JP3867062B2 - Inkjet recording head - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術の分野】
本発明は、圧力発生室の一方の面を振動板で封止し、この振動板を縦振動モードの圧電振動子により圧力発生室を膨張、収縮させてノズル開口からインク滴を発生させるインクジェット式記録ヘッドに関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、特許文献1に示されたような縦振動モードの圧電振動子をインクジェット式記録ヘッドの駆動に使用すると、圧電振動子と振動板との当接面積を極めて小さくできるため、1ユニット当たり180DPI以上の解像度を実現できる。
【0003】
縦振動モードの圧電振動子Aは、図8に示したように一方の極となる内部電極Bと、他方の極となる内部電極Cとを圧電材料Dを介してサンドイッチ状に積層し、一方の内部電極Bを先端側に、また他方の内部電極Cを後端側に露出させて、各端面でセグメント電極E、及び共通電極Fに接続した圧電定数d31のものとして構成され、固定基板Gに一定のピッチで配列、固定して構成され、セグメント電極Eと共通電極FとにフレキシブルケーブルHの導電パターンを接続して外部駆動回路からの信号を供給するように構成されている。
【特許文献1】
特開平5-104715号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
後端側に形成される共通電極Fは、すべての圧電振動子Aの駆動電流が流れるため、これの抵抗を可及的に小さくする目的で、圧電振動子Aの上面、後端面、及び裏面の3面に導電層F1〜F3を形成し、後端側を一部残すように櫛歯状に歯割りして、導電路を確保するように構成されている。なお、図中符号Jは、圧電振動子Aによりインクの加圧を受けてインク滴を吐出する流路ユニットを示す。
このため、圧電振動子Aの先端面、後端面、及び表裏両面の4面に外部接続用の電極層を必要とし、これらの外部電極層は、インクに対する耐腐蝕性や半田付けの容易さを確保する目的で金が使用されている。このため、高速駆動を可能ならしめるため電極層の抵抗を下げるために電極層を厚く形成しようとすると、電極形成にコストが掛かるという問題がある。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは外部接続用の電極層を2面として、高価な電極材料の使用料を低減しつつ、3面に形成したのと同等の効果を得ることができるインクジェット式記録ヘッドを提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために本発明においては、変位軸方向に延びる2つの極の内部電極を圧電材料を挟んで交互に積層され、一方の極となる前記内部電極が先端面に延び、また他方の極となる前記内部電極が後端面に延びて圧電定数d31を有する複数の圧電振動子を、その後端側を固定基板に固定し、また前記圧電振動子の前記先端面を圧力発生室の一部を構成する弾性板に当接させ、フレキシブルケーブルにより前記圧電振動子のそれぞれに駆動信号を供給して前記圧力発生室の容積を膨張、収縮させてノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記固定基板の少なくとも前記圧電振動子の固定面が導電性を有し、また前記圧電振動子の前記先端面、及び前記固定基板に接着されていない側の面に、隣接する前記圧電振動子と電気的に独立し、かつ前記フレキシブルケーブルに接続されるセグメント電極が形成され、また前記セグメント電極から一定の間隔をおいて前記固定基板に接着されていない側の面から前記圧電振動子の前記後端面に延び、かつ前記固定基板と対向する領域が前記固定基板と接触できる程度に増厚された共通電極が形成され、さらに前記共通電極の増厚された領域が前記固定基板の表面と導電関係を形成して前記固定基板の表面の導電性により前記共通電極が後端面側で連続するように接続されている。
【0006】
【作用】
圧電振動子の共通電極の一端部の増厚領域が導電性の固定基板に並列接続されて電気抵抗を低減するから、圧電振動子に形成する共通電極をほぼ2面だけとし、3面に形成したのと同等の低い抵抗で接続可能ならしめる。
【0007】
【発明の実施の形態】
図1、図2は本発明のインクジェット式記録ヘッドの一実施例を示すものであって、流路ユニット1は、ノズル開口2を一定ピッチで穿設したノズルプレート3と、ノズル開口2に連通する圧力発生室4、これにインク供給口5を介してインクを供給するリザーバ6を備えた流路形成基板7と、圧電振動ユニット8の縦振動モードの各圧電振動子9の先端に当接して圧力発生室4の容積を膨張、縮小させる弾性板10とを一体に積層して構成されている。
【0008】
流路ユニット1は、高分子材料の射出成形等により構成されたホルダー11の開口面12に、また圧電振動ユニット8は外部からの駆動信号を伝達するフレキシブルケーブル13に接続された上で収容室14に収容され、それぞれのホルダ11との当接面を接着剤により固定され、ノズルプレート側にシールド材を兼ねる枠体15を挿入して記録ヘッドに構成されている。
【0009】
縦振動モードの圧電振動子9は、先端側から固定基板16との固定領域の手前まで延びる一方の極となる内部電極21と、先端近傍から後端まで延びる他方の極となる内部電極22とを圧電材料23を介してサンドイッチ状に積層し、一方の内部電極21を先端側で、また他方の内部電極22を後端側で露出させて、圧電定数d31のものとして構成されている。
