JP2005329674A - Inkjet head and recording apparatus using it - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inkjet head which allows adjustment of drive voltage for each piezoelectric oscillators array, and is provided with a piezoelectric actuator having a group of productivity-improved piezoelectric oscillators. <P>SOLUTION: A nonconductive fixed member of the piezoelectric actuator has discrete electrode conductive patterns 24, and conductive patterns 25 each as a common electrode for several electrodes, on surfaces (a front surface 16b and a back surface 16c) parallel to a direction of piezoelectric oscillators group arrays, and also has conductive patterns 26 and 27 conducting with common electrodes on a surface (a side surface 16d) perpendicular to the direction of piezoelectric oscillator group arrays and on a back side surface (a bottom surface 16e). Conductive patterns to be common electrodes on the respective surfaces are patterned so as to be conducted. An electric conductive adhesive with which a space between two piezoelectric oscillator arrays is filled and which is conducted to a common electrode pattern, is divided so as to divide the common electrodes for each piezoelectric oscillator array. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、インクに圧力を加えてノズルよりインク滴を飛翔させ、印刷媒体にインク像を形成する液滴吐出装置のインクジェットヘッド及びそれを使用した記録装置に関する。   The present invention relates to an inkjet head of a droplet discharge device that applies pressure to ink and causes ink droplets to fly from nozzles to form an ink image on a print medium, and a recording apparatus using the inkjet head.
インクジェット記録ヘッドにおいて、インク滴の吐出ノズル列の両側に、圧力発生室を配置し、しかもそれぞれ対向する圧力発生室の中心線が略一致するような位置関係に圧力発生室を配置し、高密度実装を容易にする技術がある。また、この時、圧電アクチュエータは2列の圧電素子を一つの導電性を有する固定部材に接着して、それぞれの圧力室に対向するように、互いに対向した位置に並ばせ、圧電振動子の加工性を向上させ、精度良くヘッドを組み立てることを可能としている。   In an ink jet recording head, pressure generation chambers are arranged on both sides of an ink droplet ejection nozzle row, and the pressure generation chambers are arranged in such a positional relationship that the center lines of the pressure generation chambers facing each other substantially coincide with each other. There are technologies that make mounting easier. At this time, the piezoelectric actuator bonds two rows of piezoelectric elements to one conductive fixing member and arranges the piezoelectric elements in a position facing each other so as to face each pressure chamber. This makes it possible to assemble the head with high accuracy.
更に、一体に構成された圧電振動子は、インク流路基板を固定しているハウジングの開口部より、容易に挿入可能となり、対向する圧力室の位置と圧電振動子の位置ずれを少なくできるので、吐出バラツキを小さくできる。   Furthermore, the integrally configured piezoelectric vibrator can be easily inserted from the opening of the housing that fixes the ink flow path substrate, and the positional displacement of the opposing pressure chamber and the piezoelectric vibrator can be reduced. , Discharge variation can be reduced.
本願の出願人は、圧電アクチュエータの製造方法として、次の方法を既に特許出願している。   The applicant of the present application has already applied for a patent for the following method as a method of manufacturing a piezoelectric actuator.
まず、圧電素子を固定部材となるステンレス材等の導電性を有する部材に2列平行になるよう固定し、個々の圧電素子に電気信号を印加するためのFPCを用い、圧電素子と導通するように接着する。次に、導電性を有する部材の固定部材を、圧電素子群の共通電極となるように電気的に接続する。最後に、圧力室に対応する様に該圧電素子を一定のピッチで2列同時に切断して複数の圧電振動体に分割する。これにより、2列の圧電振動子群が一枚の固定部材に形成されるため、この2列間の位置精度が確保されるほか、固定部材に固定する時間が短縮されるという圧電アクチュエータの製造方法がある。   First, the piezoelectric element is fixed to a conductive member such as a stainless steel material as a fixing member so as to be in parallel with two rows, and an FPC for applying an electric signal to each piezoelectric element is used to conduct with the piezoelectric element. Adhere to. Next, the fixing member of the conductive member is electrically connected so as to be a common electrode of the piezoelectric element group. Finally, the piezoelectric elements are simultaneously cut at a constant pitch in two rows so as to correspond to the pressure chambers, and divided into a plurality of piezoelectric vibrators. As a result, two rows of piezoelectric vibrator groups are formed on one fixing member, so that the positional accuracy between the two rows is ensured and the time for fixing to the fixing member is shortened. There is a way.
また、固定部材を電極用パターン形成した絶縁性基板を用いて圧電アクチュエータを形成する。この際、絶縁性基板上に個別電極用スリット(圧電素子群を形成する)加工より深い共通溝を設けて、個別電極スリット(圧電素子群を形成する)加工をする前に共通電極の電極パターンを形成し、工程の簡略化、歩留まりの向上ができる方法が開示されている(例えば、特許文献1参照)。   In addition, the piezoelectric actuator is formed using an insulating substrate on which a fixing member is formed with an electrode pattern. At this time, a common groove deeper than the individual electrode slit (forming the piezoelectric element group) is formed on the insulating substrate, and the electrode pattern of the common electrode before the individual electrode slit (forming the piezoelectric element group) is processed. Has been disclosed, which can simplify the process and improve the yield (see, for example, Patent Document 1).
しかし、上記の二つの圧電アクチュエータでは、導電性を有する固定部材に圧電素子を固定すると、導電性を有する固定部材が圧電素子の共通電極となり、また、絶縁性基板上に共通溝を設けて共通電極を形成する場合でも、2列同一の共通電極となる。   However, in the above two piezoelectric actuators, when the piezoelectric element is fixed to the conductive fixing member, the conductive fixing member becomes a common electrode of the piezoelectric element, and a common groove is provided on the insulating substrate. Even when the electrodes are formed, the common electrodes are the same in two rows.
そのため、2列の圧電素子は同じ駆動電圧で駆動することになる。この場合、圧電素子の生産精度による変位のバラツキ(個体差)があり、インク滴の吐出速度バラツキが起きてしまう。   Therefore, the two rows of piezoelectric elements are driven with the same drive voltage. In this case, there is a variation (individual difference) in displacement due to the production accuracy of the piezoelectric element, resulting in variations in ink droplet ejection speed.
また、圧電アクチュエータ製造に際して平行な2列の圧電素子群それぞれに個別電極としてFPCを固定部材に貼り合わせるに際、それぞれの圧力室に対応する様に該圧電素子を一定のピッチで2列同時に切断して複数の圧電振動体に分割するため、それぞれのFPCの相対位置関係は高い位置決め精度が要求される。FPCの寸法精度では、位置決め穴や付き当てによる位置決めを行っても累積公差0.4mmと高精度ではない。これでは、2列同時の圧電振動子群に切断するに際して、一方の面での個別電極の欠落が起こってしまう可能性があり、歩留まりの低下が起こる。このことは高密度実装すればするほど、歩留まりの低下なる。また、FPC貼り付けの際の組立工数の増加によるコスト高にもなる。   When the FPC is bonded to the fixing member as individual electrodes for each of the two parallel rows of piezoelectric elements when manufacturing the piezoelectric actuator, the piezoelectric elements are simultaneously cut at a constant pitch so as to correspond to the respective pressure chambers. Therefore, since the FPC is divided into a plurality of piezoelectric vibrators, the relative positional relationship between the FPCs requires high positioning accuracy. With regard to the dimensional accuracy of the FPC, even if positioning is performed by positioning holes or contact, the cumulative tolerance is not as high as 0.4 mm. In this case, when cutting into two rows of piezoelectric vibrator groups at the same time, there is a possibility that individual electrodes may be missing on one surface, resulting in a decrease in yield. This means that the higher the density mounting, the lower the yield. In addition, the cost is increased due to an increase in the number of assembling steps when attaching the FPC.
特開2003−019805号公報JP 2003-019805 A
ノズル開口に対応した圧力室を同一面上に2列以上並べ、且つ少なくとも2列以上の圧電素子群を有する圧電アクチュエータで駆動するインクジェットヘッドにおいては、圧電アクチュエータをステンレス等の導電性を有する固定部材を用いて圧電素子群を固定すると、全ての圧電振動子群の駆動電圧は同じ電圧で駆動しなければならない。この場合、圧電素子群の生産精度等による変位のバラツキ(個体差)によって、吐出特性にもバラツキが生じてしまう。   In an inkjet head that is driven by a piezoelectric actuator having two or more rows of pressure chambers corresponding to the nozzle openings arranged on the same plane and having at least two or more rows of piezoelectric element groups, the piezoelectric actuator is a fixing member having conductivity such as stainless steel When the piezoelectric element group is fixed using, the drive voltages of all the piezoelectric vibrator groups must be driven with the same voltage. In this case, the discharge characteristics also vary due to variations (individual differences) in displacement due to the production accuracy of the piezoelectric element group.
