JP3246905B2 - Print head of inkjet printer - Google Patents

Print head of inkjet printer

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JP3246905B2
JP3246905B2 JP32973099A JP32973099A JP3246905B2 JP 3246905 B2 JP3246905 B2 JP 3246905B2 JP 32973099 A JP32973099 A JP 32973099A JP 32973099 A JP32973099 A JP 32973099A JP 3246905 B2 JP3246905 B2 JP 3246905B2
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JP
Japan
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ink
pressure chamber
print head
spacer
pressure
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干野  幹信
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Citizen Watch Co Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2202/00Embodiments of or processes related to ink-jet or thermal heads
    • B41J2202/01Embodiments of or processes related to ink-jet heads
    • B41J2202/10Finger type piezoelectric elements

Landscapes

  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はプリンターに関し、
更に詳しくは圧電式インクジェットプリンターの印字ヘ
ッドに関する。
The present invention relates to a printer,
More specifically, the present invention relates to a print head of a piezoelectric ink jet printer.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の圧電式インクジェットプリンター
の印字ヘッドとしては、圧電素子のバイモルフによるた
わみを利用してインクを充填した圧力室の壁を変形さ
せ、圧力上昇によりインクを突出させるカイザー方式と
言われるものが例えば特公昭57ー20904号公報に
記載されている。
2. Description of the Related Art A conventional print head of a piezoelectric ink-jet printer employs a Kaiser method in which the wall of a pressure chamber filled with ink is deformed by using the flexure of a piezoelectric element by a bimorph, and the ink is projected by an increase in pressure. What is described is described in, for example, Japanese Patent Publication No. 57-20904.

【0003】また圧電素子のせん断モードによる変形を
利用して、インクを充填したチャンネル状の圧力室の隔
壁を変形させ、これによる圧力室の圧力上昇によりイン
クを突出させるせん断モード方式が例えば特開昭63ー
247051号公報に記載されている。
A shear mode system in which a partition of a channel-shaped pressure chamber filled with ink is deformed by utilizing the deformation of a piezoelectric element in a shear mode, and the ink is protruded by an increase in pressure of the pressure chamber due to this, for example, is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-163,873. It is described in JP-A-63-247051.

【0004】更に圧電素子の厚み方向の寸法変化による
変形を利用してインクを充填した圧力室の容積を変化さ
せ、これによる圧力室の圧力上昇によりインクを突出さ
せる厚み縦変形モード方式が例えば特願平2ー3039
535の願書に添付した明細書に記載されている。
Further, a thickness vertical deformation mode system in which the volume of a pressure chamber filled with ink is changed by utilizing the deformation due to a dimensional change in the thickness direction of a piezoelectric element, and the ink is projected by a rise in the pressure of the pressure chamber, for example, is a special feature. Ganpei 2-3039
This is described in the specification attached to the 535 application.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記のすべての方式に
おいて、インクの乾燥等による吐出不良の根絶、圧電素
子の駆動電圧の低減、噴射手段の微細化はそれぞれイン
クジェットプリンターの信頼性の向上、装置の簡素化・
軽量化、印字パタンの分解能の向上のために要求される
ところである。しかし従来の技術をもってしてはこれら
の要求を満足させることは決して容易ではない。その根
本的な理由は、圧電駆動手段は力は出せても変位は出し
にくいという性質がある一方でインクの圧力を噴射する
までに高めるにはインクの圧縮比を上げるためインクを
充填した圧力室をかなり変形させなければならないとこ
ろにあると考えられる。つまり従来技術においては本来
的に駆動電圧のインク圧力への変換係数が低く、また噴
射手段の微細化により変換係数は下がる傾向にあるとい
うことから前記の問題が発生していると考えられる。か
かる根本的な課題を解決するため本発明は圧電式インク
ジェットプリンターの印字ヘッドにおいて圧電素子の駆
動電圧を上げることなく圧力室に充填されたインクの圧
力を従来よりも上げることを目的とする。
In all of the above-mentioned methods, eradication of ejection failure due to drying of ink, reduction of the driving voltage of the piezoelectric element, and miniaturization of the ejection means improve the reliability of the ink jet printer, respectively. Simplification of
It is required to reduce the weight and improve the resolution of the printing pattern. However, it is not easy to satisfy these requirements with the conventional technology. The fundamental reason is that the piezoelectric driving means has the property that it can output force but hardly displaces, but in order to increase the pressure of the ink before ejecting it, the pressure chamber filled with ink to increase the compression ratio of the ink Is required to be considerably deformed. That is, in the prior art, the conversion coefficient of the drive voltage to the ink pressure is originally low, and the conversion coefficient tends to decrease due to the miniaturization of the ejection means. SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve such a fundamental problem, an object of the present invention is to increase the pressure of the ink filled in the pressure chamber without increasing the drive voltage of the piezoelectric element in the print head of the piezoelectric ink-jet printer.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明のインクジェットプリンターの印字ヘッドは圧
電素子の駆動により充填したインクに圧力を加える圧力
室、該圧力室に設けられまたは取付けられた噴射導孔手
段及び該圧力室にインクを供給するインク供給手段を有
する圧電式インクジェットプリンターの印字ヘッドにお
いて前記圧力室内にガラス、セラミックス等のインクよ
り圧縮率の小なる物質よりなるスペーサーを配してなる
ことを特徴とするものである。
In order to solve the above-mentioned problems, a print head of an ink jet printer according to the present invention is provided with a pressure chamber for applying pressure to ink filled by driving a piezoelectric element, and is provided or attached to the pressure chamber. In a print head of a piezoelectric ink jet printer having an ejection hole means and an ink supply means for supplying ink to the pressure chamber, a spacer made of a material having a lower compression ratio than ink such as glass, ceramics, etc. is arranged in the pressure chamber. It is characterized by becoming.

