JP3249545B2 - 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
- Publication number
- JP3249545B2 JP3249545B2 JP11465391A JP11465391A JP3249545B2 JP 3249545 B2 JP3249545 B2 JP 3249545B2 JP 11465391 A JP11465391 A JP 11465391A JP 11465391 A JP11465391 A JP 11465391A JP 3249545 B2 JP3249545 B2 JP 3249545B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piezoelectric
- internal
- ink
- electrode layer
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Description
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。
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。
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。
ジェットプリンタヘッドでは、より低電圧にて駆動する
ために圧電アクチュエータの圧電活性部の面積を大きく
した場合、逆に圧電活性部の変形量が減少し駆動電圧が
増加するという問題があった。
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
されるとともに、その各一端に電極取り出し部が連設さ
れ、他方の内部電極層もその一端に、前記一方の内部電
極層の電極取り出し部とは平面視において異なる位置で
電極取り出し部が連設され、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、前記一方の内部電極層
の電極取り出し部と他方の内部電極層の電極取り出し部
がそれぞれ露出している前記圧電アクチュエータの外面
の箇所に外部電極が設けられ、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。
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。
を参照して詳細に説明する。
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。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。
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。
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。
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。
によって製造される。
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。
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3
8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。
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。
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。
ットプリンタヘッド15の動作について説明する。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、圧電セラミックス層が複数の噴射装置に跨って連続
して設けられ、内部正電極層と内部負電極層との少なく
とも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おり、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、これによりインクジェットプリンタヘッ
ドを小型化して印字の解像度を向上させることができ
る。さらに内部電極層を構成する内部正電極層と内部負
電極層のそれぞれに電極取り出し部が平面視において異
なる位置に設けられ、それぞれの電極取り出し部が露出
している前記圧電アクチュエータの外面の箇所に外部電
極が設けられていることで、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、インクジェットプリ
ンタヘッド全体を小型に構成することができる。
構成するアレイの断面図である。
図である。
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。
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るとともに、そ
の各一端に電極取り出し部が連設され、他方の内部電極
層もその一端に、前記一方の内部電極層の電極取り出し
部とは平面視において異なる位置で電極取り出し部が連
設され、 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、 前記一方の内部電極層の電極取り出し部と他方の内部電
極層の電極取り出し部がそれぞれ露出している前記圧電
アクチュエータの外面の箇所に外部電極が設けられ、 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。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11465391A JP3249545B2 (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 |
---|---|---|---|
JP11465391A JP3249545B2 (ja) | 1991-05-20 | 1991-05-20 | 圧電式インクジェットプリンタヘッド |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001182038A Division JP3266893B2 (ja) | 2001-06-15 | 2001-06-15 | 圧電式インクジェットプリンタヘッド |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04341852A JPH04341852A (ja) | 1992-11-27 |
JP3249545B2 true JP3249545B2 (ja) | 2002-01-21 |
Family
ID=14643194
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11465391A Expired - Lifetime JP3249545B2 (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) | JP3249545B2 (ja) |
Families Citing this family (21)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7014294B2 (en) | 2000-11-30 | 2006-03-21 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Ink-jet head and ink-jet printer having ink-jet head |
JP2003165212A (ja) | 2001-11-30 | 2003-06-10 | Brother Ind Ltd | インクジェットヘッド |
US6984027B2 (en) | 2001-11-30 | 2006-01-10 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Ink-jet head and ink-jet printer having ink-jet head |
JP3861673B2 (ja) | 2001-11-30 | 2006-12-20 | ブラザー工業株式会社 | インクジェット記録ヘッド |
