JP3213859B2 - Ink jet recording head - Google Patents

Ink jet recording head

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JP3213859B2
JP3213859B2 JP9139493A JP9139493A JP3213859B2 JP 3213859 B2 JP3213859 B2 JP 3213859B2 JP 9139493 A JP9139493 A JP 9139493A JP 9139493 A JP9139493 A JP 9139493A JP 3213859 B2 JP3213859 B2 JP 3213859B2
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pressure chamber
piezoelectric element
plate
pressure
nozzle
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強 北原
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はインク滴を飛翔させ記録
紙等の媒体上にインク像を形成するインクジェット方式
の記録装置に関し、さらに詳細には、複数のノズルを有
するオンデマンドインクジェットヘッドへの構造に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ink jet recording apparatus for forming an ink image on a medium such as recording paper by flying ink droplets, and more particularly, to an on-demand ink jet head having a plurality of nozzles. Regarding the structure.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のインクジェット式記録ヘッドとし
て、特開平3−187757号公報、特開平3−288
648号公報、特開平1−115638号公報、米国特
許第4439780号明細書等が知られている。
2. Description of the Related Art Conventional ink jet recording heads are disclosed in JP-A-3-187775 and JP-A-3-288.
No. 648, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-115638, and U.S. Pat. No. 4,439,780 are known.

【0003】特開平3−187757号公報では、図1
2に示すように、圧電素子からなるベースブロックと覆
板部材とSi基材からなる流路ブロックとを積層してイ
ンクジェット式記録ヘッドを構成している。特に、圧電
素子は、駆動用と流路ブロック支持用に交互に分断され
ている。支持用ベースブロックは覆板部材を介して流路
ブロックの隔壁を支持している。圧電素子をダイシング
加工する過程で駆動用圧電素子と支持用圧電素子を形成
したことにより、構成が簡素化しコスト低減が図れると
いう特徴を有する。
In Japanese Patent Laid-Open Publication No. 3-187775, FIG.
As shown in FIG. 2, an ink jet recording head is formed by laminating a base block made of a piezoelectric element, a cover plate member, and a flow path block made of a Si base material. In particular, the piezoelectric element is alternately divided for driving and for supporting the flow path block. The supporting base block supports the partition wall of the flow path block via the cover plate member. Since the driving piezoelectric element and the supporting piezoelectric element are formed in the process of dicing the piezoelectric element, the configuration is simplified and the cost can be reduced.

【0004】特開平3−288648号公報では、図1
3に示すように、圧電素子に形成された溝を弾性体で充
填する構成である。溝内の圧電素子の変形部近傍の弾性
体の弾性率を小さくすることにより、弾性体を介した振
動の伝搬によるクロストークを低減できるという特徴を
有する。
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-288648, FIG.
As shown in FIG. 3, a groove formed in the piezoelectric element is filled with an elastic body. By reducing the elastic modulus of the elastic body near the deformed portion of the piezoelectric element in the groove, crosstalk due to propagation of vibration through the elastic body can be reduced.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記従来例のインクジ
ェット式記録ヘッドは、圧力室の隔壁部を支持用圧電素
子や充填された弾性体で支持する構成である。しかし、
特開平3−187757号公報の従来例では、隔壁を圧
電素子のみで支持しているため、列設された駆動用圧電
素子を同時に全数駆動した場合、支持力が不足し流路ブ
ロック全体がベースブロックから離れる方向に運動して
しまうという問題点を有している。さらに、1つの駆動
用圧電素子の駆動の影響が流路ブロック全体の運動とし
て伝搬し、他のノズルから吐出されるインク滴の飛翔形
態を乱してしまうという問題点を有している。また、特
公平3−288648号公報の従来例では、弾性体の周
囲に柔らかい弾性体を設けているため、インク滴を飛翔
させる時に圧力室の内部に発生する圧力の影響で弾性体
と接合している隔壁がノズルプレート方向に運動してし
まうという問題点を有している。また、柔らかい弾性体
が圧力室の構成要素の1つとして、圧力室に面している
ために、圧力室の剛性コンプライアンスが大きくなると
いう問題点も有している。
The above-described conventional ink jet recording head has a structure in which a partition wall of a pressure chamber is supported by a supporting piezoelectric element or a filled elastic body. But,
In the conventional example of JP-A-3-187775, since the partition walls are supported only by the piezoelectric elements, when all of the driving piezoelectric elements arranged in a row are simultaneously driven, the supporting force is insufficient and the entire flow path block is base. There is a problem that the robot moves away from the block. Further, there is a problem that the influence of the driving of one driving piezoelectric element propagates as the movement of the entire flow path block, and disturbs the flying form of the ink droplet ejected from another nozzle. Further, in the conventional example of Japanese Patent Publication No. 3-288648, a soft elastic body is provided around the elastic body, so that the ink droplet is joined to the elastic body under the influence of the pressure generated inside the pressure chamber when the ink droplet is caused to fly. There is a problem that the partition wall moves in the direction of the nozzle plate. In addition, since the soft elastic body faces the pressure chamber as one of the components of the pressure chamber, there is also a problem that the rigidity compliance of the pressure chamber increases.

【0006】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであって、その目的とするところは、インク滴を飛
翔させる過程で圧力室に発生する高い圧力に対して、隔
壁が変形することのない、クロストークの発生がない印
字品質の優れたインクジェット式記録ヘッドを提供する
ことである。
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a partition wall which is deformed by a high pressure generated in a pressure chamber in a process of flying ink droplets. An object of the present invention is to provide an ink jet type recording head which is excellent in printing quality and free from crosstalk.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
式記録ヘッドは、一端が基台に固定され,また他端に圧
力板を固定されて列設された圧電素子と、圧電素子と1
対1に対応した圧力室と,該圧力室を仕切る隔壁と,圧
力室に連通するノズルと、圧力室に連通するインク供給
口と、圧力室と圧力板を仕切る可撓部材と、圧電素子の
列の両側に平行に配置された第1、第2のフレームとを
備え、第1、第2のフレームと可撓部材の間に隔壁と対
向し、かつ可撓部材を介して一体に固定されたブリッジ
部材を有することを特徴とする。
According to the present invention, there is provided an ink jet recording head comprising: a piezoelectric element having one end fixed to a base and a pressure plate fixed to the other end;
A pressure chamber corresponding to the pressure chamber, a partition partitioning the pressure chamber, a nozzle communicating with the pressure chamber, an ink supply port communicating with the pressure chamber, a flexible member separating the pressure chamber and the pressure plate, and a piezoelectric element. First and second frames arranged in parallel on both sides of the row, facing the partition between the first and second frames and the flexible member, and integrally fixed via the flexible member And a bridge member.

【0008】また、本発明のもう1つのインクジェット
式記録ヘッドは、一端を基台に固定し他端を圧力板に固
定して列設された圧電素子と、前記圧電素子に1対1に
対応した圧力室と、前記圧力室を仕切る隔壁と、前記圧
力室に連通して前記圧力室の一端に設けられたノズル
と、前記圧力室に連通して前記圧力室の他端に設けられ
た供給口と、前記圧力室と前記圧力板を仕切る可撓部材
と、前記圧電素子の列の両側に平行に列設された第1、
第2のフレームを有するインクジェット式記録ヘッドで
あって、前記ノズルが連通している部分の前記圧力室の
一面が前記可撓部材と前記弾性板を介して前記第1のフ
レームに面していることを特徴とする。
Further, another ink jet recording head according to the present invention has a piezoelectric element arranged with one end fixed to a base and the other end fixed to a pressure plate, one for one corresponding to the piezoelectric element. Pressure chamber, a partition partitioning the pressure chamber, a nozzle provided at one end of the pressure chamber in communication with the pressure chamber, and a supply provided in the other end of the pressure chamber in communication with the pressure chamber. A mouth, a flexible member partitioning the pressure chamber and the pressure plate, and first and second rows arranged in parallel on both sides of the row of the piezoelectric elements.
An ink jet recording head having a second frame, wherein one surface of the pressure chamber at a portion where the nozzle communicates faces the first frame via the flexible member and the elastic plate. It is characterized by the following.

