JP3669010B2 - Inkjet print head - Google Patents

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、インク滴を飛翔させて印字媒体上にドットによる文字あるいは図形を形成するインクジェット式印字ヘッドに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、これまでのインパクト方式の記録装置にとってかわり、その市場を大きく拡大しつつあるノンインパクト方式の記録装置の中で、原理が最も単純で、かつ多階調化やカラー化が容易であるものとして、インクジェット方式の記録装置が挙げられる。インクジェットプリンタは高速印字、低騒音、高印字品質であり、且つ比較的簡易な構成で製造コストが低くできるなどの利点があることから注目されている。
【0003】
インクジェットプリンタに用いられるインクジェット式印字ヘッドには複数の方式が提案されており、中でも記録に使用するインク滴のみを噴射するドロップ・オン・デマンド型が、噴射効率の良さ、ランニングコストの安さなどから急速に普及している。
【0004】
その一例である圧電素子を用いたインクジェット式印字ヘッドは、インク流路の壁面の一部を電圧印加された圧電素子の変位により変形させ、前記インク流路内のインクに圧力を付加することにより、ノズルからインク滴を飛翔させている。
【0005】
前記インクジェット式印字ヘッドは、図8乃至図10に示すように、先端部が複数に分割され、その各々が選択的に縦方向に変位する柱状の圧電セラミックス81と、前記圧電セラミックス81の先端部の変形に追従する弾力性のある薄板82と、ノズルに連通するインク室83及びマニホールドが形成された樹脂製のキャビティプレート84と、圧電セラミックス81の変形方向を規制する補強板85とが接着された構成を有している。前記圧電セラミックス81の先端部は、それぞれインク流路83の上部に位置するように配置され、キャビティプレート84をその外縁部で支持している。
【0006】
前記圧電セラミックス81の各先端部には、ワイヤボンディング等でドライバの電気配線が接続されており、駆動電圧は電気配線を介して給される。圧電セラミックス81の先端部は前記駆動電圧の印加により変位し、薄板82を変形させてインク流路83内のインクに圧力を付加させることにより、インク液滴をノズルから吐出させて印字している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記インクジェット式印字ヘッドでは、キャビティプレート84に高密度に配設されたインク室83やマニホールドの為の溝や凹部が多数形成されており、キャビティプレート83の剛性が不足し易い。また、柱状の圧電セラミックス81の先端部は、各々分離されている上、図9に示すように、その長手方向の両縁部のみでキャビティプレ−ト84を支持しており、この支持部の間隔Lが長くなっている。
【0008】
そのため、従来のインクジェット式印字ヘッドでは、圧電セラミックス81とキャビティプレート84との接合強度が小さく、キャビティプレート84は外力に対して変形し易い構造となっている。よって、圧電セラミックス81が駆動されたとき、その圧電セラミックス81の変位は対応するインク室83のみでなく、キャビティプレート84全体に波及し易くなる。つまり、圧電セラミックス81の変位がインク室83単体の容積変化を生じさせるのみでなく、キャビティプレート84全体を外方に湾曲させたり、捻れ方向に変形させるように作用してしまう。
【0009】
キャビティプレート84が外方に逃げるように湾曲すると所望のインク室83の容積変化が阻害されてしまい、インクに効率よく圧力を付加させることが困難となる。逆に、キャビティプレート84が捻れ方向に変形すると隣接するインク室83等には無用な圧力変動を生じさせることになる。
【0010】
この現象は、複数のインク室83において同時噴射されるとき、即ち一度に大きな変位がキャビティプレート84に与えられるときに特に顕著に発生する。そして、場合によってはインクの吐出不良やクロストークが頻繁に生じたりして、インクジェット式印字ヘッドとしての充分な特性がでないという問題点があった。
【0011】
上記吐出不良を解消するために、駆動電圧を高めてインク室83に付加する圧力を大きくする手法が考えられるが、駆動電圧を高めても問題の根本であるキャビティプレート84の湾曲や捻れ等の歪みは解消されていない。そのため、依然としてクロストークの問題や、同時駆動される圧電セラミックス81の数により吐出されるインク液滴の径や速度がばらつく等の問題が残っていた。
【0012】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、キャビティ部材の印字時の逃げや歪みを抑え、高い印字品質を有する安価なインクジェット式印字ヘッドを提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明のインクジェット式印字ヘッドは、インク吐出ノズルと連通する複数のインク室と各インク室にインクを供給するマニホールドとが形成されたキャビティ部材と、前記インク室と対向するようにそれぞれ配設され、且つ対応するインク室内のインクに機械的振動を与えてインク小液滴を吐出させる複数の活性部を有するアクチュエータ手段とを備え、前記インク室と前記マニホールドとを接続する部分を、そのインク室の両端を結ぶ線の延長方向に対して側方に屈曲し、それにともない隣接する前記インク室を隔てる側壁の前記マニホールド近傍が一部屈曲して前記延長方向の線上において前記アクチュエータ手段の下部に位置しており、前記アクチュエータ手段が、前記側壁の屈曲部と、前記キャビティ部材において該屈曲部と反対側の前記インク室が形成されていない外縁部とにまたがって前記キャビティ部材に固定される。
【0014】
尚、前記アクチュエータ手段は、前記キャビティ部材の外縁部であって、前記インク室の長手方向の両端に位置する一縁部及び他縁部と、前記側壁の屈曲部との三点にて前記キャビティ部材に固定されてもよい。
【0015】
尚、前記アクチュエータ手段は、前記インク室に対して変位する前記活性部が、前記インク室の両端間の長さよりも短いものでもよい。
