JP3809787B2 - インクジェットプリンタヘッド - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電式のインクジェットプリンタヘッドの構成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
先行技術のオンディマンド型の圧電式インクジェットプリンタヘッドにおいては、特開平１１−３３４０６４号公報に記載されているように、複数個のノズルとこの各ノズルごとの圧力室（インクキャビティ）及びこの圧力室に連通されると共にインクを供給するインクマニホールドを備えた流路形成基板の一方の面に、ダイヤフラムとなる振動板（弾性膜）を介して、前記圧力室箇所に対応させて圧電素子等のエネルギー発生部を形成した記録ヘッド本体が開示されている。
【０００３】
そして、この記録ヘッド本体は、インクカートリッジを着脱自在に装着支持するための導電性樹脂からなるヘッドケースの片面に接着剤等にて固着され、このヘッドケースの側面及び記録ヘッド本体側端面に導電性塗料を塗布し導電性を有する導電層を形成し、その導電層とキャリッジ軸とを接地板にて接続することにより、記録ヘッド本体に記録用紙が接触して静電気が起きても金属部品が静電気で帯電せず、この静電気による記録ヘッド本体の破壊を防止し、また、記録ヘッド本体の前面（ノズル露出側）を覆う金属カバー体を廃止し、その分被記録媒体とノズルとの距離を短くして、印字品質を高めることができるとしている。
【０００４】
ところで、上記構成では、前記振動板（弾性膜）上に共通電極膜を形成し、その上に各圧力室に対応して圧電体膜をパターニングして形成し、さらにその各圧電体膜の上に個別電極を形成する必要があり、製造に多くの工数が掛かるばかりでなく、圧電体膜が１層であるため、大きな変形量が得られず、インクの吐出効率が悪いという問題があった。
【０００５】
この問題を解決するため、本出願人は、先に、特願２０００−２５８００７号において、複数の個別電極を形成した圧電セラミックスシートと、コモン電極を形成した圧電セラミックスシートとを交互に複数枚積層した圧電式アクチュエータを形成し、各個別電極が各圧力室に対応するように、圧電アクチュエータを、その圧力室を形成したキャビティユニットに固定した構成のインクジェットプリンタヘッドを提案した。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記提案の構成では、キャビティユニットの上に、複数の個別電極を形成した圧電セラミックスシートが直接載っているため、キャビティユニットを導電性の金属材料で製作したとき、個別電極とキャビティユニットとの間の圧電セラミックスシートが２０〜３０μｍと薄いことで、個別電極に印加した電圧の一部が圧電セラミックスシートを介してキャビティユニットに印加されてしまい、また、圧力室内の水溶性（つまり導電性を有する）インクにも電圧が印加されてしまう。その結果、隣接する２つの圧力室の一方の圧力室からインクを吐出させるべく、それに対応する個別電極に電圧を印加したとき、圧電セラミックスシート、キャビティユニット及びインクを介して他方の圧力室に対応する個別電極にも電気的に導通して、若干の電位が発生するため、吐出すべきでない圧力室からもインクが吐出するという問題があった。
【０００７】
また、圧電セラミックスシートの厚さや、圧電セラミックスシートとキャビティユニットとを接合する接着剤層にバラツキがあると、インク吐出性能にバラツキが発生するという問題もあった。
【０００８】
本発明は、このような問題を解消すべくなされたものであって、インク吐出性能の安定したインクジェットプリンタヘッドを提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成すべく、請求項１に記載のインクジェットプリンタヘッドは、複数個のノズル及びこの各ノズルに連通した複数個の圧力室を第１の方向に列状に備えた導電性材料からなるキャビティユニットと、前記各圧力室毎に選択的に駆動可能な活性部を有し、その活性部を駆動することにより前記ノズルからインクを吐出させる圧電式アクチュエータとを積層してなるものであって、前記圧電式アクチュエータは、前記複数の圧力室に跨がって延び複数積層された圧電セラミックスを含むシート材料と、そのシート材料の積層方向において、交互に前記シート材料間に配置された複数の個別電極及びコモン電極とを備え、絶縁材料からなり、且つ、前記圧力室の全てを覆う大きさに構成されている前記シート材料が最下段に配置されるとともに、前記個別電極と前記コモン電極との間に前記圧電セラミックスが挟まれて形成された前記活性部が前記圧力室にそれぞれ対向するように前記キャビティユニットに接着・固定され、全ての前記コモン電極と、前記キャビティユニットとを導電性部材を介して共通電位に接続したものである。
【００１０】
請求項２に記載のインクジェットプリンタヘッドは、請求項１に記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記共通電位はグランドである。
【００１１】
請求項３に記載のインクジェットプリンタヘッドは、請求項１に記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記圧電式アクチュエータは、最もキャビティユニット側の各個別電極が、前記シート材料のうち最もキャビティユニット側のシート材料を介して前記各圧力室に対向するように前記キャビティユニットに固定されている。
【００１２】
請求項４に記載のインクジェットプリンタヘッドは、請求項３に記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記シート材料は、圧電セラミックスシートであり、前記個別電極を一方の面に形成した圧電セラミックスシートと、前記コモン電極を一方の面に形成した圧電セラミックスシートとを積層し、前記個別電極を形成した圧電セラミックスシートの１つを、その個別電極を形成した面とは反対側の面を前記キャビティユニットに接触させて前記キャビティユニットに固定したものである。
【００１３】
