JP2952994B2 - Inkjet head - Google Patents

Inkjet head

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JP2952994B2
JP2952994B2 JP2218409A JP21840990A JP2952994B2 JP 2952994 B2 JP2952994 B2 JP 2952994B2 JP 2218409 A JP2218409 A JP 2218409A JP 21840990 A JP21840990 A JP 21840990A JP 2952994 B2 JP2952994 B2 JP 2952994B2
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はインク滴を飛翔させ記録紙等の記録媒体上に
インク像を形成するプリンタ等インクジェット記録装置
に関し、さらに詳細には、インクジェットヘッドに関す
る。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ink jet recording apparatus such as a printer that forms an ink image on a recording medium such as recording paper by flying ink droplets, and more particularly to an ink jet head. .

〔従来の技術〕[Conventional technology]

複数のノズルを有するノズル形成基板と、ノズルに対
向して配置された圧力発生部材からなる圧電変換器と、
前記圧電変換器と前記ノズル形成基板との間隙、及び前
記圧電変換器の周辺を充たすインクとを備え、印加電圧
により前記圧電変換器を変位させてインクをノズルから
吐出させるオンデマンド型インクジェットヘッドは、特
公昭60−8953号公報に開示されている。
A nozzle forming substrate having a plurality of nozzles, and a piezoelectric transducer including a pressure generating member disposed to face the nozzles,
An on-demand inkjet head comprising a gap between the piezoelectric transducer and the nozzle forming substrate, and ink filling the periphery of the piezoelectric transducer, and displacing the piezoelectric transducer by an applied voltage to eject ink from a nozzle. And Japanese Patent Publication No. 60-8953.

この構造のインクジェットヘッドは、圧電変換器がノ
ズル形成基板に対してほぼ直角方向に変位することと、
ノズルメニスカスのインク流路が短いため、インクの吐
出効率および吐出安定性が高く、インク中に気泡・ゴミ
等の異物が混入した場合でも、この影響を受けずに正常
に動作するという特徴を有している。
In the ink jet head having this structure, the piezoelectric transducer is displaced in a direction substantially perpendicular to the nozzle forming substrate,
Since the ink flow path of the nozzle meniscus is short, the ink ejection efficiency and ejection stability are high, and even if foreign matter such as bubbles or dust enters the ink, the ink operates normally without being affected by this. doing.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

しかしながら、上記の従来技術では、上記圧力発生部
材が、均一な断面形状を成す平板にて梁状に構成されて
いる為、圧力発生部材とノズルとの間隔を安定にするこ
とが出来ても、圧力発生部材が変位するとき、その支持
端のモーメントは、上記の圧力発生部材が発生するモー
メントとは逆の方向に曲がらなくてはならない為、発生
する変位は効果的に得られてはいなかった。そのため、
梁を長くする必要があり、ヘッドの寸法が大きくなって
しまうという欠点があった。また、印加電圧も高くしな
ければ、十分な変位を得ることができなかった。
However, in the above-described conventional technology, the pressure generating member is formed in a beam shape by a flat plate having a uniform cross-sectional shape. Therefore, even if the distance between the pressure generating member and the nozzle can be stabilized, When the pressure generating member is displaced, the moment at its support end must bend in the opposite direction to the moment generated by the pressure generating member, so that the generated displacement has not been obtained effectively. . for that reason,
There is a drawback that the beam needs to be lengthened and the size of the head increases. In addition, a sufficient displacement could not be obtained unless the applied voltage was increased.

