JPH03258550A - Ink jet recording head - Google Patents

Ink jet recording head

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JPH03258550A
JPH03258550A JP5875290A JP5875290A JPH03258550A JP H03258550 A JPH03258550 A JP H03258550A JP 5875290 A JP5875290 A JP 5875290A JP 5875290 A JP5875290 A JP 5875290A JP H03258550 A JPH03258550 A JP H03258550A
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JP
Japan
Prior art keywords
diaphragm
piezoelectric actuator
vibration plate
recording head
ink chamber
Prior art date
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Pending
Application number
JP5875290A
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Japanese (ja)
Inventor
▲つる▼井 康史
Yasushi Tsurui
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
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Publication of JPH03258550A publication Critical patent/JPH03258550A/en
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Abstract

PURPOSE:To avoid an unnecessary deformation of a vibration plate and enhance energy conversion efficiency by providing a piezoelectric actuator having the vibration plate joined to a cover block and a plurality of joint faces, all of which are pressed simultaneously. CONSTITUTION:Signal voltage is applied from a driving circuit to signal electrodes 25a and 25b and, due to the resulting vertical piezoelectric effect, each of the projections 21a and 21b of a piezoelectric actuator 21 is displaced in the direction of the arrow, whereby the corresponding positions of a vibration plate 22 are forced up. Because of this, the volume of an ink chamber 28 corresponding to the upwardly displaced position is reduced and, with the resulting pressure, ink in the ink chamber 28 is pressed and injected through a nozzle against paper for printing thereon. Since, in this way, the projections 21a and 21b are equally polarized upon the signal voltage application, their displacement length becomes equal. Therefore, the vibration plate 22 is free from a wavy form and kept flat and smooth and its unnecessary deformation is avoidable.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はインクジェット記録ヘッドに関する。[Detailed description of the invention] [Industrial application field] The present invention relates to an inkjet recording head.

[従来の技術] ワードプロセッサ、パーソナルコンピュータ等の電子機
器の出力装置としてプリンタが多く用いられている。こ
のプリンタのヘッドの1つにインクジェット式の記録ヘ
ッドがある。
[Prior Art] Printers are often used as output devices for electronic devices such as word processors and personal computers. One of the heads of this printer is an inkjet recording head.

第4図は従来のこの種のインクジェット記録ヘッドの分
解斜視図を示す。
FIG. 4 shows an exploded perspective view of a conventional inkjet recording head of this type.

同図において、基板11上には櫛状の圧電アクチュエー
タ12が設けられている。圧電アクチュエタ12の歯に
相当する部分の上面には共通電極13が設けられており
、図では一部が隠れているが、その下面には信号電極1
4が設けられている。各電極13及び14は駆動回路1
5に接続されている。
In the figure, a comb-shaped piezoelectric actuator 12 is provided on a substrate 11. A common electrode 13 is provided on the upper surface of the portion corresponding to the teeth of the piezoelectric actuator 12, and although a portion is hidden in the figure, a signal electrode 13 is provided on the lower surface of the common electrode 13.
4 is provided. Each electrode 13 and 14 is connected to the drive circuit 1
5.

圧電アクチュエータ12上に振動板16を介してカバー
ブロック17が接合されている。このカバーブロック1
7は振動板I6との間にインク室18及びノズル19が
一体的に形成されている。
A cover block 17 is joined onto the piezoelectric actuator 12 with a diaphragm 16 interposed therebetween. This cover block 1
7 has an ink chamber 18 and a nozzle 19 integrally formed between it and the diaphragm I6.

図示しない外部の制御回路から駆動回路15を介して信
号電極13のいずれかに電圧が印加される。
A voltage is applied to one of the signal electrodes 13 via the drive circuit 15 from an external control circuit (not shown).

このため、対応する圧電アクチュエータ12の歯12a
が圧電効果によって変位し、振動板16の対応部位が押
し上げられる。これによってインク室I8の容積が収縮
しインクがノズル19から噴射され用紙等の上に印字が
行われる。
Therefore, the teeth 12a of the corresponding piezoelectric actuator 12
is displaced by the piezoelectric effect, and the corresponding portion of the diaphragm 16 is pushed up. As a result, the volume of the ink chamber I8 contracts, ink is ejected from the nozzle 19, and printing is performed on paper or the like.

