JP2000117968A - Ink jet head device - Google Patents

Ink jet head device

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JP2000117968A
JP2000117968A JP29843698A JP29843698A JP2000117968A JP 2000117968 A JP2000117968 A JP 2000117968A JP 29843698 A JP29843698 A JP 29843698A JP 29843698 A JP29843698 A JP 29843698A JP 2000117968 A JP2000117968 A JP 2000117968A
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ink
piezoelectric
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ink jet
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純 磯野
Masatomo Kojima
正友 小島
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ink jet head device which is free from the possibilities that a positive and a negative electrode pattern might be shortcircuited. SOLUTION: A piezoelectric element 17 is formed by (A) laminating a top layer 15a, a first layer 19b, a second layer 19c, a third layer 19d, a fourth layer 19e and a bottom layer 19f. In addition, (B) a common electrode is provided on the top layer 19a and an electrode pattern 18a of negative electrodes is formed on the first layer 19b, the third layer 19d and the bottom layer 19f and (C) an electrode pattern 18b of positive electrodes is formed on the second layer 19c and the fourth layer 19e. Further, the electrode pattern 18b of positive electrodes and the electrode pattern 18a of negative electrodes are arranged in such a way that their respective positions coincide with each other in a direction where piezoelectric bodies are laminated. Besides, the electrode pattern 18b of positive electrodes and the electrode pattern 18a of negative electrodes are arranged in such a manner that these patterns are alternately spaced as specified in the face direction of each of the layers.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、積層型圧電素子を
用いたインクジェットヘッド装置の技術分野に属する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention belongs to the technical field of an ink jet head device using a laminated piezoelectric element.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のインクジェットプリンタに用いら
れるインクジェットヘッドは、複数の仕切桁により仕切
られたインク圧力室を備えたセラミック製のキャビティ
プレートと、該キャビティプレートに接合した圧電素子
とにより構成されており、該圧電素子によりインク圧力
室内に圧力変動を生じさせ、インク圧力室内のインクを
キャビティプレートに形成したノズルから吐出させてい
る。
2. Description of the Related Art An ink jet head used in a conventional ink jet printer is constituted by a ceramic cavity plate having an ink pressure chamber partitioned by a plurality of partitions, and a piezoelectric element joined to the cavity plate. In addition, pressure fluctuations are generated in the ink pressure chamber by the piezoelectric element, and ink in the ink pressure chamber is discharged from nozzles formed in the cavity plate.

【0003】圧電素子には様々な種類のものが用いられ
るが、一例として、積層型の圧電素子が挙げられる。こ
の積層型の圧電素子は、シート状に形成した圧電部材上
に、互いに所定の間隔を有して交互に配置される正負の
電極パターンをスクリーン印刷し、更にこの電極上に圧
電部材を重ね、以下同様にして圧電部材と電極とを積層
した後、脱バインダ・焼成処理を施し、更にその後圧電
素子の変形部をそれぞれ独立させるように複数の切欠凹
部を設けるという工程を経て製造される。
[0003] Various types of piezoelectric elements are used. One example is a laminated piezoelectric element. This laminated type piezoelectric element screen-prints positive and negative electrode patterns alternately arranged with a predetermined interval on a piezoelectric member formed in a sheet shape, and further superimposes the piezoelectric member on this electrode, Thereafter, the piezoelectric member and the electrode are laminated in the same manner, then subjected to a binder removal / sintering process, and then provided with a plurality of cutout recesses so as to make the deformed portions of the piezoelectric element independent from each other.

【0004】このような構成により、複数のインク圧力
室のそれぞれに圧電素子の複数の変位部を対応させるこ
とができ、各インク圧力室毎に良好なインク吐出を行わ
せることができる。
[0004] With such a configuration, a plurality of displacement portions of the piezoelectric element can be made to correspond to each of the plurality of ink pressure chambers, and good ink ejection can be performed for each ink pressure chamber.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来のように、スクリーン印刷により正負の電極パターン
を圧電部材上に形成した場合には各電極パターンの間隔
が例えば約100μmと短いため、印刷の精度によって
は正の電極パターンと負の電極パターンとが短絡する可
能性が高く、圧電素子を正常に変位させることができな
いという問題があった。
However, when the positive and negative electrode patterns are formed on the piezoelectric member by screen printing as in the prior art, since the interval between the electrode patterns is short, for example, about 100 μm, the printing accuracy is low. In some cases, there is a high possibility that the positive electrode pattern and the negative electrode pattern are short-circuited, so that the piezoelectric element cannot be displaced normally.

【0006】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたものであり、正負の電極パターンの短絡の可能性の
ないインクジェットヘッド装置を提供することを目的と
する。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide an ink jet head device in which there is no possibility of a short circuit between positive and negative electrode patterns.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載のインク
ジェットヘッド装置は、前記課題を解決するために、イ
ンク圧力室に貯留されているインクに圧力変動を与える
ことにより当該インクを吐出させるインクジェットヘッ
ド装置であって、2層以上に積層され積層方向に分極さ
れた圧電体層と、前記圧電体層間に形成された正及び負
の電極とを備え、圧電体層の同一表面上には正または負
の何れか一方の電極のみが所定間隔で配列され、前記積
層方向には正の電極と負の電極が前記配列の方向に互い
に所定間隔を有するように交互に形成され、前記正の電
極及び負の電極への電圧印加に基づく該分極の方向と直
交する電界により変形することを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an ink jet head device for ejecting an ink by applying a pressure change to ink stored in an ink pressure chamber. A head device, comprising: a piezoelectric layer stacked in two or more layers and polarized in a stacking direction; positive and negative electrodes formed between the piezoelectric layers; and a positive electrode on the same surface of the piezoelectric layer. Alternatively, only one of the negative electrodes is arranged at a predetermined interval, and the positive electrode and the negative electrode are alternately formed in the laminating direction so as to have a predetermined interval from each other in the direction of the arrangement, and the positive electrode And deformation by an electric field orthogonal to the direction of the polarization based on the application of a voltage to the negative electrode.

