JP2004291543A - Ink jet printer head - Google Patents

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JP2004291543A
JP2004291543A JP2003089931A JP2003089931A JP2004291543A JP 2004291543 A JP2004291543 A JP 2004291543A JP 2003089931 A JP2003089931 A JP 2003089931A JP 2003089931 A JP2003089931 A JP 2003089931A JP 2004291543 A JP2004291543 A JP 2004291543A
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Masatomo Kojima
正友 小島
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ink jet printer head which improves a printing quality by reducing a crosstalk between adjacent pressure chambers. <P>SOLUTION: A cavity unit obtained by laminating a plurality of plates, and a plate-like actuator 20 selectively drivable at respective pressure chambers 16-1, 16-2 and having extensively deformable active part 50 in a pressure chamber direction to inject an ink are laminated. A spacer plate 13 is provided at the opposite side to the actuator 20 via a base plate 14 adjacently formed to the pressure chambers aligned in a row state via a partition wall 14a. The thickness of the space plate 13 is set so that the bottom sectional change quantity Z2 of the pressure chamber 16-2 due to the deformation of the spacer plate 13 adjacent to the pressure chambers 16-1, 16-2 corresponding to selectively driven active part 50 and opposed to the pressure chamber 16-2 corresponding to the selectively driven active part 50, and the side sectional change quantity Z1 due to the deformations of a pair of partition walls 14a in association with the drive of the active part become substantially equal. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数枚のプレートを積層し、その積層プレート内に圧力室やインク流通路が形成され、片面(表面)にインク噴射用のノズルが形成された偏平状のキャビティユニットと、各圧力室に対して配置されるプレート型のアクチュエータを接合させてなるインクジェットプリンタヘッドの構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、オンデマンド型のインクジェットプリンタヘッドにおいて、圧電層を積層して形成されるプレート型の圧電アクチュエータを、キャビティユニットの圧力室に面して接合させて、この圧電アクチュエータの伸縮変形により前記インク室の容積を小さくしてインクを噴射させるものが知られている(特許文献1及び特許文献2)。
【0003】
この場合、キャビティユニットとしては、例えば特許文献1では、インク室として機能する圧力室は1枚のプレートの片面(上方)に開放されるような空間が形成され、該プレートの下面側にインク噴出用のノズルが穿設されており、前記ノズルの列方向に並ぶ圧力室の細幅側は隔壁を挟んで隣接配置されている。他方、特許文献2では、キャビティユニットは、前記圧力室が形成されたベースプレートの片面(圧電アクチュエータと反対側)に複数枚のプレートを積層してなり、これらのプレートは、前記ノズルが穿設されたプレート、各圧力室から前記各ノズルに連通する流通路を有するプレート、インク供給源からのインクを溜めた後前記圧力室に補充する共通インク室が形成されたプレート等からなる。
【0004】
【特許文献1】
特開2001−162796号公報(図1参照)
【特許文献2】
特開2001−260349号公報(図2、図4参照)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記圧電アクチュエータは、前記各インク室毎に選択的に電圧を印加する個別電極の電極層と、前記複数のインク室に電気的に共通となるコモン電極の電極層とが、圧電材料からなる圧電層の積層方向に交互に配置されており、個別電極とコモン電極とが対向するように挟んだ圧電層が、電極間に印加された電圧によって伸縮する活性部となる。
【0006】
そして、この活性部が圧電層の積層方向に伸長すると、対面する位置の圧力室の容積が減少する。このとき、当該圧力室の細幅側の隔壁は、圧電アクチュエータとの接合部に近い側がその圧力室の容積内に倒れ込むように、換言すると圧力室の断面積が小さくなるように弾性変形する。そうすると、その圧力室に隔壁を介して隣接する圧力室(この圧力室に対応する活性部は非駆動状態にある)は、前記隔壁の倒れ込み変形に対応して、圧電アクチュエータとの接合部に近い側が元の圧力室の断面積(容積)より大きくなる。
【0007】
一方、当該圧力室の底面、すなわち、前記圧電アクチュエータの配置側と対峙する側の1枚のプレートもしくは積層プレートがその圧力室の断面積(容積)を減少させるように弾性により上方へ湾曲変形することになる。
【0008】
このような弾性変形により、インクを噴射した圧力室に隣接する圧力室(非噴射の圧力室)も容積を拡大しその後復帰する動作をすることになり、噴射動作をしないにもかかわらずインクに圧力変動を生じる。その後、その隣接する圧力室で噴射動作をすることになったとき、この圧力変動に重畳して噴射のための圧力変動を起こさせるので、インクの噴射速度や液滴の大きさが所定値よりも大きくあるいは小さくなったりする、いわゆるクロストークを生じる。特に、インクを噴射した2つの圧力室に挟まれた圧力室(非噴射の圧力室)の場合、圧力変動が大きくなり、不所望にインクを噴射してしまうことがある。
【0009】
本発明は、このような課題を解消し、圧力室の片面を構成するプレートの厚さや材質を工夫することにより、印字品質を良好にできるインクジェットプリンタヘッドを提供することを目的とするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項1に記載の発明のインクジェットプリンタヘッドは、列状に並ぶ複数個のノズルと、該各ノズル毎に対応して列状に並ぶ圧力室と、各圧力室から前記各ノズルに連通する流通路と、インク供給源からのインクを溜めた後前記圧力室に補充する共通インク室とを有した複数枚のプレートを積層してなるキャビティユニットと、前記圧力室毎に選択的に駆動可能で、その圧力室方向に伸縮変形可能な活性部を有してインクを噴射させるプレート状アクチュエータとを積層させてなるインクジェットプリンタヘッドにおいて、ベースプレートには、長手方向を平行にして列状に並ぶ前記圧力室が隔壁を介して隣接するように穿設形成され、前記ベースプレートを挟んで前記アクチュエータと反対側に積層されたスペーサプレートを有し、前記活性部を選択的に駆動させた時に、その活性部に対応する圧力室に隣接し且つ非駆動状態の活性部に対応する圧力室に対面する前記スペーサプレートの変形による圧力室の底断面変化量と、前記活性部の駆動に伴う前記隔壁の変形による側断面変化量とを略等しくなるように、前記スペーサプレートの厚さを設定したことを特徴とするものである。
