JP2003211667A - Ink jet recording head - Google Patents

Ink jet recording head

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JP2003211667A
JP2003211667A JP2002019017A JP2002019017A JP2003211667A JP 2003211667 A JP2003211667 A JP 2003211667A JP 2002019017 A JP2002019017 A JP 2002019017A JP 2002019017 A JP2002019017 A JP 2002019017A JP 2003211667 A JP2003211667 A JP 2003211667A
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance the pressurizing force of ink in an ink chamber. <P>SOLUTION: An actuator section 7 for pressurizing an ink chamber 1 is formed of a multilayer piezoelectric element 12 comprising a plurality of piezoelectric ceramic layers 8a, 8b, 8c, substantially entire surface common electrodes 9a, 9b, 9c, piezoelectric ceramic layers 10a, 10b, 10c, and discrete electrodes 11a, 11b, 11c arranged to be positioned on respective ink chambers 1 laid in layer sequentially and integrated and then subjected to polarization in the thickness direction of the piezoelectric ceramic layers 8b, 8c, 10a, 10b, 10c interposed between the substantially entire surface common electrodes 9a, 9b, 9c, and the discrete electrodes 11a, 11b, 11c. The width W1 of the discrete electrode 11a closest to the ink chamber 1 is set in the range of 60-90% of the width L of the ink chamber 1, and at least one width W2, W3 of other discrete electrodes 11b, 11c is set wider than the width W1 of the discrete electrode 11a closest to the ink chamber 1 thus constituting an ink jet recording head 20. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、文字や画像の印刷
に用いるインクジェット記録装置に搭載されるインクジ
ェット記録へッドに関するものである。 【0002】 【従来の技術】近年、パーソナルコンピューターの普及
やマルチメディアの発達に伴って、情報を記録媒体に出
カする記録装置として、インクジェット方式の記録装置
の利用が急速に拡大している。 【0003】かかるインクジェット方式の記録装置に
は、インクジェット記録へッド(以下ヘッドと称す)が
搭載されており、この種のヘッドには、インクが充填さ
れたインク室内に加圧手段としてのヒーターを備え、ヒ
ーターによりインクを加熱、沸騰させ、インク室内に発
生する気泡によってインクを加圧し、インク吐出孔より
インク滴として吐出させるサーマルジェット方式と、イ
ンクが充填されるインク室の一部の壁を圧電素子によっ
て屈曲変位させ、機械的にインク室内のインクを加圧
し、インク吐出孔よりインク滴として吐出させる圧電方
式が一般的に知られている。 【0004】このうち、圧電方式のインクジェット記録
ヘッド40としては、例えば、図3に示すように、複数
の隔壁22で仕切られた複数のインク室21を有する流
路部材26と、各インク室21内に充填されるインクを
加圧するアクチュエータ部27とから構成されたものが
あった。 【0005】上記流路部材26は、複数のスリットを並
設した板状体25と、複数のインク吐出孔23及びイン
ク供給孔(不図示)をそれぞれ備えるノズル板24とか
らなり、ノズル板24の各インク吐出孔23及びインク
供給孔と、板状体25の各スリットとの位置合わせをし
た状態で貼り合わせることにより複数の溝を形成し、こ
の溝をインク室21とするとともに、溝底面にインク吐
出孔23とインク供給孔が開口するようになっていた。 【0006】また、アクチュエータ部27は、圧電セラ
ミック層28a,28b,28c、略全面共通電極29
a,29b,29c、圧電セラミック層30a,30
b,30c、上記各インク室21上に位置するように配
置された個別電極31a,31b,31cとをこの順序
でそれぞれ複数枚積層一体化してなり、上記略全面共通
電極29a,29b,29cと個別電極31a,31
b,31cとの間にある圧電セラミック層28b,28
c,30a,30b,30cには厚み方向に分極処理を
施した積層型圧電素子32により形成され、各個別電極
31a,31b,31cの幅は、積層方向において一定
とし、かつインク室21の幅と同等程度に形成されてい
た(特開平3−274159号公報参照)。 【0007】そして、このインクジェット記録ヘッド4
0によりインク滴を吐出するには、不図示のインク供給
孔よりインク室21内にインクを充填した状態で、積層
型圧電素子32の個別電極31a,31b,31cと略
全面共通電極29a,29b,29cとの間に電圧を印
加して電界を発生させると、電界が作用する圧電セラミ
ック層28b,28c,30a,30b,30cは積層
方向に対して垂直な方向に伸縮しようとするのである
が、最下層の圧電セラミック層28aには電界が作用せ
ず振動しないため、インク室21上のアクチュエータ部
27は隔壁22の拘束によって撓み振動を起こし、この
撓み振動によってインク室21内のインクを加圧し、イ
ンク吐出孔23よりインク滴を吐出するようになってい
た。 【0008】このように、アクチュエータ部27として
積層型圧電素子32を用いたものは、大きな撓み振動を
発生させることができるといった利点があった。 【0009】 【発明が解決しようとする課題】ところで、積層型圧電
素子の振動を大きくするためには、圧電セラミック層を
挟んで配置される電極の面積を大きくし、圧電セラミッ
ク層に大きな電界が作用するようにすれば良いのである
が、図3に示すインクジェット記録ヘッド40のよう
に、アクチュエータ部27が隔壁22と接合され、個別
電極31a,31b,31cの幅がインク室21の幅と
同程度であると、十分に大きな撓み振動を発生させるこ
とができないといった課題があった。 【0010】即ち、隔壁22との接合部より離れた位置
にある圧電セラミック層28b,28c,30b,30
cは、その振動を隔壁22によって阻害され難いもの