【0007】(作用)本構成によれば圧力室内のスペー
サーの存在により該圧力室に充填されるインクの体積は
減少し、しかも圧電素子の駆動による圧力室の壁面の変
形を妨害しないように充填物体を配しておけば圧力室の
容積変化はそのものは従来と変わらないようにできる。
ところで、ガラス、セラミックス等の弾性係数の高い物
質の圧縮率はインクの1/10から1/100と低く、
圧力室の圧縮の際スペーサーの体積は縮小せず、インク
の体積のみが縮小するものと近似してもよい。従ってイ
ンクに着目すればその体積そのものは従来より減少して
いるにも拘らず、その体積の圧電駆動時における減少分
は、スペーサー体積の減少が無視できるため、従来と変
わらないことになり、この結果インクの体積変化率は従
前のものより増加する。ところで一般に液体が圧縮され
た場合には液体の体積変化率に比例した圧力が発生する
ので本発明の場合は圧電素子の駆動電圧を増加させるこ
となく従前に比し圧力室内のインクの圧力を高めること
ができる。また圧力室内の体積変化量を一定に保ったま
ま圧力が高くなるので副次的な効果としてインクの出入
りの応答性が速くなり高速印字に適するようになる。
(Operation) According to this structure, the volume of the ink filled in the pressure chamber is reduced by the presence of the spacer in the pressure chamber, and the ink is filled so as not to hinder the deformation of the wall surface of the pressure chamber due to the driving of the piezoelectric element. If an object is arranged, the volume change of the pressure chamber can be made the same as before.
By the way, the compression ratio of a material having a high elastic modulus such as glass and ceramics is as low as 1/10 to 1/100 of that of ink.
When the pressure chamber is compressed, the volume of the spacer may not be reduced, but may be approximated to that of the ink only. Therefore, if attention is paid to ink, although the volume itself is smaller than in the past, the decrease in that volume during piezoelectric driving is the same as in the past because the decrease in the spacer volume can be ignored. As a result, the rate of volume change of the ink is increased over the previous one. In general, when a liquid is compressed, a pressure proportional to the volume change rate of the liquid is generated. Therefore, in the case of the present invention, the pressure of the ink in the pressure chamber is increased without increasing the driving voltage of the piezoelectric element. be able to. In addition, since the pressure is increased while the amount of change in volume in the pressure chamber is kept constant, as a secondary effect, the responsiveness of ink inflow and outflow is increased, which is suitable for high-speed printing.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】(実施例1)以下に本発明の第1
の実施例を図面に基づいて説明する。本実施例は圧電素
子のせん断モードによる変形を利用して圧力室の隔壁を
変形させる方式の印字ヘッドにおける本発明の1実施例
であり、図1,図2,図3及び図4に示す圧電性素材の
基板1に複数の圧力室を構成する溝31,32,33及
び隔壁51,52が形成され、該隔壁の上端面は弾性部
材9を介して蓋6に結合されている。隔壁は図1の矢印
の方向に分極され、溝31,32,33の内面にはそれ
ぞれ電極41,42,43が設けられている。圧力室を
構成する溝31,32,33の一方の端に連結して図4
に示すようにインクを供給するための共通の溝81が形
成され、ジョイント82と連通して外部より圧力室にイ
ンクを供給する。前記圧力室の溝31,32,33の他
方の端は基板1の一つの端面において開口しこの開口部
を塞ぐようにして基板1の前記の端面にノズル板60が
取付られる。ノズル板60には溝31,32,33に対
応して噴射孔61,62,63がそれぞれ設けられてい
る。各圧力室の内部にはガラスよりなるスペーサー95
が若干のガタを生ずるような寸法のゆとりをもって配さ
れ、残りの隙間にはインクが充填される。スペーサー9
5は圧力室へのインクの出入りに従い壁面で規制される
範囲において移動でき、流体抵抗の増加を抑える作用を
するが、その端部は斜面となっており、壁面に当接した
時にインクの流路を塞がないようになっている。図1は
前記の電極41,42,43に電圧が印加される前の状
態を示す。今電極42に対し電極41及び42に正の電
圧を印加すると隔壁51及び52はそれぞれ図2に示す
如く紙面に平行な面において時計方向及び反時計方向の
せん断モードによる変形を起こす。この結果溝32によ
り構成される圧力室92の容積は減少し充填されたイン
クの圧力が高まりノズル板60に設けられた噴射孔62
よりインクを噴射する。
(Embodiment 1) The first embodiment of the present invention will be described below.
Will be described with reference to the drawings. This embodiment is an embodiment of the present invention in a print head of a type in which a partition of a pressure chamber is deformed by utilizing deformation of a piezoelectric element in a shear mode. The piezoelectric head shown in FIG. 1, FIG. 2, FIG. Grooves 31, 32, 33 and partition walls 51, 52 forming a plurality of pressure chambers are formed in the substrate 1 made of a conductive material, and the upper end surface of the partition wall is connected to the lid 6 via an elastic member 9. The partition is polarized in the direction of the arrow in FIG. 1, and electrodes 41, 42, and 43 are provided on the inner surfaces of the grooves 31, 32, and 33, respectively. As shown in FIG.
As shown in FIG. 7, a common groove 81 for supplying ink is formed, and communicates with a joint 82 to supply ink to the pressure chamber from outside. The other ends of the grooves 31, 32, and 33 of the pressure chamber are opened at one end face of the substrate 1, and a nozzle plate 60 is attached to the end face of the substrate 1 so as to close this opening. The nozzle plate 60 is provided with injection holes 61, 62, 63 corresponding to the grooves 31, 32, 33, respectively. A spacer 95 made of glass is provided inside each pressure chamber.
Are arranged with a margin enough to cause some backlash, and the remaining gaps are filled with ink. Spacer 9
Numeral 5 can move within the range regulated by the wall surface as ink flows into and out of the pressure chamber, and acts to suppress an increase in fluid resistance. However, its end is sloped, and ink flows when it comes into contact with the wall surface. The road is not blocked. FIG. 1 shows a state before a voltage is applied to the electrodes 41, 42 and 43. When a positive voltage is applied to the electrodes 41 and 42 with respect to the electrode 42, the partition walls 51 and 52 are deformed in the clockwise and counterclockwise shear modes on a plane parallel to the paper surface as shown in FIG. As a result, the volume of the pressure chamber 92 formed by the groove 32 is reduced, the pressure of the filled ink is increased, and the ejection holes 62 provided in the nozzle plate 60 are formed.
Inject more ink.

