JPH11291484A - Ink jet head - Google Patents

Ink jet head

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JPH11291484A
JPH11291484A JP9443098A JP9443098A JPH11291484A JP H11291484 A JPH11291484 A JP H11291484A JP 9443098 A JP9443098 A JP 9443098A JP 9443098 A JP9443098 A JP 9443098A JP H11291484 A JPH11291484 A JP H11291484A
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JP
Japan
Prior art keywords
ink
diaphragm
electrode
dielectric member
jet head
Prior art date
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Pending
Application number
JP9443098A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Nan Tono
楠 東野
Masami Asano
雅己 浅野
Yasuhisa Fujii
泰久 藤井
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Minolta Co Ltd
Original Assignee
Minolta Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH11291484A publication Critical patent/JPH11291484A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/14Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14314Structure of ink jet print heads with electrostatically actuated membrane

Landscapes

  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ink jet head which can be driven with a low voltage through a relatively wide gap. SOLUTION: The ink jet head comprises a nozzle 22, an ink channel 18 communicating with the nozzle, a diaphragm 19 provided at a part of the ink channel 18, a common electrode 34 arranged on the diaphragm 19, and a drive electrode 38 disposed oppositely to the common electrode 34 wherein a pulse voltage is applied between the common electrode 34 and the drive electrode 38 to deform the diaphragm 19 with electrostatic force thus ejecting an ink drop for printing from the nozzle 22 toward a recording paper. A resilient dielectric member is provided between the common electrode 34 and the drive electrode 38.

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、静電アクチュエー
タ方式のインクジェットヘッドに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrostatic actuator type ink jet head.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、静電アクチュエータ方式のインク
ジェットヘッドとして、例えば特開平6−340069
号公報又は特開平7−246706号公報に図8に示す
インクジェットヘッド100が開示されている。このイ
ンクジェットヘッド100は、カバープレート12、チ
ャンネルプレート14及び基板16を一体接合して構成
されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as an inkjet head of an electrostatic actuator type, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 6-340069 is used.
8 or JP-A-7-246706 discloses an ink jet head 100 shown in FIG. The inkjet head 100 is configured by integrally joining a cover plate 12, a channel plate 14, and a substrate 16 together.

【0003】上記チャンネルプレート14はシリコンプ
レートからなり、異方性エッチングにより複数の溝部が
形成されている。これら溝部が上記カバープレート12
によって覆われることによりそれぞれ、インクを収容す
るインクチャンネル18、インクチャンネル18内のイ
ンクを液滴として吐出するノズル22、インクチャンネ
ル18に補給されるインクを収容する共通インク室2
6、及びインクチャンネル18と共通インク室26とを
連通させるインレット30になっている。
The channel plate 14 is made of a silicon plate, and has a plurality of grooves formed by anisotropic etching. These grooves correspond to the cover plate 12.
The ink channel 18 that accommodates the ink, the nozzle 22 that ejects the ink in the ink channel 18 as droplets, and the common ink chamber 2 that accommodates the ink supplied to the ink channel 18 are covered by the ink channel 18.
6 and an inlet 30 for communicating the ink channel 18 with the common ink chamber 26.

【0004】インクチャンネル18の底部は振動板19
となっており、この振動板19のインクチャンネル18
とは反対側の表面に共通電極34が形成されている。一
方、基板16のインクチャンネル18に対応する位置に
は凹部36が形成され、この凹部36の底面には駆動電
極38が上記共通電極34に対向して形成されている。
The bottom of the ink channel 18 is provided with a diaphragm 19
The ink channel 18 of the diaphragm 19
A common electrode 34 is formed on the surface on the opposite side. On the other hand, a concave portion 36 is formed at a position corresponding to the ink channel 18 on the substrate 16, and a drive electrode 38 is formed on the bottom surface of the concave portion 36 so as to face the common electrode 34.

