JP3638467B2 - Inkjet printer head - Google Patents

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JP3638467B2 JP9178299A JP9178299A JP3638467B2 JP 3638467 B2 JP3638467 B2 JP 3638467B2 JP 9178299 A JP9178299 A JP 9178299A JP 9178299 A JP9178299 A JP 9178299A JP 3638467 B2 JP3638467 B2 JP 3638467B2
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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

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、文字や画像の印刷に用いる高精度のインクジェットプリンタに搭載されるインクジェットプリンタヘッドに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、低ランニングコストでカラー画像や文字情報等を印刷するプリンタとして、インクジェット方式のプリンタが使用されている。
【0003】
このようなインクジェット方式のプリンタに搭載されるインクジェットヘッド(以下、ヘッドと称す)としては、インクが充填される流路内に微細なヒータを設け、このヒータによりインクを加熱、沸騰させ、流路内に生ずる気泡によって流路内のインクを加圧し、インク吐出孔よりインク滴を吐出させるサーマルジェット方式と、インクが充填される流路を形成する隔壁を圧電素子によって屈曲変位させ、機械的に流路内のインクを加圧し、インク吐出孔よりインク滴を吐出させる圧電方式が一般的であるが、これらのうち圧電方式は、耐久性及び応答性に優れるとともに、直接インクを加熱しないため、インクの種類が限定されないといった利点がある。
【0004】
このような圧電方式のヘッドとしては、図3に示すように、平行に整列した複数の隔壁1を有し、これら隔壁1間をインクの流路2としてなる圧電セラミック製の流路部材8と、各隔壁1の頂部に接合され、各流路2を塞ぐ、インク供給孔4を備えた天板9と、上記流路部材8の一方端側に、各流路2を塞ぐべく隔壁1とともに接着にて接合され、各流路2と連通するインク吐出孔6を備えたノズル板7とからなり、上記隔壁1の両側面には、ノズル板7より長手方向に沿って駆動用電極13を形成したものがあった。なお、上記流路部材8の他方端側は閉じられた構造となっており、また、図中矢印の方向に分極処理されている。
【0005】
そして、このヘッド20よりインク滴を吐出するには、隔壁1の両側面に形成された駆動用電極3に電圧を印加することによって行われる。図4(a)(b)にその駆動原理を説明するように、例えば駆動用電極13b,13c及び駆動電極13h,13iにそれぞれ負極の電圧を、駆動電極13a,13d,13g,13jに正極の電圧を印加すると、図4(a)に示すように隔壁1a及び隔壁1bが流路2a側へ屈曲変位するとともに、隔壁1d,1eが流路2d側へ屈曲変位するため、流路2a,2d内に充填されたインクを加圧して、インク吐出孔6よりインク滴を吐出させることができ、この後、各駆動用電極13a〜13d,13g〜13jへの通電を遮断すると、屈曲変位していた隔壁1a,1b,1d,1eが弾性作用によって元の形状に戻り、流路2a,2d内が減圧される結果、インク供給孔4からインクの供給が行なわれ、さらに前述した駆動電極13a〜13d,13g〜13jへ正負を逆転して電圧を印加すると、図4(b)に示すように隔壁1a,1bが流路2aに対して外側へ屈曲変位するとともに、隔壁1d,1eが流路2dに対して外側へ屈曲変位するため、流路2a,2d内がさらに減圧されてインクが充填され、次に、各駆動用電極13a〜13d,13g〜13jへの通電を遮断すると、屈曲変位していた隔壁1a,1b,1d,1eが弾性作用によって元の形状に戻り、次のインク滴の吐出段階に入ることになり、これらの動作を順次繰り返すことでインク滴の吐出を連続的に行うようになっている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図3に示すヘッド20よりインク滴を吐出させるために隔壁1を屈曲変位させると、隔壁1の両側面に備える駆動用電極13がノズル板7の近傍まで延設して形成されていることから、隔壁1に接合されたノズル板7が変形し、この変形量が大きく各流路2に連通するインク吐出孔6の位置ずれが起きたり、インク吐出孔6の形状が歪な形となると、インク滴の記録媒体上への着弾位置がずれたり、かすれ等が発生し、正確な文字や画像を印刷できないといった課題があった。
【0007】
