JP4292728B2 - インクジェット記録ヘッド - Google Patents
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Description
【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記録ヘッドに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、特開昭62−111758号公報に記載されているように、吐出ノズルを有する複数の圧力室を相互に隣接配置し、その各圧力室に対応した複数の圧電素子を1枚の振動板上に配置したアクチュエータユニットを複数の圧力室にまたがって積層したインクジェット記録ヘッドが知られている。また、特開平3−114654号公報に記載されているように、吐出ノズルを有する複数の圧力室を相互に隣接配置し、その各圧力室に対応した電極を有する積層型の圧電アクチュエータを複数の圧力室にまたがって配置したインクジェット記録ヘッドも知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記インクジェット記録ヘッドでは、圧電素子に電圧を印加することにより、圧力室に対応するアクチュエータの部分が凹または凸に変形してインクに圧力を与え、ノズルからインクを吐出するが、矩形の各圧力室が相互に平行に配置されていてそれらの圧力室にまたがってアクチュエータが位置しているため、図6に示すように、1つの圧力室11に対するアクチュエータ20の変形にともない、圧力室間の隔壁12の上端を支点として、隣の圧力室に対応するアクチュエータの部分が反対方向に変形することが避けられない。このため、隣の圧力室内のインクに不所望な圧力変動が生じ、この後、この圧力室からインクを吐出するときに、圧力変動が重畳し、所期のインク吐出が得られないという、いわゆるクロストークが生じる。
【0004】
特公平2−4429号公報および特公平7−67803号公報には、圧力室を菱形に形成して千鳥状に配置し、多数の圧力室を高密度に配置することが開示されている。このようにすると、菱形の角を隣接して並ぶ2つの圧力室は、アクチュエータの変形が相互に影響しにくくなり、上記クロストークを低減できるが、千鳥状に斜め方向にずれて位置する2つの圧力室は、稜線を平行に対向させているため、先に記載した従来例と同様に、一方の圧力室に対するアクチュエータの変形が、隣接する圧力室にも影響を与え、クロストークを発生することになる。
【0005】
本発明は、このようなクロストークを低減し、所期のインク吐出を安定して得られるインクジェット記録ヘッドを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1にかかる発明のインクジェット記録ヘッドでは、一端を吐出ノズルに、他端をインク供給源にそれぞれ接続した複数の圧力室を相互に隣接配置し、その各圧力室に対応した圧力発生部を圧電シートの積層構造体に複数有するアクチュエータユニットを前記複数の圧力室にまたがって配置したインクジェット記録ヘッドであって、前記各圧力室は、対向する平行な一対の長い稜線および当該一対の長い稜線より短くて前記一対の長い稜線と交差する他の対の短い稜線によって囲まれたほぼ平行四辺形の形状を有し、前記一対の長い稜線のうち相互に直角の方向に対向する部分の間が前記圧力室の主要部分として画定され、隣接する他の圧力室とその稜線を相互に平行に近接して配置されるとともに、各圧力室の前記主要部分の中央が隣接する他の圧力室の前記他の対の短い稜線間の隔壁と対向するように配置され、前記複数の圧力室は複数列あり、前記圧力室の主要部分は、隣接する他の列の前記圧力室の同部分と、前記一対の長い稜線と直角な方向において対向する幅が、前記一対の長い稜線間の間隔よりも小さい。
【0007】
この構成により、圧力発生部の1つを駆動すると、圧力室に対応するアクチュエータユニットの部分が変形してインクに圧力を与え、ノズルからインクを吐出する。圧力室を、対向する平行な一対の稜線間にそのほぼ主要部分を画定し、隣接する他の圧力室とその稜線を相互に平行に近接して配置するとともに、各圧力室の主要部分を前記稜線と平行な方向に相互にずらせて配置することで、アクチュエータユニットが複数の圧力室にまたがっているとしても、1つの圧力室に対するアクチュエータユニットの変形が、隔壁を介して隣接する他の圧力室に影響することを少なくし、クロストークの発生を抑える。