【0005】上記構成のインクジェットヘッド100で
は、共通電極34と駆動電極38とに異なる極性の電圧
をそれぞれ印加すると、静電吸引力により両電極34、
38が引き合うために振動板19が駆動電極38側に撓
み変形する。この変形によってインクチャンネル18内
の容積が増加し、それに伴ってインレット30を介して
共通インク室26からインクチャンネル18にインクが
引き込まれる。そして、各電極34、38への電圧印加
が解除されると、振動板19はそれ自体の弾性により元
の状態に復帰する。このとき、インクチャンネル18内
のインクが加圧され、ノズル22からインク滴46が吐
出されるようになっている。
In the ink jet head 100 having the above-described structure, when voltages of different polarities are applied to the common electrode 34 and the driving electrode 38, respectively, the two electrodes 34,
The diaphragm 19 bends and deforms toward the drive electrode 38 due to the attraction of 38. This deformation increases the volume in the ink channel 18, and accordingly, ink is drawn from the common ink chamber 26 into the ink channel 18 via the inlet 30. When the voltage application to the electrodes 34 and 38 is released, the diaphragm 19 returns to its original state due to its own elasticity. At this time, the ink in the ink channel 18 is pressurized, and the ink droplet 46 is ejected from the nozzle 22.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記イ
ンクジェットヘッド100では、比較的低い電圧で駆動
しようとすれば、共通電極34と駆動電極38間のギャ
ップを例えば0.3μmと非常に小さく形成する必要が
あり、加工及び組立に極めて高い精度が要求される。一
方、上記ギャップを大きくして加工及び組立を容易にし
ようとすれば、例えば200〜300ボルトという高電
圧で駆動しなければならず、駆動回路が非常に高価にな
るという問題がある。
However, in the above-described ink jet head 100, if the driving is to be performed at a relatively low voltage, the gap between the common electrode 34 and the driving electrode 38 needs to be formed very small, for example, 0.3 μm. Therefore, extremely high precision is required for processing and assembly. On the other hand, if the gap is increased to facilitate processing and assembly, the driving must be performed at a high voltage of, for example, 200 to 300 volts, and there is a problem that the driving circuit becomes very expensive.

【0007】そこで、本発明は上記問題を解決するた
め、比較的広い電極間ギャップで低電圧駆動できるイン
クジェットヘッドを提供することを目的とする。
Accordingly, an object of the present invention is to provide an ink jet head which can be driven at a low voltage with a relatively wide gap between electrodes in order to solve the above problems.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、ノズルと、該ノズルに連通するインク流路
と、該インク流路の一部に設けられた振動板と、該振動
板に設けられた振動板電極と、該振動板電極に対向して
設けられた対向電極とを有し、上記振動板電極と上記対
向電極間にパルス電圧を印加し、上記振動板を静電気力
により変形させ、この変形によって上記ノズルからイン
ク滴を記録紙に向けて吐出し印刷を行うインクジェット
ヘッドにおいて、上記振動板電極と上記対向電極との間
に弾性を有する誘電部材を設けたことを特徴とするもの
である。
In order to achieve the above object, the present invention provides a nozzle, an ink flow path communicating with the nozzle, a diaphragm provided in a part of the ink flow path, and a diaphragm. And a counter electrode provided opposite to the diaphragm electrode, a pulse voltage is applied between the diaphragm electrode and the counter electrode, and the diaphragm is subjected to electrostatic force. In the ink jet head for performing printing by discharging the ink droplets from the nozzles toward the recording paper by this deformation and performing printing, an elastic dielectric member is provided between the diaphragm electrode and the counter electrode. Is what you do.

【0009】このインクジェットヘッドでは、上記誘電
部材が空隙部又は気泡を含むようにしてもよい。
In this ink jet head, the dielectric member may include a void or a bubble.

【0010】[0010]

【発明の効果】本発明のインクジェットヘッドによれ
ば、振動板電極と対向電極間に誘電部材を設けることに
より同じ電極間ギャップでも電界強度を上げることがで
き、これにより静電気力を強くすることができる。した
がって、振動板について同じ変形量を得ようとする場
合、従来よりも電極間ギャップを広くすることができる
とともに低電圧駆動が可能になる。また、上記誘電部材
はその絶縁性によって振動板電極と対向電極との電気的
短絡を防止する。さらに、上記誘電部材は弾性を有する
ため、電極間に誘電部材を設けても振動板は変形可能で
あり、かつ振動板変形時の衝撃を吸収することによって
振動板電極や対向電極が破損するのを防止できる。
According to the ink jet head of the present invention, by providing a dielectric member between the diaphragm electrode and the opposing electrode, the electric field strength can be increased even in the same gap between the electrodes, thereby increasing the electrostatic force. it can. Therefore, when trying to obtain the same amount of deformation for the diaphragm, the gap between the electrodes can be made wider than before, and low-voltage driving becomes possible. Further, the dielectric member prevents an electrical short circuit between the diaphragm electrode and the counter electrode due to its insulating property. Further, since the dielectric member has elasticity, the diaphragm can be deformed even if a dielectric member is provided between the electrodes, and the diaphragm electrode or the counter electrode is damaged by absorbing the shock at the time of the deformation of the diaphragm. Can be prevented.

