JP3231523B2 - On-demand type inkjet head - Google Patents
On-demand type inkjet headInfo
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- JP3231523B2 JP3231523B2 JP30204793A JP30204793A JP3231523B2 JP 3231523 B2 JP3231523 B2 JP 3231523B2 JP 30204793 A JP30204793 A JP 30204793A JP 30204793 A JP30204793 A JP 30204793A JP 3231523 B2 JP3231523 B2 JP 3231523B2
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- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、オンデマンド型インク
ジェットヘッドのマルチノズルヘッド構成に関し、より
詳細には、圧電素子を利用したアクチュエータユニット
と液室ユニットとノズルユニットの高密度配列を備えた
オンデマンド型インクジェットヘッドに関する。例え
ば、インクジェットプリント方式による複写機、プリン
タ、ファクシミリ（ＦＡＸ）等の印写装置に適用される
ものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a multi-nozzle head of an on-demand type ink jet head, and more particularly, to an on-demand type ink jet head having a high-density array of actuator units, liquid chamber units and nozzle units using piezoelectric elements. The present invention relates to a demand type inkjet head. For example, the present invention is applied to a printing apparatus such as a copying machine, a printer, and a facsimile (FAX) using an inkjet printing method.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ノンインパクト記録法であるインクジェ
ット記録方式は、記録時の騒音が原理的に発生しないこ
と、また、プロセスが非常にシンプルであるため小型・
高信頼性・高耐久性達成が容易である等、多くの特徴が
あるため、極めて有力な記録方法とされている。そのた
め、従来から各種の方式が提案されているが、中でも、
液滴形成のためのインク加圧手段として発熱抵抗体を利
用する方式として、例えば、特公昭６１−６１９８４
号公報のものがある。この公報のものは、発熱抵抗体が
半導体製造プロセスにより実現可能であることにより、
小型・高集積のヘッド構成が可能である特徴を有する。2. Description of the Related Art Ink-jet recording, which is a non-impact recording method, is essentially free from noise at the time of recording, and has a very simple process.
Since it has many features such as easy achievement of high reliability and high durability, it is regarded as an extremely effective recording method. For this reason, various methods have been proposed in the past.
As a method using a heating resistor as an ink pressurizing means for forming droplets, for example, Japanese Patent Publication No. 61-61984
There is one in the publication. According to this publication, the heating resistor can be realized by a semiconductor manufacturing process.
The feature is that a small and highly integrated head configuration is possible.
【０００３】また、圧電素子を利用する方式として、例
えば、特公昭６０−８９５３号公報がある。この公報
のものは、圧電運動を発生させる圧電変換器が棒状に形
成されて櫛の歯のように互いに平行に配置され、この棒
状圧電変換器がその少くとも一端部で支持され、その
際、少くとも２つの相並列した棒が櫛の背部を介して結
合され、棒の振動領域部分がノズルの入口開口部の前方
に直面するようにしたものである。As a system using a piezoelectric element, there is, for example, Japanese Patent Publication No. 60-8953. According to the publication, a piezoelectric transducer for generating piezoelectric motion is formed in a rod shape and arranged parallel to each other like comb teeth, and the rod-shaped piezoelectric transducer is supported at at least one end. At least two side-by-side rods are connected via the back of the comb such that the vibrating region portion of the rods faces forward of the inlet opening of the nozzle.
【０００４】また、圧電素子を利用する他の例として、
例えば、特公平４−５２２１３号公報、特公平１−１
１５６３８号公報、特開平４−１０５２号公報がある。
これらの公報において、圧電材料と電極材料を交互に複
数組積層して成る圧電素子を利用している点は共通であ
るため、いずれの例も１列の圧電素子列に対し、１列の
ノズル列と１列のインク室を設けた配列であり、圧電素
子とノズル、インク室の配列密度が等しい構成である。[0004] As another example of using a piezoelectric element,
For example, Japanese Patent Publication No. 4-52213, Japanese Patent Publication No. 1-1
15638 and JP-A-4-1052.
In these publications, a common point is that a piezoelectric element formed by alternately laminating a plurality of sets of a piezoelectric material and an electrode material is used. This is an array in which rows and one row of ink chambers are provided, and the piezoelectric elements, nozzles, and ink chambers have the same array density.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】前述のように、従来の
インクジェット記録装置において、前記の公報のもの
は、インクの吐出原理が熱エネルギー印加とその時発生
するバブルを利用するため、連続印写の場合の蓄熱によ
る特性変化や部材の劣化が発生するため、繰り返し応答
速度に限界があり、高速印写や連続印写に向かない。ま
た、インク加圧形態をコントロールすることが困難であ
るため、インク滴形成を理想の形状とすることは不可能
である等の大きな欠点を有する。As described above, in the conventional ink jet recording apparatus, the ink jet recording apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open Publication No. H11-27064 uses continuous thermal printing because the principle of ink ejection uses thermal energy application and bubbles generated at that time. In such a case, a change in characteristics or deterioration of members due to heat storage occurs, which limits the repetition response speed, and is not suitable for high-speed printing or continuous printing. In addition, since it is difficult to control the ink pressurization mode, it has a great disadvantage that it is impossible to form an ink droplet in an ideal shape.