また、このようにすることで、圧力室を複数列に高密度に配置するとともに、クロストークを抑える。
【0008】
請求項2のインクジェット記録ヘッドは、一端を吐出ノズルに、他端をインク供給源にそれぞれ接続した複数の圧力室を相互に隣接配置し、その各圧力室に対応した圧力発生部を圧電シートの積層構造体に複数有するアクチュエータユニットを前記複数の圧力室にまたがって配置したインクジェット記録ヘッドであって、前記各圧力室は、対向する平行な一対の長い稜線および当該一対の長い稜線より短くて前記一対の長い稜線と交差する他の対の短い稜線によって囲まれたほぼ平行四辺形の形状を有し、前記一対の長い稜線のうち相互に直角の方向に対向する部分の間が前記圧力室の主要部分として画定され、隣接する他の圧力室とその稜線を相互に平行に近接して配置されるとともに、各圧力室の前記主要部分が前記一対の長い稜線に平行な方向に相互にずらせて配置され、前記複数の圧力室は複数列あり、前記圧力室の主要部分が、隣接する他の列の前記圧力室の同部分と、前記一対の長い稜線と直角な方向において対向しないように配置されている。
このようにすることで、圧力室を複数列に高密度に配置するとともに、クロストークを一層効果的に抑える。
【0009】
【0010】
【0011】
また、請求項3のインクジェット記録ヘッドは請求項1又は2のインクジェット記録ヘッドにおいて、前記各圧力室は、鋭角部分を有する平行四辺形であって、その平行四辺形の一方の鋭角部分に前記吐出ノズルと接続する連通孔を、他方の鋭角部分に前記インク供給源と接続する連通孔をそれぞれ備える。つまり、平行四辺形の対角線のうち長い方向における圧力波の伝播を利用してインクを吐出させることで、アクチュエータの立ち上げ時間に余裕をもたせ、またアクチュエータの変形を所定量確保する。
【0012】
また、請求項4のインクジェット記録ヘッドは請求項1〜3のいずれかのインクジェット記録ヘッドにおいて、前記アクチュエータユニットの圧力発生部は、前記各圧力室とほぼ相似形とすることで、圧力室に対して効率よく圧力を付与する。
【0013】
また、請求項5のインクジェット記録ヘッドは請求項1〜4のいずれかのインクジェット記録ヘッドにおいて、前記アクチュエータユニットは、圧電材料と、その圧電材料に電圧を印加する電極とからなり、少なくとも前記圧電材料への電極の投影形状が前記圧力発生部を形成することで、圧電材料の変形により、圧力室の容積を増減して圧力を付与する。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のインクジェット記録ヘッドの好ましい実施の形態を、図面にしたがって説明する。
【0015】
インクジェット記録ヘッドは、図1に示すようにインク流路を備えるキャビティユニット100の上に、圧電式のアクチュエータユニット200を積層して接着した構造である。キャビティユニット100は、特開昭62−111758号公報に記載されたものと同様に、複数のプレート110、120、130、140を相互に接着して積層した構造で、上層のプレート110には、後述するようにほぼ平行四辺形の圧力室111を複数個備え、最下層のプレート140には、複数の吐出ノズル141を備える。各圧力室111の一端は、プレート120、130に穿設した連通孔121、131を介して吐出ノズル141に接続し、他端は、プレート120に穿設した連通孔122を介してプレート130に穿設したマニホールド流路132に接続している。マニホールド流路132は、図1の紙面と直交する方向に延び、同方向に配列した複数の圧力室111に連通孔122を介してそれぞれ接続し、一端をインクタンク等のインク供給源に接続している。また、マニホールド流路132は圧力室111の列ごとに独立しており、各列の圧力室にそれぞれ別の色のインクをインク供給源から供給する。なお、1つのマニホールド流路132が圧力室111の複数の列に接続し、その複数の列に同じインクを供給することもできる。