【0011】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記ベースプレート及びスペーサプレートのプレート材質を42%ニッケル合金鋼板としたものである。
【0012】
さらに、請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記スペーサプレートの厚さをベースプレートの板厚さの略2倍に設定したものである。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1は本発明の実施の形態による圧電式のインクジェットプリンタヘッドを示す分解斜視図、図2は圧電アクチュエータとキャビティユニットの一端部を示す斜視図、図3はキャビティユニットの分解斜視図、図4はキャビティユニットの部分拡大斜視図、図5は圧電アクチュエータの分解斜視図、図6はインクジェットプリンタヘッドの拡大断面図、図7は作用説明図、図8は圧力室の断面積の増減状態を示す説明図である。
【0014】
図1に示すプレート型の圧電アクチュエータ20は、キャビティユニット10に対して接合されるものであり、圧電アクチュエータ20の上面には、外部機器との接続のために、フレキシブルフラットケーブル40が重ね接合されている。そして、最下層のキャビティユニット10の下面側に開口されたノズルからは下向きにインクが噴射される。
【0015】
前記キャビティユニット10は、図3及び図4に示すように構成されている。すなわち、ノズルプレート11、2枚のマニホールドプレート12、スペーサプレート13及びベースプレート14の5枚の薄い板をそれぞれ積層した構造としている。
【0016】
実施形態では、合成樹脂製のノズルプレート11を除き、各プレート12、13、14は、42%ニッケル合金鋼板製(縦弾性係数147GPa.)で、50μm〜250μm程度の厚さを有する。前記ノズルプレート11には、微小径(実施形態では25μm程度)のインク噴射用のノズル15が微小間隔で多数個穿設されている。このノズル15は、当該ノズルプレート11における第1の方向(長辺方向)に沿って千鳥配列で2列に配列されている。
【0017】
前記2枚のマニホールドプレート12には、図3、図4及び図6に示すように、共通インク通路12a、12bが、前記ノズル15の列の両側で、当該マニホールドプレート12の長辺に略沿って延びるように穿設されている。但し、下側のマニホールドプレート12における共通インク通路12bは、当該マニホールドプレート12の上側にのみ開放するように凹み形成されている。この共通インク通路12a、12bは、この両マニホールドプレート12に対する前記スペーサプレート13の積層により密閉されて、列状に並ぶ複数の圧力室16に対する共通インク供給路として機能する構造になっている。
【0018】
また、図3及び図4に示すように、前記ベースプレート14には、複数の圧力室16がベースプレート14の長辺(前記第1の方向)に沿って千鳥配列で2列に穿設されている。そして、各圧力室16は、その長手方向がベースプレート14の長手方向と直交するようにして細長形状に形成されている。
【0019】
そして、列状に並ぶ圧力室16の間には幅L2の隔壁14aが形成されていることになり、また、圧力室16の細幅方向の幅寸法は中央部でL1となっている。そして、実施形態では、図7に示すように、L1>L2であって、具体的には、ベースプレート14の板厚さは50μmであって、L2=89μm、L1=250μmに設定されている。なお、スペーサプレート13の板厚さは50μm〜250μm程度とする。
【0020】
各圧力室16における先端部16aはベースプレート14の短辺方向の略中央部に位置しており、この各先端部16aは、スペーサプレート13、2枚のマニホールドプレート12に同じく千鳥配列にて穿設されているインク流路としての微小径の貫通孔17を介してノズルプレート11における前記千鳥配列のノズル15に連通している。
【0021】
一方、前記各圧力室16の他端部16bは、前記スペーサプレート13における左右両側部位に穿設された貫通孔18を介して、前記両マニホールドプレート12における共通インク通路12a、12b(共通インク室)に連通している。なお、前記他端部16bは、図4に示すように下側に開口するように凹み形成されているものである。また、最上層のベースプレート14の一端部に穿設された供給孔19a(図3参照)の上面には、その上方のインクタンクから供給されるインク中の塵除去のためのフィルタ29が張設されている。
【0022】
これにより、前記ベースプレート14及びスペーサプレート13の一端部に穿設の供給孔19a、19bから前記共通インク通路12a、12b内に流入したインクは、この共通インク通路12aから前記各貫通孔18を通って前記各圧力室16内に分配されたのち、この各圧力室16内から前記貫通孔17を通って、当該圧力室に対応するノズル15に至るという構成になっている(図3及び図6参照)。
【0023】
一方、圧電アクチュエータ20では、複数の圧電層と電極層とが交互に積層されており、圧電層は圧電セラミックスを材料とする1枚の厚さが30μm程度の圧電シートにより形成されている。この実施の形態では、圧電アクチュエータ20は、図5に示すように、複数枚の圧電シート21を積層し、その最上面にトップシート22を積層した構造としている。また、電極層は圧電シートの上面(広幅面)に後述するように金属膜の電極パターンとして形成されている。
【0024】
これら複数枚の圧電シート21のうち、キャビティユニット10側(これを下側とする)の複数枚の圧電シートは、各圧力室16に対応して伸縮変形可能に設けられた活性部が含まれる活性層を構成する。なお、上層側の複数枚の圧電シートは、前記活性部の上側への伸縮変形を規制する拘束部が含まれる拘束層を構成しても良い。
【0025】
活性層では、圧電層の間に挟まれる各電極層を、積層方向において交互に、前記各圧力室16毎に対応して位置し選択的に電圧を印加する個別電極24の電極層と、前記複数の圧力室16に跨がる広幅形状をなしそれぞれ共通の電位に接続されるコモン電極25の電極層としている。
【0026】
具体的には、圧電シートのうち最下端側から数えて、偶数枚目の圧電シート21の各上面の電極層に前記個別電極24を形成している。また、前記各圧電シートのうち最下端側から数えて、奇数枚目の圧電シート2の各上面の電極層にコモン電極25が形成されている。そして、このコモン電極25を有する圧電シート21の長辺側の各端部は、圧電シート21の対の短辺の端縁部近傍の略全長にわたって延びる引き出し部25aが前記コモン電極25に連結されている。
【0027】
前記コモン電極25が形成されている圧電シート21では、これらの対の長辺の端縁部近傍の上面であって、前記コモン電極25が形成されていない箇所には、前記各個別電極24と同じ上下位置(対応する位置)に当該個別電極24と略同じ幅寸法で長さの短いダミー個別電極26が形成されている。
【0028】
また、前記個別電極24が形成されている圧電シート21の上面のうち、前記引き出し部25aに対応する位置(同じ上下位置、圧電シートの対の短辺の端縁部近傍)には、ダミーコモン電極27が形成されている。
【0029】
上述した個別電極24、コモン電極25、ダミー個別電極26及びダミーコモン電極27は、圧電シートの上面に、銀―パラジウム合金を材料とする導電性ペーストをスクリーン印刷することにより、所定の箇所にそれぞれの電極パターンが形成される。
【0030】
