JP2785726B2 - インクジェットヘッド用圧電素子組立体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクジェットヘッド
用圧電素子組立体に係り、特にドットマトリクスにより
文字又は画像を出力するインクジェットプリンタのイン
クジェットヘッド用圧電素子組立体に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のインクジェットヘッドの一例を図
４乃至図６に示す。

【０００３】この内、図４にインクジェットの動作説明
を示し、図５にそのシステムの全体的な構成の概略を示
す。ここで、符号５１は７個のインク吐出用のノズル部
５１ａを備えたインクジェットヘッドを示し、符号５２
はインクタンクを示す。

【０００４】インクジェットヘッド５１は、図５に示す
ように、インクタンク５２から導入したインクを一時的
に留めておくインク溜り５１Ａと、このインク溜り５１
Ａから分岐されて前述した各ノズル部５１ａにインクを
供給する７個のインク供給路５１Ｂと、この各インク供
給路５１Ｂの途上に設けられ当該インク供給路５１Ｂよ
り幾分容積の大きい圧力室５１Ｃと、この各圧力室５１
Ｃに対応して当該各圧力室５１Ｃの外側に装備された７
個の圧電素子５１Ｄとを備えている。図６にインクジェ
ットのノズル部分の具体的例を示す。

【０００５】そして、前述した圧電素子５１Ｄに所定の
作動電圧を印加すると、図４（ｂ）に示すように圧電素
子５１Ｄに押圧動作が付勢されて圧力室５１Ｃが瞬時に
変形収縮されて当該圧力室５１Ｃ内に圧力波が発生し、
ノズル部５１ａまで伝ぱんしてインク滴を吐出させる。

【０００６】これによって図４（ｃ）に示すようにイン
クが滴状となってノズル部５１ａから印字用として吐出
される。

【０００７】次に、圧電素子５１Ｄから動作電圧を開放
すると、圧電素子５１Ｄはその圧電開放動作によって反
対側に作動し、これにより不足のインクが吸引され、次
の作動電圧の印加に対する準備が完了し、以後同一の動
作が繰り返し行われる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では、インク流路と圧力発生源の圧電素子とを別途
作製して貼り合わせなくてはならないため、生産性が悪
く且つコスト高となるという不都合があった。また、イ
ンク吐出口がインク流路の終端部に形成されていること
から、インクジェットヘッド部分が全体的に大型化する
という不都合が生じていた。

【０００９】

【発明の目的】本発明は、かかる従来例の有する不都合
を改善し、とくに部品点数が少なく比較的小型化で動作
が確実な信頼性あるインクジェットヘッド用圧電素子組
立体を提供することを、その目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、電極面としての電極が層状に組み込まれ動作時には
各電極相互間に所定の電圧を印加するように構成された
積層圧電素子を設け、この積層圧電素子に、該積層圧電
素子の前述した電極面に直交して且つ所定の方向に向か
う複数の貫通孔を等間隔に形成してこれをインク吐出用
の圧力室とする。そして、この各貫通孔の相互間に前述
した各電極面を切断した状態のスリット溝を設けると共
に、複数の各貫通孔の一方の開口部分をノズル部とす
る、という構成を採っている。

【００１１】請求項２記載の発明では、電極面としての
電極が層状に組み込まれ動作時には各電極相互間に所定
の電圧を印加するように構成された積層圧電素子を設
け、この積層圧電素子の中央部で前述した電極面に沿っ
て複数の貫通孔を等間隔に形成してこれをインク吐出用
の圧力室とする。そして、この各貫通孔の相互間に前述
した各電極面を切断した状態のスリット溝を設けると共
に、複数の各貫通孔の一方の開口部分をノズル部とす
る、という構成を採っている。

【００１２】請求項３記載の発明では、電極面が層状に
組み込まれ動作時には各電極相互間に所定の電圧を印加
するように構成され且つ同一に形成された一対の積層圧
電素子ブロックを備えている。この各積層圧電素子ブロ
ックをその振動面を同一方向に揃えて一体的に併設し且
つ相互に固定して積層圧電素子を形成する。更に、この
積層圧電素子の前述した各積層圧電素子ブロックの当接
面部分に、当該積層圧電素子の前述した電極面に直交し
て且つ所定の方向に向かう複数の貫通孔を等間隔に形成
してこれをインク吐出用の圧力室とする。 そして、この
各貫通孔の相互間に前記各電極面を切断した状態のスリ
ット溝を等間隔に平行に設けると共に、前記複数の各貫
通孔の一方の開口部分をノズル部とする、という構成を
採っている。

