且つ積層方向に分極された圧電シートは、その両側
にある駆動電極が共通電極と異なる電位にされると、活
性層として、いわゆる圧電縦効果により積層方向に伸縮
する。これにより圧力室内の容積が変動し、圧力室に連
通したノズルから記録媒体に向けてインクを吐出するこ
とが可能となっている。また、圧力室の幅を当該圧力室
に対応するよう設けられた駆動電極の幅よりも大きくす
ることで、アクチュエータユニットを効率よく伸縮変形
させて低電圧で駆動できるよう構成されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報のインクジェットヘッドのアクチュエータユニットは
駆動電極及び共通電極に挟まれた活性層としての圧電シ
ートが複数積層されたものであるが、圧電シートの厚み
や駆動電極の幅などがそれぞれ同じであり、各活性層が
同等の伸縮変位を持つよう構成されている。このような
構成では、アクチュエータユニットの伸縮変形を高める
には限界があり、近年の省エネルギー化に伴ったインク
ジェットヘッドのさらなる低電圧化に対応することは困
難である。

【０００５】本発明の目的は、アクチュエータユニット
の変位効率を高めて低電圧で駆動できるインクジェット
ヘッドを提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１のインクジェットヘッドは、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複数の圧
力室が相互に隣接配置されると共に、複数の前記圧力室
に対してアクチュエータユニットが設けられたインクジ
ェットヘッドにおいて、前記アクチュエータユニット
は、各圧力室に共通の共通電極と各圧力室に対応する位
置に配置された駆動電極とによって挟まれ、前記駆動電
極を前記共通電極とは異なる電位とすることで伸長又は
収縮する圧電材料からなる複数の活性層を備え、これら
複数の前記活性層のうち前記圧力室から最も離れた活性
層のその厚みと垂直な方向の伸縮変位がすべての活性層
中で最大となるように構成されていることを特徴とす
る。

【０００７】上記構成によると、圧力室から最も離れた
活性層が最も伸縮するよう構成されているため、アクチ
ュエータユニットにおける変位効率が高くなる。また変
位効率が高くなることで、低電圧化が可能となる。

【０００８】請求項２において、請求項１において、前
記圧力室から最も離れた活性層の前記駆動電極と前記共
通電極とで挟まれた領域の面積がすべての活性層中で最
大であることを特徴とする。

【０００９】活性層の駆動電極と共通電極とで挟まれた
領域の面積が大きくなると、厚みと垂直な方向の伸縮変
位も大きくなる。そこで上記構成のように、圧力室から
最も離れた活性層についてその駆動電極と共通電極とで
挟まれた領域の面積をすべての活性層中で最大とするこ
とで、その層の厚みと垂直な方向の伸縮変位を最大にで
きる。従って、請求項１と同様の効果が得られる。

【００１０】請求項３のインクジェットヘッドは、請求
項２において、複数の前記活性層の前記駆動電極と前記
共通電極とで挟まれた領域の面積が前記圧力室に近づく
につれて減少していくことを特徴とする。

【００１１】上記構成によると、活性層の駆動電極と共
通電極とで挟まれた領域の面積を圧力室に近づくにつれ
て減少させることで、さらなるアクチュエータユニット
の変位効率の上昇及び低電圧化を期待できる。

【００１２】請求項４のインクジェットヘッドは、請求
項１において、前記圧力室から最も離れた活性層の厚み
がすべての活性層中で最小であることを特徴とする。

【００１３】活性層の厚みは厚みと垂直な方向の伸縮変
位と略反比例の関係にある。そこで上記構成のように、
圧力室から最も離れた活性層についてその厚みをすべて
の活性層中で最小とすることで、その層の厚みと垂直な
方向の伸縮変位を最大にできる。従って、請求項１と同
様の効果が得られる。

【００１４】請求項５のインクジェットヘッドは、請求
項４において、複数の前記活性層の厚みが前記圧力室に
近づくにつれて増大していくことを特徴とする。

【００１５】上記構成によると、活性層の厚みを圧力室
に近づくにつれて増大させることで、さらなるアクチュ
エータユニットの変位効率の上昇及び低電圧化を期待で
きる。

