JPH07314672A - Inkjet recording head - Google Patents
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Landscapes
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 各圧電アクチュエータ間、つまり各振動子間
の相互干渉を抑制し、しかもヘッド系全体を振動に対し
て高安定とし、高密度で高印字品質のインクジェット記
録ヘッドを提供する。
【構成】 圧電アクチュエータ１のすべての合計の質量
に対して、支持台１５と圧電アクチュエータ基部２の合
計の質量が十分に大きく、好ましくは１０倍以上にした
構成とする。
(57) [Abstract] [Purpose] An inkjet recording head with high density and high print quality that suppresses mutual interference between piezoelectric actuators, that is, between transducers, and also makes the entire head system highly stable against vibration. provide. [Structure] The total mass of the support 15 and the piezoelectric actuator base 2 is sufficiently large with respect to the total mass of all the piezoelectric actuators 1, preferably 10 times or more.
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、圧電アクチュエータを
利用して、インク室からインク液滴を吐出させて、記録
紙にインクドットを形成させるインクジェット記録ヘッ
ドに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ink jet recording head for forming ink dots on recording paper by ejecting ink droplets from an ink chamber using a piezoelectric actuator.
【０００２】[0002]
【従来の技術】圧電材料と導電材料を層状に交互に積層
した圧電板を、所定の幅で切断して、一定間隔で圧電素
子を配列して、一端を基台に固定し、他端を自由端とし
てノズルプレートのノズル開口に対向させて配置し、前
記自由端と前記ノズル開口の間にインク溜を形成したイ
ンクジェット記録ヘッドとして特開平４ー１０５２号公
報に開示されている。この印字ヘッドは低い電圧で、高
いエネルギ効率で、インク液滴を吐出させることを可能
とした。2. Description of the Related Art Piezoelectric plates, in which piezoelectric materials and conductive materials are alternately laminated in layers, are cut into a predetermined width, piezoelectric elements are arranged at regular intervals, and one end is fixed to a base and the other end is fixed. JP-A-4-1052 discloses an ink jet recording head which is arranged as a free end so as to face a nozzle opening of a nozzle plate and forms an ink reservoir between the free end and the nozzle opening. This print head is capable of ejecting ink droplets with low voltage and high energy efficiency.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】上記に示す従来技術に
より、低い電圧で高いエネルギ効率でインク液滴を吐出
させることが可能となった。このため、ノズル間のピッ
チを短く、圧電素子間の間隔を小さくすることにより、
高密度の印字をさせて、上記の従来技術の効果を益々発
揮させたいのであるが、このためには圧電素子で形成さ
れた振動子間の間隔を小さく、しかも多数の振動子から
成る振動子列で形成しなければならないのである。この
ような構成をした場合には、次に示す課題が発生する。
例えば一本の振動子を駆動して、一つのノズルから、一
つのインク液滴を吐出したとき、一本の振動子から基台
に漏洩する振動波が基台の端面で反射し、再び振動子列
に戻り各振動子に不要な振動を起こす。さらに複数本の
振動子を駆動させた場合は、複数本の振動子から基台に
漏洩する振動波は、互いに干渉し、さらに端面で反射し
て再度振動子列に戻り各振動子に不要な振動を起こす。
さらに各振動子の不要な振動は、各インク室の容積の増
減を起こし、吐出してはならないノズルからのインク液
滴の吐出を起こしたり、吐出しなければならないノズル
からのインク液滴の吐出を起こさなかったり、またイン
ク液滴のサイズの不揃いの原因となって、印字品質の劣
化を招く。本発明は、このような課題を解決し、高密度
高印字品質のインクジェット記録ヘッドを提供すること
を目的とする。The above-mentioned conventional technique has made it possible to eject ink droplets with low energy and high energy efficiency. Therefore, by shortening the pitch between nozzles and the spacing between piezoelectric elements,
We would like to make high-density printing possible and make the above-mentioned effects of the prior art more and more effective. To this end, the interval between the vibrators formed by the piezoelectric elements is made small, and the vibrator composed of a large number of vibrators is used. It has to be formed in rows. With such a configuration, the following problems occur.
For example, when one oscillator is driven and one ink droplet is ejected from one nozzle, the vibration wave leaking from one oscillator to the base is reflected by the end face of the base and vibrates again. It returns to the child row and causes unnecessary vibration in each transducer. When more than one oscillator is driven, the vibration waves leaking from the multiple oscillators to the base interfere with each other, and are reflected by the end faces and returned to the oscillator row again, which is unnecessary for each oscillator. Cause vibration.
Further, unnecessary vibration of each vibrator causes the volume of each ink chamber to increase or decrease, causing ink droplets to be ejected from nozzles that should not be ejected or ejecting ink droplets from nozzles that must be ejected. May occur or cause uneven size of ink droplets, resulting in deterioration of print quality. An object of the present invention is to solve such problems and provide an ink jet recording head having high density and high printing quality.
【０００４】[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、圧電アクチュエータ基部は
下部で支持台と結合し、インク室列と圧電アクチュエー
タ基部との間には、圧電アクチュエータから成る振動子
列を配置し、各振動子は一端を各インク室の弾性壁に接
続させ、他端は圧電アクチュエータ基部に固定し、支持
台及び圧電アクチュエータ基部の合計の質量をＭsと
し、圧電アクチュエータから成る振動子列の質量をＭp
とするとき、 質量Ｍpに対して、質量Ｍsを十分に大き
く、 Ｍs／Ｍp≧１０ なる条件が成立するようにした。In order to solve such a problem, in the present invention, the piezoelectric actuator base is connected to the support base at the bottom, and the piezoelectric actuator is provided between the ink chamber row and the piezoelectric actuator base. A vibrator array consisting of, one end of each vibrator is connected to the elastic wall of each ink chamber, the other end is fixed to the piezoelectric actuator base, and the total mass of the support base and the piezoelectric actuator base is M s , The mass of the transducer array composed of piezoelectric actuators is M p
In this case, the mass M s is sufficiently large with respect to the mass M p , and the condition of M s / M p ≧ 10 is satisfied.
