JPH05301342A - Ink jet printing head - Google Patents
Ink jet printing headInfo
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- JPH05301342A JPH05301342A JP3057334A JP5733491A JPH05301342A JP H05301342 A JPH05301342 A JP H05301342A JP 3057334 A JP3057334 A JP 3057334A JP 5733491 A JP5733491 A JP 5733491A JP H05301342 A JPH05301342 A JP H05301342A
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- ink
- single crystal
- bending means
- electrodes
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2202/00—Embodiments of or processes related to ink-jet or thermal heads
- B41J2202/01—Embodiments of or processes related to ink-jet heads
- B41J2202/10—Finger type piezoelectric elements
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、圧電アクチエータを用
いてインクを吹き付けるインクジェットプリンタ用ヘッ
ドに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a head for an ink jet printer which sprays ink using a piezoelectric actuator.
【０００２】近年、プリンタ分野ではプリンタの高速化
が進み、ヘッドに圧電アクチエータを用いたインクジェ
ットプリンタが普及しつつある。このようなインクジェ
ットプリンタにおいてもより高速性が望まれると共に、
低コスト化が要求される。そのた、圧電アクチエータの
加工性、応答性を向上させる必要がある。In recent years, in the field of printers, the speed of printers has been increasing, and ink jet printers using a piezoelectric actuator for a head are becoming popular. Higher speed is also required in such an ink jet printer,
Cost reduction is required. In addition, it is necessary to improve the workability and responsiveness of the piezoelectric actuator.
【０００３】[0003]
【従来の技術】従来、コンピュータ用プリンタとして高
速なインクジェットプリンタが普及しつつあり、インク
を吹き出すために圧電アクチエータが使用されている。
このインクジェットプリンタは、インクによる色選択が
自由であると共に、カラー化も可能であり、記録用紙を
選ばない。印字は、インクジェット用ヘッドが電気的な
オン／オフ信号に対応して記録ドット毎にインクを記録
用紙にジェット状に吹き付けるもので、カラーの場合は
３色又は４色のヘッドが組合わされる。2. Description of the Related Art Conventionally, high-speed ink jet printers have become popular as computer printers, and piezoelectric actuators have been used to eject ink.
In this inkjet printer, the color can be freely selected by the ink and the color can be obtained, so that any recording paper can be selected. In printing, an inkjet head jets ink in a jet shape on a recording sheet for each recording dot in response to an electrical ON / OFF signal. In the case of color, three-color or four-color heads are combined.
【０００４】図８に、従来のインクジェットプリンタ用
ヘッドの概略部を示す。図８（Ａ）は、ヘッドの一部を
示したものであり、図８（Ｂ），（Ｃ）は使用される圧
電アクチエータを示したものである。図８（Ａ）におい
て、インクジェットプリンタ用ヘッドは、薄いステンレ
ス等の金属で箱型に形成されたインク室５０が複数個並
列され、その上面又は下面にそれぞれ個別に圧電アクチ
エータ５１が取着されてたものである。なお、インク室
にはノズル５０ａがそれぞれ形成される。圧電アクチエ
ータ５１は、分極方向５２ａを外側にして２枚のセラミ
ック（多結晶）５２を接着剤（有機系）５３によりバイ
モルフ状に貼合わせたもので、その上面及び下面に挟持
するように電極５４ａ，５４ｂが形成される。例えば、
当該圧電アクチエータ５１は、片側固定の場合には図８
（Ｂ）に示すように、先端に沿って印加電圧に応じて上
下方向に屈曲する。また、両側固定の場合には図８
（Ｃ）に示すように、印加電圧に応じてその中央部分が
上下方向に屈曲する。すなわち、この圧電アクチエータ
５１の屈曲がインク室５０を加圧して変形させることに
より、インク室５０内のインクをノズル５０ａから吹き
出させるものである。FIG. 8 shows a schematic portion of a conventional ink jet printer head. FIG. 8 (A) shows a part of the head, and FIGS. 8 (B) and 8 (C) show the piezoelectric actuator used. In FIG. 8A, the ink jet printer head has a plurality of box-shaped ink chambers 50 made of metal such as thin stainless steel arranged in parallel, and piezoelectric actuators 51 are individually attached to the upper surface or the lower surface thereof. It is a thing. The nozzles 50a are formed in the ink chambers. The piezoelectric actuator 51 is formed by laminating two ceramics (polycrystals) 52 in a bimorph shape with an adhesive (organic system) 53 with the polarization direction 52a facing outside. The electrodes 54a are sandwiched between the upper and lower surfaces thereof. , 54b are formed. For example,
The piezoelectric actuator 51 is shown in FIG.