【0009】[0009]

【作用】本発明の上記構成によれば、圧力室を仕切る隔
壁部が剛性の高い第1のフレームから第2のフレームに
わたって支持されている。さらに、隔壁部はノズルプレ
ートと隔壁と可撓部材と弾性板の積層構造になってい
る。そのため、駆動用圧電素子を駆動させノズルからイ
ンク滴を飛翔させる過程において、圧力室の内部に発生
する圧力振動を隔壁部の曲げ剛性で支持することがで
き、その結果隔壁部の変形を実質的に抑えることができ
る。同時に、隣接する圧力室の変形を実質的に抑えるこ
ともできる。
According to the above construction of the present invention, the partition wall partitioning the pressure chamber is supported from the first frame having high rigidity to the second frame. Further, the partition has a laminated structure of a nozzle plate, a partition, a flexible member, and an elastic plate. Therefore, in the process of driving the driving piezoelectric element and causing the ink droplets to fly from the nozzles, the pressure vibration generated inside the pressure chamber can be supported by the bending rigidity of the partition, and as a result, the deformation of the partition is substantially suppressed. Can be suppressed. At the same time, the deformation of the adjacent pressure chamber can be substantially suppressed.

【0010】[0010]

【実施例】図1は、本発明の第1の実施例のインクジェ
ット式記録ヘッドを搭載したインクジェット記録装置の
斜視図である。インクジェット式記録ヘッド1(以下ヘ
ッドという)は、転写ドラム3に対向して設置されてい
る。また、ヘッド1はキャリッジ5に搭載されキャリッ
ジガイド軸6に沿ってドラム3の軸方向に間欠移動でき
るように構成されている。ヘッド1の背面にインク供給
パイプ4、4、4、4が連結されていて、図示しないイ
ンクタンクからインクを供給する。ドラム3にはドラム
軸2が設けられている。ドラム軸2は図示しないドラム
回転用モータと連結している。定着ローラ8は、ドラム
3の軸方向と平行に、且つドラム3に近接している。定
着ローラ8の両端には定着ローラ軸9が設けられてい
て、図示しない離接手段を動作させることによりドラム
3と離接するように構成されている。記録用紙7は紙送
りローラ10、11を経てドラム3と定着ローラ8の間
隙から排出されるように構成されている。記録用紙7へ
インク像を形成する一連の動作について説明する。ドラ
ム3を回転させながらヘッド1からドラム3の表面にイ
ンク滴を飛翔させインク像を形成する。ドラム3が1回
転する毎にヘッド1をキャリッジガイド軸6に沿って間
欠送りさせる。ドラム3の表面全体へインク像の形成を
行なった後、記録用紙7をドラム3と定着ローラ8の間
隙に送り込み、接離手段を動作させ定着ローラ8とドラ
ム3の間に記録用紙7を挟み込む。ドラム3を12矢視
方向へ、定着ローラ8を13矢視方向へ転動させながら
ドラム3の表面のインク像を記録用紙7の表面に転写す
る。上記構成及び動作により、本実施例のインクジェッ
ト記録装置はニジミのない鮮明な画像を記録用紙面に形
成することができる。
FIG. 1 is a perspective view of an ink jet recording apparatus equipped with an ink jet recording head according to a first embodiment of the present invention. The ink jet recording head 1 (hereinafter, referred to as a head) is installed to face the transfer drum 3. The head 1 is mounted on a carriage 5 and is configured to be intermittently movable in the axial direction of the drum 3 along a carriage guide shaft 6. The ink supply pipes 4, 4, 4, and 4 are connected to the back of the head 1 to supply ink from an ink tank (not shown). The drum 3 is provided with a drum shaft 2. The drum shaft 2 is connected to a drum rotation motor (not shown). The fixing roller 8 is parallel to the axial direction of the drum 3 and is close to the drum 3. A fixing roller shaft 9 is provided at both ends of the fixing roller 8, and is configured so as to be separated from and connected to the drum 3 by operating a separating means (not shown). The recording paper 7 is configured to be discharged from the gap between the drum 3 and the fixing roller 8 via the paper feed rollers 10 and 11. A series of operations for forming an ink image on the recording paper 7 will be described. While rotating the drum 3, ink droplets fly from the head 1 to the surface of the drum 3 to form an ink image. The head 1 is intermittently fed along the carriage guide shaft 6 each time the drum 3 makes one rotation. After an ink image is formed on the entire surface of the drum 3, the recording paper 7 is fed into the gap between the drum 3 and the fixing roller 8, and the contact / separation means is operated to sandwich the recording paper 7 between the fixing roller 8 and the drum 3. . The ink image on the surface of the drum 3 is transferred onto the surface of the recording paper 7 while rotating the drum 3 in the direction of arrow 12 and the fixing roller 8 in the direction of arrow 13. With the above configuration and operation, the inkjet recording apparatus of the present embodiment can form a clear image without blurring on the recording paper surface.

