JP3876986B2 - インクジェットヘッド - Google Patents
インクジェットヘッド Download PDFInfo
- Publication number
- JP3876986B2 JP3876986B2 JP2002276445A JP2002276445A JP3876986B2 JP 3876986 B2 JP3876986 B2 JP 3876986B2 JP 2002276445 A JP2002276445 A JP 2002276445A JP 2002276445 A JP2002276445 A JP 2002276445A JP 3876986 B2 JP3876986 B2 JP 3876986B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piezoelectric
- layer
- ink
- sheet
- ink pressure
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
- B41J2/14201—Structure of print heads with piezoelectric elements
- B41J2/14209—Structure of print heads with piezoelectric elements of finger type, chamber walls consisting integrally of piezoelectric material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
- B41J2/14201—Structure of print heads with piezoelectric elements
- B41J2/14209—Structure of print heads with piezoelectric elements of finger type, chamber walls consisting integrally of piezoelectric material
- B41J2002/14217—Multi layer finger type piezoelectric element
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
- B41J2/14201—Structure of print heads with piezoelectric elements
- B41J2/14209—Structure of print heads with piezoelectric elements of finger type, chamber walls consisting integrally of piezoelectric material
- B41J2002/14225—Finger type piezoelectric element on only one side of the chamber
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
- B41J2/14201—Structure of print heads with piezoelectric elements
- B41J2002/14306—Flow passage between manifold and chamber
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2202/00—Embodiments of or processes related to ink-jet or thermal heads
- B41J2202/01—Embodiments of or processes related to ink-jet heads
- B41J2202/20—Modules
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、記録媒体にインクを吐出して記録を行うインクジェットヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、種々の積層型の圧電アクチュエータを用いたインクジェットヘッドが提案されている。
例えば、従来の積層型の圧電アクチュエータとしてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミック材料からなる６層の圧電セラミック層を積層して形成される圧電素子が提案されている。この圧電素子は、外側圧電セラミック層から下方に向かって順に第１圧電セラミック層、第２圧電セラミック層、第３圧電セラミック層、第４圧電セラミック層、及び第５圧電セラミック層とする。第１圧電セラミック層乃至第５圧電セラミック層には、各インク圧力室に対応する位置に第１内部電極が形成されていると共に、インク圧力室の周縁位置にて各区画壁に対応して第２内部電極が形成されている。また、第５圧電セラミック層のインク圧力室内のインクと接触する側には電極等は何ら設けられていない。また、第１圧電セラミック層乃至第５圧電セラミック層は、それぞれの第１内部電極及び第２内部電極が相互に重なるように積層されている。一方、外側圧電セラミック層の表面には、共通電極が外側圧電セラミック層の表面を覆って外部に露出するように設けられている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、従来の積層型の圧電アクチュエータとしての圧電素子（ＰＺＴ）は、個別電極、グリーンシート、共通電極、グリーンシート、…の順で交互に重ねられていくことにより形成される。また、個別電極と共通電極とは交互に重ねられていくものとする。ここで、各層のグリーンシートは複数のインクチャンネル（インク圧力室に相当する。）にわたって用いられるのに対して、個別電極、共通電極はインクチャンネルに対応する部分にのみ積層され、各層の電極間には空隙が形成されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１２７３８４号公報（段落（００３５）〜（００３９）、図３及び図４）
【特許文献２】
特開平１１−１７９８９８号公報（段落（００２４）、図３）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のインクジェットヘッドの積層型の圧電アクチュエータにおいては、外側圧電セラミック層と第１圧電セラミック層乃至第５圧電セラミック層とを積層して焼成する場合に、外側圧電セラミックス層の表面を覆う共通電極、内部に形成される第１内部電極及び第２内部電極の各電極を構成する金属材料と、各セラミック層を構成する圧電セラミックスとでは焼成した場合の収縮率が異なるため、シート全体が反ったり波打ったりするという問題がある。
また、上述した従来のインクジェットヘッドの積層型の圧電アクチュエータにおいては、グリーンシート間に交互に重ねられて配置される個別電極と共通電極は、インクチャンネル（インク圧力室に相当する。）に対応する部分にのみ積層され、各層の電極間には空隙が形成されているため、この空隙が形成される部分の靭性強度には個別電極と共通電極を形成する金属材料の靭性強度が付加されず、圧電セラミックスの低い靭性強度となり、取り扱い時に割れや欠けが発生し易いという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、複数の圧電層及びコモン電極を、積層方向に対して上下対称に配設することによって、この圧電シートの焼成時におけるコモン電極と圧電層との収縮率の相違による反り変形の発生を抑制し、焼成後の寸法精度の高精度化を図ることができると共に、複数のコモン電極は圧電層間のほぼ全面部を覆うように形成することによって、圧電シートの靭性強度を高くすることができ、この圧電シートの取り扱い時における損傷や割れを防止することができるインクジェットヘッドを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため請求項１に係るインクジェットヘッドは、所定形状のインク圧力室が所定間隔で形成されるキャビティプレートと、シート状の圧電層を複数積層した圧電シートと、を備え、前記圧電シートが前記キャビティプレートに積層されるインクジェットヘッドにおいて、前記圧電シートは、当該圧電シートの表面であって、前記各インク圧力室に対向して最上層の上面部にそれぞれ形成される複数の駆動電極と、当該圧電シートの内部であって、積層された複数の圧電層の間にそれぞれ配設されて該圧電層の上面部のほぼ全面に渡って形成される複数のコモン電極と、を有し、前記複数の圧電層及び複数のコモン電極は、積層方向に対して上下対称になるように配設されていることを特徴とする。