【0008】請求項1に記載のインクジェットヘッド装
置によれば、圧電体層の同一表面上には、正または負の
何れか一方の電極のみが所定間隔で配列されているの
で、電極形成時の精度にばらつきが存在する場合でも、
正の電極と負の電極との短絡を生じさせない。しかも、
正の電極と負の電極は、前記積層方向で見ると、各圧電
体層における電極の配列の方向に互いに所定間隔を有す
るように交互に形成されているので、前記正の電極へ正
の電圧を印加し、負の電極への負の電圧を印加すること
により、前記圧電体の分極の方向と直交する方向に電界
を生じさせる。その結果、圧電体はシェアモードにより
変形することになる。
According to the first aspect of the invention, only one of the positive and negative electrodes is arranged at a predetermined interval on the same surface of the piezoelectric layer. Even if accuracy varies,
Does not cause a short circuit between the positive electrode and the negative electrode. Moreover,
When viewed in the lamination direction, the positive electrode and the negative electrode are alternately formed so as to have a predetermined interval from each other in the direction of arrangement of the electrodes in each piezoelectric layer, so that a positive voltage is applied to the positive electrode. By applying a negative voltage to the negative electrode, an electric field is generated in a direction perpendicular to the direction of polarization of the piezoelectric body. As a result, the piezoelectric body is deformed by the shear mode.

【0009】請求項2に記載のインクジェットヘッド装
置は、前記課題を解決するために、請求項1に記載のイ
ンクジェットヘッド装置において、前記圧電体層の最上
層または最下層の表面には、正または負の共通電極が設
けられていることを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in order to solve the above-mentioned problem, in the inkjet head device according to the first aspect, the surface of the uppermost layer or the lowermost layer of the piezoelectric layer is positive or negative. A negative common electrode is provided.

【0010】請求項2に記載のインクジェットヘッド装
置によれば、前記圧電体層の最上層または最下層の表面
には、正または負の共通電極が設けられているので、当
該共通電極とは異なる極性の電極が設けられた圧電体層
のうち、最上層または最下層に最も近い圧電体層は、前
記共通電極と当該電極との間に形成される前記分極方向
と平行な方向の電界により変位し、更に当該変位が前記
共通電極により拘束されるため、この圧電体はユニモル
フモードにより変形する。従って、シェアモードによる
変形に加えてユニモルフモードによる変形が行われるの
で、圧電素子の変形量は増大することになる。このよう
に、正の電極と負の電極の短絡を確実に防止しつつ十分
に圧電体を変形させることができる。
According to the ink jet head device of the present invention, since the positive or negative common electrode is provided on the surface of the uppermost layer or the lowermost layer of the piezoelectric layer, it is different from the common electrode. Among the piezoelectric layers provided with polar electrodes, the piezoelectric layer closest to the uppermost layer or the lowermost layer is displaced by an electric field in a direction parallel to the polarization direction formed between the common electrode and the electrode. Since the displacement is further restricted by the common electrode, the piezoelectric body is deformed in a unimorph mode. Therefore, since the deformation in the unimorph mode is performed in addition to the deformation in the shear mode, the deformation amount of the piezoelectric element increases. Thus, the piezoelectric body can be sufficiently deformed while reliably preventing a short circuit between the positive electrode and the negative electrode.

【0011】請求項3に記載のインクジェットヘッド装
置は、前記課題を解決するために、請求項1または請求
項2に記載のインクジェットヘッド装置において、前記
積層方向における前記インク圧力室位置の電極数は、前
記インク圧力室を区画する区画壁位置の電極数よりも多
いことを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in order to solve the above problem, in the inkjet head device according to the first or second aspect, the number of electrodes at the position of the ink pressure chamber in the laminating direction is reduced. The number of electrodes is greater than the number of electrodes at a partition wall position that partitions the ink pressure chamber.

【0012】請求項3に記載のインクジェットヘッド装
置によれば、前記積層方向における前記インク圧力室位
置の電極数は、前記インク圧力室を区画する区画壁位置
の電極数よりも多いので、前記分極方向に対して直交す
る方向の電界の力が大きくなり、圧電体の変形量が増大
する。
According to the third aspect of the present invention, the number of electrodes at the position of the ink pressure chamber in the laminating direction is larger than the number of electrodes at the position of the partition wall that partitions the ink pressure chamber. The force of the electric field in the direction orthogonal to the direction increases, and the amount of deformation of the piezoelectric body increases.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を添付
図面の図1乃至図6に基づいて説明する。なお、本実施
形態との比較のため従来例を示した図7をも参照する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. It should be noted that FIG. 7 showing a conventional example is also referred to for comparison with the present embodiment.

【0014】先ず、本実施形態のインクジェットヘッド
装置の概略について図1に基づいて説明する。
First, an outline of the ink jet head device of the present embodiment will be described with reference to FIG.

