JP2000117975A - Ink jet head drive device - Google Patents
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Landscapes
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、積層型圧電素子か
ら成るインクジェットヘッドの駆動装置の技術分野に属
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention belongs to the technical field of a driving device for an ink jet head comprising a laminated piezoelectric element.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来のインクジェットプリンタに用いら
れるインクジェットヘッドは、複数の区画壁により区画
されたたインク圧力室を備えたセラミック製のキャビテ
ィプレートと、該キャビティプレートに接合した圧電素
子とにより構成されており、該圧電素子によりインク圧
力室内に圧力変動を生じさせ、インク圧力室内のインク
をキャビティプレートに形成したノズルから吐出させて
いる。2. Description of the Related Art An ink jet head used in a conventional ink jet printer comprises a ceramic cavity plate having an ink pressure chamber partitioned by a plurality of partition walls, and a piezoelectric element joined to the cavity plate. The piezoelectric element causes a pressure fluctuation in the ink pressure chamber, and the ink in the ink pressure chamber is discharged from a nozzle formed in the cavity plate.
【0003】圧電素子には様々な種類のものが用いられ
るが、一例として、積層型の圧電素子が挙げられる。こ
の積層型の圧電素子は、グリーンシート状に形成した圧
電体上に、銀ペーストで形成された正負の電極をスクリ
ーン印刷し、このような電極が形成されたグリーンシー
ト状の圧電体を幾層にも積層し、脱バインダ・焼成処理
を施し、前記圧電素子を所定の方向に分極させた後、更
にその後圧電素子の変形部をそれぞれ独立させるように
複数の切欠凹部を設けるという工程を経て製造される。[0003] Various types of piezoelectric elements are used. One example is a laminated piezoelectric element. In this laminated piezoelectric element, positive and negative electrodes formed of a silver paste are screen-printed on a green sheet-shaped piezoelectric body, and several layers of the green sheet-shaped piezoelectric body formed with such electrodes are formed. After performing a binder removal / sintering process, polarizing the piezoelectric element in a predetermined direction, and further providing a plurality of cutout recesses so as to make the deformed portions of the piezoelectric element independent from each other. Is done.
【0004】従って、前記正負の電極に所定の電圧を印
加することにより、前記圧電素子の変形部をそれぞれ独
立して変位させることができ、前記複数のインク圧力室
の室内に必要な圧力変動を生じさせることができる。Therefore, by applying a predetermined voltage to the positive and negative electrodes, the deformed portions of the piezoelectric element can be displaced independently of each other, and necessary pressure fluctuations in the plurality of ink pressure chambers can be suppressed. Can be caused.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来例によれば、最上層位置の圧電体層と該圧電体層より
も下層の圧電体層との間、及び最下層位置の圧電体層と
該圧電体層よりも上層の圧電体層との間に印刷された電
極は、当該電極を形成する銀ペーストが、焼成工程にお
いて最上層位置及び最下層位置の圧電体層の圧電体中へ
と拡散するため、中間層に形成された電極よりも薄くな
ってしまう。そのため、焼成後に圧電素子に対して切削
加工処理を施し、前記切欠凹部を設けると、前記薄くな
った電極が切削加工処理の際の衝撃により断裂し、圧電
素子の電気特性が低下するという問題があった。その結
果、圧電素子の変形部の変化量が不均一になり、吐出さ
れる液滴速度及び容量が不均一になるという問題があっ
た。However, according to the above-mentioned prior art, the piezoelectric layer at the uppermost position and the piezoelectric layer below the piezoelectric layer, and the piezoelectric layer at the lowermost position, The electrode printed between the piezoelectric layer above the piezoelectric layer and the silver paste forming the electrode are transferred into the piezoelectric body of the piezoelectric layer at the uppermost position and the lowermost position in the firing step. Because of the diffusion, the electrode becomes thinner than the electrode formed on the intermediate layer. Therefore, when the piezoelectric element is subjected to a cutting process after firing and the notch recess is provided, the thinned electrode is torn by an impact during the cutting process, and the electric characteristics of the piezoelectric element are reduced. there were. As a result, there has been a problem that the amount of change in the deformed portion of the piezoelectric element becomes non-uniform, and the speed and volume of the discharged droplet become non-uniform.
【0006】本発明は、前記問題点解決し、焼成工程後
に切削加工処理等により切欠凹部を設ける場合でも、電
極の断裂を防止し、圧電素子の変形部の変化量の均一性
を保つことのできるインクジェットヘッドの駆動装置を
提供することを課題としている。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned problems, and prevents the electrode from being broken even when a notch recess is formed by a cutting process or the like after the firing step, and maintains the uniformity of the variation of the deformed portion of the piezoelectric element. It is an object of the present invention to provide a driving device for an inkjet head that can be used.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】請求項1に記載のインク
ジェットヘッドの駆動装置は、前記課題を解決するため
に、インク圧力室に貯留されているインクに圧力変動を
与えることにより当該インクを吐出させるインクジェッ
トヘッドの駆動装置であって、2層以上に積層された圧
電体層と、前記圧電体層間に形成された電極とを備え、
前記圧電体層及び電極には、電歪効果による変形に寄与
する圧電体層及び電極以外に、電歪効果による変形に寄
与しないダミーの圧電体層及びダミーの電極を含むこと
を特徴とする。According to a first aspect of the present invention, there is provided a driving apparatus for an ink jet head which ejects the ink by applying a pressure fluctuation to ink stored in an ink pressure chamber. A driving device for an ink jet head, comprising: a piezoelectric layer stacked in two or more layers; and an electrode formed between the piezoelectric layers.
The piezoelectric layer and the electrode include a dummy piezoelectric layer and a dummy electrode that do not contribute to the deformation due to the electrostriction effect, in addition to the piezoelectric layer and the electrode that contribute to the deformation due to the electrostriction effect.