【0016】
尚、前記アクチュエータ手段は、圧電材料からなる圧電層と電極層とを交互に積層した積層式圧電素子からなるものでもよい。
【0017】
【0018】
【作用】
上記の構成を有する本発明の請求項1に係わるインクジェット式印字ヘッドにおいては、前記インク室と前記マニホールドとを接続する部分を、そのインク室の両端を結ぶ線の延長方向に対して側方に屈曲し、それにともない隣接する前記インク室を隔てる側壁の前記マニホールド近傍が一部屈曲して前記延長方向の線上において前記アクチュエータ手段の下部に位置しており、その側壁の屈曲部と、キャビティ部材において該屈曲部と反対側のインク室が形成されていない外縁部とにまたがってアクチュエータ手段が固定されている。そのため、キャビティ部材の剛性を向上させられる。その結果、同時噴射時に問題となるインク室内の発生圧力によるキャビティ部材の湾曲や捻れ等の歪みに起因する吐出圧力の抜けやクロストークが抑制され、高い印字品質が得られる。
【0019】
請求項2に係わるインクジェット式印字ヘッドにおいては、アクチュエータ手段が、キャビティ部材の外縁部であって、インク室の長手方向の両端に位置する一縁部及び他縁部と、前記側壁の屈曲部との三点にてキャビティ部材を支持している。よって、前記アクチュエータ部材とキャビティ部材との接合は確実なものとなり、更にキャビティ部材の剛性を向上させられるため、高品位の印字品質が得られる。
【0020】
請求項3に係わるインクジェット式印字ヘッドにおいては、アクチュエータ手段は、前記インク室の両端間でのみ変位し、キャビティ部材との接合部やマニホールド対向部では変位しない。よって、アクチュエータ手段の変位を、効率よくインク室内のインクに機械的振動として付加することが出来る。
【0021】
請求項4に係わるインクジェット式印字ヘッドにおいては、アクチュエータ手段は所謂積層式圧電素子よりなるため、低電圧にても大きな変位が得られる効率のよい駆動を行なうことが出来る。
【0022】
【0023】
【実施例】
本発明を具体化した一実施例を、図1乃至図7を参照しながら詳細に説明する。
【0024】
図7に、本発明の一実施例であるインクジェット式印字ヘッドを搭載するインクジェットプリンタの要部を示す。図中におけるプラテン10は、軸12によりフレーム13に回転可能に取り付けられており、モータ14によって駆動される。プラテン10には紙11がセットされており、プラテン10に対向してインクジェット式印字ヘッド15が設けられている。インクジェット式印字ヘッド15は、インク供給装置16と共にキャリッジ18上に載置されている。キャリッジ18はプラテン10の軸線に平行に配設された2本のガイドロッド20に摺動可能に支持されると共に、一対のプーリ22に巻き掛けられたタイミングベルト24が結合させらている。そして、一方のプーリ22がモータ23によって回転させられ、タイミングベルト24が送られることによりキャリッジ18はプラテン10に沿って移動させられる。
【0025】
図1乃至図3に、前記インクジェット式印字ヘッド15に用いられるアレイ30の構成及び断面を示す。このアレイ30は、図中紙面に垂直な方向に伸長した複数のインク室32a,32b,32c及びマニホールド90が形成されたキャビティプレート34と、前記キャビティプレート34に薄膜状の振動板35を介して固着された積層式圧電素子38と、同じくキャビティプレート34に前記積層式圧電素子38とは反対側に固着されたオリフィス37を有するオリフィスプレート36と、前記積層式圧電素子38の前記インク室32a〜32cと対向する側に固着された弾性率の高い金属、またはセラミックからなるベースプレート33とを備えて構成されている。
【0026】
尚、前記インク室32a〜32cにはインクが充填されており、それぞれマニホールド90を介してインク供給装置より適宜インクが供給される。本実施例のインクは、常温で固体であり、加熱により溶融される所謂ホットメルトインクを使用する。図示はしないが、本実施例のインクジェットプリンタは、ホットメルトインクを溶融状態で使用する為にインク流路にヒータ等が設けられている。
【0027】
本実施例のインクジェット式印字ヘッド15における積層式圧電素子38は、圧電・電歪効果を有する圧電セラミックス層40と、内部負電極層42と、内部正電極層44を複数枚積層したものである。そして、積層式圧電素子38は、図3及び図4に示すように、その一端面が前記インク室32a〜32cに対して1対1で対応するようなピッチでダイサ−等によりスリット加工が施されており、複数に分割されたアクチュエータ39を備えた櫛歯状構造をとっている。このアクチュエータ39の幅は、インク室32の幅より小さくしてあり、前記アクチュエータ39の自由端が各インク室32に対応するように配置されている。
【0028】
各アクチュエータ39においては、図2及び図4に示すように、内部負電極層42と内部正電極層44とが圧電セラミックス層40を介して、前記アクチュエータ39の長手方向略中央部でのみ交差するように積層されている。この両電極層42,44が交差する領域が圧電活性部46を、その他の領域が圧電不活性部48を構成している。尚、各アクチュエータ39の圧電活性部46は、インク室32のオリフィス37と後述する屈曲部52とに挟まれた領域に対向する部位に形成されている。
【0029】
前記圧電セラミックス層40は、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)系のセラミックス材料にて構成されており、積層方向に分極させられている。図2の圧電セラミックス層40に示されている矢印は分極方向を示している。また、各電極層42,44はAg−Pd系の金属材料からなり、内部負電極層42はその一部がアクチュエータ39の長手方向の一端面に露出し、内部正電極層44はその一部が長手方向の他端面で露出している。そして、各々の電極42,44が露出する端面に導電層が形成されて、外部負電極55及び外部正電極54が形成されている。アクチュエータ39の各電極層42,44間に電界が印加された場合、前記圧電活性部46が厚み方向に圧電変形を起こす。但し、その他の領域である圧電不活性部48では変形を生じない。
【0030】
