(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つのノズルが形成されたノズル平板と、
少なくとも一つのリストリクタが形成されたリストリクタ平板を具備するマニフォールド部と、
それぞれの中央にキャビティを有する複数の圧電体が、前記ノズル平板と前記マニフォールド部との間に前記ノズル平板と前記マニフォールド部を結ぶ軸方向に多重に積層されて、前記それぞれのキャビティによりインクが収容されるチャンバが形成される圧電体構造物と、
前記圧電体の間に交互に介在される共通電極及び駆動電極と、
前記リストリクタ平板とこれに隣接する前記圧電体構造物との間と、前記ノズル平板とこれに隣接する前記圧電体構造物との間の少なくともいずれかに介在され、前記圧電体より小さい弾性係数を有して前記圧電体の変形に相応して変形する媒介物と、
前記リストリクタ平板と前記ノズル平板との間の前記圧電体構造物の周囲に前記圧電体構造物から一定の距離を隔てて前記リストリクタ平板及び前記ノズル平板に固定されて設けられ、前記圧電体より大きな弾性係数を有し、前記圧電体の前記リストリクタ平板と前記ノズル平板を結ぶ第１方向の変形によって前記チャンバの前記第１方向への体積変化が生じるのを防止するとともに、前記圧電体構造物との間に分離空間を提供して前記チャンバの前記第１方向と直交する第２方向への体積変化を妨げないように設けられる固定胴体と、を具備すること、
を特徴とする圧電駆動器を用いたインクジェットヘッド装置。
【請求項２】
前記ノズルはインク吐出方向に段々と狭まる直径を持つことを特徴とする請求項１に記載の圧電駆動器を用いたインクジェットヘッド装置。
【請求項３】
前記マニフォールド部は前記リストリクタ平板の上部両側に設けられる側壁と、前記側壁により設けられた前記リストリクタ平板上部の空間を閉鎖するマニフォールド蓋部とを具備することを特徴とする請求項１に記載の圧電駆動器を用いたインクジェットヘッド装置。
【請求項４】
前記圧電体の分極方向は隣接した他の圧電体の分極方向に反対であることを特徴とする請求項１に記載の圧電駆動器を用いたインクジェットヘッド装置。
【請求項５】
少なくとも一つのノズルが形成されたノズル平板と、
少なくとも一つのリストリクタが形成されたリストリクタ平板を具備するマニフォールド部と、
前記ノズル平板と前記マニフォールド部との間に設けられるものであり、筒型圧電体が多層に積層され、その内部にインクが収容されるチャンバを設ける圧電体構造物と、
前記圧電体の間に交互に介在される共通電極及び駆動電極と、
前記リストリクタ平板とこれに隣接する前記圧電体構造物の一端部との間と、前記ノズル平板と前記圧電体構造物の他端部との間に介在され、前記圧電体より小さい弾性係数を有して前記圧電体の変形に相応して変形する媒介物と、
前記リストリクタ平板と前記ノズル平板との間の前記圧電体構造物の周囲に前記圧電体構造物から一定の距離を隔てて前記リストリクタ平板及び前記ノズル平板に固定されて設けられ、前記圧電体より大きな弾性係数を有し、前記圧電体の前記リストリクタ平板と前記ノズル平板を結ぶ第１方向の変形によって前記チャンバの前記第１方向への体積変化が生じるのを防止するとともに、前記圧電体構造物との間に分離空間を提供して前記チャンバの前記第１方向と直交する第２方向への体積変化を妨げないように設けられる固定胴体と、を具備すること、
を特徴とする圧電駆動器を用いたインクジェットヘッド装置。
【請求項６】
前記ノズルはインク吐出方向に段々と狭まる直径を持つことを特徴とする請求項５に記載の圧電駆動器を用いたインクジェットヘッド装置。
【請求項７】
前記マニフォールド部は前記リストリクタ平板の上部両側に設けられる側壁と、前記側壁により設けられた前記リストリクタ平板上部の空間を閉鎖するマニフォールド蓋部とを具備することを特徴とする請求項５に記載の圧電駆動器を用いたインクジェットヘッド装置。
【請求項８】
前記圧電体の分極方向は隣接した他の圧電体の分極方向に反対であることを特徴とする請求項５に記載の圧電駆動器を用いたインクジェットヘッド装置。
【請求項９】
少なくとも一つのノズルが形成されたノズル平板と、
