JPH06143575A - インクジェットプリンタヘッド - Google Patents

インクジェットプリンタヘッド

Info

Publication number
JPH06143575A
JPH06143575A JP30410592A JP30410592A JPH06143575A JP H06143575 A JPH06143575 A JP H06143575A JP 30410592 A JP30410592 A JP 30410592A JP 30410592 A JP30410592 A JP 30410592A JP H06143575 A JPH06143575 A JP H06143575A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piezoelectric element
piezoelectric
electrodes
printer head
ink jet
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.)
Withdrawn
Application number
JP30410592A
Other languages
English (en)
Inventor
Jun Nagata
純 永田
Takashi Sato
隆 佐藤
Kunihiro Tamahashi
邦裕 玉橋
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
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Koki Co Ltd filed Critical Hitachi Koki Co Ltd
Priority to JP30410592A priority Critical patent/JPH06143575A/ja
Publication of JPH06143575A publication Critical patent/JPH06143575A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、インクジェットプリンタヘッドに
関するものであり、その目的とするところは、低電圧駆
動が可能で、安価な小型ヘッドを提供することである。 【構成】 圧電体5に縞状電極または交差指電極P、N
を形成して圧電体内に円弧状の分極を施し、前記電極P
1、P2、P3・・・と、N1、N2、N3・・・にそ
れぞれ正、負電圧を印加して、圧電体5に発生するd31
とd33のX方向成分の合力により圧電体を変位させる。
これによりダイヤフラム4がインク室を圧縮し、インク
がオリフィス3を通って吐出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は圧電素子によりインク液
滴を吐出させるインクジェットプリンタのヘッドに関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】従来のインクジェットプリンタヘッド
は、その駆動素子である圧電素子を変形させる際、分極
方向に垂直な成分であるd31方向に変形させることによ
り、インク室を圧縮し、インクを吐出させる方式が多数
を占めている。例えば、図1に示すように、一端をベー
スプレート6に固定した矩形圧電素子1(分極方向:Y
方向)の電極P1−N1間に電圧Vを印加して、X方
向、すなわちd31方向の変位を発生させ、ダイヤフラム
4を変形させることにより、インク室2を圧縮してイン
ク液滴をオリフィス3から吐出させていた。
【0003】これに用いられていた圧電体5は、図1の
ような矩形、あるいは特開昭56−120365号公報
に記載されている電極と薄層の圧電体を交互に重ねた積
層型の構造であった。また、特開昭60−90770号
公報に記載されているように、分極方向と同方向の圧電
歪定数d33を利用したものであった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前述のd31方向に変形
させる方式によるプリンタヘッドは構造が簡単で、安価
であるが、プリンタヘッドの小型化及び低電圧駆動を満
足させつつ大変位を得るという観点からは、下記に示す
考察から、必ずしも十分とはいえない。
【0005】すなわち、d31方向の変位を利用する場
合、圧電素子の変位量N31は次式で求められる。
【0006】
【数1】
【0007】(1)式からわかるように、従来のインク
ジェットプリンタヘッドにおいては、より大きな変位を
得るためには圧電素子の厚さ、すなわち電極間距離tを
薄くするか、圧電素子の長さLを長くする必要がある。
しかしながら、厚さtを薄くすれば剛性が弱くなって圧
電素子が折れやすくなり、ヘッドの組立や駆動の際にト
ラブルが発生してしまう。また、圧電素子の長さLを長
くした場合、プリンタヘッドの小型化は不可能である。
【0008】一方、d33成分を用いる方式では、圧電素
子の変位量N33は、式(2)で表される。
【0009】
【数2】
【0010】d33の定数は一般にd31の2倍から3倍程
度の大きさであるが、N33は圧電素子の長さや厚さに依
存しないので、必要な変位量を得るためには積層型の圧
電素子を使用する必要がある。
【0011】なお、積層型の圧電素子の変位量Nsは式
(3)で表される。
【0012】
【数3】
【0013】変位量NsはN33と同様に圧電素子の長さ
Lや厚さtに依存せず、積層数nに比例するのみなの
で、積層数を増やすことにより圧電素子の小型化が可能
