JPH1034918A

JPH1034918A - インクジェットヘッド

Info

Publication number: JPH1034918A
Application number: JP19222196A
Authority: JP
Inventors: Atsuo Sakaida; 惇夫坂井田
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 1996-07-22
Filing date: 1996-07-22
Publication date: 1998-02-10

Abstract

(57)【要約】【課題】低い駆動電圧をもって駆動電圧に対する積層
型圧電体の電気機械変換効率を向上しつつ、且つ、イン
ク圧力室の剛性を高めて発生圧力の損失を少なくしつ
つ、インクの吐出量をフレキシブルに制御して良好な印
字品質をもって文字等を印字可能なインクジェットヘッ
ドを提供する。【解決手段】制御装置２８による選択的切換機能に基
づき、第１積層型圧電体２３及び第２積層型圧電体２４
を同時に印字駆動する第１駆動態様においては、第１積
層型圧電体２３をシェアモードにて変形させると同時
に、第２積層型圧電体２４もシェアモード変形させ、ま
た、第２駆動態様においては、第１積層型圧電体２３と
第２積層型圧電体２４の一方を選択的に印字駆動してシ
ェアモード変形させるように構成する。これにより、イ
ンクの吐出量をフレキシブルに制御して良好な印字品質
をもって文字等が印字される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、キャビティプレー
トに形成されたインク圧力室の開放面を閉塞するように
圧電層を固定し、その圧電層に設けられた所定の内部電
極に駆動パルスを印加して圧電層を変形させることによ
りインク吐出口からインクを吐出するインクジェットヘ
ッドに関し、特に、キャビティプレートに形成された相
互に対向する２つの開放面を有するインク圧力室の各開
放面のそれぞれを閉塞するように、少なくとも２層以上
の圧電層を積層してなる２つの積層型圧電体をキャビテ
ィプレートの両面に固定し、文字等の印字時に各積層型
圧電体に対して選択的に駆動電圧を印加して積層型圧電
体の分極方向と直交する電界を発生させて積層型圧電体
をシェアモードにて変形させることにより、低い駆動電
圧をもって駆動電圧に対する積層型圧電体の変電気機械
変換効率を向上しつつ、且つ、インク圧力室の剛性を高
めて発生圧力の損失を少なくしつつ、インクの吐出量を
フレキシブルに制御して良好な印字品質をもって文字等
を印字可能な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、インクジェットプリンタに搭
載されるインクジェットヘッドの構成については各種の
構成が提案されており、その一例として、キャビティプ
レートに形成されたインク圧力室の開放面に固定された
圧電素子の駆動電極に対して駆動電圧を印加し、圧電素
子にシェアモード変形を発生させてインク圧力室の容積
を変化させことによりインク吐出口からインク滴を吐出
するように構成したインクジェットヘッドが知られてい
る。

【０００３】例えば、米国特許第４８２５２２７号の明
細書及び図面には、チャンバプレートと固定プレートと
からインク圧力室を構成し、そのインク圧力室の開放面
（上面）側に単層からなる圧電層を固定するとともに、
圧電層の一面（上面）にてインク圧力室の周縁部に２つ
の電極及び圧電層の他面（下面）の全面に共通電極を形
成したインクジェットヘッドが記載されている。かかる
インクジェットヘッドでは、圧電層がインク圧力室の中
央部から圧電層面に沿って平行に分極されており、２つ
の電極に駆動電圧を印加して分極方向に直交する電界を
発生させることにより圧電層にシェアモード変形を発生
し、これによりインク圧力室の容積を変化させてインク
圧力室内のインクをインク吐出口から吐出するように構
成されている。

【０００４】また、米国特許第４５８４５９０号の明細
書及び図面には、本体プレートにインク圧力室を形成
し、そのインク圧力室の開放面（上面）側に単層からな
る圧電層を固定するとともに、インク圧力室に対応して
圧電層の両面に電極及びインク圧力室から外れた周縁位
置に対応して圧電層の両面に電極を形成したインクジェ
ットヘッドが記載されている。かかるインクジェットヘ
ッドでは、圧電層がその層厚方向に沿って分極されてお
り、インク圧力室に対応する各電極に駆動電圧を印加し
て分極方向に直交する電界を発生させることにより圧電
層にシェアモード変形を発生し、これによりインク圧力
室の容積を変化させてインク圧力室内のインクをインク
吐出口から吐出するように構成されている。

【０００５】このように、前記した２つのインクジェッ
トヘッドでは、圧電層の分極方向が異なるものの、圧電
層に離間形成された電極間に駆動電圧を印加することに
より分極方向と直交する電界を発生して圧電層をシェア
モード変形させることによりインク圧力室の容積を変化
させてインク吐出口からインクを吐出するように構成し
た点、及び、圧電層として単層の圧電層を使用している
点で共通する。

【０００６】しかしながら、前記した各米国特許第４８
２５２２７号及び第４５８４５９０号の明細書、図面に
記載されたインクジェットヘッドでは、前記のようにイ
ンク吐出口からインクを吐出する際に圧電層の電極に駆
動電圧を印加することにより形成される電界の方向は圧
電層の分極方向と直交するものの、圧電層として単層の
圧電層が使用されていることから、電界方向と分極方向
との直交成分が少ない。従って、駆動電圧の印加に基づ
く圧電層の電気機械変換効率は非常に悪いものであり、
これより圧電層の電気機械変換効率を良好にするために
は高い駆動電圧を必要とする問題がある。

