JPH11138806A - インクジェットヘッド - Google Patents

インクジェットヘッド

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JPH11138806A
JPH11138806A JP30695697A JP30695697A JPH11138806A JP H11138806 A JPH11138806 A JP H11138806A JP 30695697 A JP30695697 A JP 30695697A JP 30695697 A JP30695697 A JP 30695697A JP H11138806 A JPH11138806 A JP H11138806A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piezoelectric element
spacer
diaphragm
block
laminated piezoelectric
Prior art date
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Pending
Application number
JP30695697A
Other languages
English (en)
Inventor
Tsutomu Yasaka
勉 家坂
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Citizen Watch Co Ltd
Original Assignee
Citizen Watch Co Ltd
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Publication date
Application filed by Citizen Watch Co Ltd filed Critical Citizen Watch Co Ltd
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インクジェットヘッドの駆動源のd33モー
ドの積層圧電素子の変位を効率よく取り出す構造を提供
するものである。 【解決手段】 チャンバ、ダイヤフラム、フレーム、ノ
ズル板とインク液滴吐出駆動源がd33モードの積層圧
電素子からなるインクジェットヘッドにおいて積層圧電
素子とダイヤフラムの間にスペーサを挿入し、スペーサ
の積層圧電素子との接合長さは、積層圧電素子の幅より
狭い長さで、積層圧電素子の中央部で接合し、前記ダイ
ヤフラムのアイランドとの接合長さはアイランドの長さ
に一致して接合することを特徴とする。簡単な形状のス
ペーサブロックを積層圧電素子ブロックに接合し、溝切
り加工することで簡単に製作でき、積層圧電素子の変位
を効率よくダイヤフラムに伝達出来る。従って変位の向
上、積層数の低減、それに伴うコストダウンが可能とな
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はインクジェット記録
装置に関し、更に詳しくは積層圧電素子を駆動源とする
インクジェットヘッドの構造に関する。
【0002】
【従来の技術】圧電素子を駆動源とするインクジェット
ヘッドは高速応答、小型化、低電圧駆動を実現するた
め、圧電素子はバイモルタイプより変位を大きく取り出
せる積層タイプが採用される傾向にある。積層圧電素子
のモードはd31モードとd33モードの2種類ある。
d31モードの変位は積層する単一セルの長さに比例し
厚さに反比例するが、d33モードの変位は積層数に比
例するものである。従って十分大きな変位を取り出すに
あたっては、d31モードは単一セルを薄くするのに限
度があるため、積層数を増やすだけのd33モードの方
が取り出しやすいといえる。しかしd33モードであっ
ても低電圧でしかも十分な変位を得るためには積層数を
十分大きくする必要があり積層数の上昇は不良率、コス
トの増加があり、そのため積層数をぎりぎりにとる設計
となり変位に余裕がなかった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】図5は従来例のd33
モードの積層圧電素子を用いたインクジェットヘッドの
斜視図である。インクジェットヘッドはチャンバ5、ダ
イヤフラム6、フレーム7、ノズル板8、アクチュエー
タ18から構成されている。
【0004】図6は図5の展開図を示す。ノズル板8は
1/120インチの等間隔のピッチで一直線上に並んだ
20個のノズル孔8aを持ち、チャンバ5はノズル孔8
aに対応する圧力室を形成するための20個の溝5bを
持つ。ダイヤフラム6は詳細を図7に拡大して示すよう
にそれぞれの圧力室に対応して1/120インチピッチ
で部分的に厚さの薄いダイヤフラム部6bとアイランド
6aからなり、アイランド6aは積層圧電素11の上面
と固着され、変位を受ける。アイランド6aの厚さは、
ピッチが1/120インチと非常に小さいためアスペク
ト比がとれず、せいぜい30μmしかなく剛性が全くな
い。
【0005】図6に戻る、ダイヤフラム6はチャンバ5
に位置決め接合される。フレーム7はダイヤフラム6に
位置決めに接合される。ノズル板8はチャンバ5、ダイ
ヤフラム6及びフレーム7の接合後、チャンバ5の溝5
bの覗く側面にノズル孔8aと溝5bの位置決めをし接
合される。アクチュエータ18のベース2は、積層圧電
素子ブロック3に溝切りで形成された積層圧電素子11
の上面とダイヤフラム6のアイランド6aが当接し固着