【0008】請求項1に記載のインクジェットヘッドの
駆動装置によれば、ダミーの圧電体層及びダミーの電極
は、電歪効果による変形に寄与しないため、電歪効果に
よる変形に寄与する2層以上に積層された圧電体層及び
電極に対し、積層方向の最も外側に位置することにな
る。一方、本発明のインクジェットヘッドの駆動装置
は、前記ダミーの圧電体層及びダミーの電極を含む積層
された圧電体層及び電極を焼成することにより製造され
るため、前記積層方向の最も外側に位置する電極を形成
する材料は、焼成工程時にて前記積層方向の最も外側に
位置する圧電体層中に拡散し、当該電極は薄くなる。し
かしながら、前記積層方向の最も外側に位置する電極
は、電歪効果による変形に寄与しないダミーの電極であ
り、前記積層方向の最も外側に位置する圧電体層はダミ
ーの圧電体層であるから、前記焼成工程時においてはダ
ミーの電極がダミーの圧電体層中に拡散し、該ダミーの
電極が薄くなることになる。従って、この後に切削加工
処理等が施されると、該ダミーの電極は断裂を起こすこ
とになる。これに対し、前記ダミーの圧電体及びダミー
の電極以外の圧電体層及び電極は、前記拡散による影響
を受けないため、電極の断裂は発生せず当該圧電体層及
び電極からなる変形部の電気特性は低下しない。その結
果、良好な電歪効果による変形が得られる。According to the first aspect of the present invention, since the dummy piezoelectric layer and the dummy electrode do not contribute to the deformation due to the electrostrictive effect, two or more layers contribute to the deformation due to the electrostrictive effect. With respect to the piezoelectric layers and the electrodes stacked in the stacking direction, it is located on the outermost side in the stacking direction. On the other hand, since the inkjet head driving device of the present invention is manufactured by firing the laminated piezoelectric layers and electrodes including the dummy piezoelectric layers and the dummy electrodes, it is located at the outermost position in the laminating direction. The material for forming the electrode is diffused into the outermost piezoelectric layer in the laminating direction during the firing step, and the electrode becomes thinner. However, the outermost electrode in the stacking direction is a dummy electrode that does not contribute to deformation due to the electrostriction effect, and the outermost piezoelectric layer in the stacking direction is a dummy piezoelectric layer. During the firing step, the dummy electrode diffuses into the dummy piezoelectric layer, and the dummy electrode becomes thin. Therefore, if a cutting process or the like is performed thereafter, the dummy electrode will be torn. On the other hand, the piezoelectric layer and the electrodes other than the dummy piezoelectric body and the dummy electrode are not affected by the diffusion, so that the electrode is not torn and the electric deformation of the deformed portion composed of the piezoelectric layer and the electrode is not caused. The properties do not degrade. As a result, good deformation due to the electrostrictive effect is obtained.
【0009】請求項2に記載のインクジェットヘッドの
駆動装置は、前記課題を解決するために、請求項1に記
載のインクジェットヘッドの駆動装置において、前記ダ
ミーの圧電体層は、前記電歪効果による変形に寄与する
圧電体層を狭持するように最上層位置及び最下層位置に
設けられており、前記ダミーの電極層は、前記ダミーの
圧電体層と前記電歪効果による変形に寄与する圧電体層
との間に形成されていることを特徴とする。According to a second aspect of the present invention, there is provided an ink jet head driving apparatus according to the first aspect, wherein the dummy piezoelectric layer is formed by the electrostrictive effect. The dummy electrode layer is provided at an uppermost position and a lowermost position so as to sandwich the piezoelectric layer contributing to deformation, and the dummy electrode layer and the piezoelectric layer contributing to deformation due to the electrostrictive effect are provided. It is characterized by being formed between the body layer.
【0010】請求項2に記載のインクジェットヘッドの
駆動装置によれば、前記ダミーの電極は、最上層位置と
最下層位置の双方において、前記ダミーの圧電体層と前
記電歪効果による変形に寄与する圧電体層との間に設け
られることになる。従って、前記最上層位置と最下層位
置の双方において生じる前記拡散は、何れも前記ダミー
の電極とダミーの圧電体層との間で生じる。その結果、
前記電歪効果による変形に寄与する圧電体層と電極の前
記拡散による影響がより一層確実に防止され、電極の断
裂による当該圧電体層及び電極からなる変形部の電気特
性の低下はより一層確実に防止される。その結果、より
一層良好な電歪効果による変形が得られる。According to a second aspect of the present invention, the dummy electrode contributes to the deformation of the dummy piezoelectric layer and the electrostrictive effect at both the uppermost position and the lowermost position. And the piezoelectric layer. Therefore, the diffusion that occurs in both the uppermost layer position and the lowermost layer position occurs between the dummy electrode and the dummy piezoelectric layer. as a result,
The effect of the diffusion of the piezoelectric layer and the electrode, which contributes to the deformation due to the electrostriction effect, is more reliably prevented, and the deterioration of the electrical characteristics of the deformed portion composed of the piezoelectric layer and the electrode due to the rupture of the electrode is more reliably. Is prevented. As a result, a better deformation due to the electrostriction effect can be obtained.
【0011】請求項3に記載のインクジェットヘッドの
駆動装置は、前記課題を解決するために、請求項1また
は請求項2に記載のインクジェットヘッドの駆動装置に
おいて、前記圧電体層は積層方向に分極され、該分極方
向と平行な電界により伸縮モードにて変形を生じさせる
ことを特徴とする。According to a third aspect of the present invention, there is provided an ink jet head driving apparatus according to the first or second aspect, wherein the piezoelectric layer is polarized in a laminating direction. The electric field parallel to the polarization direction causes a deformation in a stretching mode.
