JP2001353874A - Piezoelectric ink jet printer head - Google Patents

Piezoelectric ink jet printer head

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JP2001353874A
JP2001353874A JP2001182038A JP2001182038A JP2001353874A JP 2001353874 A JP2001353874 A JP 2001353874A JP 2001182038 A JP2001182038 A JP 2001182038A JP 2001182038 A JP2001182038 A JP 2001182038A JP 2001353874 A JP2001353874 A JP 2001353874A
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internal
ink
layer
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric ink jet printer having a simple structure, a low manufacturing cost, a high resolution, excellent durability and moisture resistance and being driven with a low voltage without causing any deterioration of insulation. SOLUTION: A piezoelectric ceramics layer 40 having an inner positive electrode layer 44 and a piezoelectric ceramics layer 40 having an inner negative electrode layer 42 are laid alternately, and a piezoelectric ceramics layer 40 having no inner electrode layer is laid on the uppermost layer to form a piezoelectric actuator where the inner electrode layer is not exposed. One of the inner positive electrode layer or the inner negative electrode layer is divided to face an ink channel in one and one correspondence and the other is formed over the all ink channels. The inner positive electrode layer and the inner negative electrode layer are continuously provided with electrode take-out parts at different positions and an external electrode is provided at a position where the electrode take-out part is exposed from the piezoelectric actuator.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、圧電式インクジェット
プリンタヘッドに係り、特に、圧電アクチュエータとし
て積層圧電素子を用いたプリンタヘッドに関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric ink jet printer head, and more particularly to a printer head using a laminated piezoelectric element as a piezoelectric actuator.

【0002】[0002]

【従来の技術】プリンタヘッドに圧電式インクジェット
を利用したものが近年提案されている。これは、圧電ア
クチュエータの寸法変位によって一対の弁で仕切られた
インク室の容積を変化させることにより、その容積減少
時にインク室内のインクを一方の弁を通して噴射し、容
積増大時に他方の弁からインク室内にインクを導入する
ようにしたもので、ドロップオンデマンド方式と呼ばれ
ている。そして、このような噴射装置を多数互いに近接
して配設し、所定の位置の噴射装置からインクを噴射さ
せることにより、所望する文字や画像を形成するのであ
る。
2. Description of the Related Art In recent years, a printer head using a piezoelectric ink jet has been proposed. This is because the volume of the ink chamber partitioned by a pair of valves is changed by the dimensional displacement of the piezoelectric actuator, so that the ink in the ink chamber is ejected through one valve when the volume decreases, and the ink from the other valve increases when the volume increases. Ink is introduced into a room, and is called a drop-on-demand method. Then, by arranging a large number of such ejecting devices close to each other and ejecting ink from the ejecting device at a predetermined position, desired characters and images are formed.