【００１６】請求項６のインクジェットヘッドは、請求
項１〜５のいずれか１項において、前記アクチュエータ
ユニットには、複数の前記活性層と前記圧力室との間に
圧電材料からなる非活性層が設けられていることを特徴
とする。

【００１７】上記構成によると、非活性層を活性層と圧
力室との間にさらに設けることで、さらなるアクチュエ
ータユニットの変位効率の上昇、及び低電圧化を期待で
きる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態に
ついて、図面を参照しつつ説明する。

【００１９】図１は、本発明の一実施形態によるインク
ジェットヘッドの平面図である。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、本発明の第１の実施
形態におけるアクチュエータユニットを含む図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。図７は、図６に示す本発明の第１の実施形
態におけるアクチュエータユニットの各活性層における
駆動電極を対応する圧力室と共に示す平面図である。図
８〜図１１はそれぞれ、本発明の第２〜第５の実施形態
におけるアクチュエータユニットを含む図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
た矩形平面形状をしている。インクジェットヘッド１
は、後述する多数の圧力室１０やインク吐出口（吐出ノ
ズル）８（共に図２〜図４参照）が形成された流路ユニ
ット４を有しており、その上面には、千鳥状になって２
列に配列された複数の台形のアクチュエータユニット２
１が接着されている。より詳細には、各アクチュエータ
ユニット２１は、その平行対向辺（上辺及び下辺）が流
路ユニット４の長手方向に沿うように配置されている。
また、隣接するアクチュエータユニット２１の斜辺同士
が、流路ユニット４の幅方向にオーバーラップしてい
る。

【００２１】アクチュエータユニット２１の接着領域と
対応した流路ユニット４の下面は、インク吐出領域とな
っている。インク吐出領域の表面には、後述するよう
に、多数のインク吐出口８がマトリクス状に多数配列さ
れている。また、流路ユニット４の上方には、その長手
方向に沿ってインク溜まり３が配置されている。インク
溜まり３は、その一端に設けられた開口３ａ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、アクチュエータ
ユニット２１が設けられていない領域に千鳥状に設けら
れている。

【００２２】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流路ユニット４
内のマニホールド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）が設けられている。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つのアクチュエータユニット２１の下部には、
当該アクチュエータユニット２１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つのアクチュエータユニット２１の下部に
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。

【００２３】図２及び図３に示すように、アクチュエー
タユニット２１に対応したインク吐出領域の表面には、
多数のインク吐出口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、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、アクチュエータユニット２１の下方にあって破線
で描くべき圧力室１０及びアパーチャ１２を実線で描い
ている。

【００２４】また、図３からも明らかなように、アクチ
ュエータユニット２１の下方にあるインク吐出領域に対
応した流路ユニット４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。

【００２５】圧力室１０は、図２及び図３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
領域の第１配列方向についての両端部（アクチュエータ
ユニット２１の斜辺に相当する）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。

【００２６】次に、本実施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２
４、サプライプレート２５、マニホールドプレート２
６，２７，２８、カバープレート２９、及びノズルプレ
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。これらのうち、アクチュエータユニット
２１を除いた９枚のプレートから流路ユニット４が構成
されている。

【００２７】アクチュエータユニット２１は、後で詳述
するように、５枚の圧電シート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５ａ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５ａに加えて、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１０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１０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。

【００２８】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。

【００２９】図６に示す本発明の第１の実施形態におけ
るアクチュエータユニット２１は、それぞれ厚みが１５
μｍ程度で同じになるように形成された５枚の圧電シー
ト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４１〜４５が連続平板
層として多数の圧力室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。本実施形態に
おいて、圧電シート４１〜４５は、チタン酸ジルコン酸
鉛（ＰＺＴ）系のセラミックス材料など、強誘電性を有
する圧電材料からなるものである。