一方、キャビティプレート34は、樹脂材料を用いた射出成形により成形され、図5に示すように、平行に配列された複数のインク室32とそれらに連通するマニホールド90とが形成されている。上述の櫛歯状に分割されたアクチュエータ39に対応するインク室32a〜32cにおいて、隣接するインク室32を隔てる側壁のマニホ−ルド90近傍に位置する部位が、前記アクチュエータ39の下部に位置するように屈曲した構造になっている。結果、この屈曲部52は振動板35を挟んでアクチュエータ39に接合される。
【0031】
キャビティプレート34は、図2及び図5に示すように、積層式圧電素子38に、そのインク室32及びマニホールド90の凹部が形成されていない外縁部と前記屈曲部52にて支持されている。また、インク室32単位でみれば、前記キャビティプレートの外縁部であって、インク室32の長手方向に位置する一縁部である第1接着部51及び他縁部の第2接着部53と、前記側壁の屈曲部52との三点にてアクチュエータ39に支持されることになる。
【0032】
前記屈曲部52を形成することによってインク室32の流体抵抗が増加してマニホールド90よりのインク補充に支障が出ることが無いように、屈曲部52の屈曲角度は小さくするのが好ましい。尚、本実施例では、一般に粘度の高いホットメルトインクを使用するため、インク室32の流体抵抗の変化に依らずマニホールド90よりのインク供給が確実に行なわれる。
【0033】
また、上記アレイ30には、それぞれ図6に示されている電気回路が設けられている。この電気回路において、駆動電源60の負極側と積層式圧電素子38の外部負電極55とは接地されており、前記駆動電源60の正極側は開閉スイッチ62a,62b,62cを介して前記積層式圧電素子38の外部正電極54a〜54cに接続されている。この各スイッチ62a〜62cが図示しないコントローラによって閉じられることにより、駆動電源60から所定のアクチュエータ39a〜39cに位置する内部負電極層42と内部正電極層44間に駆動電圧が印加される。
【0034】
以上のように構成されたインクジェット式印字ヘッド15の動作について説明する。尚、説明の便宜上チャンネル数を3つにしてあるが、本発明は本実施例に限定されるものではない。
【0035】
所定の印字データに従って、前記コントローラが例えばスイッチ62aを閉じると、アクチュエータ39aの内部負電極層42と内部正電極層44aとの間に電圧が印加され、それらの間に位置する圧電セラミックス層40にバイアス電界が印加され、圧電・電歪縦効果の寸法歪に従い前記アクチュエータ39aの圧電活性部46が図中の上下方向に伸張し、前記インク室32aの容積を減少させる。そして、インク室32a内のインクがオリフィス37aから液滴となって噴射される。また、スイッチ62aが開いて電圧の印加が遮断されアクチュエータ39aの圧電活性部46が元の位置まで戻されると、その時のインク室32aの容積増加に伴って図示しない別の弁を経て前記インク供給装置16からインクが補充される。尚、例えば他のスイッチ62bが閉じられた場合には、アクチュエータ39bの圧電活性部が変位させられてインク室32bからインクが噴射される。
【0036】
すなわち、本実施例のアレイ30はインクジェット式印字ヘッド15の3つの噴射装置70a,70b,70cを構成しているのであり、1つの積層式圧電素子38はその3つの噴射装置70a〜70cに跨って設けられた圧電アクチュエータとして機能するのである。
【0037】
ここで、積層式圧電素子38へ電圧を印加した時のアレイ方向31における変形の様子を示す。アクチュエータ39に電圧25Vを印加したとき、内部負電極層42と内部正電極層44とが交差した前記圧電活性部46の部分は200nm以上の大きな変位をし、前記圧電活性部46からはずれた部分(圧電不活性部48)ではほとんど変位しない。但し、圧電活性部46の端部では、当該圧電活性部46の変位に引きずられて幾分変位する。この結果から、積層式圧電素子38のインク室32内への変形を効率よくさせるには、前記圧電活性部46の長手方向の長さが、インク室32の長手方向における長さよりも小さいことが必要であることが分かる。本実施例においては、アクチュエータ39の圧電活性部46の長手方向の長さを、インク室32の長さよりも小さくしたので、液滴39を噴射するためにはわずか30Vという低駆動電圧で効率のよい噴射を行うことができる。
【0038】
ここで問題になるのが、インク室32を長くするとインク室32を形成した部分の剛性が低下し、印字時の積層式圧電素子38の発生圧力によりキャビティプレート34が歪み易くなる点である。そのため、発生圧力が逃げたり他のインク室32に波及したりして、インクの吐出性能に悪影響(例えば、インク液適の不揃いや不吐出、クロストーク等)がでやすくなる。しかしながら、本実施例のインクジェット式印字ヘッド15では、インク室32のマニホ−ルド90近傍を屈曲させて屈曲部52を形成し、この屈曲部52でもキャビティプレート34を接着固定出来る構造にした事により、インク室32の剛性が格段に上がりキャビティプレートの歪みが防止される効果を有する。結果、発生圧力の抜けやクロストークが抑制され、同時噴射時においても高い印字品質のインクジェットプリンタを提供出来る。
【0039】
また、本実施例の圧電式インクジェットプリンタ15においては、1つの積層式圧電素子38が複数の噴射装置70a〜70cの圧電アクチュエータとして機能するため、アレイ30、更にはそのアレイ30を多数組み付けることによってインクジェット式印字ヘッド15の構造が簡略化され、製造工数も少なくなって製造コストが低減されるのである。そして、圧電アクチュエータが積層式圧電素子38であることに加えて、伸長方向においてインク室32の長さをアクチュエータ部46よりも大きくしたため、効率のよい変形が得られるので、駆動電圧が大幅に低減できた。
【0040】
尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において数々の変形を加えることもできる。
【0041】
【発明の効果】