【0009】図2の変形により溝幅Xなる圧力室の隔壁
の上端がΔXだけ変位した場合、圧力室の容積をV,容
積の変化をΔVとすると、容積変化率ΔV/Vは ΔV/V=ΔX/X (1) となる。インクの圧縮比Fは図12に示す従来例の如く
圧力室内にスペーサー95が存在しない場合は F=ΔV/V (2) 本実施例のように圧力室内に体積V0 なるスペーサー9
5が存在する場合は、既に延べた理由により圧縮の際ス
ペーサーの体積V0 は変化しないとみなすと F=ΔV/(VーV0 ) (3) となる。圧縮されたインクの圧力Pは圧縮比Fに比例
し、その体積弾性率をBとすれば一般に P=BF (4) で表される。(2),(3),(4)式より圧力室内に
充填物体が存在しない場合のインクの圧力P0 及び充填
物体が存在する場合の圧力P1 を求めその比をとると P1 /P0 =V/(V−V0 ) (5) の関係が得られる。(5)式よりインクの圧力は充填物
体の存在により増加し、しかも充填物体の体積V0 が増
大するに従って増加することがわかる。本実施例におい
ては充填物体の体積V0 は圧力室の容積Vの2/3にな
っており、インクの圧力を従来に比し3倍に拡大する効
果が得られた。また圧力室内の体積変化量を一定に保っ
たまま圧力が高くなるので副次的な効果としてインクの
出入りの応答速度が従来の3倍に向上した。
When the upper end of the partition of the pressure chamber having the groove width X is displaced by ΔX due to the deformation in FIG. 2, if the volume of the pressure chamber is V and the change in volume is ΔV, the volume change rate ΔV / V is ΔV / V = ΔX / X (1) When the spacer 95 does not exist in the pressure chamber as in the conventional example shown in FIG. 12, the compression ratio F of the ink is: F = ΔV / V (2) The spacer 9 having a volume V 0 in the pressure chamber as in this embodiment.
In the case where No. 5 is present, if it is assumed that the volume V 0 of the spacer does not change during compression for the reason already extended, F = ΔV / (V−V 0 ) (3). The pressure P of the compressed ink is proportional to the compression ratio F, and if its bulk modulus is B, it is generally expressed as P = BF (4) From the formulas (2), (3), and (4), the ink pressure P 0 when no filling object is present in the pressure chamber and the pressure P 1 when the filling object is present are obtained, and the ratio is calculated as P 1 / P 0 = V / (V−V 0 ) (5) Equation (5) shows that the pressure of the ink increases due to the presence of the filling object, and also increases as the volume V 0 of the filling object increases. In this embodiment, the volume V 0 of the filling object is / of the volume V of the pressure chamber, and the effect of increasing the pressure of the ink three times as compared with the conventional case is obtained. In addition, since the pressure is increased while the amount of change in volume in the pressure chamber is kept constant, the response speed of ink inflow and outflow has been improved three times as compared with the related art as a secondary effect.