【0003】しかしながら従来の圧電式インクジェット
プリンタヘッドは一つの噴射装置に一つの圧電アクチュ
エータが用いられているため、高解像度で広い範囲の印
字を行うために多数の噴射装置を密集して配置しようと
すると、その構造が複雑で製造工数が多く、高価になる
という問題があった。この問題を解決するため同一出願
人は先に特願平2ー75858号(特開平3-274159号)の願書に
添付した明細書及び図面に記載された構成を提案した。
この圧電式インクジェットプリンタヘッドでは噴射装置
のインク室の容積を変化させるために圧電セラミックス
層と内部電極層とを交互に積層してなり、かつその内部
電極層を構成する内部正電極層と内部負電極層のうち、
少なくとも一方の内部電極層を前記した複数の噴射装置
に対応するように分割した圧電アクチュエータを、複数
の噴射装置に跨って設けることで、構造が簡単で製造コ
ストが安く、しかも高解像度化と低電圧駆動化を実現し
ている。
However, in the conventional piezoelectric inkjet printer head, since one piezoelectric actuator is used for one ejecting device, a large number of ejecting devices are densely arranged in order to perform printing with high resolution over a wide range. Then, there is a problem that the structure is complicated, the number of manufacturing steps is large, and the cost is high. To solve this problem, the same applicant has previously proposed the configuration described in the specification and drawings attached to the application for Japanese Patent Application No. 2-75858 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-274159).
In this piezoelectric ink jet printer head, a piezoelectric ceramic layer and an internal electrode layer are alternately laminated in order to change the volume of the ink chamber of the ejecting device, and an internal positive electrode layer and an internal negative electrode layer constituting the internal electrode layer are formed. Of the electrode layers,
By providing a piezoelectric actuator in which at least one of the internal electrode layers is divided so as to correspond to the plurality of ejecting devices, over the plurality of ejecting devices, the structure is simple, the manufacturing cost is low, and high resolution and low resolution are achieved. Voltage drive is realized.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、構造が簡単
で製造コストが安く、高い解像度が得られ、しかも低電
圧で駆動され、絶縁性劣化がなく耐久性耐湿性の優れた
圧電式インクジェットプリンタヘッドを提供することを
目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a piezoelectric ink jet having a simple structure, a low manufacturing cost, a high resolution, a low voltage drive, no insulation deterioration, and excellent durability and moisture resistance. It is an object to provide a printer head.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に請求項1にかかる発明の圧電式インクジェットプリン
タヘッドは、圧電セラミックス層と内部電極層とを交互
に積層してなる圧電アクチュエータの作用によりインク
チャンネルの容積を変化させ、該インク室内のインクを
噴射する複数の噴射装置を配列して備えた圧電式インク
ジェットプリンタヘッドにおいて、前記圧電セラミック
ス層は複数の噴射装置に跨って連続して設けられ、前記
内部電極層を構成する内部正電極層と内部負電極層のう
ち少なくとも一方の内部電極層が前記複数の噴射装置に
対して1対1となるように前記圧電セラミックス層上に
分割して形成され、前記圧電アクチュエータが、一方の
面に前記内部電極層を形成した複数の圧電セラミックス
層を積層し、その積層体の圧電セラミックス層の内部電
極層を形成した面に重ねて、内部電極層のない圧電セラ
ミックス層をさらに積層して構成され、また、前記圧電
アクチュエータが、前記内部正電極層と内部負電極層に
挟まれ、前記複数の噴射装置の各インクチャンネルに対
応する圧電活性部と、前記内部正電極層と内部負電極層
に挟まれていない圧電不活性部とを前記複数の噴射装置
の配列方向に交互に複数個連続して一体に有し、前記圧
電アクチュエータが前記インクチャンネルを覆って、前
記圧電不活性部において前記インクチャンネル間の壁に
固着されていることを特徴とする。
In order to achieve this object, a piezoelectric ink jet printer head according to the first aspect of the present invention is provided by the action of a piezoelectric actuator in which piezoelectric ceramic layers and internal electrode layers are alternately laminated. In a piezoelectric inkjet printer head having a plurality of ejection devices arranged to eject ink in the ink chamber by changing the volume of an ink channel, the piezoelectric ceramic layer is provided continuously over the plurality of ejection devices. Dividing at least one of the internal positive electrode layer and the internal negative electrode layer constituting the internal electrode layer on the piezoelectric ceramic layer so as to be one-to-one with respect to the plurality of injection devices. The piezoelectric actuator is formed, a plurality of piezoelectric ceramic layers having the internal electrode layer formed on one surface thereof are stacked, A piezoelectric ceramic layer having no internal electrode layer is further laminated on the surface of the layered piezoelectric ceramic layer on which the internal electrode layer is formed, and the piezoelectric actuator is configured such that the internal positive electrode layer and the internal negative electrode An arrangement of the plurality of ejecting devices includes a piezoelectric active portion sandwiched between layers and corresponding to each ink channel of the plurality of ejecting devices, and a piezoelectric inactive portion not sandwiched between the internal positive electrode layer and the internal negative electrode layer. A plurality of piezoelectric actuators are integrally and continuously arranged alternately in the direction, and the piezoelectric actuator covers the ink channel and is fixed to a wall between the ink channels at the piezoelectric inactive portion.

【0006】なお好ましくは、前記圧電アクチュエータ
は、前記一方の内部電極層に連接された電極取り出し部
と他方の内部電極層に連接された電極取り出し部のそれ
ぞれに対して外部電極が前記圧電アクチュエータの外面
の異なる位置に設けられる。
Preferably, the piezoelectric actuator has an external electrode connected to each of the electrode lead-out portion connected to the one internal electrode layer and an electrode lead-out portion connected to the other internal electrode layer. They are provided at different positions on the outer surface.

【0007】また、積層方向の上下面を、内部電極層を
露出しない圧電セラミックス層とし、前記各電極層は、
前記電極取り出し部においてのみ前記圧電アクチュエー
タから露出し、その露出している箇所にそれぞれ前記外
部電極が設けられる。
Further, the upper and lower surfaces in the laminating direction are piezoelectric ceramic layers not exposing the internal electrode layers, and each of the electrode layers is
The external electrode is provided only at the electrode extraction portion from the piezoelectric actuator, and the external electrode is provided at each of the exposed portions.

【0008】さらに、前記他方の内部電極層は、前記複
数の噴射装置にわたって連続して形成される。また、前
記インクチャンネルの幅は、前記複数の噴射装置の配列
方向において、前記分割された一方の内部電極層のそれ
ぞれの幅よりも大きくする。
Further, the other internal electrode layer is formed continuously over the plurality of injection devices. Further, a width of the ink channel is larger than a width of each of the divided one internal electrode layers in the arrangement direction of the plurality of ejection devices.

