DE60106522T2

DE60106522T2 - Piezoelektrische Vibratoreinheit

Info

Publication number: DE60106522T2
Application number: DE60106522T
Authority: DE
Inventors: Tsuyoshi Suwa-shi KITAHARA
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2000-06-12
Filing date: 2001-06-12
Publication date: 2005-10-27
Anticipated expiration: 2021-06-13
Also published as: ATE327894T1; EP1164016A2; JP2001347660A; EP1306216A3; EP1306216A2; US7111927B2; DE60120179D1; ATE280043T1; DE60106522D1; EP1306216B1; DE60120179T2; JP3511981B2; EP1164016A3; US20020017142A1; EP1164016B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine piezoelektrische Schwingereinheit, die vorzugsweise zum Ausspritzen von Tintentröpfchen verwendet wird, sowie einen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf, der diese piezoelektrische Schwingereinheit verwendet. Insbesondere betrifft die vorliegenden Erfindung eine piezoelektrische Schwingereinheit und einen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf, die ein Verbiegen während des Betriebs des piezoelektrischen Schwingers unterdrücken können.
Ein Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf (im folgenden bezeichnet als Aufzeichnungskopf), der für eine Bildaufzeichnungsvorrichtung, wie beispielsweise einen Tintenstrahldrucker oder Plotter verwendet wird, weist folgendes auf: Eine Durchflusskanaleinheit, die Druckkammern und ein Reservoir beinhaltet; und eine piezoelektrische Schwingereinheit, die hinter der Durchflusskanaleinheit vorgesehen ist und eine Vielzahl von piezoelektrischen Schwingern zum Verändern der Volumina der zugehörigen Druckkammern beinhaltet.
Die folgenden Vorgänge werden beispielsweise verwendet, um die piezoelektrische Schwingereinheit herzustellen. Zunächst werden gemeinsame interne Elektroden und interne Segmentelektroden abwechselnd mit piezoelektrischem Material laminiert, das zwischen den benachbarten internen Elektroden vorgesehen wird, um so ein plattenartiges laminiertes Element zu bilden. Eine gemeinsame externe Elektrode und eine externe Segmentelektrode werden auf einer Oberfläche des laminierten Elements ausgeformt, so dass sie elektrisch mit den gemeinsamen internen Elektroden bzw. den internen Segmentelektroden verbunden werden. Dann wird eine Seitenfläche des Basisendbereichs des laminierten Elements, das die externen Elektrode hat, an einer Fixierplatte gesichert, und anschließend wird der vordere Endbereich des laminierten Elements in eine Vielzahl von extrem schmalen piezoelektrischen Schwingern zerschnitten, und zwar unter Verwendung einer Drahtsäge oder einer Dicing Saw.
Der piezoelektrische Schwinger dieser Art wird beeinflusst durch eine einschränkende Kraft, die in einem Verbindungsbereich des Schwingers aufgebracht wird, weil eine Seitenfläche des Basisendbereichs des laminierten Elements an der Fixierplatte gesichert ist. Wenn eine Spannung an die externe Elektrode aufgebracht wird, um den piezoelektrischen Schwinger zusammenzuziehen, tendiert das piezoelektrische Material auf der gegenüberliegenden Seite (d.h. der Seite, die in der Laminierrichtung derjenigen Seite gegenüberliegt, wo der piezoelektrische Schwinger an der Fixierplatte fixiert ist) dazu, sich geringfügig stärker zusammenzuziehen als das piezoelektrische Material auf der Seite der Fixierplatte.
Daher tritt, wie in 9 dargestellt, eine Biegung auf, d.h. der piezoelektrische Schwinger 200 wird in der Laminierrichtung weg von der Fixierplatte 204 gebogen (aufwärts in 9).
Aufgrund einer solchen Biegung des piezoelektrischen Schwingers 200 wird eine Druckwelle, wie sie in 10 mit α gekennzeichnet ist, erzeugt innerhalb der Druckkammer 203 eines Aufzeichnungskopfes 202, welche wiederholt innerhalb der Druckkammer 203 reflektiert und sich hin und her bewegt, als ob die Druckkammer 203 eine akustische Röhre wäre. Die Druckwelle beeinflusst das Ausspritzen der Tinte nachteilig, indem sie einen Nebel oder einen Satelliten erzeugt oder die Flugbahn eines Tintentröpfchens krümmt.
Da kein Dämpferelement zum positiven Dämpfen der Druckwelle in der Druckkammer 203 vorhanden ist, dauert es eine gewisse Zeit, bis die Druckwelle ausreichend abgemildert ist. Demzufolge ist ein erforderliches Zeitintervall bis zum Ausspritzen des nächsten Tintentröpfchens lang, was den Hochfrequenzantrieb des piezoelektrischen Schwingers behindert. JP-A-11 277 745 offenbart eine piezoelektrische Schwingereinheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Im Hinblick auf den Nachteil ist es ein Ziel der Erfindung, eine piezoelektrische Schwingereinheit zu schaffen, die die Biegung eines piezoelektrischen Schwingers während des Betriebs unterdrücken kann, um so stabiler Tintentröpfchen auszuspritzen. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf zu schaffen, der diese piezoelektrische Schwingereinheit verwendet.
Um dieses Ziel zu erreichen, schafft die vorliegende Erfindung eine piezoelektrische Schwingereinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Vorzugsweise haben die auf die piezoelektrischen Schichten aufgebrachten elektrischen Felder jeweils unterschiedliche Größen.
Mit dieser Anordnung ist es möglich, zu verhindern, dass der piezoelektrische Schwinger in der unnötigen Richtung schwingt, und so kann die Direktionalität der Schwingungsrichtung verbessert werden.
Genauer gesagt ist die Größe eines elektrischen Felds, das auf eine piezoelektrische Schicht aufgebracht ist, die weiter von einer Mitte der Dicke des piezoelektrischen Schwingers in der Laminierrichtung entfernt ist, kleiner als die Größe eines elektrischen Felds, das auf eine piezoelektrische Schicht aufgebracht wird, die sich näher an der Mitte der Dicke in der Laminierrichtung befindet.
Noch besser ist, wenn eine piezoelektrische Schicht weiter von der Oberfläche entfernt ist, die an dem Fixierelement fixiert ist, in der Laminierrichtung, die Größe des elektrischen Felds, das auf diese piezoelektrische Schicht aufgebracht wird, kleiner.
Der zumindest eine piezoelektrische Schwinger kann kammartige piezoelektrische Schwinger beinhalten, die eine piezoelektrische Schwingergruppe bilden.
Außerdem kann der piezoelektrische Schwinger auch einen nicht aktiven Bereich beinhalten, der nicht ausgedehnt oder zusammengezogen wird, selbst wenn die piezoelektrischen Schichten in einem aktiven Bereich angetrieben werden, und das Fixierelement ist verbunden mit einer Seitenfläche des nicht aktiven Bereichs.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch einen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf mit:

einer piezoelektrischen Schwingereinheit nach Anspruch 1; sowie
einer Durchflusskanaleinheit mit einer elastischen Platte, die als Teil eines Dichtelements zum Abdichten einer mit Düsenöffnungen in Verbindung stehenden Druckkammer dient, wobei die piezoelektrische Schwingereinheit durch Befestigen einer distalen Endfläche des piezoelektrischen Schwingers an der elastischen Platte angebracht ist.