【0015】図1はライン型インクジェットプリンタ用
ヘッドの概略構成を示すの要部を示す斜視図である。図
1に示すように、本実施形態のライン型インクジェット
プリンタ用ヘッドは、複数の圧電式インクジェットヘッ
ド2が第1インク流路プレート3の表面に並設されてい
る。
FIG. 1 is a perspective view showing a main part of a schematic configuration of a head for a line type ink jet printer. As shown in FIG. 1, in the head for a line type ink jet printer of the present embodiment, a plurality of piezoelectric ink jet heads 2 are arranged in parallel on the surface of a first ink flow path plate 3.

【0016】第1インク流路プレート3は、アルミニウ
ムまたはマグネシウムで形成された板状部材であり、表
面にはステンレス鋼のパターンをポリイミドフィルムに
挟持したヒータ4が取り付けられ、裏面には図示しない
インクタンクから供給されるインクの往路4が形成され
ている。また、第1インク流路プレート3には、表面か
ら裏面までを貫き前記往路4と連通した貫通孔7が形成
されており、前記往路5に供給されたインクは該貫通孔
7により表面側に供給される。更に、第1インク流路プ
レート3は、第2インク流路プレート9と貼り合わされ
る。
The first ink flow path plate 3 is a plate-like member made of aluminum or magnesium. A heater 4 having a stainless steel pattern sandwiched between polyimide films is attached to a front surface thereof. An outward path 4 for the ink supplied from the tank is formed. The first ink flow path plate 3 is formed with a through hole 7 penetrating from the front surface to the back surface and communicating with the outward path 4, and the ink supplied to the outward path 5 is directed to the front side by the through hole 7. Supplied. Further, the first ink channel plate 3 is bonded to the second ink channel plate 9.

【0017】第2インク流路プレート9は、前記第1イ
ンク流路プレートと同様にアルミニウムまたはマグネシ
ウムで形成された板状部材であり、裏面には前記インク
タンクに対してインクを排出する復路8が形成されてい
る。
The second ink flow path plate 9 is a plate-like member made of aluminum or magnesium similarly to the first ink flow path plate, and has a return path 8 for discharging ink to the ink tank on the back surface. Are formed.

【0018】一方、圧電式インクジェットヘッド2は、
ベースプレート10、キャビティプレート12、ノズル
プレート16、及び圧電素子17から構成される。
On the other hand, the piezoelectric ink jet head 2
It comprises a base plate 10, a cavity plate 12, a nozzle plate 16, and a piezoelectric element 17.

【0019】ベースプレート10は、アルミニウムまた
はマグネシウムで形成された板状部材であり、該ベース
プレート10には表面から裏面までを貫き、前記第1イ
ンク流路プレート3に形成された貫通孔7と一致する位
置に貫通孔11が形成されている。該ベースプレート1
0は裏面が接着剤により第1インク流路プレート3に接
着され、表面にはキャビティプレート12が同じく接着
剤により接着される。
The base plate 10 is a plate-like member made of aluminum or magnesium. The base plate 10 penetrates from the front surface to the back surface, and coincides with the through hole 7 formed in the first ink flow path plate 3. A through hole 11 is formed at the position. The base plate 1
Reference numeral 0 indicates that the back surface is bonded to the first ink flow path plate 3 with an adhesive, and the cavity plate 12 is bonded to the front surface with an adhesive.

【0020】キャビティプレート12は、セラミックの
焼結体であり、上面が開放された複数個のインク圧力室
13と、各インク圧力室13を区画する区画壁14と、
各インク圧力室13と連通すると共に裏面では前記貫通
孔11と連通するインク溜まり15が形成されている。
The cavity plate 12 is a sintered body of ceramic, and has a plurality of ink pressure chambers 13 each having an open upper surface, a partition wall 14 for partitioning each ink pressure chamber 13,
An ink reservoir 15 that communicates with each ink pressure chamber 13 and communicates with the through hole 11 is formed on the back surface.

【0021】ノズルプレート16は、ポリイミドで形成
されたシート状部材であり、表面から裏面までを貫くノ
ズル16aが複数個形成されている。前記インク圧力室
13の前記インク溜まり15側とは反対の先端側は、徐
々に幅が狭くなり、先端面には開口が形成されている。
前記ノズルプレート16は、この先端面において、前記
開口と前記ノズル16aの位置を一致させるように接着
剤により接着されている。
The nozzle plate 16 is a sheet member made of polyimide, and has a plurality of nozzles 16a penetrating from the front surface to the back surface. The front end side of the ink pressure chamber 13 opposite to the side of the ink reservoir 15 gradually becomes narrower, and an opening is formed in the front end surface.
The nozzle plate 16 is bonded by an adhesive so that the position of the opening and the position of the nozzle 16a coincide with each other on the front end surface.

【0022】圧電素子17は、各インク圧力室13の上
面(開放面)が閉塞するように取り付けられる積層型の
圧電素子であり、圧電・電歪効果を有するチタン酸ジル
コン酸鉛(PZT)系のセラミック材料からなる複数の
圧電セラミック層を積層すると共に、各圧電セラミック
層間にはスクリーン印刷により銀パラジウム等の陽電極
及び陰電極のパターン18が形成されている。
The piezoelectric element 17 is a laminated piezoelectric element which is mounted so that the upper surface (open surface) of each ink pressure chamber 13 is closed, and is a lead zirconate titanate (PZT) system having a piezoelectric / electrostrictive effect. A plurality of piezoelectric ceramic layers made of the above ceramic material are laminated, and a pattern 18 of a positive electrode and a negative electrode such as silver palladium is formed between the piezoelectric ceramic layers by screen printing.