の、隔壁22との接合部に近い圧電セラミック層30a
は、その振動が隔壁22によって拘束されるため、アク
チュエータ部27全体の撓み振動が小さくなっていた。 【0011】その結果、インク室21内のインクを加圧
する力が小さく、インク滴の吐出速度を高めることがで
きなかった。 【0012】 【課題を解決するための手段】そこで、本発明は上記課
題に鑑み、複数の隔壁によって仕切られた複数のインク
室を有する流路部材と、上記各インク室内のインクを加
圧するアクチュエータ部とからなるインクジェット記録
ヘッドにおいて、上記アクチュエータ部を、圧電セラミ
ック層、略全面共通電極、圧電セラミック層、上記各イ
ンク室上に位置するように配置された個別電極を順次複
数層積層して一体化するとともに、上記略全面共通電極
と個別電極との間にある圧電セラミック層の厚み方向に
分極処理を施した積層型圧電素子により形成するととも
に、上記インク室に最も近い個別電極の幅を上記インク
室の幅の60%〜90%とし、かつ他の個別電極の少な
くとも一つの幅をインク室に最も近い個別電極の幅より
大きくしたことを特徴とする。 【0013】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。 【0014】図1は本発明のインクジェット記録ヘッド
の一例を示す一部を破断した斜視図である。 【0015】このインクジェット記録ヘッド20(以
下、ヘッド20と称す)は、複数の隔壁2で仕切られた
複数のインク室1を有する流路部材6と、各インク室1
内に充填されるインクを加圧するアクチュエータ部7と
からなる。 【0016】流路部材6は、複数のスリットを並設した
板状体5と、複数のインク吐出孔3及びインク供給孔
(不図示)をそれぞれ備えたノズル板4とからなり、ノ
ズル板4の各インク吐出孔3及びインク供給孔と、板状
体5の各スリットとの位置合わせをした状態で例えば接
着にて貼り合わせることにより複数の溝を形成し、この
溝をインク室1とするとともに、溝底面にインク吐出孔
3とインク供給孔が開口するようにしてある。 【0017】ここで、流路部材6を構成するノズル板4
の材質としては、特に限定するものではなく、樹脂、石
英、ガラス、シリコン、金属、セラミックスを用いるこ
とができる。また、図1では一枚の板材からなるものを
示したが、上記材質からなる板材を二層以上貼り合わせ
た積層体を用いても良く、この場合、インク室1側の板
材には、比較的剛性の高い石英、ガラス、シリコン、金
属、セラミックスを用い、インク吐出側の板材には、微
小なインク吐出孔3を形成し易い樹脂を用いることが好
ましい。 【0018】また、流路部材6を構成する板状体5の材
質としては、ノズル板4と同様に樹脂、石英、ガラス、
シリコン、金属、セラミックスを用いることができる
が、アクチュエータ部7の振動により隔壁2が変形しな
いようにするため、適度な剛性を有する材質により形成
することが好ましく、石英、ガラス、シリコン、金属、
セラミックスのいずれか一種の材質を用いることが好ま
しい。 【0019】なお、図1では流路部材6としてノズル板
4と板状体5を別々に形成して貼り合わせた例を示した
が、樹脂、石英、ガラス、シリコン、金属、セラミック
スのいずれか一種からなる板状体にインク室1となる溝
を形成するとともに、溝底面にインク吐出孔3とインク
供給孔を穿設した流路部材を用いることもできる。 【0020】一方、アクチュエータ部7は、圧電セラミ
ック層8a,8b,8c、略全面共通電極9a,9b,
9c、圧電セラミック層10a,10b,10c、上記
各インク室1上に位置するように配置された個別電極1
1a,11b,11cとをこの順序で3層積層して一体
化するとともに、上記略全面共通電極9a,9b,9c
と個別電極11a,11b,11cとの間にある圧電セ
ラミック層8b,8c,10a,10b,10cには予
め厚み方向に図1に示す矢印の如く分極処理を施した積
層型圧電素子12により形成してあり、インク室1に最
も近い個別電極11aの幅W1をインク室1の幅Lの6
0%〜90%とするとともに、他の個別電極11b,1
1cの幅W2,W3を、インク室1に最も近い個別電極
11aより徐々に大きくなる(W1<W2<W3)よう
にしてある。 【0021】そして、このヘッド20によりインク滴を
吐出するには、上記個別電極11a,11b,11cと
略全面共通電極9a,9b,9cとの間に電圧を印加し
て電界を発生させると、電界が作用する部分の圧電セラ
ミック層8b,8c,10a,10b,10cは積層方
向に対して垂直な方向に伸縮しようとするのに対し、電
界が作用しない圧電セラミック層8aは不活性部となっ
て振動しないため、隔壁2の間(インク室1上にある)
にあるアクチュエータ部7を積層方向に撓み振動させる
ことができる。この時、本発明のヘッド20によれば、
インク室2に最も近い個別電極11aの幅W1は、イン
ク室1の幅Lよりも小さくし、かつ他の個別電極11
b,11cの幅W2,W3はインク室2に最も近い個別
電極11aの幅W1よりも大きくしてあることから、イ
ンク室1上のアクチュエータ部7の撓み振動を大きくす
ることができる。 【0022】即ち、アクチュエータ部7のインク室1側
は、隔壁2によって拘束されていることから、インク室
1に最も近い個別電極11aの幅W1をインク室1の幅
Lに近似させると、個別電極11aと略全面共通電極9
aとの間にある圧電セラミック層10aの伸縮が隔壁2
によって阻害され、かえって撓み量が小さくなるから
で、本発明のようにインク室1に最も近い個別電極11
aの幅W1をインク室1の幅Lより小さくして隔壁2ま
での距離を長くすれば、個別電極11aと略全面共通電
極9aとの間にある圧電セラミック層10aの伸縮量が
若干減るものの、その振動が隔壁2によって拘束される
のを抑制することができ、結果として圧電セラミック層
10aを撓み振動を大きくすることができる。 【0023】また、他の個別電極11b,11cは、隔
壁2との接合部から離れているため、圧電セラミック層
8b,8c,10b,10cの振動が隔壁2の拘束を受
け難く、他の個別電極11b,11cの幅W2,W3
を、インク室1に最も近い個別電極11aの幅W1より
大きくしてあることから、電界の大きさに見合った撓み
振動を発生させることができる。 【0024】その結果、図3に示す従来のヘッド40と
比較して、インク室1上のアクチュエータ部7の撓み量
を大きくすることができ、インク室1内のインクの加圧
力を高めてインク滴の吐出速度を向上させることができ
る。 【0025】ただし、インク室1に最も近い個別電極1
1aの幅W1がインク室1の幅Lの60%未満となる
と、個別電極11aと略全面共通電極9aとの間にある
圧電セラミック層10aの振動は隔壁2による拘束を受
け難くなるものの、個別電極11aの幅W1が小さくな
り過ぎるため、圧電セラミック層10aの伸縮量が小さ
くなり過ぎ、結果としてインク室1上のアクチュエータ
部7の撓み量を大きくすることができない。 【0026】逆に、インク室1に最も近い個別電極11
aの幅W1がインク室1の幅Lの90%より大きくなる
と、個別電極11aの幅W1を小さくしたことによる効
果が得られず、インク室1上のアクチュエータ部7の撓
み量を十分に大きくすることができない。 【0027】その為、インク室1に最も近い個別電極1
1aの幅W1は、インク室1の幅Lの60%〜90%と
することが好ましい。 【0028】また、個別電極11aと略全面共通電極9
aとの間にある圧電セラミック層10aの振動が隔壁2
の拘束を受けないようにするためには、圧電セラミック
層8aの厚みを厚くするなどしてアクチュエータ部7の
