JPH07171960A - インクジェットヘッドおよびその駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 基板１１上に厚さ方向に分極１させた圧電素
子からなる隔壁１０ａ、１０ｂを複数個配列し溝１２を
形成し、この溝１２を覆う蓋１３により複数の圧力室９
を形成し、圧力室９の一部にインク吐出口１６およびイ
ンク供給口１８とを備え、隔壁１０ａ、１０ｂに形成し
た電極２ａ，２ｂに電圧を印加することで隔壁１０ａ，
１０ｂを厚さ方向に高く幅方向に狭く長さ方向に短く変
形させ、圧力室９の体積を吐出するインク液滴１７の体
積以上に増加させ、その後、印加する電圧を断ち圧力室
９を元の体積に戻しインク液滴１７を吐出するインクジ
ェットヘッドおよびその駆動方法。 【効果】 インク液滴の連続吐出特性の優れたマルチノ
ズルを有するインクジェットヘッドを提供することがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インク液滴を画像記録
媒体上へ選択的に付着させるインクジェットヘッドの構
造と、その駆動方法とに関する。

【０００２】

【従来の技術】今日、その市場を大きく拡大しつつある
ノンインパクト・プリンターの内で、原理が最も単純
で、かつカラー印刷に好適なものとしてインクジェット
・プリンターがある。そのうちでも、ドット形成時にの
みインク液滴を吐出する、いわゆるドロップ・オン・デ
マンド（ＤＯＤ）型が主流といえる。

【０００３】ＤＯＤ型としては、たとえば特公昭５３−
１２１３８号公報に開示されているカイザー型、あるい
は、たとえば特公昭６１−５９９１４号公報に開示され
ているサーマルジェット型がその代表的な方式としてあ
る。

【０００４】このうち、前者の特公昭５３−１２１３８
号公報に記載の構成では小型化が難かしく、後者の特公
昭６１−５９９１４号公報に記載の構成では高熱をイン
クに加えるためにインクが焦げつくという、それぞれに
非常に困難な問題点を抱えている。

【０００５】以上のような欠陥を同時に解決する方式と
して、圧電性素材の細片を用いる構造で、たとえば特公
平４−４８６２２号公報に開示された伸縮モード型が提
案されている。

【０００６】伸縮モード型のインクジェットヘッドの構
造を、図４の斜視図に示す。ＰＺＴ（チタン酸ジルコン
酸鉛）のような圧電性素材の細片１２２を、導電性の支
持基板１２１と絶縁性の蓋１２３との間に平行に固着
し、この細片１２２間に多数の細長いチャネルを形成す
る。

【０００７】これらのチャネルは、交互に、それぞれイ
ンクを充填するインク室兼インク流路のチャネルである
インクチャネル１２５と、空隙のダミーチャネル１２６
とである。

【０００８】そしてインクチャネル１２５は、一方の端
が共通のインク溜１２７に接続し、このインク溜１２７
よりインクが供給するとともに、他方の端にはインク通
路の形態の印字ノズルを設ける。

【０００９】圧電性素材の細片１２２は、矢印７で示す
ように、支持基板１２１に垂直な方向に分極し、蓋１２
３側の細片１２２上面部には、インクチャネル１２５に
対応して電極１２４が設けている。

【００１０】ここで、電極１２４に導電性の基板１２１
に対して電位を与えるならば、圧電性素材の細片１２２
は、その厚さを増し、その幅を減じるような伸縮モード
の変形をおこす。

【００１１】２個の細片への電圧印加を停止すると、両
細片はもとの形状に戻り、それにより通路容積は急激に
縮小する。その結果、その通路からインク液滴１２８の
放出を行うことができる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来の圧電性素材の細片を用いる構造のインクジェット
ヘッドがかかえる、以下に記載するような課題を解決し
ようとするものである。

【００１３】その第１の課題点は、インク通路の形態の
印字ノズルを設けているので、インクチャネル１２５の
長さ寸法がチャネルの断面積に比べて長すぎる構成とな
っている。このため、管路抵抗が大きくインク供給能力
に限界があり、インク液滴の連続応答性が悪いという問
題である。

【００１４】伸縮モード型でのインク吐出性能について
詳細に説明する。図４に示す前述の特公平４−４８６２
２号公報に開示された代表的なインクジェットヘッドの
大きさは、細片１２２の幅寸法および高さ寸法は５０μ
ｍで、インクチャネル１２５の長さ寸法は１０ｍｍであ
る。

【００１５】このように細く長いインクチャネル１２５
で形成されたヘッドにおいては、インク液滴を連続して
吐出すること、つまり応答性に問題が生じる。

【００１６】インク液滴を連続して吐出するためには、
吐出したインク液滴と同量のインクが、インクチャネル
に１２５に対して印字ノズルと反対の端に位置した共通
のインク溜１２７より速やかに供給しなければならな
い。