【０００５】さらに、本発明においては、インク室列、
及び圧電アクチュエータから成る厚み辷り振動子列は、
下部で支持台と結合し、各厚み辷り振動子は一端を各イ
ンク室の弾性壁に接続させるようにした。Further, in the present invention, the ink chamber row,
And a row of thickness-side oscillators composed of piezoelectric actuators,
It was connected to a support base at the bottom, and one end of each thickness stagnation vibrator was connected to the elastic wall of each ink chamber.
【０００６】[0006]
【実施例】以下に本発明の実施例を図面に基づき説明す
る。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【０００７】図１、図２は、それぞれ本発明の第１実施
例を示す斜視図、断面図である。支持台１５の上部の面
で、複数の圧電アクチュエータ基部２と接合し、各圧電
アクチュエータ基部２と連結する圧電アクチュエータ１
から形成され、両側に２本の電極用素子３が設置されて
いる。1 and 2 are a perspective view and a sectional view, respectively, showing a first embodiment of the present invention. A piezoelectric actuator 1 that is joined to a plurality of piezoelectric actuator bases 2 and is connected to each piezoelectric actuator base 2 on the upper surface of the support base 15.
And two electrode elements 3 are installed on both sides.
【０００８】図３は加工前の支持台１５の構造を示し、
図４は加工前の圧電アクチュエータ板１ａと圧電アクチ
ュエータ基部板２ａの構造を示す。FIG. 3 shows the structure of the support base 15 before processing,
FIG. 4 shows the structures of the piezoelectric actuator plate 1a and the piezoelectric actuator base plate 2a before processing.
【０００９】図４で、圧電アクチュエータ板１ａは、導
電層５と導電層６とが、圧電材料層４を介して交互に積
層された構成であり、圧電アクチュエータ板１ａの複数
の導電層５が、露出している先端部に導電塗料を塗布し
た集電層７を形成する。集電層７は圧電アクチュエータ
基部板２ａの下部にまで達している。また圧電アクチュ
エータ基部板２ａの複数の導電層６が露出している端部
には導電塗料を塗布した集電層８を形成する。In FIG. 4, the piezoelectric actuator plate 1a has a structure in which conductive layers 5 and conductive layers 6 are alternately laminated with the piezoelectric material layer 4 interposed therebetween. A current collecting layer 7 is formed by applying a conductive paint to the exposed tip. The current collecting layer 7 reaches the lower part of the piezoelectric actuator base plate 2a. Further, a current collecting layer 8 coated with a conductive paint is formed on the end of the piezoelectric actuator base plate 2a where the plurality of conductive layers 6 are exposed.
【００１０】図４の圧電アクチュエータ基部板２ａの下
部の集電層７と、図３の支持台１５の最上層の電極層１
２との間を導電性接着剤で固定し、一定間隔でダイヤモ
ンドカッター等で切り込み、この際圧電アクチュエータ
板１ａ、圧電アクチュエータ基部板２ａ及び支持台１５
の電極層１２を完全に切断する。切り込みは圧電アクチ
ュエータ支持部材１３まで行い、基台１４は切断しない
か、また場合によっては基台１４まで切断することも可
能である。図１には、圧電アクチュエータ支持部材１３
の途中まで切断し、基台１４には切り込まない例を示
す。The current collecting layer 7 under the piezoelectric actuator base plate 2a of FIG. 4 and the uppermost electrode layer 1 of the support base 15 of FIG.
2 is fixed with a conductive adhesive and cut at regular intervals with a diamond cutter or the like. At this time, the piezoelectric actuator plate 1a, the piezoelectric actuator base plate 2a, and the support base 15 are cut.
The electrode layer 12 is completely cut. It is possible to cut to the piezoelectric actuator supporting member 13 and not to cut the base 14, or to cut the base 14 in some cases. FIG. 1 shows the piezoelectric actuator support member 13
An example is shown in which the base 14 is cut halfway and not cut into the base 14.
【００１１】各圧電アクチュエータ１の集電層７は、下
部の電極層１２を介して各圧電アクチュエータの電極端
子１０に至る。また各圧電アクチュエータ１の集電層８
は、共通の電極部材を介して、複数の圧電アクチュエー
タ１の両側の電極用素子３の集電層７に導通し、共通電
極端子１１に至る。The collector layer 7 of each piezoelectric actuator 1 reaches the electrode terminal 10 of each piezoelectric actuator through the lower electrode layer 12. In addition, the current collecting layer 8 of each piezoelectric actuator 1
Is conducted to the current collecting layer 7 of the electrode elements 3 on both sides of the plurality of piezoelectric actuators 1 through the common electrode member, and reaches the common electrode terminal 11.
【００１２】したがって、電極用素子３には電圧を印加
することができず、電極用素子３を変位させることはで
きない。Therefore, no voltage can be applied to the electrode element 3 and the electrode element 3 cannot be displaced.
【００１３】各圧電アクチュエータ１は、各圧電アクチ
ュエータの電極端子１０と共通電極端子１１との間に電
圧を印加すると、集電層７と集電層８との間に、つま
り、導電層５と導電層６との間の圧電材料層４に電圧を
印加することになり、ここでは圧電横効果を利用して、
導電層５または導電層６に平行な方向に変位する。これ
より、各圧電アクチュエータ１は、印加する電圧に応じ
て、長軸方向に伸縮する。圧電材料層４は圧電セラミッ
クスで、例えばチタン酸・ジルコン酸鉛系のセラミック
スを用いるのが好ましい。In each piezoelectric actuator 1, when a voltage is applied between the electrode terminal 10 and the common electrode terminal 11 of each piezoelectric actuator, the voltage is applied between the current collecting layer 7 and the current collecting layer 8, that is, the conductive layer 5. A voltage is applied to the piezoelectric material layer 4 between the conductive layer 6 and the piezoelectric lateral effect is used here,
It is displaced in a direction parallel to the conductive layer 5 or the conductive layer 6. As a result, each piezoelectric actuator 1 expands and contracts in the major axis direction according to the applied voltage. The piezoelectric material layer 4 is piezoelectric ceramics, and for example, it is preferable to use ceramics of titanate / lead zirconate system.