【発明の目的】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的はインク滴の着弾位置のばらつきを防止し、色ムラや画質の乱れのない高画質の文字や画像を印刷することができるインクジェットプリンタヘッドを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は、平行に整列した圧電材料からなる複数の隔壁を有し、該隔壁間をインクの流路としてなる流路部材と、該流路部材の隔壁の頂部に接合され、上記各流路を塞ぐ天板と、上記流路部材の一方端側に前記隔壁とともに接合され、上記各流路と連通するインク吐出孔を備えたノズル板とからなり、上記隔壁の両側面にはそれぞれ駆動用電極を設け、各隔壁の両側面に形成した駆動用電極間に通電して隔壁を屈曲変位させ、上記流路内の圧力を変化させることによって前記インク吐出孔からインク滴を吐出するインクジェトプリンタヘッドにおいて、上記駆動用電極を、前記ノズル板より距離をおいて上記隔壁の側面に形成したことを特徴とする。
【0009】
特に、前記ノズル板から駆動用電極までの距離は100μm〜1000μmとすることが好ましい。
【0010】
【作用】
本発明によれば、圧電セラミックスよりなる隔壁の両側面に形成される駆動用電極を、隔壁の端面に接合されたノズル板より距離をおいて隔壁の長手方向に形成するようにしたことから、ノズル板接合付近における隔壁の変位をなくし、ノズル板の変形を抑えることで、インク吐出孔の位置ずれや歪みを防止することができ、もって、インク滴を記録媒体の所定位置へ着弾することができるため、色ムラや画質の乱れのない高性能なインクジェットプリンタヘッドを得ることができる。
【0011】
特に、ノズル板から駆動用電極までの距離を100μm以上、1000μm以下とすることで前記特性を効果的に発揮することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。なお、従来例である図3及び図4と同一部分については同一符号で示す。
【0013】
図1は本発明のインクジェットプリンタヘッド10を示す一部を破断した斜視図で、圧電セラミックスからなる複数の隔壁1を等間隔で並設してなり、隔壁1間をインクの流路2としてなる流路部材8と、上記隔壁1の頂部に接合され、各流路2を塞ぐ、インク供給孔4を備えた天板9と、上記流路部材8の一方端側に、各流路2を塞ぐべく、隔壁1とともに接着にて接合され、各流路2と連通するインク吐出孔6を備えたノズル板7とからなり、上記隔壁1の両側面にはその長手方向に沿って駆動用電極3を形成してある。なお、上記流路部材8の他方端側は閉じた構造となっており、また、図中矢印の方向に分極処理してある。
【0014】
そして、本発明によれば、隔壁1の両側面に形成する各駆動用電極3を、ノズル板7より距離tをおいて形成したことを特徴とする。
【0015】
このヘッド10よりインク滴を吐出するには、インク供給孔4より各流路2へ顔料タイプの油性インクや水性染料インクあるいは紫外線硬化インク等のインクを導入するとともに、隔壁1の両側面に形成された駆動用電極3間に電圧を印加することによって行う。
【0016】
図2(a)(b)にその駆動原理を説明するように、例えば駆動用電極3b,3c及び駆動電極3h,3iにそれぞれ負極の電圧を、駆動電極3a,3d,3g,3jに正極の電圧を印加すると、図2(a)に示すように隔壁1a及び隔壁1bが流路2a側へ屈曲変位するとともに、隔壁1d,1eが流路2d側へ屈曲変位するため、流路2a,2d内に充填されたインクを加圧して、インク吐出孔6よりインク滴を吐出させることができ、この後、各駆動用電極3a〜3d,3g〜3jへの通電を遮断すると、屈曲変位していた隔壁1a,1b,1d,1eが弾性作用によって元の形状に戻り、流路2a,2d内が減圧される結果、インク供給孔4からインクの供給が行なわれ、さらに前述した駆動電極3a〜3d,3g〜3jへ正負を逆転して電圧を印加すると、図2(b)に示すように隔壁1a,1bが流路2aに対して外側へ屈曲変位するとともに、隔壁1d,1eが流路2dに対して外側へ屈曲変位するため、流路2a,2d内がさらに減圧されてインクが充填され、次に、各駆動用電極3a〜3d,3g〜3jへの通電を遮断すると、屈曲変位していた隔壁1a,1b,1d,1eが弾性作用によって元の形状に戻り、次のインク滴の吐出段階に入ることになり、これらの動作を順次繰り返すことでインク滴の吐出を連続的に行うことができる。
【0017】
そして、このヘッド10のノズル板7は、流路部材8の隔壁1と接合してあることから、隔壁1の屈曲変位に伴ってインク吐出孔6の位置を変えたり、インク吐出孔6を変形させようとする力が働くのであるが、前述したように、圧電セラミックスからなる隔壁1に剪断モード変形を発生させる駆動用電極3を、ノズル板7より距離tをおいて形成し、ノズル板7の接合近傍における隔壁1を変位させないようにしてあることから、ノズル板7を変形させようとする力を低減し、インク吐出孔6が位置ずれを起こしたり、歪な形状に変形することを防止することができる。
【0018】
かくして、本発明のヘッド10を用いれば、インク滴の着弾位置のばらつきによる色ムラや画質の乱れのない高画質な文字や画像を印刷することができる。
【0019】
