JP2007276452A - 液体吐出ヘッド及び液滴吐出装置 - Google Patents

液体吐出ヘッド及び液滴吐出装置 Download PDF

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Abstract

【課題】製造コストをかけることなく、大きなアクチュエータ変位を得る。
【解決手段】複数の圧力室23aを有する流路ユニット11の上側に振動板12を積層し、その振動板12の上側に圧電材料層13を形成する。圧電材料層13は、各圧力室23aに対応する圧電アクチュエータとして機能する第1の部分13Aと、前記圧電アクチュエータに供給される駆動電圧を増幅する圧電トランスとして機能する第2の部分13Bとを備える。第1の部分13Aと第2の部分13Bとは、同一の圧電材料で形成する。
【選択図】図2

Description

本発明は、液体吐出ヘッド及び液滴吐出装置に関するものである。
従来、圧電アクチュエータを用いたインクジェットヘッド等の液滴噴射ヘッドにおいて、圧電アクチュエータを駆動する駆動信号(駆動波形、電圧信号)は、駆動用ドライバチップで生成されて、インクジェットヘッドの圧力室に対応して設けられた圧電アクチュエータに直接供給されている。
コスト面を考慮すると、駆動電圧を低くしたいという要求がある。一方、圧電アクチュエータの変形は駆動電圧に大きく依存するため、駆動電圧を小さくすると、圧電アクチュエータを大きく変形させることができなくなる。
ところで、インクジェットヘッドに設けられた圧電素子に印加する駆動電圧を増幅させる回路として、小型(薄型)であって、不燃性であって、構造が簡単である圧電トランスを用いた増幅回路が知られている(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)。
特開昭61−139448号公報 特開昭62−85953号公報
前述したインクジェットヘッド等の液体吐出ヘッドにおいては、駆動電圧を大きくすると、駆動ドライバチップ及び電源のコストの上昇を招く。また、駆動電圧を増幅する回路として圧電トランスを設けることもコストの上昇に繋がる。
本発明は、コストの上昇を招くことなく、大きなアクチュエータ変位を得られる液体吐出ヘッド及びこれを用いた液滴吐出装置を提供することを目的とする。
本発明の第1の態様に従えば、液体を吐出する液体吐出ヘッドであって、前記液体を貯留する液室が形成された流路ユニットと、前記流路ユニットの上に配置された圧電材料層であって、所定の電圧が付与されたときに前記液室に貯留された前記液体に圧力を付与する第1の部分、及び前記第1の部分に付与される前記所定の電圧を増幅する第2の部分を含む圧電材料層とを備える液体吐出ヘッドが提供される。
本発明の第1の態様によれば、流路ユニットの上側の圧電材料層が、前記液室(圧力室)に対応する圧電アクチュエータとして機能する第1の部分と、前記圧電アクチュエータに供給される駆動電圧を増幅する圧電トランスとして機能する第2の部分とを備えるので、圧電トランスによって圧電アクチュエータに供給される駆動電圧を増幅することで、駆動用ドライバによる駆動電圧を大きくすることなく、大きなアクチュエータ変位を得られる。また、圧電材料層の一部として、振動板上に圧電アクチュエータ(第1の部分)とともに圧電トランス(第2の部分)を配置するので、構造・配線が簡素化され、製造コストを下げることができる。
本発明の液体吐出ヘッドにおいて、前記液体吐出ヘッドはインクを吐出するインク吐出ヘッドであってもよく、さらに、前記流路ユニットと前記圧電材料層との間に配置された振動板を備えてもよく、前記液室は複数の圧力室を含んでもよい。この場合には、圧力室が振動板によって覆われているので、インクが圧電材料に直接触れることが無く、インクジェットヘッドの耐久性が高くなる。また、複数の圧力室を有しているので、大量のインクを同時に噴射することができる。
本発明の液体吐出ヘッドにおいて、第1の部分が圧電アクチュエータであって、第2の部分が圧電トランスであってもよい。この場合には、第2の部分が圧電トランスであるので、この圧電トランスにより圧電アクチュエータ駆動のための高電圧信号を供給することができる。その為、圧電アクチュエータを駆動するための高電圧電源を用意する必要が無くなる。
