JPH10772A - Method for driving piezoelectric member for inkjet recording head and piezoelectric member - Google Patents

Method for driving piezoelectric member for inkjet recording head and piezoelectric member

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Publication number
JPH10772A
JPH10772A JP8153843A JP15384396A JPH10772A JP H10772 A JPH10772 A JP H10772A JP 8153843 A JP8153843 A JP 8153843A JP 15384396 A JP15384396 A JP 15384396A JP H10772 A JPH10772 A JP H10772A
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JP
Japan
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piezoelectric member
ink
electrode
nozzle
voltage
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Application number
JP8153843A
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Japanese (ja)
Inventor
Koji Yamamoto
廣治 山元
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Minolta Co Ltd
Original Assignee
Minolta Co Ltd
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Publication date
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve jetting efficiency of ink drops by deforming a piezoelectric member so as to squeeze out an ink and superimposing timings of pressure waves generated by deformation of each region of the piezoelectric member. SOLUTION: In a method for driving a piezoelectric member 15 for an inkjet recording head, the driving is performed in a manner that deformation of the above described piezoelectric member 15 when an electric potential is applied successively becomes max. from a region A being a part separated from a nozzle 14 to a region C being a part close toward the nozzle by deviation of time. This method for driving is achieved by a method wherein an electrode 30 and an electrode 31 facing to this are provided on the piezoelectric member 15 and the electrode 31 consists of a plurality of electrode parts 32, 33 and 34 arranged toward the nozzle 14 and resistances 35 and 36 which electrically connect these electrode parts and an electric potential is applied on the electrode part 32 being farthest apart from the nozzle in this electrode 31 by means of a driver 9.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、画像信号に応じて
インクドロップを飛翔させ、記録紙等の記録媒体に付着
させて画像を記録するドロップオンデマンド(DOD)
方式のインクジェット記録ヘッドに用いる圧電部材に関
するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a drop-on-demand (DOD) for recording an image by causing an ink drop to fly in response to an image signal and attaching the ink drop to a recording medium such as recording paper.
The present invention relates to a piezoelectric member used for an ink jet recording head of a system.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、圧電部材の変形によりインク
を噴出させるようにしたインクジェット記録ヘッドが知
られている。このような圧電部材を用いたインクジェッ
ト記録ヘッドの一例を図10に示す。図10に示すよう
に、このインクジェット記録ヘッド51は、樹脂や金属
等からなるチャンネルプレート52を備えている。チャ
ンネルプレート52には、成型またはエッチング等の方
法により複数の凹部が形成され、この凹部形成面を覆う
ように樹脂や金属等の薄膜からなる隔壁53が接着され
ている。この隔壁53で覆われた上記各凹部の内部にそ
れぞれ、インクチャンネル55と、インク供給室58
と、各インクチャンネル55とインク供給室58とを連
通するインレット57とが形成されている。また、イン
クチャンネル55の端部にそれぞれ連通する複数のノズ
ル60が上記チャンネルプレート52に形成されてい
る。なお、上記各インクチャンネル55、インレット5
7、およびノズル60は、図10の奥行き方向(図面に
垂直な方向)に沿ってそれぞれ等ピッチで形成されてい
る。
2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known an ink jet recording head which ejects ink by deformation of a piezoelectric member. FIG. 10 shows an example of an ink jet recording head using such a piezoelectric member. As shown in FIG. 10, the inkjet recording head 51 includes a channel plate 52 made of resin, metal, or the like. A plurality of recesses are formed in the channel plate 52 by a method such as molding or etching, and a partition wall 53 made of a thin film of resin, metal, or the like is adhered so as to cover the recess formation surface. The ink channels 55 and the ink supply chambers 58 are respectively provided inside the recesses covered by the partition walls 53.
And an inlet 57 that connects each ink channel 55 and the ink supply chamber 58 are formed. In addition, a plurality of nozzles 60 communicating with the ends of the ink channels 55 are formed in the channel plate 52. The ink channels 55 and the inlet 5
The nozzles 7 and the nozzles 60 are formed at an equal pitch along the depth direction (a direction perpendicular to the drawing) in FIG.

【0003】上記隔壁53の下方には、スペーサ部材6
1,62を介して基板54が固定されている。インクチ
ャンネル55下方の隔壁53と基板54との間には、上
記隔壁53を介して各インクチャンネル55にそれぞれ
対向するように複数の圧電部材63が接着固定されてい
る。圧電部材63の上,下面には、電極層64,65が
それぞれ形成され、これら電極層64,65を介して圧
電部材63に電圧が印加されるようになっている。
A spacer member 6 is provided below the partition wall 53.
The substrate 54 is fixed via the first and the second 62. A plurality of piezoelectric members 63 are adhesively fixed between the partition wall 53 and the substrate 54 below the ink channel 55 so as to face each ink channel 55 via the partition wall 53. Electrode layers 64 and 65 are formed on the upper and lower surfaces of the piezoelectric member 63, respectively, and a voltage is applied to the piezoelectric member 63 via the electrode layers 64 and 65.

