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JPH04341851A - Piezoelectric ink jet printer head - Google Patents

Piezoelectric ink jet printer head

Info

Publication number
JPH04341851A
JPH04341851A JP3114652A JP11465291A JPH04341851A JP H04341851 A JPH04341851 A JP H04341851A JP 3114652 A JP3114652 A JP 3114652A JP 11465291 A JP11465291 A JP 11465291A JP H04341851 A JPH04341851 A JP H04341851A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piezoelectric
printer head
ink
piezoelectric element
internal
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.)
Granted
Application number
JP3114652A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3128857B2 (en
Inventor
Yoshikazu Takahashi
義和 高橋
Masahiko Suzuki
雅彦 鈴木
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.)
Brother Industries Ltd
Original Assignee
Brother Industries 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 Brother Industries Ltd filed Critical Brother Industries Ltd
Priority to JP03114652A priority Critical patent/JP3128857B2/en
Priority to US07/886,332 priority patent/US5402159A/en
Publication of JPH04341851A publication Critical patent/JPH04341851A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3128857B2 publication Critical patent/JP3128857B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters 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
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/14Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14201Structure of print heads with piezoelectric elements
    • B41J2/14209Structure of print heads with piezoelectric elements of finger type, chamber walls consisting integrally of piezoelectric material
    • B41J2002/14225Finger type piezoelectric element on only one side of the chamber

Landscapes

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

Abstract

PURPOSE:To simplify a structure and improve a resolving power in printing by a method wherein a piezoelectric actuator is provided over a plurality of jetting devices, and either inner positive electrode layers or inner negative electrode layers are divided to have a ratio of 1:1 to the two or more jetting devices. CONSTITUTION:An array 30 used for a piezoelectric ink jet printer head comprises a channel body 34 for forming three ink channels 32a-32c; a laminate piezoelectric element 38 securely bonded to the channel body 34; an orifice plate 36 securely bonded to the channel body 34 on the side opposite to the piezoelectric element 38 and having orifices 37a-37c; and a deformation restraining member 33 made of an elastic material and securely bonded on the side opposite to the ink channels 32a-32c. The laminate piezoelectric element 38 is so constructed that piezoelectric ceramics layers 40, inner negative electrode layers 42, and divided inner positive electrode layers 44a-44c having a ratio of 1:1 to the channels 32a-32c are laminated by a plurality of layers, respectively. In this manner, a resolving power in printing is improved.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric inkjet printer head, and more particularly to a printer head using a laminated piezoelectric element as a piezoelectric actuator.

【0002】0002

【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
クを噴射し、容積増大時に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。
2. Description of the Related Art In recent years, printer heads using piezoelectric inkjet have been proposed. This is a drop-on-demand system that changes the volume of the ink chamber by dimensional displacement of a piezoelectric actuator, ejects ink inside the ink chamber when the volume decreases, and introduces ink into the ink chamber when the volume increases. It is called a method. By arranging a large number of such ejecting devices close to each other and ejecting ink from the ejecting devices at predetermined positions, desired characters and images are formed.

【0003】しかしながら、このような圧電式インクジ
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に高解像度で広い範
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
になるという問題を含んでいた。さらに上記圧電アクチ
ュエータの寸法は加工の制約上余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約さ
れるという問題も含んでいた。
However, since such piezoelectric inkjet printer heads use one piezoelectric actuator for one ejecting device, a large number of ejecting devices must be arranged closely in order to print over a wide area with high resolution. However, the problem was that the structure was complicated, required many man-hours to manufacture, and was expensive. Furthermore, because the dimensions of the piezoelectric actuator cannot be made too small due to processing constraints, it is difficult to miniaturize each injection device, which also poses a problem in that resolution is restricted.

