JP2871473B2 - インクジェット式プリンタ用ヘッド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はインクジェット式プリン
タ用ヘッドに係り、特に圧電素子を電気エネルギーによ
り変形させ振動板を変位させることにより、圧力室内の
圧力を高め、ノズル孔よりインク滴を吐出させるインク
ジェット式プリンタ用ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、圧電素子を電気エネルギーにより
変形させ振動板を変位させることにより、圧力室内の圧
力を高め、ノズル孔よりインク滴を吐出させるインクジ
ェット式プリンタ用ヘッドは、図５の構成断面図に示す
ように、ノズル孔３１ａ〜３１ｃを有する圧力室３２ａ
〜３２ｃがそれぞれ形成された圧力室形成部材３３と、
振動板３４と、圧電素子歯３５ａ〜３５ｅが形成されて
いる櫛歯状圧電素子３６とよりなる。

【０００３】振動板３４上には圧力室形成部材３３がノ
ズル孔３１ａ〜３１ｃがそれぞれ上を向くように接着さ
れ、振動板３４の下部には圧電素子歯３５ａ、３５ｂ、
３５ｃが圧力室３２ａ、３２ｂ、３２ｃにそれぞれ対応
するように、圧電素子歯端面部が圧力室外面に接着さ
れ、かつ、櫛歯状圧電素子３６の両端歯３５ｄ、３５ｅ
も振動板３４の下部に接着されている。

【０００４】かかる構成の従来のインクジェット式プリ
ンタ用ヘッドでは、圧電素子３６の分極方向に電圧を印
加することにより、圧電素子歯３５ａ〜３５ｂのうち所
望の圧電素子歯を図中、上方向に変位させ、これにより
振動板３４も上方向へ変位させて、圧力室３２ａ〜３２
ｃのうち変位させた圧電素子歯に対応した位置の圧力室
の圧力を高めてその圧力室のノズル孔よりインク滴を吐
出させる。

【０００５】また、従来より、櫛歯状圧電素子を接着し
た基盤の下面に圧電素子を接合し、上面の櫛歯状圧電素
子と同時に駆動することにより、圧電素子の変形を減少
させた構成のインクジェット式プリンタ用ヘッドも知ら
れている（特開平３−２４７４５４号公報：発明の名称
「インクジェットヘッド」）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図５に示した従来のイ
ンクジェット式プリンタ用ヘッドは、櫛歯状圧電素子３
６の両端歯３５ｄ、３５ｅは位置決めあるいは、櫛歯状
圧電素子３６を固定するために振動板３４に接着されて
いる。このような構成の従来のヘッドでは、櫛歯状圧電
素子３６の縦効果あるいは横効果を利用したものであ
り、電圧の印加による変位方向は常に単一方向であるた
め、例えば圧力室３２ａ内の発生圧力をより大きくする
必要がある場合、圧電素子歯３５ａに印加する電圧を大
きくするなどにより振動板３４を単一方向に大きく変位
させる必要がある。

【０００７】すると、振動板３４の変位の絶対量が大き
くなり、隣接する両側の圧力室３２ｂ及び３２ｃに対応
する部分の振動板３４も変位してしまい、その挙動に悪
影響を及ぼしたり、また、圧電素子歯３５ａと振動板３
４との接着面や、圧力室境界壁３７ｂ、３７ｃと振動板
３４との接着面にかかる負荷も増加するため、接着面が
剥がれてしまい、それ以後のインク滴吐出挙動に悪影響
を与えるなどの問題がある。

【０００８】また、振動板３４と圧電素子歯３５ａ、３
５ｂ及び３５ｃとの接着位置が正確でないと、それが原
因となり、複数のノズル孔３１ａ、３１ｂ及び３１ｃか
らのインク滴が飛翔したり、インク滴が吐出されないな
どの問題が生じる。

【０００９】また、櫛歯状圧電素子を接着した基盤の下
面に圧電素子を接合した構造の、後者の従来のインクジ
ェット式プリンタ用ヘッドは、下面の圧電素子を別に構
成しなければならず、接着、配線による工数が増加し、
コストが増大するという問題がある。