【0012】請求項3に記載のインクジェットヘッドの
駆動装置によれば、前記圧電体層を積層方向に分極し、
前記電極にそれぞれ所定の電圧を印加することにより、
前記分極方向と平行な電界を生じさせ、当該電界により
圧電体を伸縮モードにて変形させる。従って、前記積層
方向の最も外側の位置に、電歪効果による変形に寄与し
ないダミーの圧電体層とダミーの電極を設けることによ
り、前記伸縮モードによる前記外側方向への変形を拘束
して、前記外側方向とは反対方向への変形量を増大させ
る。このように、前記ダミーの圧電体層とダミーの電極
は、拡散による電極の薄層化に対するダミーとして機能
するだけではなく、変形部の変形を補う。According to a third aspect of the present invention, the piezoelectric layer is polarized in the laminating direction,
By applying a predetermined voltage to each of the electrodes,
An electric field parallel to the polarization direction is generated, and the electric field deforms the piezoelectric body in the expansion and contraction mode. Therefore, by providing a dummy piezoelectric layer and a dummy electrode that do not contribute to the deformation due to the electrostriction effect at the outermost position in the lamination direction, the deformation in the outward direction due to the expansion and contraction mode is restricted, The amount of deformation in the direction opposite to the outward direction is increased. As described above, the dummy piezoelectric layer and the dummy electrode not only function as a dummy for reducing the thickness of the electrode due to diffusion, but also compensate for deformation of the deformed portion.
【0013】請求項4に記載のインクジェットヘッドの
駆動装置は、前記課題を解決するために、インク圧力室
に貯留されているインクに圧力変動を与えることにより
当該インクを吐出させるインクジェットヘッドの駆動装
置であって、2層以上に積層された圧電体層と、圧電体
層間に形成された電極とを備え、前記圧電体層の最上部
層と最下部層に形成された電極の厚さは、他の圧電体層
に形成された電極の厚さよりも大きいことを特徴とす
る。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a driving apparatus for an ink-jet head which discharges the ink by applying pressure fluctuation to ink stored in an ink pressure chamber in order to solve the above problem. Comprising a piezoelectric layer laminated in two or more layers, an electrode formed between the piezoelectric layers, the thickness of the electrodes formed on the uppermost layer and the lowermost layer of the piezoelectric layer, It is characterized in that the thickness is larger than the thickness of the electrodes formed on the other piezoelectric layers.
【0014】請求項4に記載のインクジェットヘッドの
駆動装置によれば、本発明のインクジェットヘッドの駆
動装置は、前記積層された圧電体層及び電極を焼成する
ことにより製造されるため、前記圧電体層の最上部層と
最下部層に形成された電極を形成する材料は、焼成工程
時にて前記最上部層と最下部層の圧電体中に拡散し、当
該電極は薄くなる。しかしながら、前記圧電体層の最上
部層と最下部層に形成された電極は、厚さが他の圧電体
層に形成された電極の厚さよりも大であるため、前記拡
散により薄くなったとしても、前記他の圧電体層に形成
された電極よりも薄くなることがない。その結果、前記
圧電体層の最上部層と最下部層に形成された電極の断裂
は発生せず当該圧電体層及び電極からなる変形部の電気
特性は低下しない。その結果、良好な電歪効果による変
形が得られる。According to a fourth aspect of the present invention, the inkjet head driving apparatus of the present invention is manufactured by firing the laminated piezoelectric layers and electrodes. The material forming the electrodes formed on the uppermost layer and the lowermost layer of the layer diffuses into the piezoelectric material of the uppermost layer and the lowermost layer during the firing step, and the electrodes become thinner. However, since the electrodes formed on the uppermost layer and the lowermost layer of the piezoelectric layer are thicker than the electrodes formed on the other piezoelectric layers, it is assumed that the electrodes are thinner due to the diffusion. Also, the thickness of the electrodes does not become thinner than the electrodes formed on the other piezoelectric layers. As a result, the electrodes formed on the uppermost layer and the lowermost layer of the piezoelectric layer do not fracture, and the electrical characteristics of the deformed portion including the piezoelectric layer and the electrode do not deteriorate. As a result, good deformation due to the electrostrictive effect is obtained.
【0015】[0015]
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を添付
図面に基づいて説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
【0016】(第1の実施形態)先ず、本発明の第1の
実施形態を図1乃至図4に基づいて説明する。なお、本
実施形態との比較のため従来例を示した図7及び図8を
も参照する。(First Embodiment) First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 and 8 showing a conventional example for comparison with the present embodiment.
【0017】図1は本実施形態の積層圧電体の焼成工程
前の状態を示す斜視図、図2は本実施形態の圧電素子の
完成状態を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a state before a firing step of the laminated piezoelectric body of the present embodiment, and FIG. 2 is a perspective view showing a completed state of the piezoelectric element of the present embodiment.
【0018】以下、本実施形態の圧電素子1の構成を製
造方法と共に説明する。Hereinafter, the structure of the piezoelectric element 1 according to the present embodiment will be described together with the manufacturing method.
【0019】本実施形態の圧電素子1を製造する際に
は、まず、最下層にPZT(ジルコンチタン酸鉛(Pb(Z
r,Ti)O3))等の圧電材料よりなるグリーンシート状の
ダミー圧電体層30を設け、該ダミー圧電体層30上に
全面に亘って銀ペーストをスクリーン印刷してダミー電
極層31を形成する。ダミー圧電体層30は、電歪効果
による変形に寄与する他の圧電体層よりも厚く形成し、
ダミー電極層31は電歪効果による変形に寄与する他の
電極層と同じ厚さに形成する。In manufacturing the piezoelectric element 1 of this embodiment, first, PZT (lead zircon titanate (Pb (Z
A green sheet-shaped dummy piezoelectric layer 30 made of a piezoelectric material such as r, Ti) O 3 )) is provided, and a silver paste is screen-printed on the entire surface of the dummy piezoelectric layer 30 to form a dummy electrode layer 31. Form. The dummy piezoelectric layer 30 is formed thicker than other piezoelectric layers that contribute to deformation due to the electrostriction effect,
The dummy electrode layer 31 is formed to have the same thickness as other electrode layers that contribute to deformation due to the electrostriction effect.
【0020】次に、前記ダミー電極層31上には、ダミ
ー圧電体層30よりも薄いグリーンシート状の圧電体層
20aを積層し、該圧電体層20a上には前記ダミー電
極層31と同じ厚さの銀ペーストをスクリーン印刷する
ことにより電極層19aを形成する。Next, a green sheet-like piezoelectric layer 20a thinner than the dummy piezoelectric layer 30 is laminated on the dummy electrode layer 31, and the same layer as the dummy electrode layer 31 is formed on the piezoelectric layer 20a. The electrode layer 19a is formed by screen-printing a silver paste having a thickness.