As shown in (B), it bends in the vertical direction along the tip according to the applied voltage. If both sides are fixed,
As shown in (C), the central portion bends in the vertical direction according to the applied voltage. That is, the bending of the piezoelectric actuator 51 pressurizes and deforms the ink chamber 50, so that the ink in the ink chamber 50 is ejected from the nozzle 50a.
【０００５】また、図９に、従来の他のインクジェット
プリンタ用ヘッドの概略図を示す。図９において、イン
ク室５５が複数個の圧電アクチエータ５６を下部及び側
壁にしてキャップ５７により形成され、その吹き出し面
にノズル５８が形成される。それぞれの圧電アクチエー
タ５６は、下部と一体成形された圧電セラミック板５９
ａと板状の圧電セラミック板５９ｂとを分極方向６０を
向い合わされて接着剤（有機系）６１により貼り合わさ
れる。この圧電セラミック板５９ａは、例えば幅（厚
さ）１００μｍで下部から細い短冊列に加工される。そ
して、その両側に電極６２がそれぞれ形成される。すな
わち、この圧電アクチエータ５６は、電極６２に印加さ
れた電圧によって圧電セラミック板５９が滑り変位を生
じ、これによりインク室５５の体積が縮小してインク室
５５内のインクをノズル５８から吹き出させるものであ
る。FIG. 9 shows a schematic view of another conventional ink jet printer head. In FIG. 9, an ink chamber 55 is formed by a cap 57 with a plurality of piezoelectric actuators 56 as the lower part and side walls, and a nozzle 58 is formed on the ejection surface thereof. Each piezoelectric actuator 56 has a piezoelectric ceramic plate 59 integrally formed with the lower part.
The a and the plate-shaped piezoelectric ceramic plate 59b are opposed to each other in the polarization direction 60 and are bonded to each other with an adhesive (organic type) 61. The piezoelectric ceramic plate 59a has a width (thickness) of 100 μm, and is processed into a thin strip from the bottom. Then, the electrodes 62 are formed on both sides thereof. That is, in the piezoelectric actuator 56, the piezoelectric ceramic plate 59 causes a sliding displacement due to the voltage applied to the electrode 62, whereby the volume of the ink chamber 55 is reduced and the ink in the ink chamber 55 is ejected from the nozzle 58. Is.
