JP4296738B2

JP4296738B2 - インクジェットヘッド

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Publication number: JP4296738B2
Application number: JP2001365513A
Authority: JP
Inventors: 幹雄佐久間
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2001-11-30
Filing date: 2001-11-30
Publication date: 2009-07-15
Anticipated expiration: 2021-11-30
Also published as: EP1316426B1; US6783214B2; US20030103117A1; DE60200825T2; JP2003165213A; EP1316426A1; DE60200825D1

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。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェットヘッドは、インクタンクからマニホールドに供給されたインクを複数の圧力室に分配し、各圧力室に選択的に圧力を付与することによりノズル孔からインクを吐出する。圧力室に選択的に圧力を付与するための一つの手段として、シート状の圧電セラミック層が積層されたアクチュエータユニットが用いられることがある。
【０００３】
かかるインクジェットヘッドの一例として、特開平４−３４１８５２号公報には、複数の圧力室に跨った圧電セラミック層の連続平板状層を用いたアクチュエータユニットを有するものが記載されている。この公報のインクジェットヘッドにおいて、アクチュエータユニットの圧電セラミック層は、概略的には、グランド電位に保持された共通電極と各圧力室に対応する位置に配置された駆動電極（個別電極）とで挟み込まれた圧力室側にある活性層と、電極が設けられておらず圧力室とは反対側にある非活性層とに分けられる。そして、インクを吐出すべき圧力室に対応する駆動電極を共通電極とは異なる電位とすることで、いわゆる圧電縦効果により活性層を積層方向に伸縮させて圧力室内の容積を変動させることによってインクを圧力室から吐出することが可能となっている。この際、非活性層は、活性層を上から支えることでこれが効率よく積層方向に伸縮するのを助ける役目を果たすだけで、それ自体はほとんど変形することがない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、圧力室のさらなる高集積化を図ることが強く望まれている。しかしながら、上述した公報に記載のインクジェットヘッドでは、その要望に十分に応えることができないのが現状である。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、圧力室のさらなる高集積化を可能にするインクジェットヘッドを提供することである。
【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のインクジェットヘッドは、一端をインク吐出口に、他端をインク供給源にそれぞれ接続した複数の圧力室が相互に隣接配置されると共に、複数の前記圧力室の開口を塞ぐアクチュエータユニットが設けられたインクジェットヘッドにおいて、前記アクチュエータユニットが、前記圧力室側に配置され、複数の前記圧力室に跨って連続した平板状をなし、さらにその厚み方向に積層された圧電材料からなる複数層の非活性層と、前記複数層の非活性層に対して前記圧力室とは反対側に積層され、前記圧力室ごとに分断されて設けられた圧電材料からなる少なくとも１層の活性層とを含んでおり、前記活性層が、グランド電位に保たれた共通電極と前記圧力室に対応して形成された駆動電極とによって挟まれているとともに、厚み方向に分極した前記分断された圧電材料からなり、前記圧力室に最も近い電極が、前記複数層の非活性層の前記圧力室と反対側の表面上に配置され、前記複数の圧力室に跨って形成された幅広の前記共通電極であって、前記共通電極及び前記駆動電極のうちで最も前記圧力室から離れた電極が最も薄い電極であり、前記幅広の前記共通電極上には、前記活性層が積層されており、前記駆動電極を前記共通電極と異なる電位としたときに、前記活性層が圧電横効果によって前記分極の方向と直交する方向に伸縮することで、前記活性層と前記非活性層との間で歪みの差によるユニモルフ効果が生じて前記圧力室の容積が変化するものである。
