JP2019051624A - インクジェットヘッド及びインクジェットプリンタ - Google Patents

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Abstract

【課題】圧電部材にヒステリシスの大きい圧電材料を用いて大きな歪みで駆動させることのできるアクチュエータを備えたインクジェットヘッドを提供する。【解決手段】実施形態のインクジェットヘッド(10A)は、圧電部材(6)で形成された一対の側壁を有し、インク供給路(26A)及びノズル(25)と連通する駆動圧力室(5)と、前記駆動圧力室の両側に前記側壁を介して設けられた空気室(51)と、前記圧電部材に対し分極軸と交差する方向に駆動電界を印加する駆動回路(4)と、を含む独立駆動型のアクチュエータを備える。そして、圧電部材は、電界300V/mmのときの圧電定数d15が1000pC/N以上となる鉛含有圧電材料で形成されている。【選択図】図3

Description

本発明の実施形態は、インクジェットヘッド及びインクジェットプリンタに関する。
インクジェットプリンタに搭載されるインクジェットヘッドには、シア(Shear)モード・シェアウォール・サイドシュータ型のインクジェットヘッドがある。シアモード・シェアウォール・サイドシュータ型のインクジェットヘッドのアクチュエータは、例えば基板上に2枚の圧電部材を分極方向が相反するように積層した一対の側壁を有する駆動圧力室を備える。そして、圧電部材の分極軸に直交する方向に所定の駆動電界を印加して側壁にせん断歪みを生じさせ、駆動圧力室内を加圧又は減圧後に加圧することによってインクを吐出させる。
圧電部材は、通常、駆動電界の印加を止めても元の状態に戻らないヒステリシスを有する。そのため、実用的には、ヒステリシスの少ない線形領域を使用したり、ヒステリシスの少ない圧電材料を選択したりしている。ヒステリシスのために、駆動電界の印加を止めても圧電部材に事前の動作方向(加圧又は減圧)の歪みの履歴が残ってしまうためである。
一方で、ヒステリシスの大きい圧電材料は、大電界で駆動させるほど大きく歪み、且つプラスマイナスの双方向に歪ませれば、駆動圧力室を大きく加圧及び減圧できる利点がある。しかしながら、シアモード・シェアウォール・サイドシュータ型のインクジェットヘッドは、隣り合う駆動圧力室が圧電部材の側壁を共有しているため、直前の圧電部材の歪みの履歴がプラス方向の場合もあればマイナス方向の場合もある。さらに、例えば一度減圧してから加圧するようにしても、直前の動作方向の歪みの履歴がプラス方向の場合とマイナス方向の場合とでは減圧量が違ってくる為、改善はされるものの依然としてクロストークの問題が残ってしまう。
このような理由から、実用的には、インクジェットヘッドのアクチュエータの圧電部材にヒステリシスの大きい圧電材料を用いることは避けられていた。
特開2016−22645号公報 特開2004−136634号公報 特開2004−202706号公報
本発明が解決しようとする課題は、圧電部材にヒステリシスの大きい圧電材料を用いて大きな歪みで駆動させることのできるアクチュエータを備えたインクジェットヘッド及びインクジェットプリンタを提供することにある。
上記課題を解決するために、実施形態のインクジェットヘッドは、圧電部材で形成された一対の側壁を有し、インク供給路及びノズルと連通する駆動圧力室と、前記駆動圧力室の両側に前記側壁を介して設けられた空気室と、前記圧電部材に駆動電界を印加する駆動回路と、を含む独立駆動型のアクチュエータを備える。そして、圧電部材は、電界300V/mmのときの圧電定数d15が1000pC/N以上となる鉛含有圧電材料で形成されている。
他の実施形態のインクジェットヘッドは、圧電部材で形成された一対の側壁を有し、インク供給路及びノズルと連通する駆動圧力室と、前記駆動圧力室の両側に前記側壁を介して設けられた空気室と、前記圧電部材に駆動電界を印加する駆動回路と、を含む独立駆動型のアクチュエータを備える。そして、圧電部材は、電界300V/mmのときの圧電定数d15が400pC/N以上となる鉛非含有圧電材料で形成されている。