【0023】前記電極パターン18は、図示しない電源
供給端部と接続されており、該電源供給端部は、フレキ
シブルプリント基板20を介してドライブIC21と接
続されている。更に、該ドライブICはフレキシブルプ
リント基板20を介して図示しないCPU等が備えられ
たメイン基板と接続されている。従って、メイン基板か
ら出力される駆動信号に応じてドライブICが駆動さ
れ、更にドライブICから駆動電圧が電極パターン18
に供給されることにより、前記圧電セラミック層が変位
し、前記キャビティプレート12のインク圧力室13内
の圧力を変動させ、ノズルプレート16に形成されたノ
ズル16aからインクを吐出させる。
The electrode pattern 18 is connected to a power supply end (not shown), and the power supply end is connected to a drive IC 21 via a flexible printed circuit board 20. Further, the drive IC is connected via a flexible printed board 20 to a main board provided with a CPU and the like (not shown). Therefore, the drive IC is driven in accordance with the drive signal output from the main board, and the drive voltage is further applied from the drive IC to the electrode pattern 18.
The piezoelectric ceramic layer is displaced, the pressure in the ink pressure chamber 13 of the cavity plate 12 is changed, and ink is ejected from the nozzles 16 a formed in the nozzle plate 16.

【0024】このインク吐出動作は、それぞれの圧電式
インクジェットヘッド2によって同時に行われ、かつ、
以上のように構成されるライン型インクジェットプリン
タ用ヘッドの全体は、図示しない揺動機構によって矢印
A方向に揺動するので、記録紙P上にはライン単位で高
速な印字が行われる。
This ink ejection operation is performed simultaneously by each of the piezoelectric ink jet heads 2 and
The entire head of the line type ink jet printer configured as described above swings in the direction of arrow A by a swing mechanism (not shown), so that high-speed printing is performed on the recording paper P in line units.

【0025】次に、以上のような本実施形態の圧電式イ
ンクジェットヘッド2における圧電素子17の構成につ
いて図2及び図3を用いて更に詳しく説明する。
Next, the structure of the piezoelectric element 17 in the above-described piezoelectric ink jet head 2 of the present embodiment will be described in more detail with reference to FIGS.

【0026】図2(A)は本実施形態の圧電式インクジ
ェットヘッド2を図1の記録紙Pと平行な方向に切断し
た場合の縦断面図、図2(B)は圧電セラミック層の第
1層と第3層上の陰電極のパターンを示す平面図、図2
(C)は圧電セラミック層の第2層と第4層上の陽電極
のパターンを示す平面図である。
FIG. 2A is a longitudinal sectional view of the piezoelectric ink-jet head 2 of the present embodiment cut in a direction parallel to the recording paper P of FIG. 1, and FIG. FIG. 2 is a plan view showing a pattern of a negative electrode on the layer and the third layer, FIG.
(C) is a plan view showing the pattern of the positive electrode on the second and fourth layers of the piezoelectric ceramic layer.

【0027】図2(A)に示すように、圧電素子17
は、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)系のセラミック材
料からなる圧電セラミック層が、上からトップ層19
a、第1層19b、第2層19c、第3層19d、第4
層19e、及びボトム層19fの順に積層されている。
As shown in FIG. 2A, the piezoelectric element 17
Is a piezoelectric ceramic layer made of a lead zirconate titanate (PZT) -based ceramic material.
a, the first layer 19b, the second layer 19c, the third layer 19d, the fourth
The layers 19e and the bottom layer 19f are stacked in this order.

【0028】トップ層19aは拘束層として機能する層
であり、トップ層19aの上面には全面に亘って陰電極
パターン18aが形成されている。
The top layer 19a is a layer that functions as a constraining layer, and a negative electrode pattern 18a is formed on the entire upper surface of the top layer 19a.

【0029】第1層19b及び第3層19d並びにボト
ム層19fには、各区画壁14に対応した位置に、図2
(B)に示すように区画壁14の長手方向に延び、隣接
する電極パターンとの間にインク圧力室13の幅に相当
する間隔を有する陰電極パターン18aが形成されてい
る。
The first layer 19b, the third layer 19d, and the bottom layer 19f are provided at positions corresponding to the respective partition walls 14 as shown in FIG.
As shown in (B), a negative electrode pattern 18a extending in the longitudinal direction of the partition wall 14 and having an interval corresponding to the width of the ink pressure chamber 13 is formed between adjacent electrode patterns.

【0030】第2層19c及び第4層19eには、図2
(A)に示す断面視上で各インク圧力室13の中央部に
対応する位置に、図2(C)に示すようにインク圧力室
13の長手方向に延び、隣接する電極パターンとの間に
各インク圧力室13の中央部の間隔に相当する間隔を有
する陽電極パターン18bが形成されている。
The second layer 19c and the fourth layer 19e have the structure shown in FIG.
2A, extends in the longitudinal direction of the ink pressure chamber 13 at a position corresponding to the center of each ink pressure chamber 13 in a cross-sectional view shown in FIG. A positive electrode pattern 18b having an interval corresponding to the interval between the central portions of the ink pressure chambers 13 is formed.