【0010】
一方の内部電極21は、先端面から圧電振動子9の中央近傍まで導電層を形成してなるセグメント電極24に、また他方の内部電極22は、後端面から圧電振動子9の中央部で、かつセグメント電極24の後端側と一定の間隔25を有するように導電層を形成してなる共通電極26に接続されている。
【0011】
一方、固定基板16は、導電性材料、たとえば不錆鋼や、セラミックスの表面に金属層を形成して構成され、これの表面に圧電振動子9を圧力発生室4の配列ピッチに一致させて固定するとともに、圧電振動子9の共通電極26の後端面26aから固定基板16側に回り込んむように増厚で形成された導電面26bと導電的に接続されている。
【0012】
そして、これら圧電振動子9の列の少なくとも一端側には、図3、図4に示したように圧電振動子9と同様に構成、つまり先端側から固定基板16との固定領域の手前まで延びる一方の極となる内部電極21と、先端近傍から後端まで延びる他方の極となる内部電極22とを圧電材料23を介してサンドイッチ状に積層し、一方の内部電極21を先端側で、また他方の内部電極22を後端側で露出させ、さらに内部電極21は、先端面から圧電振動子9の中央近傍まで導電層を形成してなるセグメント電極24に、また他方の内部電極22は、後端面から圧電振動子9の中央部で、かつセグメント電極24の後端側と一定の間隔25を有するように導電層を形成してなる共通電極26に接続し、圧電振動子9よりも若干幅広に形成されたダミー圧電振動子9’が固定されている。
【0013】
振動子ユニット8の各圧電振動子9のセグメント電極24、共通電極26は、半田層28、29を介してフレキシブルケーブル13の導電パターンに接続されている。
【0014】
フレキシブルケーブル13は、図5に示したように振動子ユニット8の両端のダミーの圧電振動子9’、9’の幅に一致するアース用の導電パターン31、31と、圧電振動子9、9、9‥‥のセグメント電極24に対応する駆動信号供給用の導電パターン32、32、32、‥‥をベース材33に形成して構成されている。
【0015】
この実施例において、フレキシブルケーブル13を介して外部駆動回路から駆動信号を供給すると、インク滴を吐出させるべき圧電振動子9は、フレキシブルケーブル13の導電パターン32、及びセグメント電極24を介して一方の極となる内部電極21に、またアース用導電パターン31、固定基板16、及び共通電極26を介して他方の極となる内部電極22に駆動信号を受け、圧電定数d31による変位によりノズル開口2からインク滴を吐出させる。
【0016】
このように、各圧電振動子9は、その共通電極26が固定基板16の対向面を増厚されて形成された導電面26bにより固定基板16に接触して並列に接続されているため、小さな抵抗でフレキシブルケーブル16のアース用導電パターン31に接続することになる。
【0017】
次に上述の圧電振動子ユニット8の製造方法を図6、7に基づいて説明する。先端から活性領域の終端側まで延びる一方の極となる内部電極となる導電材料41と、後端から先端近傍まで延びる他方の極となる内部電極となる導電材料42を、圧電材料43を挟みながら積層し、乾燥後に焼成して形成された圧電振動板44、44を2枚を用意する(図6(I))。
【0018】
この圧電振動板44、44とを、蒸着時に外部接続用電極形成材が若干回り込める程度の間隔Lを形成するように2枚のスペーサ45、45を挟んで対向させ、また圧電振動板44、44の露出している表面と裏面の、セグメント電極と共通電極との境界領域にマスク材46、46を固定し(図6(II))、全周に外部接続用電極形成材料を蒸着して電極層47、48を形成する。この蒸着の過程で2枚の圧電振動板44、44の間に間隔Lが存在する分だけ、外部接続用電極形成材料が若干回り込んで、圧電振動板44、44の平面44a、44aから若干露出した層47a、48aが形成される(図6(III))。
【0019】
蒸着が終了した段階で、2枚の圧電振動板44、44を分離し、またマスク材46、46を除去すると、先端面、一方の表面、後端面及び対向面側に若干突出した実質的に3面にだけ導電層47、48が形成された2枚の圧電振動板50、50を得ることができる(図6(IV))。
【0020】
他方の内部電極52だけが形成された領域、つまり不活性領域を、金属や、固定面に導電層が形成された固定基板53を位置決めして(図7(I))、圧電振動板50の端面から対向面に露出している層48aが固定基板53に接触するように接着剤により固定する。
【0021】
ついで、ダイシングソウやワイヤソウの切断具55により、自由端側の先端から少なくともセグメント電極となる導電層47と導電材料41の後端側までスリット56、56、56、‥‥を形成し、圧電振動子9としての振動領域と、セグメント電極となる領域を櫛歯状に切分けると、圧電振動子ユニットが完成する。
【0022】
なお、スリット56、56、56、‥‥を形成する際、両端部を若干幅広に切り出して振動関与しない若干幅広なダミーの圧電振動子9‘、9’を形成し、また導電層48を連続した状態で残すと、共通電極の電気抵抗を下げるのに役立つ。
【0023】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、圧電振動子の共通電極を増厚した領域で固定基板に並列接続させて電気抵抗を低減できて、圧電振動子に形成する共通電極を実質的に2面だけとして外部接続用電極の形成面積を小さくしてコストの低減を図りつつ、3面に形成したのと同等の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のインクジェット式記録ヘッドの一実施例を示す組み立て斜視図である。
