JP2004322505A - Ink jet recording head - Google Patents

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JP2004322505A
JP2004322505A JP2003121456A JP2003121456A JP2004322505A JP 2004322505 A JP2004322505 A JP 2004322505A JP 2003121456 A JP2003121456 A JP 2003121456A JP 2003121456 A JP2003121456 A JP 2003121456A JP 2004322505 A JP2004322505 A JP 2004322505A
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JP
Japan
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piezoelectric vibrator
support substrate
piezoelectric
width
ink
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Pending
Application number
JP2003121456A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshitaka Akiyama
佳孝 秋山
Satoru Hida
悟 飛田
Toshiji Sumiya
利治 住谷
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Ricoh Printing Systems Ltd
Original Assignee
Hitachi Printing Solutions Inc
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ink jet recording head having a piezoelectric actuator in which high quality printing can be ensured by suppressing a variation in ejection speed or volume of an ink drop. <P>SOLUTION: The ink jet head comprises a plurality of piezoelectric actuators where the piezoelectric oscillator has one end secured to a supporting substrate and the other free end, and a pressure chamber communicating with a plurality of orifice openings and storing ink. Volume of the pressure chamber is inflated or contracted by the forward end of the piezoelectric actuator on the free end side and an ink drop is ejected from the orifice opening to the outside. The thickness of the supporting substrate is set thinner than the thickness of the piezoelectric oscillator. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電アクチュエータが発生する変位によってインク滴を飛翔させ、記録媒体にインク像を形成するインクジェット記録装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から、圧電アクチュエータを用いて圧力室内のインクの圧力を変化させ、オリフィスからインク滴を吐出させる圧電振動子方式のインクジェットヘッドが知られている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
また、圧電材料と導伝材料とをそれぞれ層状に交互に積層して形成された積層圧電振動子を用いたインクジェットヘッドが知られている(例えば、特許文献2参照)。この従来のインクジェットヘッドの一例を図8(斜視図)及び図9(部分断面図)に示す。
インクジェットヘッドは、オリフィス31が形成されたオリフィスプレート32と、圧力室33が形成されたチャンバプレート34と、リストリクタ35が形成されたリストリクタプレート36と、振動板37およびフィルタ部38が形成されたダイアフラムプレート39と、共通インク通路40が形成されたハウジング41と、圧電アクチュエータ43とを有する。圧電アクチュエータ43は、圧電振動子44の一端面がセラミックプレートで形成された支持基板47と接合されており、圧電振動子44の他端面をそれぞれオリフィス31と対向するよう振動板37に配置し、接着剤42にて振動板37と圧電振動子44を当接したものである。また、個別電極48及び共通電極49が導電性接着剤46を介して圧電振動子44の外部電極45にそれぞれ電気的に導通している。
【0004】
インクはインクタンク(図示せず)からインク導入パイプ51を経て共通インク通路40に供給される。
【0005】
インクジェットヘッドよりインク滴を吐出させるには、外部駆動電源(図示せず)より、スルーホール50を経て、圧電アクチュエータ43に設けられた個別電極48及び共通電極49へ電気信号を印加し、圧電振動子44を変位させる。この圧電振動子44の変位が振動板37を介して圧力室33の容積変化を生み、圧力室33内に満たされているインクの圧力変化を生む。この圧力変化によって、インクはオリフィス31よりインク滴として吐出する。
【0006】
インク滴の吐出を行なうオリフィスの高密度化及び小型化を図るため、インクジェットヘッドは、薄板プレート(オリフィスプレート32、チャンバプレート34、リストリクタプレート36及びダイアフラムプレート39)の接着または接合で形成されたインク流路部材52と、オリフィス31の配置に合わせてダイシングされた圧電振動子44を列状に配設した圧電アクチュエータ43との組み合わせで製作されている。圧電アクチュエータ43は振動板37に当接されるため、ハウジング41の開口部53に挿入されている。