【0031】このように、本実施形態の圧電式インクジ
ェットヘッド2においては、各圧電セラミック層上に
は、陰電極または陽電極の何れか一方の電極パターンの
みが形成されており、陰電極の電極パターンと陽電極の
電極パターンとの短絡を生じさせることがない。
As described above, in the piezoelectric ink jet head 2 of this embodiment, only one of the electrode patterns of the negative electrode and the positive electrode is formed on each piezoelectric ceramic layer, and the electrode of the negative electrode is formed. There is no short circuit between the pattern and the positive electrode pattern.

【0032】なお、各電極パターンは、圧電セラミック
層の積層方向において相互に重なるように積層されてお
り、各圧電セラミック層は図2(A)に示すように積層
方向に分極されている。
The electrode patterns are laminated so as to overlap each other in the laminating direction of the piezoelectric ceramic layers, and each piezoelectric ceramic layer is polarized in the laminating direction as shown in FIG.

【0033】また、各陽電極の電極パターンは、図1に
示すフレキシブル基板20を介してドライバIC21に
接続されており、フレキシブル基板22を介して接続さ
れる図示しないメイン基板からの駆動信号に応じて、前
記ドライバIC21からプラスの電圧が印加される。
The electrode pattern of each positive electrode is connected to a driver IC 21 via a flexible substrate 20 shown in FIG. 1 and responds to a drive signal from a main substrate (not shown) connected via a flexible substrate 22. Thus, a positive voltage is applied from the driver IC 21.

【0034】各陰電極の電極パターンは、図1に示すフ
レキシブル基板20を介してドライバIC21に接続さ
れており、フレキシブル基板22を介して接続される図
示しないメイン基板と供給の接地電位が印加される。
The electrode pattern of each negative electrode is connected to a driver IC 21 via a flexible substrate 20 shown in FIG. 1, and a supply ground potential is applied to a main substrate (not shown) connected via a flexible substrate 22. You.

【0035】次に、以上のように構成された本実施形態
の圧電式インクジェットヘッド2の動作について説明す
る。
Next, the operation of the piezoelectric ink jet head 2 according to the present embodiment having the above configuration will be described.

【0036】メイン基板に設けられたコントローラ(図
示せず)により、フレキシブル基板22を介して所定の
印字データに基づく駆動信号が出力されると、ドライブ
IC21は圧電セラミック層の第2層19c及び第4層
19e上の陽電極の電極パターン18bに所定のプラス
電圧を印加する。このとき、トップ層19a及び第1層
19b並びに第3層19d上に形成された陰電極の電極
パターンには接地電位が印加されている。
When a controller (not shown) provided on the main board outputs a drive signal based on predetermined print data via the flexible board 22, the drive IC 21 causes the second layer 19c of the piezoelectric ceramic layer and the drive IC 21 to output the drive signal. A predetermined positive voltage is applied to the positive electrode pattern 18b on the fourth layer 19e. At this time, the ground potential is applied to the electrode patterns of the negative electrode formed on the top layer 19a, the first layer 19b, and the third layer 19d.

【0037】その結果、陽電極の電極パターン18bと
陰電極の電極パターン18aとの間には、図2(A)に
矢印で示す圧電セラミック層の分極方向と略直交する電
界)が発生する。これにより、第1層19b、第2層1
9c、第3層19d、及び第4層19eは、その圧電・
電歪効果に基づきシェアモードにてインク圧力室13側
に凸状となるように変形する。また、トップ層19a上
の陰電極の電極パターンと、第2層19c上の陽電極の
電極パターン18bとの間に、分極方向に平行な方向の
電界が発生し、第1層19bはその厚さ方向に延びると
共にその面方向に収縮し、更にトップ層19aが拘束層
として作用することにより、第1層19bはユニモルフ
モードでインク圧力室13側に凸状となるように変形す
る。
As a result, an electric field is generated between the positive electrode electrode pattern 18b and the negative electrode electrode pattern 18a (an electric field substantially perpendicular to the polarization direction of the piezoelectric ceramic layer indicated by an arrow in FIG. 2A). Thereby, the first layer 19b and the second layer 1
9c, the third layer 19d, and the fourth layer 19e are
Based on the electrostriction effect, it is deformed so as to be convex toward the ink pressure chamber 13 in the share mode. Further, an electric field in a direction parallel to the polarization direction is generated between the electrode pattern of the negative electrode on the top layer 19a and the electrode pattern 18b of the positive electrode on the second layer 19c, and the first layer 19b has a thickness of As the top layer 19a acts as a constraining layer, the first layer 19b is deformed in a unimorph mode so as to be convex toward the ink pressure chamber 13 side.

【0038】従って、インク圧力室13に対応する位置
においては、圧電セラミック層がシェアモードとユニモ
ルフモードにより大きな変位が得られ、インク圧力室2
1の容積が減少すめため、インク圧力室13内のインク
がノズル16aから印字用紙に向かって吐出されて文字
等の印字が行われる。
Therefore, at the position corresponding to the ink pressure chamber 13, the piezoelectric ceramic layer undergoes large displacement in the shear mode and the unimorph mode, and the ink pressure chamber 2
Since the volume of the ink cartridge 1 is reduced, the ink in the ink pressure chamber 13 is ejected from the nozzle 16a toward the printing paper to print characters and the like.