【０００７】
【０００８】
請求項１によると、ユニモルフ型のアクチュエータユニットにおいて厚み方向に積層された複数層の非活性層を有しているために、圧力室内で発生する内圧に抗しながらアクチュエータユニットが圧電横効果により活性層及び非活性層の積層方向について大きく変位する。そのため、圧力室の容積変化量が大きくなり、圧力室を小さくしても十分な量のインクを吐出することが可能となって、印刷ドットの高密度配置が実現される。また、１層で厚みの大きい非活性層を設ける場合と比較して製造が容易である。さらに、活性層及び非活性層が共に圧電素子層から構成されているので、焼結時の収縮率が活性層と非活性層とでほぼ同じになるため、寸法精度を向上させることができる。また、圧力室に最も近い電極が共通電極であるためにインクが電極電位からの悪影響を受けるのを抑制できるので、インクジェットヘッドの正常な動作を担保することが可能である。
また、最も圧力室から離れた電極の厚みを最も薄くしたことにより、十分なアクチュエータユニットの変位を確保することが可能となる。
【０００９】
請求項２のインクジェットヘッドは、複数層の前記活性層を有していることを特徴としている。この構成によると、複数層の活性層を有していることにより、圧電横効果により活性層及び非活性層の積層方向についてさらに大きな変位を得ることが可能となる。
【００１０】
【００１１】
【００１２】
請求項３のインクジェットヘッドは、前記活性層の一層の厚さが２０μｍ以下であることを特徴としている。この構成によると、活性層の一層の厚さを２０μｍ以下としたことにより、さらに大きな変位を得ることが可能となる。
【００１３】
請求項４のインクジェットヘッドは、前記活性層と前記非活性層とが同じ材料で形成されていることを特徴としている。この構成によると、活性層と非活性層とを同じ材料で形成することができるために、製造工程が簡略化される。
【００１４】
請求項５のインクジェットヘッドは、前記活性層の一層及び前記非活性層の一層がすべて実質的に同じ厚みを有していることを特徴としている。この構成によると、活性層の一層及び非活性層の一層をすべて実質的に同じ厚みにすることにより、製造工程が簡略化される。
請求項６のインクジェットヘッドは、前記圧力室の短手方向の幅をＬ、幅Ｌと同方向の前記駆動電極の幅をδとしたときに、０．１ｍｍ≦Ｌ≦１ｍｍ、且つ、０．３≦δ／Ｌ≦１の条件を満たすことを特徴としている。この構成によると、電気効率又は面積効率を向上させることができる。
請求項７のインクジェットヘッドは、第１の方向に延在した矩形平面形状を有しており、前記インク吐出口が設けられた底面には、台形形状のインク吐出領域が前記第１の方向に沿って千鳥状になって２列に配列されており、前記底面には、前記インク吐出領域内だけに、前記インク吐出口が形成されており、前記アクチュエータユニットが、前記インク吐出領域ごとに設けられており、前記圧力室が、ほぼ菱形の平面形状を有し、前記複数の圧力室は、前記第１の方向に等間隔に配列されているとともに、前記第１の方向に対して傾いた第２の方向に等間隔に配列されており、前記圧力室が前記アクチュエータユニット内において前記第２の方向に最大個数配列されたことによる前記第１の方向への変位が、前記圧力室の１つ分に相当していることを特徴としている。この構成によると、駆動電極と圧力室との位置合わせ精度を高いものとすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施の形態によるインクジェットヘッドの底面図である。図２は、図１内に描かれた一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。図３は、図２内に描かれた一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。図４は、図１に示すインクジェットヘッドの要部断面図である。図５は、図１に示すインクジェットヘッドの要部分解斜視図である。図６は、図４内に描かれた一点鎖線で囲まれた領域を横方向から見た拡大断面図である。