【０００８】
このような特徴を有する請求項１に係るインクジェットヘッドでは、各圧電シートを構成する複数の圧電層及び複数のコモン電極は、積層方向に対して上下対称に配設されているため、この圧電シートの焼成時におけるコモン電極と圧電層との収縮率の相違による反り変形の発生を抑制し、焼成後の寸法精度の高精度化を図ることができる。また、複数のコモン電極は、それぞれ該圧電層の上面部のほぼ全面に渡って形成されているため、圧電シートの靭性強度を高くすることができ、取り扱い時における損傷や割れを防止することができる。
【０００９】
また、請求項２に係るインクジェットヘッドは、請求項１に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記複数のコモン電極は、接地されていることを特徴とする。
このような特徴を有する請求項２に係るインクジェットヘッドでは、複数のコモン電極は、接地されているため、帯電などによるコモン電極の機能の不安定さを防止することができる。
また、請求項３に係るインクジェットヘッドは、請求項１又は請求項２に記載のインクジェットヘッドにおいて、複数のコモン電極は、積層された複数の圧電層の全ての圧電層間に配設されていることを特徴とする。これにより、圧電シートの靭性強度は、各コモン電極を構成する金属材料と各圧電層の圧電セラミックスの靭性強度との複合強度を有するため、圧電シートの靭性強度を更に高くすることができ、取り扱い時における損傷や割れをより確実に防止することができる。
更に、圧電シートの表面部であって、最上層の圧電層は、その上面部に形成される各駆動電極と該最上層に続いて積層された圧電層の上面部のほぼ全面に渡って形成されたコモン電極とによって挟まれて、該各駆動電極とこのコモン電極との間に駆動電圧が印加されると撓む活性部を構成し、圧電シートを構成する複数の圧電層のうちの当該最上層の圧電層を除く各圧電層は、この活性部がインク圧力室方向へのみ変形するようにさせるための拘束層を構成するようにしてもよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るインクジェットヘッドを具体化した一実施形態を図面に基づき説明する。先ず、本実施形態に係るインクジェットヘッドの概略構成について図１乃至図４に基づき説明する。
図１乃至図４に示すように、インクジェットヘッド１は、略長方形に形成された薄い金属板の積層構造からなるキャビティプレート２の上に、平面視略台形状のプレート型の４枚の各圧電シート２０が千鳥状になって２列に積層された構造となっている。そして、この各圧電シート２０の各々の上側には、フレキシブルプリント配線基板（ＦＰＣ基板）３の先端部に形成される電極パターン部３Ａが載置され、後述のように電気的に接続されている（図５、図６参照）。この電極パターン部３Ａは、この圧電シート２０の形状にほぼ等しい平面視略台形状に形成されている。
また、この各圧電シート２０は、その平行対向辺（上辺及び下辺）がキャビティプレート２の長手方向に沿うように配置されている。また、隣接する圧電シート２０の斜辺同士が、キャビティプレート２の幅方向にオーバーラップしている。 また、圧電シート２０が積層されるキャビティプレート２の表面には、ほぼ菱形形状に形成されたインク圧力室１９Ａが要求される印字密度に対応してマトリックス状に配列されている。また、この複数列の各インク圧力室１９Ａは、このインク圧力室１９Ａの鋭角部を互いに他の列のインク圧力室１９Ａ間に入り込ませるように高密度に配置されている。
【００１１】
また、キャビティプレート２は、略長方形の金属板の板材を９枚積層した９層構造になっている。具体的には、キャビティプレート２は、図３（Ｂ）に示すように、下層から、ノズルプレート１１、カバープレート１２、第一マニホールドプレート１３、第二マニホールドプレート１４、第三マニホールドプレート１５、サプライプレート１６、アパーチャプレート１７、スペーサプレート１８及びベースプレート１９の９枚の薄い金属板を積層した構造となっている。
また、図１に示すように、キャビティプレート２の各圧電シート２０が設けられない領域には、各圧電シート２０の上辺に対向するようにインクが供給される各インク導入口１９Ｂが２つずつ対になって長手方向に千鳥状に設けられている。また、左右両端部の各圧電シート２０の下辺の外側近傍位置にも各インク導入口１９Ｂが１つずつ設けられている。この各インク導入口１９Ｂのベースプレート１９における下端部（図１中、ベースプレート１９の下側端面部）には、インク内のゴミが侵入するのを防ぐための微細な貫通孔が多数形成される不図示のフィルタが設けられている。そして、各インク導入口１９Ｂは、各マニホールドプレート１３、１４、１５によって形成される後述のインクマニホールド通路に連通し、このインクマニホールド通路へインクが供給される。
【００１２】
また、図３に示すように、ノズルプレート１１には、微小径のインク噴出用のノズル１１Ａが、多数個穿設されている。また、カバープレート１２には、各ノズル１１Ａに対向する位置に該ノズル１１Ａに連通した微小径のインクの通路である貫通孔１２Ａが多数穿設されると共に、各マニホールドプレート１３、１４、１５によって形成される後述のインクマニホールド通路の１つの壁面を構成している。
【００１３】
また、第１マニホールドプレート１３には、前記貫通孔１２Ａに対向する位置に該貫通孔１２Ａに連通した微小径のインクの通路である貫通孔１３Ａが多数穿設されると共に、前記インクマニホールド通路を構成する溝状の孔部１３Ｂが長手方向に沿って延びるように各インク圧力室１９Ａの各列に沿って複数列形成されている。
【００１４】
また、第２マニホールドプレート１４には、前記貫通孔１３Ａに対向する位置に該貫通孔１３Ａに連通した微小径のインクの通路である貫通孔１４Ａが多数穿設されると共に、前記インクマニホールド通路を構成する溝状の孔部１４Ｂが長手方向に沿って延びるように各インク圧力室１９Ａの各列に沿って複数列形成されている。
【００１５】
また、第３マニホールドプレート１５には、前記貫通孔１４Ａに対向する位置に該貫通孔１４Ａに連通した微小径のインクの通路である貫通孔１５Ａが多数穿設されると共に、前記インクマニホールド通路を構成する溝状の孔部１５Ｂが長手方向に沿って延びるように各インク圧力室１９Ａの各列に沿って複数列形成されている。
【００１６】
また、サプライプレート１６には、前記貫通孔１５Ａに対向する位置に該貫通孔１５Ａに連通した微小径のインクの通路である貫通孔１６Ａが多数穿設されている。また、このサプライプレート１６の貫通孔１６Ａに対して上記インク圧力室１９Ａの鋭角部と反対の対角線方向で、かつ、前記孔部１５Ｂの側端縁部の近傍位置（図３（Ｂ）中、右側端縁部の近傍位置）には、インクマニホールド通路に連通してインクの供給通路を形成する貫通孔１６Ｂが多数穿設されている。
【００１７】
ここで、図３（Ｂ）に示すように、カバープレート１２の上面部、溝状の各孔部１３Ｂ、１４Ｂ、１５Ｂ、及びサプライプレート１６の底面部によって構成され、インクを各インク圧力室１９Ａに供給する共通のインク室として働くインクマニホールド通路が長手方向に複数列形成されいてる。
【００１８】
また、アパーチャプレート１７には、前記貫通孔１６Ａに連通した微小径のインクの通路である貫通孔１７Ａが多数穿設されている。また、このアパーチャプレート１７には、各インク圧力室１９Ａのインク供給側の鋭角部の下側の位置に貫通孔１７Ｂが穿設されると共に、該貫通孔１７Ｂの下端部から前記貫通孔１６Ｂに対向する位置まで溝状の凹部であるアパーチャ部１７Ｃが底面部に形成されている。このアパーチャ部１７Ｃは、アパーチャプレート１７の厚みの約半分程度の深さの溝に形成されている。
【００１９】
また、スペーサプレート１８には、前記各貫通孔１７Ａに連通する貫通孔１８Ａが多数穿設されている。また、スペーサプレート１８には、前記各貫通孔１７Ｂに連通する貫通孔１８Ｂが多数穿設されている。
【００２０】
また、ベースプレート１９には、略菱形形状のインク圧力室１９Ａが多数形成されている。また、前記スペーサプレート１８に穿設された各貫通孔１８Ａ、１８Ｂは、インク圧力室１９Ａの各鋭角部に対向するように配置されている。そして、この各インク圧力室１９Ａの上面部は、上側に積層される各圧電シート２０によって塞がれている。
【００２１】
また、圧電シート２０の上面部には、各インク圧力室１９Ａに対応する位置に前記菱形のインク圧力室１９Ａの投影形状よりも少し小さいほぼ相似形の略菱形形状を有する駆動電極２０Ａが形成されている。また、図３（Ａ）に示すように、インク圧力室１９Ａのインク供給側の鋭角部に対応する該駆動電極２０Ａの鋭角部からインク圧力室１９Ａの外側に対応する位置まで連続して引き出される矢印形状のランドパターン２０Ｂが形成されている。
