JPH03243358A - Piezoelectric actuator for ink jet recording head - Google Patents
Piezoelectric actuator for ink jet recording headInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野コ
本発明は、インクジェット記録ヘッドに用いられる圧電
アクチュエータに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a piezoelectric actuator used in an inkjet recording head.
［従来の技術］
ワードプロセッサ、パーソナルコンピュータ等の電子機
器の出力装置としてプリンタがあり、このプリンタの１
つにインクジｚ ットプリンタかある。[Prior Art] Printers are used as output devices for electronic devices such as word processors and personal computers.
There is an ink jet printer.
インクジェットプリンタに用いられるヘッドは、ヘッド
内のインク室に圧力を与えることでインク室に連通した
ノズルからインクを噴出させている。2. Description of the Related Art A head used in an inkjet printer applies pressure to an ink chamber within the head to eject ink from a nozzle communicating with the ink chamber.
このインク室に圧力を与える手段として圧電アクチュエ
ータが用いられる。A piezoelectric actuator is used as a means for applying pressure to the ink chamber.
第５図は従来のこの種の圧電アクチュエータの斜視図を
示す。FIG. 5 shows a perspective view of a conventional piezoelectric actuator of this type.
同図において、基板ｌｌ上に複数の溝１２を隔てて、板
状の圧電素子を複数枚積層してなる圧電素子１３が設け
られている。圧電素子１３の上面には信号電極１４が形
成されており、圧電素子１３の下面には図示しない共通
電極（例えばアース電極）が形成されている。In the figure, a piezoelectric element 13 formed by stacking a plurality of plate-shaped piezoelectric elements is provided on a substrate 11 with a plurality of grooves 12 in between. A signal electrode 14 is formed on the upper surface of the piezoelectric element 13, and a common electrode (for example, a ground electrode) (not shown) is formed on the lower surface of the piezoelectric element 13.
圧電素子１３は図の矢印方向に分極されており、各電極
に印加される電圧に応答して上方へ変位する。この変位
を利用して図示しない振動板を介してインク室を圧迫す
ることにより、インクがノズルから噴出し用紙に印字さ
れる。The piezoelectric element 13 is polarized in the direction of the arrow in the figure, and is displaced upward in response to the voltage applied to each electrode. By utilizing this displacement and compressing the ink chamber via a diaphragm (not shown), ink is ejected from the nozzle and printed on the paper.
［発明が解決しようとする課題］
このような構成によると、各圧電素子１３の縦方向の変
位と共に長さ方向、即ち横方向の変位を伴い、この横方
向の変位力が基板及び振動板の全体に作用してたわみが
生しる。その結果、各インク室の容積の変化が他のイン
ク室にも相互に影響するいわゆるクロストーク現象が発
生してしまう。[Problems to be Solved by the Invention] According to such a configuration, each piezoelectric element 13 is displaced in the longitudinal direction, that is, in the lateral direction, and this lateral displacement force acts on the substrate and the diaphragm. It acts on the entire body and causes deflection. As a result, a so-called crosstalk phenomenon occurs in which a change in the volume of each ink chamber mutually affects other ink chambers.
このようなりロストーク現象を防止するため、基板に硬
い材質のものを用いたり、厚いものを用いたりすること
が考えられる。In order to prevent such a losstalk phenomenon, it is conceivable to use a hard material or a thick substrate for the substrate.
このような基板を用いることによってクロストーク象に
よる他のインク室への影響を低減することはてきるが、
同時にこれは横効果による変形を拘束することにもなる
。そのためかえって縦効果による変位を低減してしまい
、各ノズルから噴出されるインクの量も低減し、エネル
ギ変換効率が悪くなるなどの不都合が生じる。By using such a substrate, it is possible to reduce the influence of crosstalk on other ink chambers, but
At the same time, this also restricts deformation due to transverse effects. Therefore, the displacement due to the longitudinal effect is reduced, and the amount of ink ejected from each nozzle is also reduced, causing problems such as poor energy conversion efficiency.