【００１７】したがって、連続してインク液滴１２８を
形成するためには、インクチャネル１２５の管路抵抗は
小さく、かつインクチャネル１２５の長さは短い方がよ
い。

【００１８】管路抵抗はインクチャネル１２５の断面積
が大きい方が小さくなるが、公平４−４８６２２号公報
に開示された実施例ではインク通路の形態の印字ノズル
を形成する目的から、インクチャネル１２５の大きさ
は、一辺が５０μｍのほぼ正方形と小さい。

【００１９】さらに圧電性素材の細片１２２の変形量が
小さいため、インク液滴１２８のインク量を確保するた
めには、インクチャネル１２５の長さ寸法を長くしなけ
ればならない。

【００２０】インクチャネル１２５の長さ寸法を短くす
れば、インクの連続応答特性は向上するが、インク液滴
１２８が小さくなるとか、まったくインク液滴１２８が
吐出されないといった、インクチャネル１２５が充分な
長さがあるときには生じなかった現象が生じる。

【００２１】電極１２４に導電性の支持基板１２１に対
して電位を与えるならば、圧電性素材の細片１２２は、
その厚さを増し、その幅を減じるような伸縮モードの変
形をおこす。また一方で圧電性素材がこの伸縮モード変
形が生じると、実は圧電性素材の長手方向つまりインク
チャネル１２５の長さ方向の収縮が生じる。

【００２２】細片１２２の厚さを増し、その幅を減じる
ような伸縮モードの変形は、インクチャネル１２５の体
積を増加させる。しかし、このとき同時に起こるインク
チャネル１２５の長さ方向の収縮は、インクチャネル１
２５の体積を減少させる。

【００２３】インクチャネル１２５の体積変化量は、こ
の増加分と減少分との差となり、この体積変化量がイン
ク液滴１２８の生成の源となる。

【００２４】電極１２４への電圧の印加を停止して、イ
ンクチャネル１２５を元の大きさに戻すと、前述のイン
クチャネル１２５の体積変化量分のインクは、インクチ
ャネル１２５の外へ押し出される。

【００２５】実験により観察すると、インクチャネル１
２５内のインクの流れは、印字ノズル方向と共通のイン
ク溜１２８方向とに生じることを確認している。

【００２６】インクチャネル１２５が充分な長さを持っ
ている場合には、このインクチャネル１２５の後端部、
つまりインク溜１２７に近い方の変形によるインク吐出
への影響は無視できる。

【００２７】しかし、前述のようにインク液滴の連続応
答性を向上させるために、インクチャネル１２５の長さ
を短くすると、インクチャネル１２５の長さ方向の収縮
による体積変化量の減少の影響は無視できなくなる。

【００２８】つまり、体積変化量を減少させるインクチ
ャネル１２５の長さ方向の収縮の成分がインク液滴１２
８の生成に悪影響を及ぼす。

【００２９】この結果、インク液滴１２８が小さくなる
とか、まったくインク液滴１２８が吐出されないといっ
た現象を生じるのである。

【００３０】第２の課題点は、充分なインクチャネルの
体積変化を得るためには、圧電性素材に高い電圧を印加
しなければならないと問題である。

【００３１】このため駆動回路や電気絶縁材を高電圧に
対応した構成しなければならないので、コストアップと
なる。

【００３２】本発明の目的は、前述のような従来の圧電
性素材の細片を用いる構造のインクジェットヘッドの個
々の構造や機構に起因する問題を解決し、インク液滴の
連続吐出性を向上させ、さらに低電圧で駆動することが
できるインクジェットヘッドの構成と、その駆動方法と
を提供することである。

【００３３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明のインクジェットヘッドの構成とその駆動方法と
は、下記記載の手段を採用する。

【００３４】本発明による第１のインクジェットヘッド
は、基板と、厚さ方向に分極させた圧電素子からなる隔
壁と、隔壁を基板上に複数個配列し形成する溝と、溝を
覆う蓋により形成する複数の圧力室と、圧力室の一部に
設けるインク吐出口およびインク供給口とを備え、隔壁
に形成した電極に電圧を印加することで隔壁を厚さ方向
に高く幅方向に狭く長さ方向に短く変形させ、圧力室の
体積を吐出するインク液滴の体積以上に増加させること
を特徴とする。

【００３５】本発明による第２のインクジェットヘッド
は、基板と、厚さ方向に分極させた板状圧電材料を導電
材料を介して複数枚積層した圧電素子からなる隔壁と、
隔壁を基板上に複数個配列し形成する溝と、溝を覆う蓋
により形成する複数の圧力室と、圧力室の一部に設ける
インク吐出口およびインク供給口とを備え、導電材料に
電圧を印加することで隔壁を厚さ方向に高く幅方向に狭
く長さ方向に短く変形させ、圧力室の体積を吐出するイ
ンク液滴の体積以上に増加させることを特徴とする。