撓み量を大きく低下させない範囲で隔壁2までの距離を
長くすることが好ましい。 【0029】一方、インク室1に最も近い個別電極11
a以外の他の個別電極11b,11cの幅W2,W3は
大きい方が良いのであるが、あまり大きすぎると、隣の
個別電極11b,11cと接触したり、隣のインク室1
へクロストークの影響を与えることになる。 【0030】その為、個別電極11b,11cの幅W
2,W3をインク室1の幅Lより大きくする場合、その
突出量は隔壁2の幅Mの30%以下に抑えることが良
く、好ましくは10%以下とすることが良い。 【0031】なお、図1では、インク室1上に位置する
3つの個別電極11a,11b,11cのうち、インク
室1に最も近い個別電極11aの幅W1が最も小さく、
かつインク室1の幅Lよりも小さくなるようにし、他の
個別電極11b,11cの幅はW2,W3は順に大きく
なるようにした例を示したが、本発明はこのような構造
だけに限らず、例えば、図2(a)に示すように、イン
ク室1に最も近い個別電極11aの幅W1をインク室1
の幅Lの60%〜90%とし、次の個別電極11bの幅
W2を個別電極11aの幅W1と同等とするとともに、
インク室1より最も離れた個別電極11cの幅W3を、
インク室1に最も近い個別電極11aの幅W1より大き
くしたもの、図2(b)に示すように、インク室1に最
も近い個別電極11aの幅W1をインク室1の幅Lの6
0%〜90%とし、次の個別電極11b及びインク室1
より最も離れた個別電極11cの幅W2,W3を、イン
ク室1に最も近い個別電極11aの幅W1より大きくし
たもの、図2(c)に示すように、インク室1に最も近
い個別電極11aの幅W1をインク室1の幅Lの60%
〜90%とし、次の個別電極11bをインク室1に最も
近い個別電極11aの幅W1より大きくするとともに、
インク室1より最も離れた個別電極11cの幅W3を個
別電極11aの幅W1より大きく、個別電極11bの幅
W2より小さくしたものなど、インク室1に最も近い個
別電極11aの幅W1をインク室1の幅Lの60%〜9
0%とし、かつ他の個別電極11b,11cの少なくと
も一つの幅W2,W3をインク室1に最も近い個別電極
11aの幅W1より大きくしたものであれば良い。 【0032】ただし、圧電セラミック層8b,8c,1
0a,10b,10cの振動は、隔壁2との接合部に近
いほど隔壁2の拘束を受けることになるため、好ましく
は図1に示すように、インク室1に最も近い個別電極1
1aの幅W1をインク室1の幅Lの60%〜90%と
し、他の個別電極11b,11cは個別電極11aより
離れるにしたがって徐々に大きくなるように配置したも
のが良い。 【0033】また、実施形態では積層型圧電素子12を
形成する個別電極11a,11b,11cの数を3つと
したものを示したが、2つあるいは4つ以上でも構わな
い。ただし、コストやヘッド20が大きくなることを考
慮すると、8層程度までとしておくことが好ましい。 【0034】次に、本発明に係るインクジェット記録ヘ
ッド20の製造方法について説明する。 【0035】まず、流路部材6を製作するため、複数の
スリットを備えた板状体5と、複数のインク吐出孔3及
びインク供給孔を備えたノズル板4を用意する。 【0036】次に、板状体5のスリットとノズル板4の
インク吐出孔3及びインク供給孔の位置合わせをした
後、板状体5とノズル板4とを例えば接着等にて接合
し、スリットの一方がノズル板4によって塞がれること
により形成される溝をインク室1とし、各溝を仕切る壁
を隔壁2とするとともに、溝底面にはインク吐出孔3及
びインク供給孔が開口した流路部材6を製作する。な
お、板状体5とノズル板4とがセラミックスからなる場
合、未焼成の板状体5と未焼成のノズル板4とを位置合
わせをして貼り合わせた後、焼成することにより両者を
一体化して流路部材6を形成することもできる。 【0037】一方、アクチュエータ部7を製作するに
は、未焼成の圧電セラミック層8a,8b,8c、略全
面共通電極9a,9b,9c、未焼成の圧電セラミック
層10a,10b,10c、個別電極11a,11b,
11cをそれぞれこの順序で順次3層積層するのである
が、各個別電極11a,11b,11cの幅W1,W
2,W3は、インク室1に最も近い個別電極11aの幅
W1がインク室1の幅Lの60%〜90%で、かつ他の
個別電極11b,11cの少なくとも一つの幅W2,W
3が個別電極11aの幅W1よりも大きくなるようにす
る。 【0038】しかる後、積層体を焼成した後、略全面共
通電極9a,9b,9cと個別電極11a,11b,1
1cとの間の圧電セラミック層8b,8c,10a,1
0b,10cに分極処理を施することにより製作する。 【0039】なお、圧電セラミック層8a,8b,8
c,10a,10b,10cを形成する材質としては、
チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、マグネシウムニオブ
酸鉛(PMN系)、ニッケルニオブ酸鉛(PNN系)等
を主成分とする圧電セラミックスを用いることができ
る。 【0040】また、略全面共通電極9a,9b,9cや
個別電極11a,11b,11cを形成する材質として
は、圧電セラミック層8a,8b,8c,10a,10
b,10cの焼成温度に耐え得るものであれば良く、例
えば、Ag、Pd、Pt、Rh、Au、Niのうち1種
以上を主成分とする導体を用いれば良い。 【0041】そして、得られたアクチュエータ部7の個
別電極11a,11b,11cがインク室1上に位置す
るとともに、個別電極11aがインク室1に最も近くな
るように位置決めした後、アクチュエータ部7と流路部
材6とを接着等にて貼り合わせることにより得ることが
できる。 【0042】以上、本発明の実施形態について示した
が、本発明はこの実施形態だけに限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲で改良や変更された
ものであっても構わない。 【0043】 【実施例】ここで、図1に示すインクジェット記録ヘッ
ド20に備えるアクチュエータ部7の各個別電極11
a,11b,11cの幅W1,W2,W3を異ならせ、
インク滴の吐出性能について調べる実験を行った。 【0044】アクチュエータ部7は、チタン酸ジルコン
酸鉛を含むスラリーをロールコーター法にてシート状に
形成して複数枚のグリーンシートを製作した後、金型を
用いてグリーンシートを矩形状に打ち抜き、矩形状シー
トを複数枚用意した。 【0045】次に、三枚の矩形状シートの一方の主面に
各略全面共通電極9a,9b,9cとなる電極用ペース
トを略全面に印刷するとともに、他方の主面に各個別電
極11a,11b,11cとなる電極用ペーストを印刷
した。この時、各個別電極11a,11b,11cの幅
W1,W2,W3は試料に応じて異ならせるとともに、
上記電極用ペーストにAg−Pdを含むペーストを用い
た。 【0046】そして、電極用ペーストを印刷した矩形状
シートと、電極用ペーストを印刷していない矩形状シー
トとを順次積層して表1に示すような構造の積層体を製
作した。なお、表1において、第1層とはインク室1の
最も近くに配置される個別電極11a、第2層とは個別
電極11aの次にインク室1の近くに配置される個別電
極11b、第3層とはインク室1より最も離れた位置に
配置される個別電極11cを示す。 【0047】しかる後、得られた積層体を1000℃〜
1200℃の範囲で焼成した後、略全面共通電極9a,
9b,9cと個別電極11a,11b,11cの間に電
圧を印加してその間にある圧電セラミック層8a,8
b,8c,10a,10b,10cに分極処理を施すこ
とによりアクチュエータ部7を作製した。なお、アクチ