【００１３】請求項４記載の発明では、接合面領域を除
いて電極面が当該接合面に平行に且つ層状に組み込まれ
動作時には各電極相互間に所定の電圧を印加するように
構成された一対の積層圧電素子ブロックを備えている。
この各積層圧電素子ブロックの前述した接合面を相互に
固着して積層圧電素子を形成すると共に、この積層圧電
素子の前述した各積層圧電素子ブロックの接合面部分
に、当該積層圧電素子の前述した電極面に沿って複数の
貫通孔を等間隔に形成してこれをインク吐出用の圧力室
とする。そして、この各貫通孔の相互間にスリット溝を
等間隔に平行に且つ前述した各電極面を切断した状態に
設けると共に、前述した複数の各貫通孔の一方の開口部
分をノズル部とする、という構成を採っている。

【００１４】請求項５記載の発明では、前述した請求項
３又は４記載のインクジェットヘッド用圧電素子組立体
において、貫通孔は、一対の積層圧電素子ブロックの両
方を一体化した場合に突き合わせて成立するように、予
め各積層圧電素子ブロックに所定の溝の形態をもって形
成する、という構成を採っている。

【００１５】請求項６記載の発明では、前述した請求項
３又は４記載のインクジェットヘッド用圧電素子組立体
において、貫通孔は、一対の積層圧電素子ブロックの両
方を一体化した場合に成立するように、予め一方又は他
方の積層圧電素子ブロックに所定の溝が所定の形態をも
って形成する、という構成を採っている。これによって
前述した目的を達成しようとするものである。

【００１６】

【作用】駆動に際しては、電極相互間（第１，第４の電
極と、第２，第３の電極間）に所定の電圧を加え、一方
と他方の積層圧電素子ブロック１，２に歪みを発生さ
せ、これによってインク吐出用の圧力室である貫通孔に
圧力波を発生させ、ノズル部からインク滴を吐出させ
る。又、吐出により減少した分のインクは、積層圧電素
子の下側に装備されるインク溜まり（図示せず）から補
給される。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の第１実施例を図１乃至図２に
基づいて説明する。

【００１８】この図１乃至図２において、符号１，２
は、それぞれ電極面としての電極１Ａ，１Ｂ又は２Ａ，
２Ｂが層状に組み込まれほぼ同一に形成された一対の積
層圧電素子ブロックを示す。

【００１９】この各積層圧電素子ブロック１，２は、そ
の振動面を同方向に揃えて一体的に併設され且つ相互に
固定されて積層圧電素子１０を形成する。この積層圧電
素子１０の前述した各積層圧電素子ブロック１，２の当
接面部分には、当該積層圧電素子１，２の電極１Ａ，１
Ｂ又は２Ａ，２Ｂに直交して等間隔に一列に複数の貫通
孔１０ａが設けられている。この複数の貫通孔１０ａは
インク吐出用の圧力室としての機能を備え、その端部が
ノズル部１０ｂとして機能する。

【００２０】そして、この各貫通孔１０ａの相互間に、
スリット溝１１が等間隔に且つ平行に形成されている。
これによって、前述した各貫通孔１０ａ部分の積層圧電
素子１０がスリット溝１１毎に個別に動作可能となって
いる。

【００２１】これを更に詳述すると、インク吐出のため
の圧力室である貫通孔１０ａが前述したように二つの積
層圧電素子ブロック１，２に設けられた溝により形成さ
れている。

【００２２】一方の積層圧電素子ブロック１には、駆動
のための第１の電極１Ａ，第２の電極１Ｂが、他方の圧
電ブロック２には、第３の電極２Ａ、第４の電極２Ｂ
が、貫通孔１０ａの貫通方向に沿って当該貫通孔１０ａ
に直交する方向の交互に積層されている。また、各貫通
孔１０ａを個別に駆動するための圧力波を発生させるた
め、隣の貫通孔１０ａとの間には、前述したように仕切
り用のスリット溝１１が設けられている。

【００２３】ここで、第１の電極１Ａと第４の電極２Ｂ
は同電位であり、第２の電極１Ｂと第３の電極２Ａも同
電位である。

【００２４】そして、駆動の際には、第１，第４の電極
と、第２，第３の電極との間に電圧を加え、一方と他方
の積層圧電素子ブロック１，２に歪みを発生させ、圧力
室である貫通孔１０ａに圧力波を発生させ、ノズル部１
０ｂからインク滴を吐出させる。吐出により減少した分
のインクは、積層圧電素子１０の下側に装備されるイン
ク溜まり（図示せず）から補給される。