【００３０】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２５０μｍ）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３５ａが、圧力室１０ごとに形成されている（図３及
び図７参照）。圧電シート４２と圧電シート４３との間
には、図３及び図７にまた示すように、圧力室１０から
最も離れた圧電シート４１の上方に設けられた駆動電極
３５ａより一回り小さい相似形状に形成された厚み２μ
ｍ程度の駆動電極３５ｂが介在している。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。本実施形態にお
いて、電極３４ａ，３４ｂ，３５ａ，３５ｂは、Ａｇ−
Ｐｄ系等の金属材料からなるものである。

【００３１】活性層の駆動電極と共通電極とで挟まれた
領域の面積が大きくなると厚みと垂直な方向の伸縮変位
が大きくなることから、上述のように、アクチュエータ
ユニット２１の最上層にある圧電シート４１の駆動電極
３５ａと共通電極３４ａとで挟まれた領域の面積を他の
活性層である圧電シート４２，４３のそれより大きくす
ることで、当該圧力室１０から最も離れた活性層４１の
厚みと垂直な方向の伸縮変位がすべての活性層４１〜４
３の中で最大となる。これにより、アクチュエータユニ
ット２１における変位効率が高くなって、低電圧化が可
能となる。

【００３２】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
電極同士が電気的に接続されていることが必要である。

【００３３】本実施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２
１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４４，
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との間で、シート間で分極方向への歪みに差
を生じることとなり、圧電シート４１〜４５全体が非活
性側に凸となる変形を生じる（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（キャビティプレート）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は圧力室側へ凸になるように変形する。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。

【００３４】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
ごと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１０の容積は、初期状態（予め電圧が印加された状
態）と比較して増加し、インクがマニホールド５側から
吸い込まれ、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。

【００３５】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、インクをイン
ク吐出口８から吐出する。

【００３６】本実施形態のアクチュエータユニット２１
を作成するには、まず、圧電シート４５〜４１となるセ
ラミックス材料を積層して焼成する。その際、必要とさ
れる各セラミックス材料上には、駆動電極３５ｂ、共通
電極３４ａ，３４ｂとなる金属材料がパターン印刷され
る。その後、圧電シート４１上に駆動電極３５ａとなる
金属材料を全面めっきし、レーザーパターニングにより
不要部分を除去するか、或いは、駆動電極３５ａに対応
する部分に開口を有するマスクを用いて圧電シート４１
上に駆動電極３５ａとなる金属材料を蒸着させる。

【００３７】このように、駆動電極３５ａのみ、他の電
極とは異なり圧電シート４１〜４５となるセラミックス
材料と一緒に焼成しないのは、駆動電極３５ａが露出し
ているために、焼成時の高温加熱により蒸発しやすく、
セラミックス材料に被覆された他の電極３４ａ，３４
ｂ，３５ｂに比べて厚みの制御が困難だからである。し
かしながら、他の電極３４ａ，３４ｂ，３５ｂも焼成時
に多少なりとも厚みが減少するので、焼成後の連続性を
維持することを考慮するとその厚みを薄くすることが難
しい。一方、駆動電極３５ａは、焼成後に上述したよう
な手法で形成するために、他の電極３４ａ，３４ｂ，３
５ｂよりも薄く形成することが可能である。このよう
に、本実施形態のインクジェットヘッド１では、最も上
層にある駆動電極３５ａを他の電極３４ａ，３４ｂ，３
５ｂよりも薄くすることで、活性層である圧電シート４
１〜４３の変位が駆動電極３５ａによって規制されづら
くなって、アクチュエータユニット２１の効率（電気効
率及び面積効率）を向上させている。

【００３８】上述のようにして作成されたアクチュエー
タユニット２１は、別途エッチングにより多数の開口が
形成されたキャビティプレート２２などの９枚の金属プ
レートを接着することによって作成された流路ユニット
４と接着剤により接着される。この際、流路ユニット４
のキャビティプレート２２の表面及びアクチュエータユ
ニット２１の圧電シート４１の表面にそれぞれ形成され
た位置合わせのための目印に基づいて両者が接着され
る。