【0010】(実施例2)以下に本発明の第2の実施例
を図面に基づいて説明する。本実施例も第1の実施例と
同様に圧電素子のせん断モードによる変形を利用して圧
力室の隔壁を変形させる方式の印字ヘッドにおける本発
明の実施例であり、図10及び図11に示す圧電性素材
の基板501に複数の圧力室を構成する溝531,53
2,533及び隔壁551,552が形成され、該隔壁
の上端面は弾性部材509を介して蓋506に結合され
ている。隔壁は図10の矢印の方向に分極され、溝53
1,532,533の内面にはそれぞれ電極541,5
42,543が設けられている。圧力室を構成する溝5
31,532,533の一方の端に連通して図11に示
すようにインクを供給するための共通の溝581が形成
され外部より圧力室にインクを供給する。前記圧力室の
溝531,532,533の他方の端は基板501の一
つの端面において開口しこの開口部を塞ぐようにして基
板501の前記の端面にノズル板560が取付られる。
ノズル板560には溝531,532,533に対応し
て噴射孔561,562,563がそれぞれ設けられて
いる。各圧力室の内部にはガラスよりなる球状のスペー
サ595が若干のガタを生ずるような寸法のゆとりをも
って配され、残りの隙間にはインクが充填される。蓋5
06にはストッパー503,504が設けられスペーサ
ー595を圧力室内に保持すると共に噴射孔を塞ぐこと
がないようにする。本例における具体的な寸法について
は溝幅をh,深さをdとした時 d=60〜250μm h:d=2〜3 が好ましい。今電極542に対し電極541及び542
に正の電圧を印加すると隔壁551及び552はそれぞ
れ実施例1で説明したのと全く同様に紙面に平行な面に
おいて時計方向及び反時計方向のせん断モードによる変
形を起こす。この結果溝532により構成される圧力室
の容積は減少し充填されたインクの圧力が高まりノズル
板560に設けられた噴射孔562よりインクを噴射す
る。この際図11において矢印の方向の流れに沿って圧
力が低下し圧力勾配を生ずので、スペサーはその両側面
の圧力差により矢印の方向に力を受けて流れに沿って移
動する。この結果インクはスペーサーが固着されている
いる場合のように、圧力室の壁とスペーサーの隙間を無
理に通過することなく、インクとスペーサーは一体とな
って流れるため流体抵抗の増大を防ぐことが出来る。な
おインクの噴出後駆動電圧が解除され隔壁の変形が復元
される時は圧力室の圧力は外圧に対して負の圧力となり
インクの流れは矢印とは逆方向となりスーペーサーも矢
印とは逆方向に移動する。本実施例においてもスペーサ
ー595の存在によりインクの圧縮比が高められ実施例
1と同様の原理によりインクの圧力を拡大するとともに
出入りの応答速度を向上させることが出来る。
(Embodiment 2) Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. This embodiment is also an embodiment of the present invention in a print head of a type in which a partition of a pressure chamber is deformed by utilizing deformation of a piezoelectric element in a shear mode as in the first embodiment, and is shown in FIG. 10 and FIG. Grooves 531, 53 forming a plurality of pressure chambers in a substrate 501 made of a piezoelectric material
2, 533 and partition walls 551, 552 are formed, and the upper end surface of the partition wall is connected to the lid 506 via an elastic member 509. The partition is polarized in the direction of the arrow in FIG.
Electrodes 541 and 5 are provided on the inner surfaces of 1,532 and 533, respectively.
42, 543 are provided. Groove 5 constituting pressure chamber
As shown in FIG. 11, a common groove 581 for supplying ink is formed in communication with one end of 31, 31, 532, 533 to supply ink from outside to the pressure chamber. The other ends of the grooves 531, 532 and 533 of the pressure chamber are opened at one end face of the substrate 501, and a nozzle plate 560 is attached to the end face of the substrate 501 so as to close this opening.
The nozzle plate 560 is provided with injection holes 561, 562, and 563 corresponding to the grooves 531, 532, and 533, respectively. Inside each pressure chamber, a spherical spacer 595 made of glass is arranged with a margin enough to cause some backlash, and the remaining gap is filled with ink. Lid 5
In 06, stoppers 503 and 504 are provided to hold the spacer 595 in the pressure chamber and not to block the injection hole. Regarding specific dimensions in this example, when the groove width is h and the depth is d, d = 60 to 250 μm h: d = 2 to 3 is preferable. Now, for the electrode 542, the electrodes 541 and 542
When a positive voltage is applied to the partition wall 551 and 552, deformation in the clockwise and counterclockwise shear modes occurs in a plane parallel to the paper in exactly the same manner as described in the first embodiment. As a result, the volume of the pressure chamber formed by the groove 532 decreases, the pressure of the filled ink increases, and the ink is ejected from the ejection holes 562 provided in the nozzle plate 560. At this time, since the pressure is reduced along the flow in the direction of the arrow in FIG. 11 and a pressure gradient is generated, the spacer moves along the flow by receiving a force in the direction of the arrow due to the pressure difference between the two sides. As a result, unlike the case where the spacer is fixed, the ink and the spacer flow together as a single piece without forcibly passing through the gap between the pressure chamber wall and the spacer, thereby preventing an increase in fluid resistance. I can do it. When the drive voltage is released after the ejection of the ink and the deformation of the partition is restored, the pressure in the pressure chamber becomes negative with respect to the external pressure, the ink flow is in the opposite direction to the arrow, and the spacer is also in the opposite direction to the arrow. Moving. Also in this embodiment, the compression ratio of the ink is increased by the presence of the spacer 595, so that the ink pressure can be increased and the response speed for entering and exiting can be improved by the same principle as in the first embodiment.