【0011】図2は、本発明の第1の実施例のインクジ
ェット式記録ヘッドの分解斜視図である。圧電素子21
は、基台20の上面に列設している。圧電素子21は、
基台20に固定された後ダイシングソーにより分断され
構成されている。圧電素子21は、圧電材料からなる薄
板と電極板を交互にサンドイッチ状に積層した積層型圧
電素子となっている。圧電素子21の側面には外部電極
が形成されている。一方の外部電極は圧電材料をサンド
イッチしている電極のどれか一方と、もう一方の外部電
極はサンドイッチしている電極の他方と電気的に接続さ
れている。この積層型圧電素子によれば電極間距離を可
及的に小さくすることができるため、駆動信号の電圧を
下げることができるという効果がある。基台20の一方
の側面36には全面にわたって共通電極が設けられてい
て、圧電素子21、21、21・・・の一方の外部電極
と電気的に接続されている。また、基台20の他方の側
面37には複数のセグメント電極が設けられていて、セ
グメント電極と圧電素子21の他方の外部電極が1対1
に対応して電気的に接続されている。側面36、37に
設けられた電極は、図示しないフレキシブル配線板を経
由して駆動回路に電気的に接続されている。基台20
は、圧電素子21が確実に振動するように、音響インピ
ーダンスの大きい弾性部材からなっている。27は流路
板であり、アルミニウムまたは樹脂またはアルミナから
なっている。流路板27には、2箇所の凹部25、26
が平行に設けられている。凹部25、26はインク供給
パイプ4と連通しており、インクを圧力室35に供給す
る機能を果たすようになっている。凹部25、26の内
側に第1のフレーム23と第2のフレーム24が平行に
設けられている。第1、第2のフレーム23、24は流
路板27の一部であると共に、凹部25、26を構成す
る構成部材の一部でもある。第1、第2のフレーム2
3、24の間隙に基台20と圧電素子21からなる振動
子ユニットが挿入される。基台20の側面36、37と
第1、第2のフレーム23、24は接着剤で強固に固定
されている。圧電素子21の頂部38と第1、第2のフ
レームの上面39は略同一平面になるように構成されて
いる。22は、弾性板であり、厚さ20〜100μmの
ニッケル、ステンレス等の金属板からなっている。弾性
板22は流路板27の上面39に強固に接着材等により
接合されている。弾性板22には、ブリッジ14が設け
られている。41は、圧力板であり、弾性板22と同様
に厚さ20〜100μmのニッケル、ステンレス等の金
属板からなっている。圧力板41は頂部38と強固に接
合されている。28は、可撓部材であり、厚さ10〜1
00μmのポリイミドフィルムや厚さ1〜30μmのニ
ッケル、ステンレス等の金属箔からなっている。可撓部
材28は、圧力板41と弾性板22に接合されている。
可撓部材28には、凹部25、26に対応した切り欠き
部29、30が形成されている。31は、スペーサであ
り、厚さ10〜200μmのステンレス材、または縦弾
性率10×1010Pa以上の弾性材からなっている。ス
ペーサ31には、エッチング加工により孔部40と隔壁
32が形成されている。スペーサ31は、孔部40が圧
力板41に、隔壁32が弾性板22のブリッジ14にそ
れぞれ対応するように、可撓部材28に強固に接合され
ている。33は、ノズルプレートであり、厚さ30〜2
00μmのステンレス材、または縦弾性率10×1010
Pa以上の弾性材からなっている。ノズルプレート33
には、ノズル34、34、34・・・がプレス加工によ
り穿設されている。ノズル34の開口部の径は、Φ30
〜60μmとなっている。ノズルプレート33は、直線
状に列設されたノズル34、34、34・・・がスペー
サ31の孔部40、40、40・・・とそれぞれ対応す
るように、スペーサ31に強固に接合されている。
FIG. 2 is an exploded perspective view of the ink jet recording head according to the first embodiment of the present invention. Piezoelectric element 21
Are arranged in a row on the upper surface of the base 20. The piezoelectric element 21
After being fixed to the base 20, it is divided by a dicing saw. The piezoelectric element 21 is a stacked piezoelectric element in which thin plates made of a piezoelectric material and electrode plates are alternately stacked in a sandwich shape. External electrodes are formed on the side surfaces of the piezoelectric element 21. One of the external electrodes is electrically connected to one of the electrodes sandwiching the piezoelectric material, and the other external electrode is electrically connected to the other of the sandwiched electrodes. According to this laminated piezoelectric element, the distance between the electrodes can be made as small as possible, so that the voltage of the drive signal can be reduced. A common electrode is provided on one side surface 36 of the base 20 over the entire surface, and is electrically connected to one external electrode of the piezoelectric elements 21, 21, 21. A plurality of segment electrodes are provided on the other side surface 37 of the base 20, and the segment electrodes and the other external electrodes of the piezoelectric element 21 are in one-to-one correspondence.
Are electrically connected. The electrodes provided on the side surfaces 36 and 37 are electrically connected to a drive circuit via a flexible wiring board (not shown). Base 20
Is made of an elastic member having a large acoustic impedance so that the piezoelectric element 21 vibrates reliably. Reference numeral 27 denotes a channel plate, which is made of aluminum, resin, or alumina. The channel plate 27 has two concave portions 25 and 26.
Are provided in parallel. The recesses 25 and 26 are in communication with the ink supply pipe 4 and serve to supply ink to the pressure chamber 35. A first frame 23 and a second frame 24 are provided inside the recesses 25 and 26 in parallel. The first and second frames 23 and 24 are a part of the flow path plate 27 and also a part of the constituent members forming the recesses 25 and 26. First and second frames 2
A vibrator unit including the base 20 and the piezoelectric element 21 is inserted into the gap between 3 and 24. The side surfaces 36 and 37 of the base 20 and the first and second frames 23 and 24 are firmly fixed with an adhesive. The top 38 of the piezoelectric element 21 and the upper surfaces 39 of the first and second frames are configured to be substantially coplanar. Reference numeral 22 denotes an elastic plate made of a metal plate such as nickel or stainless steel having a thickness of 20 to 100 μm. The elastic plate 22 is firmly joined to the upper surface 39 of the flow path plate 27 by an adhesive or the like. The bridge 14 is provided on the elastic plate 22. Reference numeral 41 denotes a pressure plate, which is made of a metal plate such as nickel or stainless steel having a thickness of 20 to 100 μm, like the elastic plate 22. The pressure plate 41 is firmly joined to the top 38. 28 is a flexible member having a thickness of 10 to 1
It is made of a polyimide film of 00 μm or a metal foil of nickel or stainless steel having a thickness of 1 to 30 μm. The flexible member 28 is joined to the pressure plate 41 and the elastic plate 22.
Notches 29 and 30 corresponding to the recesses 25 and 26 are formed in the flexible member 28. Reference numeral 31 denotes a spacer made of a stainless steel material having a thickness of 10 to 200 μm or an elastic material having a longitudinal elastic modulus of 10 × 10 10 Pa or more. A hole 40 and a partition 32 are formed in the spacer 31 by etching. The spacer 31 is firmly joined to the flexible member 28 such that the hole 40 corresponds to the pressure plate 41 and the partition 32 corresponds to the bridge 14 of the elastic plate 22. 33 is a nozzle plate having a thickness of 30 to 2
00 μm stainless steel or longitudinal elastic modulus 10 × 10 10
It is made of an elastic material of Pa or more. Nozzle plate 33
Are provided with nozzles 34, 34, 34,... By pressing. The diameter of the opening of the nozzle 34 is Φ30
6060 μm. The nozzle plate 33 is firmly joined to the spacer 31 such that the nozzles 34, 34, 34,... Arranged in a straight line correspond to the holes 40, 40, 40,. I have.

【0012】図3(a)(b)は、それぞれ上述したイ
ンクジェット記録ヘッドのノズル開口配列方向の断面構
造を示すものであって、圧力室35は、スペーサ31の
隔壁32により水平方向が区画され、上下をノズルプレ
ート33と可撓部材28により封止されて構成されてい
る。この圧力室35にはノズルプレート33に穿設され
たノズル開口34と、基台20に固定された圧電素子2
1が対向している。圧電素子21の先端は圧力板41を
介して可撓部材28に当接し、圧力発生室35を膨張、
収縮させることができるようになっている。圧力部材4
1、41間には、両側が流路板27の上面39で支持さ
れたブリッジ14がスペーサ31の隔壁32に対向する
ように配置されている。このため可撓部材28は、上、
及び下の面を隔壁32と,弾性板22に形成されたブリ
ッジ14により挟持されることになる。そして、ノズル
プレート33、隔壁32、可撓部材28、及びブリッジ
14は、それぞれ相互に接着剤により一体に強固に接着
され、またブリッジ14は、フレーム24の圧電素子通
孔程度の狭い間隔を隔てて両側を流路板27の上面39
において十分な面積でもって接着剤により強固に固定さ
れている。このため、隔壁32とブリッジ14とが一体
となっていわゆるIビームと同様に機能するため、その
厚み、つまりノズル開口の配列方向の寸法が小さいのに
も関らず、圧電素子21の変形方向に対する強度が極め
て大きく、強い曲げ剛性を発揮する。この結果、解像度
を上げるためにノズル開口の配列ピッチが小さくなっ
て、ブリッジの横方向、つまりノズル開口の配列方向の
寸法を小さくせざるを得なくなっても十分な曲げ剛性を
持たせることが可能となる。
FIGS. 3 (a) and 3 (b) show cross-sectional structures in the nozzle opening arrangement direction of the above-described ink jet recording head. The pressure chamber 35 is partitioned in the horizontal direction by a partition wall 32 of a spacer 31. FIG. The upper and lower portions are sealed by a nozzle plate 33 and a flexible member 28. The pressure chamber 35 has a nozzle opening 34 formed in a nozzle plate 33 and a piezoelectric element 2 fixed to the base 20.
1 are facing each other. The tip of the piezoelectric element 21 contacts the flexible member 28 via the pressure plate 41 to expand the pressure generating chamber 35,
It can be contracted. Pressure member 4
Bridges 14, both sides of which are supported by the upper surface 39 of the flow path plate 27, are disposed between 1 and 41 so as to face the partition 32 of the spacer 31. For this reason, the flexible member 28
The lower surface is sandwiched between the partition wall 32 and the bridge 14 formed on the elastic plate 22. The nozzle plate 33, the partition wall 32, the flexible member 28, and the bridge 14 are integrally and firmly adhered to each other by an adhesive, and the bridge 14 is spaced apart from the frame 24 by a narrow space such as a piezoelectric element through hole. On both sides of the upper surface 39 of the channel plate 27
And is firmly fixed by an adhesive with a sufficient area. For this reason, since the partition 32 and the bridge 14 function integrally as a so-called I-beam, the deformation direction of the piezoelectric element 21 despite the small thickness thereof, that is, the dimension in the arrangement direction of the nozzle openings. Extremely high strength and strong bending rigidity. As a result, the arrangement pitch of the nozzle openings becomes smaller in order to increase the resolution, and sufficient bending rigidity can be provided even if the dimensions in the lateral direction of the bridge, that is, the arrangement direction of the nozzle openings have to be reduced. Becomes