【0004】これらの問題を解決するために同一出願人
は、先に特願平2ー75858号の願書に添付した明細
書及び図面に記載の構成を提案した。これは、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り、かつ
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、少なくとも一方の内部電極層を複数の噴射装置
に対応するように分割した圧電アクチュエータを、複数
の噴射装置に跨って設けることで、構造が簡単で製造コ
ストが安く、しかも高解像度化と低電圧駆動化を実現し
ている。この圧電式インクジェットプリンタヘッドは、
例えば図7に示したような構造をしている。
In order to solve these problems, the same applicant previously proposed the configuration described in the specification and drawings attached to the application of Japanese Patent Application No. 2-75858. This is made up of alternating layers of piezoelectric ceramic layers and internal electrode layers, and at least one of the internal positive electrode layer and the internal negative electrode layer constituting the internal electrode layer is connected to a plurality of injection devices. By installing a piezoelectric actuator divided to correspond to multiple injection devices across multiple injection devices, the structure is simple and manufacturing costs are low, and high resolution and low voltage drive are achieved. This piezoelectric inkjet printer head is
For example, it has a structure as shown in FIG.

【0005】積層圧電素子38は、上記した構造のため
に3つの圧電活性部46a,46b,46cと4つの圧
電不活性部48を有している。インクチャンネル本体3
4は、前記積層圧電素子38と圧電不活性部48の部位
にて接合されており、対向する側にはオリフィス37a
,37b,37cを有するオリフィスプレート36が接
合されている。ここで外部負電極52と外部正電極54
a間に駆動電圧が印加されると、図のように圧電活性部
46aが厚み方向に伸びインクチャンネル32aの容積
を小さくしオリフィス37aから液滴39を噴射する。 従って積層圧電素子38は複数の噴射装置70a,70
b,70cの圧電アクチュエータとして働いており、構
成部品が少ない簡単な構造をしているのである。 また、アクチュエータとして内部電極を分割した積層圧
電素子を用いたので、高解像度化、低電圧駆動化を実現
しているのである。
The laminated piezoelectric element 38 has three piezoelectric active parts 46a, 46b, 46c and four piezoelectric inactive parts 48 due to the above-described structure. Ink channel body 3
4 is joined to the laminated piezoelectric element 38 at the piezoelectric inactive portion 48, and has an orifice 37a on the opposite side.
, 37b, 37c are joined together. Here, an external negative electrode 52 and an external positive electrode 54
When a driving voltage is applied between a and a, the piezoelectric active portion 46a extends in the thickness direction as shown in the figure to reduce the volume of the ink channel 32a and eject droplets 39 from the orifice 37a. Therefore, the laminated piezoelectric element 38 has a plurality of injection devices 70a, 70
It works as a piezoelectric actuator for parts b and 70c, and has a simple structure with few components. Furthermore, since a laminated piezoelectric element with divided internal electrodes is used as the actuator, high resolution and low voltage driving are achieved.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た圧電式インクジェットプリンタヘッドは、図7で示し
たように圧電活性部46aの変位は、インクチャンネル
32aの方向だけでなく、その反対方向にも同量だけあ
ることが分かる。すなわち、この圧電式インクジェット
プリンタヘッドは、半分のエネルギー効率でしか液滴噴
射ができないという問題があるのであった。
However, in the piezoelectric ink jet printer head described above, as shown in FIG. 7, the displacement of the piezoelectric active portion 46a is not only in the direction of the ink channel 32a but also in the opposite direction. It turns out that there is only so much. That is, this piezoelectric inkjet printer head has a problem in that it can only eject droplets with half the energy efficiency.

【0007】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
、高い解像度が得られしかも効率よく低電圧で駆動する
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。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and provides a piezoelectric inkjet printer head that has a simple structure, low manufacturing cost, high resolution, and is efficiently driven at low voltage. The purpose is to provide.