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf den Gegenstand der japanischen Patentanmeldung Nr. 2000-175117 (angemeldet am 12. Juni 2000).
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht einer piezoelektrischen Schwingereinheit und eines Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes.
2 ist eine perspektivische Ansicht der äußeren Erscheinung einer piezoelektrischen Schwingereinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
3 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in 2.
4 ist ein spezifisches Diagramm zum Erläutern eines Biegemoments, das auf eine Antriebsschwinger wirkt.
5 ist eine Querschnittsansicht des Merkmals einer piezoelektrischen Schwingereinheit gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
6 ist eine Querschnittsansicht des Merkmals einer piezoelektrischen Schwingereinheit gemäß einer zusätzlichen Ausführungsform der Erfindung.
7 ist eine Querschnittsansicht des Merkmals einer piezoelektrischen Schwingereinheit gemäß einem weiteren Beispiel, das nicht Teil der Erfindung ist.
8 ist eine perspektivische Ansicht zum Erläutern des internen Mechanismus eines Tintenstrahldruckers.
9 ist ein spezifisches Diagramm zum Erläutern der Biegung einer verwandten piezoelektrischen Schwingereinheit.
10 ist ein Diagramm zum Erläutern einer sich hin und her bewegenden Druckwelle in einer Druckkammer.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Die vorliegende Erfindung wird nun mit Bezug auf veranschaulichte Ausführungsformen beschrieben. Zunächst wird mit Bezug auf 8 eine Erläuterung eines Tintenstrahldruckers (im folgenden einfach als Drucker bezeichnet) erfolgen, der eine typische Bildaufzeichnungsvorrichtung ist.
Ein Drucker 100 beinhaltet einen Schlitten 102, an welchem ein Aufzeichnungskopf 1 angebracht ist und in welchem eine Tintenpatrone 101 gehalten ist. Der Schlitten 102, der beweglich an einem Führungselement 104 angebracht ist, das sich über ein Gehäuse 103 hinüber erstreckt, wird entlang des Führungselements 104 hin und her bewegt, d.h. in der Hauptabtasteinrichtung, durch einen Kopfabtastmechanismus.
Dieser Kopfabtastmechanismus beinhaltet: einen Impulsmotor 105, vorgesehen an einem seitlichen Ende des Gehäuses 103; eine Antriebs-Riemenscheibe 106, verbunden mit der sich drehenden Welle des Impulsmotors 105; eine Leerlauf-Riemenscheibe 107, vorgesehen an dem anderen seitlichen Ende des Gehäuses 103; eine Synchronriemen 108, aufgehängt zwischen der Antriebs-Riemenscheibe 106 und der Leerlauf-Riemenscheibe 107 und verbunden mit den Schlitten 102; und eine Druckersteuerung (nicht dargestellt), zum Steuern der Drehung des Impulsmotors 105. Das heißt, der Kopfabtastmechanismus treibt den Impulsmotor 105 dazu an, den Schlitten 102 hin und her zu bewegen, d.h. den Aufzeichnungskopf 1, in Richtung der Breite eines Aufzeichnungsblatts 109, bei welchem es sich um eine Art von Druckmedium handelt. Der Drucker 100 beinhaltet auch einen Papierzuführmechanismus zum Zuführen von Aufzeichnungsblättern 109 in der Nebenabtastrichtung, rechtwinklig zur Hauptabtastrichtung. Der Papierzuführmechanismus beinhaltet einen Papierzuführmotor 110 und eine Papierzuführwalze 111. Auf der Basis von einem Host-Computer empfangenen Druckdaten steuert die Druckersteuerung den Aufzeichnungskopf 1 an, den Impulsmotor 105 und die Papierzuführwalze 110, und führt die Aufzeichnungsblätter 109 der Reihe nach zu, während sie den Aufzeichnungskopf 1 in der Hauptabtastrichtung bewegt.
Der Aufzeichnungskopf 1 wird nun genauer beschrieben. 1 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht des hauptsächlichen Bereichs des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes 1.
Dieser Aufzeichnungskopf 1 weist ein Gehäuse 2 auf, eine Durchflusskanaleinheit 3 und eine piezoelektrische Schwingereinheit 4. Für eine leicht verständliche Erläuterung wird die Oberseite in 1 als distales Ende (Vorderseite) und die untere Seite als Basisende (hintere Seite) definiert.
Das Gehäuse 2 ist ein blockförmiges synthetisches Kunstharzelement mit einem Speicherraum 5, der an beiden Enden offen ist. Die Durchflusskanaleinheit 3 ist mit der vorderen Endfläche des Gehäuses 2 verbunden, und die piezoelektrische Schwingereinheit 4 ist sicher in dem Speicherraum 5 in einem Zustand untergebracht, in welchem die vorderen Enden der kammförmigen Zähne einer Schwingergruppe 21 zu der vorderen Endöffnung des Speicherraums 5 hinweisen. Tintenzuführleitungen 6, die mit einer Tintenpatrone am Basisende kommunizieren, sind entlang einer seitlichen Seite des Speicherraums 5 vorgesehen.
Die Durchflusskanaleinheit 3 ist hauptsächlich aus einer Durchflusskanäle bildenden Platte 7, einer Düsenplatte 8 und einer elastischen Platte 9 ausgebildet. Die Düsenplatte 8 ist ein dünnes plattenartiges Element, das beispielsweise aus rostfreiem Stahl gemacht ist und in welchem eine große Anzahl (beispielsweise 48) Düsenöffnungen 10 feldartig in Reihen in Abständen angeordnet sind, die der Punktausbildungsdichte entsprechen. Die Durchflusskanäle ausbildende Platte 7, die auf der Düsenplatte 8 gestapelt ist, beinhaltet Reservoirs 11, in welche hinein Tinte strömt, die durch die Tintenzuführleitungen 6 zugeleitet wird; Druckkammern 12 zum Erzeugen des Tintendrucks, der erforderlich ist zum Ausspritzen von Tinte zu den zugehörigen Düsenöffnungen 10; und Tintenzuführöffnungen 13, die das Reservoir 11 mit den Druckkammern 12 verbinden. In dieser Ausführungsform wird ein Siliziumwafer geätzt, um diese Komponenten der Platte 7 zu produzieren.
In dieser Ausführungsform hat die elastische Platte 9 eine doppelte Struktur, in welcher ein Polymerfilm wie beispielsweise PPS (Polyphenylensulfid), der als elastischer Film 14 dient, auf eine rostfreie Platte 15 laminiert ist. Unnötige Bereiche der rostfreien Platte 15, die den Reservoirs 11 entsprechen, und dergleichen, werden durch Ätzen entfernt, um Inselteile 16 (dicker Bereich) zu erhalten, an welchen die distalen Enden der piezoelektrischen Schwinger 29 (siehe 3) der Schwingergruppe 21 von hinten gesichert sind. Elastische Teile 17 sind ausgebildet, in denen nur der elastische Film 14 (der dünne Bereich) um die Inselteile 16 herum gehalten wird.
Ähnlich wie die Düsenöffnungen 10 sind eine große Anzahl von Inselteilen 16 in Abständen vorgesehen, die der Punktausbildungsdichte entsprechen, und jeder dieser Inselteile 16 ist als Block ausgeformt, der schmal ist in Richtung des Düsenfeldes und lang in der Richtung, in welcher die piezoelektrischen Elemente der Schwinger 29 laminiert sind, d.h. in der Längsrichtung der Druckkammern 12.