本発明の液体吐出ヘッドにおいて、前記圧電材料層には、前記第1の部分と前記第2の部分とを区画するスリット又は溝が形成されていてもよい。
この場合には、第1の部分と第2の部分とは、スリットあるいは溝を介して区画されているので、第1の部分と第2の部分との互いの動作が相手の動作に対して影響を与えることを回避することができる。
本発明の液体吐出ヘッドにおいて、前記第1の部分と前記第2の部分とは、同一の圧電材料で形成されていてもよい。
この場合には、第1の部分と第2の部分とは、同一の圧電材料で形成されているので、作製コストが低減される。同一の圧電材料であるので、温度特性などが同じで、温度補正回路などの必要がなくなる。
本発明の液体吐出ヘッドにおいて、圧電トランスの共振周波数に対して、前記圧電アクチュエータの共振周波数を低く設定していてもよい。
この場合には、圧電トランスの共振周波数を、圧電アクチュエータの共振周波数より大きくすることで、圧電トランスからの出力を積分した信号を利用することができ、圧電トランスの大きさを小さくすることができるとともに、圧電アクチュエータの制御が容易になる。
本発明の液体吐出ヘッドにおいて、前記圧電材料層の前記流路ユニット側の面には、前記第1の部分と前記第2の部分とに跨り、圧電アクチュエータと圧電トランスとの共通の電極となる共通電極層が形成されており、
前記圧電材料層の前記流路ユニットの反対側の面には、前記第1の部分に対応する領域内に前記圧電アクチュエータの個別電極が形成されるとともに、前記第2の部分に対応する領域内に前記圧電トランスの入力電極と出力電極とが形成されており、前記個別電極と前記出力電極を接続する配線が設けられていてもよい。
この場合には、第2の部分に対応する領域内に前記圧電トランスの入力電極と出力電極とが形成され、前記個別電極と前記出力電極を接続する配線が設けられているので、振動板上側の圧電材料層に、圧電トランスを作り込み、簡単に電気的配線を行うことができる。
本発明の液体吐出ヘッドにおいて、第1の部分は所定の方向に分極されており、第2の部分は、前記所定の方向に分極された第1のサブ部及び前記所定の方向と直交する方向に分極された第1のサブ部を有していてもよい。
この場合には、第2の部分が互いに直交する方向に分極された2つのサブ部を有するので、第2の部分が圧電トランスとして機能する。
本発明の液体吐出ヘッドにおいて、前記圧電材料層において、前記第1の部分が前記圧電材料層の厚み方向に分極されていてもよく、前記第2の部分の、前記入力電極に対応する領域が前記圧電材料層の厚み方向に分極され、第2の部分の、前記出力電極に対応する領域が前記圧電材料層の延在方向に分極されていてもよい。
この場合には、第1の部分が前記圧電材料層の厚み方向に分極されて圧電アクチュエータとして機能し、第2の部分が前記入力電極に対応する領域が前記圧電材料層の厚み方向に分極されるとともに前記出力電極に対応する領域が前記圧電材料層の延在方向に分極されて圧電トランスとして機能する。
本発明の液体吐出ヘッドにおいて、前記振動板は導電性を有しており、前記共通電極層を兼ねていてもよい。
この場合には、振動板が導電性を有しており、前記共通電極層を兼ねているので、簡単な構造とすることができる。
本発明の液体吐出ヘッドにおいて、第2の部分は、互いに平行な2つの列に並んだ複数のトランス部を有し、第1の部分は、前記トランス部にそれぞれ対応し、且つ、前記トランス部の前記スリット又は溝とは反対側に配置された複数のアクチュエータ部を有してもよい。
この場合には、複数のトランス部(圧電トランス)による2つの列が互いに平行に延びていても、それらの間にスリットあるいは溝が設けられているので、隣り合うトランス部(圧電トランス)どうしが影響し合うことがない。
本発明の液体吐出ヘッドにおいて、第1の部分は、互いに平行な2つの列に並んだ複数のアクチュエータ部を有してもよく、第2の部分は、前記アクチュエータ部にそれぞれ対応し、且つ、前記アクチュエータ部の、隣の列のアクチュエータ部とは反対側に配置された複数のトランス部を有してもよい。