【００２２】
次に、圧電シート２０の概略構造及び該圧電シート２０と電源回路部（不図示）から延設されるＦＰＣ基板３との電気的な接続構造について図５及び図６に基づいて説明する。
図５及び図６に示すように、圧電シート２０は、４枚の第１圧電層２１、第２圧電層２２、第３圧電層２３、及び第４圧電層２４を積層した構造に形成されている。
また、第１圧電層２１の上面部には、上記のように各インク圧力室１９Ａに対応する位置に該インク圧力室１９Ａの投影形状よりも少し小さいほぼ相似形の略菱形の駆動電極２０Ａと、該駆動電極２０Ａの鋭角部からインク圧力室１９Ａの外側に対応する位置まで連続して引き出される矢印形状のランドパターン２０Ｂが形成されている。
また、第２圧電層２２の上面部には、ほぼ全面に渡ってコモン電極２２Ａが形成されている。また、このコモン電極２２Ａの端部は、第２圧電層２２の側面端部（図１中、各圧電シート２０の両斜辺部の端面部）に露出するように形成されている。
また、第３圧電層２３の上面部には、電極は形成されていない。
更に、第４圧電層２４の上面部には、ほぼ全面に渡ってコモン電極２４Ａが形成されている。また、このコモン電極２４Ａの端部は、第４圧電層２４の側面端部（図１中、各圧電シート２０の両斜辺部の端面部）に露出するように形成されている。
【００２３】
ここで、第２圧電層２２のコモン電極２２Ａと第４圧電層２４のコモン電極２４Ａとは、積層後、側面端部（図１中、各圧電シート２０の両斜辺部の端面部）にて電気的に接続されると共に、該圧電シート２０の上面部のインク圧力室１９Ａに対向しない周縁部に形成される不図示の表面電極に電気的に接続されている。
【００２４】
また、各圧電シート２０の上面部には、不図示の電源回路部から延設されるＦＰＣ基板３が配設される。このＦＰＣ基板３は、ポリイミドフィルムなどのベースフィルム３１と、このベースフィルム３１の上面部に接着されて電極パターン部３Ａの各ランドパターン２０Ｂに対向する位置まで配線された銅箔より構成される導体パターン３２と、この導体パターン３２の先端部に形成されるランドパターン２０Ｂよりもすこし小さいスルホール３３と、このベースフィルム３１、各導体パターン３２、及び各スルーホール３３の上面部を覆う絶縁層としてのレジスト膜３４とから構成されている。
一方、圧電シート２０の各ランドパターン２０Ｂの表面部には、電極形成後、各スルーホール３３に接続するための予備半田３６が形成される。
従って、ＦＰＣ基板３の電極パターン部３Ａの下面部に形成される各スルーホール３３を対応する各ランドパターン２０Ｂ上に重ね合わせて、熱圧着などによって加熱接合することにより、各導体パターン３２とランドパターン２０Ｂとが各スルーホール３３を介して電気的に接続される。
尚、各コモン電極２２Ａ、２４Ａに導通する表面電極も、同様にＦＰＣ基板３の電極パターン部３Ａの下面部に形成されるスルーホール３３を介して電気的に接続される。
【００２５】
上記のように構成された第１乃至第４圧電層２１〜２４の内、ＦＰＣ基板３を介して第１圧電層２１の駆動電極２０Ａと、第２圧電層２２のコモン電極２２Ｂ及び第４圧電層２４のコモン電極２４Ａとの間に駆動電圧を印可することにより、第１乃至第４圧電層２１〜２４が変形して、キャビティプレート２の対応するインク圧力室１９Ａ内のインクに圧力を加えることができる。
よって、第１圧電層２１の駆動電極２０Ａに対応した部分が電圧印可時に撓む活性部を構成することになる。また、第１乃至第４圧電層２１〜２４を焼成する場合に、圧電セラミックスと電極を構成する金属材料では焼成した場合の収縮率が異なるので、シート全体が反ったり波打ったりすることがある。よって、第４圧電層２４の上面部に形成されるコモン電極２４Ａは、焼成後に第１乃至第４圧電層２１〜２４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、及び、第２乃至第４圧電層２２〜２４は、第１圧電層２１の活性部がインク圧力室１９Ａ方向へのみ変形するようにするための拘束層として機能する。また、各コモン電極２２Ａ、２４Ａは、各圧電層２２、２４の全面に渡って形成されているため、積層して焼成後の圧電シート２０の靭性強度は、各コモン電極２２Ａ、２４Ａを構成する金属材料と各圧電層２１〜２４の圧電セラミックス（例えば、チタン酸ジルコン酸鉛などから構成されている圧電セラミックスである。）の靭性強度との複合強度を有し、圧電セラミックス単体の靭性強度よりも大きくなる。
【００２６】
次に、上記のように構成されるインクジェットヘッド１の動作を図３に基づいて説明する。
図３に示すように、各インク導入口１９Ｂを介してカバープレート１２の上面部、溝状の各孔部１３Ｂ〜１５Ｂ、及びサプライプレート１６の底面部から構成されるインクマニホールド通路から供給されるインクは、貫通孔１６Ｂ、アパーチャ部１７Ｃ、貫通孔１７Ｂ及び貫通孔１８Ｂを経て、インク圧力室１９Ａに流入する。そして、ＦＰＣ基板３を介してランドパターン２０Ｂと各コモン電極２２Ａ、２４Ａとの間に駆動電圧が印可されると、圧電シート２０がインク圧力室１９Ａ側に変形して、インク圧力室１９Ａ内のインクは押し出され、各貫通孔１８Ａ〜１２Ａを経て、ノズル１１Ａから吐出される。
【００２７】
以上詳細に説明した通り、本実施形態のインクジェットヘッド１においては、キャビティプレート２は、９枚の薄い金属板から形成される各プレート１１〜１９を積層した構造となっている。また、ベースプレート１９には、略菱形形状のインク圧力室１９Ａがマトリックス上に配列されて多数形成されている。そして、この各インク圧力室１９Ａの上面部は、上側に積層される各圧電シート２０によって塞がれている。また、この圧電シート２０は、４枚の第１乃至第４圧電層２１〜２４を積層すると共に、第１圧電層２１と第２圧電層２２との間の全面部、及び第３圧電層２３と第４圧電層２４との間の全面部のそれぞれにコモン電極２２Ａ、２４Ａを積層して焼成した構造となっている。また、第１圧電層２１上面部の各インク圧力室１９Ａに対応する位置には、相似形状の略菱形形状の駆動電極２０Ａが形成されると共に、この駆動電極２０Ａの鋭角部からインク圧力室１９Ａの外側に対応する位置まで連続して引き出される矢印形状のランドパターン２０Ｂが形成されている。また、ＦＰＣ基板３の電極パターン部３Ａは、ベースフィル３１の上面部に設けられる導体パターン３２の先端部にスルーホール３３が形成されると共に、上面部がレジスト膜３４で被覆されている。そして、各圧電シート２０の予備半田３６が形成される各ランドパターン２０Ｂ上に、ＦＰＣ基板３の電極パターン部３Ａのスルーホール３３の下面側が対向するように載置され、熱圧着などによって半田付けされる。
【００２８】
従って、圧電シート２０を構成する各圧電層２１〜２４及び各コモン電極２２Ａ、２４Ａは、この圧電シート２０の積層方向に対して上下対称に配設されているため、圧電シート２０の焼成時における各コモン電極２２Ａ、２４Ａと各圧電層２１〜２４との収縮率の相違による反り変形の発生を抑制し、焼成後の寸法精度の高精度化を図ることができる。また、各コモン電極２２Ａ、２４Ａは各圧電層２２、２４のほぼ全面部を覆うように形成されているため、圧電シート２０の靭性強度を高くすることができ、この圧電シート２０の取り扱い時における損傷や割れを防止することができる。
また、各コモン電極２２Ａ、２４Ａは、圧電シート２０の側端面部において互いに導通されて接地されるため、帯電などによるこのコモン電極２２Ａ、２４Ａの機能の不安定さを防止することができる。
【００２９】
尚、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることは勿論である。
例えば、前記実施形態では、駆動電極２０Ａが形成される圧電シート２０の最上層である第１圧電層２１と２層目の第２圧電層２２との間と、この圧電シート２０の最下層である第４圧電層２４とその上の層の第３圧電層２３との間とに各コモン電極２２Ａ、２４Ａを設けたが、図７に示すように、更に、圧電シート２０の積層方向の中央部に位置する第２圧電層２２と第３圧電層２３との間の全面部にもコモン電極２３Ａを設ける構成にしてもよい。
これにより、焼成後の圧電シート２０の靭性強度は、各コモン電極２２Ａ、２３Ａ、２４Ａを構成する金属材料と各圧電層２１〜２４の圧電セラミックスの靭性強度との複合強度を有し、圧電セラミックス単体の靭性強度よりも更に大きくなり、この圧電シート２０の取り扱い時における損傷や割れをより確実に防止することができる。