【０００６】また、前記の公報のものは、液滴吐出に
必要なＰＺＴサイズがまだ大きく、高集積が困難でヘッ
ドサイズが大きくなる。さらに、必要な電界強度を与え
るための印加電圧が高く、多チャンネル化等においても
高耐圧部品のアレイを必要とすることはドライバーの占
める面積が大きく、コスト的にも問題があるという欠点
を有する。In the above publication, the PZT size required for discharging droplets is still large, so that high integration is difficult and the head size becomes large. In addition, the applied voltage for providing the required electric field strength is high, and the need for an array of high withstand voltage components in a multi-channel system has the disadvantage that the area occupied by the driver is large and there is a problem in terms of cost. .
【０００７】また、前記の公報のものは、ＰＺＴ配列
密度のピッチ寸法に対し、インク室配列方向のピッチ寸
法はそれ以下となり、液室形状が制約され、インク流体
としての理想形状が構成出来ないため、インク吐出効率
が上がらないという欠点がある。また、高密度配列にな
った場合、複雑な液室部品の高精度が要求され、工法・
材料が限定される。さらに、組立の高精度も要求される
という問題がある。In the above publication, the pitch dimension in the ink chamber arrangement direction is smaller than the pitch dimension of the PZT array density, and the shape of the liquid chamber is restricted, so that an ideal shape as an ink fluid cannot be formed. Therefore, there is a disadvantage that the ink ejection efficiency does not increase. In the case of high-density arrangement, high precision of complicated liquid chamber parts is required,
Materials are limited. Further, there is a problem that high accuracy of assembly is required.
【０００８】本発明は、このような実情に鑑みてなされ
たもので、高集積配列密度、高効率で信頼性の高い、組
立容易で低コストなオンデマンド型インクジェットヘッ
ドを提供することを目的としている。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such circumstances, and has as its object to provide an on-demand type ink jet head with high integration array density, high efficiency, high reliability, easy assembly, and low cost. I have.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、（１）複数のノズルと、各ノズルに連通
する複数のインク室と、前記各インク室を加圧するため
に配置した複数の圧電素子とを備えたオンデマンド型イ
ンクジェットヘッドにおいて、圧電材料と電極材料を交
互に複数組積層して成る圧電素子を所定の配列ピッチｐ
で１列に配列されたアクチュエータユニットと、該アク
チュエータユニットに対してｎ列の複数列設けられた液
室ユニットとを有し、該液室ユニットと該液室ユニット
に連通されたノズルユニットを配列ピッチ（ｎ×ｐ）で
設けたこと、更には、（２）前記アクチュエータユニッ
トが、前記圧電材料と電極材料を交互に複数組積層して
成る圧電素子を積層の厚みと直角方向の変位を利用した
構成で１列に配列されたものであること、更には、
（３）前記アクチュエータユニットが、前記圧電材料と
電極材料を交互に複数組積層して成る圧電素子を積層の
厚み方向である変位を利用した構成で１列に配列された
ものであること、更には、（４）前記圧電材料と電極材
料を交互に複数組積層して成る圧電素子を所定のピッチ
で１列に配列したアクチュエータユニットに対し、前記
液室ユニットおよびノズルユニットを千鳥配置に構成し
たこと、更には、（５）前記各圧電素子の伸縮でインク
室隔壁を変形さすことにより加圧するための変形領域に
対し、該変形領域のほぼ中心軸上に各ノズルを配置した
こと、更には、（６）前記各圧電素子の伸縮でインク室
隔壁を変形さすことにより加圧するための変形領域の形
状を、ほぼ円形または長円形とし、長円形については短
径１に対し長径４以下の比としたことを特徴としたもの
である。In order to achieve the above object, the present invention provides (1) a plurality of nozzles, a plurality of ink chambers communicating with each nozzle, and an arrangement for pressurizing each of the ink chambers. In the on-demand type ink jet head provided with a plurality of piezoelectric elements, the piezoelectric elements formed by alternately laminating a plurality of sets of piezoelectric materials and electrode materials have a predetermined arrangement pitch p.
