JPH03264360A - Ink jet record head - Google Patents

Ink jet record head

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JPH03264360A
JPH03264360A JP6526990A JP6526990A JPH03264360A JP H03264360 A JPH03264360 A JP H03264360A JP 6526990 A JP6526990 A JP 6526990A JP 6526990 A JP6526990 A JP 6526990A JP H03264360 A JPH03264360 A JP H03264360A
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ink
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voltage
piezoelectric actuator
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Koji Kubota
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide a record head which is small in size, operated with a low voltage, and easy to manufacture, by constituting each piezoelectric actuator of electrodes and piezoelectric bodies laminated alternately, and utilizing the piezoelectric lateral displacement effect which occurs in a direction parallel to the faces of the electrodes when a voltage is charged. CONSTITUTION:A piezoelectric actuator 23, which is a laminated piezoelectric lateral displacement effect element utilizing the piezoelectric effect, has an integral constitution constituted of boardlike electric conductor layers and piezoelectric body layers laminat ed alternately and is manufactured in the shape of a comb having two grooves. When a drive circuit charges each signal electrodes 33a, 33b, 33c of the piezoelectric actuator 23 with signal voltage, the piezoelectric body layers contract due to the piezoelectric lateral displacement effect in a direction parallel to the surfaces of electrodes. At this time, ink flows in from an ink supply port, and an original length of the piezoelec tric actuator 23 is restored when the voltage is discharged. Consequently, teeth 23a, 23b, 23c previously constituting an inner wall of ink chambers 30a, 30b, 30c in an ink chamber block 24 are displaced to compress the ink chambers 30a, 30b, and 30c. As a result, pressure are generated in the ink chambers 30a, 30b, and 30c and injected through nozzles 29a, 29b, 29c communicating with each of the ink chambers for print ing.

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あり、このプリンタに用
いられるヘッドの1つとしてインクジェット記録ヘッド
が知られている。
[Prior Art] Printers are used as output devices for electronic devices such as word processors and personal computers, and an inkjet recording head is known as one of the heads used in these printers.

第9図は従来のインクジェット記録ヘッドの断面図を示
す。
FIG. 9 shows a cross-sectional view of a conventional inkjet recording head.

同図において、支持台11の支持部11aには単層の圧
電体12の基部が取り付けられている。この圧電体12
の上面及び下面には電極13及び14がそれぞれ設けら
れており、これらの圧電体12と電極13及び14によ
って圧電アクチュエータ15が構成されている。
In the figure, a base portion of a single-layer piezoelectric material 12 is attached to a support portion 11a of a support base 11. As shown in FIG. This piezoelectric body 12
Electrodes 13 and 14 are provided on the upper and lower surfaces, respectively, and a piezoelectric actuator 15 is constituted by the piezoelectric body 12 and the electrodes 13 and 14.

支持台11上にはインク室16を内部に有するインク室
ブロック17か設けられており、インク室16内には、
圧電アクチュエータ15の先端部15aが挿入されてい
る。
An ink chamber block 17 having an ink chamber 16 inside is provided on the support stand 11, and inside the ink chamber 16,
The tip 15a of the piezoelectric actuator 15 is inserted.

インク室ブロック17の側面にインク室16に連通ずる
ノズル18を有するオリフィスプレート19が設けられ
ており、以上でインクジェット記録ヘッドが構成される
An orifice plate 19 having a nozzle 18 communicating with the ink chamber 16 is provided on the side surface of the ink chamber block 17, and an inkjet recording head is thus configured.

外部の図示しない駆動回路から電極13及び14間に電
圧が印加されると圧電体12は横方向に縮み、次に電圧
が解除されると復元する。これにより圧電アクチュエー
タ15の先端部15aがインク室16の容積を減少させ
る。インク室16の内部のインクは、その圧縮圧を受け
て、ノズル18から噴射され、用紙等の上に印字が行わ
れる。
When a voltage is applied between the electrodes 13 and 14 from an external drive circuit (not shown), the piezoelectric body 12 contracts laterally, and then restores itself when the voltage is removed. As a result, the tip portion 15a of the piezoelectric actuator 15 reduces the volume of the ink chamber 16. The ink inside the ink chamber 16 is ejected from the nozzle 18 under the compression pressure, 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、圧電体
12が単層である。このため、所定の変位量及び機械強
度を得るためには、圧電体を厚い長尺状にしかつ印加さ
れる電圧を高電圧にしなければならない。
[Problems to be Solved by the Invention] In the conventional inkjet recording head described above, the piezoelectric body 12 is a single layer. Therefore, in order to obtain a predetermined amount of displacement and mechanical strength, it is necessary to make the piezoelectric body thick and long, and to apply a high voltage.