この場合には、2つの第2の部分(圧電トランス)の間に、2つの列が隣り合って平行に延びる第1の部分(圧電アクチュエータ)が配置されているので、前記2つの第2の部分どうしが影響し合うことがない。
本発明の液体吐出ヘッドにおいて、前記第2の部分は、積層された複数の圧電材料の層を有し、積層圧電トランスとして機能してもよい。
この場合には、積層数に応じて昇圧比を高くすることができる。
本発明の液滴吐出ヘッドにおいて、前記流路ユニット及び前記振動板の、前記第2の部分と重なる領域に、凹部が形成されていてもよい。この場合には、第2の部分の変形が阻害されないので、圧電トランスとしての性能を向上させることができ、第2の部分の信号増幅率を上げることができる。
本発明の液滴吐出ヘッドにおいて、第2の部分は列状に並んだ複数のトランス部を有し、第2の部分の、前記各トランス部の間の領域には、凹部が形成されていてもよい。この場合には、列状に並んだ複数のトランス部において、同じ列に属するトランス部の間で振動が伝わることを抑制でき、トランス部の圧電トランスとしての性能を向上させることができる。
本発明の液滴吐出ヘッドにおいて、前記延在方向が、第2の部分の入力電極と出力電極とをつなぐ直線に沿った方向であってもよい。この場合には、入力電極と出力電極との間に電圧を印加することにより、入力電極と出力電極をつなぐ直線に沿った方向に容易に分極させることができる。
本発明の液滴吐出ヘッドにおいて、第1の部分が前記液室の上に配置されていてもよい。この場合、第1の部分が液室上にあるので、第1の部分で液室内の液体に吐出圧力を効率的に与えることができる。
本発明の第2の態様に従えば、物体に対して液体を吐出する液体吐出装置であって、前記液体を貯留する液室が形成された流路ユニット、前記流路ユニットの上に配置された圧電材料層であって、所定の信号が付与されたときに前記液室に貯留された前記液体に圧力を付与する第1の部分及び前記第1の部分に付与される前記所定の信号を増幅する第2の部分を含む圧電材料層を含むヘッドと、前記所定の信号を供給する信号供給装置と、前記物体を所定の方向に搬送する搬送機構とを備える液滴吐出装置が提供される。
本発明の第2の態様によれば、流路ユニットの上側の圧電材料層が、前記各圧力室に対応する圧電アクチュエータとして機能する第1の部分と、前記圧電アクチュエータに供給される駆動信号を増幅する圧電トランスとして機能する第2の部分とを備えるので、圧電トランスによって圧電アクチュエータに供給される駆動信号を増幅することで、製造コストをかけることなく、大きなアクチュエータ変位を得ることができる。
上述のように、本願発明の発明者は、特許文献1(特開昭61−13948号公報)及び特許文献2(特開昭62−85953号公報)に記載されるような圧電トランスを単に用いるのではなく、例えばインクジェットヘッドのような液滴吐出ヘッドの圧電アクチュエータと駆動電圧を増幅させる圧電トランスとがともに圧電層を用いるものであることに着眼し、振動板上に形成した圧電層をこれらに共通に使用するという新規な知見に基づいて本発明をなすに至ったものである。
以下、本発明の実施の形態を図面に沿って説明する。
図1(a)は本発明にかかるインクジェットプリンタの概略構成を示す概略構成図、図1(b)は本発明にかかる流路ユニット、圧電材料層およびフレキシブルフラットケーブルの関係を示す説明図である。
図1(a)に示すように、本発明に係るインクジェットプリンタ1は、インクカートリッジ(図示せず)が搭載されるキャリッジ2の下面に、記録用紙P(記録媒体)に記録するためのインクジェットヘッド3が設けられている。キャリッジ2は、プリンタフレーム4内に設けられるキャリッジ軸5とガイド板(図示せず)とによって支持されて、記録用紙Pの搬送方向(図1(a)のA方向)と直交する方向(図1(a)のB方向)に往復移動する。
図示しない給紙部からA方向に搬送される記録用紙Pは、不図示のプラテンローラとインクジェットヘッド3との間に挿入されて、インクジェットヘッド3から記録用紙Pに向けて吐出されるインクにより所定の画像が記録され、その後排紙ローラ6にて排紙される。