実施形態の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の概略構成を示す縦断面図である。 実施形態のインクジェットヘッドの概略構成を示す斜視図である。 実施形態のインクジェットヘッドの内部構造を示す部分断面図である。 実施形態のインクジェットヘッドの構成を示す断面図である。 実施形態のインクジェットヘッドの他の構成を示す断面図である。 実施形態のインクジェットヘッドに用いる圧電部材のヒステリシス曲線である。 実施形態のインクジェットヘッドの圧電部材に用いる圧電材料の圧電定数d15を示す特性図である。 圧電材料の圧電定数d15を測定する方法を説明する説明図である。 実施形態のインクジェットヘッドに印加する駆動電圧の波形図である。 実施形態のインクジェットヘッドの動作を説明する説明図である。
以下、実施形態に従うインクジェットヘッド及びインクジェットプリンタについて、添付図面を参照しながら詳述する。なお、各図において、同一構成は同一の符号を付している。
実施形態の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として、シートSなどの記録媒体に画像を印刷するインクジェットプリンタ100を例示して説明する。図1は、4つのインクジェットヘッド10A〜10Dを搭載したインクジェットプリンタ100の概略構成を示している。インクジェットプリンタ100は、例えば外装体である箱型の筐体101を備えている。筐体101の内部には、記録媒体の一例であるシートSを収納するカセット102A,102B、シートSの上流搬送路106、画像の印刷を行うシートSを搬送自在に保持する搬送ベルト110、シートSに向けてインク滴を吐出するインクジェットヘッド10A〜10D、シートSの下流搬送路120、及び排出トレイ123が配置されている。インクジェットプリンタ100は、さらに、ユーザーインターフェイスである表示画面等を含む操作部144、制御部としての制御基板140を備えている。
インクジェットプリンタ100がシートSに形成する画像のデータは、例えばコンピュータ150で生成される。コンピュータ150で生成された画像データは、ケーブル143、コネクタ141A,141Bを通してインクジェットプリンタ100に入力される。インクジェットヘッド10A〜10Dは、例えば、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックのインク滴を搬送ベルト110上のシートSの所定の位置に所定量吐出して、画像データに対応する画像をシートSに印刷する。
カセット102A及びカセット102Bは、例えば異なるサイズのシートSを収容する。上流搬送路106は、送りローラ対105a、105b、105cと、シート搬送経路を規定するシート案内板106a、106bで構成されている。ピックアップローラ104は、カセット102AからシートSを一枚ずつ上流搬送路106へ供給する。シートSは、回転する送りローラ対105a、105bによって搬送され、送りローラ対105aを通過後、シート案内板106aによって搬送ベルト110の上面へ送られる。図中の矢印R1は、カセット102AからのシートSの搬送経路を示す。一方、ピックアップローラ109は、カセット102BからシートSを一枚ずつ上流搬送路106へ供給する。シートSは、回転する送りローラ対105a、105b、105cによって搬送され、送りローラ対105cを通過後、シート案内板106a、106bによって搬送ベルト110の上面へ送られる。図中の矢印R2は、カセット102BからのシートSの搬送経路を示す。