【００１７】
図１に示すように、本実施の形態によるインクジェットヘッド１は一方向（主走査方向）に延在した矩形形状を有しており、その底面には、千鳥状になって２列に配列された多数の台形のインク吐出領域２が設けられている。インク吐出領域２の表面には、後述するように、インク吐出口８（図２及び図３参照）が多数配列されている。また、インクジェットヘッド１の内部には、その長手方向に沿ってインク溜まり３が形成されている。インク溜まり３は、その一端に設けられた開口３ａを介してインクタンク（図示せず）に連通しており、常にインクで満たされている。インク溜まり３には、その延在方向に沿って開口３ｂが２つずつ対になって、インク吐出領域２が設けられていない領域に千鳥状に設けられている。
【００１８】
図１及び図２に示すように、インク溜まり３は、開口３ｂを介してその下層にあるマニホールド５と連通している。開口３ｂには、インク内に含有される塵埃などを捕獲するためのフィルタ（図示せず）が設けられていてよい。マニホールド５は、その先端部が２つに分岐して副マニホールド５ａとなっている。１つのインク吐出領域２の上部には、当該インク吐出領域２に対してインクジェットヘッド１の長手方向両隣にある２つの開口３ｂからそれぞれ２つの副マニホールド５ａが進入してきている。つまり、１つのインク吐出領域２の上部には、合計で４つの副マニホールド５ａがインクジェットヘッド１の長手方向に沿って延在している。各副マニホールド５ａには、インク溜まり３から供給されたインクが満たされている。
【００１９】
図２及び図３に示すように、インク吐出領域２の表面には、多数のインク吐出口８が配列されている。各インク吐出口８は、図４からも分かるように、先細形状のノズルとなっており、平面形状がほぼ菱形の圧力室（キャビティ）１０（長さ９００μｍ、幅３５０μｍ）及びアパーチャ１２を介して副マニホールド５ａと連通している。このようにして、インクジェットヘッド１には、インクタンクからインク溜まり３、マニホールド５、副マニホールド５ａ、アパーチャ１２及び圧力室１０を経てインク吐出口８に至るインク流路３２が形成されている。なお、図２及び図３において、図面を分かりやすくするために、インク吐出領域２の内部にあって破線で描くべき圧力室１０及びアパーチャ１２を実線で描いている。
【００２０】
また、図３からも明らかなように、インク吐出領域２内では、１つの圧力室１０と連通したアパーチャ１２が当該圧力室に隣接する圧力室１０と重複するように、圧力室１０同士が密着して配列されている。このようなことが可能なことの一因は、図４にも示すように、圧力室１０とアパーチャ１２とを異なる高さに設けるようにしたからである。このようにすることで、圧力室１０を高密度に配列することが可能であり、比較的小さな占有面積のインクジェットヘッド１により高解像度の画像形成を実現している。
【００２１】
圧力室１０は、図２に描かれた平面内において、インクジェットヘッド１の長手方向（第１配列方向）と、インクジェットヘッド１の幅方向からやや傾いた方向（第２配列方向）との２方向にインク吐出領域２内で配列されている。インク吐出口８は、第１配列方向には５０ｄｐｉで配列されている。一方で、圧力室１０は、第２配列方向には１つのインク吐出領域２内に最大で１２個が含まれるように配列されており、そして、第２配列方向に１２個の圧力室１０が配列されたことによる第１配列方向への変位は圧力室１０の１つ分に相当している。これにより、インクジェットヘッド１の全幅内で、第１配列方向に隣接する２つのインク吐出口８間の距離だけ離隔した範囲には、１２個のインク吐出口８が存在するようになっている（なお、各インク吐出領域２の第１配列方向についての両端部では、インクジェットヘッド１の幅方向に対向するインク吐出領域２と相補関係となることで上記条件を満たしている）。そのため、本実施の形態によるインクジェットヘッド１では、第１及び第２配列方向に配列された多数のインク吐出口８から、インクジェットヘッド１の幅方向への用紙に対する相対的な移動に伴って順次インク滴を吐出させることで、主走査方向に６００ｄｐｉで印刷を行うことが可能になっている。