【0004】上記構成からなるインクジェット記録ヘッ
ド51において、圧電部材63に電圧を印加すると、図
10中破線で示すように、圧電部材63が厚み方向、す
なわち隔壁53と基板54の対向方向に急激に膨張変形
して隔壁53をインクチャンネル55側に押し上げる。
これにより、インクチャンネル55内のインクが瞬間的
に加圧され、ノズル60からインクドロップが飛翔する
ようになっている。
In the ink jet recording head 51 having the above-described structure, when a voltage is applied to the piezoelectric member 63, as shown by a broken line in FIG. 10, the piezoelectric member 63 suddenly moves in the thickness direction, that is, in the direction in which the partition wall 53 and the substrate 54 face each other. It expands and deforms, and pushes up the partition wall 53 to the ink channel 55 side.
As a result, the ink in the ink channel 55 is momentarily pressurized, and the ink drop flies from the nozzle 60.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記圧電部材63の変
形に基づきインクチャンネル55内に発生した圧力波
は、音速より少し遅い速度でインク内を伝わり、ノズル
60側端部まで到達してインクドロップ飛翔の吐出力と
なる。
The pressure wave generated in the ink channel 55 due to the deformation of the piezoelectric member 63 propagates in the ink at a speed slightly lower than the speed of sound, reaches the nozzle 60 end, and drops the ink. It becomes the ejection power of the flight.

【0006】しかし、上記インクチャンネル55の長さ
Lは、通常、1〜10mm程度あり、これに対応する圧
電部材63もほぼ同等の長さを有している。また、電圧
が印加された圧電部材63は、長手方向(図10の左右
方向)にわたってほぼ一様に変形するため、圧電部材6
3に対応するインクチャンネル55内の各領域において
上記圧力波が同時に発生することになる。したがって、
インクチャンネル55内のノズル60に近い領域で発生
した圧力波と、ノズル60から最も離れた領域で発生し
た圧力波とでは、ノズル60までの到達時間にずれを生
じる。具体的には、上記圧力波の速度を1500m/s
ecとした場合、上記インクチャンネル55の長さL
(1〜10mm)に対応する圧力波到達時間のずれは
0.7〜7μs(マイクロセカンド)になる。このよう
な時間のずれは、上記圧力波のピークがインク吐出時に
集中しないことを意味する。よって、充分なインク吐出
効率が得られておらず、ドライバー回路に負担がかかる
などの問題があった。
However, the length L of the ink channel 55 is usually about 1 to 10 mm, and the corresponding piezoelectric member 63 has substantially the same length. Further, since the piezoelectric member 63 to which the voltage is applied is deformed substantially uniformly in the longitudinal direction (the left-right direction in FIG. 10), the piezoelectric member 6
The pressure waves are simultaneously generated in the respective regions in the ink channel 55 corresponding to No. 3. Therefore,
The pressure wave generated in the region near the nozzle 60 in the ink channel 55 and the pressure wave generated in the region farthest from the nozzle 60 have a difference in arrival time to the nozzle 60. Specifically, the speed of the pressure wave is set to 1500 m / s
ec, the length L of the ink channel 55
The shift of the pressure wave arrival time corresponding to (1 to 10 mm) is 0.7 to 7 μs (microsecond). Such a time lag means that the peak of the pressure wave does not concentrate at the time of ink ejection. Therefore, there has been a problem that a sufficient ink ejection efficiency has not been obtained and a load is imposed on a driver circuit.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は上記課
題を解決すべくなされたもので、第1発明の圧電部材の
駆動方法は、インクが収容されたインクチャンネルに対
応して配置され、電圧印加時の変形に基づき上記インク
チャンネル内のインクを加圧してノズルからインクドロ
ップを飛翔させるインクジェット記録ヘッド用圧電部材
において、上記圧電部材の変形が上記ノズルから離れた
部分から上記ノズルに近い部分に向かって時間のずれを
もって順次最大となるように駆動するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and a driving method of a piezoelectric member according to a first invention is arranged corresponding to an ink channel containing ink. In a piezoelectric member for an ink jet recording head that pressurizes ink in the ink channel based on a deformation at the time of applying a voltage and causes an ink drop to fly from a nozzle, a deformation of the piezoelectric member is from a portion away from the nozzle to a portion close to the nozzle. Are driven so as to become maximum sequentially with a time lag.

【0008】また、第2発明のインクジェット記録ヘッ
ド用圧電部材は、インクを収容するインクチャンネルに
対応して配置され、電圧印加時の変形に基づき上記イン
クチャンネルに収容したインクを加圧してインクチャン
ネルに連通するノズルからインクドロップを飛翔させる
インクジェット記録ヘッド用圧電部材において、上記圧
電部材には第1の電極と該圧電部材を挟んで上記電極に
対向する第2の電極とを設け、上記第1の電極はノズル
に向かって配列された複数の電極部分とこれら電極部分
を電気的に接続する抵抗とからなり、上記第1の電極に
おけるノズルから最も離れた電極部分と上記第2の電極
とを電圧印加手段に接続したものである。
A piezoelectric member for an ink jet recording head according to a second aspect of the present invention is arranged corresponding to an ink channel for storing ink, and pressurizes the ink stored in the ink channel based on deformation when a voltage is applied to the ink channel. A piezoelectric member for an ink jet recording head that causes an ink drop to fly from a nozzle communicating with the first member, wherein the piezoelectric member includes a first electrode and a second electrode opposed to the electrode with the first member interposed therebetween. Is composed of a plurality of electrode portions arranged toward the nozzle and a resistor for electrically connecting these electrode portions. The electrode portion of the first electrode farthest from the nozzle and the second electrode are connected to each other. It is connected to voltage application means.