【0011】(実施例3)次に本発明の第3の実施例に
つき説明する。本実施例は圧電素子の屈曲モードによる
たわみを利用してインクを充填した圧力室の壁を変形さ
せる方式の印字ヘッドにおける本発明の実施例である。
図5において基板201には圧力室を構成する溝206
がつけられ、これにより圧力室の底部及び側壁部が形成
される。側壁部のうち溝206の長手方向に直交する一
方の壁には噴射孔202が、他方の壁にはインクの導入
管205に連通する導入口203が設けられている。溝
206の中に溝よりも小さい寸法のセラミックスのビー
ズ状のスペーサー209を入れた後側壁部の上に弾性材
よりなる蓋204を被せ固着する。蓋204の外面に
は、一面に電極212を他面に電極213を有し厚み方
向に分極された板状の圧電素子211が接合される。圧
電素子211自体は電極212に対し電極213に正の
電圧を加えた時に長手方向に圧縮力を発生するが、これ
が蓋204の板に対しては中立軸のずれによりモーメン
トを発生し図6に示す如く蓋204は屈曲モードの変形
を行い圧力室の容積を減少させることにより内部に充填
されたインクの圧力を高め噴射孔202よりインクを噴
射する。本実施例においてもスペーサー209の存在に
よりインクの圧縮比が高められ実施例1と同様の原理に
よりインクの圧力を拡大するとともに出入りの応答速度
を向上させることが出来る。
(Embodiment 3) Next, a third embodiment of the present invention will be described. This embodiment is an embodiment of the present invention in a print head of a system in which a wall of a pressure chamber filled with ink is deformed by using bending of a piezoelectric element in a bending mode.
In FIG. 5, a groove 206 constituting a pressure chamber is formed in a substrate 201.
To form the bottom and side walls of the pressure chamber. An ejection hole 202 is provided on one wall of the side wall orthogonal to the longitudinal direction of the groove 206, and an introduction port 203 communicating with an ink introduction tube 205 is provided on the other wall. A bead spacer 209 of ceramic smaller in size than the groove is placed in the groove 206, and a lid 204 made of an elastic material is put on and fixed to the side wall portion. A plate-shaped piezoelectric element 211 which has an electrode 212 on one surface and an electrode 213 on the other surface and is polarized in the thickness direction is joined to the outer surface of the lid 204. The piezoelectric element 211 itself generates a compressive force in the longitudinal direction when a positive voltage is applied to the electrode 213 with respect to the electrode 212, and this generates a moment with respect to the plate of the lid 204 due to a shift of the neutral axis, and FIG. As shown, the lid 204 deforms in a bending mode to reduce the volume of the pressure chamber, thereby increasing the pressure of the ink filled therein and ejecting the ink from the ejection holes 202. Also in this embodiment, the compression ratio of the ink is increased by the presence of the spacer 209, so that the ink pressure can be increased and the response speed for entering and exiting can be improved by the same principle as in the first embodiment.