【００２２】
次に、本実施の形態によるインクジェットヘッド１の断面構造について説明する。図４及び図５に示すように、インクジェットヘッド１の底部側の要部は、上から、アクチュエータユニット２１、キャビティプレート２２、ベースプレート２３、アパーチャプレート２４、サプライプレート２５、マニホールドプレート２６、２７、２８、カバープレート２９、ノズルプレート３０の合計１０枚のシート材が積層された積層構造を有している。
【００２３】
アクチュエータユニット２１は、後で詳述するように、３枚の圧電シートが積層され且つ電極が配されることによってそのうちの１層が活性層とされ残り２層が非活性層とされたものである。キャビティプレート２２は、圧力室１０に対応するほぼ菱形の開口が多数設けられた金属プレートである。ベースプレート２３は、キャビティプレート２２の１つの圧力室１０について、圧力室１０とアパーチャ１２との連絡孔及び圧力室１０からインク吐出口８への連絡孔がそれぞれ設けられた金属プレートである。アパーチャプレート２４は、キャビティプレート２２の１つの圧力室１０について、アパーチャ１２のほかに圧力室１０からインク吐出口８への連絡孔がそれぞれ設けられた金属プレートである。サプライプレート２５は、キャビティプレート２２の１つの圧力室１０について、アパーチャ１２と副マニホールド５ａとの連絡孔及び圧力室１０からインク吐出口８への連絡孔がそれぞれ設けられた金属プレートである。マニホールドプレート２６、２７、２８は、副マニホールド５ａに加えて、キャビティプレート２２の１つの圧力室１０について、圧力室１０からインク吐出口８への連絡孔がそれぞれ設けられた金属プレートである。カバープレート２９は、キャビティプレート２２の１つの圧力室１０について、圧力室１０からインク吐出口８への連絡孔がそれぞれ設けられた金属プレートである。ノズルプレート３０は、キャビティプレート２２の１つの圧力室１０について、ノズルとして機能する先細のインク吐出口８がそれぞれ設けられた金属プレートである。
【００２４】
これら１０枚のシート２１〜３０は、図４に示すようなインク流路３２が形成されるように、互いに位置合わせして積層される。このインク流路３２は、副マニホールド５ａからまず上方へ向かい、アパーチャ１２において水平に延在し、それからさらに上方に向かい、圧力室１０において再び水平に延在し、それからしばらくアパーチャ１２から離れる方向に斜め下方に向かってから垂直下方にインク吐出口８へと向かう。
【００２５】
図６に示すように、アクチュエータユニット２１は、それぞれ厚みが１５μｍ程度で同じになるように形成された３枚の圧電シート４１、４２、４３を含んでいる。圧電シート４１は１つの圧力室１０上だけに配置されるように、圧力室ごとに分断されて設けられている。圧電シート４１は、平面形状が圧力室１０と相似形状（長さ８５０μｍ、幅２５０μｍ）を有し且つ積層方向への射影領域が圧力室領域に含まれるように、圧力室１０よりもひとまわり小さく形成されている。圧電シート４２、４３は連続平板層であり、インクジェットヘッド１内の１つのインク吐出領域２内に形成された多数の圧力室１０に跨って配置されている。圧電シート４２、４３が連続平板層して多数の圧力室１０に跨って配置されることで、圧電素子の機械的剛性を高く保つことができるので、インクジェットヘッド１におけるインク吐出性能の応答性を高めることができるようになっている。
【００２６】
最上層にある圧電シート４１とその下方に隣接した圧電シート４２との間には、シート全面に形成された厚み２μｍ程度の共通電極３４が介在している。また、圧電シート４１の上方には、厚み１μｍ程度の駆動電極（個別電極）３５が圧電シート４１の全面に形成されている（図３参照）。一方、圧電シート４２とその下方に隣接した圧電シート４３との間、及び、圧電シート４３の下方には、電極が配置されていない。
【００２７】
