JP3128857B2 - 圧電式インクジェットプリンタヘッド - Google Patents
圧電式インクジェットプリンタヘッドInfo
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- JP3128857B2 JP3128857B2 JP03114652A JP11465291A JP3128857B2 JP 3128857 B2 JP3128857 B2 JP 3128857B2 JP 03114652 A JP03114652 A JP 03114652A JP 11465291 A JP11465291 A JP 11465291A JP 3128857 B2 JP3128857 B2 JP 3128857B2
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- piezoelectric
- ink
- internal
- electrode layer
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Classifications
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
- B41J2/14201—Structure of print heads with piezoelectric elements
- B41J2/14209—Structure of print heads with piezoelectric elements of finger type, chamber walls consisting integrally of piezoelectric material
- B41J2002/14225—Finger type piezoelectric element on only one side of the chamber
Landscapes
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Description
【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。
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。
【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
クを噴射し、容積増大時に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。
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
クを噴射し、容積増大時に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。
【０００３】しかしながら、このような圧電式インクジ
ェットプリンタヘッドは１つの噴射装置に１つの圧電ア
クチュエータが用いられているために高解像度で広い範
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
になるという問題を含んでいた。さらに上記圧電アクチ
ュエータの寸法は加工の制約上余り小さくできないた
め、１つ１つの噴射装置の小型化が困難で解像度が制約
されるという問題も含んでいた。
ェットプリンタヘッドは１つの噴射装置に１つの圧電ア
クチュエータが用いられているために高解像度で広い範
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
になるという問題を含んでいた。さらに上記圧電アクチ
ュエータの寸法は加工の制約上余り小さくできないた
め、１つ１つの噴射装置の小型化が困難で解像度が制約
されるという問題も含んでいた。
【０００４】これらの問題を解決するために同一出願人
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の構成を提案した。これ
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。この圧電式インクジェットプリン
タヘッドは、例えば図７に示したような構造をしてい
る。
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の構成を提案した。これ
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。この圧電式インクジェットプリン
タヘッドは、例えば図７に示したような構造をしてい
る。
【０００５】積層圧電素子３８は、上記した構造のため
に３つの圧電活性部４６ａ，４６ｂ，４６ｃと４つの圧
電不活性部４８を有している。インクチャンネル本体３
４は、前記積層圧電素子３８と圧電不活性部４８の部位
にて接合されており、対向する側にはオリフィス３７
ａ，３７ｂ，３７ｃを有するオリフィスプレート３６が
接合されている。ここで外部負電極５２と外部正電極５
４ａ間に駆動電圧が印加されると、図のように圧電活性
部４６ａが厚み方向に伸びインクチャンネル３２ａの容
積を小さくしオリフィス３７ａから液滴３９を噴射す
る。従って積層圧電素子３８は複数の噴射装置７０ａ，
７０ｂ，７０ｃの圧電アクチュエータとして働いてお
り、構成部品が少ない簡単な構造をしているのである。
また、アクチュエータとして内部電極を分割した積層圧
電素子を用いたので、高解像度化、低電圧駆動化を実現
しているのである。
に３つの圧電活性部４６ａ，４６ｂ，４６ｃと４つの圧
電不活性部４８を有している。インクチャンネル本体３
４は、前記積層圧電素子３８と圧電不活性部４８の部位
にて接合されており、対向する側にはオリフィス３７
ａ，３７ｂ，３７ｃを有するオリフィスプレート３６が
接合されている。ここで外部負電極５２と外部正電極５
４ａ間に駆動電圧が印加されると、図のように圧電活性
部４６ａが厚み方向に伸びインクチャンネル３２ａの容
積を小さくしオリフィス３７ａから液滴３９を噴射す
る。従って積層圧電素子３８は複数の噴射装置７０ａ，
７０ｂ，７０ｃの圧電アクチュエータとして働いてお
り、構成部品が少ない簡単な構造をしているのである。
また、アクチュエータとして内部電極を分割した積層圧
電素子を用いたので、高解像度化、低電圧駆動化を実現
しているのである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た圧電式インクジェットプリンタヘッドは、図７で示し
たように圧電活性部４６ａの変位は、インクチャンネル
３２ａの方向だけでなく、その反対方向にも同量だけあ
ることが分かる。すなわち、この圧電式インクジェット
プリンタヘッドは、半分のエネルギー効率でしか液滴噴
射ができないという問題があるのであった。
た圧電式インクジェットプリンタヘッドは、図７で示し
たように圧電活性部４６ａの変位は、インクチャンネル
３２ａの方向だけでなく、その反対方向にも同量だけあ
ることが分かる。すなわち、この圧電式インクジェット
プリンタヘッドは、半分のエネルギー効率でしか液滴噴
射ができないという問題があるのであった。
【０００７】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、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効率よく低電圧で駆動す
る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。
になされたものであり、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効率よく低電圧で駆動す