【0016】
アクチュエータユニット200は、特開平3−114654号公報に記載されたものと同様に、積層構造の複数の圧電セラミックスシート201の間に、各圧力室111と対応した個別電極210と、複数の個別電極210の全体をカバーする共通電極220とを交互に介挿し、個別電極210と共通電極220とに挟まれるセラミックスシートに分極処理を施し、それらの電極に挟まれる部分、すなわち個別電極210の投影形状の圧電セラミックスシート部分を圧力発生部とした構造である。積層方向の複数の個別電極210と共通電極220との間に電圧を印加することにより、圧力発生部は圧力室111に対して伸張または収縮する。好ましくは、常態で電圧を印加してすべての圧力発生部を圧力室111に対して破線で示すように伸張しておき、インクを吐出しようとする圧力発生部の電圧印加を停止して圧力発生部を平坦に復帰し、圧力室111の容積を拡大してマニホールド流路132からインクを圧力室に導入する。その状態から再び電圧を印加して当該圧力室のインクに圧力を与えることで、吐出ノズル141からインクを吐出することができる。あるいは、常態で圧力発生部を平坦にしておき、電圧の印加により圧力発生部を収縮させ、電圧印加を停止して圧力発生部を平坦に復帰することでインクに圧力を与えることもできる。また、圧力発生部を平坦な状態から電圧印加により伸張させてインクに圧力を与えることもできる。
【0017】
アクチュエータユニット200は、圧力室111と反対側に、電極に挟まれない、すなわち圧力発生部を構成しないセラミックスシート202の層を備え、圧力発生部の変形を上方には抑え、圧力室の側に偏倚させるようにしている。
【0018】
本実施の形態において、各圧力室111は、図2及び図3に示すように、平面形においてほぼ平行四辺形をしている。すなわち、各圧力室111は、平行な一対の長い稜線aと、それに対して傾斜した短い平行な一対の稜線bとで囲まれた形状をなし、他の圧力室とそれぞれの稜線をほぼ一直線上に並べ、複数の列、行をなして配列している。本実施の形態では、図において縦方向の列の各圧力室111が共通のマニホールド流路132に接続している。各圧力室間は、隔壁112により隔てている。
【0019】
長い稜線aと短い稜線bのなす一方の鋭角部cに、吐出ノズル141に接続する連通孔121を、他方の鋭角部dにマニホールド流路132に接続する連通孔122をそれぞれ備える。つまり、平行四辺形の対角線のうち長い方向の圧力伝播を利用して、インクの吐出を行う。
【0020】
上記のようにしたのは、次の理由による。前述のようにインクを吐出するのに先だって、圧力室111を拡大することにより圧力室内のインクに圧力波変動を生じさせ、この圧力が上昇したとき、圧力室111を縮小させると、インクに印加された圧力が重畳され、効率よくインクを吐出することができる。インクの吐出周期は、インクの圧力波変動の周期によって決められるので、上記2つの連通孔121,122間の距離を短くすると、インクの吐出周期を短くすることができるが、圧電素子は電気的にはコンデンサであるので、所定電圧に立ち上がるまでに時間がかかり、上記距離があまり短いと、インクの圧力が上昇するまでの期間に間に合わなくなってしまう。このため、上記距離を所定量確保する必要がある。また、アクチュエータとしての圧電素子の変位量を所定量得るために、圧力室の長さ、幅を所定量確保する一方、複数の圧力室を高密度に配置するために、圧力室の長手方向の両端をテーパ状に狭めているのである。
【0021】
個別電極210は、圧力室111の投影形状よりも少し小さい相似形とし、したがってアクチュエータの圧力発生部も同じ形状としている。個別電極210は必ずしも圧力室と相似形である必要はないが、圧力室内に大きく効率のよい圧力変動を生じさせるには、上記のように少し小さい相似形であることが好ましい。
【0022】
個別電極210へ電力を供給するリード線は、図示しないが、各個別電極の間(すなわち隔壁112に対応する位置)をとおってアクチュエータユニット200の端部に達するように、セラミックスシート202上に個別電極210とともにスクリーン印刷等によって形成する。または各個別電極の間においてセラミックスシート202を貫通するスルーホールをとおってアクチュエータユニット200の上面に導き出す。