【0009】[0009]

【発明の作用および効果】上記第1発明の圧電部材の駆
動方法によれば、圧電部材に電圧を印加すると、まず、
ノズルから最も離れた圧電部材の端部近傍部分が最大の
変形を示し、この部分の変形によってインクチャンネル
のインク内に発生した圧力波がノズル方向に伝播する。
ついで、時間のずれをもって上記部分よりノズル側に位
置する圧電部材の部分の変形が最大となる。この部分の
変形によって発生した圧力波が上記端部近傍部分で発生
した圧力波に重なってノズル方向に伝播する。このよう
な変形を圧電部材のノズル側端部まで行わせ、各部分で
発生した圧力波を順次重ねることにより、圧力波のピー
クをインクドロップの吐出時に合わせることができ、イ
ンクドロップの吐出効率を上げることができる。
According to the driving method of the piezoelectric member of the first invention, when a voltage is applied to the piezoelectric member, first, a voltage is applied to the piezoelectric member.
The portion near the end of the piezoelectric member farthest from the nozzle shows the largest deformation, and the pressure wave generated in the ink of the ink channel due to the deformation of this portion propagates toward the nozzle.
Then, with a time lag, the deformation of the portion of the piezoelectric member located closer to the nozzle than the above portion is maximized. The pressure wave generated by the deformation of this portion overlaps with the pressure wave generated in the vicinity of the end portion and propagates in the nozzle direction. Such deformation is performed up to the nozzle side end of the piezoelectric member, and the pressure waves generated in each portion are sequentially overlapped, so that the peak of the pressure wave can be adjusted at the time of discharging the ink drop, and the discharge efficiency of the ink drop can be improved. Can be raised.

【0010】また、上記第2発明のインクジェット記録
ヘッド用圧電部材によれば、上記第1発明の駆動方法を
実現できる。すなわち、圧電部材の第1の電極につい
て、ノズルから最も離れた電極部分に電圧印加手段によ
り電圧が印加される。この電圧印加によって、まず、圧
電部材のノズルから最も離れた部分が印加電圧に応じた
最大変形量を示す。つづいて、抵抗を挟んで隣接する電
極部分の電圧が、抵抗を介して接続されているために、
上記電圧印加時から時間のずれをもって最大電圧値とな
り、この電極部分が位置する圧電部材の部分、すなわ
ち、よりノズルに近い部分がその電圧値に応じた最大変
形量を示す。このように、圧電部材の各部分に印加され
る電圧が、抵抗を境に時間のずれをもって最大値とな
り、圧電部材の各部分の変形がノズル側に向かって順次
最大となる。これにより、圧電部材の各部分の変形に基
づきインクチャンネル内に発生した圧力波がノズル近傍
に到達するタイミングをインク吐出時に合わせることが
でき、インクドロップの吐出効率を上げることができ
る。
Further, according to the piezoelectric member for an ink jet recording head of the second invention, the driving method of the first invention can be realized. That is, for the first electrode of the piezoelectric member, a voltage is applied to the electrode portion farthest from the nozzle by the voltage applying unit. By this voltage application, first, the portion of the piezoelectric member farthest from the nozzle shows the maximum deformation amount according to the applied voltage. Subsequently, since the voltage of the electrode portion adjacent to the resistor is connected via the resistor,
The maximum voltage value is obtained with a time lag from the voltage application, and the portion of the piezoelectric member where this electrode portion is located, that is, the portion closer to the nozzle, indicates the maximum deformation amount according to the voltage value. As described above, the voltage applied to each part of the piezoelectric member reaches its maximum value with a time lag from the resistance, and the deformation of each part of the piezoelectric member sequentially becomes maximum toward the nozzle side. Thus, the timing at which the pressure wave generated in the ink channel due to the deformation of each part of the piezoelectric member reaches the vicinity of the nozzle can be adjusted at the time of ink ejection, and the ejection efficiency of the ink drop can be increased.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面を参照して説明する。図1,2は、本発明にかかる
第1実施形態の圧電部材を用いたインクジェット記録ヘ
ッド1を示したものである。このインクジェット記録ヘ
ッド1は、第1ヘッド部10と第2ヘッド部20を有し
ている。この第1,第2ヘッド部10,20は、チャン
ネルプレート2、隔壁3、および基板4によって一体的
に形成され、上記ヘッド1の中央断面Xに関して対称に
構成されているため、以下、第1ヘッド部10について
のみ説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. 1 and 2 show an ink jet recording head 1 using a piezoelectric member according to a first embodiment of the present invention. The inkjet recording head 1 has a first head unit 10 and a second head unit 20. The first and second head portions 10 and 20 are integrally formed by the channel plate 2, the partition wall 3, and the substrate 4, and are configured symmetrically with respect to the center cross section X of the head 1. Only the head unit 10 will be described.

【0012】上記チャンネルプレート2は樹脂、金属等
の平板からなり、その下面には一体成型、エッチング、
フォトレジストや電鋳などの微細加工などによって複数
の凹部が形成されている。また、上記隔壁3は金属、樹
脂等の薄膜からなり、チャンネルプレート2の凹部形成
面を覆うように接着されている。この隔壁3で覆われた
チャンネルプレート2の各凹部の内部にそれぞれインク
チャンネル11、インレット12、インク供給室13が
形成されている。
The channel plate 2 is made of a flat plate made of resin, metal, or the like.
A plurality of recesses are formed by fine processing such as photoresist or electroforming. The partition 3 is made of a thin film of metal, resin, or the like, and is adhered so as to cover the concave surface of the channel plate 2. An ink channel 11, an inlet 12, and an ink supply chamber 13 are formed inside each concave portion of the channel plate 2 covered by the partition 3.

【0013】上記複数のインクチャンネル11は等ピッ
チで並列に配置されている。各インクチャンネル11に
は、それぞれ対応するインレット12を介してインク供
給室13からインクが収容されるようになっている。ま
た、チャンネルプレート2には、各インクチャンネル1
1の端部近傍にそれぞれ連通する複数のノズル14が1
つの直線上に形成されている。このノズル14はインク
チャンネル11側が大径で、外部に面した吐出側が小径
となったテーパ状円形断面を有している。
The plurality of ink channels 11 are arranged in parallel at an equal pitch. Each ink channel 11 receives ink from an ink supply chamber 13 via a corresponding inlet 12. In addition, the channel plate 2 includes each ink channel 1.
The plurality of nozzles 14 communicating with each other in the vicinity of one end
Are formed on two straight lines. The nozzle 14 has a tapered circular cross section having a large diameter on the ink channel 11 side and a small diameter on the discharge side facing the outside.