【0039】以上のように、本実施形態の圧電式インク
ジェットヘッド2によれば、各圧電セラミック層上に陰
電極または陽電極の電極パターンのみを形成することに
より、陰電極の電極パターンと陽電極の電極パターンと
の製造時における短絡を確実に防止しつつ、シェアモー
ドとユニモルフモードによる複合型の変形により、大き
な変位を得ることができる。
As described above, according to the piezoelectric ink jet head 2 of the present embodiment, by forming only the negative electrode or positive electrode pattern on each piezoelectric ceramic layer, the negative electrode electrode pattern and the positive electrode A large displacement can be obtained by deformation of the composite type in the shear mode and the unimorph mode while reliably preventing a short circuit at the time of manufacturing with the electrode pattern.

【0040】本実施形態の圧電式インクジェットヘッド
2によるこのような優れた効果は、図4(A),(B)
に示す従来のインクジェットヘッドと比較することによ
り、より一層明らかになる。この従来のインクジェット
ヘッドは、図4(A)に示すように、各圧電セラミック
層に、陰電極の電極パターン18aと陽電極の電極パタ
ーン18bの双方が形成されており、これらの電極パタ
ーンは図4(B)に示すように微小な間隙を有して交互
に配置されている。従って、スクリーン印刷の手法によ
り銀パラジウム等でこのような形状及び配置の電極パタ
ーンを圧電セラミック層に形成する場合には、銀パラジ
ウム等の電極形成材料が圧電セラミック層上で流れ出
し、陰電極の電極パターンと陽電極の電極パターンに短
絡が発生することがあった。
The excellent effects of the piezoelectric ink jet head 2 of the present embodiment are shown in FIGS. 4A and 4B.
By comparing with the conventional inkjet head shown in FIG. In this conventional ink jet head, as shown in FIG. 4A, both a negative electrode pattern 18a and a positive electrode pattern 18b are formed on each piezoelectric ceramic layer. As shown in FIG. 4B, they are alternately arranged with a small gap. Therefore, when an electrode pattern having such a shape and arrangement is formed on the piezoelectric ceramic layer by silver palladium or the like by a screen printing technique, an electrode forming material such as silver palladium flows out on the piezoelectric ceramic layer and the electrode of the negative electrode is formed. A short circuit sometimes occurred between the pattern and the electrode pattern of the positive electrode.

【0041】これに対し、本実施形態の圧電式インクジ
ェットヘッド2によれば、各圧電セラミック層上で銀パ
ラジウム等の電極形成材料が流れ出したとしても、隣接
する電極パターンの間隔は従来に比べて十分確保されて
おり、しかも、同一の圧電セラミック層上には極性の等
しい電極パターンのみが形成されているので、従来のよ
うな陰電極の電極パターンと陽電極の電極パターンの短
絡を確実に防止することができる。
On the other hand, according to the piezoelectric ink jet head 2 of the present embodiment, even if an electrode forming material such as silver palladium flows out on each piezoelectric ceramic layer, the distance between adjacent electrode patterns is smaller than that of the conventional one. Sufficiently secured, and since only electrode patterns of the same polarity are formed on the same piezoelectric ceramic layer, short-circuiting between the negative electrode electrode pattern and the positive electrode electrode pattern as in the past is reliably prevented. can do.

【0042】また、このように本実施形態の圧電式イン
クジェットヘッド2によれば、短絡の危険性がないた
め、陰電極の電極パターンと陽電極の電極パターンの間
隔を従来よりも短くすることができ、ノズルピッチの短
い高解像度のインクジェットヘッドを提供することが可
能である。
Further, according to the piezoelectric ink jet head 2 of the present embodiment, there is no danger of short-circuit, so that the interval between the electrode pattern of the negative electrode and the electrode pattern of the positive electrode can be made shorter than before. It is possible to provide a high-resolution inkjet head having a short nozzle pitch.

【0043】なお、図2(A)と図4(A)を比較すれ
ば判るように、圧電セラミック層の積層方向における電
極パターンの密度は、本実施形態の方が従来に比べて少
なくなり、圧電素子の変位が低下する。しかし、解析の
結果、変位の低下率は6〜7%に止まり、実用上全く問
題のないことが確認された。
As can be seen by comparing FIGS. 2A and 4A, the density of the electrode patterns in the laminating direction of the piezoelectric ceramic layers is smaller in the present embodiment than in the prior art. The displacement of the piezoelectric element decreases. However, as a result of the analysis, it was confirmed that the reduction rate of the displacement was only 6 to 7%, and there was no problem in practical use.

【0044】なお、前記の例では、第2層19cと第4
層19eに陽電極の電極パターン18bを形成したの
で、インク圧力室13の位置においては2つの陽電極の
電極パターン18bが備えられた構成となっているが、
図3に示すように構成して陽電極の電極パターン18b
の数を増加させることもできる。
In the above example, the second layer 19c and the fourth
Since the positive electrode pattern 18b is formed on the layer 19e, two positive electrode patterns 18b are provided at the positions of the ink pressure chambers 13.
The positive electrode pattern 18b constructed as shown in FIG.
Can be increased.