さらにこの種の記録ヘッドを用いてマルチノズル型の記
録ヘッドを製作する場合、複数の圧電アクチュエータ1
5を、個別に支持台11上及びインク室ブロック17の
インク室16に挿着しなければならず、ノズル部だけを
高密度に集積してもノズル数が増加するにつれて圧電素
子の装着が困難になり、記録ヘッド全体が大きくなり、
工程が複雑になる。
Furthermore, when manufacturing a multi-nozzle type recording head using this type of recording head, multiple piezoelectric actuators 1
5 must be individually inserted onto the support stand 11 and into the ink chamber 16 of the ink chamber block 17, and even if only the nozzle sections are integrated at high density, it becomes difficult to attach the piezoelectric elements as the number of nozzles increases. , the entire recording head becomes larger,
The process becomes complicated.

従って本発明の目的は、小型であり、低電圧で作動し、
かつ製作が容易なインクジェット記録ヘッドを提供する
ことにある。
It is therefore an object of the invention to be compact, operate at low voltages,
Another object of the present invention is to provide an inkjet recording head that is easy to manufacture.

[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、複数のノズルと、ノズル
にそれぞれ連通した複数のインク室と、インク室をそれ
ぞれ圧縮可能な複数の圧電アクチュエータとを備えたイ
ンクジェット記録ヘッドであって、各圧電アクチュエー
タは電極と圧電体とを交互に積層して構成されており、
電圧が印加されると電極面に平行な方向に変位する圧電
横変位効果を利用してい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 plurality of nozzles, a plurality of ink chambers each communicating with the nozzles, and a plurality of piezoelectric actuators capable of compressing each ink chamber. In the inkjet recording head, each piezoelectric actuator is composed of alternating layers of electrodes and piezoelectric bodies,
This is achieved by utilizing the piezoelectric lateral displacement effect, which causes displacement in a direction parallel to the electrode surface when a voltage is applied.

[作用] 電極と交互に厚さ方向に積層された圧電アクチュエータ
に電圧が印加されると圧電横変位効果により圧電体が電
極面に平行な方向に変位する。圧電アクチュエータに印
加された電圧が解除されると復元する。これによりイン
ク室が圧縮されインク室内に圧力が発生し、ノズルを介
してインクが噴射され、用紙等に印字される。
[Operation] When a voltage is applied to the piezoelectric actuators that are stacked alternately with electrodes in the thickness direction, the piezoelectric body is displaced in a direction parallel to the electrode surface due to the piezoelectric lateral displacement effect. It is restored when the voltage applied to the piezoelectric actuator is removed. As a result, the ink chamber is compressed and pressure is generated within the ink chamber, and ink is ejected through the nozzle to print on paper or the like.

[実施例] 以下本発明の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。
[Examples] The inkjet recording head of the present invention will be described in detail below with reference to Examples.

第1図は本発明のインクジェット記録ヘッドの一実施例
を示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of the inkjet recording head of the present invention.

同図において、支持台21の支持部22に圧電アクチュ
エータ23の基部が取り付けられており、支持台21の
前部にはインク室ブロック24が取り付けられている。
In the figure, the base of a piezoelectric actuator 23 is attached to a support portion 22 of a support base 21, and an ink chamber block 24 is attached to the front portion of the support base 21.

圧電アクチュエータ23には、その前方に複数の(本実
施例では3つの)歯部’13a s 23b %23c
が設けられている。これらの歯部23a 、 23b 
The piezoelectric actuator 23 has a plurality of teeth (three in this embodiment) in front thereof.
is provided. These tooth portions 23a and 23b
.

23cは、インク室ブロック24の3つの溝穴(25a
 。
23c indicates three slots (25a) of the ink chamber block 24.
.

25b 、 25c  (第3図))にそれぞれ挿入さ
れて各インク室(3h 、 30b 、 30c  (
第3図))が形成される。支持台21及びインク室ブロ
ック24の前面にはオリフィスプレート26が接合され
ており、インクパス27がインク室ブロック24の上面
に取り付けられている。
25b, 25c (Fig. 3)) and each ink chamber (3h, 30b, 30c (Fig. 3)).
FIG. 3)) is formed. An orifice plate 26 is joined to the front surface of the support base 21 and the ink chamber block 24, and an ink path 27 is attached to the upper surface of the ink chamber block 24.