【図2】 同上装置の断面構造を示す図である。
【図3】 同上記録ヘッドのダミーの圧電振動子とフレキシブルケーブルの接続構造を示す断面図である。
【図4】 図(イ)、(ロ)は、それぞれ同上記録ヘッドに用いる圧電振動ユニットの一実施例を示す斜視図である。
【図5】 フレキシブルケーブルの一実施例を示す図である。
【図6】 図(I)乃至(IV)は、それぞれ同上記録ヘッドに用いる振動子ユニットの製造工程の内、電極形成工程を示す図である。
【図7】 図(I)乃至(III)は、それぞれ同上記録ヘッドに用いる振動子ユニットの製造工程の内、分割工程までを示す図である。
【図8】 圧電定数d31の圧電振動子を使用した従来のインクジェット式記録ヘッドの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
1 流路ユニット 8 振動子ユニット 9 圧電振動子 9’ ダミーの圧電振動子 13 フレキシブルケーブル 16 固定基板 25 セグメント電極 26 共通電極 26b 共通電極の端面を増圧して形成した導電面[0001]
[Field of the Invention]
The present invention is an ink jet type in which one surface of a pressure generating chamber is sealed with a diaphragm, and the diaphragm is expanded and contracted by a piezoelectric vibrator in a longitudinal vibration mode to generate ink droplets from a nozzle opening. The present invention relates to a recording head.
[0002]
[Prior art]
For example, when a longitudinal vibration mode piezoelectric vibrator as disclosed in
[0003]
In the longitudinal vibration mode piezoelectric vibrator A, as shown in FIG. 8, the internal electrode B which is one pole and the internal electrode C which is the other pole are laminated in a sandwich shape via the piezoelectric material D. The internal electrode B is exposed to the front end side, and the other internal electrode C is exposed to the rear end side, and each end face has a piezoelectric constant d31 connected to the segment electrode E and the common electrode F. The segment electrode E and the common electrode F are connected to the conductive pattern of the flexible cable H to supply a signal from an external drive circuit.
[Patent Document 1]
JP-A-5-104715 [0004]
[Problems to be solved by the invention]
The common electrode F formed on the rear end side has a drive current for all the piezoelectric vibrators A. Therefore, the upper surface, the rear end face, and the rear face of the piezoelectric vibrator A are used for the purpose of making the resistance as small as possible. The conductive layers F1 to F3 are formed on the three surfaces, and are divided into comb teeth so as to leave a part of the rear end side, thereby ensuring a conductive path. Reference symbol J in the drawing indicates a flow path unit that discharges ink droplets when the ink is pressurized by the piezoelectric vibrator A.