【０００６】一方、圧電アクチエータを使用しないイン
クジェットプリンタ用ヘッドも知られている。これは、
図示しないが、インク室内に抵抗体を設け、この抵抗体
にパルス状の電流を供給してインク溶剤を蒸発させ、該
インク室内の圧力を高めてインクをノズルから吹き出さ
せるものである。On the other hand, an ink jet printer head which does not use a piezoelectric actuator is also known. this is,
Although not shown, a resistor is provided in the ink chamber, and a pulsed current is supplied to the resistor to evaporate the ink solvent and increase the pressure in the ink chamber to eject the ink from the nozzle.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかし、図８に示すイ
ンクジェットプリンタ用ヘッドに使用される圧電アクチ
エータ５１は圧電セラミック（多結晶）を細い短冊列等
に微細加工することが困難であることから加工、組立工
数を要し、コスト高となると共に、接着剤５３によりヒ
ステリシスを有するという問題がある。また、図９に示
すインクジェットプリンタ用ヘッドは、側面に電極が形
成されることから、外部電極の取り出しや、側面電極の
形成が困難であると共に、上述と同様の接着剤６１によ
りヒステリシスを有するという問題がある。さらに、抵
抗体を使用するインクジェットプリンタ用ヘッドは、経
済性で優れるが、発熱現像により行うことから抵抗体等
の寿命及び高速化に限界を有するという問題がある。However, the piezoelectric actuator 51 used in the ink jet printer head shown in FIG. 8 is difficult to process because it is difficult to finely process the piezoelectric ceramic (polycrystal) into thin strips or the like. However, there is a problem that the number of assembling steps is required, the cost is high, and the adhesive 53 has hysteresis. Further, in the ink jet printer head shown in FIG. 9, since electrodes are formed on the side surfaces, it is difficult to take out the external electrodes and form the side surface electrodes, and the same adhesive 61 as described above has hysteresis. There's a problem. Further, the inkjet printer head using the resistor is excellent in economy, but has a problem in that the life and speed of the resistor and the like are limited because the thermal development is performed.
【０００８】そこで本発明は上記課題に鑑みなさたもの
で、加工容易であり、高寿命、低コストのインクジェッ
ト用ヘッドを提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an ink jet head which is easy to process, has a long life, and is low in cost.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】上記課題は、複数のイン
ク室の可撓部分にそれぞれ対応して取着された複数の圧
電屈曲手段により、該複数のインク室を別個に加圧して
変形させ、当該インク室内のインクを吹き出させるイン
クジェットプリンタ用ヘッドにおいて、前記複数の圧電
屈曲手段のそれぞれは、断面短辺方向で反転分極層を有
する所定の結晶方位の単結晶板に、所定間隔でスリット
が形成されて一体的に連続して形成されると共に、断面
長辺方向の両面に電極が設けられることにより解決され
る。SUMMARY OF THE INVENTION The above-mentioned problem is that the plurality of piezoelectric bending means attached to the flexible portions of the plurality of ink chambers individually press the plurality of ink chambers to deform them. In the head for an inkjet printer that blows out the ink in the ink chamber, each of the plurality of piezoelectric bending means has a single crystal plate of a predetermined crystal orientation having an inversion polarization layer in the short side direction of the cross section and slits at predetermined intervals. It is solved by forming the electrodes and forming them integrally and continuously, and providing electrodes on both surfaces in the long side direction of the cross section.
【００１０】この場合、前記一体的に連続して形成され
た複数の圧電屈曲手段は、共通部を片側若しくは両側に
形成され、また、インク室は、樹脂モールド、半導体材
料の異方性エッチング、金属板のエッチング又はプレス
加工により複数の空間部が一括形成され、それぞれの該
空間部に前記可撓部分を有する蓋部が設けられる。In this case, the plurality of piezoelectric bending means formed integrally and continuously have a common portion on one side or both sides, and the ink chamber has a resin mold, anisotropic etching of semiconductor material, A plurality of space portions are collectively formed by etching or pressing a metal plate, and a lid portion having the flexible portion is provided in each of the space portions.
【００１１】また、一方で、複数のインク室内のインク
を、該インク室に対応する所定数の圧電屈曲手段により
吹き出させるインクジェットプリンタ用ヘッドにおい
て、前記圧電屈曲手段は、断面長辺方向に反転分極層を
有する所定の結晶方位の単結晶板に、１対の電極が設け
られると共に、該電極が形成された単結晶板を、所定間
隔で立設させて前記複数のインク室を形成し、前記圧電
屈曲手段は、前記１対の電極が前記単結晶板の断面短辺
若しくは長辺方向の対向面に設けられる。On the other hand, in an ink jet printer head for ejecting ink in a plurality of ink chambers by a predetermined number of piezoelectric bending means corresponding to the ink chambers, the piezoelectric bending means has a reverse polarization in the cross-section long side direction. A single crystal plate having a predetermined crystal orientation having a layer is provided with a pair of electrodes, and the single crystal plates on which the electrodes are formed are erected at predetermined intervals to form the plurality of ink chambers, In the piezoelectric bending means, the pair of electrodes are provided on opposing surfaces of the single crystal plate in the direction of the short side or the long side of the cross section.
