JP4225326B2 - Inkjet head - Google Patents
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本発明は、記録媒体にインクを吐出して記録を行うインクジェットヘッドに関する。 The present invention relates to an inkjet head that performs recording by ejecting ink onto a recording medium.
インクジェットヘッドとして、1列又は2列に配置された多数のノズルにそれぞれ接続された多数の圧力室を有する流路ユニットと、各圧力室に対向して設けられた圧電シートが積層されたアクチュエータユニットとが貼り合わされたものが知られている。アクチュエータユニット内の少なくとも一層の圧電シートには、グランド電位に保持された共通電極と、各圧力室に対応する位置に配置された個別電極とで挟み込まれた活性部が設けられている。そして、インクを吐出すべき圧力室に対応する個別電極を共通電極とは異なる電位とすることで、圧電効果により活性部を積層方向に変位させて圧力室内の容積を変動させることによってインクをノズルから吐出することが可能となっている。 As an inkjet head, an actuator unit in which a flow path unit having a large number of pressure chambers connected to a large number of nozzles arranged in one or two rows and a piezoelectric sheet provided facing each pressure chamber are laminated Are known. At least one piezoelectric sheet in the actuator unit is provided with an active portion sandwiched between a common electrode held at a ground potential and an individual electrode arranged at a position corresponding to each pressure chamber. Then, by setting the individual electrode corresponding to the pressure chamber to which ink is to be ejected to a potential different from that of the common electrode, the active portion is displaced in the stacking direction due to the piezoelectric effect, and the volume in the pressure chamber is changed to change the volume of the ink nozzle. It is possible to discharge from.
上述したような圧電シートで構成されたアクチュエータユニットを用いるタイプのインクジェットヘッドでは、圧力室の容積変化量が、原理上、圧力室に対向する活性部の面積と個別電極に与えられる駆動電圧とによって決定される。従って、必要最小限のインク吐出量を確保しようとすると、駆動電圧の低電圧化及び/又は圧力室の小型化による高密度配置を実現するのが困難である。 In an ink jet head using an actuator unit composed of a piezoelectric sheet as described above, in principle, the volume change amount of the pressure chamber depends on the area of the active portion facing the pressure chamber and the drive voltage applied to the individual electrodes. It is determined. Therefore, if it is intended to secure the minimum ink discharge amount, it is difficult to realize a high-density arrangement by lowering the driving voltage and / or reducing the pressure chamber.
そこで、本発明の目的は、必要最小限のインク吐出量を確保しつつ、駆動電圧の低電圧化及び/又は圧力室の高密度配置を達成することができるインクジェットヘッドを提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an ink jet head that can achieve a low drive voltage and / or a high density arrangement of pressure chambers while ensuring a minimum ink discharge amount.
上記目的を達成するために、請求項1のインクジェットヘッドは、一端が吐出ノズルに、他端がインク供給源にそれぞれ接続された複数の圧力室と、前記各圧力室の両側壁の外側に設けられた空隙と、隣接する前記圧力室間に前記側壁及び前記空隙を介して設けられた隔壁とが設けられた第1の薄板を含む複数の薄板が積層された流路ユニットと、前記流路ユニットに積層され、前記吐出ノズルからインクを吐出させるアクチュエータとを有し、前記圧力室の対向する両側壁を互いに反対方向に湾曲可能に構成し、前記流路ユニットと前記アクチュエータとの積層方向に関して前記両側壁の一方側の側縁に、前記両側壁を湾曲させる方向の力を印加する前記アクチュエータが連結され、前記アクチュエータは、前記複数の圧力室に亘る大きさを有し、且つ前記複数の圧力室にそれぞれ対応する複数の個別電極が上面に設けられた第1の圧電シートと、前記第1の圧電シートと同じ大きさを有し、且つ、前記積層方向から見た平面視において、前記複数の圧力室を一体的に覆う共通電極が上面に形成された第2の圧電シートとが積層されたものであって、前記各個別電極と前記共通電極とによって挟み込まれた領域をそれぞれ活性部となし、前記活性部が前記圧力室とそれぞれ対応して配置されているとともに、前記活性部間の不活性部が前記隔壁に固定されており、前記アクチュエータの動作により前記両側壁を湾曲させて前記圧力室の容積を変化させ、前記吐出ノズルからインク滴を吐出することを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, an ink jet head according to claim 1 is provided outside a side wall of each of the pressure chambers, a plurality of pressure chambers having one end connected to the discharge nozzle and the other end connected to an ink supply source. A flow path unit in which a plurality of thin plates including a first thin plate provided with a formed gap and a partition provided between the adjacent pressure chambers via the side wall and the gap are stacked; and the flow path An actuator that is stacked on the unit and that discharges ink from the discharge nozzle, and is configured so that opposite side walls of the pressure chamber can be bent in opposite directions, and the stacking direction of the flow path unit and the actuator on one side of the side edge of the side walls, wherein the actuator for applying a force to bend the side walls are connected, the actuator, the magnitude over the plurality of pressure chambers of A, and having a first piezoelectric sheet having a plurality of individual electrodes are provided on the upper surface corresponding to the plurality of pressure chambers, the same size as the first piezoelectric sheet, and, from the stacking direction in a plan view as seen, the plurality common electrodes a pressure chamber one body to cover of be one in which a second piezoelectric sheet formed on the upper surface are laminated, the each individual electrode by said common electrode Each of the sandwiched areas is defined as an active part, the active part is disposed corresponding to the pressure chamber, and an inactive part between the active parts is fixed to the partition wall. The both side walls are curved to change the volume of the pressure chamber, and ink droplets are ejected from the ejection nozzles.