ところで、前述したような効果を得るには、ノズル板7が隔壁1の変位の影響を全く受けないことが理想的であり、そのためにはノズル板7から駆動用電極3までの距離tができるだけ長い方が良いことになる。しかしながら、距離tを長くすると、隔壁1が屈曲変位する範囲が狭まり、流路2内においてインク滴を吐出するのに十分な圧力が得られなくなり、インク滴の吐出速度が小さくなることによって記録媒体への記録速度の低下を招くこととなる。また、距離tが長くなると、吐出されるインク滴が小さくなることにもつながり、インク滴の大きさを変化させて階調性を出すことができなくなり、記録媒体上での画質の低下をきたすことになる。しかも極端な場合はインク滴の吐出そのものができなくなる。
【0020】
その為、ノズル板7から駆動用電極3までの距離tは、記録速度を大きく低下することなく、階調性に問題を生じない範囲で形成することが望ましく、100μm〜2000μm、好ましくは100μm〜1000μmの範囲で間隔をあけることが好ましい。
【0021】
即ち、ノズル板7から駆動用電極3までの距離tが100μm未満では、隔壁1の屈曲変位に伴うノズル板7の変形を抑える効果が小さく、インク吐出孔6の位置ずれやインク吐出孔6の形状が歪な形となることを防ぐことができず、逆に、ノズル板7から駆動用電極3までの距離tが2000μmを越えると、流路2内の発生圧力が小さくなり、記録速度の低下や画質の劣化を招く恐れがあるからである。
【0022】
ところで、図1に示すヘッド10を製造するには、まず、流路部材8を形成するために、ジルコン酸チタン酸鉛(PZT系)を主成分とする圧電セラミックス、マグネシウムニオブ酸鉛(PMN系)を主成分とする圧電セラミックス、ニッケルニオブ酸鉛を主成分とする圧電セラミックス、あるいは上記主成分を複合した圧電セラミックスからなる基板を用意し、その厚み方向に分極処理したあと、ダイシングソーなどを用いた切削加工やブラスト加工等によって、複数の溝を並設し、この溝をインクの流路2とするとともに、流路2を構成する壁を隔壁1としてなる流路部材8を製作する。
【0023】
次に、各隔壁1の両側面に、フォトリソグラフィ技術等によりマスクを施したあと、蒸着、スパッタリング、メッキ等の膜形成手段によって、白金、金、パラジウム、ロジウム、ニッケル、アルミニウム等の金属や白金−金、パラジウム−銀、白金−パラジウム等を主体とする合金からなる駆動用電極3を形成するのであるが、この時、ノズル板7が形成される側の隔壁1端部近傍には側面全面にマスクを施しておき、ノズル板7が形成される側の隔壁1端部から距離tだけ離れた位置より流路2の長手方向に沿って駆動用電極3を形成する。なお、駆動用電極3は、流路2の終端から流路部材8の後端まで延びる引出電極5と電気的に接続してあり、この引出電極5を介して駆動用電極3へ通電するようになっている。
【0024】
また、駆動用電極3への他の通電方法としては、後述する天板9内に導体を埋設しておき、この天板9を流路部材8の隔壁1上に接合する際に、天板9内に埋設された導体と駆動用電極3とを直接当接させて導通させるようにしても良い。しかるのち、流路部材8の流路2を塞ぐべく、隔壁1の頂部に、セラミックス、ガラス、シリコン等の絶縁材料からなるインク供給孔4を備えた天板9を接着剤やガラスにて接合するとともに、流路部材8の開放端部を塞ぐべく、セラミックス、ガラス、シリコン、樹脂などからなるインク吐出孔6を備えたノズル板8を接着剤にて接合することにより、図1に示すヘッド10を得ることができる。
【0025】
【実施例】
チタン酸ジルコン酸鉛系の圧電セラミックスからなる基板に、幅70μm、高さ350μm、長さ7000μmの隔壁1が141μmのピッチで並設されるようにダイシングソーにて切削加工を施して流路部材8を製作した。
【0026】
次に、フォトリソグラフィ技術を用いて隔壁1の両側面にマスクを形成したあと、スパッタリング法にて白金からなる駆動用電極3を形成するのであるが、この時ノズル板7が接合される側の隔壁1端部から駆動用電極3までの距離tを異ならせるようにした。
【0027】
しかるのち、インク供給孔4を備えたアルミナセラミック製の天板9を、上記流路部材8の各流路2を塞ぐように隔壁1の頂部にエポキシ系樹脂により接着するとともに、さらに流路部材8の一方端側に開口する流路2を塞ぐようにインク吐出孔6を備えたポリイミド樹脂製のノズル板7をエポキシ系の接着剤にて接着してヘッド10を製作した。
【0028】
そして、これらのヘッド10にインクを供給せずに駆動させ、画像処理装置によってインク吐出孔6の歪み具合を確認したあと、各ヘッド10をインクジェットプリンタに組み込んで印刷させ、この時のインク滴の吐出速度を、放電管を光源としフィルム上にインク滴の吐出状況を記録させる高速度写真撮影装置によって測定した。
【0029】
また、記録用紙へのインク滴の着弾位置ずれについては、まず、駆動用電極3に印加する電圧を小さくし、ほとんどノズル板7の変形が起こらない程度の変位量で隔壁1を屈曲変位させてインク滴を記録紙に着弾させ、次に駆動用電極3への通電量を大きくして通常の駆動状態で吐出させ、この時のインク滴の着弾位置とのずれを画像処理装置で観察した。
【0030】
ただし、インク滴の吐出速度の評価にあたっては、ノズル板7から駆動用電極3までの距離tが0である従来のヘッドにおける吐出速度を基準とし、この基準値の80%以上の吐出速度が得られたものを良好として判断した。