【００１４】圧電アクチュエータ列１が導電層と圧電材
料層４とを層状に交互に積層した積層型圧電材を採用し
たことにより低電圧で、高効率のインク吐出を可能とす
る。Since the piezoelectric actuator array 1 employs the laminated piezoelectric material in which the conductive layers and the piezoelectric material layers 4 are alternately laminated in layers, low-voltage and highly-efficient ink ejection is possible.
【００１５】図１に示す圧電アクチュエータ支持部材１
３の途中まで切り込みを入れた場合には、圧電アクチュ
エータ支持部材は絶縁材料でなければならない。基台１
４を絶縁材料にする必要はない。さらにダイヤモンドカ
ッター等による切り込みに対して圧電アクチュエータ支
持部材１３は、快削性材料にすることが好ましい。Piezoelectric actuator support member 1 shown in FIG.
When the cut is made in the middle of 3, the piezoelectric actuator support member must be an insulating material. Base 1
It is not necessary for 4 to be an insulating material. Furthermore, it is preferable that the piezoelectric actuator support member 13 is made of a free-cutting material for cutting with a diamond cutter or the like.
【００１６】１本の圧電アクチュエータ１に電圧を印加
して、長軸方向に変位を起こさせると、図５に示す圧電
アクチュエータの先端突起部２６と連結するインク室の
弾性壁２５を振動させて、ノズル２３よりインク液滴を
吐出させる。この時、圧電アクチュエータ１は縦振動を
起こすが、この振動が漏洩して他の圧電アクチュエータ
１に影響を及ぼすことになり、各圧電アクチュエータ１
間に振動の相互干渉を起こすこととなる。When a voltage is applied to one piezoelectric actuator 1 to cause displacement in the long axis direction, the elastic wall 25 of the ink chamber connected to the tip projection 26 of the piezoelectric actuator shown in FIG. 5 is vibrated. Ink droplets are ejected from the nozzle 23. At this time, the piezoelectric actuator 1 causes longitudinal vibration, but this vibration leaks and affects the other piezoelectric actuators 1.
In the meantime, mutual interference of vibrations will occur.
【００１７】本発明では以下に示すような構造で、振動
の相互干渉の低減を図るものである。圧電アクチュエー
タ１と圧電アクチュエータ基部２は、その断面図は、図
２に示すようなＬ字型であるので、圧電アクチュエータ
１で発生した縦振動は圧電アクチュエータ基部２へと水
平に漏洩して行くが、圧電アクチュエータ基部２で漏洩
振動の流れは直角に方向を変え、垂直下方に流れて行く
こと、及び圧電アクチュエータ基部減衰部４ａを設定し
たことの両者により振動減衰効果を起こすことができ
る。圧電アクチュエータ１と圧電アクチュエータ基部２
の断面形状としてＬ字型を採用したことにより、振動の
相互干渉を低減させ得る。さらにダイヤモンドカッター
等による切り込みのある位置まで、振動の漏洩は垂直下
方へと流れるが、ここまでは他の圧電アクチュエータ１
に影響を及ぼすことがないため、各圧電アクチュエータ
１間には振動の相互干渉は起こらない。しかし、切り込
みが終わった位置から下部では振動の漏洩は支持台１５
の全体に拡散して行き、他の圧電アクチュエータ１にも
流れて行くこととなり、振動の相互干渉の発生原因とな
る。ここで圧電アクチュエータ１の列の全部の質量Ｍp
に対して、支持台１５と圧電アクチュエータ基部２の合
計の質量Ｍsが十分に大きく、好ましくは１０倍以上に
する構造を採用することにより、支持台１５の内部での
漏洩振動の減衰を十分に大きくすることができる。さら
に支持台１５の材料密度を大きくすることにより、漏洩
振動を効果的に減衰できる。The present invention has the following structure to reduce mutual interference of vibrations. Since the piezoelectric actuator 1 and the piezoelectric actuator base 2 have an L-shaped cross section as shown in FIG. 2, the vertical vibration generated in the piezoelectric actuator 1 leaks horizontally to the piezoelectric actuator base 2. In the piezoelectric actuator base 2, the flow of the leakage vibration changes its direction at a right angle and flows vertically downward, and the vibration damping effect can be produced both by setting the piezoelectric actuator base damping portion 4a. Piezoelectric actuator 1 and piezoelectric actuator base 2
By adopting an L-shaped cross section, mutual interference of vibrations can be reduced. Further, the leakage of vibration flows vertically downward to a position where a cut is made by a diamond cutter or the like.
Therefore, mutual interference of vibration does not occur between the piezoelectric actuators 1. However, from the position where the cut is completed, the vibration leaks from the bottom to the bottom.
Of the piezoelectric actuator 1 and then to the other piezoelectric actuators 1, which causes mutual interference of vibrations. Where the total mass M p of the row of piezoelectric actuators 1
On the other hand, by adopting a structure in which the total mass M s of the support base 15 and the piezoelectric actuator base 2 is sufficiently large, preferably 10 times or more, damping of leakage vibration inside the support base 15 is sufficient. Can be made larger. Further, by increasing the material density of the support base 15, leakage vibration can be effectively damped.
【００１８】基台１４の材料は、好ましくは材料密度が
大きなタングステン、金、白金、またはタングステン、
金、白金を含む合金を使用する。これにより各圧電アク
チュエータ１間、即ち各振動子間の相互干渉を著しく低
減することが可能となる。The material of the base 14 is preferably tungsten, gold, platinum, or tungsten, which has a high material density.
An alloy containing gold and platinum is used. This makes it possible to significantly reduce mutual interference between the piezoelectric actuators 1, that is, between the vibrators.
