JPH08192513A

JPH08192513A - 圧電式インクジェットプリンタヘッド

Info

Publication number: JPH08192513A
Application number: JP7005883A
Authority: JP
Inventors: Akio Yano; 昭雄矢野; Akihiko Miyaki; 明彦宮木; Masahiro Ono; 正裕小野
Original assignee: Fujitsu Isotec Ltd; Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Isotec Ltd; Fujitsu Ltd
Priority date: 1995-01-18
Filing date: 1995-01-18
Publication date: 1996-07-30
Also published as: US6007189A; DE19531740A1; DE19531740C2

Abstract

(57)【要約】【目的】圧電式インクジェットプリンタヘッドに関
し、各ノズルから飛翔するインクの噴射量を均一に制御
することができ、且つ構造が簡単で、製造経費を低減し
たを提供することを目的とする。【構成】圧力室を規定する圧力室板と、該圧力室にイ
ンクを供給する手段と、該圧力室をノズルに連通する手
段と、変位部を規定する表面を有する圧電素子と、該圧
電素子の変位部が前記圧力室の少なくとも１つの壁面を
形成するように前記圧力室板と前記圧電素子の前記表面
とが接合されていることを特徴とする圧電式インクジェ
ットプリンタヘッドが提供される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は複写機、ファクシミリ、
コンピュータ、ワードプロセッサ等、或いはこれらの複
合機等の事務処理機器として使用される圧電式インクジ
ェットプリンタのヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェットプリンタとは、液体のイ
ンクを小滴、液柱、又は霧状にして空気中に飛翔させ、
記録紙上に文字、グラフ、画像等を印字する方式のプリ
ンタであるが、そのプリントヘッドとしては、ヒーター
で圧力室内に気泡（バブル）を発生させ、気泡の力によ
りノズルからインクを飛翔させるバブル方式と、圧力室
の底面に振動板を設け、この振動板を圧電アクチュエー
タで押圧することによりインクをノズルから飛翔させる
振動板方式の２種類が主流となっている。

【０００３】このような２つの方式のインクジェットプ
リンタのヘッドは、次のような問題点を有している。す
なわち、バブル方式では、インクの特性によりヘッドの
性能がほぼ決定され、印字速度及び印字品質には限界が
あり、今後の高速化、高画質化への対応が困難であると
いう問題点がある。また、振動板方式では、振動板の上
には圧力室とノズルが構成され、下には圧電アクチュエ
ータがあって、圧力室を狭持する構造であるため、その
構造が複雑であって組立が面倒であり、その結果コスト
高になるという問題点がある。

【０００４】振動板方式のインクジェットプリンタヘッ
ドにおける上述のような問題点を解消するため、圧力室
の内壁の一部を圧電素子の電極部自体で構成し、圧電素
子の変位でもって直接圧力室を圧縮して、圧力室内のイ
ンクをノズルから飛翔させる方式のものが知られてい
る。この種の方式のインクジェットプリンタヘッドの従
来技術として、次のようなものが提案されている。

【０００５】特開平４−６４４４８号公報では、圧電体
に幾つかのスリットを設け、これらのスリット間に形成
される凸部をアクチュエータとし、これらの凸部に対応
して平行流路が設けられ、前記平行流路に対して垂直な
方向に厚み変位を生じさせることで、前記平行流路の一
端に連通する共通液室内のインクを平行流路の他端部に
配設したノズルより液滴として噴射させるインクジェッ
ト記録装置において、前記圧電体は、電極が形成されず
厚み変位しない不活性部と、電極が形成されて厚み変位
する活性部とを有し、該活性部が前記平行流路に包含さ
れる位置に配設されていることを特徴とするインクジェ
ットヘッドが開示されている。また、スリットには充填
材が詰められている。

【０００６】特開平３−２７２８５５号公報では、ベー
ス基板上に、コモン電極と、その上に圧電材を挟んでロ
ーカル電極とが対をなすように形成され、これらの電極
間に圧電材の厚み方向の固有振動数で電圧が印加され
て、効率良くインクが押し出されるように構成されてい
るインクジェットヘッドが開示されている。圧力室はノ
ズル毎に隔離されておらず、全ノズルについて共通の圧
力室で構成されている。

【０００７】特開平６−１８８４７５号公報では、圧電
材と電極材（コモン電極及びローカル電極）とが交互に
積層されてなる積層圧電素子が開示されており、電極材
の積層方向に対して選択的な電界を発生できる形状に形
成されている。また、このような積層圧電素子に電圧を
印加することにより、圧力室に圧力を発生させて、イン
クをノズルから飛翔させるようにしている。