請求項５に記載のインクジェットプリンタヘッドは、請求項１に記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記圧電式アクチュエータは、最もキャビティユニット側のコモン電極が、前記シート材料のうち最もキャビティユニット側のシート材料を介して前記各圧力室に対向するように前記キャビティユニットに固定されている。
【００１４】
請求項６に記載のインクジェットプリンタヘッドは、請求項５に記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記シート材料は、圧電セラミックスシートであり、前記個別電極を一方の面に形成した圧電セラミックスシートと、前記コモン電極を一方の面に形成した圧電セラミックスシートとを積層し、前記コモン電極を形成した圧電セラミックスシートの１つを、そのコモン電極を形成した面とは反対側の面を前記キャビティユニットに接触させて前記キャビティユニットに固定したものである。
【００１５】
請求項７に記載のインクジェットプリンタヘッドは、請求項１から６のいずれかに記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記導電性部材は、導電性を有する接着剤もしくは金属材料であり、前記キャビティユニットと、前記圧電式アクチュエータの積層方向の側面とにわたって配置されて、前記キャビティユニットと前記圧電式アクチュエータのコモン電極とを電気的に接続したものである。
請求項８に記載のインクジェットプリンタヘッドは、請求項１から７のいずれかに記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、少なくともインク非浸透性で、且つ、電気絶縁性の合成樹脂からなり、前記圧電式アクチュエータの前記キャビティユニットとの接着面全体に形成された接着剤層を備え、前記圧電式アクチュエータと前記キャビティユニットとは、前記接着剤層によって接着・固定されている。
請求項９に記載のインクジェットプリンタヘッドは、請求項１から８のいずれかに記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記キャビティユニットは、複数個の圧力室が形成されたキャビティプレートを含む複数枚の導電性のプレートが積層して構成されており、前記導電性部材は、前記キャビティプレートから前記圧電式アクチュエータの側面に連続して配置され、前記圧電式アクチュエータの側面に露出するように配置された前記コモン電極と前記キャビティプレートとを電気的に接続している。
請求項１０に記載のインクジェットプリンタヘッドは、請求項１から９のいずれかに記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記全てのコモン電極は、前記シート材料を貫通して形成されるスルーホールに充填された導電性材料を介して電気的に接続されている。
請求項１１に記載のインクジェットプリンタヘッドは、請求項１から１０のいずれかに記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記キャビティユニットには、前記複数のノズルを外部に臨ませつつ前記圧電式アクチュエータが積層される面とは反対側の面を覆う導電性のあるカバープレートが接着されており、前記カバープレートは接地されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載のインクジェットプリンタヘッド。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施例について、添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の圧電式インクジェットプリンタヘッド６を搭載したカラーインクジェットプリンタ１００を示す斜視図である。まず、このカラーインクジェットプリンタ１００について略述する。本発明の圧電式インクジェットプリンタヘッド６は、用紙６２に印字するためのものであり、ヘッドユニット６３の一部として、インクカートリッジ６１と共にキャリッジ６４に搭載されている。
【００１７】
そのヘッドユニット６３及びインクカートリッジ６１を搭載したキャリッジ６４は、エンドレスベルト７５に接合されており、プーリ７３がモータの駆動により正逆回転されると、そのプーリ７３の正逆回転に伴って、キャリッジ軸７１およびガイド板７２に沿って、直線方向に往復移動する。そして、圧電式インクジェットプリンタヘッド６からインクを吐出して用紙６２に印字を行う。
【００１８】
用紙６２は、インクジェットプリンタ１００の側方に設けられた給紙カセット（図示せず）から給紙され、圧電式インクジェットプリンタヘッド６と、プラテンローラ６６との間に導入されて、圧電式インクジェットプリンタヘッド６から吐出されるインクにより所定の印字がなされ、その後、排紙される。なお、図１においては、用紙６２の給紙機構および排紙機構の図示を省略している。
【００１９】
また、プラテンローラ６６の側方にはパージ装置６７が設けられている。このパージ装置６７は、ヘッドユニット６３が、リセット位置にある時に、圧電式インクジェットプリンタヘッド６のノズル５４をパージキャップ８１で覆い、圧電式インクジェットプリンタヘッド６の内部に溜まる気泡などを含んだ不良インクを、カム８３の駆動によりポンプ８２によって吸引することにより、圧電式インクジェットプリンタヘッド６の回復を図るようにしている。
【００２０】
次に、ヘッドユニット６３について、図２、図３及び図４を参照して説明する。なお、図２、図３及び図４では、インクカートリッジ６１が取り外された状態のヘッドユニット６３を図示しており、更に、図３及び図４では、理解を容易とするために各構成部材毎に分解された状態のヘッドユニット６３を図示している。
【００２１】