Um die Durchflusskanaleinheit 3 herzustellen, wird die Durchflusskanäle bildende Platte 7 zwischen der Düsenplatte 8, angebracht an der vorderen Seite der Durchflusskanäle bildenden Platte 7, und der elastischen Platte 9 sandwichartig angeordnet, die auf der hinteren Seite angebracht ist, und die drei Komponenten werden dann miteinander verbunden (gebondet). In der Durchflusskanaleinheit 3 dient die elastische Platte 9 als Teil eines Dichtungselements, das die Decken der Druckkammern 12 und der Reservoirs 11 abdeckt.
Die piezoelektrische Schwingereinheit 9 besteht hauptsächlich aus der Schwingergruppe 21 und einer Fixierplatte 22 (eine Art von Fixierelement für diese Erfindung). Wie in 2 dargestellt, wird die Schwingergruppe 21 in kammartige Schwinger zerschnitten und beinhaltet Dummy-Schwinger 28, die sich an Enden in der Feldrichtung der Schwinger befinden, und eine große Anzahl von Antriebsschwingern 29, die zwischen den Dummy-Schwingern 28 angeordnet sind. Jeder der Antriebsschwinger 29 ist ein piezoelektrischer Schwinger mit seitlichem Effekt (d31-Effekt), der dem Ausspritzen von Tintentröpfchen zugeordnet ist. Die Antriebsschwinger 29 sind wie Nadeln unterteilt, von denen jede eine extrem geringe Breite von beispielsweise 50 bis 100 μm hat. Andererseits sind die Dummy-Schwinger 28 piezoelektrische Schwinger, die nicht mit dem Ausspritzen von Tintentröpfchen in Verbindung stehen.
Obwohl die Fixierplatte 22 in dieser Ausführungsform eine ungefähr 2 mm dicke rostfreie Stahlplatte ist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann die Fixierplatte 22 auch eine Kunstharzplatte sein oder ein blockartiges Element aus Metall oder Kunstharz.
Nun werden die Antriebsschwinger 29 beschrieben. Wie in 3 dargestellt, sind die Antriebsschwinger 29 so ausgestaltet, dass gemeinsame interne Elektroden 32 und interne Segmentelektroden 33 abwechselnd angeordnet sind und mit piezoelektrischen Elementen 31 sandwichartig dazwischen laminiert sind. Die gemeinsamen internen Elektroden 32 sind solche Elektroden, die für alle Antriebsschwinger 29 auf die gleiche Potentialstufe gesetzt sind, und die internen Segmentelektroden 33 sind solche Elektroden, die für jeden der Antriebsschwinger 29 auf eine unterschiedliche Potentialstufe gesetzt sind. Der Bereich eines Antriebsschwingers 29, der sich von dem vorderen Ende des Schwingers um einen Abstand erstreckt, der äquivalent zu ungefähr einer Hälfte oder zwei Dritteln der Länge des Schwingers in Längsrichtung (rechtwinklig zu der Laminierrichtung) ist, wird definiert als freier Endteil 23a, und der Bereich, der sich von dem Ende des freien Endteils 23a bis zum Basisende des Schwingers erstreckt, wird als Basisendteil 23b definiert.
Ein aktiver Bereich (ein Überlappungsbereich) L, in welchem sich die gemeinsamen internen Elektroden 32 und die internen Segmentelektroden 33 überlappen, ist in dem freien Endteil 23a ausgeformt. Und wenn ein elektrisches Feld zwischen den Elektroden 32 und 33 erzeugt wird durch Aufbringen einer Potentialdifferenz auf diese Elektroden 32 und 33, wird das piezoelektrische Element 31 in dem aktiven Bereich L verformt (aktiviert) durch das erzeugte elektrische Feld, und der freie Endteil 23a wird ausgedehnt und zusammengezogen, d.h. in Längsrichtung des Schwingers ausgelenkt.
Die Basisenden der gemeinsamen internen Elektroden 32 werden leitend gemacht zu einer gemeinsamen externen Elektrode 37 am Basisend-Oberflächenbereich des Antriebsschwingers 29, und die vorderen Enden der inneren Segmentelektroden 33 werden leitend gemacht zu einer externen Segmentelektrode 36 am vorderen Endflächenbereich des Antriebsschwingers 29. Die vorderen Enden der gemeinsamen internen Elektroden 32 sind geringfügig hinter dem vorderen Endflächenbereich des Antriebsschwingers 29 positionier, und die Basisenden der inneren Segmentelektroden 33 sind am Übergang zwischen dem freien Endteil 23a und dem Basisendteil 23b positioniert.
Die externe Segmentelektrode 36 ist eine Elektrode, die an dem vorderen End-Oberflächenbereich des Antriebsschwingers 29 ausgeformt ist und diesen bedeckt, und ebenso eine Verdrahtungs-Anschlussfläche (die obere Fläche in 3, gegenüber der mit der Fixierplatte verbundenen Fläche) des Antriebsschwingers 29, d.h. eine Seitenfläche des Antriebsschwingers 29 in Laminierrichtung. Die externe Segmentelektrode 36 wird dazu verwendet, eine Verbindung zwischen den inneren Segmentelektroden 33 und dem Verdrahtungsmuster eines flexiblen Kabels 24 als einer Art von Verdrahtungselement zu schaffen. Der Bereich der externen Segmentelektrode 36 auf der Seite der Verdrahtungs-Anschlussoberfläche ist kontinuierlich ausgeformt von der Stelle des Basisendteils 23b des Schwingers zum vorderen Ende des freien Endteils 23a. Die gemeinsame externe Elektrode 37 ist eine Elektrode, die an dem Basis-Endoberflächenbereich des Antriebsschwingers 29, dessen Verdrahtungs-Anschlussoberfläche und der mit der Fixierplatte verbundenen Fläche (der unteren Fläche in 3), welches die andere Seitenfläche des Antriebsschwingers 29 in der Laminierrichtung ist, ausgebildet ist und diese bedeckt. Die externe gemeinsame Elektrode 37 wird dazu verwendet, eine elektrische Verbindung zwischen dem Verdrahtungsmuster des flexiblen Kabels 24 und den gemeinsamen internen Elektroden 32 herzustellen. Der Bereich der gemeinsamen externen Elektrode 37 auf der Seit der Verdrahtungs-Anschlussoberfläche ist kontinuierlich ausgeformt von einer Stelle geringfügig hinter dem Ende der externen Segmentelektrode 36 zur Seite des Basis-Endoberflächenbereichs, und der Bereich der gemeinsamen externen Elektrode 37 auf der Seite der Fixierplatte 22 ist kontinuierlich ausgeformt von einer Stelle geringfügig hinter dem vorderen Endoberflächenbereich des Schwingers 29 zur Seite des Basis-Endoberflächenbereichs.
Diese externen Elektroden 36 und 37 dienen auch als Elektroden zum Aktiveren der äußersten piezoelektrischen Elemente 31.
Insbesondere ist ein piezoelektrisches Element 31a, das die äußerste Lage bildet und sich am weitesten weg von der Fixierplatte 22 befindet, zwischen der externen Segmentelektrode 36 und der gemeinsamen internen elektrischen Elektrode 32 sandwichartig angeordnet, die sich in dem aktiven Flächenbereich L überlappen. Daher wird der Bereich des piezoelektrischen Elements 31a, der dem Bereich entspricht, wo sich die gemeinsame interne Elektrode 32 und die externe Segmentelektrode 36 überlappen, verformt, wenn ein Potentialunterschied zwischen den Elektroden 32 und 36 erzeugt wird.