従って本発明の目的は、クロストーク現象を防止しつつ
エネルギ変換効率の良いインクジェット記録ヘッド用圧
電アクチュエータを提供することである。Therefore, an object of the present invention is to provide a piezoelectric actuator for an inkjet recording head that prevents crosstalk phenomena and has high energy conversion efficiency.
［課題を解決するための手段］
上述の目的は本発明によれば基板と、基板の一方の面上
に互いに離隔してマトリクス状に配列された複数の圧電
ブロックとを備えており、各圧電ブロックは複数の共通
電極と複数の圧電材と複数の信号電極とを夫々交互に積
層し構成されていることにより達成される。[Means for Solving the Problem] According to the present invention, the above-mentioned object includes a substrate and a plurality of piezoelectric blocks arranged in a matrix spaced apart from each other on one surface of the substrate, and each piezoelectric block is arranged in a matrix on one surface of the substrate. The block is achieved by alternately laminating a plurality of common electrodes, a plurality of piezoelectric materials, and a plurality of signal electrodes.
［作用］
互いに離隔してマトリクス状に配列された複数の圧電ブ
ロックに信号電圧を印加することにより、圧電ブロック
の横方向の変位が分断される。これにより圧電ブロック
の縦方向の変位が拘束されず信号電圧エネルギーが効率
的に縦方向変位エネルギーに変換される。[Operation] By applying a signal voltage to a plurality of piezoelectric blocks arranged in a matrix and spaced apart from each other, the lateral displacement of the piezoelectric blocks is divided. As a result, the vertical displacement of the piezoelectric block is not restricted, and signal voltage energy is efficiently converted into vertical displacement energy.
［実施例］
以下本発明によるインクジェット記録ヘッド用圧電アク
チュエータを実施例により詳細に説明する。[Example] Hereinafter, the piezoelectric actuator for an inkjet recording head according to the present invention will be described in detail with reference to Examples.
第１図は本発明の一実施例としてインクジェット記録ヘ
ッド用圧電アクチュエータの斜視図を示している。FIG. 1 shows a perspective view of a piezoelectric actuator for an inkjet recording head as an embodiment of the present invention.
同図に示すように、基板２１の一方の面側には複数本の
？ａ２２と２３とが互いに交差して設けられている。こ
れらの複数のＲ２２及び２３により複数の圧電ブロック
２４ａ〜２４１がマトリクス状に離隔して配列されてい
る。As shown in the figure, there are a plurality of cells on one side of the substrate 21. A22 and a23 are provided to intersect with each other. A plurality of piezoelectric blocks 24a to 241 are spaced apart from each other and arranged in a matrix by the plurality of R22 and 23.
これらの圧電ブロック２４ａ〜２４１上に図示しない振
動板を介してインク室とインク室に連通ずるノズルとが
設けられてインクジェット記録ヘッドが構成される。An ink jet recording head is constructed by providing an ink chamber and a nozzle communicating with the ink chamber via a vibration plate (not shown) on these piezoelectric blocks 24a to 241.
第２図は第１図に示す圧電アクチュエータをＡＡ線に沿
って切断した場合の略断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the piezoelectric actuator shown in FIG. 1 taken along line AA.
なお、同図において圧電材は省略されており、電極及び
配線のみ示されている。Note that the piezoelectric material is omitted in the figure, and only the electrodes and wiring are shown.
圧電ブロック２４ａ〜２４ｃの夫々は、複数枚の圧電素
子を積層して形成されている。これらの各圧電素子に電
圧を印加するため、各圧電ブロック２４２〜２４ｃの各
側面には電極２５〜３０が夫々設けられている。Each of the piezoelectric blocks 24a to 24c is formed by laminating a plurality of piezoelectric elements. In order to apply a voltage to each of these piezoelectric elements, electrodes 25 to 30 are provided on each side surface of each piezoelectric block 242 to 24c, respectively.