尚、図７において、本実施形態に係るインクジェットヘッド１と同一符号は、上記インクジェットヘッド１と同一あるいは相当部分を示すものである。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明した通り請求項１に係るインクジェットヘッドにおいては、各圧電シートを構成する複数の圧電層及び複数のコモン電極は、積層方向に対して上下対称に配設されているため、この圧電シートの焼成時におけるコモン電極と圧電層との収縮率の相違による反り変形の発生を抑制し、焼成後の寸法精度の高精度化を図ることができるインクジェットヘッドを提供することができる。また、複数のコモン電極は、それぞれ該圧電層の上面部のほぼ全面に渡って形成されているため、圧電シートの靭性強度を高くすることができ、取り扱い時における損傷や割れを防止することができるインクジェットヘッドを提供することができる。
また、請求項２に係るインクジェットヘッドにおいては、複数のコモン電極は、接地されているため、帯電などによるコモン電極の機能の不安定さを防止することができるインクジェットヘッドを提供することができる。
更に、請求項３に係るインクジェットヘッドにおいては、圧電シートの靭性強度を更に高くすることができ、取り扱い時における損傷や割れをより確実に防止することができるインクジェットヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施形態に係るインクジェットヘッドの分解斜視図である。
【図２】 本実施形態に係るインクジェットヘッドの圧電シートとキャビティプレートとの要部分解斜視図である。
【図３】 本実施形態に係るインクジェットヘッドのインク圧力室と駆動電極との概略構成を示す図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は縦断面図である。
【図４】 本実施形態に係るインクジェットヘッドの圧電シート上に形成される駆動電極の配置構成を模式的に示す要部拡大斜視図である。
【図５】 本実施形態に係るインクジェットヘッドの圧電シートの要部拡大側断面図である。
【図６】 本実施形態に係るインクジェットヘッドの圧電シートのインク圧力室に対向する部分の要部拡大側断面図である。
【図７】 他の実施形態に係るインクジェットヘッドの圧電シートのインク圧力室に対向する部分の要部拡大側断面図である。
【符号の説明】
１ インクジェットヘッド
２ キャビティプレート
３ ＦＰＣ基板
１１ ノズルプレート
１２ カバープレート
１３ 第１マニホールドプレート
１４ 第２マニホールドプレート
１５ 第３マニホールドプレート
１６ サプライプレート
１７ アパーチャプレート
１８ スペーサプレート
１９ ベースプレート
１９Ａ インク圧力室
１９Ｂ インク導入口
２０ 圧電シート
２０Ａ 駆動電極
２０Ｂ ランドパターン
２１ 第１圧電層
２２ 第２圧電層
２２Ａ、２３Ａ、２４Ａ コモン電極
２３ 第３圧電層
２４ 第４圧電層
３１ ベースフィルム
３２ 導体パターン
３３ スルーホール
３４ レジスト膜
３６ 予備半田
【発明の属する技術分野】
本発明は、記録媒体にインクを吐出して記録を行うインクジェットヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、種々の積層型の圧電アクチュエータを用いたインクジェットヘッドが提案されている。
例えば、従来の積層型の圧電アクチュエータとしてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミック材料からなる６層の圧電セラミック層を積層して形成される圧電素子が提案されている。この圧電素子は、外側圧電セラミック層から下方に向かって順に第１圧電セラミック層、第２圧電セラミック層、第３圧電セラミック層、第４圧電セラミック層、及び第５圧電セラミック層とする。第１圧電セラミック層乃至第５圧電セラミック層には、各インク圧力室に対応する位置に第１内部電極が形成されていると共に、インク圧力室の周縁位置にて各区画壁に対応して第２内部電極が形成されている。また、第５圧電セラミック層のインク圧力室内のインクと接触する側には電極等は何ら設けられていない。また、第１圧電セラミック層乃至第５圧電セラミック層は、それぞれの第１内部電極及び第２内部電極が相互に重なるように積層されている。一方、外側圧電セラミック層の表面には、共通電極が外側圧電セラミック層の表面を覆って外部に露出するように設けられている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、従来の積層型の圧電アクチュエータとしての圧電素子（ＰＺＴ）は、個別電極、グリーンシート、共通電極、グリーンシート、…の順で交互に重ねられていくことにより形成される。また、個別電極と共通電極とは交互に重ねられていくものとする。ここで、各層のグリーンシートは複数のインクチャンネル（インク圧力室に相当する。）にわたって用いられるのに対して、個別電極、共通電極はインクチャンネルに対応する部分にのみ積層され、各層の電極間には空隙が形成されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１２７３８４号公報（段落（００３５）〜（００３９）、図３及び図４）
【特許文献２】
特開平１１−１７９８９８号公報（段落（００２４）、図３）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のインクジェットヘッドの積層型の圧電アクチュエータにおいては、外側圧電セラミック層と第１圧電セラミック層乃至第５圧電セラミック層とを積層して焼成する場合に、外側圧電セラミックス層の表面を覆う共通電極、内部に形成される第１内部電極及び第２内部電極の各電極を構成する金属材料と、各セラミック層を構成する圧電セラミックスとでは焼成した場合の収縮率が異なるため、シート全体が反ったり波打ったりするという問題がある。
また、上述した従来のインクジェットヘッドの積層型の圧電アクチュエータにおいては、グリーンシート間に交互に重ねられて配置される個別電極と共通電極は、インクチャンネル（インク圧力室に相当する。）に対応する部分にのみ積層され、各層の電極間には空隙が形成されているため、この空隙が形成される部分の靭性強度には個別電極と共通電極を形成する金属材料の靭性強度が付加されず、圧電セラミックスの低い靭性強度となり、取り扱い時に割れや欠けが発生し易いという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、複数の圧電層及びコモン電極を、積層方向に対して上下対称に配設することによって、この圧電シートの焼成時におけるコモン電極と圧電層との収縮率の相違による反り変形の発生を抑制し、焼成後の寸法精度の高精度化を図ることができると共に、複数のコモン電極は圧電層間のほぼ全面部を覆うように形成することによって、圧電シートの靭性強度を高くすることができ、この圧電シートの取り扱い時における損傷や割れを防止することができるインクジェットヘッドを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため請求項１に係るインクジェットヘッドは、所定形状のインク圧力室が所定間隔で形成されるキャビティプレートと、シート状の圧電層を複数積層した圧電シートと、を備え、前記圧電シートが前記キャビティプレートに積層されるインクジェットヘッドにおいて、前記圧電シートは、当該圧電シートの表面であって、前記各インク圧力室に対向して最上層の上面部にそれぞれ形成される複数の駆動電極と、当該圧電シートの内部であって、積層された複数の圧電層の間にそれぞれ配設されて該圧電層の上面部のほぼ全面に渡って形成される複数のコモン電極と、を有し、前記複数の圧電層及び複数のコモン電極は、積層方向に対して上下対称になるように配設されていることを特徴とする。
【０００８】
このような特徴を有する請求項１に係るインクジェットヘッドでは、各圧電シートを構成する複数の圧電層及び複数のコモン電極は、積層方向に対して上下対称に配設されているため、この圧電シートの焼成時におけるコモン電極と圧電層との収縮率の相違による反り変形の発生を抑制し、焼成後の寸法精度の高精度化を図ることができる。また、複数のコモン電極は、それぞれ該圧電層の上面部のほぼ全面に渡って形成されているため、圧電シートの靭性強度を高くすることができ、取り扱い時における損傷や割れを防止することができる。
【０００９】
また、請求項２に係るインクジェットヘッドは、請求項１に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記複数のコモン電極は、接地されていることを特徴とする。
このような特徴を有する請求項２に係るインクジェットヘッドでは、複数のコモン電極は、接地されているため、帯電などによるコモン電極の機能の不安定さを防止することができる。