これらの図において、キャリッジ６４（図１参照）に搭載される本体フレーム１は、ポリプロエチレン、ポリプロピレン等の合成樹脂材の射出形成品で、上面開放（図４参照）の略箱状に形成されており、この開放部には、インクカートリッジ６１を着脱自在に装着するための搭載部３が設けられている。搭載部３の一側部位３ａには、搭載部３に装着されるインクカートリッジ６１のインク放出部（図示せず）に接続できるインク供給通路４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄが穿設されており、この各インク供給通路４ａ〜４ｄは、底板５（図３参照）が形成される本体フレーム１の下面（図３上側）まで連通されている。なお、各インク供給通路４ａ〜４ｄの外周には、インクカートリッジ６１のインク放出部と密接できるようにしたゴム製等のパッキン（図示せず）が配置されている。
【００２２】
底板５は、圧電式インクジェットプリンタヘッド６を配設するためのものであり、本体フレーム１から一段突出するようにして水平状に形成されている（図３参照）。この底板５には、図３に示すように、後述する圧電式インクジェットプリンタヘッド６を２つ並列させて配設するための２つの支持部８，８が形成されており、この各支持部８，８には、その圧電式インクジェットプリンタヘッド６をＵＶ接着剤７にて固定するための複数の空所９ａ，９ｂが搭載部３側へ貫通するように形成されている。
【００２３】
各支持部８，８の一端には、上記したインク供給通路４ａ〜４ｄを介してインクカートリッジ６１と連通する連通部１０ａ〜１０ｄが設けられており、この連通部１０ａ〜１０ｄの外周には、平面視８字状等の嵌合溝１１が凹設されている。この嵌合溝１１には、リング状のゴム製等のパッキン４７が挿入されており、圧電式インクジェットプリンタヘッド６が本体フレーム１に接着固定されたとき、このパッキン４７の先端が後述する圧電式インクジェットプリンタヘッド６の供給口１９ａ（図４及び図５参照）の外周へ押圧され、供給口１９ａとの当接箇所が密閉される。
【００２４】
次に、図５ないし図９を参照して、本発明の圧電式インクジェットプリンタヘッド６について説明する。これらの図において、キャビティユニット１０に対して接合されるプレート型の圧電アクチュエータ２０の上面には、外部機器との接続のために、フレキシブルフラットケーブル４０が重ね接合されているものであり、キャビティユニット１０の下面側に開口されたノズル５４から下向きにインクが吐出するものとする。
【００２５】
実施の形態によるキャビティユニット１０は、図７及び図８に示すように構成されている。すなわち、ノズルプレート４３、マニホールドプレート１１、１２、スペーサプレート１３及びキャビティプレート１４の五枚の導電性のある薄板を接着にて重ねて接合して積層した構造である。実施形態では、ノズルプレート４３を除く各プレート１１、１２、１３、１４は４２％ニッケル合金鋼板製で、５０μｍ〜１５０μｍ程度の厚さである。前記ノズルプレート４３には、微小径のインク噴出用のノズル５４が、当該ノズルプレート４３における第１の方向（長辺方向）に沿って２列の千鳥配列状に設けられている。即ち、ノズルプレート４３の前記第１の方向と平行な２つの基準線４３ａ、４３ｂに沿って、微小ピッチＰの間隔で千鳥状配列にて多数個のノズル５４が穿設されている。
【００２６】
前記マニホールドプレート１２には、インク通路としての一対のマニホールド室１２ａ、１２ａが、前記ノズル５４の列の両側に沿って延びるように穿設されている。その場合、この各マニホールド室１２ａは、プレートの平面視において、前記圧力室１６の列と重なり且つ圧力室１６の列を跨ぐように延びている（図７及び図８参照）。
【００２７】
このマニホールドプレート１２の下側のマニホールドプレート１１の上面には、各マニホールド室１２ａとほぼ同じ位置にて、平面視形状で略同じ形状の上向き開放するようにマニホールド室１１ａが凹設され、両マニホールド室１１ａ、１２ａが一体となって１つのマニホールド室を形成している。
【００２８】
また、前記キャビティプレート１４には、その長辺（前記第１の方向）に沿う中心線に対して直交する第２の方向（短辺方向）に延びる細幅の圧力室１６の多数個が穿設されている。そして、前記中心線を挟んで左右両側にて平行状の長手基準線１４ａ、１４ｂを設定すると、前記中心線より左側の圧力室１６の先端１６ａは前記左側の長手基準線１４ａ上に位置し、逆に前記長手中心線より右側の圧力室１６の先端１６ａは前記右側の長手基準線１４ｂ上に位置し、且つこの左右の圧力室１６の先端１６ａが交互に配置されているので、左右両側の圧力室１６は一つおきに互いに逆方向に延びるように交互に配置されていることになる（図８参照）。
【００２９】
この各圧力室１６の先端１６ａは、前記ノズルプレート４３における前記千鳥状配列のノズル５４に、前記スペーサプレート１３、及びマニホールドプレート１１、１２に同じく千鳥状配列にて穿設されている微小径の貫通孔１７、１７を介して連通している。一方、前記各圧力室１６の他端１６ｂは、前記スペーサプレート１３における左右両側部位に穿設された貫通孔１８を介して、前記マニホールドプレート１１、１２におけるマニホールド室１１ａ、１２ａに連通している。なお、前記他端１６ｂは、図８に示すように、キャビティプレート１４の下面側にのみ開口するように凹み形成されているものである。また、最上層のキャビティプレート１４の一端部に穿設された供給孔１９ａの上面には、その上方のインクカートリッジ６１から供給されるインク中の塵除去のためのフィルタ２９が張設されている。
【００３０】
これにより、インクカートリッジ６１から前記前記キャビティプレート１４及びスペーサプレート１３の一端部に穿設の供給孔１９ａ，１９ｂを介して前記左右両マニホールド室１１ａ、１１ａ、１２ａ，１２ａ内に流入したインクは、前記各貫通孔１８を通って前記各圧力室１６内に分配されたのち、この各圧力室１６内から前記貫通孔１７を通って、当該圧力室１６に対応するノズル５４に至るという構成になっている（図７及び図９参照）。
【００３１】
一方、前記圧電アクチュエータ２０は、図６、図１０及び図１１に示すように、９枚の圧電セラミックスシート（以下単に圧電シートという）２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆ，２１ｇ，２２，２３を積層した構造で、各圧電シートは全圧力室１６にわたる大きさを有している。前記各圧電シートのうち最下段の圧電シート２２とそれから上方へ数えて奇数番目の圧電シート２１ｂ，２１ｄ，２１ｆの上面（広幅面）には、前記キャビティユニット１０における各圧力室１６の箇所ごとに細幅の個別電極２４が、第１の方向（長辺方向）に沿って列状に形成され、各個別電極２４は前記第１の方向と直交する第２の方向に沿って形成されている。下から偶数段目の圧電シート２１ａ，２１ｃ，２１ｅ，２１ｇの上面（広幅面）には、全圧力室１６に対して共通のコモン電極２５が形成されている。なお、最上段と最下段のシート２２、２３は圧電セラミックス材料でなく、絶縁材料であっても良い。各シートの厚さは略３０μｍである。