【００１９】圧電アクチュエータ支持部材１３の体積よ
り、基台１４の体積を大きい構造を採用し基台１４の材
料密度をできるだけ大きくすることが好ましい。さらに
支持台１５、特に基台１４の弾性率が大きい材料を採用
することにより基台１４の内部での漏洩振動の振幅を小
さくすることができることから、各振動子間の相互干渉
が低減される。さらに、漏洩振動の振幅を小さすること
ができるということは、支持台１５が外乱の影響を受け
にくい構造を有するということであり、インクジェット
記録ヘッド系全体を安定化させることができる。It is preferable to adopt a structure in which the volume of the base 14 is larger than the volume of the piezoelectric actuator support member 13 so that the material density of the base 14 is as large as possible. Further, since the amplitude of the leak vibration inside the base 14 can be reduced by adopting a material having a large elastic modulus for the support 15, especially the base 14, mutual interference between the transducers is reduced. . Further, the fact that the amplitude of the leakage vibration can be reduced means that the support base 15 has a structure that is not easily affected by disturbance, and the entire inkjet recording head system can be stabilized.
【００２０】即ち本発明は、インク液滴の理想的な吐出
を可能とするインクジェット記録ヘッドを提供せんとす
るものである。That is, the present invention is to provide an ink jet recording head which enables ideal ejection of ink droplets.
【００２１】さらに支持台１５は、圧電アクチュエータ
支持部材１３と基台１４との間の接合面は接着または溶
接または圧着などの強固な接合とする。緩い接合面から
は、漏洩振動が乱反射して有害な振動が発生するので、
これを防ぐためである。Further, in the supporting base 15, the joint surface between the piezoelectric actuator supporting member 13 and the base 14 is made to be a strong joint such as adhesion, welding or pressure bonding. Leaky vibration diffusely reflects from the loose joint surface, causing harmful vibration.
This is to prevent this.
【００２２】以上に述べたように、各圧電アクチュエー
タ１間に振動の相互干渉の原因となる漏洩振動を極力小
さくすることができたため、図２に示す基台１４を支持
する構造は相当にroughな構造であってもよい。つまり
基台１４と、比較的簡単な接着層１８によって、プラス
チックなどの合成樹脂または天然樹脂から成る基板１９
と接合した構造であってもよい。基板１９は製作が容易
な部材、例えば射出成形が可能な材料、または加熱によ
り軟化させ、要求される形状に容易に成形できる材料、
即ちプラスチックなどの合成樹脂または天然樹脂が利用
される。また接着層１８は、接着層の厚さは１０μｍ〜
５０μｍ程度であっても充分である。As described above, since the leakage vibration which causes mutual interference of vibrations between the piezoelectric actuators 1 can be minimized, the structure for supporting the base 14 shown in FIG. 2 is considerably rough. It may have any structure. That is, a substrate 19 made of synthetic resin such as plastic or natural resin is formed by the base 14 and the relatively simple adhesive layer 18.
It may have a structure joined with. The substrate 19 is a member that is easily manufactured, for example, a material that can be injection-molded, or a material that can be softened by heating and easily molded into a required shape,
That is, synthetic resin such as plastic or natural resin is used. The adhesive layer 18 has a thickness of 10 μm or more.
Even about 50 μm is sufficient.
【００２３】圧電アクチュエータ１列の全部の質量Ｍp
に対する、支持台１５と圧電アクチュエータ基部２の合
計の質量Ｍsの比Ｒ（＝Ｍs／Ｍp）は、あまり小さくて
は本発明の目的は達成されない。この比Ｒが、７ないし
８程度ならば、各圧電アクチュエータ１間、即ち各振動
子間の相互干渉が大きくなり、振動が干渉強調されて振
動子が不要な振動をし、吐出してはならないインク液滴
を吐出させたり、逆に必要な振動が干渉消去されて、吐
出すべきインク液滴の不発を起こすことも頻度は低いけ
れども起こるが、これは、印字品質の低下となって現れ
てくる。したがって、この比Ｒは、できることなら９以
上、本発明では確実に、このようなインク液滴の吐出の
誤動作の起きない範囲として、１０以上を採用する。Total mass of one row of piezoelectric actuator M p
In contrast, the ratio R (= M s / M p ) of the total mass M s of the support base 15 and the piezoelectric actuator base 2 is too small to achieve the object of the present invention. If the ratio R is about 7 to 8, mutual interference between the piezoelectric actuators 1, that is, between the vibrators becomes large, and the vibrations are emphasized by interference, and the vibrators make unnecessary vibrations and should not be ejected. Although it rarely occurs that ink droplets are ejected or the necessary vibration is interference-erased and the ink droplets that should be ejected do not occur, this occurs as a drop in print quality. come. Therefore, the ratio R is preferably 9 or more if possible, and 10 or more is certainly adopted in the present invention as a range in which such malfunction of ink droplet ejection does not occur.
【００２４】図６には、本発明による第２実施例の断面
図を示す。第２実施例の諸寸法を、図１と図６に示す符
号を参考にして以下に示す。圧電アクチュエータ１の寸
法は長さｌ1＝５．５ｍｍ，幅ｗ1＝０．０８ｍｍ，厚さ
ｈ1＝０．５ｍｍであり、圧電アクチュエータ基部２の
寸法は長さｌ2＝３．０ｍｍ，幅ｗ1＝０．０８ｍｍ，厚
さｈ2＝０．９３ｍｍであり、また切込み幅はｗ2＝０．
０６１ｍｍで、圧電アクチュエータ支持部材１３の厚さ
はｈ3＝０．１５ｍｍで、基部１４の厚さはｈ4＝１．３
５ｍｍであり、支持台１５の底面の二辺の大きさは ｄ
＝８．４ｍｍ，ｅ＝８．４ｍｍであり、圧電アクチュエ
ータ基部２の位置は ｌ3＝２．７７５ｍｍ, ｌ4＝２．
６２５ｍｍにより決められる。圧電アクチュエータ１は
３２本で、電極用素子３は２本である。２本の電極用素
子３の両端間の幅は ｗ＝４．７３３ｍｍである。FIG. 6 shows a sectional view of the second embodiment according to the present invention. The dimensions of the second embodiment are shown below with reference to the reference numerals shown in FIGS. 1 and 6. The dimensions of the piezoelectric actuator 1 are length l 1 = 5.5 mm, width w 1 = 0.08 mm, thickness h 1 = 0.5 mm, and the dimensions of the piezoelectric actuator base 2 are length l 2 = 3.0 mm, The width w 1 = 0.08 mm, the thickness h 2 = 0.93 mm, and the cut width w 2 = 0.