【００３６】本発明による第３のインクジェットヘッド
は、基板と、厚さ方向に分極させた圧電素子からなる隔
壁と、隔壁を基板上に複数個配列し形成する溝と、溝を
覆う蓋により形成する複数の圧力室と、圧力室の一部に
設けるインク吐出口およびインク供給口とを備え、隔壁
に形成した電極に電圧を印加することで隔壁を厚さ方向
に低く幅方向に広く長さ方向に長く変形させ、圧力室の
体積を吐出するインク液滴の体積以上に減少させること
を特徴とする。

【００３７】本発明による第４のインクジェットヘッド
は、基板と、厚さ方向に分極させた板状圧電材料を導電
材料を介して複数枚積層した圧電素子からなる隔壁と、
隔壁を基板上に複数個配列し形成する溝と、溝を覆う蓋
により形成する複数の圧力室と、圧力室の一部に設ける
インク吐出口およびインク供給口とを備え、導電材料に
電圧を印加することで隔壁を厚さ方向に低く幅方向に広
く長さ方向に長く変形させ、圧力室の体積を吐出するイ
ンク液滴の体積以上に減少させることを特徴とする。

【００３８】本発明による第５のインクジェットヘッド
は、基板と、厚さ方向に分極させた圧電素子からなる隔
壁と、隔壁を基板上に複数個配列し形成する溝と、溝を
覆う蓋により形成する複数の圧力室と、圧力室の一部に
設けるインク吐出口およびインク供給口とを備え、隔壁
に形成した電極に電圧を印加することで隔壁を厚さ方向
に高く幅方向に狭く長さ方向に短く変形させ、その後、
この印加の電圧と逆方向の電圧により隔壁を厚さ方向に
低く幅方向に広く長さ方向に長く変形させ、圧力室の体
積を吐出するインク液滴の体積以上に変化させることを
特徴とする。

【００３９】本発明による第６のインクジェットヘッド
は、基板と、厚さ方向に分極させた板状圧電材料を導電
材料を介して複数枚積層した圧電素子からなる隔壁と、
隔壁を基板上に複数個配列し形成する溝と、溝を覆う蓋
により形成する複数の圧力室と、圧力室の一部に設ける
インク吐出口およびインク供給口とを備え、導電材料に
電圧を印加することで隔壁を厚さ方向に高く幅方向に狭
く長さ方向に短く変形させ、その後、この印加の電圧と
逆方向の電圧により隔壁を厚さ方向に低く幅方向に広く
長さ方向に長く変形させ、圧力室の体積を吐出するイン
ク液滴の体積以上に変化させることを特徴とする。

【００４０】本発明による第７のインクジェットヘッド
は、印加する分極と逆方向の電界強度が分極反転電界以
下であることを特徴とする。

【００４１】本発明による第８のインクジェットヘッド
は、圧力室内に露出した圧電素子を駆動するための電極
と圧力室に充填されたインクとが接触しないように、圧
力室内に露出した電極をコーティング膜で覆うことを特
徴とする。

【００４２】本発明によるインクジェットヘッドの駆動
方法は、基板と、厚さ方向に分極させた圧電素子からな
る隔壁と、隔壁を基板上に複数個配列して形成する溝
と、溝を覆う蓋により形成する複数の圧力室と、圧力室
の一部に設けるインク吐出口およびインク供給口とを備
えるインクジェットヘッドの駆動方法において、圧電素
子の分極方向と同方向の電界を発生させるように電圧を
印加し、その後電圧の印加を停止し圧電素子に蓄積され
た電荷を放出することでインク液滴を噴射することを特
徴とする。

【００４３】本発明によるインクジェットヘッドの駆動
方法は、基板と、厚さ方向に分極させた圧電素子からな
る隔壁と、隔壁を基板上に複数個配列して形成する溝
と、溝を覆う蓋により形成する複数の圧力室と、圧力室
の一部に設けるインク吐出口およびインク供給口とを備
えるインクジェットヘッドの駆動方法において、圧電素
子の分極方向と逆方向の電界を発生させるように電圧を
印加し、インク液滴を噴射することを特徴とする。

【００４４】本発明によるインクジェットヘッドの駆動
方法は、基板と、厚さ方向に分極させた圧電素子からな
る隔壁と、隔壁を基板上に複数個配列して形成する溝
と、溝を覆う蓋により形成する複数の圧力室と、圧力室
の一部に設けるインク吐出口およびインク供給口とを備
えるインクジェットヘッドの駆動方法において、圧電素
子の分極方向と同方向の電界を発生させるように電圧を
印加し、その後圧電素子の分極方向と逆方向の電界を発
生させる電圧を印加して、インク液滴を噴射することを
特徴とする。