【０００７】また、圧電層の電気機械変換効率を増加さ
せるためには圧電層の厚さを薄くすればよいが、圧電層
自体がインク圧力室の一壁を構成していることから圧電
層の厚さを薄くした場合には、その強度が低下してしま
ってインク吐出時に撓んでしまい、この結果、インク圧
力室内に発生する圧力の低下を招来するという問題があ
る。

【０００８】更に、前記米国特許第４８２５２２７号の
明細書、図面に記載されたインクジェットヘッドでは、
圧電層においてインク圧力室側に形成された共通電極は
直接インク圧力室内のインクに接触しており、共通電極
が腐食等してしまうおそれが多分に存する。これを防止
するには、前記米国特許第４５８４５９０号の明細書、
図面に記載されたインクジェットヘッドにおけるよう
に、圧電層のインク圧力室側に形成された電極をカバー
するようにエポキシ層を形成して電極をインク圧力室内
のインクからシールすればよい。しかし、このようにエ
ポキシ層を形成すると、エポキシ層が有する剛性に起因
して圧電層の変形が規制されてしまう虞があり、これに
より駆動電圧を電極に印加してインクを吐出させる際に
圧電層の動きが低下してインク吐出口から適正にインク
を吐出できなくなるという問題がある。

【０００９】そこで、前記したような各問題点を解消す
べく特開平４−１２５１５７号公報には、チャンネル本
体に形成されたインクチャンネルの上側開放面を閉塞す
るように、複数の圧電セラミック層を積層してなり積層
方向に分極された積層圧電素子を固着し、かかる積層圧
電素子の内部正電極層に駆動電圧を印加して内部負電極
層との間で分極方向と直交する電界を発生させることに
より、積層圧電素子をシェアモードにて変形させるとと
もにインクチャンネルの容積を変化させてインクを吐出
するインクジェットヘッドが記載されている。

【００１０】かかるインクジェットヘッドによれば、電
界方向と分極方向との直交成分を多くして積層圧電素子
の電気機械変換効率を向上しつつ駆動電圧の低減を図る
ことができ、また、積層圧電素子は高い剛性を有するこ
とからインク圧力室内に発生する圧力の低下を防止で
き、更には、インクチャンネルのインクと接触する面に
は積層圧電素子の最も下側の圧電セラミック層が存在し
ており、この圧電セラミック層は積層圧電素子のシェア
モード変形に追随して変形可能であるから各圧電セラミ
ック層の動きが低下してしまう虞はない。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
開平４−１２５１５７号公報に記載されたインクジェッ
トヘッドでは、積層圧電素子をシェアモードにて変形さ
せてインクチャンネルの容積を変化させるものである
が、インクチャンネル本体に形成されたインクチャンネ
ルはその上面のみが開放されて、その開放面にのみ積層
圧電素子が固着されているだけである。このように、イ
ンクチャンネルの容積は、その片側方向から積層圧電素
子を介して変化させられてインクが吐出されるものであ
り、従って、インクの吐出量をフレキシブルに制御する
には限界が存し、良好な印字品質をもって文字等を印字
するにはまだまだ充分なものではない。

【００１２】本発明は前記従来の問題点を解消するため
になされたものであり、低い駆動電圧をもって駆動電圧
に対する積層型圧電体の電気機械変換効率を向上しつ
つ、且つ、インク圧力室の剛性を高めて発生圧力の損失
を少なくしつつ、インクの吐出量をフレキシブルに制御
して良好な印字品質をもって文字等を印字可能なインク
ジェットヘッドを提供することを目的とする。

【００１３】

【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、キャビティプ
レートに形成されるとともに相互に対向する２つの開放
面を有するインク圧力室と、前記インク圧力室の各開放
面を閉塞するようにキャビティプレートに固定されると
ともに、インク圧力室に対応する位置に形成された第１
内部電極及びインク圧力室の周縁位置に形成された第２
内部電極を有する圧電層を第１内部電極及び第２内部電
極とが相互に重なるように少なくとも２層以上積層して
なり、その積層方向に分極された第１及び第２の積層型
圧電体と、前記各第１内部電極及び第２内部電極がそれ
ぞれ接続される相互に異なる極性の端子が設けられた電
源とを備え、前記電源を介して第１内部電極に駆動電圧
を印加して積層型圧電体の分極方向と直交する電界を発
生して積層型圧電体をシェアモードにて変形させること
によりインク圧力室内のインクをインク吐出口から吐出
する構成を有する。