る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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本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室の容積を変化
させ、該インク室内のインクを噴射する複数の噴射装置
を備えた圧電式インクジェットプリンタヘッドに於て、
前記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、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となるように分割されてお
り、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室
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、前記各インク室間の壁に固着さ
れた圧電不活性部とを交互に複数個有し、該圧電アクチ
ュエータの圧電活性部と圧電不活性部とに跨って設けら
れ、前記圧電活性部の前記インク室と反対側部分の変形
を拘束する手段を有している。
に本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室の容積を変化
させ、該インク室内のインクを噴射する複数の噴射装置
を備えた圧電式インクジェットプリンタヘッドに於て、
前記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、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となるように分割されてお
り、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室
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、前記各インク室間の壁に固着さ
れた圧電不活性部とを交互に複数個有し、該圧電アクチ
ュエータの圧電活性部と圧電不活性部とに跨って設けら
れ、前記圧電活性部の前記インク室と反対側部分の変形
を拘束する手段を有している。
【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所定の噴射装置に対応
する内部電極層間にのみに駆動電圧が印加され、その内
部電極層間に位置する圧電セラミックス層の圧電活性部
がインク室とは反対側部分の変形を拘束されてインク室
に対し効率よく変形しインクが噴射される。
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所定の噴射装置に対応
する内部電極層間にのみに駆動電圧が印加され、その内
部電極層間に位置する圧電セラミックス層の圧電活性部
がインク室とは反対側部分の変形を拘束されてインク室
に対し効率よく変形しインクが噴射される。
【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。なお説明の都合上、従来例
と同一部位あるいは均等部位には同一符合をつけること
にする。
を参照して詳細に説明する。なお説明の都合上、従来例
と同一部位あるいは均等部位には同一符合をつけること
にする。
【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。
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。
【００１２】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。
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。
【００１３】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、幅が１．２ｍｍ、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
３２ａ，３２ｂ，３２ｃが形成されたチャンネル本体３
４と、該チャンネル本体３４に固着された積層圧電素子
３８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、前記積層圧電素子３８の前
記インクチャンネル３２ａ〜３２ｃと対向する側に固着
された弾性率の高い金属、またはセラミックスからなる
変形拘束部材３３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。
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、幅が１．２ｍｍ、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
３２ａ，３２ｂ，３２ｃが形成されたチャンネル本体３
４と、該チャンネル本体３４に固着された積層圧電素子
３８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、前記積層圧電素子３８の前
記インクチャンネル３２ａ〜３２ｃと対向する側に固着
された弾性率の高い金属、またはセラミックスからなる
変形拘束部材３３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。
【００１４】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
方向における幅が１．０ｍｍである圧電活性部４６ａ，
４６ｂ，４６ｃと、両内部電極層４２，４４ａ〜４４ｃ
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４
６ａ〜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４４ａ〜
４４ｃは、Ａｇ−Ｐｄ系の金属材料からなり、厚さ約２
μｍである。
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
方向における幅が１．０ｍｍである圧電活性部４６ａ，
４６ｂ，４６ｃと、両内部電極層４２，４４ａ〜４４ｃ
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４
６ａ〜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４４ａ〜
４４ｃは、Ａｇ−Ｐｄ系の金属材料からなり、厚さ約２
μｍである。
【００１５】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。
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。
【００１６】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。
によって製造される。
【００１７】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。また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。そして、両グリーンシート５
０，５１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３
８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。
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。また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。そして、両グリーンシート５
０，５１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３