搬送ベルト110は、表面に多数の貫通孔が形成された網状の無端ベルトである。搬送ベルト110は、駆動ローラ112a、従動ローラ112b、112cの3本のローラによって回転自在に支持されている。駆動ローラ112aは、駆動装置の一例であるモータ111によって回転される。図中R3は、搬送ベルト110の回転方向を示す。搬送ベルト110の裏面側には、負圧容器113が配置されている。負圧容器113の上面は、搬送ベルト110の裏面に接している。負圧容器113上面には、多数の微細孔114が形成されている。負圧容器113は、減圧用のファン115と連結しており、ファン115が形成する気流によって容器内が減圧される。図中R4は、気流の流れを示している。シートSは、負圧容器113が減圧されることによって搬送ベルト110の上面に吸着保持される。カセット102A、102B、上流搬送路106、及び搬送ベルト110によって、シートSをインクジェットヘッド10A〜10Dと対向する位置まで搬送する記録媒体搬送装置が構成されている。搬送ベルト110の上面に吸着保持されたシートSは、インクジェットヘッド10A〜10Dの下方を通過する際に、画像が形成される。
インクジェットヘッド10A〜10Dは、搬送ベルト110上に吸着保持されたシートSに対して例えば1mmの僅かな隙間を介して対向するように配置されている。インクジェットヘッド10A〜10Dは、吐出するインクの色が異なることを除けば、同じ構造になっている。インクジェットヘッド10A〜10Dの詳細な構造は後述する。
各インクジェットヘッド10A〜10Dには、インクの流路135を介してインクタンク130A〜130D及びインク供給圧力調整装置131A〜131Dが夫々連結されている。インクを循環式で供給する場合は、インクの流路135に往路と復路が設けられる。インクの流路135は、例えば樹脂製チューブである。インクジェットヘッド10B〜10Dも同様である。インクタンク130A〜130Dは、インクを貯留した容器である。さらに、各インクジェットヘッド10A〜10Dの近傍に、メンテナンスユニット132A〜132Dが配置されている。例えばインクジェットヘッド10Aのメンテナンスユニット132Aは、インクジェットヘッド10Aのノズル25の表面を保護するキャップ133、ノズル25の表面に残留する付着物を除去するブレード134を備えている。他のインクジェットヘッド10B〜10Dのメンテナンスユニット132B〜132Dも、同様の構成である。
各インクタンク130A〜130Dは、各インクジェットヘッド10A〜10Dの上方に配置されている。待機時に、インクジェットヘッド10A〜10Dのノズル25からインクが漏れ出ないようにするために、各インク供給圧力調整装置131A〜131Dは、各インクジェットヘッド10A〜10D内を、大気圧に対して負圧になるようにしている。負圧は、例えば−1kPaに設定している。画像形成時においては、各インクタンク130A〜130Dのインクは、インク供給圧力調整装置131A〜131Dによって各インクジェットヘッド10A〜10Dに循環供給される。
画像が形成されたシートSは、搬送ベルト110から下流搬送路120へ送られる。下流搬送路120は、送りローラ対120a、120b、120c、120dと、シートSの搬送経路を規定するシート案内板121a、121bで構成されている。シートSは、送りローラ対120a、120b、120c、120dによって、排出口122から排出トレイ123へ送られる。図中矢印R5は、シートSの搬送経路を示す。
続いて、図2〜図5を参照しながら、インクジェットヘッド10A〜10Dの構成について説明する。なお、以下は、インクジェットヘッド10Aについて説明しているが、インクジェットヘッド10B〜10Dは、インクジェットヘッド10Aと同じ構造になっている。
図2〜図5は、シアモード・サイドシューター型のインクジェットヘッド10Aを示している。インクジェットヘッド10Aは、独立駆動型のアクチュエータを備える。図2〜図5に示すように、インクジェットヘッド10Aは、ノズルヘッド部2、フレキシブルプリント配線板3、駆動回路基板4を備えている。さらに、ノズルヘッド部2は、ノズルプレート21、基板22、共通インク室を形成する枠部材23、共通インク室にインクを供給するインク供給部24を備えている。
ノズルプレート21は、例えばポリイミドなどの樹脂又はステンレスなどの金属で形成された矩形状のプレートである。ノズルプレート21の表面には、インク滴を吐出する吐出孔であるノズル25が複数穿設されている。ノズルプレート21のノズル密度は、例えば150〜1200dpiの範囲内に設定されている。基板22は、例えば絶縁性のセラミックスで形成された矩形状の基板である。