【0007】
上述したインクジェットヘッドの構成において、圧電アクチュエータ43の安定した駆動を確保するためには、圧電振動子44の外部電極45と、支持基板の個別電極48及び共通電極49との電気的接続を確保することが非常に重要である。しかしながら、上述の圧電アクチュエータ43は、圧電振動子44を支持基板47の端面に接着されている関係で、外部電極45と支持基板の個別電極48及び共通電極49との電気接続には大量の導電性接着剤46を塗布する必要があり、しかも導通を維持させるのが困難であった。これを解決する方法として、支持基板の端面に圧電振動子を接着する際に、接着面と垂直な面で圧電振動子と支持基板の一面が連続するように接着し、その連続面に電極を形成することを提案している(例えば、特許文献3参照)。
【0008】
【特許文献1】
特開平1−115638号公報 (第2頁、図2)
【特許文献2】
特開2002−96464号公報 (第5頁、図1、図2)
【特許文献3】
特許第3206214号 (第7頁、図7)
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、圧電振動子と支持基板の一面が連続するように接着し、その連続面に電極を形成する方法を採用した場合、圧電振動子44と支持基板47の厚さに加え、圧電素子の外部電極45と支持基板47の電極(48、49)を導通させる導電性接着剤46の厚さの分だけ余計に幅広となり、結果的に圧電アクチュエータ43全体の幅が広くなってしまう。そのため、ハウジング41の開口部53は、圧電アクチュエータ43をハウジング41に挿入する際のハウジングとの接触、更には圧電アクチュエータ43をハウジングに組み込んだ後のハウジング41と各電極(45、48、49、)や導電性接着材46との接触を避けるために、できるだけハウジング41の開口部53の間口(図9に示すAの幅)を広く形成なくてはならない。しかし、開口部53が広くなると、開口部53に対向する位置にあるオリフィスプレート32、チャンバプレート34、リストリクタプレート36など流路を形成するインク流路部材52の剛性が弱くなり、圧電振動子44が変位すると、これらのプレートが変形し、圧電振動子44の変位が十分圧力室33に伝わらず、更には隣接する圧力室へも圧電振動子の変位が伝わり、吐出するインク滴の速度や量がオリフィス毎に異なってしまうという問題が生じる。
【0010】
また、支持基板47の幅(図9に示すBの幅)が圧電アクチュエータ43の圧電振動子44の幅(図9に示すCの幅)より大きいと、圧電アクチュエータ43の圧電振動子44を支持基板47に接着するために、支持基板47の端面につきあてる際、不用意に扱うと角部にカケを発生させることが多くあった。圧電振動子44の一部にカケが生じると、その部分の圧電振動子44の質量、形状が変化し、圧電振動子44の変位方向の機械的な振動モードが変化する。これにより、カケが生じた圧電アクチュエータ43のオリフィス31より連続的に吐出されるインク滴の速度や量が、他の正常なオリフィス31より吐出されるインク滴の速度や量と異なり、インクジェットヘッド内のばらつきを発生させる原因となっていた。更に、カケが発生すると外部電極45が剥がれるため、外部電極45との接続を確実に行なうためには、より多くの導電性接着剤46を塗布する必要が生じる。このため圧電アクチュエータ43の全体の幅はますます厚くなるという問題があった。
【0011】
本発明はこのような問題点を解決するもので、その目的とするところは、圧電アクチュエータを有するインクジェットヘッドにおいて、インクジェットヘッドのオリフィス毎に吐出されるインク滴の吐出速度や、量の変化を小さくすることができるインクジェット記録ヘッドを提供することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の請求項1記載の発明は、圧電振動子の一端が支持基板に固定され、他端を自由端とした複数の圧電アクチュエータと、複数のオリフィス及び該複数のオリフィスに連通するべく個々に対応して設けられたインクを蓄える圧力室を有する流路部材と、該流路部材を保持するハウジングを備え、前記流路部材の圧力室の一部に前記圧電振動子の自由端を当接してなるインクジェットヘッドにおいて、前記支持基板の幅を前記圧電振動子の幅よりも小さくしたことを特徴とする。
【0013】
また、本発明の請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記圧電振動子を、圧電材料と内部電極材料とをそれぞれ層状に交互に積層して形成された積層圧電振動子とし、該積層圧電振動子の活性部の幅をWa、不活性部の幅をそれぞれWnとしたとき、前記支持基板の幅Tを、Wa≦T<Wa+2×Wnを満たすように構成されることを特徴とする。
【0014】
また、本発明の請求項3記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記圧電振動子の支持基板との固定部分近傍に、前記支持基板の幅にほぼ等しい幅となるよう段差を設けることを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一例を図面を参照して説明する。
図1は、本発明のインクジェットヘッドの主要部の構造を説明するための分解斜視図である。図において、2は複数のオリフィス1を形成したオリフィスプレートである。オリフィス1の開口形状の加工精度はインクジェットヘッドのインク吐出特性に大きな影響を及ぼすことになる。複数のオリフィス1間においてこれらのオリフィス精度ばらつきを低く押さえるため、オリフィスプレート2の製法は高い加工精度が要求される。このためオリフィスプレート2はステンレスの精密プレス法、レーザー加工法あるいはニッケルの電鋳加工等により形成される。
【0016】
このオリフィスプレート2に圧力室3が形成されたチャンバプレート4、及びインク供給路10と圧力室3とを連結し、圧力室3へのインク流入を制御するリストリクタ5を形成したリストリクタプレート6を、位置決めして接合する。
【0017】
更に、圧電アクチュエータ13の圧力を効率よく圧力室に伝えるための弾性壁となる振動板7と、共通インク通路10からリストリクタ5に流入するインク中のゴミ等を取り除くフィルタ部8とを形成した弾性を有するダイアフラムプレート9と、共通インク通路10を形成したハウジング11を同じように位置決めして接合する。
【0018】
チャンバプレート4、リストリクタプレート6、ダイアフラムプレート9はステンレス材のエッチング加工法またはニッケル材の電鋳加工法で作られる。
【0019】