The thickness of the piezoelectric actuator supporting member 13 is h 3 = 0.15 mm, and the thickness of the base portion 14 is h 4 = 1.36 mm.
5 mm, and the size of the two sides of the bottom surface of the support base 15 is
= 8.4 mm, e = 8.4 mm, and the position of the piezoelectric actuator base 2 is l 3 = 2.775 mm, l 4 = 2.
Determined by 625 mm. There are 32 piezoelectric actuators 1 and two electrode elements 3. The width between both ends of the two electrode elements 3 is w = 4.733 mm.
【００２５】ここで圧電アクチュエータ１の全部の体積
Ｖp，と支持台１５と圧電アクチュエータ基部２の合計
の体積Ｖsを求める。Here, the total volume V p of the piezoelectric actuator 1 and the total volume V s of the support base 15 and the piezoelectric actuator base 2 are determined.
【００２６】[0026]
【数１】 [Equation 1]
【００２７】体積比はＶs／Ｖp＝１６．０５である。The volume ratio is V s / V p = 16.05.
【００２８】また材料密度は圧電アクチュエータ１と圧
電アクチュエータ基部２は７．８５ｇ／ｃｍ3，圧電ア
クチュエータ支持部材１３は快削性セラミック材で２．
６ｇ／ｃｍ3であり、基台１４は鋼材で７．８２ｇ／ｃ
ｍ3を採用するとThe material density of the piezoelectric actuator 1 and the piezoelectric actuator base 2 is 7.85 g / cm 3 , and the piezoelectric actuator support member 13 is a free-cutting ceramic material.
6 g / cm 3 , and the base 14 is steel material 7.82 g / c
If you adopt m 3
【００２９】[0029]
【数２】 [Equation 2]
【００３０】質量比はＭs／Ｍp＝１４．９９である。The mass ratio is M s / M p = 14.99.
【００３１】ここまでは、圧電アクチュエータ支持部材
１３への切込み量については考慮しなかった。切込み幅
ｗ2は上記の通りであるが、切込み深さが０．１０ｍｍ
である場合は、Ｍsは４．３９６ｍｇの減少となり、質
量比Ｍs／Ｍpは１４．９１となる。本発明による第２実
施例は、質量比Ｍs／Ｍpは１０を大きく越えているの
で、より一層、高安定なインクジェット記録ヘッドであ
る。Up to this point, the amount of cut into the piezoelectric actuator support member 13 has not been taken into consideration. The cut width w 2 is as described above, but the cut depth is 0.10 mm.
In the case of, M s is reduced by 4.396 mg, and the mass ratio M s / M p is 14.91. The second embodiment according to the present invention is a highly stable ink jet recording head because the mass ratio M s / M p greatly exceeds 10.
【００３２】図７、図８には、本発明による第３実施例
の断面図を示す。第３実施例は、第１、第２実施例と少
し異なる構造で、圧電アクチュエータ基部減衰部４ａ及
び圧電アクチュエータ支持部材１３を持たない構造であ
る。電極構成は図８に示す通り、集電層８に各圧電アク
チュエータの電極端子１０を接続し、集電層７より共通
電極を取り出す構成である。第３実施例は上記の第２実
施例よりも、各振動子間の相互干渉は大きくなる。第３
実施例の諸寸法を、図１と図７に示す符号を参考にして
以下に示す。圧電アクチュエータ１の寸法は、長さｌ1
＝５．５ｍｍ，幅ｗ1＝０．０８ｍｍ，厚さｈ1＝０．５
ｍｍであり、圧電アクチュエータ基部２の寸法は長さｌ
2＝３．０ｍｍ，幅ｗ1＝０．０８ｍｍ，厚さｈ2＝０．
５ｍｍであり、また切込み幅はｗ2＝０．０６１ｍｍ
で、基台１４の厚さはｈ4＝１．５ｍｍであり、支持台
１５の底面の二辺の大きさは ｄ＝８．４ｍｍ，ｅ＝
８．４ｍｍであり、圧電アクチュエータ１は３２本で、
電極用素子３は２本である。２本の電極用素子３の両端
間の幅は ｗ＝４．７３３ｍｍである。7 and 8 are sectional views of the third embodiment according to the present invention. The third embodiment has a slightly different structure from the first and second embodiments, and does not have the piezoelectric actuator base damping portion 4a and the piezoelectric actuator support member 13. As shown in FIG. 8, the electrode configuration is such that the electrode terminal 10 of each piezoelectric actuator is connected to the current collecting layer 8 and the common electrode is taken out from the current collecting layer 7. In the third embodiment, the mutual interference between the transducers is larger than that in the second embodiment. Third
Various dimensions of the embodiment are shown below with reference to the reference numerals shown in FIGS. 1 and 7. The size of the piezoelectric actuator 1 is the length l 1
= 5.5 mm, width w 1 = 0.08 mm, thickness h 1 = 0.5
mm, and the dimensions of the piezoelectric actuator base 2 are length l
2 = 3.0 mm, width w 1 = 0.08 mm, thickness h 2 = 0.
5 mm and the cut width w 2 = 0.061 mm
The thickness of the base 14 is h 4 = 1.5 mm, and the size of the two sides of the bottom surface of the support 15 is d = 8.4 mm, e =
8.4 mm, 32 piezoelectric actuators 1,
The number of electrode elements 3 is two. The width between both ends of the two electrode elements 3 is w = 4.733 mm.
【００３３】ここで圧電アクチュエータ１の全部の体積
Ｖp，と支持台１５と圧電アクチュエータ基部２の合計
の体積Ｖsを求める。Here, the total volume V p of the piezoelectric actuator 1 and the total volume V s of the support base 15 and the piezoelectric actuator base 2 are determined.