【0023】
また、圧力室111の主要部分、すなわち長い一対の稜線a,aが相互に直角方向に対向する部分(さらに換言すると、稜線a,bがなす各鈍角eからそれに対向する長い稜線aにそれぞれおろした2つの垂線fと2つの長い稜線aとに囲まれる矩形部分)は、隣接する他の列の圧力室の同主要部分と、稜線aと直角方向において対向することなく、隣接する列の2つの圧力室の長短の稜線a,bに挟まれるテーパ部分と、圧力室の短い稜線b,b間の隔壁112とに対向している。つまり、隣接する圧力室の主要部分どうしを、長い稜線aと平行な方向に相互にずらせて配置し、隣り合う列の圧力室の主要部分が隔壁12と直交する方向に対向しない。
【0024】
アクチュエータユニットが圧力室111に対して大きく変形するのは、上記主要部分(稜線a,aと垂線f、fに囲まれる矩形部分)においてであり、隣接する圧力室においてこの主要部分が垂線f,fの延長方向に並んでいると、図6において説明したように1つの圧力室に対するアクチュエータユニットの変形が隣の圧力室に及んでしまう。しかし、上記のように構成することによって、圧力室の主要部分に対してアクチュエータユニットが大きく変形しても、その変形部分に対向する、隣接する列の圧力室の短い稜線b,b間の部分のアクチュエータユニットは、隔壁12に固定されており、またそれに対向する圧力室のテーパ部分においては、その変形量がすくないので隣の圧力室への影響はごく小さい。したがって、クロストークを少なくし、複数の圧力室からそれぞれ所期のインク吐出を安定して行うことができる。
【0025】
図4は、他の実施の形態を示すもので、前記の実施の形態では圧力室の長い稜線aの延長方向に列を作っていたが、この実施の形態では短い稜線bの延長方向に列を作っている。このようにしても、上記垂線f,fの延長方向において圧力室の主要部分が並んでいないから、前記の実施の形態と同様にクロストークを少なくすることができる。
【0026】
図5は、さらに他の実施の形態を示すもので、上記圧力室の主要部分が、他の列の圧力室の主要部分と一部において対向するが、第1の稜線と直角な方向において対向する幅g(互いに他の列の鈍角eから第1の稜線aにおろした垂線k,k間の部分)を、圧力室の一対の第1の稜線間の間隔hよりも小さくしている。
このようにすると、圧力室の主要部分のほぼ中央が、他の列の圧力室の短い稜線b,b間の隔壁112と対向するようになり、一方の列の圧力室におけるアクチュエータユニットの変形が他方の列の圧力室に対して影響することが少なく、クロストークを少なくすることができる。
【0027】
なお、アクチュエータユニットは、上記両実施の形態のように複数の圧電セラミックスシートを積層するだけでなく、複数の圧力室にわたる振動板や圧力室の上壁に、圧力室ごとに独立した圧電素子およびその他の圧力発生素子を貼り付けたもので構成することもできる。
【0028】
【発明の効果】
以上のように本発明のインクジェット記録ヘッドは、隣接する他の圧力室どうしその稜線を相互に平行に近接して配置するとともに、各圧力室の主要部分をその稜線と平行な方向に相互にずらせて配置、つまり、2つの圧力室の主要部分が隔壁とほぼ直交する方向で隣接しあわないようにしたことで、アクチュエータユニットが複数の圧力室にまたがっているとしても、1つの圧力室に対するアクチュエータユニットの変形が、隔壁を介して隣接する他の圧力室に影響することが少なくなり、クロストークの発生を抑え、複数の圧力室からそれぞれ所期のインク吐出を安定して行うことができる。
【0029】
また、平行四辺形の圧力室の一方の鋭角部分に吐出ノズルと接続する連通孔を、他方の鋭角部分にインク供給源と接続する連通孔をそれぞれ備えることで、平行四辺形の対角線のうち長い方向における圧力波の伝播を利用してインクを吐出させることができ、その結果アクチュエータの立ち上げ時間に余裕をもたせた圧力室の長さを確保でき、かつ、アクチュエータの変形を所定量確保でき、良好なインク吐出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態を示すインクジェット記録ヘッドの縦断面図で、図2のA−A線断面図に相当する。