【0045】図3に示す圧電式インクジェットヘッド2
は、第1層19bと第3層19dとボトム層19fに図
3(B)に示すような陽電極の電極パターン18bを形
成し、第2層19cと第4層19eには3(C)に示す
ような陰電極の電極パターン18aを形成した。その結
果、図3(A)に示すように、インク圧力室13の位置
の陽電極の電極パターン18bの数は3つになり、図2
の場合よりも増加させることができる。従って、圧電素
子17の変位を増加させることができ、より一層良好に
インク吐出を行うことが可能である。
The piezoelectric ink jet head 2 shown in FIG.
Forms a positive electrode pattern 18b as shown in FIG. 3B on the first layer 19b, the third layer 19d, and the bottom layer 19f, and forms 3 (C) on the second layer 19c and the fourth layer 19e. The electrode pattern 18a of the negative electrode as shown in FIG. As a result, as shown in FIG. 3A, the number of the electrode patterns 18b of the positive electrode at the position of the ink pressure chamber 13 becomes three.
Can be increased more than in the case of Therefore, the displacement of the piezoelectric element 17 can be increased, and the ink can be discharged more favorably.

【0046】また、本実施形態では、押し打ち方式のイ
ンクジェットヘッドについて説明したが、本発明はこれ
に限定されるものではなく、積層型圧電体23の分極方
向の関係を逆の関係にすれば、圧電セラミック層を逆方
向、即ち、インク圧力室13の容積を増大させる方向に
変形させることが可能であり、これにより引き打ち方式
のインクジェットヘッドとすることもできる。
Further, in the present embodiment, the ink jet head of the pushing type has been described, but the present invention is not limited to this. If the relationship of the polarization direction of the multilayer piezoelectric body 23 is reversed, the relationship is reversed. The piezoelectric ceramic layer can be deformed in the opposite direction, that is, the direction in which the volume of the ink pressure chamber 13 is increased, thereby making it possible to form a drawing-type inkjet head.

【0047】また、本実施形態では、シェアモードとユ
ニモルフモードとの複合型の圧電素子を用いたが、本発
明はこれに限定されるものではなく、シェアモードとバ
イモルフモードの複合型の圧電素子にも適用可能であ
る。
In this embodiment, a composite piezoelectric element of the shear mode and the unimorph mode is used. However, the present invention is not limited to this, and the composite piezoelectric element of the shear mode and the bimorph mode is used. Is also applicable.

【0048】[0048]

【発明の効果】請求項1に記載のインクジェットヘッド
装置によれば、2層以上に積層され積層方向に分極され
た圧電体層に形成する正及び負の電極は、圧電体層の同
一表面上には正または負の何れか一方の電極のみが所定
間隔で配列され、前記積層方向には正の電極と負の電極
が前記配列の方向に互いに所定間隔を有するように交互
に形成したので、電極形成時の精度にばらつきが存在す
る場合でも、正の電極と負の電極との短絡を確実に防止
することができる。しかも、正の電極と負の電極は、前
記積層方向で見ると、各圧電体層における電極の配列の
方向に互いに所定間隔を有するように交互に形成したの
で、前記正の電極へ正の電圧を印加し、負の電極への負
の電圧を印加することにより、前記圧電体の分極の方向
と直交する方向に電界を生じさせ、圧電体をシェアモー
ドにより変形させることができる。また、正の電極と負
の電極との短絡の危険性がないため、正の電極と負の電
極のピッチを短くすることができ、ノズルピッチの短い
高解像度のインクジェットヘッド装置を提供することが
できる。
According to the ink jet head device of the first aspect, the positive and negative electrodes formed on the piezoelectric layer laminated in two or more layers and polarized in the laminating direction are formed on the same surface of the piezoelectric layer. Since only one of the positive or negative electrodes is arranged at a predetermined interval, and the positive electrode and the negative electrode are alternately formed in the laminating direction so as to have a predetermined interval from each other in the direction of the arrangement, Even if there is a variation in the accuracy at the time of electrode formation, a short circuit between the positive electrode and the negative electrode can be reliably prevented. Moreover, the positive electrode and the negative electrode are alternately formed so as to have a predetermined interval in the direction of arrangement of the electrodes in each piezoelectric layer when viewed in the laminating direction, so that a positive voltage is applied to the positive electrode. By applying a negative voltage to the negative electrode, an electric field is generated in a direction orthogonal to the direction of polarization of the piezoelectric body, and the piezoelectric body can be deformed in the shear mode. Further, since there is no danger of a short circuit between the positive electrode and the negative electrode, the pitch between the positive electrode and the negative electrode can be reduced, and a high-resolution inkjet head device with a short nozzle pitch can be provided. it can.

【0049】請求項2に記載のインクジェットヘッド装
置によれば、前記圧電体層の最上層または最下層の表面
に、正または負の共通電極を設けたので、圧電体をシェ
アモードによる変形に加えてユニモルフモードで変形さ
せることができ、圧電体の変形量を増大させることがで
きる。
According to the ink jet head device of the present invention, a positive or negative common electrode is provided on the surface of the uppermost layer or the lowermost layer of the piezoelectric layer. Thus, the piezoelectric element can be deformed in the unimorph mode, and the amount of deformation of the piezoelectric body can be increased.

【0050】請求項3に記載のインクジェットヘッド装
置によれば、圧電体の積層方向におけるインク圧力室位
置の電極数を、インク圧力室を区画する区画壁位置の電
極数よりも多くしたので、圧電体の分極方向に対して直
交する方向の電界の力を大きくすることができ、圧電体
の変形量を増大させることができる。
According to the ink jet head device of the third aspect, the number of electrodes at the position of the ink pressure chamber in the lamination direction of the piezoelectric bodies is larger than the number of electrodes at the partition wall position that divides the ink pressure chamber. The force of the electric field in the direction perpendicular to the polarization direction of the body can be increased, and the amount of deformation of the piezoelectric body can be increased.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施形態におけるライン型インクジ
ェットプリンター用ヘッドの概略構成を示す斜視図であ
る。
FIG. 1 is a perspective view illustrating a schematic configuration of a head for a line-type inkjet printer according to an embodiment of the present invention.