An actuator units arranged in a row, and there were a plurality of rows provided liquid chamber unit of n columns with respect to the actuator unit, the nozzle unit communicating with the liquid chamber unit and said liquid chamber unit array At the pitch (n × p)
And (2) the actuator units are arranged in a row by a configuration in which a plurality of the piezoelectric elements and the electrode materials are alternately stacked to form a plurality of piezoelectric elements, and the piezoelectric elements use displacements in a direction perpendicular to the thickness of the stack. Has been done, and
(3) The actuator unit is configured by arranging a plurality of piezoelectric elements formed by alternately laminating the piezoelectric materials and the electrode materials in a single row by using a displacement in a thickness direction of the lamination. (4) The liquid chamber unit and the nozzle units are arranged in a staggered arrangement with respect to an actuator unit in which a plurality of sets of the piezoelectric material and the electrode material are alternately stacked and arranged in a line at a predetermined pitch. it, furthermore, (5) the relative deformation area for pressurizing by means deforming the ink chamber partition by the expansion and contraction of the piezoelectric elements, to the arrangement of the nozzles substantially on the central axis of the deformation region, even , (6) before Symbol the shape of deformation area for pressurizing by means deforming the ink chamber partition by the expansion and contraction of the piezoelectric element, and a substantially circular or oval, the major axis 4 with respect to the minor axis 1 is about oval The following ratio is set.
【００１０】[0010]
【作用】本発明によるオンデマンド型インクジェットヘ
ッドは、複数のノズルと連通する複数のインク室と、前
記各インク室を加圧するために配置した複数の圧電素子
を備えており、アクチュエータユニットは、圧電材料と
電極材料を交互に複数組積層して成る圧電素子を所定の
ピッチで１列に配列したものである。該アクチュエータ
ユニットに対して、複数列の液室ユニットおよびノズル
ユニットを配置した構成となっているので液室の配列方
向のピッチ寸法を大きくすることが可能となり、液室形
状の制約がなくインク吐出効率の高いヘッドが得られ
る。The on-demand type ink jet head according to the present invention includes a plurality of ink chambers communicating with a plurality of nozzles, and a plurality of piezoelectric elements arranged to pressurize each of the ink chambers. A piezoelectric element formed by alternately laminating a plurality of sets of materials and electrode materials is arranged in a row at a predetermined pitch. Since a plurality of rows of liquid chamber units and nozzle units are arranged with respect to the actuator unit, it is possible to increase the pitch dimension in the arrangement direction of the liquid chambers, and there is no restriction on the shape of the liquid chambers, and ink ejection is possible. A highly efficient head can be obtained.
【００１１】また、圧電材料と電極材料を交互に複数組
積層して成る圧電素子を積層の厚みと直角方向のｄ31変
位、または厚み方向であるｄ33変位を利用した構成で１
列に配列したアクチュエータユニットとすることで、低
電圧で大きな振動変位が得られ、小型で低コストのイン
クジェットヘッドが得られる。In addition, a piezoelectric element formed by alternately laminating a plurality of sets of a piezoelectric material and an electrode material has a structure using d 31 displacement perpendicular to the thickness of the laminate or d 33 displacement in the thickness direction.
With the actuator units arranged in rows, a large vibration displacement can be obtained at a low voltage, and a compact and low-cost inkjet head can be obtained.
【００１２】また、前記圧電素子として積層型圧電素子
を備え、各圧電素子の伸縮でインク室隔壁を変形さすこ
とにより加圧するための変形領域に対し、該変形領域の
ほぼ中心軸上に各ノズルを配置した構成とするので、圧
電素子からの振動伝搬効率を上げ、低電圧駆動化または
圧電素子の積層数を減らした小型化とすることができ
る。In addition, a lamination type piezoelectric element is provided as the piezoelectric element, and each of the nozzles is disposed substantially on the central axis of the deformation area for applying pressure by deforming the ink chamber partition by expansion and contraction of each piezoelectric element. Is arranged, the vibration propagation efficiency from the piezoelectric element can be increased, the driving voltage can be reduced, or the size of the piezoelectric element can be reduced by reducing the number of layers.
【００１３】さらに、各圧電素子の伸縮でインキ室隔壁
を変形さすことにより加圧するための変形領域の形状
を、ほぼ円形又は長円形とし、長円形については短径１
に対して長径４以下の比とした構成とするので、インク
室における隔壁変形領域の応力歪みを小さくし、ヘッド
の高耐久や高信頼性化が図れる。Further, the shape of the deformation region for applying pressure by deforming the ink chamber partition wall by expansion and contraction of each piezoelectric element is substantially circular or oblong.
, The stress distortion in the partition deformation region in the ink chamber is reduced, and high durability and high reliability of the head can be achieved.
【００１４】[0014]
【実施例】図１は、本発明によるオンデマンド型インク
ジェットヘッドの一実施例を説明するための構成図で、
図中、１はノズルプレート、２はノズル、３は振動板領
域、４はインク液室、５はインク共通液室、６は液室部
材、７は隔壁部材、８は積層圧電素子（ＰＺＴ）、９は
フレーム、１０は基板である。FIG. 1 is a block diagram for explaining an embodiment of an on-demand type ink jet head according to the present invention.
In the figure, 1 is a nozzle plate, 2 is a nozzle, 3 is a vibration plate area, 4 is an ink liquid chamber, 5 is an ink common liquid chamber, 6 is a liquid chamber member, 7 is a partition member, and 8 is a laminated piezoelectric element (PZT). , 9 is a frame, and 10 is a substrate.