以上説明したことから明かなように、本発明のインクジェット式印字ヘッドにおいては、前記インク室と前記マニホールドとを接続する部分を、そのインク室の両端を結ぶ線の延長方向に対して側方に屈曲し、それにともない隣接する前記インク室を隔てる側壁の前記マニホールド近傍が一部屈曲して前記延長方向の線上において前記アクチュエータ手段の下部に位置しており、その側壁の屈曲部と、キャビティ部材において該屈曲部と反対側のインク室が形成されていない外縁部とにまたがってアクチュエータ手段が固定されている。そのため、キャビティ部材の剛性を向上させることができ、複数のインク室からの同時噴射時に問題となるキャビティ部材の逃げや歪みが抑制され、吐出不良やクロストークの無い高い印字品質が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明を具体化した一実施例のインクジェット式印字ヘッドを成すアレイの構成を示す斜視図である。
【図2】 本実施例のアレイの側断面図である。
【図3】 本実施例のアレイの一部破断横断面図である。
【図4】 本実施例のインクジェット式印字ヘッドに用いられる積層式圧電素子の斜視図である。
【図5】 本実施例のインクジェット式印字ヘッドに用いられるキャビティの平面図である。
【図6】 本実施例のアレイに電気回路が設けられた状態を示す説明図である。
【図7】 本実施例のインクジェット式印字ヘッドを搭載するインクジェットプリンタの要部を示す斜視図である。
【図8】 従来のインクジェット式印字ヘッドの構成を示す斜視図である。
【図9】 従来のインクジェット式印字ヘッドの側断面図である。
【図10】 従来のインクジェット式印字ヘッドの横断面図である。
【符号の説明】
32 インク室
34 キャビティプレート
38 積層式圧電素子
39 アクチュエータ
46 圧電活性部
48 圧電不活性部
51 第1接着部
52 屈曲部
53 第2接着部
90 マニホ−ルド
[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to an ink jet print head that forms ink characters or figures on a print medium by flying ink droplets.
[0002]
[Prior art]
In recent years, it has replaced the conventional impact-type recording devices, and the principle is the simplest among the non-impact-type recording devices that are greatly expanding the market, and the multi-gradation and colorization are easy. As an example, an ink jet recording apparatus may be used. Inkjet printers are attracting attention because they have advantages such as high-speed printing, low noise, high printing quality, and low manufacturing costs with a relatively simple configuration.
[0003]
Several types of inkjet print heads used in inkjet printers have been proposed. Among them, the drop-on-demand type, which ejects only ink droplets used for recording, has good ejection efficiency and low running costs. It is rapidly spreading.
[0004]
An example of such an ink jet print head using a piezoelectric element is to deform a part of the wall surface of an ink flow path by displacement of a piezoelectric element to which voltage is applied, and apply pressure to the ink in the ink flow path. Ink droplets are ejected from the nozzles.
[0005]
As shown in FIGS. 8 to 10, the ink jet print head includes a columnar piezoelectric ceramic 81 having a tip portion divided into a plurality of portions, each of which is selectively displaced in the vertical direction, and a tip portion of the piezoelectric ceramic 81. An elastic thin plate 82 that follows the deformation of the ink, an ink chamber 83 communicating with the nozzle, a resin cavity plate 84 formed with a manifold, and a reinforcing plate 85 that regulates the deformation direction of the piezoelectric ceramic 81 are bonded. It has a configuration. The tip portions of the piezoelectric ceramics 81 are disposed so as to be located above the ink flow paths 83, and support the cavity plate 84 at the outer edge thereof.