【0009】[0009]

【作用】上記の構成を有する本発明の圧電式インクジェ
ットプリンタヘッドによれば、複数の噴射装置に跨って
設けられた圧電アクチュエータの外面の外部電極におい
て所定の噴射装置に対応する外部電極に駆動電圧が印加
されると、それに対応する圧電活性部の圧電セラミック
ス層が変形し、対応する噴射装置からインクが噴射され
る。
According to the piezoelectric ink jet printer head of the present invention having the above-described structure, the driving voltage is applied to the external electrodes corresponding to the predetermined ejecting device at the external electrodes on the outer surface of the piezoelectric actuator provided across the plurality of ejecting devices. Is applied, the corresponding piezoelectric ceramic layer of the piezoelectric active portion is deformed, and ink is ejected from the corresponding ejection device.

【0010】[0010]

【実施例】本発明を具体化した一実施例を、図1〜図6
を参照して詳細に説明する。
1 to 6 show an embodiment of the present invention.
This will be described in detail with reference to FIG.

【0011】図6は、本発明の一実施例である圧電式イ
ンクジェットプリンタヘッドを搭載するインクジェット
プリンタの要部を示す図であり、11は紙であり、10
はプラテンである。このプラテン10は、軸12により
フレーム13に回転可能に取り付けられており、モータ
14によって駆動される。プラテン10に対向して圧電
式インクジェットプリンタヘッド15が設けられてい
る。圧電式インクジェットプリンタヘッド15は、イン
ク供給装置16と共にキャリッジ18上に載置されてい
る。キャリッジ18はプラテン10の軸線に平行に配設
された2本のガイドロッド20に摺動可能に支持される
と共に、一対のプーリ22に巻き掛けられたタイミング
ベルト24が結合させらている。そして、一方のプーリ
22がモータ23によって回転させられ、タイミングベ
ルト24が送られることによりキャリッジ18はプラテ
ン10に沿って移動させられる。
FIG. 6 is a view showing a main part of an ink jet printer equipped with a piezoelectric ink jet printer head according to an embodiment of the present invention.
Is a platen. The platen 10 is rotatably attached to a frame 13 by a shaft 12 and is driven by a motor 14. A piezoelectric ink jet printer head 15 is provided facing the platen 10. The piezoelectric inkjet printer head 15 is mounted on a carriage 18 together with an ink supply device 16. The carriage 18 is slidably supported by two guide rods 20 arranged in parallel with the axis of the platen 10, and is coupled with a timing belt 24 wound around a pair of pulleys 22. Then, one pulley 22 is rotated by a motor 23 and the timing belt 24 is fed, so that the carriage 18 is moved along the platen 10.

【0012】図1は、前記圧電式インクジェットプリン
タヘッド15に用いられるアレイ30の断面図である。
このアレイ30は、アレイ方向31における幅が1.2
mm、アレイ方向31に垂直方向の長さ(図中紙面に垂
直な方向)が15mmである3本のインクチャンネル3
2a,32b,32cが形成されたチャンネル本体34
と、該チャンネル本体34に固着された積層圧電素子3
8と、同じく該チャンネル本体34に前記積層圧電素子
38とは反対側に固着されたオリフィス37を有するオ
リフィスプレート36とを備えて構成されている。上記
インクチャンネル32a〜32cによりインク室が構成
される。
FIG. 1 is a sectional view of an array 30 used in the piezoelectric ink jet printer head 15.
The array 30 has a width of 1.2 in the array direction 31.
mm, and three ink channels 3 whose length in the direction perpendicular to the array direction 31 (direction perpendicular to the paper surface in the figure) is 15 mm.
Channel body 34 formed with 2a, 32b, 32c
And the laminated piezoelectric element 3 fixed to the channel body 34
8 and an orifice plate 36 having an orifice 37 fixed to the channel body 34 on the side opposite to the laminated piezoelectric element 38. An ink chamber is constituted by the ink channels 32a to 32c.

【0013】積層圧電素子38は、圧電・電歪効果を有
する圧電セラミックス層40と、内部負電極層42と、
前記インクチャンネル32a〜32cに対して1対1で
対応するように分割され、かつアレイ方向31における
幅が1.0mmである内部正電極層44a,44b,4
4cとを複数枚積層し、厚さ約0.5mmとしたもので
ある。そして、積層圧電素子38は、内部負電極層42
と内部正電極層44a〜44cとに挟まれ、かつアレイ
方向31における幅が1.0mmである圧電活性部46
a,46b,46cと、両内部電極層42,44a〜4
4cに挟まれていない圧電不活性部48を有している。
前記圧電セラミックス層40は、強誘電性を有するチタ
ン酸ジルコン酸鉛(PZT)系のセラミックス材料にて
厚さ40μmに構成されており、積層方向に分極させら
れている。同図の圧電セラミックス層40の各圧電活性
部46a〜46cに示されている矢印は分極方向を示し
ている。前記内部負電極層42と前記内部正電極層44
a〜44cは、Ag−Pd系の金属材料からなり、厚さ
約2μmである。
The laminated piezoelectric element 38 includes a piezoelectric ceramic layer 40 having a piezoelectric / electrostrictive effect, an internal negative electrode layer 42,
The internal positive electrode layers 44a, 44b, and 4 are divided so as to correspond to the ink channels 32a to 32c one by one, and have a width of 1.0 mm in the array direction 31.
4c and a plurality of such layers are laminated to a thickness of about 0.5 mm. Then, the laminated piezoelectric element 38 includes an internal negative electrode layer 42.
And a piezoelectric active portion 46 sandwiched between the internal positive electrode layers 44a to 44c and having a width of 1.0 mm in the array direction 31.
a, 46b, 46c and both internal electrode layers 42, 44a-4
It has a piezoelectric inactive portion 48 not sandwiched between 4c.
The piezoelectric ceramic layer 40 is made of a lead zirconate titanate (PZT) -based ceramic material having ferroelectricity and has a thickness of 40 μm, and is polarized in the laminating direction. Arrows shown in each of the piezoelectric active portions 46a to 46c of the piezoelectric ceramic layer 40 in FIG. The internal negative electrode layer 42 and the internal positive electrode layer 44
Each of a to 44c is made of an Ag-Pd-based metal material and has a thickness of about 2 μm.