【0014】上記チャンネルプレート2と隔壁3とは、
スペーサ部材6,7,8を介して、セラミック等の高剛
性材料からなる基板4に固定されている。この基板4上
には、隔壁3を介してそれぞれインクチャンネル11に
対向するように配置された複数の圧電部材15が固定さ
れている。圧電部材15は、電圧印加時の変形に基づき
隔壁3を介してインクチャンネル11内のインクを加圧
し、ノズル14からインクドロップを飛翔させる加圧手
段である。
The channel plate 2 and the partition 3 are
It is fixed to a substrate 4 made of a highly rigid material such as ceramic via spacer members 6, 7, 8. A plurality of piezoelectric members 15 are fixed on the substrate 4 so as to face the ink channels 11 with the partition walls 3 interposed therebetween. The piezoelectric member 15 is a pressurizing unit that pressurizes the ink in the ink channel 11 via the partition 3 based on the deformation at the time of applying a voltage, and causes the ink drop to fly from the nozzle 14.

【0015】上記圧電部材15は、例えばジルコン酸鉛
やチタン酸鉛などの圧電材料からなり、インクチャンネ
ル11よりも長さと幅が少し小さい直方体に形成されて
いる。各圧電部材15の上,下面には、図3に示すよう
に、上記インクチャンネル11と同じ長手方向に沿って
延在し、かつ圧電部材15を介して互いに対向する電極
30,31がスパッタリング法やめっき法などによりそ
れぞれ形成されている。そのうち上部電極30は、これ
と接触する導電性の隔壁3を介してアースされている。
The piezoelectric member 15 is made of a piezoelectric material such as lead zirconate or lead titanate, and is formed in a rectangular parallelepiped having a length and width slightly smaller than the ink channel 11. As shown in FIG. 3, electrodes 30 and 31 extending along the same longitudinal direction as the ink channel 11 and facing each other via the piezoelectric member 15 are formed on the upper and lower surfaces of each piezoelectric member 15 by a sputtering method. And are formed by a plating method or the like. Among them, the upper electrode 30 is grounded via the conductive partition wall 3 that comes into contact with the upper electrode 30.

【0016】他方、下部電極31は、ノズル14に向か
って配列された3つの電極部分32,33,34と、こ
れら電極部分32,33,34を電気的に接続する抵抗
35,36とからなっている。これら抵抗35,36
は、スパッタリング等により下部電極31を形成する際
にマスクされていた領域に、印刷により抵抗材料を塗布
することで各圧電部材15について同時に形成すること
ができる。以下、上記抵抗35,36の各中央部を境と
する圧電部材15の各部分を、ノズル14から離れた方
から順に、領域A,B,Cという。この領域Aの電極部
分32は、図2に示すように、基板4上にパターン印刷
された個別リード線37に導通している。この個別リー
ド線37は、各圧電部材15に対応して形成され、基板
4の側部からドライバ9にそれぞれ接続されている。こ
れら個別リード線37とドライバ9、および、上記電極
30をアースする隔壁3とにより、上記圧電部材15に
電圧を印加する電圧印加手段が構成されている。
On the other hand, the lower electrode 31 comprises three electrode portions 32, 33, 34 arranged toward the nozzle 14, and resistors 35, 36 for electrically connecting these electrode portions 32, 33, 34. ing. These resistors 35, 36
Can be simultaneously formed for each piezoelectric member 15 by applying a resistive material by printing to a region masked when the lower electrode 31 is formed by sputtering or the like. Hereinafter, the respective portions of the piezoelectric member 15 bordering the respective central portions of the resistors 35 and 36 will be referred to as regions A, B, and C in order from the side away from the nozzle 14. As shown in FIG. 2, the electrode portion 32 in this area A is electrically connected to an individual lead 37 printed on the substrate 4. The individual lead wires 37 are formed corresponding to the respective piezoelectric members 15 and connected to the driver 9 from the side of the substrate 4. The individual lead wires 37, the driver 9, and the partition wall 3 that grounds the electrode 30 constitute voltage applying means for applying a voltage to the piezoelectric member 15.

【0017】なお、各ヘッド部10,20のインクチャ
ンネル11,11、インレット12,12、圧電部材1
5,15はそれぞれ同一サイズに形成されている。ま
た、ノズル14,14も同一径に形成してある。インク
チャンネル11、インレット12、圧電部材15、ノズ
ル14等の大きさを各ヘッド部ごとに異ならせて、各ヘ
ッド部から異なる径のインク滴を吐出するようにしても
よい。
The ink channels 11, 11, the inlets 12, 12, and the piezoelectric member 1 of each of the heads 10, 20 are provided.
5 and 15 are formed in the same size. The nozzles 14, 14 are also formed to have the same diameter. The sizes of the ink channel 11, the inlet 12, the piezoelectric member 15, the nozzle 14, and the like may be different for each head, and ink droplets having different diameters may be ejected from each head.