【０００８】特開平４−３４１８５３号公報では、複数
個に分割された内部電極を有し、電圧印加に伴い個別に
局所変形を生ずる局所変形部を備えた一体の積層圧電素
子を用いた圧電式インクジェットプリンタヘッドにおい
て、局所変形積層圧電素子の積層される圧電材料の一層
の厚みを４０μｍ〜１５０μｍの範囲としている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】特開平４−６４４４８
号公報では、圧電体に設けた複数のスリットでアクチュ
エータ部を個々に分離しているため、圧電体の構造が複
雑となり、製造経費も嵩むこことなる。特開平３−２７
２８５５号公報では、圧力室はノズル毎に隔離されてお
らず、複数のノズルにわたって共通であるため、圧力室
の構造を簡単なものとすることができる反面、個々のノ
ズルから飛翔するインク噴射量を均一に制御することが
難しくなり、印字の品質に影響するという問題がある。
また、インクの飛翔する方向が圧電材の変位の方向に限
定され、インクの飛翔する方向を圧電材の変位の方向と
直交する、いわゆるエッジシュート型とするのは困難で
ある。

【００１０】特開平６−１８８４７５号公報では、積層
圧電素子を用いて圧力室に圧力を発生させているが、圧
電素子をベース基板に設けた凹部に埋め込んだ構造であ
るため、圧電素子自体が圧力室の壁部を直接形成するの
ではなく、したがって圧力室のインクに対しては膜を介
して間接的に圧力を及ぼすのみであり、圧電素子の変位
に対して圧力室に加わる圧力の程度を大きくすることが
できないという問題がある。

【００１１】そこで、本発明は、各ノズルから飛翔する
インクの噴射量を均一に制御することができ、且つ構造
が簡単で、製造経費を低減した圧電式インクジェットプ
リンタヘッドを提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１によれば、圧力
室を規定する圧力室板と、該圧力室にインクを供給する
手段と、該圧力室をノズルに連通する手段と、変位部を
規定する表面を有する圧電素子と、該圧電素子の変位部
が前記圧力室の少なくとも１つの壁面を形成するように
前記圧力室板と前記圧電素子の前記表面とが接合されて
いることを特徴とする圧電式インクジェットプリンタヘ
ッドが提供される。

【００１３】請求項２によれば、前記圧力室板は複数の
前記圧力室を有し、前記圧電素子は圧電材を挟んで共通
電極と複数の個別電極とを対向的に配置して形成され、
前記共通電極と個別電極との交差部でもって前記各圧力
室に対応する複数の前記変位部が規定されることを特徴
とする請求項１に記載のプリンタヘッドが提供される。

【００１４】請求項３によれば、前記圧電素子は圧電材
を挟んで共通電極と複数の個別電極とが交互に積層され
たものであり、各層の個別電極は前記圧力室に対応する
位置に形成され且つそれぞれ電気的に接続されているこ
とを特徴とする請求項２に記載のプリンタヘッドが提供
される。請求項４によれば、前記圧電素子は、圧電材の
中に埋め込まれた共通電極と、該圧電素子の一方の面上
に共通電極と対向的に形成された複数の個別電極と、圧
電素子の他方の面上に形成された金属板とから成ること
を特徴とする請求項２に記載のプリンタヘッドが提供さ
れる。

【００１５】請求項５によれば、両面に開口した圧力室
を規定する圧力室板と、該圧力室にインクを供給する手
段と、該圧力室をノズルに連通する手段と、変位部を規
定する表面を有する２つの圧電素子と、該２つの圧電素
子の各変位部が前記圧力室の対抗する２つの壁面をそれ
ぞれ形成するように前記圧力室板の両面に前記２つの圧
電素子の前記表面を対向して接合したことを特徴とする
圧電式インクジェットプリンタヘッドが提供される。

【００１６】請求項６によれば、前記圧力室板は複数の
前記圧力室を有し、前記２つの圧電素子の各々は、圧電
材を挟んで共通電極と複数の個別電極とを対向的に配置
して形成され、前記共通電極と個別電極との交差部でも
って前記各圧力室の対抗する２つの壁面に対応する複数
の前記変位部が規定されることを特徴とする請求項５に
記載のプリンタヘッドが提供される。

【００１７】請求項７によれば、前記２つの圧電素子の
少なくとも一方は、圧電材を挟んで共通電極と複数の個
別電極とが交互に積層されたものであり、各層の個別電
極は前記圧力室に対応する位置に形成され且つそれぞれ
電気的に接続されていることを特徴とする請求項６に記
載のプリンタヘッドが提供される。請求項８によれば、
前記２つの圧電素子の少なくとも一方は、圧電材の中に
埋め込まれた共通電極と、該圧電素子の一方の面上に共
通電極と対向的に形成された複数の個別電極と、圧電素
子の他方の面上に形成された金属板とから成ることを特
徴とする請求項６に記載のプリンタヘッドが提供され
る。

【００１８】請求項９によれば、前記２つの圧電素子に
駆動電圧を印加するにあたって、駆動パルスのタイミン
グをずらせる電圧印加手段を具備することを特徴とする
請求項５〜８のいずれか１項に記載のプリンタヘッドが
提供される。請求項１０によれば、前記圧電素子に駆動
電圧を印加するにあたって、少なくとも１回の電圧保持
区間を設定する電圧印加手段を具備することを特徴とす
る請求項１〜９のいずれか１項に記載のプリンタヘッド
が提供される。