【0031】
それぞれの結果は表1に示す通りである。
【0032】
【表1】

Figure 0003638467
【0033】
この結果、ノズル板7から駆動用電極3までの距離tを長くすることによって、インク吐出孔6の歪み具合及びインク滴の着弾位置のずれを小さくできることが判る。ただし、ノズル板7から駆動用電極3までの距離tが2000μmより長くなるとインク滴の吐出速度が基準値の80%(4m/s)未満となり、実用に供しないレベルとなった。
【0034】
その為、ノズル板7から駆動用電極3までの距離tは100μm〜2000μmとすることが良く、距離tを100μm〜1000μmとすることで吐出速度をさらに高めることができ好適であることが確認できた。
【0035】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、平行に整列した圧電材料からなる複数の隔壁を有し、該隔壁間をインクの流路としてなる流路部材と、該流路部材の隔壁の頂部に接合され、上記各流路を塞ぐ天板と、上記流路部材の一方端側に前記隔壁とともに接合され、上記各流路と連通するインク吐出孔を備えたノズル板とからなり、上記隔壁の両側面にはそれぞれ駆動用電極を設け、各隔壁の両側面に形成した駆動用電極間に通電して隔壁を屈曲変位させ、上記流路内の圧力を変化させることによって前記インク吐出孔からインク滴を吐出するインクジェトプリンタヘッドにおいて、上記駆動用電極は、前記ノズル板より距離をおいて上記隔壁の側面に形成してインクジェットプリンタヘッドを構成したことから、ノズル板接合付近の隔壁の変位をなくし、インク吐出孔の位置ずれや歪みを防止することによって、所定量のインク滴を吐出させることができるとともに、記録媒体の所定位置に正確にインク滴を着弾させることができるため、色ムラや画質の乱れのない高画質の文字や画質を印刷することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のインクジェットプリンタヘッドの一例を示す一部を破断した斜視図である。
【図2】図1に示すインクジェットプリンタヘッドの駆動原理を説明するための部分断面図である。
【図3】従来例のインクジェットプリンタヘッドの一例を示す一部を破断した斜視図である。
【図4】図3に示すインクジェットプリンタヘッドの駆動原理を説明するための部分断面図である。
【符号の説明】
1:隔壁 2:流路 3,13:駆動電極 4:インク供給孔 5:引出電極
6:インク吐出孔 7:ノズル板 8:流路部材 9:天板
10,20:インクジェットプリンタヘッド[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an inkjet printer head mounted on a high-precision inkjet printer used for printing characters and images.
[0002]
[Prior art]
In recent years, inkjet printers have been used as printers that print color images, character information, and the like at a low running cost.
[0003]
As an ink-jet head (hereinafter referred to as a head) mounted on such an ink-jet printer, a fine heater is provided in a flow path filled with ink, and the ink is heated and boiled by the heater to flow the flow path. The thermal jet system pressurizes the ink in the flow path by the bubbles generated inside, and discharges ink droplets from the ink discharge holes, and the partition that forms the flow path filled with ink is bent and displaced by the piezoelectric element, and mechanically Piezoelectric systems that pressurize ink in the flow path and eject ink droplets from the ink ejection holes are common, but among these piezoelectric systems are excellent in durability and responsiveness, and do not heat ink directly, There is an advantage that the type of ink is not limited.