そこで、本発明は、こうした問題を解決するもので、
その目的は、従来の特性と同等以上の性能を有しながら
も、より低電圧で必要とされる変位を得ることが可能で
あり、かつ小型化を実現しうる、低コストで、高性能な
インクジェットヘッドを提供ことにある。
Therefore, the present invention solves such a problem.
The objective is to achieve the required displacement at lower voltage while having the same or better performance as the conventional characteristics, and to realize miniaturization, low cost, high performance. An inkjet head is provided.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明のインクジェットヘッドを構成するノズル形成
基板には、インクの吐出口となる複数のノズルが形成さ
れており、前記ノズル形成基板に貼合わされる圧力発生
部材は、弾性材料層と、圧電材料層とから成り、上記圧
力発生部材の支持されている両端近傍の圧電材料層と弾
性材料層との厚さ方向の構成関係と、上記圧力発生部材
の中央部近傍の圧電材料層と弾性材料層との厚さ方向の
構成関係とが、異っていることを特徴としている。
The nozzle forming substrate constituting the ink jet head of the present invention has a plurality of nozzles serving as ink ejection ports, and the pressure generating member attached to the nozzle forming substrate includes an elastic material layer and a piezoelectric material layer. And the thickness-wise structural relationship between the piezoelectric material layer and the elastic material layer near both ends where the pressure generating member is supported, and the piezoelectric material layer and the elastic material layer near the center of the pressure generating member. Is characterized in that the structural relationship in the thickness direction is different.

〔作用〕[Action]

本発明は、上記のような構成としたので、上記圧力発
生部材の、支持端近傍と、中央部近傍において、梁は無
理なく変形する。こうする事によって、上記圧力発生部
材自体の動作効率を向上させると共に、振動特性をも向
上し、インクの吐出特性を飛躍的に向上させることがで
きる。こうして、従来の特性と同等以上の性能を有しな
がらも、より低電圧で必要とされる変位を得ることが可
能である。
Since the present invention is configured as described above, the beam is easily deformed in the vicinity of the support end and in the vicinity of the center of the pressure generating member. By doing so, the operating efficiency of the pressure generating member itself can be improved, the vibration characteristics can be improved, and the ink discharge characteristics can be dramatically improved. In this way, it is possible to obtain the required displacement at a lower voltage while having performance equal to or higher than the conventional characteristics.

〔実施例〕〔Example〕

以下に本発明による実施例の詳細を図面を参照して説
明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図(a)、(b)は、本発明の第1実施例を示す
インクジェットヘッド主要部の上面図、及び断面図であ
る。
1 (a) and 1 (b) are a top view and a sectional view of a main part of an ink jet head showing a first embodiment of the present invention.

第1図(a)中に示すように、ノズル形成基板11に
は、ノズル10が、l=0.33mmの間隔にて配列されてい
る。
As shown in FIG. 1A, the nozzles 10 are arranged on the nozzle forming substrate 11 at intervals of 1 = 0.33 mm.

第1図(b)中に示すように、圧力発生部材12は、30
μm程度の厚さで、長手方向に対して凹型断面形状を有
する圧電材料層13と、厚い部分で15μm程度の厚さを有
し、薄い部分で5μm程度の厚さを有する弾性材料層14
aと14bとから成る。上記圧力発生部材12は長手方向に2m
m、幅0.2mmの両持ち梁構造を有している。また、圧力発
生部材12は梁の長手方向に対して2分の1程度の長さを
有するA部と厚さ方向に逆の構成関係をもつ両端のB部
から構成されている。
As shown in FIG. 1B, the pressure generating member 12
a piezoelectric material layer 13 having a thickness of about μm and having a concave cross-sectional shape in the longitudinal direction, and an elastic material layer 14 having a thickness of about 15 μm in a thick part and a thickness of about 5 μm in a thin part.
a and 14b. The pressure generating member 12 is 2 m in the longitudinal direction.
It has a double-ended beam structure with a width of 0.2 mm and a width of 0.2 mm. The pressure generating member 12 is composed of a portion A having a length of about one-half the longitudinal direction of the beam and portions B at both ends having a configuration relationship opposite in the thickness direction.

この様な構造にする事によって、電圧印加時にA部と
B部には、それぞれ逆のモーメントが発生し、図中矢印
に示すように反対方向の曲率を有して変位する。こうし
て両持ち梁構造を成す上記圧力発生部材12は無理なく効
果的に変位を発生する。
With such a structure, opposite moments are generated in the portions A and B when a voltage is applied, and the portions A and B are displaced with curvatures in opposite directions as indicated by arrows in the drawing. In this way, the pressure generating member 12 having the doubly supported structure generates displacement effectively and reasonably.

