JPH11263013A - インクジェット印刷ヘッド用の圧電アクチュエ―タ - Google Patents

インクジェット印刷ヘッド用の圧電アクチュエ―タ

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JPH11263013A
JPH11263013A JP11013086A JP1308699A JPH11263013A JP H11263013 A JPH11263013 A JP H11263013A JP 11013086 A JP11013086 A JP 11013086A JP 1308699 A JP1308699 A JP 1308699A JP H11263013 A JPH11263013 A JP H11263013A
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JP
Japan
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electrode
piezoelectric actuator
electrodes
auxiliary
actuator
Prior art date
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Pending
Application number
JP11013086A
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English (en)
Inventor
Franciscus Richard Blom
リチャード ブロム フランシスクス
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.)
Canon Production Printing Netherlands BV
Original Assignee
Oce Technologies BV
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14201—Structure of print heads with piezoelectric elements
    • B41J2/14274—Structure of print heads with piezoelectric elements of stacked structure type, deformed by compression/extension and disposed on a diaphragm

Landscapes

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

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インクジェット印刷ヘッドの中にアクチュエ
ータが使用される場合に設計の自由度がより高い圧電ア
クチュエータを提供することを目的とする。 【解決手段】 アクチュエータの機械的エネルギーを受
容部材へ伝達する底面を有し、底面に隣接した活性部分
と不活性部分とを有する圧電材料の本体と、活性部分の
中に、底面と平行に、圧電材料の層によって分離されて
配置される交番する信号電極及び共通電極の層状構造
と、不活性部分の中に、底面と平行に、圧電材料の層に
よって分離されて配置される交番する補助電極及び共通
電極の層状構造と、本体の第１の側面に形成され、信号
電極を相互接続する少なくとも１つの信号リード電極
と、上記第１の側面と反対側の第２の側面に形成され、
共通電極を相互接続する接地リード電極と、補助電極を
相互接続する補助リード電極とを含む、インクジェット
印刷ヘッド用の圧電アクチュエータであって、上記補助
リード電極はブロックの第３の側面に形成されることを
特徴とする圧電アクチュエータである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アクチュエータの
機械的エネルギーを受容部材へ伝達する底面を有し、上
記底面に隣接した活性部分と不活性部分とを有する圧電
材料の本体と、活性部分の中に、上記底面と平行に、圧
電材料の層によって分離されて配置される交番する信号
電極及び共通電極の層状構造と、不活性部分の中に、上
記底面と平行に、圧電材料の層によって分離されて配置
される交番する補助電極及び共通電極の層状構造と、上
記本体の第１の側面に形成され、信号電極を相互接続す
る少なくとも１つの信号リード電極と、上記第１の側面
と反対側の第２の側面に形成され、共通電極を相互接続
する接地リード電極と、補助電極を相互接続する補助リ