【００２５】このため、本第１実施例においては、これ
をインクジェットヘッドに組み込むことにより、圧力室
全体が直接作動してインク滴を形成することから、動作
速度が著しく高速化され且つ動作の信頼性を高めること
ができ、また、従来例におけるが如き圧力室が不要とな
ることからヘッド全体の小型化を図り得るという利点が
ある。

【００２６】

【第２実施例】次に、第２実施例を図３に基づいて説明
する。

【００２７】この図３に示す第２実施例は、接合面領域
を除いて電極面としての電極２１Ａ，２１Ｂ又は２２
Ａ，２２Ｂが、当該接合面に平行に且つ層状に組み込ま
れて成る一対の積層圧電素子ブロック２１，２２を備え
ている。

【００２８】この各積層圧電素子ブロック２１，２２
は、その接合面で相互に固着されて積層圧電素子２０を
形成する。この積層圧電素子２０の各積層圧電素子ブロ
ック２１，２２の接合面部分に、当該積層圧電素子ブロ
ックの前述した各電極に平行にインク吐出のための圧力
室である複数の貫通孔２０ａが１列に且つ等間隔に形成
されている。

【００２９】この各貫通孔２０ａの相互間には、前述し
た第１実施例にお場合と同様に、スリット溝３１が等間
隔に且つ平行に設けられている。

【００３０】ここで、この図３に示す第２実施例では、
第１の電極２１Ａと第２の電極２１Ｂで形成される積層
圧電素子ブロック２１と、第３の電極２２Ａと第４の電
極２２Ｂで形成される積層圧電素子ブロック２２の各動
作方向は、前述した各貫通孔２０ａの方向に同一のタイ
ミングで同時に作動するように組み込まれている。

【００３１】その他の構成は、前述した第１実施例と同
一となっている。

【００３２】このようにしても前述した第１実施例と同
様の作用効果を有するほか、とくに一方と他方の積層圧
電素子ブロック２１，２２が同時に逆方向に伸縮するこ
とから、インク滴をより迅速に且つ的確に形成し出力す
ることができるという利点がある。

【００３３】ここで、上記各実施例において、インク吐
出のための圧力室である複数の貫通孔１０ａ（２０ａ）
は、一対の積層圧電素子ブロック１，２（又は２１，２
２）を一体化した場合に突き合わせて成立するように、
予め各積層圧電素子ブロック１，２又は２１，２２に所
定の溝の形態をもって形成したが、本発明は必ずしもこ
れに限定されず、例えば積層圧電素子ブロック１，２
（又は２１，２２）の何れか一方のみに形成しても、ま
た一方又は他方に交互に形成してもよい。

【００３４】また上記各実施例においては、一対の積層
圧電素子ブロック１，２（又は２１，２２）を形成した
のち、これらを一体化して積層圧電素子１０（又は２
０）を形成するという手法を採用したが、積層圧電素子
１０（又は２０）については最初から一体化するように
各電極を積層して構成してもよい。

【００３５】また、上記各実施例は貫通孔１０ａ（２０
ａ）を同一直線状に設けた場合を例示したが、本発明は
必ずしもこれに限定されず、たとえば千鳥状に配置して
もよい。この場合、請求項３乃至６記載の各発明につい
ては、各ブロックの分割面は貫通孔１０ａ（２０ａ）に
合わせて凹凸状に形成してもよい。

【００３６】また、上記各実施例では、貫通孔１０ａ
（２０ａ）の形状を丸穴で説明したが、三角形状であっ
ても又四角形状であってもよい。

【００３７】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、圧力室
全体が直接作動してインク滴を形成することから、動作
速度が著しく高速化され且つ動作の信頼性を高めること
ができ、また、従来例におけるが如き圧力室が不要とな
ることからヘッド全体の小型化が可能となるばかりでな
く、部品点数が少なくなり、しかも組み立て工数が少な
くなることから生産性を著しく向上させることができる
という従来にない優れたインクジェットヘッド用圧電素
子組立体を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す斜視図である。