トップシート22の上面には表面電極30、31が印刷形成されており、前記フレキシブルフラットケーブル40が重ね接合されることにより、このフレキシブルフラットケーブル40における各種の配線パターン(図示せず)が、前記各表面電極30、31に電気的に接合される。
【0031】
なお、前記最下層の圧電シート21を除き、他の全ての圧電シート21には、前記各表面電極30と、それに対応する位置(同じ上下位置)の個別電極24及びダミー個別電極26とが互いに連通するように、スルーホール32を穿設する。同様に、前記少なくとも1つの表面電極31(実施形態では、最上層の圧電シート21の4隅の位置の表面電極31)と、それに対応する位置(同じ上下位置)のコモン電極25の引き出し部25a並びにダミーコモン電極27とが互いに連通するように、スルーホール33を穿設している。そしてスルーホール32、33内に充填された導電性材料を介して、各層の個別電極24どうし及びそれと対応する位置の表面電極30とが電気的に接続されるように構成し、同じく各層の第1のコモン電極25a、第2のコモン電極25b及びそれと対応する位置の表面電極31とが電気的に接続されるように構成するものである。
【0032】
製造上においては、各圧電シートを構成するセラミックスのグリーンシートに、スルーホールを穿設し、このグリーンシートに各電極パターンを銀―パラジウム合金を材料とする導電性ペーストのスクリーン印刷等で形成すると、これと同時にスルーホール内に電極パターンを形成する導電性材料が浸入し充填される。これにより圧電シートの上下面でスルーホールを介して導通可能となる。そして、それらのグリーンシートを、下層の電極パターンまたはダミー電極と上層のスルーホールとが重なるように積層し、積層方向に加圧して一体化させ、公知のように焼成して圧電アクチュエータ20を作る。
【0033】
上記のように、個別電極24とコモン電極25とに挟まれている圧電層では、スルーホール32、33内に導電性材料を通して、公知のようにコモン電極25を接地し、全個別電極24に分極用の正の高電圧を印加すると、電極間に挟まれた各層の圧電シートの領域が、個別電極24からコモン電極25に向かう方向に分極処理され、活性部となる。つまり、下から2枚目から7枚目の圧電シートは活性層を構成する。そして、公知のようにコモン電極25を接地し、個別電極24に選択的に駆動用の正の低電圧を印加すると、活性部が、圧電縦効果により伸長変形する。すなわち、前記電圧を印加した個別電極24とコモン電極25とに挟まれた圧電層に積層方向の歪みが発生する。そして、この歪みによる変位量が前記各個別電極24に対応する圧力室16側に大きく発生し、当該圧力室16の容積が縮小されてインクがノズル15から液滴状に噴出して、所定の印字が行われる。
【0034】
なお、非噴射時に、上記のように全個別電極24とコモン電極25との間に電圧を印加して全圧力室16の容積を縮小させておき、インク噴射をしようとする圧力室に対応する個別電極24への印加電圧を選択的に解除してその圧力室16の容積を拡大し、その後再び個別電極24とコモン電極25との間に電圧を印加して圧力室16の容積を縮小した状態に復帰させることで、インクを噴射することもできる。
【0035】
以下に説明する動作は、上記2つの噴射動作のいずれにも共通である。
【0036】
図7及び図8に示すように、前記活性部50が圧電層の積層方向に伸長するとき、対面する位置の圧力室16−1の容積が減少する。これにより、当該圧力室16−1の細幅側の隔壁14aは、圧電アクチュエータ20との接合部に近い側がその圧力室16−1の容積内に倒れ込むように、換言するとその圧力室16−1の断面積が小さくなるように弾性変形する(図7及び図8の実線状態参照)。そうすると、活性部が駆動状態の部分に隣接し、且つ対応する活性部が非駆動状態にある圧力室16−2の細幅側の側面は前記隔壁14aの倒れ込み変形に対応して、圧電アクチュエータ20との接合部に近い側が圧力室16−2の元の断面積(図7において一点鎖線で示し、図8において破線で示す矩形領域、図8の点A1,C1,C2,A2で囲まれた矩形領域)より大きくなる方向に弾性変形する。図8の点A1,B1,C1(または点A2,B2,C2)で囲まれる三角形領域を側断面変化量Z1という。
【0037】
他方、当該圧力室16−2の底面、すなわち、前記圧電アクチュエータ20の配置側と対峙する側のスペーサプレート13がその圧力室16−2の容積を減少させるように弾性により上方に湾曲変形することになる(図8の点A1,D,A2,Eで囲まれる上向き凸湾曲領域参照)。この凸湾曲領域を底断面変化量Z2という。
【0038】
このような弾性変形により、前記活性部が非駆動状態にある圧力室16−2の容積が減少または増大方向に変動すると、当該圧力室16−2内のインクに圧力変動が生じることになる。特に、駆動状態の活性部に対応する2つの圧力室16−1,16−1に挟まれた位置の活性部が非駆動状態にある圧力室16−2の容積の変化量[Z2+(2 ×Z1)]が大きくなると、圧力変動が大きくなり、不所望のインクが噴射されることがあり、印刷品質が極端に悪化するという問題があった。
【0039】
そこで、本発明では、前記活性部を選択的に駆動させた時に、その活性部に対応する圧力室16−1に隣接し且つ非駆動状態の活性部に対応する圧力室16−2に対面する前記スペーサプレート13の変形による、当該圧力室16−2における底断面変化量Z2と、前記活性部の駆動に伴う前記隔壁14aの変形による側断面変化量Z1とが略相殺されるように、換言すると隣接する圧力室の箇所がインク噴出作動されても、活性部が非駆動状態の圧力室16−2の容積を元の状態と略等しいように維持すべく、前記スペーサプレート13の厚さを設定するものである。
【0040】
<実験結果>
前記ベースプレート14及びスペーサプレート13のプレート材質を42%ニッケル合金鋼板の同じ材質(縦弾性係数=147GPa.)とし、ベースプレート14の板厚さ、つまり隔壁14aの高さを50μmとし、当該隔壁14aの横幅寸法L2=89μmとする。また、圧力室16−1、16−2の細幅方向の寸法L1=250μmに設定した。さらに、圧電アクチュエータ20の縦弾性係数=68.6GPa.とする。
【0041】
上記条件を一定にしたまま、スペーサプレート13の板厚さを50μm〜200μmの間で変化させて、圧力室16−2を挟む左右両側の圧力室16−1、16−1に対応する両活性部を同時に駆動した場合の底断面変化量Z2と、側断面変化量Z1の2倍の値(圧力室16−2の左右両側)の値の変化を、表として図9(a)に、またグラフとして図9(b)に示す。この実験結果から理解できるように、スペーサプレート13の板厚さが100μmの場合に、活性部が非駆動状態である圧力室16−2の断面積の変化が−0.049(×10−6 mm)で最小であった。
【0042】
つまり、スペーサプレート13の板厚さの変化による底断面変化量Z2の変化が、側断面変化量Z1の変化よりも大きいために、スペーサプレート13の板厚さが薄くなると、スペーサプレート13の反りによる底断面変化量(Z2)が、側断面変化量(Z1)を上回って、圧力室16−2の断面積は減少した。またスペーサプレート13の板厚さが大きくなると、底断面変化量(Z2)が小さくなり、側断面変化量(Z1)を下回って、圧力室16−2の断面積は増大した。
【0043】
従って、前記の条件、即ち、スペーサプレート13と圧電アクチュエータ20の縦弾性係数の比率が2対1とし、前記スペーサプレート13の厚さをベースプレート14の板厚さの略2倍に設定し、また、前記各圧力室16−1,16−2の長手方向と直交する方向の断面積に対して前記隔壁14aの断面積を略三分の一程度に設定し、スペーサプレート13の板厚さを約100μmにした場合、両側の圧力室に対応する活性部が駆動されても、活性部が非駆動状態の部分に対応する圧力室の断面積は元の値からほとんど変化しないから、その圧力室内のインクにほとんど圧力変動がなくなり、印字品質が良好であった。
【0044】
この実験結果の考察から、圧電アクチュエータ20の材質やスペーサプレート13の材質、圧力室16を形成するためのベースプレート14の材質及び板厚さ、並びに圧力室16の細幅方向の寸法L1及び配置間隔(隔壁14aの横幅寸法L2)等のインクジェットプリンタヘッドの能力に直接影響する仕様を変更することなく、圧力室の片面を覆うスペーサプレート13の板厚さを変更するだけの簡単な設計変更だけで、インク噴射時の隣接する圧力室どうしの干渉(クロストーク)が激減して、印字品質を大幅に改良できることが分かった。