【0008】[0008]

【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に圧電セラミ
ックス層と内部電極層とを交互に積層してなり、かつそ
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、少なくとも一方の内部電極層を前記した複数の噴
射装置に対応するように分割した圧電アクチュエータを
、複数の噴射装置に跨って設けてあり、かつ該圧電アク
チュエータの前記インク室と反対側部分の変形を拘束す
る手段を有している。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve this object, the piezoelectric inkjet printer head of the present invention has piezoelectric ceramic layers and internal electrode layers alternately laminated to change the volume of the ink chamber of the ejecting device. A piezoelectric actuator is made of It is provided across the ejecting device, and has means for restraining deformation of a portion of the piezoelectric actuator on the side opposite to the ink chamber.

【0009】[0009]

【作用】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
する内部電極層間に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。
[Operation] According to the piezoelectric inkjet printer head of the present invention having the above configuration, a driving voltage is applied only between the internal electrode layers corresponding to a predetermined ejecting device of the piezoelectric actuator provided across a plurality of ejecting devices. Then, a portion of the piezoelectric ceramic layer located between the internal electrode layers is locally deformed, and ink is ejected from the corresponding ejector.

【0010】0010

【実施例】本発明を具体化した一実施例を、図1〜図6
を参照して詳細に説明する。なお説明の都合上、従来例
と同一部位あるいは均等部位には同一符合をつけること
にする。
[Example] An example embodying the present invention is shown in FIGS. 1 to 6.
This will be explained in detail with reference to . For convenience of explanation, parts that are the same or equivalent to those of the conventional example will be given the same reference numerals.

【0011】図6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、11は紙であり、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
14によって駆動される。プラテン10に対向して圧電
式インクジェットプリンタヘッド15が設けられている
FIG. 6 is a diagram showing the main parts of an inkjet printer equipped with a piezoelectric inkjet printer head, which is an embodiment of the present invention, in which 11 is paper;
is the platen. This platen 10 is rotatably attached to a frame 13 by a shaft 12 and is driven by a motor 14. A piezoelectric inkjet printer head 15 is provided opposite the platen 10.

【0012】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。
Piezoelectric inkjet printer head 15
is placed on the carriage 18 together with the ink supply device 16. The carriage 18 is slidably supported by two guide rods 20 arranged parallel to the axis of the platen 10, and is connected to a timing belt 24 wound around a pair of pulleys 22. One of the pulleys 22 is rotated by the motor 23, and the timing belt 24 is fed, thereby moving the carriage 18 along the platen 10.

【0013】図1は、前記圧電式インクジェットプリン
タヘッド15に用いられるアレイ30の断面図である。 このアレイ30は、幅が1.2mm、長さ(図中紙面に
垂直な方向)が15mmである3本のインクチャンネル
32a,32b,32cが形成されたチャンネル本体3
4と、該チャンネル本体34に固着された積層圧電素子
38と、同じく該チャンネル本体34に前記積層圧電素
子38とは反対側に固着されたオリフィス37を有する
オリフィスプレート36と、前記積層圧電素子38の前
記インクチャンネル32a〜32cと対向する側に固着
された弾性率の高い金属、またはセラミックスからなる
変形拘束部材33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。
FIG. 1 is a cross-sectional view of an array 30 used in the piezoelectric inkjet printer head 15. As shown in FIG. This array 30 consists of a channel body 3 in which three ink channels 32a, 32b, and 32c are formed, each having a width of 1.2 mm and a length (in the direction perpendicular to the plane of the paper) of 15 mm.
4, a laminated piezoelectric element 38 fixed to the channel body 34, an orifice plate 36 having an orifice 37 also fixed to the channel body 34 on the side opposite to the laminated piezoelectric element 38, and the laminated piezoelectric element 38. A deformation restraining member 33 made of metal or ceramic having a high modulus of elasticity is fixed to the side facing the ink channels 32a to 32c. The ink channels 32a to 32c constitute an ink chamber.