また、インクジェットヘッド3は、流路ユニット11と、流路ユニット11の上に積層された振動板12と、振動板12の上に形成された圧電材料層13と、圧電材料層13の上に設けられた、駆動信号を伝送するフレキシブルケーブル(信号線、FPC)14とを備える。
流路ユニット11は、複数のノズル22a、前記複数のノズル22aの各々に連通する複数の圧力室23a及び圧力室23aに供給するインクを一時的に貯留するマニホールド25aを含む。圧電材料層13は、圧力室23aに対応する個別表面電極31を有し、後述するように、個別表面電極31に駆動信号が供給されることで圧力室23aの容積を変化させてノズル22aからインクを吐出させる。
図2に示すように、流路ユニット11は、複数のプレートが積層された積層構造体21と、積層構造体21の下側に接合されたノズルプレート22を有する。積層構造体21は、上側から順にキャビティプレート23、ベースプレート24、マニホールドプレート25及びスペーサプレート26が積層されており、これらのプレートが金属拡散接合されたものである。プレート23〜26は、ノズルプレート22に形成されたノズル22aに対応した個別インク流路が形成されるように、互いに位置合わせして積層されている。
キャビティプレート23は、金属プレートであって、規則的に配列された多数の細長形状の貫通穴が設けられている。これらの貫通穴は、圧力室23aとして機能する。
ベースプレート24は、金属プレートであって、マニホールド25aを圧力室23aに連通するための連通孔24a及び圧力室23aをノズル22aに連通するための連通孔24bが設けられている。なお、キャビティプレート23の下面側には、圧力室23aと連通孔24aとを接続する接続溝23bが形成されている。
マニホールドプレート25は、金属プレートであって、マニホールド25aと、各圧力室23a及びノズル22aを連通するための連通孔25bとが設けられている。スペーサプレート26は、金属プレートであって、ノズル22aに対応する貫通穴26aが形成されている。
ノズルプレート22は、合成樹脂(例えばポリイミド)製のプレートであり、キャビティプレート23に形成された圧力室23aにそれぞれ対応して、ノズル22aが設けられている。なお、マニホールドプレート25は他のプレート23,24,26よりも厚いので、2枚のプレートを貼り合わせて形成してもよい。ノズルプレート22は金属プレートであってもよい。
圧電材料層(圧電層)13は、圧力室23aにそれぞれ対応して、圧電アクチュエータとして機能する複数の第1の部分13Aと、第1の部分13Aと並んで配置され、前記圧電アクチュエータに供給される駆動信号を増幅する圧電トランスとして機能する複数の第2の部分13Bとを備える。第1の部分13Aと第2の部分13Bとは、同一の圧電材料(例えば、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックス(PZT)をベースとした圧電材料)で形成されている。第1の部分13Aと第2の部分13Bとの間には、溝13Cが設けられている。第1の部分13Aと第2の部分13Bとは、溝13Cにより、互いに影響を与えないように分断されている。
圧電材料層13の下側、つまり圧電材料層4の流路ユニット2側の面に設けられる振動板12は、導電性を有しており、内部共通電極層を兼ねている。つまり、振動板12は、第1の部分13Aと第2の部分13Bとにわたって配置され、前記圧電アクチュエータと前記圧電トランスの共通の電極となる共通電極層として機能する。
圧電材料層13の上面(圧電材料層4の流路ユニット2の反対側の面)の、第1の部分13Aに対応する領域には、圧電アクチュエータの個別表面電極31が形成され、圧電材料層13の上面の、第2の部分13Bに対応する領域には、圧電トランスの入力電極32と出力電極33とが形成されている。個別表面電極31は、圧力室23aにそれぞれ対応して設けられている。