また、導電性を有する固定部材は直接導体パターンをパターニングできず、FPC等を貼り合わせることで個別電極に電圧を印加している。しかし、FPCの位置決めは高精度でないため、圧電素子とFPCの貼り合わせに際し、2列に並んだ個別電極位置決め精度の累積公差は、約0.4mmと大きくなる。この場合、列上に並べた圧電素子を各圧力室に対応した圧電振動子群に複数列同時に分割するに際して、FPCの個別電極導体パターンごと切断してしまい、歩留まり低下となる。これは高密度実装すればするほど、歩留まり低下をもたらす。また、FPC貼り付けの際の組立工数が増加し、コスト高にもなる。   Further, the conductive fixing member cannot directly pattern the conductor pattern, and a voltage is applied to the individual electrodes by bonding FPC or the like. However, since the positioning of the FPC is not highly accurate, when the piezoelectric element and the FPC are bonded, the accumulated tolerance of the positioning accuracy of the individual electrodes arranged in two rows becomes as large as about 0.4 mm. In this case, when the piezoelectric elements arranged in a row are divided into a plurality of rows at the same time into piezoelectric vibrator groups corresponding to the respective pressure chambers, the individual electrode conductor patterns of the FPC are cut, resulting in a decrease in yield. The higher the density mounting, the lower the yield. Further, the number of assembling steps for attaching the FPC increases and the cost increases.
本発明では、圧電振動子列毎の駆動電圧調整ができ、且つ生産性の良い圧電振動子群をもつ圧電アクチュエータを具備するインクジェットヘッドを提供する事にある。   An object of the present invention is to provide an ink jet head including a piezoelectric actuator having a piezoelectric vibrator group that can adjust a driving voltage for each piezoelectric vibrator array and has high productivity.
上記課題を解決するため、本発明では、インク滴を吐出する複数のノズル開口を有するオリフィスプレートと、前記ノズル開口に対応した圧力室を、一方の側に第1の圧力発生室を配置し、他方の側に第2の圧力発生室を配置すると共に、上記第1及び第2の圧力発生室の中心線がほぼ一致するように、上記ノズル列に対して対向するように配置した流路基板と、前記圧力室を封止するように薄板なる振動板を具備したダイヤフラムプレートと、前記ダイヤフラムプレートより高剛性である高剛性ハウジングと、前記圧力室に対向する位置に振動板を挟むように配置された2列の圧電振動子群列が一つの非導電性固定部材に固定されている圧電アクチュエータを具備したことを特徴とする。   In order to solve the above problems, in the present invention, an orifice plate having a plurality of nozzle openings for discharging ink droplets, a pressure chamber corresponding to the nozzle openings, and a first pressure generating chamber on one side are arranged. A flow path substrate disposed on the other side so as to face the nozzle row so that the center lines of the first and second pressure generation chambers substantially coincide with each other. A diaphragm plate having a diaphragm that is thin so as to seal the pressure chamber, a high-rigidity housing that is higher in rigidity than the diaphragm plate, and a diaphragm that is sandwiched between the diaphragm and a position facing the pressure chamber The two rows of piezoelectric vibrator groups arranged include a piezoelectric actuator fixed to one non-conductive fixing member.
また、前記圧電アクチュエータは圧電振動子列毎に共通電極が分割された事を特徴とする。   In the piezoelectric actuator, a common electrode is divided for each piezoelectric vibrator array.
また、前記非導電性固定部材は平行に2列に並べられた圧電素子群列間に圧電素子接着面より低い溝を一つ以上有し、更に圧電振動子列毎に共通電極を分割する事を特徴とする。   The non-conductive fixing member has at least one groove lower than the piezoelectric element bonding surface between the piezoelectric element group rows arranged in two rows in parallel, and further divides the common electrode for each piezoelectric vibrator row. It is characterized by.
また、前記圧電アクチュエータの共通電極は、圧電素子群を加工後に、形成することを特徴とする。   The common electrode of the piezoelectric actuator is formed after processing the piezoelectric element group.
また、前記圧電アクチュエータの共通電極は、圧電素子群を加工する前にも、導体パターンを形成することを特徴とする。   Further, the common electrode of the piezoelectric actuator forms a conductor pattern before the piezoelectric element group is processed.
また、前記圧電アクチュエータの非導電性固定部材は圧電振動子群列に平行な面(正面及び背面)に、個別電極に印加する導体パターン及び数本の共通電極とする導体パターンを、圧電振動子群列に垂直な面(側面)及び圧電振動子接着面の裏側面(底面)には共通電極と導通する導体パターンを有し、それぞれの面の個別電極、共通電極とするための導体パターンは導通するようにパターンニングされていることを特徴とする。   In addition, the non-conductive fixing member of the piezoelectric actuator has a conductor pattern to be applied to the individual electrodes and a conductor pattern to be used as several common electrodes on a plane (front and back) parallel to the piezoelectric vibrator group row. The surface perpendicular to the group row (side surface) and the back side surface (bottom surface) of the bonding surface of the piezoelectric vibrator have conductor patterns that are electrically connected to the common electrode. It is patterned so as to be conductive.
また、前記圧電アクチュエータにおいて、前記圧電振動子群を形成する圧電素子は、圧電材料と導電材料とをそれぞれ層状に交互に積層して電界の生じない不活性部が中央領域に、電界によって変位を発生する活性部がその両側に一体で形成され、それぞれ一端側が非導電性固定部材に固定され、他端側を自由端とし、前記圧電素子が活性部を有する領域、不活性部のみの領域、活性部を有する領域の順に交互に前記圧力室が複数列並んでいる方向に、圧電素子を一列に分割し、非導電性固定部材の圧電素子固定面に圧電素子接着面より低い溝が加工されていることを特徴とする。   Further, in the piezoelectric actuator, the piezoelectric elements forming the piezoelectric vibrator group are formed by alternately laminating piezoelectric materials and conductive materials in layers so that an inactive portion where no electric field is generated is displaced in the central region by the electric field. The generated active part is integrally formed on both sides thereof, one end side is fixed to a non-conductive fixing member, the other end side is a free end, the piezoelectric element has an active part, a region of only an inactive part, The piezoelectric elements are divided into one row in the direction in which the pressure chambers are alternately arranged in the order of the regions having the active portions, and grooves lower than the piezoelectric element bonding surface are processed on the piezoelectric element fixing surface of the non-conductive fixing member. It is characterized by.
また、前記圧電アクチュエータは、平行に並べられた前記圧電振動子群2列間に、敷居をもった圧電振動子群接着面より低い溝を有している非導電性固定部材に固定することを特徴とする。   The piezoelectric actuator may be fixed to a non-conductive fixing member having a groove lower than a bonding surface of the piezoelectric vibrator group having a threshold between two rows of the piezoelectric vibrator groups arranged in parallel. Features.
さらに、前記何れか一つに記載されたインクジェットヘッドを備えてなるインクジェット記録装置を特徴とする。   Furthermore, an ink jet recording apparatus comprising the ink jet head described in any one of the above is characterized.
少なくとも2列以上の圧電振動子群を非導電性固定部材に固定するを特徴とする圧電アクチュエータを用いたインクジェットヘッドにおいて、圧電振動子群列毎に共通電極を分割することにより、圧電素子列毎の電圧調整が可能となり吐出特性のバラツキを抑えることができるため、高品位の印刷が可能となる。   In an inkjet head using a piezoelectric actuator characterized by fixing at least two or more rows of piezoelectric vibrator groups to a non-conductive fixing member, by dividing a common electrode for each piezoelectric vibrator group row, Voltage can be adjusted, and variations in ejection characteristics can be suppressed, so that high-quality printing can be performed.