請求項1によると、アクチュエータの変形によって圧力室の両側壁を同時にかつ大きく変形させることができるため、十分なインク吐出量を確保しつつ、アクチュエータに与えられる駆動電圧を低下させることができるか、或いは、圧力室の小型化による高密度化を実現することができる。また、アクチュエータの変形に伴う圧力室の両側壁の変形量を適正化することで、駆動電圧の低電圧化と圧力室の高密度化を同時に実現することも可能である。 According to the first aspect, since both side walls of the pressure chamber can be deformed simultaneously and largely by deformation of the actuator, it is possible to reduce the drive voltage applied to the actuator while ensuring a sufficient ink discharge amount, Alternatively, high density can be realized by downsizing the pressure chamber. Further, by optimizing the deformation amount of the both side walls of the pressure chamber accompanying the deformation of the actuator, it is also possible to simultaneously realize a low drive voltage and a high density pressure chamber.
また、活性部の変形が隣接する圧力室に影響を及ぼすことが少なくなるために、いわゆるクロストークの発生を抑制することができて印刷品質が向上する。 In addition, since the deformation of the active portion is less likely to affect the adjacent pressure chambers, the occurrence of so-called crosstalk can be suppressed and the print quality is improved.
請求項2のインクジェットヘッドは、前記積層方向から見た平面視において、前記個別電極に電圧が印加されていないときに、前記圧力室の長手方向についての前記圧力室の中間部での前記両側壁の間隔が前記圧力室の両端部での前記両側壁の間隔よりも狭く形成されており、前記個別電極に電圧が印加されて前記アクチュエータが前記圧力室の容積を減少させる方向に変形するとき、前記両側壁が前記圧力室の容積を減少させる方向に変形することを特徴とする。
3. The ink jet head according to
請求項2によると、圧力室の容積変化量がアクチュエータの変形によるものと圧力室の両側壁の変形によるものの和として得られるため、アクチュエータの変形に伴う圧力室の容積変化量が大きくなる。従って、駆動電圧のさらなる低電圧化や圧力室のさらなる高密度化を図ることができる。 According to the second aspect, since the volume change amount of the pressure chamber is obtained as the sum of the deformation due to the deformation of the actuator and the deformation due to the deformation of both side walls of the pressure chamber, the volume change amount of the pressure chamber due to the deformation of the actuator becomes large. Therefore, the drive voltage can be further lowered and the pressure chamber can be further densified.
さらに、平面視において、圧力室の長手方向についての圧力室の中間部での両側壁の間隔が圧力室の両端部での両側壁の間隔よりも狭く形成されているため、側壁が垂直に立設されていても、アクチュエータの変形に伴って両側壁が挫屈変形するときに両側壁が圧力室の内側に湾曲する。 Further, in plan view, the distance between the side walls at the middle part of the pressure chamber in the longitudinal direction of the pressure chamber is formed narrower than the distance between the side walls at both ends of the pressure chamber. Even if it is provided, both side walls are curved to the inside of the pressure chamber when both side walls are buckled and deformed as the actuator is deformed.
なお、「圧力室の両側壁が圧力室の容積を減少させる方向に変形する」とは、圧力室の両側壁が共に圧力室の内側方向に変形する場合だけでなく、圧力室の両側壁の一方が圧力室の内側方向に他方が外側方向に変形するものの一方の側壁の変形による容積減少量の方が他方の側壁の変形による容積増加量よりも大きい場合を含むものとする。 Note that “the two side walls of the pressure chamber are deformed in a direction that reduces the volume of the pressure chamber” means that not only the both side walls of the pressure chamber are deformed inward of the pressure chamber, but also the two side walls of the pressure chamber. It is assumed that one is deformed in the inner direction of the pressure chamber and the other is deformed in the outer direction, but the volume decrease amount due to deformation of one side wall is larger than the volume increase amount due to deformation of the other side wall.
請求項3のインクジェットヘッドは、前記圧力室の長手方向と直交する断面において、前記両側壁が、前記隔壁よりも肉薄に形成されていることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the pressure chamber, the both side walls are formed thinner than the partition wall.
請求項3によると、両側壁が湾曲する方向に容易に弾性変形することができる。
請求項4のインクジェットヘッドは、前記アクチュエータとの間で前記圧力室を挟む第2の前記薄板を有し、前記個別電極に電圧が印加されていないときに、前記両側壁は、前記圧力室の長手方向と直交する断面において、前記第2の薄板に対して垂直な直線形状を有していることを特徴とする。
According to the third aspect , the both side walls can be easily elastically deformed in the bending direction.
The inkjet head according to claim 4 has the second thin plate that sandwiches the pressure chamber with the actuator, and when the voltage is not applied to the individual electrode, the both side walls are formed of the pressure chamber. A cross section perpendicular to the longitudinal direction has a linear shape perpendicular to the second thin plate.