【0021】以下、圧電体層20aと同じ厚さのグリー
ンシート状の圧電体層20b、20c、20d、20
e、20f、20g、及び20hと、前記電極層19a
と同じ厚さの電極層19b、19c、19d、19e、
19f及び19gとを同様の手順により積層する。Hereinafter, green sheet-like piezoelectric layers 20b, 20c, 20d, and 20 having the same thickness as the piezoelectric layer 20a will be described.
e, 20f, 20g, and 20h, and the electrode layer 19a
Electrode layers 19b, 19c, 19d, 19e having the same thickness as
19f and 19g are laminated in the same procedure.
【0022】また、この段階で最上層に位置している圧
電体層20h上には、他の電極層と同じ厚さの銀ペース
トをスクリーン印刷することによりダミー電極層33を
形成する。At this stage, a dummy electrode layer 33 is formed on the uppermost piezoelectric layer 20h by screen printing a silver paste having the same thickness as the other electrode layers.
【0023】そして、前記ダミー電極層33上には、圧
電体層20a、20c、20d、20e、20f、20
g、及び20hよりも厚いグリーンシート状のダミー圧
電体層32を積層する。On the dummy electrode layer 33, the piezoelectric layers 20a, 20c, 20d, 20e, 20f, 20f
g and a green sheet-like dummy piezoelectric layer 32 thicker than 20h.
【0024】次に、以上のような積層体の全体を加熱プ
レスし、脱バインダ、焼成等の工程を経て積層型圧電体
を得る。この焼成工程においては、最上層及び最下層に
位置する電極層を形成する銀ペーストが、中間層に位置
する圧電体層よりも厚く形成された最上層及び最下層に
位置する圧電体中に拡散し、前記電極層が中間層に位置
する電極層よりも薄くなる現象が見られる。本実施形態
の圧電素子1は、上述したように、ダミー電極層31が
最下層の電極層であり、ダミー電極層33が最上層の電
極層となる。また、ダミー圧電層30が最下層の圧電層
であり、ダミー圧電層32が最上層の圧電層である。従
って、最下層のダミー電極層31を形成する銀ペースト
は最下層のダミー圧電層30の圧電体中に拡散し、最上
層のダミー電極層33を形成する銀ペーストは最上層の
ダミー圧電層32の圧電体中に拡散する。その結果、ダ
ミー電極層31とダミー電極層33は、他の電極層より
も薄くなる。一方、ダミー電極層31とダミー電極層3
3以外の電極層は上述のような拡散を起こさないため、
焼成工程前の厚さのままである。Next, the entire laminated body as described above is heated and pressed, and a laminated piezoelectric body is obtained through steps such as binder removal and firing. In this firing step, the silver paste forming the uppermost and lowermost electrode layers diffuses into the uppermost and lowermost piezoelectric bodies formed thicker than the middle piezoelectric layer. However, there is a phenomenon that the electrode layer becomes thinner than the electrode layer located in the intermediate layer. As described above, in the piezoelectric element 1 of the present embodiment, the dummy electrode layer 31 is the lowermost electrode layer, and the dummy electrode layer 33 is the uppermost electrode layer. The dummy piezoelectric layer 30 is the lowermost piezoelectric layer, and the dummy piezoelectric layer 32 is the uppermost piezoelectric layer. Therefore, the silver paste forming the lowermost dummy electrode layer 31 diffuses into the piezoelectric material of the lowermost dummy piezoelectric layer 30, and the silver paste forming the uppermost dummy electrode layer 33 is the uppermost dummy piezoelectric layer 32. In the piezoelectric material. As a result, the dummy electrode layers 31 and 33 are thinner than the other electrode layers. On the other hand, the dummy electrode layers 31 and 3
Since the electrode layers other than 3 do not cause the diffusion as described above,
It remains at the thickness before the firing step.
【0025】次に、以上のようにして得られた積層型圧
電素子を130℃程度のシリコンオイル等の絶縁オイル
が満たされた図示しないオイルバス中に浸し、分極用の
電極により積層型圧電体に対して2.5kV/mm程度
の電界を印加し、分極処理を施す。Next, the laminated piezoelectric element obtained as described above is immersed in an oil bath (not shown) filled with an insulating oil such as silicone oil at about 130 ° C., and the laminated piezoelectric element is polarized by an electrode for polarization. , An electric field of about 2.5 kV / mm is applied to perform polarization processing.
【0026】次に、炭化珪素等の微粒子を用いたドライ
エッチング法(ショットブラスト法)等により切削加工
処理を行い、図2に示すように圧電素子の変形領域間に
空間26を設けて複数の桁状の変形部を形成し、圧電素
子1が完成する。切削加工処理による加工を行った場合
には、加工の際に衝撃が生じ、前記拡散により薄くなっ
たダミー電極層31及びダミー電極層33はこの衝撃の
影響により断裂する場合がある。しかしながら、ダミー
電極層31及びダミー電極層33は圧電体の電歪効果に
よる変形に寄与する電極層ではないため、前記断裂が生
じたとしても、圧電素子の電気特性に影響を与えること
がない。Next, a cutting process is performed by a dry etching method (shot blast method) using fine particles of silicon carbide or the like, and as shown in FIG. By forming a girder-shaped deformed portion, the piezoelectric element 1 is completed. When the cutting process is performed, an impact is generated during the processing, and the dummy electrode layer 31 and the dummy electrode layer 33, which are thinned by the diffusion, may be broken by the influence of the impact. However, since the dummy electrode layer 31 and the dummy electrode layer 33 are not electrode layers that contribute to the deformation of the piezoelectric body due to the electrostrictive effect, even if the tear occurs, the electrical characteristics of the piezoelectric element are not affected.
【0027】次に、以上のようにして製造した圧電素子
1を用いたインクジェットヘッドの構成を図3及び図4
に基づいて詳しく説明する。図3は、インクジェットヘ
ッドの往復動軸に垂直な面の断面図であり、図4は図3
におけるY−Y断面の正面図である。Next, the structure of an ink jet head using the piezoelectric element 1 manufactured as described above is shown in FIGS.