ュエータ部7を形成する各圧電セラミック層8a,8
b,8c,10a,10b,10cの厚みは15μm、
略全面共通電極層9a,9b,9c及び個別電極11
a,11b,11cの厚みはそのバラツキ範囲が2〜5
μmとなるように設定した。 【0048】一方、流路部材6は、薄肉のステンレス板
にインク室1となるスリットをエッチング法によって形
成して板状体5を製作するとともに、別の薄肉ステンレ
ス板にインク吐出孔3とインク供給孔(不図示)をエッ
チング法によって穿孔してノズル板4を製作した。そし
て、板状体5のスリットとノズル板4のインク吐出孔3
及びインク供給孔との位置合わせを行った後、両者をエ
ポキシ接着剤にて接着し、スリットとノズル板4とで形
成される溝をインク室1とするとともに、各溝を仕切る
壁を隔壁2とする流路部材6を製作した。なお、インク
室1の幅Lは0.5mm、インク室1の長さは0.7m
mとなるように設定した。 【0049】しかる後、製作したアクチュエータ部7と
流路部材6の位置合わせを行った後、エポキシ接着剤に
て接着することにより実験用のインクジェット記録ヘッ
ド20を得た。 【0050】そして、得られた実験用のインクジェット
記録ヘッド20のインク室1内にインクを充填した後、
アクチュエータ部7の略全面共通電極9a,9b,9c
と個別電極11a,11b,11cの間に20Vの電圧
を周波数20KHzで印加してアクチュエータ部7を駆
動させ、インク吐出孔3より吐出されるインク滴の吐出
速度を測定し評価した。 【0051】ただし、インク滴の吐出速度の測定は、高
速度のストロボ撮影装置を有したカメラを用い、得られ
た画像を画像処理することにより得た。 【0052】結果は表1に示す通りである。 【0053】 【表1】 【0054】この結果、表1より判るように、インク室
1に最も近い個別電極11aの幅W1をインク室1の幅
Lの60%〜90%とし、かつ他の個別電極11b,1
1cのうち少なくとも一つの幅W2、W3をインク室1
に最も近い個別電極11aの幅W1より大きくしたこと
によりインク滴の吐出速度を大きくすることができる。 【0055】 【発明の効果】以上のように、本発明によれば、複数の
隔壁によって仕切られた複数のインク室を有する流路部
材と、上記各インク室内のインクを加圧するアクチュエ
ータ部とからなるインクジェット記録ヘッドにおいて、
上記アクチュエータ部を、圧電セラミック層、略全面共
通電極、圧電セラミック層、上記各インク室上に位置す
るように配置された個別電極を順次複数枚積層一体化し
てなり、上記略全面共通電極と個別電極との間にある圧
電セラミック層の厚み方向に分極処理を施した積層型圧
電素子により形成するとともに、上記インク室に最も近
い個別電極の幅を上記インク室の幅の60%〜90%と
し、かつ他の個別電極の少なくとも一つの幅をインク室
に最も近い個別電極の幅より大きくしたことによって、
アクチュエータ部の振動が隔壁によって拘束されるのを
抑制することができるため、より大きな振動が得られ、
インク室内のインクの加圧力を高めることができるた
め、インク滴の吐出速度を向上させることができる。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ink jet recording head mounted on an ink jet recording apparatus used for printing characters and images. 2. Description of the Related Art In recent years, with the spread of personal computers and the development of multimedia, the use of ink jet recording devices as recording devices for outputting information to recording media has been rapidly expanding. [0003] Such an ink jet recording apparatus is equipped with an ink jet recording head (hereinafter referred to as a head), and a head as a pressurizing means is provided in an ink chamber filled with ink. A thermal jet method in which the ink is heated and boiled by a heater, the ink is pressurized by bubbles generated in the ink chamber, and ejected as ink droplets from the ink ejection holes, and a part of the wall of the ink chamber filled with ink. A piezoelectric method is generally known in which a piezoelectric element is bent and displaced by a piezoelectric element to mechanically pressurize ink in an ink chamber and discharge the ink as ink droplets from an ink discharge hole. Among them, as a piezoelectric type ink jet recording head 40, for example, as shown in FIG. 3, a flow path member 26 having a plurality of ink chambers 21 partitioned by a plurality of partition walls 22, and each ink chamber 21 And an actuator unit 27 for pressurizing the ink to be filled therein. The flow path member 26 is composed of a plate 25 having a plurality of slits arranged side by side, and a nozzle plate 24 having a plurality of ink discharge holes 23 and ink supply holes (not shown). A plurality of grooves are formed by bonding the respective ink ejection holes 23 and the ink supply holes with the respective slits of the plate-like body 25 in a state where they are aligned. The ink discharge hole 23 and the ink supply hole are opened. The actuator section 27 includes piezoelectric ceramic layers 28a, 28b, 28c and a substantially entire surface common electrode 29.