また、圧電振動子群列間に、共通電極とする導体パターンニングに導通する導電性接着剤を充填する圧電振動子接着面より低い溝を設ける事により、同一列間の圧電振動子の共通電極を分断せずに、2列同時に圧力室に対応した圧電振動子群を形成する事ができる。   Also, by providing a groove lower than the piezoelectric vibrator bonding surface filled with a conductive adhesive that conducts conductive patterning as a common electrode between the piezoelectric vibrator group rows, the common electrode of the piezoelectric vibrator between the same rows The piezoelectric vibrator group corresponding to the pressure chambers can be formed at the same time in two rows.
さらに、非導電性固定部材に導体パターンをパターンニングすることにより、個別電極に印可する導体パターンの位置決めが容易に高精度にする事ができ、各圧力室に対応した圧電素子群を2列同時に形成するに際し、個別電極の欠落を防ぎ歩留まりの向上する。またFPCの貼り合わせによる組立工数の低減や部品点数の低減によりコストの低減を図ることができる。   Furthermore, by patterning the conductor pattern on the non-conductive fixing member, the positioning of the conductor pattern applied to the individual electrode can be easily performed with high accuracy, and two rows of piezoelectric element groups corresponding to each pressure chamber can be formed simultaneously. In forming, the loss of individual electrodes is prevented and the yield is improved. In addition, the cost can be reduced by reducing the number of assembling steps and the number of parts by attaching the FPC.
そして、共通電極のための導体パターンを個別電極面と同一面にパターンニングする事によりFPC等の駆動パターンの配線及び組立が容易になる。また共通電極を複数にすることにより、共通電極に合わせて駆動本数を自由に分割することが可能になり、駆動回路を分割することができる。駆動回路を分割することは吐出特性のひとつの要因であるクロストーク(複数のノズルを同時に駆動させた時の液滴吐出速度、液滴吐出量が本来の特性に対し変動すること。いわゆる隣接ノズルの駆動に伴う干渉が発生し、吐出特性を悪化させること。)において、駆動本数を増やした時の波形なまり及びオーバーシュートによる電気的要因の影響を小さくすることを可能にする。   Then, by patterning the conductor pattern for the common electrode on the same surface as the individual electrode surface, wiring and assembly of a drive pattern such as an FPC can be facilitated. In addition, by using a plurality of common electrodes, the number of drives can be freely divided according to the common electrode, and the drive circuit can be divided. Dividing the drive circuit is one of the factors of the discharge characteristics. Crosstalk (droplet discharge speed and droplet discharge amount when a plurality of nozzles are driven simultaneously varies with the original characteristics. So-called adjacent nozzles. In this case, it is possible to reduce the influence of electrical factors due to waveform rounding and overshoot when the number of drives is increased.
図1に、本発明のインクジェットヘッドの分解図を示す。   FIG. 1 shows an exploded view of the ink jet head of the present invention.
図1に示すように、本発明のインクジェットヘッドは、オリフィスプレート2、流路基板4、リストリクタプレート6、ダイヤフラムプレート9の各プレートを積層し、高剛性ハウジング19に接合する構成となっている。   As shown in FIG. 1, the inkjet head of the present invention has a configuration in which each of an orifice plate 2, a flow path substrate 4, a restrictor plate 6, and a diaphragm plate 9 is laminated and joined to a high-rigidity housing 19. .
オリフィスプレート2は、インク滴を吐出する複数のノズル開口1を2列を備えている。   The orifice plate 2 includes two rows of a plurality of nozzle openings 1 that eject ink droplets.
流路基板4は、前記ノズル開口に対応した圧力室3を複数有している。この圧力室3は、前記ノズル開口列の1列目に対応する第1の圧力発生室列、2列目に対応する第2の圧力発生室列を形成する。そして、上記第1及び第2の圧力発生室列の各圧力室3の中心線がそれぞれ略一致するよう形成されている。   The flow path substrate 4 has a plurality of pressure chambers 3 corresponding to the nozzle openings. The pressure chamber 3 forms a first pressure generation chamber row corresponding to the first row of the nozzle opening rows and a second pressure generation chamber row corresponding to the second row. The center lines of the pressure chambers 3 in the first and second pressure generating chamber rows are formed so as to substantially coincide with each other.
また、リストリクタプレート6は、前記各圧力室3対向する位置に、リストリクタ5を備える。   The restrictor plate 6 includes a restrictor 5 at a position facing the pressure chambers 3.
ダイヤフラムプレート9は、前記圧力室3を封止するように薄板なる振動板7を具備している。   The diaphragm plate 9 includes a diaphragm 7 that is a thin plate so as to seal the pressure chamber 3.
高剛性ハウジング19は、前記ダイヤフラムプレート9より高剛性である。   The high-rigidity housing 19 is more rigid than the diaphragm plate 9.
また、本発明のインクジェットヘッドは、前記圧力室3に対向する位置に振動板を挟むように配置された2列の圧電振動子14群列が導体パターンニングされた一つの非導電性固定部材16に固定されている圧電アクチュエータ13を具備している。前記圧電アクチュエータ13は圧電振動子列毎に共通電極が分割される構成である。   Further, the inkjet head of the present invention has one non-conductive fixing member 16 in which two rows of piezoelectric vibrators 14 group rows arranged so as to sandwich the diaphragm at a position facing the pressure chamber 3 are conductor-patterned. The piezoelectric actuator 13 is fixed to the head. The piezoelectric actuator 13 has a configuration in which a common electrode is divided for each piezoelectric vibrator array.
前記圧電アクチュエータ13の非導電性固定部材16は、圧電振動子14群列に平行な面(正面16b及び背面16c)に電圧を個別電極に印加する導体パターン24及び数本の共通電極とするための導体パターン25を、圧電振動子群列に平行な面(側面16d)及び圧電振動子接着面の裏側面(底面16e)には共通電極と導通する導体パターン(26、27)を有し、それぞれの面の共通電極とするための導体パターンは導通するようになっている。   The non-conductive fixing member 16 of the piezoelectric actuator 13 is used as a conductor pattern 24 for applying a voltage to individual electrodes on a surface (front surface 16b and back surface 16c) parallel to the group of piezoelectric vibrators 14 and several common electrodes. The conductor pattern 25 of FIG. 5 has conductor patterns (26, 27) that are electrically connected to the common electrode on the surface parallel to the piezoelectric vibrator group row (side face 16d) and the back side face (bottom face 16e) of the adhesive face of the piezoelectric vibrator. A conductor pattern for making a common electrode on each surface is conductive.
そして、2列の圧電振動子間で導電性接着剤を用い共通電極とする。2列の圧電素子間に充填した導電接着剤は非導電性固定部材の共通電極導箔パターンに導通しており、それぞれの圧電振動子列毎に共通電極が分割される事により、上記課題を解決するためのインクジェットヘッドを構成する。   Then, a conductive adhesive is used between the two rows of piezoelectric vibrators to form a common electrode. The conductive adhesive filled between the two rows of piezoelectric elements is electrically connected to the common electrode conductive foil pattern of the non-conductive fixing member, and the common electrode is divided for each of the piezoelectric vibrator rows. An inkjet head for solving the problem is configured.
図10に、本発明実施のインクジェットヘッドを使用した液滴吐出装置の例を示す。   FIG. 10 shows an example of a droplet discharge device using the inkjet head of the present invention.
図10に示す液滴吐出装置は、印刷幅分のインクジェットヘッド11が並べられた記録ユニット30を持つ。印刷領域上にインクジェットヘッド11を固定し、インクを吐出しながら印刷媒体を搬送することで印刷を行なう、固定ヘッド印刷方式の液滴吐出装置である。   The droplet discharge device shown in FIG. 10 has a recording unit 30 in which inkjet heads 11 corresponding to the printing width are arranged. This is a fixed-head printing type droplet discharge device that performs printing by fixing the inkjet head 11 on the print region and transporting the print medium while discharging ink.