図3に示すように、圧力室23aは、キャビティプレート23の長辺方向(図2の左右方向)に沿って、千鳥状に2列に配列されている。圧力室23aにそれぞれ対応する複数の個別表面電極31(第1の部分13Aに対応)も、千鳥状に2列に配置されている。また、入出力電極32,33(第2の部分13Bに対応)は、個別表面電極31に対応して、個別表面電極31の、隣りの列の個別表面電極31とは反対側に配置されている。なお、図2に示されるように、圧電材料層13および各電極31〜33は保護膜15にて覆われている。保護膜15は、シリコン系樹脂、エポキシ系樹脂等の絶縁性材料により形成されており、圧電材料層13および各電極31〜33を保護している。
圧力室23aの長手方向において延びる配線34が保護膜15の上面に形成されており、配線34によって個別表面電極31と出力電極33とが接続されている。個別表面電極31、入力電極32及び出力電極33は、Ag−Pd系等の金属材料により形成されている。図2に示すように、入力電極32には、不図示のドライバICからの駆動信号が、フレキシブルフラットケーブル14(信号線14a)の接続端子部14bを通じて供給される。
図4に示すように、圧電材料層13の第1の部分13A(個別表面電極31に対応する部位)は、圧電材料層13の厚み方向S1に分極されており、振動板12(共通電極)は常にグランド電位に保たれている。第2の部分13Bの入力電極32に対応する領域は、圧電材料層13の厚み方向S1に分極され、第2の部分13Bの出力電極33に対応する領域は、第2の部分13Bの延在方向S2(長さ方向、入力電極32と出力電極33とを結ぶ線に沿った方向)に分極されている。
圧電トランスとして機能する第2の部分13B(トランス部)と圧電アクチュエータとして機能する第1の部分13A(アクチュエータ部)とが、互いに影響を与えることを防ぐために、前記圧電アクチュエータの共振周波数(例えば200KHz)は、前記圧電トランスの共振周波数(例えば2MHz)によりも、低く設定されている。ここで、圧電アクチュエータの共振周波数は、圧電アクチュエータの幅、長さ、厚さ等の寸法及び圧電アクチュエータの剛性に依存し、圧電トランスの共振周波数は、圧電トランスの幅、長さ、厚さ等の寸法及び剛性に加え、2つの分極方向の長さの比にも依存する。圧電アクチュエータは、圧電トランスからの出力を積分した形で利用することができる。
第2の部分13Bの入力電極32に対して、フレキシブルフラットケーブル14(信号線14a)を通じて、駆動電圧V1(例えば5V)が入力されると、入力電極32に対応する領域が圧電材料層13の厚み方向S1に分極されているので、逆圧電効果により、第2の部分13Bは、厚み方向S1に伸長し、厚み方向S1と直交する方向(例えばS2方向)に収縮する。駆動電圧V1が圧電トランスの共振周波数に近い周波数で印加された場合、上述の変形が共振周波数に近い周波数で繰り返されるため、第2の部分13Bが共振して、強い振動(振幅の大きな振動)が発生する。このとき、S2方向に発生する振動に起因して、振動の振幅に応じた高い電圧V2(例えば20V)が出力電極33から出力される(圧電効果)。このようにして、第2の部分13Bにおいて、入力電極32に印加された駆動電圧が増幅されて、出力電極33に出力される。つまり、第2の部分を圧電トランスとして利用することにより、圧電振動子の共振現象を利用して低電圧入力で高電圧を発生させることができる。図4に示すように、入力電極32に所定の周波数で矩形波の信号を入力した場合、出力電極33からは、徐々に振幅が大きくなる矩形波が出力される。これを第1の部分13Aの個別表面電極31に接続した場合、個別表面電極31には、実線で示されているような、出力電極33からの出力信号を積分した波形をもつ信号が入力される。
このように、出力電極33から出力された高電圧(V2)の電気信号が、配線34を通じて個別表面電極31に入力される。個別表面電極31の電位が、グランド電位より高くなるので、圧電材料層13の分極方向に電界が印加される。電界が印加された圧電材料層13は、活性層として、圧電横効果により分極方向と直交する方向(直交方向)に縮む。一方、振動板12は、電界の影響を受けないため自発的には縮まない。したがって、圧電材料層13と、その下層の振動板12との間で直交方向の歪みに差が生じる。振動板12の下面は、キャビティプレート23に固定されているので、圧電材料層13及び振動板12は圧力室23a側に凸となるように変形する(ユニモルフ変形)。このため、圧力室23aの容積が減少して、圧力室23a内のインクの圧力が上昇し、ノズル22aからインクが吐出される。その後、個別表面電極31を内部共通電極(振動板12)と同じ電位に戻すと、圧電材料層13及び振動板12は元の形状になって圧力室23aの容積が元の容積に戻るので、インクをマニホールド25aから吸い込み、同様のインク吐出動作が繰り返される。