インクパス27には1つのインク注入孔28が設けられ
ており、このインク注入孔28がインク室ブロック24
内の3つの溝穴25a s 25b s 25c %即
ち3つのインク室に連通している。3つのインク室はま
たオリフィスプレート26の3つのノズル29a129
b 、 29Cにそれぞれ連通している。
One ink injection hole 28 is provided in the ink path 27, and this ink injection hole 28 is connected to the ink chamber block 24.
Three slots 25a s 25b s 25c %, ie, three ink chambers, are connected to each other. The three ink chambers are also connected to the three nozzles 29a129 of the orifice plate 26.
b and 29C, respectively.

圧電アクチュエータ23の各歯部の電極は図示しない外
部の駆動回路に接続されている。なお、駆動回路は圧電
アクチュエータ23の上に載置されていてもよい。
The electrodes of each tooth portion of the piezoelectric actuator 23 are connected to an external drive circuit (not shown). Note that the drive circuit may be placed on the piezoelectric actuator 23.

インク注入孔28から注入されたインクは各インク室に
蓄えられる。圧電アクチュエータ23が作動すると、オ
リフィスプレート26の3つのノズル291 N 29
b % 29Cからインクが噴射され、印字がなされる
Ink injected from the ink injection hole 28 is stored in each ink chamber. When the piezoelectric actuator 23 is actuated, the three nozzles 291 N 29 of the orifice plate 26
b % Ink is ejected from 29C and printing is performed.

第2図は第1図に示した圧電アクチュエータ23の斜視
図である。
FIG. 2 is a perspective view of the piezoelectric actuator 23 shown in FIG. 1.

同図に示すように圧電アクチュエータ23は、板状の導
電体層と圧電体層とを互いに交互に積層し、2つの溝が
設けられて櫛状に加工した一体構造となっており圧電効
果を利用した積層圧電横変位効果素子の一種である。
As shown in the figure, the piezoelectric actuator 23 has an integrated structure in which plate-shaped conductor layers and piezoelectric layers are laminated alternately and processed into a comb shape with two grooves. This is a type of laminated piezoelectric lateral displacement effect element.

ここで圧電横変位効果を利用した圧電横変位効果素子を
複数枚積層したものを積層圧電横変位効果素子と定義す
る。圧電横変位効果とは、厚さTの圧電体の両面に電圧
が印加されるとPで示す如くこの厚さT方向に分極され
て、矢印D1、D2に示す如く電極に平行な方向、即ち
長さ方向に変位することである(第4図)。
Here, a layered piezoelectric lateral displacement effect element is defined as a stacked piezoelectric lateral displacement effect element that utilizes a piezoelectric lateral displacement effect. The piezoelectric lateral displacement effect means that when a voltage is applied to both sides of a piezoelectric material having a thickness T, it is polarized in the direction of the thickness T as shown by P, and is polarized in the direction parallel to the electrodes as shown by arrows D1 and D2, i.e. It is a displacement in the length direction (Fig. 4).

導電体層には長さが互いに異なる2種類のものが用いら
れており、短い導電体層と長い導電体層とが交互に圧電
体層を挟んで積層されている。導電体層は2つの溝によ
って圧電体層とともに分断されるので、短い導電体層は
3つのそれぞれ独立した長尺状に分断され、長い導電体
層は櫛状に形成される。3つの独立した部分はそれぞれ
信号電極33g 、 33b 、 33cとして用いら
れ、櫛状の部分は共通電極34g 、 34b 、 3
4c  (例えばGND (グランド)電極)として用
いられる。
Two types of conductor layers having different lengths are used, and short conductor layers and long conductor layers are alternately stacked with piezoelectric layers in between. Since the conductor layer is divided together with the piezoelectric layer by the two grooves, the short conductor layer is divided into three independent long pieces, and the long conductor layer is formed in a comb shape. The three independent parts are used as signal electrodes 33g, 33b, 33c, respectively, and the comb-shaped part is used as common electrodes 34g, 34b, 3
4c (for example, a GND (ground) electrode).

各層の3つの信号電極33a s 33b s 33c
は圧電アクチュエータ23の前面において無電解メツキ
によって形成された接続層でそれぞれ歯部23a 、 
23b 、 23c毎に共通に接続されている。
Three signal electrodes 33a s 33b s 33c in each layer
are connection layers formed by electroless plating on the front surface of the piezoelectric actuator 23, and have teeth 23a and 23a, respectively.
23b and 23c are commonly connected.