インクジェットヘッド11が複数並べられている記録ユニット30は、インクジェットヘッド11にインクを供給するインクカートリッジ31を搭載し、ガイドシャフト32に対して摺動自在に支持されると共に動力伝達部材33に連結されており、駆動源34によりガイドシャフト32に沿って運動する。印刷時は、記録ユニット30は印刷領域上で静止する。一方、印刷媒体35はインクジェットヘッド11と対向し、記録ユニット33の移動方向に直交する方向に搬送ロール36によって搬送される。印刷媒体35にはインクジェットヘッド11のノズルより記録信号に応じてインクが噴射され、画像が形成される。   A recording unit 30 in which a plurality of inkjet heads 11 are arranged includes an ink cartridge 31 that supplies ink to the inkjet head 11, is slidably supported on a guide shaft 32, and is connected to a power transmission member 33. It is moved along the guide shaft 32 by the drive source 34. During printing, the recording unit 30 is stationary on the printing area. On the other hand, the print medium 35 is opposed to the inkjet head 11 and is conveyed by the conveyance roll 36 in a direction orthogonal to the moving direction of the recording unit 33. Ink is ejected from the nozzles of the inkjet head 11 to the print medium 35 in accordance with the recording signal to form an image.
図1は、本発明の圧電アクチュエータを用いたインクジェットヘッドにおいての主要部の構造説明斜視図である。   FIG. 1 is a perspective view for explaining the structure of the main part of an inkjet head using the piezoelectric actuator of the present invention.
図1において、2は複数のノズル1を列状に形成したオリフィスプレートである。ノズル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。複数のノズル1間において、これらのノズル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。   In FIG. 1, reference numeral 2 denotes an orifice plate in which a plurality of nozzles 1 are formed in a row. The processing accuracy of the opening shape of the nozzle 1 greatly affects the ink ejection characteristics of the inkjet head. In order to keep these nozzle accuracy variations low among the plurality of nozzles 1, the manufacturing method of 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, nickel electroforming, or the like.
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。   The orifice plate 2 is formed with a chamber plate 4 in which a pressure chamber 3 is formed, and a restrictor plate 6 in which an ink supply path 10 and the pressure chamber 3 are connected to form a restrictor 5 that controls ink inflow into the pressure chamber 3. Position and join.
更に、圧電アクチュエータ13の変位を効率よく圧力室に伝えるための振動板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19を同じように位置決めして接合する。   Further, the diaphragm having elasticity is formed with the diaphragm 7 for efficiently transmitting the displacement of the piezoelectric actuator 13 to the pressure chamber and the filter portion 8 for removing dust and the like in the ink flowing into the restrictor 5 from the common ink passage 10. The plate 9 and the housing 19 in which the common ink passage 10 is formed are positioned and joined in the same manner.
前記チャンバプレート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。   The chamber plate 4, the restrictor plate 6, and the diaphragm plate 9 are made by a stainless steel etching process or a nickel electroforming process.
ハウジング19はステンレス材の切削加工等で形成され、図示しないインクタンクからインクを共通インク通路10まで導くインク導入パイプ20が接合されている。   The housing 19 is formed by cutting stainless steel or the like, and an ink introduction pipe 20 that guides ink from an ink tank (not shown) to the common ink passage 10 is joined.
最後に、複数の積層圧電振動子14と、それを固定する導体パターニングされた一つの非導電性固定部材16からなる圧電アクチュエータ13を位置決めして保持する。圧電アクチュエータは、分割された各々の積層圧電振動子14が圧力室3の一つずつに対応するよう配列されている。非導電性固定部材16にはそれぞれの積層圧電振動子14に外部駆動回路から独立した電気信号を送るための個別電極24及び共通電極25が形成されている。これによって、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はひずみを生じる。圧電振動子14は非導電性固定部材16上に保持されているため、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ノズル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装置に用いられる。   Finally, the piezoelectric actuator 13 composed of a plurality of laminated piezoelectric vibrators 14 and one non-conductive fixing member 16 on which the conductor pattern is fixed is positioned and held. The piezoelectric actuator is arranged so that each of the divided laminated piezoelectric vibrators 14 corresponds to one of the pressure chambers 3. The non-conductive fixing member 16 is formed with an individual electrode 24 and a common electrode 25 for sending an electric signal independent of an external drive circuit to each laminated piezoelectric vibrator 14. As a result, a selective electrical signal is applied to the piezoelectric vibrator 14 from the external drive circuit, so that the piezoelectric vibrator 14 is distorted. Since the piezoelectric vibrator 14 is held on the non-conductive fixing member 16, the diaphragm 7 is preferentially displaced to increase the pressure in the pressure chamber 3. The ink jet head described in this example is used in an apparatus that forms ink images on a recording medium by ejecting ink from the nozzles 1 according to such a principle.
図2及び図3に本発明の圧電アクチュエータに用いるd33型の圧電素子12及び圧電振動子群を固定する非導電性固定部材16を示す。   2 and 3 show a non-conductive fixing member 16 for fixing the d33 type piezoelectric element 12 and the piezoelectric vibrator group used in the piezoelectric actuator of the present invention.
圧電素子12は圧電材料と内部電極22(導電材料)とをそれぞれ層状に交互に積層して、中央部に活性領域、両端に不活性領域となるように構成されている。圧電振導体断面の両端面には内部電極と導通している外部電極22がスパッタしてある。また、非導電性固定部材16は、図3のように、圧電アクチュエータの圧電振動子群列となる間に、圧電素子接着面16aより低い溝を有し、圧電振動子群列に平行な面(正面16b及び背面16c)には個別電極に印加する導体パターン24と数本の共通電極とするための導体パターン25を、圧電振動子群列に垂直な面(側面16d及び底面16e)には共通電極とするための導体パターン26、27をパターニングしてある。それぞれの面の共通電極導体パターンは導通する。共通電極のための導体パターンを個別電極面と同一面にパターンニングする事により、FPC等の駆動パターンの配線及び組立が容易になる。   The piezoelectric element 12 is configured such that piezoelectric materials and internal electrodes 22 (conductive material) are alternately stacked in layers, and an active region is formed at the center and an inactive region is formed at both ends. External electrodes 22 that are electrically connected to the internal electrodes are sputtered on both end faces of the piezoelectric vibrator cross section. Further, as shown in FIG. 3, the non-conductive fixing member 16 has a groove lower than the piezoelectric element bonding surface 16 a and is parallel to the piezoelectric vibrator group row while forming the piezoelectric vibrator group row of the piezoelectric actuator. The conductor pattern 24 to be applied to the individual electrodes and the conductor pattern 25 to make several common electrodes are provided on the front face 16b and the back face 16c, and the faces perpendicular to the piezoelectric vibrator group row (side face 16d and bottom face 16e). Conductor patterns 26 and 27 for making common electrodes are patterned. The common electrode conductor pattern on each surface is conductive. By patterning the conductor pattern for the common electrode on the same surface as the individual electrode surface, the wiring and assembly of a drive pattern such as an FPC becomes easy.
また、共通電極を複数にすることにより、共通電極に合わせて駆動本数を自由に分割することが可能になり、駆動回路を分割することができる。駆動回路を分割することは吐出特性のひとつの要因であるクロストークにおいて、波形なまり及びオーバーシュートによる電気的要因の影響を小さくすることを可能にする。   In addition, by using a plurality of common electrodes, the number of drives can be freely divided according to the common electrode, and the drive circuit can be divided. Dividing the drive circuit makes it possible to reduce the influence of electrical factors due to waveform rounding and overshoot in crosstalk, which is one factor of ejection characteristics.
図4に、本発明インクジェットに使用する圧電アクチュエータの製造方法の一例を示す。   FIG. 4 shows an example of a method for manufacturing a piezoelectric actuator used in the inkjet of the present invention.
図2に示したd33型の圧電素子12を、図3に示した非導電性固定部材16の一端に平行になるように2本並べ、圧力室側に当接する面が非導電性固定部材16に接着する(図4(i))。次に、非導電性固定部材の正面16b及び背面16cの個別電極導体パターン24と圧電素子外側の外部電極22を、導電性接着材を用いて接着する。更に、平行に並べられた圧電素子間溝部に導電性接着剤28を充填する。この時、非導電性固定部材の側面16dの共通電極導体パターン26と圧電素子内側の外部電極22が導通するように導電性接着剤28を溝部に充填する。これが共通電極となる(図4(ii))。   Two d33 type piezoelectric elements 12 shown in FIG. 2 are arranged so as to be parallel to one end of the non-conductive fixing member 16 shown in FIG. 3, and the surface contacting the pressure chamber side is the non-conductive fixing member 16. (FIG. 4 (i)). Next, the individual electrode conductor pattern 24 on the front surface 16b and the back surface 16c of the non-conductive fixing member and the external electrode 22 outside the piezoelectric element are bonded using a conductive adhesive. Further, the conductive adhesive 28 is filled in the grooves between the piezoelectric elements arranged in parallel. At this time, the groove portion is filled with the conductive adhesive 28 so that the common electrode conductor pattern 26 on the side surface 16d of the nonconductive fixing member and the external electrode 22 inside the piezoelectric element are electrically connected. This becomes a common electrode (FIG. 4 (ii)).