【図２】図１に示す実施例の分解斜視図である。

【図３】第２実施例を示す分解斜視図である。

【図４】従来例の動作を示す説明図で、図４（ａ）は静
止状態を示す図、図４（ｂ）は動作開始状態を示す図、
図４（ｃ）は元位置復帰状態を示す図、図４（ｄ）慣性
による変形動作状態を示す図、図４（ｅ）は静止状態を
示す図である。

【図５】従来例を示す説明図である。

【図６】図６内のノズル部分を示す拡大説明図である。

【符号の説明】

１，２，２１，２２ 積層圧電素子ブロック １Ａ，２１Ａ 電極面としての第１の電極 １Ｂ，２１Ｂ 電極面としての第２の電極 ２Ａ，２２Ａ 電極面としての第３の電極 ２Ｂ，２２Ｂ 電極面としての第４の電極 １０，２０ 積層圧電素子 １０ａ，２０ａ 圧力室である貫通孔１０ｂ ノズル部 １１，３１ スリット溝

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電極面としての電極が層状に組み込まれ
   動作時には各電極相互間に所定の電圧を印加するように
   構成された積層圧電素子を設け、 この積層圧電素子に、当該積層圧電素子の前記電極面に
   直交して且つ所定の方向に向かう複数の貫通孔を等間隔
   に形成してこれをインク吐出用の圧力室とし、 この各貫通孔の相互間に前記各電極面を切断した状態の
   スリット溝を設けると共に、前記複数の各貫通孔の一方
   の開口部分をノズル部としたことを特徴とするインクジ
   ェットヘッド用圧電素子組立体。
2. 【請求項２】 電極面としての電極が層状に組み込まれ
   動作時には各電極相互間に所定の電圧を印加するように
   構成された積層圧電素子を設け、 この積層圧電素子の中央部で前記電極面に沿って複数の
   貫通孔を等間隔に形成してこれをインク吐出用の圧力室
   とし、 この各貫通孔の相互間に前記各電極面を切断した状態の
   スリット溝を設けると共に、前記複数の各貫通孔の一方
   の開口部分をノズル部としたことを特徴とするインクジ
   ェットヘッド用圧電素子組立体。
3. 【請求項３】 電極面が層状に組み込まれ動作時には各
   電極相互間に所定の電圧を印加するように構成され且つ
   同一に形成された一対の積層圧電素子ブロックを設け、 この各積層圧電素子ブロックをその振動面を同一方向に
   揃えて一体的に併設し且つ相互に固定して積層圧電素子
   を形成すると共に、この積層圧電素子の前記各積層圧電
   素子ブロックの当接面部分に、当該積層圧電素子の前記
   電極面に直交して且つ所定の方向に向かう複数の貫通孔
   を等間隔に形成してこれをインク吐出用の圧力室とし、 この各貫通孔の相互間に前記各電極面を切断した状態の
   スリット溝を等間隔に平行に設けると共に、前記複数の
   各貫通孔の一方の開口部分をノズル部としたことを特徴
   とするインクジェットヘッド用圧電素子組立体。
4. 【請求項４】 接合面領域を除いて電極面が当該接合面
   に平行に且つ層状に組み込まれ動作時には各電極相互間
   に所定の電圧を印加するように構成された一対の積層圧
   電素子ブロックを設け、 この各積層圧電素子ブロックの前記接合面を相互に固着
   して積層圧電素子を形成すると共に、この積層圧電素子
   の前記各積層圧電素子ブロックの接合面部分に、当該積
   層圧電素子の前記電極面に沿って複数の貫通孔を等間隔
   に形成してこれをインク吐出用の圧力室とし、 この各貫通孔の相互間にスリット溝を等間隔に平行に且
   つ前記各電極面を切断した状態に設けると共に、前記複
   数の各貫通孔の一方の開口部分をノズル部としたことを
   特徴とするインクジェットヘッド用圧電素子組立体。
5. 【請求項５】 前記貫通孔は、前記一対の積層圧電素子
   ブロックの両方を一体化した場合に突き合わせて成立す
   るように、予め前記各積層圧電素子ブロックに所定の溝
   の形態をもって形成されていることを特徴とした請求項
   ３又は４記載のインクジェットヘッド用圧電素子組立
   体。
6. 【請求項６】 前記貫通孔は、前記一対の積層圧電素子
   ブロックの両方を一体化した場合に成立するように、予
   め前記一方又は他方の積層圧電素子ブロックに所定の溝
   が所定の形態をもって形成されていることを特徴とした
   請求項３又は４記載のインクジェットヘッド用圧電素子
   組立体。