JP3173189B2 - インクジェットヘッド - Google Patents
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Description
記録媒体に記録を行うためのインクジェットヘッドに関
する。
デマンド型インクジェットヘッドに於いては、特公平3
−73348号公報のように、積層圧電振動子をスリッ
ト状に加工した駆動ユニットと流路形成部を接合して、
高密度化、組み立て性の向上を達成したものがある。
て説明する。弾性体の流路壁26、ベース基板52、接
合層42により流路21が形成されている(流路形成
部)。又、大判の積層圧電振動子が基板32に接着後ス
リット加工され、複数の圧電振動子30を形成している
(駆動ユニット)。この駆動ユニットと流路形成部が、
各圧電振動子30(圧電振動子30幅は、流路21幅よ
り大きい)と各流路21が対向するように接合されてい
る。そして、ノズル11を形成するノズルプレート10
が、図に示すように駆動ユニットと流路形成部の接合体
の端面に、ノズル11と流路21の位置を合わせて接合
されている。この構成に於て、流路21にインクを充填
し、圧電振動子30を駆動すると、流路21内に体積変
化が生じ、ノズル11よりインクを吐出する。
21を形成して多ノズル化し、高密度化、高速化を狙っ
た従来例である。ここでの90は駆動IC体である。
構造では、流路21にインクが充填された状態で、圧電
振動子30を駆動すると、各構成体(圧電振動子30、
流路壁26、ベース基板52)は、実際には図18の点
線に示すような変形をする。図からも分かるように、圧
電振動子30の変形は流路21内に体積変化を起こすだ
けでなく、流路壁26を伝わって、ベース基板52にD
1量の変動を生じさせる。この変動量D1は駆動する圧
電振動子30の数が多ければ多いほど大きく。又、ベー
ス基板52と基板32の接合がノズルプレート10のみ
で成されているため、ノズルプレート10から離れれば
離れるほど変動量D1は大きい。当然、前記変動は駆動
エネルギーの非常に大きな損失となる。
非常に大きな圧力により生じる現象を説明する。(図と
しては説明上、流路21幅よりも圧電振動子30の幅が
小さい場合の構造を適用) 図19の実線は、圧電振動
子30がインク吐出のために、既に変形した状態を表わ
している。この状態に於て、流路内には非常に大きな圧
力が発生しており、この圧力はインクを介して流路21
を形成する各構成部材(流路壁26、ベース基板52、
接合層42)に瞬時に伝播し、流路21内の体積を膨張
させる方向に変形、変動を生じさせる。この圧力によ
り、図中の点線のように流路21の各構成部材は変形
し、結果として、ベース基板52にD2量の変動を生じ
させる。(ここでは説明上、圧電振動子30、基板32
は不動のものとした。) 即ち、流路21内に発生した
圧力は、インク吐出のためだけに有効に使われるのでは
なく、ベース基板52の変動として損失してしまう。
路壁26を介して、機械的にベース基板52を変動させ
る損失分と、流路内に発生する圧力によりベース基板5
2を変動させる損失分が相まって、駆動エネルギーの莫
大な損失となる。従って、インク吐出効率は極端に劣悪
なものである。尚、前記2つのメカニズムのベース基板
52の変動(流路壁26を介する機械的なものと、流路
21内圧力によるもの)を、流路21幅に対する圧電振
動子30幅の大小でモデルを変えて説明したが、モデル
により、メカニズムが限定されるものではなく、影響力
の大小はあるものの、前記2つのメカニズムが複合され
ベース基板52が変動する。
板52が最大振幅D1もしくはD2の減衰振動をする)
により、流路21内のインク流れに乱れ(ノズル11先
端に形成されるインクメニスカスが不安定となる)が生
じ、インク吐出は非常に不安定である。
両面に流路を形成した場合は、各面での駆動によるベー
ス基板52の変動が複雑に干渉し合い、面間での駆動状
態(例えば、駆動本数)の違いにより吐出特性が変動す
ると云った、面間クロストークが顕著に現われる。
ものであって、その目的は、流路基板(前記ベース基板
と同機能のもの)の変動を抑制し、高効率で、インク吐
出安定性の高いインクジェットヘッドを提供することに
ある。
適用し、多ノズル化により高密度で、且つ高効率でイン
ク吐出安定性の高く、面間クロストークのない高品位イ
ンクジェットヘッドを提供することも本発明の目的であ
る。
に、本発明のインクジェットヘッドは、複数のインク流
路用の溝を表面に形成する流路基板上に、前記複数のイ
ンク流路に対応する位置に複数の圧電層と導電層を交互
に積層した積層型振動子が配列された駆動ユニットを有
するインクジェットヘッドにおいて、前記駆動ユニット
はさらに、前記インク流路と対向しない圧電振動子部を
有し、且つ前記流路基板と前記駆動ユニットを、前記流
路基板側の第1の固定板と前記駆動ユニット側の第2の
固定板とで挟持され、前記圧電振動子は狭持方向に振動