【0045】
なお、本発明は、ノズルがキャビティユニット10のプレート積層方向に開口されたタイプの他、前記ペースプレートの板厚さ内にその積層方向と直交する方向にノズルが穿設され、ペースプレートの平面と平行な方向にインクが噴射されるタイプにも適用できることはいうまでもない。
【0046】
【発明の作用・効果】
以上に詳述してきたように、請求項1に記載の発明のインクジェットプリンタヘッドは、列状に並ぶ複数個のノズルと、該各ノズル毎に対応して列状に並ぶ圧力室と、各圧力室から前記各ノズルに連通する流通路と、インク供給源からのインクを溜めた後前記圧力室に補充する共通インク室とを有した複数枚のプレートを積層してなるキャビティユニットと、前記圧力室毎に選択的に駆動可能で、その圧力室方向に伸縮変形可能な活性部を有してインクを噴射させるプレート状アクチュエータとを積層させてなるインクジェットプリンタヘッドにおいて、ベースプレートには、長手方向を平行にして列状に並ぶ前記圧力室が隔壁を介して隣接するように穿設形成され、前記ベースプレートを挟んで前記アクチュエータと反対側に積層されたスペーサプレートを有し、前記活性部を選択的に駆動させた時に、その活性部に対応する圧力室に隣接し且つ非駆動状態の活性部に対応する圧力室に対面する前記スペーサプレートの変形による圧力室の底断面変化量と、前記活性部の駆動に伴う前記隔壁の変形による側断面変化量とを略等しくなるように、前記スペーサプレートの厚さを設定したことを特徴とするものである。
【0047】
このような構成によれば、圧電アクチュエータの材質やスペーサプレートの材質、圧力室を形成するためのベースプレートの材質及び板厚さ、並びに圧力室の細幅方向の寸法及び配置間隔としての隔壁の細幅方向の寸法等のインクジェットプリンタヘッドの能力に直接影響する仕様を変更することなく、圧力室の片面を覆うスペーサプレートの板厚さを変更するだけの簡単な設計変更だけで、インク噴射時の隣接する圧力室どうしの干渉(クロストーク)が激減して、印字品質を大幅に改良できるという顕著な効果を奏する。
【0048】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記ベースプレート及びスペーサプレートのプレート材質を42%ニッケル合金鋼板としたものであり、これにより、キャビティユニット10の全体の材質を揃えることができ、且つ薄い厚さで剛性の高いキャビティユニットを提供することができる。
【0049】
さらに、請求項3に記載の発明は、請求項1または請求項2に記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記スペーサプレートの厚さをベースプレートの板厚さの略2倍に設定するだけで、キャビティユニットにおける他のプレートの板厚さを厚くする必要がなく、薄い厚さで剛性の高いキャビティユニットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態による圧電式のインクジェットプリンタヘッドを示す分解斜視図である。
【図2】キャビティユニット及び圧電アクチュエータの分解斜視図である。
【図3】キャビティユニットの分解斜視図である。
【図4】キャビティユニットの部分拡大斜視図である。
【図5】圧電アクチュエータの一端部を示す斜視図である。
【図6】インクジェットプリンタヘッドの断面図である。
【図7】圧力室の細幅方向の断面の変化を示す説明図である。
【図8】圧力室の断面変化を示す要部拡大断面図である。
【図9】(a)は実験結果を表にして示す図、(b)グラフとして示す図である。
【符号の説明】
10 キャビティユニット
11 ノズルプレート
12 マニホールドプレート
13 スペーサプレート
14 ベースプレート
14a 隔壁
15 ノズル
16(16−1,16−2) 圧力室
20 圧電アクチュエータ
21 圧電シート
24 個別電極
25 コモン電極
50 活性部
Z1 側断面変化量
Z2 底断面変化量
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a flat cavity unit in which a plurality of plates are stacked, a pressure chamber and an ink flow passage are formed in the stacked plate, and a nozzle for ink ejection is formed on one surface (surface). The present invention relates to a structure of an ink jet printer head formed by joining a plate-type actuator disposed to a chamber.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in an on-demand type ink jet printer head, a plate type piezoelectric actuator formed by laminating piezoelectric layers is joined to a pressure chamber of a cavity unit so as to be joined, and the ink chamber is expanded and contracted by the expansion and contraction of the piezoelectric actuator. Ink jetting with a reduced volume is known (Patent Documents 1 and 2).
[0003]
In this case, as a cavity unit, for example, in Patent Document 1, a space is formed such that a pressure chamber functioning as an ink chamber is opened on one surface (upper side) of one plate, and ink is ejected on a lower surface side of the plate. Nozzles are formed, and the narrow sides of the pressure chambers arranged in the row direction of the nozzles are arranged adjacent to each other with a partition wall interposed therebetween. On the other hand, in Patent Document 2, the cavity unit is formed by laminating a plurality of plates on one surface (the side opposite to the piezoelectric actuator) of the base plate in which the pressure chamber is formed, and these plates are provided with the nozzle. A plate having a flow passage communicating from each pressure chamber to each nozzle, a plate having a common ink chamber formed therein for storing ink from an ink supply source and then refilling the pressure chamber.