【００３９】次に、図８〜図１１を参照しつつ、本発明
に係る第２〜第５の実施形態のアクチュエータユニット
１２１〜１２４について説明する。これら第２〜第５の
実施形態は、図６に示した第１の実施形態のアクチュエ
ータユニット２１と同様に多数の圧力室１０に跨って配
置されている。また、アクチュエータユニット１２１〜
１２４に含まれる圧電シート、共通電極、及び駆動電極
の構成材料は第１の実施形態のアクチュエータユニット
２１によるものと同様で、それらの厚みや積層構成を変
更したものである。

【００４０】先ず、図８に示す本発明の第２の実施形態
におけるアクチュエータユニット１２１は、図６に示し
た第１の実施形態の圧電シート４１〜４５にさらに上側
に２枚の圧電シート３９，４０を設けたものである。本
実施形態のアクチュエータユニット１２１は７枚の圧電
シート３９〜４５を含み、上側５枚の圧電シート３９〜
４３を活性層、下側２枚の圧電シート４４，４５を非活
性層としたユニモルフタイプの構成となっている。各シ
ート３９〜４５の厚みは、図６に示す第１の実施形態と
同様に、それぞれ厚みが１５μｍ程度で同じになるよう
に形成されている。圧電シート４１の上に設けられた駆
動電極３５ａの上にさらに圧電シート４０が設けられ、
この圧電シート４０と最上層にある圧電シート３９との
間には共通電極３４ｃが介在している。そして最上層の
圧電シート３９の上には、駆動電極３５ａと等しい面積
を有する厚み２μｍ程度の駆動電極３５ｃが配置されて
いる。なお、各圧電シート３９〜４５の厚みは第１の実
施の形態と同様で１５μｍ程度である。

【００４１】次に、図９に示す本発明の第３の実施形態
におけるアクチュエータユニット１２２は、図８に示し
た上記第２の実施形態とほぼ同様の構成である。ただ
し、最上層にある駆動電極３５ｄの面積は、第２実施形
態とは異なり、中間の駆動電極３５ａの面積よりも大き
くなっている。つまり、本実施形態のアクチュエータユ
ニット１２における駆動電極（上層から３５ｄ，３５
ａ，３５ｂ）の面積は、圧力室１０に近づくにつれて減
少し、活性層３９〜４３の駆動電極と共通電極とで挟ま
れた領域の面積が圧力室１０に近づくにつれて減少する
ようになっている。

【００４２】これら本発明の第２及び第３の実施形態に
おけるアクチュエータユニット１２１，１２２のように
３つの駆動電極を含む場合も、圧力室１０から最も離れ
た駆動電極の面積を他の駆動電極の面積と同等以上にす
ることで、変位効率を上昇させることができる。しか
し、３つ以上の駆動電極を有するアクチュエータユニッ
トの場合は特に、図９に示す本発明の第３の実施形態の
ように、最上層から圧力室に近づくにつれて順次駆動電
極の面積を減少させるのがより好ましい。こうすること
で、さらなるアクチュエータユニットの変位効率の上昇
及び低電圧化を期待できる。

【００４３】次に、図１０に示す本発明の第４の実施形
態におけるアクチュエータユニット１２３は、図６に示
した第１の実施形態と同様に圧電シートが活性層３枚及
び非活性層２枚の計５枚の構成であるが、活性層におけ
る２つの駆動電極１３５ａ，１３５ｂの面積が同じであ
る点、及び、最上層にある圧電シート３８の厚みが他２
枚の活性層の圧電シート４２，４３の厚みより薄くなっ
ている点が異なっている。本実施形態では、活性層であ
る圧電シート３８，４２，４３のうち、最上層の圧電シ
ート３８の厚みが最小となっている。活性層の厚み及び
厚みと垂直な方向の伸縮変位に略反比例関係が成り立つ
ことを利用し、このように活性層である圧電シート３
８，４２，４３のうち最上層の圧電シート３８の厚みを
最小とすることで、その層の厚みと垂直な方向の伸縮変
位を最大にできる。従って、アクチュエータユニットに
おける変位効率が高くなり、低電圧化が可能となる。