枠部材23は、基板22の下方部分の周囲を例えば左右対称に囲う箱状に形成されている。枠部材23の下方面の開口は、ノズルプレート21によって封止されている。枠部材23、基板22及びノズルプレート21によって区画された空間は、共通インク室26(26A,26B)となる。共通インク室26は、基板22を挟んで2つの共通インク室26A,26Bを形成している。共通インク室26A側の枠部材23には、例えば円形の開口部であるインク供給口27が形成されている。インク供給口27が形成されている供給インク室26Aは、後述する複数の駆動圧力室5にインクを供給するインク供給路となる。インク供給口27は、インク供給部24に設けられたインク供給管28と連通している。インク供給管28は、さらにインク供給圧力調整装置131Aと連通している。一方、共通インク室26B側の枠部材23には、図示は省略するが、インク供給口27と同様に例えば円形の開口部であるインク排出口が形成されている。インク排出口は、インク供給部24に設けられたインク排出管29と連通している。インク排出管29は、循環供給のためさらにインク供給圧力調整装置131Aと連通している。枠部材23、インク供給部24、インク供給管28及びインク排出管29は、例えば樹脂で形成されている。また、インク供給管28及びインク排出管29を設けないことを除けばインク供給部24と対称構造の支持部材24aが基板22を挟んで対称位置に配置されている。インク供給部24及び支持部材24aには、インクジェットヘッド10Aを、インクジェットプリンタ100に取り付ける際に使用する固定部材24bが夫々設けられている
インクの吐出チャネルを構成する駆動圧力室5、及び、ダミーチャネルを構成する空気室51は、共通インク室26(26A,26B)内に位置する基板22の表面に複数配置されている。駆動圧力室5と空気室51は、ノズルプレート21の表面と接する高さに形成された側壁である圧電部材6(6A,6B)によって仕切られている。駆動圧力室5及び空気室51は、基板22の表面に積層した2枚の圧電部材6A,6Bを、基板幅方向に矩形状に切欠いた溝によって形成される。2枚の圧電部材6A,6Bは、分極方向が相反する方向(一例として対向方向)に積層されている。圧電部材6(6A,6B)には、後述するヒステリシスの大きい圧電材料が用いられる。駆動圧力室5及び空気室51は、駆動圧力室5の両側に空気室51が位置するように配列されている。各駆動圧力室5は、各ノズル25と1対1で連通するように配置されている。
さらに、空気室51の短辺側の側壁を形成する2枚のカバープレート7が、基板22の両側面に夫々配置されている。カバープレート7の下端面は、側壁を形成している圧電部材6(6A,6B)の先端面と同じ高さであり、カバープレート7の上端面は、共通インク室26(26A,26B)の外にまで延びている。空気室51は、カバープレート7によって共通インク室26(26A,26B)とは遮断された密閉空間を形成している。カバープレート7は、例えば厚さ50μm程度のジルコニア板で形成される。一方、カバープレート7には、駆動圧力室5と左右の共通インク室26A,26Bとが連通するように、駆動圧力室5の形状に対応する溝状の開口71が形成されている。共通インク室26A側のカバープレート7の開口71はインク供給口であり、共通インク室26B側のカバープレート7の開口71はインク排出口であり、インクは循環式で駆動圧力室5に供給される。
使用するインクが例えば絶縁性インクの場合、図4に示すように、駆動圧力室5の上面及び両側面に一体的に電極61が形成され、空気室51の上面及び両側面にも同様に一体的に電極62が形成される。駆動圧力室5の電極61及び空気室51の電極62には、基板22の側面に沿って共通インク室26(26A,26B)の外にまで延びる配線電極63,64が夫々接続されている。電極61,62及び配線電極63,64は、例えばニッケル薄膜で形成される。この場合、駆動圧力室5に接続された電極61を個別電極として駆動電界を印加し、空気室51に接続された電極62を共通電極として例えば接地する。