ハウジング11はステンレス材の切削加工等で形成され、インクを共通インク通路10まで導くインク導入パイプ21が接合されている。
【0020】
複数の圧電振動子14と、それを固定する支持基板17からなる圧電アクチュエータ13はハウジング11の開口部23から挿入され、接合される。
【0021】
ここで、本発明においては、圧電アクチュエータ13の支持基板17の厚さを圧電振動子14の厚さよりも小さくし、全体の幅を小さくする。支持基板17の端面にはそれぞれの圧力室3の一つずつに対応するように圧電振動子14が配置され、支持基板17の側面には個別電極18と共通電極19がパターン印刷されており、そのうち共通電極19は支持基板17に設けられたスルーホール20により支持基板17の反対側面に配線されいる。そのため圧電振動子14の外部電極15は、支持基板14の個別電極18と共通電極19が両側面から対となって配線できるようになっている。更に、支持基板17の個別電極18及び共通電極19と圧電振動子の外部電極15とは、導電性接着剤16により電気的に接続されている。これにより、外部駆動回路(図示せず)から独立した電気信号は電気配線ケーブル(図示せず)より、支持基板17の個別電極18及び共通電極19に送られ、さらに導電性接着剤16を通じ、外部駆動回路から選択的な電気信号が圧電振動子14に印加されることにより、圧電振動子14は変位を生じる。圧電振動子14は堅牢な支持基台17上に接合されているため、振動板7に優先的に変位を与え、圧力室3の圧力を高め、オリフィス1よりインク滴が吐出される。本例にて説明するインクジェットヘッドはこうした原理によってオリフィス1からインクを吐出して、記録媒体上にインク画像を形成する。
【0022】
図2はインクジェトヘッドの部分断面図である。
図において、圧電アクチュエータ13は支持基板17と圧電振動子14とで構成される。圧電振動子14は接着剤12を介して振動板7と接合されている。従って、圧力室3内の圧力は振動板7が変形することにより急激に変動する。すなわち、外部駆動回路から選択的な電気信号が圧電振動子14に印加されることにより圧電振動子14はオリフィス1へ向かう方向に変位を発生する。この変位により接着剤12を介して振動板7が変形し、圧力室3内に充填されたインクは加圧され、オリフィス1からインク滴となって吐出する。ここで、吐出されるインク滴の速度や量のばらつきを小さくするため、流路を形成する構造部材の剛性を高くなるように、ハウジング11の開口部23を出来るだけ小さくしている。このため導電性接着剤16はできるだけ均一に塗布する。
【0023】
なお、本例の圧電アクチュエータ13は面方位d33型の圧電振動子を用いた場合の例であり、ここに示している支持基板17は例えばアルミナやジルコニアなどのセラミックスであり、電気的には絶縁体である。該支持基板の両面に圧電振動子に電気信号を送るための個別電極18及び共通電極19がパターン印刷されている。
【0024】
前述した本発明の圧電アクチュエータの拡大断面図を図3に示す。圧電アクチュエータは、圧電材料と内部電極材料とをそれぞれ層状に交互に積層して形成された積層圧電振動子を用いており、支持基板17の中央部を圧電振動子14の内部電極が重なり合う活性部領域Waの中心線と一致させるように接合されている。また、活性領域Waと両端にある不活性領域Wnの総幅、つまり圧電振動子の幅(Wa+2Wn)よりも支持基板13の幅Tを小さくしている。これにより、導電性接着剤16を塗布する際、圧電振動子14の幅よりわずかにはみ出す程度の量で接着することができ、 圧電アクチュエータ13の全体の幅を狭くすることができる。このように製作した圧電アクチュエータを用いることにより、ハウジング19の圧電アクチュエータ13の開口部23を狭くすることができ、オリフィスプレート2、チャンバプレート4、リストリクタプレート6などの流路を形成するインク流路部材の剛性を高く保つことができ、更には隣接する圧電振動子の変位の影響、いわゆるクロストークの影響を低減することができ、結果として圧電振動子の変位を効率よく圧力室に伝えることができる。これにより、吐出するインク滴のインク速度や量を一定にすることができ、高品質の印字ができるインクジェット記録ヘッドが得られることとなる。
【0025】
圧電アクチュエータ13の個別電極18及び共通電極19にに外部駆動回路から電気信号を印加すると、圧電振動子14は図4に示す通り、活性領域Waを中心に変位する。圧電振動子14の変位を効率的に発生させ、インク滴を吐出させるために利用するには、圧電振動子14と支持基板17の支持領域が重要となる。支持領域が活性領域Waより小さい場合、圧電振動子14の変位は振動板7側のみならず支持基板17の方向へも変位が発生し、変位効率が低下する。このため、圧電アクチュエータ13の変位を振動板7に効率良く伝えるためには、少なくとも活性領域幅Wa以上であることが良い。
従って、支持基板17の幅Tは
Wa≦T<Wa+2×Wn
の範囲であれば、よいことになる。
【0026】
また、支持基板17の質量が小さく、支持基板17と圧電振動子14との固定が緩いと、圧電アクチュエータ13は圧電振動子14の変位により圧力室3の反対側にも変位し始め、圧電振動子14の変位を効果的に振動板7に伝えることができなくなる。よって、支持基板17の質量をかせぐために、支持基板17の質量、及び支持基板17として適用される材料のヤング率は、圧電振動子の質量及びヤング率よりも大きいことが望ましい。
【0027】
次に、圧電振動子の面方位d31方向の変位を使用する場合の圧電アクチュエータの断面図を図5に示す。面方位d31方向の圧電アクチュエータを用いた場合でも、圧電振動子の支持領域つまり、支持基板27の幅と圧電振動子14の幅をWa≦T<Wa+2×Wnと定めることにより、圧電アクチュエータは振動板に効率的に変位を伝えることができるようになる。
【0028】
図6は、本発明の他の例を示す圧電アクチュエータの拡大断面図である。本例の特徴は、圧電振動子64の支持基板67との接合部分に予めダイシングソー等を用いて角取りを行なって、圧電振動子64の一部を支持基板65とほぼ同じ幅にした後、支持基板67と接着を行なったことにある。圧電振動子64の一部及び支持基板67の幅が圧電振動子64の幅より小さいため、外部電極65と共通電極69及び個別電極68との導通をするために塗布される導電性接着剤66は圧電振動子の幅よりわずかにはみ出す程度の量で接着することができ、圧電アクチュエータ全体の幅を狭くすることができる。また、本形状において圧電振動子64の支持基板67との支持部に段差を設けているため、圧電振動子の角部にも導電性接着剤を塗布することができるため、導電性接着剤16の量を減らすことなく塗布でき、電気的接続の信頼性を保つことができる。