して前記インク流路に対向する振動板を押圧することを
特徴とする。更に好ましくは、前記インク流路と対向し
ない圧電振動子部の狭持方向に対する長さが前記インク
流路と対向する圧電振動子部の長さよりも長いことを特
徴とする。更に好ましくは、前記第2の固定板が、前記
駆動ユニットの前記圧電振動子を保持する部材であるこ
とを特徴とする。また、前記第1の固定板の両側に前記
流路基板が接合され、両側から第2の固定板で前記駆動
ユニットが挟持されることを特徴とする。
圧電振動子部(ダミー圧電振動子)を介して、剛体であ
る第1、第2の固定板で流路基板と駆動ユニットの接合
体を挟持しているため、前記流路基板と前記駆動ユニッ
トの接合部は初期的に変形することがない。そして、剛
体で挟持されているため、駆動ユニットの駆動持に、前
記接合体が、圧電振動子の駆動時に挟持方向に変動する
ことはない。
説明する。
例を説明するための構成図で、図1はインク吐出方向に
対する垂直断面図で、図2はインク吐出方向に沿った断
面図、図3は部分断面を有する斜視図である。
からなる流路基板20の表面に、成形、エッチング、機
械加工等で流路21を形成する複数の溝が彫られてい
る。そして、その表面上に、弾性膜40(樹脂フィル
ム、金属薄膜等)が接合され、流路21を閉溝とし、全
体として流路形成部を構成している。
接着後、複数の圧電振動子30と、前記圧電振動子30
群の両端のダミー圧電振動子31に分割するようにスリ
ット加工し、全体として駆動ユニットを形成している。
当然、駆動用の圧電振動子30は流路21の配列ピッチ
と同一ピッチで分割されている。又、圧電振動子30の
積層状態は、流路21の長手方向の両端に、各層の共通
電極が配置される状態に設定されている。(図2参照)
ここで、駆動用の圧電振動子30とダミー圧電振動子3
1は一枚の積層振動子から形成されるため、積層方向の
高さ(図中に於て、上下方向)は均一である。しかし、
スリット加工前の積層振動子の厚み精度、あるいは接着
精度により、高さバラツキが想定される際は、大判の積
層振動子を基板32に接着後、ラップ、ポリッシュ加工
を施した後、スリット加工をすることが望まれる。尚、
このスリット加工は、ダイシング、ワイヤーソーによる
切削加工等の機械加工や、各種エッチング加工、レーザ
ー加工、放電加工、超音波加工などを単独又は組合せに
より成される。
それぞれの圧電振動子30に信号を伝達する電気信号ラ
イン80(FFC、FPC等)が必要であり、基板32
上に形成される電極パターンに接着、半田付け、ワイヤ
ーボンディング、機械的押圧等により電気的に接続され
ている。
振動子30と弾性膜40が対向し、各々の駆動用の圧電
振動子30と流路21が位置的に対応するように接合さ
れている。この状態に於て、ダミー圧電振動子31は流
路21と対応せず、弾性膜40を介して流路基板20の
剛体部と接合されていることとなる。
1の固定板50と駆動ユニット側の第2の固定板60と
で前記流路形成部と駆動ユニットの接合体をネジ70を
用いて挟持している。ここで、第1の固定板50と第2
の固定板60はネジ70による締め付けで変形等がない
ように、剛体である必要がある。そのため、材質的には
金属、セラミック、ガラス等の弾性率の高い材質が好ま
しい。又、弾性率の低い材質であれば厚みを厚くして対
応することが望まれる。尚、図に於ては第1の固定板5
0に雌メジを形成しネジ70に対応しているが、第1の
固定板50にはただの穴を形成し、第1の固定板50の
裏面(図中で下側)からナットで対応しても構わない。
又、この挟持方法はネジ固定だけに限定されるものでは
なく、バネによる固定や、第1、第2の固定板50、6
0の形状を工夫して両者間の接着等で対応しても構わな
い。
ルプレート10が、図に示すように駆動ユニットと流路
形成部の接合体の端面に、各ノズル11と各流路21の
位置を合わせて接合されている。ここで、ノズルプレー
ト10と前記接合体の接合領域は、第1の固定板50と
第2の固定板60までおよぶ状態のものを示したが、製
造工程等を考慮し、基板32、流路基板20までの領域
であっても構わない。以上の構成では、ダミー圧電振動
子31により基板32と弾性膜40間の高さ寸法を機械
的に規制しているため、剛体である第1、第2の固定板
50、60で流路形成部と駆動ユニットの接合体を押
圧、挟持しても、流路21上の弾性膜40に初期変形、
初期応力(応力の掛かった状態で保持)を与えることは
ない。従って、圧電振動子30の入力エネルギーに対す
る流路21内の体積変化効率が非常に高く、高効率なイ
ンク飛行が達成される。
ため、各流路21に於ける圧電振動子30の接合状態も
均一である。従って、複数のノズル11に渡って特性バ
ラツキの無いインク飛行が達成される。
0、60で挟持され、剛体的の保持されているため、駆
動ユニットの駆動時に、前記接合体(流路基板20)
が、圧電振動子30の駆動時に挟持方向に変動すること
