JP3758255B2

JP3758255B2 - インクジェットヘッド

Info

Publication number: JP3758255B2
Application number: JP31364796A
Authority: JP
Inventors: 武志浅野
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 1996-11-25
Filing date: 1996-11-25
Publication date: 2006-03-22
Anticipated expiration: 2016-11-25
Also published as: JPH10151739A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットヘッドに関し、特に、インク圧力室を有するキャビティープレートと、前記インク圧力室の開口部を被覆するように取り付けられた圧電素子と、該圧電素子の上下面にそれぞれ設けられた電極と、前記インク圧力室に連通するノズルとを有し、前記電極に駆動電圧を印加して前記圧電素子を伸縮変形させることにより前記インク圧力室内に圧力振動を生じさせて前記ノズルからインクを吐出させるインクジェットヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３に示すごとく、従来のインクジェットヘッド１００では、厚さ方向に分極された圧電素子１０２と、その上下面に形成された電極１０４，１０６と、圧電素子１０２の伸縮変形を拘束する拘束板１０８とが一体となって、キャビティプレート１１０のインク圧力室１１２を覆っているものが存在する。
【０００３】
この構成では、電極１０４，１０６に駆動電圧を印加することにより、圧電素子１０２が厚さ方向に伸び、厚さ方向と直角方向に縮む。このとき圧電素子１０２の伸縮変形は拘束板１０８によって拘束されているので、たわみを発生してインク圧力室１１２に圧力を加えて、インク圧力室１１２に連通するノズルから外部に、インクを吐出させていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図３のような構成では、圧電素子１０２の上下面に電極１０４，１０６を形成した後、圧電素子１０２上に、特に電極１０４に対して精度良く拘束板１０８を接着等により配置して形成する必要があり、生産性が非常に悪かった。しかも、２インチ幅、４インチ幅、Ａ４用紙幅といった多数のノズルを有するヘッドでは、全ての電極１０４に対して拘束板１０８を高精度に位置合わせするのは大変困難であった。
【０００５】
図４のインクジェットヘッド２００ように、拘束板２０８を圧電素子２０２の全面にわたって貼り付けると、図３のように電極２０４に対して高精度な位置決めする必要ないが、この場合には圧電素子２０２の伸縮変形が全面にわたって拘束されるため、大きな変形量が得られないという問題が生じた。
【０００６】
本発明は、拘束板と電極との高精度な位置決めを必要とせず、大きな変形量も得られるインクジェットヘッドの提供を目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
ここには、１つまたはそれ以上の発明が記載され、それぞれ以下に述べるような構成および効果を有する。
本発明のインクジェットヘッドは、インク圧力室を有するキャビティープレートと、前記インク圧力室の開口部を被覆するように前記キャビティープレートに取り付けられた圧電素子と、該圧電素子の前記キャビティープレートに取り付けられる側の面である下面に設けられた共通電極と、下面とは反対の上面に設けられた個別電極と、前記インク圧力室に連通するノズルとを有し、前記個別電極と前記共通電極との間に駆動電圧を印加して前記圧電素子を伸縮変形させることにより前記インク圧力室内に圧力振動を生じさせて前記ノズルからインクを吐出させるインクジェットヘッドであって、前記圧電素子は、その厚み方向に前記個別電極から前記共通電極に向かって分極処理がなされており、前記圧電素子の上面に設けられた前記個別電極は、下面に設けられた前記共通電極よりも前記圧電素子の伸縮変形を拘束する力が強くなるように、前記共通電極よりもその弾性係数が大きい材質で形成されるとともに、前記個別電極が前記共通電極よりも前記圧電素子の伸縮変形を拘束する力が強くなるように、前記個別電極の厚さが５〜３０μｍ、前記圧電素子の厚さは５〜３０μｍ、前記共通電極の厚さは３μｍ以下とされ、駆動電圧印加時に、前記圧電素子がその上面が凸側で下面が凹側となるように湾曲して、前記インク圧力室内に圧力振動を生じさせることを特徴とする。
【０００８】
このように、上面の個別電極の方が下面の共通電極に比較して圧電素子に対する拘束力が大きいため、圧電素子が縮めば、圧電素子は上面側に凸となるように湾曲する。
【０００９】
したがって、独立した拘束板が不用なので、全体の構成が簡単なものとなるとともに、個別電極そのものが拘束板であることから、従来のように電極に対して正確に位置決めして拘束板を設ける必要がなく、製造が容易である。しかも、圧電素子の全面にわたって拘束板を設ける必要はないので、圧電素子の伸縮変形が全面にわたって拘束されることはなく、大きな変形量が得られる。
【００１０】
このような拘束力の差は、個別電極と共通電極の間に、厚み上の差が設けられていること、すなわち、個別電極の厚さが５〜３０μｍ、圧電素子の厚さは５〜３０μｍ、共通電極の厚さは３μｍ以下とすることにより、達成することができる。
【００１１】
また拘束力の差は、厚みの差に加えて、個別電極を共通電極よりも弾性係数の大きい材質で形成することによっても達成できる。
尚、圧電素子の分極処理は、駆動時に用いられる前記個別電極及び共通電極により行っても良い。このようにすると、特別な分極用電極を形成することもなく、また分極用の特別な治具を用いる必要もなくなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）および図２は、上述した発明のいくつかが適用されたインクジェットヘッド２の構成を示し、図２はキャビティ４の軸方向に沿って切断した縦断面図を表し、図１（ａ）はキャビティ４の軸方向に直角（Ｘ−Ｘ）に切断した面の一部を拡大して示す縦断面説明図である。