請求項5のインクジェットヘッドは、前記個別電極に電圧が印加されると、前記両側壁が前記圧力室の内側方向に座屈するように、前記個別電極に電圧が印加されていないときに、前記両側壁が前記圧力室の内側に湾曲して形成されていることを特徴とする。 Inkjet head according to claim 5, when the voltage to the individual electrode is applied, as the two side walls buckles inward direction before Symbol pressure chamber, when the voltage is not applied to the individual electrodes, wherein Both side walls are formed to be curved inside the pressure chamber .
請求項6のインクジェットヘッドは、前記圧力室が、前記両側壁及びこれら両側壁の先端部を結ぶ頂壁を構成する凹形状の壁体と、金属製薄板である前記第2の薄板の一平面とによって画定され、前記頂壁が、前記圧力室と前記アクチュエータとによって挟まれていることを特徴とする。 The inkjet head according to claim 6, wherein the pressure chamber is a flat surface of the second thin plate that is a concave wall body that forms the side walls and a top wall that connects the tip portions of the both side walls, and a thin metal plate. And the top wall is sandwiched between the pressure chamber and the actuator.
請求項7のインクジェットヘッドは、前記アクチュエータが、前記活性部を有し且つ積層方向に分極した複数の前記圧電シートからなる活性層と、前記個別電極と前記共通電極とによって挟まれていない複数の前記圧電シートからなり、前記活性層に対して前記圧力室とは反対側にある非活性層とから構成されており、前記活性層を構成する前記圧電シートの分極方向に電界が発生すると、前記分極方向に伸長することを特徴とする。
請求項8のインクジェットヘッドにおいて、前記アクチュエータは、前記圧力室と対面する下面の全体に、少なくともインクに対して非浸透性であって、且つ電気絶縁性を備える樹脂製の接着剤層が配置されていることを特徴とする。
請求項8によると、接着剤層がインクを浸透させない被膜の役割を果たすと共に、アクチュエータと流路ユニットとを強固に固定する。
The inkjet head according to claim 7, wherein the actuator has a plurality of active layers each having the active part and made of a plurality of the piezoelectric sheets polarized in the stacking direction, and not sandwiched between the individual electrode and the common electrode. The piezoelectric sheet is composed of an inactive layer opposite to the pressure chamber with respect to the active layer, and when an electric field is generated in the polarization direction of the piezoelectric sheet constituting the active layer, It extends in the polarization direction.
9. The ink jet head according to claim 8, wherein the actuator has a resin adhesive layer that is at least impermeable to ink and has electrical insulation properties on the entire lower surface facing the pressure chamber. It is characterized by.
According to the eighth aspect, the adhesive layer serves as a film that does not allow ink to permeate, and firmly fixes the actuator and the flow path unit.
以下、本発明の好適な一実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。 A preferred embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本実施の形態によるインクジェットヘッドの分解斜視図である。図1に示すように、本実施の形態による圧電式のインクジェットヘッド1は、ほぼ直方体の流路ユニット10上にこれとほぼ同形状のアクチュエータユニット20が積層され、アクチュエータユニット20上に外部機器との接続のためのフレキシブルフラットケーブル40が貼付されたものである。インクジェットヘッド1は、流路ユニット10の下面側に開口したノズル54(図2参照)から下向きにインクを吐出する。
FIG. 1 is an exploded perspective view of an ink jet head according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the piezoelectric inkjet head 1 according to the present embodiment has an
図2は、流路ユニットの分解斜視図である。図2に示すように、流路ユニット10は、ノズルプレート43、マニホールドプレート11、12、スペーサプレート13及びキャビティプレート14の5枚の導電性のある薄板を接着にて重ねて接合して積層したものである。本実施の形態において、マニホールドプレート11、12及びスペーサ13は、42%ニッケル合金鋼板製で、50μm〜150μm程度の厚さである。また、キャビティプレート14は、シリコン製で150μm〜500μm程度の厚さである。ノズルプレート43には、微小径のインク噴出用のノズル54が、当該ノズルプレート43における第1の方向(長辺方向)に沿って2列の千鳥配列状に設けられている。即ち、ノズルプレート43の長辺方向と平行な2つの基準線に沿って、微小ピッチ間隔で千鳥状配列にて多数個のノズル54がノズルプレート43に穿設されている。