である。また、積層型の圧電素子は低電圧駆動でかつ応
答速度が早く、所望のインク吐出速度が低電圧で得られ
るなどの特徴を有する。しかしながら、積層型の圧電素
子は現在の技術では製作コストが高く、多数のノズルを
高密度に集積したマルチノズルヘッドにおいては、圧電
素子の使用数も膨大になり、プリンタヘッドの高コスト
化の原因となる。一般にインクジェットプリンタヘッド
は、インクの目詰まり等による故障が多く、使い捨てで
きる程度の低コストのヘッドが望まれている。従って、
積層型の圧電素子をインクジェットプリンタヘッドへ適
用するのは困難である。
【0014】そこで、特開平03−10467号公報に
記載されているように、片面に交差指電極を設けた圧電
素子を剛性の大きな支持体に貼り合わせ、前記圧電素子
と支持体の撓み量の差を利用してインクを吐出させるタ
イプのプリンタヘッドが提案されている。しかし、この
ような構成では積層型の圧電素子ほどの変位は期待でき
ない。仮に、本構成で積層型の圧電素子と同等の変位量
を得ようとするならば、圧電素子をある程度長くしなく
てはならないので、プリンタヘッドの小型化は望めな
い。
【0015】従って、本発明は低コストで作製可能な矩
形圧電素子を用い、低電圧駆動大変位型で、かつ小型化
できる圧電素子を用いたインクジェットプリンタヘッド
を得ることを目的としている。
【0016】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、成形、焼結した圧電素子の両面に正負
電極を設置し、該圧電素子内に円弧状の電界を発生させ
るような構成とし、電圧の印加により生ずるd31とd33
成分の混在した圧電効果のうち、電極設置面に平行な方
向の合成成分のみを用いてインク室を圧縮し、インクを
吐出させるようにした。
【0017】また、該電極を複数個用いた縞状電極また
は交差指電極を用いれば、充分な変位量を低電圧駆動で
得ることができる。
【0018】電極形状は縞状電極、交差指電極両方を用
いることができるが、ヘッド組立の容易な交差指電極が
有効と思われる。
【0019】
【作用】上記のように構成されたインクジェットプリン
タヘッドは、成形、焼結した矩形型圧電素子に所望の電
極を設置するだけで作製することができるので、作製工
程が少なく、製作コストも低い。また、スクリーン印
刷、フォトレジスト等の技術を用いて縞状電極または交
差指電極を印刷すれば、圧電素子の小型化、すなわちヘ
ッドの小型化や高い生産性も期待できる。圧電素子内に
充分な電界を発生させるためには圧電素子の厚さをある
程度薄くする必要があるが、両面に電極を設置すること
により、同じ厚さの圧電素子を用いても片側に電極を設
けた場合の2倍の圧電効果を得ることができる。従っ
て、圧電体の両面に電極を設ければ圧電素子の機械的強
度を保ちつつ、小型化することが可能である。
【0020】
【実施例】以下実施例図面を参照して本発明を説明す
る。
【0021】図2に示すように、圧電体5の両面に電極
P1、N1を印刷し、電極の一端に高電圧を印加して分
極を行う。これにより、電極P1、N1にはそれぞれ
正、負の高電圧が印加される。
【0022】図3は圧電体5中に生ずる電界強度分布で
ある。圧電体5は電界強度分布に沿った円弧状に分極さ
れており、前記電極に駆動電圧を印加すると、圧電素子
内にd31とd33の混在した圧電効果が現れる。なお、図
3の分極方向に対して接線方向に働く力はd33、垂直方
向に働く力はd31である。そして、これらd31とd33
X方向成分の力の和が圧電素子をX方向に伸縮させるの
である。ただし、d31のX方向成分はd33のX方向成分
に対して常に負の方向に働く。また、X方向成分の力の
大きさは圧電素子内の場所によって異なるが、電極間の
中央部においては圧電素子内部よりも素子表面付近のほ
うが、分極方向と電極設置面のなす角が小さいのでd31
成分が小さくなり、d33成分が大きくなる。すなわち、
圧電素子の表面に近づくほどd31とd33のx方向成分の
力の和が大きくなる。
【0023】交差指電極を印刷した場合は、図4に示す
ように、正負電極の一端に高電圧を印加して分極を行
う。これにより、電極P1、P2、P3・・・、N1、
N2、N3・・・にそれぞれ正、負の高電圧が印加され
る。
【0024】図4の圧電体5中に生ずる電界強度分布を
図5に示す。圧電体5は電界強度分布に沿った複数の円
弧状に分極されている。この圧電素子を図6のようにプ
リンタヘッドに取り付け、前記電極に駆動電圧を印加す
ると、前期圧電素子内の各電極間にd31とd33の混在し
た圧電効果が現れ、それぞれの圧電効果のX方向成分の
和が圧電素子1をX方向に伸縮させ、インク室2を圧縮
し、インクを吐出させる。ただし、d31のX方向成分は
33のX方向成分に対し、常に負の方向に働くものとす
る。
【0025】また、上述したようにX方向成分の大きさ
は圧電素子内の場所によって異なるが、正負電極間の中
央部においては素子内部よりも素子表面付近のほうが分
極方向と電極設置面のなす角が小さいので、d31のX方
向成分が小さくなり、d33のX方向成分が大きくなる。
従って、圧電体5が薄いほど効率よくX方向成分の変位
を得ることができる。
【0026】一方、圧電素子の両面に交差指電極を設け
た場合は、素子の片面に電極を設けた場合の2倍の厚み
で同等の圧電効果を得られるということが知られてい
る。よって、両面に交差指電極を設置することにより、
圧電素子の機械的強度を保ちつつ大変位を得ることがで
き、更に圧電素子をある程度薄くすることにより、積層
体とほぼ同程度の歪み変位を発生させることも可能とな