８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。
【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、変
形拘束部材３３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。
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、変
形拘束部材３３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。
【００１９】アレイ３０には、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。
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。
【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。
ットプリンタヘッド１５の動作について説明する。
【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。
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。
【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。
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。
【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、従来のように変形拘束部材
３３のない状態では約９０ｎｍ程度の変位であるのに対
し、本実施例のように変形拘束部材３３を設けた場合に
は１６０ｎｍ程度の変位が得られた。このように本発明
品は、従来に比べ１．８倍ほど効率が向上することが分
かる。この結果から本実施例の圧電式インクジェットプ
リンタヘッド１５では、液滴３９を噴射するためにはわ
ずか１７Ｖという低駆動電圧でよいことが分かった。
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、従来のように変形拘束部材
３３のない状態では約９０ｎｍ程度の変位であるのに対
し、本実施例のように変形拘束部材３３を設けた場合に
は１６０ｎｍ程度の変位が得られた。このように本発明
品は、従来に比べ１．８倍ほど効率が向上することが分
かる。この結果から本実施例の圧電式インクジェットプ
リンタヘッド１５では、液滴３９を噴射するためにはわ
ずか１７Ｖという低駆動電圧でよいことが分かった。
【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、無駄な変形を減少させるための変形拘束部材３３を
積層圧電素子３８に固着したため、効率のよい変形が得
られ、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４２，４
４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３
０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。
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、無駄な変形を減少させるための変形拘束部材３３を
積層圧電素子３８に固着したため、効率のよい変形が得
られ、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４２，４
４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３
０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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【００２９】さらに、変形拘束部材３３は、単一である
必要はなく圧電活性部４６に対応して複数個設けてもよ
い。
必要はなく圧電活性部４６に対応して複数個設けてもよ
い。
【００３０】さらに、駆動方法として圧電活性部４６
に、分極方向と反対方向の駆動電界を印加して概圧電活
性部４６の厚みが縮む方向で駆動しても、インクチャン
ネル３２と反対側部分の変位が拘束されていれば上記実
施例と同様の効果が得られる。
に、分極方向と反対方向の駆動電界を印加して概圧電活
性部４６の厚みが縮む方向で駆動しても、インクチャン
ネル３２と反対側部分の変位が拘束されていれば上記実
施例と同様の効果が得られる。
【００３１】
【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どちらか一方の
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
に分割されているので、構造が簡略化され、製造工数が
少なくなって製造コストが低減される。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。さらに圧電活性部と圧電不活性部とに跨っ
て拘束する手段が設けられていることで、該拘束する手
段が各圧電活性部の両側において各圧電不活性部を介し
てインク室間の壁に固定され、それによってどの位置の
圧電活性部もほぼ均一に動作させることができ、噴射む
らのない優れた性能を実現することができる。また、拘
束手段のどの部分も変形することが少ないから拘束手段
を小さくすることができるとともに、拘束手段を固定す
るための部材を特別に用意する必要がなくプリンタヘッ
ドを小型化することができるという効果を奏する。
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、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どちらか一方の
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
に分割されているので、構造が簡略化され、製造工数が
少なくなって製造コストが低減される。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。さらに圧電活性部と圧電不活性部とに跨っ
て拘束する手段が設けられていることで、該拘束する手
段が各圧電活性部の両側において各圧電不活性部を介し
てインク室間の壁に固定され、それによってどの位置の
圧電活性部もほぼ均一に動作させることができ、噴射む
らのない優れた性能を実現することができる。また、拘
束手段のどの部分も変形することが少ないから拘束手段
を小さくすることができるとともに、拘束手段を固定す
るための部材を特別に用意する必要がなくプリンタヘッ
ドを小型化することができるという効果を奏する。
【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。
構成するアレイの断面図である。
【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。
図である。
【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。
ある。
【図４】グリーンシートの斜視図である。
【図５】アレイの組立行程を示す斜視図である。
【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。
るインクジェットプリンタの要部を示す斜視図である。
【図７】従来例における液滴噴射装置の一部を構成する
アレイの断面図である。
アレイの断面図である。
１５ 圧電式インクジェットプリンタヘッド ３２ インクチャンネル（インク室） ３３ 変形拘束部材 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