【００１４】請求項１のインクジェットヘッドでは、キ
ャビティプレートに形成されたインク圧力室の２つの開
放面のそれぞれに第１積層型圧電体及び第２積層圧電体
が固定されていることから、その印字駆動時に、電源に
おけるプラス側端子を介して第１及び第２積層型圧電体
の各圧電層に形成された第１内部電極に駆動電圧が印加
され、これにより各第１内部電極と電源のマイナス側端
子に接続された第２内部電極との間で、第１及び第２積
層型圧電体にはその分極方向と直交する電界が発生され
る。これにより、第１積層型圧電体及び第２積層型圧電
体が共にシェアモードにて変形されることに基づき、イ
ンク圧力室の容積が変化されてインクがインク吐出口か
ら吐出され、文字等の印字が行われる。このとき、第１
積層型圧電体と第２積層型圧電体とを選択的に使用する
ことが可能である。

【００１５】このように、請求項１のインクジェットヘ
ッドでは、その印字駆動時に第１積層型圧電体と第２積
層型圧電体との選択的使用を行うことにより、２つの第
１積層型圧電体及び／又は第２積層型圧電体のそれぞれ
がシェアモード変形してインク圧力室の容積を変化させ
ることから、低い駆動電圧をもって駆動電圧に対する積
層型圧電体の電気機械変換効率を向上しつつ、且つ、イ
ンク圧力室の剛性を高めて発生圧力の損失を少なくしつ
つ、インクの吐出量を増大したり又はフレキシブルに制
御して良好な印字品質をもって文字等を印字することが
可能となる。

【００１６】また、請求項２に係るインクジェットヘッ
ドは、請求項１のインクジェットヘッドにおいて、前記
第１及び第２の積層型圧電体における圧電層の内、イン
ク圧力室のインクと接触する圧電層では前記第１内部電
極が削除されていることを特徴とする。請求項２のイン
クジェットヘッドでは、第１積層型圧電体及び第２積層
型圧電体においてインク圧力室のインクと接触する圧電
層では第１内部電極が削除されており、従って、この圧
電層は絶縁層として作用するので、圧電層を介して各第
１及び第２積層型圧電体にインクが接触することを防止
し、これより絶縁フィルム等の特別な絶縁層や振動板等
を設けることなく第１及び第２積層型圧電体をインク圧
力室のインクから隔絶することが可能となり、また、か
かる絶縁層として作用する圧電層は第１及び第２積層型
圧電体の製造と同時に形成することが可能であることか
らコストアップを招来することもない。

【００１７】更に、請求項３に係るインクジェットヘッ
ドは、請求項２のインクジェットヘッドにおいて、前記
インク圧力室のインクと接触する圧電層は、前記積層型
圧電体の変形に従って変形することを特徴とする。請求
項３のインクジェットヘッドでは、インク圧力室のイン
クと接触する圧電層は第１及び第２積層型圧電体におけ
る各圧電層と同一の層から形成されており、従って、か
かる圧電層は第１及び第２積層型圧電体の変形に従って
変形される。これにより、第１及び第２積層型圧電体の
動きを規制することなく各圧電層における第１内部電極
をインク圧力室のインクから遮蔽することが可能とな
る。

【００１８】また、請求項４に係るインクジェットヘッ
ドは、請求項１乃至請求項３のいずれかのインクジェッ
トヘッドにおいて、前記第１及び第２の積層型圧電体
は、インク吐出口からインクを吐出する際に同時に駆動
電圧が印加されて変形されることを特徴とする。請求項
４のインクジェットヘッドでは、第１及び第２積層型圧
電体に対して同時に駆動電圧が印加されるので、インク
の吐出量を増大して速い印字速度をもって印字品質良く
文字等の印字を行うことが可能となる。

【００１９】更に、請求項５に係るインクジェットヘッ
ドは、請求項１乃至請求項４のいずれかのインクジェッ
トヘッドにおいて、前記第１の積層型圧電体のみに駆動
電圧を印加する場合と、前記第１及び第２の積層型圧電
体の両者に駆動電圧を印加する場合とを選択的に切り換
える制御手段を備えたことを特徴とし、また、請求項６
に係るインクジェットヘッドは、請求項５のインクジェ
ットヘッドにおいて、前記制御手段は、前記２つの場合
の選択的な切換により吐出されるインク量を可変にする
ことを特徴とする。かかる請求項５及び請求項６のイン
クジェットヘッドでは、制御手段を介して第１積層型圧
電体と第２積層型圧電体の選択的使用を行うことがで
き、これよりインクの吐出量をフレキシブルに制御して
良好な印字品質をもって文字等を印字することが可能と
なる。

【００２０】また、請求項７に係るインクジェットヘッ
ドは、請求項１乃至請求項６のいずれかのインクジェッ
トヘッドにおいて、前記キャビティプレートには複数の
インク圧力室が設けられるとともに、前記第１及び第２
の積層型圧電体はそれぞれ複数のインク圧力室の開放面
に跨って固定されることを特徴とする。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るインクジェッ
トヘッドについて、本発明を具体化した実施形態に基づ
き図面を参照して詳細に説明する。先ず、本実施形態に
係るインクジェットヘッドが搭載されるインクジェット
プリンタの概略について図１に基づき説明する。図１は
インクジェットプリンタの要部を示す斜視図である。