[0006]
Electric wiring of a driver is connected to each tip portion of the piezoelectric ceramic 81 by wire bonding or the like, and a driving voltage is supplied through the electric wiring. The tip of the piezoelectric ceramic 81 is displaced by the application of the driving voltage, and the thin plate 82 is deformed to apply pressure to the ink in the ink flow path 83, thereby ejecting ink droplets from the nozzles for printing. .
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the ink jet print head, the cavity plate 84 is formed with a large number of grooves and recesses for the ink chamber 83 and the manifold arranged at high density, and the rigidity of the cavity plate 83 tends to be insufficient. Further, the tip portions of the columnar piezoelectric ceramics 81 are separated from each other, and as shown in FIG. 9, the cavity plate 84 is supported only by both edges in the longitudinal direction. The interval L is longer.
[0008]
Therefore, in the conventional ink jet print head, the bonding strength between the piezoelectric ceramics 81 and the cavity plate 84 is small, and the cavity plate 84 is easily deformed by an external force. Therefore, when the piezoelectric ceramic 81 is driven, the displacement of the piezoelectric ceramic 81 is easily spread not only to the corresponding ink chamber 83 but also to the entire cavity plate 84. That is, the displacement of the piezoelectric ceramic 81 not only causes a change in the volume of the ink chamber 83 alone, but also acts to bend the entire cavity plate 84 outward or deform it in the twisting direction.
[0009]
If the cavity plate 84 is curved so as to escape outward, the desired volume change of the ink chamber 83 is hindered, making it difficult to efficiently apply pressure to the ink. Conversely, if the cavity plate 84 is deformed in the twisting direction, unnecessary pressure fluctuations are caused in the adjacent ink chamber 83 and the like.
[0010]
This phenomenon occurs particularly noticeably when a plurality of ink chambers 83 are simultaneously ejected, that is, when a large displacement is given to the cavity plate 84 at a time. In some cases, defective ink discharge and crosstalk frequently occur, and there is a problem that the ink jet print head does not have sufficient characteristics.
[0011]
In order to eliminate the ejection failure, a method of increasing the driving voltage to increase the pressure applied to the ink chamber 83 can be considered. However, even if the driving voltage is increased, the cavity plate 84, which is the root of the problem, may be bent or twisted. Distortion has not been eliminated. Therefore, there still remain problems such as crosstalk and variations in the diameter and speed of ink droplets ejected depending on the number of piezoelectric ceramics 81 that are driven simultaneously.
[0012]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide an inexpensive ink jet print head having high print quality by suppressing escape and distortion during printing of a cavity member. .
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve this object, an ink jet print head according to the present invention includes a cavity member formed with a plurality of ink chambers communicating with ink discharge nozzles and a manifold for supplying ink to each ink chamber, and opposed to the ink chamber. Actuator means having a plurality of active portions that are each arranged to cause the ink in the corresponding ink chamber to mechanically vibrate and eject ink droplets, and connect the ink chamber and the manifold. a portion, bent laterally with respect to the extending direction of the line connecting both ends of the ink chamber, said manifold near the side walls separating the ink chambers adjacent along it in line some bending to the extension direction located in the lower portion of said actuator means, said actuator means comprises a bent portion of the side wall, the cavity portion It is fixed to the cavity member across the outer edge portion to which the ink chamber opposite to the bent portion is not formed in the.
[0014]
The actuator means is an outer edge portion of the cavity member, and the cavity means at three points, one edge portion and another edge portion located at both ends in the longitudinal direction of the ink chamber, and a bent portion of the side wall. It may be fixed to the member.
[0015]
The actuator means may be such that the active portion displaced with respect to the ink chamber is shorter than the length between both ends of the ink chamber .
[0016]
The actuator means may be composed of a laminated piezoelectric element in which piezoelectric layers and electrode layers made of a piezoelectric material are alternately laminated.
[0017]
[0018]
[Action]
In the ink jet type print head according to the first aspect of the present invention having the above-described configuration, a portion connecting the ink chamber and the manifold is set laterally with respect to an extending direction of a line connecting both ends of the ink chamber. bent, located in the lower portion of said actuator means in line in the extension direction the manifold near the side walls separating the ink chambers adjacent Correspondingly bent part, a bent portion of the side wall, the cavity member Actuator means is fixed across the bent portion and the outer edge portion where the opposite ink chamber is not formed. Therefore, the rigidity of the cavity member can be improved. As a result, discharge pressure drop and crosstalk caused by distortion such as bending and twisting of the cavity member due to pressure generated in the ink chamber, which becomes a problem during simultaneous ejection, are suppressed, and high print quality can be obtained.
[0019]
In the ink jet type print head according to claim 2, the actuator means is an outer edge portion of the cavity member, one edge portion and the other edge portion located at both ends in the longitudinal direction of the ink chamber, and a bent portion of the side wall. The cavity member is supported at three points. Therefore, the actuator member and the cavity member are reliably joined, and the rigidity of the cavity member can be further improved, so that high-quality print quality can be obtained.