In gleicher Art und Weise ist ein piezoelektrisches Element 31b, das die äußeres Schicht bildet und am nächsten zu der Fixierplatte 22 vorgesehen ist, sandwichartig zwischen der gemeinsamen externen Elektrode 37 und der internen Segmentelektrode 33 angeordnet, welche sich in dem aktiven Flächenbereich L überlappen. Daher wird der Bereich des piezoelektrischen Elements 31b, der dem Bereich entspricht, wo die interne Segmentelektrode 33 und die gemeinsame externe Elektrode 37 sich überlappen, verformt, wenn ein Potentialunterschied zwischen den Elektroden 33 und 37 erzeugt wird.
Der Basisendteil 23b funktioniert als nicht aktiver Bereich, der nicht ausgedehnt oder zusammengezogen wird, selbst wenn die piezoelektrischen Elemente 31 in dem aktiven Bereich L aktiviert werden. Das flexible Kabel 24 ist entlang des Basisendteils 23b auf der Seite des Verdrahtungsanschlusses angeordnet, und die externe Segmentelektrode 36, die gemeinsame externe Elektrode 37 und das flexible Kabel 24 sind elektrisch am Basisendteil 23b angeschlossen. Das heißt, das Anschlussende des flexiblen Kabels 24 ist an gemeinsamen externen Elektroden Verdrahtungsbereichen 30 sowie in 2 dargestellten externen Segmentelektroden-Verdrahtungsbereichen 36 platziert und daran durch Verlöten oder dergleichen angebracht, und Antriebsimpulse werden den Elektroden 32, 33, 36 und 37 über das flexible Kabel 24 zugeleitet. Außerdem ist die Fixierplatte 22 mit der Fixierplatten-Anbringfläche des Basisendteils 23b verbunden. Kurz gesagt ist der Antriebsschwinger 29 an der Fixierplatte 22 auf sogenannte einseitig eingespannte Art und Weise gesichert.
Die so angeordnete piezoelektrische Schwingereinheit 4 ist in dem Gehäuse 2 angebracht, während, wie es in 1 dargestellt ist, die vorderen Enden der freien Endteile 23a der Antriebsschwinger 29 in Kontakt mit den Inselteilen 16 von hinten gebracht werden, die Fixierplatte 22 wird fest an der Wand des Speicherraums 5 gesichert, und ein Klebstoff wird verwendet, um die vorderen Enden der freien Endteile 23a mit den Inselteilen 16 zu verbinden.
Wenn eine Spannung durch eine externe Segmentelektrode 36 angelegt wird, wird ein elektrisches Feld in den piezoelektrischen Elementen 31 in einem aktiven Bereich L erzeugt. Als Antwort auf die Erzeugung dieses elektrischen Feldes wird ein zugehöriger Antriebsschwinger 29 ausgedehnt oder zusammengezogen in der Längsrichtung des Schwingers, so dass ein elastischer Bereich 17 nach vorne oder hinten versetzt wird. Wenn dieser elastische Bereich 17 nach vorne oder hinten versetzt wird, wird eine Druckkammer 12 ausgedehnt oder zusammengezogen und ihr Volumen ändert sich.
Um ein Tintentröpfchen durch eine Düsenöffnung 10 auszustoßen, wird eine Spannung selektiv an einen mit dem Ausspritzen des Tintentröpfchens in Verbindung stehenden Antriebsschwinger 29 angelegt, so dass beispielsweise der zugehörige Antriebsschwinger 29 zusammengezogen wird und dann ausgedehnt in der Längsrichtung des Schwingers. Wenn der Antriebsschwinger 29 zusammengezogen wird, wird eine zugehörige Druckkammer 12 ausgedehnt, und produziert einen negativen Innendruck, so dass Tinte in dem Reservoir 11 in die Druckkammer 12 strömt. Wenn der Antriebsschwinger 29 ausgedehnt wird, wird dann die Druckkammer 12 zusammengezogen, um den Tintendruck zu erhöhen. Als Ergebnis wird die Tinte durch die Düsenöffnung 10 hinaus gezwungen, um als Tintentröpfchen ausgestoßen zu werden.
Da ein Antriebsschwinger 29 mit der Fixierplatte 22 einseitig eingespannt verbunden ist, ist, wenn der freie Endteil 23a zusammengezogen wird, die Kontraktion des piezoelektrischen Elements 31 in der Seite des Drahtanschlusses geringförmig größer als die Kontraktion des piezoelektrischen Elements 31 in der mit der Fixierplatte verbundenen Seite. Demzufolge tritt, wie durch die Buchstaben MA in 4 angezeigt, ein Biegemoment MA in dem Antriebsschwinger 29 auf, das dazu tendiert, den Antriebsschwinger 29 in Richtung der Seite des Verdrahtungsanschlusses zu wölben. Daher ist in dieser Ausführungsform, um das Biegemoment MA aufzuheben, zumindest ein piezoelektrisches Element 31, das entfernt von der Fixierplatte 22 mit Bezug auf die Mittellinie CL des Antriebsschwingers 29 in der Laminierrichtung vorgesehen ist (in 3 oberhalb der Mittellinie CL), dicker ausgebildet aus die andere piezoelektrischen Elemente 31.
In dem Beispiel der 3 ist ein piezoelektrischen Element 31c angrenzend an das äußerste piezoelektrische Element 31a, d.h. das zweite piezoelektrischen Element 31c von der Seite des Verdrahtungsanschlusses aus, dicker ausgeformt als die andere piezoelektrische Elemente 31. Das heißt, jedes der anderen piezoelektrischen Elemente 31 hat eine Dicke von 20 μm, wohingegen das dicker ist, eine Dicke von 50 μm hat, was beträchtlich größer ist, verglichen mit den anderen piezoelektrischen Elementen 31.
Die Dicke jedes piezoelektrischen Elements 31, 31c ist nur ein geeignetes Beispiel und kann ausgewählt werden, um ein Biegemoment MB zu erzeugen, das das Biegemoment MA auslöschen wird.
Da das piezoelektrische Element 31c dicker ist als die anderen piezoelektrischen Elemente 31, ist, wenn eine Spannung an die Elektroden 32 und 33 angelegt wird, die Größe des bei dem piezoelektrischen Element 31c mit der größeren Dicke erzeugten elektrischen Feldes relativ gesehen kleiner als die Größe des bei jedem der anderen piezoelektrischen Elemente 31 erzeugten elektrischen Feldes, so dass verglichen mit den anderen piezoelektrischen Elementen 31c das piezoelektrische Element 31c weniger kontrahiert werden wird.
Da sich das piezoelektrische Element 31c auf der Seite entfernt von der Fixierplatte 22 mit Bezug auf die Mittellinie CL befindet, verursacht der geringere Grad der Kontraktion des piezoelektrischen Elements 31 ein Biegemoment, wie durch die Buchstaben MB in 3 angezeigt, wenn der Antriebsschwinger 29, der auf den Antriebsschwinger 29 einwirkt, um den Antriebsschwinger 29 in Richtung der Fixierplatte 22 zu wölben. Da das Biegemoment MB die Umkehr des Biegemoments MA ist, das von der Verbindung des Antriebsschwingers 29 mit der Fixierplatte 22 her stammt, löscht das Biegemoment MB das Biegemoment MA aus.