a, 29b, 29c, piezoelectric ceramic layers 30a, 30
b, 30c, and a plurality of individual electrodes 31a, 31b, 31c arranged so as to be located on the ink chambers 21, respectively, are laminated and integrated in this order, and the substantially entire common electrodes 29a, 29b, 29c and Individual electrodes 31a, 31
b, 31c and the piezoelectric ceramic layers 28b, 28
Each of c, 30a, 30b, and 30c is formed by a laminated piezoelectric element 32 that has been subjected to polarization processing in the thickness direction. The width of each of the individual electrodes 31a, 31b, and 31c is constant in the lamination direction, and the width of the ink chamber 21 is set. (See JP-A-3-274159). The ink jet recording head 4
In order to discharge the ink droplets by 0, the individual electrodes 31a, 31b, 31c of the multilayer piezoelectric element 32 and the substantially entire common electrodes 29a, 29b are filled with the ink into the ink chamber 21 from an ink supply hole (not shown). When an electric field is generated by applying a voltage between the piezoelectric ceramic layers 28b, 28c, 30a, 30b, and 30c, the piezoelectric ceramic layers 28b, 28c, 30a, 30b, and 30c on which the electric field acts tend to expand and contract in a direction perpendicular to the stacking direction. Since the electric field does not act on the lowermost piezoelectric ceramic layer 28a and does not vibrate, the actuator portion 27 on the ink chamber 21 generates bending vibration due to the restriction of the partition wall 22, and the ink in the ink chamber 21 is applied by the bending vibration. The ink droplet is ejected from the ink ejection hole 23 by pressing. As described above, the actuator using the laminated piezoelectric element 32 as the actuator section 27 has an advantage that a large bending vibration can be generated. However, in order to increase the vibration of the laminated piezoelectric element, the area of the electrodes arranged with the piezoelectric ceramic layer interposed therebetween is increased, and a large electric field is applied to the piezoelectric ceramic layer. The actuator section 27 is joined to the partition wall 22 and the width of the individual electrodes 31a, 31b and 31c is the same as the width of the ink chamber 21 as in the ink jet recording head 40 shown in FIG. If the degree is too small, there is a problem that a sufficiently large bending vibration cannot be generated. That is, the piezoelectric ceramic layers 28b, 28c, 30b, 30 located at positions distant from the joint with the partition wall 22.
c is a piezoelectric ceramic layer 30a that is hardly hindered by the partition wall 22 but is close to the joint with the partition wall 22.
Since the vibration is restricted by the partition wall 22, the bending vibration of the entire actuator section 27 is small. As a result, the force for pressurizing the ink in the ink chamber 21 is small, and the ejection speed of the ink droplets cannot be increased. In view of the above problems, the present invention has been made in view of the above problems, and has a flow path member having a plurality of ink chambers partitioned by a plurality of partition walls, and an actuator for pressurizing ink in each of the ink chambers. And an ink jet recording head comprising: a plurality of piezoelectric actuator layers, a substantially entire surface common electrode, a piezoelectric ceramic layer, and individual electrodes arranged so as to be positioned on each of the ink chambers. And a multilayer piezoelectric element that is polarized in the thickness direction of the piezoelectric ceramic layer between the substantially entire common electrode and the individual electrode, and the width of the individual electrode closest to the ink chamber is 60% to 90% of the width of the ink chamber, and at least one width of the other individual electrode is larger than the width of the individual electrode closest to the ink chamber. The feature is that it is made. Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 is a partially broken perspective view showing an example of the ink jet recording head of the present invention. The ink jet recording head 20 (hereinafter referred to as the head 20) has a flow path member 6 having a plurality of ink chambers 1 partitioned by a plurality of partition walls 2, and each ink chamber 1
And an actuator section 7 for pressurizing the ink to be filled therein. The flow path member 6 includes a plate-like body 5 having a plurality of slits arranged in parallel and a nozzle plate 4 having a plurality of ink discharge holes 3 and ink supply holes (not shown). A plurality of grooves are formed by bonding, for example, by bonding in a state where each of the ink discharge holes 3 and the ink supply holes 3 and the slits of the plate 5 are aligned. At the same time, the ink discharge holes 3 and the ink supply holes are opened at the bottom of the groove. Here, the nozzle plate 4 constituting the flow path member 6
The material is not particularly limited, and resin, quartz, glass, silicon, metal, and ceramics can be used. Although FIG. 1 shows one plate material, a laminate in which two or more plate materials made of the above materials are bonded may be used. In this case, the plate material on the side of the ink chamber 1 is a comparative example. It is preferable to use quartz, glass, silicon, metal, or ceramics having high target rigidity, and to use, as the plate material on the ink ejection side, a resin that can easily form minute ink ejection holes 3. The material of the plate member 5 constituting the flow path member 6 is resin, quartz, glass,
Although silicon, metal, and ceramics can be used, in order to prevent the partition wall 2 from being deformed by the vibration of the actuator section 7, it is preferable that the partition wall 2 be formed of a material having appropriate rigidity, such as quartz, glass, silicon, metal, or the like.
It is preferable to use any one of ceramics. FIG. 1 shows an example in which the nozzle plate 4 and the plate-like body 5 are separately formed and bonded as the flow path member 6, but any one of resin, quartz, glass, silicon, metal, and ceramics is shown. It is also possible to use a flow path member in which a groove serving as the ink chamber 1 is formed in a kind of plate-like body, and an ink discharge hole 3 and an ink supply hole are formed in the bottom of the groove. On the other hand, the actuator section 7 includes the piezoelectric ceramic layers 8a, 8b, 8c, the substantially entire common electrodes 9a, 9b,
9c, piezoelectric ceramic layers 10a, 10b, 10c, individual electrodes 1 arranged so as to be located on each of the ink chambers 1
1a, 11b, and 11c are laminated in this order in three layers to be integrated, and the substantially entire common electrodes 9a, 9b, and 9c are formed.