ード電極とを含むインクジェット印刷ヘッド用の圧電ア
クチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】上述の種類のアクチュエータは、インク
液滴が印刷ヘッドのノズルから噴出されうるよう、イン
クジェット印刷ヘッドの中の液状インクを加圧するため
に使用される。典型的には、印刷ヘッドはノズルの線形
アレーを有し、各ノズルはインクを充填されたインク流
路に接続される。インク流路は相互に平行に配置され、
インク流路内のインクを圧縮するためにアクチュエータ
の拡張及び収縮ストロークによって変形されうるようア
クチュエータの底面に結合されたシート状の受容部材に
よって覆われる。圧電体の活性部分は、個々のインク流
路に夫々関連づけられる複数の平行なフィンガーに分割
され、圧電体の底面に切り込まれたダイシング切れ目に
よって分離される。圧電体の不活性部分は、底面と反対
側の面でフィンガーを相互接続するブリッジ状構造を形
成する。
【０００３】夫々の信号リード電極は個々のフィンガー
に関連づけられており、それにより、関連づけられる信
号リード電極と接地リード電極との間に電圧を印加する
ことによって、選択されたノズルからのインク液滴が獲
得されうる。圧電体の不活性ブリッジ状部分は、活性ア
クチュエータフィンガーの反力に耐えるバッキング部材
として作用し、圧電体にダイシング切れ目を形成するこ
とによって複数のフィンガーを一体構造で形成すること
を可能にする点で製造過程を容易にする。不活性部分の
中の補助電極は、印刷ヘッドが動作している間は必要と
されない。これらの補助電極は、アクチュエータを製造
する過程においてのみ必要とされる。
【０００４】従来技術で周知であるように、例えば圧電
セラミックからなる圧電装置は、所望の圧電効果を表わ
すために、製造過程の間に分極される必要がある。この
分極段階は、圧電材料の異方性収縮又は拡張を伴う。こ
のように、活性部分のみが分極されたとき、圧電体は全
体として、バイモルフ要素のように作用し、望ましくな
いことにはねじれるか又は割れてしまうことがある。補
助電極が圧電体の不活性部分を分極するためにも使用さ
れるのはこのためである。
【０００５】図４は、市販の圧電アクチュエータ１２が
使用されている印刷ヘッド１０の一例を示す図である。
印刷ヘッド１０は、支持部材１４と、その上に配置され
る流路板１６とを含む。複数の平行なインク流路１８
は、流路板１６の上面に形成される。図４には、これら
のインク流路１８のうち１つのみが示されている。イン
ク流路１８の一端は、インク液滴を吐出するノズル２０
として形成される。インク流路の後端は、支持部材１４
の中に収容されるインク供給システム（図示せず）に接
続される。受容部材２２は薄い柔軟なシートとして形成
され、インク流路１８及びノズル２０全体を覆うよう流
路板１６の上に重ねられる。
【０００６】アクチュエータ１２は圧電セラミックによ
って形成される本体２４からなり、受容部材２２に結合
された底面２６を有する平行六面体として形成される。
底面２６に隣接する本体２４の部分は、相互に平行に配
置され、インク流路１８を有する複数のフィンガー２８
へと細分化される。各フィンガー２８は、個々のインク
流路１８の真上に配置される。しかしながら、図４中、
本体２４及びそのフィンガー２８は、ノズル２０の反対
側でインク流路１８を越えて延在することが示されてい
る。インク流路１８の上に位置するフィンガー２８の部
分のみが、圧電アクチュエータの活性部分３０として形
成される。この活性部分３０は、交番する信号電極３２
及び共通電極３４を有する層状構造を含む。共通電極３
４は活性部分３０の上にのみ延在し、一方信号電極３２
は本体２４の長さ全体に亘って延在し、よって、インク
流路１８からずれた不活性部分３６の中にも存在する。
【０００７】個々のフィンガー２８をブリッジし、活性
部分３０の上に位置する本体２４の部分は、他の不活性
部分３８を形成する。この不活性部分３８は、交番する
共通電極３４及び補助電極４０を有する層状構造を含
む。電極３２，３４及び４０は全て、本体２４の底面２
６と平行に配置され、セラミック材料層によって相互に
分離された導電性材料の平面矩形シートによって形成さ
れる。
【０００８】各フィンガー２８の信号電極３２は、本体
２４の後側の面、即ちノズル２０と反対側の側面に形成
された信号リード電極４２によって互いに相互接続され
る。同様に、活性部分３０及び不活性部分３８の中の全
ての共通電極３４は、本体２４の前側の面に形成された
共通接地リード電極４４によって相互接続される。補助
電極４０は、信号リード電極４２と同様に本体２４の後
側の面に形成されるが隙間４８によって信号リード電極
４２から分離される共通補助リード電極４６によって相