【0029】
図6は、本発明の他の例を示す圧電アクチュエータの拡大断面図である。本例の特徴は、圧電振動子74の支持基板77との接合部分に予めC面の段差を設けた後、支持基板77と接着を行なったことにある。圧電振動子74と支持基板77との接着の際の取扱い等によっては圧電振動子74の角部を損傷させることがある。そこで、本形状にすることにより、角部との接触が少なくなり、圧電振動子74のカケを低下することができ、信頼性の高い圧電アクチュエータを提供することができるようになる。また、本形状において圧電振動子74の支持基板77との支持部に段差を設けているため、圧電振動子の角部にも導電性接着剤を塗布することができるため、導電性接着剤76の量を減らすことなく塗布でき、電気的接続の信頼性を保つことができる。
【0030】
【発明の効果】
圧電アクチュエータの支持基板の形状は平板のままで、厚さを圧電振動子の幅より小さくすることにより、信頼性の高い圧電アクチュエータを提供することができる。また、流路を形成する構造部材の剛性を上げることができるため、吐出されるインク滴の吐出速度や、量の変化が小さくなり、高品質の印字ができるインクジェット記録ヘッドを提供することできる。更に、本発明においては支持基板の厚みを圧電振動子より小さくしたので、支持基板と圧電振動子をつき当てて接着する際に角部が突き当て面に接触することが少なくなり角部のカケを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一例となるインクジェットヘッドの分解斜視図。
【図2】本発明の一例となるインクジェットヘッドの縦部分断面図。
【図3】本発明のd33型圧電アクチュエータの拡大断面図。
【図4】本発明のd33型圧電アクチュエータの変位状態を示す拡大断面図。
【図5】本発明のd31型圧電アクチュエータの拡大断面図。
【図6】本発明の他の例となる圧電アクチュエータの拡大断面図。
【図7】本発明の他の例となる圧電アクチュエータの拡大断面図。
【図8】従来の構成の一例となるインクジェットヘッドの分解斜視図。
【図9】従来の構成の一例となるインクジェットヘッドの縦部分断面図。
【符号の説明】
1はオリフィス、2はオリフィスプレート、3は圧力室、4はチャンバプレート、5はリストリクタ、6はリストリクタプレート、7は振動板、8はフィルタ部、9はダイアフラムプレート、10は共通インク通路、11はハウジング、12は接着剤、13は圧電アクチュエータ、14は圧電振動子、15は外部電極、16は導電性部材、17は支持基板、18は個別電極、19は共通電極、20はスルーホール、21はインク導入パイプである。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an ink jet recording apparatus that forms an ink image on a recording medium by causing ink droplets to fly by displacement generated by a piezoelectric actuator.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a piezoelectric vibrator-type inkjet head that changes the pressure of ink in a pressure chamber using a piezoelectric actuator and ejects ink droplets from an orifice has been known (for example, see Patent Document 1).
[0003]
Further, there is known an ink jet head using a laminated piezoelectric vibrator formed by alternately laminating a piezoelectric material and a conductive material in layers, respectively (for example, see Patent Document 2). FIG. 8 (perspective view) and FIG. 9 (partial sectional view) show an example of this conventional ink jet head.
The ink jet head includes an orifice plate 32 in which an orifice 31 is formed, a chamber plate 34 in which a pressure chamber 33 is formed, a restrictor plate 36 in which a restrictor 35 is formed, a diaphragm 37 and a filter section 38. A diaphragm 41, a housing 41 in which a common ink passage 40 is formed, and a piezoelectric actuator 43. The piezoelectric actuator 43 has one end face of the piezoelectric vibrator 44 joined to a support substrate 47 formed of a ceramic plate, and arranges the other end face of the piezoelectric vibrator 44 on the vibration plate 37 so as to face the orifice 31, respectively. The vibration plate 37 and the piezoelectric vibrator 44 are brought into contact with an adhesive 42. Further, the individual electrode 48 and the common electrode 49 are electrically connected to the external electrode 45 of the piezoelectric vibrator 44 via the conductive adhesive 46, respectively.