される位置まで、フレーム7の位置決め角穴7aにはめ
込まれ、アクチュエータ18を位置決めし接着剤にてフ
レーム7に固着される。
【0006】アクチュエータ18は図8に示すようにベ
ース2に位置決め接合された積層圧電素子ブロック3に
1/120インチピッチで溝を切り、各々20個の圧力
室に対応して、20個と4個の捨て部分、計24個の積
層圧電素子11を持つ。d33モードの積層圧電素子ブ
ロック3及び溝切りされた積層圧電素子11は変位方向
に積層された数十層の内部C電極12、内部D電極13
からなり(図は見やすいように粗く表している)、内部
C電極12と内部D電極13は約20μmの間隔で対向
しており、内部C電極12の外部C電極14を共通電極
側とし、内部D電極13の外部D電極15を信号電極側
として持ち、共通電極16が外部C電極14に半田付け
され、FPC10にパターンニング(図示せず)された
信号電極が積層圧電素子11一個一個の外部D電極15
に半田付けされている。FPC10は、共通電極16を
駆動回路に接続するためのパターンも持ち、共通電極1
6と半田付け接続されている。
【0007】図9は従来例図5のインクジェットヘッド
の断面図でノズル孔8a一個一個に対応した溝5bによ
り形成された圧力室9の断面を示している。インク供給
口5aから入ったインクは図の矢印の経路をを通り絞り
部9aを通り圧力室9に入っている。文字或いはグラフ
ィックスを描くための駆動電圧がFPC10の信号電極
と共通電極16の間に印加されると積層圧電素子11が
変位しダイヤフラム6のアイランド6aを押し上げ圧力
室9の容積を急激に減じインクがノズル孔8aより吐出
する。積層圧電素子11の上面とダイヤフラム6のアイ
ランド6aは固着されているため、剛性の弱いアイラン
ド9aは積層圧電素子11の変位そのままの変形、即ち
図2に示すように積層圧電素子の幅Bで示す曲線の変形
をする。
【0008】図2は積層圧電素子11に駆動電圧を印加
した時の上面の変位を示す。この変位の平均は最大変位
の約70%にしかならない。アイランド9aはこの変位
の形状で変形するから圧力室9の容積変化は積層圧電素
子11の最大変位の70%を使っているに過ぎない。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は上記欠点を解決
するため、d33モードの積層圧電素子の変位を効率よ
く取り出す構造を提供するものである。チャンバ、ダイ
ヤフラム、フレーム、ノズル板とインク液滴吐出駆動源
がd33モードの積層圧電素子からなるインクジェット
ヘッドにおいて前記積層圧電素子とダイヤフラムの間に
スペーサを挿入し、前記スペーサの前記積層圧電素子と
の接合長さは、積層圧電素子の幅より狭い長さで、前記
積層圧電素子の中央部で接合し、前記ダイヤフラムのア
イランドとの接合長さはアイランドの長さに一致して接
合することを特徴とする。更には前記スペーサの材質は
前記積層圧電素子と同じPZTか、或いは近い材質のセ
ラミクスとすることを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態につき図面を
用いて説明する。図1は本実施の形態のd33モードの
積層圧電素子を組み込んだアクチュエータの斜視図であ
る。アクチュエータ1は、ベース2と積層圧電素子ブロ
ック3が接合され、積層圧電素子ブロック3にスペーサ
ブロック4が接合されている。スペーサブロック4の積
層圧電素子ブロック3との接合の幅Aは積層圧電素子の
幅Bの半分で、積層圧電素子の幅の中央に接合されてい
る。スペーサブロック4の上面の幅はダイヤフラムのア
イランドの長さに一致している。
【0011】積層圧電素子ブロック3は1/120イン
チピッチでスペーサブロック4と同時に溝を切られ、2
0個の圧力室に対応して積層圧電素子11とスペーサ1
7を20個と捨て部分4個の計24個を持つ。d33モ
ードの積層圧電素子ブロック3は変位方向に積層された
数十層の内部C電極12、内部D電極13からなり(図
は見やすいように粗く表している)、内部C電極12と
内部D電極13は約20μmの間隔で対向しており、内
部C電極12の外部C電極14が共通電極側であり、内
部D電極13の外部D電極15が信号電極側となってお
り、共通電極16は外部C電極14に半田付けされ、F
PC10はパターンニング(図示せず)された信号電極
を持ち、各々の積層圧電素子11の外部D電極15に半
田付けされ、更に共通電極16用に駆動回路に接続する
ためのパターンも持ち、共通電極16と半田付け接続さ
れている。
【0012】図2は定格電圧を印加したときの積層圧電
素子11の幅Bの全変位を示したグラフである。即ち積
層圧電素子11の中央部が最大変位をし両端に向かって
徐々に変位が減じ両端でもかすかに変位をする。変位は
中央部の変位の減少が緩やかで両端に近ずくにつれ急に
なる。積層圧電素子11の中央部を全幅の半分の幅Aの
平均変位を求めると最大変位の90%以上となる。従っ
て、積層圧電素子11の中央部に半分以下の幅でスペー
サ17を接合することで最大変位の90%以上の変位を
得ることが出来る。
【0013】図3は本発明のスペーサを組み込んだイン
クジェットヘッドの断面図である。チャンバ5とダイヤ
フラム6が位置決め接合され、圧力室9が形成される。
ダイヤフラム6にフレーム7が位置決め接合され、ノズ
ル板8はチャンバ5、ダイヤフラム6、フレーム7の接
合方向に直角にノズル孔8aと圧力室9が一致する用に
位置決め接合される。アクチュエータ1はフレーム7の