第2図(a)、(b)は、本発明の第2実施例を示す
インクジェットヘッド主要部の上面図、及び断面図であ
る。
FIGS. 2 (a) and 2 (b) are a top view and a sectional view of a main part of an ink jet head showing a second embodiment of the present invention.

第2図(a)中に示すように、ノズル形成基板11に
は、ノズル10が、l=0.33mmの間隔にて配列されてい
る。
As shown in FIG. 2A, the nozzles 10 are arranged on the nozzle forming substrate 11 at intervals of 1 = 0.33 mm.

第2図(b)中に示すように、圧力発生部材12は、30
μm程度の厚さで、長手方向に対して凹型断面形状を有
する圧電材料層13と、厚い部分で20μm程度の厚さを有
し、薄い部分で5μm程度の厚さを有する弾性材料層14
aと均一に30μm程度の厚さを持つ弾性材料層14bとから
構成されている。
As shown in FIG. 2 (b), the pressure generating member 12
a piezoelectric material layer 13 having a thickness of about μm and having a concave cross-sectional shape in the longitudinal direction, and an elastic material layer 14 having a thickness of about 20 μm in a thick portion and a thickness of about 5 μm in a thin portion.
a and an elastic material layer 14b having a uniform thickness of about 30 μm.

この様な構造にする事によって、電圧印加時にB部は
図中矢印に示すようなモーメントを発生して、上記圧力
発生部材12は点線状に変位する。
With such a structure, the portion B generates a moment as shown by an arrow in the drawing when a voltage is applied, and the pressure generating member 12 is displaced in a dotted line.

第3図(a)、(b)は、本発明の第3実施例を示す
インクジェットヘッド主要部の上面図、及び断面図であ
る。
FIGS. 3 (a) and 3 (b) are a top view and a sectional view of a main part of an ink jet head showing a third embodiment of the present invention.

第3図(a)中に示すように、ノズル形成基板11に
は、ノズル10が、l=0.33mmの間隔にて配列されてい
る。
As shown in FIG. 3A, the nozzles 10 are arranged on the nozzle forming substrate 11 at intervals of 1 = 0.33 mm.

第3図(b)中に示すように、圧力発生部材12は、30
μm程度の厚さで、長手方向に対して凸型断面形状を有
する圧電材料層13と、均一な厚さ30μm程度を有する弾
性材料層14aと、厚い部分で20μm程度の厚さを有し、
薄い部分で5μm程度の厚さを有する弾性材料層14bと
から成る。
As shown in FIG. 3 (b), the pressure generating member 12
With a thickness of about μm, a piezoelectric material layer 13 having a convex cross-sectional shape with respect to the longitudinal direction, an elastic material layer 14 a having a uniform thickness of about 30 μm, and a thick portion having a thickness of about 20 μm,
And an elastic material layer 14b having a thickness of about 5 μm in a thin portion.

この様な構造にする事によって、電圧印加時にA部は
図中矢印に示すようなモーメントを発生し、上記圧力発
生部材12は点線状に変位する。
With such a structure, the portion A generates a moment as shown by an arrow in the figure when a voltage is applied, and the pressure generating member 12 is displaced in a dotted line.

また、上記の第1〜3の実施例では、圧電材料層13の
厚さを30μm程度にする事によって、通常の24Vタイプ
のドライバーを使用して駆動させる事が可能となり、生
産コストを非常に安くすることができる。
Further, in the first to third embodiments, by setting the thickness of the piezoelectric material layer 13 to about 30 μm, the piezoelectric material layer 13 can be driven by using a normal 24 V type driver, which greatly reduces the production cost. Can be cheaper.

第4図は、本発明におけるインクジェットヘッドを搭
載したプリンタの斜視図である。1は本発明のインクジ
ェットヘッドであり、2はその電源ラインである。3は
記録媒体である記録紙、4はプラテンである。プラテン
4が図中矢印Pの方向に回転することにより、記録紙3
は図中矢印Mの方向に送られる。この時インクジェット
ヘッド1は、図中矢印L、Rの方向に移動しながら記録
紙3の表面上にインク像を形成していく。
FIG. 4 is a perspective view of a printer equipped with the inkjet head according to the present invention. 1 is an inkjet head of the present invention, and 2 is its power supply line. Reference numeral 3 denotes a recording paper as a recording medium, and 4 denotes a platen. The rotation of the platen 4 in the direction of arrow P in FIG.
Is sent in the direction of arrow M in the figure. At this time, the inkjet head 1 forms an ink image on the surface of the recording paper 3 while moving in the directions of arrows L and R in the figure.