[0004]
As shown in FIG. 3, the piezoelectric head has a plurality of partition walls 1 arranged in parallel, and a piezoelectric ceramic channel member 8 serving as an ink channel 2 between the partition walls 1. The top plate 9 having the ink supply holes 4 joined to the top of each partition wall 1 to block each channel 2 and the partition wall 1 to block each channel 2 on one end side of the channel member 8. The nozzle plate 7 is provided with an ink discharge hole 6 joined by bonding and communicated with each flow path 2, and driving electrodes 13 are provided on both side surfaces of the partition wall 1 along the longitudinal direction from the nozzle plate 7. There was something formed. The other end side of the flow path member 8 has a closed structure, and is polarized in the direction of the arrow in the figure.
[0005]
Ink droplets are ejected from the head 20 by applying a voltage to the driving electrodes 3 formed on both side surfaces of the partition wall 1. As illustrated in FIGS. 4A and 4B, for example, the driving electrodes 13b and 13c and the driving electrodes 13h and 13i have a negative voltage, and the driving electrodes 13a, 13d, 13g, and 13j have a positive voltage. When voltage is applied, the partition walls 1a and 1b are bent and displaced toward the flow path 2a as shown in FIG. 4A, and the partition walls 1d and 1e are bent and displaced toward the flow path 2d. The ink filled inside can be pressurized and ink droplets can be ejected from the ink ejection holes 6. After that, when the energization to each of the driving electrodes 13 a to 13 d and 13 g to 13 j is interrupted, the ink is bent and displaced. The partition walls 1a, 1b, 1d, and 1e are restored to their original shapes by elastic action, and the flow passages 2a and 2d are depressurized. As a result, ink is supplied from the ink supply holes 4, and the drive electrodes 13a to 13a described above. When a voltage is applied to 3d and 13g to 13j by reversing the polarity, as shown in FIG. 4B, the partition walls 1a and 1b are bent and displaced outward with respect to the flow path 2a, and the partition walls 1d and 1e are flow paths. 2d, the flow path 2a, 2d is further depressurized and filled with ink. Next, when the drive electrodes 13a-13d, 13g-13j are de-energized, the bending displacement The partition walls 1a, 1b, 1d, and 1e that have been restored to their original shapes by the elastic action enter the next ink droplet ejection stage, and the ink droplet ejection is continuously performed by sequentially repeating these operations. To do.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the partition wall 1 is bent and displaced in order to eject ink droplets from the head 20 shown in FIG. 3, the drive electrodes 13 provided on both side surfaces of the partition wall 1 extend to the vicinity of the nozzle plate 7. Therefore, the nozzle plate 7 joined to the partition wall 1 is deformed, the deformation amount is large, the position of the ink ejection hole 6 communicating with each flow path 2 is displaced, and the shape of the ink ejection hole 6 is distorted. Then, there is a problem that the landing position of the ink droplet on the recording medium is deviated or blurring occurs, so that accurate characters and images cannot be printed.
[0007]
OBJECT OF THE INVENTION
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to prevent variation in the landing positions of ink droplets and to print high-quality characters and images without color unevenness and image quality disturbance. To provide a head.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
Accordingly, the present invention has a plurality of partition walls made of piezoelectric materials aligned in parallel, and a flow path member serving as an ink flow path between the partition walls and a top portion of the partition wall of the flow path member. A top plate that closes the flow path, and a nozzle plate that is joined to the one end side of the flow path member together with the partition wall and includes ink ejection holes that communicate with the flow paths. An ink jet which is provided with a drive electrode and discharges ink droplets from the ink discharge holes by energizing between the drive electrodes formed on both side surfaces of each partition to bend and displace the partition and change the pressure in the flow path. In the printer head, the driving electrode is formed on a side surface of the partition wall at a distance from the nozzle plate.
[0009]
In particular, the distance from the nozzle plate to the driving electrode is preferably 100 μm to 1000 μm.
[0010]
[Action]
According to the present invention, the driving electrodes formed on both side surfaces of the partition wall made of piezoelectric ceramics are formed in the longitudinal direction of the partition wall at a distance from the nozzle plate joined to the end surface of the partition wall. By eliminating the displacement of the partition wall in the vicinity of the nozzle plate joint and suppressing the deformation of the nozzle plate, it is possible to prevent the displacement and distortion of the ink ejection holes, and the ink droplets can land on a predetermined position of the recording medium. Therefore, it is possible to obtain a high-performance inkjet printer head free from color unevenness and image quality disturbance.