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B41J 2/045 B41J 2/055 H01L 41/083
Claims (1)
- 【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
ク室の容積を変化させ、該インク室内のインクを噴射す
る複数の噴射装置を備えた圧電式インクジェットプリン
タヘッドに於て、 前記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、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となるように分割されてお
り、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室
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、前記各インク室間の壁に固着さ
れた圧電不活性部とを交互に複数個有し、 該圧電アクチュエータの圧電活性部と圧電不活性部とに
跨って設けられ、前記圧電活性部の前記インク室と反対
側部分の変形を拘束する手段を有す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。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03114652A JP3128857B2 (ja) | 1991-05-20 | 1991-05-20 | 圧電式インクジェットプリンタヘッド |
| US07/886,332 US5402159A (en) | 1990-03-26 | 1992-05-20 | Piezoelectric ink jet printer using laminated piezoelectric actuator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03114652A JP3128857B2 (ja) | 1991-05-20 | 1991-05-20 | 圧電式インクジェットプリンタヘッド |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04341851A JPH04341851A (ja) | 1992-11-27 |
| JP3128857B2 true JP3128857B2 (ja) | 2001-01-29 |
Family
ID=14643169
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03114652A Expired - Lifetime JP3128857B2 (ja) | 1990-03-26 | 1991-05-20 | 圧電式インクジェットプリンタヘッド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3128857B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0643515U (ja) * | 1992-11-16 | 1994-06-10 | 多摩川精機株式会社 | ガスレートセンサ |
| US7264339B2 (en) | 2002-10-29 | 2007-09-04 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Droplet ejecting apparatus |
| US7434918B2 (en) | 2001-12-06 | 2008-10-14 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Liquid transporting apparatus and method for producing liquid transporting apparatus |
| US7494203B2 (en) | 2005-02-23 | 2009-02-24 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Method of determining operating drive voltage of an in-jet head, ink-jet recording apparatus and superposed-pattern-recorded article |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08192513A (ja) * | 1995-01-18 | 1996-07-30 | Fujitsu Ltd | 圧電式インクジェットプリンタヘッド |
| JP3772654B2 (ja) | 2000-08-22 | 2006-05-10 | ブラザー工業株式会社 | 圧電式インクジェットプリンタヘッド及びその製造方法 |
| WO2002073710A1 (fr) | 2001-03-12 | 2002-09-19 | Ngk Insulators,Ltd. | Actionneur a films piezo-electriques/electrostrictifs et son procede de fabrication |
| JP2002294109A (ja) | 2001-03-29 | 2002-10-09 | Brother Ind Ltd | インクジェット記録用水性インク |
| JP2004268454A (ja) | 2003-03-10 | 2004-09-30 | Brother Ind Ltd | インクジェットヘッド |
| JP4381072B2 (ja) | 2003-09-11 | 2009-12-09 | ブラザー工業株式会社 | インクカートリッジ |
-
1991
- 1991-05-20 JP JP03114652A patent/JP3128857B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0643515U (ja) * | 1992-11-16 | 1994-06-10 | 多摩川精機株式会社 | ガスレートセンサ |
| US7434918B2 (en) | 2001-12-06 | 2008-10-14 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Liquid transporting apparatus and method for producing liquid transporting apparatus |
| US7264339B2 (en) | 2002-10-29 | 2007-09-04 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Droplet ejecting apparatus |
| US7494203B2 (en) | 2005-02-23 | 2009-02-24 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Method of determining operating drive voltage of an in-jet head, ink-jet recording apparatus and superposed-pattern-recorded article |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04341851A (ja) | 1992-11-27 |
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