FIG. 2 is an exploded perspective view of the flow path unit. As shown in FIG. 2, the
マニホールドプレート12には、インク通路としての一対のマニホールド室12a、12aが、ノズル54が配列された2つの基準線の外側に沿って延びるように穿設されている。そして、各マニホールド室12aは、平面視において、キャビティプレート14に形成された圧力室16の列と重なり且つ長辺方向について圧力室16の列を跨ぐように延びている。
In the
マニホールドプレート12の下側のマニホールドプレート11の上面には、各マニホールド室12aとほぼ同じ位置にて、平面視形状で略同じ形状の上向き開放するようにマニホールド室11aが凹設され、両マニホールド室11a、12aが一体となって1つのマニホールド室を形成している。
A
また、キャビティプレート14には、その長辺に沿う中心線に対して直交する第2の方向(短辺方向)に延びる細幅の多数の圧力室16が設けられている。なお、圧力室16及びその近傍の詳細な構造については後述する。圧力室16は、キャビティプレート14の長手方向に前記中心線を挟むように2列に配列されている。そして、各圧力室16の先端部近傍は、前記中心線を越えて延在している。従って、各圧力室16の先端部近傍領域はキャビティプレート14の長手方向について互いに重なり合っており、圧力室16の先端は2列に千鳥状配列されている。
The
各圧力室16の先端は、ノズルプレート43における前記千鳥状配列のノズル54に、スペーサプレート13及びマニホールドプレート11、12に同じく千鳥状配列にて穿設されている微小径の貫通孔17、17を介して連通している。一方、各圧力室16の他端は、スペーサプレート13における左右両側部位に穿設された貫通孔18を介して、マニホールドプレート11、12におけるマニホールド室11a、12aに連通している。また、キャビティプレート14及びスペーサプレート13の長手方向についての一端部には、左右両マニホールド室12a、12aにそれぞれ連通した一対の供給孔19a、19bが穿設されている。図2に示すように、最上層のキャビティプレート14の一端部に穿設された供給孔19a、19aの上面には、その上方のインクカートリッジ(図示せず)から供給されるインク中の塵除去のためのフィルタ29が張設されている。
The front ends of the
インクカートリッジから供給孔19a、19bを介して左右両マニホールド室11a、11a、12a、12a内に流入したインクは、各貫通孔18を通って各圧力室16内にそれぞれ分配されたのち、各圧力室16内から貫通孔17を通って、当該圧力室16に対応するノズル54に至る(図6参照)。
The ink that has flowed from the ink cartridge into the left and
図3は、アクチュエータユニット20の部分的な分解斜視図である。図3に示すように、アクチュエータユニット20は、8枚の圧電セラミックスシート(以下単に「圧電シート」という)21a、21b、21c、21d、21e、21f、21g、23を積層した構造で、各圧電シートは全圧力室16にわたる大きさを有している。下から2番目及び4番目の圧電シート21b、21dの上面には、多数の個別電極24が設けられている(図6参照)。各個別電極24は、アクチュエータユニット20の短辺方向に延びた細幅形状を有している。多数の個別電極24は、流路ユニット10における各圧力室16の位置に対応して、長辺方向に沿って2列に配列されている。各個別電極24の電位は独立して制御可能となっている。また、下から1番目、3番目、5番目の各圧電シート21a、21c、21eの上面の短辺方向端部近傍を除いた領域には、共通電極25が形成されている(図6参照)。これにより、各個別電極24の長手方向端部近傍を除いた大部分は、平面視において共通電極25とオーバーラップしている。共通電極25は、常に一定の電位(グランド電位)に保たれている。その他の圧電シート21f、21g、23の上面には、個別電極又は共通電極は設けられていない。なお、最上段の圧電シート23は圧電セラミックス材料でなく、絶縁材料であってもよい。各シートの厚さは略30μmである。
FIG. 3 is a partial exploded perspective view of the
共通電極25は、長辺方向に沿って2列に配列された圧力室16、16を平面視で一体的に覆うように、圧電シート21a、21c、21eの短辺方向の中央において長辺に沿って延びる平面視略矩形状に形成されている。また、共通電極25には、圧電シート21a、21c、21eの両短辺に沿った端縁部近傍において当該端縁部のほぼ全長にわたって延びる引き出し部25aが一体的に設けられている。
The
そして、圧電シート21a、21c、21eの短辺方向端部近傍の表面であって、共通電極25が形成されていない箇所には、個別電極24と略同じ幅寸法で長さの短いダミー個別電極26が形成されている。ダミー個別電極26は、平面視で各個別電極24に対応した位置に設けられている。
A dummy individual electrode having a short width and substantially the same width as the
また、圧電シート21b、21dの上面のうち、引き出し部25aに対応する位置(平面視で重なる位置、つまり圧電シートの長辺方向両端部近傍)には、ダミー共通電極27が形成されている。
In addition, dummy
図1及び図3に示すように、最上段の圧電シート23の上面には、その長辺の端縁部に沿って、各個別電極24の各々に対する表面電極30と、共通電極25の引き出し部25aに対する表面電極31とが設けられている。
As shown in FIGS. 1 and 3, the upper surface of the uppermost
さらに、最下段の圧電シート21aを除いた圧電シート21b、21c、21d、21e、21f、21g、23には、各表面電極30と、それに対応する位置(同じ上下位置)の個別電極24及びダミー個別電極26とを互いに接続するためのスルーホール32が各個別電極24につき1つずつ穿設されている。同様に、最下段の圧電シート21aを除いた圧電シート21b、21c、21d、21e、21f、21g、23には、表面電極31と、共通電極25の引き出し部25a及びダミー共通電極27とを互いに接続するための数個のスルーホール33が穿設されている。スルーホール32、33内には導電性材料が充填されている。そして、各スルーホール32内の導電性材料を介して、積層方向に重なった個別電極24、ダミー個別電極26及び表面電極30がそれぞれ電気的に接続されている。同じく、各スルーホール33内の導電性材料を介して、積層方向に重なった共通電極25、ダミー共通電極27及び表面電極31が電気的に接続されている。
Further, the
