JPH07329292A - インクジェット式記録ヘッド - Google Patents

インクジェット式記録ヘッド

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JPH07329292A
JPH07329292A JP7109069A JP10906995A JPH07329292A JP H07329292 A JPH07329292 A JP H07329292A JP 7109069 A JP7109069 A JP 7109069A JP 10906995 A JP10906995 A JP 10906995A JP H07329292 A JPH07329292 A JP H07329292A
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JP
Japan
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recording head
piezoelectric vibrator
ink
pressure generating
jet recording
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JP7109069A
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English (en)
Inventor
Kouji Morikoshi
耕司 森腰
Yuji Tanaka
雄次 田中
Shuji Yonekubo
周二 米窪
Norihiko Kurashima
憲彦 倉島
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/14Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14201Structure of print heads with piezoelectric elements
    • B41J2/14274Structure of print heads with piezoelectric elements of stacked structure type, deformed by compression/extension and disposed on a diaphragm
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/14Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2002/14387Front shooter

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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 振動板の変形形態に関わりなく、インク滴を
高い効率で吐出させること。 【構成】 圧電振動子12の中心点C1を振動板6の有
効変位領域の長さLの中心C2よりもノズル開口2側に
Δdだけ偏らせて当接させ、圧力発生室4を収縮させる
圧電振動子12の変位をノズル開口2近傍のインクに効
果的に伝達する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、縦振動モードの圧電振
動子をアクチュエータとするインクジェット式記録ヘッ
ドに関する。
【0002】
【従来の技術】圧電振動子をアクチュエータとするイン
クジェット式記録ヘッドには、圧電振動子の面方向の変
位を利用するものと、軸方向の変位を利用するものの2
種類が存在する。前者は、比較的大きな面積を変形させ
ることが可能で、かつ圧力発生室等を構成する流路形成
板と焼結により一体に構成できるため、製造コストを抑
えることができる反面、必然的にノズル開口間の間隔が
大きくなって、高密度化が困難であるという問題があ
る。
【0003】これに対して後者のものは、圧電振動子の
剛性が高く、その先端だけを圧力発生室の一方の面を封
止する振動板に当接させるだけでインク滴を吐出させる
ことができ、ノズル開口の高密度配列が可能となるもの
の、振動板の極一部を変形させることになるため、振動
板の圧力発生室の長手方向に変位伝達用の剛体部、いわ
ゆるアイランド部を必要とする。
【0004】このアイランド部は、圧力発生室の中心点
に対して対称となるようにその長手方向に延びるように
形成されており、アイランド部の中心点、つまり圧力発
生室の中心に軸線を合わせるようにして縦振動モードの
圧電振動子が当接されている。
【0005】縦振動モードの圧電振動子を用いた記録ヘ
ッドは、振動子自体の剛性が大きく、しかもアイランド
部との当接面積が0.3mm×0.3mm程度で極めて
小さく、これに対してアイランド部の圧力発生室の長手
方向の長さが0.7mm程度と大きく、かつその厚みと
幅が0.2乃至0.3mmと薄いため、大きな負荷が掛
かるインク滴吐出時にはアイランド部は、圧電振動子か
ら離れた領域程自身の弾性により大きくたわむことにな
る。それでもインク供給口とノズル開口との流体インピ
ーダンスが均衡している場合には、圧力発生室内の圧力
がノズル開口近傍に十分作用して印刷に必要なインク量
のインクを吐出することができる。
【0006】しかしながら、近時のように記録ヘッドの
駆動周波数を大きくして印刷速度の向上を図るため、圧
電振動子に比較して応答速度が遅い圧力発生室のインク
の流れを速くしたり、またメニスカスの移動を小さくす
るため、ノズル開口に比較してインク供給口の流体イン
ピーダンスを小さくするという手法が採られた記録ヘッ
ドにあっては、圧力発生室の収縮時に圧力発生室から共
通のインク室に戻るインク量が多くなる一方、ノズル開
