JP2003039657A - Piezoelectric actuator and ink jet print head comprising it - Google Patents

Piezoelectric actuator and ink jet print head comprising it

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JP2003039657A
JP2003039657A JP2001226934A JP2001226934A JP2003039657A JP 2003039657 A JP2003039657 A JP 2003039657A JP 2001226934 A JP2001226934 A JP 2001226934A JP 2001226934 A JP2001226934 A JP 2001226934A JP 2003039657 A JP2003039657 A JP 2003039657A
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JP
Japan
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piezoelectric
piezoelectric element
ink
row
laminated
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Application number
JP2001226934A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshitaka Akiyama
佳孝 秋山
Satoru Hida
悟 飛田
Toshitaka Ogawa
俊孝 小川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koki Holdings Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Koki Co Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Koki Co Ltd filed Critical Hitachi Koki Co Ltd
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plurality of piezoelectric actuators arranged in array by cutting multilayer piezoelectric elements individually, and an ink jet print head comprising the piezoelectric actuators in which highly reliable, inexpensive multilayer piezoelectric elements are employed while suppressing variation of characteristics. SOLUTION: Active region of piezoelectric actuators located at the opposite ends of an array or piezoelectric actuators located in the vicinity thereof has a length shorter than that of the active region of remaining piezoelectric actuators.

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、電気信号によって
発生する微弱な変位を応用した圧電アクチュエータに関
する。また、圧電アクチュエータが発生する圧力によっ
てインク滴を飛翔させ記録媒体にインク像を形成するプ
リンタのインクジェットプリントヘッドに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric actuator to which a weak displacement generated by an electric signal is applied. The present invention also relates to an inkjet printhead of a printer that ejects ink droplets by the pressure generated by a piezoelectric actuator to form an ink image on a recording medium.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般的な積層圧電体素子の製造工程は次
の通りである。圧電セラミックスの予燃粉末に少量の有
機バインダ、可塑材、分散材を加え、分散媒中に分散さ
せてスラリーをつくる。このスラリーを成膜装置にかけ
て厚さ数10μmの厚膜を製作し、適当な寸法に切断加
工してグリンシートをつくる。次にグリンシートの片面
上に内部電極用金属ペースト(銀パラジウム合金等)を印
刷塗布し、これらを数百枚積み重ねてプレスで熱圧着し
生積層体をつくる。生積層体はまず400℃程度の温度
に加熱して、内部に含まれる有機成分をすべて熱分解す
る脱バインダ工程を経た後、1000℃以上の温度に再
び加熱して焼結する。この焼結体は内部に多数の金属電
極を含んだ圧電素子であり、これを所望の寸法、形状に
切断加工した後、各内部電極を焼結体の側面に設けた外
部電極(金属膜)により電気的に接続し、積層圧電体素子
を製造する。
2. Description of the Related Art A general laminated piezoelectric element manufacturing process is as follows. A small amount of an organic binder, a plasticizer, and a dispersant are added to the pre-combustion powder of the piezoelectric ceramic and dispersed in a dispersion medium to form a slurry. This slurry is applied to a film forming device to form a thick film having a thickness of several tens of μm, and cut into an appropriate size to form a green sheet. Next, a metal paste for internal electrodes (silver-palladium alloy or the like) is printed and applied on one surface of the green sheet, several hundreds of these are stacked and thermocompression bonded by a press to form a green laminate. The green laminate is first heated to a temperature of about 400 ° C., and after undergoing a binder removal step of thermally decomposing all organic components contained therein, it is heated again to a temperature of 1000 ° C. or more to be sintered. This sintered body is a piezoelectric element containing a large number of metal electrodes inside, and after cutting and processing it to the desired size and shape, each internal electrode is an external electrode (metal film) provided on the side surface of the sintered body. To electrically connect to manufacture a laminated piezoelectric element.