[0020]
In the ink jet print head according to the third aspect, the actuator means is displaced only between both ends of the ink chamber , and is not displaced at the joint portion with the cavity member or the manifold facing portion. Therefore, the displacement of the actuator means, efficient ink chamber of the ink to the machine械的it can be added as a vibration.
[0021]
In the ink jet print head according to the fourth aspect, since the actuator means is formed of a so-called laminated piezoelectric element, it is possible to perform efficient driving that can obtain a large displacement even at a low voltage.
[0022]
[0023]
【Example】
An embodiment embodying the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
[0024]
FIG. 7 shows a main part of an ink jet printer equipped with an ink jet print head according to an embodiment of the present invention. A platen 10 in the drawing is rotatably attached to a frame 13 by a shaft 12 and is driven by a motor 14. A paper 11 is set on the platen 10, and an ink jet print head 15 is provided so as to face the platen 10. The ink jet print head 15 is placed on a carriage 18 together with an ink supply device 16. The carriage 18 is slidably supported by two guide rods 20 disposed parallel to the axis of the platen 10, and a timing belt 24 wound around a pair of pulleys 22 is coupled thereto. One pulley 22 is rotated by a motor 23, and the timing belt 24 is sent to move the carriage 18 along the platen 10.
[0025]
1 to 3 show a configuration and a cross section of an array 30 used in the ink jet print head 15. The array 30 includes a cavity plate 34 formed with a plurality of ink chambers 32a, 32b, 32c and a manifold 90 extending in a direction perpendicular to the paper surface in the figure, and a thin film-like vibrating plate 35 on the cavity plate 34. The laminated piezoelectric element 38 fixed, the orifice plate 36 having the orifice 37 fixed to the cavity plate 34 on the opposite side of the laminated piezoelectric element 38, and the ink chambers 32a to 32a of the laminated piezoelectric element 38. A base plate 33 made of a metal or ceramic having a high elastic modulus, which is fixed to the side facing 32c, is provided.
[0026]
The ink chambers 32 a to 32 c are filled with ink, and ink is appropriately supplied from the ink supply device via the manifold 90. The ink of this embodiment is a so-called hot melt ink that is solid at room temperature and is melted by heating. Although not shown, the ink jet printer of the present embodiment is provided with a heater or the like in the ink flow path in order to use hot melt ink in a molten state.
[0027]
The multilayer piezoelectric element 38 in the ink jet print head 15 of this embodiment is formed by laminating a plurality of piezoelectric ceramic layers 40 having a piezoelectric / electrostrictive effect, an internal negative electrode layer 42, and an internal positive electrode layer 44. . As shown in FIGS. 3 and 4, the laminated piezoelectric element 38 is slitted by a dicer or the like at a pitch such that one end surface thereof corresponds to the ink chambers 32a to 32c on a one-to-one basis. It has a comb-like structure including an actuator 39 divided into a plurality of parts. The width of the actuator 39 is smaller than the width of the ink chamber 32, and the actuator 39 is arranged so that the free end thereof corresponds to each ink chamber 32.
[0028]
In each actuator 39, as shown in FIGS. 2 and 4, the internal negative electrode layer 42 and the internal positive electrode layer 44 intersect only at the substantially central portion in the longitudinal direction of the actuator 39 via the piezoelectric ceramic layer 40. Are stacked. A region where the electrode layers 42 and 44 intersect constitutes the piezoelectric active portion 46, and the other region constitutes the piezoelectric inactive portion 48. The piezoelectric active portion 46 of each actuator 39 is formed at a portion facing a region sandwiched between the orifice 37 of the ink chamber 32 and a bent portion 52 described later.
[0029]
The piezoelectric ceramic layer 40 is composed of a lead zirconate titanate (PZT) ceramic material having ferroelectricity and is polarized in the stacking direction. The arrows shown in the piezoelectric ceramic layer 40 in FIG. 2 indicate the polarization direction. Each of the electrode layers 42 and 44 is made of an Ag—Pd-based metal material, and a part of the internal negative electrode layer 42 is exposed at one end face in the longitudinal direction of the actuator 39, and the internal positive electrode layer 44 is a part of it. Is exposed at the other end surface in the longitudinal direction. A conductive layer is formed on the end face where each of the electrodes 42 and 44 is exposed, and an external negative electrode 55 and an external positive electrode 54 are formed. When an electric field is applied between the electrode layers 42 and 44 of the actuator 39, the piezoelectric active part 46 causes piezoelectric deformation in the thickness direction. However, no deformation occurs in the piezoelectric inactive portion 48 which is another region.
[0030]
On the other hand, the cavity plate 34 is molded by injection molding using a resin material, and as shown in FIG. 5, a plurality of ink chambers 32 arranged in parallel and a manifold 90 communicating therewith are formed. In the ink chambers 32 a to 32 c corresponding to the above-described comb-shaped actuator 39, a portion located in the vicinity of the manifold 90 on the side wall that separates the adjacent ink chambers 32 is positioned below the actuator 39. It has a bent structure. As a result, the bent portion 52 is joined to the actuator 39 with the diaphragm 35 interposed therebetween.