使用するインクが例えば導電性を有する水性インクの場合、図5に示すように、駆動圧力室5の上面及び両側面に一体的に電極61が形成され、空気室51の側面には電気的に切り離された電極62が夫々形成される。駆動圧力室5の電極61及び空気室51の電極62には、基板22の側面に沿って共通インク室26(26A,26B)の外にまで延びる配線電極63,64が夫々接続されている。電極61,62及び配線電極63,64は、例えばニッケル薄膜で形成される。この場合、駆動圧力室5に接続された電極61を共通電極として例えば接地し、空気室51に接続された電極62を個別電極として駆動電界を印加する。
説明を図2に戻すと、駆動圧力室5からの配線電極63及び空気室51からの配線電極64は、フレキシブルプリント配線板3に接続され、さらに吐出動作の駆動回路となる駆動回路基板4と電気的に接続されている。フレキシブルプリント配線板3には、駆動用のIC(Integrated Circuit)31が搭載されている。駆動回路基板4は、インクジェットプリンタ100の制御基板140からの画像データを一時的にバッファに保存し、画像を形成する所定のタイミングでインク滴が吐出されるように電気信号を出力する。電気信号は、駆動電圧であるパルス電圧である。
上記構成により、圧電部材6(6A,6B)の分極軸と交差(望ましくは、直交)する方向に駆動電界が印加されて圧電部材6(6A,6B)がシアモード変形し、ノズル25からインク滴を吐出する独立駆動型のアクチュエータが構成される。
続いて、圧電部材6(6A,6B)に用いる圧電材料について説明する。
図6は、高ヒステリシス材料、中ヒステリシス材料、及び低ヒステリシス材料で圧電部材6(6A,6B)を形成したときの駆動電界E(V/mm)と歪量εの関係を示している。例えば実線で示した高ヒステリシス材料について駆動電界E(V/mm)と歪量εの関係をみると、例えばインクジェットヘッド10Aの製造後の初期状態では歪量εはゼロ(A0)であるが、駆動圧力室5を加圧するために駆動電界Eをプラス方向(+)に印加していくと歪量εが押し方向に増加して最大値(歪みA1)に達する。ヒステリシスを有しなければ駆動電界E(V/mm)をゼロにすると歪量εは元のゼロ(A0)に戻るが、ヒステリシスを有しているので、元のゼロ(A0)には戻らず押し方向の歪みの履歴が残る(歪みA2)。
反対に、駆動圧力室5を減圧するために駆動電界Eをマイナス方向(−)に印加していくと歪量εが引き方向に増加して最大値(歪みA3)に達する。引き方向の場合も、ヒステリシスを有しているので、駆動電界E(V/mm)をゼロにしても歪量εはゼロ(A0)には戻らず引き方向の歪みの履歴が残る(歪みA4)。中ヒステリシス材料及び低ヒステリシス材料も、歪量ε及び歪みの履歴は相対的に小さくなるが、高ヒステリシス材料と同様のヒステリシス特性を示す。
図6を見れば明らかなように、高ヒステリシス材料を用いれば、最大で、引き方向の最大値(歪みA3)から押し方向の最大値(歪みA1)までの大きな歪量εでインクの吐出を行える利点がある。その反面、駆動電界E(V/mm)をゼロにしたときに残る歪みの履歴(歪みA2,歪みA4)も大きい。従来のシアモード・シェアウォール・サイドシュータ型のインクジェットヘッドは、隣り合う駆動圧力室が圧電部材の側壁を共有しているため、直前の圧電部材の歪みの履歴がプラス方向(歪みA2)の場合もあればマイナス方向(歪みA4)の場合もある。そのため、例えば一度減圧(歪みA3)してから駆動するようにしても直前の動作方向の歪みの履歴がプラス方向(歪みA2)の場合とマイナス方向(歪みA4)の場合とでは減圧量(歪みA2−A3又は歪みA4−A3)が違ってくる為、改善はされるものの依然として例えば圧力伝播に起因するクロストークの問題が残ってしまう。そのため、低ヒステリシス材料が選択され、大ヒステリシス材料や中ヒステリシス材料は避けられていた。