[0004]
The ink is supplied from an ink tank (not shown) to the common ink passage 40 via an ink introduction pipe 51.
[0005]
In order to eject ink droplets from the inkjet head, an external drive power supply (not shown) applies an electric signal to the individual electrode 48 and the common electrode 49 provided on the piezoelectric actuator 43 through the through hole 50, and the piezoelectric vibration is applied. The child 44 is displaced. The displacement of the piezoelectric vibrator 44 causes a change in the volume of the pressure chamber 33 via the vibration plate 37, and a change in the pressure of the ink filled in the pressure chamber 33. This pressure change causes the ink to be ejected from the orifice 31 as ink droplets.
[0006]
The ink jet head is formed by bonding or joining thin plates (orifice plate 32, chamber plate 34, restrictor plate 36, and diaphragm plate 39) in order to increase the density and miniaturization of orifices for discharging ink droplets. It is manufactured by combining an ink flow path member 52 and a piezoelectric actuator 43 in which piezoelectric vibrators 44 diced according to the arrangement of the orifices 31 are arranged in a row. Since the piezoelectric actuator 43 is in contact with the vibration plate 37, it is inserted into the opening 53 of the housing 41.
[0007]
In the above-described configuration of the ink jet head, in order to ensure stable driving of the piezoelectric actuator 43, electrical connection between the external electrode 45 of the piezoelectric vibrator 44 and the individual electrodes 48 and the common electrode 49 of the support substrate is ensured. It is very important. However, since the above-described piezoelectric actuator 43 has the piezoelectric vibrator 44 adhered to the end surface of the support substrate 47, a large amount of conductive material is required for the electrical connection between the external electrode 45 and the individual electrodes 48 and the common electrode 49 of the support substrate. It is necessary to apply the adhesive 46, and it is difficult to maintain conduction. As a method to solve this, when bonding the piezoelectric vibrator to the end surface of the support substrate, the piezoelectric vibrator and one surface of the support substrate are bonded so that the surface perpendicular to the bonding surface is continuous, and the electrode is attached to the continuous surface. It has been proposed to form it (see, for example, Patent Document 3).
[0008]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-115638 (page 2, FIG. 2)
[Patent Document 2]
JP-A-2002-96464 (page 5, FIGS. 1 and 2)
[Patent Document 3]
Patent No. 3206214 (page 7, FIG. 7)
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, when a method of bonding the piezoelectric vibrator and one surface of the support substrate so as to be continuous and forming an electrode on the continuous surface is adopted, in addition to the thickness of the piezoelectric vibrator 44 and the support substrate 47, The width of the conductive adhesive 46 for electrically connecting the electrodes 45 and the electrodes (48, 49) of the support substrate 47 becomes excessively large by the thickness of the conductive adhesive 46. As a result, the entire width of the piezoelectric actuator 43 becomes large. Therefore, the opening 53 of the housing 41 is in contact with the housing when the piezoelectric actuator 43 is inserted into the housing 41, and further, the housing 41 after the piezoelectric actuator 43 is incorporated in the housing and the electrodes (45, 48, 49, ) And the conductive adhesive 46, the frontage of the opening 53 of the housing 41 (the width A shown in FIG. 9) must be formed as wide as possible. However, when the opening 53 is widened, the rigidity of the ink flow path member 52 that forms the flow path, such as the orifice plate 32, the chamber plate 34, and the restrictor plate 36, at the position facing the opening 53 becomes weak, and the piezoelectric vibrator When the plate 44 is displaced, these plates are deformed, and the displacement of the piezoelectric vibrator 44 is not sufficiently transmitted to the pressure chamber 33, and further, the displacement of the piezoelectric vibrator is transmitted to the adjacent pressure chamber. A problem arises in that the amount differs for each orifice.
[0010]
When the width of the support substrate 47 (width B shown in FIG. 9) is larger than the width of the piezoelectric vibrator 44 of the piezoelectric actuator 43 (width C shown in FIG. 9), the piezoelectric vibrator 44 of the piezoelectric actuator 43 is supported. When applied to the end face of the support substrate 47 to adhere to the substrate 47, careless handling often causes chipping at corners. When a chip is generated in a part of the piezoelectric vibrator 44, the mass and the shape of the piezoelectric vibrator 44 at the part change, and the mechanical vibration mode in the displacement direction of the piezoelectric vibrator 44 changes. As a result, the speed and amount of ink droplets continuously ejected from the orifice 31 of the piezoelectric actuator 43 in which the chip is generated differ from the speed and amount of ink droplets ejected from the other normal orifices 31 and are different from those in the inkjet head. Causes the variation of Further, when the chip is generated, the external electrode 45 is peeled off, so that it is necessary to apply a larger amount of the conductive adhesive 46 in order to surely connect to the external electrode 45. For this reason, there has been a problem that the entire width of the piezoelectric actuator 43 is further increased.