Daher kann die Biegung, die auftreten würde, wenn der Antriebsschwinger 29 zusammengezogen wird, unterdrückt werden, und ein Längsversatzmodus (Vertikalschwingungsmodus) des Antriebsschwingers 29, der zum Ausspritzen des Tintentröpfchens beiträgt, kann positiv erhalten werden. So kann der Antriebsschwinger 29, wenn er zusammengezogen wird, rückwärts den Inselbereich 26 mit einer Kraft zurückziehen, die gleichmäßig ist von längs gesehen einem Ende des Inselbereichs 16 zum anderen Ende. In gleicher Art und Weise kann, wenn der Antriebsschwinger 29 ausgedehnt wird, der Antriebsschwinger 29 den Inselbereich 26 mit einer Kraft vorwärts drücken, die gleichmäßig ist von dem in Längsrichtung gesehen einen Ende des Inselbereichs 16 zu dessen anderem Ende.
Als Ergebnis kann die Anregung einer Druckwelle, die sich zwischen der Düsenöffnung 10 und der Tintenzuführöffnung 13 innerhalb der Druckkammer 12 hin und her bewegt, unterdrückt werden, und eine stabile Ausspritzung des Tintentröpfchens kann erzielt werden. Das heißt, selbst wenn das Zeitintervall zwischen dem Ausspritzen eines Tintentröpfchens und dem Ausspritzen des nächsten reduziert ist, kann die Erzeugung eines Nebels oder eines Satelliten oder eine gekrümmte Flugbahn des Tintentröpfchens verhindert werden.
In dieser Ausführungsform ist ein Antriebsschwinger 29 (entsprechend einem piezoelektrischen Schwinger der Erfindung) so ausgestaltet, dass das zweite piezoelektrischen Element 31c, gezählt von der Seite des Verdrahtungsanschlusses aus, dicker ist als die anderen piezoelektrischen Elemente 31. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Anordnung beschränkt. Das heißt, die gleichen Effekte können immer dann erzielt werden, wenn zumindest eines der piezoelektrischen Elemente 31, das weiter entfernt ist von der Fixierplatte 22 mit Bezug auf die Mittellinie CL in der Laminierrichtung, dicker ausgeformt ist.
Beispielsweise können alle piezoelektrischen Elemente 31, die entfernt von der Fixierplatte 22 mit Bezug auf die Mittellinie CL vorgesehen sind (oberhalb der Mittellinie CL in 3), dicker ausgeformt sein als die piezoelektrischen Elemente 31, die sich auf der Seite der Fixierplatte 22 mit Bezug auf die Mittellinie CL befinden (unter der Mittellinie CL in 3). In anderen Worten können die piezoelektrischen Elemente 31 in der Seite der Fixierplatte 22 mit Bezug auf die Mittellinie CL dünner sein als die piezoelektrischen Elemente 31 in der Seite der Verdrahtungsanschlussfläche mit Bezug auf die Mittellinie CL.
Außerdem kann, wie es in 5 für eine andere Ausführungsform gezeigt ist, das äußerste piezoelektrische Element 31a, das am weitesten entfernt von der Fixierplatte 22 ist, dicker ausgeformt sein als die anderen piezoelektrischen Elemente 31.
Mit dieser Anordnung funktioniert das piezoelektrische Element 31a, das am weitesten von der Fixierplatte 22 entfernt ist, als der Bereich zum Erzeugen des Biegemoments MB, und das Biegemoment MA, das sich aus der Verbindung mit der Fixierplatte 22 ergibt, kann effizient ausgelöscht werden.
Außerdem können die Dicken der piezoelektrischen Elemente 31 eines Antriebsschwingers 29 nach und nach ansteigen von der Fixierplatten-Verbindungsfläche zur Verdrahtungsanschlussfläche. Das heißt, je größer der Abstand von einem piezoelektrischen Element 31 zur Fixierplatte 22 ist, mit welcher der Antriebsschwinger verbunden ist, desto größer ist die Dicke des piezoelektrischen Elements 31 in der Laminierrichtung.
Mit dieser Ausgestaltung wird, wenn eine Spannung an die internen Elektroden 32 und 33 über die externen Elektroden 36 und 37 angelegt wird, ein relativ gesehen größeres elektrisches Feld an das piezoelektrische Element 31 angelegt, das sich näher an der Fixierplatte 22 befindet, wohingegen ein nach und nach kleiner werdendes elektrisches Feld an das piezoelektrische Element 31 angelegt wird, das sich weiter von der Fixierplatte 22 in der Laminierrichtung entfernt befindet. Daher wird das piezoelektrische Element 31, das sich am nächsten an der Fixierplatte 22 befindet, am einfachsten zusammengezogen, und das Zusammenziehen oder die Kontraktion der piezoelektrischen Elemente 31 nimmt nach und nach ab, wenn der Abstand von den piezoelektrischen Elementen 31 zur Fixierplatte 22 ansteigt. In anderen Worten kann eine Eigenschaft geschaffen werden, gemäß der mit der Fixierplatte verbundene Seite sich wahrscheinlich zusammenzieht und die Verdrahtungsanschlussseite sich weniger wahrscheinlich zusammenzieht.
Als Ergebnis dient auch mit diesem Aufbau, wenn ein Antriebsschwinger 29 zusammengezogen wird, das Begrenzungsmittel MB dazu, das Begrenzungsmittel MA aufzuheben, das sich aus der Verbindung des Antriebsschwingers 29 mit der Fixierplatte 22 ergibt. Daher kann der Längsversatz des Antriebsschwingers 29 positiv erhalten werden.
In dieser Ausführungsform ist, da ein bestimmtes piezoelektrisches Element 31 ausgeformt ist, das dicker ist als die anderen, die Größe des auf dieses bestimmte piezoelektrische Element 31 aufgebrachten elektrischen Feldes reduziert relativ zu der Größe des auf die anderen aufgebrachten elektrischen Felds. Es kann jedoch auch eine andere Anordnung verwendet werden, solange die Größe des auf ein spezifisches piezoelektrisches Element 31 aufgebrachten elektrischen Feldes reduziert werden kann.
Kurz gesagt, können verschiedene Anordnungen verwendet werden, solange das auf zumindest ein piezoelektrisches Feld 31, das entfernt von der Fixierplatte 22 mit Bezug auf die Mittellinie CL in der Laminierrichtung positioniert ist, reduziert ist relativ zu den elektrischen Feldern, die auf die anderen piezoelektrischen Elemente 31 aufgebracht werden, oder die auf die piezoelektrischen Elemente 31 aufgebrachten elektrischen Felder von der Verbindungsfläche des Antriebsschwingers 29 mit der Fixierplatte 22 in der Laminierrichtung der piezoelektrischen Elemente 31 nach und nach vermindert werden.
Außerdem kann die Erfindung angewandt werden auf eine piezoelektrische Schwingereinheit, bei welcher die gemeinsame externe elektrische Elektrode 31 nicht auf der Seite der Fixierplatten-Verbindungsfläche in dem freien Endteil 23a ausgeformt ist, d.h. auf einem piezoelektrische Schwingereinheit, bei welcher ein externe Elektrode nicht auf der Seitenfläche des freien Endteils 23a am nächsten zu der Fixierplatte 22 ausgeformt ist und die Fläche eines piezoelektrischen Elements 31b frei liegt.