互接続される。
【０００９】信号リード電極４２及び接地リード電極４
４は、本体２４の底面２６に形成された夫々の接触電極
５０及び５２に接続される。接触電極５２は、インク流
路１８の後端を越えて延在する。全ての接触電極５０及
び５２は、接続片５４上に形成された電気導線を通じて
制御回路（図示せず）に電気的に接続される。接続片５
４は、本体２４の底面２６と、不活性部分３６の下の受
容部材２２との間に挟まれた柔軟な箔によって形成され
る。
【００１０】印加信号が、関連する接触電極及び接続片
５４を通じて信号リード電極４２のうちの１つへ印加さ
れるとき、対応するフィンガー２８の活性部分３０は拡
張ストロークを行い、それにより受容部材２２は下向き
に曲げられ、インク流路１８の中に含まれるインクを圧
縮し、それによりノズル２０からインク液滴を吐出す
る。
【００１１】受容部材２２へ伝達される機械的エネルギ
ーの損失を防止するため、接続片５４はアクチュエータ
の活性部分３０と受容部材２２との間に設けられるので
はなく、インク流路１８の後方にのみ設けられることが
望ましい。本体２４は、接触電極５０及び５２と接続片
５４との間に充分な接触領域を与えるために、インク流
路１８を越えて後方へ延在していた。受容部材２２はこ
の領域では流路板１６によって支持されているため下向
きには曲げられないため、本体２４の部分３６は不活性
であり、共通電極３４を含まない。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】図４に示される従来の
アクチュエータ１２では、本体２４の不活性上部の前方
及び後方側面は接地リード電極４４、及び分極段階の間
に不活性部分３８の中の共通電極３４と補助電極４０と
を接続するために必要とされる補助リード電極によって
占められるため、接続片５４は底面２６に隣接されねば
ならない。本発明は、インクジェット印刷ヘッドの中に
アクチュエータが使用される場合により設計における自
由が多い圧電アクチュエータを提供することを目的とす
る。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上述の目的は請求項１に
示される特徴によって達成される。本発明によれば、補
助リード電極は、ブロックの第３の側面に形成される。
これは、ブロックの第１及び第２の側面は全体として信
号電極と共通電極とを接続するために使用されえ、これ
は接続片が圧電ブロックに隣接される位置に関して選択
の自由を多くすることを可能にする。特に、接続片は底
面から離れた位置、例えば底面と反対側の上面において
ブロックに隣接されうる。
【００１４】圧電式印刷ヘッドの中では、アクチュエー
タは圧縮ストロークを行うだけでなく、インクをインク
流路の中へ吸入するために拡張ストロークを行うことが
可能でなくてはならないため、受容部材にしっかりと結
合されねばならない。インク流路及び関連する圧電フィ
ンガーの非常に小さな幅寸法に関して、この結合段階は
かなり複雑な過程である。結合段階は、通常高温で硬化
される必要のある接着剤によって行われる。従って、接
続片として作用する薄い箔がアクチュエータと受容部材
との間に挟まれると、この接続片は結合段階において印
加される熱によって劣化されうる。本発明の設計によれ
ば、接触片は、アクチュエータが受容部材に結合され接
着材が硬化された後に圧電体の上面に隣接されるため、
この問題は容易に回避されうる。これは、高温によって
壊される電気構成要素が接続片の上に一体化されうると
いう大きな追加的な利点を提供する。
【００１５】更に、接続片はもはやアクチュエータと受
容部材との間に挟まれる必要はなく、アクチュエータの
圧電体をインク流路を越えて延在させる必要がない。従
って、アクチュエータはインク流路の上にのみ設けられ
るよう短くされえ、もはや下面に隣接した不活性部分を
有する必要はない。結果として、アクチュエータはより
コンパクト且つ安価になる。
【００１６】本発明のより特定的な特徴は従属項に記載
される。本発明によるアクチュエータを使用するインク
ジェット印刷ヘッドは請求項８に記載される。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下添付の図面を参照して本発明
の望ましい実施例を詳述する。図１に示されるインクジ
ェット印刷ヘッド１０は、図４を参照して既に説明され
ている印刷ヘッドと同じ全体的な構造を有する。同様の
部分は同様の参照番号によって示され、既に説明されて
いる構成要素の細部については本願の導入部が参照され
る。
【００１８】図４に示される印刷ヘッドと図１に示され
る印刷ヘッドとの主な相違点は、図１中では、本発明に
よる圧電アクチュエータ１２が使用され、接続片５４は