【００３２】
実施形態においては、前記各個別電極２４の幅寸法は対応する圧力室１６における平面視での広幅部より少し狭く設定されている。
【００３３】
他方、圧力室１６は前記のキャビティプレート１４の短辺の中央部側で、前記第１の方向（長辺）に沿って２列状に配列されているので、前記コモン電極２５は、その２列の圧力室１６、１６を一体的に覆うように、偶数段目の圧電シート２１ａ，２１ｃ，２１ｅ，２１ｇの短辺方向の中央において長辺に沿って延びる平面視略矩形状に形成されると共に、該偶数段目の圧電シート２１ａ，２１ｃ，２１ｅ，２１ｇの対の短辺の端縁部近傍では当該端縁部のほぼ全長にわたって延びる引き出し部２５ａが一体的に形成されている。
【００３４】
そして、前記偶数段目の圧電シート２１ａ，２１ｃ，２１ｅ，２１ｇの対の長辺の端縁部近傍の表面であって、前記コモン電極２５が形成されていない箇所には、前記各個別電極２４と同じ上下位置（対応する位置）に、当該個別電極２４と略同じ幅寸法で長さの短いダミー個別電極２６を形成する。この場合、図１０に示すように、各ダミー個別電極２６の端部は前記コモン電極２５の第１の方向（長辺に沿う方向）の側縁に対して適宜の隙間寸法の切れ目があるように隔てる。ダミー個別電極２６の層の１つおきの長さをＬ２とＬ３（＜Ｌ２）のように長短に設定して、ダミー個別電極２６の端部とコモン電極２５の側縁とのパターンの切れ目の位置を圧電シートの積層の１枚おきに当該圧電シートの第２の方向（短辺方向）にずらせても良い。実施形態では、下から２番目の層（圧電シート２１ａ）及び６番目の層（圧電シート２１ｅ）でのダミー個別電極２６の長さＬ２を、４番目の層（圧電シート２１ｃ）及び８番目の層（圧電シート２１ｇ）でのダミー個別電極２６の長さＬ３より前記隙間寸法だけ長くなるように設定する。
【００３５】
他方、最下段の圧電シート２２とそれから上方へ数えて奇数番目の圧電シート２１ｂ，２１ｄ，２１ｆの上面（広幅面）のうち、前記引き出し部２５ａに対応する位置（同じ上下位置、圧電シートの対の短辺の端縁部近傍）には、ダミーコモン電極２７を形成する。
【００３６】
前記最上段のトップシート２３の上面には、その長辺の端縁部に沿って、前記各個別電極２４の各々に対する表面電極３０と、前記コモン電極２５の引き出し部２５ａに対する表面電極３１とが、設けられている（図５参照）。
【００３７】
さらに、前記最下段の圧電シート２２を除いて、他の全ての圧電シート２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆ，２１ｇとトップシート２３とには、前記各表面電極３０と、それに対応する位置（同じ上下位置）の個別電極２４並びにダミー個別電極２６とが互いに連通するように、スルーホール３２を穿設する。同様に、前記少なくとも１つの表面電極３１（実施形態では、トップシート２３の端部の位置の表面電極３１）と、それに対応する位置（同じ上下位置）のコモン電極２５の引き出し部２５ａ並びにダミー個別電極２７とが互いに連通するように、スルーホール３３を穿設し、スルーホール３２、３３内に充填された導電性材料を介して、積層方向の個別電極２４同士及びそれと対応する位置の表面電極３０とが電気的に接続されているように構成し、同じく、積層方向のコモン電極２５同士及びそれと対応する位置の表面電極３１とが電気的に接続されているように構成するものである。
【００３８】
これにより、上下に積層された複数枚の圧電シート２１とトップシート２３とは上下同じ位置の前記個別電極２４及びダミー個別電極２６が表面電極３０の箇所と電気的に接続され、同じく上下複数枚のコモン電極２５及びダミーコモン電極２７が表面電極３１の箇所と電気的に接続されることになる（図５及び図１０参照）。
【００３９】
なお、前記スルーホール３２、３３を形成しない場合には、積層した全ての圧電シートシート２２、２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆ，２１ｇとトップシート２３とからなる圧電アクチュエータ２０の一側面に全てのコモン電極２５の引き出し部２５ａを露出させ、この全ての上下位置のコモン電極２５に接続する接続電極（図示せず）を圧電アクチュエータ２０の厚さ方向に延びるように塗布して、これらの接続電極をトップシート２３における表面電極３１の箇所に電気的に接続するように連接させる。また、同様に、全ての個別電極２４の端部を圧電アクチュエータ２０の一側面に露出させ、上下方向に同じ位置の個別電極２４に接続する接続電極（同じく図示せず）を当該圧電アクチュエータ２０の一側面に塗布し、接続電極をトップシート２３における各対応する表面電極３０の箇所に電気的に接続するように連接させても良い。
【００４０】
そして、このような構成のプレート型の圧電アクチュエータ２０における下面（圧力室１６と対面する広幅面）全体に、接着剤層としてのインク非浸透性の合成樹脂材からなる接着剤シート４１を予め貼着し、次いで、前記キャビティユニット１０に対して、当該圧電アクチュエータ２０における各個別電極２４が前記キャビティユニット１０における各圧力室１６の各々に対応するように接着・固定される（図１１参照）。また、この圧電アクチュエータ２０における上側の表面には、前記フレキシブルフラットケーブル４０が重ねられ、このフレキシブルフラットケーブル４０における各種の配線パターン（図示せず）が、前記各表面電極３０、３１に電気的に接合される。
【００４１】
なお、前記接着剤シート４１等の接着剤層の材料としては、少なくともインク非浸透性であり、且つ電気絶縁性を備えたものであって、ナイロン系やダイマー酸ベースのポリアミド樹脂を主成分とするポリアミド系ホットメルト形接着剤、ポリエステル系ホットメルト形接着剤のフィルム状のものを使用しても良いが、ポリオレフィン系ホットメルト形接着剤を前記圧電アクチュエータ２０の前記広幅面に塗布してから、キャビティユニット１０に接着・固定するようにしても良い。接着層の厚さは約１μｍ〜３μｍ程度である。