In diesem Fall ist, da das piezoelektrische Element 31b, das sich am nächsten an der Fixierplatte 22 befindet, nicht verformt wird, weil kein elektrisches Feld darauf aufgebracht wird, das Begrenzungsmittel MA erhöht. Es kann jedoch schon durch Ausbilden eines piezoelektrischen Elements 31, das beträchtlich dicker ist als die anderen 31 und das weit entfernt von der Fixierplatte 22 mit Bezug auf die Mittellinie CL ist, ein Begrenzungsmittel MB erzeugt werden, das auf den Antriebsschwinger 29 einwirkt, das das Begrenzungsmittel MA aufhebt.
Mit dieser Anordnung kann daher der Längsversatz des Antriebsschwingers 29 auch positiv erhalten werden. Außerdem brauchen mit diesem Aufbau, da die Seitenfläche des freien Endteils 23a am nächsten zu der Fixierplatte 22 als eine piezoelektrische Elementfläche definiert ist, die externen Elektroden 36 und 37 nur an dem vorderen Endteil des Schwingers ausgeformt zu sein, dem Basisendteil des Schwingers und dem Verdrahtungsanschlussteil. So können die externen Elektroden einfach ausgeformt werden, die Herstelleffizienz kann erhöht werden, und der Aufzeichnungskopf 1 kann zu geringen Kosten hergestellt werden.
In diesen Ausführungsformen ist/sind das/die piezoelektrischen Elemente 31, die sich weiter von der Fixierplatte 22 entfernt befinden, dicker als das piezoelektrische Element 31, das sich näher an der Fixierplatte 22 befindet, um das Begrenzungsmittel MA aufzuheben, das sich aus der Verbindung mit der Fixierplatte 22 ergibt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Anordnung beschränkt und kann verschieden modifiziert werden.
Beispielsweise können die externen Elektroden 36 und 37, die sich gegenüber der Fixierplatte 22 in der Richtung befinden, in welcher die piezoelektrischen Elemente 31 laminiert sind, beträchtlich dicker ausgeformt werden als die internen Elektroden 32 und 33, und können dazu verwendet werden, das Begrenzungsmittel MA aufzuheben, das sich aus der Verbindung mit der Fixierplatte 22 ergibt. Es wird nun eine zusätzliche Ausführungsform erläutert, die den so beschriebenen Aufbau verwendet.
In der in 6 dargestellten Ausführungsform sind ein Seitenteil 36a, d.h. ein Teil der externen Segmentelektrode 36, die auf der Verdrahtungsanschlussfläche ausgeformt ist (eine Oberfläche gegenüber der Fixierplatten-Verbindungsfläche), und ein Seitenteil 37a, d.h. ein Teil der gemeinsamen externen Elektrode 37, ausgebildet auf der Verdrahtungsanschlussfläche, dicker als die internen Elektroden 32 und 33. Als spezifisches Beispiel beträgt in einem Fall, wo die Dicke jeder der internen Elektroden 32 und 33 2 μm beträgt, die Dicke jedes der Seitenteile 36a und 37a ungefähr 10 bis 20 μm.
Da die externe Elektrode 36 und 37, insbesondere die Seitenteile 36a und 37a, ausreichend dicker sind als die internen Elektroden 32 und 33, können die externen Elektroden 36 und 37 als Kontraktionsbremsen dienen, weil sie nicht mit der Kontraktion des Antriebsschwingers 29 in Beziehung stehen. Daher kann, wenn der Antriebsschwinger 29 zusammengezogen wird, das Begrenzungsmittel MB zum Wölben des Antriebsschwingers 29 in Richtung der Fixierplatte 22 auf den Antriebsschwinger 29 einwirken und das Biegemoment MA aufheben. Daher kann auch mit dieser Anordnung die Biegung des Antriebsschwingers 29 unterdrückt werden.
Die für die Dicken gegebenen Werte sind nur Beispiele, und die Dicken der Seitenteile 36a und 37a sind so gewählt, dass ein Biegemoment MB erhalten werden kann, das das Biegemoment MA. aufhebt.
Wie oben beschrieben, ist die Ausführungsform in 6 so ausgestaltet, dass die externe Elektrode 36 und 37 als Bremsen gegen die Kontraktion des Antriebsschwingers 9 verwendet werden, um dadurch ein Biegemoment MB zu erzeugen, das das Biegemoment MA aufhebt. Es ergibt sich aus der Tatsache, dass die externen Elektroden 36 und 37 als Bremsen dienen, dass die Längsabmaße oder Dicken der externen Elektroden 36 und 37 variiert werden können, um die Größe des Biegemoments MB einzustellen.
Beispielsweise ist in einer Anordnung wie in der in 3 dargestellten Ausführungsform, bei welcher die gesamte Seitenfläche des freien Endteils 23a in der Seite der Verdrahtungsanschlussfläche mit der externen Segmentelektrode 35 bedeckt ist, und ein Teil der Seitenfläche des freien Endteils 23a in der Seite der flexiblen Platte 22 mit der gemeinsamen externen Elektrode 37 bedeckt ist, möglich, die Größe des Biegemoments MB durch Variieren der Länge der gemeinsamen externen Elektrode 37 einzustellen, die in der Seite des freien Endteils 23a ausgeformt ist. Bei dieser Anordnung kann eine Feineinstellung der Größe des Biegemoments MB erfolgen, um dadurch die Verbiegung des Antriebsschwingers 29 verlässlicher zu unterdrücken.
Die internen Elektroden 32 und 33 sowie die externen Elektroden 36 und 37 sind nicht mit der Kontraktion des Antriebsschwingers 29 betroffen. Daher können die gleichen Effekte wie oben beschrieben erzielt werden durch Ausbilden spezifischer interner Elektroden 32 und 33, die dicker sind als die anderen.
Beispielsweise ist zumindest eine interne Elektrode 32 und 33, die entfernt von der Fixierplatte 22 mit Bezug auf die Mittellinie CL in der Laminierrichtung vorgesehen ist, dicker ausgeformt als die anderen internen Elektroden 32 und 33, oder die Dicken der internen Elektroden 32, 33 sind nach und nach vergrößert, so dass, je größer ein Abstand zwischen einer internen Elektrode 32 und 33 und der Verbindungsfläche zu der Fixierplatte 22 in der Laminierrichtung des Schwingerelements ist, desto größer die Dicke der internen Elektrode 32, 33 ist. Diese Anordnungen produzieren auch das Biegemoment MB, das auf den Antriebsschwinger 29 einwirkt, um das Biegemoment MA aufzuheben.
Da die internen Elektroden 32 und 33 dazu verwendet werden, ein elektrisches Feld auf ein entsprechendes piezoelektrisches Element 31 aufzubringen, variiert die Länge eines Bereichs des entsprechenden piezoelektrischen Elements 31, auf welches ein elektrisches Feld aufgebracht wird, abhängig von den Längen der internen Elektroden 32 und 33 in der Längsrichtung des Schwingers. Im Hinblick auf darauf kann zumindest eine interne elektrische Elektrode 32, 33, die entfernt von der Fixierplatte 22 mit Bezug auf die Mittellinie CL in der Laminierrichtung vorgesehen ist, größer sein als die anderen internen Elektroden 32 und 33, um das Biegemoment MB zu produzieren, das auf den Antriebsschwinger 29 einwirkt. Dies beruht darauf, dass die piezoelektrischen Elemente 31, die der kurzen internen Elektrode 32, 33 entsprechen, einen mit dem elektrischen Feld beaufschlagten Bereich haben, der kürzer ist als die mit dem elektrischen Feld beaufschlagten Bereiche der anderen piezoelektrischen Elemente 31, und daher ist es weniger wahrscheinlich, dass sich diese piezoelektrischen Elemente 31 entsprechend zusammenziehen. Mit dieser Anordnung kann daher das Biegemoment MA ebenfalls aufgehoben werden.
