JPH06188474A - 積層圧電素子及びこれを用いたインクジェットヘッド - Google Patents
積層圧電素子及びこれを用いたインクジェットヘッドInfo
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- JPH06188474A JPH06188474A JP4337495A JP33749592A JPH06188474A JP H06188474 A JPH06188474 A JP H06188474A JP 4337495 A JP4337495 A JP 4337495A JP 33749592 A JP33749592 A JP 33749592A JP H06188474 A JPH06188474 A JP H06188474A
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Abstract
を、高精度加工を要求せずに実現する。またこうした積
層圧電素子をインクジェットヘッドに応用し、安価で印
字品質に優れたインクジェット記録装置を提供する。 【構成】 積層圧電素子に於て、電界の生じない不活性
部の幅Wsが、電界によって変位を発生する活性部の幅Wa
の1/2以上であることを特徴とする。また、こうした
積層圧電素子をインクジェットヘッドに応用する。
Description
する微細な変位と、その高速振動を応用した精密機器用
の積層圧電素子及び積層圧電素子が発生する圧力によっ
てインク滴を飛翔させ、記録紙等の記録媒体上にインク
像を形成するプリンタ等の画像記録装置に関する。さら
に詳細には、インクジェットヘッドに関する。
電気信号によって発生する微細な変位、高速振動を応用
した工業製品は多く、クオーツ時計、超音波モータ、イ
ンクジェットヘッド等は、その応用例として知られてい
る。
ドに応用した公知技術は、特開平1−115638号公
報に開示されている。これは、図6に示す様に積層圧電
素子10を有し、前記積層振動子の振動面をノズル1開
口部に対向して配置したことを特徴とするドロップオン
デマンド型インクジェットヘッドである。
公知技術は、特開平4−91664号公報に開示されて
いる。これは、積層圧電素子の積層方向の外形形状を5
角形以上の多角形または、楕円形もしくは円形に形成
し、不活性部によるクランピング効果を抑制し、変位効
率を向上させるものである。
号公報に開示されているように、活性部に対する不活性
部の大きさを加工精度の範囲で最小になるように外形形
状を設定することによって変位効率を向上させることが
できる。しかしながら、複数の積層圧電素子を配列して
構成される超音波モータやオンデマンド型インクジェッ
トヘッドにおいては、配列される積層圧電素子ごとの変
位バラツキを最小にし、製品の生産性を向上させること
が重要な課題である。
挙動とその課題の説明図である。
は、圧電効果によって変位を発生する活性部11が、圧
電効果を生じない不活性部12に挟まれる形状に形成さ
れる。活性部11には、セグメント電極15と共通電極
16が櫛歯状に積層され、これらの電極に電圧が印加さ
れると、積層圧電素子10は図7(a)の破線Aに示す
ような変形挙動を示し、変形体積ΔVaを発生する。この
活性部11は、積層圧電素子10の内部に構成される
為、外形形状を均一に加工しても図7(b)に示す様
に、一方の不活性部の幅Ws1ともう一方の不活性部の幅W
s2がアンバランスに形成される可能性がある。このよう
な積層圧電素子10の変形挙動は破線Bに示す様にな
り、変形体積ΔVbを発生する。(a)に示す活性部の幅
Waと(b)に示す活性部の幅Waが同一であっても、こう
した不活性部のバラツキによってΔVaとΔVbは、異なっ
た量を示してしまう。
部の幅Waによるバラツキによる変形体積のバラツキを抑
制し、低価格で品質の安定した積層圧電素子を提供する
ことを目的とするものである。さらには、こうした積層
圧電素子をオンデマンド型インクジェットヘッドに応用
し、低価格で印字品質に優れた画像記録装置を提供する
ことである。
電材料とを交互に積層して成る積層圧電素子に於て、電
界の生じない不活性部の幅Wsが、電界によって変位を発
生する活性部の幅Waの1/2以上であることを特徴とす
る。
連通する圧力室と、前記圧力室に圧力を発生させる圧力
発生素子と、前記圧力発生素子に電圧を印加する電圧印
加手段とを有するインクジェットヘッドに於て、電界の
生じない不活性部の幅Wsが、電界によって変位を発生す
る活性部の幅Waの1/2以上であることを特徴とする積
層圧電素子を前記圧力発生素子として用いる事を特徴と
する。
する前記積層圧電素子の表面に導電材料からなるセグメ
ント電極と共通電極が形成されることを特徴とする。
する前記積層圧電素子が、該積層圧電素子のヤング率と
比重に対して同等以上のヤング率と比重を有する部材に
て保持されることを特徴とする。
るベース基板が、電気的絶縁材料、もしくは表面に電気
的絶縁処理を施されて成ることを特徴とする。
て変位を発生する活性部の幅Waの1/2以上であること
により、加工バラツキが変位挙動に及ぼす影響を少なく
した積層圧電素子を提供することができる。
ットヘッドに応用することによって低価格、且つ印字品
質に優れた画像記録装置を提供することができる。
説明する。
の構造説明斜視図である。積層圧電素子10は、導電材
料からなるセグメント電極15と、共通電極16が圧電
材料層21をはさんで積層成型されるものである。導電