【図2】 図1のB−B線位置において見た平面図である。
【図3】 一部の圧力室を拡大して示す平面図である。
【図4】 他の実施の形態を示す図2相当の平面図である。
【図5】 さらに他の実施の形態を示す図2相当の平面図である。
【図6】 従来のインクジェット記録ヘッドの構成を説明する縦断面図である。
【符号の説明】
100 キャビティユニット
111 圧力室
a,b 稜線
112 隔壁
121 連通孔
122 連通孔
141 吐出ノズル
200 アクチュエータユニット
201 圧電セラミックスシート
210 個別電極
Claims (5)
- 一端を吐出ノズルに、他端をインク供給源にそれぞれ接続した複数の圧力室を相互に隣接配置し、その各圧力室に対応した圧力発生部を圧電シートの積層構造体に複数有するアクチュエータユニットを前記複数の圧力室にまたがって配置したインクジェット記録ヘッドであって、
前記各圧力室は、対向する平行な一対の長い稜線および当該一対の長い稜線より短くて前記一対の長い稜線と交差する他の対の短い稜線によって囲まれたほぼ平行四辺形の形状を有し、前記一対の長い稜線のうち相互に直角の方向に対向する部分の間が前記圧力室の主要部分として画定され、隣接する他の圧力室とその稜線を相互に平行に近接して配置されるとともに、各圧力室の前記主要部分の中央が隣接する他の圧力室の前記他の対の短い稜線間の隔壁と対向するように配置され、
前記複数の圧力室は複数列あり、
前記圧力室の主要部分は、隣接する他の列の前記圧力室の同部分と、前記一対の長い稜線と直角な方向において対向する幅が、前記一対の長い稜線間の間隔よりも小さいことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。 - 一端を吐出ノズルに、他端をインク供給源にそれぞれ接続した複数の圧力室を相互に隣接配置し、その各圧力室に対応した圧力発生部を圧電シートの積層構造体に複数有するアクチュエータユニットを前記複数の圧力室にまたがって配置したインクジェット記録ヘッドであって、
前記各圧力室は、対向する平行な一対の長い稜線および当該一対の長い稜線より短くて前記一対の長い稜線と交差する他の対の短い稜線によって囲まれたほぼ平行四辺形の形状を有し、前記一対の長い稜線のうち相互に直角の方向に対向する部分の間が前記圧力室の主要部分として画定され、隣接する他の圧力室とその稜線を相互に平行に近接して配置されるとともに、各圧力室の前記主要部分が前記一対の長い稜線に平行な方向に相互にずらせて配置され、
前記複数の圧力室は複数列あり、
前記圧力室の主要部分が、隣接する他の列の前記圧力室の同部分と、前記一対の長い稜線と直角な方向において対向しないように配置されたことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。 - 請求項1又は2のインクジェット記録ヘッドにおいて、前記各圧力室は、鋭角部分を有する平行四辺形であって、その平行四辺形の一方の鋭角部分に前記吐出ノズルと接続する連通孔を、他方の鋭角部分に前記インク供給源と接続する連通孔をそれぞれ備えることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
- 請求項1〜3のいずれかのインクジェット記録ヘッドにおいて、前記アクチュエータユニットの圧力発生部は、前記各圧力室とほぼ相似形をしていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
- 請求項1〜4のいずれかのインクジェット記録ヘッドにおいて、前記アクチュエータユニットは、圧電材料と、その圧電材料に電圧を印加する電極とからなり、少なくとも前記圧電材料への電極の投影形状が前記圧力発生部を形成していることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
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