【0012】(実施例4)次に本発明の第4の実施例に
ついて説明する。本実施例は圧電素子の厚み方向の寸法
変化による変形を利用してインクを充填した圧力室の容
積を変化させる方式の印字ヘッドにおける本発明の実施
例である。図7及び図8に示すように板状圧電体32
0,340,360は圧力室321,341,361及
びこれらにそれぞれ連通するインク溜め322,34
2,362が厚み方向に解放するようにくり抜かれてい
る。また隔壁板330,350はインク溜め332,3
52が厚み方向に解放するようにくり抜かれている。板
状圧電体320,340,360の両面にはそれぞれ電
極325と326,345と346,365と366が
取り付けられ、該板状圧電体は矢印の方向に分極され
る。次に板状圧電体320,340,360と隔壁板3
30,350は圧力室321,341、361の内部に
その寸法よりも小さい寸法のセラミックスよりなるスペ
ーサー390を適度なガタが得られる状態で入れた状態
で交互に順次積み重ねられ、インク溜め322,33
2,342,352,362同志がそれぞれ対応するよ
うに積層配置して接合され、共通インク溜めを形成し、
更にこれらを挟んで上基板380と下基板370が取付
けられる。上基板380にはインク供給孔381が設け
られここよりインクが供給され共通インク溜め及び各圧
力室にインクを充填する。圧力室321,341,36
1のインク溜めと反対側の端にはそれぞれに対応した噴
射孔311,312,313を有するノズル板310が
取付られている。今、板状圧電体320に取り付けられ
た電極325に対し正の電圧を電極326に加え矢印で
示す分極の方向と反対方向に電界を与えると板状圧電体
320の厚みは減少し面方向は厚み方向の圧縮率の略1
/3の伸び率で伸び、図4に示すように圧力室321の
断面は実線327から点線328に変わり、厚み方向の
寸法の減少率が長手方向の寸法の増加率を上回るため断
面積は減少し、従って圧力室321の容積が減少する。
この結果、圧力室内321内に充填されたインクの圧力
が高められ噴射孔311よりインクが噴射する。本実施
例においてもスペーサー390の存在によりインクの圧
縮比を上げ実施例1と同様の原理により圧力室に充填さ
れたインクの圧力を拡大することが出来る。
(Embodiment 4) Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. This embodiment is an embodiment of the present invention in a print head of a system in which the volume of a pressure chamber filled with ink is changed by utilizing the deformation due to a dimensional change in the thickness direction of a piezoelectric element. As shown in FIG. 7 and FIG.
Reference numerals 0, 340 and 360 denote pressure chambers 321, 341 and 361 and ink reservoirs 322 and 34 respectively communicating with the pressure chambers.
2,362 are hollowed out to release in the thickness direction. The partition plates 330 and 350 have ink reservoirs 332 and 3 respectively.
52 is hollowed out so as to be released in the thickness direction. Electrodes 325, 326, 345, 346, 365 and 366 are attached to both surfaces of the plate-like piezoelectric members 320, 340 and 360, respectively, and the plate-like piezoelectric members are polarized in the directions of arrows. Next, the plate-like piezoelectric members 320, 340, 360 and the partition plate 3
30 and 350 are stacked alternately and sequentially with pressure spacers 321, 341, and 361 having spacers 390 made of ceramics having a size smaller than that of the pressure chambers 321, 341, and 361 inserted therein so as to obtain an appropriate play.
2, 342, 352, 362 are laminated and arranged so as to correspond to each other and are joined to form a common ink reservoir,
Further, the upper substrate 380 and the lower substrate 370 are attached with these components interposed therebetween. An ink supply hole 381 is provided in the upper substrate 380, from which ink is supplied, and the common ink reservoir and each pressure chamber are filled with ink. Pressure chambers 321, 341, 36
A nozzle plate 310 having ejection holes 311, 312, and 313 corresponding to the respective ink reservoirs is attached to the end opposite to the ink reservoir. Now, when a positive voltage is applied to the electrode 326 attached to the plate-shaped piezoelectric body 320 and an electric field is applied in a direction opposite to the direction of polarization indicated by the arrow, the thickness of the plate-shaped piezoelectric body 320 is reduced and the plane direction is changed. Approximately 1 in the compression ratio in the thickness direction
As shown in FIG. 4, the cross section of the pressure chamber 321 changes from a solid line 327 to a dotted line 328, and the cross-sectional area decreases because the rate of decrease in the dimension in the thickness direction exceeds the rate of increase in the dimension in the longitudinal direction. Therefore, the volume of the pressure chamber 321 decreases.
As a result, the pressure of the ink filled in the pressure chamber 321 is increased, and the ink is ejected from the ejection holes 311. Also in the present embodiment, the compression ratio of the ink can be increased by the presence of the spacer 390, and the pressure of the ink filled in the pressure chamber can be increased by the same principle as in the first embodiment.

【0013】[0013]

【発明の効果】本発明によれば圧電式インクジェットプ
リンターにおいて駆動電圧及び駆動手段の諸元を変える
ことなく、またはこれらとは独立に圧力室に充填された
インクの駆動時の圧力を従来に比し格段に高めることが
できる。またインクの出入りの応答性を上げることが出
来る。従って本発明によれば従来この種のプリンタに課
題とされてきたインクの吐出不良の防止、駆動電源の電
圧の低下、印字パタンの分解能を上げるための噴射手段
の解決が出来るようになり、また、より高速な印字が出
来るようになり、その利とするところ極めて大である。
According to the present invention, in a piezoelectric ink jet printer, the driving pressure of the ink filled in the pressure chamber can be reduced without changing the driving voltage and the driving means, or independently of them. And can be significantly increased. In addition, it is possible to increase the responsiveness of ink inflow and outflow. Therefore, according to the present invention, it becomes possible to solve the problem of the ink ejection failure which has conventionally been a problem in this type of printer, reduce the voltage of the drive power supply, and solve the ejection means for increasing the resolution of the print pattern. This makes it possible to perform printing at a higher speed, which is extremely advantageous.

