JPH03274159A - 圧電式インクジェットプリンタヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［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。

［従来の技術］ プリンタヘッドに圧電式インクジェットを利用したもの
が近年提案されている。これは、圧電アクチュエータの
寸法変位によって一対の弁で仕切られたインク室の容積
を変化させることにより、その容積減少時にインク室内
のインクを一方の弁を通して噴射し、容積増大時に他方
の弁からインク室内にインクを導入するようにしたもの
で、ドロップオンデマンド方式と呼ばれている。そして
、このような噴射装置を多数互いに近接して配設し、所
定の位置の噴射装置からインクを噴射させることにより
、所望する文字や画像を形成するのである。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来の圧電式インクジェットプリンタヘ
ッドは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、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
がある。

また、上記圧電アクチュエータの寸法は加工の制約上あ
ま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限されるという問題もある。

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、しかも高い
解像度が得られ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。

［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、噴射装置のインク室の容積を変
化させるための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が、複数の噴射装
置に跨って設けられ、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
されている。

［作用コ 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
ックス層の一部分が局所変形し、対応する噴射装置から
インクが噴射される。

［実施例］ 本発明を具体化した一実施例を、第１図〜第５図を参照
して詳細に説明する。

第５図は、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、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、モータエ４によって駆動される。プ
ラテン１０に対抗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。

第１図は、前記圧電式インクジェットプリンタヘッド１
５に用いられるアレー３０の断面図である。このアレー
３０は、同図の上方に開口する幅０．５ｍｍ、長さ１０
ｍｍである３本のインクチャンネル３２ａ、３２ｂ、３
２ｃが形成された矩形容器状のチャンネル本体３４と、
そのチャンネル本体３４の開口部に接着部材３６を介し
て固着された積層圧電素子３８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。

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
に分割された内部正電極層４４ａ、４４ｂ、４４ｃとを
複数積層し、厚さ０゜２５ｍｍ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とに挟まれた活性部４６ａ、４６ｂ
。

４６ｃと、両内部電極層４２．４４ａ　〜４４ｃに挟ま
れていない不活性部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２０μｍ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４４ａ〜４４ｃは、Ａｇ
−Ｐｄ系の金属材料からなり、厚さ約２μｍである。

前記積層圧電素子３８は、４つの不活性部４８において
前記チャンネル本体３４に固着されている。

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。

第３図に示すように、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〜３２ｃ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４４
ａ〜４４ｃと各々の電極取り出し部４５ａ、４５ｂ、４
５ｃ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５０゜５１を交
互に所要枚数積層し、その上部には圧電セラミックス層
４０の上側表面に内部電極層のないグリーンシート（図
示しない）を重ねて、全体を加熱プレスし、脱脂、焼結
等の必要な手段を施すことにより、積層圧電素子３８を
得る。かくして得られた積層圧電素子３８の電極取り出
し部４３．４５ａ〜４５Ｃが露出している箇所に外部負
電極５２、外部正電極５４ａ、５４ｂ、５４ｃを取り付
ける。そして、この積層圧電素子３８を１３０’Ｃ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
ないオイルハス中に浸し、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。以上の方法により第４図
に示す積層圧電素子３８が得られるのである。

このようにして得られた積層圧電素子３８を取り付けた
前記アレー３０を複数互いに近接する状態で一体的に組
み付けることにより、前記圧電式インクジェットプリン
タヘッド１５が構成される。

各アレー３０には、それぞれ第２図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間に駆動電圧か印加される。

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。

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
い前記活性部４６ａが第１図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内のインクが図示しない弁を経
てノズルから噴射される。また、スイッチ６２ａが開い
て電圧の印加か遮断され活性部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１
６からインクが補充される。尚、例えば他のスイッチ６
２ｂが閉しられた場合には、活性部４６ｂが変位させら
れてインクチャンネル３２ｂからインクか噴射される。

すなわち、本実施例のアレー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７０ａ、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。

このように、本実施例の圧電式インクジェットプリンタ
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、アレー３０、更にはそのアレー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１
５の構造か簡略化され、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。また前記積層圧電素子３８
は、圧電セラミックス層４０の一層の厚みが２０μｍと
薄い積層型アクチュエータであるので、従来約１２０〜
１７０Ｖの印加電圧が必要とされていたものを、約３５
Ｖと、大幅な低電圧化が実現できた。また、このような
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、活性部４６ａ〜４６ｃ
と不活性部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を備えたアレー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
。

さらに、本実施例の積層圧電素子３８の内部負電極層４
２と内部正電極層４４は電極取り出し部４３．４５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。

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。

例えば、前記実施例では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１つの積
層圧電素子３８が用いられているが、例えば、圧電セラ
ミックス層４０の上側表面に第６図に示すような分割し
た内部正電極層４４と各々の電極取り出し部４５をスク
リーン印刷によって形成してなるグリーンシート７２の
ように更に多数に分割した内部正電極を採用することに
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。

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３
２ａ〜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３２
ａ〜３２ｃに１対１で対応するように分割されていれば
良い。

［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。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図は本発明を具体化した一実施例を示し
、第１図は圧電式インクジェットプリンタヘッドの一部
を槽底するアレーの断面図、第２図はアレーに電気回路
が設けられた状態を示す図、第３図はグリーンシートの
斜視図、第４図は積層圧電素子の斜視図、第５図は圧電
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、第６図は変形例にお
けるグリーンシートの斜視図である。 図中、３２はインクチャネル（インク室）、３８は積層
圧電素子（圧電アクチュエータ）、４０は圧電セラミッ
クス層、４２は内部負電極層、４４は内部正電極層、７
０は噴射装置である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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
   おいて、 前記圧電アクチュエータは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
   。