少なくとも一つのリストリクタが形成されたリストリクタ平板を具備するマニフォールド部と、
前記ノズル平板と前記マニフォールド部との間に設けられ、筒型圧電体より小さい弾性係数を有し、その内部にインクが収容されるチャンバを設ける筒型媒介物と、
前記筒型媒介物の周囲に形成され、前記ノズル平板と前記マニフォールド部と分離されていて、前記筒型圧電体が多層に積層されている圧電体構造物と、
前記筒型圧電体の間に交互に介在される共通電極及び駆動電極と、
前記リストリクタ平板と前記ノズル平板との間の前記圧電体構造物の周囲に前記圧電体構造物から一定の距離を隔てて前記リストリクタ平板及び前記ノズル平板に固定されて設けられ、前記筒型圧電体より大きな弾性係数を有し、前記筒型圧電体の前記リストリクタ平板と前記ノズル平板を結ぶ第１方向の変形によって前記チャンバの前記第１方向への体積変化が生じるのを防止するとともに、前記圧電体構造物との間に分離空間を提供して前記チャンバの前記第１方向と直交する第２方向への体積変化を妨げないように設けられる固定胴体と、を具備すること、
を特徴とする圧電駆動器を用いたインクジェットヘッド装置。
【請求項１０】
前記ノズルはインク吐出方向に段々と狭まる直径を持つことを特徴とする請求項９に記載の圧電駆動器を用いたインクジェットヘッド装置。
【請求項１１】
前記マニフォールド部は前記リストリクタ平板の上部両側に設けられる側壁と、前記側壁により設けられた前記リストリクタ平板上部の空間を閉鎖するマニフォールド蓋部とを具備することを特徴とする請求項９に記載の圧電駆動器を用いたインクジェットヘッド装置。
【請求項１２】
前記筒型圧電体の分極方向は隣接した他の筒型圧電体の分極方向に反対であることを特徴とする請求項９に記載の圧電駆動器を用いたインクジェットヘッド装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧電駆動器を用いたインクジェットヘッド装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
適時インク滴吐出システムに用いられるインクジェットプリント方式としては、電気−熱変換方式と圧電体を用いた電気−機械変換方式がある。
【０００３】
電気−熱変換方式は熱源を利用してインクに気泡を発生させ、この力でインクを吐出させる方式であり、インクの成分により吐出性能が左右される。
【０００４】
圧電体を用いた電気−機械変換方式は圧電体の変形により生成される体積変化を利用して吐出可能にする方式である。従ってこの方式は電気−熱変換方式に比べインクの種類による制約条件がほとんどない上に長持ちする。
【０００５】
圧電体を用いたインクジェットヘッド装置は、大きくインク供給源からインクの供給を受けてインクが入れられているチャンバとチャンバの体積を変化させてインクを発射させる圧電駆動器とインク吐出穴を持つノズル、そして駆動のための電極とを具備する。
【０００６】
このように圧電体を用いたインクジェットヘッドはベンディング、プッシング、剪断変形を用いた方式に大別される。
【０００７】
欧州特許ＥＰ０８６４４２５A１ＨＯはベンディング方式のインクジェットヘッド装置を開示する。ここに開示されたインクジェットヘッドは電圧により変形される圧電体が振動板上に形成される構造を持つ。このようなベンディング方式のインクジェットヘッド装置は振動板と圧電体との構造的な特性により圧電体のベンディングと共に振動板も共にベンディングされ振動板に接しているインクチャンバの体積変化と共にチャンバ内の圧力変化を誘導する。チャンバの体積変化はインクが吐出するために必要とし、チャンバの圧力はインクドロップの吐出性能のために必要とする。この構造はチャンバの体積変化とチャンバに発生する圧力との間に互いに二律背反性を持つようになる短所が存在して設計限界を持つ。
【０００８】
プッシング方式は、その一例として米国特許５、４２４、７６９号に開示されているが、圧電体の変形を利用して振動板を押すようになりチャンバの体積を変化させる。この構造は高解像度を得るため振動板を小さくする場合、チャンバの体積変化を得るために振動板の変形が大きくならなければならない。このような大きな変形は振動板に過度な圧力を生じるので振動板が使えなくなるという欠陥が発生する。