【0014】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、かつアレイ方向31における
幅が1.0mmである内部正電極層44a,44b,4
4cとを複数枚積層し、厚さ約0.5mm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、かつアレイ
方向における幅が1.0mmである圧電活性部46a,
46b,46cと、両内部電極層42,44a〜44c
に挟まれていない圧電不活性部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
40μm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の各圧電活性部4
6a〜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2
μmである。
The laminated piezoelectric element 38 includes a piezoelectric ceramic layer 40 having a piezoelectric/electrostrictive effect, an internal negative electrode layer 42,
Internal positive electrode layers 44a, 44b, 4 are divided in one-to-one correspondence with the ink channels 32a to 32c and have a width of 1.0 mm in the array direction 31.
4c are laminated to have a thickness of approximately 0.5 mm. Then, the laminated piezoelectric element 38 has an internal negative electrode layer 42
and the internal positive electrode layers 44a to 44c, and has a width of 1.0 mm in the array direction.
46b, 46c and both internal electrode layers 42, 44a to 44c
It has a piezoelectric inactive portion 48 that is not sandwiched between the two. The piezoelectric ceramic layer 40 is made of a ferroelectric lead zirconate titanate (PZT) ceramic material with a thickness of 40 μm, and is polarized in the stacking direction. Each piezoelectric active part 4 of the piezoelectric ceramic layer 40 in the figure
Arrows shown in 6a to 46c indicate polarization directions. The internal negative electrode layer 42 and the internal positive electrode layer 44a~
44c is made of Ag-Pd metal material and has a thickness of about 2
It is μm.

【0015】前記積層圧電素子38は、4つの圧電不活
性部48の中央部において前記チャンネル本体34に固
着されている。
The laminated piezoelectric element 38 is fixed to the channel body 34 at the center of the four piezoelectric inert parts 48 .

【0016】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。
The laminated piezoelectric element 38 is manufactured by the following manufacturing method.

【0017】図4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〜3
2c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44a〜44cと各々の電極取り出し部45a,
45b,45c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を交互に合計10枚積層し、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,5
4cを取り付ける。そして、この積層圧電素子38を1
30℃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バス中に浸し、その外部負電極5
2と外部正電極54a〜54cとの間に2.5kV/m
m程度の電界を印加し、分極処理を施す。以上の方法に
より積層圧電素子38が得られるのである。
As shown in FIG. 4, first, the ink channels 32a to 3 are formed on the upper surface of the piezoelectric ceramic layer 40.
internal positive electrode layers 44a to 44c divided into three in one-to-one correspondence to electrode 2c, and each electrode lead-out portion 45a,
45b and 45c are formed by screen printing to create a green sheet 50. Further, on the upper surface of the piezoelectric ceramic layer 40, an internal negative electrode layer 42 and its electrode extraction portion 43 are formed by screen printing to create a green sheet 51. And both green sheets 50
, 51 are laminated alternately, and a green sheet (not shown) without an internal electrode layer is placed on the upper surface of the piezoelectric ceramic layer 40, and the whole is heated and pressed, and subjected to degreasing, sintering, etc. A laminated piezoelectric element 38 is obtained by performing necessary measures. The thus obtained laminated piezoelectric element 38
External negative electrode 52, external positive electrodes 54a, 54b, 5
Install 4c. Then, this laminated piezoelectric element 38 is
The external negative electrode 5 is immersed in an oil bath (not shown) filled with insulating oil such as silicone oil at about 30°C.
2.5 kV/m between 2 and the external positive electrodes 54a to 54c.
An electric field of about m is applied to perform polarization treatment. The laminated piezoelectric element 38 can be obtained by the above method.

【0018】このようにして得られた積層圧電素子38
と、幅1.2mmで長さが15mmである3本のインク
チャンネル32を有するチャンネル本体34と、3個の
オリフィス37を有するオリフィスプレート36と、変
形拘束部材33とを図5に示すように組み付けることに
より前記アレイ30が構成される。
Laminated piezoelectric element 38 thus obtained
As shown in FIG. 5, a channel body 34 having three ink channels 32 each having a width of 1.2 mm and a length of 15 mm, an orifice plate 36 having three orifices 37, and a deformation restraining member 33 are constructed as shown in FIG. The array 30 is constructed by assembling.