[発明が解決しようとする課題] 上述した従来のインクジェット記録ヘッドでは、歯12
aの部分に信号電圧が印加されるように構成されており
、その部分だけが分極されている。このため歯12bが
変形しないのに対して歯12aが上方向(第5図)に伸
長し、振動板16が第4図のA−A線断面図である第5
図に示すように波状に変形してしまう。
[Problems to be Solved by the Invention] In the conventional inkjet recording head described above, the teeth 12
The structure is such that a signal voltage is applied to a portion a, and only that portion is polarized. For this reason, the teeth 12b do not deform, but the teeth 12a extend upward (FIG. 5), and the diaphragm 16 moves upward as shown in the sectional view taken along line A--A in FIG.
As shown in the figure, it is deformed into a wavy shape.

さらに、このような振動板16の変形によって、余分な
噴射エネルギが必要となる。即ち、この振動板16から
歯12aに対し常に変形による押圧力が作用しているた
め、信号電圧に対する歯12aの変形応答量が無負荷時
に比べて小さくなり、インク室18の容積変化量が小さ
くなる。このため、インクに対して余分な加圧力、つま
り噴射エネルギを得るためにはより高い電気的エネルギ
を与えなければならない。
Furthermore, such deformation of the diaphragm 16 requires extra injection energy. That is, since a pressing force due to deformation is constantly acting on the tooth 12a from the diaphragm 16, the amount of deformation response of the tooth 12a to the signal voltage is smaller than when no load is applied, and the amount of change in the volume of the ink chamber 18 is small. Become. Therefore, higher electrical energy must be applied to the ink in order to obtain extra pressurizing force, that is, ejection energy.

従って本発明の目的はこのような振動板の不必要な変形
を回避でき、しかもエネルギ変換効率を高めることので
きるインクジェット記録ヘッドを提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide an inkjet recording head that can avoid such unnecessary deformation of the diaphragm and can improve energy conversion efficiency.

[課題を解決するための手段] 上述の目的は本発明によれば、インク室を形成するカバ
ーブロックと、カバーブロックに接合された振動板と、
振動板と複数の接合面を有し複数の接合面を全て同時に
押圧する圧電アクチュエタとを備えることにより達成さ
れる。
[Means for Solving the Problems] According to the present invention, the above-mentioned object includes: a cover block forming an ink chamber; a diaphragm joined to the cover block;
This is achieved by including a diaphragm and a piezoelectric actuator that has a plurality of bonding surfaces and presses all of the plurality of bonding surfaces simultaneously.

[作用] 圧電アクチュエータの全ての凸部の電極に信号電圧が印
加される。これにより全ての凸部の圧電体が圧電効果に
より同時に縦方向、即ち振動板を押す方向に変位する。
[Operation] A signal voltage is applied to the electrodes of all the convex portions of the piezoelectric actuator. As a result, the piezoelectric bodies of all the convex portions are simultaneously displaced in the vertical direction, that is, in the direction of pushing the diaphragm, due to the piezoelectric effect.

これによって振動板が押圧されインク室の容積が減少し
、圧力が上昇してインクがノズルより噴出され、用紙等
に印字が行われる。
This presses the diaphragm, reducing the volume of the ink chamber, increasing the pressure, and ink is ejected from the nozzle to print on paper or the like.

[実施例コ 以下本発明によるインクジェット記録ヘッドを実施例に
より詳細に説明する。
[Example 7] The inkjet recording head according to the present invention will be explained in detail with reference to Examples below.

第2図は本発明の一実施例としてのインクジェット式プ
リンタ用の記録ヘッドの斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view of a recording head for an inkjet printer as an embodiment of the present invention.

同図に示すように、圧電アクチュエータ21に振動板2
2が接合され、この振動板22に複数のノズル23を有
するカバーブロック24が接合されることでインクジェ
ット記録ヘッドが構成される。
As shown in the figure, a diaphragm 2 is attached to a piezoelectric actuator 21.
2 are joined together, and a cover block 24 having a plurality of nozzles 23 is joined to this diaphragm 22, thereby constructing an inkjet recording head.