各層の共通電極34a s 34b % 34cは圧電
アクチュエータ23の後部において無電解メツキによっ
て形成された接続層でそれぞれ互いに共通に接続されて
いる。これら共通電極34a s 34b % 34c
と信号電極33a 、 33b 、 33cとは図示し
ない駆動回路に接続されている。
The common electrodes 34a s 34b % 34c of each layer are commonly connected to each other by a connection layer formed by electroless plating at the rear of the piezoelectric actuator 23. These common electrodes 34a s 34b % 34c
and signal electrodes 33a, 33b, and 33c are connected to a drive circuit (not shown).

なお、信号電極33a 、 33b 、 33cの前面
には樹脂等でコーティングされていてもよい。
Note that the front surfaces of the signal electrodes 33a, 33b, and 33c may be coated with resin or the like.

このような圧電アクチュエータ23の製造方法について
説明する。
A method of manufacturing such a piezoelectric actuator 23 will be explained.

まず、圧電材としての圧電セラミック材料の粉末、有機
バインダ、可塑材などからなるグリーンシートと、互い
に長さの異なる長短2種類の導電体層とが圧電アクチュ
エータ23の厚さになるまで夫々交互に積層される。圧
電セラミックの材料には好ましくはPZT (ジルコン
チタン酸鉛)が用いられる。
First, a green sheet made of a piezoelectric ceramic material powder, an organic binder, a plastic material, etc. as a piezoelectric material and two types of conductor layers having different lengths are alternately stacked until the thickness of the piezoelectric actuator 23 is reached. Laminated. PZT (lead zirconium titanate) is preferably used as the material for the piezoelectric ceramic.

短い導電体層の長さは歯部23a 、 23b 、 2
3cの長さ、即ち溝の長さにほぼ等しく、歯部23a 
、 23b% 23cとなる部分において一端が圧電ア
クチュエータ23の前面に露出するように積層される。
The length of the short conductor layer is the tooth portion 23a, 23b, 2
3c, that is, approximately equal to the length of the groove, the tooth portion 23a
, 23b% 23c are stacked so that one end is exposed to the front surface of the piezoelectric actuator 23.

長い導電体層の長さはほぼ圧電アクチュエータ23の長
さよりやや短く、歯部23a 、 23b % 23c
の前面には露出せず圧電アクチュエータ23の後部には
露出するように積層される。
The length of the long conductor layer is approximately slightly shorter than the length of the piezoelectric actuator 23, and the teeth 23a, 23b% 23c
The piezoelectric actuator 23 is laminated so that it is not exposed on the front side of the piezoelectric actuator 23 but exposed on the rear side of the piezoelectric actuator 23 .

このグリーンシートと導電体層との積層体が焼成するこ
とにより硬化される。
This laminate of the green sheet and the conductor layer is cured by firing.

次に硬化された積層体の表面に無電解メツキによる接続
層を形成する。これにより各導電体層が接続される。
Next, a connection layer is formed on the surface of the cured laminate by electroless plating. This connects each conductor layer.

次いで表面に無電解メツキされた積層体はダイシングソ
ーによって2つの溝が施され、櫛状に形成される。
Next, the laminate whose surface has been electrolessly plated is provided with two grooves using a dicing saw to form a comb shape.

なお、積層体はダイシングソーで切削加工が行われるが
レーザで加工してもよく、焼成前にプレス、射出成型等
を施してもよい。
Note that although the laminate is cut with a dicing saw, it may also be processed with a laser, and may be subjected to pressing, injection molding, etc. before firing.

そして櫛状に形成された積層体の表面をホトエツチング
によって両側面の接続層を除去するとともに上面及び下
面に駆動回路と各導電体層とを接続するための配線パタ
ーン35a 、 35b 、 35cを形成する。
Then, the surface of the comb-shaped laminate is photo-etched to remove the connection layers on both sides, and wiring patterns 35a, 35b, 35c for connecting the drive circuit and each conductor layer are formed on the top and bottom surfaces. .