【0018】つぎに、上記構成からなるインクジェット
記録ヘッド1における圧電部材15の駆動方法とインク
吐出動作について説明する。上記各インクチャンネル1
1には、インク供給室13から供給されたインクが収容
されている。この状態で、上記下部電極31の電極部分
32に、ドライバ9により所定電圧を印加して圧電部材
15を駆動する。このときの下部電極31の各電極部分
32,33,34の電圧値の推移を、これらに対応する
各領域A,B,Cごとに示したのが図4のグラフであ
る。このグラフは、横軸に時間t、縦軸に電圧値Vをと
ってある。このグラフに示すように、上記領域Aの電圧
は、ドライバ9によって印加された電圧と同じ波形とな
る。すなわち、所定の立ち上がり勾配をもち、t1時に
最大電圧値V1となる。これに対して、上記領域Bの電
圧は、電極31に一時的に流れる電流が抵抗35を通る
ことにより、領域Bの圧電部材の容量(コンデンサ)成
分に充電が行われる時定数分、上記領域Aの電圧に比べ
て立ち上がり勾配が緩やかになる。そのため、上記領域
Bでは、上記領域Aよりも時間的に若干遅れてt2時に
最大電圧値V1に達する。上記領域Cの電圧についても
同様に、抵抗36の存在によって上記領域Bよりもさら
に遅れてt3時に最大電圧値V1に達する。
Next, the driving method of the piezoelectric member 15 and the ink discharging operation in the ink jet recording head 1 having the above-described configuration will be described. Each of the above ink channels 1
1 stores the ink supplied from the ink supply chamber 13. In this state, the driver 9 applies a predetermined voltage to the electrode portion 32 of the lower electrode 31 to drive the piezoelectric member 15. FIG. 4 is a graph showing the transition of the voltage value of each of the electrode portions 32, 33, and 34 of the lower electrode 31 for each of the regions A, B, and C corresponding thereto. In this graph, time t is plotted on the horizontal axis, and voltage value V is plotted on the vertical axis. As shown in this graph, the voltage in the region A has the same waveform as the voltage applied by the driver 9. That is, it has a predetermined rising gradient and reaches the maximum voltage value V 1 at t 1 . On the other hand, the voltage in the region B is equal to the time constant at which the capacitance (capacitor) component of the piezoelectric member in the region B is charged by the current temporarily flowing through the electrode 31 passing through the resistor 35. The rising gradient becomes gentler than the voltage of A. Therefore, in the region B, reaches t 2 at the maximum voltage value V 1 also temporally slightly later than the region A. Similarly, the voltage of the region C, the presence of the resistor 36 reach t 3 at the maximum voltage value V 1 and further delayed than the area B.

【0019】上記のように圧電部材15の各領域A,
B,Cの電圧が時間のずれをもってそれぞれ最大電圧値
1となる。そのため、図5に示すように、まず圧電部
材15の領域Aの部分が電圧値V1に応じた最大変形量
Δ(デルタ)となる。この領域Aの部分の変形によって
隔壁3がインクチャンネル11内に瞬間的に押し上げら
れ、インク内に圧力波が発生する。この圧力波がインク
チャンネル11内に広がり、ノズル14方向(図5にお
いて左側)に伝播する。つづいて、圧電部材15の領域
Bの部分が若干遅れて最大変形量Δとなる。この領域B
の部分の変形により発生した圧力波が、上記領域Aで発
生した圧力波に重なるようにしてノズル14方向に伝播
する。そして、さらに若干遅れて圧電部材15の領域C
の部分が最大変形量Δとなり、この領域Cの部分で発生
した圧力波が上記圧力波に重なってノズル14近傍まで
達し、ノズル14からインクドロップが吐出される。
As described above, each region A,
The voltages of B and C reach the maximum voltage value V 1 with a time lag. Therefore, as shown in FIG. 5, first, the area A of the piezoelectric member 15 has the maximum deformation amount Δ (delta) corresponding to the voltage value V 1 . The partition 3 is momentarily pushed up into the ink channel 11 by the deformation of the area A, and a pressure wave is generated in the ink. This pressure wave spreads in the ink channel 11 and propagates toward the nozzle 14 (left side in FIG. 5). Subsequently, the maximum deformation amount Δ of the portion of the piezoelectric member 15 in the region B is slightly delayed. This area B
The pressure wave generated by the deformation of the portion propagates toward the nozzle 14 so as to overlap the pressure wave generated in the region A. Then, even slightly later, the area C of the piezoelectric member 15
Is the maximum deformation amount Δ, and the pressure wave generated in the area C overlaps the pressure wave to reach the vicinity of the nozzle 14, and the ink drop is ejected from the nozzle 14.

【0020】このように、インクチャンネル11内のイ
ンクをノズル14に向かって絞り出すように圧電部材1
5の各領域A,B,Cの最大変形時期をずらせば、各領
域A,B,Cで発生した圧力波を順次重ねることがで
き、圧力波のピークをインクドロップの吐出時に合わせ
ることができる。その結果、インクチャンネル11の長
さや圧力波を重ねるタイミングにもよるが、インクドロ
ップの吐出効率を約10〜20%程度上げることができ
る。
As described above, the piezoelectric member 1 is squeezed so as to squeeze the ink in the ink channel 11 toward the nozzle 14.
If the maximum deformation time of each of the regions A, B, and C is shifted, the pressure waves generated in the regions A, B, and C can be sequentially overlapped, and the peak of the pressure wave can be adjusted at the time of discharging the ink drop. . As a result, the ink drop ejection efficiency can be increased by about 10 to 20%, depending on the length of the ink channel 11 and the timing of overlapping pressure waves.

【0021】また、圧電部材15に印加される電圧の立
ち上がりを、急峻(上記t1が約1〜10μs)にした
り、あるいは、緩やか(上記t1が約10〜50μs)
にするように制御すれば、ドライバ9の回路変更を伴う
ことなくインク吐出力を変えることができ、インクドロ
ップの大きさや吐出速度などを調節することもできる。
The voltage applied to the piezoelectric member 15 rises steeply (the above-mentioned t 1 is about 1 to 10 μs) or slowly (the above-mentioned t 1 is about 10 to 50 μs).
With such control, the ink ejection force can be changed without changing the circuit of the driver 9, and the size of the ink drop and the ejection speed can be adjusted.