【0003】また、従来から、この圧電体素子を用いた
圧電アクチュエータにより、インクを押圧し、ノズルか
らインクを吐出させるインクジェットプリントヘッドが
知られている。このようなインクジェットプリントヘッ
ドに用いられる圧電体素子は、圧電体膜を下部電極と上
部電極で挟み込んだ構造が一般的に使用され、電極に電
圧を印加することによる圧電体膜の変位を利用してい
る。このような構造の圧電アクチュエータは最初、支持
基板に複数個の素子を形成可能な長さの積層圧電体素子
を接着し、積層圧電体素子の電極部と支持基板の配線パ
ターンとを導電接着剤等で電気的に接続する。その後ダ
イシングソー、ワイヤソー等で積層圧電体素子を個々に
切断し、一括して複数個の圧電アクチュエータを形成す
る。
Further, conventionally, there has been known an ink jet print head in which a piezoelectric actuator using this piezoelectric element presses ink and ejects the ink from a nozzle. A piezoelectric element used in such an ink jet print head generally has a structure in which a piezoelectric film is sandwiched between a lower electrode and an upper electrode, and it utilizes displacement of the piezoelectric film by applying a voltage to the electrodes. ing. In the piezoelectric actuator having such a structure, first, a laminated piezoelectric element having a length capable of forming a plurality of elements is adhered to a supporting substrate, and an electrode portion of the laminated piezoelectric element and a wiring pattern of the supporting substrate are electrically conductive with an adhesive. Etc. to electrically connect. After that, the laminated piezoelectric elements are individually cut with a dicing saw, a wire saw or the like to collectively form a plurality of piezoelectric actuators.

【0004】圧電アクチュエータを圧力発生手段として
用いるインクジェットヘッドにおいて、複数個のノズル
からインク滴を吐出し、記録用媒体にインクを着弾させ
る場合、高品位の画質を得るには、各ノズルより吐出さ
れるインク吐出速度が等しいことが望ましい。しかしな
がら、インクジェットプリントヘッドに用いられる圧電
アクチュエータに電気信号を与え、得られる圧電アクチ
ュエータの変位量にバラツキが生じている。これは、積
層圧電素子を製造する過程で、1000℃以上の温度に
加熱して焼結する際、内部電極の材料である銀が拡散さ
れ、内部電極の密度分布が場所により一様でなくなるた
めである。
In an ink jet head using a piezoelectric actuator as a pressure generating means, when ink droplets are ejected from a plurality of nozzles and the ink is landed on a recording medium, in order to obtain a high quality image, it is ejected from each nozzle. It is desirable that the ink ejection speeds are the same. However, when an electric signal is applied to the piezoelectric actuator used in the inkjet print head, the resulting displacement amount of the piezoelectric actuator varies. This is because, in the process of manufacturing a laminated piezoelectric element, when heating and sintering at a temperature of 1000 ° C. or higher, silver, which is a material of the internal electrode, is diffused and the density distribution of the internal electrode becomes uneven depending on the place. Is.

【0005】変位量のバラツキは、ノズルから吐出され
るインク吐出速度のバラツキとなる。この変位量バラツ
キは、特に列の両端に位置する圧電アクチュエータとそ
の付近に位置する圧電アクチュエータの変位量がそれ以
外の圧電アクチュエータの変位量と異なっている。その
ため特開平5−246025号公報に示されるように、
列を成す圧電アクチュエータの両端に少なくとも1本ず
つ、総計2本以上のダミー圧電アクチュエータを設ける
方法等が示されている。
The variation of the displacement amount is the variation of the ejection speed of the ink ejected from the nozzle. This variation in the amount of displacement is that the amount of displacement of the piezoelectric actuators located at both ends of the row and the amount of displacement of the piezoelectric actuators located in the vicinity thereof are different from those of the other piezoelectric actuators. Therefore, as disclosed in JP-A-5-246025,
A method of providing two or more dummy piezoelectric actuators at least one at each end of the piezoelectric actuators forming a row and a total of two or more dummy piezoelectric actuators is shown.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしがながら、ダミ
ー圧電アクチュエータを設けることは、ノズルが列をな
し配置されたインクジェットヘッドにおいて、列をなす
圧電アクチュエータを小型化するのには不利であり、ま
た実際印刷に寄与しない圧電アクチュエータを用いるこ
とは、圧電素子の無駄であり、コストを高くする。さら
に、変位量のバラツキが大きい両端を削成して使用する
方法においても材料の無駄になり積層圧電素子のコスト
を高くする。
However, providing the dummy piezoelectric actuators is disadvantageous in reducing the size of the piezoelectric actuators in a row in an ink jet head in which nozzles are arranged in rows. Using a piezoelectric actuator that does not actually contribute to printing is a waste of the piezoelectric element and increases the cost. Further, even in the method of using both ends which have large variations in displacement, the material is wasted and the cost of the laminated piezoelectric element is increased.