アクチュエータの本体２４の上面に隣接されることであ
る。従って、接触電極５０及び５２は本体２４の上面に
形成され、ブロック２４の後方及び前方側面の高さ全体
に亘って延在する信号リード電極４２及び接地リード電
極４４によって夫々、信号電極３２及び共通電極３４に
電気的に接続される。
【００１９】補助電極４０はもちろん信号リード電極４
２及び接地リード電極４４から電気的に絶縁されねばな
らず、従ってブロック２４の後方側面及び前方側面のい
ずれからも外へ導かれない。代わりに、これらの補助電
極４０はブロック２４の１つ又は両方の横側面の外へ導
かれ、図２に示されるようにこれらの横の側面に形成さ
れた補助リード電極４６によって電気的に相互接続され
る。
【００２０】補助接触電極５６は、本体２４の上面の横
の両端に形成され、夫々の補助リード電極４６に電気的
に接続される。従って、印刷ヘッドが動作しており、補
助電極４０が使用されていないとき、これらは接続片５
４の上に形成され接触電極５２及び５６を相互接続する
導線によって共通電極３４と短絡されうる。図２中、ア
クチュエータのフィンガー２８はまだ互いに分離されて
いないことがわかる。アクチュエータを完成させるため
には、ブロック２４の底面にダイシング切れ目を形成す
ることによってこれらのフィンガーを分離することが必
要である。各フィンガーのための信号リード電極４２及
び接触電極５０は、やはり本体２４の上部にある隣接す
るフィンガーのための信号リード電極４２及び接触電極
５０から電気的に絶縁されるよう、ストライプ形状に形
成される。
【００２１】図１より、インク流路１８の縦の方向にお
ける本体２４の長さは、図４中の長さよりも短く、アク
チュエータはインク流路１８の上にのみ設けられること
が更にわかる。これは、接続片５４がアクチュエータの
上面に隣接され、アクチュエータの底面と受容部材２２
との間に挟まれる必要が無いため可能である。従って、
底面２６に隣接した本体２４の不活性部分３６は図１か
ら排除することができ、本実施例によるアクチュエータ
は、底面２６に隣接する下部の活性部分３０と、その上
に重ねられる不活性部分とに分割されるのみである。
【００２２】図３は、上面及び底面の両方に形成された
接触電極５０，５２を有するアクチュエータ１２の変更
された実施例を示す図であり、それにより接続片は要望
に応じて上面又は底面のいずれかに与えられ得る。図４
に示される従来のアクチュエータと同様に、このアクチ
ュエータはブロック２４の高さ全体に亘って垂直に延び
る活性部分３６を有する。
【００２３】ブロック２４の上方部分の補助電極４０
は、両方の不活性部分３８及び３６の中に連続的に設け
られる。不活性部分３６は共通電極３４と同じ高さの追
加的なダミー電極５８を含む。フィンガー２８の中では
ダミー電極５８は信号電極３２と共に交番し、一方、不
活性部分３６の上方部分では、これらのダミー電極は補
助電極４０と共に交番する。
【００２４】同様に図２に示されるように、補助電極４
０及びダミー電極５８はブロック２４の横側面に設けら
れた補助リード電極に接続される。図３のブロック２４
が製造過程中に分極されるとき、補助電極４０及びダミ
ー電極５８は信号電極３２と短絡され、一方共通電極３
４は接地される。このように、電圧降下は活性部分３０
及び不活性部分３８の交番する電極の両側にのみ発生
し、それにより圧電材料はこれらの部分において分極さ
れる。ブロック２４の高さ全体に亘って垂直に延在する
不活性部分３８では、全ての補助電極４０及びダミー電
極５８は分極段階中において高電圧であり、それにより
電圧降下は生じず、圧電材料は従来の設計のようには分
極されない。
【００２５】ダミー電極５８を設けたことは、電極層と
圧電材料層とを交互に積層することによって均一な厚さ
のブロック２４を得ることを可能にする点で、製造過程
を容易にする。図中、図面の明瞭化のために電極の厚さ
は拡大されており、一方、電極層の数は図示される数よ
りもかなり多いことが理解されるべきである。
【００２６】上述において本発明の特定の実施例のみが
示されたが、当業者によって添付の請求項の範囲で様々
な変更がなされうることが明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による圧電アクチュエータを使用するイ
ンクジェット印刷ヘッドを、図示する便宜上、その一部
を切り取って示す斜視図である。
【図２】図１によるアクチュエータを形成するよう更に
処理されるべき圧電ブロックを示す斜視図である。
【図３】本発明の他の実施例による圧電アクチュエータ
を示す図である。
【図４】従来のアクチュエータを有する印刷ヘッドを示
す図である。
【符号の説明】