The piezoelectric ceramic layers 8b, 8c, 10a, 10b, and 10c between the electrodes and the individual electrodes 11a, 11b, and 11c are formed by a laminated piezoelectric element 12 that has been polarized in the thickness direction as indicated by an arrow in FIG. The width W1 of the individual electrode 11a closest to the ink chamber 1 is set to 6 times the width L of the ink chamber 1.
0% to 90%, and the other individual electrodes 11b, 1
The widths W2 and W3 of 1c are made to be gradually larger than the individual electrodes 11a closest to the ink chamber 1 (W1 <W2 <W3). In order to eject ink droplets from the head 20, an electric field is generated by applying a voltage between the individual electrodes 11a, 11b, 11c and the substantially entire common electrodes 9a, 9b, 9c. The portions of the piezoelectric ceramic layers 8b, 8c, 10a, 10b, and 10c where the electric field acts tend to expand and contract in a direction perpendicular to the stacking direction, whereas the piezoelectric ceramic layers 8a where the electric field does not act are inactive portions. Between the partition walls 2 (on the ink chamber 1) because they do not vibrate
Can be flexed and vibrated in the stacking direction. At this time, according to the head 20 of the present invention,
The width W1 of the individual electrode 11a closest to the ink chamber 2 is smaller than the width L of the ink chamber 1 and the other individual electrodes 11a
Since the widths W2 and W3 of b and 11c are larger than the width W1 of the individual electrode 11a closest to the ink chamber 2, the bending vibration of the actuator 7 on the ink chamber 1 can be increased. That is, since the ink chamber 1 side of the actuator section 7 is constrained by the partition 2, if the width W 1 of the individual electrode 11 a closest to the ink chamber 1 is approximated to the width L of the ink chamber 1, The electrode 11a and the substantially common electrode 9
The expansion and contraction of the piezoelectric ceramic layer 10a between
The individual electrodes 11 closest to the ink chamber 1 as in the present invention.
If the width W1 is smaller than the width L of the ink chamber 1 and the distance to the partition 2 is increased, the amount of expansion and contraction of the piezoelectric ceramic layer 10a between the individual electrode 11a and the substantially entire common electrode 9a is slightly reduced. The vibration can be suppressed from being restrained by the partition wall 2, and as a result, the piezoelectric ceramic layer 10a can be bent to increase the vibration. Further, since the other individual electrodes 11b and 11c are separated from the junction with the partition 2, the vibration of the piezoelectric ceramic layers 8b, 8c, 10b and 10c is hardly restricted by the partition 2, and the other individual electrodes 11b and 11c are not separated. Widths W2 and W3 of electrodes 11b and 11c
Is larger than the width W1 of the individual electrode 11a closest to the ink chamber 1, it is possible to generate a bending vibration corresponding to the magnitude of the electric field. As a result, as compared with the conventional head 40 shown in FIG. 3, the amount of deflection of the actuator section 7 on the ink chamber 1 can be increased, and the pressure of the ink in the ink chamber 1 can be increased to increase the ink pressure. The ejection speed of the droplet can be improved. However, the individual electrode 1 closest to the ink chamber 1
When the width W1 of 1a is less than 60% of the width L of the ink chamber 1, the vibration of the piezoelectric ceramic layer 10a between the individual electrode 11a and the substantially entire surface common electrode 9a is less likely to be restrained by the partition 2. Since the width W1 of the electrode 11a is too small, the amount of expansion and contraction of the piezoelectric ceramic layer 10a is too small, and as a result, the amount of deflection of the actuator section 7 on the ink chamber 1 cannot be increased. Conversely, the individual electrode 11 closest to the ink chamber 1
If the width W1 of a is larger than 90% of the width L of the ink chamber 1, the effect of reducing the width W1 of the individual electrode 11a cannot be obtained, and the amount of deflection of the actuator section 7 on the ink chamber 1 is sufficiently large. Can not do it. For this reason, the individual electrode 1 closest to the ink chamber 1
It is preferable that the width W1 of 1a is 60% to 90% of the width L of the ink chamber 1. The individual electrode 11a and the substantially entire common electrode 9
a of the piezoelectric ceramic layer 10a between the partition walls 2
In order not to be restricted, it is preferable to increase the distance to the partition 2 within a range where the amount of deflection of the actuator section 7 is not significantly reduced by increasing the thickness of the piezoelectric ceramic layer 8a. On the other hand, the individual electrode 11 closest to the ink chamber 1
It is better that the widths W2 and W3 of the individual electrodes 11b and 11c other than a are large. However, if the widths W2 and W3 are too large, they may come into contact with the adjacent individual electrodes 11b and 11c or the adjacent ink chambers 1b and 11c.
Crosstalk. Therefore, the width W of the individual electrodes 11b and 11c
When W2 and W3 are made larger than the width L of the ink chamber 1, the amount of protrusion is preferably suppressed to 30% or less of the width M of the partition wall 2, and more preferably 10% or less. In FIG. 1, among the three individual electrodes 11a, 11b and 11c located on the ink chamber 1, the width W1 of the individual electrode 11a closest to the ink chamber 1 is the smallest.
In addition, an example has been shown in which the width L of the ink chamber 1 is made smaller and the widths of the other individual electrodes 11b and 11c become larger in order of W2 and W3. However, the present invention is not limited to such a structure. For example, as shown in FIG. 2A, the width W1 of the individual electrode 11a closest to the ink chamber 1 is
And the width W2 of the next individual electrode 11b is made equal to the width W1 of the individual electrode 11a.
The width W3 of the individual electrode 11c farthest from the ink chamber 1 is
The width W1 of the individual electrode 11a closest to the ink chamber 1 is set to be larger than the width W1 of the individual electrode 11a closest to the ink chamber 1, as shown in FIG.