【0007】本発明は、このような従来の問題点を解決
するもので、その目的とするところは、列の両端に位置
する圧電アクチュエータ、或いは列の両端に位置する圧
電アクチュエータとその付近の圧電アクチュエータの活
性領域の長さをそれ以外の圧電アクチュエータの変位量
とほぼ等しくする積層圧電体素子を提供することにあ
る。また、積層圧電体素子を用いたインクジェットプリ
ントヘッドにおいてインク吐出速度のバラツキを小さく
し、高品位の画質を得ることのできるインクジェットプ
リントヘッドを提供することにある。
The present invention solves such a conventional problem, and an object thereof is to provide piezoelectric actuators located at both ends of a row, or piezoelectric actuators located at both ends of a row and piezoelectric elements in the vicinity thereof. Another object of the present invention is to provide a laminated piezoelectric element in which the length of the active region of the actuator is made substantially equal to the displacement amount of the other piezoelectric actuators. Another object of the present invention is to provide an inkjet printhead using a laminated piezoelectric element, which can reduce variations in ink ejection speed and can obtain high-quality image quality.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記の目的は、圧電材量
と導電材量を交互に積層し、活性領域と非活性領域とか
ら成る積層圧電体素子を個々に切断し、列をなして配置
された複数個の圧電アクチュエータにおいて、列の両端
に位置する圧電アクチュエータあるいは列の両端に位置
する圧電アクチュエータとその付近の圧電アクチュエー
タの活性領域の長さを、残りの圧電アクチュエータの活
性領域の長さよりも小さくすることにより達成される。
SUMMARY OF THE INVENTION The above-described object is to stack the piezoelectric material amount and the conductive material amount alternately, and cut the laminated piezoelectric element composed of the active region and the inactive region individually to form a row. In the plurality of arranged piezoelectric actuators, the lengths of the active areas of the piezoelectric actuators located at both ends of the row or the piezoelectric actuators located at both ends of the row and the piezoelectric actuators in the vicinity thereof are calculated as the lengths of the active areas of the remaining piezoelectric actuators. It is achieved by making it smaller than

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図を参考
にしながら説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0010】図1は、d31型積層圧電体素子を用いた
圧電アクチュエータを用いたインクジェットプリントヘ
ッドの主要部の構造説明斜視図である。図1に示す2は
複数のノズル1を形成したオリフィスプレートである。
ノズル1の開口形状の加工精度はインクジェットプリン
トヘッドのインク吐出特性に大きな影響を及ぼす。複数
のノズル1間においてこれらのノズル精度ばらつきを低
く押さえるためオリフィスプレート2の製法は高い加工
精度が要求される。このためオリフィスプレート2はニ
ッケルの電鋳加工やステンレスの精密プレス法、レーザ
加工法等により形成される。このオリフィスプレート2
に圧力室3が形成されたチャンバプレート4、及びイン
ク供給路10と圧力室3とを連結し圧力室3へのインク
流入を制御するリストリクタ5を形成したリストリクタ
プレート6を、位置決めして接合する。
FIG. 1 is a structural explanatory perspective view of a main part of an ink jet print head using a piezoelectric actuator using a d31 type laminated piezoelectric element. Reference numeral 2 shown in FIG. 1 is an orifice plate having a plurality of nozzles 1 formed therein.
The processing accuracy of the opening shape of the nozzle 1 has a great influence on the ink ejection characteristics of the inkjet print head. The manufacturing method of the orifice plate 2 is required to have high processing accuracy in order to suppress variations in nozzle accuracy among a plurality of nozzles 1. Therefore, the orifice plate 2 is formed by nickel electroforming, stainless steel precision pressing, laser machining, or the like. This orifice plate 2
The chamber plate 4 in which the pressure chamber 3 is formed, and the restrictor plate 6 in which the restrictor 5 that connects the ink supply path 10 and the pressure chamber 3 and controls the ink inflow into the pressure chamber 3 are formed are positioned. To join.

【0011】さらに、圧電アクチュエータ13の圧力を
効率よく圧力室に伝えるための振動板7と共通インク通
路10からリストリクタ5に流入するインク中のゴミ等
を取り除くフィルタ部8を形成したダイアフラムプレー
ト9と共通インク通路10を形成したハウジング11を
同じように位置決めして接合する。チャンバプレート
4、リストリクタプレート6、ダイアフラムプレート9
はステンレス材のエッチング加工法またはニッケル材の
電鋳加工法で作られる。金属または樹脂で作られたハウ
ジング11には外部インクタンクからインクを共通イン
ク通路10まで導くインク導入パイプ19が接合されて
いる。
Further, a diaphragm plate 9 having a vibrating plate 7 for efficiently transmitting the pressure of the piezoelectric actuator 13 to the pressure chamber and a filter portion 8 for removing dust and the like in the ink flowing into the restrictor 5 from the common ink passage 10. The housing 11 having the common ink passage 10 is similarly positioned and joined. Chamber plate 4, restrictor plate 6, diaphragm plate 9
Is made by etching of stainless steel or electroforming of nickel. An ink introducing pipe 19 for guiding the ink from the external ink tank to the common ink passage 10 is joined to the housing 11 made of metal or resin.