【0014】前記積層圧電素子38は、4つの圧電不活
性部48の中央部において前記チャンネル本体34に固
着されている。
The laminated piezoelectric element 38 is fixed to the channel body 34 at the center of four piezoelectric inactive portions 48.

【0015】前記積層圧電素子38は、以下の製造方法
によって製造される。
The laminated piezoelectric element 38 is manufactured by the following manufacturing method.

【0016】図4に示すように、先ず、圧電セラミック
ス層40の上側表面に、前記インクチャネル32a〜3
2cに1対1で対応するように3つに分割された内部正
電極層44a〜44cと各々の電極取り出し部45a,
45b,45cをスクリーン印刷によって形成して、グ
リーンシート50を作成する。
As shown in FIG. 4, first, the ink channels 32a to 32a are formed on the upper surface of the piezoelectric ceramic layer 40.
The internal positive electrode layers 44a to 44c divided into three so as to correspond one-to-one to 2c and the respective electrode extraction portions 45a,
The green sheets 50b are formed by forming 45b and 45c by screen printing.

【0017】また、他の圧電セラミックス層40の上側
表面に、内部負電極層42とその電極取り出し部43を
スクリーン印刷によって形成して、グリーンシート51
を作成する。なお、電極取り出し部43の位置は、上記
内部正電極層の電極取り出し部45a,45b,45c
の位置とは、図4において明らかなように平面視におい
て異なっている。そして、両グリーンシート50,51
を交互に合計10枚積層し、その上部には圧電セラミッ
クス層40の上側表面に内部電極層のないグリーンシー
ト(図示しない)を重ねて、全体を加熱プレスし、脱
脂、焼結等の必要な手段を施すことにより、積層圧電素
子38を得る。かくして得られた積層圧電素子38の電
極取り出し部43,45a〜45cが露出している箇所
に外部負電極52、外部正電極54a,54b,54c
を取り付ける。そして、この積層圧電素子38を130
℃程度のシリコンオイルなどの絶縁オイルが満たされた
図示しないオイルバス中に浸し、その外部負電極52と
外部正電極54a〜54cとの間に2.5kV/mm程
度の電界を印加し、分極処理を施す。以上の方法により
積層圧電素子38が得られるのである。
On the upper surface of another piezoelectric ceramic layer 40, an internal negative electrode layer 42 and an electrode lead-out portion 43 are formed by screen printing to form a green sheet 51.
Create The position of the electrode lead-out part 43 is determined by the electrode lead-out parts 45a, 45b, 45c of the internal positive electrode layer.
The position is different in a plan view, as is clear in FIG. And both green sheets 50, 51
Are alternately laminated, and a green sheet (not shown) without an internal electrode layer is overlaid on the upper surface of the piezoelectric ceramic layer 40 on the upper part thereof, and the whole is heated and pressed to perform necessary degreasing, sintering, and the like. By applying the means, the laminated piezoelectric element 38 is obtained. The external negative electrode 52 and the external positive electrodes 54a, 54b, 54c are provided at the positions where the electrode take-out portions 43, 45a to 45c of the multilayer piezoelectric element 38 thus obtained are exposed.
Attach. Then, the laminated piezoelectric element 38 is
Immersed in an oil bath (not shown) filled with an insulating oil such as silicon oil at about ° C., and an electric field of about 2.5 kV / mm is applied between the external negative electrode 52 and the external positive electrodes 54a to 54c to cause polarization. Perform processing. The multilayer piezoelectric element 38 is obtained by the above method.

【0018】このようにして得られた積層圧電素子38
と、幅1.2mmで長さが15mmである3本のインク
チャンネル32を有するチャンネル本体34と、3個の
オリフィス37を有するオリフィスプレート36とを図
5に示すように組み付けることにより前記アレイ30が
構成される。
The multilayer piezoelectric element 38 thus obtained is
The array 30 is assembled by assembling a channel body 34 having three ink channels 32 having a width of 1.2 mm and a length of 15 mm and an orifice plate 36 having three orifices 37 as shown in FIG. Is configured.