このようにして形成された圧電アクチュエータ23は、
外部の図示しない制御回路より駆動回路を介して共通電
極34a 、 34b 、 34cと3つのいずれかの
信号電極33a 、 33b 、 33c  (図では
信号電極33a)とに信号電圧■が印加される。信号電
圧Vが印加されと対応する圧電アクチュエータ23の歯
部23g 、 23b 、 23c  (図では23a
)が圧電横変位効果により図中矢印A方向に変位した後
、電圧が解除されると復元するように構成されている。
The piezoelectric actuator 23 formed in this way is
A signal voltage ■ is applied from an external control circuit (not shown) to the common electrodes 34a, 34b, 34c and one of the three signal electrodes 33a, 33b, 33c (signal electrode 33a in the figure) via a drive circuit. Tooth portions 23g, 23b, 23c (23a in the figure) of the piezoelectric actuator 23 correspond to when the signal voltage V is applied.
) is displaced in the direction of arrow A in the figure due to the piezoelectric lateral displacement effect, and then returns to its original state when the voltage is released.

なお、本実施例においては歯部の数は3つであるがこれ
に限定されるものではなく、ノズルの数と共に増減して
もよい。
Although the number of teeth is three in this embodiment, it is not limited to this, and may be increased or decreased depending on the number of nozzles.

第3図は第1図のインク室ブロック24と圧電アクチュ
エータ23との関係を説明するための説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the relationship between the ink chamber block 24 and the piezoelectric actuator 23 in FIG. 1.

同図において、インク室ブロック24には3つのインク
室3Ga % 30b N 3hとインク室ブロック2
4の内部で連通しているインク供給路31とが設けられ
ている。
In the figure, the ink chamber block 24 includes three ink chambers 3Ga% 30bN 3h and an ink chamber block 2.
An ink supply path 31 that communicates with the inside of the ink supply channel 4 is provided.

インク室ブロック24の3つの溝穴25a s 25b
 525cには圧電アクチュエータ23の歯部23a 
s 23b 523cの先端部分がそれぞれ挿入されて
おり、これらの歯部23a % 23b % 23cと
溝穴25! 、 25b 、 25Cとオリフィスプレ
ート26とでインク室30a 、 30b 、 30c
が形成される。
Three slots 25a s 25b of the ink chamber block 24
525c is the tooth portion 23a of the piezoelectric actuator 23.
The tips of s 23b 523c are inserted respectively, and these teeth 23a % 23b % 23c and slot 25! , 25b, 25C and the orifice plate 26 form ink chambers 30a, 30b, 30c.
is formed.

なお、本実施例では圧電アクチュエータ23の歯部23
a 、 23b 、 23cの先端部でインク室3(l
a 、 3(1b s 30cの内壁を形成しているが
、これに限らずピストンとなる部材でインク室30g 
、 30b 、、 30cの内壁を形成し、このピスト
ンを歯部23a 、 23b −23cで押圧してもよ
い。
Note that in this embodiment, the tooth portion 23 of the piezoelectric actuator 23
The ink chamber 3 (l
a, 3 (1b s 30c, but is not limited to this, it is a member that becomes a piston, and the ink chamber 30g
, 30b, , 30c may be formed, and this piston may be pressed by the teeth 23a, 23b-23c.

さらに、インク室30a 、、 30b % 30cは
金属板のインク室ブロック24中に設ける場合、円形以
外の形状の微小精密加工は困難である。しかし複数のノ
ズルの間隔を縮めることができないので、例えば珪酸塩
ガラスなどの感光性ガラス(例えばHOYA感光性ガラ
スPEG3)にエツチングを施すことで形成される。
Further, when the ink chambers 30a, 30b, 30c are provided in the ink chamber block 24 made of a metal plate, it is difficult to perform minute precision machining of shapes other than circular. However, since it is not possible to reduce the distance between the plurality of nozzles, it is formed by etching a photosensitive glass such as silicate glass (for example, HOYA photosensitive glass PEG3).

第5図は第1図に示したインクジェット記録ヘッドの組
み立てを説明する側面図である。
FIG. 5 is a side view illustrating the assembly of the inkjet recording head shown in FIG. 1.

同図において支持台21の支持部22に取り付けられた
圧電アクチュエータ23の歯部23a 、 23b 、
 23Cの先端がインク室ブロック24のインク室30
a130b130Cの一内壁を構成している。インク室
ブロック24の上にインクパス27が接合されており、
そのインク注入孔28はインク室3Qa s 3[11
+ % 30cに連通している。このように構成された
支持部22とインク室ブロック24との前面にオリフィ
スプレート26が取り付けられる。オリフィスプレート
26にはテーバ状のノズル29a % 29b % 2
9cが設けられておりインク室3h 、 30b 、 
30cに連通している。
In the same figure, the teeth 23a, 23b of the piezoelectric actuator 23 attached to the support part 22 of the support base 21,
The tip of 23C is the ink chamber 30 of the ink chamber block 24
It constitutes one inner wall of a130b130C. An ink path 27 is joined on top of the ink chamber block 24,
The ink injection hole 28 is connected to the ink chamber 3Qa s 3[11
+% Connected to 30c. An orifice plate 26 is attached to the front surface of the support portion 22 and ink chamber block 24 configured in this manner. The orifice plate 26 has a tapered nozzle 29a % 29b % 2
9c is provided, and ink chambers 3h, 30b,
It is connected to 30c.