【００４４】次に、図１１に示す本発明の第５の実施形
態におけるアクチュエータユニット１２４は、図１０に
示した第４の実施形態における活性層３枚３８，４２，
４３のうちさらに中間の圧電シート４２の厚みも薄くし
たものである。つまり、活性層である圧電シート３６，
３７，４３の厚みが圧力室１０に近づくにつれて増大す
るようになっている。このように、最上層から圧力室に
近づくにつれて順次活性層の厚みを増大させることで、
さらなるアクチュエータユニットの変位効率の上昇及び
低電圧化を期待できる。

【００４５】また、上述した実施形態のインクジェット
ヘッド１におけるアクチュエータユニット２１，１２１
〜１２４には、活性層としての圧電シートと圧力室１０
との間に非活性層としての２枚の圧電シート４４，４５
が設けられている。このように、圧力室１０と活性層と
の間に非活性層を介在させることにより、さらなるアク
チュエータユニット２１の変位効率の上昇、及び低電圧
化を期待できる。

【００４６】本実施の形態のインクジェットヘッド１
は、活性層である圧電シート４１〜４３と非活性層であ
る圧電シート４４、４５とが同じ材料で形成されている
ために、材料を交換する手間が不要となり、比較的簡略
な製造工程により製造可能である。そのため、製造コス
トを低減できることが期待される。さらに、活性層であ
る圧電シート４１〜４３と非活性層である圧電シート４
４、４５とがすべて実質的に同じ厚みを有していること
からも、製造工程の簡略化によるコスト削減を図ること
ができる。なぜなら、圧電シートとなるセラミックス材
料を塗布積層していくときの厚さ調整工程を簡単に行う
ことができるようになるからである。

【００４７】また、本実施の形態によるインクジェット
ヘッド１では、インク吐出領域ごとに分割された複数の
アクチュエータユニット２１が、流路ユニット４に接着
された状態でその長手方向に沿って配列されている。こ
れにより、焼結などによって成形されるために寸法精度
にばらつきが生じやすいアクチュエータユニット２１ご
とに流路ユニット４との位置合わせを行うことが可能と
なり、ヘッドを長尺化しても各アクチュエータユニット
２１と流路ユニット４との位置ずれ量の増加が抑制さ
れ、両者を精度よく位置合わせすることができる。よっ
て、目印から比較的遠くにある個別電極３５ａ、３５ｂ
についてもその圧力室１０に対する位置が所定位置から
大幅にずれることが少なくなって、インクジェットヘッ
ド１の製造歩留まりが飛躍的に向上する。他方、これと
は異なり、アクチュエータユニット２１を流路ユニット
４と同様の長尺体として形成すると、アクチュエータユ
ニット２１を流路ユニット４と重ねたときの平面視にお
ける各圧力室１０に対する個別電極３５ａ、３５ｂの位
置の所定位置からのずれ量が目印から離れるに連れて大
きくなり、目印から比較的離れた圧力室１０におけるイ
ンク吐出性能が劣化し、インクジェットヘッド１内での
インク吐出性能の均一性が失われてしまう。

【００４８】また、上述のように構成された本実施の形
態によるインクジェットヘッド１によると、圧電シート
４１〜４３を共通電極３４ａ、３４ｂと個別電極３５
ａ、３５ｂとで挟み込むとことにより、圧電効果によっ
て容易に圧力室１０の容積を変化させることができる。
また、活性層である圧電シート４１〜４３が連続平板層
であるため、容易に製造することが可能である。

【００４９】また、本実施の形態によるインクジェット
ヘッド１は、圧力室１０に近い圧電シート４４、４５を
非活性層とし、圧力室１０から離れた圧電シート４１〜
４３を活性層としたユニモルフ構造のアクチュエータユ
ニット２１を有している。そのため、圧電横効果により
圧力室１０の容積変化量を大きくすることができて、圧
力室１０側が活性層でその反対側が非活性層のインクジ
ェットヘッドと比較して、個別電極３５ａ、３５ｂに印
可される電圧の低電圧化及び／又は圧力室１０の高集積
化を図ることが可能となる。印加電圧の低電圧化を図る
ことにより、個別電極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、圧力室１
０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。