【0014】[0014]

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

【図1】本発明の第1の実施例の構造を示す圧力室の長
手方向に垂直な断面図である。
FIG. 1 is a sectional view perpendicular to the longitudinal direction of a pressure chamber showing a structure of a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施例の動作を示す圧力室の長
手方向に垂直な断面図である。
FIG. 2 is a sectional view perpendicular to the longitudinal direction of the pressure chamber showing the operation of the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1の実施例の構造を示す圧力室の長
手方向に平行な断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view parallel to the longitudinal direction of the pressure chamber showing the structure of the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1の実施例の構造の一部を示す斜視
図である。
FIG. 4 is a perspective view showing a part of the structure of the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第2の実施例の構造を示す断面図であ
る。
FIG. 5 is a sectional view showing the structure of a second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第2の実施例の動作を示す断面図であ
る。
FIG. 6 is a sectional view showing the operation of the second embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第3の実施例の構造を示す分解斜視図
である。
FIG. 7 is an exploded perspective view showing the structure of a third embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第3の実施例の構造を示す断面図であ
る。
FIG. 8 is a sectional view showing a structure of a third embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第3の実施例の動作を示す説明図であ
る。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing the operation of the third embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第2の実施例の構造を示す圧力室の
長手方向に垂直な断面図である。
FIG. 10 is a sectional view perpendicular to the longitudinal direction of a pressure chamber showing a structure of a second embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第2の実施例を示す圧力室の長手方
向に平行な断面図である。
FIG. 11 is a cross-sectional view parallel to the longitudinal direction of a pressure chamber showing a second embodiment of the present invention.

【図12】従来例(本発明の第1の実施例に対応するも
の)の構造を示す断面図である。
FIG. 12 is a sectional view showing the structure of a conventional example (corresponding to the first embodiment of the present invention).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,501 圧電性基板 6,506,204 蓋 9,509 弾性部材 31,32,33,531,532,533,206
溝 41,42,43,541,542,543,212,
213,325,326,345,346,365,3
66 電極 51,52,53,51,52,53 隔壁 60,560,310 ノズル板 61,62,63,561,562,563,202,
311,312,313 噴射孔 95,595,209,390 スペーサー 201 基板 203 導入孔 211 圧電素子 320,340,360 板状圧電体 321,341,361 圧力室 322,332,342,352,360 インク溜め 370 下基板 380 上基板
1,501 Piezoelectric substrate 6,506,204 Lid 9,509 Elastic member 31,32,33,531,532,533,206
Grooves 41, 42, 43, 541, 542, 543, 212,
213,325,326,345,346,365,3
66 electrode 51,52,53,51,52,53 partition wall 60,560,310 nozzle plate 61,62,63,561,562,563,202,
311, 312, 313 Injection hole 95, 595, 209, 390 Spacer 201 Substrate 203 Inlet hole 211 Piezoelectric element 320, 340, 360 Plate-like piezoelectric body 321, 341, 361 Pressure chamber 322, 332, 342, 352, 360 Ink reservoir 370 Lower substrate 380 Upper substrate