【0019】アレイ30には、それぞれ図2に示されて
いる電気回路が設けられている。この電気回路におい
て、駆動電源60の負極側と積層圧電素子38の外部負
電極52とは接地されており、前記駆動電源60の正極
側は開閉スイッチ62a,62b,62cを介して前記
積層圧電素子38の外部正電極54a〜54cに接続さ
れている。この各スイッチ62a〜62cが図示しない
コントローラによって閉じられることにより、駆動電源
60から所定の圧電活性部46a〜46cに位置する内
部負電極層42と内部正電極層44間に駆動電圧が印加
される。
Each of the arrays 30 is provided with an electric circuit shown in FIG. In this electric circuit, the negative side of the drive power supply 60 and the external negative electrode 52 of the multilayer piezoelectric element 38 are grounded, and the positive side of the drive power supply 60 is connected to the multilayer piezoelectric element via open / close switches 62a, 62b, 62c. 38 external positive electrodes 54a to 54c. When the switches 62a to 62c are closed by a controller (not shown), a drive voltage is applied from the drive power supply 60 between the internal negative electrode layer 42 and the internal positive electrode layer 44 located in the predetermined piezoelectric active portions 46a to 46c. .

【0020】以上のように構成された圧電式インクジェ
ットプリンタヘッド15の動作について説明する。
The operation of the piezoelectric ink jet printer head 15 configured as described above will be described.

【0021】所定の印字データに従って、前記コントロ
ーラが例えばスイッチ62aを閉じると、前記圧電活性
部46aの内部負電極層42と内部正電極層44aとの
間に電圧が印加され、それらの間に位置する圧電セラミ
ックス層40にバイアス電界が印加され、圧電・電歪縦
効果の寸法歪に従い前記圧電活性部46aが図1の上下
方向に伸張し、前記インクチャンネル32aの容積を減
少させる。そして、インクチャンネル32a内のインク
がオリフィス37aから液滴39となって噴射される。
また、スイッチ62aが開いて電圧の印加が遮断され圧
電活性部46aが元の位置まで戻されると、その時のイ
ンクチャンネル32aの容積増加に伴って図示しない別
の弁を経て前記インク供給装置16からインクが補充さ
れる。尚、例えば他のスイッチ62bが閉じられた場合
には、圧電活性部46bが変位させられてインクチャン
ネル32bからインクが噴射される。
When the controller closes, for example, the switch 62a in accordance with predetermined print data, a voltage is applied between the internal negative electrode layer 42 and the internal positive electrode layer 44a of the piezoelectric active portion 46a, and a voltage is applied between them. A bias electric field is applied to the piezoelectric ceramic layer 40, and the piezoelectric active portion 46a expands in the vertical direction in FIG. 1 according to the dimensional distortion of the piezoelectric / electrostrictive longitudinal effect, thereby reducing the volume of the ink channel 32a. Then, the ink in the ink channel 32a is ejected as droplets 39 from the orifice 37a.
Further, when the switch 62a is opened and the application of the voltage is cut off and the piezoelectric active portion 46a is returned to the original position, the ink supply device 16 receives a signal from the ink supply device 16 through another valve (not shown) with the increase in the volume of the ink channel 32a at that time. The ink is replenished. When the other switch 62b is closed, for example, the piezoelectric active portion 46b is displaced and ink is ejected from the ink channel 32b.

【0022】すなわち、本実施例のアレイ30は圧電式
インクジェットプリンタヘッド15の3つの噴射装置7
0a,70b,70cを構成しているのであり、1つの
積層圧電素子38はその3つの噴射装置70a〜70c
に跨って設けられた圧電アクチュエータとして機能する
のである。
That is, the array 30 of the present embodiment is composed of three ejection devices 7 of the piezoelectric ink jet printer head 15.
0a, 70b, and 70c, and one laminated piezoelectric element 38 has three injection devices 70a to 70c.
Function as a piezoelectric actuator provided across the.

【0023】ここで、積層圧電素子38の電圧印加時の
アレイ方向31における変形分布を測定したデータを図
3に示す。圧電活性部46に電圧25Vを印加したとき
該圧電活性部46の部分は90nm以上の変位をし、該
圧電活性部46からはずれた部分(圧電不活性部48)
ではほとんど変位しないことが分かる。この結果から積
層圧電素子38のインクチャンネル32内への変形を効
率よくさせるには、該インクチャンネル32のアレイ方
向31における幅が圧電活性部46の幅よりも大きいこ
とが必要であることが分かる。本実施例においてはアレ
イ方向31においてインクチャンネル32の幅を1.2
mmと、積層圧電素子38の圧電活性部46の幅よりも
大きくしたので、液滴39を噴射するためにはわずか3
0Vという低駆動電圧でよいことが分かった。
FIG. 3 shows data obtained by measuring the distribution of deformation of the laminated piezoelectric element 38 in the array direction 31 when a voltage is applied. When a voltage of 25 V is applied to the piezoelectric active portion 46, the portion of the piezoelectric active portion 46 is displaced by 90 nm or more, and is displaced from the piezoelectric active portion 46 (piezoelectric inactive portion 48).
It can be seen that there is almost no displacement. From this result, it can be seen that the width of the ink channel 32 in the array direction 31 needs to be larger than the width of the piezoelectric active portion 46 in order to efficiently deform the laminated piezoelectric element 38 into the ink channel 32. . In this embodiment, the width of the ink channel 32 in the array direction 31 is set to 1.2.
mm, which is larger than the width of the piezoelectric active portion 46 of the laminated piezoelectric element 38, so that only 3 mm
It was found that a low driving voltage of 0 V was sufficient.