【００２２】図１において、一対のフレーム１（図１
中、一方のフレーム１のみを示す）間には軸２を介して
プラテン３が回転可能に取り付けられており、このプラ
テン３はモータ４により回転駆動される。プラテン３に
対向して圧電式インクジェットヘッド５が配置されてい
る。かかる圧電式インクジェットヘッド５は、インク供
給装置６と共にキャリッジ７上に載置されている。キャ
リッジ７はプラテン３の軸線と平行に配設された２本の
ガイドロッド８に摺動可能に支持されており、また、キ
ャリッジ７には一対のプーリ９に掛装されたタイミング
ベルト１０が結合されている。また、一方のプーリ９
（図１中、右側のプーリ９）は、モータ１１の駆動軸に
固定されており、従って、モータ１１を介して右側のプ
ーリ９が回転されることに基づきタイミングベルト１０
が送られてキャリッジ７がプラテン３に沿って往復動さ
れるものである。

【００２３】次に、圧電式インクジェットヘッド５の構
造について図２、図３に基づき説明する。図２は本実施
形態に係る圧電式インクジェットヘッド５のアレイ構造
の一部を示す断面図、図３はアレイ構造を第１積層型圧
電体側から見て示す平面図である。尚、本実施形態に係
るインクジェットヘッド５は、駆動電圧を印加した時に
インクの吸引動作を行った後駆動電圧の印加を停止した
時点でインクを吐出する、所謂、引き打ち方式のインク
ジェットヘッドである。

【００２４】図２において、圧電式インクジェットヘッ
ド５のアレイ２０は、基本的に、上下両面が開放された
複数個のインク圧力室２１が形成されてなるキャビティ
プレート２２、各インク圧力室２１の上下両面（開放
面）を閉塞するようにキャビティプレート２２上に接着
剤等により固定された第１積層型圧電体２３（上方側の
積層型圧電体）及び第２積層型圧電体２４（下側の積層
圧電体）から構成されている。

【００２５】ここに、各インク圧力室２１はキャビティ
プレート２２に打ち抜き加工、切削加工等を施すことに
より形成され、また、各インク圧力室２１間は区画壁２
５により区画されている。

【００２６】第１積層型圧電体２３は、圧電・電歪効果
を有する複数の圧電セラミック層（図２では、一例とし
て４層の圧電セラミック層）を積層して構成されてい
る。ここで、理解を容易にするため、上面側から下方に
向かって順に第１圧電セラミック層２３Ａ、第２圧電セ
ラミック層２３Ｂ、第３圧電セラミック層２３Ｃ、第４
圧電セラミック層２３Ｄとする。第１圧電セラミック層
２３Ａ、第２圧電セラミック層２３Ｂ、及び、第３圧電
セラミック層２３Ｃには、各インク圧力室２１に対応す
る位置に第１内部電極２６が形成されているとともに、
インク圧力室２１の周縁位置にて各区画壁２５に対応し
て第２内部電極２７が形成されている。また、第４圧電
セラミック層２３Ｄには、各第１、第２及び第３圧電セ
ラミック層２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃと同様、各インク圧
力室２１に対応する位置に第１内部電極２６が形成され
ているとともに、インク圧力室２１の周縁位置にて各区
画壁２５に対応して第２内部電極２７が形成されている
一方、インク圧力室２１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。これは、第４圧電セラミ
ック層２３Ｄに絶縁層としての機能を行わせ、この第４
圧電セラミック層２３Ｄを介して、上側の第３圧電セラ
ミック層２３Ｃの第１内部電極２６にインクが接触する
ことを防止し、これより絶縁フィルム等の特別な絶縁層
や振動板等を設けることなく第１積層型圧電体２３をイ
ンク圧力室２１のインクから隔絶することを可能とする
ためである。また、第４圧電セラミック層２３Ｄは、第
１積層型圧電体２３の製造を行うについて第１乃至第３
圧電セラミック層２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃと同時に形成
することが可能であることからコストアップを招来する
こともない。

【００２７】また、第１圧電セラミック層２３Ａ、第２
圧電セラミック層２３Ｂ、第３圧電セラミック装置２３
Ｃ、第４圧電セラミック層２３Ｄは、図２に示すよう
に、それぞれの第１内部電極２６及び第２内部電極２７
が相互に重なるように積層されており、かかる構造を有
する第１積層型圧電体２３は、矢印Ａにて示すように、
各圧電セラミック層２３Ａ等の積層方向に分極されてい
る。各第１乃至第４圧電セラミック層２３Ａ、２３Ｂ、
２３Ｃ、２３Ｄにおける各第１内部電極２６は、それぞ
れスイッチＳ、及び、制御装置２８を介して駆動電源Ｖ
のプラス側端子に接続されており、また、各第２内部電
極２７は、それぞれ駆動電源Ｖのマイナス側端子に接続
されている。