[0031]
As shown in FIGS. 2 and 5, the cavity plate 34 is supported by the laminated piezoelectric element 38 at the outer edge portion where the concave portions of the ink chamber 32 and the manifold 90 are not formed and the bent portion 52. Further, when viewed in units of the ink chamber 32, the outer edge portion of the cavity plate and the first adhesive portion 51, which is one edge portion located in the longitudinal direction of the ink chamber 32, and the second adhesive portion 53 of the other edge portion, The actuator 39 is supported at three points with the bent portion 52 of the side wall.
[0032]
It is preferable that the bending angle of the bending portion 52 is made small so that the fluid resistance of the ink chamber 32 is not increased by forming the bending portion 52 and the ink replenishment from the manifold 90 is not hindered. In this embodiment, since hot melt ink having a high viscosity is generally used, the ink is reliably supplied from the manifold 90 regardless of the change in the fluid resistance of the ink chamber 32.
[0033]
Each array 30 is provided with an electric circuit shown in FIG. In this electric circuit, the negative side of the driving power source 60 and the external negative electrode 55 of the laminated piezoelectric element 38 are grounded, and the positive side of the driving power source 60 is connected to the laminated type via open / close switches 62a, 62b, 62c. The external positive electrodes 54a to 54c of the piezoelectric element 38 are connected. When each of the switches 62a to 62c is closed by a controller (not shown), a drive voltage is applied between the internal negative electrode layer 42 and the internal positive electrode layer 44 located at predetermined actuators 39a to 39c from the drive power supply 60.
[0034]
The operation of the ink jet print head 15 configured as described above will be described. For convenience of explanation, the number of channels is three, but the present invention is not limited to this embodiment.
[0035]
When the controller closes the switch 62a, for example, according to predetermined print data, a voltage is applied between the internal negative electrode layer 42 and the internal positive electrode layer 44a of the actuator 39a, and the piezoelectric ceramic layer 40 positioned between them is applied. A bias electric field is applied, and the piezoelectric active portion 46 of the actuator 39a expands in the vertical direction in the drawing in accordance with the dimensional distortion of the piezoelectric / electrostrictive longitudinal effect, thereby reducing the volume of the ink chamber 32a. The ink in the ink chamber 32a is ejected as droplets from the orifice 37a. Further, when the switch 62a is opened and voltage application is cut off and the piezoelectric active portion 46 of the actuator 39a is returned to the original position, the ink supply is made through another valve (not shown) along with the increase in the volume of the ink chamber 32a at that time. Ink is replenished from the device 16. For example, when the other switch 62b is closed, the piezoelectric active portion of the actuator 39b is displaced and ink is ejected from the ink chamber 32b.
[0036]
That is, the array 30 of this embodiment constitutes the three ejection devices 70a, 70b, 70c of the ink jet print head 15, and one laminated piezoelectric element 38 straddles the three ejection devices 70a-70c. It functions as a piezoelectric actuator provided.
[0037]
Here, a state of deformation in the array direction 31 when a voltage is applied to the laminated piezoelectric element 38 is shown. When a voltage of 25 V is applied to the actuator 39, the portion of the piezoelectric active portion 46 where the internal negative electrode layer 42 and the internal positive electrode layer 44 intersect each other is greatly displaced by 200 nm or more, and is a portion separated from the piezoelectric active portion 46 The (piezoelectric inactive portion 48) hardly displaces. However, the end of the piezoelectric active portion 46 is somewhat displaced by being dragged by the displacement of the piezoelectric active portion 46. From this result, in order to efficiently deform the stacked piezoelectric element 38 into the ink chamber 32, the length in the longitudinal direction of the piezoelectric active portion 46 is smaller than the length in the longitudinal direction of the ink chamber 32. It turns out that it is necessary. In the present embodiment, the length of the piezoelectric active portion 46 of the actuator 39 in the longitudinal direction is made smaller than the length of the ink chamber 32. Good injection can be performed.
[0038]
The problem here is that the longer the ink chamber 32, the lower the rigidity of the portion where the ink chamber 32 is formed, and the cavity plate 34 is easily distorted by the pressure generated by the laminated piezoelectric element 38 during printing. For this reason, the generated pressure escapes or spreads to the other ink chambers 32, and the ink ejection performance is easily adversely affected (for example, unevenness of ink liquid, non-ejection, crosstalk, etc.). However, in the ink jet print head 15 of the present embodiment, the vicinity of the manifold 90 of the ink chamber 32 is bent to form the bent portion 52, and the cavity plate 34 can be bonded and fixed to the bent portion 52 as well. The rigidity of the ink chamber 32 is remarkably increased, and the cavity plate is prevented from being distorted. As a result, it is possible to provide an ink jet printer having high print quality even during simultaneous injection, with the occurrence of generated pressure and crosstalk being suppressed.