It will be described in detail based on. FIG. 3 is a sectional view of a plane perpendicular to the reciprocating axis of the ink jet head, and FIG.
It is a front view of the YY cross section in FIG.
【0028】図3に示すように、本実施形態のインクジ
ェットヘッド5は、図示しないインク供給装置から供給
されるインクIを一時的に貯留するインク溜め15及び
図3の紙面に垂直な方向に複数列のインク圧力室16が
形成されているプレート部としてのキャビティプレート
5aと、インク圧力室16のインク溜め15と反対の面
を塞ぐ形で夫々のインク圧力室16に対応してインク吐
出口17が形成されているノズルプレート17と、上述
した圧電素子1と、当該圧電素子1を支持する支持部材
としての支持部5bと、当該圧電素子1内に形成されて
いる電極又は電極層に対して所定の極性の電圧を印加す
る駆動手段としての駆動部21と、駆動部21を制御す
ることにより、インクIを吐出させて記録すべき記録情
報に対応した記録を行う制御手段としての制御部22と
により構成されている。As shown in FIG. 3, the ink jet head 5 of this embodiment has an ink reservoir 15 for temporarily storing ink I supplied from an ink supply device (not shown) and a plurality of ink reservoirs 15 in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. A cavity plate 5a as a plate portion in which the ink pressure chambers 16 of the rows are formed; and ink discharge ports 17 corresponding to the respective ink pressure chambers 16 so as to cover the surface of the ink pressure chambers 16 opposite to the ink reservoir 15. Is formed on the nozzle plate 17, the above-described piezoelectric element 1, the support portion 5b as a support member for supporting the piezoelectric element 1, and the electrodes or electrode layers formed in the piezoelectric element 1. A driving unit 21 as a driving unit for applying a voltage of a predetermined polarity, and a recording corresponding to the recording information to be recorded by discharging the ink I by controlling the driving unit 21. It is constituted by a controller 22 as control means for performing.
【0029】圧電素子1は、桁状の変形部を形成する際
に生じた空間26の開口部を支持部5b側に向けてダミ
ー圧電層30が支持部5bに接着取付されており、ダミ
ー圧電層32にはキャビティプレート5aの区画壁24
が接着取付されている。それぞれの桁状の変形部は、キ
ャビティプレート5aのインク圧力室16に対応した位
置に来るように配置される。In the piezoelectric element 1, a dummy piezoelectric layer 30 is adhered and attached to the support portion 5b with the opening of the space 26 generated when forming the girder-shaped deformed portion facing the support portion 5b. The layer 32 includes the partition wall 24 of the cavity plate 5a.
Are attached by gluing. Each of the girder-shaped deformed portions is disposed so as to come to a position corresponding to the ink pressure chamber 16 of the cavity plate 5a.
【0030】各圧電体層20b、20c、20d、20
e、20f、20g、及び20hは、インクジェットヘ
ッド5を製造する際の上述した分極処理により、図4に
示す方向に分極している。Each of the piezoelectric layers 20b, 20c, 20d, 20
e, 20f, 20g, and 20h are polarized in the directions shown in FIG. 4 by the above-described polarization processing when the inkjet head 5 is manufactured.
【0031】そして、インクIを加圧して吐出させるタ
イミングにおいては、圧電素子1内の各電極層19a、
19b、19c、19d、19e、19f、19g、並
びにダミー電極層31、33に対して、図2に正印又は
負印で示す極性の電圧が駆動部21により印加される。
すなわち、電極層19a、19c、19e、19g、並
びにダミー電極31、33に対して正の電圧が印加さ
れ、電極層19b、19d、19f及び23に対しては
負の電圧が印加される。このとき、圧電体層20b、2
0c、20d、20e、20f、20g、及び20h
が、電極層19a、19b、19c、19d、19e、
19f、19gに夫々印加されている電圧により伸縮モ
ードで変形し、この変形によりダミー圧電体層30がイ
ンク圧力室16内の容積を減少させるように変形する。At the timing of pressurizing and ejecting the ink I, each of the electrode layers 19a,
A voltage having a polarity indicated by a positive mark or a negative mark in FIG. 2 is applied by the drive section 21 to 19b, 19c, 19d, 19e, 19f, 19g and the dummy electrode layers 31, 33.
That is, a positive voltage is applied to the electrode layers 19a, 19c, 19e and 19g and the dummy electrodes 31 and 33, and a negative voltage is applied to the electrode layers 19b, 19d, 19f and 23. At this time, the piezoelectric layers 20b, 2
0c, 20d, 20e, 20f, 20g, and 20h
Are the electrode layers 19a, 19b, 19c, 19d, 19e,
The dummy piezoelectric layer 30 is deformed in the expansion and contraction mode by the voltages applied to 19f and 19g, respectively, and the dummy piezoelectric layer 30 is deformed to reduce the volume in the ink pressure chamber 16 by this deformation.
【0032】ここで、前記伸縮モードとは、分極してい
る圧電体に対してその分極方向に平行に電界を印加した
ときに当該圧電体に生じる変形のモードであり、分極方
向に平行な方向に圧電体自体が伸縮することにより生じ
る変形のモードである。Here, the expansion and contraction mode is a mode of deformation that occurs in a polarized piezoelectric body when an electric field is applied in parallel to the polarization direction of the piezoelectric body. This is a mode of deformation caused by expansion and contraction of the piezoelectric body itself.
【0033】以上のような変形により、インク圧力室1
6内に圧力変動が生じ、該インク圧力室16内のインク
を加圧して、インク吐出口17からのインク吐出が行わ
れる。By the above-described deformation, the ink pressure chamber 1
6, the ink in the ink pressure chamber 16 is pressurized, and the ink is discharged from the ink discharge port 17.