【0019】アレイ30には、図2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
定の圧電活性部46a〜46cに位置する内部負電極層
42と内部正電極層44間に駆動電圧が印加される。
Array 30 is provided with electrical circuitry as shown in FIG. In this electric circuit, the negative electrode side of the driving power source 60 and the external negative electrode 52 of the laminated piezoelectric element 38 are grounded, and the positive electrode side of the driving power source 60 is connected to the laminated piezoelectric element via on/off switches 62a, 62b, and 62c. 38 external positive electrodes 54a to 54c. When the switches 62a to 62c are closed by a controller (not shown), a driving voltage is applied from the driving power source 60 between the internal negative electrode layer 42 and the internal positive electrode layer 44 located in the predetermined piezoelectric active parts 46a to 46c. .

【0020】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。
The operation of the piezoelectric inkjet printer head 15 configured as described above will be explained.

【0021】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、前記圧電活性
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圧電活性部46aが図1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
がオリフィス37aから液滴39となって噴射される。 また、スイッチ62aが開いて電圧の印加が遮断され圧
電活性部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16からインクが補充さ
れる。尚、例えば他のスイッチ62bが閉じられた場合
には、圧電活性部46bが変位させられてインクチャン
ネル32bからインクが噴射される。
When the controller closes the switch 62a, for example, according to predetermined printing data, a voltage is applied between the internal negative electrode layer 42 and the internal positive electrode layer 44a of the piezoelectric active part 46a, and the position between them is A bias electric field is applied to the piezoelectric ceramic layer 40, and the piezoelectric active portion 46a expands in the vertical direction in FIG. 1 according to the dimensional distortion due to the piezoelectric/electrostrictive longitudinal effect, thereby reducing the volume of the ink channel 32a. Then, the ink in the ink channel 32a is ejected from the orifice 37a in the form of droplets 39. Further, when the switch 62a is opened to cut off the voltage application and the piezoelectric active part 46a is returned to its original position, the ink supply device 16 is supplied from the ink supply device 16 via another valve (not shown) as the volume of the ink channel 32a increases at that time. Ink is replenished. Note that, for example, when the other switch 62b is closed, the piezoelectric active portion 46b is displaced and ink is ejected from the ink channel 32b.

【0022】すなわち、本実施例のアレイ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7
0a,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。
That is, the array 30 of this embodiment includes the three ejection devices 7 of the piezoelectric inkjet printer head 15.
0a, 70b, and 70c, and one laminated piezoelectric element 38 constitutes the three injection devices 70a to 70c.
It functions as a piezoelectric actuator installed across the

【0023】ここで、積層圧電素子38の電圧印加時の
アレイ方向31における変形分布を測定したデータを図
3に示す。圧電活性部46に電圧25Vを印加したとき
該圧電活性部46の部分は、従来のように変形拘束部材
33のない状態では約90nm程度の変位であるのに対
し、本実施例のように変形拘束部材33を設けた場合に
は160nm程度の変位が得られた。このように本発明
品は、従来に比べ1.8倍ほど効率が向上することが分
かる。この結果から本実施例の圧電式インクジェットプ
リンタヘッド15では、液滴39を噴射するためにはわ
ずか17Vという低駆動電圧でよいことが分かった。
FIG. 3 shows data obtained by measuring the deformation distribution of the laminated piezoelectric element 38 in the array direction 31 when a voltage is applied. When a voltage of 25 V is applied to the piezoelectric active part 46, the piezoelectric active part 46 is displaced by about 90 nm in the conventional state without the deformation restraining member 33, but as in this embodiment, the piezoelectric active part 46 is deformed. When the restraining member 33 was provided, a displacement of about 160 nm was obtained. Thus, it can be seen that the product of the present invention has improved efficiency by about 1.8 times compared to the conventional product. From this result, it was found that the piezoelectric inkjet printer head 15 of this example required only a low driving voltage of 17 V to eject the droplets 39.

