JP6357968B2 - 液体噴射装置及び電極位置決定方法 - Google Patents
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Description
以下、本発明の好適な第1実施形態について説明する。
図1に示すように、第1実施形態に係るプリンタ1は、キャリッジ2、インクジェットヘッド3、搬送ローラ4などを備えている。キャリッジ2は、走査方向に延びた2本のガイドレール5に支持され、ガイドレール5に沿って走査方向に往復移動する。なお、以下では、図1に示すように、走査方向の右側及び左側を定義して説明を行う。
インクジェットヘッド3は、図2〜図4に示すように、複数のノズル15や、複数のノズル15に連通する複数の圧力室10等のインク流路を有する流路ユニット21と、圧力室10内のインクに圧力を付与する圧電アクチュエータ22とを備えている。
流路ユニット21は、4枚のプレート31〜34が積層されることによって形成されている。4枚のプレート31〜34のうち、上側3枚のプレート31〜33は、ステンレスなどの金属材料からなる。プレート34は、ポリイミドなどの合成樹脂材料からなる。あるいは、プレート34も、プレート31〜33と同様の金属材料によって構成されていてもよい。
圧電アクチュエータ22は、インク分離層40、圧電層41、42、共通電極43、複数の第1駆動電極44、複数の第2駆動電極45などを備えている。インク分離層40は、ステンレスなどの金属材料からなり、流路ユニット21の上面に、複数の圧力室10を覆うように配置されている。インク分離層40は、圧力室10内のインクが、圧電層41に接触してしまうのを防止するためのものである。また、インク分離層40の厚みは、例えば、10[μm」程度である。
ここで、圧電アクチュエータ22の駆動方法について説明する。圧電アクチュエータ22では、予め、複数の第1個別電極44が駆動電位に保持され、複数の第2個別電極45がグランド電位に保持されている。この状態では、第1個別電極44と共通電極43との電位差により、第1活性部T1に分極方向と平行な厚み方向下向きの電界が発生し、第1活性部T1が分極方向と直交する面方向に収縮している。これにより、圧電層41、42及びインク分離層40の圧力室10と重なる部分が全体として、圧力室10側に撓んでいる。
次に、第1個別電極44と第2個別電極45との間の隙間46の位置について説明する。隙間46の位置は、圧電層42の所定領域Raの位置に応じて決められている。ここで、所定領域Raは、圧電層42の圧力室10中央の領域と重なり、所定領域Ra全体に厚み方向の電界を発生させたときに、圧電アクチュエータ22の圧力室10側への撓みが最大となるような領域である。すなわち、所定領域Raは、圧電層42の、厚み方向の電界を発生させたときに、圧電アクチュエータ22を圧力室10側に撓ませることに寄与する領域である。一方、圧電層42の圧力室10と重なる部分のうち、所定領域Raよりも外側の領域は、厚み方向の電界を発生させたときに、圧電アクチュエータ22を圧力室10と反対側に撓ませることに寄与する領域となる。圧電層42の所定領域Raの位置は、搬送方向における圧力室10の長さ、インク分離層40及び圧電層41、42の厚みや材質など、インクジェットヘッド3の構造が決まれば1つに決まるものである。なお、図4では、所定領域Raに、直線同士が交差するハッチングを付している。
次に、所定領域Raの位置を特定する方法について説明する。第1実施形態の圧電アクチュエータ22では、搬送方向における圧力室10の長さXが、250[μm]以上且つ400[μm]以下である場合には、長さYa[μm]を、Ya=(0.72・X+11)/2によって算出される長さとし、搬送方向において、圧力室10の中央の領域と重なり、且つ、搬送方向における両端の位置が、搬送方向における圧力室10の中心10aからYa[μm]だけ搬送方向に離れている領域を所定領域Raとして特定する。
次に、本発明の好適な第2実施形態について、説明する。ただし、第2実施形態は、第1実施形態の圧電アクチュエータ22を、次に説明する圧電アクチュエータ122に置き換えたものであるため、以下では、主に圧電アクチュエータ122の構成について説明する。
図7〜図10に示すように、第2実施形態の圧電アクチュエータ122は、インク分離層140、下部圧電層141、中間圧電層142、上部圧電層143、第1定電位電極144、第2定電位電極145、複数の個別電極146等を備えている。
次に、圧電アクチュエータ122の駆動方法について説明する。圧電アクチュエータ122では、予め、全ての個別電極146がグランド電位に保持されている。この状態では、個別電極146と第1定電位電極144との電位差により、第1活性部S1に、分極方向と平行な厚み方向上向きの電界が発生している。これにより、上部圧電層143の上記部分が面方向に収縮し、圧電層141〜143、インク分離層140の圧力室10と重なる部分が全体として、圧力室10側に撓んでいる。
次に、第1定電位電極144の重なり部144aと第2定電位電極145の重なり部145aとの間の隙間147の位置について説明する。隙間147の位置は、圧電層142、143の所定領域Rbの位置に応じて決められている。ここで、所定領域Rbは、上部圧電層、142、143の圧力室10の中央の領域と重なり、所定領域Rb全体に厚み方向の電界を発生させたときに、圧電アクチュエータ122の圧力室10側への撓みが最大となる領域である。所定領域Rbの位置は、搬送方向における圧力室10の長さ、インク分離層140及び圧電層141〜143の厚みや材質など、インクジェットヘッド3の構造が決まれば1つに決まるものである。