【0034】特に、本実施形態の圧電素子1は、ダミー
圧電体層30、32と、ダミー電極層31、33が形成
されているため、圧電素子1の製造工程の中の焼成工程
における拡散により薄くなり、その後の切削加工処理に
よって断裂するのはダミー電極層31、33なので、圧
電素子1の電気特性は何れの変形部においても低下せず
均一である。従って、何れのインク圧力室16において
も均一なインク吐出が行われることになる。In particular, in the piezoelectric element 1 of the present embodiment, since the dummy piezoelectric layers 30 and 32 and the dummy electrode layers 31 and 33 are formed, the piezoelectric element 1 is diffused in the firing step in the manufacturing process of the piezoelectric element 1. Since the dummy electrode layers 31 and 33 are thinned and are torn by the subsequent cutting process, the electrical characteristics of the piezoelectric element 1 are uniform without being reduced in any deformed portions. Therefore, uniform ink ejection is performed in any of the ink pressure chambers 16.
【0035】このように、本実施形態によれば、良好な
インク吐出を行うことができるが、本実施形態の圧電素
子による優れた効果は、従来の圧電素子との比較を行う
ことにより、より一層明らかになる。As described above, according to the present embodiment, excellent ink ejection can be performed. However, the excellent effect of the piezoelectric element of the present embodiment can be obtained by comparing with the conventional piezoelectric element. It becomes even more apparent.
【0036】図7は従来の焼成工程前における積層圧電
体の構成を示す斜視図であり、図8は切削加工処理後の
圧電素子の構成を示す斜視図である。FIG. 7 is a perspective view showing a configuration of a laminated piezoelectric body before a conventional firing step, and FIG. 8 is a perspective view showing a configuration of a piezoelectric element after a cutting process.
【0037】図7に示すように、従来の圧電素子におい
ては、圧電体層20aが最下層の圧電体層であり、圧電
体層20hが最上層の圧電体層である。また、電極層1
9aが最下層の電極層であり、電極層19gが最上層の
電極層である。As shown in FIG. 7, in the conventional piezoelectric element, the piezoelectric layer 20a is the lowermost piezoelectric layer, and the piezoelectric layer 20h is the uppermost piezoelectric layer. The electrode layer 1
9a is the lowermost electrode layer, and 19g is the uppermost electrode layer.
【0038】従って、このような積層圧電体を焼成する
と、最下層の電極層19aを形成する銀ペーストは最下
層の圧電体層20aの圧電体中に拡散し、また、最上層
の電極層19gを形成する銀ペーストは最上層の圧電体
層20hの圧電体中に拡散するので、これらの電極層1
9a、19gの層厚は他の電極層の層厚よりも薄くな
る。その結果、圧電素子の変形部を図8に示すような形
状にするために切削加工処理を行うと、切削加工処理時
の衝撃により、前記薄くなった電極層19a、19gが
断裂し、圧電素子の電気特性が低下してしまう。その結
果、各変形部の変形量が不均一となり、吐出される液滴
速度及び容量がノズル毎に不均一になってしまう。Therefore, when such a laminated piezoelectric body is fired, the silver paste forming the lowermost electrode layer 19a diffuses into the piezoelectric body of the lowermost piezoelectric layer 20a, and the silver paste forming the lowermost electrode layer 19a also becomes thin. Is diffused into the piezoelectric material of the uppermost piezoelectric material layer 20h.
The layer thicknesses of 9a and 19g are thinner than the other electrode layers. As a result, when a cutting process is performed to form the deformed portion of the piezoelectric element into a shape as shown in FIG. 8, the thinned electrode layers 19a and 19g are torn by impact during the cutting process, and the piezoelectric element is broken. The electrical characteristics of the device are degraded. As a result, the deformation amount of each deformed portion becomes non-uniform, and the speed and volume of the discharged droplet become non-uniform for each nozzle.
【0039】これに対し、本実施形態の圧電素子は、最
下層及び最上層の位置に、ダミー圧電体層30、32、
及びダミー電極層31、33を設けたので、焼成工程及
び切削加工処理後の電極層の断裂は何れの変形部におい
ても発生せず、各変形部における電気特性を均一にする
ことができる。従って、各変形部の変形量は均一であ
り、吐出される液滴速度及び容量を均一にすることがで
きる。On the other hand, in the piezoelectric element of the present embodiment, the dummy piezoelectric layers 30, 32,
Further, since the dummy electrode layers 31 and 33 are provided, the electrode layer after the firing step and the cutting process is not broken at any of the deformed portions, and the electric characteristics at each of the deformed portions can be made uniform. Therefore, the amount of deformation of each deformed portion is uniform, and the speed and volume of the ejected droplet can be made uniform.
【0040】以上のように、本実施形態によれば、従来
に比べて極めて優れたインク吐出性能を発揮させること
のできる圧電素子を提供することができる。As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide a piezoelectric element capable of exhibiting extremely excellent ink ejection performance as compared with the related art.
【0041】(第2の実施形態)次に、本発明の第2の
実施形態を図5及び図6を参照して説明する。なお、第
1の実施形態との共通箇所には同一符号を付して説明を
省略する。(Second Embodiment) Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
【0042】図5は本実施形態における焼成工程前の積
層圧電体の構成を示す斜視図、図6は本実施形態におけ
る切削加工処理後の圧電素子の構成を示す斜視図であ
る。FIG. 5 is a perspective view showing the configuration of the laminated piezoelectric element before the firing step in this embodiment, and FIG. 6 is a perspective view showing the configuration of the piezoelectric element after cutting processing in this embodiment.
【0043】本実施形態においては、ダミー圧電体層及
びダミー電極層は設けられていないが、最下層の電極層
19a及び最上層の電極層19gの層厚を、他の電極層
よりも厚く構成している。たとえば、他の電極層19
b、19c、19d、19e、及び19fの厚さは約2
〜3μmであるのに対し、電極層19a及び電極層19
gは約10μmの厚さに形成されている。In this embodiment, the dummy piezoelectric layer and the dummy electrode layer are not provided, but the lowermost electrode layer 19a and the uppermost electrode layer 19g are configured to be thicker than the other electrode layers. are doing. For example, other electrode layers 19
b, 19c, 19d, 19e and 19f have a thickness of about 2
33 μm, while the electrode layers 19a and 19
g is formed to a thickness of about 10 μm.