第1図は第2図のA−A線部分断面図である。FIG. 1 is a partial sectional view taken along the line A--A in FIG. 2.

同図において圧電アクチュエータ21の凸部21aには
信号電極25aと共通電極26aとが設けられている。
In the figure, a convex portion 21a of a piezoelectric actuator 21 is provided with a signal electrode 25a and a common electrode 26a.

同様に凸部21bにも信号電極25bと共通電極26b
が設けられている。
Similarly, the convex portion 21b also has a signal electrode 25b and a common electrode 26b.
is provided.

信号電極25aと信号電極25bとは互いに共通に接続
されており図示しない駆動回路に接続されている。共通
電極26aと共通電極26bも互いに共通に接続されて
おり、駆動回路に接続されている。
The signal electrode 25a and the signal electrode 25b are commonly connected to each other and connected to a drive circuit (not shown). The common electrode 26a and the common electrode 26b are also commonly connected to each other and to a drive circuit.

即ち圧電アクチュエータ21の各凸部21a及び21b
は並列接続されている。
That is, each convex portion 21a and 21b of the piezoelectric actuator 21
are connected in parallel.

圧電アクチュエータ21の各凸部21a及び21bの上
には振動板22が接合されている。
A diaphragm 22 is bonded onto each convex portion 21a and 21b of the piezoelectric actuator 21.

振動板22の上には、複数の凹部、即ち溝が形成された
カバーブロック24が接合されている。カバーブロック
24の凸部27は圧電アクチュエータ21の凸部21b
と対向するように接合されている。
A cover block 24 in which a plurality of recesses or grooves are formed is bonded onto the diaphragm 22 . The convex portion 27 of the cover block 24 is the convex portion 21b of the piezoelectric actuator 21.
are joined to face each other.

圧電アクチュエータ21は一方の面倒に複数の凹部即ち
、複数の溝か形成されている。これらの溝は、例えばダ
イシングソー、レーザ等で加工されるが、圧電体の焼成
前にプレス、射出成型等の加圧を施してもよい。
The piezoelectric actuator 21 has a plurality of recesses, that is, a plurality of grooves formed on one side thereof. These grooves are processed using, for example, a dicing saw or a laser, but pressure such as pressing or injection molding may also be applied before firing the piezoelectric body.

なお、圧電アクチュエータ21の圧電体の材料としては
好ましくはPZT (ジルコンチタン酸鉛)が用いられ
る。
Note that PZT (lead zirconium titanate) is preferably used as the material of the piezoelectric body of the piezoelectric actuator 21.

さらに圧電アクチュエータ21の凸部21a及び21b
は、図では単層構造として示しであるが多層構造として
もよい。
Furthermore, the convex portions 21a and 21b of the piezoelectric actuator 21
is shown as a single layer structure in the figure, but may have a multilayer structure.

各電極25a 、 25b 、 26a及び26bは圧
電アクチュエータ21に無電解メツキを施して形成され
るがフォトエツチングによって形成してもよい。
The electrodes 25a, 25b, 26a and 26b are formed by electroless plating the piezoelectric actuator 21, but may also be formed by photoetching.

さらに信号電極25a及び25bは圧電アクチュエタ2
1の表面(図の下側)に設けてもよい。但し、圧電アク
チュエータ21の凸部21a及び21bの変位方向は振
動板22を同一方向(図の上方向)に押圧するものとす
る。
Furthermore, the signal electrodes 25a and 25b are connected to the piezoelectric actuator 2.
It may be provided on the surface of 1 (lower side in the figure). However, the displacement directions of the convex portions 21a and 21b of the piezoelectric actuator 21 are assumed to press the diaphragm 22 in the same direction (upward in the figure).

カバーブロック24は複数の溝と振動板22とで複数の
インク室28及びインク室28に連通した図示しないノ
ズルが一体的に形成されている。カバーブロック24は
例えば感光性ガラスをフォトエツチングによって形成さ
れる。
The cover block 24 is integrally formed with a plurality of grooves and a diaphragm 22, and a plurality of ink chambers 28 and a nozzle (not shown) communicating with the ink chambers 28. The cover block 24 is formed, for example, by photo-etching photosensitive glass.