一方、図2〜図5に示したシアモード・サイドシューター型のインクジェットヘッド10Aには、鉛含有圧電材料又は鉛非含有圧電材料の中からヒステリシスの大きい材料を選択して用いる。具体的には、図7に示すように、電界300V/mmのときの圧電定数d15が1000pC/N以上となる鉛含有圧電材料を用いる。なお、「p」は、SI単位系の接頭辞picoである。鉛含有圧電材料は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)である。チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)は、チタン酸鉛とジルコン酸鉛の混晶であるチタン酸ジルコン酸鉛は、鉛(Pb)に対するジルコニウム(Zr)やチタン(Ti)の組成比やドープ金属の種類や組成比などによってヒステリシスの大きさは異なる。その中から、電界300V/mmのときの圧電定数d15が1000pC/N以上のチタン酸ジルコン酸鉛を、高ヒステリシス材料及び中ヒステリシス材料として選択する。勿論、鉛含有圧電材料は、チタン酸ジルコン酸鉛に限らない。
圧電定数d15は、例えば市販の圧電材料の場合はメーカーが示す値を用いてもよい。或いは、実際に測定してもよい。図7には、高ヒステリシス材料(A−1)、中ヒステリシス材料(A−2)及び低ヒステリシス材料(A−3)について、実際に測定して求めた圧電定数d15の一例を示している。測定方法としては、図8に概略を示すように、例えば長さ1.5mm、幅1mm、高さ0.2mmの試験片8に電極80を形成し、固定台81に固定して電極80に駆動電界Eを印加する。駆動電界Eは、5V/mm、300V/mm、750V/mmとなるように印加し、そのときの傾き(せん断歪み)を、レーザードップラー振動計センサー82で測定する。せん断歪みを示す圧電定数d15は、歪量を電界で除して求めることができる。計算式と単位は、圧電定数d15(m/V)=[生じた歪み(m/m)/与えられた電界(V/m)]である。
また、圧電材料の他の例として、図7に示すように、電界300V/mmのときの圧電定数d15が400pC/N以上となる鉛非含有圧電材料を用いる。鉛非含有圧電材料は、例えば、ニオブ酸カリウムナトリウム(KNN)である。他のニオブ酸系の圧電材料であってもよい。また、チタン酸バリウム(BaTiO)などのニオブ酸系以外でもよい。鉛非含有圧電材料の場合も、圧電定数d15は、例えば市販の圧電材料の場合はメーカーが示す値を用いてもよい。或いは、実際に測定してもよい。図7には、高ヒステリシス材料(B−1)、中ヒステリシス材料(B−2)及び低ヒステリシス材料(B−3)について、実際に測定して求めた圧電定数d15の一例を示している。その中から、電界300V/mmのときの圧電定数d15が400pC/N以上の鉛非含有圧電材料を選択する。
続いて、インクを吐出させるために駆動電圧として印加するパルス電圧の波形について説明する。図9には、(a)押し打ち、(b)プリ波形付き押し打ち、(c)引き打ち、(d)プリ波形付き引き打ちのパルス電圧の波形を示している。さらに、図9には、電圧波形に対応する圧電部材6(6A,6B)の歪みの変位を示している。同図のA1〜A4の符号は、図6の歪みA1〜A4に対応している。
(a)押し打ちは、プラス方向(+)に電圧を印加した後、グランド電位に戻す。この場合、圧電部材6(6A,6B)が歪みA2から歪みA1の押し方向に変形して駆動圧力室5を加圧し、ノズル25からインクが吐出される。その後、電圧がグランド電位に戻ると圧電部材6(6A,6B)も歪みA1から歪みA2に戻る。押し打ちは、歪みA1から歪みA2までの線形の範囲で駆動圧力室5の加圧を繰り返し行うので、駆動周波数を最も早くすることができる。
(b)プリ波形付き押し打ちは、一旦インクが吐出しない程度の小さい波形でマイナス方向(−)に電圧を印加してからプラス方向(+)に電圧を印加した後、電圧をグランド電位に戻す。この場合、圧電部材6(6A,6B)は、一旦歪みA3方向に向けて変形してから歪みA1の押し方向に変形して、駆動圧力室5を加圧する。その後、電圧がグランド電位に戻ると圧電部材6(6A,6B)も歪みA1から歪みA2に戻る。プリ波形付き押し打ちは、一旦歪みA3方向に向けて変形させる分、押し打ちに比べて歪量を大きくすることができる。