【0012】次に本発明の圧電アクチュエータ13を製
作する順序を説明する。まず支持基板16の厚さ方向と
は垂直方向の末端部面に積層圧電体素子棒を複数本並べ
て接着固定する。次に積層圧電体素子棒の電極部と支持
基板の配線パターンとを導電接着剤等で電気的に接続す
る。その後、積層圧電体素子棒をダイシングソー、ワイ
ヤソー等を利用した切断により分割する。この時、分割
された各々の積層圧電体素子14は圧力室の一つずつに
対応するようになっている。さらには支持基板16には
それぞれの積層圧電体素子14に外部駆動回路から独立
した電気信号を送るための個別電極17及び共通電極1
8が形成されている。外部駆動回路から選択的な電気信
号が圧電体素子14に印可されることにより圧電体素子
14はひずみを生じる。圧電体素子14は高剛性の支持
基板16上に接合されているため、振動板7に優先的に
変位を与え圧力室3の圧力を高める。
Next, the order of manufacturing the piezoelectric actuator 13 of the present invention will be described. First, a plurality of laminated piezoelectric element rods are arranged and bonded and fixed on the end face of the support substrate 16 in the direction perpendicular to the thickness direction. Next, the electrode portion of the laminated piezoelectric element rod and the wiring pattern of the supporting substrate are electrically connected with a conductive adhesive or the like. Then, the laminated piezoelectric element rod is divided by cutting using a dicing saw, a wire saw, or the like. At this time, each of the divided laminated piezoelectric elements 14 corresponds to each pressure chamber. Further, the support substrate 16 has an individual electrode 17 and a common electrode 1 for sending an electric signal independent of an external drive circuit to each laminated piezoelectric element 14.
8 is formed. The piezoelectric element 14 is distorted by applying a selective electric signal from the external drive circuit to the piezoelectric element 14. Since the piezoelectric element 14 is bonded onto the highly rigid support substrate 16, the piezoelectric element 14 is preferentially displaced to increase the pressure in the pressure chamber 3.

【0013】最後に、複数の積層圧電体素子14とそれ
を固定する支持基板16からなる圧電アクチュエータ1
3を前記のハウジングとプレート類の接着組立品に接着
剤12により位置決めして接合する。
Finally, the piezoelectric actuator 1 comprising a plurality of laminated piezoelectric elements 14 and a supporting substrate 16 for fixing them.
3 is positioned and joined to the adhesive assembly of the housing and plates described above with an adhesive 12.

【0014】図2は本発明の実施例を説明するインクジ
ェトプリントヘッドの部分断面図である。圧電アクチュ
エータ13は支持基板16と積層圧電体素子14とで構
成される。支持基板16は積層圧電体素子14を固定す
る固定部材である。積層圧電体素子14は接着剤12を
介して振動板7と接合されている。振動板7とチャンバ
プレート4とで圧力室3を構成している。圧力室3内の
圧力は振動板7が変形する事により急激に変動する。支
持基板16には個別電極17と共通電極18が形成され
ていて、積層圧電体素子14と導電性接合部材15で電
気的に接続されている。外部駆動回路から選択的な電気
信号が積層圧電体素子14に印可されることにより積層
圧電体素子14はノズル1へ向かう方向に変位を発生す
る。この変位により接着剤12を介して振動板7が変形
し圧力室3内に充填されたインクは加圧され、ノズル1
からインク滴となって吐出する。本実施例にて説明する
インクジェットプリントヘッドは、こうした原理によっ
てノズル1からインクを吐出して記録媒体上にインク画
像を形成する装置に用いられる。
FIG. 2 is a partial sectional view of an ink jet print head for explaining an embodiment of the present invention. The piezoelectric actuator 13 includes a support substrate 16 and a laminated piezoelectric element 14. The support substrate 16 is a fixing member that fixes the laminated piezoelectric element 14. The laminated piezoelectric element 14 is bonded to the vibration plate 7 via the adhesive 12. The vibrating plate 7 and the chamber plate 4 form a pressure chamber 3. The pressure in the pressure chamber 3 changes rapidly due to the deformation of the vibrating plate 7. An individual electrode 17 and a common electrode 18 are formed on the support substrate 16 and are electrically connected to the laminated piezoelectric element 14 by a conductive bonding member 15. By applying a selective electric signal from the external drive circuit to the laminated piezoelectric element 14, the laminated piezoelectric element 14 is displaced in the direction toward the nozzle 1. Due to this displacement, the vibrating plate 7 is deformed via the adhesive 12, and the ink filled in the pressure chamber 3 is pressurized, so that the nozzle 1
The ink is ejected as an ink droplet. The ink jet print head described in this embodiment is used in an apparatus that discharges ink from the nozzle 1 and forms an ink image on a recording medium based on such a principle.