オリフィスプレート26はエレクトロフォーミング技術
を用いることにより形成することができる。
Orifice plate 26 can be formed using electroforming technology.

エレクトロフォーミング技術とはメツキを利用した精密
加工技術である。第6図のエレクトロフォーミング技術
の説明図に示すようにベース部材にレジスト32を塗布
し、ホトリソグラフィ技術によりノズルとなる部分を残
し、次にそのレジストの周辺を覆うように全体にメツキ
(例えばNiにッケル))を施す(同図(A))。メツ
キを施した後、レジストを洗い落し、ベース部材から剥
がすことにより得られる(同図(B))。なお、Si(
シリコン)ウェハをオリフィスプレート26として、こ
れにエツチングを施してノズル29を形成してもよい。
Electroforming technology is a precision processing technology that uses metal. As shown in the explanatory diagram of electroforming technology in FIG. 6, a resist 32 is applied to the base member, a part that will become a nozzle is left by photolithography, and then the entire area is plated (for example, Ni) to cover the periphery of the resist. ((A) in the same figure). After plating, the resist is washed off and the film is peeled off from the base member ((B) in the same figure). In addition, Si(
A silicon wafer may be used as the orifice plate 26 and etched to form the nozzle 29.

次に本実施例のインクジェット記録ヘッドの動作につい
て説明する。
Next, the operation of the inkjet recording head of this embodiment will be explained.

駆動回路から圧電アクチュエータ23の各信号電極33
M 、33b % 33cに信号電圧が印加されると、
圧電体層が圧電横変位効果により電極面に平行な方向(
長さ方向)に収縮する。このときインク供給口よりイン
クが流入し、次に電圧を解除すると圧電アクチュエータ
23g元の長さに復元する。これによりあらかじめイン
ク室ブロック24内のインク室3h 、 30b 、 
30cの一内壁を構成する歯部23a 、 23b 、
 23cが変位してインク室30a 、 30b 。
Each signal electrode 33 of the piezoelectric actuator 23 from the drive circuit
When a signal voltage is applied to M, 33b% 33c,
Due to the piezoelectric lateral displacement effect, the piezoelectric layer moves in the direction parallel to the electrode surface (
shrink in the length direction). At this time, ink flows from the ink supply port, and when the voltage is then removed, the piezoelectric actuator 23g returns to its original length. As a result, the ink chambers 3h, 30b, in the ink chamber block 24 are
Tooth portions 23a, 23b, which constitute one inner wall of 30c,
23c is displaced to open the ink chambers 30a and 30b.

30cを圧縮する。Compress 30c.

このため、インク室3h 、 3(lb 、 3[1c
に圧力が発生して、インク室30a % 30b % 
30cに連通するノズル29a 、 29b 、 29
cから噴射され印字が行われる。
For this reason, the ink chambers 3h, 3(lb, 3[1c
Pressure is generated in the ink chamber 30a% 30b%
Nozzles 29a, 29b, 29 communicating with 30c
Printing is performed by ejecting from c.

なお、第2図の圧電アクチュエータ23の横方向(同図
中矢印へ方向)の変位量△lは、から求めることができ
る。
Note that the amount of displacement Δl of the piezoelectric actuator 23 in the lateral direction (in the direction of the arrow in the figure) in FIG. 2 can be determined from Δl.

この第(1)式において長さLを10mm、−層の厚さ
Tを50μm1印加電圧Vを50V1圧電横変位効果定
数をd とすると、△l = 3 X 1G−6mと1 なる。
In this equation (1), if the length L is 10 mm, the layer thickness T is 50 μm, the applied voltage V is 50 V, and the piezoelectric lateral displacement effect constant is d, then Δl = 3 x 1G-6m.

圧電アクチュエータの歯部23+1とインク室3hの寸
法が第7図の如く設定されているとする。
It is assumed that the dimensions of the tooth portion 23+1 of the piezoelectric actuator and the ink chamber 3h are set as shown in FIG.