【０００９】
米国特許４、３９５、７１９号に開示された装置は、圧電体をチューブ状に構成して内側空間をチャンバとして直接使用することにより、振動板により生じる問題点が存在しないものの、チャンバの変形のために軟性が豊富なゴム圧電体を使用しなければならないという問題点がある。この場合、チャンバの変形はよくなされるが、インクを吐出させる力が不足して性能が低下する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の第１の目的はインク吐出力が増した圧電駆動器を用いたインクジェットヘッド装置を提供することである。
【００１１】
本発明の第２の目的は低い電圧でも高いインク吐出力を持つ圧電駆動器を用いたインクジェットヘッド装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明の第１態様によれば、少なくとも一つのノズルが形成されたノズル平板と、少なくとも一つのリストリクタが形成されたリストリクタ平板を具備するマニフォールド部と、それぞれの中央にキャビティを有する複数の圧電体が、前記ノズル平板と前記マニフォールド部との間に前記ノズル平板と前記マニフォールド部を結ぶ軸方向に多重に積層されて、前記それぞれのキャビティによりインクが収容されるチャンバが形成される圧電体構造物と、前記圧電体の間に交互に介在される共通電極及び駆動電極と、前記リストリクタ平板とこれに隣接する前記圧電体構造物との間と、前記ノズル平板とこれに隣接する前記圧電体構造物との間の少なくともいずれかに介在され、前記圧電体より小さい弾性係数を有して前記圧電体の変形に相応して変形する媒介物と、前記リストリクタ平板と前記ノズル平板との間の前記圧電体構造物の周囲に、前記圧電体構造物から一定の距離を隔てて前記リストリクタ平板及び前記ノズル平板に固定されて設けられ、前記圧電体より大きな弾性係数を有し、前記圧電体の前記リストリクタ平板と前記ノズル平板を結ぶ第１方向の変形によって前記チャンバの前記第１方向への体積変化が生じるのを防止するとともに、前記圧電体構造物との間に分離空間を提供して前記チャンバの前記第１方向と直交する第２方向への体積変化を妨げないように設けられる固定胴体と、を具備する圧電駆動器を用いたインクジェットヘッド装置が提供される。
【００１３】
上記の目的を達成するために本発明の第２態様によれば、少なくとも一つのノズルが形成されたノズル平板と、少なくとも一つのリストリクタが形成されたリストリクタ平板を具備するマニフォールド部と、前記ノズル平板と前記マニフォールド部との間に設けられるものであり、筒型圧電体が多層に積層され、その内部にインクが収容されるチャンバを設ける圧電体構造物と、前記圧電体の間に交互に介在される共通電極及び駆動電極と、前記リストリクタ平板とこれに隣接する前記圧電体構造物の一端部との間と、前記ノズル平板と前記圧電体構造物の他端部との間に介在され、前記圧電体より小さい弾性係数を有して前記圧電体の変形に相応して変形する媒介物と、前記リストリクタ平板と前記ノズル平板との間の前記圧電体構造物の周囲に、前記圧電体構造物から一定の距離を隔てて前記リストリクタ平板及び前記ノズル平板に固定されて設けられ、前記圧電体より大きな弾性係数を有し、前記圧電体の前記リストリクタ平板と前記ノズル平板を結ぶ第１方向の変形によって前記チャンバの前記第１方向への体積変化が生じるのを防止するとともに、前記圧電体構造物との間に分離空間を提供して前記チャンバの前記第１方向と直交する第２方向への体積変化を妨げないように設けられる固定胴体と、を具備することを特徴とする圧電駆動器を用いたインクジェットヘッド装置が提供される。
【００１４】