【0044】このように構成することにより、焼成工程
において電極層19a及び電極層19gを形成する銀ペ
ーストが圧電体層20a及び圧電体層20hの圧電体中
に拡散して薄くなったとしても、他の電極層と同様に約
2〜3μmの厚さを保つことができる。With this configuration, even if the silver paste forming the electrode layers 19a and 19g diffuses into the piezoelectric bodies of the piezoelectric layers 20a and 20h in the firing step and becomes thinner, Like the other electrode layers, a thickness of about 2 to 3 μm can be maintained.
【0045】従って、その後に切削加工処理を施した場
合でも、切削加工処理時の衝撃によって電極層19a及
び電極層19gが断裂することがなく、圧電素子の電気
特性を各変形部において均一にすることができる。Therefore, even when a cutting process is performed thereafter, the electrode layer 19a and the electrode layer 19g do not break due to an impact during the cutting process, and the electrical characteristics of the piezoelectric element are made uniform in each deformed portion. be able to.
【0046】その結果、本実施形態によれば、圧電素子
の各変形部の変形量は均一であり、吐出される液滴速度
及び容量を均一にすることができる。As a result, according to the present embodiment, the amount of deformation of each deformed portion of the piezoelectric element is uniform, and the speed and volume of the discharged droplet can be made uniform.
【0047】なお、上述した各実施形態においては、圧
電素子の変形モードとして、伸縮モードのみを採用した
例について説明したが、本発明はこれに限られるもので
はなく、伸縮モードとユニモルフモード、及び伸縮モー
ドとバイモルフモードを組み合わせた圧電素子にも適用
可能である。In each of the embodiments described above, an example was described in which only the expansion / contraction mode was employed as the deformation mode of the piezoelectric element. However, the present invention is not limited to this, and the expansion / contraction mode, the unimorph mode, and The present invention is also applicable to a piezoelectric element in which the expansion mode and the bimorph mode are combined.
【0048】[0048]
【発明の効果】請求項1に記載のインクジェットヘッド
の駆動装置によれば、積層される圧電体層と電極には、
電歪効果による変形に寄与する圧電体層及び電極以外
に、電歪効果による変形に寄与しないダミーの圧電体層
及びダミーの電極を含むので、焼成工程後において薄く
なる電極をダミー電極とすることができ、切削加工処理
等の凹部形成加工処理を行った場合でも、電歪効果によ
る変形に寄与する電極の断裂の発生を確実に防止するこ
とができ、電歪効果による変形に寄与する当該圧電体層
及び電極からなる変形部の電気特性の低下を確実に防止
することができる。その結果、圧電素子の各変形部の変
形量を均一にすることができ、吐出される液滴速度及び
容量を均一にすることができる。According to the ink jet head driving device of the first aspect, the piezoelectric layers and the electrodes that are laminated are:
In addition to the piezoelectric layers and electrodes that contribute to the deformation due to the electrostriction effect, the dummy electrodes include the dummy piezoelectric layers and the dummy electrodes that do not contribute to the deformation due to the electrostriction effect. Even when a recess forming process such as a cutting process is performed, it is possible to reliably prevent the occurrence of electrode rupture that contributes to the deformation due to the electrostriction effect, and to reduce the occurrence of the piezoelectric deformation that contributes to the deformation due to the electrostriction effect. It is possible to reliably prevent the electrical characteristics of the deformed portion including the body layer and the electrode from deteriorating. As a result, the amount of deformation of each deformed portion of the piezoelectric element can be made uniform, and the speed and volume of the discharged droplet can be made uniform.
【0049】請求項2に記載のインクジェットヘッドの
駆動装置によれば、前記ダミーの圧電体層を、前記電歪
効果による変形に寄与する圧電体層を狭持するように最
上層位置及び最下層位置に設け、前記ダミーの電極層
を、前記ダミーの圧電体層と前記電歪効果による変形に
寄与する圧電体層との間に形成したので、前記電歪効果
による変形に寄与する圧電体層と電極の前記拡散による
影響をより一層確実に防止することができ、電極の断裂
による当該圧電体層及び電極からなる変形部の電気特性
の低下をより一層確実に防止することができる。その結
果、圧電素子の各変形部の変形量を均一にすることがで
き、吐出される液滴速度及び容量を均一にすることがで
きる。According to the ink jet head driving device of the present invention, the dummy piezoelectric layer is positioned at the uppermost layer and the lowermost layer so as to sandwich the piezoelectric layer contributing to the deformation due to the electrostrictive effect. And the dummy electrode layer is formed between the dummy piezoelectric layer and the piezoelectric layer contributing to the deformation due to the electrostriction effect, so that the piezoelectric layer contributing to the deformation due to the electrostriction effect is provided. In addition, the influence of the diffusion of the electrode and the electrode can be more reliably prevented, and the deterioration of the electrical characteristics of the deformed portion including the piezoelectric layer and the electrode due to the rupture of the electrode can be more reliably prevented. As a result, the amount of deformation of each deformed portion of the piezoelectric element can be made uniform, and the speed and volume of the discharged droplet can be made uniform.
【0050】請求項3に記載のインクジェットヘッドの
駆動装置によれば、前記圧電体層を積層方向に分極し、
前記電極にそれぞれ所定の電圧を印加することにより、
前記分極方向と平行な電界を生じさせ、当該電界により
圧電体を伸縮モードにて変形させるので、前記ダミーの
圧電体層とダミーの電極により、拡散による電極の薄層
化を防止することができるだけではなく、変形部の変形
を補うことができるので、圧電素子の各変形部の変形量
を増大させてインク吐出性能を向上させることができ
る。According to the third aspect of the present invention, the piezoelectric layer is polarized in the laminating direction,
By applying a predetermined voltage to each of the electrodes,
Since an electric field parallel to the polarization direction is generated and the piezoelectric substance is deformed in the expansion and contraction mode by the electric field, the dummy piezoelectric layer and the dummy electrode can prevent the electrode from being thinned by diffusion as much as possible. Instead, since the deformation of the deformed portion can be compensated, the amount of deformation of each deformed portion of the piezoelectric element can be increased to improve the ink ejection performance.