上述したように、本実施の形態では、振動板12が流路ユニット11の上側に設けられているので、圧電アクチュエータをユニモルフ変形させることができ、優れた吐出効率を実現することができる。
流路ユニット11は、複数のノズル22a、前記複数のノズル22aの各々に連通する複数の圧力室23a及び圧力室23aに供給するインクを一時的に貯留するマニホールド25aを含む。一方、圧電材料層13は、圧力室23aに対応する個別表面電極31を有しこの個別表面電極31に駆動信号が供給されることで圧力室23aの容積を変化させてノズル22aからインクを吐出させる。
本発明は、次に説明するように変更することも可能である。例えば、前記実施の形態では、圧力室23aにそれぞれ対応する複数の個別表面電極31(第1の部分13Aに対応)が、互いに平行な2つの列を形成しているが、本発明はそれに限定されるものではなく、例えば図5に示すように個別表面電極31を配置することも可能である。この場合には、溝42(あるいはスリット)を挟んで2つの電極列が平行に配置され、各電極列には複数の入出力電極32’,33’(第2の部分13Bに対応)が含まれている。ここでは、入出力電極32’,33’にそれぞれ対応して、配線34’によって接続される個別表面電極31’(第1の部分13Aに対応)が、溝42とは反対側に配置されている。ここで、2つの電極列の間に溝42を設けることによって、隣り同士に配置された圧電トランスが互いに影響し合うのを回避することができる。さらに、溝42に代えて、あるいは溝42に加えて、電極列の延在方向(列方向)と直交する方向(行方向)に延びる溝142を形成してもよい。例えば、図6に示すように、列方向に互いに隣接した入出力電極32’,33’(第2の部分13Bに対応)が、溝142により隔てられていてもよい。この場合には、列方向に隣接する圧電トランスが互いに影響しあうのを回避することができる。
前記実施の形態では、第2の部分13Bは、第1の部分13Aと同様に、1層構造であるが、図7に示すように、第2の部分13Bの上側に複数の圧電材料層13Ba,13Bbが積層された積層圧電トランスとして形成されてもよい。このようにすれば、積層数に応じて昇圧比を高くできる。また、前記実施の形態では、振動板12を共通電極層として用いているが、本発明はそれに限定されるものではなく、図8に示すように、合成樹脂などの絶縁材料からなる振動板12’の上側に共通電極層41を設け、振動板12’と共通電極層41を別体とする構成とすることも可能である。あるいは、図9に示すように、振動板を設けずに、圧力室23aを直接、第1の部分13Aで覆ってもよい。この場合、第1の部分は、図9に示すように多層であってもよい。各層の間には、個別電極130及び共通電極131が交互に積層される。なお、この場合には、キャビティプレート23をグランド電位に保持することにより、第2の部分13Bの共通電極として利用してもよい。
第2の部分13Bは、その下面全体にわたって振動板12と接している必要は無く、図10に示すように、振動板12及びキャビティプレート23の出力電極33と重なる領域を含む領域に凹部150が形成されていてもよい。図10に示されているインクジェットヘッド103は、振動板12及びキャビティプレート23に凹部150が形成されている点を除いて、前記実施の形態のインクジェットヘッド3と同じ構造を有する。インクジェットヘッド103において、第2の部分13Bの、凹部150と重なる領域は、S2方向に分極されている。前述の通り、この領域が変形することにより、出力電極に高電圧が発生する。インクジェットヘッド103のように、凹部150が形成されている場合には、第2の部分13Bの、凹部150と重なる領域は、振動板及び/又はキャビティプレートと接合されていない。したがって、この領域の変形は阻害されず、大きな変形を得ることができるので、高い電圧出力を得ることができる。