共通電極３４は、図示しない領域において接地されている。これにより、共通電極３４は、すべての圧力室１０に対応する領域において等しくグランド電位に保たれている。また、駆動電極３５は、各圧力室１０に対応するものごとに電位を制御することができるように、駆動電極３５ごとに独立した別のリード線（図示せず）を介して図示しないドライバに接続されている。なお、共通電極３４は、積層方向への射影領域が圧力室領域を含むように或いは射影領域が圧力室領域に含まれるように圧力室１０ごとに多数形成されたものであってもよく、必ずしもシート全面に形成された１枚の導電シートである必要はない。ただし、このとき、圧力室１０に対応する部分がすべて同一電位となるように共通電極どうしが電気的に接続されていることが必要である。
【００２８】
本実施の形態によるインクジェットヘッド１において、圧電シート４１〜４３の分極方向はその厚み方向となっている。つまり、アクチュエータユニット２１は、上側（つまり、圧力室１０とは離れた）１枚の圧電シート４１を活性層（活性部）とし且つ下側（つまり、圧力室１０に近い）２枚の圧電シート４２、４３を非活性層とした、いわゆるユニモルフタイプの構成となっている。従って、駆動電極３５を正又は負の所定電位とすると、例えば電界と分極とが同方向であれば活性層である圧電シート４１の電極に挟まれた部分が分極方向と直角方向に縮む。一方、圧電シート４２、４３は、電界の影響を受けないため自発的には縮まないので、上層の圧電シート４１と下層の圧電シート４２、４３との間で、シート間で分極方向への歪みに差を生じることとなり、圧電シート４１〜４３全体が非活性側に凸となる変形を生じる（ユニモルフ変形）。このとき、図６で示したように、圧電シート４１〜４３の下面は圧力室を区画する隔壁２２の上面に固着されているので、結果的に圧電シート４１〜４３は圧力室側へ凸になるように変形する。このため、圧力室１０の容積が低下して、インクの圧力が上昇し、インク吐出口８からインクが吐出される。その後、駆動電極３５への駆動電圧の印加が停止されれば、圧電シート４１〜４３は元の形状に戻って、圧力室１０の容積が元の容積に戻るので、インクをマニホールド５側から吸い込む。なお、他の駆動方法として、予め駆動電極３５に電圧を印加しておき、吐出要求があるごとに一旦電圧の印加を停止し、その後所定のタイミングにて再び電圧を印加する方法を用いることもできる。この場合は、電圧の印加が停止されたタイミングで、圧電シート４１〜４３が元の形状に戻ることにより、圧力室１０の容積は、初期状態（予め電圧が印加された状態）と比較して増加し、インクがマニホールド５側から吸い込まれ、その後再び電圧が印加されたタイミングで、圧電シート４１〜４３が圧力室側へ凸となるように変形し、圧力室の容積低下によりインクへの圧力が上昇し、インクが吐出される。
【００２９】
また、例えば電界と分極とが逆方向であれば電極に挟まれた活性層である圧電シート４１の一部が分極方向と直角方向に伸びる。従って、圧電シート４１の電極３４、３５に挟まれた部分は、圧電横効果により、圧力室側に凹となるように湾曲する。このため、圧力室１０の容積が増加して、インクをマニホールド５側から吸い込む。その後、駆動電極３５への駆動電圧の印加が停止されれば、圧電シート４１〜４３は元の形状に戻って、圧力室１０の容積が元の容積に戻るので、インクをノズルから吐出する。
【００３０】
本実施の形態のインクジェットヘッド１においては、非活性層である圧電シート４２、４３を複数有していることで、上述した公報のように圧力室側が活性層でその反対側が非活性層のインクジェットヘッドと比較して、電気効率（単位静電容量当たりの圧力室１０の体積変化量）を向上させることができるようになるか、或いは、面積効率（単位投影面積当たりの圧力室１０の体積変化量）を向上させることができるようになる。電気効率又は面積効率が向上することで、駆動電極３５のドライバを小型化できてコストを抑えることができると共に、圧力室１０を小さくできてその高集積化を図ったときであっても十分な量のインクを吐出することが可能となって、ヘッド１の小型化と印刷ドットの高密度配置が実現される。この効果は、本実施の形態のインクジェットヘッド１のように、本実施の形態のように活性層が１層だけ設けられている場合よりも、これを複数層設けた場合にさらに増強される。例えば、活性層及び非活性層の合計層数が４層以上の場合に特に優れた効果が得られる。