【００１９】請求項１１によれば、前記圧電素子の圧電
材として、ＰＮＮ系〔Ｐｂ（Ｎｉ_1/ ₃Ｎｂ_2/3）Ｏ₃−
ＰｂＴｉＯ₃〕、ＰＭＮ系〔Ｐｂ（Ｍｇ_1/3Ｎｂ_2/3）
Ｏ₃−ＰｂＴｉＯ₃〕、ＰＺＮ系〔Ｐｂ（Ｚｎ_1/3Ｎｂ
_2/3）Ｏ₃−ＰｂＴｉＯ₃〕、又はＰＺＴ系〔ＰｂＴｉ
Ｏ₃−ＰｂＺｒＯ₃〕の材料を使用することを特徴とす
る請求項１〜１０のいずれか１項に記載のプリンタヘッ
ドが提供される。

【００２０】請求項１２によると、前記圧電素子におけ
る共通電極と個別電極との間隔をｔ、個別電極の幅を
ｗ、隣接する個別電極相互間の間隔をｓとすると、ｔ／
ｗ≧０．１５及びｓ／ｗ≧０．５の条件を満たすよう
に、共通電極及び各個別電極が設定されていることを特
徴とする請求項２〜４及び６〜８のいずれか１項に記載
のプリンタヘッドが提供される。

【００２１】

【作用】請求項１によれば、圧電素子に電圧を印加する
ことにより、圧電素子の変位部が変位して圧力室内のイ
ンクを押圧する。これにより、圧力室内のインクがノズ
ルより飛翔される。請求項２又は３によれば、共通電極
と個別電極との交差部でもって圧電素子の変位部が形成
され、この変位部が圧力室の壁部を形成する。

【００２２】請求項４によれば、共通電極と個別電極と
の交差部でもって圧電素子の変位部が形成されるが、圧
電素子の他方の面上に金属板が形成されていることか
ら、圧電素子の変位は一方の面の変位部でのみ有効に作
用する。請求項５によれば、圧力室の両面から変位部が
作用するので、圧電素子の変位を有効に圧力室に作用さ
せることができる。

【００２３】請求項６又は７によれば、各圧電素子にお
いて、共通電極と個別電極との交差部でもって圧電素子
の変位部が形成され、この変位部が圧力室の壁部を形成
する。請求項８によれば、共通電極と個別電極との交差
部でもって圧電素子の変位部が形成されるが、圧電素子
の他方の面上に金属板が形成されていることから、圧電
素子の変位は一方の面の変位部でのみ有効に作用する。

【００２４】請求項９によれば、２つの圧電素子に駆動
電圧を印加するにあたって、駆動パルスのタイミングを
ずらせるので、２つの圧電素子の変位を円滑に圧力室に
伝えることができる。請求項１０によれば、前記圧電素
子に駆動電圧を印加するにあたって、少なくとも１回の
電圧保持区間を設定しているので、圧電素子の変位部の
作用が円滑となる。

【００２５】請求項１１によれば、圧電素子の圧電材と
して、ＰＮＮ系、ＰＭＮ系、ＰＺＮ系、又はＰＺＴ系の
材料を使用することにより、適正な変位部を有する圧電
素子を形成することができる。請求項１２によると、前
記圧電素子における共通電極と個別電極との間隔
（ｔ）、個別電極の幅（ｗ）、隣接する個別電極相互間
の間隔（ｓ）を適正に選定することにより、圧電材料を
有効に変位させることができる。

【００２６】

【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の実施例に
ついて詳細に説明する。図１及び図２は本発明の概要を
示す斜視図である。図１において、圧電素子１０、圧力
室板２０、ノズル板３０から成る。圧電素子１０は、セ
ラミック等の絶縁基板１１ｂの表面上に、比較的広い面
積の平面状のコモン（共通）電極１２を形成し、その上
にＰＮＮ系等の圧電材料からなる圧電材料層１１ａを積
層し、この圧電材料層１１ａの表面上に、このコモン電
極１２との間で所定間隔を隔てて平行に配置された帯状
の個別電極１３を形成して製作される。具体的には、絶
縁基板１１ｂとなる焼成前のグリーンシート状の厚膜シ
ート上に、コモン電極１２となる導電ペースト状の電極
層をスクリーン印刷等で積層し、その上に圧電材料層１
１ａとなる圧電ペースト状の圧電層を同様に印刷積層
し、さらに個別電極１３となる導電ペースト状の電極層
を同様に印刷積層した後、所定温度で焼成することで製
作される。また圧電材料層１１ａはペーストではなく、
シート状の圧電フィルムを用いて積層しても良い。圧力
室板２０には、この圧力室板２０の一方の面に開放され
た圧力室２１と、この圧力室２１へインクを供給する圧
力室板２０の一方の側部に形成されたインク供給路２２
と、圧力室２１からのインクを導く圧力室板２０の他方
の面に開口したインク導通路２３が設けてある。また、
ノズル板３０にはインクを噴射するノズル３１が形成さ
れている。