さらに前記目的を達成するために本発明の第３態様によれば、少なくとも一つのノズルが形成されたノズル平板と、少なくとも一つのリストリクタが形成されたリストリクタ平板を具備するマニフォールド部と、前記ノズル平板と前記マニフォールド部との間に設けられ、筒型圧電体より小さい弾性係数を有し、その内部にインクが収容されるチャンバを設ける筒型媒介物と、前記筒型媒介物の周囲に形成され、前記ノズル平板と前記マニフォールド部と分離されていて、前記筒型圧電体が多層に積層されている圧電体構造物と、前記筒型圧電体の間に交互に介在される共通電極及び駆動電極と、前記リストリクタ平板と前記ノズル平板との間の前記圧電体構造物の周囲に、前記圧電体構造物から一定の距離を隔てて前記リストリクタ平板及び前記ノズル平板に固定されて設けられ、前記筒型圧電体より大きな弾性係数を有し、前記筒型圧電体の前記リストリクタ平板と前記ノズル平板を結ぶ第１方向の変形によって前記チャンバの前記第１方向への体積変化が生じるのを防止するとともに、前記圧電体構造物との間に分離空間を提供して前記チャンバの前記第１方向と直交する第２方向への体積変化を妨げないように設けられる固定胴体と、を具備することを特徴とする圧電駆動器を用いたインクジェットヘッド装置が提供される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下添付された図面を参照しつつ、本発明の圧電駆動器を用いたインクジェットヘッド装置の望ましい実施形態を詳細に説明する。
【００１６】
＜実施形態１＞
図１と図２を参照すれば、本発明の積層型圧電駆動器を用いたインクジェットヘッド装置は大きくマニフォールド部５１、駆動部２１、ノズル部１０から構成される。
【００１７】
前記マニフォールド部５１と駆動部２１との間には上広下狭の貫通孔構造を持つ１つまたは複数のリストリクタ４０が形成されたリストリクタ平板４１が位置する。前記駆動部２１の下部にはノズル１２が形成されたノズル平板１１を具備するノズル部１０が位置する。
【００１８】
前記マニフォールド部５１は前記リストリクタ平板４１とリストリクタ平板４１の上部に設置されるマニフォールド側壁５２とマニフォールド側壁５２の上部に設置されるマニフォールド蓋部５３を具備し、外部インク供給源からのインクが流動し前記リストリクタ平板４１のリストリクタ４０を通じ前記駆動部２１内のチャンバ２０にインクが供給されるようにするインク供給通路としてのマニフォールド５０を提供する。
【００１９】
前記リストリクタ平板４１のリストリクタ４０はインクが供給される方向に段々と狭くなる構造を持つことにより前記マニフォールド５０にあるインクが前記チャンバ２０に移動する通路になり、さらにインク吐出時に前記駆動部２１のチャンバ２０からのインクが前記マニフォールド５０に逆流する現象を抑制する。
【００２０】
図３に示したように、前記マニフォールド部５１とノズル部１０との間に位置する前記駆動部２１は、多重積層されてそれらの中央に一つのキャビティを設ける複数の軸方向へのリング状圧電体２２、前記リング状圧電体２２の間に交互に介在される共通電極２３、駆動電極２４、そして前記マニフォールド部５１のリストリクタ平板４１と前記圧電体２２のうち最上位の圧電体２２との間と、前記ノズル部１０のノズル平板１１と最下位の圧電体２２との間に各々介在される媒介物２５を具備する。そして、前記圧電体２２による積層物の側面には前記共通電極２３と駆動電極２４に各々電気的に接続される共通リードライン２３ａと駆動リードライン２４ａが位置し、これらは各々蓋部５３に位置したパッド５４、５５に電気的に接続される。
【００２１】
このような圧電体２２の積層構造物において前記媒介物２５は弾性が大きくて変形のよく行われる物質から形成され、前記圧電体２２の駆動に対応して柔軟に変形及び復元される。従って、駆動部２１でのチャンバ２０は前記媒介物２５とこれらの間の圧電体２２の中央キャビティにより設けられ、その上下のリストリクタ平板４１及びノズル平板１１により閉鎖され、チャンバ２０内へのインク供給は前記リストリクタ平板４１のリストリクタ４０を通じてなされ、インクの吐出は前記ノズル平板１１のノズル１２を通じてなされる。ここで前記媒介物２５はリストリクタ平板４１またはノズル平板１１のうちどちらか一側にだけ設置されうるが、両側に設置されることが望ましい。そして、媒介物２５の弾性力は前記圧電体２２の弾性力に比べ小さくすることが望ましい。
【００２２】
以上のような構造において、前記駆動部２１を構成する圧電体２２及び媒介物２５はリング状以外に内部にキャビティを提供するいかなる形態、例えば四角枠型でも可能であり、圧電体２２と媒介物２５の内部キャビティの形状は円形または四角形または五角形のような多角形の形を持つことができる。