なお、図10に示すように、出力電極33が入力電極32から離れた位置に形成されていてもよい。入力電極32と出力電極33との間に所定の高電圧を印加することによって、第2の部分13BをS2方向に分極する場合において、入出力電極の間隔を長くすることによって、第2の部分13BのS2方向に分極した領域を長くすることができるので、圧電トランスの昇圧比を高くすることができ、出力電極に発生する電圧を高くすることができる。また、インクジェットヘッド103においては、共通電極として機能する振動板12の、出力電極33と対向する部分には凹部150が形成されているので、出力電極33と共通電極との距離が長くなり、出力電極−共通電極間の静電容量が減少する。そのため、出力電極に発生する電圧を高くすることができる。なお、凹部150は、振動板のみに形成されていてもよい。
前記実施の形態では、圧電材料層13の第1の部分13Aと第2の部分13Bとは、同一の圧電材料で形成し、製造上有利になるようにしているが、本発明はそれに限定されるものではなく、それぞれ別の圧電材料で形成することも可能である。また、第1の部分及び第2の部分の数及び配置は任意にしうる。第2の部分における入力電極及び出力電極の配置、形状も上記実施形態に限定されない。流路ユニットに含まれる圧力室の数も任意に設定しうる。さらに、上記実施形態においては、インクを吐出するインクジェットヘッドについて説明してきたが、本発明の液体吐出ヘッドは、インクジェットヘッドに限定されず、インク以外の液体、例えば、試薬、生体溶液、配線材料溶液、電子材料溶液、冷媒用液体、液体燃料等を噴射する液体吐出ヘッドであってもよい。
(a)は本発明にかかるインクジェットプリンタの概略構成を示す概略構成図、(b)は本発明にかかる流路ユニット、圧電材料層およびフレキシブルフラットケーブルの関係を示す説明図である。 図1のII-II線における断面図である。 本発明の実施の形態であるインクジェットヘッドにおける圧電材料層上の電極の配置を示す概略構成図である。 第1及び第2の部分における分極方向の説明図である。 溝(又はスリット)を有するインクジェットヘッドにおける図3相当図である。 溝(又はスリット)を有するインクジェットヘッドにおける図3相当図である。 積層された圧電材料層を有するインクジェットヘッドにおける図4相当図である。 絶縁体の振動板を有するインクジェットヘッドにおける図4相当図である。 振動板を有さないインクジェットヘッドにおける図3相当図である。 振動板及びキャビティプレートに形成された凹部を有するインクジェットヘッドにおける図4相当図である。
符号の説明
1 インクジェットプリンタ
11 流路ユニット
12,12’ 振動板
13 圧電材料層
13A 第1の部分
13B 第2の部分
13C 溝 23a 圧力室
31,31’ 個別電極
32,32’ 入力電極
33,33’ 出力電極
34,34’ 配線

Claims (23)

  1. 液体を吐出する液体吐出ヘッドであって、
    前記液体を貯留する液室が形成された流路ユニットと、
    前記流路ユニットの上に配置された圧電材料層であって、所定の電圧が付与されたときに前記液室に貯留された前記液体に圧力を付与する第1の部分、及び前記第1の部分に付与される前記所定の電圧を増幅する第2の部分を含む圧電材料層とを備える液体吐出ヘッド。
  2. 前記液体吐出ヘッドはインクを吐出するインク吐出ヘッドであって、
    さらに、前記流路ユニットと前記圧電材料層との間に配置された振動板を備え、
    前記液室は複数の圧力室を含む請求項1に記載の液滴吐出ヘッド。
  3. 第1の部分が圧電アクチュエータであって、第2の部分が圧電トランスである請求項2に記載の液滴吐出ヘッド。
  4. 前記圧電材料層には、前記第1の部分と前記第2の部分とを区画するスリットが形成されている請求項2に記載の液滴吐出ヘッド。
  5. 前記圧電材料層には、前記第1の部分と前記第2の部分とを区画する溝が形成されている請求項2に記載のインクジェットヘッド。
  6. 前記第1の部分と前記第2の部分とは、同一の圧電材料で形成されている請求項2に記載の液滴吐出ヘッド。