【0015】図3は積層圧電体素子14の構造説斜視図
である。外部駆動回路から選択的な電気信号が積層圧電
体素子14に印可されることにより積層圧電体素子14
はノズル1へ向かう方向に変位を発生するが、この変位
量δは次の式で得られる。δ=d31・L・E/tここ
で、d31は圧電材料により決まる圧電定数、Lは共通
電極の内部電極21と個別電極の内部電極22が各々に
交わる活性部の長さ23、Eは電気信号の印加電圧、t
は内部電極の層間距離24である。
FIG. 3 is a perspective view of the structure of the laminated piezoelectric element 14. By applying a selective electric signal from the external drive circuit to the laminated piezoelectric element 14, the laminated piezoelectric element 14
Generates a displacement in the direction toward the nozzle 1, and this displacement amount δ is obtained by the following equation. δ = d31 · L · E / t where d31 is the piezoelectric constant determined by the piezoelectric material, L is the length 23 of the active portion where the internal electrode 21 of the common electrode and the internal electrode 22 of the individual electrode intersect, and E is the electric Applied voltage of signal, t
Is the interlayer distance 24 of the internal electrodes.

【0016】前記の積層圧電体素子を用い、支持基板に
複数個の素子を形成可能な長さの積層圧電体素子を接着
し、積層圧電体素子の電極部と支持基板の配線パターン
とを導電接着剤で電気的に接続、さらに、該積層圧電体
素子を個々に切断し、一括して複数個の圧電アクチュエ
ータを1列に並べられた様に形成したものを、外部駆動
回路から一定の電圧を該圧電アクチュエータに印可し、
得られる圧電アクチュエータの変位量を測定した結果を
図4に示す。図において圧電アクチュエータNo.1及
びNo.128は列内の両端に位置している。この図よ
り、 列内の両端及びその付近に位置する圧電アクチュ
エータの変位量がそれ以外よりも大きいのが分かる。
Using the laminated piezoelectric element described above, a laminated piezoelectric element having a length capable of forming a plurality of elements is adhered to a supporting substrate, and the electrode portion of the laminated piezoelectric element and the wiring pattern of the supporting substrate are electrically conductive. An electrical connection is made with an adhesive, the laminated piezoelectric elements are individually cut, and a plurality of piezoelectric actuators are formed in a row so as to be arranged in a row. Is applied to the piezoelectric actuator,
The result of measuring the displacement amount of the obtained piezoelectric actuator is shown in FIG. In the figure, the piezoelectric actuator No. 1 and No. 128 are located at both ends in the row. From this figure, it can be seen that the displacement amounts of the piezoelectric actuators located at both ends in the row and in the vicinity thereof are larger than the other displacements.

【0017】次に、前記圧電アクチュエータを圧力発生
手段として用いたインクジェットプリントヘッドにおい
て、外部駆動回路から一定の電圧を圧電アクチュエータ
に印可し、ノズル1からインクを吐出させた場合のイン
ク吐出速度を測定した結果を図5に示す。この図におい
て、ノズルNo.と図4の圧電アクチュエータNo.は
各々に対応しており、ノズルNo.1及びNo.128
は列内の両端に位置している。この図より、 列内の両
端にあるノズルのインク吐出速度がそれ以外よりも速い
のが分かる。さらに、図4と図5を見比べると、アクチ
ュエータの変位量と、インク吐出速度に相関がり、イン
ク吐出速度が速いものは、アクチュエータの変位量が大
きく、遅いものは変位量が小さくなっている。言いかえ
ると、インク吐出速度のバラツキは圧電アクチュエータ
の変位のバラツキであるといえる。印字品質を低下させ
るインク吐出速度のバラツキを抑えるためには、圧電ア
クチュエータの変位のバラツキを抑えることであり、そ
のバラツキは、列の両端に位置する圧電アクチュエータ
の変位、或いは列の両端に位置する圧電アクチュエータ
とその付近の圧電アクチュエータの変位を小さくし、そ
れ以外と同じにすることである。
Next, in an ink jet print head using the piezoelectric actuator as a pressure generating means, a constant voltage is applied to the piezoelectric actuator from an external drive circuit to measure the ink ejection speed when ink is ejected from the nozzle 1. The results obtained are shown in FIG. In this figure, nozzle No. And the piezoelectric actuator No. 1 of FIG. Correspond to each nozzle, and the nozzle No. 1 and No. 128
Are located at the ends of the row. From this figure, it can be seen that the ink ejection speeds of the nozzles at both ends in the row are faster than the others. Further, comparing FIG. 4 and FIG. 5, there is a correlation between the displacement amount of the actuator and the ink ejection speed. A high ink ejection speed has a large displacement amount of the actuator, and a slow ink ejection speed has a small displacement amount. In other words, it can be said that the variation in the ink ejection speed is the variation in the displacement of the piezoelectric actuator. In order to suppress the variation in the ink ejection speed that deteriorates the print quality, the variation in the displacement of the piezoelectric actuator is suppressed. This is to reduce the displacement of the piezoelectric actuator and the piezoelectric actuator in the vicinity thereof, and to make the displacement the same as the others.