【００２７】そして、圧電素子１０のコモン電極１２と
個別電極１３との交差している圧電材料層１１ａの部分
（即ち、変位部）に圧力室２１が合致するように、圧電
素子１０と圧力室板２０が結合され、且つ圧力室板２０
のインク導通路２３とノズル３１の中心が合致するよう
に、圧力室板２０とノズル板３０とが結合される。イン
ク供給路２２より圧力室２１に気泡が混入しないように
インクが充填される。この状態で、コモン電極１２と個
別電極１３との間に後述するように電圧をかけると、コ
モン電極１２と個別電極１３とが交差している部分（変
位部）だけが後述のように変位し、圧力室２１内のイン
クを圧力が加わり、インク導通路２３を介してノズル３
１よりインクが飛翔する。

【００２８】また、図２においては、２枚の圧電素子１
０，４０と、ノズル５３を有する圧力室板５０から成
る。圧電素子４０は、圧電素子１０と同様に、セラミッ
ク等の絶縁基板４１ｂ上にコモン電極４２、圧電材料層
４１ａ、個別電極４３を積層形成したものであるが、両
圧電素子１０，４０は、圧力室板５０を挟むように向き
合っている。圧力室板５０の圧力室５１はこの圧力室板
５０の両面に開放されている。インク供給路５２は圧力
室板５０の側部の一方の側に、ノズル５３は圧力室板５
０の側部の他方の側にそれぞれ設けてある。そして、圧
電素子１０，４０のコモン電極１２，５２と個別電極１
３，５３との交差している部分（即ち、変位部）が圧力
室５１の両面にそれぞれ合致するように、圧電素子１
０，４０と圧力室板５０とが結合される。インク供給路
５２より圧力室５１に気泡が混入しないようにインクが
充填され、この状態で、コモン電極１２，４２と個別電
極１３，４３との間に後述のように電圧をかけると、両
者の交差している部分（変位部）だけが後述のように変
位し、圧力室５１内のインクに上下両面から圧力が加わ
り、ノズル５３より圧電材料の変位の方向と直交する方
向にインクが飛翔する。

【００２９】図３は図１に対応する本発明の実施例を示
し、共通する部分は共通の符号を付して説明する。図３
において、圧電素子１０、圧力室板２０、ノズル板３０
から成る。圧電素子１０は、上述のように絶縁基板１１
ｂの表面上に比較的広い面積の平面状のコモン電極１２
を、その上に圧電材料層１１ａ、さらにその上に複数の
個別電極１３を積層して形成すると共に、このコモン電
極１２と個別電極１３は圧電材料層１１ａを介して互い
に所定間隔で平行に隔てた配置となっている。圧力室板
２０には、この圧力室板２０の一方の面に開放された複
数の圧力室２１が各個別電極１３に対応するように配置
・形成され、且つ各圧力室２１へインクを供給するイン
ク供給路２２が圧力室板２０の側部に、各圧力室２１か
らのインクを導く各インク導通路２３が圧力室板２０の
他方の面に開口して設けられる。ノズル板３０にはイン
クを噴射するノズル３１が圧力室板２０のインク導通路
２３に対応して複数形成されている。

【００３０】圧電素子１０の各コモン電極１２と個別電
極１３との交差している圧電材料層１１ａの部分に各圧
力室２１が合致するように、圧電素子１０と圧力室板２
０が結合され、且つ各圧力室板２０のインク導通路２３
と各ノズル３１の中心が合致するように、圧力室板２０
とノズル板３０とが結合される。インク供給路２２より
圧力室２１に気泡が混入しないようにインクが充填さ
れ、この状態で、コモン電極１２と特定の個別電極１３
との間に電圧をかけると、コモン電極１２と当該個別電
極１３とが交差している部分（変位部１４）だけが変位
し、当該圧力室２１内のインクに圧力が加わり、インク
導通路２３を介して当該ノズル３１よりインクが飛翔す
る。

【００３１】図４は圧電素子１０を多層に形成した点を
除き、図３の実施例と同じである。圧電素子１０は、セ
ラミック等からなる絶縁基板１１ｂの表面上に比較的広
い面積の平面状のコモン電極１２を、その上に圧電材料
層１１ａと個別電極１３を順次積層し、さらにその個別
電極１３上に圧電材料層１１ａと個別電極を順次積層
し、これを複数回順次積層した上で、一括して焼成する
ことで製作されている。このように、コモン電極１２を
厚さ方向に所定間隔をおいて複数層形成すると共に、各
圧電材料層の間に、互いに所定間隔で平行に隔てた複数
の個別電極１３を配置している。インク供給路２２より
圧力室２１に気泡が混入しないようにインクが充填さ
れ、この状態で、コモン電極１２と個別電極１３との間
に電圧をかけると、コモン電極１２と個別電極１３とが
交差している部分（変位部１４）だけが変位し、当該圧
力室２１内のインクに圧力が加わり、インク導通路２３
を介して当該ノズル３１よりインクが飛翔する。この場
合、複数の層の変位が集積されて圧力室２１へ圧力が加
えられることとなる。