次に、列上に並べられた圧電素子12間に塗布した導電性接着剤28を非導電性固定部材の側面16dの共通電極パターンピッチ幅Pより小さい幅でワイヤーソーやダイサーを用いて除去加工をすることにより、2列の圧電素子間及び溝部に充填されている導電性接着材28を圧電素子列方向に分断する。この時、確実に分断するように非導電性固定部材も除去加工しても良い(図4(iii))。最後に、上記のように平行に並べられた2本の圧電素子12は、圧力室3のピッチと等しくなるように、ワイヤーソーやダイシング技術により櫛状に2列同時に分割加工され、圧電アクチュエータ13となる(図4(iv))。分割加工する前に前記振動板7に接続する面12aを同時に研磨してもよい。この場合は、前記振動板7に接着する際の振動板7と圧電振動子14先端との間隙を均一にすることができ、特性の安定化が図れる。   Next, the conductive adhesive 28 applied between the piezoelectric elements 12 arranged in a row is removed using a wire saw or a dicer with a width smaller than the common electrode pattern pitch width P of the side surface 16d of the non-conductive fixing member. By doing so, the conductive adhesive 28 filled between the two rows of piezoelectric elements and in the grooves is divided in the direction of the piezoelectric elements. At this time, the non-conductive fixing member may also be removed so as to be surely divided (FIG. 4 (iii)). Finally, the two piezoelectric elements 12 arranged in parallel as described above are simultaneously processed into two rows in a comb shape by a wire saw or a dicing technique so as to be equal to the pitch of the pressure chambers 3. (FIG. 4 (iv)). You may grind | polish simultaneously the surface 12a connected to the said diaphragm 7 before carrying out a division | segmentation process. In this case, the gap between the diaphragm 7 and the tip of the piezoelectric vibrator 14 when bonded to the diaphragm 7 can be made uniform, and the characteristics can be stabilized.
共通電極を形成するに際して、櫛状に2列同時に分割加工した後に導電性接着剤を塗布し共通電極を形成し、その後列毎の共通電極に分割しても良い。この時、櫛状に2列同時に分割加工する前にも導電性接着剤を塗布しておくことにより容易に共通電極を形成することができる。この事により、非導電性固定部材に圧電素子接着面より低い溝の加工をする事無しに、共通電極を設けることができ、加工時間の短縮やコストの低減をすることができる。   When forming the common electrode, it is possible to form a common electrode by applying a conductive adhesive after two rows are simultaneously divided into a comb shape, and then dividing the common electrode into columns. At this time, the common electrode can be easily formed by applying a conductive adhesive before the comb-like two rows are divided and processed at the same time. As a result, the common electrode can be provided in the non-conductive fixing member without processing a groove lower than the bonding surface of the piezoelectric element, and the processing time can be shortened and the cost can be reduced.
以上の方法により作成することで、各々の圧電振動子列毎の電圧調整ができ、インク液滴の吐出速度バラツキの少ないインクジェットヘッドの圧電アクチュエータを得る事ができる。また、非導電性固定部材に導体パターンをパターニングした事により、2列の圧電素子間の相対位置決め精度が公差約0.15mmとなり、圧電素子12を2列同時に圧電振動子に切断する際、圧電アクチュエータの個別電極の切断を防ぎ、歩留まり向上になる。   By making the above method, the voltage of each piezoelectric vibrator array can be adjusted, and a piezoelectric actuator for an inkjet head with little variation in the ejection speed of ink droplets can be obtained. Further, by patterning the conductor pattern on the non-conductive fixing member, the relative positioning accuracy between the two rows of piezoelectric elements becomes a tolerance of about 0.15 mm, and when the two rows of piezoelectric elements 12 are simultaneously cut into piezoelectric vibrators, The cutting of the individual electrodes of the actuator is prevented and the yield is improved.
本発明の圧電アクチュエータの第2の製作方法を示す。   The 2nd manufacturing method of the piezoelectric actuator of this invention is shown.
図5、6に、d33型圧電素子1個を用いて2列の圧電素子群を有する圧電アクチュエータ13を製造する場合に用いる圧電素子29及び固定部材16を示す。   FIGS. 5 and 6 show the piezoelectric element 29 and the fixing member 16 used when manufacturing the piezoelectric actuator 13 having two rows of piezoelectric element groups using one d33 type piezoelectric element.
図5に示す圧電素子29は、内部電極21が、圧電素子の変位と垂直方向に積層されており、圧電素子の両端に接する内部電極21と、中央部にある内部電極23が交互に積層されている。この結果、電界の生じない不活性部が断面の中央領域に、電界によって変位が発生する様に活性部が断面の両端になるような圧電素子29が得られる。また、圧電振動体断面の両端に接している該内部電極21は、両端の外部電極22と各々電気的に導通している。   In the piezoelectric element 29 shown in FIG. 5, the internal electrodes 21 are stacked in a direction perpendicular to the displacement of the piezoelectric elements, and the internal electrodes 21 in contact with both ends of the piezoelectric elements and the internal electrodes 23 in the center are alternately stacked. ing. As a result, the piezoelectric element 29 is obtained in which the inactive portion where no electric field is generated is in the central region of the cross section and the active portion is at both ends of the cross section so that the displacement is generated by the electric field. Further, the internal electrodes 21 in contact with both ends of the piezoelectric vibrator cross section are electrically connected to the external electrodes 22 at both ends.
図6の非導電性固定部材は、図3の非導電性固定部材と同様に接着する圧電振動子群列に平行な面(正面16b及び背面16c)に個別電極に印加する導体パターン24と数本の共通電極とするための導体パターン25を、圧電振動子群列に垂直な面(側面16d)及び圧電振動子接着面の裏側面(底面16e)に共通電極とするための導体パターン26、27をパターニングしてある。それぞれの面の共通電極導体パターンは導通する。共通電極のための導体パターンを個別電極面と同一面にパターンニングする事により、FPC等の駆動パターンの配線及び組立が容易になる。また、共通電極を複数にすることにより、共通電極に合わせて駆動本数を自由に分割することが可能になり、駆動回路を分割することができる。駆動回路を分割することは吐出特性のひとつの要因であるクロストークにおいて、波形なまり及びオーバーシュートによる電気的要因の影響を小さくすることを可能にする。   The non-conductive fixing member in FIG. 6 has the same number of conductor patterns 24 applied to the individual electrodes on the surfaces (front surface 16b and back surface 16c) parallel to the piezoelectric vibrator group row to be bonded as in the non-conductive fixing member in FIG. A conductor pattern 26 for forming a common electrode on a surface perpendicular to the piezoelectric vibrator group row (side surface 16d) and a back side surface (bottom surface 16e) of the piezoelectric vibrator bonding surface; 27 is patterned. The common electrode conductor pattern on each surface is conductive. By patterning the conductor pattern for the common electrode on the same surface as the individual electrode surface, the wiring and assembly of the drive pattern such as FPC can be facilitated. In addition, by using a plurality of common electrodes, the number of drives can be freely divided according to the common electrode, and the drive circuit can be divided. Dividing the drive circuit makes it possible to reduce the influence of electrical factors due to waveform rounding and overshoot in crosstalk, which is one factor of ejection characteristics.
図7は、1つのd33型圧電素子を用いて2列の圧電振動子群を有する圧電アクチュエータ13の製造法の例である。圧電素子29と非導電性固定部材16を非導電性接着材によって固定する(図7(i))。   FIG. 7 shows an example of a manufacturing method of the piezoelectric actuator 13 having two rows of piezoelectric vibrator groups using one d33 type piezoelectric element. The piezoelectric element 29 and the nonconductive fixing member 16 are fixed by a nonconductive adhesive (FIG. 7 (i)).