【００２８】更に、第２積層型圧電体２４は、前記第１
積層型圧電体２３と同様、圧電・電歪効果を有する複数
の圧電セラミック層（図２では、一例として４層の圧電
セラミック層）を積層して構成されている。ここで、理
解を容易にするため、下面側から上方に向かって順に第
１圧電セラミック層２４Ａ、第２圧電セラミック層２４
Ｂ、第３圧電セラミック層２４Ｃ、第４圧電セラミック
層２４Ｄとする。第１圧電セラミック層２４Ａ、第２圧
電セラミック層２４Ｂ、及び、第３圧電セラミック層２
４Ｃには、各インク圧力室２１に対応する位置に第１内
部電極２９が形成されているとともに、インク圧力室２
１の周縁位置にて各区画壁２５に対応して第２内部電極
３０が形成されている。また、第４圧電セラミック層２
４Ｄには、各第１、第２及び第３圧電セラミック層２４
Ａ、２４Ｂ、２４Ｃと同様、各インク圧力室２１に対応
する位置に第１内部電極２９が形成されているととも
に、インク圧力室２１の周縁位置にて各区画壁２５に対
応して第２内部電極３０が形成されている一方、インク
圧力室２１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。これは、前記第１積層型圧電体２３に
おける第４圧電セラミック層２３Ｄと同様、第４圧電セ
ラミック層２４Ｄに絶縁層としての機能を行わせ、この
第４圧電セラミック層２４Ｄを介して、下側の第３圧電
セラミック層２４Ｃの第１内部電極２９にインクが接触
することを防止し、これより絶縁フィルム等の特別な絶
縁層や振動板等を設けることなく第２積層型圧電体２４
をインク圧力室２１のインクから隔絶することを可能と
するためである。また、第４圧電セラミック層２４Ｄ
は、第２積層型圧電体２４の製造を行うについて第１乃
至第３圧電セラミック層２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃと同時
に形成することが可能であることからコストアップを招
来することもない。

【００２９】また、第１圧電セラミック層２４Ａ、第２
圧電セラミック層２４Ｂ、第３圧電セラミック装置２４
Ｃ、第４圧電セラミック層２４Ｄは、図２に示すよう
に、それぞれの第１内部電極２９及び第２内部電極３０
が相互に重なるように積層されており、かかる構造を有
する第２積層型圧電体２４は、矢印Ｂにて示すように、
各圧電セラミック層２４Ａ等の積層方向に分極されてい
る。各第１乃至第４圧電セラミック層２４Ａ、２４Ｂ、
２４Ｃ、２４Ｄにおける各第１内部電極２９は、それぞ
れスイッチＳ、及び、制御装置２８を介して駆動電源Ｖ
のプラス側端子に接続されており、また、各第２内部電
極３０は、それぞれ駆動電源Ｖのマイナス側端子に接続
されている。

【００３０】ここに、前記制御装置２８は、第１積層型
圧電体２３と第２積層圧電体２４の双方に駆動電源Ｖを
介して駆動電圧を印加する場合と、第１積層型圧電体２
３と第２積層圧電体２４の一方に駆動電源Ｖを介して駆
動電圧を印加する場合とを選択的に切り換える作用を行
う。これについては後述する。

【００３１】尚、前記第１積層型圧電体２３、第２積層
型圧電体２４等の製造方法、及び、これらの分極処理方
法については、特開平４−１２５１５７号公報等に記載
されている製造方法、分極処理方法と同一であり、従っ
て、ここでは製造方法等についての詳細な説明は省略す
る。

【００３２】次に、前記のように構成されたインクジェ
ットヘッド５におけるアレイ２０の動作について図４に
基づき説明する。図４は第１積層型圧電体２３及び第２
積層型圧電体２４を同時に変形させて印字動作を行って
いるアレイ２０の一部を拡大して示す断面図である。
尚、ここでは、図２に示すように、各第１及び第２積層
型圧電体２３、２４において、左から２番目のインク圧
力室２１に対応するスイッチＳがオンされた場合（第１
駆動態様）に従って第１、第２積層型圧電体２３、２４
の動作につき説明することとする。

【００３３】図４において、所定の印字データに基づき
コントローラ（図示せず）を介して制御装置２８に対し
て第１及び第２積層型圧電体２３、２４を駆動すべく制
御信号が出力されて各スイッチＳがオンされた場合、駆
動電源Ｖを介して第１積層型圧電体２３における各第１
内部電極２６に駆動電圧が印加される。このとき、各第
１内部電極２６は駆動電源Ｖのプラス側端子に接続さ
れ、各第２内部電極２７はマイナス側端子に接続されて
いるので、各第１内部電極２６と第２内部電極２７との
間で、図４に示すように、第１積層型圧電体２３の分極
方向（矢印Ａにて示す）と直交する電界（矢印Ｃにて示
す）が発生する。これにより、第１積層型圧電体２３の
第１圧電セラミック層２３Ａ、第２圧電セラミック層２
３Ｂ、第３圧電セラミック層２３Ｃは、その圧電・電歪
効果に基づきシェアモードにて変形される。また、第４
圧電セラミック層２３Ｄは、各第１、第２、第３圧電セ
ラミック層２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃと同一の層（成分）
より構成されていることから、第１、第２、第３圧電セ
ラミック層２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃのシェアモード変形
に追随して変形される。