【００４２】
上記のように圧電アクチュエータ２０をキャビティユニット１０に固定した後、フレキシブルフラットケーブル４０を介して全ての個別電極２４とコモン電極２５との間に、通常の吐出動作時よりも高い電圧を印加することで、個別電極２４とコモン電極２５との間に挟まれた圧電シートの部分が分極処理される。この分極された部分が、吐出動作のための電圧を印加したとき、圧電シート２１のうち前記電圧を印加した個別電極２４に対応する部分に圧電による積層方向の歪みが発生するという圧電素子の活性部となる。圧電アクチュエータ２０における圧電素子の活性部と、前記各ノズル５４に対する圧力室１６とは各プレートの平面視において上下に重なることになる。
【００４３】
そして、前記活性部の歪みにて前記各個別電極２４に対応する圧力室１６の内容積が縮小されることにより、この圧力室１６内のインクが、ノズル５４から液滴状に噴出して、所定の印字が行われる。
【００４４】
上述のように、圧電アクチュエータ２０とキャビティユニット１０との間に、全ての圧力室１６を覆うように、前記接着剤層４１を介在させることにより、この接着剤層４１がインクを浸透させない被膜の役割を果たすと共に、圧電アクチュエータ２０とキャビティユニット１０とを強固に固定する作用も同時にできる。また、複数の圧力室１６にわたって延びる圧電シート２１、２２を積層して圧電アクチュエータ２０を構成しているから、圧力室１６に対する変位量を圧電シートの積層数によって容易に得ることができると共に各圧電シートに電極を印刷等で形成して積層することで、圧電アクチュエータを容易に製作することができる。
【００４５】
そして、前記圧電アクチュエータ２０におけるコモン電極２５を好ましくはグランド（接地）に接続しておき、任意の個別電極２４に電圧を印加することで、活性部を選択的に駆動した場合、当該活性部が圧電アクチュエータ２０の板部の平面を部分的に湾曲させ、所定の圧力室１６を選択的に加圧する。その圧力が対応するノズル孔５４に伝播されて、インク滴の吐出により印字が実行される。
【００４６】
他方、前述したように、従来は、最下段の個別電極２４が１層のみの圧電シート２２を介して導電性のキャビティユニット１０に対向しており、しかも、その圧電シート２２が薄く、圧電シート２２及び接着剤シート４１の厚さが不均一であったり、また、キャビティユニット１０内のインクが導電性を有していたりするため、個別電極２４に印加した電圧がキャビティユニット１０やインクに漏れて、インク吐出が不安定になるという問題があった。
【００４７】
そこで、本発明では、図１１に示す第１実施形態のように、導電性部材の一例としての導電性接着剤６０を、キャビティプレート１４の上面から、圧電アクチュエータ２０の積層方向側面にわたって上下方向に連続状に塗布する。その場合、圧電アクチュエータ２０における各コモン電極２５の一端を前記接着剤６０に電気的に導通するように露出させるか前記接着剤６０の上端を、スルーホール３３が接続された表面電極３１に接続して、コモン電極２５とキャビティプレート１４を共通電位に接続する。好ましくは、この接着剤６０もしくは表面電極３１をグランド（接地）６１に接続させる。第２実施形態では図１２に示すように、導電性部材の一例としての導電性の金属板６２を、キャビティプレート１４の裏面から、圧電アクチュエータ２０の一側面にわたって上下方向に配置固定する。その場合圧電アクチュエータ２０におけるコモン電極２５の一端を前記金属板６２に電気的に導通するように露出させる。
【００４８】
第３実施形態の図１３では、導電性の接着剤６３または金属板を、少なくともキャビティプレート１４の裏面または側面に電気的に導通するように接続し、これを導線もしくは金属製のケース等を介してグランド（接地）６１に接続する。キャビティユニット１０の場合にはキャビティプレート１４を含む側面に前記導電性の接着剤６３または金属板を接続させる。
【００４９】
なお、導電性の接着剤６０（６３）としては、熱可塑性または熱硬化性の接着剤にカーボンブラック、金属粉、金属酸化物等の導電性フィラーを混入させたものを用いる。
【００５０】
以上のように構成すれば、圧電アクチュエータ２０における個別電極２４に電圧を印加したとき、コモン電極２５とキャビティユニット１０ひいてはキャビティプレート１４における電位は同じ電位（零電位）に保持されるから、個別電極２４とキャビティユニット１０、インクあるいは隣接する個別電極２４との間で電位がばらついたり、所望しない電位を生じたりすることがなく、各圧力室１６毎のインク吐出性能を略安定したものにできるという効果を奏する。
【００５１】
また、図２におけＸＩＶ−ＸＩＶ断面である図１４に示すように、圧電式インクジェットプリンタヘッド６の前面（図２上側）には、この圧電式インクジェットヘッド６を覆うように、導電のある薄金属板製のカバープレート４４が固定されている。このカバープレート４４は、ノズル５４を外部に臨ませるようにノズルプレート４３を収容する孔４４ａを有する底壁４４ｂと、その底壁の周囲から立ち上がった側壁４４ｃとからなる箱状に形成され、その箱の開口部外周即ち側壁４４ｃの底壁４４ｂとは反対側の側面に、フランジ４４ｄが突出して形成されている。
【００５２】
本体フレーム１には、カバープレート４４の側壁４４ｃ及びフランジ４４ｄを挿入する溝５０が設けられる。即ち、底板５の対向する両側面とそれぞれ間隔を置いて立ち上がったリブ５２，５２が本体フレーム１に形成され、その底板５の側面とリブ５２との間に溝５０が形成され、また、それらの側面と隣接する底板５の１つの側面に沿って本体フレーム１に溝（図示せず）が形成されている。よって、本体フレーム１に形成される溝５０は、底板５の３辺に沿ってほぼＵ字状をなして形成されている。また、溝５０の底部には、本体フレーム１の側面を貫通して、導電線７０の一端部が、カバープレート４４のフランジ４４ｄと接触するように配設されている。この導電線７０の他端は、グランド（接地）に接続されている。
【００５３】