【００３２】図５は図３の実施例の変形例である。絶縁
基板１１ｂ−コモン電極１２−圧電材料層１１ａ−個別
電極１３を積層した圧電素子１０は（絶縁基板１１ｂと
圧電材料層１１ａを一体的に図示する）、圧力室板２０
と対向する側に個別電極１３を複数形成すると共に、そ
の反対側の面には金属プレート１５を張り付けてある。
他の点は図３の実施例と同様であるが、この実施例で
は、コモン電極１２と個別電極１３との間に電圧をかけ
ると、コモン電極１２と個別電極１３とが交差している
圧電材料層１１ａの領域（変位部１４）だけが変位し、
圧力室２１内のインクに圧力が加わり、当該ノズル３１
よりインクが飛翔する。この場合において、個別電極１
３が形成されている面とは反対側の面に金属プレート１
５があるため、圧電材料層１１ａが変位した際の絶縁基
板１１ｂの変位を強固に抑制し、金属プレート１５側の
圧電素子の変位を小さくし、その反面、圧力室側の圧電
素子１０の変位をより大きくすることができ、インクに
加わる圧力をより大きくすることができる。

【００３３】図６に示す実施例は、図３の実施例に対し
て圧電素子を上下２枚で構成するものであって、２枚の
圧電素子１０，４０と、ノズルを有する圧力室板５０か
ら成る。圧電素子４０（絶縁基板１１ｂと圧電材料層１
１ａを一体的に図示する）は、図３における圧電素子１
０と同様に、絶縁基板４１ｂ−コモン電極１２−圧電材
料層１１ａ−複数の個別電極４３を積層形成したもので
あるが、両圧電素子１０，４０は、圧力室板５０を挟む
ように向き合っている。圧力室板５０の複数の圧力室５
１はこの圧力室板５０の両面に開放されている。インク
供給路５２は各圧力室板５０の側部の一方の側に、各ノ
ズル５３は圧力室板５０の側部の他方の側にそれぞれ設
けてある。そして、圧電素子１０，４０のコモン電極１
２，５２と個別電極１３，５３との交差している圧電材
料部分（即ち、変位部１４，４４）に圧力室５１が両面
からそれぞれ合致するように、圧電素子１０，４０と圧
力室板５０が結合される。インク供給路５２より圧力室
５１に気泡が混入しないようにインクが充填され、この
状態で、コモン電極１２，４２と個別電極１３，４３と
の間に電圧をかけると、両者の交差している部分（変位
部１４，４４）だけが変位し、各圧力室５１内のインク
に上下両面から圧力が加わり、ノズル５３よりインクが
圧電材料の変位の方向と直交する方向に飛翔する。

【００３４】図７に示す実施例は、図４の実施例に対し
て圧電素子を上下２枚で構成するものであって、２枚の
圧電素子１０，４０と、ノズルを有する圧力室板５０か
ら成る。圧電素子１０，４０は、図４における圧電素子
１０と同様に形成され、そして、両圧電素子１０，４０
は、圧力室板５０を挟むように向き合って配置されてい
る。圧力室板５０の複数の圧力室５１はこの圧力室板５
０の両面に開放されている。インク供給路５２は各圧力
室板５０の側部の一方の側に、各ノズル５３は圧力室板
５０の側部の他方の側にそれぞれ設けてある。そして、
圧電素子１０，４０のコモン電極１２，５２と個別電極
１３，５３との交差している圧電材料層の部分（即ち、
変位部１４，４４）に圧力室５１が両面からそれぞれ合
致するように、圧電素子１０，４０と圧力室板５０が結
合される。インク供給路５２より圧力室５１に気泡が混
入しないようにインクが充填され、この状態で、コモン
電極１２，４２と個別電極１３，４３との間に電圧をか
けると、両者の交差している部分（変位部１４，４４）
だけが変位し、各圧力室５１内のインクに上下両面から
圧力が加わり、ノズル５３よりインクが飛翔する。

【００３５】図８に示す実施例は、図５の実施例に対し
て圧電素子を上下２枚で構成するものであって、２枚の
圧電素子１０，４０と、ノズルを有する圧力室板５０か
ら成る。圧電素子１０，４０は、図５における圧電素子
１０と同様に形成され、その反対側の面に金属プレート
１５を張り付ける。そして、両圧電素子１０，４０は、
圧力室板５０を挟むように向き合っている配置されてい
る。圧力室板５０の複数の圧力室５１はこの圧力室板５
０の両面に開放されている。インク供給路５２は各圧力
室板５０の側部の一方の側に、各ノズル５３は圧力室板
５０の側部の他方の側にそれぞれ設けてある。そして、
圧電素子１０，４０のコモン電極１２，５２と個別電極
１３，５３との交差している圧電材料層の部分に圧力室
５１が両面からそれぞれ合致するように、圧電素子１
０，４０と圧力室板５０が結合される。インク供給路５
２より圧力室５１に気泡が混入しないようにインクが充
填され、この状態で、コモン電極１２，４２と個別電極
１３，４３との間に電圧をかけると、両者の交差してい
る部分（変位部１４，４４）だけが変位し、各圧力室５
１内のインクに上下両面から圧力が加わり、ノズル５３
よりインクが飛翔する。

