JPH0848032A - 圧電駆動体、及びこれを使用したインクジェット式記録ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 変位効率の高い小型の圧電駆動体を得るこ
と。 【構成】 異なる極となる導電層１３、１４を中央部で
重なるように圧電材料１５と交互に積層して構成した第
１の層１１の一方の面に圧電効果による変形を来さない
第２の層１２を形成する。第１の層１１に駆動信号を印
加すると、この層の導電層の重なり部１６だけが収縮す
るため、両層１１、１２の間に歪みが生じて、たわみが
生じる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電材料と導電層を交
互に積層してなる圧電駆動体、及びこれを使用したイン
クジェット式記録ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、ノズル開口、及びリザーバに
連通する圧力発生室の一部を弾性板で形成するととも
に、弾性板を弾性変形させて圧力発生室を膨張、収縮さ
せるインクジェット式記録ヘッドなど極めて小型の器機
の駆動源として、面方向に変形するたわみ振動モードの
圧電駆動体や、また圧電材料と導電材料を交互に積層し
て軸方向に変位を生みだす縦振動モードの圧電駆動体が
用いられている。前者は、構造が簡単なため比較的安価
に製造できるものの、発生する力が小さく、また応答周
波数が低くいという問題があり、また後者は、高速駆動
が可能な反面、変位量が小さいという不都合がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような問
題に鑑みてなされたものであって、その目的とするとこ
ろは高速駆動が可能で、しかも大きな変位量を得ること
ができる小型の圧電駆動体を提供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】このような問題を解消す
るために本発明においては、異なる極となる導電層を中
央部で重なるように圧電材料と交互に積層して構成した
第１の層と、前記第１の層の一方の面に形成された第２
の層とから構成するようにした。

【０００５】

【作用】第１の層に駆動信号を印加すると、この層が収
縮して両層の間に歪みが生じ、かつ両端を基台に固定さ
れているため、中央部だけが変形し、ここに当接されて
いる被駆動体に大きな力の機械的エネルギを付与する。

【０００６】

【実施例】そこで以下に本発明の詳細を図示した実施例
に基づいて説明する。図１は、本発明の圧電駆動体をイ
ンクジェット式記録ヘッドに適用したもので、図中符号
１は、インクジェット式記録ヘッドを構成する流路構成
ユニットで、ノズル開口２が穿設されたノズルプレート
３と、圧力発生室４を形成する流路形成板５と、後述す
る圧電駆動体１０の変位により変形する弾性板６とを積
層して構成されている。

【０００７】符号１０は、本発明が特徴とする圧電駆動
体で、第１の層１１と第２の層１２とを積層して構成さ
れており、第１の層１１は、一端から中央部に延びる一
方の電極となる導電層１３、１３と、他端から中央部に
延びる他方の電極となる導電層１４、１４とを圧電材料
層１５、１５を挟むように複数層形成して、中央部で導
電層１４、１５の重なり部１６ができるように構成され
ている。

【０００８】第２の層１２は、第１の層１１に対して強
い接合力を発揮する材料、例えばセラミックの薄板や、
また電界の作用を受けない同上第１の層１１と同一のも
のが用いられている。

【０００９】この圧電駆動体１０は、圧電材料のグリー
ンシートに導電層を形成し、これの表面に圧電材料のグ
リーンシートを積層するという工程を複数回繰り返し
て、所定の厚みの第１の層１１を形成する。ついで、第
１の層の一方の面にセラミックスや上記圧電材料のグリ
ーンシートを必要な厚みになるまで積層し、これら両層
を焼成することにより、簡単に製造することができる。

【００１０】このような方法で製作すると、図３に示し
たように長尺状の圧電駆動体２３を簡単に得ることがで
きるので、その両側を基台２０に固定して、各圧力発生
室に対応するようにダイシングソウやワイヤソウ２２等
により所定のピッチで切分けることにより、非駆動体に
適したサイズのものを得ることができる。そして各駆動
体１０の表面に被駆動体、この実施例では流路構成ユニ
ット１の弾性板６を固定すれば目的の装置ができあが
る。