【００１５】ベースである基板１０の上に、各チャンネ
ルのピッチに対応した寸法に分離加工された積層ＰＺＴ
８が構成されている。その周辺に液室ユニットを固定接
合するためのフレーム９を接合する。ここで、基板１０
とフレーム９の材質は、アルミナ等のセラミック部材、
ガラス、無機材を添加して高ヤング率で成型時の収縮を
押さえられる金属部材、またはＳＵＳ等の金属部材であ
れば良い。そして、各ＰＺＴの上面とフレーム上面を同
一高さ面に構成しておく。A laminated PZT separated and processed into dimensions corresponding to the pitch of each channel on a substrate 10 as a base.
8 are configured. A frame 9 for fixing and joining the liquid chamber unit is joined to the periphery thereof. Here, the substrate 10
The material of the frame 9 is a ceramic member such as alumina,
Any metal member can be used as long as it is a metal member which can suppress the shrinkage during molding with a high Young's modulus by adding glass or an inorganic material, or a metal member such as SUS. The upper surface of each PZT and the upper surface of the frame are formed at the same height.
【００１６】次に、インクの供給、加圧、吐出動作を行
う液室ユニットの構成としては、ＰＺＴ面に接合し、Ｐ
ＺＴの変位に応じてインク液室４を変位加圧する振動板
領域３を有する隔壁部材７を設ける。更に、その上面に
インク液室４とインク共通液室５を有する液室部材６を
接合する。最後にインク吐出量、速度、方向を決定する
ノズルを有するノズルプレート１を接合した構成であ
る。Next, the configuration of the liquid chamber unit for supplying, pressurizing, and discharging ink is as follows.
A partition member 7 having a diaphragm region 3 for displacing and pressurizing the ink liquid chamber 4 in accordance with the displacement of ZT is provided. Further, a liquid chamber member 6 having an ink liquid chamber 4 and an ink common liquid chamber 5 on its upper surface is joined. Finally, a nozzle plate 1 having nozzles for determining the ink discharge amount, speed, and direction is joined.
【００１７】ここで、隔壁部材７は耐腐食性の強い金
属、例えばＳＵＳやニッケル等のプレートをエッチング
加工で作る。ニッケルであれば、電鋳技術で高精度に製
造可能である。特に、振動板領域のＰＺＴと接合する凸
を除いた領域は、金属プレートの場合、加圧変形時の応
力負荷を低減するためには数μｍの厚さが要求されるた
めに、微細加工技術が要求される。そのため、高精度な
薄層プレートが比較的容易に製造可能なニッケル電鋳プ
レートによって構成することがここでは最適である。Here, the partition member 7 is formed by etching a metal plate having high corrosion resistance, for example, SUS or nickel. Nickel can be manufactured with high precision by electroforming technology. In particular, in the case of a metal plate, a thickness of several μm is required to reduce a stress load at the time of pressurized deformation in a region of the diaphragm region excluding a protrusion to be joined to PZT. Is required. For this reason, it is optimal here to form a high-precision thin-layer plate by a nickel electroformed plate that can be manufactured relatively easily.
【００１８】また、液室部材はＰＰＳ（ポリフェニレン
サルファイド）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルホン）材等
の材料を用いた射出成型部材、ＳＵＳ、ニッケル等の金
属プレートをエッチングした金属部材、Ｓｉ、ガラス等
の無機材をエッチングした部材、さらにドライフィルム
レジスト等の部材を用いて構成するのが良い。ノズルプ
レートは微細な穴加工技術が必要であり、先のニッケル
電鋳技術によるプレート、感光性ガラスをフォトマスク
を用いて露光・エッチングして製造したプレート、また
は高精度な加工が可能である。マキシマレーザを用いて
樹脂プレートにアブレーション加工したプレートを用い
れば良い。The liquid chamber member is an injection-molded member using a material such as PPS (polyphenylene sulfide) or PES (polyether sulfone), a metal member obtained by etching a metal plate such as SUS or nickel, Si, glass, etc. It is preferable to use a member obtained by etching the inorganic material described above and a member such as a dry film resist. The nozzle plate requires a fine hole processing technology, and can be a plate manufactured by the above-described nickel electroforming technology, a plate manufactured by exposing and etching a photosensitive glass using a photomask, or a high-precision processing. A plate obtained by ablating a resin plate using a maxima laser may be used.
【００１９】図１において、１列にＰＺＴ配列した液室
ユニットに対して、振動板とインク液室４とノズル２と
を複数列、ここでは２列設けた構成を示してある。この
２列間距離Ｄに対し、液室ユニットとの接合面寸法のｂ
を大きく構成する。すなわち、千鳥状にある隔壁部の凸
部がＰＺＴ面にピッチＰで千鳥で接合されることにな
る。この構成により、インク液室４については配列方向
のピッチが２Ｐとなり、Ｄ×２Ｐの領域内にインク液室
を構成すればよいことになる。FIG. 1 shows a configuration in which a diaphragm, ink liquid chambers 4 and nozzles 2 are provided in a plurality of rows, here two rows, for a liquid chamber unit in which PZTs are arranged in one row. For the distance D between the two rows, b of the dimension of the joint surface with the liquid chamber unit
Is configured to be large. That is, the projecting portions of the partition portions in a staggered manner are joined to the PZT surface in a staggered manner at a pitch P. With this configuration, the pitch of the ink liquid chamber 4 in the arrangement direction is 2P, and the ink liquid chamber may be formed in a D × 2P area.