なお、スルーホール33を形成しない場合には、アクチュエータユニット20の一側面に全ての共通電極25の引き出し部を露出させ、全ての引き出し部25aに接続する接続電極をアクチュエータユニット20の厚さ方向に延びるように塗布し、この接続電極を圧電シート23上の表面電極31に電気的に接続するようにしてもよい。また、スルーホール32を形成しない場合には、全ての個別電極24の端部をアクチュエータユニット20の他側面に露出させ、上下方向に同じ位置の個別電極24に接続する接続電極をアクチュエータユニット20の側面に塗布し、接続電極を圧電シート23上の各対応する表面電極30に電気的に接続するようにしてもよい。
When the through
このような構成のプレート型のアクチュエータユニット20における下面(圧力室16と対面する面)全体には、接着剤層としてのインク非浸透性の合成樹脂材からなる接着剤シート(図示せず)が貼着されている。また、アクチュエータユニット20は、各個別電極24が圧力室16の各々に平面視で対応した位置に配置されるように、流路ユニット10に接着及び固定されている(図5及び図6参照)。さらに、アクチュエータユニット20の上側面には、フレキシブルフラットケーブル40が重ねられることによって、フレキシブルフラットケーブル40に形成された各種の配線パターンが、各表面電極30、31と電気的に接続されている。
An adhesive sheet (not shown) made of a non-ink-permeable synthetic resin material as an adhesive layer is formed on the entire lower surface (the surface facing the pressure chamber 16) of the plate-
なお、接着剤シート等の接着剤層の材料としては、少なくともインク非浸透性であり、且つ電気絶縁性を備えたものであって、ナイロン系やダイマー酸ベースのポリアミド樹脂を主成分とするポリアミド系ホットメルト形接着剤、ポリエステル系ホットメルト形接着剤のフィルム状のものを使用しても良いが、ポリオレフィン系ホットメルト形接着剤をアクチュエータユニット20に塗布してから、流路ユニット10に接着するようにしてもよい。
The material of the adhesive layer such as an adhesive sheet is at least an ink impermeable and electrically insulating material, and is a polyamide mainly composed of a nylon or dimer acid based polyamide resin. A film-type hot melt adhesive or polyester hot melt adhesive may be used, but the polyolefin hot melt adhesive is applied to the
図4は、本実施の形態による個別電極24への電圧非印加時のインクジェットヘッド1における圧力室周辺の平面構造を描いた模式図である。図5は、図4のV−V線に沿ったインクジェットヘッド1の部分断面図である。図6は、図4のVI−VI線に沿ったインクジェットヘッド1の部分断面図である。
FIG. 4 is a schematic diagram depicting a planar structure around the pressure chamber in the inkjet head 1 when no voltage is applied to the
これらの図面に示すように、キャビティプレート14の幅方向に延びるようにキャビティプレート14に設けられた細長い圧力室16は、その左右両側壁36a、36b及び頂壁36cを構成する細長い逆凹形状の壁体36とスペーサプレート13の上面とによって囲まれている。両側壁36a、36bは、個別電極24に電圧が印加されていない定常状態において、共にスペーサプレート13の表面に対して垂直となるように形成されている。頂壁36cは、スペーサプレート13の表面に対して平行となるように両側壁36a、36bの先端部を結んでいる。
As shown in these drawings, the
壁体36の両外側には、空隙37a、37bが設けられている。空隙37a、37bと壁体36と圧力室16とを一つの組とした圧力室構造体は、壁体36と同じ高さで圧力室16及び空隙37a、37bと同じ方向に延びた、空隙37a、37bのさらに外側に配置された隔壁39によって互いに隔てられている。キャビティプレート14は、異方性エッチングが施されることで上記のような構造を有するものであってよい。
また、壁体36の側壁36a、36b及び頂壁36cは、隔壁39に比べて肉薄に形成されており、それぞれ湾曲する方向に容易に弾性変形することができるものとする。
Further, the
図5および図6に示すように、本実施の形態において、流路ユニット10とアクチュエータユニット20は、各個別電極24が圧力室16の各々に平面視で対応した位置に配置されるように互いに組み付け固定されている。アクチュエータユニット20内の4枚の圧電シート21b、21c、21d、21eの共通電極25と多数の個別電極24とによって挟み込まれた領域は、公知のように両電極24、25が対向する方向に分極処理され、両電極間に分極方向と平行に電界を発生すると圧電効果により厚み方向すなわちシート積層方向に膨らむ又は引っ込むように湾曲する。つまり、この領域は、個別電極24に電圧を印加することで変位する活性部となっている。活性部は、各圧電シート内に島状に形成されている。そして、4枚の圧電シートにそれぞれ形成された活性部は、対応するもの同士が平面視で互いに上下に連続するような位置に形成されている。従って、上下に連続した4つの活性部は、一まとまりの活性部群を形成している。なお、アクチュエータユニット20は、活性部群間の不活性部において隔壁39上に固着されている。
As shown in FIGS. 5 and 6, in the present embodiment, the
本実施の形態のインクジェットヘッド1を製造するには、アクチュエータユニット20及び流路ユニット10をそれぞれ別々に作成した後、両者を接着剤シートで固定する。その後、フレキシブルフラットケーブル40を介して全ての個別電極24と共通電極25との間に、通常の吐出動作時よりも高い電圧を印加する。すると、個別電極24と共通電極25との間に挟まれた圧電シート21b、21c、21d、21eの部分が分極処理されて活性部となる。
In order to manufacture the inkjet head 1 of the present embodiment, the