【0024】このように本実施例の圧電式インクジェッ
トプリンタ15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、アレイ30、更にはそのアレイ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15の構造が簡略化され、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。そして圧電
アクチュエータが積層圧電素子38であることに加えて
、無駄な変形を減少させるための変形拘束部材33を積
層圧電素子38に固着したため、効率のよい変形が得ら
れ、駆動電圧が大幅に低減できた。また前記積層圧電素
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、圧電活性部46a〜46cと圧電
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を備えたアレイ30
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。
As described above, in the piezoelectric inkjet printer 15 of this embodiment, one laminated piezoelectric element 38 functions as a piezoelectric actuator for the three injection devices 70a to 70c.
By assembling a large number of piezoelectric inkjet printer heads 15, the structure of the piezoelectric inkjet printer head 15 is simplified, the number of manufacturing steps is reduced, and manufacturing costs are reduced. In addition to the fact that the piezoelectric actuator is a laminated piezoelectric element 38, a deformation restraining member 33 is fixed to the laminated piezoelectric element 38 to reduce unnecessary deformation, resulting in efficient deformation and a significant reduction in driving voltage. did it. Further, the laminated piezoelectric element 38 is formed by screen printing to form internal electrode layers 42 and 44.
Therefore, it is easy to make the widths of the piezoelectric active parts 46a to 46c and the piezoelectric inactive part 48 extremely small.
Printing resolution can be improved by downsizing. This makes it possible to realize a printer head that can print in a wide range with high resolution.

【0025】さらに、本実施例の積層圧電素子38の内
部負電極層42と内部正電極層44は電極取り出し部4
3,45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。
Further, the internal negative electrode layer 42 and the internal positive electrode layer 44 of the laminated piezoelectric element 38 of this embodiment are connected to the electrode extraction portion 4.
Since they are not exposed to the outside except for No. 3 and No. 45, there is no deterioration in insulation properties due to silver migration, etc., and there is an advantage that excellent durability and moisture resistance can be obtained.

【0026】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。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, but can be modified in many ways without departing from the spirit thereof.

【0027】例えば、前記実施例では3つの噴射装置7
0a〜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、更に多数に分割した内部正電極層44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。
For example, in the embodiment, there are three injection devices 7.
Although one laminated piezoelectric element 38 is used as a piezoelectric actuator provided across 0a to 70c, for example, by employing an internal positive electrode layer 44 divided into a larger number of parts, it can be used to span an even larger number of injection devices. A piezoelectric actuator may also be provided.

【0028】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32a〜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32a〜32cに1対1で対応するように分割
されていれば良い。
Further, in the above embodiment, the internal positive electrode layer 44 was divided into one-to-one correspondence with each of the ink channels 32a to 32c, but the internal negative electrode layer 42 was divided into one to each ink channel 32a to 32c. Alternatively, both the internal positive electrode layer 44 and the internal negative electrode layer 42 may be divided into pairs corresponding to each other, or both the internal positive electrode layer 44 and the internal negative electrode layer 42 may be divided into one pair for each ink channel 32a to 32c.
It may be divided so that there is a one-to-one correspondence. That is, it is sufficient that at least one of the positive and negative internal electrode layers is divided so as to correspond to each of the ink channels 32a to 32c on a one-to-one basis.

【0029】さらに、変形拘束部材33は、単一である
必要はなく圧電活性部46に対応して複数個設けてもよ
い。
Furthermore, the deformation restraining member 33 need not be a single one, and a plurality of deformation restraining members 33 may be provided corresponding to the piezoelectric active portions 46.