【００５０】さらに、本実施の形態によるインクジェッ
トヘッド１は、各アクチュエータユニット２１が実質的
に台形形状を有しており、各アクチュエータユニット２
１の平行対向辺が流路ユニット４の長手方向に沿い且つ
隣接するアクチュエータユニット２１の斜辺同士が流路
ユニット４の幅方向にオーバーラップするように複数の
アクチュエータユニット２１が千鳥状に２列配置された
ものである。このように、隣接するアクチュエータユニ
ット２１の斜辺同士がオーバーラップしていることで、
印刷媒体に対してインクジェットヘッド１がその幅方向
に相対移動する際、流路ユニット４の幅方向に沿って存
在する圧力室１０同士が補完し合うことができ、高解像
度印刷を実現しつつ、非常に幅の狭い小型のインクジェ
ットヘッド１とすることができる。

【００５１】以上、本発明の好適な実施形態について説
明したが、本発明は上述の実施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、圧力室の平面形状や断面形
状、配置形態、活性層の数、非活性層の数などは、適宜
変更してよい。また、圧力室の平面形状や断面形状、配
置形態、活性層の数、非活性層の数などは、適宜変更し
てよい。

【００５２】また、上述の実施形態においては、駆動電
極の面積や圧電シートの厚みを変化させることで圧力室
１０から最も離れた活性層の厚みと垂直な方向の伸縮変
位をすべての活性層の中で最大となるように構成してい
るが、これに限定するものではない。即ち、他の手段に
よって、圧力室１０から最も離れた活性層の厚みと垂直
な方向の伸縮変位をすべての活性層の中で最大となるよ
うに構成してもよい。

【００５３】また、上述の実施形態において、アクチュ
エータユニットに含まれる活性層の圧電シートは３又は
５層に積層されているが、７層以上に積層されてもよ
い。また圧電シートの積層数に伴い、駆動電極及び共通
電極の数も適宜変更してよい。また、上述した実施形態
ではアクチュエータユニットに含まれる非活性層の圧電
シートは２層となっているが、１層であってもよいし、
アクチュエータユニットの伸縮変形が阻害されない範囲
で３層以上としてもよい。また、上述の実施形態では共
通電極をグランド電位に保つものとしているが、各圧力
室１０に共通であればこれに限定されるものではない。

【００５４】また、上述の実施形態では最上層の圧電シ
ートの上方に駆動電極を設けた構成となっているが、こ
れに限定するものではない。例えば下方に駆動電極、上
方に共通電極を設けた圧電シートが最上層に配置されて
もよい。また、上述の実施形態では非活性層の上に活性
層を設けたユニモルフ構造のアクチュエータユニットと
しているが、これに限定されない。また、圧電シート４
１〜４５は連続平板層ではなく、圧力室１０毎に形成さ
れてもよい。

【００５５】また、上述の実施形態では、アクチュエー
タユニットの変位効率の上昇を実現するため、圧電シー
トの厚み又は駆動電極の面積を変化させているが、これ
ら２つの要素（圧電シートの厚み及び駆動電極の面積）
を変化させてもよい。つまり、例えば最上層の圧電シー
トの厚みを最小とし、且つ最上層の駆動電極の面積を最
大としてもよい。

【００５６】また、上述の実施形態では、台形とした複
数のアクチュエータユニットを２列に千鳥状に配置して
いるが、アクチュエータユニットは必ずしも台形にしな
くともよく、複数のアクチュエータユニットを流路ユニ
ットの長手方向に沿って単に１列に配列してもよい。或
いは、アクチュエータユニットを３列以上に千鳥状に配
置してもよい。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１による
と、アクチュエータユニットにおける変位効率が高くな
って、低電圧化が可能となる。