１０ インクジェット印刷ヘッド １２ 圧電アクチュエータ １４ 支持部材 １６ 流路板 １８ インク流路 ２０ ノズル ２２ 受容部材 ２４ 本体（ブロック） ２６ 底面 ２８ フィンガー ３０ 活性部分 ３２ 信号電極 ３４ 共通電極 ３６ 不活性部分 ３８ 不活性部分 ４０ 補助電極 ４２ 信号リード電極 ４４ 接地リード電極 ５０，５２ 接触電極 ５４ 接続片 ５６ 補助接触電極

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 アクチュエータの機械的エネルギーを受
    容部材（２２）へ伝達する底面（２６）を有し、該底面
    に隣接した活性部分（３０）と不活性部分（３６，３
    ８）とを有する圧電材料の本体（２４）と、 活性部分（３０）の中に、該底面（２６）と平行に、圧
    電材料の層によって分離されて配置される交番する信号
    電極（３２）及び共通電極（３４）の層状構造と、 不活性部分（３８）の中に、該底面（２６）と平行に、
    圧電材料の層によって分離されて配置される交番する補
    助電極（４０）及び共通電極（３４）の層状構造と、 該本体（２４）の第１の側面に形成され、信号電極（３
    ２）を相互接続する少なくとも１つの信号リード電極
    （４２）と、 上記第１の側面と反対側の第２の側面に形成され、共通
    電極（３４）を相互接続する接地リード電極（４４）
    と、 補助電極（４０）を相互接続する補助リード電極（４
    ６）とを含む、インクジェット印刷ヘッド（１０）用の
    圧電アクチュエータ（１２）であって、 上記補助リード電極（４６）はブロック（２４）の第３
    の側面に形成されることを特徴とする圧電アクチュエー
    タ。
  2. 【請求項２】 上記活性部分（３０）は、相互に平行に
    配置され、ブロック（２４）のブリッジ状不活性部分
    （３８）によって相互に一体に接続される複数のフィン
    ガー（２８）へと分割される、請求項１記載の圧電アク
    チュエータ。
  3. 【請求項３】 接触電極（５０）は夫々信号リード電極
    （４２）に接続され、接地リード電極（４４）に電気的
    に接続される接触電極（５２）は該底面（２６）の反対
    側のブロック（２４）の上面に形成される、請求項１又
    は２記載の圧電アクチュエータ。
  4. 【請求項４】 少なくとも１つの追加的な接触電極（５
    ６）は、本体（２４）の上面の端部に形成され、補助リ
    ード電極（４６）へ電気的に接続される、請求項３記載
    の圧電アクチュエータ。
  5. 【請求項５】 接触電極（５０，５２，５６）は、本体
    （２４）の上面及び底面（２６）の両方に形成される、
    請求項１乃至４のうちいずれか１項記載の圧電アクチュ
    エータ。
  6. 【請求項６】 本体（２４）は、底面（２６）の一部に
    隣接する第２の不活性部分（３６）を含む、請求項１乃
    至５のうちいずれか１項記載の圧電アクチュエータ。
  7. 【請求項７】 補助電極（４０）は本体（２４）の両方
    の不活性部分（３６，３８）の上に延在し、ダミー電極
    は第２の不活性部分（３６）の中に設けられ、各ダミー
    電極（５８）は同一の平面上に、共通電極（３４）に対
    応するものとして配置され、補助リード電極（４６）に
    電気的に接続される、請求項６記載の圧電アクチュエー
    タ。
  8. 【請求項８】 ノズル（２０）で終端し柔軟な受容部材
    （２２）によって覆われる少なくとも１つのインク流路
    （１８）と、該受容部材（２２）に結合された圧電アク
    チュエータ（１２）とを含むインクジェット印刷ヘッド
    であって、 上記圧電アクチュエータ（１２）は請求項１乃至７のう
    ちいずれか１項記載の構造を有することを特徴とするイ
    ンクジェット印刷ヘッド。
  9. 【請求項９】 アクチュエータ（１２）の信号電極（３
    ２）と共通電極（３４）とを電気的に接続する接続片
    （５４）は、本体（２４）の底面（２６）の反対側の本
    体（２４）の上面に配置されることを特徴とする、請求
    項８記載のインクジェット印刷ヘッド。
  10. 【請求項１０】 アクチュエータ（１２）のインク流路
    （１８）の縦方向の長さは、インク流路の長さ以下であ
    る、請求項８又は９記載のインクジェット印刷ヘッド。
JP11013086A 1998-01-23 1999-01-21 インクジェット印刷ヘッド用の圧電アクチュエ―タ Pending JPH11263013A (ja)

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