次に、本実施の形態のインクジェットヘッド1におけるインク吐出動作について、図7及び図8をさらに参照して説明する。図7は、図4に対応して個別電極24への電圧印加時のインクジェットヘッド1における圧力室周辺の平面構造を描いた模式図である。図8は、図7のVIII−VIII線に沿ったインクジェットヘッド1の部分断面図である。選択された活性部群に属する個別電極24に吐出動作のための電圧を印加すると、個別電極24と共通電極25との間に分極方向と同方向の電界が発生して、図8に示すように、当該活性部群に属する活性部は圧電効果によりキャビティプレート14方向(下方)に突出するように伸長し、最下層にある圧電シート21aも活性部と対応する位置において下方に湾曲する。すると、壁体36の頂壁36cを介してその両側壁36a、36bは面に沿う方向の力を受け、共に圧力室16の内側方向に座屈して湾曲する。なお、両側壁36a、36bは、図9に示すように、内側方向に座屈するように予め変形した形状に製作しておくことが好ましい。このようにして各個別電極24に対応する圧力室16の容積が縮小することにより、圧力室16内のインクがノズル54から液滴状に噴出して印字が行われる。その後、個別電極24への電圧の印加を中止すると、4枚の圧電シート21b〜21eの活性部が平板形状に戻るのに伴って、弾性変形していた壁体36も元の形状に戻る。なお、図7及び図8における両側壁36a、36b及び頂壁36cの湾曲変位は説明のために実際よりも誇張して描かれている。
Next, the ink ejection operation in the inkjet head 1 of the present embodiment will be described with further reference to FIGS. FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a planar structure around the pressure chamber in the inkjet head 1 when a voltage is applied to the
上述のように、本実施の形態のインクジェットヘッド1によると、4枚の圧電シート21b〜21eの活性部が下方に伸長することで、圧力室16を囲む上下左右4つの壁の内3つが内側に変形する。従って、圧力室16内の容積減少率は、活性部或いは頂壁36cだけが下方に変形する場合や、頂壁36cと両側壁36a、36bの片方だけとが変形する場合に比べて著しく大きくなる。
As described above, according to the inkjet head 1 of the present embodiment, the active portions of the four
従って、個別電極24に与える電圧を低電圧化して活性部の変位量を小さくしたとしても、十分なインク吐出量を確保することができる。そのため、消費電力の削減を図ることができると共に、個別電極24のドライバICの小型化及び低コスト化を実現することが可能となる。また、圧力室16を小型化しその容積を小さくしたとしても、十分なインク吐出量を確保することができる。そのため、圧力室16をさらに高密度配置することによって解像度のより高い画像を印刷することが可能になると共に、比較的高価な圧電シート及び電極の使用量を減らしてコストの削減を図ることができるという利点が得られる。
Therefore, even if the voltage applied to the
さらに、材料の選択や形状を最適化することで、活性部の変形に伴う圧力室16の両側壁36a、36bの変形量を適正化することによって、個別電極24の駆動電圧の低電圧化と圧力室16の高密度化とを同時に実現することも可能であり、その場合には上述の利益を両方とも得ることができる。
Furthermore, by optimizing the selection and shape of the material, the amount of deformation of the
なお、頂壁36cの存在は圧力室16の容積減少率にはほとんど寄与しないが、本実施の形態では頂壁36cが設けられているために、圧力室16から空隙37a、37bにインクが漏れることを防止できると共に、圧電シート21aがインクと接触しないようにできるのでインク選択の自由度を向上させることができるという利点がある。
The presence of the
また、本実施の形態では、活性部が下方、つまり圧力室16の容積を減少させる方向に変形するとき、圧力室16の両側壁36a、36bが共に圧力室16の内側方向、つまり圧力室16の容積を減少させる方向に変形するので、圧力室16の容積変化量が活性部の変形によるものと圧力室16の両側壁36a、36bの変形によるものの和として得られる。そのため、活性部が圧力室16の容積を減少させる方向に変形するときに圧力室16の両側壁36a、36bが圧力室16の容積を増加させる方向に変形する場合に比べて、活性部の変形に伴う圧力室16の容積変化量が大きくなる。従って、個別電極24の駆動電圧のさらなる低電圧化や圧力室16のさらなる高密度化を図ることができる。
Further, in the present embodiment, when the active portion is deformed downward, that is, in the direction of decreasing the volume of the
なお、ここでは、圧力室16の両側壁36a、36bが圧力室16の容積を減少させる方向に変形する例として、両側壁36a、36bが互いに反対方向、つまり共に圧力室16の内側方向に変形する場合を説明したが、圧力室16の両側壁36a、36bが互いに同じ方向、つまり両側壁36a、36bの一方が圧力室16の内側方向に他方が外側方向に変形するものの、一方の側壁の変形による容積減少量の方が他方の側壁の変形による容積増加量よりも大きい場合にも同様の効果が得られる。ただし、両側壁36a、36bが互いに反対方向(共に圧力室16の内側方向又は共に圧力室16の外側方向)に変形する場合が最も好適である。
Here, as an example in which both
また、本実施の形態では、圧力室16の両側壁36a、36bの外側に空隙37a、37bが設けられているので隣接する圧力室16に影響なく側壁36a、36bが湾曲でき、また、両側壁36a、36bが湾曲しやすくその変位量が比較的大きい。従って、空隙37a、37bが設けられていない場合と比較して、活性部の変形に伴う圧力室16の容積変化量が大きくなって、個別電極24の駆動電圧のさらなる低電圧化や圧力室16のさらなる高密度化を図ることができる。なお、空隙37a、37bの幅は、圧力室16の高密度化を実現する観点から、両側壁36a、36bの適度な湾曲を阻害しない範囲でできるだけ小さくすることが好ましい。
In the present embodiment, since the
また、本実施の形態では、8枚の圧電シートを含むアクチュエータユニット20が隔壁39上に固定されているので、活性部の変形が隣接する圧力室16に影響を及ぼすことが少ない。そのため、いわゆるクロストークの発生を抑制することができて印刷品質が向上する。
Further, in the present embodiment, since the
また、本実施の形態のインクジェットヘッド1では、上述のように、アクチュエータユニット20と流路ユニット10との間に、全ての圧力室16を覆うように接着剤シートを介在させることにより、接着剤シートがインクを浸透させない被膜の役割を果たすと共に、アクチュエータユニット20と流路ユニット10とを強固に固定する。また、複数の圧力室16に跨るように8枚の圧電シート21a、…を積層してアクチュエータユニット20を構成しているから、圧力室16に対する変位量を圧電シートの積層数によって容易に変更することができると共に、各圧電シートに電極を印刷等で形成して積層することで、アクチュエータユニット20を容易に製作することができる。さらに、個別電極24と共通電極25とが重なる領域の大きさを変更することで、容易に活性部の長さを変更することができる。