【００２０】例えば、図２に示すように、８個／ｍｍの
ＰＺＴの配列の場合、Ｐ寸法は0.125ｍｍであるが、液
室の配列方向のピッチは0.25ｍｍとなる。なお、図中の
１１はＰＺＴ接合領域である。従って、ＰＺＴのｂ寸法
を0.5ｍｍ、ａ寸法を0.1ｍｍとし、２列間距離Ｄを0.3
ｍｍとすれば、振動板変位領域はφ0.2ｍｍの円形形状
が可能となり、これに対応してインク液室も円錐形状が
構成でき、流体にとって理想の形状を構成できることに
なる。この円形部を正方形とすることも可能であり、ま
た長円形も可能である。For example, as shown in FIG. 2, in the case of an array of 8 pieces / mm of PZT, the P dimension is 0.125 mm, but the pitch in the liquid chamber array direction is 0.25 mm. Incidentally, reference numeral 11 in the drawing denotes a PZT junction region. Therefore, the b dimension of PZT is 0.5 mm, the a dimension is 0.1 mm, and the distance D between two rows is 0.3
mm, the diaphragm displacement area can have a circular shape of φ0.2 mm. Correspondingly, the ink liquid chamber can also be formed in a conical shape, and an ideal shape for the fluid can be formed. The circular portion can be square, and an oval can also be used.
【００２１】これらの形状は、液室部材の工法に応じて
選定すれば良く、例えば、Ｓｉ異方性エッチングで作っ
た液室部材の場合、正方形の振動板形状が整合性がよ
い。ただし、円形振動板領域の隔壁部材に対してＳｉ異
方性エッチングの液室部材を用いても、狙いの効果は充
分達成することができる。また、Ｎｉ電鋳で作った液室
部材も円形形状が容易に製造可能である。These shapes may be selected according to the method of forming the liquid chamber member. For example, in the case of a liquid chamber member made by Si anisotropic etching, a square diaphragm has good consistency. However, the intended effect can be sufficiently achieved even if a liquid chamber member of Si anisotropic etching is used for the partition member in the circular diaphragm region. Also, a liquid chamber member made of Ni electroforming can be easily manufactured in a circular shape.
【００２２】図３は、図１における基板及び積層ＰＺＴ
の構成図で、図中、２１は一方のＰＺＴ端面電極、２２
は他方のＰＺＴ端面電極、２３は基板個別電極、２４は
基板共通電極で、その他、図１と同じ作用をする部分は
同一の符号を付してある。FIG. 3 shows the substrate and the laminated PZT in FIG.
In the drawing, reference numeral 21 denotes one PZT end face electrode;
Is the other PZT end face electrode, 23 is a substrate individual electrode, 24 is a substrate common electrode, and other portions that have the same functions as in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
【００２３】アルミナ、チタバリ等のセラミック基板の
一部に段差を設け、その長辺方向の両サイドに蒸着やス
パッタ等によるＡｕ電極を予め設ける。又は、厚膜印刷
による電極であっても可能である。この基板状に積層Ｐ
ＺＴ８を図のように接合する。例えば、６４ノズルのマ
ルチノズルヘッドの場合、ＰＺＴ長手方向の寸法はＰ×
６４より0.125×64＝8ｍｍ、ｂ寸法は0.5ｍｍ、基板面
よりの高さはインク吐出体積に応じた寸法、ここでは３
ｍｍとする。すなわち、８×０．５×３ｍｍのＰＺＴを
接合することになる。同時に、ＰＺＴ８と基板１０の長
手方向接合のコーナー部に導電性接着剤を付着し、ＰＺ
Ｔ端面電極２１，２２と基板面電極２３，２４との電気
的導通を取る。A step is provided on a part of a ceramic substrate such as alumina or titanium burr, and Au electrodes are previously provided on both sides in the long side direction by vapor deposition or sputtering. Alternatively, an electrode formed by thick film printing is also possible. The laminated P
ZT8 is joined as shown. For example, in the case of a multi-nozzle head having 64 nozzles, the dimension in the longitudinal direction of PZT is P ×
64 is 0.125 × 64 = 8 mm, the dimension b is 0.5 mm, and the height from the substrate surface is a dimension corresponding to the ink discharge volume, here 3
mm. That is, PZT of 8 × 0.5 × 3 mm is joined. At the same time, a conductive adhesive is adhered to the corner of the longitudinal joint between the PZT 8 and the substrate 10,
The electrical connection between the T end face electrodes 21 and 22 and the board face electrodes 23 and 24 is established.