【0013】図4は、本発明の第1の実施例をさらに詳
しく説明するためのインクジェット式記録ヘッドの部分
的な平面図であり、簡単のために第1、第2のフレーム
23、24と圧力板41と可撓部材28とスペーサ31
のみを取り出して表している。スペーサ31の孔部4
0、40、40・・・は長方形の開口であり、一端が凹
部25と、他端が凹部26と連通する様になっている。
隔壁32は第1のフレーム23の上面39から第2のフ
レーム24の上面39にわたって強固に接合されてい
る。43は、供給口であり凹部25と圧力室35の連通
部である。44も供給口であり、凹部26と圧力室35
の連通部である。圧力室35とは、供給口43から供給
口44までの、ノズルプレート33と隔壁32、32と
可撓部材28により囲まれた領域のことをいう。
FIG. 4 is a partial plan view of an ink jet type recording head for explaining the first embodiment of the present invention in further detail, and first and second frames 23 and 24 are provided for simplicity. Pressure plate 41, flexible member 28, and spacer 31
Only extracted and shown. Hole 4 of spacer 31
Are rectangular openings, one end of which is in communication with the recess 25, and the other end of which is in communication with the recess 26.
The partition 32 is firmly joined from the upper surface 39 of the first frame 23 to the upper surface 39 of the second frame 24. Reference numeral 43 denotes a supply port, which is a communicating portion between the recess 25 and the pressure chamber 35. 44 is also a supply port, and the recess 26 and the pressure chamber 35
It is a communication part. The pressure chamber 35 refers to a region between the supply port 43 and the supply port 44 and surrounded by the nozzle plate 33, the partitions 32, 32, and the flexible member 28.

【0014】次に、ヘッド1のインク滴を飛翔させるた
めの動作について説明する。待機状態において、圧電素
子21に電圧を印加しておく。電圧が印加された状態で
は、圧電素子21は圧電材料の積層方向に伸張してい
る。印字要求が出されると、圧電素子21に印加されて
いる電圧を徐々に低下させる。この電圧の低下に伴い圧
電素子21は徐々に収縮する。その結果、圧力室35の
内部の可撓部材28がノズルプレート33から離れる方
向に変位し、圧力室35は拡大変形する。この拡大変形
に伴いインクが供給口43、44とノズル34から圧力
室35の内部方向へ引き込まれる。次のステップとし
て、圧電素子21への印加電圧の低下を停止させる。そ
の結果圧電素子21の運動は停止する。しかし、ノズル
34から引き込まれる方向に流れるインクの運動エネル
ギーよりも供給口43、44から流れ込むインクの運動
エネルギーの方が大きいため、インクの流れ方向は、供
給口43、44からノズル34方向へ向かう慣性流とな
る。これは、ノズルメニスカスが引き込まれた部分がイ
ンクから気体に入れ替わった為である。一旦引き込まれ
たノズルメニスカスが、ノズル34方向への慣性流によ
り再びノズル開口部に戻るタイミングで圧電素子21に
徐々に電圧の印加を開始する。電圧の印加に伴い、圧電
素子は伸張変形を開始し、圧力室35が縮小変形する。
この変形に伴いノズル34から先端が球形のインク滴が
勢いよく飛翔する。本実施例のヘッド1は、隔壁部の曲
げ剛性が高いため剛性コンプライアンスが小さい構成で
あり、100kHz以上のヘルムホルツ共振周波数を有
するという特徴を有する。そのため、圧電素子21の伸
縮変形に伴う圧力室35の内部のインクの追従がよく、
慣性流が発達しやすいことが実験により確かめられてい
る。飛翔させたインク滴と同量のインクの供給を、従来
のヘッドではノズル34のメニスカスの毛細管力により
100〜200μsecの時間をかけて行なっていたの
に対し、本実施例のヘッド1では慣性力により5〜20
μsecの短時間で行なうようになっている。そのた
め、本実施例のヘッド1は10〜50kHzの駆動周波
数で駆動を行なっても連続して飛翔させるインク滴の速
度と体積が変化しないという特徴を有する。米国特許第
4459601号明細書においてヘルムホルツ共振周波
数に関する詳細な記述があるため、ここでの説明は省略
する。
Next, the operation for flying the ink droplets of the head 1 will be described. In the standby state, a voltage is applied to the piezoelectric element 21. In a state where a voltage is applied, the piezoelectric element 21 extends in the laminating direction of the piezoelectric material. When a print request is issued, the voltage applied to the piezoelectric element 21 is gradually reduced. As the voltage decreases, the piezoelectric element 21 contracts gradually. As a result, the flexible member 28 inside the pressure chamber 35 is displaced away from the nozzle plate 33, and the pressure chamber 35 is expanded and deformed. The ink is drawn from the supply ports 43 and 44 and the nozzle 34 toward the inside of the pressure chamber 35 with the expansion deformation. As the next step, the reduction of the voltage applied to the piezoelectric element 21 is stopped. As a result, the movement of the piezoelectric element 21 stops. However, since the kinetic energy of the ink flowing from the supply ports 43 and 44 is larger than the kinetic energy of the ink flowing in the direction drawn from the nozzle 34, the flow direction of the ink is from the supply ports 43 and 44 toward the nozzle 34. It becomes inertial flow. This is because the portion where the nozzle meniscus has been drawn has been replaced with gas from ink. At the timing when the nozzle meniscus once pulled back returns to the nozzle opening due to the inertial flow in the direction of the nozzle 34, the application of voltage to the piezoelectric element 21 is started gradually. With the application of the voltage, the piezoelectric element starts to expand and deform, and the pressure chamber 35 contracts and deforms.
Along with this deformation, an ink droplet having a spherical tip from the nozzle 34 flies vigorously. The head 1 of the present embodiment has a configuration in which rigidity compliance is small because the partition wall has high bending rigidity, and has a feature of having a Helmholtz resonance frequency of 100 kHz or more. Therefore, the ink inside the pressure chamber 35 follows the expansion and contraction deformation of the piezoelectric element 21 well,
Experiments have confirmed that the inertial flow is easy to develop. In the conventional head, the supply of the same amount of ink as the flying ink droplets is performed for 100 to 200 μsec by the capillary force of the meniscus of the nozzle 34 in the conventional head, whereas in the head 1 of the present embodiment, the inertial force is From 5 to 20
This is performed in a short time of μsec. For this reason, the head 1 of the present embodiment has a feature that the speed and volume of the continuously flying ink droplets do not change even when driven at a driving frequency of 10 to 50 kHz. U.S. Pat. No. 4,459,601 has a detailed description of the Helmholtz resonance frequency, and a description thereof will be omitted.