材料には銀パラジウムが用いられ、積層方向の厚さte
は、3〜5μm程度に構成される。また、圧電材料層2
1には、チタン酸ジルコン酸鉛のパウダーが燒結成型さ
れ、積層方向の厚さtpは、20〜50μm程度に構成
される。積層圧電素子10の表面に露出するセグメント
電極15と共通電極16に電圧が印加されると、積層圧
電素子10は破線Cに示すような変形挙動を示し、変形
体積ΔVを発生する。
の幅Waと不活性部の幅Wsの比率(Ws/Wa)と、変形体積
ΔVの関係図である。積層圧電素子10の厚さDpと、活
性部の幅Waを一定とした時、Ws/WaとΔVの関係は、大
きく3つの領域に分類することができる。Iに示す領域
(Ws/Wa≦1/10)は不活性部の幅Wsが活性部の幅Wa
に対して非常に小さい場合である。IIに示す領域(1/
10≦Ws/Wa≦1/2)は不活性部の幅Wsによる抗力が
活性部の幅Waによる発生力に対して敏感に作用する場合
である。また、IIIに示す領域(Ws/Wa≧1/2)は、
不活性部の幅Wsの増加に対して抗力が変化しなくなる領
域である。本発明の目的は、活性部の幅Waに対して、不
活性部の幅Wsのバラツキが体積変化量ΔVに及ぼす影響
を小さくすることにあるので、領域Iと、領域IIIが有効
であると考えられる。単に変形体積ΔVで判断すれば、
領域Iのほうが領域IIIに比べ30%程度効率が高い。しか
しながら、実際の積層圧電素子において、不活性部の幅
Wsは、その加工精度から0.2〜0.4mm程度が要求されるた
め、領域Iを確保しようとすると、少なくとも2〜4mm程
度の活性部の幅Waが要求される。よって、全体的に大き
な体積の積層圧電素子になってしまい、静電容量も大き
くなってしまう。しかしながら、領域IIIを用いた場
合、画像記録装置等の小型化が容易になること。材料コ
ストが非常に安くなること。静電容量が小さくなること
によって、電圧印加時の駆動電流が小さくなり、積層圧
電素子を駆動する電気回路素子の部品コストを安くでき
ることなど多くの効果がある。
素子の部分断面図である。具体的に、活性部の幅Waを0.
5mmにする時、不活性部の幅Wsは、第1の発明の特徴か
らWs≧0.25mmになる。比較的大きな公差±0.25mmを設定
すると、Ws=0.5±0.25mmになる。こうした場合、図3に
示すように、不活性部の幅Wsが、Ws1(=0.25mm)〜Ws2(=
0.75mm)まで変化しても、同様な変形挙動Cを示し、均
一な変形体積ΔV(但し、図1に示す積層圧電素子の厚
さDpが一定である場合。)を得ることが可能である。こ
のように、積層圧電素子自体の体積を小さくても、厳し
い加工精度を要求せずに均一な特性を確保することがで
きる。
明する。
トヘッドの構成説明図である。図4に示す2は、複数の
ノズル1を形成したノズル形成基板である。ノズル1の
開口面積とノズル形成基板2の厚さは、インク吐出特性
に大きな影響を及ぼす。よって、優れた印字品質を確保
するには、複数のノズル間に於けるこれらのバラツキを
低く抑えるために、極めて高い加工精度が要求される。
このため、ノズル形成基板2は、精密プレス法、ニッケ
ルの電鋳法、または、シリコンウエハのエッチング加工
等により形成される。このノズル形成基板2と貼り合わ
される流路基板3は、圧力室4、セグメントインク供給
路5、共通インク室6、及びインク供給パイプ7の連通
口を形成して成る部材である。流路基板3がノズル形成
基板2と貼り合わされる際は、ノズル1が圧力室4の中
央部に位置するように接合される。流路基板3の底面に
は、ベース基板8上に配列される積層圧電素子10が、
それぞれの圧力室4に対応して接合される。第1の特徴
はこの積層圧電素子10が、第1の実施例による積層圧
電素子10であることである。
10の表面に図1に示すセグメント電極15と共通電極
16が形成されているので、駆動回路17からのセグメ
ント信号25と、共通信号26を容易に接続することが
できる。さらに第3の特徴は、積層圧電素子10の一端
が、積層圧電素子10のヤング率と比重に対して同等以
上のヤング率と比重を有するベース基板8に保持される
ことである。ベース基板8は、剛体であることが理想で
あり、具体的には音響インピーダンス(ヤング率×比
重)が大きいことが望ましい。よって、本発明によるベ
ース基板8は、第2の発明の第3の特徴により、十分に
大きなヤング率と比重を有しているので、圧力室4に対
して効率よく変形体積を伝達することができる。さら
に、第4の特徴によれば、ベース基板8が、電気的絶縁
材料、もしくは表面に電気的絶縁処理を施されて成るこ
とを特徴とするので、ベース基板8の表面に、図1に示
す電極14sと電極14cを容易に構成することができ
る。
ッドによるインクジェットラインプリンタの主要部説明
図である。第1の実施例による積層圧電素子は、困難な
生産技術と長い生産時間を必要とせずに、低コストで、
均一な品質を確保することができるので、図4に示した
インクジェットヘッドをさらに大型にすることが容易で
ある。具体的にはプラテン17と同等な幅のインクジェ
ットラインヘッド20を構成することによって図5に示
す様なラインプリンタを実現することができる。本ライ
ンプリンタは、プラテン17に転写媒体18を巻き付
け、この表面にインクジェットラインヘッドから吐出さ
れるインク画像を形成した後、記録紙等にインク画像を
転写させるものである。こうした転写システムによって
非常に印字品質に優れた画像記録装置を実現することが
できる。
で均一な特性の積層圧電素子を実現することができる。