各圧電素子の共通電極は側面の電極２５．２８及び２９
に夫々接続されており、各信号電極は側面の電極２６．
２７及び３０に夫々接続されている。圧電ブロック２４
ａ及び２４ｂの互いに対向する側面の電極２６は電極２
７に接続されており、圧電ブロック２４ｂ及び２４ｃの
互いに対向する側面の電極２８は電極２９に接続されて
いる。圧電ブロック２４ａの側面の電極２５は、基板の
底面上の配線３２とスルーホール３１を介して電極２８
及び電極２９に接続されている。The common electrodes of each piezoelectric element are side electrodes 25, 28 and 29.
Each signal electrode is connected to the side electrode 26.
27 and 30, respectively. Piezoelectric block 24
Electrodes 26 on opposite sides of a and 24b are electrodes 2
7, and electrodes 28 on opposing sides of the piezoelectric blocks 24b and 24c are connected to an electrode 29. The electrode 25 on the side surface of the piezoelectric block 24a is connected to the electrode 28 via the wiring 32 on the bottom surface of the substrate and the through hole 31.
and connected to the electrode 29.
圧電ブロック２４ｃの側面の電極３０も同様に基板の底
面上の配線３４とスルーホール３２を介して側面の電極
２６及び２７に接続されている。スルーホール３１及び
３２は、基板の両面の配線を接続するため、内側にメツ
キ層が施された貫通穴である。Similarly, the electrode 30 on the side surface of the piezoelectric block 24c is connected to the electrodes 26 and 27 on the side surface via a wiring 34 and a through hole 32 on the bottom surface of the substrate. The through holes 31 and 32 are through holes with a plating layer applied on the inside in order to connect the wiring on both sides of the board.
第３図は第１図の圧電アクチュエータの底面図である。FIG. 3 is a bottom view of the piezoelectric actuator of FIG. 1.
同図において圧電ブロック２４ａの側面の電極２５（第
２図）は配線３３に接続されており、スルーホール３１
に接続されている。圧電ブロック２４ｃの側面の電極３
０（第２図）は配線３４に接続されており、スルーホー
ル３２に接続されている。他の圧電ブロック２４ｄ〜２
４ｉ も同様に接続されている。なお各圧電ブロック２
４ａ 、 ２４ｄ及び２４ｇの側面の電極は共通電極で
あるので夫々互いに接続してもよい。In the figure, the electrode 25 (FIG. 2) on the side surface of the piezoelectric block 24a is connected to the wiring 33, and the through hole 31
It is connected to the. Electrode 3 on the side of piezoelectric block 24c
0 (FIG. 2) is connected to a wiring 34 and connected to a through hole 32. Other piezoelectric blocks 24d~2
4i is also connected in the same way. Furthermore, each piezoelectric block 2
Since the side electrodes 4a, 24d and 24g are common electrodes, they may be connected to each other.
第４図は本実施例の圧電アクチュエータの製造工程を示
す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing the manufacturing process of the piezoelectric actuator of this example.
同図において、圧電材としての圧電セラミック材料の粉
末、有機バインダ、可塑剤などからなるグリーンシート
３５が基板２１（第１図）の厚さに形成される。その上
に複数の平板状の電極３６とグリーンシート３５とが圧
電ブロック２４ａ〜２４１（第１図）の厚さになるまで
交互に積層され、所定の箇所にスルーホールか設けられ
ている（同図（Ａ））このグリーンシート３５と電極３
６との積層体３７が焼成することにより硬化される（同
図（Ｂ））。In the figure, a green sheet 35 made of powder of a piezoelectric ceramic material as a piezoelectric material, an organic binder, a plasticizer, etc. is formed to the thickness of the substrate 21 (FIG. 1). A plurality of flat electrodes 36 and green sheets 35 are alternately laminated thereon until they reach the thickness of the piezoelectric blocks 24a to 241 (Fig. 1), and through holes are provided at predetermined locations (see Fig. 1). Figure (A)) This green sheet 35 and electrode 3
The laminate 37 with 6 is hardened by firing (FIG. 6(B)).