(c)引き打ちは、先ずマイナス方向(−)に電圧を印加し、次にプラス方向(+)に電圧を印加した後、電圧をグランド電位に戻す。この場合、圧電部材6(6A,6B)は、歪みA3の引き方向に十分に変形してから歪みA1の押し方向に変形して、駆動圧力室5を加圧する。その後、電圧がグランド電位に戻ると圧電部材6(6A,6B)も歪みA1から歪みA2に戻る。引き打ちは、引き方向の最大値(歪みA3)から押し方向の最大値(歪みA1)までの大きな歪量εでインクの吐出を行うことができる。引き打ちは、大きな歪量が得られ、駆動周波数も比較的早くすることができる好ましい駆動方法である。
(d)プリ波形付き引き打ちは、一旦インクが吐出しない程度の小さい波形でプラス方向(+)に電圧を印加してからマイナス方向(−)に電圧を印加し、再びプラス方向(+)に電圧を印加した後、電圧をグランド電位に戻す。この場合、圧電部材6(6A,6B)は、一旦歪みA1方向に向けて変形してから歪みA3の引き方向に変形して駆動圧力室5を減圧する。そして歪みA1の押し方向に変形して駆動圧力室5を加圧する。その後、電圧がグランド電位に戻ると圧電部材6(6A,6B)も歪みA1から歪みA2に戻る。
次に、好ましい駆動方法である引き打ちを行ったときのアクチュエータの動きについて、図10を参照しながら説明する。駆動電圧を印加する前のグランド電位のとき、圧電部材6(6A,6B)には直前の吐出動作の履歴が残っている。すなわち、駆動圧力室5からみると押し方向の歪みの履歴が残っている。この状態からマイナス方向(−)に電圧を印加すると、圧電部材6(6A,6B)に引き方向の変形が生じて駆動圧力室5が減圧される。続いてプラス方向(+)に電圧を印加すると、圧電部材6(6A,6B)に押し方向の変形が生じて駆動圧力室5が加圧され、ノズル25からインク滴が吐出される。
以上説明した実施形態によれば、インクに比べて圧力伝播の小さい空気室51を駆動圧力室5の両側に配置した独立駆動型のアクチュエータを備えたシアモード・サイドシューター型のインクジェットヘッド10Aであるので、電界300V/mmのときの圧電定数d15が1000pC/N以上となる鉛含有圧電材料を用いることができる。すなわち、ヒステリシスの大きい圧電材料を用いて大きな歪みで駆動させても、クロストークを抑えたインクの吐出動作を行うことができる。同様の理由により、電界300V/mmのときの圧電定数d15が400pC/N以上となる鉛非含有圧電材料を用いることができる。
さらに、上述の実施形態によれば、圧電部材6(6A,6B)の駆動終了時の状態はいつも同じ歪みA2となるので、シェアウォール型のような直前の歪みの履歴のバラツキをなくすための予備駆動が必要ない。その結果、クロストークが抑えられるだけでなく、駆動周波数も速くすることができる。
さらに、上述の実施形態によれば、一例であるが、低ヒステリシス材料を用いた圧電部材6(6A,6B)で所望の性能を満たす駆動電圧が30Vであったのに対し、高ヒステリシス材料を用いた圧電部材6(6A,6B)では駆動電圧が21Vで同じ性能を満たすことを確認した。
なお、上述の実施形態は、インク循環式のインクジェットヘッド10Aを一例に挙げて説明したが、インク非循環式のインクジェットヘッドであってもよい。また、インクジェットヘッド10Aは、3Dプリンタに搭載してもよい。この場合、液体状の造形材やサポート材をインクとして吐出する。
本発明の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
10A インクジェットヘッド
2 ノズルヘッド部
21 ノズルプレート
25 ノズル
26 共通インク室
3 フレキシブル配線板
4 駆動回路基板
5 駆動圧力室
51 空気室
6 圧電部材
7 カバープレート
100 インクジェットプリンタ

Claims (5)

  1. 圧電部材で形成された一対の側壁を有し、インク供給路及びノズルと連通する駆動圧力室と、前記駆動圧力室の両側に前記側壁を介して設けられた空気室と、前記圧電部材に駆動電界を印加する駆動回路と、を含む独立駆動型のアクチュエータを備え、