次に本実施例の記録ヘッドの動作について説明する。Next, the operation of the recording head of this embodiment will be explained.

図示しない駆動回路から信号電極25a及び25bに信
号電圧が印加され、圧電縦効果により圧電アクチュエー
タ21の各凸部21a及び21bが図中矢印方向に変位
する。
A signal voltage is applied to the signal electrodes 25a and 25b from a drive circuit (not shown), and the convex portions 21a and 21b of the piezoelectric actuator 21 are displaced in the direction of the arrow in the figure due to the piezoelectric longitudinal effect.

これにより振動板22の対応部位が押し上げられる。こ
のため、その押し上げられた部位に対応するインク室2
8の容積が収縮し、収縮する際の圧力によりインク室2
8内のインクがノズルから噴射され用紙等の上に印字さ
れる。
As a result, the corresponding portion of the diaphragm 22 is pushed up. Therefore, the ink chamber 2 corresponding to the pushed up part
The volume of the ink chamber 2 contracts due to the pressure of the contraction.
The ink in 8 is ejected from the nozzle and printed on paper or the like.

このように凸部21a及び21bは、信号電圧が印加さ
れると等しく分極されるため、変位する長さが同一とな
っている。従って、振動板22が波打ち状態にならず平
坦に保たれる。
In this way, the protrusions 21a and 21b are polarized equally when a signal voltage is applied, so that the lengths of displacement are the same. Therefore, the diaphragm 22 is kept flat without becoming wavy.

第3図は第1図に示すインクジェット記録ヘッドの振動
板22の反力と振動板22の変形量との関係を表す反力
特性図である。
FIG. 3 is a reaction force characteristic diagram showing the relationship between the reaction force of the diaphragm 22 of the inkjet recording head shown in FIG. 1 and the amount of deformation of the diaphragm 22.

同図(A)において、振動板が平坦な状態のとき反力と
振動板の変形量とは比例する(最終的に振動板に与えら
れている外力と振動板の変形量は比例する)ことを示す
In the same figure (A), when the diaphragm is flat, the reaction force is proportional to the amount of deformation of the diaphragm (ultimately, the external force applied to the diaphragm is proportional to the amount of deformation of the diaphragm). shows.

平坦な振動板を振動させるときに最終的に必要な力は、
振動板変形完了時の振動板の反力である。
The final force required to vibrate a flat diaphragm is
This is the reaction force of the diaphragm when the diaphragm deformation is completed.

さらにノズルからインクを噴射させるために必要なもの
は振動板の変形によるインク室の容積変化である。
Furthermore, what is necessary to eject ink from the nozzle is a change in the volume of the ink chamber due to deformation of the diaphragm.

例えば平坦な振動板を振動させてインク室のインクを噴
射させるのに体積変化Δ■が必要であり、振動板の変形
L1必要であるとする。そのとき最終的に振動板に与え
られる力はFlである(同図(B))。
For example, suppose that a volume change Δ■ is required to vibrate a flat diaphragm and eject ink from an ink chamber, and a deformation L1 of the diaphragm is required. At this time, the force finally applied to the diaphragm is Fl ((B) in the same figure).

一方、波状に変形した振動板を振動させる場合、Rだけ
初期変位しているので、体積変化Δ■を得るには、この
状態からL2まで変位させる必要になる(一般にL1≠
L2)。このとき、最終的に振動板に与えられている力
はF2である(同図(C))。
On the other hand, when vibrating a wave-shaped diaphragm, the initial displacement is by R, so in order to obtain the volume change Δ■, it is necessary to displace it from this state to L2 (generally, L1≠
L2). At this time, the force finally applied to the diaphragm is F2 ((C) in the same figure).