【0022】一方、ドライバ9による電圧印加が解除さ
れると、圧電部材15は元の状態に復帰し、その際にイ
ンクチャンネル11内に生じる負圧に基づきインク供給
室13からインレット12を介してインクが補充され
る。この圧電部材15の復元動作は、上記インク加圧時
の変形とは逆の原理によって逆の方向性を示す。すなわ
ち、電極部分32への電圧印加が解除されると、まず、
圧電部材15の領域Aの部分がいち早く復元し、ついで
若干の時間のずれをもって領域Bの部分が、つづいて領
域Cの部分が順次復元することになる。このような復元
動作をすることで、圧電部材15が全長にわたって同時
に復元する場合に比べ、インクチャンネル11に緩やか
にインクが補充されるため、ノズル14からの気泡の吸
引や、インク補充直後のインクチャンネル11内のイン
クの揺れを抑えることができる。
On the other hand, when the voltage application by the driver 9 is released, the piezoelectric member 15 returns to the original state, and the negative pressure generated in the ink channel 11 from the ink supply chamber 13 through the inlet 12 at that time. The ink is replenished. The operation of restoring the piezoelectric member 15 shows a direction opposite to that of the deformation when the ink is pressed. That is, when the voltage application to the electrode portion 32 is released, first,
The area A of the piezoelectric member 15 is restored promptly, and then the area B and the area C are sequentially restored with a slight time lag. By performing such a restoring operation, ink is supplied to the ink channel 11 more slowly than when the piezoelectric member 15 is simultaneously restored over the entire length. Fluctuation of the ink in the channel 11 can be suppressed.

【0023】なお、本実施形態の構成によれば、1つの
ドライバによって、圧電部材15の各領域に印加される
電圧が時間差をもって最大となるように駆動できるの
で、回路を簡単で、かつ安価にできる。しかしながら、
本実施形態の構成に限らず、上記のような圧電部材15
の変形動作をより正確に制御するために、抵抗35,3
6を設けることなく、それぞれ導通していない各電極部
分32,33,34のみで下部電極31を構成するとと
もに、各電極部分32,33,34ごとに対応するドラ
イバを接続し、各ドライバによって各電極部分32,3
3,34に時間のずれをもたせて電圧の印加および解除
を行うようにしてもよい。
According to the structure of the present embodiment, since the voltage applied to each area of the piezoelectric member 15 can be maximized with a time difference by one driver, the circuit is simple and inexpensive. it can. However,
Not limited to the configuration of the present embodiment, the piezoelectric member 15 as described above
In order to more accurately control the deformation operation of the resistors 35, 3
6, the lower electrode 31 is composed of only the non-conductive electrode portions 32, 33, and 34, and a corresponding driver is connected to each of the electrode portions 32, 33, and 34. Electrode part 32,3
The application and release of the voltage may be performed with a time lag between 3, 34.

【0024】ところで、上記圧電部材15には単層のも
のを用いたが、図6に示すように、長手方向に沿って平
行に延びる複数の電極を内部に有する積層タイプの圧電
部材40を用いてもよい。この圧電部材40は、複数の
薄い圧電層41が積層されて構成されている。圧電部材
40のノズル14から離れた方の端面(図6における右
側端面)には共通電極部42が設けてあり、そこから抵
抗35,36により接続された各電極部分32,33,
34からなる電極31が上記圧電層41間に延びてい
る。他方、圧電部材40のノズル14側の端面(図6に
おける左側端面)にも共通電極部43が設けてあり、そ
こから複数の電極30が上記電極31に挟まれて位置す
る圧電層41間にそれぞれ延びている。上記各電極30
は共通電極部43を介してアースされるとともに、上記
各電極31には共通電極部42を介して駆動電圧が印加
されるようになっている。また、各電極30,31は互
いに導通しないように形成されている。
Although the piezoelectric member 15 has a single-layer structure, as shown in FIG. 6, a laminated piezoelectric member 40 having a plurality of electrodes extending in parallel along the longitudinal direction is used. You may. The piezoelectric member 40 is configured by laminating a plurality of thin piezoelectric layers 41. A common electrode portion 42 is provided on the end surface of the piezoelectric member 40 remote from the nozzle 14 (the right end surface in FIG. 6), from which the electrode portions 32, 33,
An electrode 31 consisting of 34 extends between the piezoelectric layers 41. On the other hand, a common electrode portion 43 is also provided on the end surface of the piezoelectric member 40 on the nozzle 14 side (the left end surface in FIG. 6), from which a plurality of electrodes 30 are interposed between the piezoelectric layers 41 positioned between the electrodes 31. Each extends. Each of the above electrodes 30
Are grounded via a common electrode portion 43, and a driving voltage is applied to each of the electrodes 31 via a common electrode portion. The electrodes 30 and 31 are formed so as not to conduct with each other.

【0025】上記構成を有する圧電部材40の共通電極
部42に電圧を印加したときの各領域A,B,Cの変形
動作は、上記単層の圧電部材15と同様である。ただ
し、積層タイプの圧電部材40は、単層のものに比べて
同一電圧を印加したときの変形効率がよく、大きな変形
量が得られるので、上記圧電部材15を用いて得られる
ものと同等の効果を、より低い駆動電圧で達成できる。
When a voltage is applied to the common electrode portion 42 of the piezoelectric member 40 having the above-described configuration, the deformation operation of the regions A, B, and C is the same as that of the single-layer piezoelectric member 15. However, the laminated type piezoelectric member 40 has a higher deformation efficiency when the same voltage is applied as compared with a single-layered piezoelectric member, and a large amount of deformation can be obtained. The effect can be achieved with lower drive voltage.