For this reason, electrode layers for external connection are required on the four surfaces of the front end surface, the rear end surface, and the front and back surfaces of the piezoelectric vibrator A, and these external electrode layers provide corrosion resistance to ink and ease of soldering. Gold is used to secure it. For this reason, if an attempt is made to form a thick electrode layer in order to reduce the resistance of the electrode layer in order to enable high-speed driving, there is a problem that the cost for forming the electrode is high.
The present invention has been made in view of such problems, and the object of the present invention is to use two electrode layers for external connection as two surfaces, while reducing the usage fee for expensive electrode materials. An object of the present invention is to provide an ink jet recording head capable of obtaining the same effect as that formed.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve such a problem, in the present invention, the internal electrodes of two poles extending in the displacement axis direction are alternately stacked with the piezoelectric material interposed therebetween, and the internal electrode serving as one pole extends to the tip surface, The plurality of piezoelectric vibrators having the piezoelectric constant d31 with the internal electrode serving as the other pole extending to the rear end face are fixed to the fixed substrate on the rear end side, and the tip face of the piezoelectric vibrator is used as the pressure generating chamber. An ink jet which is brought into contact with an elastic plate constituting a part of the nozzle, supplies a drive signal to each of the piezoelectric vibrators by a flexible cable, expands and contracts the volume of the pressure generating chamber, and ejects ink droplets from the nozzle openings In the recording head, at least the fixed surface of the piezoelectric vibrator of the fixed substrate has conductivity, and the tip surface of the piezoelectric vibrator and the surface not bonded to the fixed substrate A segment electrode that is electrically independent from the adjacent piezoelectric vibrator and connected to the flexible cable is formed, and from a surface that is not bonded to the fixed substrate at a certain distance from the segment electrode. A common electrode is formed to extend to the rear end face of the piezoelectric vibrator and to an area where the area facing the fixed substrate is in contact with the fixed substrate, and the increased area of the common electrode is the thickness of the common electrode. A conductive relationship is formed with the surface of the fixed substrate, and the common electrode is connected to be continuous on the rear end surface side due to the conductivity of the surface of the fixed substrate.
[0006]
[Action]
Since the thickened area at one end of the common electrode of the piezoelectric vibrator is connected in parallel to the conductive fixed substrate to reduce the electrical resistance, the common electrode formed on the piezoelectric vibrator has only two faces and is formed on three faces. It is possible to connect with low resistance equivalent to that.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1 and 2 show an embodiment of an ink jet recording head according to the present invention. A
[0008]
The
[0009]
The
[0010]
One
[0011]
On the other hand, the
[0012]
Then, at least one end side of the row of the
[0013]
The
[0014]
As shown in FIG. 5, the
[0015]
In this embodiment, when a drive signal is supplied from the external drive circuit via the
[0016]
As described above, each
[0017]
Next, a manufacturing method of the above-described piezoelectric vibrator unit 8 will be described with reference to FIGS. While sandwiching the
[0018]
The
[0019]
When the two
[0020]
The region where only the other
[0021]
Next, slits 56, 56, 56,... Are formed by a dicing saw or wire saw cutting
[0022]
When forming the slits 56, 56, 56,..., Both end portions are cut out slightly wide to form dummy
[0023]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the common electrode of the piezoelectric vibrator can be connected in parallel to the fixed substrate in the thickened region to reduce the electrical resistance, and the common electrode formed on the piezoelectric vibrator can be substantially formed. The effect equivalent to that formed on the three surfaces can be obtained while reducing the cost by reducing the area for forming the external connection electrodes only on the two surfaces.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an assembled perspective view showing an embodiment of an ink jet recording head of the present invention.
FIG. 2 is a view showing a cross-sectional structure of the apparatus.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a connection structure between a dummy piezoelectric vibrator and a flexible cable of the recording head.
FIGS. 4A and 4B are perspective views showing an embodiment of a piezoelectric vibration unit used in the recording head. FIG.
FIG. 5 is a diagram showing an example of a flexible cable.
FIGS. 6 (I) to (IV) are diagrams showing an electrode forming process in the manufacturing process of the vibrator unit used for the recording head.