【0011】また、上記誘電部材に空隙部又は気泡を含
ませたインクジェットヘッドでは、誘電部材がより変形
しやすくなるため、振動板について大きな変形量を得る
ことができるとともに、さらなる低電圧駆動が可能にな
る。
In the ink jet head in which the dielectric member contains voids or bubbles, the dielectric member is more easily deformed, so that a large amount of deformation of the diaphragm can be obtained and further low voltage driving is possible. become.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態について説明する。図1は本発明にかかる
インクジェットヘッド10の平面図、図2は図1におけ
るA−A線断面図、図3は図2におけるB−B線断面図
である。このインクジェットヘッド10は、カバープレ
ート12、チャンネルプレート14及び基板16を積層
して陽極接合により一体接合されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a plan view of an inkjet head 10 according to the present invention, FIG. 2 is a sectional view taken along line AA in FIG. 1, and FIG. 3 is a sectional view taken along line BB in FIG. In the inkjet head 10, the cover plate 12, the channel plate 14, and the substrate 16 are laminated and integrally joined by anodic joining.

【0013】カバープレート12は例えばガラス製の平
板であり、チャンネルプレート14の上部を覆ってい
る。チャンネルプレート14は例えばシリコンプレート
からなり、その上面には異方性エッチングにより複数の
溝が形成されている。具体的には、インクチャンネル
(インク流路)18となる複数の長溝20が互いに平行
に配列形成されている。また、チャンネルプレート14
の縁部には、ノズル22となる細溝24が上記各長溝2
0に連通して形成されている。さらに、チャンネルプレ
ート14の上記細溝24の反対側には、共通インク室2
6となる横溝28が上記複数の長溝20の配列方向に沿
って延設されている。そして、インクチャンネル18と
なる長溝20と共通インク室26となる横溝28とは、
インレット30となる細溝32によってそれぞれ連通し
ている。これらの溝部20、24、28、32がカバー
プレート12によって覆われることにより、インクチャ
ンネル18、ノズル22、共通インク室26及びインレ
ット30がそれぞれ形成されている。
The cover plate 12 is, for example, a flat plate made of glass and covers an upper portion of the channel plate 14. The channel plate 14 is made of, for example, a silicon plate, and has a plurality of grooves formed on its upper surface by anisotropic etching. Specifically, a plurality of long grooves 20 to be ink channels (ink flow paths) 18 are arranged in parallel with each other. In addition, the channel plate 14
The narrow groove 24 which becomes the nozzle 22 is provided at the edge of the long groove 2.
0 is formed. Further, on the opposite side of the narrow groove 24 of the channel plate 14, the common ink chamber 2 is provided.
The lateral grooves 28 which are 6 extend in the arrangement direction of the plurality of long grooves 20. The long groove 20 serving as the ink channel 18 and the lateral groove 28 serving as the common ink chamber 26
They communicate with each other through narrow grooves 32 that serve as inlets 30. By covering these grooves 20, 24, 28, 32 with the cover plate 12, the ink channel 18, the nozzle 22, the common ink chamber 26, and the inlet 30 are respectively formed.

【0014】ノズル22はインクチャンネル18に連通
し、インクチャンネル18内のインクを吐出するように
なっている。また、インクチャンネル18と共通インク
室26とはインレット30を介して連通しており、共通
インク室26から各インクチャンネル18にインクが供
給されて収容されるようになっている。さらに、共通イ
ンク室26はインク供給路29を介して図示しないイン
クタンクに接続され、そこからインクが供給されるよう
になっている。
The nozzle 22 communicates with the ink channel 18 and discharges the ink in the ink channel 18. Further, the ink channel 18 and the common ink chamber 26 communicate with each other via an inlet 30, and ink is supplied from the common ink chamber 26 to each of the ink channels 18 to be stored therein. Further, the common ink chamber 26 is connected to an ink tank (not shown) via an ink supply path 29, from which ink is supplied.

【0015】チャンネルプレート14の基板対向面に
は、各インクチャンネル18に対応する位置に複数の矩
形凹部15が形成されている。そして、この凹部15の
天井部であって且つインクチャンネル18の底部である
振動板19には、凹部15側の表面に金属材料をスパッ
タリングすることにより共通電極(振動板電極)34が
形成されている。一方、例えばガラス等からなる基板1
6の表面には、金属材料をスパッタリングすることによ
り複数の駆動電極(対向電極)38が上記各共通電極3
4に対向してそれぞれ形成されている。共通電極34と
駆動電極38は、駆動回路40にそれぞれ電気的に接続
されている。
A plurality of rectangular recesses 15 are formed at positions corresponding to the respective ink channels 18 on the surface of the channel plate 14 facing the substrate. A common electrode (diaphragm electrode) 34 is formed on the diaphragm 19 which is the ceiling of the recess 15 and the bottom of the ink channel 18 by sputtering a metal material on the surface on the side of the recess 15. I have. On the other hand, a substrate 1 made of, for example, glass
A plurality of drive electrodes (counter electrodes) 38 are formed on the surface of the common electrode 3 by sputtering a metal material on the surface of the common electrode 3.
4 are formed opposite to each other. The common electrode 34 and the drive electrode 38 are electrically connected to a drive circuit 40, respectively.