【0018】圧電アクチュエータの変位量を小さくする
には、上記式より変位量δと活性部の長さLとは比例関
係にあるため、本発明では、共通電極の内部電極21と
個別電極の内部電極22が各々に交わる活性部の長さ2
3を小さくした。積層圧電体素子内で両端とその近辺の
活性部の長さ23を小さくするには、積層圧電体素子の
製造工程においてグリーンシートの片面上に内部電極用
金属ペーストを塗布印刷する際、両端とその近辺の内部
電極用金属ペーストをそれ以外のものより細く塗布印刷
すればよく、製造工程で一括して行なえ、容易であるた
めである。図4において圧電アクチュエータNo1から
No4の変位量が中央部変位より約5乃至6%大きい。
これを中央部と等しくするには、内部電極用金属ペース
トの塗布面積を中央部より約5乃至6%細くし、活性部
長さ23を小さくすると、中央部の変位量とほぼ等しく
なり、圧電アクチュエータの変位量のバラツキが小さく
なる。
In order to reduce the displacement amount of the piezoelectric actuator, since the displacement amount δ and the length L of the active portion are in a proportional relationship from the above equation, in the present invention, the internal electrode 21 of the common electrode and the internal electrode of the individual electrode are The length of the active part 2 where the electrodes 22 intersect each other 2
3 was reduced. In order to reduce the length 23 of both ends and the active part in the vicinity thereof in the laminated piezoelectric element, when applying and printing the internal electrode metal paste on one surface of the green sheet in the manufacturing process of the laminated piezoelectric element, This is because it suffices to apply and print the metal paste for the internal electrodes in the vicinity thereof in a thinner manner than the other ones, and it is easy to carry out collectively in the manufacturing process and is easy. In FIG. 4, the displacement amount of the piezoelectric actuators No1 to No4 is about 5 to 6% larger than the displacement of the central portion.
In order to make this equal to the central portion, if the applied area of the internal electrode metal paste is made thinner than the central portion by about 5 to 6% and the active portion length 23 is made smaller, the displacement amount at the central portion becomes substantially equal, and the piezoelectric actuator The variation in the amount of displacement is reduced.

【0019】また、図4において圧電アクチュエータの
変位量は、両端から中央に向かって徐々に変化してい
る。このため活性部長さ23を両端から中央に向かって
徐々に小さくすると中央部の変位量とほぼ等しくなり、
圧電アクチュエータの変位量のバラツキが小さくでき
る。
Further, in FIG. 4, the displacement amount of the piezoelectric actuator gradually changes from both ends toward the center. Therefore, when the active portion length 23 is gradually reduced from both ends toward the center, the displacement amount at the center portion becomes substantially equal to
Variations in the displacement of the piezoelectric actuator can be reduced.

【0020】さらに、図4において圧電アクチュエータ
の変位量が大きい範囲は、全長(ノズルNo.1からN
o.128)の1/3程度内(ノズルNo.1からN
o.42、ノズルNo.86からNo.128)の範囲
である。活性領域の長さ23をこの範囲内において小さ
くすると中央部の変位量とほぼ等しくなり、圧電アクチ
ュエータの変位量のバラツキが小さくできる。
Further, in FIG. 4, the range in which the displacement of the piezoelectric actuator is large is the entire length (nozzles No. 1 to N).
o. 128) within about 1/3 (nozzle No. 1 to N
o. 42, nozzle No. 86 to No. 128). When the length 23 of the active region is reduced within this range, the displacement amount of the central portion becomes substantially equal to that of the displacement amount of the piezoelectric actuator.