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2001-162796 A (see FIG. 1)
[Patent Document 2]
JP 2001-260349 A (see FIGS. 2 and 4)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the piezoelectric actuator, an electrode layer of an individual electrode that selectively applies a voltage to each of the ink chambers and an electrode layer of a common electrode that is electrically common to the plurality of ink chambers are made of a piezoelectric material. The piezoelectric layers, which are alternately arranged in the laminating direction of the piezoelectric layers and are sandwiched such that the individual electrodes and the common electrode face each other, become active portions that expand and contract by a voltage applied between the electrodes.
[0006]
When the active portion extends in the laminating direction of the piezoelectric layers, the volume of the pressure chamber at the position facing the active portion decreases. At this time, the partition on the narrow side of the pressure chamber is elastically deformed so that the side closer to the joint with the piezoelectric actuator falls down into the volume of the pressure chamber, in other words, the cross-sectional area of the pressure chamber is reduced. Then, the pressure chamber adjacent to the pressure chamber via the partition (the active portion corresponding to this pressure chamber is in the non-drive state) is close to the joint with the piezoelectric actuator in response to the collapse deformation of the partition. The side becomes larger than the cross-sectional area (volume) of the original pressure chamber.
[0007]
On the other hand, the bottom surface of the pressure chamber, that is, one plate or the laminated plate on the side opposite to the side on which the piezoelectric actuator is disposed is bent upward by elasticity so as to reduce the cross-sectional area (volume) of the pressure chamber. Will be.
[0008]
Due to such elastic deformation, the pressure chamber (non-ejection pressure chamber) adjacent to the pressure chamber from which the ink was ejected also expands its volume and then performs an operation of returning to its original state. This causes pressure fluctuations. After that, when the ejection operation is performed in the adjacent pressure chamber, the pressure fluctuation for the ejection is caused to be superimposed on the pressure fluctuation, so that the ink ejection speed and the droplet size are smaller than predetermined values. , Or so-called crosstalk. In particular, in the case of a pressure chamber (a non-ejection pressure chamber) sandwiched between two pressure chambers that have ejected ink, pressure fluctuations may be large and ink may be ejected undesirably.
[0009]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an ink jet printer head capable of solving such problems and improving print quality by devising the thickness and material of a plate constituting one surface of a pressure chamber. .
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an ink jet printer head according to the invention according to claim 1, wherein a plurality of nozzles arranged in a row, pressure chambers arranged in a row corresponding to each nozzle, A cavity unit formed by stacking a plurality of plates each having a flow passage communicating with each of the nozzles, and a common ink chamber for storing ink from an ink supply source and then refilling the pressure chamber, and the pressure chamber In an ink jet printer head which is selectively drivable every time and has a plate-shaped actuator for ejecting ink having an active portion capable of expanding and contracting in the pressure chamber direction, the base plate has a longitudinal direction parallel to the base plate. The pressure chambers arranged in a row are formed so as to be adjacent to each other with a partition wall interposed therebetween, and are stacked on the opposite side of the base plate from the actuator. A pressure plate adjacent to the pressure chamber corresponding to the active part and facing the pressure chamber corresponding to the non-driven active part when the active part is selectively driven. The thickness of the spacer plate is set so that the amount of change in the bottom cross-section of the chamber and the amount of change in the side cross-section due to the deformation of the partition wall due to the driving of the active portion are substantially equal.
[0011]
According to a second aspect of the present invention, in the ink jet printer head according to the first aspect, a plate material of the base plate and the spacer plate is a 42% nickel alloy steel plate.
[0012]
According to a third aspect of the present invention, in the ink jet printer head according to the first or second aspect, the thickness of the spacer plate is set to approximately twice the thickness of the base plate.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an exploded perspective view showing a piezoelectric type ink jet printer head according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view showing a piezoelectric actuator and one end of a cavity unit, FIG. Is a partially enlarged perspective view of the cavity unit, FIG. 5 is an exploded perspective view of the piezoelectric actuator, FIG. 6 is an enlarged sectional view of the ink jet printer head, FIG. 7 is an operation explanatory view, and FIG. FIG.
[0014]
The plate-type piezoelectric actuator 20 shown in FIG. 1 is joined to the cavity unit 10, and a flexible flat cable 40 is overlapped on the upper surface of the piezoelectric actuator 20 for connection with an external device. ing. Then, ink is ejected downward from nozzles opened on the lower surface side of the lowermost cavity unit 10.
[0015]
The cavity unit 10 is configured as shown in FIGS. That is, five thin plates of the nozzle plate 11, two manifold plates 12, the spacer plate 13, and the base plate 14 are laminated.
[0016]
In the embodiment, each of the plates 12, 13, and 14 is made of a 42% nickel alloy steel plate (longitudinal modulus of elasticity: 147 GPa) and has a thickness of about 50 μm to 250 μm, except for the nozzle plate 11 made of a synthetic resin. In the nozzle plate 11, a large number of nozzles 15 for ink ejection having a minute diameter (about 25 μm in the embodiment) are formed at minute intervals. The nozzles 15 are arranged in two rows in a staggered arrangement along the first direction (long side direction) of the nozzle plate 11.
[0017]
As shown in FIGS. 3, 4 and 6, common ink passages 12a and 12b are formed in the two manifold plates 12 on both sides of the rows of the nozzles 15 substantially along the long sides of the manifold plates 12. It is drilled to extend. However, the common ink passage 12b in the lower manifold plate 12 is formed so as to be open only on the upper side of the manifold plate 12. The common ink passages 12a and 12b are sealed by stacking the spacer plates 13 on the two manifold plates 12, and have a structure that functions as a common ink supply passage for a plurality of pressure chambers 16 arranged in a row.
[0018]
As shown in FIGS. 3 and 4, a plurality of pressure chambers 16 are formed in the base plate 14 in two rows in a staggered arrangement along the long side (the first direction) of the base plate 14. . Each pressure chamber 16 is formed in an elongated shape so that its longitudinal direction is orthogonal to the longitudinal direction of the base plate 14.
[0019]
A partition 14a having a width L2 is formed between the pressure chambers 16 arranged in a row, and the width of the pressure chamber 16 in the narrow direction is L1 at the center. In the embodiment, as shown in FIG. 7, L1> L2, and specifically, the thickness of the base plate 14 is set to 50 μm, L2 = 89 μm, and L1 = 250 μm. The thickness of the spacer plate 13 is about 50 μm to 250 μm.
[0020]
The distal end 16a of each pressure chamber 16 is located at a substantially central portion in the short side direction of the base plate 14, and each distal end 16a is formed in the spacer plate 13 and the two manifold plates 12 in the same staggered arrangement. The nozzle plate 11 communicates with the staggered nozzles 15 in the nozzle plate 11 via a small diameter through hole 17 as an ink flow path.