【００１０】本発明は以上の点に鑑みなされたもので、
単一の圧電素子でインク滴吐出動作ができ、振動板への
負荷を従来のものと変えずに振動板の変位量を大きくし
得るとともに、振動板と圧電素子との位置決めを容易、
かつ、正確にし得るインクジェット式プリンタ用ヘッド
を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、それぞれノズル孔を有する複数の圧力室
が、振動板の上面を一壁面として形成された圧力室形成
部材を、振動板の上面に固定すると共に、振動板の下面
に圧電素子の上端面を固定し、圧電素子により振動板を
変形させて圧力室内の圧力を高めてノズル孔よりインク
滴を吐出させて印字するインクジェット式プリンタ用ヘ
ッドにおいて、圧電素子を、長手方向が平行で基部を共
通とする複数の櫛歯状圧電素子歯に形成すると共に、複
数の櫛歯状圧電素子歯のうち複数の圧力室にそれぞれ対
応する位置に上端面が位置するように形成された圧電素
子歯群と、複数の櫛歯状圧電素子歯全体を変位させるた
めに形成された圧電素子全体変位用圧電素子歯とからな
る構成とし、複数の圧力室にそれぞれ対応する位置の振
動板の下面に圧電素子歯群の上端面を固定し、かつ、複
数の櫛歯状圧電素子歯をそれぞれ互いに独立に駆動する
ための内部電極を設け、圧電素子全体変位用圧電素子歯
を圧電素子歯群とは独立して駆動制御して、圧電素子歯
群全体を圧電素子全体変位用圧電素子歯と同一方向に変
位させ、複数の圧力室内体積を同時に変化させる構成と
したものである。

【００１２】

【００１３】

【作用】本発明では、圧電素子を、複数の圧力室にそれ
ぞれ対応する位置に上端面が位置するように形成された
圧電素子歯群と、圧電素子全体変位用に形成された残り
の圧電素子歯とからなる構成とし、圧電素子歯群はイン
ク滴を吐出しようとする圧力室に対応した位置に設けら
れた圧電素子歯を変位させ、また、圧電素子全体変位用
圧電素子歯はこの圧電素子歯群とは独立して駆動変位し
て圧電素子全体を変位する。

【００１４】従って、本発明では上記の圧電素子全体変
位用圧電素子歯と圧電素子歯群とを順次に独立して駆動
することにより、インク滴を吐出しようとする圧力室に
対応した位置に設けられた圧電素子歯に固定された振動
板部分を従来よりも大きく変位させることができる。

【００１５】

【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。図
１は本発明の一実施例の構造断面図、図２は本発明の一
実施例の分解斜視図をそれぞれ示す。両図中、同一構成
部分には同一符号を付してある。両図に示すように、本
実施例は、スリットを入れられて櫛歯状とされた、例え
ばセラミックスからなる櫛歯状圧電素子１と、振動板２
と、圧力室形成部材３と、固定ブロック４と、振動板固
定部材５とより大略構成されている。

【００１６】櫛歯状圧電素子１は両端に比較的幅広の圧
電素子歯１ａ及び１ｉが同じ長さで形成されると共に、
それらの長手方向と直交する方向の圧電素子歯１ａ及び
１ｉの間に、圧電素子歯１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１
ｆ、１ｇ及び１ｈが同一幅、同一長さで形成されてい
る。圧電素子歯１ａ及び１ｉはこの圧電素子歯１ｂ〜１
ｈよりも長さが長く形成されている。

【００１７】 また、圧力室形成部材３はそれぞれノズ
ル孔６ｂ〜６ｈを有する圧力室７ｂ〜７ｈが形成される
ように、振動板２上に接着されている。振動板２及び圧
力室形成部材３は、また図２に示すように、前記櫛歯状
圧電素子１の両端圧電素子歯１ａ及び１ｉに対向する位
置に、これら両端圧電素子歯１ａ及び１ｉを貫通するた
めの貫通孔９ａ及び９ｂが穿設されている。