【0016】共通電極34と駆動電極38との間には、
弾性を有する誘電部材42が充填されている。本実施形
態では、この誘電部材42を例えばシリコーンゴムで形
成してある。図3に示すように、誘電部材42と凹部1
5の両側壁との間にスペースをあける方が好ましい。そ
の理由は、振動板19の変形が圧縮されたときに側方に
膨らむスペースがあれば、振動板19の変形に伴って誘
電部材42も撓み変形しやすくなるからである。ただ
し、誘電部材42自体が弾性を有するため、このスペー
スがなくても振動板19は変形可能である。したがっ
て、誘電部材42と凹部15の側壁との間のスペースは
本発明の必須要件ではない。
Between the common electrode 34 and the drive electrode 38,
The dielectric member 42 having elasticity is filled. In the present embodiment, the dielectric member 42 is formed of, for example, silicone rubber. As shown in FIG. 3, the dielectric member 42 and the recess 1
It is preferable to leave a space between the side walls 5. The reason is that if there is a space that expands to the side when the deformation of the diaphragm 19 is compressed, the dielectric member 42 is also easily bent and deformed with the deformation of the diaphragm 19. However, since the dielectric member 42 itself has elasticity, the diaphragm 19 can be deformed without this space. Therefore, the space between the dielectric member 42 and the side wall of the recess 15 is not an essential requirement of the present invention.

【0017】次に、上記構成からなるインクジェットヘ
ッド10のインク吐出動作について説明する。図示しな
いインクタンクからインク供給路29を介して共通イン
ク室26に供給されたインクは、対応するインレット3
0を介して各インクチャンネル18にそれぞれ収容され
ている。この状態で、駆動回路40から駆動電極38に
パルス電圧が印加されると、上記パルス電圧とは異なる
極性の電圧が印加された共通電極34が静電気力によっ
て引き付けられて振動板19が変形する。この変形によ
りインクチャンネル18の容積が増加し、それに伴って
インレット30を介して共通インク室26からインクチ
ャンネル18にインクが引き込まれる。そして、駆動電
極38への電圧印加が瞬時に解除されると、振動板19
はそれ自体の弾性による復元力によって変形前の状態に
復帰する。このとき、インクチャンネル18の容積が急
激に減少して内部のインクが加圧され、ノズル22から
インク滴が吐出される。このインク滴が図示しない用紙
等の記録媒体に付着してドットを形成し、このドットの
集合により画像が記録される。
Next, the ink discharging operation of the ink jet head 10 having the above configuration will be described. The ink supplied from the ink tank (not shown) to the common ink chamber 26 via the ink supply path 29 is supplied to the corresponding inlet 3.
Each of the ink channels 18 is accommodated in each of the ink channels 18. In this state, when a pulse voltage is applied from the drive circuit 40 to the drive electrode 38, the common electrode 34 to which a voltage having a polarity different from the pulse voltage is applied is attracted by electrostatic force, and the diaphragm 19 is deformed. This deformation increases the volume of the ink channel 18, and accordingly, ink is drawn into the ink channel 18 from the common ink chamber 26 via the inlet 30. When the voltage application to the drive electrode 38 is instantaneously released, the diaphragm 19
Returns to its pre-deformation state due to its own elastic restoring force. At this time, the volume of the ink channel 18 is rapidly reduced, the internal ink is pressurized, and the ink droplets are ejected from the nozzles 22. The ink droplets adhere to a recording medium such as a sheet of paper (not shown) to form dots, and an image is recorded by a group of the dots.

【0018】ここで、インクを正常に吐出させるには、
「振動板の変位体積」及び「振動板の復元圧力」の2つ
が共に所定の値を満足する必要がある。このうち「変位
体積」については吐出させるインク滴の体積によって設
定すべき項目である。一方、「復元圧力」は、インクを
吐出可能な程度に加速するのに必要な圧力以上に設定さ
れなければならない。この復元圧力の値は、例えば現在
最も一般的な水系インクでドット径数十μmの印字を行
う場合、およそ0.3MPa程度になる。この圧力Pは
振動板の材料や厚みなどにかかわらず、次式によって
表される。
Here, in order to eject ink normally,
Both the “displacement volume of the diaphragm” and the “restoring pressure of the diaphragm” need to satisfy predetermined values. The “displacement volume” is an item to be set according to the volume of the ink droplet to be ejected. On the other hand, the “restoration pressure” must be set to a pressure higher than the pressure required to accelerate the ink to a dischargeable level. The value of the restoration pressure is, for example, about 0.3 MPa when printing is performed with a dot diameter of several tens μm using the most common water-based ink at present. This pressure P is expressed by the following equation regardless of the material and thickness of the diaphragm.