また、実用性が低いと考えられていたインクジェットラ
インヘッドを非常に高い歩留まりで実現することができ
るので、より低価格で高性能な画像記録装置を提供する
ことができる。
造説明斜視図である。
Waと不活性部の幅Wsの比率(Ws/Wa)と、変形体積ΔV
の関係図である。
の部分断面図である。
ッドの構成説明図である。
トラインプリンタの主要部説明図である。
明図である。
明図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 圧電材料と導電材料とを交互に積層して
成る積層圧電素子に於て、電界の生じない不活性部の幅
Wsが、電界によって変位を発生する活性部の幅Waの1/
2以上であることを特徴とする積層圧電素子。 - 【請求項2】 インクを吐出するノズルと、これに連通
する圧力室と、前記圧力室に圧力を発生させる圧力発生
素子と、前記圧力発生素子に電圧を印加する電圧印加手
段とを有するインクジェットヘッドに於て、請求項1記
載の積層圧電素子を前記圧力発生素子として用いる事を
特徴とするインクジェットヘッド。 - 【請求項3】 前記インクジェットヘッドを構成する前
記積層圧電素子の表面に導電材料からなるセグメント電
極と共通電極が形成されることを特徴とする請求項2記
載のインクジェットヘッド。 - 【請求項4】 前記インクジェットヘッドを構成する前
記積層圧電素子が、該積層圧電素子のヤング率と比重に
対して同等以上のヤング率と比重を有する部材にて保持
されることを特徴とする請求項2及び3記載のインクジ
ェットヘッド。 - 【請求項5】 前記インクジェットヘッドを構成するベ
ース基板が、電気的絶縁材料、もしくは表面に電気的絶
縁処理を施されて成ることを特徴とする請求項2、3及
び4記載のインクジェットヘッド。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33749592A JP3306937B2 (ja) | 1992-12-17 | 1992-12-17 | インクジェットヘッド |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33749592A JP3306937B2 (ja) | 1992-12-17 | 1992-12-17 | インクジェットヘッド |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06188474A true JPH06188474A (ja) | 1994-07-08 |
JP3306937B2 JP3306937B2 (ja) | 2002-07-24 |
Family
ID=18309193
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP33749592A Expired - Lifetime JP3306937B2 (ja) | 1992-12-17 | 1992-12-17 | インクジェットヘッド |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3306937B2 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1996000151A1 (fr) * | 1994-06-23 | 1996-01-04 | Citizen Watch Co., Ltd. | Actionneur piezo-electrique pour tete d'impression a jet d'encre et son procede de fabrication |
US5965970A (en) * | 1995-05-08 | 1999-10-12 | Ngk Insulators, Ltd. | Diaphragm structure |
JP2005005680A (ja) * | 2003-05-21 | 2005-01-06 | Denso Corp | 圧電アクチュエータ |
WO2013183594A1 (ja) * | 2012-06-05 | 2013-12-12 | 三井化学株式会社 | 圧電デバイス、および圧電デバイスの製造方法 |
-
1992
- 1992-12-17 JP JP33749592A patent/JP3306937B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN104335376A (zh) * | 2012-06-05 | 2015-02-04 | 三井化学株式会社 | 压电器件及压电器件的制造方法 |
JPWO2013183594A1 (ja) * | 2012-06-05 | 2016-01-28 | 三井化学株式会社 | 圧電デバイス、および圧電デバイスの製造方法 |
US9966526B2 (en) | 2012-06-05 | 2018-05-08 | Mitsui Chemicals, Inc. | Piezoelectric device and process for producing piezoelectric device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3306937B2 (ja) | 2002-07-24 |
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