２つの圧電式インクジェットプリンタヘッド６、６は、そのノズルプレート４３をカバープレート４４の孔４４ａに対応させ、接着剤を兼用したシール剤を介装しカバープレート４４と接着されると共に、その圧電式インクジェットヘッド６、６の上方から本体フレーム１が被せられる。そのとき、各支持部８に各圧電式インクジェットヘッド６が対応するようにセットし、本体フレーム１の上面側から各空所９ａ，９ｂに速硬化性の接着剤として、電気絶縁性の粘性のあるＵＶ接着剤（例えば変性アクリル樹脂系接着剤）７を図１４の矢印Ｘのごとく落とし込み充填し、本体フレーム１上から各空所９ａ，９ｂに向かって紫外線を照射して、接着剤を硬化させ、本体フレーム１と、圧電式インクジェットプリンタヘッド６とを固定する。
【００５４】
互いに固着された本体フレーム１と、圧電式インクジェットヘッド６と、カバープレート４４とは、図２のように、ノズル２２が上向きになるように置かれ、カバープレート４４の周囲が封止される。即ち、カバープレート４４の３辺の側壁４４ｃ及びフランジ４４ｄは、底板５の周囲にＵ字状をなして形成されている溝５０に挿入されており、シール剤４５を、図１４に示すように、フランジ４４ｄの上に載せるようにして側壁４４ｃと溝５０の内面との間に注入する。
【００５５】
本体フレーム１とカバープレート４４との合わせ目部分を封止した後は、これら本体フレーム１とカバープレート４４との間に形成される内部空間内へ電気絶縁性の充填剤（例えばシリコン）４６を充填する。この充填材４６は、本体フレーム１の底板５の３辺に沿ってほぼＵ字状に形成される溝５０を流動して、カバープレート４４の側壁４４ｃ内面との間等を充填する。これにより圧電式インクジェットプリンタヘッド６の周囲は、充填剤４６によって封止されるとともに、溝５０の底部においは、カバープレート４４のフランジ４４ｄと導電線７０の一端とが、接触した状態において封止される。尚、余剰充填材は、排出口１３ａ，１３ｂによって外部に排出される。
【００５６】
こうして、圧電式インクジェットプリンタヘッド６は、キャビティユニット１０側に金属性のカバープレート４４を接着して、本体フレーム１に固定される。この場合、カバープレート４４のフランジ４４ｄは、他端がグランドに接地されている導電線７０と接触しているので、上述したコモン電極２５とキャビティユニット１０（キャビティプレート１４）とに加え、カバープレート４４も電位は同じ電位（零電位）に保持されているので、一層、各圧力室１６毎のインク吐出性能を略安定したものにできる。また、用紙６２がカバープレート４４に接触して静電気が発生しても帯電せず、静電気による圧電インクジェットプリンタヘッド６の破壊を防止することができる。
【００５７】
次に、上述した第４実施形態の圧電アクチュエータ１２０について、図１５及び図１６を参照しつつ説明する。図１５は、圧電アクチュエータ１２０の分解斜視図であり、図１６は、その圧電アクチュエータ１２０とキャビティユニット１０との連結状況を示した断面図である。尚、第１実施形態における圧電アクチュエータ２０と共通する構成には、同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００５８】
この圧電アクチュエータ１２０は、第１実施形態における圧電アクチュエータ２０と同様に、９枚の圧電セラミックスシート（以下単に圧電シートという）１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃ，１２１ｄ，１２１ｅ，１２１ｆ，１２１ｇ，１２２，１２３を積層した構造で、各圧電シートは全圧力室１６にわたる大きさを有している。前記各圧電シートのうち最下段の圧電シート１２２と、圧電シート１２１ｂ，１２１ｄ，１２１ｆ，１２１ｇの上面（広幅面）には、コモン電極２５が形成されている。また、圧電シート１２１ａ，１２１ｃ，１２１ｅ，と最上段の圧電シート１２３の上面には、個別電極２４が形成されている。
【００５９】
即ち、この圧電アクチュエータ１２０の最下段の圧電シート１２２の上面には、コモン電極２５が形成され、そこから交互に個別電極２４とコモン電極２５とが交互に配設されているのに対し、第１実施形態の圧電アクチュエータ２０では、その個別電極２４とコモン電極２５の順序が逆である点で異なるものである。
【００６０】
また、第４実施形態の圧電アクチュェータ１２０では、上方部分の層、即ち、圧電シート１２１ｇの上面には個別電極２４ではなく、コモン電極２５が形成されている点で異なる。上方の層における圧電シート１２１ｇ等は、コモン電極２５同士や表面電極３２，３３に挟まれるのみであり分極されないため、圧電動作をしない。これらの上層の圧電シート１２１ｇ等は、圧電アクチュエータ１２０の製造工程における焼結の際に、圧電アクチュエータ１２０が反ったり、あるいは波打ったりしてその平面性が損なわれないようにするためのものである。
【００６１】
このように構成された圧電アクチュエータ１２０は、図１６に示すように最もキャビティプレート１４側のコモン電極２５が、積層された圧電セラミックシート材料のうち最もキャビティプレート１４側の圧電シート１２２を介して各圧力室１６に対向するようにキャビティプレート１４に固定される。換言すれば、コモン電極２５を形成した圧電シート１２２は、そのコモン電極２５を形成した面とは反対側の面をキャビティプレート１４に接触させてキャビティプレート１４に固定される。尚、圧電アクチュエータ１２０とキャビティユニット１０との接着は、上述したのと同様な方法で行われる。
【００６２】
尚、上述した圧電アクチュエータ１２０は、上述した第１，２，３実施形態の場合と同様に、圧電アクチュエータ１２０における個別電極２４に電圧を印加したとき、コモン電極２５とキャビティユニット１０ひいてはキャビティプレート１４、さらにカバープレート４４における電位は同じ電位（零電位）に保持されている。
【００６３】
従って、第１実施形態における圧電アクチュエータ２０のように、通電される個別電極２４が、グランドに接続されているキャビティプレート１４（キャビティユニット１０）と、厚さ略３０μｍ程度の１枚の圧電シート２２を挟んで固定されている場合に比べ、圧電アクチュエータ１２０では、個別電極２４と、キャビティプレート１４との間に、コモン電極２５を有する圧電シート１２２が介在しているので、個別電極２４に印加した電圧が、従来のようにインクやキャビティプレート１４に漏れることが一層確実に防止され、また、個別電極２４とキャビティプレート１４との間で電気的な短絡（ショート）が発生する可能性は低く、電気的な短絡が発生することによって、圧電シートに微小欠陥（クッラック）が生じたり各圧電シートが剥がれたりする等の弊害を防止することができる。