【0019】[0019]

【数1】 P=(1/2)εrε0[(V/(d−δ)]2 … P:圧力 εr:ギャップ間の比誘電率 ε0:真空の誘電率(8.854×10-12F/m) V:電圧 d:電極間ギャップ δ:振動板の変形量P = (1/2) ε r ε 0 [(V / (d−δ)] 2 ... P: pressure ε r : relative permittivity between gaps ε 0 : vacuum permittivity (8.854) × 10 −12 F / m) V: Voltage d: Gap between electrodes δ: Deformation amount of diaphragm

【0020】従来例のインクジェットヘッド100のよ
うに電極間ギャップが空隙部である場合、ギャップ間の
誘電率は真空の誘電率とほぼ等しい。したがって、上記
式で圧力Pを上述の0.3MPa以上にするには、電
界強度[V/(d−δ)]≧260V/μmである必要
がある。仮に駆動電圧を50Vとすると、上記条件の電
界強度を得るには、変形後の電極間ギャップ(d−δ)
が0.2μm以下になるようにしなければならず、非常
に難しい高精度の加工及び組立が必要になってくる。
When the gap between the electrodes is a gap as in the conventional ink jet head 100, the dielectric constant between the gaps is substantially equal to the dielectric constant of vacuum. Therefore, in order to make the pressure P 0.3 MPa or more in the above equation, the electric field strength [V / (d−δ)] ≧ 260 V / μm needs to be satisfied. Assuming that the driving voltage is 50 V, in order to obtain the electric field strength under the above conditions, the inter-electrode gap (d−δ) after the deformation is required.
Must be 0.2 μm or less, which requires extremely difficult high-precision processing and assembly.

【0021】これに対し、電極34、38間にシリコー
ンンゴムからなる誘電部材42を充填した本実施形態の
インクジェットヘッド10では、シリコーンンゴムの比
誘電率εr=8.5であるため、上記と同様の0.3M
Paの圧力を得るのに必要な電界強度[V/(d−
δ)]は上記式より90V/μmでよいことになる。
したがって、変形後の電極間ギャップ(d−δ)を上記
と同様に0.2μmとすると、駆動電圧は18Vで足り
る。また、変形後の電極間ギャップ(d−δ)を0.4
μmとすると駆動電圧は36Vで済む。
On the other hand, in the ink jet head 10 of the present embodiment in which the dielectric member 42 made of silicone rubber is filled between the electrodes 34 and 38, the relative permittivity ε r of silicone rubber is 8.5. Similar 0.3M
Electric field strength [V / (d−
δ)] is determined to be 90 V / μm from the above equation.
Therefore, when the inter-electrode gap (d−δ) after the deformation is set to 0.2 μm in the same manner as described above, the driving voltage is 18 V. Further, the gap (d−δ) between the electrodes after the deformation is set to 0.4.
If it is set to μm, the driving voltage may be 36 V.

【0022】このように、本実施形態のインクジェット
ヘッド10では、電極34、38間に誘電部材42を設
けることによって静電気力を強めることができるので、
比較的広い電極間ギャップで低電圧駆動が可能である。
また、シリコーンゴムからなる誘電部材42は絶縁性を
有するために、共通電極34と駆動電極との間で電気的
短絡が発生するのを防止できる。さらに、誘電部材42
は弾性を有するので、電極間に誘電部材42を充填して
も振動板19は変形可能であり、かつ、振動板19の変
形時の衝撃を吸収することにより共通電極34及び駆動
電極38が破損するのを防止できる。
As described above, in the ink jet head 10 according to the present embodiment, the electrostatic force can be enhanced by providing the dielectric member 42 between the electrodes 34 and 38.
Low voltage driving is possible with a relatively wide gap between electrodes.
Further, since the dielectric member 42 made of silicone rubber has an insulating property, it is possible to prevent an electrical short circuit from occurring between the common electrode 34 and the drive electrode. Further, the dielectric member 42
Has elasticity, the diaphragm 19 can be deformed even if the dielectric member 42 is filled between the electrodes, and the common electrode 34 and the drive electrode 38 are damaged by absorbing the shock when the diaphragm 19 is deformed. Can be prevented.