【００５８】請求項２によると、活性層の駆動電極と共
通電極とで挟まれた領域の面積が大きくなると厚みと垂
直な方向の伸縮変位も大きくなることを利用して、圧力
室から最も離れた活性層の厚みと垂直な方向の伸縮変位
を最大にでき、請求項１と同様の効果が得られる。

【００５９】請求項３によると、活性層の駆動電極と共
通電極とで挟まれた領域の面積を圧力室に近づくにつれ
て減少させることで、さらなるアクチュエータユニット
の変位効率の上昇及び低電圧化を期待できる。

【００６０】請求項４によると、活性層の厚みがその厚
みと垂直な方向の伸縮変位と略反比例の関係にあること
を利用して、圧力室から最も離れた活性層の厚みと垂直
な方向の伸縮変位を最大にでき、請求項１と同様の効果
が得られる。

【００６１】請求項５によると、活性層の厚みを圧力室
に近づくにつれて増大させることで、さらなるアクチュ
エータユニットの変位効率の上昇及び低電圧化を期待で
きる。

【００６２】請求項６によると、非活性層を活性層と圧
力室との間にさらに設けることで、さらなるアクチュエ
ータユニットの変位効率の上昇、及び低電圧化を期待で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態によるインクジェットヘッ
ドの平面図である。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図６】本発明の第１の実施形態におけるアクチュエー
タユニットを含む図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。

【図７】図６に示す本発明の第１の実施形態におけるア
クチュエータユニットの各活性層における駆動電極を対
応する圧力室と共に示す平面図である。

【図８】本発明の第２の実施形態におけるアクチュエー
タユニットを含む図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。

【図９】本発明の第３の実施形態におけるアクチュエー
タユニットを含む図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。

【図１０】本発明の第４の実施形態におけるアクチュエ
ータユニットを含む図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。

【図１１】本発明の第５の実施形態におけるアクチュエ
ータユニットを含む図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。

【符号の説明】

１ インクジェットヘッド ３ インク溜まり ３ａ，３ｂ 開口 ４ 流路ユニット ５ マニホールド ５ａ 副マニホールド ８ インク吐出口（吐出ノズル） 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 ４１〜４３ 圧電シート（活性層） ４４，４５ 圧電シート（非活性層）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 英年 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 (72)発明者 吉本 聡 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 AF52 AF55 AG39 AG42 AG47 BA04 BA14

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【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複数の圧力室が相互に隣接配置され
   ると共に、複数の前記圧力室に対してアクチュエータユ
   ニットが設けられたインクジェットヘッドにおいて、 前記アクチュエータユニットは、各圧力室に共通の共通
   電極と各圧力室に対応する位置に配置された駆動電極と
   によって挟まれ、前記駆動電極を前記共通電極とは異な
   る電位とすることで伸長又は収縮する圧電材料からなる
   複数の活性層を備え、これら複数の前記活性層のうち前
   記圧力室から最も離れた活性層のその厚みと垂直な方向
   の伸縮変位がすべての活性層中で最大となるように構成
   されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 【請求項２】 前記圧力室から最も離れた活性層の前記
   駆動電極と前記共通電極とで挟まれた領域の面積がすべ
   ての活性層中で最大であることを特徴とする請求項１に
   記載のインクジェットヘッド。
3. 【請求項３】 複数の前記活性層の前記駆動電極と前記
   共通電極とで挟まれた領域の面積が前記圧力室に近づく
   につれて減少していくことを特徴とする請求項２に記載
   のインクジェットヘッド。
4. 【請求項４】 前記圧力室から最も離れた活性層の厚み
   がすべての活性層中で最小であることを特徴とする請求
   項１に記載のインクジェットヘッド。
5. 【請求項５】 複数の前記活性層の厚みが前記圧力室に
   近づくにつれて増大していくことを特徴とする請求項４
   に記載のインクジェットヘッド。
6. 【請求項６】 前記アクチュエータユニットには、複数
   の前記活性層と前記圧力室との間に圧電材料からなる非
   活性層が設けられていることを特徴とする請求項１〜５
   のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。