【0026】また、上記圧電部材15は、インクチャン
ネル11の長手方向に沿うように細長く形成してある
が、その形状はインクチャンネル11に対応して種々変
形可能である。例えば、インクチャンネルを円柱状空間
に形成し、これに応じて圧電部材を円筒状に形成する。
この円筒状圧電部材の一方の面に、それぞれ所定幅をも
った環状をなす複数の電極部分32,33,34および
抵抗35,36を同心的に配置して上記電極31を形成
し、他方の全面に電極30を形成する。また、ノズルは
この円筒状圧電部材の中心部に対向して設ける。
Although the piezoelectric member 15 is formed to be elongated along the longitudinal direction of the ink channel 11, its shape can be variously changed corresponding to the ink channel 11. For example, the ink channel is formed in a cylindrical space, and the piezoelectric member is accordingly formed in a cylindrical shape.
A plurality of annular electrode portions 32, 33, 34 and resistors 35, 36 each having a predetermined width are concentrically arranged on one surface of the cylindrical piezoelectric member to form the electrode 31, and the other electrode is formed. An electrode 30 is formed on the entire surface. The nozzle is provided to face the center of the cylindrical piezoelectric member.

【0027】上記構成において、ノズルから最も離れて
位置する電極部分32に電圧を印加すれば、圧電部材の
変形が外周部分から中心部に向かって時間のずれをもっ
て順次最大となり、圧力波のピークをノズルが位置する
上記中心部に集中させることができる。
In the above configuration, if a voltage is applied to the electrode portion 32 located farthest from the nozzle, the deformation of the piezoelectric member sequentially becomes maximum with a time lag from the outer peripheral portion toward the central portion, and the peak of the pressure wave is reduced. It is possible to concentrate on the center where the nozzle is located.

【0028】なお、上記インクジェット記録ヘッド1で
は、隔壁3により圧電部材15をインクチャンネル11
から隔離したが、圧電部材15等の表面に防湿コートを
施してインクチャンネル11に直接臨ませるようにして
もよい。
In the ink jet recording head 1, the piezoelectric member 15 is separated from the ink channel 11 by the partition wall 3.
However, a moisture-proof coating may be applied to the surface of the piezoelectric member 15 or the like so that the surface directly faces the ink channel 11.

【0029】つぎに、第2の実施形態の圧電部材46に
ついて図7〜9を参照して説明する。図7に示すよう
に、この圧電部材46も積層タイプであり、上記圧電部
材40とほぼ同様の構成を有している。したがって、同
一部材には同一符号を付して、詳細な説明を省略する。
ただし、各電極31の先端部が抵抗47を介して共通電
極部43にそれぞれ導通している点において構成が異な
る。
Next, a piezoelectric member 46 according to a second embodiment will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 7, the piezoelectric member 46 is also of a laminated type and has substantially the same configuration as the piezoelectric member 40. Therefore, the same reference numerals are given to the same members, and the detailed description is omitted.
However, the configuration is different in that the tip of each electrode 31 is electrically connected to the common electrode 43 via the resistor 47.

【0030】上記圧電部材46の共通電極部42に所定
の立ち上がり勾配をもった電圧を印加すると、アースさ
れた共通電極部43に上記抵抗47を介して導通してい
るために、電圧印加中は電極31に電流が流れることに
なる。そのため、圧電部材46の各領域A,B,Cに対
応する電極部分32,33,34の電圧は、図8のグラ
フに示すように推移する。すなわち、領域Aにおける電
圧は印加電圧と同じ波形によってt1時に最大電圧値V1
に達するが、領域Bの電圧は立ち上がりが緩やかになる
ともに抵抗35での電圧降下によってt2時に上記V1
りも低い最大電圧値V2に達する。また、領域Cの電圧
の立ち上がりはさらに緩やかになり、抵抗36での電圧
降下によってt3時に上記V2よりも低い最大電圧値V3
に達する。
When a voltage having a predetermined rising gradient is applied to the common electrode portion 42 of the piezoelectric member 46, the common electrode portion 43 is electrically connected to the grounded common electrode portion 43 through the resistor 47. A current will flow through the electrode 31. Therefore, the voltages of the electrode portions 32, 33, and 34 corresponding to the regions A, B, and C of the piezoelectric member 46 change as shown in the graph of FIG. That is, the voltage in the area A has the maximum voltage value V 1 at t 1 according to the same waveform as the applied voltage.
, The voltage of the region B rises slowly and reaches the maximum voltage value V 2 lower than the above-mentioned V 1 at t 2 due to the voltage drop at the resistor 35. Further, the rise of the voltage in the region C becomes more gradual, and the voltage drop at the resistor 36 causes the maximum voltage value V 3 lower than the above-mentioned V 2 at t 3 due to the voltage drop.
Reach

【0031】上記のように各領域の電圧が推移する圧電
部材46の変形は、図9に示すように、まず領域Aが電
圧値V1に応じた最大変形量Δ1となり、これに若干遅れ
て領域Bが電圧値V2に応じた最大変形量Δ2となり、さ
らに若干遅れて領域Cが電圧値V3に応じた最大変形量
Δ3となる。このような圧電部材46の階段状の変形に
よっても、上記圧電部材15の場合と同様に、各領域
A,B,Cで発生した圧力波を順次重ねることができ、
インクドロップの吐出効率を上げることができる。
The deformation of the piezoelectric element 46 the voltage of each region as described above to remain, as shown in FIG. 9, first, the maximum deformation amount delta 1 becomes the area A corresponding to the voltage value V 1, which slightly delays region Te B is the maximum amount of deformation delta 2 becomes corresponding to the voltage value V 2, the area C is delayed further slightly the maximum deformation amount delta 3 corresponding to the voltage value V 3. By such a stepwise deformation of the piezoelectric member 46, the pressure waves generated in the respective areas A, B, and C can be sequentially overlapped similarly to the case of the piezoelectric member 15, and
The ejection efficiency of ink drops can be increased.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明にかかる圧電部材を用いたインクジェ
ット記録ヘッドの平面図である。
FIG. 1 is a plan view of an ink jet recording head using a piezoelectric member according to the present invention.