【００４５】

【作用】本発明のインクジェットヘッドの上記の構成お
よび駆動方法によれば、インク液滴の連続応答特性を向
上させる目的でインク圧力室の長さを短くしても、圧電
素子からなる隔壁の変形に伴うインク圧力室の体積変化
量をインク液滴の体積以上になるように構成している。
このため、充分の大きさで安定したインク液滴を形成す
ることができる。

【００４６】さらにまた、隔壁を厚さ方向に分極させた
板状圧電材料を導電材料を介して複数枚積層した圧電素
子で構成しているので、低い電圧でも駆動可能なインク
ジェットヘッドを提供することができる。

【００４７】またさらに、圧電素子を駆動するための電
極と圧力室に充填されたインクとが接触しないように、
圧力室内に露出した電極をコーティング膜で被覆する。
このため、インクの化学的変化で圧電素子を駆動するた
めの電極が腐食したり、気体が発生したりすることがな
く、水性インク・油性インク（非水性）インクのいずれ
でも使用可能となる。

【００４８】

【実施例】以下、本発明の実施例におけるインクジェッ
トヘッドの構成とその駆動方法とを、図面を基に説明す
る。

【００４９】図１は、本発明の第１の実施例におけるイ
ンクジェットヘッドの一部を破断して示す斜視図であ
る。

【００５０】図１の斜視図に示すように、厚さ方向に分
極１した圧電性材料からなる複数の隔壁１０ａ、１０
ｂ、１０ｃを絶縁性材料からなる基板１１上に平行に配
列して溝１２を形成する。

【００５１】この溝１２の端面の一方にはインク吐出口
となるノズル孔１６を有するノズル板１５が接着され、
溝１２の他方には共通インク溜１９と連結したインク供
給口１８を配置する。

【００５２】さらに、溝１２の上部には蓋１３が接着さ
れ、溝１２と蓋１３により圧力室９を形成する。

【００５３】隔壁１０ａ、１０ｂは厚さ方向の端面にそ
れぞれ形成した電極２ａ、２ｂに電圧を印加すること
で、圧電アクチュエータとして機能する。

【００５４】そして隔壁１０ａおよび隔壁１０ｂに電圧
を印加し、隔壁１０ａ，１０ｂを変形させて、インクを
充填した圧力室９の体積を変化させ、圧力室９内部に圧
力を発生させることにより、インク液滴１７を吐出させ
る。

【００５５】図２は、圧力室９の構成とその駆動方法を
示す斜視図である。この図２を用いて、図１に示すイン
クジェットヘッドの駆動方法を説明する。

【００５６】図２において、圧電性材料からなる隔壁１
０ａ，１０ｂの分極１と同方向の電界を印加すると、隔
壁１０ａ，１０ｂの高さＨは矢印２方向にδＨ伸び、幅
Ｗは矢印３方向にδＷだけ収縮し、さらに長さＬは矢印
４方向にδＬだけ収縮する。

【００５７】印加する電圧をＶ、圧電性材料の厚さ方向
の圧電定数をｄ₃₃、長さ方向の圧電定数をｄ₃₁とする
と、 δＨ＝ｄ₃₃×Ｖ δＷ＝ｄ₃₁×Ｖ×Ｗ／Ｈ δＬ＝ｄ₃₁×Ｖ×Ｌ／Ｈ となる。

【００５８】圧力室９の幅をＡとすると、圧力室の体積
Ａ×Ｈ×Ｌは、 （Ａ＋δＷ）×（Ｈ＋δＨ）×（Ｌ−δＬ） に変化する。

【００５９】よって、圧力室９の体積変化量は微少項を
無視すると近似的に、 Ｈ×Ｌ×δＷ＋Ａ×Ｌ×δＨ−Ａ×Ｈ×δＬ となり、この体積変化量分のインクが圧力室９内に余分
に充填される。

【００６０】電圧の印加を停止し、圧力室９を元の大き
さに戻すと、前述の体積変化量分のインクは圧力室９の
外へ押し出される。

【００６１】圧力室９の長さが充分な寸法を有する場合
には、圧力室９の後端部つまりインク供給口１８側の体
積変化はインク液滴の生成にあまり影響を与えない。こ
の場合、圧力室の通路断面積の変化による体積変化が支
配的となるので前述の圧力室９の体積変化量で体積が減
少する分（−Ａ×Ｈ×δＬ）は無視できる。

【００６２】インク液滴の連続吐出性、すなわち応答性
を向上させるためには、吐出したインク液滴１７分のイ
ンク量を、すみやかにインク供給口１８より、圧力室９
を通じてノズル孔１６のメニスカスまで供給しなけらば
ならない。

【００６３】圧力室９の長さを短くすると、インク供給
口１８からノズル孔１６までの距離は短くなるので、イ
ンクの供給は速やかに行われる。このため、インク液滴
１７の連続応答性は向上する。