口から吐出されるインク滴の量が少なくなって、印字品
質が低下するという問題がある。
【0007】このような問題を解消するために、アイラ
ンド部の剛性を高めたり、また圧電振動子の変位量を大
きくすることも考えられるが、ヘッド全体のサイズが大
きくなったり、薄肉部に局所的に大きな応力が掛かって
振動板が破損する等の新たな問題を招くことになる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】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
ろは振動板に局所的に大きな応力を掛けることなく、圧
電振動子の変位をインク滴の吐出のために効率に利用す
ることができる新規なインクジェット式記録ヘッドを提
供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】このような問題を解消す
るために本発明においては、圧力発生室、インク供給
口、及び共通のインク室を区画するスペーサと、該スペ
ーサの一方の面を封止するとともに、前記圧力発生室の
一端で連通するノズル開口を備えたノズルプレート、及
び前記スペーサの他方の面を封止して、前記圧力発生室
を膨張、収縮させる振動板とからなる流路ユニットと、
先端が前記振動板に当接して、前記振動板を変位させる
縦振動モードの圧電振動子とからなるインクジェット式
記録ヘッドにおいて、前記圧電振動子の中心を前記振動
板の有効変位領域の中心点よりも、前記ノズル開口側に
長さΔdだけ偏らせて当接させるようにした。
【0010】
【作用】圧力発生室を収縮させる圧電振動子の変位を可
及的にノズル開口近傍の領域に伝達して、圧力発生室の
ノズル開口近傍のインクを効果的に圧縮して圧電振動子
の変位に対する吐出インク量を増大させる。
【0011】
【実施例】そこで以下に本発明の詳細を図示した実施例
に基づいて説明する。図1は本発明の一実施例を示すも
のであって、図中符号1は、列状に複数のノズル開口2
が2列形成されたノズルプレートであり、また3はスペ
ーサで、圧力発生室4を区画するキャビテイ3a、3
a、3a‥‥が、その一端をノズル開口2に対向する位
置に、またキャビテイ3a、3a、3a‥‥の他端に連
通するように共通のインク室5を構成する窓3b、3b
が形成されている。
【0012】6は、振動板で、フレーム7に設けられた
インク供給管8の開口部8aに接続して、共通のインク
室5にインクを供給する通孔6aが穿設されている。
【0013】振動板6は、圧電振動子12に対向する面
(図中、下面)に、圧電振動子12の伸長、収縮により
変位する薄肉部6bと、圧電振動子12、12、12‥
‥の変位を圧力発生室4の長手方向に伝達できる程度の
剛性を備えた厚肉部として形成され、圧力発生室4の中
心線Cに沿って延びるアイランド部6cとを設けて構成
されている。
【0014】これらノズルプレート1、スペーサ3、及
び振動板6は、一体に貼合わせられて流路ユニット9に
構成され、フレーム7に収容されている圧電振動子ユニ
ット11、11の圧電振動子12、12、12‥‥の先
端に各アイランド部6c、6c、6cが当接するように
フレーム7の表面7aに固定される。
【0015】図2は、上述した圧電振動子ユニット11
の一実施例を示すもので、図中符号12、12、12‥
‥は、ペースト状のPZT等の圧電材料と導電ペースト
とを交互に積層して焼成され、一方の極となる電極12
aと他方の極となる電極12bの間に圧電材料12cが
挟まれるように製作された圧電振動板を、両端に位置決
め用のダミー振動子13、13を残すようにして一定の
ピッチで歯割りして、一半(図では下半)を金属やセラ
ミックスで構成された固定板14に接着剤により固定し
てユニットに纏められている。
【0016】各振動子12、12、12‥‥は、その表
面に電極が形成されていて、一端でリードフレーム15
と接続されて、印刷信号に一致して先端を伸長、収縮す
るように構成されている。
【0017】図3は、圧電振動子12、12、12‥‥
と振動板6との当接面を拡大して示す図であって、振動
板6は、その長手方向を基台6の圧電振動子収容室16
の端面7a、7bで支持され、ここを節として振動する
ように固定され、有効変位領域の長さ、つまり振動のス
パン長がLとなるようになっている。
【0018】圧電振動子12は、その中心点C1を振動
板6の有効変位領域の1/2の位置C2(この実施例で
は圧力発生室4の中心点)対してノズル開口2側にΔd
だけ偏るようにして、その先端をアイランド部6cの表
面に接着剤等により固定されている。
【0019】この実施例において、圧電振動子12が図
5(I)の矢印Aに示すように収縮すると、これの先端
に固定されているアイランド部6cを介して振動板6の
有効変位領域が図中上方に引き上げられ、薄肉部6bが
弾性変形して圧力発生室4が拡大する。これによりイン
ク供給口17を経由して共通のインク室5から圧力発生
室4にインクが流れ込む。
【0020】所定時間が経過して圧電振動子12が図5
(II)の矢印Bで示すように圧力発生室4側に伸長する
と、アイランド部6cを介して振動板6の有効変位領域
が圧力発生室側に変形する。これにより圧力発生室4が
収縮してノズル開口2からインク滴が吐出する。
【0021】この圧縮の過程で、圧電振動子12は、そ
の中心点C1が振動板6の有効変位領域の中心点C2に
対してノズル開口2側にΔdだけ偏らせて位置決めされ
ているため、振動板6のノズル開口側の変形量が、イン
ク供給口17側の弾性変形量Δeよりも大きくなり、イ
ンク吸引工程に比較して高速度で圧電振動子12が伸長
変位するインク吐出時においても、ノズル開口2近傍の
領域がより確実に圧縮されることになり、インク滴が効
率良く押し出される。
【0022】(実施例)深さHが0.1mmの圧力発生
室4に、厚さ0.002mmの板に幅wが0.02m