る。
【0027】本実施例では、仮焼き粉を水造粒し、プレ
ス成形の後1340℃で焼結し、圧電体ブロックを作製
した。得られた圧電体5を外周スライサーでスライス加
工し、図7に示す圧電体5の板を2枚切り出した。この
うち1枚はスクリーン印刷によりその両面に銀ペースト
で交差指電極を印刷し、厚さt=0.5、長さL=7.
0、幅d=6、電極幅r=0.3、電極間距離w=0.
5、電極により区切られた領域の数k=8として、図8
に示すような圧電素子8を得た。他の1枚は図9で示さ
れる比較例であり、圧電体5の両面全面に銀ペーストを
印刷し、d31の圧電効果を用いる従来の圧電素子9とし
た。得られたそれぞれの圧電素子をシリコンオイルに浸
し、室温で分極した。この時の分極電圧は3kVに設定
した。
【0028】ここで前記圧電素子8、9を駆動電圧30
Vで駆動した結果を図10に示す。本発明による圧電素
子8では0.14μmの変位が得られ、従来品の圧電素
子9の1.4倍の変位が得られていることがわかる。な
お、本実施例で用いた圧電素子8の圧電歪定数はd33
655.5×10~12(m/V)、d31=−285×1
0~12(m/V)であった。
【0029】つぎに、本実施例で得られた圧電素子8
と、積層型の圧電素子の変位量を計算により比較する。
交差指電極を用いた場合に得られる変位量Npは、積層
型の圧電素子と同様に考えると、式(3)より、
【0030】
【数4】
【0031】となる。この式(4)に本実施例で用いた
圧電素子8の圧電歪定数、印加電圧、領域の数をそれぞ
れ代入すると、期待される変位Npは、
【0032】
【数5】
【0033】となり、Np=0.15732μmが求め
られる。この値と実際に得られた変位量を比較すると、
本実施例で得られた圧電素子8は積層型圧電素子と同程
度の変位量を示したことが分かる。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、イ
ンクジェットプリンタヘッドの圧電素子の変位量を大き
くすることができる。また、上記実施例から明らかなよ
うに、このことは従来の圧電素子と同一の形状や大きさ
で、同一変形量を得る場合、圧電素子の駆動電圧を小さ
くできることを示している。更に、この方式では圧電素
子の変位量Npは電極によって区切られた領域の数kに
比例しており、長さLに依存していないことから、kの
数を増やすことにより小型の圧電素子においても大変位
が期待できることがわかる。このことは、素子の小型
化、すなわちヘッドの小型化が容易であることを示して
いる。コストに関しては、スクリーン印刷等を用いれ
ば、積層体と比べて大幅なコスト低減が可能であり、か
つ、作製工程も少なく、量産が容易である等の効果も期
待できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来のインクジェットプリンタヘッドの一例
を示すノズル部一部断面図、及びA−A´線断面図であ
る。
【図2】 本発明の圧電素子の一実施例を示す上面図、
及びB−B´線断面図である。
【図3】 圧電体内の電界強度分布である。
【図4】 本発明の圧電素子で交差指電極を用いた場合
の一実施例を示す正面図、及びC−C´線断面図であ
る。
【図5】 本発明の圧電素子の電界強度分布を示す図で
ある。
【図6】 本発明の圧電素子を用いたインクジェットプ
リンタヘッドの一実施例を示すノズル部一部断面図、及
びD−D´線断面図である。
【図7】 本発明で作製した圧電体の正面図である。
【図8】 本発明で作製した交差指電極を用いた圧電素
子の正面図、及びE−E´線断面図である。
【図9】 従来の圧電素子の正面図及び側面図である。
【図10】 本発明の圧電素子及び従来の圧電素子の変
位を示すグラフである。
【符号の説明】
1、7、8、9は圧電素子、P1、P2、P3は正の電
極、N1、N2、N3は負の電極、2はインク室、3は
オリフィス、4はダイヤフラム、5は圧電体、6はベー
スプレート、tは電極間距離、Lは圧電体の長さ、dは
圧電素子基盤の幅、rは電極幅、wは電極間距離であ
る。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】正負電極と圧電体とからなる圧電素子の一
    端を基台に固定し、電圧の印加によって自由端である他
    端を変位させることにより、前記圧電素子に対しダイヤ
    フラムを介して設置されたインク室内のインクを液滴と
    して吐出させるオンデマンド型インクジェットプリンタ
    において、前記圧電体の少なくとも1面に正負電極を交
    互に配置して圧電体内に円弧状の分極を施し、この分極
    によって発生するd31、d33方向の圧電効果の合成分を
    圧電素子の変位に利用することを特徴とするインクジェ
    ットプリンタヘッド。
  2. 【請求項2】前記正負電極を圧電体の相対向する2面に
    それぞれ設けたことを特徴とする請求項1記載のインク
    ジェットプリンタヘッド。
  3. 【請求項3】前記正負電極を縞状または交差指状とした
    ことを特徴とする請求項1、2記載のインクジェットプ
    リンタヘッド。
JP30410592A 1992-11-13 1992-11-13 インクジェットプリンタヘッド Withdrawn JPH06143575A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP30410592A JPH06143575A (ja) 1992-11-13 1992-11-13 インクジェットプリンタヘッド