【００３４】[0034]
【数３】 [Equation 3]
【００３５】体積比はＶs／Ｖp＝１５．５８である。The volume ratio is V s / V p = 15.58.
【００３６】圧電アクチュエータ１と圧電アクチュエー
タ基部２と基台１４の材料密度は、上記の第２実施例と
同じとしてThe material density of the piezoelectric actuator 1, the piezoelectric actuator base 2 and the base 14 is the same as that of the second embodiment.
【００３７】[0037]
【数４】 [Equation 4]
【００３８】質量比はＭs／Ｍp＝１５．５２である。第
３実施例は、性能面では第２実施例に及ばないが、製造
面での容易さを採用したものである。質量比で第２実施
例より改良を施した例である。The mass ratio is M s / M p = 15.52. The third embodiment does not reach the second embodiment in terms of performance, but employs ease of manufacturing. This is an example in which the mass ratio is improved from the second embodiment.
【００３９】本発明による第４実施例を図９、図１０に
より説明する。支持台１５の上部に積層型圧電材が図１
０に示されており、加工前の図である。積層型圧電材１
６は導電層５と導電層６とが圧電材料層４を介して交互
に積層された構成であり、複数の導電層５が、露出して
いる先端部及び上部に導電塗料を塗布した集電層７を形
成する。また複数の導電層６が露出している端部及び支
持台との境界面は導電塗料による集電層８を形成する。
ダイヤモンドカッター等で切り込みをいれたものが図９
である。各圧電アクチュエータ１ｂの集電層７に電極端
子１０を準備し、さらに集電層８は支持台１５の最上部
の電極層１２と導通させて、共通電極端子１１を準備す
る。A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 9 and 10. The laminated piezoelectric material is provided on the upper part of the support base 15 as shown in FIG.
0 is a view before processing. Multilayer piezoelectric material 1
Reference numeral 6 denotes a structure in which the conductive layers 5 and 6 are alternately laminated with the piezoelectric material layer 4 interposed therebetween, and the plurality of conductive layers 5 is a current collector in which a conductive coating material is applied to the exposed tip and upper portion. Form the layer 7. Further, the exposed end portions of the plurality of conductive layers 6 and the boundary surface with the support base form a current collecting layer 8 made of conductive paint.
Figure 9 shows a cut with a diamond cutter.
Is. Electrode terminals 10 are prepared on the current collecting layer 7 of each piezoelectric actuator 1b, and the current collecting layer 8 is electrically connected to the uppermost electrode layer 12 of the support 15 to prepare the common electrode terminal 11.
【００４０】圧電アクチュエータに電圧を印加して、長
軸方向に厚み辷り振動を起こす圧電材料方位を選ぶ。厚
み辷り振動子は、強いエネルギ閉じ込め効果を有するた
め支持台１５への振動の漏洩は極めて少ない。このため
各厚み辷り振動子間の振動の相互干渉は著しく低減す
る。A voltage is applied to the piezoelectric actuator to select a piezoelectric material orientation that causes thickness swaying vibration in the long axis direction. Since the thickness stagnation vibrator has a strong energy trapping effect, the leakage of vibration to the support base 15 is extremely small. For this reason, mutual interference of vibrations between the respective thickness stagnation vibrators is significantly reduced.
【００４１】図１１には、厚み辷り振動を行う圧電アク
チュエータ１６の先端の上部で部材２７を介してインク
室２１の弾性壁２５と接続している。In FIG. 11, an elastic wall 25 of the ink chamber 21 is connected via a member 27 above the tip of the piezoelectric actuator 16 that vibrates in the thickness direction.
【００４２】本発明による第５実施例を図１２により説
明する。インク室２１の弾性壁２５と圧電アクチュエー
タ１６の上部の面との間に部材２８が設置されている。
効果的に弾性壁を駆動するために圧電アクチュエータ１
６の上部の面の位置を選ぶことが大切である。適切な位
置に対応するように、部材２８の長さを決定する。さら
に効果的に弾性壁を駆動するために、部材１６の弾性常
数を選定する。場合によっては剛体とすることも可能で
ある。A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. A member 28 is installed between the elastic wall 25 of the ink chamber 21 and the upper surface of the piezoelectric actuator 16.
Piezoelectric actuator 1 for effectively driving the elastic wall
It is important to choose the position of the upper surface of 6. The length of member 28 is determined to correspond to the proper location. In order to drive the elastic wall more effectively, the elastic constant of the member 16 is selected. In some cases, it may be a rigid body.
【００４３】なお図示しないが第４、第５実施例におい
ても支持台１５の支持構造はroughな構造であっても良
く、プラスチックなどの合成樹脂または天然樹脂などか
ら成る基板に接着剤などで接合した構造で充分である。Although not shown, in the fourth and fifth embodiments as well, the support structure of the support base 15 may be a rough structure, and is bonded to a substrate made of synthetic resin such as plastic or natural resin with an adhesive or the like. The structure is sufficient.
【００４４】[0044]
【発明の効果】本発明により、各圧電アクチュエータ
間、つまり各振動子間の振動の相互干渉が著しく低減さ
れるため、しかもヘッド系全体が振動に対して高安定と
なるため高密度で高印字品質のインクジェット記録ヘッ
ドが提供される。According to the present invention, the mutual interference of vibrations between the piezoelectric actuators, that is, the vibrations between the vibrators is remarkably reduced, and moreover, the entire head system is highly stable against vibrations, and high density and high printing are achieved. A quality inkjet recording head is provided.
【図１】本発明による第１実施例の斜視図。FIG. 1 is a perspective view of a first embodiment according to the present invention.
【図２】本発明による第１実施例の各圧電アクチュエー
タ１の断面を含む断面図。FIG. 2 is a sectional view including a section of each piezoelectric actuator 1 of the first embodiment according to the present invention.
【図３】本発明による第１実施例の加工前の支持台を示
す図。FIG. 3 is a diagram showing a support base before processing according to the first embodiment of the present invention.
【図４】本発明による第１実施例の加工前の圧電アクチ
ュエータ板及び圧電アクチュエータ基部板を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a piezoelectric actuator plate and a piezoelectric actuator base plate before processing according to the first embodiment of the present invention.