積層体３７を切削加工により複数の溝２３を形成しく同
図（Ｃ）’） 、積層体３７の溝２３に平行な側面の２
つのうち共通電極に接続される面は全面に信号電極に接
続される面は圧電ブロックとなる部分に無電解メツキが
施される。積層体３７の溝２３にも無電解メツキが施さ
れる（同図（Ｄ）。A plurality of grooves 23 are formed in the laminate 37 by cutting.
Of these, electroless plating is applied to the entire surface connected to the common electrode, and to the portion that will become the piezoelectric block, the surface connected to the signal electrode. Electroless plating is also applied to the grooves 23 of the laminate 37 ((D) in the same figure).
次に積層体３７の溝２３と交差するように複数の溝２２
を形成する。これにより各圧電ブロックが形成される（
同図（Ｅ））。Next, a plurality of grooves 22 are formed so as to intersect with the grooves 23 of the laminate 37.
form. This forms each piezoelectric block (
Same figure (E)).
最後に、複数の配線を基板の下面に形成して、圧電アク
チュエータが形成される。Finally, a plurality of wires are formed on the bottom surface of the substrate to form the piezoelectric actuator.
なお、本実施例では、ノズルの数が５０、即ち５０チヤ
ンネルであり、例えば圧電アクチュエータの全長を３０
ｇ１全幅を４０Ｉｏｍとすると、圧電ブロック２４ａ
〜２４ｉの幅は０．１５ｍｍ、奥行き（長さ）は１．０
皿となり、溝２２の幅は０．１５ｍｍ、 ＃２３の幅は
０．５閣となる。この溝２２のピッチや本数はインクジ
ェットヘッドの仕様から決まるものであり、幅は振動板
を変形させる力の効率からピッチの１／２〜３／４が最
適である。溝２３のピッチは１〜２ｗｎ、幅は０．５〜
Ｉｍとするのが望ましい。In this example, the number of nozzles is 50, that is, 50 channels, and the total length of the piezoelectric actuator is, for example, 30.
If g1 full width is 40Iom, piezoelectric block 24a
~24i width is 0.15mm, depth (length) is 1.0
It becomes a plate, and the width of groove 22 is 0.15 mm, and the width of #23 is 0.5 mm. The pitch and number of the grooves 22 are determined by the specifications of the inkjet head, and the optimum width is 1/2 to 3/4 of the pitch in view of the efficiency of the force that deforms the diaphragm. The pitch of the groove 23 is 1~2wn, and the width is 0.5~
It is desirable to set it as Im.
次に本実施例の圧電アクチュエータの動作について説明
する。Next, the operation of the piezoelectric actuator of this embodiment will be explained.
図示しない駆動回路を通じて配線３３と３４に電圧を印
加すると、電圧が基板底面のスルーホール３１及び３２
を介して、圧電ブロックの各側面の電極２５〜３０に印
加される（第２図及び第３図）。When a voltage is applied to the wirings 33 and 34 through a drive circuit (not shown), the voltage is applied to the through holes 31 and 34 on the bottom of the substrate.
is applied to the electrodes 25-30 on each side of the piezoelectric block (FIGS. 2 and 3).
これが各圧電ブロック２４ａ〜２４ｉに加えられて縦効
果による縦方向変位をする。このため、この縦方向変位
により、図示しない振動板を介してインク室を圧迫し、
インクをノズルから噴射させ、用紙への印字が行われる
。This is applied to each piezoelectric block 24a to 24i to cause vertical displacement due to a longitudinal effect. Therefore, this vertical displacement presses the ink chamber via a diaphragm (not shown),
Ink is ejected from the nozzle to print on paper.