【００１３】
インク圧力室であるキャビティ４は、キャビティプレート６上に側壁６ａにより仕切られて、溝状に形成されている。キャビティプレート６のキャビティ４が開口している一面には、シート状圧電素子８が接合されている。シート状圧電素子８の上下面の内、キャビティプレート６に接合している下面側には薄い共通電極１０が設けられ、上面側にはキャビティ４の中央に対応する位置に、キャビティ４内のインクの流動方向に沿って延びた、厚みのある個別電極１２が設けられている。例えば、シート状圧電素子８の厚さｔ１：共通電極１０の厚さｔ２：個別電極１２の厚さｔ３≒１０：１：５に設定されている。具体的には、例えば、ｔ１≒２０μｍ、ｔ２≒２μｍ、ｔ３≒１０μｍである。
【００１４】
共通電極１０は銀ペースト等の導電性ペーストをシート状圧電素子８に塗布してなるものであり、シート状圧電素子８の変形に対する拘束力はほとんどないが、個別電極１２は、銅、銀等の金属層からなり、厚いことから、シート状圧電素子８の変形に対して十分な拘束力を有する。この個別電極１２は、シート状圧電素子８の上面全面に必要な厚さに金属をメッキした後、エッチングにより余分な部分の金属を除去することにより形成される。
【００１５】
シート状圧電素子８は図示矢印のごとく、シート状圧電素子８の厚み方向に、個別電極１２から共通電極１０に向かって分極処理がなされている。このため、個別電極１２と共通電極１０との間に、個別電極１２をプラス側とし共通電極１０側をマイナスあるいは接地側として駆動電圧を印加させることにより、シート状圧電素子８の内、個別電極１２と共通電極１０とに挟まれた部分が、面方向に縮む。
【００１６】
このようにシート状圧電素子８が縮むと、シート状圧電素子８に設けられている電極１０，１２の内、個別電極１２のみがその拘束力の強さから、拘束板として作用するので、図１（ｂ）に示すごとく、個別電極１２側を凸側、共通電極１０側を凹側として、キャビティ４の中心付近のシート状圧電素子８が盛り上がるように変形する。このことにより、キャビティ４の体積が増加しキャビティ４内のインクの圧力が低下し、図２に示したインク室２０からインクをキャビティ４内に吸い込む。
【００１７】
続いて共通電極１０と個別電極１２との間の駆動電圧印加を停止すると、図１（ｂ）の状態から図１（ａ）の状態に戻り、キャビティ４の体積が減少しキャビティ４内のインクの圧力が増加する。このことにより、ノズル２２からインクが外部に吐出される。
【００１８】
このようにして、キャビティ４内のインクに圧力振動が生じることにより、ノズル２２に対面した外部の記録媒体に、インクで記録がなされる。尚、分極方向や駆動電圧の電界方向は上述とは異なっていても良く、適宜決定すれば良い。
本実施の形態のインクジェットヘッド２は、上下両面に設けられた電極１０，１２の内の一方の個別電極１２が、シート状圧電素子８の拘束板として作用するのに十分に厚く形成されているので、更に個別電極１２上に拘束板を形成しなくてもシート状圧電素子８を駆動電圧の印加にて変形させることができる。
【００１９】
したがって、独立した拘束板が不用なので、全体の構成が簡単なものとなるとともに、個別電極１２そのものが拘束板であることから、従来のように個別電極１２に対して正確に位置決めして拘束板を設ける必要がなく、製造が容易となる。また、シート状圧電素子８の全面にわたって拘束板を設ける必要がないので、圧電素子の伸縮変形が全面にわたって拘束されることはなく、十分大きな変形量が得られる。
【００２０】
なお、シート状圧電素子８はキャビティ４のすべてを覆っている一枚のシートであることから、性能の均一性を高めることができ、すべてのノズル２２において、均一な吐出性能を得ることができる。
分極処理も共通電極１０と個別電極１２とをそのまま利用してできるので、別個に分極のための電極を設けたり、あるいは特別な分極装置を用いる必要が無く、効率的であり、製造コストも低くて済む。
【００２１】
なお、本実施の形態は、駆動電圧によって発生する電界の向きと圧電素子の分極方向とが一致しているタイプであることから、大きな変形量を得ることができ、小型でも大きな吐出量を得ることができる。
［その他］
前記実施の形態では、共通電極１０がキャビティプレート６側であり、個別電極１２がキャビティプレート６とは反対側に設けられていたが、この逆の配置でも良い。逆に配置した場合には、前記実施の形態のごとくの分極および電界方向では、駆動電圧印加時にシート状圧電素子８はキャビティ４側に陥没するように変形し、駆動電圧非印加時には、平面状に戻ることになる。
【００２２】
前記実施の形態においては、個別電極１２が厚くされていることにより、共通電極１０との間で、シート状圧電素子８に対する拘束力の差を生じさせていたが、この厚さの差としては、具体的には、例えば、シート状圧電素子８の厚さを５〜３０μｍ、共通電極１０の厚さは３μｍ以下、および個別電極１２の厚さは５〜３０μｍとすることが挙げられる。
【００２３】
また、拘束力の差を生じさせるには、厚さ以外に電極の間に、材質強度としての差を設けることによっても達成できる。この材質強度としては、弾性係数を指標として選択しても良い。また、厚さと材質強度との両方により拘束力の差を生じさせても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施の形態としてのインクジェットヘッドの一部の構成を示す縦断面説明図であり、（ａ）は駆動電圧非印加時の状態、（ｂ）は駆動電圧印加時の状態を示す。
【図２】一実施の形態としてのインクジェットヘッド縦断面図である。
【図３】従来例のインクジェットヘッドの一部の構成を示す縦断面説明図である。
【図４】他の従来例のインクジェットヘッドの一部の構成を示す縦断面説明図である。
【符号の説明】
２…インクジェットヘッド４…キャビティ
６…キャビティプレート６ａ…側壁８…シート状圧電素子
１０…共通電極１２…個別電極２０…インク室２２…ノズル