【００１１】この実施例において、圧電駆動体１０に駆
動信号を印加すると、第１の層１１は、導電層１３、１
４の重なり部１６が軸方向にｄ３１効果により収縮す
る。ところが、第１の層１１の表面には、圧電効果によ
っては変形しない第２の層１２が固定されているため、
基台２０に固定された両端を不動点として第１層１１、
第２層１２は図２に示したように中央部を凸とするよう
に変形する。もとより、両端を大きな剛性の基台２０に
固定されているため、極めて大きな力を発生することに
なる。

【００１２】圧電駆動体１０のこの変形は、弾性板６の
中央部を変形させて圧力発生室４を圧縮することになり
このインクを圧縮してノズル開口２からインク滴を吐出
させることになる。

【００１３】駆動信号が除去されると、第１の層１１が
元の状態に戻るため、駆動体全体も平板状となり圧力発
生室４が膨張してリザーバからインクが圧力発生室４に
流れ込み、次のインク滴の吐出が可能となる。

【００１４】第１の層１１が厚さ０．１ｍｍ（圧電材料
２０μｍのものを導電層１３、１４を挟んで５層積
層）、長さ１ｍｍ、導電層の重なり部１６の長さＬ＝
０．６ｍｍで、また第２の層１２が厚さ０．１ｍｍ、長
さ１ｍｍの圧電駆動体を製作して調査したところ、１．
５μｍの変位を得ることができた。

【００１５】一方、比較のため、図４に示したように圧
電材料３２と導電材料３０、３１を交互に積層して、導
電層の積層方向と直行する方向の変位を利用する圧電駆
動体３３で、同程度の変位を得るためには、６ｍｍ程度
の長さが必要であった。これらのことから、本願発明の
圧電駆動体は、小型の器機を駆動するのに極めて好適な
アクチュエータとして利用することができる。

【００１６】特に、圧電駆動体の中央部を選択的に変形
させることができるため、圧力発生室４の中央部を集中
的に変形させる必要があるインクジェット式記録ヘッド
には最適なアクチュエータとなる。

【００１７】

【発明の効果】以上、説明したように本発明において
は、異なる極となる導電層を中央部で重なるように圧電
材料と交互に積層して構成した第１の層と、第１の層の
一方の面に第２の層を形成したので、第１の層に駆動信
号を印加すると、この層が収縮するため、両層の間に歪
みが生じてたわみが生じて、ここに当接されている被駆
動体に機械的エネルギを付与することができ、しかも導
電層に対して平行、及び垂直方向の変位であるため、高
速駆動が可能となる。また、圧電駆動体の両端が基台に
固定されているため、片持梁状に支持している場合に比
較して組立作業中における破損を極めて少なくすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の圧電駆動体の一実施例を、インクジェ
ット式記録ヘッドに適用した場合に例を採って示す断面
図である。

【図２】同上装置の動作を示す図である。

【図３】圧電駆動体の製造方法の一実施例を示す図であ
る。

【図４】インクジェット式記録ヘッドに使用されている
従来の圧電駆動体の一例を示す図である。

【符号の説明】

１ 流路構成ユニット ２ ノズル開口 ３ ノズルプレート ４ 圧力発生室 ５ 流路形成板 ６ 弾性板 １０ 圧電駆動体 １１ 第１の層 １２ 第２の層 １３、１４ 導電層 １５ 圧電材料層 １６ 重なり部 ２０ 基台

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 異なる極となる導電層を中央部で重なり
   部を形成するように圧電材料と交互に積層して構成した
   第１の層と、前記第１の層の一方の面に固定された第２
   の層とからなる圧電駆動体。
2. 【請求項２】 前記第２の層がセラミック、又は前記圧
   電材料により構成されている請求項１の圧電駆動体。
3. 【請求項３】 ノズル開口が穿設されたノズルプレート
   と、圧力発生室及びリザーバを形成する流路形成板と、
   弾性板とをそれぞれ積層してなる流路構成ユニットと、 異なる極となる導電層を中央部で重なり部を形成するよ
   うに圧電材料と交互に積層して構成した第１の層と、前
   記層の一方の面に形成された第２の層とからなる圧電駆
   動体を、少なくとも前記導電層の重なり部が前記弾性板
   に当接するように固定してなるインクジェット式記録ヘ
   ッド。
4. 【請求項４】 前記第２の層がセラミック、または前記
   圧電材料により構成されている請求項３のインクジェッ
   ト式記録ヘッド。