【図５】本発明による第１実施例のノズル室付近及び圧
電アクチュエータとノズル室との連結部分を示す断面
図。FIG. 5 is a cross-sectional view showing the vicinity of the nozzle chamber and the connecting portion between the piezoelectric actuator and the nozzle chamber according to the first embodiment of the present invention.
【図６】本発明による第２実施例の各圧電アクチュエー
タの断面を含む断面図。FIG. 6 is a sectional view including a section of each piezoelectric actuator according to a second embodiment of the present invention.
【図７】本発明による第３実施例の各圧電アクチュエー
タの断面を含む断面図。FIG. 7 is a sectional view including a section of each piezoelectric actuator according to a third embodiment of the present invention.
【図８】本発明による第３実施例の各圧電アクチュエー
タの断面を含む部分断面図。FIG. 8 is a partial cross-sectional view including a cross section of each piezoelectric actuator according to a third embodiment of the present invention.
【図９】本発明による第４実施例で、厚み辷り振動を行
う圧電アクチュエータ列と支持台を示す図。FIG. 9 is a diagram showing a piezoelectric actuator row and a support base that vibrate through the thickness according to a fourth embodiment of the present invention.
【図１０】本発明による第４実施例の加工前の積層型圧
電材と支持台を示す図。FIG. 10 is a diagram showing a laminated piezoelectric material and a support base before processing according to a fourth embodiment of the present invention.
【図１１】本発明による第４実施例のノズル室付近及び
厚み辷り振動を行う圧電アクチュエータとノズル室との
連結部分を示す断面図。FIG. 11 is a cross-sectional view showing the vicinity of a nozzle chamber and a connecting portion between a piezoelectric actuator that vibrates thickness sway and a nozzle chamber according to a fourth embodiment of the present invention.
【図１２】本発明による第５実施例のノズル室付近及び
厚み辷り振動を行う圧電アクチュエータとノズル室との
連結部分を示す断面図。FIG. 12 is a cross-sectional view showing the vicinity of a nozzle chamber and a connecting portion between a piezoelectric actuator that vibrates the thickness sway and a nozzle chamber according to a fifth embodiment of the present invention.
１ ：圧電アクチュエータ １ａ：圧電アクチュエータ板 ２ ：圧電アクチュエータ基部 ２ａ：圧電アクチュエータ基部板 ３ ：電極用素子 ４ ：圧電材料層 ４ａ：圧電アクチュエータ基部減衰部 ５ ：導電層 ６ ：導電層 ７ ：集電層 ８ ：集電層 ９ ：共通電極部材 １０ ：各圧電アクチュエータの電極端子 １１ ：共通電極端子 １２ ：電極層 １３ ：圧電アクチュエータ支持部材 １４ ：基台 １５ ：支持台（上記１２と１３と１４を合わせた部
材） １６ ：厚み辷り振動を行う圧電アクチュエータ １７ ：積層型圧電材 １８ ：接着層 １９ ：基板 ２１ ：ノズル室 ２２ ：ノズルプレート ２３ ：ノズル ２４ ：弾性板 ２５ ：弾性壁 ２６ ：圧電アクチュエータ先端突起部 ２７ ：圧電アクチュエータ先端部材 ２８ ：圧電アクチュエータと弾性壁との間の部材1: Piezoelectric Actuator 1a: Piezoelectric Actuator Plate 2: Piezoelectric Actuator Base 2a: Piezoelectric Actuator Base Plate 3: Electrode Element 4: Piezoelectric Material Layer 4a: Piezoelectric Actuator Base Attenuating Section 5: Conductive Layer 6: Conductive Layer 7: Current Collection Layer 8: Current collecting layer 9: Common electrode member 10: Electrode terminal of each piezoelectric actuator 11: Common electrode terminal 12: Electrode layer 13: Piezoelectric actuator support member 14: Base 15: Support base (the above 12 and 13 and 14 are combined) 16: Piezoelectric actuator that vibrates in the thickness direction 17: Laminated piezoelectric material 18: Adhesive layer 19: Substrate 21: Nozzle chamber 22: Nozzle plate 23: Nozzle 24: Elastic plate 25: Elastic wall 26: Piezoelectric actuator tip projection Part 27: Piezoelectric actuator tip member 28: Piezoelectric actuator and elasticity Member between the
Claims (13)
弾性壁を有し、該弾性壁には圧電アクチュエータを連結
させ、印加する電圧に応じて該圧電アクチュエータを変
位させ、前記弾性壁を連動させ、前記インク室の内容積
を増減させることにより前記ノズルよりインク液滴を吐
出させるインクジェット記録ヘッドにおいて、 前記インク室及び前記圧電アクチュエータを一定間隔で
配列したインク室列及び前記圧電アクチュエータ列から
構成され、該圧電アクチュエータ列は圧電アクチュエー
タ基部に連結し、該圧電アクチュエータ基部は支持台に
設置され、さらに該支持台及び前記圧電アクチュエータ
基部の合計の質量をＭsとし、前記圧電アクチュエータ
列の質量をＭpとするとき、質量Ｍpと質量Ｍsが Ｍs／Ｍp≧１０ なる条件を満たすことを特徴とするインクジェット記録
ヘッド。1. An ink chamber provided with a nozzle, wherein the ink chamber has an elastic wall, a piezoelectric actuator is connected to the elastic wall, and the piezoelectric actuator is displaced according to an applied voltage so that the elastic wall is In an ink jet recording head that interlocks and ejects ink droplets from the nozzles by increasing or decreasing the internal volume of the ink chambers, an ink chamber row and a piezoelectric actuator row in which the ink chambers and the piezoelectric actuators are arranged at regular intervals. The piezoelectric actuator array is connected to a piezoelectric actuator base, the piezoelectric actuator base is installed on a support, and the total mass of the support and the piezoelectric actuator base is M s, and the mass of the piezoelectric actuator array is when to M p, the mass M p and mass M s is less than the M s / M p ≧ 10 condition: An ink jet recording head, characterized in that.