【００２４】該ＰＺＴ端面電極２１，２２は、断面から
も分かるように上下方向に櫛歯状に内層電極があり、各
内層電極間で印加電圧に応じた電界が発生し、ＰＺＴに
変位が発生する。その内層電極を両端面で導通し、基板
に導通させているのが端面電極である。その後、ダイヤ
モンドソーやワイヤーソー等による機械加工により、基
板面まで微小量切り込み、１〜６４チャンネルに応じた
ＰＺＴを分離独立する。この構成では、電圧材料と電極
材料を交互に複数組積層して成る圧電素子を積層の厚み
と直角方向のｄ31変位を利用した構成であり、変位量を
確保し易いのが特徴である。Each of the PZT end face electrodes 21 and 22 has a comb-shaped inner layer electrode in the vertical direction as can be seen from the cross section. An electric field corresponding to the applied voltage is generated between the inner layer electrodes, and the PZT is displaced. I do. The end face electrode conducts the inner layer electrode on both end faces and conducts to the substrate. Then, a small amount of cut is made to the substrate surface by machining using a diamond saw or a wire saw, and PZT corresponding to channels 1 to 64 is separated and independent. In this configuration, a configuration using a d 31 displacement thickness perpendicular direction of the laminated piezoelectric element comprising a plurality of sets stacked voltage material and an electrode material alternately, it is characterized by easily secured displacement.
【００２５】図４は、電圧材料と電極材料を交互に複数
組積層して成る圧電素子を積層の厚み方向であるｄ33変
位を再利用した構成で、１列に配列したアクチュエータ
ユニットの構成の他の実施例である。図中の参照番号は
図３と同じである。この実施例は、ＰＺＴ駆動力が得ら
れやすいのが特徴である。FIG. 4 is a configuration in which reuse d 33 displacement is the thickness direction of the laminated piezoelectric element comprising a plurality of sets stacked voltage material and an electrode material alternately, the actuator units are arranged in a row configuration This is another embodiment. Reference numbers in the figure are the same as those in FIG. This embodiment is characterized in that a PZT driving force is easily obtained.
【００２６】図５は、ヘッド上面から見たノズル配置の
構成図で、図中、１２はダイアフラム領域である。１列
にＰＺＴ配列した液室ユニットに対して、振動板とイン
ク液室とノズルとを複数列、ここでは３列設けた構成で
ある。配列密度が上がり、１チャンネル当たりのピッチ
Ｐが小さくなった場合でも、この列においてはインク液
室の配列方向ピッチは３Ｐとなり、液室形状を円形、又
は長円形を保つことが可能となる。この長円形は積層Ｐ
ＺＴの変位に追従して変形するダイヤフラムを構成して
おり、インクジェット記録ヘッドとしての耐久性、例え
ば、通常のプリンタの場合、最小１０9回以上の振動耐
久性においても疲労のないものが要求される。FIG. 5 is a structural view of the nozzle arrangement viewed from the top of the head. In the figure, reference numeral 12 denotes a diaphragm area. In this configuration, the diaphragm, the ink liquid chamber, and the nozzles are provided in a plurality of rows, here three rows, for the liquid chamber units in which the PZT array is arranged in one row. Even if the arrangement density increases and the pitch P per channel decreases, the arrangement direction pitch of the ink liquid chambers in this row is 3P, and the liquid chamber shape can be kept circular or oval. This oval is a laminated P
Constitutes the diaphragm to follow to deformation displacement of the ZT, durability as the ink jet recording head, for example, in the case of a normal printer, having no fatigue is also required at the minimum 10 9 times or more vibration durability You.
【００２７】そこで本実施例のように、円形または長円
形、それも短径１に対して長径４以下の比とした構成に
することで、積層ＰＺＴの１〜３μｍの大きな変位に対
しても振動板変形領域の応力集中を避け、前記駆動耐久
性を大きく向上することができる。Therefore, as in the present embodiment, by adopting a configuration in which a circle or an ellipse, which is also a ratio of the major axis 4 to the major axis 4 or less, even a large displacement of the laminated PZT of 1 to 3 μm can be obtained. The driving durability can be greatly improved by avoiding stress concentration in the diaphragm deformation region.
【００２８】以上の実施例では、振動板領域が、円形ま
たはほぼ円形に近い形状であるため、全て振動変形領域
のほぼ中心軸上にノズルを配置した構成が可能と成って
おり、インクの吐出効率やインク充填性、気泡の排出性
に対して非常に有利な構成である。In the above embodiment, since the diaphragm region has a circular shape or a substantially circular shape, it is possible to arrange a configuration in which the nozzles are arranged substantially on the central axis of the vibration deformation region. This is a very advantageous configuration with respect to efficiency, ink filling property, and bubble discharging property.