【００６４】
さらに、上記のように圧電アクチュエータとキャビティユニット１０とを固定した後、分極処理を行うと、第１実施例のものでは、個別電極２４に電圧を印加することにより、個別電極２４と、キャビティプレート４との間の圧電シートで分極が進行する等分極が不安定になり、インクの吐出状態が安定しない。しかし、かかる場合にも第４実施形態の圧電アクチュエータ１２０は、上記のとおり個別電極２４と、キャビティプレート１４との間にコモン電極２５を有する圧電シート１２２が介在しているので、最下層のコモン電極２５とキャビティプレート１４との間で分極が起きることがなく、圧電シートの分極が安定し、更に、キャビティプレート１４とインクとの間で不要な静電容量が発生しにくく、不要な静電容量の発生によるインクの吐出異常を防止することができる。
【００６５】
【発明の効果】
以上に説明したように、請求項１に記載のインクジェットプリンタヘッドによれば、圧電式アクチュエータの全てのコモン電極とキャビティユニットとは、導電性部材を介して共通電位に、接続されているので、従来のように電位のバラツキによってインク吐出性能がばらついたり、所望しないノズルにインク吐出されるということがなくなり、安定したインク吐出を実現することができるという効果がある。
【００６６】
請求項２に記載のインクジェットプリンタヘッドによれば、請求項１記載のインクジェットプリンタヘッドの奏する効果に加え、コモン電極とキャビティユニットの電位を零電位に保持し、一層、安定したインク吐出を実現することができるという効果がある。
【００６７】
請求項３に記載のインクジェットプリンタヘッドによれば、請求項１に記載のインクジェットプリンタヘッドの奏する効果に加え、圧電式アクチュエータは、最もキャビティユニット側の各個別電極が、前記シート材料のうち最もキャビティユニット側のシート材料を介して前記各圧力室に対向するように前記キャビティユニットに固定されているので、個別電極がシート材料を介して導電性のキャビティユニットに対向していても、個別電極に電圧を印加したとき、キャビティユニットがコモン電極と同電位に接続されているから、従来のように電位のバラツキによってインク吐出性能がばらついたり、所望しないノズルにインク吐出されるということがなくなり、安定したインク吐出を実現することができるという効果がある。
【００６８】
請求項４に記載のインクジェットプリンタヘッドによれば、請求項３に記載のインクジェットプリンタヘッドの奏する効果に加え、シート材料は、圧電セラミックスシートであり、個別電極を一方の面に形成した圧電セラミックスシートと、コモン電極を一方の面に形成した圧電セラミックスシートとを積層し、個別電極を形成した圧電セラミックスシートの１つを、その個別電極を形成した面とは反対側の面を前記キャビティユニットに接触させて前記キャビティユニットに固定したものであるため、圧電シートの変位が圧力室の容積変化に有効に変えられるという効果がある。
【００６９】
請求項５に記載のインクジェットプリンタヘッドによれば、請求項１に記載のインクジェットプリンタヘッドの奏する効果に加え、前記圧電式アクチュエータは、最もキャビティユニット側のコモン電極が、前記シート材料のうち最もキャビティユニット側のシート材料を介して前記各圧力室に対向するように前記キャビティユニットに固定されているので、最もキャビティユニット側の個別電極とキャビティユニットとの間に、コモン電極が形成されたシート材が介在することになる。従って、個別電極に印加した電圧が漏れることが一層少なくなり、また、電気的な短絡が発生し難く、電気的な短絡の発生によって生じるシート材の微小欠陥や各シート材の剥離を抑制することができ、耐久性を有し、安定したインクの吐出を実現することができるという効果がある。
【００７０】
請求項６に記載のインクジェットプリンタヘッドによれば、請求項５に記載のインクジェットプリンタヘッドの奏する効果に加え、前記シート材料は、圧電セラミックスシートであり、前記個別電極を一方の面に形成した圧電セラミックスシートと、前記コモン電極を一方の面に形成した圧電セラミックスシートとを積層し、前記コモン電極を形成した圧電セラミックスシートの１つを、そのコモン電極を形成した面とは反対側の面を前記キャビティユニットに接触させて前記キャビティユニットに固定したものであるので、安定したインクの吐出をするインクジェットプリンタヘッドを容易に製造できるという効果がある。
【００７１】
請求項７に記載のインクジェットプリンタヘッドによれば、請求項１から６のいずれかに記載のインクジェットプリンタヘッドの奏する効果に加え、導電性部材は導電性を有する接着剤もしくは金属材料であり、キャビティユニットと、圧電式アクチュエータの積層方向の側面とにわたって配置されて、キャビティユニットと圧電式アクチュエータのコモン電極とを電気的に接続したものであるので、導電性部材の配置に場所を取らずコンパクトにできるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態による圧電式インクジェットプリンタヘッドを搭載したカラーインクジェットプリンタを示す斜視図である。
【図２】 ヘッドユニットの斜視図である。
【図３】 各構成部材毎に分解された状態におけるヘッドユニットの斜視図である。
【図４】 各構成部材毎に分解された状態におけるヘッドユニットの斜視図である。
【図５】 圧電式インクジェットプリンタヘッドを示す分解斜視図である。
【図６】 キャビティユニットと圧電アクチュエータとの一端部を示す拡大斜視図である。
【図７】 キャビティユニットの分解斜視図である。
【図８】 キャビティユニットの部分的拡大斜視図である。
【図９】 図５のＩＸ−ＩＸ線矢視で示す圧電式インクジェットプリンタヘッドの拡大側断面図である。
【図１０】 圧電アクチュエータの分解斜視図である。