同図はインク室付近を表わしている。ノズルピッチを3
00μm1歯部23aの変位を△lとするとインク室3
0aの容積変位△Vは、500μm X 200μm×
△lとなる。歯部23gの変位△lを2×10−6mと
するとインク室30!の容積変位△Vは2×10−13
m3 となる。
The figure shows the vicinity of the ink chamber. Nozzle pitch 3
00μm1 If the displacement of the tooth portion 23a is △l, then the ink chamber 3
The volume displacement △V of 0a is 500 μm x 200 μm x
It becomes △l. If the displacement Δl of the tooth portion 23g is 2×10 −6 m, then the ink chamber 30! The volumetric displacement △V is 2×10-13
m3.

これは例えば半径20μmのインク球体積3.2×10
−14m3と比較して十分大きく滴噴射可能である。つ
まり、上記の寸法をとれば、ノズルピッチは従来の1m
mに比べて十分に小さい300μm−以下にすることも
可能になり、印字を高密度化できる。
For example, the volume of an ink sphere with a radius of 20 μm is 3.2 × 10
- It is possible to spray droplets sufficiently large compared to 14 m3. In other words, if the above dimensions are taken, the nozzle pitch is 1 m compared to the conventional one.
It is also possible to set the thickness to 300 μm or less, which is sufficiently smaller than m, and it is possible to increase the density of printing.

さらに圧電アクチュエータ23の歯部23a % 23
b 523cの長さも短縮することができる。
Furthermore, the tooth portion 23a of the piezoelectric actuator 23 % 23
The length of b 523c can also be shortened.

第8図は本発明における圧電横変位効果を説明するため
の圧電横変位効果と圧電縦変位効果との比較説明図であ
る。
FIG. 8 is a comparative diagram of a piezoelectric lateral displacement effect and a piezoelectric longitudinal displacement effect for explaining the piezoelectric lateral displacement effect in the present invention.

同図において両面に電極が設けられた厚さTの圧電体に
電圧Vが印加されているとする。この場合に電極面に垂
直な方向、即ち縦方向に変位すると共に電極に平行な方
向、即ち横方向にも変位する。
In the figure, it is assumed that a voltage V is applied to a piezoelectric body having a thickness T and having electrodes provided on both sides. In this case, it is displaced in a direction perpendicular to the electrode surface, that is, in the vertical direction, and also in a direction parallel to the electrode, that is, in the lateral direction.

横効果定数をd31とすると横方向の変位量△lは、第
(1)式より求められ、縦効果定数をd33とすると縦
方向の変位量△tは、 △t=d33×V・・・・・・(2) となるので寸法変位を大きくとりたい場合、圧電縦変位
効果を利用した圧電縦変位効果素子の場合は電圧■を大
きくするか、圧電体を積層するしか方法がないが、圧電
横変位効果素子の場合は圧電体素子の長さLを長くして
、厚さTを薄くすれば寸法変位を大きくすることができ
るという利点がある。
When the transverse effect constant is d31, the displacement amount △l in the horizontal direction is obtained from equation (1), and when the longitudinal effect constant is d33, the displacement amount △t in the vertical direction is calculated as follows: △t=d33×V... ...(2) Therefore, if you want to increase the dimensional displacement, in the case of a piezoelectric vertical displacement effect element that utilizes the piezoelectric vertical displacement effect, the only way is to increase the voltage ■ or to stack piezoelectric materials. In the case of a piezoelectric lateral displacement effect element, there is an advantage that dimensional displacement can be increased by increasing the length L and decreasing the thickness T of the piezoelectric element.

このように、圧電横変位効果を利用した圧電体層を積層
した圧電アクチュエータを用いることにより、圧電アク
チュエータを小型化することができ、所定の変位量及び
゛機械強度を得ることができ、個別に製作する工程が省
け、しかも低電圧で作動することができる。さらに、イ
ンク室は圧電体層アクチュエータにより個別に押圧され
るのでクロストークを回避することもできる。
In this way, by using a piezoelectric actuator in which piezoelectric layers are laminated using the piezoelectric lateral displacement effect, the piezoelectric actuator can be made smaller, a predetermined amount of displacement and mechanical strength can be obtained, and it is possible to individually It saves the manufacturing process and can operate at low voltage. Furthermore, since the ink chambers are individually pressed by the piezoelectric layer actuators, crosstalk can also be avoided.