【００３１】
図７に、図６のものとほぼ同様に構成されているものの、活性層（圧電シート４１、４２）を２層、非活性層（圧電シート４３、４４）を２層としたアクチュエータユニット２１’の例を図示する。図７の例では、駆動電極３５上にさらに分断された圧電シート４１がそれぞれ設けられ、その上にさらに共通電極３４ａがそれぞれ設けられている。このようにすることで、上述したようにより優れた効果が期待される。
【００３２】
また、本実施の形態のインクジェットヘッド１は、非活性層である圧電シート４２、４３を複数有しており、１層で厚みの大きい非活性層を設ける場合と比較して製造が容易である。さらに、活性層及び非活性層が共に圧電素子層から構成されているので、焼結時の収縮率が活性層と非活性層とでほぼ同じになるため、寸法精度を向上させることができる。
【００３３】
本実施の形態のインクジェットヘッド１では、活性層である圧電シート４１の厚みが１５μｍと比較的薄いために、上述した効果がさらに優れたものとなっている。電気効率又は面積効率を向上させる観点からは、活性層である圧電シート４１の厚みが２０μｍ以下であることが好ましい。
【００３４】
また、本実施の形態のインクジェットヘッド１では、活性層と非活性層との合計厚さ（圧電シート４１〜４３の合計厚さ）が４５μｍ、活性層の厚さ（圧電シート４１の厚さ）が１５μｍであり、両者の比は１５／４５＝０．３３となっているために、上述した効果がさらに優れたものとなっている。電気効率又は面積効率を向上させる観点からは、活性層と非活性層との合計厚さ（圧電シート４１〜４３の合計厚さ）をＴ、活性層の厚さ（圧電シート４１の厚さ）をｔとしたとき、ｔ／Ｔが０．８以下であることが好ましく、０．７以下であることがより好ましい。
【００３５】
さらに、本実施の形態のインクジェットヘッド１では、圧力室１０の短手方向の幅が３５０μｍ、同方向の駆動電極３５の幅（活性幅）が２５０μｍであり、両者の比は２５０／３５０＝０．７１４…となっているために、上述した効果がさらに優れたものとなっている。電気効率又は面積効率を向上させる観点からは、圧力室１０の短手方向の幅をＬ、幅Ｌと同方向の駆動電極３５の幅をδとしたときに、０．１ｍｍ≦Ｌ≦１ｍｍ、且つ、０．３≦δ／Ｌ≦１の条件を満たすことが好ましい。
【００３６】
また、本実施の形態では、インクジェットヘッド１に用いられている２つの電極３４、３５のうちで最も圧力室１０側の電極を共通電極３４としている。これにより、導電性を有するインクが電位変動を伴う駆動電極３５から悪影響を受けて印刷が不安定になるのを抑制することができ、インクジェットヘッド１を正常に動作させることが可能となっている。
【００３７】
本実施の形態において、圧電シート４１〜４３は、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックス材料からなるものである。電極３４、３５は、Ａｇ−Ｐｄ系等の金属材料からなるものである。
【００３８】
アクチュエータユニット２１を作成するには、まず、圧電シート４３となるセラミックス材料、圧電シート４２となるセラミックス材料、共通電極３４となる金属材料、圧電シート４１となるセラミックス材料を積層して焼成する。その後、超音波によるホーニング、又は、ダイサーによる切断により、圧電シート４１を上述したような形状に加工する。しかる後、圧電シート４１上に駆動電極３５となる金属材料を全面めっきし、レーザーパターニングにより不要部分を除去するか、或いは、駆動電極３５に対応する部分に開口を有するマスクを用いて圧電シート４１上に駆動電極３５となる金属材料を蒸着させる。
【００３９】
このように、駆動電極３５のみ、他の電極とは異なり圧電シート４１〜４３となるセラミックス材料と一緒に焼成しないのは、駆動電極３５が露出しているために、焼成時の高温加熱により蒸発しやすく、セラミックス材料に被覆された共通電極３４に比べて厚みの制御が困難だからである。しかしながら、共通電極３４も焼成時に多少なりとも厚みが減少するので、焼成後の連続性を維持することを考慮するとその厚みを薄くすることが難しい。一方、駆動電極３５は、焼成後に上述したような手法で形成するために、共通電極３４よりも薄く形成することが可能である。このように、本実施の形態のインクジェットヘッド１では、最も上層にある駆動電極３５を他の電極（共通電極３４）よりも薄くすることで、活性層である圧電シート４１の変位が駆動電極３５によって規制されづらくなって、アクチュエータユニット２１の効率（電気効率及び面積効率）を向上させている。