【0015】圧電素子21が縮小、伸張することによ
り、圧力室35の内部にインクの流れが発生する。イン
クの流れの発生と同時に圧力室35の内部には1〜10
気圧の高い圧力が発生する。圧電素子21が伸張した場
合の力の釣り合い状態について説明する。この場合、可
撓部材28と基台20の距離を遠ざけようとする力が圧
電素子21の内部に発生する。同時に、上述したように
圧力室35の内部には大きい圧力が発生するので実質的
に基台20に対してノズルプレート33を遠ざけようと
する力が作用する。基台20からノズルプレート33に
至る構成部材の剛性が不足しているヘッドの場合、圧力
板28の変形に伴いノズルプレート33が撓み変形して
しまう。また、仮に曲げ剛性の高いノズルプレート33
を使用していたとしても他の部材の剛性が不足している
ため、基台20とノズルプレート33が平行状態のまま
で遠ざかるような変形が発生する。その結果、圧電素子
21の変形が、十分に圧力室35の変形につながらない
ばかりでなく、圧力室35の内部において高い圧力を発
生することもできなくなり、形成されたインク滴のスピ
ードや体積が低下するという問題が発生する。さらに、
隣接する圧力室35を同時に変形させてしまい、隣接す
るノズル34から飛翔するインク滴のスピードを変化さ
せてしまうという問題がある。これは、ノズル34が多
数配列されたヘッド1の場合には大きな問題となり、特
に記録用紙7の印字幅とほぼ同等の長さに渡ってノズル
34が配列された、いわゆるラインヘッドの場合には顕
著である。しかし、本実施例のヘッド1は、ノズルプレ
ート33から基台20に至る構成の剛性が高いため、上
記問題は発生しないうようになっている。本実施例のヘ
ッド1は、以下説明する2つの経路を経て圧力室35の
内部の変形力を支持するように構成されている。第1の
経路は、基台20から第1、第2のフレーム23、2
4、弾性板22、可撓部材28、隔壁32を経てノズル
プレート33に至る経路である。第2の経路は、基台2
0から第1、第2のフレーム23、24、ブリッジ1
4、可撓部材28、隔壁32を経てノズルプレート33
に至る経路である。隣接する圧力室35との間の距離を
縮めて高密度なヘッド1を構成しようとする場合、隔壁
部の幅が小さくなり、第1のフレーム23と第2のフレ
ーム24の間隙部の剛性が低下する傾向にある。しか
し、本実施例のヘッド1は、隔壁部がノズルプレート3
3と隔壁32と可撓部材28とブリッジ14の積層で構
成されているため隔壁部の曲げ剛性が強いという特徴が
ある。一般に、曲げ剛性は厚みの3乗、ヤング率の1乗
で効くことが知られている。さらに、本実施例のヘッド
1の構成は、隔壁部が第1、第2のフレームと強固に接
合されている。そのため、その接合部を完全な固定端と
して見なすことができ、両端固定梁として等価的に見な
すことができる。したがって、上述の第2の経路におい
て、隔壁部の曲げ剛性がノズルプレート33の変形支持
部材として作用するようになっている。そのため、隔壁
部の長さを短くするほどノズルプレート33の変形支持
力が増加することがわかる。
When the piezoelectric element 21 contracts and expands, ink flows inside the pressure chamber 35. At the same time when the ink flow is generated, 1 to 10
A high pressure of atmospheric pressure is generated. A state in which the forces are balanced when the piezoelectric element 21 is expanded will be described. In this case, a force for increasing the distance between the flexible member 28 and the base 20 is generated inside the piezoelectric element 21. At the same time, as described above, a large pressure is generated inside the pressure chamber 35, so that a force acts to substantially move the nozzle plate 33 away from the base 20. In the case of a head in which the rigidity of the components from the base 20 to the nozzle plate 33 is insufficient, the nozzle plate 33 bends and deforms as the pressure plate 28 deforms. In addition, the nozzle plate 33 having a high bending rigidity is assumed.
However, since the rigidity of the other members is insufficient even if the base plate 20 is used, a deformation occurs such that the base 20 and the nozzle plate 33 are kept away in a parallel state. As a result, not only the deformation of the piezoelectric element 21 does not sufficiently lead to the deformation of the pressure chamber 35, but also a high pressure cannot be generated inside the pressure chamber 35, and the speed and volume of the formed ink droplets decrease. Problem arises. further,
There is a problem that the adjacent pressure chambers 35 are simultaneously deformed, and the speed of the ink droplets flying from the adjacent nozzles 34 is changed. This is a serious problem in the case of the head 1 in which a large number of nozzles 34 are arranged, and particularly in the case of a so-called line head in which the nozzles 34 are arranged over a length substantially equal to the printing width of the recording paper 7. Notable. However, in the head 1 of the present embodiment, since the rigidity of the structure from the nozzle plate 33 to the base 20 is high, the above problem does not occur. The head 1 of the present embodiment is configured to support the deformation force inside the pressure chamber 35 through two paths described below. The first path extends from the base 20 to the first and second frames 23, 2
4, a path leading to the nozzle plate 33 via the elastic plate 22, the flexible member 28, and the partition 32. The second route is the base 2
0 to the first and second frames 23 and 24, bridge 1
4. Nozzle plate 33 through flexible member 28 and partition 32
It is a route to reach. When the distance between the adjacent pressure chambers 35 is reduced to form the high-density head 1, the width of the partition wall is reduced, and the rigidity of the gap between the first frame 23 and the second frame 24 is reduced. It tends to decrease. However, in the head 1 of the present embodiment, the partition portion is the nozzle plate 3
3, the partition wall 32, the flexible member 28, and the bridge 14, the partition wall portion has a high bending rigidity. In general, it is known that the bending stiffness is effective by the cube of the thickness and the cube of the Young's modulus. Further, in the configuration of the head 1 according to the present embodiment, the partition portion is firmly joined to the first and second frames. Therefore, the joint can be regarded as a completely fixed end, and can be equivalently regarded as a fixed beam at both ends. Therefore, in the above-described second path, the bending rigidity of the partition portion acts as a deformation support member for the nozzle plate 33. Therefore, it is understood that the deformation supporting force of the nozzle plate 33 increases as the length of the partition wall portion decreases.

【0016】上記構成の第1の実施例であるヘッド1
は、剛性コンプライアンスが小さいという特徴も有して
いる。剛性コンプライアンスが小さいとヘッド1のヘル
ムホルツ共振周波数を高めることができ、駆動周波数に
対する応答性の向上やインク滴の飛翔スピードの向上を
図ることができる。ヘルホルツ共振周波数が小さいと、
圧電素子21の高速な動きに対して圧力室35の内部の
インクが追従できるようになり、ひいてはインク滴を高
速に飛翔できるようになるわけである。本実施例のヘッ
ド1のヘルムホルツ共振周波数は100kHz以上であ
り、駆動用圧電素子21を10μsec程度の短時間で
駆動させた場合でもヘルムホルツ共振周波数に基づく振
動がオーバーシュートして振動することがない。振動が
発生しないため、上述したように本実施例のヘッド1は
10〜50kHzの駆動周波数で駆動を行なっても連続
して飛翔させるインク滴の速度と体積が変化しないとい
う特徴を有する。
The head 1 according to the first embodiment having the above-described structure.
Also has the feature that rigidity compliance is small. If the rigidity compliance is small, the Helmholtz resonance frequency of the head 1 can be increased, and the response to the driving frequency and the flying speed of the ink droplet can be improved. If the Helholtz resonance frequency is small,
The ink inside the pressure chamber 35 can follow the high-speed movement of the piezoelectric element 21, so that the ink droplet can fly at high speed. The Helmholtz resonance frequency of the head 1 of the present embodiment is 100 kHz or more, and even when the driving piezoelectric element 21 is driven in a short time of about 10 μsec, the vibration based on the Helmholtz resonance frequency does not overshoot and vibrate. Since vibration does not occur, as described above, the head 1 of this embodiment is characterized in that the speed and volume of continuously flying ink droplets do not change even when driven at a driving frequency of 10 to 50 kHz.