【0023】次に、図4を参照して第2実施形態のイン
クジェットヘッド50について説明する。このインクジ
ェットヘッド50では、シリコーンゴム製の誘電部材4
2aがスリット52により複数に分割されて空隙部を含
んでいる。これ以外の構成は上記第1実施形態のインク
ジェットヘッド10と同じである。
Next, an ink jet head 50 according to a second embodiment will be described with reference to FIG. In this inkjet head 50, the dielectric member 4 made of silicone rubber is used.
2a is divided into a plurality by slits 52 and includes a gap. Other configurations are the same as those of the inkjet head 10 of the first embodiment.

【0024】ここで、電極34、38間にシリコーンゴ
ムの誘電部材42を隙間なく充填した場合、振動板19
の変形量はシリコーンゴムの体積弾性率によって決ま
る。シリコーンゴムの体積弾性率はおよそ50MPaで
あるのに対して、上述したように一般的な水系インクで
数十μm径のドットを印字するのに必要な静電吸引力は
0.3MPaなので、シリコーンゴムの圧縮率、すなわ
ち振動板19の電極間ギャップに対する変位割合はせい
ぜい1%程度でしかない。
Here, when the dielectric member 42 made of silicone rubber is filled without gaps between the electrodes 34 and 38,
Is determined by the bulk modulus of the silicone rubber. The silicone rubber has a bulk modulus of about 50 MPa, whereas the electrostatic attraction force required to print a dot having a diameter of several tens of μm with a general water-based ink is 0.3 MPa, as described above. The compression ratio of rubber, that is, the displacement ratio of the diaphragm 19 to the gap between the electrodes is only about 1% at most.

【0025】これに対し、振動板19の変位割合を大き
くするためには、上記インクジェットヘッド50のよう
に、誘電部材42aが撓みやすくなるようにスリット5
2を形成して空隙部を設けることが効果的である。この
場合、誘電部材42aは空隙部よりも誘電率が大きいの
で電束線は誘電部材に集中する。したがって、実効的な
誘電率をほとんど落とさずに実効的な弾性率を下げるこ
とができる。シリコーンゴム製の誘電部材42aが圧縮
により横方向に広がれるようになれば、その実効的な弾
性率はヤング率に等しくなる。シリコーンゴムのヤング
率はおよそ1.5〜5MPa程度であるので、振動板1
9は電極間ギャップに対しておよそ10%程度まで変位
可能になることが分かる。
On the other hand, in order to increase the displacement ratio of the diaphragm 19, as in the case of the ink jet head 50, the slit 5 is formed so that the dielectric member 42a is easily bent.
It is effective to form voids 2 to form voids. In this case, since the dielectric member 42a has a higher dielectric constant than the gap, the electric flux lines concentrate on the dielectric member. Therefore, the effective elastic modulus can be reduced without substantially reducing the effective dielectric constant. If the silicone rubber dielectric member 42a is expanded in the lateral direction by compression, its effective elastic modulus becomes equal to the Young's modulus. Since the Young's modulus of the silicone rubber is about 1.5 to 5 MPa, the diaphragm 1
It can be seen that No. 9 can be displaced up to about 10% with respect to the gap between the electrodes.

【0026】このように、第2実施形態のインクジェッ
トヘッド50によれば、空隙部52を設けることにより
誘電部材42aがより変形しやすくなるので、振動板1
9の変形量をさらに大きくすることができ、より一層の
低電圧駆動が可能となる。
As described above, according to the ink jet head 50 of the second embodiment, the provision of the gap 52 makes it easier for the dielectric member 42a to be deformed.
9 can be further increased, and further lower voltage driving is possible.

【0027】次に、図5〜7を参照して第3実施形態の
インクジェットヘッド60について説明する。このイン
クジェットヘッド60では、シリコーンゴム製の誘電部
材42bの内部に多数の気泡62を含ませて変形しやす
くしたものである。このような誘電部材42bの作製方
法としては、気泡が均一に分散した弾性樹脂を液相状態
で流し込んだ後、冷却して固化させる方法や、あらかじ
め気泡を含んでいる弾性フィルムを電極34、38間に
挟み込む方法などが考えられる。この誘電部材42b以
外の構成は上記第1実施形態のインクジェットヘッド1
0と同一である。
Next, an ink jet head 60 according to a third embodiment will be described with reference to FIGS. In the ink jet head 60, a large number of air bubbles 62 are included in the dielectric member 42b made of silicone rubber to facilitate deformation. As a method for manufacturing such a dielectric member 42b, a method in which an elastic resin in which bubbles are uniformly dispersed is poured in a liquid phase and then cooled and solidified, or an elastic film containing bubbles in advance is applied to the electrodes 34 and 38 For example, a method of sandwiching it between them is considered. The configuration other than the dielectric member 42b is the same as the inkjet head 1 of the first embodiment.
Same as 0.