【0021】図6に前記積層圧電体素子を用い、支持基
板に接着し、該積層圧電体素子を個々に切断し、一括し
て複数個の圧電アクチュエータを1列に並べられた様に
形成した、圧電アクチュエータを示す。列の端に位置す
る圧電アクチュエータとその付近の圧電アクチュエータ
の活性部長さ231、232をそれ以外の活性部長さ2
3nより小さく(活性部長さ231≦232≦…<23
n)したものである。本構成により、列の両端に位置す
る圧電アクチュエータ、或いは列の両端に位置する圧電
アクチュエータとその付近の圧電アクチュエータの変位
量をそれ以外の圧電アクチュエータの変位量とほぼ等し
くすることができる。また、この積層圧電体素子を用い
た圧電アクチュエータにより、ノズルより吐出するイン
クの吐出速度も列内のバラツキが小さくなり、高品位の
画質を得ることのできるインクジェットプリントヘッド
となる。
In FIG. 6, the laminated piezoelectric element was used and adhered to a support substrate, the laminated piezoelectric element was cut into individual pieces, and a plurality of piezoelectric actuators were collectively formed so as to be arranged in one row. , Showing a piezoelectric actuator. The active portion lengths 231 and 232 of the piezoelectric actuators located at the ends of the rows and the piezoelectric actuators in the vicinity thereof are set to other active portion lengths 2
Less than 3n (active portion length 231 ≦ 232 ≦ ... <23
n). With this configuration, the displacement amounts of the piezoelectric actuators located at both ends of the row, or the piezoelectric actuators located at both ends of the row and the piezoelectric actuators in the vicinity thereof can be made substantially equal to the displacement amounts of the other piezoelectric actuators. In addition, the piezoelectric actuator using the laminated piezoelectric element reduces the variation in the ejection speed of the ink ejected from the nozzles in the row, and the ink jet print head can obtain a high quality image.

【0022】なお、本実施例はd31型積層圧電体素子
としたが、ほかの面方位を用いた積層圧電体素子におい
ても同様の効果が得られる。
In the present embodiment, the d31 type laminated piezoelectric element is used, but the same effect can be obtained in laminated piezoelectric elements using other plane orientations.

【0023】[0023]

【発明の効果】本発明によれば、積層圧電体素子を個々
に切断し、列をなして配置された複数個の圧電アクチュ
エータにおいて、積層圧電体素子の製造工程段階で、内
部電極用金属ペーストの塗布印刷幅を一部変更すること
で、個々の変位量のバラツキが小さくなり、特性の安定
した積層圧電体素子を提供することができる。更に上記
積層圧電体素子を用いたインクジェットプリントヘッド
を構成することにより、小型で、インク吐出特性に優
れ、安価なインクジェットプリントヘッドを提供するこ
とができる。
According to the present invention, in a plurality of piezoelectric actuators which are formed by cutting the laminated piezoelectric element individually and arranging them in rows, a metal paste for an internal electrode is formed in a manufacturing process step of the laminated piezoelectric element. By partially changing the coating / printing width of (1), it is possible to provide a laminated piezoelectric element having stable characteristics and reducing variations in individual displacement amounts. Further, by configuring an inkjet printhead using the above-mentioned laminated piezoelectric element, it is possible to provide an inkjet printhead which is small in size, excellent in ink ejection characteristics, and inexpensive.

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

【図1】圧電アクチュエータを用いたインクジェットプ
リントヘッドの主要部の構造説明斜視図。
FIG. 1 is a structural explanatory perspective view of a main part of an inkjet printhead using a piezoelectric actuator.

【図2】圧電アクチュエータを用いたインクジェトプリ
ントヘッドの部分断面図。
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of an inkjet printhead using a piezoelectric actuator.

【図3】積層圧電体素子の主要部の構造説明斜視図。FIG. 3 is a perspective view showing the structure of a main part of a laminated piezoelectric element.

【図4】従来技術における圧電アクチュエータの位置と
その変位を示すグラフ。
FIG. 4 is a graph showing the position and displacement of a piezoelectric actuator according to the conventional technique.

【図5】従来技術におけるノズルの位置とインク滴吐出
速度を示すグラフ。
FIG. 5 is a graph showing a nozzle position and an ink droplet ejection speed in the related art.

【図6】本発明の圧電アクチュエータの主要部の構造説
明斜視図。
FIG. 6 is a structural explanatory perspective view of a main part of the piezoelectric actuator of the present invention.