次に、個々の圧電素子に電界によって変位を発生する活性部と、変位が発生しない不活性部を分割する様にダイシングソーやワイヤソー等を利用して切断する。同時に、非導電性固定部材16の接着する圧電素子群列間に圧電素子接着面より低い溝を設けるように切断する(図7(ii))。   Next, the individual piezoelectric elements are cut using a dicing saw, a wire saw, or the like so as to divide an active portion that generates displacement by an electric field and an inactive portion that does not generate displacement. At the same time, cutting is performed so as to provide a groove lower than the piezoelectric element bonding surface between the piezoelectric element group rows to which the nonconductive fixing member 16 is bonded (FIG. 7 (ii)).
次に、非導電性固定部材の正面16b及び背面16cの個別電極導体パターン24と圧電素子外側の外部電極22を導電性接着剤28を用い、該圧電素子12と導通するように接着する。   Next, the individual electrode conductor pattern 24 on the front surface 16b and the back surface 16c of the non-conductive fixing member and the external electrode 22 outside the piezoelectric element are bonded to each other using the conductive adhesive 28 so as to be electrically connected.
次に、圧電素子列間の外部電極22と非導電性固定部材の側面16dの共通電極導体パターン26が導通するように、導電性接着剤28を用いて接着する。充填する導電性部材は、完全に満たされる必要はないが、活性領域の切断面の内部電極と非導電性固定部材の導体パターンが電気的に接続され、溝部に充填されている必要が有る(図7(iii))。   Next, bonding is performed using a conductive adhesive 28 so that the external electrode 22 between the piezoelectric element rows and the common electrode conductor pattern 26 on the side surface 16d of the nonconductive fixing member are electrically connected. The conductive member to be filled does not need to be completely filled, but the inner electrode on the cut surface of the active region and the conductor pattern of the non-conductive fixing member need to be electrically connected to fill the groove ( FIG. 7 (iii)).
次に、非導電性固定部材の側面16dの共通電極パターンピッチ幅Pより小さい幅で、ワイヤーソーやダイシングソーを用いて圧電素子間及び圧電素子間の溝に充填されている導電性接着剤28を圧電素子列方向に分断する。この時、確実に導電性接着剤28を分断するために非導電性固定部材を除去加工しても良い(図7(iv))。   Next, the conductive adhesive 28 having a width smaller than the common electrode pattern pitch width P of the side surface 16d of the non-conductive fixing member and filled in the grooves between the piezoelectric elements and between the piezoelectric elements using a wire saw or a dicing saw. Is divided in the piezoelectric element array direction. At this time, the non-conductive fixing member may be removed to reliably cut the conductive adhesive 28 (FIG. 7 (iv)).
最後に、各圧力室に対応する様に該圧電素子を一定のピッチで2列同時に圧電素子を切断して複数の圧電振動体14に分割する(図7(v))。分割加工する前に前記振動板7に接続する面12aを同時に研磨してもよい。この場合、前記振動板7に接着する際の該振動板7と圧電振動子14先端との間隙を均一にすることができ、特性の安定化が図れる。   Finally, the piezoelectric elements are divided into a plurality of piezoelectric vibrating bodies 14 by simultaneously cutting the piezoelectric elements in two rows at a constant pitch so as to correspond to each pressure chamber (FIG. 7 (v)). You may grind | polish simultaneously the surface 12a connected to the said diaphragm 7 before carrying out a division | segmentation process. In this case, the gap between the diaphragm 7 and the tip of the piezoelectric vibrator 14 when bonded to the diaphragm 7 can be made uniform, and the characteristics can be stabilized.
共通電極を形成するに際して、櫛状に2列同時に分割加工した後に導電性接着剤を塗布して共通電極を形成し、その後列毎の共通電極に分割しても良い。この時、櫛状に2列同時に分割加工する前にも導電性接着剤を塗布しておくことにより容易に共通電極を形成することができる。この事により、非導電性固定部材に圧電素子接着面より低い溝の加工をする事無しに、共通電極を設けることができ、加工時間の短縮やコストの低減をすることができる。   When forming the common electrode, two rows may be simultaneously processed into a comb shape, a conductive adhesive may be applied to form the common electrode, and then divided into common electrodes for each row. At this time, the common electrode can be easily formed by applying a conductive adhesive before the comb-like two rows are divided and processed at the same time. As a result, the common electrode can be provided in the non-conductive fixing member without processing a groove lower than the bonding surface of the piezoelectric element, and the processing time can be shortened and the cost can be reduced.
これにより、実施例1の圧電アクチュエータと同様に各々の圧電振動子群列毎の電圧調整ができ、吐出速度バラツキの少ないインクジェットヘッドの圧電アクチュエータを得る事ができる。また、非導電性固定部材に導体パターンをパターニングした事により、2列の圧電素子間の相対位置決め精度が公差約0.15mmとなり、圧電素子12を2列同時に圧電振動子に切断する際、圧電アクチュエータの個別電極の切断を防ぎ、歩留まりを向上することができる。   As a result, the voltage can be adjusted for each piezoelectric vibrator group row in the same manner as the piezoelectric actuator of the first embodiment, and a piezoelectric actuator for an inkjet head with little variation in ejection speed can be obtained. Further, by patterning the conductor pattern on the non-conductive fixing member, the relative positioning accuracy between the two rows of piezoelectric elements becomes a tolerance of about 0.15 mm, and when the two rows of piezoelectric elements 12 are simultaneously cut into piezoelectric vibrators, Cutting the individual electrodes of the actuator can be prevented, and the yield can be improved.
更に、一個の圧電素子を一度固定部材に保持するだけで、2列の圧電素子群が一枚の固定部材に形成されるため、該2列間の位置精度が確保されるほか、固定部材に保持する時間が短縮される。   Furthermore, since only one piezoelectric element is held on the fixing member once, two rows of piezoelectric element groups are formed on one fixing member, the positional accuracy between the two rows is ensured, and the fixing member The holding time is shortened.
本発明の圧電アクチュエータの第3の製作方法を示す。   The 3rd manufacturing method of the piezoelectric actuator of this invention is shown.
図8は、図2のd33型圧電素子12と接着する圧電素子群列間に、敷居を持った圧電素子接着面より低い溝を有する非導電性固定部材16を用いた圧電アクチュエータ13に用いる非導電性固定部材の説明図である。   FIG. 8 shows a non-use for the piezoelectric actuator 13 using the non-conductive fixing member 16 having a groove lower than the piezoelectric element bonding surface having a threshold between the piezoelectric element group rows to be bonded to the d33 type piezoelectric element 12 of FIG. It is explanatory drawing of an electroconductive fixing member.
非導電性固定部材は、図のように接着する圧電素子群列間に、しきいを持った圧電素子接着面より低い溝を有する。また、図3、図6の非導電性固定部材と同様に圧電振動子群列に平行な面(正面16b及び背面16c)には、個別電極に印加する導箔パターン24と数本の共通電極とするための導体パターン25を、圧電振動子群列に垂直な面(側面16d)及び圧電振動子接着面の裏側面(底面16e)には共通電極とするための導体パターン26、27をパターニングしてある。それぞれの面の共通電極導体パターンは導通する。共通電極のための導体パターンを個別電極面と同一面にパターンニングする事により、FPC等の駆動パターンの配線及び組立が容易になる。   The non-conductive fixing member has a groove lower than the piezoelectric element bonding surface having a threshold between the piezoelectric element group rows to be bonded as shown in the figure. Similarly to the non-conductive fixing members of FIGS. 3 and 6, on the surfaces parallel to the piezoelectric vibrator group row (front surface 16b and back surface 16c), the conductive foil pattern 24 applied to the individual electrodes and several common electrodes are provided. Conductor patterns 26 and 27 are formed on the surface perpendicular to the piezoelectric vibrator group row (side surface 16d) and the back side face (bottom surface 16e) of the piezoelectric vibrator bonding surface. It is. The common electrode conductor pattern on each surface is conductive. By patterning the conductor pattern for the common electrode on the same surface as the individual electrode surface, the wiring and assembly of the drive pattern such as FPC can be facilitated.
また、共通電極を複数にすることにより、共通電極に合わせて駆動本数を自由に分割することが可能になり、駆動回路を分割することができる。駆動回路を分割することは吐出特性のひとつの要因であるクロストークにおいて、波形なまり及びオーバーシュートによる電気的要因の影響を小さくすることを可能にする。   In addition, by using a plurality of common electrodes, the number of drives can be freely divided according to the common electrode, and the drive circuit can be divided. Dividing the drive circuit makes it possible to reduce the influence of electrical factors due to waveform rounding and overshoot in crosstalk, which is one factor of ejection characteristics.