Durch Verwenden eines Biegemoment-Einstellelements können die in den Ausführungsformen erhaltenen Effekte ebenfalls erzielt werden. In einem weiteren, in 7 dargestellten Beispiel, das nicht Teil der Erfindung ist, ist ein Biegemoment-Einstellelement 40 an der Verdrahtungs-Anschlussfläche (d.h. der Vibratorseitenfläche) angebracht, gegenüber der Fixierplatten-Verbindungsfläche in der Laminierrichtung der piezoelektrischen Elemente 31.
Das Biegemoment-Einstellelement 40 ist nicht mit der Kontraktion des Antriebsschwingers 29 befasst, und es ist aus einem dünnen elastischen Material gemacht. Eine elastische Platte, genauer gesagt eine rostfreie Stahlplatte, deren Oberfläche elektrisch isoliert ist, kann für die Verwendung als Biegemoment-Einstellelement 40 angepasst werden. Das Biegemoment-Einstellelement 40 ist integral verbunden mit den externen Elektroden 36 und 37 auf der Seite der Verdrahtungs-Anschlussfläche. Das Element 40 kann an der gesamten Verdrahtungs-Anschlussfläche oder nur der Seitenfläche in dem freien Endteil 23a angebracht sein.
Wenn das Element 40 an der gesamten Verdrahtungs-Anschlussfläche angebracht ist, ist das flexible Kabel 24 sandwichartig zwischen dem Element 40 und den externen Elektroden 36 und 37 angeordnet.
Wenn das Element 40 auf einer Vibratorseitenfläche gegenüber der Seite der Fixierplatte 22 angebracht ist, kann das Element 40 als Bremse gegen die Kontraktion des Antriebsschwingers 29 dienen, weil es nicht mit der Kontraktion befasst ist. Daher kann das Biegemoment MB zum Wölben des Antriebsschwingers 29 in Richtung der Fixierplatte 22 während der Kontraktion auf den Antriebsspannung 29 einwirken und das Biegemoment MA aufheben. Als Ergebnis kann diese Anordnung die Verbiegung des Antriebsschwingers 29 ebenfalls unterdrücken.
Wie oben beschrieben, kann die Erfindung die folgenden Effekte liefern.
Da ungleichmäßige elektrische Felder auf die Schichten der piezoelektrischen Elemente aufgebracht werden, zieht sich ein piezoelektrisches Element, auf das ein geringes elektrisches Feld aufgebracht wird, weniger wahrscheinlich zusammen, verglichen mit anderen piezoelektrischen Elementen. Demzufolge wird ein Biegemoment erzeugt, das auf einen Antriebsschwinger einwirkt, um diesen Schwinger in Richtung einer Fixierplatte während der Kontraktion zu wölben, und hebt ein Biegemoment auf, das aus der Verbindung des piezoelektrischen Schwingers mit der Fixierplatte her stammt.
Als Ergebnis ist es möglich, die Biegung des piezoelektrischen Schwingers zu unterdrücken, um die Anregung einer Druckwelle aufgrund der Verbiegung zu verhindern und so das Ausspritzen der Tintentröpfchen zu stabilisieren.
Wenn piezoelektrische Elemente mit ungleichmäßigen Dicken ausgeformt sind, ist ein auf ein dickes piezoelektrisches Element aufgebrachtes elektrisches Feld reduziert relativ zu einem elektrischen Feld, das auf andere piezoelektrische Elemente aufgebracht wird, und das dicke piezoelektrische Element zieht sich weniger wahrscheinlich zusammen, verglichen mit den anderen piezoelektrische Elementen.
Mit diesem dicken piezoelektrischen Element wird ein Biegemoment erzeugt, das auf einen Antriebsschwinger einwirkt, um den Schwinger in Richtung einer Fixierplatte während der Kontraktion zu wölben, und hebt ein Biegemoment auf, das sich aus der Verbindung des Schwingers mit der Fixierplatte ergibt.
Als Ergebnis ist es möglich, die Biegung des Schwingers zu unterdrücken, um die Anregung einer Druckwelle aufgrund der Biegung zu verhindern, um so das Ausspritzen der Tintentröpfchen zu stabilisieren.
In einer Anordnung, in welcher eine Spannung angelegt wird, so dass die Größe des für piezoelektrische Elemente erzeugten elektrischen Felds nach und nach abnimmt, wenn der Abstand von der Fixierelement-Verbindungsfläche in der Laminierrichtung ansteigt, wird eine Kennlinie erhalten, gemäß der ein Schwinger, der sich näher an dem Fixierelement befindet, stärker kontrahiert wird, und ein Element, das sich weiter von dem Fixierelement befindet, weniger kontrahiert wird.
Mit dieser Kennlinie wird ein Biegemoment erzeugt, das auf einen Antriebsschwinger während der Kontraktion einwirkt, um den Schwinger in Richtung einer Fixierplatte zu wölben, und es hebt ein Biegemoment auf, das sich aus der Verbindung des Schwingers mit der Fixierplatte ergibt.
Als Ergebnis ist es möglich, die Biegung des piezoelektrischen Schwingers zu unterdrücken, um die Anregung einer Druckwelle aufgrund der Verbiegung zu verhindern und so das Ausspritzen der Tintentröpfchen zu stabilisieren.
In der Anordnung, in welcher die Dicke der piezoelektrischen Elemente zunimmt, wenn der Abstand der piezoelektrischen Elemente von der Fixierelement-Anbringfläche in der Laminierrichtung zunimmt, wird beim Anlegen einer Spannung an die internen Elektroden ein relativ starkes elektrisches Feld an ein piezoelektrisches Element angelegt, das sich näher an dem Fixierelement befindet, und die Stärke des an ein piezoelektrisches Element angelegten elektrischen Feldes nimmt ab, wenn der Abstand des piezoelektrischen Elements von dem Fixierelement in der Laminierrichtung nach und nach zunimmt. Daher wird eine Kennlinie erzielt, gemäß der das piezoelektrische Element in der Seite des Fixierelements stärker kontrahiert wird und das weiter von dem Fixierelement entfernte piezoelektrische Element weniger kontrahiert wird.
Mit dieser Kennlinie wird ein Biegemoment erzeugt, das auf einen Antriebsschwinger während der Kontraktion einwirkt, um den Schwinger in Richtung einer Fixierplatte zu wölben, und es hebt ein Biegemoment auf, das sich aus der Verbindung des Schwingers mit der Fixierplatte ergibt.
Als Ergebnis ist es möglich, die Biegung des piezoelektrischen Schwingers zu unterdrücken, um die Anregung einer Druckwelle aufgrund der Verbiegung zu verhindern und so das Ausspritzen der Tintentröpfchen zu stabilisieren.
Außerdem kann in der Anordnung, wo das äußerste piezoelektrische Element, das sich am weitesten von dem Fixierelement entfernt befindet, dicker ausgeformt ist als die anderen piezoelektrischen Elemente, das durch die Verbindung mit dem Fixierelement erzeugte Biegemoment effizient aufgehoben werden.