【００１２】[0012]
【作用】上述のように、複数のインク室に対応するそれ
ぞれの圧電屈曲手段が、断面短辺方向で反転分極層を有
する所定結晶方位の単結晶板に、所定間隔でスリットを
形成して一体的に連続して形成される。そして、その断
面長辺方向の両面に電極が設けられる。As described above, the piezoelectric bending means corresponding to the plurality of ink chambers are integrally formed by forming slits at predetermined intervals on a single crystal plate having a predetermined crystal orientation having an inversion polarization layer in the short side direction of the cross section. Are continuously formed. Then, electrodes are provided on both surfaces in the long side direction of the cross section.
【００１３】すなわち、圧電屈曲手段は単結晶板で形成
されることから、加工が容易であり、両面に電極が形成
されて、共通部を片側若しくは両側として微小ピッチで
加工することが可能となる。そして、樹脂モールド若し
くは半導体材料の異方性エッチング等によりインク室に
おける空間部を形成して、蓋部に形成される可撓部分に
当該一体となった圧電屈曲手段のそれぞれを固着する。
これにより、インクジェットプリンタ用ヘッドの加工、
組立工数が低減されて低コスト化を図ることが可能にな
ると共に、抵抗体を使用するヘッドよりも高寿命とする
ことが可能となる。That is, since the piezoelectric bending means is formed of a single crystal plate, it is easy to process, and electrodes are formed on both sides, so that the common portion can be processed on one side or both sides with a fine pitch. .. Then, a space portion in the ink chamber is formed by resin molding or anisotropic etching of the semiconductor material, and each of the integrated piezoelectric bending means is fixed to the flexible portion formed in the lid portion.
This makes it possible to process heads for inkjet printers,
The number of assembling steps can be reduced to reduce the cost, and the life can be made longer than that of the head using the resistor.
【００１４】また、一方で、圧電屈曲手段を、断面長辺
方向で反転分極層を有する所定結晶方位の単結晶板が、
断面短辺若しくは長辺方向の両面に１対の電極が設けら
れる。そして、この単結晶板を所定間隔で立設させて複
数のインク室を形成する。すなわち、上述と同様に、単
結晶板で圧電屈曲手段を形成することから、加工が容易
であり、しかも該圧電屈曲手段の立設でインク室の側面
を構成して屈曲によりインク室内のインクを吹き出させ
る。これにより、前述と同様にヘッドの加工、組立工数
が低減されて低コストとすることが可能となると共に、
抵抗体を使用するヘッドよりも高寿命とすることが可能
となる。On the other hand, the piezoelectric bending means is a single crystal plate having a predetermined crystal orientation and having an inversion polarization layer in the long side direction of the cross section.
A pair of electrodes is provided on both sides in the short side or long side direction of the cross section. Then, the single crystal plates are erected at predetermined intervals to form a plurality of ink chambers. That is, similarly to the above, since the piezoelectric bending means is formed of a single crystal plate, it is easy to process, and the side surface of the ink chamber is configured by the standing of the piezoelectric bending means to bend the ink in the ink chamber by bending. Let it blow out. As a result, it is possible to reduce the head manufacturing and assembling man-hours in the same manner as described above and reduce the cost.
The life of the head can be made longer than that of the head using the resistor.
【００１５】なお、上述における所定の結晶方位とは、
当該反転分極層を有する単結晶板の屈曲変位が大きくな
る結晶の回転角の選択を示すものである。The predetermined crystal orientation mentioned above means
It shows the selection of the rotation angle of the crystal in which the bending displacement of the single crystal plate having the inverted polarization layer becomes large.