図9は、d33型圧電素子12と接着する圧電素子群列間に、しきいを持った圧電素子接着面より低い溝を有する非導電性固定部材16を用いた圧電アクチュエータ13の製造例を示す。   FIG. 9 shows an example of manufacturing the piezoelectric actuator 13 using the non-conductive fixing member 16 having a groove lower than the piezoelectric element bonding surface having a threshold between the piezoelectric element group rows to be bonded to the d33 type piezoelectric element 12. .
製造手順は次の通りである。   The manufacturing procedure is as follows.
まず、2本の圧電素子12を非導電性固定部材16に圧力室側に当接する面が一致するように他端を接着する(図9(i))。正面16b及び背面16cの個別電極導体パターン24と圧電素子の外側の外部電極22を導電性接着剤28を用い、該圧電素子と導通するように接着する。   First, the other ends of the two piezoelectric elements 12 are bonded to the non-conductive fixing member 16 so that the surfaces in contact with the pressure chamber side coincide (FIG. 9 (i)). The individual electrode conductor pattern 24 on the front surface 16b and the back surface 16c and the external electrode 22 outside the piezoelectric element are bonded using a conductive adhesive 28 so as to be electrically connected to the piezoelectric element.
次に、圧電素子の内側部分の外部電極22と非導電性固定部材の側面に設けた共通電極導体パターン26とを導電性接着剤を用いて溝部に充填し電気的に接着する(図9(ii))。   Next, the external electrode 22 in the inner portion of the piezoelectric element and the common electrode conductor pattern 26 provided on the side surface of the non-conductive fixing member are filled into the groove portion using a conductive adhesive and electrically bonded (FIG. 9 ( ii)).
最後に、各圧力室に対応する様に該圧電素子を一定のピッチで2列同時に圧電素子を切断して複数の圧電振動体14に分割する(図9(iii))。また、圧力室に対応するピッチで分割する前にダイアフラムプレートに接着する面12a及び非導電性固定部材溝部のしきい部の凸面16fを同一平面になるように研磨する。   Finally, the piezoelectric elements are divided into a plurality of piezoelectric vibrating bodies 14 by simultaneously cutting the piezoelectric elements in two rows at a constant pitch so as to correspond to each pressure chamber (FIG. 9 (iii)). In addition, the surface 12a bonded to the diaphragm plate and the convex surface 16f of the threshold portion of the non-conductive fixing member groove are polished so as to be in the same plane before being divided at a pitch corresponding to the pressure chamber.
これにより、前記振動板7に接着する際の該振動板7と圧電振動子14先端、非導電性固定部材溝部のしきい部の凸面先端との間隙を均一にすることができ、特性の安定化が図れる。   As a result, the gap between the diaphragm 7 and the tip of the piezoelectric vibrator 14 when bonded to the diaphragm 7 and the tip of the convex surface of the threshold of the non-conductive fixing member groove can be made uniform. Can be achieved.
共通電極を形成するに際して、櫛状に2列同時に分割加工した後に導電性接着剤を塗布し共通電極を形成しても良い。この時櫛状に2列同時に分割加工する前にも導電性接着剤を塗布しておくことにより容易に共通電極を形成することができる。この事により、非導電性固定部材に圧電素子接着面より低い溝の加工をする事無しに、共通電極を設けることができ、加工時間の短縮やコストの低減をすることができる。   When the common electrode is formed, the common electrode may be formed by applying a conductive adhesive after two rows are divided and processed simultaneously in a comb shape. At this time, the common electrode can be easily formed by applying the conductive adhesive before the comb-like two rows are divided and processed at the same time. As a result, the common electrode can be provided in the non-conductive fixing member without processing a groove lower than the bonding surface of the piezoelectric element, and the processing time can be shortened and the cost can be reduced.
実施例1及び実施例2の圧電アクチュエータと同様に各々の圧電振動子列毎の電圧調整ができ、吐出速度バラツキの少ないインクジェットヘッドの圧電アクチュエータを得る事が可能となる。また、非導電性固定部材に導体パターンをパターニングした事により、2列の圧電素子間の相対位置決め精度が公差約0.15mmとなり、棒状の圧電素子12を2列同時に圧電振動子に切断する際、圧電アクチュエータの個別電極の切断を防ぎ、歩留まり向上になる。   Similarly to the piezoelectric actuators of the first and second embodiments, the voltage can be adjusted for each piezoelectric vibrator array, and it is possible to obtain a piezoelectric actuator for an inkjet head with little variation in ejection speed. Further, by patterning the conductor pattern on the non-conductive fixing member, the relative positioning accuracy between the two rows of piezoelectric elements becomes a tolerance of about 0.15 mm, and when cutting the rod-like piezoelectric elements 12 into the piezoelectric vibrators at the same time, two rows. This prevents cutting of the individual electrodes of the piezoelectric actuator and improves the yield.
さらに、2列の圧電振動子群列間にインク吐出に寄与しない部材が圧電振動子と同一面上に存在する圧電アクチュエータを作成可能である。図1に示すようなインクジェットヘッドに、図9の圧電アクチュエータを用いると、高剛性ハウジング19の開口部分が支持され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構造部材の剛性を高く保つことができ、圧電素子の変位を効率よく圧力室に伝えられるほか、隣接圧電素子の変位の影響を受けづらくなり、吐出するインク速度や、吐出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。   Furthermore, it is possible to create a piezoelectric actuator in which a member that does not contribute to ink ejection exists between the two rows of piezoelectric vibrator groups on the same plane as the piezoelectric vibrator. When the piezoelectric actuator shown in FIG. 9 is used in the ink jet head as shown in FIG. 1, the structural member that supports the opening portion of the high-rigidity housing 19 and forms a flow path such as the orifice plate 2, the chamber plate 4, and the restrictor plate 6 is used. In addition to efficiently transmitting the displacement of the piezoelectric element to the pressure chamber, it is difficult to be affected by the displacement of the adjacent piezoelectric element, and it is possible to make the ink speed and the discharge amount constant. Thus, an ink jet recording head capable of high quality printing can be obtained.
本発明を適用したインクジェットヘッド製作の実施方法を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the implementation method of the inkjet head manufacture which applied this invention. 本発明で使用する圧電素子を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the piezoelectric element used by this invention. 本発明で使用する凹形状の非導電性固定部材を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the concave shape nonelectroconductive fixing member used by this invention. 本発明による圧電アクチュエータの製造法の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing method of the piezoelectric actuator by this invention. 1本の圧電素子とを用いた本発明圧電アクチュエータを製造するに際して、用いる圧電素子の説明図である。It is explanatory drawing of the piezoelectric element used when manufacturing the piezoelectric actuator of this invention using one piezoelectric element. 1本の圧電素子を用いた本発明圧電アクチュエータを製造するに際して、用いる非導電性固定部材の説明図である。It is explanatory drawing of the nonelectroconductive fixing member used when manufacturing the piezoelectric actuator of this invention using one piezoelectric element. 1つの圧電素子を用いた圧電アクチュエータの製造方法の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing method of the piezoelectric actuator using one piezoelectric element. 接着する圧電素子群列間に、しきいを持った圧電素子接着面より低い溝を有する非導電性固定部材を用いた圧電アクチュエータに用いる固定部材の説明図である。It is explanatory drawing of the fixing member used for the piezoelectric actuator using the nonelectroconductive fixing member which has a groove | channel lower than the piezoelectric element adhesion surface with a threshold between the piezoelectric element group rows to adhere | attach. 接着する圧電素子群列間に、しきいを持った圧電素子接着面より低い溝を有する非導電性圧電素子を用いて圧電アクチュエータを製造方法の説明図である。It is explanatory drawing of a manufacturing method of a piezoelectric actuator using the nonelectroconductive piezoelectric element which has a groove | channel lower than the piezoelectric element adhesion surface with a threshold between the piezoelectric element group rows to adhere | attach. 本発明実施のインクジェットヘッドを使用した液滴吐出装置の説明図である。It is explanatory drawing of the droplet discharge apparatus using the inkjet head of this invention implementation.