【0017】図5は、本発明の第2の実施例のインクジ
ェット式記録ヘッドの断面図である。第2の実施例が第
1の実施例と異なる点は、圧電素子21の代わりに、駆
動用圧電素子50と支持用圧電素子51が設けられてい
る点である。駆動用圧電素子50と支持用圧電素子51
は交互に並ぶように構成されている。駆動用圧電素子5
0の一端は基台20に他端は圧力板41に接合されてい
る。支持用圧電素子51の一端は基台20に他端はブリ
ッジ14に接合されている。第2の実施例の特徴は支持
用圧電素子51により隔壁部が支持されている点にあ
る。本実施例のヘッド1は、隔壁が第1の実施例におい
て説明した曲げ剛性と支持用圧電素子51の剛性により
より強固に支持されているため、圧力室35の内部に発
生する圧力に対して殆ど変形することのない非常に強い
構造になっている。
FIG. 5 is a sectional view of an ink jet recording head according to a second embodiment of the present invention. The second embodiment differs from the first embodiment in that a driving piezoelectric element 50 and a supporting piezoelectric element 51 are provided instead of the piezoelectric element 21. Driving piezoelectric element 50 and supporting piezoelectric element 51
Are arranged alternately. Driving piezoelectric element 5
One end of O is joined to the base 20 and the other end is joined to the pressure plate 41. One end of the supporting piezoelectric element 51 is joined to the base 20 and the other end is joined to the bridge 14. The feature of the second embodiment is that the partition is supported by the supporting piezoelectric element 51. In the head 1 according to the present embodiment, the partition wall is more strongly supported by the bending rigidity and the rigidity of the supporting piezoelectric element 51 described in the first embodiment, and therefore, the pressure generated in the pressure chamber 35 is reduced. It has a very strong structure with almost no deformation.

【0018】図6は、本発明の第3の実施例のインクジ
ェット式記録ヘッドの断面図である。図7は、第3の実
施例のインクジェット式記録ヘッドの圧電素子21の配
列方向の断面図である。第3の実施例が第1の実施例と
異なる点は、圧力室35へ連通する供給口54が2箇所
から1箇所に変更になっている点である。流路板53に
は凹部55が形成されている。また流路板53には平行
に列設された第1のフレーム56と第2のフレーム57
が設けられている。基台20の上面に圧電素子21を列
設して構成した振動子ユニットは、第1のフレーム56
と第2のフレーム57の間隙に挿入され強固に接合され
ている。圧力室35はノズルプレート33とスペーサ3
1と可撓部材28とから形成されている。ノズルプレー
ト33に穿設されたノズル34は、圧力室35の端部5
8に設けられている。圧力室35の他端には、供給口5
4を介してインクの流路となる凹部55と連通してい
る。本第3の実施例のヘッド1の動作方法は第1の実施
例と同様である。その為、圧電素子21を伸縮させた場
合、圧力室35の内部には1〜10気圧の高い圧力が発
生する。しかし、本実施例のヘッド1の構成によれば、
圧電素子21の発生力や圧力室35の内部の発生圧力に
よりノズルプレート33と基台20の距離が変化するよ
うな変形が実質的に発生しない。これは、基台20から
ノズルプレート33に至る経路が、基台20から第1、
第2のフレーム56、57、弾性板22、可撓部材2
8、隔壁32を経てノズルプレート33に至る第1の経
路と、基台20から第1、第2のフレーム56、57、
ブリッジ14、可撓部材28、隔壁32を経てノズルプ
レート33に至る第2の経路により強固に支持されてい
る為である。本実施例のヘッド1のように、圧力室35
の端部58にノズル34が設けられた構成では、インク
滴の吐出時に端部58近傍における圧力が最大圧力とな
る。それは、圧力室35の内部のインクのノズル34方
向と供給口54方向へ流れる分水嶺が、端部58の近傍
に位置しているためである。本実施例のヘッド1は、端
部58が可撓部材28と弾性板22を介して第2のフレ
ーム57により直接支持される位置にあるため、発生圧
力に対する端部58近傍の圧力室35の十分強固な剛性
により殆ど弾性変形が発生しない。圧力室35の一端に
供給口54が、他端にノズル34が形成されたヘッド1
では、ノズル34が配設された端部55が第2のフレー
ム57に面するように構成されていることが望ましい。
FIG. 6 is a sectional view of an ink jet recording head according to a third embodiment of the present invention. FIG. 7 is a sectional view in the arrangement direction of the piezoelectric elements 21 of the ink jet recording head of the third embodiment. The third embodiment differs from the first embodiment in that the number of supply ports 54 communicating with the pressure chambers 35 is changed from two to one. A concave portion 55 is formed in the flow path plate 53. A first frame 56 and a second frame 57 arranged in parallel on the flow path plate 53 are arranged.
Is provided. A vibrator unit configured by arranging the piezoelectric elements 21 in a row on the upper surface of the base 20 includes a first frame 56.
And the second frame 57 are firmly joined by being inserted into the gap. The pressure chamber 35 includes the nozzle plate 33 and the spacer 3.
1 and a flexible member 28. The nozzle 34 formed in the nozzle plate 33 is connected to the end 5 of the pressure chamber 35.
8. The other end of the pressure chamber 35 has a supply port 5
4 and communicate with a concave portion 55 serving as an ink flow path. The operation method of the head 1 of the third embodiment is the same as that of the first embodiment. Therefore, when the piezoelectric element 21 is expanded and contracted, a high pressure of 1 to 10 atm is generated inside the pressure chamber 35. However, according to the configuration of the head 1 of the present embodiment,
Deformation such that the distance between the nozzle plate 33 and the base 20 changes due to the generated force of the piezoelectric element 21 and the generated pressure inside the pressure chamber 35 does not substantially occur. This is because the path from the base 20 to the nozzle plate 33 is the first from the base 20,
Second frames 56 and 57, elastic plate 22, flexible member 2
8, a first path from the base 20 to the nozzle plate 33 via the partition 32, and first and second frames 56, 57,
This is because it is firmly supported by the second path leading to the nozzle plate 33 via the bridge 14, the flexible member 28, and the partition 32. As in the head 1 of this embodiment, the pressure chamber 35
In the configuration in which the nozzles 34 are provided at the end portions 58, the pressure in the vicinity of the end portions 58 at the time of discharging the ink droplets becomes the maximum pressure. This is because the watershed flowing inside the pressure chamber 35 in the direction of the nozzle 34 and the direction of the supply port 54 is located near the end 58. In the head 1 of the present embodiment, the end 58 is located at a position directly supported by the second frame 57 via the flexible member 28 and the elastic plate 22, so that the pressure chamber 35 in the vicinity of the end 58 with respect to the generated pressure is generated. Almost no elastic deformation occurs due to sufficiently strong rigidity. A head 1 having a supply port 54 at one end of the pressure chamber 35 and a nozzle 34 at the other end.
In this case, it is preferable that the end 55 provided with the nozzle 34 face the second frame 57.