FIGS. 7 (I) to (III) are diagrams showing up to the dividing step in the manufacturing process of the vibrator unit used in the recording head.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing an example of a conventional ink jet recording head using a piezoelectric vibrator having a piezoelectric constant d31.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記固定基板の少なくとも前記圧電振動子の固定面が導電性を有し、また前記圧電振動子の前記先端面、及び前記固定基板に接着されていない側の面に、隣接する前記圧電振動子と電気的に独立し、かつ前記フレキシブルケーブルに接続されるセグメント電極が形成され、また前記セグメント電極から一定の間隔をおいて前記固定基板に接着されていない側の面から前記圧電振動子の前記後端面に延び、かつ前記固定基板と対向する領域が前記固定基板と接触できる程度に増厚された共通電極が形成され、さらに前記共通電極の増厚された領域が前記固定基板の表面と導電関係を形成して前記固定基板の表面の導電性により前記共通電極が後端面側で連続するように接続されているインクジェット式記録ヘッド。Internal electrodes of two poles extending in the displacement axis direction are alternately stacked with a piezoelectric material in between, the internal electrode serving as one pole extends to the front end surface, and the internal electrode serving as the other pole extends to the rear end surface. A plurality of piezoelectric vibrators having a piezoelectric constant d31 are fixed to the fixed substrate at the rear end side, and the tip end face of the piezoelectric vibrator is brought into contact with an elastic plate constituting a part of the pressure generating chamber. In an ink jet recording head that supplies a drive signal to each of the piezoelectric vibrators by a cable to expand and contract the volume of the pressure generating chamber to eject ink droplets from a nozzle opening,
The fixed surface of at least the piezoelectric vibrator of the fixed substrate has conductivity, and the piezoelectric vibrator adjacent to the tip surface of the piezoelectric vibrator and the surface not bonded to the fixed substrate, A segment electrode that is electrically independent and connected to the flexible cable is formed, and the rear surface of the piezoelectric vibrator is separated from the surface that is not bonded to the fixed substrate at a certain distance from the segment electrode. A common electrode extending to an end surface and thickened to such an extent that a region facing the fixed substrate can contact the fixed substrate is formed, and the thickened region of the common electrode is electrically conductive with the surface of the fixed substrate. An ink jet recording head in which the common electrode is continuously connected on the rear end surface side by the conductivity of the surface of the fixed substrate.
前記固定基板の少なくとも前記圧電振動子の固定面が導電性を有し、また前記圧電振動子の前記先端面、及び前記固定基板に接着されていない側の面に、前記フレキシブルケーブルに接続されるセグメント電極が隣接する前記圧電振動子と電気的に独立するように自由端側の先端側からスリットが形成され、前記スリットの後端側は、前記共通電極が後端側で連続するように、前記セグメント電極から一定の間隔をおいて前記固定基板に接着されていない側の面から前記圧電振動子の前記後端面に延びた導電層を前記隣接する圧電素子間で連続させるよう形成され、さらに前記導電層と連続し前記固定基板と対向する領域の前記固定基板と接触できる程度に増厚された導電層が形成され、前記共通電極の増厚された領域は、前記固定基板の表面と導電関係を形成して前記固定基板の表面の導電性により接続されているインクジェット式記録ヘッド。Internal electrodes of two poles extending in the displacement axis direction are alternately stacked with a piezoelectric material interposed therebetween, and the internal electrode serving as one pole is exposed on the front end surface, and the internal electrode serving as the other pole is disposed on the rear end surface. A plurality of piezoelectric vibrators exposed and having a piezoelectric constant d31 are fixed at their rear ends to a fixed substrate, and the tip surfaces of the piezoelectric vibrators are brought into contact with an elastic plate constituting a part of the pressure generating chamber. In an ink jet recording head that supplies a drive signal to each of the piezoelectric vibrators by a flexible cable to expand and contract the volume of the pressure generating chamber to eject ink droplets from a nozzle opening,
At least a fixed surface of the piezoelectric vibrator of the fixed substrate has conductivity, and is connected to the flexible cable on the tip surface of the piezoelectric vibrator and a surface not bonded to the fixed substrate. A slit is formed from the front end side of the free end side so that the segment electrode is electrically independent of the adjacent piezoelectric vibrator, and the rear end side of the slit is continuous with the rear end side of the common electrode. A conductive layer extending from the surface not bonded to the fixed substrate at a certain distance from the segment electrode to the rear end surface of the piezoelectric vibrator is formed to be continuous between the adjacent piezoelectric elements; A conductive layer that is thick enough to be in contact with the fixed substrate in a region that is continuous with the conductive layer and that faces the fixed substrate is formed, and the thickened region of the common electrode is a surface of the fixed substrate. Ink jet recording head by forming a conductive relationship are connected by the conductive surface of the fixed substrate and.
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