【００３６】図９に示す実施例は、図５の実施例の変形
例である。圧電素子１０に、圧力室板２０と対向する側
に個別電極１３を複数形成すると共に、その反対側の面
に金属プレート１５を張り付ける。いずれの電極も形成
されていない部位に、インク導入路１６が貫通して設け
られる。圧力室板２０には、この圧力室板２０の一方の
面に開放された複数の圧力室２１が各個別電極１３に対
応するように配置・形成され、更にこれらの各圧力室２
１がインク供給路２２を介して連通される共通のインク
室２４が圧力室板２０の両面に開放されるように形成さ
れている。

【００３７】圧電素子１０のコモン電極１２と各個別電
極１３との交差している圧電材料層の部分（変位部１
４）に各圧力室２１が合致するように、圧電素子１０と
圧力室板２０が結合され、且つ圧力室板２０のインク導
通路２３と各ノズル３１の中心が合致するように、圧力
室板２０とノズル板３０とが結合される。これにより、
圧力室板２０のインク室２４は圧電素子１０とノズル板
３０との間で上板面が液密に閉じられると共に、インク
導入路１６に連通される。インク導入路１６の反対側に
はインク供給部材６１が接続される。

【００３８】インク室２４にはインク供給部材６１及び
インク導入路１６を介して常時インクが供給されてい
る。そこから更にインク供給路２２を介して所定の圧力
室２１に気泡が混入しないようにインクが充填され、こ
の状態で、コモン電極１２と特定の個別電極１３との間
に電圧をかけると、コモン電極１２と当該個別電極１３
とが交差している圧電材料層の部分（変位部１１）だけ
が変位し、当該圧力室２１内のインクに圧力が加わり、
インク導通路２３を介して当該ノズル３１よりインクが
飛翔する。

【００３９】図１０に示す実施例は、図９の実施例に対
して圧電素子を上下２枚で構成するものであって、２枚
の圧電素子１０，４０と、ノズルを有する圧力室板５０
から成る。圧電素子１０，４０は、図９における圧電素
子１０と同様に、複数形成すると共に、その反対側の面
に金属プレート１５を張り付ける。圧電素子４０のいず
れの電極も形成されていない部位に、インク導入路４６
が貫通して設けられる。

【００４０】圧力室板５０には、この圧力室板５０の両
面に開放された複数の圧力室５１が各個別電極に対応す
るように配置・形成され、更にこれらの各圧力室５１が
インク供給路５２を介して連通される共通のインク室５
４が圧力室板５０の両面に開放されるように形成されて
いる。圧電素子１０，４０のコモン電極１２，５２と個
別電極１３，５３との交差している圧電材料層の部分
（変位部１４、４４）に各圧力室５１が両面からそれぞ
れ合致するように、両圧電素子１０，４０は、圧力室板
５０を挟むように向き合っている配置されている。

【００４１】インク室５４にはインク供給部材６２及び
インク導入路４６を介して常時インクが供給されてい
る。そこから更にインク供給路５２を介して圧力室５１
に気泡が混入しないようにインクが充填され、この状態
で、コモン電極１２と特定の個別電極１３との間に電圧
をかけると、コモン電極１２と当該個別電極１３とが交
差している圧電材料層の部分（変位部１１）だけが変位
し、当該圧力室２１内のインクに圧力が加わり、インク
導通路２３を介して当該ノズル３１よりインクが飛翔す
る。

【００４２】図１１は上記各実施例において、インクジ
ェットヘッドの駆動波形を示すものである。コモン電極
と個別電極との間に電圧を加え、インクをノズルからち
飛翔させる場合において、電圧立ち上げ時に、一旦電圧
を降下させた後、急激に電圧を上昇させ、上昇の途中に
て短時間の電圧保持区間を設ける。これにより、インク
にかかる好ましくない振動を抑制してインクの粒子化な
いし霧化を促進し、飛翔後のダンピングを抑えることに
より、周波数特性を向上し、安定したインクジェット作
用を行わせる。

【００４３】図１２（ａ），（ｂ）は、圧力室板の両面
に圧電素子を対向して配置した実施例（図２、図６、図
７、図８及び図１０の各実施例）における、インクジェ
ットヘッドの駆動波形を示すものである。一方の側の圧
電素子におけるコモン電極と個別電極との間に電圧波形
Ｖ₁と、他方の側の圧電素子における対応する電極間の
電圧波形Ｖ₂とのタイミングを任意時間ずらすことによ
り、インクのインクの粒子化ないし霧化を促進し、イン
クの飛翔を安定させ、飛翔後のダンピングを抑え、周波
数特性を向上させる。なお、Ｖ₁及びＶ₂の各波形にお
いて、図１１と同様な電圧保持区間を設け、上記のよう
な作用を一層促進させるようにしてもよい。なお、図１
２（ａ）の場合は電圧の下降時及び上昇時共にタイミン
グをずらせているが、図１２（ｂ）の場合は電圧の下降
時はタイミングを一致させ、電圧の上昇時のみタイミン
グをずらせている。