従って、各圧電ブロック２４ａ〜２４ｉは溝２２及び２
３によって互いに離隔されており、縦方向変位に伴う横
効果が相互に及ぼしあうことを防止でき、各ノズルから
効率的にインクが噴出される。Therefore, each piezoelectric block 24a-24i has grooves 22 and 2
The nozzles are spaced apart from each other by 3 to prevent lateral effects caused by longitudinal displacement from affecting each other, and ink is efficiently ejected from each nozzle.
［発明の効果コ
以上詳細に説明したように、本発明によれば基板と、基
板の一方の面上に互いに離隔してマトリクス状に配列さ
れた複数の圧電ブロックとを備えており、複数の共通電
極と複数の圧電材と複数の信号電極とが夫々交互に積層
されて構成されていることで積層圧電素子の縦方向変位
に伴う横方向の変位を圧電ブロック単位で阻止すること
ができ、基板上の他の圧電ブロックへの無用な変位力が
伝わるのを確実に防止できる。従って、クロスト−りを
生じることなく各ノズルからのインクの噴射を効率的に
できる。[Effects of the Invention] As explained in detail above, the present invention includes a substrate and a plurality of piezoelectric blocks arranged in a matrix spaced apart from each other on one surface of the substrate. Since the common electrode, a plurality of piezoelectric materials, and a plurality of signal electrodes are alternately stacked, it is possible to prevent lateral displacement caused by vertical displacement of the laminated piezoelectric element in units of piezoelectric blocks. It is possible to reliably prevent unnecessary displacement force from being transmitted to other piezoelectric blocks on the substrate. Therefore, ink can be ejected efficiently from each nozzle without causing crosstalk.
第１図は本発明の一実施例としてのインクジェット記録
ヘッド用圧電アクチュエータの斜視図、第２図は第１図
に示す圧電アクチュエ、−夕をＡ−Ａ線に沿って切断し
た場合の略断面図、第３図は本実施例の圧電アクチュエ
ータの底面図、第４図は本実施例の圧電アクチュエータ
の製造工程を示す説明図、第５図は圧電アクチュエータ
の従来例を示す斜視図である。
２１・・・・・・基板、２２．２３・・・・・・溝、２
４ａ〜２４１・・・・・・圧電ブロック、２５〜３０・
・・・・・電極、３１．３２・・・・・・スルーホール
、３３．３４・・・・・・配線。
′ｌｌ
第４図
第５図FIG. 1 is a perspective view of a piezoelectric actuator for an inkjet recording head as an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic cross-section of the piezoelectric actuator shown in FIG. 1 taken along line A-A. FIG. 3 is a bottom view of the piezoelectric actuator of this embodiment, FIG. 4 is an explanatory diagram showing the manufacturing process of the piezoelectric actuator of this embodiment, and FIG. 5 is a perspective view of a conventional piezoelectric actuator. 21...Substrate, 22.23...Groove, 2
4a~241...Piezoelectric block, 25~30.
...Electrode, 31.32...Through hole, 33.34...Wiring. 'll Figure 4 Figure 5
Claims (1)
ス状に配列された複数の圧電ブロックとを備えており、
該各圧電ブロックは複数の共通電極と複数の圧電材と複
数の信号電極とを夫々交互に積層し構成されていること
を特徴とするインクジェット記録ヘッド用圧電アクチュ
エータ。comprising a substrate and a plurality of piezoelectric blocks arranged in a matrix spaced apart from each other on one surface of the substrate,
A piezoelectric actuator for an inkjet recording head, wherein each piezoelectric block is constructed by alternately laminating a plurality of common electrodes, a plurality of piezoelectric materials, and a plurality of signal electrodes.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3917190A JPH03243358A (en) | 1990-02-20 | 1990-02-20 | Piezoelectric actuator for ink jet recording head |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP3917190A JPH03243358A (en) | 1990-02-20 | 1990-02-20 | Piezoelectric actuator for ink jet recording head |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03243358A true JPH03243358A (en) | 1991-10-30 |
Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3917190A Pending JPH03243358A (en) | 1990-02-20 | 1990-02-20 | Piezoelectric actuator for ink jet recording head |
Country Status (1)
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