Further, in the inkjet head 1 according to the present embodiment, as described above, an adhesive sheet is interposed between the
なお、頂壁36cが下方に湾曲した際に両側壁46a、46bが確実に圧力室内側方向に湾曲変形するようにするには、図9に示すように、両側壁46a、46bを必ずしも鼓型形状にせずとも、両側壁46a、46bをやや内側に湾曲させておくなどしておけば十分である。
In order to ensure that the
次に、本実施の形態の変形例について図10〜図11をさらに参照して説明する。図10は、図4と同様に個別電極24への電圧非印加時の圧力室周辺の平面構造を描いた1つの変形例の模式図である。図11は、さらに別の変形例を示す図5に相当する断面図である。なお、これら変形例において、上記実施の形態と同様の部材には同じ符号を付けてその説明を省略する。
Next, a modified example of the present embodiment will be described with further reference to FIGS. FIG. 10 is a schematic view of one modified example depicting a planar structure around the pressure chamber when no voltage is applied to the
図10に示すように、壁体36の両側壁36a、36bが、圧力室16の長手方向において中間部の間隔が狭くなるように、平面視において鼓型に湾曲して製作されている。このようにすると、両側壁36a、36bが図5に示すようにベースプレート13に対して垂直な直線形状であっても、挫屈変形するとき、圧力室16の内側に湾曲する。
As shown in FIG. 10, both
また、上記各実施の形態では、インクの吐出動作をしようとするときに、圧力室16に対応する活性部を変形させる構成にしているが、予め全ての個別電極24に電圧を印加して、全ての圧力室16の容積を縮小させておき、インクの吐出動作をしようとする圧力室16に対応する個別電極24の電圧を解除して圧力室16の容積を拡大し、その後、再びその個別電極24に電圧を印加して圧力室16の容積を縮小し、インクに吐出圧力を加えるように構成する、いわゆる「引き打ち」をすることもできる。
In each of the above embodiments, when an ink ejection operation is to be performed, the active portion corresponding to the
また、図11に示すように、アクチュエータの活性部によって壁体36の頂壁36cを押したとき、両側壁36a、36bが互いに離れる方向に挫屈変形するように構成することもできる。この場合、両側壁36a、36bがその方向に変形するように予め僅か変形させて製作することが好ましい。このとき頂壁36cの下降量よりも、両側壁36a、36bの湾曲量の方が大きいから、圧力室16の容積が拡大する。その後アクチュエータの活性部を復帰させることで、両側壁36a、36bも復帰してインクに吐出圧力を加えることができる。つまり、通常状態において、上記実施の形態のように電圧を印加し続けることなく、吐出動作をする圧力室に対して電圧の印加、停止をするだけで「引き打ち」をすることができる。
Moreover, as shown in FIG. 11, when the
以上、本発明の好適な一実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。例えば、上述の実施の形態ではアクチュエータユニットが電極の印刷された圧電シートを積層したものであるが、アクチュエータユニットはこのようなものに限られるものではなく、圧力室の容積が変更されるように変形する活性部を有するものであれば圧電式以外のどのようなものでもよい。また、上述の実施の形態では、アクチュエータユニット内の一部の圧電シートだけに活性部を設けているが、積層された圧電シートのすべてに活性部が設けられていてもよい。 The preferred embodiment of the present invention has been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various design changes can be made as long as they are described in the claims. . For example, in the above-described embodiment, the actuator unit is a laminate of piezoelectric sheets on which electrodes are printed. However, the actuator unit is not limited to this, and the volume of the pressure chamber is changed. Any type other than the piezoelectric type may be used as long as it has an active portion that deforms. Further, in the above-described embodiment, the active part is provided only on a part of the piezoelectric sheets in the actuator unit. However, the active part may be provided on all of the laminated piezoelectric sheets.
また、活性部の長さを圧力室よりも長くしてもよい。また、圧力室や活性部などの形状、圧電シートなどの積層数、圧力室の配列方向などは、適宜変更してよい。 Further, the length of the active part may be longer than that of the pressure chamber. Further, the shape of the pressure chamber and the active portion, the number of stacked piezoelectric sheets, the arrangement direction of the pressure chambers, and the like may be appropriately changed.