【００３４】また、前記第１積層型圧電体２３の各第１
内部電極２６への駆動電圧の印加と同時に、駆動電源Ｖ
を介して第２積層型圧電体２４における各第１内部電極
２９に駆動電圧が印加される。このとき、前記と同様、
各第１内部電極２９は駆動電源Ｖのプラス側端子に接続
され、各第２内部電極３０はマイナス側端子に接続され
ているので、各第１内部電極２９と第２内部電極３０と
の間で、図４に示すように、第２積層型圧電体２４の分
極方向（矢印Ｂにて示す）と直交する電界（矢印Ｄにて
示す）が発生する。これにより、第２積層型圧電体２４
の第１圧電セラミック層２４Ａ、第２圧電セラミック層
２４Ｂ、第３圧電セラミック層２４Ｃは、その圧電・電
歪効果に基づきシェアモードにて変形される。また、第
４圧電セラミック層２４Ｄは、各第１、第２、第３圧電
セラミック層２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃと同一の層（成
分）より構成されていることから、第１、第２、第３圧
電セラミック層２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃのシェアモード
変形に追随して変形される。

【００３５】前記したように、第１積層型圧電体２３及
び第２積層型圧電体２４側の各スイッチＳをオンさせた
際に、第１積層型圧電体２３においては駆動電源Ｖから
各第１内部電極２６に駆動電圧が印加されることに基づ
き、第１積層型圧電体２３にてその分極方向に直交する
電界を発生させてシェアモードにて変形させ、同時に、
第２積層型圧電体２４においては各第１内部電極２９に
駆動電圧が印加されることに基づき、第２積層型圧電体
２４にてその分極方向に直交する電界を発生させてシェ
アモード変形させることにより、インク圧力室２１の容
積が増大され、これによりインク圧力室２１内にインク
を吸入した後、駆動電圧の印加を停止した時点でインク
がインク吐出口（図示せず）から印字用紙に向かって吐
出されて文字等の印字が行われる。

【００３６】続いて、制御装置２８を介して第１積層型
圧電体２３のみを選択的に印字駆動する場合（第２駆動
態様）におけるアレイ２０の動作について図５に基づき
説明する。図５は第１積層型圧電体２３のみを選択的に
変形させて印字動作を行っているアレイ２０の一部を拡
大して示す断面図である。尚、ここでは、図２に示すス
イッチＳの内第１積層型圧電体２３における左から２番
目のインク圧力室２１に対応するスイッチＳがオンされ
た状態にある。

【００３７】図５において、所定の印字データに基づき
コントローラ（図示せず）を介して制御装置２８に対し
て第１積層型圧電体２３のみを選択的に駆動すべく制御
信号が出力されてスイッチＳがオンされた場合、前記第
１駆動態様の場合と同様、駆動電源Ｖを介して第１積層
型圧電体２３における各第１内部電極２６に駆動電圧が
印加される。このとき、各第１内部電極２６は駆動電源
Ｖのプラス側端子に接続され、各第２内部電極２７はマ
イナス側端子に接続されているので、各第１内部電極２
６と第２内部電極２７との間で、図５に示すように、第
１積層型圧電体２３の分極方向（矢印Ａにて示す）と直
交する電界（矢印Ｃにて示す）が発生する。これによ
り、第１積層型圧電体２３の第１圧電セラミック層２３
Ａ、第２圧電セラミック層２３Ｂ、第３圧電セラミック
層２３Ｃは、その圧電・電歪効果に基づきシェアモード
にて変形される。また、第４圧電セラミック層２３Ｄ
は、各第１、第２、第３圧電セラミック層２３Ａ、２３
Ｂ、２３Ｃと同一の層（成分）より構成されていること
から、第１、第２、第３圧電セラミック層２３Ａ、２３
Ｂ、２３Ｃのシェアモード変形に追随して変形される。
尚、この第２駆動態様においては、第２積層型圧電体２
４側のスイッチＳはオンされていないので、第２積層型
圧電体２４がシェアモード変形されることはない。

【００３８】前記したように第２駆動態様においては、
第１積層型圧電体２３側のスイッチＳのみをオンさせ、
第１積層型圧電体２３においては駆動電源Ｖから各第１
内部電極２６に駆動電圧が印加されることに基づき、第
１積層型圧電体２３にてその分極方向に直交する電界を
発生させてシェアモードにて変形させ、一方、第２積層
型圧電体２４においては駆動電圧が印加されることない
のでシェアモード変形することはない。かかる場合、図
５に示すように、第１積層型圧電体２３のシェアモード
変形のみに基づきインク圧力室２１の容積が増大され、
これによりインク圧力室２１内にインクを吸入した後、
駆動電圧の印加を停止した時点でインクがインク吐出口
（図示せず）から印字用紙に向かって吐出されて文字等
の印字が行われる。このとき、インク圧力室２１からイ
ンク吐出口を経て吐出されるインクの吐出量は、前記第
１駆動態様の場合に比して、小さくなるので、以下に述
べるような様々な利点がある。例えば、高画質な階調表
現が要求されるような場合には、前記第１、第２の駆動
態様を選択的に使い分けることにより、インクの吐出量
に大小を生じさせることができ、所謂液滴階調が可能と
なるため、優れた階調表現が実現できる。また、プリン
タにおいて通常の記録モードとインクセーブモードとを
持たせる場合、従来はインクセーブモードにおいて記録
パターンを１ドットおきに間引いていたが、本実施形態
においては、通常の記録モードを第１駆動態様にて記録
し、インクセーブモードを第２記録態様にて記録するこ
とができ、従来より画質の優れたインクセーブモードが
実現できる。尚、前記においては、第１積層型圧電体２
３のみを駆動する場合につき説明したが、第２積層型圧
電体２４のみを駆動する場合でも基本的に前記と同様で
あることは明らかである。