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 圧電素子の駆動によりインクに圧力を加
える圧力室、該圧力室に取付けられまたは設けられた噴
射孔手段及び該圧力室にインクを供給するインク供給手
段を有する圧電式インクジェトプリンターの印字ヘッド
において前記圧力室内にガラス、セラミックス等のイ
ンクより圧縮率の小なる物質よりなり、かつ、前記圧力
室の隔壁に対して若干のガタを生ずる寸法のスペーサー
複数個、移動可能に配してなることを特徴とするイン
クジェットプリンターの印字ヘッド。
1. A piezoelectric ink jet printer comprising: a pressure chamber for applying pressure to ink by driving a piezoelectric element; ejection hole means attached to or provided in the pressure chamber; and ink supply means for supplying ink to the pressure chamber. in the print head, Ri Na glass, than the small substance serving compression ratio than ink such as ceramics in the pressure chamber, and the pressure
A print head for an ink jet printer, comprising a plurality of spacers movably arranged with a size that causes slight backlash with respect to a partition wall of a chamber .
【請求項2】 前記圧力室は長方形溝の両端にそれぞれ
噴射孔とインク供給孔とを備えた構成を有し、前記長方
形溝に前記スペーサーが並んで配置されていることを特
徴とする請求項1に記載のインクジェットプリンターの
印字ヘッド。
2. The pressure chamber is provided at each end of a rectangular groove.
Having a configuration provided with an ejection hole and an ink supply hole;
Note that the spacers are arranged side by side in the groove.
The inkjet printer according to claim 1,
Print head.
【請求項3】 前記スペーサーの体積が前記圧力室の容
積の略2/3になっていることを特徴とする請求項1ま
たは請求項2に記載のインクジェットプリンターの印字
ヘッド。
3. The volume of the spacer is equal to the volume of the pressure chamber.
The product is approximately 2/3 of the product.
Or printing by an ink jet printer according to claim 2.
head.
【請求項4】 前記スペーサーが断面矩形状の方形体で
あり、前記スペーサーの前記噴射孔手段及び前記インク
供給手段に対向する面にはインク流路をふさぐことを防
止するための斜面が形成されていることを特徴とする請
求項1から請求項3のいずれか一項に記載のインクジェ
ットプリンターの印字ヘッド。
4. The spacer has a rectangular shape with a rectangular cross section.
The jetting means of the spacer and the ink
The surface facing the supply means is prevented from blocking the ink flow path.
A bezel characterized by forming a slope for stopping
The ink jet according to any one of claims 1 to 3,
Print head of printer.
【請求項5】 前記スペーサーが前記長方形溝の幅より
若干小さい直径の球状スペーサーであることを特徴とす
る請求項2に記載のインクジェットプリンターの印字ヘ
ッド。
5. The method according to claim 1, wherein the spacer is wider than the width of the rectangular groove.
Characterized by a spherical spacer with a slightly smaller diameter
The printing of the ink jet printer according to claim 2
Good.
【請求項6】 前記球状スペーサーを前記長方形溝のな
かに複数個重ねて配置したことを特徴とする請求項5に
記載のインクジェットプリンターの印字ヘッド。
6. The method according to claim 6, wherein the spherical spacer is provided with a rectangular groove.
6. The method according to claim 5, wherein a plurality of crabs are arranged.
The print head of the inkjet printer according to the above.
【請求項7】 前記長方形溝の端部近傍に、前記球状ス
ペーサーを圧力室内に保持すると共に噴射孔を塞ぐこと
を防止するためのストッパーが設けられていることを特
徴とする請求項5または請求項6に記載のインクジェッ
トプリンターの印字ヘッド。
7. The spherical groove near the end of the rectangular groove.
Holding the pacer in the pressure chamber and closing the injection hole
Note that a stopper is provided to prevent
7. The ink jet printer according to claim 5, wherein
Print head of printer.
【請求項8】 基板に圧力室及び該圧力室の側壁を形成
する溝を設け、該溝の長手方向に交わる一方の側壁には
噴射孔を、他方の側壁にはインクの導入管に連通する導
入口を設け、弾性板材よりなる前記圧力室の蓋を前記基
板の上面に取り付け、該蓋の外面に、厚み方向に分極し
両面に駆動電極を有する板状の圧電素子を取付け、前記
駆動電極に電圧を印加することによる前記蓋の屈曲モー
ドによる変形により圧力室の容積を変化させ、圧力室内
に充填したインクを噴射孔から射出する印字ヘッドにお
いて、前記圧力室内にガラス、セラミックス等のインク
より圧縮率の小なる物質よりなり、かつ、前記圧力室の
隔壁に対して若干のガタを生ずる寸法のスペーサーを
数個、移動可能に配してなることを特徴とするインクジ
ェットプリンターの印字ヘッド。
8. A substrate is provided with a pressure chamber and a groove forming a side wall of the pressure chamber, and one side wall intersecting the longitudinal direction of the groove communicates with an ejection hole, and the other side wall communicates with an ink introduction pipe. An inlet is provided, a lid of the pressure chamber made of an elastic plate material is attached to an upper surface of the substrate, and a plate-shaped piezoelectric element which is polarized in a thickness direction and has drive electrodes on both surfaces is attached to an outer surface of the lid. the voltage by changing the volume of the pressure chamber by deformation due to the bending mode of the lid by applying, in a print head for ejecting ink filled in the pressure chamber from the injection hole, the glass to the pressure chamber, the ink of ceramics Ri Na than the small substance serving compression ratio and of the pressure chamber
Duplicate spacers with dimensions that may cause slight backlash
A print head for an ink jet printer, wherein several print heads are movably arranged.
【請求項9】 前記圧力室は長方形溝の両端にそれぞれ
噴射孔とインク供給孔とを備えた構成を有し、前記長方
形溝に前記スペーサーが並んで配置されていることを特
徴とする請求項8に記載のインクジェットプリンターの
印字ヘッド。
9. The pressure chamber is provided at each end of a rectangular groove.
Having a configuration provided with an ejection hole and an ink supply hole;
Note that the spacers are arranged side by side in the groove.
The inkjet printer according to claim 8, wherein
Print head.
【請求項10】 前記スペーサーの体積が前記圧力室の
容積の略2/3になっていることを特徴とする請求項8
または請求項9に記載のインクジェットプリンターの印
字ヘッド。
10. The pressure chamber has a volume of the spacer.
9. The method according to claim 8, wherein the volume is approximately 2/3.
Or the mark of the ink jet printer according to claim 9.
Character head.
【請求項11】 前記スペーサーの形状が球状であるこ
とを特徴とする請求項8または請求項9に記載のインク
ジェットプリンターの印字ヘッド。
11. The shape of the spacer is spherical.
The ink according to claim 8 or 9, wherein
Print head for jet printer.
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