【0019】図8は、本発明の第4の実施例のインクジ
ェット式記録ヘッドの断面図である。図9は、第4の実
施例のインクジェット式記録ヘッドの圧電素子21の配
列方向の断面図である。本実施例のヘッド1は、振動子
ユニットが対峙するように構成されている点が構造上の
特徴である。流路板60には凹部62と第1のフレーム
64と第2のフレーム65が平行に形成されている。第
1、第2のフレーム64、65の間隙には振動子ユニッ
トが挿入固定されている。また、流路板61には凹部6
3と第1のフレーム66と第2のフレーム67が平行に
形成されている。第1、第2のフレーム66、67の間
隙には振動子ユニットが挿入固定されている。対峙した
流路板60、61の間隙に圧力板74、可撓部材72、
スペーサ71、中間弾性板70、スペーサ71、可撓部
材72、圧力板74が順に積層固定されている。スペー
サ71は、隔壁73と圧力室68、69となる切り欠き
部が交互に列設された櫛歯状の形状である。ノズルプレ
ート33には、穿設されたノズル34が2列状に列設さ
れている。ノズルプレート33は、2列に列設されたノ
ズル34が圧力室68、69に対応するように第2のフ
レーム65、67の側面に接合されている。圧力室6
8、69は、それぞれ可撓部材72、中間弾性板70、
隔壁73、ノズルプレート33により囲まれて形成され
ている。隔壁部がブリッジ75、可撓部材72、隔壁7
3、中間弾性板70、隔壁73、可撓部材72、ブリッ
ジ75の積層により構成されているため、本実施例のヘ
ッド1もインク滴の飛翔時に発生する圧力に対して強固
な構造である。本実施例のヘッド1は、圧力室68、6
9に対してノズル34が直線状に配置された屈曲部のな
い構成である。本実施例のヘッド1では、中間弾性板7
0を厚くすることで圧力室68、69を構成する壁の剛
性を高めることが可能である。しかし、中間弾性板70
から基台20に至る経路の剛性が強固でないと、圧電素
子21の変位が基台20の変位となってしまい、圧力室
68、69を十分に変形させることができないという問
題が発生する。しかし、本実施例のヘッド1では、ブリ
ッジ75から可撓部材72、隔壁73、中間弾性板70
までの部材の積層により隔壁部が構成されている。その
為、この隔壁部の両端部を第1のフレーム61、64と
第2のフレーム65、67が挟持するように固定してい
ることにより、本実施例のヘッド1は、インク滴の飛翔
時に中間弾性板70と基台20が離れる方向に変位する
ことがない高い剛性のヘッド1となっている。圧力室6
8、69が中間弾性板70の板厚に相当する狭い間隔で
対峙するような構成では、列設するノズル34の列の間
隔が狭くなるので、小型のノズルキャップ部材を用いる
ことができ気密性やメンテナンス性が優れたインクジェ
ット記録装置が得られるという特徴がある。また、本実
施例のように圧力室68、69が中間弾性板を介して対
称となるような構成の他に、中間弾性板70を挟んで圧
力室68と隔壁73が対峙するように、すなわち2列に
列設されたノズル34が千鳥状に配列されるように構成
することも可能である。この場合には、圧力室68の圧
力による変形が中間弾性板70を介して対向している圧
力室69に伝わることがないため、さらに中間弾性板7
0の板厚を薄くしたヘッド1を構成することが可能とな
る。また、ノズル34を1列のみ列設したヘッド1を構
成することも可能である。この場合、中間弾性板70を
無制限に厚くすることが可能であり、本実施例のよう
に、基台20から中間弾性板70に至る経路の剛性が高
い構成と組み合わせることにより、極めてヘルムホルツ
共振周波数の高いヘッド1が得られる。
FIG. 8 is a sectional view of an ink jet recording head according to a fourth embodiment of the present invention. FIG. 9 is a sectional view in the arrangement direction of the piezoelectric elements 21 of the ink jet recording head of the fourth embodiment. The head 1 of the present embodiment is structurally characterized in that the vibrator units are configured to face each other. A recess 62, a first frame 64, and a second frame 65 are formed in the channel plate 60 in parallel. A vibrator unit is inserted and fixed in the gap between the first and second frames 64 and 65. The channel plate 61 has a recess 6.
3, the first frame 66 and the second frame 67 are formed in parallel. A vibrator unit is inserted and fixed in the gap between the first and second frames 66 and 67. The pressure plate 74, the flexible member 72,
The spacer 71, the intermediate elastic plate 70, the spacer 71, the flexible member 72, and the pressure plate 74 are sequentially laminated and fixed. The spacer 71 has a comb-teeth shape in which notches serving as partition walls 73 and pressure chambers 68 and 69 are alternately arranged. In the nozzle plate 33, the drilled nozzles 34 are arranged in two rows. The nozzle plate 33 is joined to the side surfaces of the second frames 65 and 67 so that the nozzles 34 arranged in two rows correspond to the pressure chambers 68 and 69. Pressure chamber 6
8, 69 are respectively a flexible member 72, an intermediate elastic plate 70,
The partition wall 73 is formed by being surrounded by the nozzle plate 33. The partition is a bridge 75, a flexible member 72, and a partition 7
3, since the intermediate elastic plate 70, the partition wall 73, the flexible member 72, and the bridge 75 are laminated, the head 1 of the present embodiment also has a strong structure against the pressure generated when the ink droplet flies. The head 1 according to the present embodiment includes the pressure chambers 68 and 6.
No. 9 has no bent portion in which the nozzles 34 are linearly arranged. In the head 1 of this embodiment, the intermediate elastic plate 7
By increasing the thickness of 0, the rigidity of the walls constituting the pressure chambers 68 and 69 can be increased. However, the intermediate elastic plate 70
If the rigidity of the path from the base to the base 20 is not strong, the displacement of the piezoelectric element 21 becomes the displacement of the base 20, and the pressure chambers 68 and 69 cannot be sufficiently deformed. However, in the head 1 of the present embodiment, the flexible member 72, the partition wall 73, the intermediate elastic plate 70
The partition part is constituted by lamination of the above members. Therefore, by fixing both ends of this partition wall so that the first frames 61 and 64 and the second frames 65 and 67 are sandwiched, the head 1 of the present embodiment can prevent the ink droplets from flying when flying. The head 1 has high rigidity and is not displaced in a direction in which the intermediate elastic plate 70 and the base 20 are separated from each other. Pressure chamber 6
In a configuration in which the nozzles 8 and 69 face each other at a narrow interval corresponding to the thickness of the intermediate elastic plate 70, the interval between the rows of the nozzles 34 arranged in a row becomes narrow, so that a small-sized nozzle cap member can be used and airtightness can be achieved. And an ink jet recording apparatus having excellent maintainability can be obtained. Further, in addition to the configuration in which the pressure chambers 68 and 69 are symmetrical via the intermediate elastic plate as in the present embodiment, the pressure chamber 68 and the partition wall 73 face each other with the intermediate elastic plate 70 interposed therebetween, that is, It is also possible to configure so that the nozzles 34 arranged in two rows are arranged in a staggered manner. In this case, since the deformation of the pressure chamber 68 due to the pressure is not transmitted to the opposing pressure chamber 69 via the intermediate elastic plate 70, the intermediate elastic plate 7
Thus, it is possible to configure the head 1 having a reduced thickness of 0. It is also possible to configure the head 1 in which the nozzles 34 are arranged in only one row. In this case, it is possible to increase the thickness of the intermediate elastic plate 70 indefinitely. By combining this with a configuration in which the path from the base 20 to the intermediate elastic plate 70 has high rigidity as in this embodiment, the Helmholtz resonance frequency can be extremely increased. Is obtained.

【0020】本第4の実施例のヘッド1のように、圧力
室68、69の端部にノズル34が設けられた構成で
は、端部における圧力が最大圧力となる。本実施例のヘ
ッド1は、端部が可撓部材72と弾性板76を介して第
2のフレーム65、67により直接支持される位置にあ
るため、発生圧力に対する端部近傍の圧力室68、69
の剛性は十分強固になっている。圧力室68、69の一
端に供給口が、他端にノズル34が形成されたヘッド1
では、ノズル34が配設された端部が第2のフレーム6
5、67に面するように構成されていることが望まし
い。
In the configuration in which the nozzles 34 are provided at the ends of the pressure chambers 68 and 69 as in the head 1 of the fourth embodiment, the pressure at the ends becomes the maximum pressure. Since the end of the head 1 of this embodiment is at a position directly supported by the second frames 65 and 67 via the flexible member 72 and the elastic plate 76, the pressure chamber 68 near the end with respect to the generated pressure, 69
Has a sufficiently high rigidity. A head 1 having a supply port at one end of the pressure chambers 68 and 69 and a nozzle 34 at the other end.
Then, the end where the nozzle 34 is disposed is connected to the second frame 6.
It is desirable to be configured to face 5, 67.