ガイド穴7aにベース2が位置決めされ、圧力室9に対
応してアクチュエータ1の積層圧電素子11、スペーサ
17がダイヤフラム6のアイランド6aに位置決め接合
される。
【0014】インクはインク供給口5aから入り、図の
矢印の経路をとり絞り部9aを通り圧力室9に入る。文
字或いはグラフィックスを描くための駆動電圧がFPC
10の信号電極と共通電極16の間にに印加されると積
層圧電素子11が変位しスペーサ17を介してダイヤフ
ラム6のアイランド6aを押し上げ圧力室9の容積を急
激に減じインクがノズル孔8aより吐出する。積層圧電
素子11とダイヤフラム6のアイランド6aはスペーサ
17を介して固着されておるため、アイランド6aはそ
の全長にわたって積層圧電素子11の最大変位の90%
以上の変位をする。
【0015】図4は溝切り前のベース2、積層圧電素子
ブロック3、スペーサブロック4の接合図である。スペ
ーサブロック4は角柱に面取りをした形状で作りやす
く、またスペーサブロック4の材質を積層圧電素子ブロ
ック3と類似したセラミクス、又はPZTを用いること
で、ダイシングソーやワイヤソーで、圧力室のピッチに
対応して、スペーサブロック4と積層圧電素子ブロック
3を同時に溝切り加工し図1の形状を得ることが出来
る。スペーサブロック4の形状はその他凸形状でもよ
く、スペーサ17の剛性、製造のし易さで選択すればよ
いことは明らかである。
【0016】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、積層
圧電素子の変位の大きい部分をダイヤフラムのアイラン
ドに伝えることが可能となり、圧力室の容積変化を大き
くとれ、かつ、変位の増加分は積層数を減らしことが出
来、積層圧電素子のコストを削減できる。また、スペー
サの材質を積層圧電素子とほぼ同じ材質にすることで、
スペーサと積層圧電素子を同時に溝切りすることが可能
となり製造が容易となる。更に、積層圧電素子の中央と
ダイヤフラムのアイランドの中央を一致してなくとも、
スペーサの上辺と下辺を適宜にずらすことにより、合わ
せることが出来、ヘッドの構造設計に自由度が出来、ひ
いては製造しやすい低コストのインクジェットヘッドが
提供できる。
【0017】すなわち、簡単な形状のスペーサを積層圧
電素子に接合し、ほとんど同じ加工工程で工数を増やす
ことなく製作可能で、積層圧電素子の変位を効率よくダ
イヤフラムに伝達出来る。従って変位の向上、積層数の
低減、それに伴うコストダウン或いは駆動電圧の低減そ
れに伴うコストダウンが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態を示すインクジェットヘ
ッドのアクチュエータの構造を示す 斜視図である。
【図2】本発明に使用するd33モードの積層圧電素子
の変位を示すグラフである。
【図3】本発明の一実施の形態を示すインクジェットヘ
ッドの断面図である。
【図4】本発明の一実施の形態を示すアクチュエータ加
工前の接合図である。
【図5】従来のインクジェットヘッドの斜視図である。
【図6】従来のインクジェットヘッドを示す図5の展開
図である。
【図7】従来のダイヤフラムの拡大図である。
【図8】従来のアクチュエータの構造を示す斜視図であ
る。
【図9】従来のインクジェットヘッドの断面図である。
【符号の説明】
1 アクチュエータ 2 ベース 3 積層圧電素子ブロック 4 スペーサブロック 5 チャンバ 5a インク供給口 5b 溝 6 ダイヤフラム 6a アイランド 7 フレーム 7a ガイド穴 8 ノズル板 8a ノズル孔 9 圧力室 9a 絞り部 10 FPC 11 積層圧電素子 12 内部C電極 13 内部D電極 14 外部C電極 15 外部D電極 16 共通電極 17 スペーサ 18 アクチュエータ(従来例)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 チャンバ、ダイヤフラム、フレーム、ノ
    ズル板とインク液滴吐出駆動源がd33モードの積層圧
    電素子からなるインクジェットヘッドにおいて、前記積
    層圧電素子とダイヤフラムの間にスペーサを挿入し、前
    記スペーサの前記積層圧電素子との接合長さは、前記積
    層圧電素子の幅より狭い長さで、前記積層圧電素子の中
    央部で接合し、前記ダイヤフラムのアイランドと前記ス
    ペーサとの接合長さはアイランドの長さと一致して接合
    することを特徴とするインクジェットヘッド。
  2. 【請求項2】 前記スペーサの材質は前記積層圧電素子
    と同じPZTか、或いは近い材質のセラミクスとするこ
    とを特徴とする請求項1に記載するインクジェットヘッ
    ド。
  3. 【請求項3】 前記スペーサの前記積層圧電素子との接
    合長さは、前記積層圧電素子の幅の半分より短い長さで
    前記積層圧電素子の中央部で接合することを特徴とする
    請求項1に記載するインクジェットヘッド。
  4. 【請求項4】 ベースと積層圧電素子ブロック及びスペ
    ーサブロックを接合し、溝切り加工することにより、前
    記スペーサと前記積層圧電素子が形成されることを特徴
    とする請求項1に記載するインクジェットヘッド。
JP30695697A 1997-11-10 1997-11-10 インクジェットヘッド Pending JPH11138806A (ja)

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