【符号の説明】 1…ノズル、2…オリフィスプレート、3…圧力室、4
…チャンバプレート、5…リストリクタ、6…リストリ
クタプレート、7…振動板、8…フィルタ部、9…ダイ
アフラムプレート、10…共通インク通路、11…ハウ
ジング、12…接着剤、13…圧電アクチュエータ、1
4…積層圧電体素子、15…導電性接合部材、16…支
持基板、17…個別電極、18…共通電極、19…イン
ク導入パイプ、20…外部電極、21…共通電極側の内
部電圧、22…個別電極側の内部電圧、23,231,2
32〜23n…活性部の長さ、24…層間距離。
[Explanation of Codes] 1 ... Nozzle, 2 ... Orifice plate, 3 ... Pressure chamber, 4
... chamber plate, 5 ... restrictor, 6 ... restrictor plate, 7 ... diaphragm, 8 ... filter part, 9 ... diaphragm plate, 10 ... common ink passage, 11 ... housing, 12 ... adhesive, 13 ... piezoelectric actuator, 1
4 ... Multilayer piezoelectric element, 15 ... Conductive bonding member, 16 ... Support substrate, 17 ... Individual electrode, 18 ... Common electrode, 19 ... Ink introduction pipe, 20 ... External electrode, 21 ... Common electrode side internal voltage, 22 ... Internal voltage of individual electrodes, 23,231,2
32 to 23n ... Length of active part, 24 ... Distance between layers.

フロントページの続き Fターム(参考) 2C057 AF21 AG12 AG47 AP02 AP25 BA04 BA14 Continued front page    F-term (reference) 2C057 AF21 AG12 AG47 AP02 AP25                       BA04 BA14

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】圧電材量と導電材量を交互に積層し、活性
領域と非活性領域とからなる積層圧電体素子を個々に切
断し、列をなして配置された複数個の圧電アクチュエー
タにおいて、列の両端に位置する圧電アクチュエータあ
るいは列の両端に位置する圧電アクチュエータとその付
近の圧電アクチュエータの活性領域の長さを、残りの圧
電アクチュエータの活性領域の長さよりも小さくしたこ
とを特徴とする圧電アクチュエータ。
1. A plurality of piezoelectric actuators, wherein a piezoelectric material amount and a conductive material amount are alternately laminated, and a laminated piezoelectric element composed of an active region and an inactive region is individually cut and arranged in a row. , The lengths of the active regions of the piezoelectric actuators located at both ends of the row or the piezoelectric actuators located at both ends of the row and the piezoelectric actuators in the vicinity are smaller than the lengths of the active areas of the remaining piezoelectric actuators. Piezoelectric actuator.
【請求項2】前記積層圧電体素子において、活性領域の
長さを列の両端から中央に向かって徐々に小さくしたこ
とを特徴とする請求項1記載の圧電アクチュエータ。
2. The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein in the laminated piezoelectric element, the length of the active region is gradually reduced from both ends of the row toward the center.
【請求項3】前記積層圧電体素子において、活性領域の
長さを小さくする範囲は、積層圧電体素子の両端から積
層圧電体素子全長の1/3程度内とすることを特徴とす
る請求項1又は2記載の圧電アクチュエータ。
3. The laminated piezoelectric element according to claim 1, wherein the range of reducing the length of the active region is within about 1/3 of the entire length of the laminated piezoelectric element from both ends of the laminated piezoelectric element. The piezoelectric actuator according to 1 or 2.
【請求項4】インクを蓄える圧力室、及びこれらの圧力
室に個々に連通する電気信号の印加により圧力室内に圧
力変動を発生させる圧力発生手段と、前記圧力室の壁面
の少なくとの一部を形成し、前記圧力発生手段に対し接
着剤で連結されている振動板と、前記圧力室にインクを
供給する流路であるリストリクタと、前記リストリクタ
にインクを供給する共通インク通路と、インク滴を前記
圧力室から吐出するノズルとを有し、前記ノズルが1列
もしくは複数列に配置されたインクジェットプリントヘ
ッドにおいて、前記圧力発生手段として請求項1、2又
は3記載の圧電アクチュエータを用いたことを特徴とす
るインクジェットプリントヘッド。
4. Pressure chambers for storing ink, pressure generating means for generating pressure fluctuations in the pressure chambers by applying electric signals individually communicating with these pressure chambers, and at least a part of the wall surface of the pressure chambers. A diaphragm that is connected to the pressure generating means with an adhesive, a restrictor that is a flow path that supplies ink to the pressure chamber, and a common ink passage that supplies ink to the restrictor, An ink jet print head having a nozzle for ejecting ink droplets from the pressure chamber, wherein the nozzle is arranged in one row or a plurality of rows, wherein the piezoelectric actuator according to claim 1, 2 or 3 is used as the pressure generating means. Inkjet print head that is characterized by
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006198948A (en) * 2005-01-21 2006-08-03 Ricoh Printing Systems Ltd Inkjet recording apparatus
JP2013224007A (en) * 2012-03-19 2013-10-31 Ricoh Co Ltd Liquid drop ejecting head, image forming apparatus, and method of manufacturing liquid drop ejecting head

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