[0011]
The present invention solves such a problem, and an object of the present invention is to reduce a change in the ejection speed and the amount of ink droplets ejected for each orifice of an inkjet head in an inkjet head having a piezoelectric actuator. It is an object of the present invention to provide an ink jet recording head that can perform the above.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the invention according to claim 1 of the present invention provides a plurality of piezoelectric actuators having one end of a piezoelectric vibrator fixed to a support substrate and the other end being a free end, a plurality of orifices, and the plurality of orifices. A flow path member having a pressure chamber for storing ink provided corresponding to each of the orifices; and a housing for holding the flow path member; In the ink jet head having the free ends of the vibrators, the width of the support substrate is smaller than the width of the piezoelectric vibrator.
[0013]
According to a second aspect of the present invention, there is provided the laminated piezoelectric vibrator according to the first aspect, wherein the piezoelectric vibrator is formed by alternately laminating a piezoelectric material and an internal electrode material in layers. When the width of the active portion of the laminated piezoelectric vibrator is Wa and the width of the inactive portion is Wn, the width T of the support substrate is configured to satisfy Wa ≦ T <Wa + 2 × Wn. It is characterized by.
[0014]
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, a step is provided near the fixed portion of the piezoelectric vibrator to the support substrate so as to have a width substantially equal to the width of the support substrate. It is characterized by the following.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is an exploded perspective view for explaining the structure of the main part of the ink jet head of the present invention. In the figure, reference numeral 2 denotes an orifice plate on which a plurality of orifices 1 are formed. The processing accuracy of the opening shape of the orifice 1 greatly affects the ink ejection characteristics of the ink jet head. In order to keep these orifice accuracy variations low among a plurality of orifices 1, the method of manufacturing the orifice plate 2 requires high processing accuracy. For this reason, the orifice plate 2 is formed by a precision press method of stainless steel, a laser processing method, electroforming of nickel, or the like.
[0016]
A chamber plate 4 in which a pressure chamber 3 is formed in the orifice plate 2, and a restrictor plate 6 in which an ink supply path 10 and the pressure chamber 3 are connected to form a restrictor 5 for controlling the flow of ink into the pressure chamber 3. Are positioned and joined.
[0017]
Further, a vibration plate 7 serving as an elastic wall for efficiently transmitting the pressure of the piezoelectric actuator 13 to the pressure chamber, and a filter unit 8 for removing dust and the like in the ink flowing into the restrictor 5 from the common ink passage 10 are formed. The diaphragm plate 9 having elasticity and the housing 11 in which the common ink passage 10 is formed are similarly positioned and joined.
[0018]
The chamber plate 4, restrictor plate 6, and diaphragm plate 9 are made by a stainless steel etching method or a nickel material electroforming method.
[0019]
The housing 11 is formed by cutting a stainless steel material or the like, and is joined to an ink introduction pipe 21 for leading ink to the common ink passage 10.
[0020]
A piezoelectric actuator 13 including a plurality of piezoelectric vibrators 14 and a support substrate 17 for fixing the piezoelectric vibrators 14 is inserted through an opening 23 of the housing 11 and joined.
[0021]
Here, in the present invention, the thickness of the support substrate 17 of the piezoelectric actuator 13 is made smaller than the thickness of the piezoelectric vibrator 14, and the overall width is made smaller. A piezoelectric vibrator 14 is arranged on an end face of the support substrate 17 so as to correspond to each of the pressure chambers 3, and individual electrodes 18 and a common electrode 19 are pattern-printed on a side surface of the support substrate 17. The common electrode 19 is wired to the opposite side of the support substrate 17 by a through hole 20 provided in the support substrate 17. Therefore, the external electrodes 15 of the piezoelectric vibrator 14 can be wired such that the individual electrodes 18 and the common electrodes 19 of the support substrate 14 are paired from both sides. Further, the individual electrodes 18 and the common electrode 19 of the support substrate 17 and the external electrode 15 of the piezoelectric vibrator are electrically connected by a conductive adhesive 16. As a result, an electric signal independent of an external drive circuit (not shown) is sent from the electric wiring cable (not shown) to the individual electrodes 18 and the common electrode 19 of the support substrate 17, and further through the conductive adhesive 16. When a selective electric signal is applied to the piezoelectric vibrator 14 from an external drive circuit, the piezoelectric vibrator 14 is displaced. Since the piezoelectric vibrator 14 is joined to the rigid support base 17, the vibrating plate 7 is preferentially displaced, the pressure in the pressure chamber 3 is increased, and ink droplets are ejected from the orifice 1. The ink jet head described in this embodiment discharges ink from the orifice 1 based on such a principle to form an ink image on a recording medium.
[0022]
FIG. 2 is a partial sectional view of the inkjet head.
In the figure, a piezoelectric actuator 13 includes a support substrate 17 and a piezoelectric vibrator 14. The piezoelectric vibrator 14 is joined to the vibration plate 7 via the adhesive 12. Therefore, the pressure in the pressure chamber 3 fluctuates rapidly due to the deformation of the diaphragm 7. That is, when a selective electric signal is applied to the piezoelectric vibrator 14 from the external drive circuit, the piezoelectric vibrator 14 generates displacement in the direction toward the orifice 1. Due to this displacement, the vibration plate 7 is deformed via the adhesive 12, and the ink filled in the pressure chamber 3 is pressurized and ejected from the orifice 1 as ink droplets. Here, the opening 23 of the housing 11 is made as small as possible so as to increase the rigidity of the structural member forming the flow path in order to reduce the variation in the speed and amount of the ejected ink droplets. Therefore, the conductive adhesive 16 is applied as uniformly as possible.