[0011]
In particular, when the distance from the nozzle plate to the driving electrode is 100 μm or more and 1000 μm or less, the above characteristics can be effectively exhibited.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. The same parts as those in FIGS. 3 and 4 which are conventional examples are denoted by the same reference numerals.
[0013]
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view showing an ink jet printer head 10 of the present invention, in which a plurality of partition walls 1 made of piezoelectric ceramics are arranged in parallel at equal intervals, and between the partition walls 1 serve as an ink flow path 2. The flow path member 8 is joined to the top of the partition wall 1 to block the flow paths 2, and the top plate 9 having the ink supply holes 4 is provided. In order to close it, it consists of a nozzle plate 7 which is bonded together with the partition wall 1 by adhesion and has ink discharge holes 6 communicating with the respective flow paths 2, and on both side surfaces of the partition wall 1 is a drive electrode along its longitudinal direction. 3 is formed. The other end side of the flow path member 8 has a closed structure, and is polarized in the direction of the arrow in the figure.
[0014]
According to the present invention, each driving electrode 3 formed on both side surfaces of the partition wall 1 is formed at a distance t from the nozzle plate 7.
[0015]
In order to eject ink droplets from the head 10, ink such as pigment-type oil-based ink, water-based dye ink, or ultraviolet curable ink is introduced into each flow path 2 from the ink supply hole 4 and formed on both side surfaces of the partition wall 1. This is performed by applying a voltage between the drive electrodes 3 formed.
[0016]
As illustrated in FIGS. 2A and 2B, for example, the driving principle is such that the driving electrodes 3b and 3c and the driving electrodes 3h and 3i have a negative voltage and the driving electrodes 3a, 3d, 3g and 3j have a positive polarity. When voltage is applied, the partition walls 1a and 1b are bent and displaced toward the flow path 2a as shown in FIG. 2A, and the partition walls 1d and 1e are bent and displaced toward the flow path 2d. The ink filled inside can be pressurized and ink droplets can be ejected from the ink ejection holes 6. After that, when the drive electrodes 3a to 3d and 3g to 3j are de-energized, the ink is bent and displaced. The partition walls 1a, 1b, 1d, and 1e are restored to their original shapes by the elastic action, and the flow paths 2a and 2d are depressurized. As a result, ink is supplied from the ink supply holes 4, and the drive electrodes 3a to 3a described above are further provided. Reverse the sign to 3d, 3g-3j Then, when a voltage is applied, the partition walls 1a and 1b are bent and displaced outward with respect to the flow path 2a, and the partition walls 1d and 1e are bent and displaced outward with respect to the flow path 2d as shown in FIG. 2 (b). Therefore, the flow path 2a, 2d is further depressurized to be filled with ink, and then, when the drive electrodes 3a-3d, 3g-3j are de-energized, the partition walls 1a, 1b, 1d that have been bent and displaced are removed. , 1e returns to its original shape due to the elastic action and enters the next ink droplet ejection stage, and the ink droplets can be ejected continuously by sequentially repeating these operations.
[0017]
Since the nozzle plate 7 of the head 10 is joined to the partition wall 1 of the flow path member 8, the position of the ink discharge hole 6 is changed or the ink discharge hole 6 is deformed with the bending displacement of the partition wall 1. As described above, the driving electrode 3 for generating shear mode deformation in the partition wall 1 made of piezoelectric ceramic is formed at a distance t from the nozzle plate 7. Since the partition wall 1 in the vicinity of the joint is not displaced, the force for deforming the nozzle plate 7 is reduced, and the ink discharge hole 6 is prevented from being displaced or deformed into a distorted shape. can do.
[0018]
Thus, by using the head 10 of the present invention, it is possible to print high-quality characters and images without color unevenness and image quality disturbance due to variations in the landing positions of ink droplets.
[0019]
By the way, in order to obtain the effect as described above, it is ideal that the nozzle plate 7 is not affected by the displacement of the partition wall 1 at all. For this purpose, the distance t from the nozzle plate 7 to the driving electrode 3 can be as small as possible. Longer is better. However, if the distance t is increased, the range in which the partition wall 1 is bent and displaced is narrowed, and a pressure sufficient to eject ink droplets in the flow path 2 cannot be obtained. This leads to a decrease in recording speed. In addition, when the distance t is increased, the ejected ink droplets are also reduced, and it is impossible to change the size of the ink droplets to produce gradation, and the image quality on the recording medium is deteriorated. It will be. In extreme cases, ink droplets cannot be ejected.