【００２３】
前記駆動部２１はインクの吐出圧力を十分に生成できる剛性を持つことができる程度の厚さを持たねばならない。一方、前記圧電体２２と媒介物２５とによる積層構造物はこれを覆いかぶせる固定胴体３１により保護される。前記固定胴体３１は前記圧電体２２より強い剛性を持つことが望ましく、前記積層構造物の外側面を覆いかぶせる形を持ち、その内面が前記積層構造物の外側面と一定の距離を維持し、前記積層構造物の変形による分離空間３０を提供する。前記ノズル平板１１とリストリクタ平板４１は各々１つ以上のノズル１２とリストリクタ４０を持つことができる。
【００２４】
以下、前記のような構造の本発明のインクジェットヘッド装置による第１実施形態の動作を説明する。
【００２５】
図４に示したように、インクジェットヘッド装置は前記圧電体２２各々に共通電極２３と駆動電極２４により電源２７からの電圧を加える時に現れる前記圧電体２２の圧電変形を利用する。駆動部２１の変形は前記駆動部２１内のチャンバ２０の体積変化を誘発し、これに収容されたインクに圧力を加えて前記ノズル部１０のノズル１２を通じてインク滴を吐出させる。
【００２６】
前記駆動部２１は図３に示したように１つ以上の前記圧電体２２が垂直上方への第１方向に積層されていて、これらの各積層面には前記共通電極２３と前記駆動電極２４が各々交互に置かれており、前記圧電体２２の分極方向２６は第１方向の順方向と逆方向に交互に変わる。電圧が加えられ前記圧電体２２が変形を起こす形状は図５、図６に示した通りである。図５は前記圧電体２２がリング状の場合を図示し、図６は内部キャビティが円形の四角枠型の場合を図示する。
【００２７】
図５と図６とで２２aは前記圧電体２２の変形前の形であり、２２bは変形後の形である。この時変形は図５に示したようにリング状の場合、キャビティ、すなわち前記チャンバ２０の半径だけの関数になり、この値が変われば変位は変わるようになる。これとは違い図７は図５または図６のＢ−Ｂ線の断面図であり、前記圧電体２２の変形として第１方向の変位と第１方向に直交する第２方向の変位は互いにある一方が増えれば他の一方は収縮する反対様相を示す。本発明では第２方向に生じる変位を利用し前記チャンバ２０の体積を変化させ、一方第１方向に生じる変位が前記チャンバ２０の体積変化に逆影響を与えないように前記媒介物２５と前記固定胴体３１とを使用した。
【００２８】
図８は前記圧電体２２の積層構造物が前記媒介物２５と前記固定胴体３１とが存在しない状態で直接前記リストリクタ平板４１と前記ノズル平板１１とに連結された場合、前記電圧が加えれる時の圧電体２２の積層構造物の変形様相を示す。この構造では前記圧電体２２の積層構造物の上下両端が前記リストリクタ平板４１と前記ノズル平板１１とに直接連結したため、前記リストリクタ平板４１と前記ノズル平板１１とに対する圧電体２２の連結部分での第２方向、すなわち半径方向に対する変形はない。しかし前記圧電体２２の積層構造物の第１方向変形は存在し、これは前記ノズル平板１１を第１方向に動かす（１１ｂ）。この変形１１ｂは支持部間の中間地点にて発生する第２方向の変形２２ｂによる体積変化と相反するように作用する。すなわち有効な体積変化はこれらの差として現れるので駆動性能が悪くなる。
【００２９】
図９、図１０は前記圧電体２２が作動時インクの内圧まで考慮した場合、前記媒介物２５と前記固定胴体３１がある状態で変形形状を表したものであり、２２ａは圧電体２２が変形しない状態、２２ｂは変形した状態を示す。図９は前記媒介物２５の断面が最適変形でない場合での変形形状を示し、図１０は最適変形の場合の望ましい変形形状を示す。このような媒介物２５の望ましい変形は媒介物２５の弾性係数及び積層方向への厚さに左右される。前記媒介物２５はゴムと類似した物性値を持つ場合、前記圧電体２２の変形が前記チャンバ２０の体積変化に効率的に作用するようになる。
【００３０】
＜実施形態２＞
図１１と図１２を参照すれば、本発明の半径方向への積層リング状圧電駆動器を用いたインクジェットヘッド装置は大きく、マニフォールド部１５１、駆動部１２１、ノズル部１１０から構成される。前記マニフォールド部１５１と駆動部１２１との間には上広下峡の貫通孔構造を持つ１つまたは複数のリストリクタ１４０が形成されたリストリクタ平板４１が位置する。前記駆動部１２１の下部にはノズル１１２が形成されたノズル平板１１１を具備するノズル部１１０が位置する。