【００３９】以上詳細に説明した通り本実施形態に係る
インクジェットヘッド５では、第１積層型圧電体２３及
び第２積層型圧電体２４を同時に印字駆動する第１駆動
態様において、第１積層型圧電体２３がシェアモードに
て変形されると同時に、第２積層型圧電体２４もシェア
モード変形され、インク圧力室２１の容積を変化させる
ので、低い駆動電圧をもって駆動電圧に対する積層型圧
電体の電気機械変換効率を向上しつつ、且つ、インク圧
力室の剛性を高めて発生圧力の損失を少なくしつつ、イ
ンクの吐出量を増大して良好な印字品質をもって文字等
を印字することができる。また、第１積層型圧電体２３
と第２積層型圧電体２４の一方を選択的に印字駆動する
第２駆動態様においては、第１駆動態様の場合に比して
インク圧力室２１からインク吐出口を経て吐出されるイ
ンクの吐出量を可変にすることができる。

【００４０】このように、本実施形態のインクジェット
ヘッド５では、制御装置２８を介して、第１積層型圧電
体２３と第２積層型圧電体２４の選択的使用を行うこと
ができ、これよりインクの吐出量をフレキシブルに制御
して良好な印字品質をもって文字等を印字することがで
きる。

【００４１】また、第１積層型圧電体２３及び第２積層
型圧電体２４においてインク圧力室２１のインクと接触
する第４圧電セラミック層２３Ｄ、２４Ｄでは第１内部
電極２６、２９が削除されており、従って、この第４圧
電セラミック層２３Ｄ、２４Ｄは絶縁層として作用する
ので、かかる第４圧電セラミック層２３Ｄ、２４Ｄを介
して各第１及び第２積層型圧電体２３、２４にインクが
接触することを防止し、これより絶縁フィルム等の特別
な絶縁層や振動板等を設けることなく第１及び第２積層
型圧電体２３、２４をインク圧力室２１のインクから隔
絶することができる。また、かかる絶縁層として作用す
る第４圧電セラミック層２３Ｄ、２４Ｄは第１及び第２
積層型圧電体２３、２４の製造と同時に形成することが
可能であることからコストアップを招来することもな
い。

【００４２】更に、前記第４圧電セラミック層２３Ｄ、
２４Ｄは、第１及び第２積層型圧電体２３、２４におけ
る各圧電層２３Ａ、２４Ａ等と同一の層から形成されて
おり、従って、かかる第４圧電セラミック層２３Ｄ、２
４Ｄは第１及び第２積層型圧電体２３、２４の変形に従
って変形される。これにより、第１及び第２積層型圧電
体２３、２４の動きを規制することなく各圧電層２３
Ａ、２４Ａ等における第１内部電極２６、２９をインク
圧力室２１のインクから遮蔽することが可能となる。
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。

【００４３】例えば、上記実施形態においては、第１及
び第２積層型圧電体２３、２４を使い分けることによ
り、インクの吐出量を可変にする例を説明したが、これ
に限らず、残留圧力波のキャンセル等にも適用できる。
即ち、第１積層型圧電体２３にてインクを噴射後、所定
時間経過後に第２積層型圧電体２４を増加もしくは減少
方向に変形させることにより、残留圧力波の効果的なキ
ャンセルが可能である。しかも、上記キャンセル時に
は、噴射に用いた圧電体以外の圧電体を用いることがで
きることから、圧電体の最大周波数以上の早さでキャン
セルが可能となり、記録速度の向上を実現できるもので
ある。なお、キャンセルの場合における第２積層型圧電
体２４の変形方向は、上記所定時間の設定の仕方に起因
するものである。

【００４４】

【発明の効果】以上説明した通り請求項１のインクジェ
ットヘッドでは、その印字駆動時に第１積層型圧電体と
第２積層型圧電体との選択的使用を行うことにより、２
つの第１積層型圧電体及び／又は第２積層型圧電体のそ
れぞれがシェアモード変形してインク圧力室の容積を変
化させることから、低い駆動電圧をもって駆動電圧に対
する積層型圧電体の電気機械変換効率を向上しつつ、且
つ、インク圧力室の剛性を高めて発生圧力の損失を少な
くしつつ、インクの吐出量を増大したり又はフレキシブ
ルに制御して良好な印字品質をもって文字等を印字する
ことができる。

【００４５】また、請求項２に係るインクジェットヘッ
ドでは、第１積層型圧電体及び第２積層型圧電体におい
てインク圧力室のインクと接触する圧電層では第１内部
電極が削除されており、従って、この圧電層は絶縁層と
して作用するので、圧電層を介して各第１及び第２積層
型圧電体にインクが接触することを防止し、これより絶
縁フィルム等の特別な絶縁層や振動板等を設けることな
く第１及び第２積層型圧電体をインク圧力室のインクか
ら隔絶することができる。また、かかる絶縁層として作
用する圧電層は第１及び第２積層型圧電体の製造と同時
に形成することが可能であることからコストアップを招
来することもない。