【図2】 図1に示すヘッドのII−II線断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the head shown in FIG. 1, taken along the line II-II.

【図3】 第1実施形態の圧電部材の側面図である。FIG. 3 is a side view of the piezoelectric member according to the first embodiment.

【図4】 図3の圧電部材の各領域に印加される電圧の
推移を示すグラフである。
4 is a graph showing a transition of a voltage applied to each region of the piezoelectric member of FIG.

【図5】 図3の圧電部材の各領域における厚み方向の
変形量を経時的に説明するための側面図である。
5 is a side view for explaining the amount of deformation in the thickness direction in each region of the piezoelectric member in FIG. 3 with time.

【図6】 本発明にかかる積層型圧電部材の側面図であ
る。
FIG. 6 is a side view of the laminated piezoelectric member according to the present invention.

【図7】 第2実施形態の積層型圧電部材の側面図であ
る。
FIG. 7 is a side view of a laminated piezoelectric member according to a second embodiment.

【図8】 図7の圧電部材に電圧を印加したときの各領
域の電圧の推移を示すグラフである。
FIG. 8 is a graph showing a transition of a voltage in each region when a voltage is applied to the piezoelectric member of FIG. 7;

【図9】 図7の圧電部材の各領域における厚み方向の
変形量を経時的に説明するための側面図である。
9 is a side view for explaining the amount of deformation in the thickness direction in each region of the piezoelectric member of FIG. 7 over time.

【図10】 圧電部材を用いた従来のインクジェット記
録ヘッドの一例を示す断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating an example of a conventional ink jet recording head using a piezoelectric member.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…インクジェット記録ヘッド、2…チャンネルプレー
ト、3…隔壁、4…基板、11…インクチャンネル、1
4…ノズル、15…圧電部材、30…電極(第2の電
極)31…電極(第1の電極)、32,33,34…電
極部分、35,36…抵抗。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ink jet recording head, 2 ... Channel plate, 3 ... Partition, 4 ... Substrate, 11 ... Ink channel, 1
4 Nozzle, 15 Piezoelectric member, 30 Electrode (second electrode) 31 Electrode (first electrode), 32, 33, 34 Electrode portion, 35, 36 Resistance.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 インクが収容されたインクチャンネルに
対応して配置され、電圧印加時の変形に基づき上記イン
クチャンネル内のインクを加圧してノズルからインクド
ロップを飛翔させるインクジェット記録ヘッド用圧電部
材において、 上記圧電部材の変形が上記ノズルから離れた部分から上
記ノズルに近い部分に向かって時間のずれをもって順次
最大となるように駆動する上記圧電部材の駆動方法。
1. A piezoelectric member for an ink jet recording head, which is arranged corresponding to an ink channel containing ink and pressurizes ink in the ink channel based on a deformation at the time of applying a voltage to fly an ink drop from a nozzle. The driving method of the piezoelectric member, wherein the piezoelectric member is driven so that the deformation of the piezoelectric member sequentially becomes maximum with a time lag from a portion away from the nozzle to a portion near the nozzle.
【請求項2】 インクを収容するインクチャンネルに対
応して配置され、電圧印加時の変形に基づき上記インク
チャンネルに収容したインクを加圧してインクチャンネ
ルに連通するノズルからインクドロップを飛翔させるイ
ンクジェット記録ヘッド用圧電部材において、 上記圧電部材には第1の電極と該圧電部材を挟んで上記
電極と対向する第2の電極とを設け、上記第1の電極は
ノズルに向かって配列された複数の電極部分とこれら電
極部分を電気的に接続する抵抗とからなり、上記第1の
電極におけるノズルから最も離れた電極部分と上記第2
の電極とを電圧印加手段に接続したことを特徴とするイ
ンクジェット記録ヘッド用圧電部材。
2. An ink jet recording apparatus which is arranged corresponding to an ink channel containing ink and pressurizes the ink contained in the ink channel based on a deformation at the time of applying a voltage to fly an ink drop from a nozzle communicating with the ink channel. In the piezoelectric member for a head, the piezoelectric member includes a first electrode and a second electrode facing the electrode with the piezoelectric member interposed therebetween, and the first electrode includes a plurality of electrodes arranged toward a nozzle. An electrode portion and a resistor for electrically connecting the electrode portions; an electrode portion of the first electrode farthest from the nozzle;
A piezoelectric member for an ink jet recording head, wherein the electrodes are connected to voltage applying means.
JP8153843A 1996-06-14 1996-06-14 Method for driving piezoelectric member for inkjet recording head and piezoelectric member Pending JPH10772A (en)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4656287A (en) * 1984-05-25 1987-04-07 Toyoma Chemical Co., Ltd. Aminothiazole intermediate for a cephalosporin
US6305792B1 (en) 1998-04-17 2001-10-23 Nec Corporation Ink jet recording head
JP2005186331A (en) * 2003-12-24 2005-07-14 Fuji Xerox Co Ltd Inkjet recording head

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