【0021】図10は、本発明の第5の実施例のインク
ジェット式記録ヘッドの分解斜視図である。図11は、
第5の実施例のインクジェット式記録ヘッドの圧電素子
21の配列方向の断面図である。本実施例のヘッド1
は、第1の実施例に対して圧電素子21の先端が直接可
撓部材28に接合されている点が異なっている点であ
る。圧電素子21は、弾性板22のブリッジ14に囲ま
れた孔部に挿入するように固定されている。本実施例の
ヘッド1では、弾性板22の厚みを圧電素子21の長さ
と同等程度にすることができる。そのため、本第5の実
施例のヘッド1は第1の実施例と同等以上に剛性コンプ
ライアンスが小さい構成になっている。また、弾性板2
2を圧電素子22と同等の長さにして、弾性板22のブ
リッジ14を基台20に接合するような構成を実施した
場合、極めて剛性の高いヘッドを実現することができ
る。
FIG. 10 is an exploded perspective view of an ink jet recording head according to a fifth embodiment of the present invention. FIG.
It is sectional drawing of the arrangement direction of the piezoelectric element 21 of the inkjet type recording head of 5th Example. Head 1 of this embodiment
Is different from the first embodiment in that the tip of the piezoelectric element 21 is directly joined to the flexible member 28. The piezoelectric element 21 is fixed so as to be inserted into a hole of the elastic plate 22 surrounded by the bridge 14. In the head 1 of the present embodiment, the thickness of the elastic plate 22 can be made approximately equal to the length of the piezoelectric element 21. Therefore, the head 1 of the fifth embodiment has a configuration in which rigidity compliance is smaller than that of the first embodiment. Also, the elastic plate 2
In the case where the length of the piezoelectric element 2 is made equal to the length of the piezoelectric element 22 and the bridge 14 of the elastic plate 22 is joined to the base 20, a highly rigid head can be realized.

【0022】[0022]

【発明の効果】本発明のインクジェット式記録ヘッド
は、一端が基台に固定され,また他端に圧力板を固定さ
れて列設された圧電素子と,圧電素子と1対1に対応し
た圧力室と,該圧力室を仕切る隔壁と,圧力室に連通す
るノズルと,圧力室に連通するインク供給口と,圧力室
と圧力板を仕切る可撓部材と,圧電素子の列の両側に平
行に配置された第1,第2のフレームとを備え,第1,
第2のフレームと可撓部材の間に隔壁と対向し,かつ可
撓部材を介して一体に固定されたブリッジ部材を有する
ことにより、隔壁部において曲げ剛性が高いため剛性コ
ンプライアンスが小さい構成であり、圧電素子の伸縮変
形に伴う圧力室の内部のインクの追従がよく、慣性流が
発達しやすくなり、連続して飛翔させるインク滴の速度
と体積を均一にすることができるという効果を有する。
According to the ink jet recording head of the present invention, there is provided a piezoelectric element having one end fixed to a base and a pressure plate fixed to the other end, and a pressure element corresponding to the piezoelectric element in a one-to-one correspondence. A chamber, a partition partitioning the pressure chamber, a nozzle communicating with the pressure chamber, an ink supply port communicating with the pressure chamber, a flexible member partitioning the pressure chamber from the pressure plate, And a first and a second frame disposed therein.
By having a bridge member facing the partition between the second frame and the flexible member and being integrally fixed via the flexible member, the partition has a high bending rigidity and thus has a small rigidity compliance. In addition, there is an effect that the ink inside the pressure chamber follows the expansion and contraction deformation of the piezoelectric element well, the inertial flow is easily developed, and the speed and volume of the ink droplets continuously flying can be made uniform.

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

【図1】本発明の第1の実施例であるインクジェット式
記録ヘッドを搭載したインクジェット記録装置の斜視図
である。
FIG. 1 is a perspective view of an inkjet recording apparatus equipped with an inkjet recording head according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施例であるインクジェット式
記録ヘッドの分解斜視図である。
FIG. 2 is an exploded perspective view of the ink jet recording head according to the first embodiment of the present invention.

【図3】同図(a)(b)は、それぞれ本発明の第1の
実施例のインクジェット記録ヘッドのノズル列設方向の
断面図、及びノズル列線上における断面を示す斜視断面
図である。
FIGS. 3A and 3B are a cross-sectional view of the ink jet recording head according to the first embodiment of the present invention in a nozzle row direction and a perspective cross-sectional view showing a cross section on a nozzle row line.

【図4】本発明の第1の実施例であるインクジェット式
記録ヘッドの隔壁部の構成を説明する為の平面図であ
る。
FIG. 4 is a plan view for explaining a configuration of a partition wall portion of the ink jet recording head according to the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第2の実施例であるインクジェット式
記録ヘッドのノズル列設方向の断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view of an ink jet recording head according to a second embodiment of the present invention in a nozzle row direction.

【図6】本発明の第3の実施例であるインクジェット式
記録ヘッドの断面図である。
FIG. 6 is a sectional view of an ink jet recording head according to a third embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第3の実施例であるインクジェット式
記録ヘッドの圧電素子列設方向の断面図である。
FIG. 7 is a sectional view of an ink jet recording head according to a third embodiment of the present invention in a direction in which piezoelectric elements are arranged.

【図8】本発明の第4の実施例であるインクジェット式
記録ヘッドの断面図である。
FIG. 8 is a sectional view of an ink jet recording head according to a fourth embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第4の実施例であるインクジェット式
記録ヘッドの圧電素子列設方向の断面図である。
FIG. 9 is a sectional view of an ink jet recording head according to a fourth embodiment of the present invention in a direction in which piezoelectric elements are arranged.

【図10】本発明の第5の実施例であるインクジェット
式記録ヘッドの分解斜視図である。
FIG. 10 is an exploded perspective view of an ink jet recording head according to a fifth embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第5の実施例であるインクジェット
式記録ヘッドのノズル列設方向の断面図である。
FIG. 11 is a sectional view of an ink jet recording head according to a fifth embodiment of the present invention, taken in a direction in which nozzles are arranged.

【図12】従来例であるインクジェット式記録ヘッドの
断面図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view of a conventional ink jet recording head.

【図13】従来例であるインクジェット式記録ヘッドの
断面図である。
FIG. 13 is a cross-sectional view of a conventional ink jet recording head.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 インクジェット式記録ヘッド(ヘッド) 3 ドラム 7 記録用紙 14 ブリッジ 20 基台 21 圧電素子 22 弾性板 23 第1のフレーム 24 第2のフレーム 27 流路板 28 可撓部材 31 スペーサ 32 隔壁 33 ノズルプレート 34 ノズル 35 圧力室 41 圧力板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ink jet recording head (head) 3 Drum 7 Recording paper 14 Bridge 20 Base 21 Piezoelectric element 22 Elastic plate 23 First frame 24 Second frame 27 Flow path plate 28 Flexible member 31 Spacer 32 Partition wall 33 Nozzle plate 34 Nozzle 35 Pressure chamber 41 Pressure plate

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】一端が基台に固定され,また他端に圧力板
を固定されて列設された圧電素子と、前記圧電素子と1
対1に対応した圧力室と、該圧力室を仕切る隔壁と、前
記圧力室に連通するノズルと、前記圧力室に連通するイ
ンク供給口と、前記圧力室と前記圧力板を仕切る可撓部
材と、前記圧電素子の列の両側に平行に配置された第
1、第2のフレームとを備え、第1、第2のフレームと
前記可撓部材の間に前記隔壁と対向し、かつ前記可撓部
材を介して一体に固定されたブリッジ部材を有すること
を特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
A piezoelectric element having one end fixed to a base and a pressure plate fixed to the other end;
A pressure chamber corresponding to the pressure chamber, a partition partitioning the pressure chamber, a nozzle communicating with the pressure chamber, an ink supply port communicating with the pressure chamber, and a flexible member partitioning the pressure chamber and the pressure plate. And first and second frames arranged in parallel on both sides of the row of the piezoelectric elements, facing the partition between the first and second frames and the flexible member, and An ink jet recording head having a bridge member fixed integrally with a member.
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