  7. 前記圧電トランスの共振周波数に対して、前記圧電アクチュエータの共振周波数を低く設定している請求項3に記載の液滴吐出ヘッド。
  8. 前記圧電材料層の前記流路ユニット側の面には、前記第1の部分と前記第2の部分とに跨り、圧電アクチュエータと圧電トランスとの共通の電極となる共通電極層が形成されており、
    前記圧電材料層の前記流路ユニットの反対側の面には、前記第1の部分に対応する領域内に前記圧電アクチュエータの個別電極が形成されるとともに、前記第2の部分に対応する領域内に前記圧電トランスの入力電極と出力電極とが形成されており、
    前記個別電極と前記出力電極を接続する配線が設けられている請求項3に記載の液滴吐出ヘッド。
  9. 第1の部分は所定の方向に分極されており、第2の部分は、前記所定の方向に分極された第1のサブ部及び前記所定の方向と直交する方向に分極された第1のサブ部を有する請求項8に記載の液滴吐出ヘッド。
  10. 前記圧電材料層において、前記第1の部分が前記圧電材料層の厚み方向に分極されており、前記第2の部分の、前記入力電極に対応する領域が前記圧電材料層の厚み方向に分極され、第2の部分の、前記出力電極に対応する領域が前記圧電材料層の延在方向に分極されている請求項8に記載の液滴吐出ヘッド。
  11. 前記振動板は導電性を有しており、前記共通電極層を兼ねている請求項8に記載の液滴吐出ヘッド。
  12. 第2の部分は、互いに平行な2つの列に並んだ複数のトランス部を有し、第1の部分は、前記トランス部にそれぞれ対応し、且つ、前記トランス部の前記スリットとは反対側に配置された複数のアクチュエータ部を有する請求項4に記載の液滴吐出ヘッド。
  13. 第2の部分は、互いに平行な2つの列に並んだ複数のトランス部を有し、第1の部分は、前記トランス部にそれぞれ対応し、且つ、前記トランス部の前記溝とは反対側に配置された複数のアクチュエータ部を有する請求項5に記載の液滴吐出ヘッド。
  14. 第1の部分は、互いに平行な2つの列に並んだ複数のアクチュエータ部を有し、第2の部分は、前記アクチュエータ部にそれぞれ対応し、且つ、前記アクチュエータ部の、隣の列のアクチュエータ部とは反対側に配置された複数のトランス部を有する請求項2に記載の液滴吐出ヘッド。
  15. 前記第2の部分は、積層された複数の圧電材料の層を有し、積層圧電トランスとして機能する請求項2に記載の液滴吐出ヘッド。
  16. 前記流路ユニット及び前記振動板の、前記第2の部分と重なる領域に、凹部が形成されている請求項2に記載の液滴吐出ヘッド。
  17. 第2の部分は列状に並んだ複数のトランス部を有し、第2の部分の、前記各トランス部の間の領域には、凹部が形成されている請求項1に記載の液滴吐出ヘッド。
  18. 前記延在方向が、第2の部分の入力電極と出力電極とをつなぐ直線に沿った方向である請求項10に記載の液滴吐出ヘッド。
  19. 第1の部分が前記液室の上に配置されている請求項1に記載の液滴吐出ヘッド。
  20. 物体に対して液体を吐出する液体吐出装置であって、
    前記液体を貯留する液室が形成された流路ユニット、前記流路ユニットの上に配置された圧電材料層であって、所定の信号が付与されたときに前記液室に貯留された前記液体に圧力を付与する第1の部分及び前記第1の部分に付与される前記所定の信号を増幅する第2の部分を含む圧電材料層を含むヘッドと、
    前記所定の信号を供給する信号供給装置と、
    前記物体を所定の方向に搬送する搬送機構とを備える液滴吐出装置。
  21. 前記液体はインクであって、
    前記ヘッドは、前記流路ユニットと前記圧電材料層との間に配置された振動板を備え、
    前記液室は複数の圧力室を含む請求項20に記載の液滴吐出装置。
  22. 前記圧電材料層には、前記第1の部分と前記第2の部分とを区画するスリットが形成されている請求項20に記載の液滴吐出装置。
  23. 前記圧電材料層には、前記第1の部分と前記第2の部分とを区画する溝が形成されている請求項20に記載の液滴吐出装置。
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