[0020]
Therefore, the distance t from the nozzle plate 7 to the driving electrode 3 is desirably formed in a range that does not cause a problem in gradation without greatly reducing the recording speed, and is 100 μm to 2000 μm, preferably 100 μm to It is preferable to leave an interval in the range of 1000 μm.
[0021]
That is, when the distance t from the nozzle plate 7 to the driving electrode 3 is less than 100 μm, the effect of suppressing the deformation of the nozzle plate 7 due to the bending displacement of the partition wall 1 is small. If the distance t from the nozzle plate 7 to the driving electrode 3 exceeds 2000 μm, the generated pressure in the flow path 2 is reduced and the recording speed is reduced. This is because there is a risk of lowering or deterioration of image quality.
[0022]
By the way, in order to manufacture the head 10 shown in FIG. 1, first, in order to form the flow path member 8, piezoelectric ceramics mainly composed of lead zirconate titanate (PZT system), lead magnesium niobate (PMN system). ), A piezoelectric ceramic containing lead nickel niobate as a main component, or a substrate made of a composite of the above main components, and polarizing the substrate in the thickness direction. A plurality of grooves are provided side by side by cutting, blasting, or the like, and the grooves are used as the ink flow paths 2, and the flow path member 8 having the walls constituting the flow paths 2 as the partition walls 1 is manufactured.
[0023]
Next, a mask is applied to both side surfaces of each partition wall 1 by a photolithography technique or the like, and then a metal such as platinum, gold, palladium, rhodium, nickel, or aluminum or platinum is formed by film forming means such as vapor deposition, sputtering, or plating. The driving electrode 3 made of an alloy mainly composed of gold, palladium-silver, platinum-palladium or the like is formed. At this time, the entire side surface is in the vicinity of the end of the partition wall 1 on the side where the nozzle plate 7 is formed. The driving electrode 3 is formed along the longitudinal direction of the flow path 2 from a position separated from the end of the partition wall 1 on the side where the nozzle plate 7 is formed by a distance t. The drive electrode 3 is electrically connected to an extraction electrode 5 extending from the end of the flow path 2 to the rear end of the flow path member 8 so that the drive electrode 3 is energized through the extraction electrode 5. It has become.
[0024]
As another energization method for the driving electrode 3, a conductor is embedded in a ceiling plate 9 described later, and when the ceiling plate 9 is joined to the partition wall 1 of the flow path member 8, The conductor embedded in 9 and the driving electrode 3 may be brought into direct contact with each other to be conducted. Thereafter, a top plate 9 provided with an ink supply hole 4 made of an insulating material such as ceramics, glass, or silicon is bonded to the top of the partition wall 1 with an adhesive or glass to block the flow path 2 of the flow path member 8. In addition, in order to close the open end portion of the flow path member 8, the nozzle plate 8 provided with the ink discharge holes 6 made of ceramics, glass, silicon, resin, or the like is joined with an adhesive, whereby the head shown in FIG. 10 can be obtained.
[0025]
【Example】
A flow path member obtained by cutting a substrate made of lead zirconate titanate-based piezoelectric ceramic with a dicing saw so that partition walls 1 having a width of 70 μm, a height of 350 μm, and a length of 7000 μm are arranged in parallel at a pitch of 141 μm 8 was produced.
[0026]
Next, after a mask is formed on both side surfaces of the partition wall 1 using a photolithography technique, the driving electrode 3 made of platinum is formed by a sputtering method. At this time, on the side where the nozzle plate 7 is joined. The distance t from the end of the partition wall 1 to the driving electrode 3 was varied.
[0027]
After that, an alumina ceramic top plate 9 provided with the ink supply holes 4 is bonded to the top of the partition wall 1 with an epoxy resin so as to close each flow path 2 of the flow path member 8, and further the flow path member. A head plate 10 was manufactured by adhering a polyimide resin nozzle plate 7 provided with ink discharge holes 6 with an epoxy adhesive so as to close the flow path 2 opened to one end side of the nozzle 8.
[0028]
Then, these heads 10 are driven without supplying ink, and after confirming the degree of distortion of the ink discharge holes 6 by the image processing apparatus, each head 10 is incorporated into an ink-jet printer for printing. The discharge speed was measured by a high-speed photography apparatus that records the discharge state of ink droplets on a film using a discharge tube as a light source.
[0029]
Further, regarding the deviation of the landing position of the ink droplet on the recording paper, first, the voltage applied to the driving electrode 3 is reduced, and the partition wall 1 is bent and displaced with a displacement amount that hardly deforms the nozzle plate 7. The ink droplets were landed on the recording paper, and then the energization amount to the driving electrode 3 was increased and ejected in a normal driving state. The deviation from the ink droplet landing position at this time was observed with an image processing apparatus.