【００２９】[0029]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によると、以下のような効果がある。 （１）請求項１に対応する効果：液室の配列方向のピッ
チ寸法をｎ倍に構成できるため、液室形状の自由度が増
し、インクの流れに対して理想の形状の構成が可能とな
る。又は、ピッチ寸法を液室部材の工法に応じて選択す
ることで、製造上も非常に有利となる。 （２）請求項２に対応する効果：圧電素子として、積層
ＰＺＴの利用により印加電圧が低電圧での駆動が可能と
なり、ドライバの低コストが可能となる。また、ここで
はｄ31変位を利用しており、大きなＰＺＴ変位が得られ
るため、ＰＺＴの小型化や低コストが可能である。 （３）請求項３に対応する効果：圧電素子として、積層
ＰＺＴの利用により印加電圧が低電圧での駆動が可能と
なり、ドライバの低コスト化が可能となる。また、ここ
ではｄ33変位を利用しており、ＰＺＴ変位時の大きな駆
動力が得られるため、剛性の高い振動板の駆動も可能と
なり、結果としてメカ共振が高周波数となり、高速応答
のインクジェットヘッドが可能となる。 （４）請求項４に対応する効果：実質の液室配列密度１
／２以下に構成でき、複雑で微細な液室部品の製造が容
易に構成できる。また、流体であるインクに対して有利
な液室形状が容易に構成でき、インク吐出効率の大幅向
上が可能となる。 （５）請求項５に対応する効果：振動板領域が、円形ま
たはほぼ円形に近い形状であるため、全て振動変形領域
のほぼ中心軸上にノズルを配置した構成が可能となって
おり、振動時の圧力伝搬効率が上がり、インクの吐出効
率、またインク充填性や気泡の排出性に対して非常に有
利な構成となる。 （６）請求項６に対応する効果：積層ＰＺＴの大きな変
位に対しても振動板の変形領域の応力集中を避け、駆動
耐久性を大きく向上させることができる。As apparent from the above description, the present invention has the following effects. (1) Effect corresponding to claim 1: A pick-up in the arrangement direction of the liquid chambers.
The height of the liquid chamber can be increased by n times to increase the degree of freedom of the liquid chamber shape.
This makes it possible to configure an ideal shape for the ink flow.
You. Alternatively, select the pitch size according to the construction method of the liquid chamber member.
This is very advantageous in manufacturing. (2) Effect corresponding to the second aspect: By using the laminated PZT as the piezoelectric element, it is possible to drive at a low applied voltage, and the cost of the driver can be reduced. Also, here it utilizes a d 31 displacement, because a large PZT displacement is obtained, it is possible to reduce the size and cost of the PZT. (3) Effect corresponding to claim 3: By using the laminated PZT as the piezoelectric element, it is possible to drive the applied voltage at a low voltage, and to reduce the cost of the driver. Also, here utilizes a d 33 displacement, since a large driving force at the time of PZT displacement is obtained, it is possible also drives the high rigidity diaphragm, result mechanical resonance becomes high frequencies as ink jet head speed response Becomes possible. (4) Effect corresponding to claim 4: substantial liquid chamber array density 1
/ 2 or less, making it easy to manufacture complicated and fine liquid chamber components. In addition, an advantageous liquid chamber shape can be easily formed for the fluid ink, and the ink ejection efficiency can be greatly improved. (5) Effect corresponding to claim 5: Since the diaphragm area has a circular or almost circular shape, a configuration in which the nozzles are arranged substantially on the central axis of the vibration deformation area is possible, and The pressure propagation efficiency at the time is increased, and the configuration is very advantageous with respect to the ink ejection efficiency, the ink filling property and the bubble discharging property. (6) Effect corresponding to claim 6: Even when a large displacement of the laminated PZT occurs, stress concentration in the deformation region of the diaphragm is avoided, and driving durability can be greatly improved.
【図１】 本発明によるオンデマンド型インクジェット
ヘッドの一実施例を説明するための構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram for explaining an embodiment of an on-demand type inkjet head according to the present invention.
【図２】 図１における振動板とインク液室とノズル配
列を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a diaphragm, an ink liquid chamber, and a nozzle arrangement in FIG. 1;
【図３】 図１における基板と積層ＰＺＴの構成図であ
る。FIG. 3 is a configuration diagram of a substrate and a laminated PZT in FIG. 1;
【図４】 図１における基板と積層ＰＺＴの他の構成図
である。FIG. 4 is another configuration diagram of the substrate and the laminated PZT in FIG. 1;
【図５】 本発明における振動板とインク液室とノズル
配列の他の構成図である。FIG. 5 is another configuration diagram of the vibration plate, the ink liquid chamber, and the nozzle arrangement in the present invention.