【００４０】
本実施の形態のインクジェットヘッド１は、活性層である圧電シート４１と非活性層である圧電シート４２、４３とが同じ材料で形成されているために、材料を交換する手間が不要となり、比較的簡略な製造工程により製造可能である。そのため、製造コストを低減できることが期待される。さらに、活性層である圧電シート４１と非活性層である圧電シート４２、４３とがすべて実質的に同じ厚みを有していることからも、製造工程の簡略化によるコスト削減を図ることができる。なぜなら、圧電シートとなるセラミックス材料を塗布積層していくときの厚さ調整工程を簡単に行うことができるようになるからである。
【００４１】
また、本実施の形態によるインクジェットヘッド１では、アクチュエータユニット２１がインク吐出領域２ごとに分割されている。これは、アクチュエータユニット２１を連続して形成すると、アクチュエータユニット２１をキャビティプレート２２などと重ねる際に生じるわずかな位置ずれが位置合わせ点から離れるに連れて大きくなり、アクチュエータユニット２１に含まれる圧電シート４１及び駆動電極３５が対応する圧力室１０から大きくずれてしまうことがあるからである。つまり、本実施の形態のインクジェットヘッド１は、このような位置ずれが起こりにくく、位置合わせ精度の高いものとなっている。
【００４２】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。例えば、圧電シートや電極の材料は、上述したものに限らず、その他の公知の材料に変更してもよい。また、圧電室の平面形状や断面形状、配置形態などは、適宜変更してよい。また、活性層の数、非活性層の数は、非活性層が複数あるという条件の下で適宜変更することができる。また、活性層と非活性層とで層厚を異なる厚みにしてもよい。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１によると、ユニモルフ型のアクチュエータユニットにおいて厚み方向に積層された複数層の非活性層を有しているために、圧力室を小さくしても十分な量のインクを吐出することが可能となって、印刷ドットの高密度配置が実現される。また、１層で厚みの大きい非活性層を設ける場合と比較して製造が容易である。さらに、活性層及び非活性層が共に圧電素子層から構成されているので、焼結時の収縮率が活性層と非活性層とでほぼ同じになるため、寸法精度を向上させることができる。また、圧力室に最も近い電極が共通電極であるためにインクが電極電位からの悪影響を受けるのを抑制できるので、インクジェットヘッドの正常な動作を担保することが可能である。
また、最も圧力室から離れた電極の厚みを最も薄くしたことにより、十分なアクチュエータユニットの変位を確保することが可能となる。
【００４４】
請求項２によると、複数層の活性層を有していることにより、圧電横効果により活性層及び非活性層の積層方向についてさらに大きな変位を得ることが可能となる。
【００４５】
請求項３によると、活性層の一層の厚さを２０μｍ以下としたことにより、さらに大きな変位を得ることが可能となる。請求項４によると、活性層と非活性層とを同じ材料で形成することができるために、製造工程が簡略化される。請求項５によると、活性層の一層及び非活性層の一層をすべて実質的に同じ厚みにすることにより、製造工程が簡略化される。請求項６によると、電気効率又は面積効率を向上させることができる。請求項７によると、駆動電極と圧力室との位置合わせ精度を高いものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態によるインクジェットヘッドの底面図である。
【図２】図１内に描かれた一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。