[0021]
On the other hand, the other end portions 16b of the pressure chambers 16 are connected to common ink passages 12a and 12b (common ink chambers) of the two manifold plates 12 through through holes 18 formed in both right and left portions of the spacer plate 13. ). The other end 16b is formed to be concave so as to open downward as shown in FIG. A filter 29 for removing dust in the ink supplied from the ink tank above the supply hole 19a (see FIG. 3) is formed on one end of the uppermost base plate 14. Have been.
[0022]
Thus, the ink flowing into the common ink passages 12a and 12b from the supply holes 19a and 19b formed in one end of the base plate 14 and the spacer plate 13 passes through the through holes 18 from the common ink passage 12a. After being distributed into each of the pressure chambers 16 through the pressure chambers 16, the pressure chambers 16 pass through the through holes 17 to reach the nozzles 15 corresponding to the pressure chambers (FIGS. 3 and 6). reference).
[0023]
On the other hand, in the piezoelectric actuator 20, a plurality of piezoelectric layers and electrode layers are alternately stacked, and the piezoelectric layer is formed of a single piezoelectric sheet having a thickness of about 30 μm made of piezoelectric ceramics. In this embodiment, as shown in FIG. 5, the piezoelectric actuator 20 has a structure in which a plurality of piezoelectric sheets 21 are stacked, and a top sheet 22 is stacked on the top surface thereof. The electrode layer is formed on the upper surface (wide surface) of the piezoelectric sheet as an electrode pattern of a metal film as described later.
[0024]
Of the plurality of piezoelectric sheets 21, the plurality of piezoelectric sheets on the cavity unit 10 side (which is referred to as a lower side) include an active portion provided to be capable of expanding and contracting corresponding to each pressure chamber 16. Construct an active layer. Note that the plurality of piezoelectric sheets on the upper layer side may form a constrained layer including a constrained portion for restricting the active portion from expanding and contracting upward.
[0025]
In the active layer, each electrode layer sandwiched between the piezoelectric layers is alternately positioned in the laminating direction, corresponding to each of the pressure chambers 16, and selectively applied with a voltage. It has a wide shape extending over the plurality of pressure chambers 16 and is an electrode layer of a common electrode 25 connected to a common potential.
[0026]
Specifically, the individual electrodes 24 are formed on the electrode layers on the upper surfaces of the even-numbered piezoelectric sheets 21 counted from the lowermost end of the piezoelectric sheets. Further, a common electrode 25 is formed on an electrode layer on each upper surface of the odd-numbered piezoelectric sheets 2 counted from the lowermost end of the piezoelectric sheets. Each end of the long side of the piezoelectric sheet 21 having the common electrode 25 is connected to the common electrode 25 by a lead portion 25a extending over substantially the entire length near the pair of short sides of the piezoelectric sheet 21. ing.
[0027]
In the piezoelectric sheet 21 on which the common electrode 25 is formed, the individual electrodes 24 are located on the upper surface near the edges of the long sides of the pair where the common electrode 25 is not formed. At the same vertical position (corresponding position), a dummy individual electrode 26 having a width substantially equal to that of the individual electrode 24 and a short length is formed.
[0028]
In addition, on the upper surface of the piezoelectric sheet 21 on which the individual electrodes 24 are formed, a dummy common is located at a position corresponding to the lead-out portion 25a (the same vertical position, near the short edge of the pair of piezoelectric sheets). An electrode 27 is formed.
[0029]
The individual electrode 24, the common electrode 25, the dummy individual electrode 26, and the dummy common electrode 27 described above are screen-printed with a conductive paste made of a silver-palladium alloy on the upper surface of the piezoelectric sheet, so that the individual electrodes 24, the common electrode 25, and the dummy common electrode 27 are respectively formed at predetermined locations. Is formed.
[0030]
On the upper surface of the top sheet 22, surface electrodes 30 and 31 are printed and formed, and the flexible flat cable 40 is overlapped and joined to form various wiring patterns (not shown) in the flexible flat cable 40. It is electrically connected to each surface electrode 30, 31.
[0031]
Except for the lowermost piezoelectric sheet 21, all the other piezoelectric sheets 21 include the surface electrodes 30 and the individual electrodes 24 and the dummy individual electrodes 26 at the corresponding positions (the same vertical position). A through hole 32 is formed so as to communicate. Similarly, the at least one surface electrode 31 (in the embodiment, the surface electrodes 31 at the four corner positions of the uppermost piezoelectric sheet 21) and the lead portion 25 a of the common electrode 25 at the corresponding position (the same vertical position). Also, a through hole 33 is formed so that the dummy common electrode 27 communicates with each other. The individual electrodes 24 of each layer and the surface electrode 30 at a corresponding position are electrically connected to each other through the conductive material filled in the through holes 32 and 33, and the individual electrodes 24 of the respective layers are similarly connected. The first common electrode 25a, the second common electrode 25b, and the surface electrode 31 at a corresponding position are electrically connected.
[0032]
In manufacturing, a through hole is formed in a ceramic green sheet constituting each piezoelectric sheet, and each electrode pattern is formed on the green sheet by screen printing of a conductive paste using a silver-palladium alloy material. At the same time, the conductive material forming the electrode pattern penetrates and fills the through hole. As a result, conduction can be achieved through the through holes on the upper and lower surfaces of the piezoelectric sheet. Then, the green sheets are laminated so that the lower electrode pattern or dummy electrode and the upper layer through hole overlap, are pressed and integrated in the laminating direction, and are baked to form the piezoelectric actuator 20 in a known manner. .
[0033]
As described above, in the piezoelectric layer sandwiched between the individual electrode 24 and the common electrode 25, the common electrode 25 is grounded in a known manner through a conductive material in the through holes 32 and 33, and all the individual electrodes 24 When a positive high voltage for polarization is applied, the regions of the piezoelectric sheet of each layer sandwiched between the electrodes are polarized in the direction from the individual electrodes 24 to the common electrode 25 to become active portions. That is, the second to seventh piezoelectric sheets from the bottom constitute an active layer. Then, when the common electrode 25 is grounded and a positive low voltage for driving is selectively applied to the individual electrodes 24 as is well known, the active portion is elongated and deformed by the piezoelectric longitudinal effect. That is, the piezoelectric layer sandwiched between the individual electrode 24 to which the voltage is applied and the common electrode 25 is distorted in the stacking direction. Then, a large amount of displacement due to the distortion is generated on the pressure chamber 16 side corresponding to each of the individual electrodes 24, the volume of the pressure chamber 16 is reduced, and the ink is ejected from the nozzles 15 in the form of droplets. Printing is performed.