[0023]
The piezoelectric actuator 13 of the present example is an example of using a plane orientation d 33 type piezoelectric vibrator, the supporting substrate 17 that is shown here is a ceramic such as alumina or zirconia, electrically the It is an insulator. Individual electrodes 18 and common electrodes 19 for sending electric signals to the piezoelectric vibrators are pattern-printed on both surfaces of the support substrate.
[0024]
FIG. 3 is an enlarged sectional view of the above-described piezoelectric actuator of the present invention. The piezoelectric actuator uses a laminated piezoelectric vibrator formed by alternately laminating a piezoelectric material and an internal electrode material in layers, and a central portion of the support substrate 17 is an active portion where the internal electrodes of the piezoelectric vibrator 14 overlap. The joining is performed so as to coincide with the center line of the region Wa. The width T of the support substrate 13 is smaller than the total width of the active region Wa and the inactive regions Wn at both ends, that is, the width (Wa + 2Wn) of the piezoelectric vibrator. Thus, when the conductive adhesive 16 is applied, the conductive adhesive 16 can be adhered with an amount slightly protruding from the width of the piezoelectric vibrator 14, and the overall width of the piezoelectric actuator 13 can be reduced. By using the piezoelectric actuator manufactured in this manner, the opening 23 of the piezoelectric actuator 13 of the housing 19 can be narrowed, and the ink flow forming the flow path of the orifice plate 2, the chamber plate 4, the restrictor plate 6, and the like can be reduced. The rigidity of the road member can be kept high, and the effect of the displacement of the adjacent piezoelectric vibrator, that is, the effect of so-called crosstalk, can be reduced. As a result, the displacement of the piezoelectric vibrator can be efficiently transmitted to the pressure chamber. Can be. As a result, the ink speed and amount of the ejected ink droplets can be made constant, and an ink jet recording head capable of performing high quality printing can be obtained.
[0025]
When an electric signal is applied to the individual electrode 18 and the common electrode 19 of the piezoelectric actuator 13 from an external drive circuit, the piezoelectric vibrator 14 is displaced around the active region Wa as shown in FIG. In order to efficiently generate the displacement of the piezoelectric vibrator 14 and use it for ejecting ink droplets, the support area between the piezoelectric vibrator 14 and the support substrate 17 is important. When the support region is smaller than the active region Wa, the displacement of the piezoelectric vibrator 14 occurs not only in the direction of the vibration plate 7 but also in the direction of the support substrate 17, and the displacement efficiency is reduced. Therefore, in order to transmit the displacement of the piezoelectric actuator 13 to the diaphragm 7 efficiently, it is preferable that the width of the piezoelectric actuator 13 is at least equal to or greater than the active area width Wa.
Therefore, the width T of the support substrate 17 is Wa ≦ T <Wa + 2 × Wn
If it is in the range, it is good.
[0026]
If the support substrate 17 has a small mass and the support substrate 17 and the piezoelectric vibrator 14 are loosely fixed, the piezoelectric actuator 13 starts to be displaced to the opposite side of the pressure chamber 3 due to the displacement of the piezoelectric vibrator 14, and the piezoelectric vibration The displacement of the element 14 cannot be transmitted to the diaphragm 7 effectively. Therefore, in order to increase the mass of the support substrate 17, it is desirable that the mass of the support substrate 17 and the Young's modulus of the material used as the support substrate 17 be larger than the mass and the Young's modulus of the piezoelectric vibrator.
[0027]
Next, a cross-sectional view of a piezoelectric actuator when using face orientation d 31 direction of displacement of the piezoelectric vibrator in Fig. Even with surface orientation d 31 direction of the piezoelectric actuator, the support area of the piezoelectric vibrator that is, by determining the width of the piezoelectric vibrator 14 of the supporting substrate 27 and Wa ≦ T <Wa + 2 × Wn, the piezoelectric actuator The displacement can be efficiently transmitted to the diaphragm.
[0028]
FIG. 6 is an enlarged sectional view of a piezoelectric actuator showing another example of the present invention. This embodiment is characterized in that a portion of the piezoelectric vibrator 64 that has been joined to the support substrate 67 is previously chamfered using a dicing saw or the like so that a portion of the piezoelectric vibrator 64 has a width substantially equal to the width of the support substrate 65. And bonding to the support substrate 67. Since the width of a part of the piezoelectric vibrator 64 and the width of the support substrate 67 are smaller than the width of the piezoelectric vibrator 64, the conductive adhesive 66 is applied to make the external electrode 65 conductive with the common electrode 69 and the individual electrode 68. Can be adhered in such an amount as to slightly protrude from the width of the piezoelectric vibrator, and the width of the entire piezoelectric actuator can be reduced. Further, in this shape, since a step is provided in the supporting portion of the piezoelectric vibrator 64 with the support substrate 67, the conductive adhesive can be applied to the corners of the piezoelectric vibrator. And the reliability of the electrical connection can be maintained.