【0024】このように本実施例の圧電式インクジェッ
トプリンタ15においては、1つの積層圧電素子38が
3つの噴射装置70a〜70cの圧電アクチュエータと
して機能するため、アレイ30、更にはそのアレイ30
を多数組み付けることによって圧電式インクジェットプ
リンタヘッド15の構造が簡略化され、製造工数も少な
くなって製造コストが低減されるのである。そして圧電
アクチュエータが積層圧電素子38であることに加え
て、アレイ方向31においてインクチャンネル32の幅
を圧電活性部46よりも大きくしたため、効率のよい変
形が得られるので、駆動電圧が大幅に低減できた。また
前記積層圧電素子38は、スクリーン印刷により内部電
極層42,44を形成しているので、圧電活性部46a
〜46cと圧電不活性部48の幅を極めて小さくするこ
とが容易で、例えば3つの噴射装置70a〜70cを備
えたアレイ30を小型化することにより印字の解像度を
向上することができる。これにより、高解像度で広い範
囲に印字を行なうことができるプリンタヘッドが実現さ
れるのである。
As described above, in the piezoelectric ink jet printer 15 of the present embodiment, since one laminated piezoelectric element 38 functions as the piezoelectric actuator of the three ejection devices 70a to 70c, the array 30, and the array 30
The structure of the piezoelectric ink jet printer head 15 is simplified by assembling a large number of them, the number of manufacturing steps is reduced, and the manufacturing cost is reduced. In addition to the fact that the piezoelectric actuator is the laminated piezoelectric element 38, the width of the ink channel 32 in the array direction 31 is larger than that of the piezoelectric active portion 46, so that efficient deformation can be obtained, so that the drive voltage can be greatly reduced. Was. Since the laminated piezoelectric element 38 has the internal electrode layers 42 and 44 formed by screen printing, the piezoelectric active portions 46a are formed.
46c and the width of the piezoelectric inactive portion 48 can be made extremely small. For example, by reducing the size of the array 30 including the three ejection devices 70a to 70c, the printing resolution can be improved. As a result, a printer head capable of printing over a wide range with high resolution is realized.

【0025】さらに、本実施例の積層圧電素子38の内
部負電極層42と内部正電極層44は電極取り出し部4
3,45を除いて外部に露出していないので、銀のマイ
グレーション等による、絶縁性劣化がなくなり、優れた
耐久性、耐湿性を得られる利点がある。
Further, the internal negative electrode layer 42 and the internal positive electrode layer 44 of the multilayer piezoelectric element 38 of this embodiment
Since it is not exposed to the outside except for 3, 45, there is an advantage that insulation deterioration due to migration of silver or the like does not occur, and excellent durability and moisture resistance can be obtained.

【0026】尚、本発明は上記実施例に限定されるもの
ではなくその趣旨を逸脱しない範囲において数々の変形
を加えることもできる。
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

【0027】例えば、前記実施例では3つの噴射装置7
0a〜70cに跨って設けられた圧電アクチュエータと
して1つの積層圧電素子38が用いられているが、例え
ば、更に多数に分割した内部正電極層44を採用するこ
とにより、更に多数の噴射装置に跨った圧電アクチュエ
ータを設けることもできる。
For example, in the above embodiment, three injection devices 7
Although one laminated piezoelectric element 38 is used as a piezoelectric actuator provided over 0a to 70c, for example, by adopting a further divided internal positive electrode layer 44, it is possible to extend over a larger number of ejection devices. Alternatively, a piezoelectric actuator may be provided.