[0039]
Further, in the piezoelectric ink jet printer 15 of the present embodiment, since one laminated piezoelectric element 38 functions as a piezoelectric actuator of a plurality of ejection devices 70a to 70c, the array 30 and further a large number of the arrays 30 are assembled. The structure of the ink jet print head 15 is simplified, the number of manufacturing steps is reduced, and the manufacturing cost is reduced. In addition to the piezoelectric actuator being the multilayer piezoelectric element 38, the length of the ink chamber 32 is made larger than the actuator portion 46 in the extending direction, so that efficient deformation can be obtained, so that the driving voltage is greatly reduced. did it.
[0040]
In addition, this invention is not limited to the said Example, Many modifications can also be added in the range which does not deviate from the meaning.
[0041]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, in the ink jet print head of the present invention, the portion connecting the ink chamber and the manifold is set laterally with respect to the extending direction of the line connecting both ends of the ink chamber. bent, located in the lower portion of said actuator means in line in the extension direction the manifold near the side walls separating the ink chambers adjacent Correspondingly bent part, a bent portion of the side wall, the cavity member Actuator means is fixed across the outer edge where the ink chamber on the opposite side is not formed. Therefore, the rigidity of the cavity member can be improved, the escape and distortion of the cavity member, which is a problem when simultaneously ejecting from a plurality of ink chambers, is suppressed, and high print quality without defective ejection and crosstalk can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of an array constituting an ink jet print head according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side sectional view of the array of this example.
FIG. 3 is a partially cutaway cross-sectional view of the array of this example.
FIG. 4 is a perspective view of a laminated piezoelectric element used in the ink jet print head of this embodiment.
FIG. 5 is a plan view of a cavity used in the ink jet print head of the present embodiment.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a state in which an electric circuit is provided in the array of this embodiment.
FIG. 7 is a perspective view showing a main part of an ink jet printer equipped with the ink jet print head of the present embodiment.
FIG. 8 is a perspective view showing a configuration of a conventional ink jet print head.
FIG. 9 is a side sectional view of a conventional ink jet print head.
FIG. 10 is a cross-sectional view of a conventional ink jet print head.
[Explanation of symbols]
32 Ink chamber 34 Cavity plate 38 Multilayer piezoelectric element 39 Actuator 46 Piezoelectric active part 48 Piezoelectric inactive part 51 First adhesive part 52 Bending part 53 Second adhesive part 90 Manifold

Claims (4)

インク吐出ノズルと連通する複数のインク室と各インク室にインクを供給するマニホールドとが形成されたキャビティ部材と、
前記インク室と対向するようにそれぞれ配設され、且つ対応するインク室内のインクに機械的振動を与えてインク小液滴を吐出させる複数の活性部を有するアクチュエータ手段とを備え、
前記インク室と前記マニホールドとを接続する部分を、そのインク室の両端を結ぶ線の延長方向に対して側方に屈曲し、それにともない隣接する前記インク室を隔てる側壁の前記マニホールド近傍が一部屈曲して前記延長方向の線上において前記アクチュエータ手段の下部に位置しており、前記アクチュエータ手段が、前記側壁の屈曲部と、前記キャビティ部材において該屈曲部と反対側の前記インク室が形成されていない外縁部とにまたがって前記キャビティ部材に固定されたことを特徴とするインクジェット式印字ヘッド。
A cavity member formed with a plurality of ink chambers communicating with the ink discharge nozzles and a manifold for supplying ink to each ink chamber;
Actuator means each having a plurality of active portions that are respectively disposed so as to face the ink chambers and cause mechanical vibrations to be applied to the ink in the corresponding ink chambers to eject ink droplets;
Wherein the portion for connecting the ink chamber and the manifold, bent laterally with respect to the extending direction of the line connecting both ends of the ink chamber, the manifold near the side walls separating the ink chambers adjacent part Correspondingly bent to the line of the extending direction is located in the lower portion of said actuator means, said actuator means comprises a bent portion of the side wall, are formed said ink chamber opposite to the bent portion in the cavity member An ink jet print head, wherein the ink jet print head is fixed to the cavity member across an outer edge portion.
前記アクチュエータ手段は、前記キャビティ部材の外縁部であって、前記インク室の長手方向の両端に位置する一縁部及び他縁部と、前記側壁の屈曲部との三点にて前記キャビティ部材に固定されることを特徴とする請求項1に記載のインクジェット式印字ヘッド。  The actuator means is an outer edge portion of the cavity member, and is provided on the cavity member at three points: one edge portion and another edge portion located at both ends in the longitudinal direction of the ink chamber, and a bent portion of the side wall. The ink jet print head according to claim 1, wherein the ink jet print head is fixed. 前記アクチュエータ手段は、前記インク室に対して変位する前記活性部が、前記インク室の両端間の長さよりも短いことを特徴とする請求項1又は2に記載のインクジェット式印字ヘッド。3. The ink jet print head according to claim 1, wherein the actuator unit is configured such that the active portion displaced with respect to the ink chamber is shorter than a length between both ends of the ink chamber . 前記アクチュエータ手段は、圧電材料からなる圧電層と電極層とを交互に積層した積層式圧電素子からなることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のインクジェット式印字ヘッド。  4. The ink jet print head according to claim 1, wherein the actuator means comprises a laminated piezoelectric element in which piezoelectric layers and electrode layers made of a piezoelectric material are alternately laminated.
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