【００１８】 これにより、櫛歯状圧電素子１は両端圧
電素子歯１ａ及び１ｉが振動板２及び圧力室形成部材３
の貫通孔９ａ及び９ｂを貫通して固定ブロック４の内面
に接着固定され、その結果、圧電素子歯１ｂ〜１ｈのそ
れぞれが圧力室７ｂ〜７ｈにそれぞれ対応するような位
置決めが容易となり、このように位置決めされた圧電素
子歯１ｂ〜１ｈの各上端面が振動板２の下面に接着され
る。

【００１９】 このように位置決め接着された櫛歯状圧
電素子１、振動板２、圧力室形成部材３及び固定ブロッ
ク４は、図２に示すように、中空四角柱状の振動板固定
部材５により固定される。このとき固定ブロック４の内
側面は振動板固定部材５の外側面に密接し、また、振動
板２の貫通孔９ａ及び９ｂの形成位置よりも外側の下面
部分が固定部材５の上端面と接着固定される。

【００２０】なお、櫛歯状圧電素子１のすべての圧電素
子歯１ａ〜１ｉにはそれぞれ独立した配線が設けてあ
り、それぞれ互いに独立して駆動制御される構成とされ
ている。

【００２１】次に、本実施例の動作について説明する。
まず、図１に示した櫛歯状圧電素子１が図３に示すよう
に底面に平行な面に内部電極１１ａ及び１１ｂが形成さ
れた、所謂縦効果を利用した圧電素子である場合につい
て説明する。なお、内部電極１１ａはすべての圧電素子
歯１ａ〜１ｉに共通の電極であり、内部電極１１ｂは圧
電素子歯１ａ〜１ｉのそれぞれ個別に設けられた電極で
ある。

【００２２】まず、両端圧電素子歯１ａ及び１ｉにそれ
ぞれ電圧が印加される。すると、両端圧電素子歯１ａ及
び１ｉはそれぞれ図１、図２及び図３の縦方向に伸長し
ようとするが、両端圧電素子歯１ａ及び１ｉの上端面が
固定ブロック４に固定されているため、両端圧電素子歯
１ａ及び１ｉは図１、図２及び図３中、下方向（以下、
−Ｘ方向という）に変位する。

【００２３】それにより、圧電素子歯１ｂ〜１ｈも−Ｘ
方向に変位し、圧電素子歯１ｂ〜１ｈと振動板２との接
着部分を−Ｘ方向に変位させ、その結果、すべての圧力
室７ｂ〜７ｈの室内の圧力を低減することができる。

【００２４】続いて、両端圧電素子歯１ａ及び１ｉの印
加電圧を除去すると同時に、すべての圧力室７ｂ〜７ｈ
のうちインク滴を吐出しようとするノズル孔を有する圧
力室に対応した圧電素子歯に電圧を印加する。例えば、
ノズル孔６ｂ及び６ｄからインク滴を吐出しようとする
場合には、圧力室７ｂ及び７ｄに対応した圧電素子歯１
ｂ及び１ｄの各配線にのみ電圧がそれぞれ印加される。

【００２５】上記の両端圧電素子歯１ａ及び１ｉの印加
電圧の除去により両端圧電素子歯１ａ及び１ｉの−Ｘ方
向の変位が元に戻るため、振動板２が元の形状に戻り、
また、上記のインク滴を吐出しようとするノズル孔、例
えば６ｂ及び６ｄを有する圧力室７ｂ及び７ｄに対応し
た圧電素子歯１ｂ及び１ｄの配線への電圧の印加によ
り、圧電素子歯１ｂ及び１ｄがそれぞれ±Ｘ方向へ伸長
しようとするが、圧電素子歯１ｂ及び１ｄの各下端部は
それぞれ圧電素子１の基部とつながっているため、圧電
素子歯１ｂ及び１ｄの上端面と接着されている振動板２
の部分が＋Ｘ方向に変位する。

【００２６】これにより、本実施例によれば、インク滴
を吐出しようとするノズル孔を有する圧力室に対応した
圧電素子歯１ｂ及び１ｄの上端面と接着されている振動
板２の部分が、最初の−Ｘ方向の変位から元の形状に戻
り更に＋Ｘ方向へ変位することとなるため、振動板２に
かかる負荷を従来のものと変えずに、上記の振動板２の
部分の変位量を従来よりも大きくすることができる。