【００４４】図１３は圧電素子１０のコモン電極１２と
個別電極１３との間に電圧を印加した時の変位部１４の
状態を誇張して模式的に示すものである。即ち、比較的
幅が広く縦方向に延存する１つの内部電極ないしコモン
電極１２と、圧電材料１１の表面に形成され、且つコモ
ン電極１２との間で圧電材料１１を所定の間隔をおいて
挟むように配置された、幅の細い横方向に延存する複数
の（ただし、１個のみ図示する）個別電極１３との間に
電圧を、図１１で説明したように、印加すると、これら
の電極の交差する圧電材料層の部分、即ち変位部１４で
は個別電極１３の側が図示のように上方へ盛り上がる。
特に、変位部１４における両端側の変位が大きい。この
ような、変位部１４における盛り上がりにより、前述の
ように、圧力室に圧力が加えられるのである。なお、圧
電材料としては、前述のように、ＰＮＮ系、ＰＭＮ系、
ＰＺＮ系、ＰＺＴ系その他のものを使用することができ
る。また、電極としては、金、銀、銀パラジューム等の
導電ペーストが適当である。また、圧力室２１，５１の
隔壁を形成する圧力室板２０，５０は、ポリイミド、窒
化ポリエチレン（ＰＥＮ）、ポリサルホン等の樹脂で適
当であるが、ステンレス、アルミニウム等の金属、或い
はセラミック等の材料であってもよい。

【００４５】図１４（ａ）及び（ｂ）は、コモン電極と
個別電極との間の圧電材料層の厚さ（ｔ）と、個別電極
の幅（ｗ）と、個別電極相互の間隔（ｓ）との関係を示
すものである。まず、図１４（ｂ）に示すように、ｔは
電圧がかけられていない時のコモン電極と個別電極との
間の圧電材料を介した間隔、ｗは帯状の個別電極の幅、
ｓは隣接する個別電極相互の間隔であり、ｗ＋ｓが個別
電極の配列ピッチである。図１４（ａ）において、横軸
はｓ／ｗであり、縦軸は圧電材料の厚さ（ｔ）方向にお
ける両電極間の変位を、電極間の最大変位／電極最大変
位（電極間をゼロとしたときの変位）で表している。

【００４６】インク粒子の速度或いは体積のバラツキを
実用レベルに抑えるために、電極間の最大変位を電極最
大変位の±１５％以下（即ち、図示の斜線の部分）に抑
えたい。ｔ／ｗ＜０．１５とすると、ｓ／ｗが大きくな
った時、図示（斜線部分から外れた部分）のように、変
位が負方向に過大になり離れた個別電極（例えば、２個
隣の電極）を駆動すると、個別電極間に挟まれた圧電材
料の部分が不安定となり、使用不可となる。したがっ
て、ｔ／ｗ≧０．１５である必要がある。更に、ｓ／ｗ
＜０．５では、電極間変位が過大となり、使用不可とな
る。以上のことから、ｔ／ｗ≧０．１５であり且つｓ／
ｗ≧０．５である必要がある。なお、上述のどの材料の
圧電素子を使用しても変位は相似形であり、図１４
（ａ）に示したｔ，ｗ，ｓの関係は変わらない。

【００４７】以上、添付図面を参照して本発明の実施例
について詳細に説明したが、本発明は上記の実施例に限
定されるものではなく、本発明の精神ないし範囲内にお
いて種々の形態、変形、修正等が可能であることに留意
すべきである。

【００４８】

【発明の効果】以上に説明したような、本発明によれ
ば、各ノズルから飛翔されるインクの噴射量が均一で、
かつ構造が簡単で製造容易な圧電式インクジェットプリ
ンタヘッドが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェットヘッドの概要を示す斜
視図である。