[0034]
During non-ejection, a voltage is applied between all the individual electrodes 24 and the common electrode 25 as described above to reduce the volume of all the pressure chambers 16 so as to correspond to the pressure chambers in which ink is to be ejected. The voltage applied to the individual electrode 24 is selectively released to increase the volume of the pressure chamber 16, and then a voltage is applied again between the individual electrode 24 and the common electrode 25 to reduce the volume of the pressure chamber 16. By returning to the state, ink can be ejected.
[0035]
The operation described below is common to both of the two injection operations.
[0036]
As shown in FIGS. 7 and 8, when the active portion 50 extends in the direction in which the piezoelectric layers are stacked, the volume of the pressure chamber 16-1 at the position facing the active portion 50 decreases. Thereby, the partition wall 14a on the narrow side of the pressure chamber 16-1 is configured such that the side closer to the joint with the piezoelectric actuator 20 falls into the volume of the pressure chamber 16-1, in other words, the pressure chamber 16-1. Are elastically deformed so as to reduce the cross-sectional area (see the solid state in FIGS. 7 and 8). Then, the narrow side surface of the pressure chamber 16-2 in which the active part is adjacent to the driven state and the corresponding active part is in the non-driven state corresponds to the collapse deformation of the partition wall 14a, The side close to the joint with the pressure chamber 16-2 is surrounded by the original cross-sectional area of the pressure chamber 16-2 (shown by a dashed line in FIG. 7, a rectangular area shown by a broken line in FIG. 8, and points A1, C1, C2, and A2 in FIG. 8). (Rectangular area). A triangular area surrounded by points A1, B1, and C1 (or points A2, B2, and C2) in FIG.
[0037]
On the other hand, the spacer plate 13 on the bottom surface of the pressure chamber 16-2, that is, the spacer plate 13 on the side opposite to the side on which the piezoelectric actuator 20 is disposed is bent upward by elasticity so as to reduce the volume of the pressure chamber 16-2. (See the upwardly convex curved area surrounded by points A1, D, A2, and E in FIG. 8). This convex curved region is referred to as a bottom cross-sectional change amount Z2.
[0038]
If the volume of the pressure chamber 16-2 in which the active portion is not driven fluctuates in the decreasing or increasing direction due to such elastic deformation, the pressure in the ink in the pressure chamber 16-2 fluctuates. In particular, the amount of change [Z2 + (2 ×) in the volume of the pressure chamber 16-2 in which the active part located between the two pressure chambers 16-1 and 16-1 corresponding to the active part in the driven state is in the non-driven state. Z1)], there is a problem that the pressure fluctuation becomes large, undesired ink may be ejected, and the print quality is extremely deteriorated.
[0039]
Therefore, in the present invention, when the active portion is selectively driven, the active portion faces the pressure chamber 16-2 corresponding to the active portion which is adjacent to the pressure chamber 16-1 corresponding to the active portion and which is not driven. In other words, the amount of change Z2 in the bottom cross section of the pressure chamber 16-2 due to the deformation of the spacer plate 13 and the amount of change Z1 in the side cross section due to the deformation of the partition 14a due to the driving of the active portion are substantially cancelled. Then, even when the ink is ejected from the adjacent pressure chamber, the thickness of the spacer plate 13 is reduced so that the volume of the pressure chamber 16-2 in which the active portion is not driven is substantially equal to the original state. To set.
[0040]
<Experimental results>
The plate material of the base plate 14 and the spacer plate 13 is the same material of 42% nickel alloy steel plate (longitudinal modulus of elasticity = 147 GPa.), The plate thickness of the base plate 14, that is, the height of the partition 14a is 50 μm, and the thickness of the partition 14a is The width L2 is set to 89 μm. The dimension L1 in the narrow width direction of the pressure chambers 16-1 and 16-2 was set to 250 μm. Further, the longitudinal elastic modulus of the piezoelectric actuator 20 = 68.6 GPa. And
[0041]
With the above conditions being kept constant, the thickness of the spacer plate 13 is changed between 50 μm and 200 μm, and both activities corresponding to the left and right pressure chambers 16-1 and 16-1 sandwiching the pressure chamber 16-2 are performed. FIG. 9A is a table showing the change in the value of the bottom cross-section change amount Z2 and the value of twice the side cross-section change amount Z1 (both right and left sides of the pressure chamber 16-2) when the units are simultaneously driven. FIG. 9B shows a graph. As can be understood from the experimental results, when the thickness of the spacer plate 13 is 100 μm, the change in the cross-sectional area of the pressure chamber 16-2 in which the active portion is not driven is −0.049 (× 10 −6). mm 2 ).
[0042]
That is, since the change in the bottom cross-sectional change amount Z2 due to the change in the plate thickness of the spacer plate 13 is larger than the change in the side cross-sectional change amount Z1, when the plate thickness of the spacer plate 13 is reduced, the warpage of the spacer plate 13 is caused. , The cross-sectional area of the pressure chamber 16-2 decreased. When the thickness of the spacer plate 13 was increased, the amount of change in the bottom cross section (Z2) was reduced, and the amount of change in the bottom cross section was smaller than the amount of change in the side cross section (Z1).
[0043]
Accordingly, the above-mentioned condition, that is, the ratio of the longitudinal elastic modulus between the spacer plate 13 and the piezoelectric actuator 20 is set to 2: 1, and the thickness of the spacer plate 13 is set to approximately twice the thickness of the base plate 14; The sectional area of the partition wall 14a is set to about one third of the sectional area of the pressure chambers 16-1 and 16-2 in a direction perpendicular to the longitudinal direction, and the thickness of the spacer plate 13 is reduced. In the case of about 100 μm, even if the active portions corresponding to the pressure chambers on both sides are driven, the cross-sectional area of the pressure chamber corresponding to the portion where the active portion is not driven hardly changes from the original value. The ink had almost no pressure fluctuation, and the printing quality was good.
[0044]
From the consideration of the experimental results, the material of the piezoelectric actuator 20, the material of the spacer plate 13, the material and the plate thickness of the base plate 14 for forming the pressure chamber 16, the dimension L1 and the arrangement interval of the pressure chamber 16 in the narrow width direction. Without changing specifications that directly affect the performance of the ink jet printer head, such as (the width L2 of the partition wall 14a), a simple design change that only changes the thickness of the spacer plate 13 that covers one side of the pressure chamber is possible. It was found that the interference (crosstalk) between adjacent pressure chambers during ink ejection was drastically reduced, and that the printing quality could be greatly improved.