【0028】このインクジェットヘッド60によれば、
ミクロ的に見ると図6に点線で示すように、誘電部材4
2bに圧力が加わると内部の気泡がつぶれるようして誘
電部材42bは変形することになる。したがって、マク
ロ的に見ると、誘電部材42bはそれ自体の弾性率より
はるかに柔らかくなるので、第2実施形態と同様に、振
動板19の変形量をさらに大きくすることができ、より
一層の低電圧駆動が可能となる。
According to the ink jet head 60,
Microscopically, as shown by the dotted line in FIG.
When pressure is applied to 2b, the dielectric member 42b is deformed so that the internal bubbles are crushed. Therefore, when viewed macroscopically, the dielectric member 42b is much softer than its own elastic modulus. Therefore, as in the second embodiment, the amount of deformation of the diaphragm 19 can be further increased, and the dielectric member 42b can be further reduced. Voltage drive becomes possible.

【0029】この誘電部材42bにおける気泡率の適値
について、簡易手法によって考察した。図8は、2種類
の気泡率の樹脂フィルムを押圧したときの圧力と圧縮変
形率との関係を示すグラフである。このグラフから、い
ずれの場合も圧縮変形率が気泡率の約3分の1程度にな
るまでは印加圧力の増加に伴ってほぼ直線的に増加する
が、圧縮変形率がそれ以上に大きくなると次第に増加率
が鈍くなっているのが分かる。また、振動板19の変位
体積量が気泡総容量以上になると、すべての気泡がほぼ
完全につぶれた状態になるので、気泡を含ませたことに
よる効果がほとんどなくなる。したがって、誘電部材4
2bに設ける気泡の総容量を振動板19の変位体積量の
1〜3倍の間とすれば、振動板19の変形に応じて誘電
部材42bも効果的に変形可能であることが分かる。
The appropriate value of the bubble rate in the dielectric member 42b was considered by a simple method. FIG. 8 is a graph showing the relationship between the pressure and the compression deformation rate when two types of resin films having a bubble rate are pressed. From this graph, in each case, the compression deformation rate increases almost linearly with the increase in applied pressure until the compression deformation rate becomes about one third of the bubble rate, but gradually increases as the compression deformation rate further increases. It can be seen that the rate of increase has slowed. Further, when the displacement volume of the diaphragm 19 is equal to or larger than the total bubble volume, all the bubbles are almost completely crushed, so that the effect of including the bubbles is almost eliminated. Therefore, the dielectric member 4
If the total volume of the bubbles provided in 2b is between 1 and 3 times the displacement volume of the diaphragm 19, it can be seen that the dielectric member 42b can be effectively deformed according to the deformation of the diaphragm 19.

【0030】以上に説明した各実施形態では、誘電部材
の材料としてシリコーンゴムを用いたが、勿論これに限
定されるものではなく、低剛性で高誘電率の材料であれ
ば使用可能である。例えば、ネオプレンゴム、ウレタン
ゴム等のゴム系の材料や、ポリエチレン、ポリブチレン
等の比較的弾性率の低い樹脂などが使用できる。これら
の材料の比誘電率は概ね2以上であるので、上記式か
ら算出すると駆動電圧を約30%以上低減できる。ま
た、例えばシリコーンゴム中に高誘電率物質(例えばB
aTiO3:比誘電率εr≒5000)の粉末を分散した
ものを用いると、実効比誘電率を1000以上にするこ
とも可能である。
In each of the embodiments described above, silicone rubber is used as the material of the dielectric member. However, the present invention is not limited to this. Any material having low rigidity and high dielectric constant can be used. For example, a rubber-based material such as neoprene rubber or urethane rubber, or a resin having a relatively low elastic modulus such as polyethylene or polybutylene can be used. Since the relative permittivity of these materials is about 2 or more, the driving voltage can be reduced by about 30% or more when calculated from the above equation. Also, for example, a high dielectric substance (for example, B
When a powder in which a powder of aTiO 3 (relative permittivity ε r ≒ 5000) is dispersed is used, the effective relative permittivity can be 1000 or more.