符号の説明Explanation of symbols
1:ノズル、2:オリフィスプレート、3:圧力室、4:チャンバプレート、5:リストリクタ、6:リストリクタプレート、7:振動板、8:フィルタ部、9:ダイアフラムプレート、10:共通インク通路、11:インクジェットヘッド、12:圧電素子、13:圧電アクチュエータ、14:圧電振動子、16:非導電性固定部材、16a:固定部材の圧電素子接着面、16b:固定部材の正面、16c:固定部材の背面、16d:固定部材の測面、16e:固定部材の底面、16f:非導電性固定部材の溝部の敷居部のダイアフラム接着面19:高剛性ハウジング、20:導入パイプ、21:両端に接する内部電極、22:外部電極、23:中央部にある内部電極、24:個別電極とする導体パターン、25:16b面及び16C面の共通電極とする導体パターン、26:d面の共通電極とする導体パターン、27:e面の導体パターン、28:導電性接着剤、29:1本の圧電素子で2列の圧電振動子を有する圧電アクチュエータに用いる圧電素子30:記録ユニット、31:インクカートリッジ、32:ガイドシャフト、33:動力伝達部、34:駆動源、35:印刷媒体、36:搬送ロールである。
1: nozzle, 2: orifice plate, 3: pressure chamber, 4: chamber plate, 5: restrictor, 6: restrictor plate, 7: diaphragm, 8: filter section, 9: diaphragm plate, 10: common ink passage 11: inkjet head, 12: piezoelectric element, 13: piezoelectric actuator, 14: piezoelectric vibrator, 16: non-conductive fixing member, 16a: piezoelectric element bonding surface of the fixing member, 16b: front surface of the fixing member, 16c: fixing Back surface of member, 16d: measurement surface of fixing member, 16e: bottom surface of fixing member, 16f: diaphragm adhesive surface of sill of groove portion of non-conductive fixing member 19: high rigidity housing, 20: introduction pipe, 21: on both ends Internal electrode in contact, 22: external electrode, 23: internal electrode in the center, 24: conductor pattern as individual electrode, 25: 16b surface and 16C surface Conductor pattern to be a through electrode, 26: conductor pattern to be a common electrode on the d surface, 27: conductor pattern on the e surface, 28: conductive adhesive, 29: one piezoelectric element having two rows of piezoelectric vibrators Piezoelectric elements 30 used for the piezoelectric actuator: recording unit, 31: ink cartridge, 32: guide shaft, 33: power transmission unit, 34: drive source, 35: printing medium, 36: transport roll.

Claims (9)

  1. インク滴を吐出する複数のノズル開口を有するオリフィスプレートと、前記ノズル開口に対応した圧力室を、一方の側に第1の圧力発生室を配置し、他方の側に第2の圧力発生室を配置すると共に、上記第1及び第2の圧力発生室の中心線がほぼ一致するように、上記ノズル列に対して対向するように配置した流路基板と、前記圧力室を封止するように薄板なる振動板を具備したダイヤフラムプレートと、前記ダイヤフラムプレートより高剛性である高剛性ハウジングと、前記圧力室に対向する位置に振動板を挟むように配置された2列の圧電振動子群列が一つの非導電性固定部材に固定されている圧電アクチュエータを具備したことを特徴とするインクジェットヘッド。   An orifice plate having a plurality of nozzle openings for discharging ink droplets, a pressure chamber corresponding to the nozzle openings, a first pressure generating chamber on one side, and a second pressure generating chamber on the other side The flow path substrate disposed so as to face the nozzle row is sealed so that the center lines of the first and second pressure generation chambers substantially coincide with each other, and the pressure chamber is sealed. A diaphragm plate having a thin diaphragm, a high-rigidity housing having higher rigidity than the diaphragm plate, and two rows of piezoelectric vibrator groups arranged so as to sandwich the diaphragm at a position facing the pressure chamber An ink jet head comprising a piezoelectric actuator fixed to one non-conductive fixing member.
  2. 前記圧電アクチュエータは圧電振動子列毎に共通電極が分割された事を特徴とする請求項1記載のインクジェットヘッド。   2. The ink jet head according to claim 1, wherein the piezoelectric actuator has a common electrode divided for each piezoelectric vibrator array.
  3. 前記非導電性固定部材は平行に2列に並べられた圧電素子群列間に圧電素子接着面より低い溝を一つ以上有し、更に圧電振動子列毎に共通電極を分割する事を特徴とする請求項1記載のインクジェットヘッド。   The non-conductive fixing member has at least one groove lower than the piezoelectric element bonding surface between the piezoelectric element group rows arranged in two rows in parallel, and further divides the common electrode for each piezoelectric vibrator row. The inkjet head according to claim 1.
  4. 前記圧電アクチュエータの共通電極は、圧電素子群を加工後に、形成することを特徴とする請求項2記載のインクジェットヘッド。   The inkjet head according to claim 2, wherein the common electrode of the piezoelectric actuator is formed after the piezoelectric element group is processed.
  5. 前記圧電アクチュエータの共通電極は、圧電素子群を加工する前にも、導体パターンを形成することを特徴とする請求項4記載のインクジェットヘッド。   The inkjet head according to claim 4, wherein the common electrode of the piezoelectric actuator forms a conductor pattern before the piezoelectric element group is processed.
  6. 前記圧電アクチュエータの非導電性固定部材は圧電振動子群列に平行な面(正面及び背面)に、個別電極に印加する導体パターン及び数本の共通電極とする導体パターンを、圧電振動子群列に垂直な面(側面)及び圧電振動子接着面の裏側面(底面)には共通電極と導通する導体パターンを有し、それぞれの面の個別電極、共通電極とするための導体パターンは導通するようにパターンニングされていることを特徴とする請求項1記載のインクジェットヘッド。   The non-conductive fixing member of the piezoelectric actuator has a conductor pattern to be applied to the individual electrodes and a conductor pattern to be used as several common electrodes on surfaces (front and back) parallel to the piezoelectric vibrator group row. The conductive pattern that conducts to the common electrode is provided on the surface (side surface) perpendicular to the surface and the back side surface (bottom surface) of the bonding surface of the piezoelectric vibrator, and the conductive pattern for making the individual electrode and the common electrode on each surface conduct. 2. The ink jet head according to claim 1, wherein the ink jet head is patterned as described above.
  7. 前記圧電アクチュエータにおいて、前記圧電振動子群を形成する圧電素子は、圧電材料と導電材料とをそれぞれ層状に交互に積層して電界の生じない不活性部が中央領域に、電界によって変位を発生する活性部がその両側に一体で形成され、それぞれ一端側が非導電性固定部材に固定され、他端側を自由端とし、前記圧電素子が活性部を有する領域、不活性部のみの領域、活性部を有する領域の順に交互に前記圧力室が複数列並んでいる方向に、圧電素子を一列に分割し、非導電性固定部材の圧電素子固定面に圧電素子接着面より低い溝が加工されていることを特徴とする請求項1記載のインクジェットヘッド。   In the piezoelectric actuator, in the piezoelectric element forming the piezoelectric vibrator group, a piezoelectric material and a conductive material are alternately laminated in layers, and an inactive portion where no electric field is generated is displaced in the central region by the electric field. The active part is integrally formed on both sides thereof, one end side is fixed to the non-conductive fixing member, the other end side is a free end, the piezoelectric element has the active part, the inactive part only area, the active part The piezoelectric chambers are divided into one row in a direction in which a plurality of the pressure chambers are alternately arranged in the order of the regions having, and grooves lower than the piezoelectric element bonding surface are processed on the piezoelectric element fixing surface of the non-conductive fixing member The inkjet head according to claim 1, wherein
  8. 前記圧電アクチュエータは、平行に並べられた前記圧電振動子群2列間に、敷居をもった圧電振動子群接着面より低い溝を有している非導電性固定部材に固定することを特徴とする請求項2記載のインクジェットヘッド。   The piezoelectric actuator is fixed to a non-conductive fixing member having a groove lower than a bonding surface of the piezoelectric vibrator group having a threshold between two rows of the piezoelectric vibrator groups arranged in parallel. The inkjet head according to claim 2.
  9. 前記請求項1乃至8の何れか一つに記載されたインクジェットヘッドを備えてなるインクジェット記録装置。
    An ink jet recording apparatus comprising the ink jet head according to any one of claims 1 to 8.
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