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP30410592A JPH06143575A (ja) 1992-11-13 1992-11-13 インクジェットプリンタヘッド

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH06143575A true JPH06143575A (ja) 1994-05-24

Family

ID=17929095

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP30410592A Withdrawn JPH06143575A (ja) 1992-11-13 1992-11-13 インクジェットプリンタヘッド

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH06143575A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0704305A3 (en) * 1994-09-30 1996-12-27 Compaq Computer Corp Side-width piezoelectric ink jet printing device and method of manufacturing the same

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0704305A3 (en) * 1994-09-30 1996-12-27 Compaq Computer Corp Side-width piezoelectric ink jet printing device and method of manufacturing the same
US5767878A (en) * 1994-09-30 1998-06-16 Compaq Computer Corporation Page-wide piezoelectric ink jet print engine with circumferentially poled piezoelectric material
US5787558A (en) * 1994-09-30 1998-08-04 Compaq Computer Corporation Method of manufacturing a page-wide piezoelectric ink jet print engine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0402171B1 (en) Head for ink-jet printer
US6863383B2 (en) Piezoelectric transducer and ink ejector using the piezoelectric transducer
JPH08187848A (ja) 積層式圧電素子およびその製造方法
JP2008503374A (ja) インクジェット・プリンティングモジュール
US6739704B2 (en) Piezoelectric transducer and ink ejector using piezoelectric transducer
US5945773A (en) Piezoelectric actuator for ink-jet printer and method of manufacturing the same
JP2004096068A (ja) 圧電素子、圧電アクチュエータ、及び、液体噴射ヘッド
JP2927286B1 (ja) 圧電アクチュエータ及びその製造方法
JPH06143575A (ja) インクジェットプリンタヘッド
JP4698263B2 (ja) 液体吐出装置
CN1572500A (zh) 压电转换装置
JP2004064045A (ja) 圧電素子、圧電アクチュエータ、及び、液体噴射ヘッド
JP2004259865A (ja) 圧電アクチュエータ
JP2987944B2 (ja) インクジェット式印字ヘッド
JP2625233B2 (ja) インクジェット記録ヘッド
JP4847180B2 (ja) 圧電アクチュエータの駆動方法および圧電アクチュエータユニット
JPH05198861A (ja) 積層形圧電変位素子及びインクジェット式印字ヘッド
JPH1134323A (ja) インクジェットヘッド
JP2993075B2 (ja) インクジェット式印字ヘッド
JP3237163B2 (ja) インクジェット式印字ヘッド
US6352336B1 (en) Electrostatic mechnically actuated fluid micro-metering device
JPH0939239A (ja) 圧電式インクジェットプリンタヘッド
JP2002359410A (ja) 圧電トランスデューサおよびそれを用いた液滴噴射装置
JPH08118619A (ja) インクジェット記録ヘッド
JPH0584907A (ja) インクジエツト式印字ヘツド

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20000201