0% to 90%, the next individual electrode 11b and the ink chamber 1
The widths W2 and W3 of the individual electrodes 11c farthest away from each other are made larger than the width W1 of the individual electrodes 11a closest to the ink chamber 1, and as shown in FIG. Width W1 is 60% of width L of ink chamber 1
To 90%, the next individual electrode 11b is made larger than the width W1 of the individual electrode 11a closest to the ink chamber 1, and
The width W1 of the individual electrode 11a closest to the ink chamber 1, such as the width W3 of the individual electrode 11c farthest from the ink chamber 1 is larger than the width W1 of the individual electrode 11a and smaller than the width W2 of the individual electrode 11b. 60% -9 of width L of 1
0% and at least one of the widths W2 and W3 of the other individual electrodes 11b and 11c may be larger than the width W1 of the individual electrode 11a closest to the ink chamber 1. However, the piezoelectric ceramic layers 8b, 8c, 1
Since the vibrations of Oa, 10b, and 10c are more restricted by the partition wall 2 as they are closer to the joint with the partition wall 2, the individual electrode 1 closest to the ink chamber 1 is preferably provided as shown in FIG.
The width W1 of 1a is set to be 60% to 90% of the width L of the ink chamber 1, and the other individual electrodes 11b and 11c are preferably arranged so as to gradually increase as the distance from the individual electrode 11a increases. In the embodiment, the number of the individual electrodes 11a, 11b, 11c forming the laminated piezoelectric element 12 is set to three, but may be two or four or more. However, considering the cost and the increase in the size of the head 20, it is preferable to set the number of layers to about eight. Next, a method of manufacturing the ink jet recording head 20 according to the present invention will be described. First, in order to manufacture the flow path member 6, a plate 5 having a plurality of slits and a nozzle plate 4 having a plurality of ink discharge holes 3 and ink supply holes are prepared. Next, after aligning the slit of the plate member 5 with the ink discharge hole 3 and the ink supply hole of the nozzle plate 4, the plate member 5 and the nozzle plate 4 are joined by, for example, bonding. A groove formed by closing one of the slits with the nozzle plate 4 is defined as an ink chamber 1, a wall partitioning each groove is defined as a partition 2, and an ink discharge hole 3 and an ink supply hole are opened at the bottom of the groove. The flow path member 6 is manufactured. When the plate 5 and the nozzle plate 4 are made of ceramics, the unfired plate 5 and the unfired nozzle plate 4 are aligned and bonded, and then fired to integrate them. Alternatively, the flow path member 6 can be formed. On the other hand, to manufacture the actuator section 7, the unfired piezoelectric ceramic layers 8a, 8b, 8c, the substantially entire common electrodes 9a, 9b, 9c, the unfired piezoelectric ceramic layers 10a, 10b, 10c, the individual electrodes 11a, 11b,
11c are sequentially laminated in this order, and the widths W1, W of the individual electrodes 11a, 11b, 11c are respectively set.
2, W3, the width W1 of the individual electrode 11a closest to the ink chamber 1 is 60% to 90% of the width L of the ink chamber 1, and at least one width W2, W of the other individual electrodes 11b, 11c.
3 is larger than the width W1 of the individual electrode 11a. Thereafter, after firing the laminate, the common electrodes 9a, 9b, 9c and the individual electrodes 11a, 11b, 1
1c and the piezoelectric ceramic layers 8b, 8c, 10a, 1
It is manufactured by performing a polarization process on 0b and 10c. The piezoelectric ceramic layers 8a, 8b, 8
As materials for forming c, 10a, 10b, and 10c,
Piezoelectric ceramics containing lead zirconate titanate (PZT), lead magnesium niobate (PMN-based), lead nickel niobate (PNN-based), or the like as a main component can be used. The material for forming the substantially entire common electrodes 9a, 9b, 9c and the individual electrodes 11a, 11b, 11c includes piezoelectric ceramic layers 8a, 8b, 8c, 10a, 10c.
Any material that can withstand the baking temperatures b and 10c may be used. For example, a conductor containing at least one of Ag, Pd, Pt, Rh, Au, and Ni may be used. After the individual electrodes 11a, 11b, and 11c of the obtained actuator section 7 are positioned on the ink chamber 1 and the individual electrodes 11a are positioned so as to be closest to the ink chamber 1, the actuator section 7 It can be obtained by bonding the flow path member 6 with an adhesive or the like. Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to this embodiment, and may be improved or changed without departing from the gist of the present invention. Absent. Here, the individual electrodes 11 of the actuator section 7 provided in the ink jet recording head 20 shown in FIG. 1 will be described.
a, 11b, 11c have different widths W1, W2, W3,
An experiment was conducted to check the ejection performance of ink droplets. The actuator section 7 forms a plurality of green sheets by forming a slurry containing lead zirconate titanate into a sheet by a roll coater method, and then punches the green sheets into a rectangular shape using a mold. A plurality of rectangular sheets were prepared. Next, on one main surface of the three rectangular sheets, an electrode paste for forming the substantially whole common electrodes 9a, 9b, 9c is printed over substantially the entire surface, and each individual electrode 11a is printed on the other main surface. , 11b and 11c were printed. At this time, the widths W1, W2, W3 of the individual electrodes 11a, 11b, 11c are made different depending on the sample.
A paste containing Ag-Pd was used as the electrode paste. Then, a rectangular sheet having the electrode paste printed thereon and a rectangular sheet having no electrode paste printed thereon were sequentially laminated to produce a laminate having a structure as shown in Table 1. In Table 1, the first layer is the individual electrode 11a arranged closest to the ink chamber 1 and the second layer is the individual electrode 11b arranged close to the ink chamber 1 next to the individual electrode 11a. The three layers indicate the individual electrodes 11c arranged at positions farthest from the ink chamber 1. Thereafter, the obtained laminate is heated to 1000 ° C.
After firing at a temperature of 1200 ° C., the common electrode 9a,
9b, 9c and the individual electrodes 11a, 11b, 11c, a voltage is applied between the piezoelectric ceramic layers 8a, 8c.