【００３１】
前記マニフォールド部１５１は前記リストリクタ平板１４１とリストリクタ平板１４１の上部に設置されるマニフォールド側壁１５２とマニフォールド側壁１５２上部に設置されるマニフォールド蓋部１５３を具備し、外部インク供給源からのインクが流動してきて前記リストリクタ平板１４１のリストリクタ１４０を通じ前記駆動部１２１内のチャンバ１２０にインクが供給されるようにするインク供給通路としてのマニフォールド１５０を提供する。
【００３２】
前記リストリクタ平板１４１のリストリクタ１４０はインクが供給される方向に段々と狭くなる構造を持つことにより前記マニフォールド１５０にあるインクが前記チャンバ１２０に移動する通路になり、さらにインク吐出時に前記駆動部１２１のチャンバ１２０からのインクが前記マニフォールド１５０に逆流する現象を抑制する。
【００３３】
図１３に示したように、前記マニフォールド部１５１とノズル部１１０との間に位置する前記駆動部１２１は、第１方向に一定の長さを持つ円筒形圧電体１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃが第１方向に対して垂直の第２方向（半径方向）に多層に積層された円筒形の圧電体構造物１２２を具備する。そして、図１１と図１２に示したように、前記円筒形の圧電体構造物１２２を構成する円筒形圧電体１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃの間には共通電極１２３、駆動電極１２４が交互に介在され、前記マニフォールド部１５１のリストリクタ平板１４１と前記圧電体構造物１２２など第１方向の上端面との間と、前記ノズル部１１０のノズル平板１１１と圧電体構造物１２２の下端面との間に各々介在されるリング状媒介物１２５とを具備する。そして、前記圧電体１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃの間に介在された前記共通電極１２３と駆動電極１２４は前記マニフォールド蓋部１５３に設けられたパッド１５４、１５５に共通リードライン１２３ａと駆動リードライン１２４ａにより電気的に接続される。
【００３４】
前記圧電体構造物１２２の第１方向の上下端に設けられる前記媒介物１２５は弾性が大きく容易に変形される物質で形成され、前記圧電体構造物１２２の駆動に対応して柔軟に変形及び復元される。従って、駆動部１２１でのチャンバ１２０は前記媒介物１２５とこれらの間の圧電体構造物１２２の最内側に設けられた圧電体１２２ｃの中央キャビティにより設けられ、その上下のリストリクタ平板１４１及びノズル平板１１１により閉鎖される。前記チャンバ１２０内へののインク供給は前記リストリクタ平板１４１のリストリクタ１４０を通じなされ、インクの吐出は前記ノズル平板１１１のノズル１１２を通じてなされる。媒介物１２５の弾性力は前記圧電体１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃの弾性力に比べ小さくすることが望ましい。
【００３５】
以上のような構造において、前記駆動部１２１を構成する圧電体構造物１２２及び媒介物１２５はリング状以外に内部にキャビティを提供するいかなる形、たとえば四角枠型でも可能であり、圧電体構造物１２２と媒介物１２５の内部キャビティの形状は円形または四角形または五角形のような多角形の形を持つことができる。
【００３６】
前記駆動部１２１はインクの吐出圧力を十分に生成できる剛性を持つことができる程度の厚さを持たねばならない。一方、前記圧電体構造物１２２と媒介物１２５による駆動部１２１はこれを包む固定胴体１３１により保護される。前記固定胴体１３１は前記圧電体１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃより大きな弾性力を持つことが望ましく、その内面が前記圧電体構造物１２２の最外郭の圧電体１２２ａの外側面と一定の距離を維持し、前記圧電体構造物１２２の変形による分離空間１３０を提供する。前記ノズル平板１１１とリストリクタ平板１４１を各々１つ以上のノズル１１２とリストリクタ１４０を持つことができる。