[発明の効果] 以上詳細に説明したように、本発明によれば複数のノズ
ルと、ノズルにそれぞれ連通した複数のインク室と、イ
ンク室をそれぞれ圧縮可能な複数の圧電アクチュエータ
とを備えたインクジェット記録ヘッドであって、各圧電
アクチュエータは電極と圧電体層とを交互に積層して構
成されており、電圧が印加されると電極面に平行な方向
に変位する圧電横変位効果を利用していることで、所定
の変位量及び機械強度が得られ、小型であり、組み立て
工程数が少なく、かつ低電圧で動作できるインクジェッ
ト記録ヘッドを製作することができる。
[Effects of the Invention] As described in detail above, according to the present invention, there is provided an inkjet including a plurality of nozzles, a plurality of ink chambers each communicating with the nozzles, and a plurality of piezoelectric actuators capable of compressing each ink chamber. In the recording head, each piezoelectric actuator is composed of alternating layers of electrodes and piezoelectric layers, and utilizes the piezoelectric lateral displacement effect of displacing in a direction parallel to the electrode surface when a voltage is applied. As a result, it is possible to manufacture an inkjet recording head that can obtain a predetermined amount of displacement and mechanical strength, is small in size, requires a small number of assembly steps, and can be operated at low voltage.

【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一実施例
を示す斜視図、第2図は第1図に示した圧電アクチュエ
ータの斜視図、第3図は第1図のインク室ブロックと圧
電アクチュエータとの関係を説明するための説明図、第
4図は圧電横変位効果を説明するための説明図、第5図
は第1図に示した同記録ヘッドの組み立てを説明する側
面図、第6図はエレクトロフォーミング技術の説明図、
第7図はインク室付近を表わす図、第8図は本発明にお
いて圧電横変位効果を説明するための圧電横変位効果と
圧電縦変位効果との比較説明図、第9図はインクジェッ
ト記録ヘッドの従来例を示す断面図である。 21・・・・・・支持台、22・・・・・・支持部、2
3・旧・・圧電アクチュエータ、23a s 23b 
s 23c・・・・・・歯部、24・・・・・・インク
室ブロック、2r’a % 25b % 25c・・・
・・・溝穴、26・・・・・・オリフィスプレート、2
7・・・・・・インクパス、29・・・・・・ノズル、
30a 、 30b 、 30c・・・・・・インク室
、33g 、 33b 、 33cm−−−−−信号電
極、34a 、 34b 、 34C・・・・・・共通
電極、35a s 35b s 35c・・・・・・配
線バタン。
FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of the inkjet recording head of the present invention, FIG. 2 is a perspective view of the piezoelectric actuator shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a perspective view of the ink chamber block and piezoelectric actuator shown in FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the piezoelectric lateral displacement effect, FIG. 5 is a side view for explaining the assembly of the same recording head shown in FIG. 1, and FIG. is an explanatory diagram of electroforming technology,
FIG. 7 is a diagram showing the vicinity of the ink chamber, FIG. 8 is a comparative illustration of the piezoelectric lateral displacement effect and the piezoelectric longitudinal displacement effect to explain the piezoelectric lateral displacement effect in the present invention, and FIG. 9 is a diagram of the inkjet recording head. FIG. 2 is a sectional view showing a conventional example. 21...Support stand, 22...Support part, 2
3. Old... Piezoelectric actuator, 23a s 23b
s 23c... Teeth, 24... Ink chamber block, 2r'a % 25b % 25c...
... Slot, 26 ... Orifice plate, 2
7... Ink path, 29... Nozzle,
30a, 30b, 30c...Ink chamber, 33g, 33b, 33cm---Signal electrode, 34a, 34b, 34C...Common electrode, 35a s 35b s 35c...・Wiring slam.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 複数のノズルと、該ノズルにそれぞれ連通した複数のイ
ンク室と、該インク室をそれぞれ圧縮可能な複数の圧電
アクチュエータとを備えたインクジェット記録ヘッドで
あって、前記各圧電アクチュエータは電極と圧電体とを
交互に積層して構成されており、電圧が印加されると電
極面に平行な方向に変位する圧電横変位効果を利用して
いることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
An inkjet recording head comprising a plurality of nozzles, a plurality of ink chambers respectively communicating with the nozzles, and a plurality of piezoelectric actuators capable of compressing the ink chambers, each piezoelectric actuator comprising an electrode and a piezoelectric body. An inkjet recording head characterized in that the inkjet recording head is constructed by alternately laminating layers, and utilizes a piezoelectric lateral displacement effect that causes displacement in a direction parallel to the electrode surface when a voltage is applied.
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