【００１６】[0016]
【実施例】図１に、本発明の第１の実施例の構成図を示
す。図１（Ａ）はインクジェットプリンタ用ヘッドの一
部分を示したもので、図１（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）はこ
れに使用される圧電屈曲手段を示したものである。FIG. 1 is a block diagram of the first embodiment of the present invention. FIG. 1 (A) shows a part of an inkjet printer head, and FIGS. 1 (B), (C) and (D) show piezoelectric bending means used for this.
【００１７】図１（Ａ）において、インクジェットプリ
ンタ用ヘッド１は、例えば幅１６０μｍの箱状のインク
室２が水平方向に、例えば４０ドットで並設されて、こ
れが千鳥状に多段に構成される。このインク室２の前面
にはノズル３が形成され、後面よりインクが補充され
る。また、各段の各インク室２の上面には共通部５を有
するくし歯状の圧電屈曲手段である圧電アクチエータ４
が例えば幅１００μｍでそれぞれ有機系の接着剤（図示
せず）により固着される。そして、各インク室２のノズ
ル３からは、図示しないがパイプが連続され、印字面で
例えば８６μｍピッチで配列される。In FIG. 1 (A), an ink jet printer head 1 has box-shaped ink chambers 2 each having a width of 160 μm, for example, arranged in parallel in a horizontal direction at, for example, 40 dots, which are arranged in a staggered multi-stage manner. .. Nozzles 3 are formed on the front surface of the ink chamber 2, and ink is replenished from the rear surface. Further, the piezoelectric actuator 4 which is a comb-shaped piezoelectric bending means having a common portion 5 on the upper surface of each ink chamber 2 of each stage.
Are, for example, 100 μm wide and are fixed by an organic adhesive (not shown). Then, from the nozzles 3 of the respective ink chambers 2, pipes (not shown) are continuous and arranged at a pitch of, for example, 86 μm on the printing surface.
【００１８】そこで、図１（Ｂ），（Ｃ）に示すよう
に、圧電アクチエータ４は、例えば単結晶で結晶方位１
４０度±１０度回転又は１２８度回転Ｙ板ニオブ酸リチ
ウム（ＬｉＮｂＯ3 ）が使用され（後述する）、熱処理
により断面短辺方向で矢印方向の反転分極層４ａ，４ｂ
がバイモルフ状に形成される。そして、圧電アクチエー
タ４の断面長辺方向の両面に、例えばアルミニウムを蒸
着又はスパッタリングすることにより電極６ａ，６ｂが
設けられる。なお、各電極６ａ，６ｂのうち裏表の何れ
かを共通電極として全面を同電位としてもよい。Therefore, as shown in FIGS. 1B and 1C, the piezoelectric actuator 4 is, for example, a single crystal and has a crystal orientation 1
40 ° ± 10 ° rotation or 128 ° rotation Y plate Lithium niobate (LiNbO 3 ) is used (described later), and by heat treatment, the reversal polarization layers 4a, 4b in the direction of the arrow in the short side direction of the cross section.
Are formed in a bimorph shape. Then, the electrodes 6a and 6b are provided on both surfaces of the piezoelectric actuator 4 in the direction of the long side of the cross section by vapor deposition or sputtering of aluminum, for example. It should be noted that either the front surface or the back surface of each of the electrodes 6a and 6b may be used as a common electrode so that the entire surface may have the same potential.
【００１９】このような反転分極層４ａ，４ｂを有する
単結晶板４は図１（Ｃ）に示すように、例えば厚さＤ
０．２〜１．０ｍｍ、長さＬ１０〜３０ｍｍ、幅Ｗ４ｃ
ｍであり、図示しないがこれを多数枚重ねて横方向よ
り、例えば幅３０μｍのブレードにより共通部５を残し
て約５０μｍ間隔でスリット５A が形成されたものであ
る。すなわち、圧電アクチエータ４の共通部５により片
側を固定して独立に所定の電極４ａ，４ｂに電圧を印加
すると、その先端が上下方向に屈曲する。なお、図１
（Ｄ）に示すように、共通部５を圧電アクチエータ４の
両側５ａ，５ｂに位置するようにスリット５A を形成し
て両側固定としてもよく、この場合圧電アクチエータ４
の中央部分が上下方向に屈曲する。The single crystal plate 4 having such inverted polarization layers 4a and 4b has a thickness D, for example, as shown in FIG.