【００２７】従って、本実施例によれば、圧電素子歯１
ｂ〜１ｈと振動板２との接着面や圧力室境界壁と振動板
２との接着面が剥がれることはなく、振動板２と圧電素
子歯１ｂ〜１ｈとの位置決めを容易、かつ、正確にで
き、インク滴を単一の圧電素子１により正確に吐出する
ことができる。

【００２８】次に、図１に示した櫛歯状圧電素子１が図
４に示すように底面に垂直な面に内部電極２１ａ及び２
１ｂが形成された、所謂横効果を利用した圧電素子であ
る場合について説明する。なお、内部電極２１ａはすべ
ての圧電素子歯１ａ〜１ｉに共通の電極であり、内部電
極２１ｂは圧電素子歯１ａ〜１ｉのそれぞれ個別に設け
られた電極である。

【００２９】まず、両端圧電素子歯１ａ及び１ｉを除く
圧電素子歯１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ及び１
ｈに電圧を印加する。

【００３０】これにより、圧電素子歯１ｂ、１ｃ、１
ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ及び１ｈはそれぞれ電極２１ａ及
び２１ｂの積層方向と垂直な方向、すなわち横方向へ伸
長し、かつ、縦方向（±Ｘ方向）に収縮しようとする
が、圧電素子歯１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ及
び１ｈの各下端部がそれぞれ圧電素子１の基部とつなが
っているため、振動板２に接着されているそれぞれの上
端面が収縮により−Ｘ方向に変位される。これにより、
圧電素子歯１ｂ〜１ｈに対応する全圧力室７ｂ〜７ｈ内
の圧力を低減させることができる。

【００３１】続いて、すべての圧力室７ｂ〜７ｈのうち
インク滴を吐出しようとするノズル孔を有する圧力室に
対応した圧電素子歯への電圧印加を解除すると同時に、
両端圧電素子歯１ａ及び１ｉに電圧を印加する。例え
ば、ノズル孔６ｂ及び６ｄからインク滴を吐出しようと
する場合には、圧力室７ｂ及び７ｄに対応した圧電素子
歯１ｂ及び１ｄの各配線に印加されている電圧がそれぞ
れ解除される。

【００３２】上記の圧電素子歯１ｂ及び１ｄの印加電圧
の除去により、圧電素子歯１ｂ及び１ｄの−Ｘ方向の変
位が元に戻るため、それらに接着されている振動板２の
部分の形状が元の形状に戻ると同時に、また、両端圧電
素子歯１ａ及び１ｉへの電圧印加により、両端圧電素子
歯１ａ及び１ｉがそれぞれ図１、図２及び図４の縦方向
（±Ｘ方向）に収縮しようとする。

【００３３】 しかし、両端圧電素子歯１ａ及び１ｉの
上端面が固定ブロック４に固定されているため、両端圧
電素子歯１ａ及び１ｉは＋Ｘ方向に変位する。それによ
り、圧電素子歯１ｂ〜１ｈも＋Ｘ方向に変位し、圧電素
子歯１ｂ〜１ｈと振動板２との接着部分を＋Ｘ方向に変
位させる。

【００３４】従って、本実施例によれば、図４の横効果
を利用した圧電素子を用いた場合も、インク滴を吐出し
ようとするノズル孔を有する圧力室に対応した圧電素子
歯１ｂ及び１ｄの上端面と接着されている振動板２の部
分が、最初の−Ｘ方向の変位から元の形状に戻り更に＋
Ｘ方向へ変位することとなるため、振動板２にかかる負
荷を従来のものと変えずに、上記の振動板２の部分の変
位量を従来よりも大きくすることができる。

【００３５】従って、この場合も、圧電素子歯１ｂ〜１
ｈと振動板２との接着面や圧力室境界壁と振動板２との
接着面が剥がれることはなく、振動板２と圧電素子歯１
ｂ〜１ｈとの位置決めを容易、かつ、正確にでき、イン
ク滴を単一の圧電素子１により正確に吐出することがで
きる。

【００３６】なお、以上の実施例において、両端圧電素
子歯１ａ及び１ｉに印加する電圧は、両端圧電素子歯１
ａ及び１ｉのみ駆動させた時に、インク的が吐出されな
い範囲の電圧にする必要がある。