1 インクジェットヘッド
10 流路ユニット
16 圧力室
20 アクチュエータユニット
21a〜21g、23 圧電シート
24 個別電極
25 共通電極
36 壁体
36a、36b 側壁
36c 頂壁
37a、37b 空隙
39 隔壁
40 フレキシブルフラットケーブル
54 ノズル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (8)
前記圧力室の対向する両側壁を互いに反対方向に湾曲可能に構成し、前記流路ユニットと前記アクチュエータとの積層方向に関して前記両側壁の一方側の側縁に、前記両側壁を湾曲させる方向の力を印加する前記アクチュエータが連結され、
前記アクチュエータは、
前記複数の圧力室に亘る大きさを有し、且つ前記複数の圧力室にそれぞれ対応する複数の個別電極が上面に設けられた第1の圧電シートと、前記第1の圧電シートと同じ大きさを有し、且つ、前記積層方向から見た平面視において、前記複数の圧力室を一体的に覆う共通電極が上面に形成された第2の圧電シートとが積層されたものであって、前記各個別電極と前記共通電極とによって挟み込まれた領域をそれぞれ活性部となし、前記活性部が前記圧力室とそれぞれ対応して配置されているとともに、前記活性部間の不活性部が前記隔壁に固定されており、
前記アクチュエータの動作により前記両側壁を湾曲させて前記圧力室の容積を変化させ、前記吐出ノズルからインク滴を吐出するインクジェットヘッド。 A plurality of pressure chambers each having one end connected to the discharge nozzle and the other end connected to an ink supply source, gaps provided on the outer sides of both side walls of each pressure chamber, and the side wall A flow path unit in which a plurality of thin plates including a first thin plate provided with a partition provided through a gap are stacked, and an actuator that is stacked on the flow path unit and discharges ink from the discharge nozzle. Have
The opposing side walls of the pressure chamber are configured to be able to bend in directions opposite to each other, and the side walls are curved at one side edge of the both side walls with respect to the stacking direction of the flow path unit and the actuator . The actuator for applying force is coupled,
The actuator is
A first piezoelectric sheet having a size extending over the plurality of pressure chambers and provided with a plurality of individual electrodes respectively corresponding to the plurality of pressure chambers; and the same size as the first piezoelectric sheet the a, and, in a plan view as viewed from the stacking direction, be one and the second piezoelectric sheet common electrode covering the plurality of pressure chambers in one body manner is formed on the upper surface is laminated, The regions sandwiched between the individual electrodes and the common electrode are respectively active portions, the active portions are disposed corresponding to the pressure chambers, and the inactive portions between the active portions are the partition walls. Is fixed to
An ink jet head that discharges ink droplets from the discharge nozzle by bending the both side walls by the operation of the actuator to change the volume of the pressure chamber.
前記個別電極に電圧が印加されて前記アクチュエータが前記圧力室の容積を減少させる方向に変形するとき、前記両側壁が前記圧力室の容積を減少させる方向に変形することを特徴とする請求項1に記載のインクジェットヘッド。 When a voltage is not applied to the individual electrodes in a plan view as viewed from the stacking direction, the distance between the side walls at the intermediate portion of the pressure chamber in the longitudinal direction of the pressure chamber is the both ends of the pressure chamber. Is formed narrower than the interval between the side walls at the part,
The side walls are deformed in a direction to decrease the volume of the pressure chamber when the actuator is deformed in a direction to decrease the volume of the pressure chamber when a voltage is applied to the individual electrode. The inkjet head described in 1.
前記個別電極に電圧が印加されていないときに、前記両側壁は、前記圧力室の長手方向と直交する断面において、前記第2の薄板に対して垂直な直線形状を有していることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のインクジェットヘッド。 Having the second thin plate sandwiching the pressure chamber with the actuator;
When no voltage is applied to the individual electrodes, the side walls have a linear shape perpendicular to the second thin plate in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the pressure chamber. The inkjet head according to any one of claims 1 to 3 .
前記頂壁が、前記圧力室と前記アクチュエータとによって挟まれていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のインクジェットヘッド。 The pressure chamber is defined by a concave wall body that forms the side walls and a top wall that connects the tips of the both side walls, and one plane of the second thin plate that is a metal thin plate,
The inkjet head according to claim 1, wherein the top wall is sandwiched between the pressure chamber and the actuator.
前記活性部を有し且つ積層方向に分極した複数の前記圧電シートからなる活性層と、前記個別電極と前記共通電極とによって挟まれていない複数の前記圧電シートからなり、前記活性層に対して前記圧力室とは反対側にある非活性層とから構成されており、
前記活性層を構成する前記圧電シートの分極方向に電界が発生すると、前記分極方向に伸長することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のインクジェットヘッド。 The actuator is
An active layer comprising the plurality of piezoelectric sheets having the active portion and polarized in the stacking direction, and a plurality of the piezoelectric sheets not sandwiched between the individual electrodes and the common electrode, with respect to the active layer A non-active layer on the opposite side of the pressure chamber,
The inkjet head according to claim 1, wherein when an electric field is generated in a polarization direction of the piezoelectric sheet constituting the active layer, the piezoelectric sheet extends in the polarization direction.
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