【0051】請求項4に記載のインクジェットヘッドの
駆動装置によれば、積層される圧電体層の最上部層と最
下部層に形成された電極の厚さを、他の圧電体層に形成
された電極の厚さよりも大きくしたので、焼成工程後に
おいて電極が薄くなることを確実に防止することがで
き、切削加工処理等の凹部形成加工処理を行った場合で
も、電歪効果による変形に寄与する電極の断裂の発生を
確実に防止することができる。その結果、電歪効果によ
る変形に寄与する当該圧電体層及び電極からなる変形部
の電気特性の低下を確実に防止して、圧電素子の各変形
部の変形量を均一にすることができ、吐出される液滴速
度及び容量を均一にすることができる。According to the fourth aspect of the present invention, the thickness of the electrodes formed on the uppermost layer and the lowermost layer of the stacked piezoelectric layers is adjusted to the other piezoelectric layers. The thickness of the electrode is made larger than the thickness of the electrode, so that it is possible to reliably prevent the electrode from becoming thinner after the firing step, and to contribute to deformation due to the electrostriction effect even when a recess forming process such as a cutting process is performed. It is possible to reliably prevent the electrode from being broken. As a result, it is possible to reliably prevent a decrease in the electrical characteristics of the deformed portion including the piezoelectric layer and the electrode, which contributes to the deformation due to the electrostriction effect, and to make the deformation amount of each deformed portion of the piezoelectric element uniform, The speed and volume of the ejected droplets can be made uniform.
【図1】本発明の第1の実施形態における焼成工程前の
圧電体層と電極層の積層体の構成を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a laminate of a piezoelectric layer and an electrode layer before a firing step according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第1の実施形態における圧電素子の完
成状態を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing a completed state of the piezoelectric element according to the first embodiment of the present invention.
【図3】図2の圧電素子を用いたインクジェットヘッド
の構成を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of an ink jet head using the piezoelectric element of FIG.
【図4】図3のY−Y線断面図である。FIG. 4 is a sectional view taken along line YY of FIG. 3;
【図5】本発明の第2の実施形態における焼成工程前の
圧電体層と電極層の積層体の構成を示す斜視図である。FIG. 5 is a perspective view illustrating a configuration of a laminate of a piezoelectric layer and an electrode layer before a firing step according to a second embodiment of the present invention.
【図6】本発明の第2の実施形態における圧電素子の完
成状態を示す斜視図である。FIG. 6 is a perspective view showing a completed state of a piezoelectric element according to a second embodiment of the present invention.
【図7】従来の焼成工程前の圧電体層と電極層の積層体
の構成を示す斜視図である。FIG. 7 is a perspective view showing a configuration of a conventional laminate of a piezoelectric layer and an electrode layer before a firing step.
【図8】従来の圧電素子の完成状態を示す斜視図であ
る。FIG. 8 is a perspective view showing a completed state of a conventional piezoelectric element.
1…圧電素子 5…インクジェットヘッド 5a…キャビティプレート 16…インク圧力室 19a,19b,19c,19d,19e,19f,1
9g…電極層 20a,20b,20c,20d,20e,20f,2
0g,20h…電極層 30,32…ダミーの圧電層 31,33…ダミーの電極層DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Piezoelectric element 5 ... Ink jet head 5a ... Cavity plate 16 ... Ink pressure chamber 19a, 19b, 19c, 19d, 19e, 19f, 1
9g ... electrode layers 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, 2
0g, 20h: Electrode layer 30, 32: Dummy piezoelectric layer 31, 33: Dummy electrode layer
Claims (4)
圧力変動を与えることにより当該インクを吐出させるイ
ンクジェットヘッドの駆動装置であって、 2層以上に積層された圧電体層と、 前記圧電体層間に形成された電極とを備え、 前記圧電体層及び電極には、電歪効果による変形に寄与
する圧電体層及び電極以外に、電歪効果による変形に寄
与しないダミーの圧電体層及びダミーの電極を含む、 ことを特徴とするインクジェットヘッドの駆動装置。1. A driving device for an ink-jet head for ejecting ink stored in an ink pressure chamber by applying a pressure change to the ink, the piezoelectric device comprising two or more piezoelectric layers; An electrode formed between the layers, wherein the piezoelectric layer and the electrode include a dummy piezoelectric layer and a dummy that do not contribute to the deformation due to the electrostriction effect, in addition to the piezoelectric layer and the electrode that contribute to the deformation due to the electrostriction effect. A driving device for an ink-jet head, comprising:
による変形に寄与する圧電体層を狭持するように最上層
位置及び最下層位置に設けられており、前記ダミーの電
極層は、前記ダミーの圧電体層と前記電歪効果による変
形に寄与する圧電体層との間に形成されていることを特
徴とする請求項1に記載のインクジェットヘッドの駆動
装置。2. The dummy piezoelectric layer is provided at an uppermost position and a lowermost position so as to sandwich the piezoelectric layer contributing to deformation due to the electrostriction effect, and the dummy electrode layer is 2. The ink jet head driving device according to claim 1, wherein the driving device is formed between the dummy piezoelectric layer and a piezoelectric layer contributing to deformation due to the electrostriction effect.
分極方向と平行な電界により伸縮モードにて変形を生じ
させることを特徴とする請求項1または請求項2に記載
のインクジェットヘッドの駆動装置。3. The ink jet head according to claim 1, wherein the piezoelectric layer is polarized in a laminating direction, and is deformed in an expansion / contraction mode by an electric field parallel to the polarization direction. Drive.
圧力変動を与えることにより当該インクを吐出させるイ
ンクジェットヘッドの駆動装置であって、 2層以上に積層された圧電体層と、 圧電体層間に形成された電極とを備え、 前記圧電体層の最上部層と最下部層に形成された電極の
厚さは、他の圧電体層に形成された電極の厚さよりも大
きい、 ことを特徴とするインクジェットヘッドの駆動装置。4. A driving device for an ink jet head for discharging ink by applying pressure fluctuation to ink stored in an ink pressure chamber, comprising: a piezoelectric layer laminated in two or more layers; The thickness of the electrodes formed on the uppermost layer and the lowermost layer of the piezoelectric layer is larger than the thickness of the electrodes formed on the other piezoelectric layers. Driving device for an ink jet head.
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