【００３７】
＜実施形態３＞
本実施形態は前記実施形態２にて媒介物１２５が多層の圧電体構造物の上下端部に設けられず、圧電体構造物の内側面に設けられた構造を持つ。
【００３８】
すなわち図１４に示したように、円筒形の圧電体構造物１２２はリストリクタ平板１４１とノズル平板１１１と分離されていて、その内周面に円筒形媒介物１２８が位置する。円筒形媒介物１２８の上下端部は前記リストリクタ平板１４１とノズル平板１１１と連結している。従って、チャンバ１２０は前記円筒形媒介物１２８により提供される。
【００３９】
以下、前記本発明による実施形態３の動作を説明する。
図１５は前記実施形態２における圧電体構造物１２２の変形によるチャンバ１２０の容積変化を示し、図１６は前記実施形態３における圧電体構造物１２２の変形によるチャンバ１２０の容積変化を示す。図１５と図１６にて１２２ｅは前記圧電体構造物１２２の変形前の形であり、１２２ｆは変形後の形である。
【００４０】
図１７を参照すれば、前記圧電体構造物１２２の各圧電体１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ各々に共通電極１２３と駆動電極１２４により電源１２７からの電圧が印加されれば、チャンバ１２０の体積変化を誘発し、体積減少により内部圧力が増加すれば、これに収容されたインクに圧力を加えて前記ノズル部１１０のノズル１１２を通じてインク滴を吐出させ、体積増加により圧力が減少すれば、前記リストリクタ１４０を通じインクをチャンバ１２０内へ吸入する。
【００４１】
前記駆動部１２１は前述した通り、圧電体１２２が半径方向への第２方向に積層されていて、これらの各積層面には前記共通電極１２３と前記駆動電極１２４が各々交互に置かれていて、前記圧電体１２２の分極方向１２６は第２方向の順方向と逆方向に交互に変わっている。従って、電圧が加えられれば、圧電体構造物１２２は図１５、図１６に示したように変形され、従ってチャンバ１２０の容積が増加する。
【００４２】
この時の変形は図１５に示したように前記チャンバ１２０の半径と圧電体１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃとの関数になり、発生圧力も異なるようになる。図１５、図１６に示したように、前記圧電体１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃの第１方向の変位と第１方向に直交する第２方向の変位は互いに共に延びたり縮んだりする様相を示す。
【００４３】
これは同時に第１方向と第２方向に前記チャンバ１２０の体積変化を生じさせられるが、本発明では第２方向に発生する変位、半径方向への変位を利用し前記チャンバ１２０の体積を変化させ、一方で第１方向に生じる変位の影響をなくすために前記媒介物１２５と前記固定胴体１３１を使用した。
【００４４】
前記媒介物１２５、１２８の望ましい変形は媒介物１２５、１２８の弾性係数及び積層方向への厚さに左右される。前記媒介物１２５、１２８はゴムと類似した物性値を持つ場合に前記圧電体構造物１２２の変形が前記チャンバ１２０の体積変化に効率的に作用するようになる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明の第１実施形態は前記圧電体内部に円形または四角形のキャビティによりチャンバを設け、上記の通りに電極を挟んで多重積層された圧電体のキャビティをインクを受け入れるチャンバとして適用し、既存のベンディングまたはプッシング方式で振動板を使用する時に生じる問題点を解決でき、インクヘッドの面積を縮められる。前記チャンバの体積を増やすために生じる圧電体の変形はこの内部空間の前記チャンバの大きさのみに依存し、駆動時にインクに作用する圧力は前記圧電体の半径の厚さのみに依存するので変位と圧力を独立的に増加させることができる。さらに、圧電体を積層型として低い電圧でも前記チャンバの大きな体積変化を得ることができる。
【００４６】