【００３７】また、本発明は上記の実施例に限定される
ものではなく、例えば両端圧電素子歯１ａ及び１ｉをそ
の他の中間位置にある圧電素子歯１ｂ〜１ｈと長さを同
じにして、振動板２に接着固定するような構造としても
よい。ただし、この場合は圧電素子歯１ａ及び１ｉに接
着された振動板２部分の上部は固定ブロックで固定する
必要がある。

【００３８】また、上記の実施例では、櫛歯状圧電素子
１全体を変位させる圧電素子歯は、圧電素子１の両端に
位置する両端圧電素子歯１ａ及び１ｉとしているが、本
発明は単一の圧電素子から形成されているものであれ
ば、この両端位置に限定されない。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
圧電素子全体変位用圧電素子歯と圧電素子歯群とを順次
に独立して駆動することにより、インク滴を吐出しよう
とする圧力室に対応した位置に設けられた圧電素子歯に
固定された振動板部分を従来よりも大きく変位させるよ
うにしたため、振動板にかかる負荷を従来と同様とした
ままでインク滴を吐出しようとする圧力室の発生圧力を
大にすることができ、圧電素子歯と振動板との接着面の
剥れや他の振動板部分に与える悪影響を防止することが
できる。

【００４０】また、本発明では圧電素子全体変位用圧電
素子歯を、圧電素子歯群よりも長い長さで前記圧電素子
の両端に設け、その両端の圧電素子歯を圧力室形成部材
及び前記振動板のそれぞれに穿設した貫通孔を貫通させ
て上端面を固定ブロックに固定するようにしたため、圧
電素子歯群の位置決めを容易、かつ、正確に行うことが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の断面図である。

【図２】本発明の一実施例の分解斜視図である。

【図３】図１の実施例の圧電素子に縦効果を利用した圧
電素子を用いたときの斜視図である。

【図４】図１の実施例の圧電素子に横効果を利用した圧
電素子を用いたときの斜視図である。

【図５】従来の一例の構成断面図である。

【符号の説明】

１ 圧電素子 １ａ、１ｉ 圧電素子全体変位用両端圧電素子歯 １ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈ 圧電素子
歯 ２ 振動板 ３ 圧力室形成部材 ４ 固定ブロック ５ 振動板固定部材 ６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ、６ｆ、６ｇ、６ｈ ノズル孔 ７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆ、７ｇ、７ｈ 圧力室 ９ａ、９ｂ 貫通孔 １１ａ、１１ｂ、２１ａ、２１ｂ 内部電極

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 それぞれノズル孔を有する複数の圧力室
   が、振動板の上面を一壁面として形成された圧力室形成
   部材を、該振動板の上面に固定すると共に、該振動板の
   下面に圧電素子の上端面を固定し、該圧電素子により該
   振動板を変形させて前記圧力室内の圧力を高めて前記ノ
   ズル孔よりインク滴を吐出させて印字するインクジェッ
   ト式プリンタ用ヘッドにおいて、 前記圧電素子を、長手方向が平行で基部を共通とする複
   数の櫛歯状圧電素子歯に形成すると共に、該複数の櫛歯
   状圧電素子歯のうち前記複数の圧力室にそれぞれ対応す
   る位置に上端面が位置するように形成された圧電素子歯
   群と、該複数の櫛歯状圧電素子歯全体を変位させるため
   に形成された圧電素子全体変位用圧電素子歯とからなる
   構成とし、 前記複数の圧力室にそれぞれ対応する位置の前記振動板
   の下面に前記圧電素子歯群の上端面を固定し、かつ、前
   記複数の櫛歯状圧電素子歯をそれぞれ互いに独立に駆動
   するための内部電極を設け、前記圧電素子全体変位用圧
   電素子歯を前記圧電素子歯群とは独立して駆動制御し
   て、前記圧電素子歯群全体を該圧電素子全体変位用圧電
   素子歯と同一方向に変位させ、前記複数の圧力室内体積
   を同時に変化させることを特徴とするインクジェット式
   プリンタ用ヘッド。