【００６４】このようにして、インク液滴１７の連続応
答性を向上させるための理由で、圧力室９の長さを短く
すると、インク液滴１７を生成するのに必要なインク流
は圧力室９の後端部付近までおよぶ。このため、圧力室
９の体積変化量で体積が減少する分（−Ａ×Ｈ×δＬ）
の影響は無視できなくなる。

【００６５】したがって、隔壁１０ａ，隔壁１０ｂが短
くなって圧力室９の体積が減少する分（−Ａ×Ｈ×δ
Ｌ）は少ないほうがよい。

【００６６】またさらに、インク流の逃げなどによる影
響を考慮すると、必要なインク液滴１７を形成するには
インク液滴１７の体積以上の圧力室９の体積変化量（Ｈ
×Ｌ×δＷ＋Ａ×Ｌ×δＨ−Ａ×Ｈ×δＬ）が必要であ
る。

【００６７】つまりインク液滴１７の半径をｒとすると Ｈ×Ｌ×δＷ＋Ａ×Ｌ×δＨ−Ａ×Ｈ×δＬ≧４／３τ
ｒ³ が成立すれば連続応答性が高く、安定したインク液滴の
生成が可能となる。

【００６８】そこで隔壁の寸法の高さ、幅、長さ（Ｈ、
Ｗ、Ｌ）や、溝幅寸法（Ａ）や、圧電定数（ｄ₃₃、
ｄ₃₁）などの各定数を上式を満足するように設定するこ
とによって、前述の目的は達成することができる。

【００６９】もし、この条件が成立していないと、イン
ク液滴１７が所定の大きさより小さくなったり、まった
く吐出しないといった問題を引き起こす。

【００７０】このように、圧力室９の長さ寸法を充分短
くし、駆動する圧力室９の体積変化量が吐出するインク
液滴１７の体積以上になるようにすると、インク液滴の
連続吐出性が優れ、かつ安定したインク液滴を生成でき
るインクジェットヘッドを提供することができる。

【００７１】図３は、本発明の第２の実施例におけるイ
ンクジェットヘッドの隔壁と圧力室とを示す斜視図であ
る。なお他の構成は第１の実施例と同じであるので、詳
細な説明は省略する。

【００７２】図３に示すように、厚さ方向に分極した第
１の板状圧電材料３１ａは第１の導電材料３２ａを介し
て、第１の板状圧電材料３１ａと反対方向に分極した第
２の板状圧電材料３１ｂと貼り合わされ、さらに第２の
導電材料３２ｂを介して、第２の板状圧電材料３１ｂと
反対方向に分極した第３の板状圧電材料３１ｃが貼り合
わされる。

【００７３】さらに同様な手段で必要な枚数だけ導電材
料と板状圧電材料とを順次積層することで、隔壁３０
ａ，３０ｂを形成する。

【００７４】また、第１の導電材料３２ａ、第３の導電
材料３２ｃなどは、隔壁３０ａの一方の端面上に金（Ａ
ｕ）膜を、真空蒸着法などの薄膜形成手段で形成する第
１の集電極３３ａと電気的導通をとる。

【００７５】さらに第２の導電材料３２ｂ、第４の導電
材料３２ｄなどは、隔壁３０ａのほかの端面領域に第１
の集電極３３ａと同様な手段によって形成する第２の集
電極３３ｂと電気的導通をとる。

【００７６】このような図３に示す構成により第１の集
電極３３ａと第２の集電極３３ｂ間に電圧を印加する
と、導電材料間に電圧が生じ、板状圧電材料の厚さ方向
に電界が発生する。このため隔壁は圧電アクチュエータ
として機能する。

【００７７】そして第２の板状圧電材料３１ｂの分極方
向と同方向の電圧Ｖを第１の集電極３３ａ、第２の集電
極３３ｂに印加すると、第２の板状圧電材料３１ｂの高
さＨはδＨ伸び、幅ＷはδＷだけ収縮し、さらに長さＬ
はδＬだけ収縮する。

【００７８】ここで板状圧電材料の厚さ方向の圧電定数
をｄ₃₃、長さ方向の圧電定数をｄ₃₁とし、印加電圧をＶ
とすると、 δＨ＝ｄ₃₃×Ｖ δＷ＝ｄ₃₁×Ｖ×Ｗ／Ｈ δＬ＝ｄ₃₁×Ｖ×Ｌ／Ｈ となる。

【００７９】圧力室９を形成する隔壁３０ａと隔壁３０
ｂとの間の寸法をＡとすると、隔壁３０ａ、３０ｂの一
対の板状圧電材料一枚分で形成する体積Ａ×Ｈ×Ｌは、 （Ａ＋δＷ）×（Ｈ＋δＨ）×（Ｌ−δＬ） に変化する。