はない。従って、流路基板20の変動による入力エネル
ギー損失及び、流路21内のインク流の乱れ(不安定メ
ニスカス)が無く、高効率で、安定したインク吐出が達
成される。
合部の詳細について図を用いて説明する。
動子30に対応する位置に島部41(流路21形状に対
応する形状の突起)を配置したものである。この島部4
1は弾性膜40にパターンエッチング等で形成すること
ができ、島部41の位置精度に関しても非常に高精度に
形成できる。又、エッチング性能、島部形成手段の要因
によって、島部41の部分だけ材質を変えても問題無
い。ただし、島部41高さ(図中の上下方向)は、ダミ
ー圧電振動子31と弾性膜40との接合面と同一高さに
する必要がある。
が島部41に対してずれていても、島部41と流路21
の位置関係が正常であれば、弾性膜40の変形状態およ
び内部応力状態は変化無く均一である。従って、駆動ユ
ニットと流路形成部の接合時に位置ずれが生じても、イ
ンク吐出特性に関して支障をきたすことが無い。
部に関しては、図18、図19で示した構成(圧電振動
子30幅に対して、流路21幅の大小の組合せ)や、図
5で示す(弾性膜40が無く弾性体である充填材42で
流路21を閉溝とする)構成等も、本発明の適用範囲に
属する。
プレート10を接合し、流路21とノズル11とを連結
する例を示した。しかし、前記構成だけでなく、図6に
示すように流路基板20自体に初期からノズル12を形
成したり、図7に示すように流路基板20にレーザー加
工等によりノズル13を形成するような構成も本発明の
適用範囲に属する。
いて説明する。
ユニットを第2の固定板60と積層圧電振動子(駆動用
の圧電振動子30、ダミー圧電振動子31)だけで構成
し、基板32を削減した点にある。この構成は、基板3
2の排除により、部品点数の削減、及び工程の簡易化に
よるコスト低減を狙ったものである。
20と第1の固定板50を別体のものとして説明した
が、流路基板20を樹脂成形で形成し、第1の固定板5
0をインサート成形(一体成形)すれば、工程上の実質
的な部品削減となり、工程削減によるコスト低減につな
がる。この第1の固定板50は金属、セラミック、ガラ
ス等の異材質であっても構わない。
20と第1の固定板50との初期的な位置出しが非常に
容易となり、且つ、長期的な位置関係の保持が可能とな
るため、印字媒体に対する初期的、長期的な印字位置精
度の向上につながる。
が無負荷で接合(位置関係の確保)されているため、必
要以上に駆動ユニットで押圧しなくてよい。従って、流
路基板20内部には前記押圧による残留応力が非常に微
量であり、耐インク性を含めた流路基板20の信頼性が
飛躍的に向上し、インクジェットヘッド完品としての耐
久性及び、信頼性の向上につながる。
とのインサート成形体について図面を用いて説明する。
ノズル側端面を揃えた実施例である。この異部材間に渡
る均一な端面は、インサート成形時に形成されることが
望ましいが、インサート成形後、後加工(ダイシング、
ラッピング等による機械加工、レーザー加工等)により
形成しても構わない。ここで、22は各流路21にイン
クを供給する共通インク室、23は共通インク室と同機
能のインク供給孔、51は第1の固定板に形成されたネ
ジ部である。尚、インサート成形に於ける流路基板20
と第1の固定板50との接合力を向上さすために、第1
の固定板50の表面には、複数の微細溝加工や微細なデ
ィンプル加工等を施し、表面を荒した状態にすることが
望まれる。又、複数の穴を形成しておくことでも大きな
効果が望める。
端部24で形成した実施例である。この構成では、ノズ
ル先端面に第1の固定板50が介在しないため、均一で
非常にきれいな面が形成できる。又、流路基板20と第
1の固定板50との接合面がノズル側端面に露出しない
ために、後工程に於ける前記面の加工信頼性が向上す
る。
0の反流路形成側に流路側と同厚の部材25(材質は流
路基板20と同一)を、インサート成形時に同時に形成
した実施例である。尚、ノズル側端面の形成に関して
は、図9の実施例と図11の実施例が同一の思想のもの
であり、図10の実施例と図12の実施例とが同一の思
想である。又、図13は、図11、図12両実施例のイ
ンク吐出方向に対する垂直断面図である。この構成は第
1の固定板50の両面にインサート成形されているため
に、接合領域の大幅な拡大に伴い、接合力が飛躍的に向
上している。加えて、インサート成形時に加わる高温
で、流路基板20と第1の固定板50との熱膨張率の差
により生ずる流路基板20の反り(成形後、常温に戻っ
たときに発生)を、部材25の導入により防止すること
ができる。これは、流路側と反流路側の成形肉の収縮に
より第1の固定板50に掛かる応力が同等であるため、
お互いにキャンセルし合い、結果として反りの無い平坦
度の高い流路面が形成できる。従って、前記インサート
成形体を用いたインクジェットヘッドに於ては、平坦度
の高い流路面に接合された弾性膜40と圧電振動子30