Claims

インク圧力室を有するキャビティープレートと、前記インク圧力室の開口部を被覆するように前記キャビティープレートに取り付けられた圧電素子と、該圧電素子の前記キャビティープレートに取り付けられる側の面である下面に設けられた共通電極と、下面とは反対の上面に設けられた個別電極と、前記インク圧力室に連通するノズルとを有し、
前記個別電極と前記共通電極との間に駆動電圧を印加して前記圧電素子を伸縮変形させることにより前記インク圧力室内に圧力振動を生じさせて前記ノズルからインクを吐出させるインクジェットヘッドであって、
前記圧電素子は、その厚み方向に前記個別電極から前記共通電極に向かって分極処理がなされており、
前記圧電素子の上面に設けられた前記個別電極は、下面に設けられた前記共通電極よりも前記圧電素子の伸縮変形を拘束する力が強くなるように、前記共通電極よりもその弾性係数が大きい材質で形成されるとともに、前記個別電極が前記共通電極よりも前記圧電素子の伸縮変形を拘束する力が強くなるように、前記個別電極の厚さが５〜３０μｍ、前記圧電素子の厚さは５〜３０μｍ、前記共通電極の厚さは３μｍ以下とされ、
駆動電圧印加時に、前記圧電素子がその上面が凸側で下面が凹側となるように湾曲して、前記インク圧力室内に圧力振動を生じさせることを特徴とするインクジェットヘッド。