また、請求項３に係るインクジェットヘッドは、請求項１又は請求項２に記載のインクジェットヘッドにおいて、複数のコモン電極は、積層された複数の圧電層の全ての圧電層間に配設されていることを特徴とする。これにより、圧電シートの靭性強度は、各コモン電極を構成する金属材料と各圧電層の圧電セラミックスの靭性強度との複合強度を有するため、圧電シートの靭性強度を更に高くすることができ、取り扱い時における損傷や割れをより確実に防止することができる。
更に、圧電シートの表面部であって、最上層の圧電層は、その上面部に形成される各駆動電極と該最上層に続いて積層された圧電層の上面部のほぼ全面に渡って形成されたコモン電極とによって挟まれて、該各駆動電極とこのコモン電極との間に駆動電圧が印加されると撓む活性部を構成し、圧電シートを構成する複数の圧電層のうちの当該最上層の圧電層を除く各圧電層は、この活性部がインク圧力室方向へのみ変形するようにさせるための拘束層を構成するようにしてもよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るインクジェットヘッドを具体化した一実施形態を図面に基づき説明する。先ず、本実施形態に係るインクジェットヘッドの概略構成について図１乃至図４に基づき説明する。
図１乃至図４に示すように、インクジェットヘッド１は、略長方形に形成された薄い金属板の積層構造からなるキャビティプレート２の上に、平面視略台形状のプレート型の４枚の各圧電シート２０が千鳥状になって２列に積層された構造となっている。そして、この各圧電シート２０の各々の上側には、フレキシブルプリント配線基板（ＦＰＣ基板）３の先端部に形成される電極パターン部３Ａが載置され、後述のように電気的に接続されている（図５、図６参照）。この電極パターン部３Ａは、この圧電シート２０の形状にほぼ等しい平面視略台形状に形成されている。
また、この各圧電シート２０は、その平行対向辺（上辺及び下辺）がキャビティプレート２の長手方向に沿うように配置されている。また、隣接する圧電シート２０の斜辺同士が、キャビティプレート２の幅方向にオーバーラップしている。 また、圧電シート２０が積層されるキャビティプレート２の表面には、ほぼ菱形形状に形成されたインク圧力室１９Ａが要求される印字密度に対応してマトリックス状に配列されている。また、この複数列の各インク圧力室１９Ａは、このインク圧力室１９Ａの鋭角部を互いに他の列のインク圧力室１９Ａ間に入り込ませるように高密度に配置されている。
【００１１】
また、キャビティプレート２は、略長方形の金属板の板材を９枚積層した９層構造になっている。具体的には、キャビティプレート２は、図３（Ｂ）に示すように、下層から、ノズルプレート１１、カバープレート１２、第一マニホールドプレート１３、第二マニホールドプレート１４、第三マニホールドプレート１５、サプライプレート１６、アパーチャプレート１７、スペーサプレート１８及びベースプレート１９の９枚の薄い金属板を積層した構造となっている。
また、図１に示すように、キャビティプレート２の各圧電シート２０が設けられない領域には、各圧電シート２０の上辺に対向するようにインクが供給される各インク導入口１９Ｂが２つずつ対になって長手方向に千鳥状に設けられている。また、左右両端部の各圧電シート２０の下辺の外側近傍位置にも各インク導入口１９Ｂが１つずつ設けられている。この各インク導入口１９Ｂのベースプレート１９における下端部（図１中、ベースプレート１９の下側端面部）には、インク内のゴミが侵入するのを防ぐための微細な貫通孔が多数形成される不図示のフィルタが設けられている。そして、各インク導入口１９Ｂは、各マニホールドプレート１３、１４、１５によって形成される後述のインクマニホールド通路に連通し、このインクマニホールド通路へインクが供給される。
【００１２】
また、図３に示すように、ノズルプレート１１には、微小径のインク噴出用のノズル１１Ａが、多数個穿設されている。また、カバープレート１２には、各ノズル１１Ａに対向する位置に該ノズル１１Ａに連通した微小径のインクの通路である貫通孔１２Ａが多数穿設されると共に、各マニホールドプレート１３、１４、１５によって形成される後述のインクマニホールド通路の１つの壁面を構成している。
【００１３】
また、第１マニホールドプレート１３には、前記貫通孔１２Ａに対向する位置に該貫通孔１２Ａに連通した微小径のインクの通路である貫通孔１３Ａが多数穿設されると共に、前記インクマニホールド通路を構成する溝状の孔部１３Ｂが長手方向に沿って延びるように各インク圧力室１９Ａの各列に沿って複数列形成されている。
【００１４】
また、第２マニホールドプレート１４には、前記貫通孔１３Ａに対向する位置に該貫通孔１３Ａに連通した微小径のインクの通路である貫通孔１４Ａが多数穿設されると共に、前記インクマニホールド通路を構成する溝状の孔部１４Ｂが長手方向に沿って延びるように各インク圧力室１９Ａの各列に沿って複数列形成されている。
【００１５】
また、第３マニホールドプレート１５には、前記貫通孔１４Ａに対向する位置に該貫通孔１４Ａに連通した微小径のインクの通路である貫通孔１５Ａが多数穿設されると共に、前記インクマニホールド通路を構成する溝状の孔部１５Ｂが長手方向に沿って延びるように各インク圧力室１９Ａの各列に沿って複数列形成されている。
【００１６】
また、サプライプレート１６には、前記貫通孔１５Ａに対向する位置に該貫通孔１５Ａに連通した微小径のインクの通路である貫通孔１６Ａが多数穿設されている。また、このサプライプレート１６の貫通孔１６Ａに対して上記インク圧力室１９Ａの鋭角部と反対の対角線方向で、かつ、前記孔部１５Ｂの側端縁部の近傍位置（図３（Ｂ）中、右側端縁部の近傍位置）には、インクマニホールド通路に連通してインクの供給通路を形成する貫通孔１６Ｂが多数穿設されている。
【００１７】
ここで、図３（Ｂ）に示すように、カバープレート１２の上面部、溝状の各孔部１３Ｂ、１４Ｂ、１５Ｂ、及びサプライプレート１６の底面部によって構成され、インクを各インク圧力室１９Ａに供給する共通のインク室として働くインクマニホールド通路が長手方向に複数列形成されいてる。
【００１８】
また、アパーチャプレート１７には、前記貫通孔１６Ａに連通した微小径のインクの通路である貫通孔１７Ａが多数穿設されている。また、このアパーチャプレート１７には、各インク圧力室１９Ａのインク供給側の鋭角部の下側の位置に貫通孔１７Ｂが穿設されると共に、該貫通孔１７Ｂの下端部から前記貫通孔１６Ｂに対向する位置まで溝状の凹部であるアパーチャ部１７Ｃが底面部に形成されている。このアパーチャ部１７Ｃは、アパーチャプレート１７の厚みの約半分程度の深さの溝に形成されている。
【００１９】
また、スペーサプレート１８には、前記各貫通孔１７Ａに連通する貫通孔１８Ａが多数穿設されている。また、スペーサプレート１８には、前記各貫通孔１７Ｂに連通する貫通孔１８Ｂが多数穿設されている。
【００２０】
また、ベースプレート１９には、略菱形形状のインク圧力室１９Ａが多数形成されている。また、前記スペーサプレート１８に穿設された各貫通孔１８Ａ、１８Ｂは、インク圧力室１９Ａの各鋭角部に対向するように配置されている。そして、この各インク圧力室１９Ａの上面部は、上側に積層される各圧電シート２０によって塞がれている。
【００２１】
また、圧電シート２０の上面部には、各インク圧力室１９Ａに対応する位置に前記菱形のインク圧力室１９Ａの投影形状よりも少し小さいほぼ相似形の略菱形形状を有する駆動電極２０Ａが形成されている。また、図３（Ａ）に示すように、インク圧力室１９Ａのインク供給側の鋭角部に対応する該駆動電極２０Ａの鋭角部からインク圧力室１９Ａの外側に対応する位置まで連続して引き出される矢印形状のランドパターン２０Ｂが形成されている。
【００２２】
次に、圧電シート２０の概略構造及び該圧電シート２０と電源回路部（不図示）から延設されるＦＰＣ基板３との電気的な接続構造について図５及び図６に基づいて説明する。
図５及び図６に示すように、圧電シート２０は、４枚の第１圧電層２１、第２圧電層２２、第３圧電層２３、及び第４圧電層２４を積層した構造に形成されている。
また、第１圧電層２１の上面部には、上記のように各インク圧力室１９Ａに対応する位置に該インク圧力室１９Ａの投影形状よりも少し小さいほぼ相似形の略菱形の駆動電極２０Ａと、該駆動電極２０Ａの鋭角部からインク圧力室１９Ａの外側に対応する位置まで連続して引き出される矢印形状のランドパターン２０Ｂが形成されている。
また、第２圧電層２２の上面部には、ほぼ全面に渡ってコモン電極２２Ａが形成されている。また、このコモン電極２２Ａの端部は、第２圧電層２２の側面端部（図１中、各圧電シート２０の両斜辺部の端面部）に露出するように形成されている。
また、第３圧電層２３の上面部には、電極は形成されていない。
更に、第４圧電層２４の上面部には、ほぼ全面に渡ってコモン電極２４Ａが形成されている。また、このコモン電極２４Ａの端部は、第４圧電層２４の側面端部（図１中、各圧電シート２０の両斜辺部の端面部）に露出するように形成されている。