【００８０】よって、一対の板状圧電材料一枚分で形成
する体積の変化量は微少項を無視すると近似的に、 Ｈ×Ｌ×δＷ＋Ａ×Ｌ×δＨ−Ａ×Ｈ×δＬ となる。

【００８１】駆動可能な板状圧電材料の積層枚数をｎと
すると、圧力室９の体積変化量は、一対の板状圧電材料
で形成する体積の変化量のｎ倍で、 ｎ×（Ｈ×Ｌ×δＷ＋Ａ×Ｌ×δＨ−Ａ×Ｈ×δＬ） となる。

【００８２】電圧の印加を停止し、圧力室９を元の大き
さに戻すと、圧力室９の体積変化量分のインクは圧力室
９の外へ押し出される。

【００８３】ここで必要なインク液滴１７を形成するた
めには、第１の実施例で説明した理由と同様に、圧力室
９の体積変化量（ｎ×（Ｈ×Ｌ×δＷ＋Ａ×Ｌ×δＨ−
Ａ×Ｈ×δＬ））はインク液滴１７の体積以上が必要と
なる。

【００８４】また、このような隔壁３０ａ，３０ｂを圧
電材料の積層構造で形成すると、第１の実施例に比べ、
積層枚数（ｎ）分の１だけ印加する電圧を低くしても、
同等の圧力室９の体積変化が確保できる。このため、低
電圧で駆動できるインクジェットヘッドを提供すること
ができる。

【００８５】第１の実施例および第２の実施例におい
て、圧電性材料からなる隔壁に分極方向と逆の電界を印
加すると、圧電性材料からなる隔壁１０ａ（図１、２参
照）、または隔壁３０ａ（図３参照）の高さＨはδＨ収
縮し、幅ＷはδＷだけ伸び、さらに長さＬはδＬだけ伸
びる。

【００８６】印加する電圧をＶ、厚さ方向の圧電定数を
ｄ₃₃、長さ方向の圧電定数をｄ₃₁とすると、 δＨ＝ｄ₃₃×Ｖ δＷ＝ｄ₃₁×Ｖ×Ｗ／Ｈ δＬ＝ｄ₃₁×Ｖ×Ｌ／Ｈ となる。

【００８７】圧力室９の幅をＡとすると、圧力室の体積
Ａ×Ｈ×Ｌは、 （Ａ−δＷ）×（Ｈ−δＨ）×（Ｌ＋δＬ） に変化する。

【００８８】よって、圧力室９の体積変化量は微少項を
無視すると近似的に、 −Ｈ×Ｌ×δＷ−Ａ×Ｌ×δＨ＋Ａ×Ｈ×δＬ となり、この体積変化量分のインクが圧力室９外に押し
出される。

【００８９】つぎに電圧の印加を停止し、圧力室９を元
の大きさに戻すと、前述の体積変化量分のインクは圧力
室９に充填する。

【００９０】ここで必要なインク液滴１７を形成するに
は、第１の実施例、第２の実施例で説明した同様の理由
で、圧力室９の体積変化量は、インク液滴１７の体積以
上が必要となる。

【００９１】印加する分極と逆方向の電界強度（Ｖ／
Ｈ）が分極を反転させる電界（分極反転電界）以下であ
るように設定すると、圧電性材料内の分極方向を乱すこ
となく隔壁を駆動することができるので、長期的に安定
した特性を持ったインクジェットヘッドを提供すること
ができる。

【００９２】実施例１および実施例２において、圧電性
材料からなる隔壁に分極方向と同方向の電界を印加する
と、圧電性材料からなる隔壁１０ａ（図１、２参照）、
または隔壁３０ａ（図３参照）の高さＨはδＨ伸び、幅
ＷはδＷだけ縮み、さらに長さＬはδＬだけ縮む。

【００９３】印加する電圧をＶ、厚さ方向の圧電定数を
ｄ₃₃、長さ方向の圧電定数をｄ₃₁とすると、 δＨ＝ｄ₃₃×Ｖ δＷ＝ｄ₃₁×Ｖ×Ｗ／Ｈ δＬ＝ｄ₃₁×Ｖ×Ｌ／Ｈ となる。

【００９４】つぎに隔壁１０ａ、１０ｂ、または隔壁３
０ａ、３０ｂに分極方向と逆の電界を印加すると、圧電
性材料からなる隔壁１０ａ、または隔壁３０ａの高さＨ
は、元の長さに比べてδＨ収縮し、幅ＷはδＷだけ伸
び、さらに長さＬはδＬだけ伸びる。