【００４６】更に、請求項３に係るインクジェットヘッ
ドでは、インク圧力室のインクと接触する圧電層は第１
及び第２積層型圧電体における各圧電層と同一の層から
形成されており、従って、かかる圧電層は第１及び第２
積層型圧電体の変形に従って変形され、これにより、第
１及び第２積層型圧電体の動きを規制することなく各圧
電層における第１内部電極をインク圧力室のインクから
遮蔽することができる。

【００４７】また、請求項４に係るインクジェットヘッ
ドでは、第１及び第２積層型圧電体に対して同時に駆動
電圧が印加されるので、インクの吐出量を増大して速い
印字速度をもって印字品質良く文字等の印字を行うこと
ができる。

【００４８】更に、請求項５及び請求項６に係るインク
ジェットヘッドでは、制御手段を介して第１積層型圧電
体と第２積層型圧電体の選択的使用を行うことができ、
これよりインクの吐出量をフレキシブルに制御して良好
な印字品質をもって文字等を印字することができる。

【００４９】また、請求項７に係るインクジェットヘッ
ドでは、前記キャビティプレートには複数のインク圧力
室が設けられるとともに、前記第１及び第２の積層型圧
電体はそれぞれ複数のインク圧力室の開放面に跨って固
定される。

【００５０】以上のように本発明は、低い駆動電圧をも
って駆動電圧に対する積層型圧電体の電気機械変換効率
を向上しつつ、且つ、インク圧力室の剛性を高めて発生
圧力の損失を少なくしつつ、インクの吐出量をフレキシ
ブルに制御して良好な印字品質をもって文字等を印字可
能な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】インクジェットプリンタの要部を示す斜視図で
ある。

【図２】本実施形態に係る圧電式インクジェットヘッド
のアレイ構造の一部を示す断面図である。

【図３】アレイ構造を第１積層型圧電体側から見て示す
平面図である。

【図４】第１積層型圧電体及び第２積層型圧電体を同時
に変形させて印字動作を行っているアレイの一部を拡大
して示す断面図である。

【図５】第１積層型圧電体のみを選択的に変形させて印
字動作を行っているアレイの一部を拡大して示す断面図
である。

【符号の説明】

５インクジェットヘッド２０アレイ２１インク圧力室２２キャビティプレート２３第１積層型圧電体２３Ａ第１圧電セラミック層２３Ｂ第２圧電セラミック層２３Ｃ第３圧電セラミック層２３Ｄ第４圧電セラミック層２４第２積層型圧電体２４Ａ第１圧電セラミック層２４Ｂ第２圧電セラミック層２４Ｃ第３圧電セラミック層２４Ｄ第４圧電セラミック層２５区画壁２６、２９第１内部電極２７、３０第２内部電極２８制御装置Ａ、Ｂ分極方向Ｃ、Ｄ電界方向ＳスイッチＶ駆動電源

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】キャビティプレートに形成されるととも
に相互に対向する２つの開放面を有するインク圧力室
と、前記インク圧力室の各開放面を閉塞するようにキャビテ
ィプレートに固定されるとともに、インク圧力室に対応
する位置に形成された第１内部電極及びインク圧力室の
周縁位置に形成された第２内部電極を有する圧電層を第
１内部電極及び第２内部電極とが相互に重なるように少
なくとも２層以上積層してなり、その積層方向に分極さ
れた第１及び第２の積層型圧電体と、前記各第１内部電極及び第２内部電極がそれぞれ接続さ
れる相互に異なる極性の端子が設けられた電源とを備
え、前記電源を介して第１内部電極に駆動電圧を印加して積
層型圧電体の分極方向と直交する電界を発生して積層型
圧電体をシェアモードにて変形させることによりインク
圧力室内のインクをインク吐出口から吐出することを特
徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】前記第１及び第２の積層型圧電体におけ
る圧電層の内、インク圧力室のインクと接触する圧電層
では前記第１内部電極が削除されていることを特徴とす
る請求項１記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】前記インク圧力室のインクと接触する圧
電層は、前記積層型圧電体の変形に従って変形すること
を特徴とする請求項２記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】前記第１及び第２の積層型圧電体は、イ
ンク吐出口からインクを吐出する際に同時に駆動電圧が
印加されて変形され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。
【請求項５】前記第１の積層型圧電体のみに駆動電圧
を印加する場合と、前記第１及び第２の積層型圧電体の
両者に駆動電圧を印加する場合とを選択的に切り換える
制御手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項
４のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
【請求項６】前記制御手段は、前記２つの場合の選択
的な切換により吐出されるインク量を可変にすることを
特徴とする請求項５記載のインクジェットヘッド。
【請求項７】前記キャビティプレートには複数のイン
ク圧力室が設けられるとともに、前記第１及び第２の積
層型圧電体はそれぞれ複数のインク圧力室の開放面に跨
って固定されることを特徴とする請求項１乃至請求項６
のいずれかに記載のインクジェットヘッド。