[0029]
FIG. 6 is an enlarged sectional view of a piezoelectric actuator showing another example of the present invention. The feature of this example is that a step on the C-plane is provided in advance at the joint portion of the piezoelectric vibrator 74 with the support substrate 77 and then the piezoelectric vibrator 74 is bonded to the support substrate 77. The corners of the piezoelectric vibrator 74 may be damaged depending on handling and the like at the time of bonding the piezoelectric vibrator 74 and the support substrate 77. Therefore, by adopting this shape, the contact with the corners is reduced, the chip of the piezoelectric vibrator 74 can be reduced, and a highly reliable piezoelectric actuator can be provided. Further, in this shape, since a step is provided in the supporting portion of the piezoelectric vibrator 74 with the support substrate 77, the conductive adhesive can be applied to the corners of the piezoelectric vibrator. And the reliability of the electrical connection can be maintained.
[0030]
【The invention's effect】
By making the thickness smaller than the width of the piezoelectric vibrator while keeping the shape of the support substrate of the piezoelectric actuator as a flat plate, a highly reliable piezoelectric actuator can be provided. In addition, since the rigidity of the structural member forming the flow path can be increased, changes in the ejection speed and amount of the ejected ink droplets are reduced, and an ink jet recording head capable of high quality printing can be provided. Further, in the present invention, since the thickness of the support substrate is made smaller than that of the piezoelectric vibrator, the corners are less likely to come into contact with the abutting surface when the support substrate and the piezoelectric vibrator are brought into contact with each other and adhered to each other. Can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of an ink jet head as an example of the present invention.
FIG. 2 is a vertical partial cross-sectional view of an inkjet head as an example of the present invention.
Figure 3 is an enlarged sectional view of a d 33 type piezoelectric actuator of the present invention.
Enlarged cross-sectional view showing a displacement state of d 33 type piezoelectric actuator of the present invention; FIG.
Figure 5 is an enlarged sectional view of a d 31 type piezoelectric actuator of the present invention.
FIG. 6 is an enlarged sectional view of a piezoelectric actuator according to another example of the present invention.
FIG. 7 is an enlarged sectional view of a piezoelectric actuator according to another example of the present invention.
FIG. 8 is an exploded perspective view of an inkjet head as an example of a conventional configuration.
FIG. 9 is a vertical partial cross-sectional view of an inkjet head as an example of a conventional configuration.
[Explanation of symbols]
1 is an orifice, 2 is an orifice plate, 3 is a pressure chamber, 4 is a chamber plate, 5 is a restrictor, 6 is a restrictor plate, 7 is a diaphragm, 8 is a filter section, 9 is a diaphragm plate, and 10 is a common ink passage. , 11 is a housing, 12 is an adhesive, 13 is a piezoelectric actuator, 14 is a piezoelectric vibrator, 15 is an external electrode, 16 is a conductive member, 17 is a support substrate, 18 is an individual electrode, 19 is a common electrode, and 20 is a through electrode. The hole 21 is an ink introduction pipe.

Claims (3)

圧電振動子の一端が支持基板に固定され、他端を自由端とした複数の圧電アクチュエータと、複数のオリフィス及び該複数のオリフィスに連通するべく個々に対応して設けられたインクを蓄える圧力室を有する流路部材と、該流路部材を保持するハウジングを備え、前記流路部材の圧力室の一部に前記圧電振動子の自由端を当接してなるインクジェットヘッドにおいて、
前記支持基板の幅を前記圧電振動子の幅よりも小さくしたことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
One end of the piezoelectric vibrator is fixed to the support substrate, the other end is a free end, a plurality of piezoelectric actuators, a plurality of orifices, and pressure chambers for storing ink provided corresponding to the plurality of orifices respectively. A flow path member having a housing that holds the flow path member, wherein an ink jet head having a free end of the piezoelectric vibrator in contact with a part of a pressure chamber of the flow path member;
An ink jet recording head, wherein the width of the support substrate is smaller than the width of the piezoelectric vibrator.
前記圧電振動子は、圧電材料と内部電極材料とをそれぞれ層状に交互に積層して形成された積層圧電振動子であって、該積層圧電振動子の活性部の幅をWa、不活性部の幅をそれぞれWnとしたとき、前記支持基板の幅Tを、Wa≦T<Wa+2×Wnを満たすように構成されることを特徴とする請求項1記載のインクジェット記録ヘッド。The piezoelectric vibrator is a laminated piezoelectric vibrator formed by alternately laminating a piezoelectric material and an internal electrode material in layers, respectively, wherein the width of the active portion of the laminated piezoelectric vibrator is Wa, and the width of the inactive portion is 2. The ink jet recording head according to claim 1, wherein each of the widths is Wn, and the width T of the support substrate is configured to satisfy Wa ≦ T <Wa + 2 × Wn. 前記圧電振動子の支持基板との固定部分近傍に、前記支持基板の幅にほぼ等しい幅となるよう段差を設けることを特徴とする請求項1記載のインクジェット記録ヘッド。2. The ink jet recording head according to claim 1, wherein a step is provided in the vicinity of a portion of the piezoelectric vibrator fixed to the support substrate so as to have a width substantially equal to the width of the support substrate.
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