チュエータ基部の断面構造はＬ字形状であって、前記圧
電アクチュエータ基部が圧電アクチュエータ基部減衰部
を有することを特徴とする請求項１記載のインクジェッ
ト記録ヘッド。2. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the piezoelectric actuator and the piezoelectric actuator base have an L-shaped cross-sectional structure, and the piezoelectric actuator base has a piezoelectric actuator base attenuating portion.
絶縁材料から成る圧電アクチュエータ支持部材より構成
され、該圧電アクチュエータ支持部材と前記基台との間
は、接着または溶接または圧着により接合されたことを
特徴とする請求項１または２記載のインクジェット記録
ヘッド。3. The support base comprises a base and a piezoelectric actuator support member made of an insulating material above the base. Adhesion or welding between the piezoelectric actuator support member and the base or The ink jet recording head according to claim 1, wherein the ink jet recording head is joined by pressure bonding.
部の快削性材料から成る圧電アクチュエータ支持部材よ
り構成され、該圧電アクチュエータ支持部材と前記基台
との間は、接着または溶接または圧着により接合された
ことを特徴とする請求項１乃至３記載のインクジェット
記録ヘッド。4. The support base is composed of the base and a piezoelectric actuator support member made of a free-cutting material on an upper portion of the base, and the piezoelectric actuator support member and the base are bonded to each other. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the ink jet recording head is joined by welding or pressure bonding.
アクチュエータ支持部材との間の固着面には電極層が形
成されていることを特徴とする請求項３または４記載の
インクジェット記録ヘッド。5. The ink jet recording head according to claim 3, wherein an electrode layer is formed on a fixing surface between the piezoelectric actuator base portion and the piezoelectric actuator support member.
持部材より材料密度が大きい材料であることを特徴とす
る請求項３乃至５記載のインクジェット記録ヘッド。6. The ink jet recording head according to claim 3, wherein the base is made of a material having a material density higher than that of the piezoelectric actuator supporting member.
持部材より弾性率の大きな材料であることを特徴とする
請求項３乃至６記載のインクジェット記録ヘッド。7. The ink jet recording head according to claim 3, wherein the base is made of a material having a larger elastic modulus than that of the piezoelectric actuator supporting member.
圧電材で形成され、各々印加する電圧に応じて長軸方向
に伸縮振動を可能とする縦振動子であり、該縦振動子の
先端は、前記インク室の弾性壁に接続したことを特徴と
する請求項１乃至７記載のインクジェット記録ヘッド。8. The vertical actuators are vertical vibrators each formed of a laminated piezoelectric material and capable of stretching vibration in a longitudinal direction according to a voltage applied thereto. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the ink jet recording head is connected to an elastic wall of the ink chamber.
脂または天然樹脂などから形成された基板に接着剤によ
り接合されたことを特徴とする請求項１乃至８記載のイ
ンクジェット記録ヘッド。9. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the support base is bonded to a substrate made of a synthetic resin such as plastic or a natural resin with an adhesive.
ク室の内容積を増減させ得る、圧電アクチュエータを備
えたインクジェット記録ヘッドにおいて、前記インク室
及び前記圧電アクチュエータを一定間隔で配列したイン
ク室列及び圧電アクチュエータ列から構成され、前記圧
電アクチュエータ列は、各々は印加する電圧に応じて厚
み辷り振動を可能とする厚み辷り振動子であり、該厚み
辷り振動子列は支持台に設置されたことを特徴とするイ
ンクジェット記録ヘッド。10. An ink jet recording head comprising an ink chamber having a nozzle and a piezoelectric actuator capable of increasing or decreasing the inner volume of the ink chamber, wherein the ink chamber and the piezoelectric actuator are arranged at regular intervals. And a piezoelectric actuator array, each of which is a thickness-side oscillator that enables thickness-side oscillation according to an applied voltage, and the thickness-side oscillator array is installed on a support base. An inkjet recording head characterized by:
クチュエータは、積層型圧電材で形成されたことを特徴
とする請求項１０記載のインクジェット記録ヘッド。11. The ink jet recording head according to claim 10, wherein the piezoelectric actuator capable of causing the thickness sway vibration is formed of a laminated piezoelectric material.
前記支持台に設置され、他方の端子列の、各端子の先端
の上部でインク室の弾性壁に接続したことを特徴とする
請求項１０または１１記載のインクジェット記録ヘッ
ド。12. The one surface of the row of thickness-side oscillators comprises:
The ink jet recording head according to claim 10 or 11, wherein the ink jet recording head is installed on the support table and is connected to an elastic wall of an ink chamber at an upper portion of a tip of each terminal of the other terminal row.
前記支持台に設置され、他方の端子列の、各端子の上部
の面とインク室の弾性壁との間に弾性部材または剛性部
材を配置したことを特徴とする請求項１０または１１記
載のインクジェット記録ヘッド。13. One of the surfaces of the thickness-side oscillator array is
The ink jet printer according to claim 10 or 11, wherein an elastic member or a rigid member is disposed between the upper surface of each terminal and the elastic wall of the ink chamber of the other terminal row installed on the support base. Recording head.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11148294A JPH07314672A (en) | 1994-05-25 | 1994-05-25 | Inkjet recording head |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11148294A JPH07314672A (en) | 1994-05-25 | 1994-05-25 | Inkjet recording head |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07314672A true JPH07314672A (en) | 1995-12-05 |
Family
ID=14562383
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11148294A Pending JPH07314672A (en) | 1994-05-25 | 1994-05-25 | Inkjet recording head |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07314672A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0819524A1 (en) * | 1996-07-18 | 1998-01-21 | Océ-Technologies B.V. | Ink jet nozzle head with backing member |
| EP0819526A1 (en) * | 1996-07-18 | 1998-01-21 | Océ-Technologies B.V. | Ink jet nozzle head with backing member |
| WO1999062712A1 (en) * | 1998-06-02 | 1999-12-09 | Nec Corporation | Ink jet recording head and manufacturing method thereof |
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1994
- 1994-05-25 JP JP11148294A patent/JPH07314672A/en active Pending
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