【００２３】
ここで、第２圧電層２２のコモン電極２２Ａと第４圧電層２４のコモン電極２４Ａとは、積層後、側面端部（図１中、各圧電シート２０の両斜辺部の端面部）にて電気的に接続されると共に、該圧電シート２０の上面部のインク圧力室１９Ａに対向しない周縁部に形成される不図示の表面電極に電気的に接続されている。
【００２４】
また、各圧電シート２０の上面部には、不図示の電源回路部から延設されるＦＰＣ基板３が配設される。このＦＰＣ基板３は、ポリイミドフィルムなどのベースフィルム３１と、このベースフィルム３１の上面部に接着されて電極パターン部３Ａの各ランドパターン２０Ｂに対向する位置まで配線された銅箔より構成される導体パターン３２と、この導体パターン３２の先端部に形成されるランドパターン２０Ｂよりもすこし小さいスルホール３３と、このベースフィルム３１、各導体パターン３２、及び各スルーホール３３の上面部を覆う絶縁層としてのレジスト膜３４とから構成されている。
一方、圧電シート２０の各ランドパターン２０Ｂの表面部には、電極形成後、各スルーホール３３に接続するための予備半田３６が形成される。
従って、ＦＰＣ基板３の電極パターン部３Ａの下面部に形成される各スルーホール３３を対応する各ランドパターン２０Ｂ上に重ね合わせて、熱圧着などによって加熱接合することにより、各導体パターン３２とランドパターン２０Ｂとが各スルーホール３３を介して電気的に接続される。
尚、各コモン電極２２Ａ、２４Ａに導通する表面電極も、同様にＦＰＣ基板３の電極パターン部３Ａの下面部に形成されるスルーホール３３を介して電気的に接続される。
【００２５】
上記のように構成された第１乃至第４圧電層２１〜２４の内、ＦＰＣ基板３を介して第１圧電層２１の駆動電極２０Ａと、第２圧電層２２のコモン電極２２Ｂ及び第４圧電層２４のコモン電極２４Ａとの間に駆動電圧を印可することにより、第１乃至第４圧電層２１〜２４が変形して、キャビティプレート２の対応するインク圧力室１９Ａ内のインクに圧力を加えることができる。
よって、第１圧電層２１の駆動電極２０Ａに対応した部分が電圧印可時に撓む活性部を構成することになる。また、第１乃至第４圧電層２１〜２４を焼成する場合に、圧電セラミックスと電極を構成する金属材料では焼成した場合の収縮率が異なるので、シート全体が反ったり波打ったりすることがある。よって、第４圧電層２４の上面部に形成されるコモン電極２４Ａは、焼成後に第１乃至第４圧電層２１〜２４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、及び、第２乃至第４圧電層２２〜２４は、第１圧電層２１の活性部がインク圧力室１９Ａ方向へのみ変形するようにするための拘束層として機能する。また、各コモン電極２２Ａ、２４Ａは、各圧電層２２、２４の全面に渡って形成されているため、積層して焼成後の圧電シート２０の靭性強度は、各コモン電極２２Ａ、２４Ａを構成する金属材料と各圧電層２１〜２４の圧電セラミックス（例えば、チタン酸ジルコン酸鉛などから構成されている圧電セラミックスである。）の靭性強度との複合強度を有し、圧電セラミックス単体の靭性強度よりも大きくなる。
【００２６】
次に、上記のように構成されるインクジェットヘッド１の動作を図３に基づいて説明する。
図３に示すように、各インク導入口１９Ｂを介してカバープレート１２の上面部、溝状の各孔部１３Ｂ〜１５Ｂ、及びサプライプレート１６の底面部から構成されるインクマニホールド通路から供給されるインクは、貫通孔１６Ｂ、アパーチャ部１７Ｃ、貫通孔１７Ｂ及び貫通孔１８Ｂを経て、インク圧力室１９Ａに流入する。そして、ＦＰＣ基板３を介してランドパターン２０Ｂと各コモン電極２２Ａ、２４Ａとの間に駆動電圧が印可されると、圧電シート２０がインク圧力室１９Ａ側に変形して、インク圧力室１９Ａ内のインクは押し出され、各貫通孔１８Ａ〜１２Ａを経て、ノズル１１Ａから吐出される。
【００２７】
以上詳細に説明した通り、本実施形態のインクジェットヘッド１においては、キャビティプレート２は、９枚の薄い金属板から形成される各プレート１１〜１９を積層した構造となっている。また、ベースプレート１９には、略菱形形状のインク圧力室１９Ａがマトリックス上に配列されて多数形成されている。そして、この各インク圧力室１９Ａの上面部は、上側に積層される各圧電シート２０によって塞がれている。また、この圧電シート２０は、４枚の第１乃至第４圧電層２１〜２４を積層すると共に、第１圧電層２１と第２圧電層２２との間の全面部、及び第３圧電層２３と第４圧電層２４との間の全面部のそれぞれにコモン電極２２Ａ、２４Ａを積層して焼成した構造となっている。また、第１圧電層２１上面部の各インク圧力室１９Ａに対応する位置には、相似形状の略菱形形状の駆動電極２０Ａが形成されると共に、この駆動電極２０Ａの鋭角部からインク圧力室１９Ａの外側に対応する位置まで連続して引き出される矢印形状のランドパターン２０Ｂが形成されている。また、ＦＰＣ基板３の電極パターン部３Ａは、ベースフィル３１の上面部に設けられる導体パターン３２の先端部にスルーホール３３が形成されると共に、上面部がレジスト膜３４で被覆されている。そして、各圧電シート２０の予備半田３６が形成される各ランドパターン２０Ｂ上に、ＦＰＣ基板３の電極パターン部３Ａのスルーホール３３の下面側が対向するように載置され、熱圧着などによって半田付けされる。
【００２８】
従って、圧電シート２０を構成する各圧電層２１〜２４及び各コモン電極２２Ａ、２４Ａは、この圧電シート２０の積層方向に対して上下対称に配設されているため、圧電シート２０の焼成時における各コモン電極２２Ａ、２４Ａと各圧電層２１〜２４との収縮率の相違による反り変形の発生を抑制し、焼成後の寸法精度の高精度化を図ることができる。また、各コモン電極２２Ａ、２４Ａは各圧電層２２、２４のほぼ全面部を覆うように形成されているため、圧電シート２０の靭性強度を高くすることができ、この圧電シート２０の取り扱い時における損傷や割れを防止することができる。
また、各コモン電極２２Ａ、２４Ａは、圧電シート２０の側端面部において互いに導通されて接地されるため、帯電などによるこのコモン電極２２Ａ、２４Ａの機能の不安定さを防止することができる。
【００２９】
尚、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることは勿論である。
例えば、前記実施形態では、駆動電極２０Ａが形成される圧電シート２０の最上層である第１圧電層２１と２層目の第２圧電層２２との間と、この圧電シート２０の最下層である第４圧電層２４とその上の層の第３圧電層２３との間とに各コモン電極２２Ａ、２４Ａを設けたが、図７に示すように、更に、圧電シート２０の積層方向の中央部に位置する第２圧電層２２と第３圧電層２３との間の全面部にもコモン電極２３Ａを設ける構成にしてもよい。
これにより、焼成後の圧電シート２０の靭性強度は、各コモン電極２２Ａ、２３Ａ、２４Ａを構成する金属材料と各圧電層２１〜２４の圧電セラミックスの靭性強度との複合強度を有し、圧電セラミックス単体の靭性強度よりも更に大きくなり、この圧電シート２０の取り扱い時における損傷や割れをより確実に防止することができる。
尚、図７において、本実施形態に係るインクジェットヘッド１と同一符号は、上記インクジェットヘッド１と同一あるいは相当部分を示すものである。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明した通り請求項１に係るインクジェットヘッドにおいては、各圧電シートを構成する複数の圧電層及び複数のコモン電極は、積層方向に対して上下対称に配設されているため、この圧電シートの焼成時におけるコモン電極と圧電層との収縮率の相違による反り変形の発生を抑制し、焼成後の寸法精度の高精度化を図ることができるインクジェットヘッドを提供することができる。また、複数のコモン電極は、それぞれ該圧電層の上面部のほぼ全面に渡って形成されているため、圧電シートの靭性強度を高くすることができ、取り扱い時における損傷や割れを防止することができるインクジェットヘッドを提供することができる。
また、請求項２に係るインクジェットヘッドにおいては、複数のコモン電極は、接地されているため、帯電などによるコモン電極の機能の不安定さを防止することができるインクジェットヘッドを提供することができる。
更に、請求項３に係るインクジェットヘッドにおいては、圧電シートの靭性強度を更に高くすることができ、取り扱い時における損傷や割れをより確実に防止することができるインクジェットヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施形態に係るインクジェットヘッドの分解斜視図である。
【図２】 本実施形態に係るインクジェットヘッドの圧電シートとキャビティプレートとの要部分解斜視図である。