両持ち梁構造を持つ圧力発生部材の変位δは、(1)
式に示すように、長手方向の長さL0の2乗と、電界強度
Eに比例し、厚さTに反比例する。
The displacement δ of the pressure generating member having a doubly supported beam structure is (1)
As shown in the equation, it is proportional to the square of the length L 0 in the longitudinal direction, the electric field strength E, and inversely proportional to the thickness T.

δ∝L0 2・E/T ・・・(1) また、(2)式に示すように、振動周期ωは、厚さT
に比例し、長手方向の長さLの2乗に反比例するという
特徴を有している。
δ∝L 0 2 · E / T (1) Also, as shown in the equation (2), the oscillation period ω is the thickness T
And is inversely proportional to the square of the length L in the longitudinal direction.

ω∝T/L0 2 ・・・(2) よって、従来の圧力発生部材に対して、本実施例によ
る圧力発生部材12の厚さを薄く構成することによって、
より低電圧で必要とされる変位を得ることが可能であ
る。
ω∝T / L 0 2 (2) Therefore, by making the thickness of the pressure generating member 12 according to the present embodiment thinner than the conventional pressure generating member,
It is possible to obtain the required displacement at lower voltages.

更に、厚さTと、長手方向の長さL0の2乗との比が一
定であれば、同等の振動周期ωと変位δを得ることが出
来るので、従来の圧力発生部材に対して、本実施例によ
る圧力発生部材12の厚さを、薄くすることによって長手
方向の長さを短くしても同等のインク吐出特性を得るこ
とが可能である。
Furthermore, if the ratio of the thickness T to the square of the length L 0 in the longitudinal direction is constant, the same vibration period ω and displacement δ can be obtained, By reducing the thickness of the pressure generating member 12 according to the present embodiment, it is possible to obtain the same ink ejection characteristics even if the length in the longitudinal direction is reduced.

ノズルに関しては、本実施例では形状が円筒形である
が、このことはノズル形状に何ら制限を加えるものでは
なく、本発明において、ノズルがどのような形状をして
いてもよいことは発明の主旨上明白である。
Regarding the nozzle, the shape is cylindrical in the present embodiment, but this does not impose any restrictions on the nozzle shape, and in the present invention, it is possible that the nozzle may have any shape. It is clear in the gist.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によって、以上説明したように、変形効率は向
上し、低電圧での駆動が可能となり、飛躍的な低ランニ
ングコスト化を実現することが出来る。ちなみに、前記
実施例に示したように、圧電材料層の厚さを30μm程度
にすることによって、通常の24Vタイプのドライバーを
使用して駆動させることが可能となり、生産コスト及
び、ランニングコストを非常に安くすることが出来る。
According to the present invention, as described above, the deformation efficiency is improved, the driving at a low voltage becomes possible, and a drastic reduction in running cost can be realized. By the way, as shown in the above-described embodiment, by setting the thickness of the piezoelectric material layer to about 30 μm, it becomes possible to drive the piezoelectric material layer using a normal 24 V type driver, which greatly reduces production cost and running cost. Can be cheaper.