本発明の第２実施形態は圧電体が多層に形成される前記圧電体構造物の内部に円形または四角形のキャビティによりチャンバを設け、圧電体構造物の中央キャビティをインクを収容するチャンバとして適用し、既存のベンディングまたはプッシング方式で振動板を使用する時生じる問題点を解決できる。さらに多層に積層された圧電体の第２方向に分極が存在し、この方向の圧電常数による変位を利用するので小さな駆動電圧に対して大きな力と大きな変形を発生させることができ、従来に比べてインクジェットヘッドを小さくできる。前記チャンバの体積を増やすため発生する圧電体の変形はこの内部空間の前記チャンバの大きさのみに依存し、駆動時インクに作用する圧力は前記圧電体の厚さにだけ依存するので変位と圧力を独立的に増加させることができる。
【００４７】
本発明は図面に示した実施形態を参考で説明したが、これは例示的なことにしか過ぎず、当分野で通常の知識を持った者ならばこれから多様な変形及び均等な他実施形態が可能であることが分かる。従って、本発明の真の技術的保護範囲は特許請求範囲に限って決められるべきであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の積層型圧電駆動器を用いたインクジェットヘッド装置の第１実施形態の概略的斜視図である。
【図２】  図１に示した本発明の積層型圧電駆動器を用いたインクジェットヘッド装置の１実施形態の概略的分離斜視図である。
【図３】  図１に示した本発明の積層型圧電駆動器を用いたインクジェットヘッド装置の駆動部の分離斜視図である。
【図４】  図１に示した本発明の積層型圧電駆動器を用いたインクジェットヘッド装置の駆動部の斜視図である。
【図５】  図１に示した本発明の積層型圧電駆動器を用いたインクジェットヘッド装置に適用される圧電体の変形を示した平面図である。
【図６】  図１に示した本発明の積層型圧電駆動器を用いたインクジェットヘッド装置に適用される他の形の圧電体の変形を示した平面図である。
【図７】  本発明の積層型圧電駆動器を用いたインクジェットヘッド装置の駆動部における圧電体の変形を示した断面図である。
【図８】  本発明の積層型圧電駆動器を用いたインクジェットヘッド装置の駆動部における媒介物のない状態での圧電体の変形を示した断面図である。
【図９】  図１に示した本発明の積層型圧電駆動器を用いたインクジェットヘッド装置における圧電体の変形時に最適化されていない媒介体の変形を示した平面図である。
【図１０】  図１に示した本発明の積層型圧電駆動器を用いたインクジェットヘッド装置における圧電体の変形時最適化された媒介体の変形を示した平面図である。
【図１１】  本発明の積層リング状圧電駆動器を用いたインクジェットヘッド装置の第２実施形態の概略的斜視図である。
【図１２】  図１１に示した本発明の積層リング状圧電駆動器を用いたインクジェットヘッド装置の第２実施形態の概略的分離斜視図である。
【図１３】  図１１に示した本発明の積層リング状圧電駆動器を用いたインクジェットヘッド装置の圧電体構造物の抜粋斜視図である。
【図１４】  本発明の積層リング状圧電駆動器を用いたインクジェットヘッド装置の第３実施形態の概略的斜視図である。
【図１５】  図１１に示したインクジェットヘッド装置における圧電構造物の変形を示した断面図である。
【図１６】  図１４に示したインクジェットヘッド装置における圧電構造物の変形を示した断面図である。
【図１７】  本発明の積層リング状圧電駆動器を用いたインクジェットヘッド装置の圧電体構造物の各圧電体の分極を示した断面図である。
【符号の説明】
１１  ノズル平板
１２  ノズル
２０  チャンバ
２２  リング状圧電体
２３ａ  共通リードライン
２４ａ  駆動リードライン
２５  媒介物
３１  固定胴体
４０  リストリクタ
４１  リストリクタ平板
５０  マニフォールド
５２  マニフォールド側壁
５３  マニフォールド蓋部
５４、５５  パッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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