振動板からの反力はFl <F2なので波状に変形した
振動板を振動させる場合、PzTにより大きな電気的エ
ネルギを与えなければならないので効率が低下する。な
お、同図(A)〜(C)はいずれも振動板の最終的な状
態での関係を示す。
Since the reaction force from the diaphragm is Fl<F2, when a wavy-deformed diaphragm is vibrated, a larger electrical energy must be applied to PzT, resulting in a decrease in efficiency. Note that (A) to (C) of the same figure all show the relationship in the final state of the diaphragm.

従って本発明のインクジェット記録ヘッドは振動板を不
必要に変形させることがないため、変形した振動板を振
動させるための余分な電気的エネルギを必要としない。
Therefore, since the inkjet recording head of the present invention does not unnecessarily deform the diaphragm, no extra electrical energy is required to vibrate the deformed diaphragm.

このためエネルギの変換効率を高めることができる。Therefore, energy conversion efficiency can be increased.

[発明の効果] 以上詳細に説明したように、本発明によればインク室を
形成するカバーブロックと、カバーブロックに接合され
た振動板と、振動板と複数の接合面を有し該複数の全て
の接合面を同時に押圧する圧電アクチュエータとを備え
ているため、振動板の無用の変形を防止できる。しかも
変形した振動板を振動させるための余分な電気的エネル
ギを省略することができるのでエネルギ変換効率を向上
することができる。
[Effects of the Invention] As described in detail above, according to the present invention, a cover block forming an ink chamber, a diaphragm joined to the cover block, and a diaphragm having a plurality of bonding surfaces and a plurality of Since it is equipped with a piezoelectric actuator that presses all joint surfaces simultaneously, unnecessary deformation of the diaphragm can be prevented. Moreover, since extra electrical energy for vibrating the deformed diaphragm can be omitted, energy conversion efficiency can be improved.

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

第1図は本発明のインクジェット記録ヘッドの実施例の
部分断面図、第2図は同実施例の外観斜視図、第3図は
第1図に示すインクジェット記録ヘッドの振動板の反力
と振動板の変形量との関係を表す反力特性図、第4図は
インクジェット記録ヘッドの従来例を示す分解斜視図、
第5図は第4図に示すA−A線断面図である。 21・・・・・・圧電アクチュエータ、21a 、 2
1b 、 27・・・・・・凸部、22・・・・・・振
動板、23・・・・・・ノズル、24・・・・・・カバ
ーブロック、25a125b・・・・・・信号電極、2
6a126b・・・・・・共通電極、28・・・・・・
インク室。 土O
FIG. 1 is a partial sectional view of an embodiment of the inkjet recording head of the present invention, FIG. 2 is an external perspective view of the same embodiment, and FIG. 3 is a reaction force and vibration of the diaphragm of the inkjet recording head shown in FIG. 1. A reaction force characteristic diagram showing the relationship with the amount of deformation of the plate; FIG. 4 is an exploded perspective view showing a conventional example of an inkjet recording head;
FIG. 5 is a sectional view taken along the line A--A shown in FIG. 4. 21...Piezoelectric actuator, 21a, 2
1b, 27... Convex portion, 22... Vibration plate, 23... Nozzle, 24... Cover block, 25a125b... Signal electrode ,2
6a126b... Common electrode, 28...
ink chamber. soil O

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] インク室を形成するカバーブロックと、該カバーブロッ
クに接合された振動板と、該振動板と複数の接合面を有
し該複数の全ての接合面を同時に押圧する圧電アクチュ
エータとを備えたことを特徴とするインクジェット記録
ヘッド。
A cover block forming an ink chamber, a diaphragm joined to the cover block, and a piezoelectric actuator having a plurality of joint surfaces with the diaphragm and pressing all of the plurality of joint surfaces simultaneously. Characteristic inkjet recording head.
JP5875290A 1990-03-09 1990-03-09 Ink jet recording head Pending JPH03258550A (en)

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JP5875290A JPH03258550A (en) 1990-03-09 1990-03-09 Ink jet recording head

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5302976A (en) * 1991-05-30 1994-04-12 Brother Kogyo Kabushiki Kaisha Low-voltage actuatable ink droplet ejection device
EP1291181A1 (en) * 2001-09-07 2003-03-12 Océ-Technologies B.V. Actuating device for a multi-nozzle ink jet printhead
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