【0028】また、前記実施例では内部正電極層44が
各インクチャンネル32a〜32cに1対1で対応する
ように分割されていたが、内部負電極層42を各インク
チャンネル32a〜32cに1対1で対応するように分
割しても良いし、また、内部正電極層44と内部負電極
層42の両方を各インクチャンネル32a〜32cに1
対1で対応するように分割しても良い。即ち、正または
負の少なくともどちらか一方の内部電極層が各インクチ
ャンネル32a〜32cに1対1で対応するように分割
されていれば良い。
In the above embodiment, the internal positive electrode layer 44 is divided so as to correspond to each of the ink channels 32a to 32c on a one-to-one basis. However, the internal negative electrode layer 42 is divided into one for each of the ink channels 32a to 32c. Each of the ink channels 32a to 32c may be divided into one to correspond to one of the ink channels 32a to 32c.
It may be divided so as to correspond one-to-one. That is, at least one of the positive and negative internal electrode layers may be divided so as to correspond to each of the ink channels 32a to 32c on a one-to-one basis.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上詳述したことから明らかなように、
本発明の圧電式インクジェットプリンタヘッドによれ
ば、圧電アクチュエータが複数の噴射装置に跨って設け
られ、内部正電極層と内部負電極層との一方の内部電極
層が複数の噴射装置に対して1対1となるように分割さ
れ、また、その積層した圧電アクチュエータをインクチ
ャンネルを覆うように該インクチャンネル間の壁に圧電
不活性部を固着するので、構造が簡略化され、多くの機
械加工等を必要とせず製造工数が少なくなって容易にイ
ンクジェットヘッドを製作できる。また、内部電極層の
パターンを細かく分割して形成し、積層圧電素子の局所
変位部分の面積を小さくすることが容易で、これにより
噴射装置を小型化して印字の解像度を向上させることが
できる。
As is clear from the above description,
According to the piezoelectric ink jet printer head of the present invention, the piezoelectric actuator is provided across the plurality of ejection devices, and one of the internal positive electrode layer and the internal negative electrode layer has one internal electrode layer corresponding to the plurality of ejection devices. Since the piezoelectric actuators are divided so as to be one-to-one, and the piezoelectric actuators are fixed to the walls between the ink channels so as to cover the piezoelectric actuators, the structure is simplified and many machining operations are performed. Therefore, the number of manufacturing steps is reduced and the inkjet head can be easily manufactured. Further, the pattern of the internal electrode layer is finely divided and formed, so that the area of the locally displaced portion of the laminated piezoelectric element can be easily reduced, thereby making it possible to reduce the size of the ejection device and improve the printing resolution.

【0030】また、圧電アクチュエータが、一方の面に
前記内部電極層を形成した複数の圧電セラミックス層を
積層し、その積層体の圧電セラミックス層の内部電極層
を形成した面に重ねて、内部電極層のない圧電セラミッ
クス層をさらに積層した構成であることで、積層方向の
上下面が、内部電極層を露出することがないため、絶縁
性劣化がなくなり、優れた耐久性、耐湿性を得られる利
点がある。
Also, the piezoelectric actuator is formed by laminating a plurality of piezoelectric ceramic layers having the internal electrode layer formed on one surface, and superposing the piezoelectric ceramic layer of the laminated body on the surface on which the internal electrode layer is formed to form an internal electrode. Since the piezoelectric ceramic layer having no layer is further laminated, the upper and lower surfaces in the laminating direction do not expose the internal electrode layer, so there is no deterioration in insulation, and excellent durability and moisture resistance can be obtained. There are advantages.

【0031】なお、好ましくは、一方の内部電極層に連
接された電極取り出し部と他方の内部電極層に連接され
た電極取り出し部のそれぞれに対して外部電極が圧電ア
クチュエータの外面の異なる位置に設けられることで、
内部電極層が制御回路に容易に接続され、かつその接続
のために圧電アクチュエータの一部を延長等する必要が
なく、装置全体を小型に構成することができる。
Preferably, external electrodes are provided at different positions on the outer surface of the piezoelectric actuator for each of the electrode lead-out portion connected to one internal electrode layer and the electrode lead-out portion connected to the other internal electrode layer. Being done,
The internal electrode layer is easily connected to the control circuit, and there is no need to extend a part of the piezoelectric actuator for the connection, so that the entire device can be made compact.

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

【図1】圧電式インクジェットプリンタヘッドの一部を
構成するアレイの断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of an array constituting a part of a piezoelectric ink jet printer head.

【図2】アレイに電気回路が設けられた状態を示す説明
図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a state in which an electric circuit is provided in an array.

【図3】積層圧電素子の変位分布の測定結果を示す図で
ある。
FIG. 3 is a diagram showing a measurement result of a displacement distribution of a laminated piezoelectric element.

【図4】グリーンシートの斜視図である。FIG. 4 is a perspective view of a green sheet.

【図5】アレイの組立行程を示す斜視図である。FIG. 5 is a perspective view showing an assembly process of the array.