【００９５】このような駆動を行うと隔壁１０ａ、１０
ｂ、または隔壁３０ａ、３０ｂの寸法の変化量はそれぞ
れ２倍となり、高さ方向で２δＨ、幅方向で２δＷ、長
さ方向で２δＬとなる。このため第４の実施例において
は、第１、２、３の実施例に比べて、同じ印加電圧を印
加した場合は２倍の寸法の変化量が得られる。

【００９６】このとき圧力室９の体積変化量は、隔壁間
の幅をＡとすると、 Ｈ×Ｌ×２δＷ＋Ａ×Ｌ×２δＨ−Ａ×Ｈ×２δＬ となる。

【００９７】ここで必要なインク液滴１７を形成するに
は、第１の実施例、第２の実施例で説明した同様の理由
で、圧力室９の体積変化量は、インク液滴１７の体積以
上が必要となる。

【００９８】インク液滴１７の半径をｒとすると、 Ｈ×Ｌ×２δＷ＋Ａ×Ｌ×２δＨ−Ａ×Ｈ×２δＬ≧４
／３τｒ^３ となる。

【００９９】また、印加する分極と逆方向の電界強度を
分極反転電界以下であるように設定すれば、前述のよう
に、長期的に安定した特性を持つインクジェットヘッド
を提供することが可能となる。

【０１００】いままで説明した第１から４の実施例で示
した圧力室９を形成する隔壁の内面に、ポリパラキシレ
ン樹脂を使用する化学蒸着法によって形成するコーティ
ング膜を設ける。このコーティング膜を形成すれば、圧
力室９内のインクは電極である導電材料に接触しない。

【０１０１】このコーティング膜は高い電気絶縁性を有
し、圧力室９に接する電極である第１の導電材料３２
ａ，第２の導電材料３２ｂ，第３の導電材料３２ｃなど
は圧力室９と電気的に絶縁することができる。

【０１０２】このコーティング膜を設ける構成にする
と、導電材料によって形成する駆動電極はインクに触れ
ない。

【０１０３】このためインクの化学的変化で駆動電極が
腐食したり、気体が発生したりすることがなく、水性イ
ンク・油性インク（非水性）インクのいずれでも使用可
能となる。

【０１０４】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
インクジェットヘッドによれば、圧力室の体積変化量が
インク液滴の体積以上になるように設定できるので、長
さの短いインク圧力室が形成可能で、高い周波数でイン
ク液滴を噴射することができるという効果がある。

【０１０５】さらに、板状圧電材料を積層しているの
で、低い電圧で駆動可能なインクジェットヘッドを提供
することができる。

【０１０６】またさらに、圧電素子を駆動するための電
極と圧力室に充填されたインクとが接触しないように、
圧力室内に露出した電極をコーティング膜で被覆してい
る。

【０１０７】このため、インクの化学的変化で駆動電極
が腐食したり、気体が発生したりすることがなく、水性
インク・油性インク（非水性）インクのいずれでも使用
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例におけるインクジェットヘッド
の構成と駆動方法とを示す一部を破断して示す斜視図で
ある。

【図２】本発明の実施例におけるインクジェットヘッド
の圧力室の構成と駆動方法とを示す斜視図である。

【図３】本発明のほかの実施例におけるインクジェット
ヘッドの圧力室の構造と駆動方法とを示す斜視図であ
る。

【図４】従来例におけるインクジェットヘッドの圧力室
の構造を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ 分極 ２ａ 電極 ２ｂ 電極 ９ 圧力室 １０ａ 隔壁 １０ｂ 隔壁 １０ｃ 隔壁 １１ 基板 １２ 溝 １３ 蓋 １５ ノズル板 １６ ノズル孔 １７ インク液滴 １８ インク供給口 １９ 共通インク溜

