(57)【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、且つ、積層された層方向に分極された積層圧電素子とを有するインクジェットヘッドにおいて、
前記積層圧電素子は、
前記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、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、最外層表面に形成された共通電極及び前記インク圧力室の側壁に対応して位置する前記インク圧力室側とは反対側の面の少なくとも１ヶ所に形成された溝を有し、
前記第１電極と、前記第２電極及び共通電極との間に駆動電圧を印加することで、前記分極方向と直交する方向に電界が発生する前記第１電極と前記第２電極との間におけるシェアモードの変形と前記分極方向に電界が発生する前記第１電極と前記共通電極との間における伸縮モードの変形とを併用して前記積層圧電素子を変形させることにより前記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】
前記積層圧電素子は複数層のシート状圧電材料から構成され、
前記第１電極及び前記第２電極は、前記共通電極が形成された圧電材料が積層する前記圧電材料上に、所定のピッチでそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【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１０５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１１１ａ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、且つ、積層された層方向に分極された積層圧電素子とを有するインクジェットヘッドにおいて、前記積層圧電素子は、前記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、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、最外層表面に形成された共通電極及び前記インク圧力室の側壁に対応して位置する前記インク圧力室側とは反対側の面の少なくとも１ヶ所に形成された溝を有し、前記第１電極と、前記第２電極及び共通電極との間に駆動電圧を印加することで、前記分極方向と直交する方向に電界が発生する前記第１電極と前記第２電極との間におけるシェアモードの変形と前記分極方向に電界が発生する前記第１電極と前記共通電極との間における伸縮モードの変形とを併用して前記積層圧電素子を変形させることにより前記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。
【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。
また、請求項２に記載の発明に係るインクジェットヘッドは、請求項１に記載のインクジェットヘッドであって、前記積層圧電素子は複数層のシート状圧電材料から構成され、前記第１電極及び前記第２電極は、前記共通電極が形成された圧電材料が積層する前記圧電材料上に、所定のピッチでそれぞれ形成されていることを特徴とする。
【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１７ｂ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１９ｂ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圧電材料１９ａと、下側の第２圧電材料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２７ｂ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
【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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