US6953241B2 (en) | 2001-11-30 | 2005-10-11 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Ink-jet head having passage unit and actuator units attached to the passage unit, and ink-jet printer having the ink-jet head |
JP4296738B2 (ja) | 2001-11-30 | 2009-07-15 | ブラザー工業株式会社 | インクジェットヘッド |
EP1336491B1 (en) | 2002-02-18 | 2009-02-25 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Ink-jet head and ink-jet printer having the ink-jet head |
DE60320948D1 (de) | 2002-02-19 | 2008-06-26 | Brother Ind Ltd | Tintenstrahlkopf und tintenstrahldrucker |
US7290865B2 (en) | 2002-02-19 | 2007-11-06 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Inkjet head |
CN2741772Y (zh) | 2002-02-19 | 2005-11-23 | 兄弟工业株式会社 | 喷墨打印头和具有该喷墨打印头的喷墨打印机 |
US6979077B2 (en) | 2002-02-20 | 2005-12-27 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Ink-jet head and ink-jet printer having ink-jet head |
JP4059116B2 (ja) | 2003-03-20 | 2008-03-12 | ブラザー工業株式会社 | インクジェットヘッド及びその製造方法 |
JP4059168B2 (ja) | 2003-08-14 | 2008-03-12 | ブラザー工業株式会社 | インクジェット記録装置、インクジェット記録方法及びプログラム |
JP2005059440A (ja) | 2003-08-14 | 2005-03-10 | Brother Ind Ltd | インクジェットヘッド記録装置、インクジェット記録方法及びプログラム |
JP3885799B2 (ja) | 2003-12-26 | 2007-02-28 | ブラザー工業株式会社 | インクジェットヘッド及びインクジェットプリンタ |
JP4525094B2 (ja) | 2004-01-30 | 2010-08-18 | ブラザー工業株式会社 | インクジェットヘッドの製造方法 |
JP4182901B2 (ja) | 2004-02-27 | 2008-11-19 | ブラザー工業株式会社 | インクジェットヘッド |
JP2005288697A (ja) | 2004-03-31 | 2005-10-20 | Brother Ind Ltd | 液体吐出装置 |
JP5164244B2 (ja) * | 2007-03-13 | 2013-03-21 | 富士フイルム株式会社 | 圧電アクチュエータ、液体吐出ヘッド、画像形成装置、及び圧電アクチュエータの製造方法 |
JP4407725B2 (ja) | 2007-06-29 | 2010-02-03 | ブラザー工業株式会社 | 液体吐出ヘッド |
JP5187490B2 (ja) * | 2007-10-17 | 2013-04-24 | ブラザー工業株式会社 | 圧電アクチュエータ及び液滴吐出ヘッド |
-
1991
- 1991-05-20 JP JP11465391A patent/JP3249545B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH04341852A (ja) | 1992-11-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3249545B2 (ja) | 圧電式インクジェットプリンタヘッド | |
JP2913806B2 (ja) | 圧電式インクジェットプリンタヘッド | |
US5912526A (en) | Layered-type piezoelectric element and method for producing the layered-type piezoelectric element | |
EP0732209B1 (en) | Method for producing a layered piezoelectric element | |
JP3716724B2 (ja) | 圧電式インクジェットプリンタヘッドの圧電アクチュエータ及びその製造方法 | |
US5402159A (en) | Piezoelectric ink jet printer using laminated piezoelectric actuator | |
US6863383B2 (en) | Piezoelectric transducer and ink ejector using the piezoelectric transducer | |
US6993812B2 (en) | Method of manufacturing the piezoelectric transducer | |
JP4576738B2 (ja) | 圧電トランスデューサおよび液滴噴射装置 | |
US7794063B2 (en) | Liquid-droplet jetting head and liquid-droplet jetting apparatus | |
JP3128857B2 (ja) | 圧電式インクジェットプリンタヘッド | |
US5818483A (en) | Actuator body structure for a piezoelectric ink ejecting printing apparatus | |
JP2867437B2 (ja) | 圧電式インクジェットプリンタヘッド | |
JPH03274159A (ja) | 圧電式インクジェットプリンタヘッド | |
JP3266893B2 (ja) | 圧電式インクジェットプリンタヘッド | |
JP2002225269A (ja) | インクジェットプリンタヘッドおよびその圧電素子 | |
US6679588B2 (en) | Piezoelectric transducer and ink ejector using piezoelectric transducer | |
JPH03266644A (ja) | インクジェット記録ヘッド | |
JP4039095B2 (ja) | 圧電トランスデューサおよび液滴噴射装置 | |
JP3775323B2 (ja) | 圧電トランスデューサおよび液滴噴射装置の製造方法 | |
JP2808731B2 (ja) | 圧電式インクジェットプリンタヘッド | |
JPH05278217A (ja) | 電界アシスト型圧電方式インクジェットプリンターヘッド | |
JPH0550600A (ja) | 液滴噴射装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071109 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081109 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091109 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091109 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101109 Year of fee payment: 9 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101109 Year of fee payment: 9 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111109 Year of fee payment: 10 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111109 Year of fee payment: 10 |