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板と、厚さ方向に分極させた圧電素子
   からなる隔壁と、隔壁を基板上に複数個配列して形成す
   る溝と、溝を覆う蓋により形成する複数の圧力室と、圧
   力室の一部に設けるインク吐出口およびインク供給口と
   を備え、隔壁に形成した電極に電圧を印加することによ
   り隔壁を厚さ方向に高く幅方向に狭く長さ方向に短く変
   形させ、圧力室の体積を吐出するインク液滴の体積以上
   に増加させることを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 【請求項２】 基板と、厚さ方向に分極させた板状圧電
   材料を導電材料を介して複数枚積層した圧電素子からな
   る隔壁と、隔壁を基板上に複数個配列して形成する溝
   と、溝を覆う蓋により形成する複数の圧力室と、圧力室
   の一部に設けるインク吐出口およびインク供給口とを備
   え、導電材料に電圧を印加することにより隔壁を厚さ方
   向に高く幅方向に狭く長さ方向に短く変形させ、圧力室
   の体積を吐出するインク液滴の体積以上に増加させるこ
   とを特徴とするインクジェットヘッド。
3. 【請求項３】 基板と、厚さ方向に分極させた圧電素子
   からなる隔壁と、隔壁を基板上に複数個配列して形成す
   る溝と、溝を覆う蓋により形成する複数の圧力室と、圧
   力室の一部に設けるインク吐出口およびインク供給口と
   を備え、隔壁に形成した電極に電圧を印加することによ
   り隔壁を厚さ方向に低く幅方向に広く長さ方向に長く変
   形させ、圧力室の体積を吐出するインク液滴の体積以上
   に減少させることを特徴とするインクジェットヘッド。
4. 【請求項４】 基板と、厚さ方向に分極させた板状圧電
   材料を導電材料を介して複数枚積層した圧電素子からな
   る隔壁と、隔壁を基板上に複数個配列して形成する溝
   と、溝を覆う蓋により形成する複数の圧力室と、圧力室
   の一部に設けるインク吐出口およびインク供給口とを備
   え、導電材料に電圧を印加することにより隔壁を厚さ方
   向に低く幅方向に広く長さ方向に長く変形させ、圧力室
   の体積を吐出するインク液滴の体積以上に減少させるこ
   とを特徴とするインクジェットヘッド。
5. 【請求項５】 基板と、厚さ方向に分極させた圧電素子
   からなる隔壁と、隔壁を基板上に複数個配列して形成す
   る溝と、溝を覆う蓋により形成する複数の圧力室と、圧
   力室の一部に設けるインク吐出口およびインク供給口と
   を備え、隔壁に形成した電極に電圧を印加することによ
   り隔壁を厚さ方向に高く幅方向に狭く長さ方向に短く変
   形させ、その後、この印加の電圧と逆方向の電圧により
   隔壁を厚さ方向に低く幅方向に広く長さ方向に長く変形
   させ、圧力室の体積を吐出するインク液滴の体積以上に
   変化させることを特徴とするインクジェットヘッド。
6. 【請求項６】 基板と、厚さ方向に分極させた板状圧電
   材料を導電材料を介して複数枚積層した圧電素子からな
   る隔壁と、隔壁を基板上に複数個配列して形成する溝
   と、溝を覆う蓋により形成する複数の圧力室と、圧力室
   の一部に設けるインク吐出口およびインク供給口とを備
   え、導電材料に電圧を印加することにより隔壁を厚さ方
   向に高く幅方向に狭く長さ方向に短く変形させ、その
   後、この印加の電圧と逆方向の電圧により隔壁を厚さ方
   向に低く幅方向に広く長さ方向に長く変形させ、圧力室
   の体積を吐出するインク液滴の体積以上に変化させるこ
   とを特徴とするインクジェットヘッド。
7. 【請求項７】 印加する分極と逆方向の電界強度とは、
   分極反転電界以下であることを特徴とする請求項３、
   ４、５、あるいは６に記載のインクジェットヘッド。
8. 【請求項８】 圧力室内には、圧力室内に露出した圧電
   素子を駆動するための電極と圧力室に充填されたインク
   とが接触しないように、圧力室内に露出した電極をコー
   ティング膜で覆うことを特徴とする請求項１、２、３、
   ４、５、あるいは６に記載のインクジェットヘッド。
9. 【請求項９】 基板と、厚さ方向に分極させた圧電素子
   からなる隔壁と、隔壁を基板上に複数個配列して形成す
   る溝と、溝を覆う蓋により形成する複数の圧力室と、圧
   力室の一部に設けるインク吐出口およびインク供給口と
   を備えるインクジェットヘッドの駆動方法は、圧電素子
   の分極方向と同方向の電界を発生させるように電圧を印
   加し、その後電圧の印加を停止し圧電素子に蓄積された
   電荷を放出することでインク液滴を噴射することを特徴
   とするインクジェットヘッドの駆動方法。
10. 【請求項１０】 基板と、厚さ方向に分極させた圧電素
    子からなる隔壁と、隔壁を基板上に複数個配列して形成
    する溝と、溝を覆う蓋により形成する複数の圧力室と、
    圧力室の一部に設けるインク吐出口およびインク供給口
    とを備えるインクジェットヘッドの駆動方法は、圧電素
    子の分極方向と逆方向の電界を発生させるように電圧を
    印加し、インク液滴を噴射することを特徴とするインク
    ジェットヘッドの駆動方法。
11. 【請求項１１】 基板と、厚さ方向に分極させた圧電素
    子からなる隔壁と、隔壁を基板上に複数個配列して形成
    する溝と、溝を覆う蓋により形成する複数の圧力室と、
    圧力室の一部に設けるインク吐出口およびインク供給口
    とを備えるインクジェットヘッドの駆動方法は、圧電素
    子の分極方向と同方向の電界を発生させるように電圧を
    印加し、その後圧電素子の分極方向と逆方向の電界を発
    生させる電圧を印加して、インク液滴を噴射することを
    特徴とするインクジェットヘッドの駆動方法。