【図6】圧電式インクジェットプリンタヘッドを搭載す
るインクジェットプリンタの要部を示す斜視図である。
FIG. 6 is a perspective view showing a main part of an ink jet printer equipped with a piezoelectric ink jet printer head.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

15 圧電式インクジェットプリンタヘッド 31 アレイ方向 32 インクチャンネル(インク室) 38 積層圧電素子(圧電アクチュエータ) 40 圧電セラミックス層 42 内部負電極層 44 内部正電極層 70 噴射装置 Reference Signs List 15 piezoelectric ink jet printer head 31 array direction 32 ink channel (ink chamber) 38 laminated piezoelectric element (piezoelectric actuator) 40 piezoelectric ceramic layer 42 internal negative electrode layer 44 internal positive electrode layer 70 ejection device

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 圧電セラミックス層と内部電極層とを交
互に積層してなる圧電アクチュエータの作用によりイン
クチャンネルの容積を変化させ、該インク室内のインク
を噴射する複数の噴射装置を配列して備えた圧電式イン
クジェットプリンタヘッドにおいて、 前記圧電セラミックス層は複数の噴射装置に跨って連続
して設けられ、前記内部電極層を構成する内部正電極層
と内部負電極層のうち少なくとも一方の内部電極層が前
記複数の噴射装置に対して1対1となるように前記圧電
セラミックス層上に分割して形成され、 前記圧電アクチュエータが、一方の面に前記内部電極層
を形成した複数の圧電セラミックス層を積層し、その積
層体の圧電セラミックス層の内部電極層を形成した面に
重ねて、内部電極層のない圧電セラミックス層をさらに
積層して構成され、 また、前記圧電アクチュエータが、前記内部正電極層と
内部負電極層に挟まれ、前記複数の噴射装置の各インク
チャンネルに対応する圧電活性部と、前記内部正電極層
と内部負電極層に挟まれていない圧電不活性部とを前記
複数の噴射装置の配列方向に交互に複数個連続して一体
に有し、 前記圧電アクチュエータが前記インクチャンネルを覆っ
て、前記圧電不活性部において前記インクチャンネル間
の壁に固着されていることを特徴とする圧電式インクジ
ェットプリンタヘッド。
1. A plurality of ejecting devices for ejecting ink in an ink chamber by changing the volume of an ink channel by the action of a piezoelectric actuator in which piezoelectric ceramic layers and internal electrode layers are alternately stacked are provided. In the piezoelectric ink jet printer head, the piezoelectric ceramic layer is provided continuously over a plurality of ejection devices, and at least one of the internal positive electrode layer and the internal negative electrode layer constituting the internal electrode layer Are formed on the piezoelectric ceramic layer so as to be one-to-one with respect to the plurality of injection devices, and the piezoelectric actuator includes a plurality of piezoelectric ceramic layers each having the internal electrode layer formed on one surface. The piezoelectric ceramic layer without the internal electrode layer is laminated on the surface on which the internal electrode layer of the piezoelectric ceramic layer of the laminate is formed. Wherein the piezoelectric actuator is sandwiched between the internal positive electrode layer and the internal negative electrode layer, and a piezoelectric active portion corresponding to each ink channel of the plurality of ejection devices; and the internal positive electrode layer And a plurality of piezoelectric inactive portions that are not sandwiched between the internal negative electrode layers are alternately and continuously integrated in the arrangement direction of the plurality of ejection devices, and the piezoelectric actuator covers the ink channel, A piezoelectric ink jet printer head fixed to a wall between the ink channels at an inactive portion.
【請求項2】 前記一方の内部電極層に連接された電極
取り出し部と他方の内部電極層に連接された電極取り出
し部のそれぞれに対して外部電極が前記圧電アクチュエ
ータの外面の異なる位置に設けられていることを特徴と
する請求項1に記載の圧電式インクジェットプリンタヘ
ッド。
2. An external electrode is provided at a different position on the outer surface of the piezoelectric actuator for each of the electrode extraction portion connected to the one internal electrode layer and the electrode extraction portion connected to the other internal electrode layer. The piezoelectric ink jet printer head according to claim 1, wherein:
【請求項3】 前記圧電アクチュエータは、積層方向の
上下面を、内部電極層を露出しない圧電セラミックス層
とし、前記各電極層は、前記電極取り出し部においての
み前記圧電アクチュエータから露出し、その露出してい
る箇所にそれぞれ前記外部電極が設けられていることを
特徴とする請求項2に記載の圧電式インクジェットプリ
ンタヘッド。
3. The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein upper and lower surfaces of the piezoelectric actuator are formed of a piezoelectric ceramic layer that does not expose an internal electrode layer, and each of the electrode layers is exposed from the piezoelectric actuator only at the electrode lead-out portion. 3. The piezoelectric ink jet printer head according to claim 2, wherein the external electrodes are provided at respective locations.
【請求項4】 前記他方の内部電極層は、前記複数の噴
射装置にわたって連続して形成されていることを特徴と
する請求項1に記載の圧電式インクジェットプリンタヘ
ッド。
4. The piezoelectric ink jet printer head according to claim 1, wherein the other internal electrode layer is formed continuously over the plurality of ejection devices.
【請求項5】 前記インクチャンネルの幅は、前記複数
の噴射装置の配列方向において、前記分割された一方の
内部電極層のそれぞれの幅よりも大きいことを特徴とす
る請求項1に記載の圧電式インクジェットプリンタヘッ
ド。
5. The piezoelectric device according to claim 1, wherein the width of the ink channel is larger than the width of each of the divided one internal electrode layers in the arrangement direction of the plurality of ejection devices. Type inkjet printer head.
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