JPH11138796A - インクジェットヘッド - Google Patents

インクジェットヘッド

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JPH11138796A
JPH11138796A JP30848397A JP30848397A JPH11138796A JP H11138796 A JPH11138796 A JP H11138796A JP 30848397 A JP30848397 A JP 30848397A JP 30848397 A JP30848397 A JP 30848397A JP H11138796 A JPH11138796 A JP H11138796A
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JP
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ink
pressure chamber
piezoelectric element
ink pressure
laminated piezoelectric
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Hisayoshi Sakurai
久喜 櫻井
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 複合モードでインクジェットヘッドを駆動す
る際、伸縮変形によるインク吐出時のクロストークを十
分に抑えることで安定した吐出性能を保証するインクジ
ェットヘッドを提供すること。 【解決手段】 インク圧力室9の一部を形成する積層圧
電素子5に溝29を形成し、インク吐出時の前記積層圧
電素子5の伸縮変形による隣接インク圧力室9への影響
を低減することでクロストークを十分に抑えることがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、インク滴を飛翔さ
せ記録紙等の記録媒体上にインク像を形成するインクジ
ェットヘッドに関する。
【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
提案がされており、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パルスを印加し、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
変化させる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。シェアモードは圧電層の分極方向と直交する電界を
発生させて圧電層の変形を得るが、変形効率は前記圧電
層が薄い方がより高効率となることから、変形効率を勘
案すれば前記圧電層を可能な限り薄くするのが好まし
い。
【0003】一方、圧力室の一壁を構成する圧電層はそ
の厚さが薄いと前記圧力室内に発生した圧力に対して剛
性不足となり、インク滴吐出時に撓んでしまうため圧力
室内に発生する圧力の低下を招来する事となる。変形効
率と圧力低下防止の両立を試みた場合には圧電層は一定
厚さは必要となり、結果、十分な変形量が得られない問
題があった。
【0004】そこで、前記シェアモードに伸縮変形を利
用したユニモルフモードを併用した複合モード構造とす
ることで大きな変形を得る試みがなされている。図5
は、この複合モードを説明する為の断面図である。図5
(a)において、側壁100により形成されたインク圧
力室101を備えたキャビティプレート103と、2層
に積層され矢印Aの方向に分極された積層圧電素子10
5が一体的に形成されており、前記積層圧電素子105
の上面107には共通駆動用電極109が、前記積層圧
電素子105の第1層113と第2層115の間には、
各インク圧力室101に対応した位置に個別駆動用電極
111aが、側壁100に対応した位置に個別駆動用電
極111bが形成されている。前記個別駆動用電極11
1aはプラス側端子に、前記共通駆動用電極109及び
前記個別駆動用電極111bはマイナス側端子に接続さ
れている。
【0005】この状態で駆動電圧を印加すると、積層圧
電素子105は個別駆動用電極111aと個別駆動用電
極111bとの間に前記積層圧電素子105の分極方向
と直交する方向(矢印B方向)に電界を生じ、前記個別
駆動用電極111aと前記個別駆動用電極111bとの
間ではシェアモードで変形する。また、共通駆動用電極
109と前記個別駆動用電極111aとの間では、積層
圧電素子105の分極方向と平行な方向(矢印C方向)
に電界を生じ、前記積層圧電素子105の第1層113
は厚み方向には伸び、長さ方向には縮むため前記積層圧
電素子105の第2層115との間のバイモルフ効果に
より下向きに凸となるように変形し、全体では図5
(b)に示すように変形する。以上の変形の複合によ
り、それぞれの単独モードよりも大きな変形を得ること
が可能となる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記複
合モードでは伸縮モードも用いているため、駆動電圧印
可時において長さ方向に縮む積層圧電素子105によっ
て隣接するインク圧力室101a及び101bのそれぞ
れの側壁100a及び101bは変形させられ、その結
果、前記インク圧力室101、101a及び101bの
不要な容積(圧力)変化が発生するため、隣接するイン
ク圧力室101同士で相互に悪影響を及ぼし合ってイン
ク滴の吐出状態が変化する問題(以後、クロストークと
呼ぶ)が発生していた。
【0007】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明の請求項1に記載の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共に一面が開放
されたインク圧力室と、インク圧力室の一面を閉塞する
ようにキャビティプレートに固定されると共にインク圧
力室に対応する位置に形成された第1電極及び各インク
圧力室を隔てる側壁に対応する位置に形成された第2電
極、更に最外層表面に形成された共通電極を有し、第1
電極と、第2及び共通電極との間に駆動電圧を印加して
シェアモードと伸縮モードを併用して積層圧電素子を変
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
出口から吐出するインクジェットヘッドにおいて、 前
記インク圧力室の側壁に対応して位置する前記積層圧電
素子の、前記インク圧力室に面する側とは反対側の面の
少なくとも1ヶ所に溝を形成したことを特徴とする。
【0008】前記請求項1のインクジェットヘッドによ
れば、シェアモードと伸縮モードを併用した複合モード
においてクロストークを十分小さく抑え、安定したイン
ク吐出性能を実現することが可能となる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明のインクジェットヘ
ッドを具体化した実施の形態について図面を参照して説
明する。
【0010】図1は本発明の一実施例を示す概略構成を
表す分解斜視図であり、図2は、本実施の形態のインク
ジェットヘッドの縦断面図である。図1及び図2におい
て、本実施の形態のインクジェットヘッド1は、インク
を貯留する板状のキャビティプレート3と、そのキャビ
ティプレート3に接合されるシート状の積層圧電素子5
と、インクを吐出するための板状のノズルプレート7
と、インクを補充するためのマニホールドプレート17
とから構成されている。
【0011】尚、シート状積層圧電素子を形成している
圧電材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、
マグネシウムニオブ酸鉛、ニッケルニオブ酸鉛、亜鉛ニ
オブ酸鉛、マンガンニオブ酸鉛、アンチモンスズ酸鉛、
チタン酸鉛等を主成分とする材料が挙げられる。
【0012】キャビティプレート3は、側壁27bによ
って仕切られた複数のインク圧力室9を有し、そのイン
ク圧力室9は、溝状に上面が開放された状態に形成さ
れ、該インク圧力室9にはインクが貯留されている。ま
た、前記キャビティプレート3の一方の底部には、前記
インク圧力室9に連通する貫通孔15aが設けられてい
る。また、ノズルプレート7は、インク圧力室9及び貫
通孔11aに連通する、インクを吐出するためのノズル
13aを備え、積層圧電素子5の上面に接合されてい
る。
【0013】マニホールドプレート17には、インク圧
力室9に貫通孔15aを介してインクを補給する為のイ
ンク溜り17aと、プリンタに組み込んだ場合に図示し
ないカートリッジからインクを吸入するための貫通孔1
7bとが設けられている。
【0014】次に、積層圧電素子5について更に詳細に
説明する。
【0015】図3は、本実施形態のインクジェットヘッ
ドにおける積層圧電素子5の分解斜視図である。図3に
おいて、積層圧電素子5のうち下面側の第2圧電材料1
9bには、その上面に、プラス側端子に接合される個別
駆動用電極21a及びマイナス側端子に接合される個別
駆動用電極21bが、所定のピッチでそれぞれ銀ペース
ト等の導電性ペーストにより形成されている。これら2
枚のシート状の圧電材料19a及び19bは、未焼成の
状態でプレスによって一体に積層されて焼成、分極され
た後、前記第1圧電材料19aの側壁27bに対応する
部分がショットブラスト等によって削除され、後述する
溝29が形成される。
【0016】さらに、該第1圧電材料19aの上面のほ
ぼ全幅に亘って、全インク圧力室9に共通の共通駆動用
電極25が形成されて積層圧電素子5が完成する。その
後、該積層圧電素子5は、図1に示したようにキャビテ
ィプレート3の開放面側に接合される。この場合、個別
駆動用電極21aを、キャビティプレート3の各インク
圧力室9のほぼ中央に対応する位置に、個別駆動用電極
21bを、キャビティプレート3の側壁27bに対応す
る位置になるように接合する。
【0017】尚、本実施の形態においては、積層圧電素
子5は2層構造であるが3層以上の構造でも構わない。
【0018】そして、ノズルプレート7を、積層圧電素
子5の貫通孔11aにノズル13aを合わせて接合し、
マニホールドプレート17を、貫通孔15aの位置に合
わせて接合してインクジェットヘッドが完成される。そ
の後、共通駆動用電極25、個別駆動用電極21a及び
21bを図示しないスイッチング回路を介して図示しな
い駆動電源に接続させてインクジェットヘッドのセット
が完了する。
【0019】次に、本実施の形態のインクジェットヘッ
ド1の動作について説明する。
【0020】図4は、本実施の形態のインクジェットヘ
ッドの動作を説明する説明図である。図4(a)は、イ
ンクを吐出する前の状態を示し、図4(b)は、インク
を吐出している時の状態を示す。図4(a)において、
本インクジェットヘッドは、側壁27bによって仕切ら
れた複数のインク圧力室9a及び9bにインクを貯留す
るためのキャビティプレート3と、2層に積層され、そ
の層方向に分極された積層圧電素子5とを備えている。
積層圧電素子5は、上側の第1圧電素子19aと、下側
の第2圧電素子19bとの2層によって構成され、前記
第1圧電材料19aと前記第2圧電材料19bとの間に
おいて、前記インク圧力室9a及び9bのほぼ中央部に
対応した位置に個別駆動用電極21aが、前記側壁27
bに対応した位置に個別駆動用電極21bが形成されて
いる。そして図示しない駆動電源のプラス側端子には前
記個別駆動用電極21aが、マイナス側端子には前記個
別駆動用電極21bが接続されている。
【0021】このように構成されたインクジェットヘッ
ド1に駆動電圧を印加すると、積層圧電素子5は、個別
駆動用電極21aと個別駆動用電極21bとの間におい
て、シェアモードで変形し、前記個別駆動用電極21a
と共通駆動電極25との間においてはユニモルフモード
で変形する。その結果、積層圧電素子5は、図4(b)
に示すようにインク圧力室9(a)に向かって凸状態と
なり、前記インク圧力室9a内のインク圧力が上昇す
る。そして、インクがノズル13aから吐出される。
【0022】ここで、積層圧電素子5の上面には、隣接
するインク圧力室9(b)、(c)との連接を弱めるよ
うに溝29が形成されているため、ユニモルフモードに
よる側壁27(b)、27(c)の変形は殆ど発生しな
いため、クロストークが問題となることはなく安定した
インク吐出性能が得られる。
【0023】
【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明の請求項1に記載のインクジェットヘッドは、シ
ェアモードとユニモルフモードを併せ持つ複合モードイ
ンクジェットヘッドにおいて、インク圧力室の側壁に対
応して位置する積層圧電素子の少なくとも一ヶ所に溝を
設けたので、クロストークを十分小さく抑え安定したイ
ンク吐出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態におけるインクジェットヘ
ッドの概略構成を示す分解斜視図である。
【図2】本実施の形態のインクジェットヘッドの概略縦
断面図である。
【図3】本実施の形態における積層体の分解斜視図であ
る。
【図4】本実施の形態におけるインクジェットの動作説
明図である。
【図5】従来の複合モードインクジェットヘッドを示す
図である。
【符号の説明】
1 インクジェットヘッド 3 キャビティプレート 5 積層圧電素子 7 ノズルプレート 9 インク圧力室 13 ノズル 17 インク溜り 19 シート状圧電材料 21 個別駆動用電極 25 共通駆動用電極 29 溝

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 キャビティプレートに形成されると共に
    一面が開放されたインク圧力室と、インク圧力室の一面
    を閉塞するようにキャビティプレートに固定されると共
    に、インク圧力室のほぼ中央に対応する位置に形成され
    た第1電極及び各インク圧力室を隔てる側壁に対応した
    位置に形成された第2電極、更に最外層表面に形成され
    た共通電極を有し、第1電極と、第2及び共通電極との
    間に駆動電圧を印加してシェアモードと伸縮モードを併
    用して積層圧電素子を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インクジェッ
    トヘッドにおいて、 インク圧力室の側壁に対応して位置する積層圧電素子
    の、前記インク圧力室に面する側とは反対側の面の少な
    くとも1ヶ所に溝を形成したことを特徴とするインクジ
    ェットヘッド。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7290865B2 (en) 2002-02-19 2007-11-06 Brother Kogyo Kabushiki Kaisha Inkjet head
US7374276B2 (en) 2003-06-30 2008-05-20 Brother Kogyo Kabushiki Kaisha Inkjet printing head and printer
US7506970B2 (en) 2004-09-22 2009-03-24 Fujifilm Corporation Liquid ejection head and image forming apparatus
JP2010208111A (ja) * 2009-03-09 2010-09-24 Canon Inc 圧電体素子、それを用いた液体吐出ヘッド及び記録装置
JP2012204352A (ja) * 2011-03-23 2012-10-22 Konica Minolta Holdings Inc 薄膜圧電体デバイス

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