【図2】(A)は図1に示すライン型インクジェットプ
リンター用ヘッドに用いられるインクジェットヘッド装
置の構成を示す断面図、(B)は(A)のインクジェッ
トヘッド装置の圧電セラミック層に形成された陰電極の
電極パターンを示す平面図、(B)は(A)のインクジ
ェットヘッド装置の圧電セラミック層に形成された陽電
極の電極パターンを示す平面図である。
2A is a cross-sectional view illustrating a configuration of an inkjet head device used in the head of the line-type inkjet printer illustrated in FIG. 1, and FIG. 2B is formed on a piezoelectric ceramic layer of the inkjet head device of FIG. FIG. 2B is a plan view showing an electrode pattern of a negative electrode, and FIG. 2B is a plan view showing an electrode pattern of a positive electrode formed on a piezoelectric ceramic layer of the ink jet head device of FIG.

【図3】(A)は図1に示すライン型インクジェットプ
リンター用ヘッドに用いられるインクジェットヘッド装
置の他の例の構成を示す断面図、(B)は(A)のイン
クジェットヘッド装置の圧電セラミック層に形成された
陽電極の電極パターンを示す平面図、(B)は(A)の
インクジェットヘッド装置の圧電セラミック層に形成さ
れた陰電極の電極パターンを示す平面図である。
3A is a cross-sectional view illustrating the configuration of another example of the inkjet head device used in the head of the line-type inkjet printer illustrated in FIG. 1, and FIG. 3B is a piezoelectric ceramic layer of the inkjet head device illustrated in FIG. FIG. 2B is a plan view showing an electrode pattern of a positive electrode formed in FIG. 2B, and FIG. 2B is a plan view showing an electrode pattern of a negative electrode formed on a piezoelectric ceramic layer of the ink jet head device of FIG.

【図4】(A)は従来のインクジェットプリンター用ヘ
ッドに用いられるインクジェットヘッド装置の構成を示
す断面図、(B)は(A)のインクジェットヘッド装置
の圧電セラミック層に形成された陽電極及び陰電極の電
極パターンを示す平面図である。
FIG. 4A is a cross-sectional view showing a configuration of an ink jet head device used in a conventional ink jet printer head, and FIG. 4B is a cross sectional view showing a positive electrode and a negative electrode formed on a piezoelectric ceramic layer of the ink jet head device of FIG. It is a top view showing the electrode pattern of an electrode.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2…圧電式インクジェットヘッド 12…キャビティプレート 13…インク圧力室 14…区画壁 17…圧電素子 18a…陰電極の電極パターン 18b…陽電極の電極パターン 19a…トップ層 19b…第1層 19c…第2層 19d…第3層 19e…第4層 19f…ボトム層 2 Piezoelectric ink jet head 12 Cavity plate 13 Ink pressure chamber 14 Partition wall 17 Piezoelectric element 18a Negative electrode electrode pattern 18b Positive electrode electrode pattern 19a Top layer 19b First layer 19c Second Layer 19d: Third layer 19e: Fourth layer 19f: Bottom layer

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 インク圧力室に貯留されているインクに
圧力変動を与えることにより当該インクを吐出させるイ
ンクジェットヘッド装置であって、 2層以上に積層され積層方向に分極された圧電体層と、 前記圧電体層間に形成された正及び負の電極とを備え、 圧電体層の同一表面上には正または負の何れか一方の電
極のみが所定間隔で配列され、前記積層方向には正の電
極と負の電極が前記配列の方向に互いに所定間隔を有す
るように交互に形成され、 前記正の電極及び負の電極への電圧印加に基づく該分極
の方向と直交する電界により変形する、 ことを特徴とするインクジェットヘッド装置。
1. An ink jet head device for discharging ink by applying pressure fluctuation to ink stored in an ink pressure chamber, comprising: a piezoelectric layer laminated in two or more layers and polarized in a laminating direction; A positive electrode and a negative electrode formed between the piezoelectric layers, and only one of the positive and negative electrodes is arranged at a predetermined interval on the same surface of the piezoelectric layer; The electrodes and the negative electrodes are alternately formed so as to have a predetermined interval from each other in the direction of the arrangement, and are deformed by an electric field orthogonal to the direction of the polarization based on the application of a voltage to the positive electrode and the negative electrode. An inkjet head device characterized by the above-mentioned.
【請求項2】 前記圧電体層の最上層または最下層の表
面には、正または負の共通電極が設けられていることを
特徴とする請求項1に記載のインクジェットヘッド装
置。
2. The ink jet head device according to claim 1, wherein a positive or negative common electrode is provided on a surface of an uppermost layer or a lowermost layer of the piezoelectric layer.
【請求項3】 前記積層方向における前記インク圧力室
位置の電極数は、前記インク圧力室を区画する区画壁位
置の電極数よりも多いことを特徴とする請求項1または
請求項2に記載のインクジェットヘッド装置。
3. The method according to claim 1, wherein the number of electrodes at the position of the ink pressure chamber in the stacking direction is larger than the number of electrodes at a partition wall position that partitions the ink pressure chamber. Ink jet head device.
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