[0030]
However, in evaluating the ink droplet ejection speed, the ejection speed of a conventional head in which the distance t from the nozzle plate 7 to the driving electrode 3 is 0 is used as a reference, and an ejection speed of 80% or more of this reference value is obtained. Was determined to be good.
[0031]
Each result is as shown in Table 1.
[0032]
[Table 1]
Figure 0003638467
[0033]
As a result, it can be seen that by increasing the distance t from the nozzle plate 7 to the driving electrode 3, the degree of distortion of the ink discharge holes 6 and the deviation of the landing positions of the ink droplets can be reduced. However, when the distance t from the nozzle plate 7 to the driving electrode 3 is longer than 2000 μm, the ink droplet ejection speed becomes less than 80% (4 m / s) of the reference value, which is not practical.
[0034]
Therefore, the distance t from the nozzle plate 7 to the driving electrode 3 is preferably 100 μm to 2000 μm, and it can be confirmed that the discharge speed can be further increased by setting the distance t to 100 μm to 1000 μm. It was.
[0035]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, there are a plurality of partition walls made of piezoelectric materials aligned in parallel, and a channel member serving as an ink channel between the partition walls, and the top of the partition wall of the channel member. A top plate that is joined and closes each flow path, and a nozzle plate that is joined together with the partition on one end side of the flow path member, and that has ink ejection holes communicating with the flow paths. Drive electrodes are provided on both side surfaces, and electricity is applied between the drive electrodes formed on both side surfaces of each partition wall to bend and displace the partition walls, thereby changing the pressure in the flow path to change the ink from the ink discharge holes. In the ink jet printer head for ejecting droplets, the driving electrode is formed on the side surface of the partition wall at a distance from the nozzle plate to form the ink jet printer head, so that the partition wall near the nozzle plate joint is displaced. In addition, by preventing misalignment and distortion of the ink ejection holes, it is possible to eject a predetermined amount of ink droplets and accurately land the ink droplets on a predetermined position of the recording medium. It is possible to print high-quality characters and image quality without image quality disturbance.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view showing an example of an inkjet printer head of the present invention.
FIG. 2 is a partial cross-sectional view for explaining the driving principle of the ink jet printer head shown in FIG.
FIG. 3 is a partially cutaway perspective view showing an example of a conventional inkjet printer head.
4 is a partial cross-sectional view for explaining the driving principle of the ink jet printer head shown in FIG. 3;
[Explanation of symbols]
1: partition wall 2: flow path 3, 13: drive electrode 4: ink supply hole 5: extraction electrode 6: ink discharge hole 7: nozzle plate 8: flow path member 9: top plate 10, 20: ink jet printer head

Claims (2)

平行に整列した圧電材料からなる複数の隔壁を有し、該隔壁間をインクの流路としてなる流路部材と、該流路部材の隔壁の頂部に接合され、上記各流路を塞ぐ天板と、上記流路部材の一方端側に前記隔壁とともに接合され、上記各流路と連通するインク吐出孔を備えたノズル板とからなり、上記隔壁の両側面にはそれぞれ駆動用電極を設け、各隔壁の両側面に形成した駆動用電極間に通電して隔壁を屈曲変位させ、上記流路内の圧力を変化させることによって前記インク吐出孔からインク滴を吐出するインクジェトプリンタヘッドにおいて、上記駆動用電極は、前記ノズル板より距離をおいて上記隔壁の側面に形成してあることを特徴とするインクジェットプリンタヘッド。A plurality of partition walls made of piezoelectric materials aligned in parallel, a channel member serving as an ink channel between the partition walls, and a top plate joined to the top of the partition wall of the channel member to block the channels And a nozzle plate having an ink discharge hole joined to the one end side of the flow path member together with the partition walls and communicating with the flow paths, and provided with driving electrodes on both side surfaces of the partition wall, In the inkjet printer head that discharges ink droplets from the ink discharge holes by bending and displacing the partition walls by energizing between the driving electrodes formed on both side surfaces of each partition wall and changing the pressure in the flow path, the drive An ink jet printer head, wherein the electrode is formed on a side surface of the partition wall at a distance from the nozzle plate. 前記ノズル板から駆動用電極までの距離を100μm〜1000μmとした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ヘッド。2. The ink jet printer head according to claim 1, wherein a distance from the nozzle plate to the driving electrode is 100 [mu] m to 1000 [mu] m.
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