の接合部は、全ての流路21に渡って均一な状態であ
り、より一層バラツキの無い整ったインク吐出が達成で
きる。
目的として、両面流路対応ヘッドに適用した第3の実施
例を図14を用いて説明する。
下方)の構成は、前記の第1、第2の実施例のいずれか
と同様であり、第1の固定板50の両面に流路基板20
が配置され、第2の固定板60により両側から駆動ユニ
ットが挟持されている。この構成によれば、第1、第2
の実施例と同様な効果が望めるだけでなく、各面で挟持
方向(図中で上下方向)の流路基板20の変動を完全に
抑制しているため、面間クロストークが発生することは
ない。
で、面間でずれなく配置しているが、高速対応、高密度
対応等の目的によって、このずらし量は選定すればよ
い。
固定板50とをインサート成形した実施例であり、図1
1、図12で示した実施例と同様の効果が得られ、且つ
両面流路同時形成ができる。
の変動を抑制し、高効率で、インク吐出安定性の高いイ
ンクジェットヘッドを提供することができる。
適用し、多ノズル化により高密度で、且つ高効率でイン
ク吐出安定性の高く、面間クロストークのない高品位イ
ンクジェットヘッドを提供することができる。
る垂直断面図である。
た断面図である。
図である。
る。
る。
詳細図である。
詳細図である。
る垂直断面図である。
サート成形体の斜視図である。
ンサート成形体の斜視図である。
ンサート成形体の斜視図である。
ンサート成形体の斜視図である。
ンサート成形体の断面図である。
する垂直断面図である。
ンサート成形体の断面図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 複数のインク流路用の溝を表面に形成す
る流路基板上に、前記複数のインク流路に対応する位置
に複数の圧電層と導電層を交互に積層した積層型振動子
が配列された駆動ユニットを有するインクジェットヘッ
ドにおいて、 前記駆動ユニットはさらに、前記インク流路と対向しな
い圧電振動子部を有し、且つ前記流路基板と前記駆動ユ
ニットを、前記流路基板側の第1の固定板と前記駆動ユ
ニット側の第2の固定板とで挟持され、前記圧電振動子は狭持方向に振動して前記インク流路に
対向する振動板を押圧する ことを特徴とするインクジェ
ットヘッド。 - 【請求項2】 前記インク流路と対向しない圧電振動子
部の狭持方向に対する長さが前記インク流路と対向する
圧電振動子部の長さよりも長いことを特徴とする請求項
1に記載のインクジェットヘッド。 - 【請求項3】 前記第2の固定板が、前記駆動ユニット
の前記圧電振動子を保持する部材であることを特徴とす
る請求項1又は請求項2に記載のインクジェットヘッ
ド。 - 【請求項4】 前記第1の固定板の両側に前記流路基板
が接合され、両側から第2の固定板で前記駆動ユニット
が挟持されることを特徴とする請求項1から請求項3い
ずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
Priority Applications (1)
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JP30405692A JP3173189B2 (ja) | 1992-11-13 | 1992-11-13 | インクジェットヘッド |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP30405692A JP3173189B2 (ja) | 1992-11-13 | 1992-11-13 | インクジェットヘッド |
Publications (2)
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JPH06143563A JPH06143563A (ja) | 1994-05-24 |
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ID=17928515
Family Applications (1)
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JP30405692A Expired - Fee Related JP3173189B2 (ja) | 1992-11-13 | 1992-11-13 | インクジェットヘッド |
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-
1992
- 1992-11-13 JP JP30405692A patent/JP3173189B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JPH06143563A (ja) | 1994-05-24 |
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