【図３】図２内に描かれた一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。
【図４】図１に示すインクジェットヘッドの要部断面図である。
【図５】図１に示すインクジェットヘッドの要部分解斜視図である。
【図６】図４内に描かれた一点鎖線で囲まれた領域を横方向から見た拡大断面図である。
【図７】図６の変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
１インクジェットヘッド
２インク吐出領域
３インク溜まり
３ａ、３ｂ開口
５マニホールド
５ａ副マニホールド
８インク吐出口
１０圧力室
１２アパーチャ
２１アクチュエータユニット
２２キャビティプレート
３０ノズルプレート
３２インク流路
３４共通電極
３５駆動電極（個別電極）
４１圧電シート（活性層）
４２、４３圧電シート（非活性層）

Claims

一端をインク吐出口に、他端をインク供給源にそれぞれ接続した複数の圧力室が相互に隣接配置されると共に、複数の前記圧力室の開口を塞ぐアクチュエータユニットが設けられたインクジェットヘッドにおいて、
前記アクチュエータユニットが、前記圧力室側に配置され、複数の前記圧力室に跨って連続した平板状をなし、さらにその厚み方向に積層された圧電材料からなる複数層の非活性層と、前記複数層の非活性層に対して前記圧力室とは反対側に積層され、前記圧力室ごとに分断されて設けられた圧電材料からなる、少なくとも１層の活性層とを含んでおり、
前記活性層が、グランド電位に保たれた共通電極と前記圧力室に対応して形成された駆動電極とによって挟まれているとともに、厚み方向に分極した前記分断された圧電材料からなり、
前記圧力室に最も近い電極が、前記複数層の非活性層の前記圧力室と反対側の表面上に配置され、前記複数の圧力室に跨って形成された幅広の前記共通電極であって、
前記共通電極及び前記駆動電極のうちで最も前記圧力室から離れた電極が最も薄い電極であり、
前記幅広の前記共通電極上には、前記活性層が積層されており、前記駆動電極を前記共通電極と異なる電位としたときに、前記活性層が圧電横効果によって前記分極の方向と直交する方向に伸縮することで、前記活性層と前記非活性層との間で歪みの差によるユニモルフ効果が生じて前記圧力室の容積が変化することを特徴とするインクジェットヘッド。
複数層の前記活性層を有し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。
前記活性層の一層の厚さが２０μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のインクジェットヘッド。
前記活性層と前記非活性層とが同じ材料で形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
前記活性層の一層及び前記非活性層の一層がすべて実質的に同じ厚みを有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
前記圧力室の短手方向の幅をＬ、幅Ｌと同方向の前記駆動電極の幅をδとしたときに、０．１ｍｍ≦Ｌ≦１ｍｍ、且つ、０．３≦δ／Ｌ≦１の条件を満たすことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
第１の方向に延在した矩形平面形状を有しており、
前記インク吐出口が設けられた底面には、台形形状のインク吐出領域が前記第１の方向に沿って千鳥状になって２列に配列されており、
前記底面には、前記インク吐出領域内だけに、前記インク吐出口が形成されており、
前記アクチュエータユニットが、前記インク吐出領域ごとに設けられており、
前記圧力室が、ほぼ菱形の平面形状を有し、
前記複数の圧力室は、前記第１の方向に等間隔に配列されているとともに、前記第１の方向に対して傾いた第２の方向に等間隔に配列されており、
前記圧力室が前記アクチュエータユニット内において前記第２の方向に最大個数配列されたことによる前記第１の方向への変位が、前記圧力室の１つ分に相当していることを特徴とする１〜６のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。