    前記圧電部材は、電界300V/mmのときの圧電定数d15が1000pC/N以上となる鉛含有圧電材料で形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. 圧電部材で形成された一対の側壁を有し、インク供給路及びノズルと連通する駆動圧力室と、前記駆動圧力室の両側に前記側壁を介して設けられた空気室と、前記圧電部材に駆動電界を印加する駆動回路と、を含む独立駆動型のアクチュエータを備え、
    前記圧電部材は、電界300V/mmのときの圧電定数d15が400pC/N以上となる鉛非含有圧電材料で形成されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
  3. 前記駆動圧力室及び空気室は、基板の一面に間隔をあけて配列した前記圧電部材で形成された複数の側壁と、前記側壁の上面に配置されるノズルプレートと、前記側壁の両端側に配置され、駆動圧力室に対応する箇所にインクの供給口及び排出口を有する一対のカバープレートにより形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のインクジェットヘッド。
  4. 前記駆動回路は、前記駆動圧力室を減圧する駆動電界を印加した後に、前記駆動圧力室を加圧する駆動電界を印加することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のインクジェットヘッド。
  5. 請求項1〜4のいずれか1項に記載のインクジェットヘッドと、
    前記インクジェットヘッドと対向する位置に記録媒体を搬送する記録媒体搬送装置と、
    前記記録媒体の所定の位置にインクを吐出するように前記インクジェットヘッドを制御する制御部と、を備えるインクジェットプリンタ。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004090374A (ja) * 2002-08-30 2004-03-25 Konica Minolta Holdings Inc インクジェットヘッド
JP2006205504A (ja) * 2005-01-27 2006-08-10 Konica Minolta Holdings Inc 液滴吐出装置及び液滴吐出ヘッドの駆動方法
JP2008201026A (ja) * 2007-02-21 2008-09-04 Konica Minolta Holdings Inc インクジェットヘッド及びその製造方法
US20120062657A1 (en) * 2010-09-09 2012-03-15 Microjet Technology Co., Ltd. Piezoelectric inkjet head structure
JP2016185685A (ja) * 2015-03-27 2016-10-27 東芝テック株式会社 インクジェットヘッド駆動装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004090374A (ja) * 2002-08-30 2004-03-25 Konica Minolta Holdings Inc インクジェットヘッド
JP2006205504A (ja) * 2005-01-27 2006-08-10 Konica Minolta Holdings Inc 液滴吐出装置及び液滴吐出ヘッドの駆動方法
JP2008201026A (ja) * 2007-02-21 2008-09-04 Konica Minolta Holdings Inc インクジェットヘッド及びその製造方法
US20120062657A1 (en) * 2010-09-09 2012-03-15 Microjet Technology Co., Ltd. Piezoelectric inkjet head structure
JP2016185685A (ja) * 2015-03-27 2016-10-27 東芝テック株式会社 インクジェットヘッド駆動装置

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