次に、第1定電位電極144と第2定電位電極145との隙間147の位置について説明する。第2実施形態では、第1定電位電極144が中間圧電層142と上部圧電層143との間に配置されているのに対して、第2定電位電極145が下部圧電層141と中間圧電層142との間に配置されている。そのため、第1実施形態とは異なり、第1定電位電極144及び第2定電位電極145を、重なり部144aと重なり部145aとが重なるように配置するように配置することも可能である。あるいは、搬送方向における重なり部144aの端及び重なり部145aの端の両方が、搬送方向における所定領域Rbの端に位置するように配置することも可能である。すなわち、重なり部144aと重なり部145aとの間に隙間147を設けないことも可能である。
次に、所定領域Rbの位置を特定する方法について説明する。第2実施形態の圧電アクチュエータ122では、搬送方向における圧力室10の長さXが、250[μm]以上且つ400[μm]以下である場合には、長さYb[μm]を、Yb=(0.7・X+28.333)/2によって算出される長さとし、搬送方向において、圧力室10の中央の領域と重なり、且つ、搬送方向における両端の位置が、搬送方向における圧力室10の中心10aからYb[μm]だけ搬送方向に離れている領域を所定領域Rbとして特定する。
15 ノズル
21 流路ユニット
22 圧電アクチュエータ
41、42 圧電層
43 共通電極
44 第1個別電極
45 第2個別電極
46 隙間
122 圧電アクチュエータ
141、142、143 圧電層
144 第1定電位電極
145 第2定電位電極
146 個別電極
147 隙間
Claims (6)
- 液体を噴射するためのノズルと連通し、一方向に配列された複数の圧力室を有する流路ユニットと、
前記複数の圧力室内の液体に圧力を付与するための圧電アクチュエータと、を備え、
前記圧電アクチュエータは、
前記複数の圧力室にまたがって連続的に延びた圧電層と、
前記圧電層の前記圧力室の中央部と重なる部分に配置された第1電極と、
前記圧電層の前記圧力室と重なる部分のうち、前記一方向における前記第1電極よりも外側の部分に配置された第2電極と、を備え、
前記第1電極と前記第2電極とは、前記一方向に隙間をあけて配置され、
前記隙間の中心は、前記一方向において、前記圧電層の前記圧力室の中央の領域と重なる領域である所定領域に位置し、
前記所定領域は、前記所定領域全体に厚み方向の電界を発生させたときに、前記圧電アクチュエータの前記圧力室側への撓みが最大となる領域であることを特徴とする液体噴射装置。 - 前記一方向における前記圧力室の長さX[μm]が250[μm]以上且つ400[μm]以下であり、
前記所定領域は、前記圧電層の前記圧力室の中央の領域と重なり、且つ、前記一方向における両端の位置が、前記一方向における前記圧力室の中心から、Y=(0.72X+11)/2によって算出される長さY[μm]だけ前記一方向に離れている領域であることを特徴とする請求項1に記載の液体噴射装置。 - 前記第1電極と前記第2電極とが、前記圧電層の同じ面に配置され、
前記圧電アクチュエータは、前記圧電層の、前記第1電極及び前記第2電極が配置されているのと反対側の面に、前記第1電極及び前記第2電極の両方と重なる第3電極をさらに備えていることを特徴とする請求項1又は2に記載の液体噴射装置。 - 前記圧電層として、第1圧電層と、前記第1圧電層の前記流路ユニットと反対側に積層された第2圧電層と、を有し、
前記第1電極は、前記第1圧電層と前記第2圧電層との間に配置され、
前記第2電極は、前記第1圧電層の前記第2圧電層と反対側の面に配置され、
前記圧電アクチュエータは、前記第2圧電層の前記第1圧電層と反対側の面に、前記第1電極及び前記第2電極の両方と重なる第4電極をさらに備えていることを特徴とする請求項1又は2に記載の液体噴射装置。 - 液体を噴射するためのノズルと連通し、一方向に配列された複数の圧力室を有する流路ユニットと、
前記複数の圧力室内の液体に圧力を付与するための圧電アクチュエータと、を備え、
前記圧電アクチュエータは、
前記複数の圧力室にまたがって連続的に延びた圧電層と、
前記圧電層の前記圧力室の中央部と重なる部分に配置された第1電極と、
前記圧電層の前記圧力室と重なる部分のうち、前記一方向における前記第1電極よりも外側の部分に配置された第2電極と、を備えた液体噴射装置において、前記第1電極及び前記第2電極の位置を決定する電極位置決定方法であって、
前記第1電極と前記第2電極とが、前記一方向に隙間をあけて配置され、且つ、前記隙間の中心が、前記一方向において、前記圧電層の前記圧力室の中央の領域と重なる領域である所定領域に位置するように、前記第1電極及び前記第2電極の位置を決定し、
前記所定領域は、前記所定領域全体に厚み方向に電界を発生させたときに、前記圧電アクチュエータの前記圧力室側への撓みが最大となる領域であることを特徴とする電極位置決定方法。 - 前記一方向における前記圧力室の長さX[μm]が250[μm]以上且つ400[μm]以下である場合に、
前記所定領域を、前記圧電層の前記圧力室の中央の領域と重なり、且つ、前記一方向における両端の位置が、前記一方向における前記圧力室の中心から、Y=(0.72X+11)/2によって算出される長さY[μm]だけ前記一方向に離れている領域であるとして、前記第1電極及び前記第2電極の位置を決定することを特徴とする請求項5に記載の電極位置決定方法。
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