【図３】 本実施形態に係るインクジェットヘッドのインク圧力室と駆動電極との概略構成を示す図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は縦断面図である。
【図４】 本実施形態に係るインクジェットヘッドの圧電シート上に形成される駆動電極の配置構成を模式的に示す要部拡大斜視図である。
【図５】 本実施形態に係るインクジェットヘッドの圧電シートの要部拡大側断面図である。
【図６】 本実施形態に係るインクジェットヘッドの圧電シートのインク圧力室に対向する部分の要部拡大側断面図である。
【図７】 他の実施形態に係るインクジェットヘッドの圧電シートのインク圧力室に対向する部分の要部拡大側断面図である。
【符号の説明】
１ インクジェットヘッド
２ キャビティプレート
３ ＦＰＣ基板
１１ ノズルプレート
１２ カバープレート
１３ 第１マニホールドプレート
１４ 第２マニホールドプレート
１５ 第３マニホールドプレート
１６ サプライプレート
１７ アパーチャプレート
１８ スペーサプレート
１９ ベースプレート
１９Ａ インク圧力室
１９Ｂ インク導入口
２０ 圧電シート
２０Ａ 駆動電極
２０Ｂ ランドパターン
２１ 第１圧電層
２２ 第２圧電層
２２Ａ、２３Ａ、２４Ａ コモン電極
２３ 第３圧電層
２４ 第４圧電層
３１ ベースフィルム
３２ 導体パターン
３３ スルーホール
３４ レジスト膜
３６ 予備半田
Claims (4)
- 所定形状のインク圧力室が所定間隔で形成されるキャビティプレートと、シート状の圧電層を複数積層した圧電シートと、を備え、前記圧電シートが前記キャビティプレートに積層されるインクジェットヘッドにおいて、
前記圧電シートは、当該圧電シートの表面であって、前記各インク圧力室に対向して最上層の上面部にそれぞれ形成される複数の駆動電極と、
当該圧電シートの内部であって、積層された複数の圧電層の間にそれぞれ配設されて該圧電層の上面部のほぼ全面に渡って形成される複数のコモン電極と、
を有し、
前記複数の圧電層及び複数のコモン電極は、積層方向に対して上下対称になるように配設されていることを特徴とするインクジェットヘッド。 - 前記複数のコモン電極は、接地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ヘッド。
- 前記複数のコモン電極は、積層された複数の圧電層の全ての圧電層間に配設されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインクジェットヘッド。
- 前記最上層の圧電層は、前記上面部に形成される各駆動電極と該最上層に続いて積層された圧電層の上面部のほぼ全面に渡って形成されたコモン電極とによって挟まれて、該各駆動電極とこのコモン電極との間に駆動電圧が印加されると撓む活性部を構成し、前記複数の圧電層のうちの当該最上層の圧電層を除く各圧電層は、前記活性部がインク圧力室方向へのみ変形するようにさせるための拘束層を構成することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002276445A JP3876986B2 (ja) | 2002-09-24 | 2002-09-24 | インクジェットヘッド |
| DE60336530T DE60336530D1 (de) | 2002-09-24 | 2003-09-24 | Tintenstrahldruckkopf |
| CNU03280119XU CN2753583Y (zh) | 2002-09-24 | 2003-09-24 | 喷墨头 |
| US10/668,321 US7014300B2 (en) | 2002-09-24 | 2003-09-24 | Inkjet head |
| CNB031597637A CN100335279C (zh) | 2002-09-24 | 2003-09-24 | 喷墨头 |
| EP03021555A EP1403052B1 (en) | 2002-09-24 | 2003-09-24 | Inkjet head |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002276445A JP3876986B2 (ja) | 2002-09-24 | 2002-09-24 | インクジェットヘッド |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004114308A JP2004114308A (ja) | 2004-04-15 |
| JP3876986B2 true JP3876986B2 (ja) | 2007-02-07 |
Family
ID=31973224
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002276445A Expired - Fee Related JP3876986B2 (ja) | 2002-09-24 | 2002-09-24 | インクジェットヘッド |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7014300B2 (ja) |
| EP (1) | EP1403052B1 (ja) |
| JP (1) | JP3876986B2 (ja) |
| CN (2) | CN2753583Y (ja) |
| DE (1) | DE60336530D1 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7125107B2 (en) * | 2003-06-30 | 2006-10-24 | Kyocera Corporation | Method for driving piezoelectric ink jet head |
| US7686434B2 (en) | 2006-10-20 | 2010-03-30 | Kyocera Mita Corporation | Inkjet recording system |
| US7810913B2 (en) | 2006-10-31 | 2010-10-12 | Kyocera Mita Corporation | Inkjet recording system and recording apparatus |
| JP2013101020A (ja) * | 2011-11-08 | 2013-05-23 | Seiko Epson Corp | センサー素子、力検出装置およびロボット |
| CN106457830B (zh) * | 2014-07-30 | 2018-12-11 | 京瓷株式会社 | 喷墨头及打印机 |
| JP7215019B2 (ja) * | 2018-08-30 | 2023-01-31 | ブラザー工業株式会社 | 液体吐出ヘッド |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| USRE20213E (en) * | 1927-05-06 | 1936-12-22 | Piezoelectric device | |
| US5402159A (en) * | 1990-03-26 | 1995-03-28 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Piezoelectric ink jet printer using laminated piezoelectric actuator |
| JP2913806B2 (ja) * | 1990-09-14 | 1999-06-28 | ブラザー工業株式会社 | 圧電式インクジェットプリンタヘッド |
| JP3185226B2 (ja) | 1991-01-30 | 2001-07-09 | 株式会社村田製作所 | 圧電バイモルフ素子の駆動方法及び圧電バイモルフ素子 |
| JP4175679B2 (ja) * | 1997-07-15 | 2008-11-05 | ブラザー工業株式会社 | 圧電素子製造方法 |
| JP3948001B2 (ja) | 1997-12-22 | 2007-07-25 | コニカミノルタホールディングス株式会社 | インクジェットヘッド |
| DE69916344T2 (de) * | 1998-01-23 | 2005-05-12 | Océ-Technologies B.V. | Pizoelektrischer Betätiger für Tintenstrahldruckkopf |
| KR100764323B1 (ko) * | 1998-02-18 | 2007-10-05 | 소니 가부시끼 가이샤 | 압전 작동기와 그 제조 방법 및 잉크젯 프린트헤드 |