【図２】２枚の圧電素子を有する本発明のインクジェッ
トヘッドの概要を示す斜視図である。

【図３】本発明のインクジェットヘッドの一実施例を示
す斜視図である。

【図４】本発明のインクジェットヘッドの他の実施例を
示す斜視図である。

【図５】本発明のインクジェットヘッドの更に他の実施
例を示す斜視図である。

【図６】２枚の圧電素子を有する図３のインクジェット
ヘッドに対応する実施例を示す斜視図である。

【図７】２枚の圧電素子を有する図４のインクジェット
ヘッドに対応する実施例を示す斜視図である。

【図８】２枚の圧電素子を有する図５のインクジェット
ヘッドに対応する実施例を示す斜視図である。

【図９】図５のインクジェットヘッドの変形実施例の斜
視図である。

【図１０】２枚の圧電素子を有する図９のインクジェッ
トヘッドに対応する実施例を示す斜視図である。

【図１１】インクジェットヘッドの駆動波形を示す図で
ある。

【図１２】（ａ），（ｂ）は２枚の圧電素子を有するイ
ンクジェットヘッドの駆動波形を示す図である。

【図１３】圧電素子の個別電極とコモン電極とが交差す
る変位部における電圧印加時の状態を示す。

【図１４】（ａ），（ｂ）は個別電極とコモン電極との
間隔（ｔ）、個別電極の幅（ｗ）、及び個別電極相互の
間隔（ｓ）の関係を説明する図である。

【符号の説明】

１０，４０…圧電素子１１ａ，４１ａ…圧電材料層１１ｂ，４１ｂ…絶縁基板１２，４２…コモン電極１３，４３…個別電極１４，４４…変位部１５，４５…金属プレート１６，４６…インク導入孔２０，５０…圧力室板２１，５１…圧力室２２，５２…インク供給路２３，５３…インク導通路３０…ノズル板３１…ノズル６１，６２…インク供給部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者宮木明彦東京都稲城市大字大丸1405番地富士通アイソテック株式会社内 (72)発明者小野正裕東京都稲城市大字大丸1405番地富士通アイソテック株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧力室を規定する圧力室板と、該圧力室
にインクを供給する手段と、該圧力室をノズルに連通す
る手段と、変位部を規定する表面を有する圧電素子と、
該圧電素子の変位部が前記圧力室の少なくとも１つの壁
面を形成するように前記圧力室板と前記圧電素子の前記
表面とが接合されていることを特徴とする圧電式インク
ジェットプリンタヘッド。
【請求項２】前記圧力室板は複数の前記圧力室を有
し、前記圧電素子は圧電材を挟んで共通電極と複数の個
別電極とを対向的に配置して形成され、前記共通電極と
個別電極との交差部でもって前記各圧力室に対応する複
数の前記変位部が規定されることを特徴とする請求項１
に記載のプリンタヘッド。
【請求項３】前記圧電素子は圧電材を挟んで共通電極
と複数の個別電極とが交互に積層されたものであり、各
層の個別電極は前記圧力室に対応する位置に形成され且
つそれぞれ電気的に接続されていることを特徴とする請
求項２に記載のプリンタヘッド。
【請求項４】前記圧電素子は、圧電材の中に埋め込ま
れた共通電極と、該圧電素子の一方の面上に共通電極と
対向的に形成された複数の個別電極と、圧電素子の他方
の面上に形成された金属板とから成ることを特徴とする
請求項２に記載のプリンタヘッド。
【請求項５】両面に開口した圧力室を規定する圧力室
板と、該圧力室にインクを供給する手段と、該圧力室を
ノズルに連通する手段と、変位部を規定する表面を有す
る２つの圧電素子と、該２つの圧電素子の各変位部が前
記圧力室の対抗する２つの壁面をそれぞれ形成するよう
に前記圧力室板の両面に前記２つの圧電素子の前記表面
を対向して接合したことを特徴とする圧電式インクジェ
ットプリンタヘッド。
【請求項６】前記圧力室板は複数の前記圧力室を有
し、前記２つの圧電素子の各々は、圧電材を挟んで共通
電極と複数の個別電極とを対向的に配置して形成され、
前記共通電極と個別電極との交差部でもって前記各圧力
室の対抗する２つの壁面に対応する複数の前記変位部が
規定されることを特徴とする請求項５に記載のプリンタ
ヘッド。
【請求項７】前記２つの圧電素子の少なくとも一方
は、圧電材を挟んで共通電極と複数の個別電極とが交互
に積層されたものであり、各層の個別電極は前記圧力室
に対応する位置に形成され且つそれぞれ電気的に接続さ
れていることを特徴とする請求項６に記載のプリンタヘ
ッド。
【請求項８】前記２つの圧電素子の少なくとも一方
は、圧電材の中に埋め込まれた共通電極と、該圧電素子
の一方の面上に共通電極と対向的に形成された複数の個
別電極と、圧電素子の他方の面上に形成された金属板と
から成ることを特徴とする請求項６に記載のプリンタヘ
ッド。
【請求項９】前記２つの圧電素子に駆動電圧を印加す
るにあたって、駆動パルスのタイミングをずらせる電圧
印加手段を具備することを特徴とする請求項５〜８のい
ずれか１項に記載のプリンタヘッド。
【請求項１０】前記圧電素子に駆動電圧を印加するに
あたって、少なくとも１回の電圧保持区間を設定する電
圧印加手段を具備することを特徴とする請求項１〜９の
いずれか１項に記載のプリンタヘッド。
【請求項１１】前記圧電素子の圧電材として、ＰＮＮ
系〔Ｐｂ（Ｎｉ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃−ＰｂＴｉＯ₃〕、
ＰＭＮ系〔Ｐｂ（Ｍｇ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃−ＰｂＴｉＯ
₃〕、ＰＺＮ系〔Ｐｂ（Ｚｎ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃−Ｐｂ
ＴｉＯ₃〕、又はＰＺＴ系〔ＰｂＴｉＯ₃−ＰｂＺｒＯ
₃〕の材料を使用することを特徴とする請求項１〜１０
のいずれか１項に記載のプリンタヘッド。
【請求項１２】前記圧電素子における共通電極と個別
電極との間隔をｔ、個別電極の幅をｗ、隣接する個別電
極相互間の間隔をｓとすると、ｔ／ｗ≧０．１５及びｓ
／ｗ≧０．５の条件を満たすように、共通電極及び各個
別電極が設定されていることを特徴とする請求項２〜４
及び６〜８のいずれか１項に記載のプリンタヘッド。