【図１１】 第１実施形態において、キャビティユニットと圧電アクチュエータとを電気的に導通させる部分の要部断面図である。
【図１２】 第２実施形態の図１１相当図である。
【図１３】 第３実施形態の図１１相当図である。
【図１４】 図５のＩＸ−ＩＸ線矢視で示す圧電式インクジェットプリンタヘッドの断面図である。
【図１５】 第４実施形態における圧電アクチュエータの分解斜視図である。
【図１６】 第４実施形態における圧電アクチュエータとキャビティユニットとを電気的に導通させる要部断面図である。
【符号の説明】
１０ キャビティユニット
１１ ダンパープレート
１１ａ ダンパー室
１２ マニホールドプレート
１２ａ マニホールド室
１３ スペーサプレート
１４ キャビティプレート
１６ 圧力室
２０，１２０ 圧電アクチュエータ
２４ 個別電極
２５ コモン電極
３０，３１ 表面電極
４１ 接着剤シート
４３ ノズルプレート
５４ ノズル
６０，６３ 導電性の接着剤
６２ 金属板
６１ 接地

Claims (11)

1. 複数個のノズル及びこの各ノズルに連通した複数個の圧力室を第１の方向に列状に備えた導電性材料からなるキャビティユニットと、前記各圧力室毎に選択的に駆動可能な活性部を有し、その活性部を駆動することにより前記ノズルからインクを吐出させる圧電式アクチュエータとを積層してなるインクジェットプリンタヘッドにおいて、
   前記圧電式アクチュエータは、
   前記複数の圧力室に跨がって延び複数積層された圧電セラミックスを含むシート材料と、そのシート材料の積層方向において、交互に前記シート材料間に配置された複数の個別電極及びコモン電極とを備え、絶縁材料からなり、且つ、前記圧力室の全てを覆う大きさに構成されている前記シート材料が最下段に配置されるとともに、前記個別電極と前記コモン電極との間に前記圧電セラミックスが挟まれて形成された前記活性部が前記圧力室にそれぞれ対向するように前記キャビティユニットに接着・固定され、
   全ての前記コモン電極と、前記キャビティユニットとを導電性部材を介して共通電位に接続したことを特徴とするインクジェットプリンタヘッド。
2. 前記共通電位はグランド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プリンタヘッド。
3. 前記圧電式アクチュエータは、最もキャビティユニット側の各個別電極が、前記シート材料のうち最もキャビティユニット側のシート材料を介して前記各圧力室に対向するように前記キャビティユニットに固定されていることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリンタヘッド。
4. 前記シート材料は、圧電セラミックスシートであり、前記個別電極を一方の面に形成した圧電セラミックスシートと、前記コモン電極を一方の面に形成した圧電セラミックスシートとを積層し、前記個別電極を形成した圧電セラミックスシートの１つを、その個別電極を形成した面とは反対側の面を前記キャビティユニットに接触させて前記キャビティユニットに固定したことを特徴とする請求項３に記載のインクジェットプリンタヘッド。
5. 前記圧電式アクチュエータは、最もキャビティユニット側のコモン電極が、前記シート材料のうち最もキャビティユニット側のシート材料を介して前記各圧力室に対向するように前記キャビティユニットに固定されていることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリンタヘッド。
6. 前記シート材料は、圧電セラミックスシートであり、前記個別電極を一方の面に形成した圧電セラミックスシートと、前記コモン電極を一方の面に形成した圧電セラミックスシートとを積層し、前記コモン電極を形成した圧電セラミックスシートの１つを、そのコモン電極を形成した面とは反対側の面を前記キャビティユニットに接触させて前記キャビティユニットに固定したことを特徴とする請求項５に記載のインクジェットプリンタヘッド。
7. 前記導電性部材は、導電性を有する接着剤もしくは金属材料であり、前記キャビティユニットと、前記圧電式アクチュエータの積層方向の側面とにわたって配置されて、前記キャビティユニットと前記圧電式アクチュエータのコモン電極とを電気的に接続したことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のインクジェットプリンタヘッド。
8. 少なくともインク非浸透性で、且つ、電気絶縁性の合成樹脂からなり、前記圧電式アクチュエータの前記キャビティユニットとの接着面全体に形成された接着剤層を備え、
   前記圧電式アクチュエータと前記キャビティユニットとは、前記接着剤層によって接着・固定されていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のインクジェットプリンタヘッド。
9. 前記キャビティユニットは、複数個の圧力室が形成されたキャビティプ レートを含む複数枚の導電性のプレートが積層して構成されており、
   前記導電性部材は、前記キャビティプレートから前記圧電式アクチュエータの側面に連続して配置され、前記圧電式アクチュエータの側面に露出するように配置された前記コモン電極と前記キャビティプレートとを電気的に接続していることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のインクジェットプリンタヘッド。
10. 前記全てのコモン電極は、前記シート材料を貫通して形成されるスルーホールに充填された導電性材料を介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載のインクジェットプリンタヘッド。
11. 前記キャビティユニットには、前記複数個のノズルを外部に臨ませつつ前記圧電式アクチュエータが積層される面とは反対側の面を覆う導電性のあるカバープレートが接着されており、前記カバープレートは接地されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載のインクジェットプリンタヘッド。

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