The actuator section 7 was fabricated by subjecting b, 8c, 10a, 10b, and 10c to polarization processing. Note that each of the piezoelectric ceramic layers 8a, 8
b, 8c, 10a, 10b, 10c have a thickness of 15 μm,
Substantially entire surface common electrode layers 9a, 9b, 9c and individual electrodes 11
a, 11b, and 11c have thicknesses in the range of 2 to 5;
It was set to be μm. On the other hand, the flow path member 6 manufactures the plate-like body 5 by forming a slit which becomes the ink chamber 1 in a thin stainless steel plate by an etching method, and forms the ink ejection hole 3 and the ink in another thin stainless steel plate. A nozzle plate 4 was manufactured by piercing a supply hole (not shown) by an etching method. Then, the slit of the plate member 5 and the ink ejection hole 3 of the nozzle plate 4 are formed.
After the alignment with the ink supply holes is performed, the two are bonded with an epoxy adhesive, the grooves formed by the slits and the nozzle plate 4 are used as the ink chambers 1, and the walls separating the grooves are formed by the partition walls 2. Was manufactured. The width L of the ink chamber 1 is 0.5 mm, and the length of the ink chamber 1 is 0.7 m.
m. Thereafter, the manufactured actuator section 7 and the flow path member 6 were aligned, and then bonded with an epoxy adhesive to obtain an experimental inkjet recording head 20. After the ink is filled in the ink chamber 1 of the obtained experimental ink jet recording head 20,
Substantially all common electrodes 9a, 9b, 9c of the actuator section 7
The actuator unit 7 was driven by applying a voltage of 20 V between the and the individual electrodes 11a, 11b, and 11c at a frequency of 20 KHz, and the ejection speed of ink droplets ejected from the ink ejection holes 3 was measured and evaluated. However, the measurement of the ejection speed of the ink droplet was obtained by performing image processing on the obtained image using a camera having a high-speed strobe photographing device. The results are as shown in Table 1. [Table 1] As a result, as can be seen from Table 1, the width W1 of the individual electrode 11a closest to the ink chamber 1 is set to 60% to 90% of the width L of the ink chamber 1, and the other individual electrodes 11b, 1
1c at least one width W2, W3
The ejection speed of the ink droplets can be increased by making the width W1 of the individual electrode 11a closest to the above. As described above, according to the present invention, a flow path member having a plurality of ink chambers partitioned by a plurality of partition walls and an actuator section for pressurizing ink in each of the ink chambers are provided. In an inkjet recording head,
The actuator section is formed by sequentially stacking and integrating a plurality of piezoelectric ceramic layers, a substantially entire surface common electrode, a piezoelectric ceramic layer, and individual electrodes arranged so as to be positioned on the respective ink chambers. The width of the individual electrode closest to the ink chamber is set to 60% to 90% of the width of the ink chamber, while being formed by a laminated piezoelectric element which is polarized in the thickness direction of the piezoelectric ceramic layer between the electrode and the electrode. By making the width of at least one of the other individual electrodes larger than the width of the individual electrode closest to the ink chamber,
Since the vibration of the actuator unit can be suppressed from being restrained by the partition wall, a larger vibration can be obtained,
Since the pressure of the ink in the ink chamber can be increased, the ejection speed of the ink droplets can be improved.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明のインクジェット記録ヘッドの一例を示
す一部を破断した斜視図である。 【図2】(a)〜(c)はそれぞれ本発明のインクジェ
ット記録ヘッドの他の例であるアクチュエータ部の個別
電極配列状態を示す部分拡大断面図である。 【図3】従来のインクジェット記録ヘッドの一例を示す
一部を破断した斜視図である。 【符号の説明】 1,21 インク室 2,22 隔壁 3,23 インク吐出孔 4,24 ノズル板 5,25 板状体 6,26 流路部材 7,27 アクチュエータ部 8a,8,8c,28a,28b,28c, 圧電セラ
ミック層 9a,9b,9c,29a,29b,29c 略全面共
通電極 10a,10b,10c,30a,30b,30c 圧
電セラミック層 11a,11b,11c,31a,31b,31c 個
別電極 12,32 積層型圧電素子 20,40 インクジェット記録ヘッド
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a partially cutaway perspective view showing an example of an ink jet recording head of the present invention. FIGS. 2A to 2C are partially enlarged cross-sectional views each showing an arrangement state of individual electrodes of an actuator unit which is another example of the ink jet recording head of the present invention. FIG. 3 is a partially broken perspective view showing an example of a conventional ink jet recording head. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 21 Ink chamber 2, 22 Partition wall 3, 23 Ink ejection hole 4, 24 Nozzle plate 5, 25 Plate body 6, 26 Flow path member 7, 27 Actuator section 8a, 8, 8c, 28a, 28b, 28c, piezoelectric ceramic layers 9a, 9b, 9c, 29a, 29b, 29c Substantially entire common electrodes 10a, 10b, 10c, 30a, 30b, 30c Piezoelectric ceramic layers 11a, 11b, 11c, 31a, 31b, 31c Individual electrodes 12 , 32 Multilayer piezoelectric element 20, 40 Ink jet recording head

Claims (1)

【特許請求の範囲】 【請求項1】複数の隔壁によって仕切られた複数のイン
ク室を有する流路部材と、上記各インク室内のインクを
加圧するアクチュエータ部とからなるインクジェット記
録ヘッドにおいて、上記アクチュエータ部は、圧電セラ
ミック層、略全面共通電極、圧電セラミック層、上記各
インク室上に位置するように配置された個別電極を順次
複数層積層して一体化してなり、上記略全面共通電極と
個別電極との間にある圧電セラミック層の厚み方向に分
極処理を施した積層型圧電素子からなり、上記インク室
に最も近い個別電極の幅を上記インク室の幅の60%〜
90%とするとともに、他の個別電極の少なくとも一つ
の幅をインク室に最も近い個別電極の幅より大きくした
ことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
1. An ink jet recording head comprising: a flow path member having a plurality of ink chambers partitioned by a plurality of partition walls; and an actuator section for pressurizing ink in each of the ink chambers. The unit is formed by sequentially stacking a plurality of layers of a piezoelectric ceramic layer, a substantially entire surface common electrode, a piezoelectric ceramic layer, and individual electrodes arranged so as to be positioned on each of the ink chambers, and is integrated with the substantially entire surface common electrode. It is composed of a laminated piezoelectric element which has been subjected to a polarization treatment in the thickness direction of a piezoelectric ceramic layer between the electrode and the electrode, and the width of the individual electrode closest to the ink chamber is 60% of the width of the ink chamber.
90%, and at least one other electrode has a width larger than the width of the individual electrode closest to the ink chamber.
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