【0030】さらに、駆動方法として圧電活性部46に
、分極方向と反対方向の駆動電界を印加して概圧電活性
部46の厚みが縮む方向で駆動しても、インクチャンネ
ル32と反対側部分の変位が拘束されていれば上記実施
例と同様の効果が得られる。
Furthermore, even if the driving method is to apply a driving electric field to the piezoelectric active part 46 in the direction opposite to the polarization direction and drive the piezoelectric active part 46 in a direction in which the thickness of the piezoelectric active part 46 is generally reduced, the thickness of the piezoelectric active part 46 on the side opposite to the ink channel 32 may be reduced. If the displacement is restrained, the same effects as in the above embodiment can be obtained.

【0031】[0031]

【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。さらにインク室と反対側の圧電活性部の変形
を拘束する手段を設けたので効率的な変形が得られ、駆
動電圧が低下する。
[Effect of the invention] As is clear from the detailed description above,
According to the piezoelectric inkjet printer head of the present invention, the piezoelectric actuator is provided across the plurality of ejecting devices, and one of the internal positive electrode layer and the internal negative electrode layer is connected to the plurality of ejecting devices. Since the parts are divided one to one, the structure is simplified, the number of manufacturing steps is reduced, and the manufacturing cost is reduced. Furthermore, it is easy to form the pattern of the internal electrode layer by dividing it finely to reduce the area of the locally displaced portion of the laminated piezoelectric element, thereby making it possible to downsize the injection device and improve the resolution of printing. Further, since a means for restraining the deformation of the piezoelectric active portion on the side opposite to the ink chamber is provided, efficient deformation can be obtained and the driving voltage can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】圧電式インクジェットプリンタヘッドの一部を
構成するアレイの断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of an array forming part of a piezoelectric inkjet printer head.

【図2】アレイに電気回路が設けられた状態を示す説明
図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a state in which an electric circuit is provided in the array.

【図3】積層圧電素子の変位分布の測定結果を示す図で
ある。
FIG. 3 is a diagram showing measurement results of displacement distribution of a laminated piezoelectric element.

【図4】グリーンシートの斜視図である。FIG. 4 is a perspective view of a green sheet.

【図5】アレイの組立行程を示す斜視図である。FIG. 5 is a perspective view showing the process of assembling the array.

【図6】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である。
FIG. 6 is a perspective view showing the main parts of an inkjet printer equipped with a piezoelectric inkjet printer head.

【図7】従来例における液滴噴射装置の一部を構成する
アレイの断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view of an array forming part of a conventional droplet ejecting device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

15  圧電式インクジェットプリンタヘッド32  
インクチャンネル(インク室)33  変形拘束部材 38  積層圧電素子(圧電アクチュエータ)40  
圧電セラミックス層 42  内部負電極層 44  内部正電極層 70  噴射装置
15 Piezoelectric inkjet printer head 32
Ink channel (ink chamber) 33 Deformation restraint member 38 Laminated piezoelectric element (piezoelectric actuator) 40
Piezoelectric ceramic layer 42 Internal negative electrode layer 44 Internal positive electrode layer 70 Injection device

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項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
ンタヘッドに於て、前記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、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
うに分割されており、かつ該圧電アクチュエータの前記
インク室と反対側部分の変形を拘束する手段を有するこ
とを特徴とする圧電式インクジェットプリンタヘッド。
1. A piezoelectric type comprising a plurality of ejecting devices that change the volume of an ink chamber by the action of a piezoelectric actuator formed by alternately laminating piezoelectric ceramic layers and internal electrode layers, and eject ink within the ink chamber. In the inkjet printer head, the piezoelectric actuator is provided across a plurality of ejection devices, and at least one of an internal positive electrode layer and an internal negative electrode layer that constitute the internal electrode layer is connected to the plurality of ejecting devices. A piezoelectric inkjet printer head, characterized in that the piezoelectric inkjet printer head is divided one-to-one with respect to the ejecting device, and has means for restraining deformation of a portion of the piezoelectric actuator on the side opposite to the ink chamber.
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