【0031】また、本発明では電極間に変形しやすく且
つ実効的な電界強度が強まるように誘電率の高い物質が
充填されていればよく、充填される材料や構成は特に限
定されるものではない。例えば、以下のようなものであ
っても本発明の目的は達成される。 ・弾性樹脂ビーズを充填する。 ・気体を包含する液体を封入する。 ・ゾル状あるいはゲル状の誘電体を充填する。 ・流動性充填材と弾性材とを混合して充填する。 ・流動性充填材と、内部に気体を包含する可撓性マイク
ロカプセルを混合して充填する。
In the present invention, it is sufficient that a substance having a high dielectric constant is filled so as to be easily deformed between the electrodes and to increase the effective electric field strength, and the material and structure to be filled are not particularly limited. Absent. For example, the object of the present invention is achieved even with the following. -Fill the elastic resin beads. -Enclose a liquid including gas. -Fill a sol or gel dielectric. -The fluid filler and the elastic material are mixed and filled. Mixing and filling a fluid filler and flexible microcapsules containing gas inside.

【0032】なお、上述した本発明の各実施形態では、
振動板19側に共通電極34を設けたが、振動板19側
に駆動電極を設けて基板16側に共通電極を設けてもよ
い。また、上記各実施形態では振動板19にスパッタリ
ングにより金属薄膜からなる電極を設けたが、シリコン
からなる振動板にボロンドーピングを施すことにより導
電性を付与して振動板自体を共通電極又は駆動電極とし
て使用する場合にも本発明は適用可能である。
In each embodiment of the present invention described above,
Although the common electrode 34 is provided on the diaphragm 19 side, a drive electrode may be provided on the diaphragm 19 side and a common electrode may be provided on the substrate 16 side. In the above embodiments, the diaphragm 19 is provided with an electrode made of a metal thin film by sputtering. However, the diaphragm made of silicon is provided with conductivity by performing boron doping so that the diaphragm itself becomes a common electrode or a driving electrode. The present invention is also applicable when used as

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

【図1】 第1実施形態のインクジェットヘッドの平面
図。
FIG. 1 is a plan view of an inkjet head according to a first embodiment.

【図2】 図1におけるA−A線断面図。FIG. 2 is a sectional view taken along line AA in FIG.

【図3】 図2におけるB−B線断面図。FIG. 3 is a sectional view taken along line BB in FIG. 2;

【図4】 第2実施形態のインクジェットヘッドの部分
断面図。
FIG. 4 is a partial cross-sectional view of an inkjet head according to a second embodiment.

【図5】 第3実施形態のインクジェットヘッドの部分
断面図。
FIG. 5 is a partial cross-sectional view of an inkjet head according to a third embodiment.

【図6】 図6に示す誘電部材の部分拡大図。6 is a partially enlarged view of the dielectric member shown in FIG.

【図7】 図6に示す誘電部材に関して印加圧力と圧縮
変形率との関係を調べた結果を示すグラフ。
7 is a graph showing a result of examining a relationship between an applied pressure and a compressive deformation ratio of the dielectric member shown in FIG. 6;

【図8】 従来のインクジェットヘッドの一例を示す部
分断面図。
FIG. 8 is a partial cross-sectional view illustrating an example of a conventional inkjet head.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

18…インクチャンネル(インク流路)、19…振動
板、22…ノズル、34…共通電極(振動板電極)、3
8…駆動電極(対向電極)、42,42a,42b…誘
電部材。
18 ink channel (ink flow path), 19 diaphragm, 22 nozzle, 34 common electrode (diaphragm electrode), 3
8 ... drive electrode (counter electrode), 42, 42a, 42b ... dielectric member.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ノズルと、該ノズルに連通するインク流
路と、該インク流路の一部に設けられた振動板と、該振
動板に設けられた振動板電極と、該振動板電極に対向し
て設けられた対向電極とを有し、上記振動板電極と上記
対向電極間にパルス電圧を印加し、上記振動板を静電気
力により変形させ、この変形によって上記ノズルからイ
ンク滴を記録紙に向けて吐出し印刷を行うインクジェッ
トヘッドにおいて、 上記振動板電極と上記対向電極との間に弾性を有する誘
電部材を設けたことを特徴とするインクジェットヘッ
ド。
A nozzle, an ink flow path communicating with the nozzle, a vibrating plate provided in a part of the ink flow path, a vibrating plate electrode provided on the vibrating plate, and a vibrating plate electrode. A pulse voltage is applied between the diaphragm electrode and the counter electrode, the diaphragm is deformed by electrostatic force, and the deformation causes ink droplets to be discharged from the nozzles on the recording paper. An ink jet head which performs printing by discharging toward an ink jet head, wherein an elastic dielectric member is provided between the diaphragm electrode and the counter electrode.
【請求項2】 上記誘電部材は空隙部又は気泡を含むこ
とを特徴とする請求項1のインクジェットヘッド。
2. The ink jet head according to claim 1, wherein said dielectric member includes a void or a bubble.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009174955A (en) * 2008-01-23 2009-08-06 Hitachi Cable Ltd Cable type load sensor

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