１…ノズルプレート、２…ノズル、３…振動板領域、４
…インク液室、５…インク共通液室、６…液室部材、７
…隔壁部材、８…積層圧電素子（ＰＺＴ）、９…フレー
ム、１０…基板。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Nozzle plate, 2 ... Nozzle, 3 ... Vibration plate area, 4
... Ink liquid chamber, 5 ... Ink common liquid chamber, 6 ... Liquid chamber member, 7
... partition member, 8 ... laminated piezoelectric element (PZT), 9 ... frame, 10 ... substrate.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩瀬 政之 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株 式会社リコー内 (72)発明者 中野 智昭 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株 式会社リコー内 (72)発明者 広瀬 武貞 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株 式会社リコー内 (72)発明者 飴山 実 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株 式会社リコー内 (56)参考文献 特開 平５−4346（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−135262（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−15976（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B41J 2/045 B41J 2/055 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Masayuki Iwase 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Inside Ricoh Company, Ltd. (72) Inventor Tomoaki Nakano 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Inside Ricoh Co., Ltd. (72) Inventor Takesada Hirose 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Co., Ltd. Inside Ricoh Co., Ltd. (72) Minoru Ameyama 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Co., Ltd. (56) References JP-A-5-4346 (JP, A) JP-A-60-135262 (JP, A) JP-A-57-15976 (JP, A) (58) Fields investigated (Int .Cl. 7 , DB name) B41J 2/045 B41J 2/055
Claims (6)
数のインク室と、前記各インク室を加圧するために配置
した複数の圧電素子とを備えたオンデマンド型インクジ
ェットヘッドにおいて、圧電材料と電極材料を交互に複
数組積層して成る圧電素子を所定の配列ピッチｐで１列
に配列されたアクチュエータユニットと、該アクチュエ
ータユニットに対してｎ列の複数列設けられた液室ユニ
ットとを有し、該液室ユニットと該液室ユニットに連通
されたノズルユニットを配列ピッチ（ｎ×ｐ）で設けた
ことを特徴とするオンデマンド型インクジェットヘッ
ド。1. An on-demand ink jet head comprising: a plurality of nozzles; a plurality of ink chambers communicating with each nozzle; and a plurality of piezoelectric elements arranged to pressurize each ink chamber. Yes actuator units arranged piezoelectric element comprising a plurality of sets stacked in a row in a predetermined array pitch p of the electrode material alternately, and a plurality of columns provided liquid chamber unit of n columns with respect to the actuator unit and, on-demand ink jet head is characterized in <br/> by providing the nozzle unit communicating with the liquid chamber unit and said liquid chamber unit array pitch (n × p).
電材料と電極材料を交互に複数組積層して成る圧電素子
を積層の厚みと直角方向の変位を利用した構成で１列に
配列されたものであることを特徴とする請求項１記載の
オンデマンド型インクジェットヘッド。2. The actuator unit according to claim 1, wherein a plurality of sets of the piezoelectric material and the electrode material are alternately stacked, and the piezoelectric elements are arranged in a single row by using a displacement in a direction perpendicular to the thickness of the stack. The on-demand type ink jet head according to claim 1, wherein:
電材料と電極材料を交互に複数組積層して成る圧電素子
を積層の厚み方向である変位を利用した構成で１列に配
列されたものであることを特徴とする請求項１記載のオ
ンデマンド型インクジェットヘッド。3. The actuator unit according to claim 1, wherein the plurality of sets of the piezoelectric materials and the electrode materials are alternately stacked, and the piezoelectric elements are arranged in a row using a displacement in the thickness direction of the stack. The on-demand type ink jet head according to claim 1, wherein:
積層して成る圧電素子を所定のピッチで１列に配列した
アクチュエータユニットに対し、前記液室ユニットおよ
びノズルユニットを千鳥配置に構成したことを特徴とす
る請求項１記載のオンデマンド型インクジェットヘッ
ド。4. The liquid chamber unit and the nozzle units are arranged in a staggered arrangement with respect to an actuator unit in which a plurality of sets of the piezoelectric material and the electrode material are alternately stacked and arranged in a line at a predetermined pitch. The on-demand type ink jet head according to claim 1, wherein:
さすことにより加圧するための変形領域に対し、該変形
領域のほぼ中心軸上に各ノズルを配置したことを特徴と
する請求項１記載のオンデマンド型インクジェットヘッ
ド。5. The relative deformation area for pressurizing by means deforming the ink chamber partition by the expansion and contraction of the piezoelectric element, according to claim 1, characterized in that a respective nozzles onto substantially the center axis of the deformation region The on-demand type inkjet head according to the above.
変形さすことにより加圧するための変形領域の形状を、
ほぼ円形または長円形とし、長円形については短径１に
対し長径４以下の比としたことを特徴とする請求項５記
載のオンデマンド型インクジェットヘッド。6. The shape of a deformation area for applying pressure by deforming an ink chamber partition by expansion and contraction of each piezoelectric element,
6. The on-demand type ink jet head according to claim 5, wherein the elliptical shape is substantially circular or elliptical, and the elliptical shape has a ratio of a major axis of 1 to a major axis of 4 or less.
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1993
- 1993-12-01 JP JP30204793A patent/JP3231523B2/en not_active Expired - Fee Related
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