m、厚さhが0.03mmのアイランド部6cを形成し
た振動板6で封止して、有効変位領域の長さLが1.0
mmで、また幅W、深さが共に0.1mmの圧力発生室
を形成するとともに、変位量0.0005乃至0.00
1mmの縦振動モードの圧電振動子12を、その当接位
置を有効変位領域の中心点C2からノズル開口側へのず
れ量Δdを変えて吐出するインクの量を測定したとこ
ろ、表1のような結果となった。
【0023】
【表1】 ずれ量 振動板の有効変位領域の インク吐出量 (mm) 長さLとずれ量Δdとの比 (μg) Δd Δd/L 0 0 0.169 0.05 0.05 0.171 0.10 0.10 0.188
【0024】このことから圧電振動子12を振動板6の
有効変位領域の中心点C2よりもノズル開口側にずらせ
て当接させることが、インク吐出量を増加させるのに有
効であることが判明した。
【0025】なお、上述の実施例においては、基台7の
端面7a、7bにより振動板6の有効変位領域が規定さ
れる形式の記録ヘッドに例を採って説明したが、振動板
の有効変位領域が他の形態で規定されるものに対しても
同様に適用することができる。
【0026】すなわち、図6に示したように振動板6の
薄肉部6bの一端が、基台7の端面7bよりも基台側に
食い込んで基台上に位置するものでは、基台7との接合
点19と他方の端面7aとの距離L1が有効変位領域の
長さとなり、また図7に示したように振動板6の薄肉部
6bの両端が基台側に食い込んで基台上に位置するもの
では、基台表面との2つの固定点20、21との距離L
2が、さらに図8に示したようにアイランド部が基台7
に食い込んでいるものでは、基台との接合点22、23
間の距離L3が有効変位領域の長さとなるから、これら
の中心点C2、つまり距離の1/2の位置L1/2、L
2/2、L3/2よりもノズル開口2の側に圧電振動子
12の中心点C1を距離Δdだけずらせて配置すればよ
い。
【0027】特に図6、図7に示した実施例によれば、
設計変更が基台に比較して簡単な振動板6の薄肉部のパ
ターンを変更するだけで、簡単に記録ヘッドの吐出口率
の改善を図ることができる。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように本発明においては、
記圧電振動子の中心点を振動板の有効変位領域の中心点
よりも、ノズル開口側に長さΔdだけ偏らせて当接させ
るようにしたので、圧電振動子の圧力発生室を収縮させ
る変位をノズル開口近傍の領域に効果的に伝達でき、特
にインク供給口側の流体インピーダンスが低く構成され
ている流路ユニットであっても、アイランド部の弾性変
形に関わりなく圧力発生室のインクを効果的に圧縮して
大量のインク量を高速駆動でも吐出させることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す組立斜視図である。
【図2】本発明に使用する縦振動モードの圧電振動子ユ
ニットの一実施例を示す斜視図である。
【図3】本発明の一実施例を、圧電振動子と振動板との
当接面を拡大して示す斜視図である。
【図4】本発明の一実施例を示す断面図である。
【図5】図(I)、(II)は、それぞれ本発明の記録ヘ
ッドの動作を示す説明図である。
【図6】本発明の他の実施例を圧電振動子と振動板との
当接面を拡大して示す図である。
【図7】本発明の他の実施例を、圧電振動子と振動板と
の当接面を拡大して示す図である。
【図8】本発明の他の実施例を、圧電振動子と振動板と
の当接面を拡大して示す図である。
【符号の説明】
1 ノズルプレート 2 ノズル開口 3 スペーサ 4 圧力発生室 5 共通のインク室 6 振動板 6b 薄肉部 6c アイランド部 12 圧電振動子 C1 圧電振動子の中心点 C2 有効変位領域のの中心点 Δd ずれ量
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 倉島 憲彦 長野県諏訪市大和3丁目3番5号 セイコ ーエプソン株式会社内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧力発生室、インク供給口、及び共通の
    インク室を区画するスペーサと、該スペーサの一方の面
    を封止するとともに、前記圧力発生室の一端で連通する
    ノズル開口を備えたノズルプレート、及び前記スペーサ
    の他方の面を封止して、前記圧力発生室を膨張、収縮さ
    せる振動板とからなる流路ユニットと、先端が前記振動
    板に当接して、前記振動板を変位させる縦振動モードの
    圧電振動子とからなるインクジェット式記録ヘッドにお
    いて、 前記圧電振動子の中心を前記振動板の有効変位領域の中
    心点よりも、前記ノズル開口側に長さΔdだけ偏らせて
    当接させたことを特徴とするインクジェット式記録ヘッ
    ド。
  2. 【請求項2】 前記有効変位領域の長さLとずれ量Δd
    との比Δd/Lが0.05乃至0.1である請求項1の
    インクジェット式記録ヘッド。
  3. 【請求項3】 前記ノズル開口が、前記インク供給口の
    流体インピーダンスよりも大きくなるように形成されて
    いる請求項1のインクジェット式記録ヘッド。
  4. 【請求項4】 前記有効変位領域が前記振動板を支持す
    る基台との接合点で規定されている請求項1のインクジ
    ェット式記録ヘッド。
  5. 【請求項5】 前記有効変位領域が前記振動板の薄肉部
    の端部で規定されている請求項1のインクジェット式記
    録ヘッド。
JP7109069A 1994-04-13 1995-04-10 インクジェット式記録ヘッド Pending JPH07329292A (ja)

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