| JP2000127384A (ja) | 1998-10-22 | 2000-05-09 | Brother Ind Ltd | インクジェットヘッド装置及び圧電素子 |
| WO2000044054A1 (fr) * | 1999-01-22 | 2000-07-27 | Kansai Research Institute | Dispositif a film mince piezoelectrique, procede de production associe et tete d'enregistrement a jet d'encre |
| JP3716724B2 (ja) | 1999-09-30 | 2005-11-16 | ブラザー工業株式会社 | 圧電式インクジェットプリンタヘッドの圧電アクチュエータ及びその製造方法 |
| EP1116590B1 (en) * | 2000-01-11 | 2003-09-17 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Ink-jet head device with multi-stacked PZT actuator |
| JP3772654B2 (ja) | 2000-08-22 | 2006-05-10 | ブラザー工業株式会社 | 圧電式インクジェットプリンタヘッド及びその製造方法 |
-
2002
- 2002-09-24 JP JP2002276445A patent/JP3876986B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2003
- 2003-09-24 CN CNU03280119XU patent/CN2753583Y/zh not_active Expired - Lifetime
- 2003-09-24 US US10/668,321 patent/US7014300B2/en not_active Expired - Lifetime
- 2003-09-24 CN CNB031597637A patent/CN100335279C/zh not_active Expired - Lifetime
- 2003-09-24 EP EP03021555A patent/EP1403052B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2003-09-24 DE DE60336530T patent/DE60336530D1/de not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN100335279C (zh) | 2007-09-05 |
| CN2753583Y (zh) | 2006-01-25 |
| EP1403052B1 (en) | 2011-03-30 |
| DE60336530D1 (de) | 2011-05-12 |
| US20040141033A1 (en) | 2004-07-22 |
| US7014300B2 (en) | 2006-03-21 |
| JP2004114308A (ja) | 2004-04-15 |
| EP1403052A1 (en) | 2004-03-31 |
| CN1496826A (zh) | 2004-05-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4243850B2 (ja) | 積層型圧電素子及びそれを備えたインクジェット記録ヘッド | |
| JP3928594B2 (ja) | インクジェットヘッド | |
| US6631981B2 (en) | Piezoelectric actuator of ink jet printer head | |
| US6979077B2 (en) | Ink-jet head and ink-jet printer having ink-jet head | |
| JP4595418B2 (ja) | インクジェットヘッド | |
| JP4110997B2 (ja) | インクジェットヘッド、インクジェットヘッドの製造方法、および、インクジェットヘッドを有するインクジェットプリンタ | |
| JP3876986B2 (ja) | インクジェットヘッド | |
| JP4595357B2 (ja) | インクジェット記録ヘッド | |
| JP2005305982A (ja) | インクジェットヘッド | |
| EP1512533B1 (en) | inkjet head | |
| JP2003165215A (ja) | インクジェットプリンタヘッド | |
| JP4539064B2 (ja) | インクジェットヘッド | |
| JP2004122680A (ja) | インクジェットプリンタヘッド | |
| JP4193890B2 (ja) | インクジェットヘッド | |
| JP3849780B2 (ja) | 圧電アクチュエータを備えた装置及びインクジェットプリンタヘッド | |
| JP4603762B2 (ja) | インクジェットヘッドの製造方法 | |
| JP4161203B2 (ja) | インクジェットプリンタヘッド | |
| JP3885696B2 (ja) | インクジェットヘッド | |
| JP4035722B2 (ja) | インクジェットプリンタヘッド及びその製造方法 | |
| JP4221596B2 (ja) | インクジェット記録ヘッドにおけるフレキシブルフラットケーブルの接合構造 | |
| JP4924220B2 (ja) | 液体吐出装置 | |
| JP2005059551A5 (ja) | ||
| JP2004114558A (ja) | インクジェットプリンタヘッド及びその製造方法 | |
| JP2637830B2 (ja) | インクジェット記録ヘッド | |
| JP4622362B2 (ja) | インクジェットヘッド |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20041213 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050304 |
|
| RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20050304 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20050307 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060418 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060516 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060714 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060926 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20061024 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 3876986 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091110 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101110 Year of fee payment: 4 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101110 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111110 Year of fee payment: 5 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121110 Year of fee payment: 6 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121110 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131110 Year of fee payment: 7 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |