JP2001347660A - 圧電振動子ユニット、及び、これを用いたインクジェット式記録ヘッド - Google Patents
圧電振動子ユニット、及び、これを用いたインクジェット式記録ヘッドInfo
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Abstract
を抑制し、インク滴の吐出時の安定性を向上させること
ができる圧電振動子ユニットを提供する。 【解決手段】 固定板22に基端部23bの一側面を固
定した状態で各外部電極32,33を通じて活性領域の
圧電体31に電位差を与えることで圧電体31を作動さ
せ、自由端部23aを圧電体の積層方向と直交する方向
に変位可能に構成した圧電振動子ユニット4であって、
圧電体積層方向の中心線CLよりも固定板22から遠い
側に位置する圧電体31cを他の圧電体よりも厚く形成
する。
Description
るのに好適な圧電振動子ユニット、及び、これを用いた
インクジェット式記録ヘッドに関し、特に圧電振動子の
動作時に発生するベンディングを抑制するようにしたも
のに関する。
等の画像記録装置に用いられるインクジェット式記録ヘ
ッド(以下、記録ヘッドという)には、例えば、圧力室
やリザーバ等を有する流路ユニットと、この流路ユニッ
トの背面側に配置されて、圧力室の容積を変化させる圧
電振動子を複数有する圧電振動子ユニットとを備えたも
のがある。
手順で造られている。まず、共通内部電極と個別内部電
極とを圧電体を挟んで交互に積層して板状の積層体を作
成し、共通内部電極に導通させた共通外部電極と個別内
部電極に導通させた個別外部電極とを積層体の表面に形
成する。そして、これらの外部電極が形成された積層体
の基端側部分の一側面を固定板上に接合し、ワイヤーソ
ーやダイシングソー等によって積層体の先端側部分を極
めて細い幅で切り分けて形成している。
電振動子は、積層体の基端側部分の一側面を固定板上に
接合しているので、接合部分における拘束力の影響を受
け得る。すなわち、外部電極から電圧を印加して圧電振
動子を縮ませたときに、僅かではあるが、積層方向にお
ける固定板側とは反対側の圧電体が、固定板側の圧電体
よりも大きく縮む傾向がある。このため、図9に示すよ
うに、圧電振動子200が、積層方向における固定板2
04側とは反対側(図9において、上方側)へ撓んでし
まうベンディングが生じる。
生じると、図10に符号αで示すように、記録ヘッド2
02の圧力室203内を往復する圧力波が発生し、まる
で圧力室203内が音響管であるかのように反射往復を
繰り返す。この圧力波は、ミストやサテライトを発生さ
せたり、飛行曲がりの原因となってインク滴の吐出に影
響を与える。そして、圧力室203内には、この圧力波
を積極的に減衰させるためのダンパー要素がないので、
圧力波が十分減衰するまで時間がかかってしまう。その
結果、次のインク滴の吐出タイミングまで時間を必要と
し、高周波数での駆動が妨げられてしまう。
動子の動作時に発生するベンディングを抑制して、イン
ク滴吐出の安定性を向上させることができる圧電振動子
ユニット、及び、これを用いたインクジェット式記録ヘ
ッドを提供することにある。
め、本発明は、次のように構成したものである。即ち、
請求項1に記載のものは、自由端部に活性領域が形成さ
れるように共通内部電極と個別内部電極との間に圧電体
を挟んで交互に積層するとともに、各内部電極にそれぞ
れ導通された外部電極を表面に形成した圧電振動子を複
数備え、圧電振動子の基端部の一側面を固定部材に接合
し、この状態で、自由端部を積層方向と直交する方向に
変位可能に構成した圧電振動子ユニットにおいて、圧電
体積層方向の中心線よりも固定部材から遠い側に位置す
る少なくとも1層の圧電体に印加される電界強度を、他
の圧電体に印加される電界強度よりも弱めたことを特徴
とする圧電振動子ユニットである。
領域が形成されるように共通内部電極と個別内部電極と
の間に圧電体を挟んで交互に積層するとともに、各内部
電極にそれぞれ導通された外部電極を表面に形成した圧
電振動子を複数備え、圧電振動子の基端部の一側面を固
定部材に接合し、この状態で、自由端部を積層方向と直
交する方向に変位可能に構成した圧電振動子ユニットに
おいて、圧電体積層方向の中心線よりも固定部材から遠
い側に位置する少なくとも1層の圧電体を、他の圧電体
よりも厚く形成したことを特徴とする圧電振動子ユニッ
トである。
領域が形成されるように共通内部電極と個別内部電極と
の間に圧電体を挟んで交互に積層するとともに、各内部
電極にそれぞれ導通された外部電極を表面に形成した圧
電振動子を複数備え、圧電振動子の基端部の一側面を固
定部材に接合し、この状態で、自由端部を積層方向と直
交する方向に変位可能に構成した圧電振動子ユニットに
おいて、固定部材接合面から圧電体積層方向に向けて、
圧電体に印加される電界強度が徐々に減少するように電
圧を印加する構成としたことを特徴とする圧電振動子ユ
ニットである。
領域が形成されるように共通内部電極と個別内部電極と
の間に圧電体を挟んで交互に積層するとともに、各内部
電極にそれぞれ導通された外部電極を表面に形成した圧
電振動子を複数備え、圧電振動子の基端部の一側面を固
定部材に接合し、この状態で、自由端部を積層方向と直
交する方向に変位可能に構成した圧電振動子ユニットに
おいて、固定部材接合面から圧電体積層方向に向けて、
固定部材から遠くなる程に圧電体の厚みを増加させたこ
とを特徴とする圧電振動子ユニットである。
い側の最外層を構成する圧電体を、他の圧電体よりも厚
く形成したことを特徴とする請求項2又は請求項4に記
載の圧電振動子ユニットである。
領域が形成されるように共通内部電極と個別内部電極と
の間に圧電体を挟んで交互に積層するとともに、各内部
電極にそれぞれ導通された外部電極を表面に形成した圧
電振動子を複数備え、圧電振動子の基端部の一側面を固
定部材に接合し、この状態で、自由端部を積層方向と直
交する方向に変位可能に構成した圧電振動子ユニットに
おいて、圧電体積層方向における固定部材とは反対側の
外部電極を、内部電極よりも厚く形成したことを特徴と
する圧電振動子ユニットである。
領域が形成されるように共通内部電極と個別内部電極と
の間に圧電体を挟んで交互に積層するとともに、各内部
電極にそれぞれ導通された外部電極を表面に形成した圧
電振動子を複数備え、圧電振動子の基端部の一側面を固
定部材に接合し、この状態で、自由端部を積層方向と直
交する方向に変位可能に構成した圧電振動子ユニットに
おいて、圧電体積層方向の中心線よりも固定部材から遠
い側に位置する少なくとも1層の内部電極を、他の内部
電極よりも厚く形成したことを特徴とする圧電振動子ユ
ニットである。
領域が形成されるように共通内部電極と個別内部電極と
の間に圧電体を挟んで交互に積層するとともに、各内部
電極にそれぞれ導通された外部電極を表面に形成した圧
電振動子を複数備え、圧電振動子の基端部の一側面を固
定部材に接合し、この状態で、自由端部を積層方向と直
交する方向に変位可能に構成した圧電振動子ユニットに
おいて、固定部材接合面から圧電体積層方向に向けて、
固定部材から遠くなる程に内部電極の厚みを増加させた
ことを特徴とする圧電振動子ユニットである。
領域が形成されるように共通内部電極と個別内部電極と
の間に圧電体を挟んで交互に積層するとともに、各内部
電極にそれぞれ導通された外部電極を表面に形成した圧
電振動子を複数備え、圧電振動子の基端部の一側面を固
定部材に接合し、この状態で、自由端部を積層方向と直
交する方向に変位可能に構成した圧電振動子ユニットに
おいて、圧電体積層方向の中心線よりも固定部材から遠
い側に位置する少なくとも1層の内部電極の長さを、他
の内部電極よりも短くしたことを特徴とする圧電振動子
ユニットである。
性領域が形成されるように共通内部電極と個別内部電極
との間に圧電体を挟んで交互に積層するとともに、各内
部電極にそれぞれ導通された外部電極を表面に形成した
圧電振動子を複数備え、圧電振動子の基端部の一側面を
固定部材に接合し、この状態で、自由端部を積層方向と
直交する方向に変位可能に構成した圧電振動子ユニット
において、圧電体積層方向における固定部材接合面とは
反対側の振動子側面に、曲げモーメント調整部材を添設
したことを特徴とする圧電振動子ユニットである。
における固定部材側の側面を、外部電極を形成しない圧
電体面としたことを特徴とする請求項1から請求項10
のいずれかに記載の圧電振動子ユニットである。
性領域が形成されるように共通内部電極と個別内部電極
との間に圧電体を挟んで交互に積層するとともに、各内
部電極にそれぞれ導通された外部電極を表面に形成した
圧電振動子を複数備え、圧電振動子の基端部の一側面を
固定部材に接合し、この状態で、自由端部を積層方向と
直交する方向に変位可能に構成した圧電振動子ユニット
において、前記自由端部の固定基板とは反対側の側面全
体を外部電極で覆うと共に、該自由端部の固定基板側の
側面の一部を外部電極で覆ったことを特徴とする圧電振
動子ユニットである。
子は、櫛歯状に歯割りされた振動子群によって構成され
ていることを特徴とする請求項1から請求項12のいず
れかに記載の圧電振動子ユニットである。
子は、活性領域の圧電体の作動時においても伸縮しない
非作動部を備え、この非作動部の一側面に固定部材を接
合したことを特徴とする請求項1から請求項13のいず
れかに記載の圧電振動子ユニットである。
請求項14のいずれかに記載の圧電振動子ユニットと、
ノズル開口に連通した圧力室の封止材の一部を構成する
弾性板を備えた流路ユニットとを具備し、圧電振動子の
先端面部を弾性板と接合させた状態で、圧電振動子ユニ
ットを取り付けたことを特徴とするインクジェット式記
録ヘッドである。
基づいて説明する。まず、図8を参照して、代表的な画
像記録装置であるインクジェット式プリンタ(以下、単
にプリンタと称する)について説明する。
が取り付けられると共にインクカートリッジ101を保
持するキャリッジ102を備えている。このキャリッジ
102は、筐体103に架設したガイド部材104に対
して移動可能に取り付けられており、ヘッド走査機構に
よりこのガイド部材104に沿って(つまり、主走査方
向に沿って)往復移動される。
部に設けたパルスモータ105と、このパルスモータ1
05の回転軸に接続した駆動プーリー106と、筐体1
03の左右他端部に設けた遊転プーリー107と、駆動
プーリー106と遊転プーリー107との間に架け渡さ
れると共にキャリッジ102に接続されたタイミングベ
ルト108と、パルスモータ105の回転を制御するプ
リンタコントローラ(図示せず)等を備えて構成してあ
る。即ち、このヘッド走査機構は、パルスモータ105
を動作させることにより、キャリッジ102、つまり記
録ヘッド1を、印刷記録媒体の一種である記録紙109
の幅方向に往復移動させる。また、このプリンタ100
は、記録紙109を主走査方向とは直交する副走査方向
に送り出す紙送り機構を備えている。この紙送り機構
は、紙送りモータ110及び紙送りローラ111等から
構成されている。そして、プリンタコントローラは、ホ
ストコンピュータから送信された印刷データに基づいて
記録ヘッド1、パルスモータ105、及び、紙送りモー
タ110等を制御し、記録ヘッド1を主走査すると共
に、この主走査に連動させて記録紙109を順次送り出
す。
に説明する。ここで、図1は、インクジェット式の記録
ヘッド1の要部を拡大して示した断面図である。
ット3、及び圧電振動子ユニット4等によって構成して
ある。なお、この記録ヘッド1の説明では、便宜上、図
1の上方を先端側(前方側)と称し、図1の下側を基端
側(後方側)と称する。
容空部5を内部に設けた合成樹脂製のブロック状部材で
あり、その先端には流路ユニット3が接合されている。
また収容空部5内には、振動子群21の櫛歯状先端を先
端側開口に臨ませた状態で圧電振動子ユニット4が収容
され固定されている。また、収容空部5の側方には、基
端側にてインクカートリッジに連通しているインク供給
管6を設ける。
プレート8と弾性板9とから概略構成されている。ノズ
ルプレート8は、ドット形成密度に対応したピッチで多
数(例えば、48個)のノズル開口10…を列状に開設
した薄い板状部材であり、例えば、ステンレス鋼板によ
って構成してある。このノズルプレート8に積層される
流路形成板7には、インク供給管6を通して供給された
インクが流入するリザーバ11、ノズル開口10からイ
ンクを吐出させるために必要なインク圧力を発生させる
圧力室12、これらのリザーバ11と圧力室12を連通
するインク供給口13等が形成されている。そして、本
実施形態では、これらの各部を、シリコンウェハーをエ
ッチング処理することにより形成する。
リフェニレンサルファイド)等の高分子膜を弾性体膜1
4としてステンレス鋼板15上にラミネートした二重構
造である。そして、ステンレス鋼板15は、リザーバ1
1に対応する部分など不要部分をエッチング処理により
除去して、振動子群21の駆動振動子29(図3参照)
の先端面部が背面側から接合される島部16(厚肉部)
を形成し、この島部16の周囲を弾性体膜14(薄肉
部)だけにして弾性部17を構成する。この島部16
は、ノズル開口10と同様にドット形成密度に対応した
ピッチで多数設けてあり、ノズル配列方向に対応する幅
が狭く、駆動振動子29の圧電体積層方向、つまり、圧
力室12の長手方向に対応する長さを長くしたブロック
状に形成してある。
の正面側に配置すると共に、弾性板9を背面側に配置
し、ノズルプレート8と弾性板9とで流路形成板7を挟
み、接着等により一体化することで、流路ユニット3が
形成されている。なお、この流路ユニット3において、
上記の弾性板9は、圧力室12やリザーバ11の天井面
を封止する封止材の一部を構成している。
21と固定板22(本発明における固定部材の一種)と
により概略構成されている。この振動子群21は、図2
に示すように、櫛歯状に歯割りされており、振動子の列
設方向における両端部に位置するダミー振動子28,2
8と、これらのダミー振動子28,28の間に配置され
た多数の駆動振動子29…とから成る。ここで、駆動振
動子29は、インク滴の吐出に関与する圧電振動子であ
り、横効果(d31効果)型の圧電振動子である。ま
た、駆動振動子29は、例えば、50μm〜100μm
程度の極めて細い幅のニードル状に切り分けられてい
る。一方、ダミー振動子28はインク滴の吐出に関与し
ない圧電振動子である。また、本実施形態における固定
板22は、厚さが2mm程度のステンレス鋼板である
が、これに限定されるものではない。例えば、樹脂製の
板状部材でもよく、金属や樹脂のブロック状部材であっ
てもよい。
図3に示すように、この駆動振動子29は、共通内部電
極32と個別内部電極33とを圧電体31を挟んで交互
に積層してある。ここで、共通内部電極32は全ての駆
動振動子29に対して同じ電位レベルに設定される電極
であり、個別内部電極33は各駆動振動子29毎に電位
レベルが設定される電極である。そして、この駆動振動
子29における振動子先端から振動子長手方向(圧電体
積層方向と直交する方向)の半分程度まで若しくは3分
の2程度までの部分を自由端部23aとし、この自由端
部23aの基端から振動子基端までの部分を基端部23
bとしている。
個別内部電極33とが重なり合った活性領域L(オーバ
ーラップ部分)を形成してある。これらの内部電極3
2,33に電位差を与えると両電極間に電界が生じ、こ
の電界が印加されることで活性領域Lの圧電体31が変
形(作動)し、自由端部23aが振動子長手方向に変位
して伸縮する。そして、共通内部電極32の基端は駆動
振動子29の基端面部で共通外部電極37に導通してお
り、また、個別内部電極33の先端は駆動振動子29の
先端面部で個別外部電極36に導通している。なお、共
通内部電極32の先端は振動子先端面部よりも少し手前
に位置しており、個別内部電極33の基端は自由端部2
3aと基端部23bの境界に位置している。
端面部と、駆動振動子29における圧電体積層方向の一
側面である配線接続面(図3における上側の面であり、
固定板接合面とは反対側に位置する面)とに一連に形成
された電極であり、配線部材の一種であるフレキシブル
ケーブル24の配線パターンと各個別内部電極33とを
導通する。そして、この個別外部電極36における配線
接続面側の部分は、振動子の基端部23b上の位置から
先端側に向けて連続的に形成されている。共通外部電極
37は、駆動振動子29の基端面部と、上記の配線接続
面と、駆動振動子29における圧電体積層方向の他側面
である固定板接合面(図3における下側の面)とに一連
に形成された電極であり、フレキシブルケーブル24の
配線パターンと共通内部電極32との間を導通する。そ
して、この共通外部電極37における配線接続面側の部
分は個別外部電極36の端部よりも少し手前の位置から
基端面部側に向けて連続的に形成されており、固定部取
付面側の部分は振動子の先端面部よりも少し手前の位置
から基端面部側に向けて連続的に形成されている。
圧電体31を作動させるための電極としても機能する。
即ち、固定板22から遠い側の最外層を構成する圧電体
31aは、個別外部電極36と共通内部電極32とに挟
まれており、活性領域Lで共通内部電極32と個別外部
電極36とが重合している。従って、共通内部電極32
と個別外部電極36との間の電位差により、圧電体31
aにおける電極32,36の重ね合わせ領域の部分が変
形する。同様に、固定板22側の最外層を構成する圧電
体31bは、共通外部電極37と個別内部電極とに挟ま
れており、活性領域Lで個別内部電極33と共通外部電
極37とが重合している。従って、個別内部電極33と
共通外部電極37との間の電位差により、圧電体31b
における電極33,37の重ね合わせ領域の部分が変形
する。
体31の作動時においても伸縮しない非作動部として機
能する。この基端部23bの配線接続面側にはフレキシ
ブルケーブル24が配置されており、基端部23b上で
個別外部電極36及び共通外部電極37とフレキシブル
ケーブル24とが電気的に接続される。すなわち、図2
に示す共通電極配線部30と個別電極配線部38の上に
フレキシブルケーブル24の接続端部が載置されて、半
田付け等によってフレキシブルケーブル24が実装され
る。そして、このフレキシブルケーブル24を通して駆
動パルスが各電極32,33,36,37に供給され
る。また、基端部23bの固定板取付面には固定板22
を接合してある。要するに、この駆動振動子29はいわ
ゆる片持梁のような状態で固定板22に固定されてい
る。
は、図1に示すように、駆動振動子29の自由端部23
aの先端面部を島部16に背面側から当接させると共
に、固定板22を収容空部5の壁面に固着した状態でケ
ース2内に取り付けられており、この先端面部と島部1
6とは接着剤によって接着されている。そして、個別外
部電極36を通じて電圧を印加すると、活性領域L内の
圧電体31…に電界が印加される。この電界によって駆
動振動子29は、振動子長手方向に伸縮して、弾性部1
7を前後方向に変形させる。この弾性部17の前後方向
の移動に伴って圧力室12は、膨張或いは収縮して容積
を変化させる。
出させる場合には、インク滴を吐出させる駆動振動子2
9に対して選択的に電圧を印加し、例えば、駆動振動子
29を振動子長手方向に収縮させてから伸長させる。こ
のようにすると、駆動振動子29の収縮に伴って圧力室
12が膨張して内部が負圧になりリザーバ11内のイン
クが圧力室12に流入する。その後、駆動振動子29が
伸長し、この伸長に伴って圧力室12が収縮してインク
の圧力が高まる。そして、ノズル開口10から押し出さ
れたインクがインク滴として吐出される。
板22上に片持ち梁の状態で接合されているため、自由
端部23aを縮ませた時に、僅かではあるが、配線接続
面側の圧電体31の方が固定板接合面側の圧電体31よ
りも大きく縮む。このため、駆動振動子29には、図4
に符号MAで示すように、配線接続面側に反る方向の曲
げモーメントが発生してしまう。そこで、本実施形態で
は、この曲げモーメントMAを打ち消すべく、駆動振動
子29における圧電体積層方向の中心線CLよりも固定
板22から遠い側(図3において、中心線CLよりも上
方側)に位置する少なくとも1層の圧電体31を、他の
圧電体31…よりも厚く形成している。
接する圧電体31c、つまり配線接続面側から2層目の
圧電体31cの厚さを、他の圧電体31…の厚さよりも
厚くしている。即ち、他の圧電体31の厚みを20μm
とし、肉厚を増やした圧電体31cの厚みを他の圧電体
31…よりも十分厚い50μmとしている。なお、各圧
電体31…の厚さは、あくまで例示であって、上記の曲
げモーメントMAを打ち消すのに十分な曲げモーメント
MBを生じさせ得る厚さとされる。
1…よりも厚く形成することにより、内部電極32,3
3間に電圧を印加した際に、厚みを増やした圧電体31
cに印加される電界強度は他の圧電体31…に比べて相
対的に小さくなり、該圧電体31cは他の圧電体31…
よりも縮み難くなる。この圧電体31cは、中心線CL
よりも固定板22から遠い側に位置するので、当該圧電
体31cが縮み難くなることによって、収縮時において
駆動振動子29には、図4に符号MBで示すように固定
板22側に反る方向の曲げモーメントが作用する。そし
て、この曲げモーメントMBは、固定板22に接合され
ることに起因して生じる曲げモーメントMAとは逆方向
の曲げモーメントであるので、曲げモーメントMAは曲
げモーメントMBによって打ち消される。
際に生じ得るベンディングが抑制され、インク滴吐出に
寄与する駆動振動子29の長手方向の変位(縦振動モー
ド)を積極的に取り出すことができる。したがって、駆
動振動子29を収縮させた際に、島部16の長手方向一
端部と他端部とを均等な力で後方に引き込むことができ
る。また、駆動振動子29を伸長させた際にも、島部1
6の長手方向一端部と他端部とを均等な力で前方に押す
ことができる。その結果、圧力室12内のノズル開口1
0とインク供給口13との間を往復する圧力波の励起を
防止でき、インク滴吐出の安定性を向上させることがで
きる。即ち、先のインク滴の吐出から次のインク滴を吐
出するまでの時間を短くしても、ミストやサテライトの
発生、インク滴の飛行曲がりを防止することができる。
子29(本発明における圧電振動子に相当)における配
線接続面側から2層目の圧電体31cを、他の圧電体3
1よりも厚く形成したが、本発明はこの構成に限るもの
でない。すなわち、圧電体積層方向の中心線CLよりも
固定板22から遠い側に位置する少なくとも1層の圧電
体31を厚く形成することにより、同様の効果が得られ
る。
から遠い側(図3において、中心線CLよりも上方側)
に位置する全ての圧電体31…を、中心線CLよりも固
定板22側(中心線CLよりも下方側)に位置する他の
圧電体31…よりも厚く形成してもよい。言い換えれ
ば、中心線CLよりも固定板22側に位置する圧電体3
1…を、中心線CLよりも配線接続面側に位置する圧電
体31…よりも薄く形成してもよい。
遠い側の最外層を構成する圧電体31aを、他の圧電体
31…よりも厚く形成してもよい。この構成では、固定
板22から最も遠い圧電体31aが曲げモーメントMB
を発生するための部分として機能しているので、固定板
22への接合に起因して生じる曲げモーメントMAを効
率よく打ち消すことができる。
体31…に関し、固定板接合面から配線接続面に向け
て、次第に圧電体31の厚さを増すように構成してもよ
い。即ち、固定板22の接合面から圧電体31の積層方
向に向けて、固定板22から遠くなる程に圧電体31の
厚みを増加させても良い。このような構成を採ると、外
部電極36,37を通じて内部電極32,33間に電圧
を印加した際に、固定板22に近い圧電体31には比較
的強い電界が印加され、固定板22から積層方向に離隔
する程、圧電体31に印加される電界強度が弱くなる。
このため、固定板22に近い圧電体31が最も縮み易
く、積層方向に離隔する程に圧電体31の縮む力が弱く
なる。即ち、固定板接合面の方が縮み易く配線接続面側
の方が縮み難いという特性を付与できる。その結果、こ
の構成でも、駆動振動子29の収縮時において、固定板
22への接合に起因して生じる曲げモーメントMAを打
ち消す方向に曲げモーメントMBが作用する。従って、
駆動振動子29の長手方向の変位を積極的に取り出すこ
とができる。
体31についてその厚さを他の圧電体31よりも厚くす
ることで、特定の圧電体31に印加される電界強度を他
の圧電体31に印加される電界強度よりも低くしている
が、特定の圧電体31に印加される電界強度が低くでき
ればこの構成に限定されるものではない。要するに、圧
電体積層方向の中心線CLよりも固定板22から遠い側
に位置する少なくとも1層の圧電体31に印加される電
界強度を、他の圧電体31に印加される電界強度よりも
弱める構成や、固定板22との接合面から圧電体31の
積層方向に向けて、圧電体31に印加される電界強度が
徐々に減少するように電圧を印加する構成であればよ
い。
固定板接合面側に共通外部電極37が形成されていない
圧電振動子ユニット、言い換えれば、自由端部23aに
おける固定板22側の側面を、外部電極を形成せずに圧
電体31を露出させた圧電体面とした圧電振動子ユニッ
トにも適用することができる。この場合、固定板22に
最も近い圧電体31aは、電界が印加されずに変形しな
いため、上記の曲げモーメントMAがより大きくなって
しまうが、中心線CLよりも固定板22から遠い側に位
置する圧電体31を他の圧電体31よりも十分に厚く構
成することで、この曲げモーメントMAを打ち消し得る
程度の曲げモーメントMBを駆動振動子29に作用させ
ることができる。
手方向の変位を積極的に取り出すことができる。さら
に、この構成では、自由端部23aにおける固定板22
側の側面を圧電体面としているので、外部電極36,3
7は、振動子先端面、振動子基端面、及び、配線接続面
の3面に形成すればよい。このため、外部電極36,3
7を容易に形成することができ、製造の効率化が図れ、
記録ヘッド1を安価に製造することができる。
2から遠い側の圧電体31を固定板22側の圧電体31
よりも厚く形成することで、固定板22への接合に起因
して生じる曲げモーメントMAを打ち消す構成を例示し
たが、本発明はこの構成に限定されるものではなく種々
の変形が可能である。
定板22とは反対側に位置する外部電極36,37を内
部電極32,33よりも十分に厚く形成し、この外部電
極36,37によって、固定板22との接合に起因して
発生する曲げモーメントMAを打ち消すように構成して
も良い。以下、このように構成した他の実施形態につい
て説明する。
6における配線接続面(固定板接合面とは反対側の面に
相当)に形成された側面部36aと、共通外部電極37
における配線接続面上の側面部37aとを、内部電極3
2,33の厚さよりも厚く形成している。具体例を挙げ
ると、内部電極32,33の厚みを2μmとした場合に
おいて、側面部36a及び37aの厚みを10〜20μ
m程度にしている。このように、外部電極36,37
(詳しくは側面部36a及び37a)を内部電極32,
33よりも十分に厚く形成すると、これらの外部電極3
6,37は駆動振動子29の収縮には関与しないので、
収縮に対するブレーキとなる。このため、収縮時におい
て固定板22側に反る方向の曲げモーメントMBを駆動
振動子29に作用させることができ、上記の曲げモーメ
ントMAを打ち消すことができる。従って、この構成で
も、駆動振動子29のベンディングを抑制することがで
きる。なお、上記した数値はあくまで例示であって、側
面部36a及び37aの厚みは、曲げモーメントMAを
打ち消す程度の曲げモーメントMBを与え得るように設
定される。
36,37を駆動振動子29の収縮に対するブレーキと
することで曲げモーメントMBを発生させ、曲げモーメ
ントMAを打ち消す構成である。ここで、外部電極3
6,37がブレーキとして作用することに着目すれば、
これらの外部電極36,37の振動子長手方向の長さや
厚さを可変することで、曲げモーメントMBの大きさを
調整することができる。例えば、図3の実施形態のよう
に、自由端部23aにおける配線接続面側の側面全体を
個別外部電極36で覆い、自由端部23aにおける固定
板側の側面の一部を共通外部電極37で覆った構成で
は、自由端部23a側における共通外部電極37の形成
長さを可変することで、曲げモーメントMBの大きさを
調整することができる。これにより、曲げモーメントM
Bの大きさを微調整することができ、駆動振動子29の
ベンディングをより確実に抑制することができる。
では、内部電極32,33も外部電極36,37と同様
である。従って、特定の内部電極32,33を他の内部
電極32,33よりも厚く形成することでも上記と同様
の作用効果が得られる。例えば、圧電体積層方向の中心
線CLよりも固定板22から遠い側に位置する少なくと
も1層の内部電極32,33を、他の内部電極32,3
3よりも厚く形成したり、固定板22との接合面から圧
電体積層方向に向けて、固定板22から遠くなる程に内
部電極32,33の厚みを増加させたりすることによ
り、曲げモーメントMBを駆動振動子29に作用させる
ことができ、上記の曲げモーメントMAを打ち消すこと
ができる。
圧電体31に対して電界を印加するための電極であるた
め、その振動子長手方向の長さに応じて圧電体31にお
ける電界が印加される部分の長さが変化する。この点に
着目すれば、圧電体積層方向の中心線CLよりも固定板
22から遠い側に位置する少なくとも1層の内部電極3
2,33の長さを、他の内部電極32,33よりも短く
することにより、曲げモーメントMBを駆動振動子29
に作用させることができる。これは、この短い内部電極
32,33に対応する圧電体31については、電界が印
加される部分が他の圧電体31よりも短くなり、その分
縮み難くなるためである。従って、この構成でも上記の
曲げモーメントMAを打ち消すことができる。
て、上記した各実施形態と同様の作用効果を得ることも
できる。図7に示した実施形態は、圧電体31…の積層
方向における固定板22の接合面とは反対側の配線接続
面(つまり振動子側面)に、曲げモーメント調整部材4
0を添設したものである。この曲げモーメント調整部材
40は、駆動振動子29の収縮には関与しない部材であ
り、弾性を有する薄手の材料により構成される。この曲
げモーメント調整部材40としては、例えば、金属製の
弾性板、詳しくは、表面を電気的に絶縁処理したステン
レス鋼板等を採用することができ、配線接続面側の外部
電極36,37上に貼設して一体化する。この曲げモー
メント調整部材40は、配線接続面の全域に亘って貼設
しても良いし、その側面の自由端部23a側にのみ貼設
しても良い。なお、配線接続面の全域に貼設した場合に
は、曲げモーメント調整部材40と外部電極36,37
との間にフレキシブルケーブル24を挟み込む。
側面に曲げモーメント調整部材40を貼設すると、この
曲げモーメント調整部材40は駆動振動子29の収縮に
は関与しないので、収縮に対するブレーキとなる。この
ため、収縮時において固定板22側に反る方向の曲げモ
ーメントMBを駆動振動子29に作用させることがで
き、上記の曲げモーメントMAを打ち消すことができ
る。従って、この構成でも、駆動振動子29のベンディ
ングを抑制することができる。
の効果が得られる。即ち、圧電体積層方向の中心線より
も固定部材から遠い側に位置する少なくとも1層の圧電
体に印加される電界強度を、他の圧電体に印加される電
界強度よりも弱めたので、この圧電体については他の圧
電体よりも縮み難くなり、収縮時において圧電振動子に
は固定部材側に反る方向の曲げモーメントが作用し、固
定部材との接合に起因して生じる曲げモーメントを打ち
消す。その結果、圧電振動子のベンディングが抑制され
て、このベンディングに起因する圧力波が励起されるの
を防止することができ、インク滴の吐出時における安定
性を向上させることができる。
部材から遠い側に位置する少なくとも1層の圧電体を、
他の圧電体よりも厚く形成した場合には、厚みを増した
圧電体に印加される電界強度は他の圧電体に比べて相対
的に小さくなり、この圧電体については他の圧電体より
も縮み難くなる。この厚みを増した圧電体により、収縮
時において圧電振動子には固定部材側に反る方向の曲げ
モーメントが作用し、固定部材との接合に起因して生じ
る曲げモーメントが打ち消される。その結果、圧電振動
子のベンディングが抑制されて、このベンディングに起
因する圧力波が励起されるのを防止することができ、イ
ンク滴の吐出時における安定性を向上させることができ
る。
に向けて、圧電体に印加される電界強度が徐々に減少す
るように電圧を印加する構成とした場合には、圧電振動
子に対して、固定部材側の方が縮み易く、固定部材から
離隔するほど縮み難いという特性を付与できる。この特
性により、収縮時において圧電振動子には固定部材側に
反る方向の曲げモーメントが作用し、固定部材との接合
に起因して生じる曲げモーメントを打ち消す。その結
果、圧電振動子のベンディングが抑制されて、このベン
ディングに起因する圧力波が励起されるのを防止するこ
とができ、インク滴の吐出時における安定性を向上させ
ることができる。
に向けて、固定部材から遠くなる程に圧電体の厚みを増
加させた場合には、内部電極間に電圧を印加した際に、
固定部材に近い圧電体には比較的強い電界が印加され、
固定部材から圧電体積層方向に離隔する程に圧電体に印
加される電界強度が弱くなる。このため、圧電振動子に
対して、固定部材側の方が縮み易く、固定部材から離隔
するほど縮み難いという特性を付与できる。この特性に
より、収縮時において圧電振動子には固定部材側に反る
方向の曲げモーメントが作用し、固定部材との接合に起
因して生じる曲げモーメントを打ち消す。その結果、圧
電振動子のベンディングが抑制されて、このベンディン
グに起因する圧力波が励起されるのを防止することがで
き、インク滴の吐出時における安定性を向上させること
ができる。
する圧電体を、他の圧電体よりも厚く形成した場合に
は、固定部材への接合に起因して生じる曲げモーメント
を効率よく打ち消すことができる。
は反対側の外部電極を、内部電極よりも厚く形成した場
合には、この外部電極が圧電振動子の収縮に対するブレ
ーキとなり、収縮時において圧電振動子には固定部材側
に反る方向の曲げモーメントが作用する。この曲げモー
メントより、固定部材との接合に起因して生じる曲げモ
ーメントが打ち消される。その結果、圧電振動子のベン
ディングが抑制されて、このベンディングに起因する圧
力波が励起されるのを防止することができ、インク滴の
吐出時における安定性を向上させることができる。
部材から遠い側に位置する少なくとも1層の内部電極
を、他の内部電極よりも厚く形成した場合には、この厚
い内部電極が圧電振動子の収縮に対するブレーキとな
り、収縮時において圧電振動子に対して固定部材側に反
る方向の曲げモーメントを作用させることができる。そ
して、この曲げモーメントより、固定部材との接合に起
因して生じる曲げモーメントが打ち消される。その結
果、圧電振動子のベンディングが抑制されて、このベン
ディングに起因する圧力波が励起されるのを防止するこ
とができ、インク滴の吐出時における安定性を向上させ
ることができる。
に向けて、固定部材から遠くなる程に内部電極の厚みを
増加させた場合には、内部電極の厚さの差に起因して圧
電振動子に対し、固定部材から離隔するほど縮み難いと
いう特性を付与できる。これにより、収縮時において固
定部材側に反る方向の曲げモーメントを圧電振動子に作
用させることができ、固定部材との接合に起因して生じ
る曲げモーメントを打ち消すことができる。その結果、
圧電振動子のベンディングが抑制されて、このベンディ
ングに起因する圧力波が励起されるのを防止することが
でき、インク滴の吐出時における安定性を向上させるこ
とができる。
合面とは反対側の振動子側面に、曲げモーメント調整部
材を添設した場合には、この曲げモーメント調整部材は
圧電振動子の収縮には関与しないので、収縮に対するブ
レーキとなる。このため、収縮時において固定部材側に
反る方向の曲げモーメントを圧電振動子に作用させるこ
とができ、固定部材との接合に起因して生じる曲げモー
メントを打ち消すことができる。その結果、圧電振動子
のベンディングが抑制されて、このベンディングに起因
する圧力波が励起されるのを防止することができ、イン
ク滴の吐出時における安定性を向上させることができ
る。
ヘッドの要部を拡大して示した断面図である。
る。
る模式図である。
トの特徴を示す断面図である。
トの特徴を示す断面図である。
ユニットの特徴を示す断面図である。
る斜視図である。
グの様子を説明する模式図である。
る。
Claims (15)
- 【請求項1】 自由端部に活性領域が形成されるように
共通内部電極と個別内部電極との間に圧電体を挟んで交
互に積層するとともに、各内部電極にそれぞれ導通され
た外部電極を表面に形成した圧電振動子を複数備え、圧
電振動子の基端部の一側面を固定部材に接合し、この状
態で、自由端部を積層方向と直交する方向に変位可能に
構成した圧電振動子ユニットにおいて、 圧電体積層方向の中心線よりも固定部材から遠い側に位
置する少なくとも1層の圧電体に印加される電界強度
を、他の圧電体に印加される電界強度よりも弱めたこと
を特徴とする圧電振動子ユニット。 - 【請求項2】 自由端部に活性領域が形成されるように
共通内部電極と個別内部電極との間に圧電体を挟んで交
互に積層するとともに、各内部電極にそれぞれ導通され
た外部電極を表面に形成した圧電振動子を複数備え、圧
電振動子の基端部の一側面を固定部材に接合し、この状
態で、自由端部を積層方向と直交する方向に変位可能に
構成した圧電振動子ユニットにおいて、 圧電体積層方向の中心線よりも固定部材から遠い側に位
置する少なくとも1層の圧電体を、他の圧電体よりも厚
く形成したことを特徴とする圧電振動子ユニット。 - 【請求項3】 自由端部に活性領域が形成されるように
共通内部電極と個別内部電極との間に圧電体を挟んで交
互に積層するとともに、各内部電極にそれぞれ導通され
た外部電極を表面に形成した圧電振動子を複数備え、圧
電振動子の基端部の一側面を固定部材に接合し、この状
態で、自由端部を積層方向と直交する方向に変位可能に
構成した圧電振動子ユニットにおいて、 固定部材接合面から圧電体積層方向に向けて、圧電体に
印加される電界強度が徐々に減少するように電圧を印加
する構成としたことを特徴とする圧電振動子ユニット。 - 【請求項4】 自由端部に活性領域が形成されるように
共通内部電極と個別内部電極との間に圧電体を挟んで交
互に積層するとともに、各内部電極にそれぞれ導通され
た外部電極を表面に形成した圧電振動子を複数備え、圧
電振動子の基端部の一側面を固定部材に接合し、この状
態で、自由端部を積層方向と直交する方向に変位可能に
構成した圧電振動子ユニットにおいて、 固定部材接合面から圧電体積層方向に向けて、固定部材
から遠くなる程に圧電体の厚みを増加させたことを特徴
とする圧電振動子ユニット。 - 【請求項5】 固定部材から遠い側の最外層を構成する
圧電体を、他の圧電体よりも厚く形成したことを特徴と
する請求項2又は請求項4に記載の圧電振動子ユニッ
ト。 - 【請求項6】 自由端部に活性領域が形成されるように
共通内部電極と個別内部電極との間に圧電体を挟んで交
互に積層するとともに、各内部電極にそれぞれ導通され
た外部電極を表面に形成した圧電振動子を複数備え、圧
電振動子の基端部の一側面を固定部材に接合し、この状
態で、自由端部を積層方向と直交する方向に変位可能に
構成した圧電振動子ユニットにおいて、 圧電体積層方向における固定部材とは反対側の外部電極
を、内部電極よりも厚く形成したことを特徴とする圧電
振動子ユニット。 - 【請求項7】 自由端部に活性領域が形成されるように
共通内部電極と個別内部電極との間に圧電体を挟んで交
互に積層するとともに、各内部電極にそれぞれ導通され
た外部電極を表面に形成した圧電振動子を複数備え、圧
電振動子の基端部の一側面を固定部材に接合し、この状
態で、自由端部を積層方向と直交する方向に変位可能に
構成した圧電振動子ユニットにおいて、 圧電体積層方向の中心線よりも固定部材から遠い側に位
置する少なくとも1層の内部電極を、他の内部電極より
も厚く形成したことを特徴とする圧電振動子ユニット。 - 【請求項8】 自由端部に活性領域が形成されるように
共通内部電極と個別内部電極との間に圧電体を挟んで交
互に積層するとともに、各内部電極にそれぞれ導通され
た外部電極を表面に形成した圧電振動子を複数備え、圧
電振動子の基端部の一側面を固定部材に接合し、この状
態で、自由端部を積層方向と直交する方向に変位可能に
構成した圧電振動子ユニットにおいて、 固定部材接合面から圧電体積層方向に向けて、固定部材
から遠くなる程に内部電極の厚みを増加させたことを特
徴とする圧電振動子ユニット。 - 【請求項9】 自由端部に活性領域が形成されるように
共通内部電極と個別内部電極との間に圧電体を挟んで交
互に積層するとともに、各内部電極にそれぞれ導通され
た外部電極を表面に形成した圧電振動子を複数備え、圧
電振動子の基端部の一側面を固定部材に接合し、この状
態で、自由端部を積層方向と直交する方向に変位可能に
構成した圧電振動子ユニットにおいて、 圧電体積層方向の中心線よりも固定部材から遠い側に位
置する少なくとも1層の内部電極の長さを、他の内部電
極よりも短くしたことを特徴とする圧電振動子ユニッ
ト。 - 【請求項10】 自由端部に活性領域が形成されるよう
に共通内部電極と個別内部電極との間に圧電体を挟んで
交互に積層するとともに、各内部電極にそれぞれ導通さ
れた外部電極を表面に形成した圧電振動子を複数備え、
圧電振動子の基端部の一側面を固定部材に接合し、この
状態で、自由端部を積層方向と直交する方向に変位可能
に構成した圧電振動子ユニットにおいて、 圧電体積層方向における固定部材接合面とは反対側の振
動子側面に、曲げモーメント調整部材を添設したことを
特徴とする圧電振動子ユニット。 - 【請求項11】 前記自由端部における固定部材側の側
面を、外部電極を形成しない圧電体面としたことを特徴
とする請求項1から請求項10のいずれかに記載の圧電
振動子ユニット。 - 【請求項12】 自由端部に活性領域が形成されるよう
に共通内部電極と個別内部電極との間に圧電体を挟んで
交互に積層するとともに、各内部電極にそれぞれ導通さ
れた外部電極を表面に形成した圧電振動子を複数備え、
圧電振動子の基端部の一側面を固定部材に接合し、この
状態で、自由端部を積層方向と直交する方向に変位可能
に構成した圧電振動子ユニットにおいて、 前記自由端部の固定基板とは反対側の側面全体を外部電
極で覆うと共に、該自由端部の固定基板側の側面の一部
を外部電極で覆ったことを特徴とする圧電振動子ユニッ
ト。 - 【請求項13】 前記圧電振動子は、櫛歯状に歯割りさ
れた振動子群によって構成されていることを特徴とする
請求項1から請求項12のいずれかに記載の圧電振動子
ユニット。 - 【請求項14】 前記圧電振動子は、活性領域の圧電体
の作動時においても伸縮しない非作動部を備え、この非
作動部の一側面に固定部材を接合したことを特徴とする
請求項1から請求項13のいずれかに記載の圧電振動子
ユニット。 - 【請求項15】 請求項1から請求項14のいずれかに
記載の圧電振動子ユニットと、ノズル開口に連通した圧
力室の封止材の一部を構成する弾性板を備えた流路ユニ
ットとを具備し、 圧電振動子の先端面部を弾性板と接合させた状態で、圧
電振動子ユニットを取り付けたことを特徴とするインク
ジェット式記録ヘッド。
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