[0045]
In the present invention, in addition to the type in which the nozzle is opened in the plate stacking direction of the cavity unit 10, the nozzle is formed in the thickness of the pace plate in a direction perpendicular to the stacking direction, and Needless to say, the present invention can also be applied to a type in which ink is ejected in a direction parallel to the above.
[0046]
[Action and Effect of the Invention]
As described in detail above, the inkjet printer head according to the first aspect of the present invention includes a plurality of nozzles arranged in a row, pressure chambers arranged in a row corresponding to each of the nozzles, A cavity unit formed by stacking a plurality of plates having a flow passage communicating from the chamber to each of the nozzles, and a common ink chamber for storing ink from an ink supply source and then refilling the pressure chamber, In an ink jet printer head that can be selectively driven for each chamber and has a plate-shaped actuator that has an active portion that can expand and contract in the pressure chamber direction and that ejects ink, the base plate has a longitudinal direction. The pressure chambers arranged in parallel and arranged in a row are formed so as to be adjacent to each other with a partition wall interposed therebetween, and are stacked on the opposite side to the actuator with the base plate interposed therebetween. A pressure plate adjacent to the pressure chamber corresponding to the active part and facing the pressure chamber corresponding to the non-driven active part when the active part is selectively driven. The thickness of the spacer plate is set so that the amount of change in the bottom cross-section of the chamber and the amount of change in the side cross-section due to the deformation of the partition wall due to the driving of the active portion are substantially equal.
[0047]
According to such a configuration, the material of the piezoelectric actuator, the material of the spacer plate, the material and the plate thickness of the base plate for forming the pressure chamber, and the narrowness of the partition in the narrow width direction and the arrangement interval of the pressure chamber. Without changing the specifications that directly affect the performance of the ink jet printer head, such as the width dimension, a simple design change that only changes the thickness of the spacer plate that covers one side of the pressure chamber, The remarkable effect that the interference (crosstalk) between the adjacent pressure chambers is drastically reduced and the printing quality can be greatly improved.
[0048]
According to a second aspect of the present invention, in the ink jet printer head according to the first aspect, the base plate and the spacer plate are made of a 42% nickel alloy steel plate, whereby the entire material of the cavity unit 10 is formed. And a cavity unit having a small thickness and a high rigidity can be provided.
[0049]
Further, according to a third aspect of the present invention, in the ink jet printer head according to the first or second aspect, the cavity unit is formed by merely setting the thickness of the spacer plate to approximately twice the thickness of the base plate. It is not necessary to increase the thickness of the other plates in the above, and it is possible to provide a highly rigid cavity unit with a small thickness.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a piezoelectric inkjet printer head according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an exploded perspective view of a cavity unit and a piezoelectric actuator.
FIG. 3 is an exploded perspective view of a cavity unit.
FIG. 4 is a partially enlarged perspective view of a cavity unit.
FIG. 5 is a perspective view showing one end of a piezoelectric actuator.
FIG. 6 is a sectional view of the ink jet printer head.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a change in a cross section of a pressure chamber in a narrow width direction.
FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view of a main part showing a cross-sectional change of the pressure chamber.
FIG. 9A is a diagram showing a table of experimental results, and FIG. 9B is a diagram showing a graph.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 10 Cavity unit 11 Nozzle plate 12 Manifold plate 13 Spacer plate 14 Base plate 14a Partition wall 15 Nozzle 16 (16-1, 16-2) Pressure chamber 20 Piezoelectric actuator 21 Piezoelectric sheet 24 Individual electrode 25 Common electrode 50 Active part Z1 Side sectional variation Z2 bottom section change

Claims (3)

列状に並ぶ複数個のノズルと、該各ノズル毎に対応して列状に並ぶ圧力室と、各圧力室から前記各ノズルに連通する流通路と、インク供給源からのインクを溜めた後前記圧力室に補充する共通インク室とを有した複数枚のプレートを積層してなるキャビティユニットと、前記圧力室毎に選択的に駆動可能で、その圧力室方向に伸縮変形可能な活性部を有してインクを噴射させるプレート状アクチュエータとを積層させてなるインクジェットプリンタヘッドにおいて、
ベースプレートには、長手方向を平行にして列状に並ぶ前記圧力室が隔壁を介して隣接するように穿設形成され、
前記ベースプレートを挟んで前記アクチュエータと反対側に積層されたスペーサプレートを有し、
前記活性部を選択的に駆動させた時に、その活性部に対応する圧力室に隣接し且つ非駆動状態の活性部に対応する圧力室に対面する前記スペーサプレートの変形による圧力室の底断面変化量と、前記活性部の駆動に伴う前記隔壁の変形による側断面変化量とを略等しくなるように、
前記スペーサプレートの厚さを設定したことを特徴とするインクジェットプリンタヘッド。
A plurality of nozzles arranged in a row, pressure chambers arranged in a row corresponding to each nozzle, a flow passage communicating from each pressure chamber to each nozzle, and after storing ink from an ink supply source. A cavity unit formed by laminating a plurality of plates each having a common ink chamber for replenishing the pressure chamber, and an active part that can be selectively driven for each of the pressure chambers and that can expand and contract in the direction of the pressure chamber. In an inkjet printer head having a plate-shaped actuator that has and ejects ink,
In the base plate, the pressure chambers arranged in a row in parallel with each other in the longitudinal direction are formed so as to be adjacent to each other via a partition wall,
Having a spacer plate laminated on the opposite side of the actuator across the base plate,
When the active portion is selectively driven, a bottom cross-sectional change of the pressure chamber due to deformation of the spacer plate adjacent to the pressure chamber corresponding to the active portion and facing the pressure chamber corresponding to the non-driven active portion. Amount, so that the amount of change in the side cross-section due to the deformation of the partition wall accompanying the driving of the active portion is substantially equal,
An ink jet printer head, wherein the thickness of the spacer plate is set.
前記ベースプレート及びスペーサプレートのプレート材質を42%ニッケル合金鋼板としたことを特徴とする請求項1に記載のインクジェットプリンタヘッド。2. The ink jet printer head according to claim 1, wherein the plate material of the base plate and the spacer plate is a 42% nickel alloy steel plate. 前記スペーサプレートの厚さをベースプレートの板厚さの略2倍に設定したことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のインクジェットプリンタヘッド。3. The ink jet printer head according to claim 1, wherein the thickness of the spacer plate is set to approximately twice the thickness of the base plate.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006341603A (en) * 2005-06-06 2006-12-21 Oce Technol Bv Ink jet print head and ink jet printer having the print head
US7607765B2 (en) 2006-01-19 2009-10-27 Brother Kogyo Kabushiki Kaisha Liquid-droplet jetting apparatus
US7722165B2 (en) 2005-12-07 2010-05-25 Brother Kogyo Kabushiki Kaisha Liquid-droplet jetting apparatus

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