In der Anordnung, wo die externen Elektroden gegenüber dem Fixierelement in der Laminierrichtung der Elemente dicker ausgeformt sind als die internen Elektroden, denen die externen Elektroden als Bremsen gegen die Kontraktion des Schwingers. Demzufolge wird ein Biegemoment erzeugt, das auf einen Antriebsschwinger während der Kontraktion einwirkt, um den Schwinger in Richtung einer Fixierplatte zu wölben, und es hebt ein Biegemoment auf, das sich aus der Verbindung des Schwingers mit der Fixierplatte ergibt.
Als Ergebnis ist es möglich, die Biegung des piezoelektrischen Schwingers zu unterdrücken, um die Anregung einer Druckwelle aufgrund der Verbiegung zu verhindern und so das Ausspritzen der Tintentröpfchen zu stabilisieren.
In der Anordnung, in welcher interne Elektroden mit ungleichmäßigen Dicken ausgeformt sind, dient eine dicke interne Elektrode als Bremse gegen die Kontraktion des piezoelektrischen Schwingers. Demzufolge wird ein Biegemoment erzeugt, das auf einen Antriebsschwinger während der Kontraktion einwirkt, um den Schwinger in Richtung einer Fixierplatte zu wölben, und es hebt ein Biegemoment auf, das sich aus der Verbindung des Schwingers mit der Fixierplatte ergibt.
Als Ergebnis ist es möglich, die Biegung des piezoelektrischen Schwingers zu unterdrücken, um die Anregung einer Druckwelle aufgrund der Verbiegung zu verhindern und so das Ausspritzen der Tintentröpfchen zu stabilisieren.
In der Anordnung, in welcher die Dicken der internen Elektroden zunehmen, wenn ihr Abstand in der Laminierrichtung von dem Fixierelement zunimmt, kann eine Kennlinie geschaffen werden, gemäß der der Schwinger, der weiter von dem Fixierelement entfernt ist, weniger kontrahiert wird, aufgrund der Unterschiede in der Dicke der internen Elektroden. Demzufolge wird ein Biegemoment erzeugt, das auf einen Antriebsschwinger während der Kontraktion einwirkt, um den Schwinger in Richtung einer Fixierplatte zu wölben, und es hebt ein Biegemoment auf, das sich aus der Verbindung des Schwingers mit der Fixierplatte ergibt.
Als Ergebnis ist es möglich, die Biegung des piezoelektrischen Schwingers zu unterdrücken, um die Anregung einer Druckwelle aufgrund der Verbiegung zu verhindern und so das Ausspritzen der Tintentröpfchen zu stabilisieren.
In der Anordnung (nicht Teil der Erfindung), in welcher ein Biegemoment-Einstellelement an einer Schwingerseitenfläche gegenüber einer Fixierelement-Verbindungsfläche in der Laminierrichtung angebracht ist, ist das Biegemoment-Einstellelement nicht mit der Kontraktion des piezoelektrischen Schwingers befasst und kann als Bremse gegen die Kontraktion dienen. Demzufolge wird ein Biegemoment erzeugt, das auf einen Antriebsschwinger während der Kontraktion einwirkt, um den Schwinger in Richtung einer Fixierplatte zu wölben, und es hebt ein Biegemoment auf, das sich aus der Verbindung des Schwingers mit der Fixierplatte ergibt.
Als Ergebnis ist es möglich, die Biegung des piezoelektrischen Schwingers zu unterdrücken, um die Anregung einer Druckwelle aufgrund der Verbiegung zu verhindern und so das Ausspritzen der Tintentröpfchen zu stabilisieren.

Claims

Piezoelektrische Schwingereinheit (4) mit zumindest einem piezoelektrischen Schwinger (29), der folgendes beinhaltet: – gemeinsame innere Elektrodenschichten (32) und innere Segmentelektrodenschichten (33), abwechselnd angeordnet; – piezoelektrische Schichten (31), jeweils angeordnet zwischen benachbarten Paaren der gemeinsamen inneren Elektrodenschichten (32) und inneren Segmentelektrodenschichten (33), und – äußere Elektroden (36, 37), ausgebildet außen an dem piezoelektrischen Schwinger (2) und elektrisch verbunden mit den gemeinsamen inneren Elektrodenschichten (32) bzw. den inneren Segmentelektroden-Schichten (33); und mit einem Befestigungselement (22), an welchem eine Oberfläche des piezoelektrischen Schwingers (29) angebracht ist; wobei der piezoelektrische Schwinger (29) in einer Richtung rechtwinklig zu einer Laminierungsrichtung verschiebbar ist, in welcher die inneren Elektrodenschichten (32) und die piezoelektrischen Schichten (31) aufeinander angeordnet sind; dadurch gekennzeichnet, dass die Größe von auf zumindest eine der piezoelektrischen Schichten (31) aufgebrachten elektrischen Felder sich von der Größe der auf die anderen piezoelektrischen Schichten (31) aufgebrachten elektrischen Felder unterscheidet, um ein Biegemoment auszugleichen, das während der Kontraktion des piezoelektrischen Schwingers (29) verursacht wird.
Piezoelektrische Schwingereinheit nach Anspruch 1, wobei die auf die piezoelektrischen Schichten (31) aufgebrachten elektrischen Felder jeweils unterschiedlich groß sind.
Piezoelektrische Schwingereinheit nach Anspruch 1, wobei die Größe eines elektrischen Felds, das auf eine piezoelektrische Schicht (31) aufgebracht wird, die weiter von einem Dickenmittelpunkt des piezoelektrischen Schwingers (29) in der Laminierungsrichtung vorgesehen ist, kleiner ist als die Stärke eines elektrischen Feldes, das auf eine piezoelektrischen Schicht (31) aufgebracht wird, die sich in Laminierungsrichtung näher an diesen Dickenmittelpunkt befindet.
Piezoelektrische Schwingereinheit nach Anspruch 1, wobei die Stärke des auf die piezoelektrische Schicht (31) aufgebrachten elektrischen Felds um so kleiner ist, je weiter die piezoelektrische Schicht (31) von der an dem Befestigungselement (22) angebrachten Oberfläche in Laminierungsrichtung entfernt ist.
Piezoelektrische Schwingereinheit nach Anspruch 1, wobei der zumindest eine piezoelektrischen Schwinger (2) kammartige piezoelektrischen Schwinger beinhaltet, die eine Gruppe aus piezoelektrischen Schwingern bilden.
Piezoelektrische Schwingereinheit nach Anspruch 1, wobei der piezoelektrische Schwinger (29) außerdem einen nicht aktiven Bereich beinhaltet, der nicht ausgedehnt oder zusammengezogen wird, selbst wenn die piezoelektrischen Schichten (31) in einem aktiven Bereich angetrieben werden, und wobei das Befestigungselement (22) mit einer Seitenfläche des nicht aktiven Bereichs verbunden ist.
Tintenstrahldruckkopf (1) mit einer piezoelektrischen Schwingereinheit (4) nach Anspruch 1 sowie einer Durchflusskanaleinheit (3) mit einer elastischen Platte (9), die als Teil eines Dichtelements zum Abdichten einer mit Düsenöffnungen in Verbindung stehenden Druckkammer dient, wobei die piezoelektrische Schwingereinheit (4) durch Befestigen einer distalen Endfläche des piezoelektrischen Schwingers (2) an der elastischen Platte (9) angebracht ist.