更には、必要とされるインクの吐出特性を、より小型
化したインクジェットヘッドを構成して得ることが出来
るので、ドットの高集積化をも可能となり、印字品質に
優れたプリンターを提供することが出来る。
Furthermore, since the required ink ejection characteristics can be obtained by constructing a more miniaturized inkjet head, high integration of dots can be achieved, and a printer with excellent print quality can be provided. I can do it.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図(a),(b)は本発明による第1実施例を示す
インクジェットヘッド主要部の上面図、及び、断面図。 第2図(a),(b)は本発明による第2実施例を示す
インクジェットヘッド主要部の上面図、及び、断面図。 第3図(a),(b)は本発明による第3実施例を示す
インクジェットヘッド主要部の上面図、及び、断面図。 第4図は本発明による一実施例を示すインクジェットヘ
ッドを搭載したプリンタの斜視図。 1……インクジェットヘッド 2……インクジェットヘッド電源ライン 3……記録紙 4……プラテン 10……ノズル 11……ノズル形成基板 12……圧力発生部材 13……圧電材料層 14……弾性材料層 15……スペーサ
1 (a) and 1 (b) are a top view and a cross-sectional view of a main part of an ink jet head showing a first embodiment according to the present invention. 2 (a) and 2 (b) are a top view and a sectional view of a main part of an ink jet head showing a second embodiment according to the present invention. 3 (a) and 3 (b) are a top view and a sectional view of a main part of an ink jet head showing a third embodiment according to the present invention. FIG. 4 is a perspective view of a printer equipped with an ink jet head showing an embodiment according to the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Inkjet head 2 ... Inkjet head power supply line 3 ... Recording paper 4 ... Platen 10 ... Nozzle 11 ... Nozzle forming substrate 12 ... Pressure generating member 13 ... Piezoelectric material layer 14 ... Elastic material layer 15 ……Spacer

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】複数のノズル開口を有するノズル形成基板
と、このノズル形成基板に対向して配設された複数の圧
力発生部材とを有するインクジェットヘッドにおいて、 前記圧力発生部材が圧電材料層と弾性材料層からなり、
前記圧力発生部材の両端が支持されると共に、前記圧力
発生部材の支持端部と、前記圧力発生部材の中央部は逆
のモーメントが発生するよう形成されているインクジェ
ットヘッド。
1. An ink jet head comprising: a nozzle forming substrate having a plurality of nozzle openings; and a plurality of pressure generating members disposed to face the nozzle forming substrate, wherein the pressure generating members are formed of a piezoelectric material layer and an elastic material. Consisting of material layers,
An inkjet head in which both ends of the pressure generating member are supported, and a supporting end of the pressure generating member and a central portion of the pressure generating member are formed so as to generate opposite moments.
【請求項2】前記圧電材料層の厚さが部分的に異なるこ
とを特徴とする請求項1に記載のインクジェットヘッ
ド。
2. The ink jet head according to claim 1, wherein the thickness of the piezoelectric material layer is partially different.
【請求項3】複数のノズル開口を有するノズル形成基板
と、このノズル形成基板に対向して配設された複数の圧
力発生部材とを有するインクジェットヘッドにおいて、 前記圧力発生部材が部分的に厚さの異なる圧電材料層と
部分的に厚さの異なる弾性材料層で構成され、前記部分
的に厚さの異なる圧電材料層が前記部分的に厚さの異な
る弾性材料層で挟まれて圧力発生部材を構成しているこ
とを特徴とするインクジェットヘッド。
3. An ink jet head comprising: a nozzle forming substrate having a plurality of nozzle openings; and a plurality of pressure generating members disposed to face the nozzle forming substrate, wherein the pressure generating member has a partial thickness. And a pressure-generating member, wherein the piezoelectric material layer partially different in thickness is sandwiched between the elastic material layers partially different in thickness from the piezoelectric material layer different in thickness. An ink jet head comprising:
【請求項4】複数のノズル開口を有するノズル形成基板
と、このノズル形成基板に対向して配設された複数の圧
力発生部材とを有するインクジェットヘッドにおいて、 前記圧力発生部材が圧電材料層と弾性材料層からなり、
前記圧力発生部材内で異なるモーメントが働くように前
記圧電材料層の厚さを部分的に異ならせて構成させてい
ることを特徴とするインクジェットヘッド。
4. An ink jet head comprising: a nozzle forming substrate having a plurality of nozzle openings; and a plurality of pressure generating members disposed to face the nozzle forming substrate, wherein the pressure generating member is formed of a piezoelectric material layer and an elastic material. Consisting of material layers,
An ink jet head, wherein the thickness of the piezoelectric material layer is partially varied so that different moments act in the pressure generating member.
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