0.2-1.0 mm, length L10-30 mm, width W4c
Although not shown, a large number of the slits 5 A are stacked in the lateral direction, for example, with a blade having a width of 30 μm, leaving the common portion 5 at intervals of about 50 μm. That is, when one side is fixed by the common portion 5 of the piezoelectric actuator 4 and a voltage is independently applied to the predetermined electrodes 4a and 4b, the tip ends bend in the vertical direction. Note that FIG.
As shown in (D), the common portion 5 may be fixed on both sides by forming slits 5 A so as to be located on both sides 5 a, 5 b of the piezoelectric actuator 4. In this case, the piezoelectric actuator 4
The central part of is bent up and down.
【００２０】また、図２に、図１のインク室を説明する
ための図を示す。図２において、各インク室２は１段ご
とに一体的に並設される。すなわち、箱体７を樹脂モー
ルド若しくはシリコン等の半導体材料を異方性エッチン
グにより形成して、一括にインク室２を構成する空間部
７ａを形成する。そして、前面に、ノズル３列が各空間
部７ａに対応して形成された薄板ステンレスのパネル８
が取着され、上部に蓋９が取着される。蓋部９は、各空
間部７ａに対応し、その全面又は一部に可撓部分（例え
ば、薄膜セラミック板、ゴム等の弾性体等）を有し、必
要に応じて突部１０が設けられる。この蓋部９の可撓部
分上（突部１０上）に前述の圧電アクチエータ４が固着
されるものである（図１（Ａ））。なお、前述のように
図示しないが、後面にインク補充孔が形成されたパネル
が取着される。すなわち、圧電アクチエータ４の電極６
ａ，６ｂに所定極性の電圧が印加された場合に、反転分
極層４ａ，４ｂの歪みにより、インク室２の蓋部９の可
撓部分を撓ませて空間部７ａの体積を縮ませることによ
りインクを吹き出されるものである。FIG. 2 shows a diagram for explaining the ink chamber of FIG. In FIG. 2, the ink chambers 2 are integrally arranged in parallel for each stage. That is, the box body 7 is formed by anisotropically etching a resin mold or a semiconductor material such as silicon to collectively form the space portion 7a forming the ink chamber 2. Then, on the front surface, a thin stainless steel panel 8 in which three rows of nozzles are formed corresponding to each space 7a
Is attached, and the lid 9 is attached to the upper part. The lid portion 9 corresponds to each space portion 7a and has a flexible portion (for example, a thin film ceramic plate, an elastic body such as rubber) on the entire surface or a part thereof, and a protrusion 10 is provided as necessary. .. The above-mentioned piezoelectric actuator 4 is fixed on the flexible portion (on the protrusion 10) of the lid portion 9 (FIG. 1 (A)). Although not shown as described above, a panel having an ink replenishing hole formed on the rear surface is attached. That is, the electrode 6 of the piezoelectric actuator 4
When a voltage of a predetermined polarity is applied to a and 6b, the flexible portion of the lid portion 9 of the ink chamber 2 is bent by the strain of the inversion polarization layers 4a and 4b, and the volume of the space portion 7a is reduced. The ink is blown out.
【００２１】ここで、図３に、図１の圧電アクチエータ
の歪特性のグラフを示す。図１における圧電アクチエー
タ４は前述のようにＬｉＮｂＯ3 の単結晶板が選択さ
れ、さらに、結晶方位１４０度±１０度又は１２８度回
転Ｙ板のものである。これは、図３に示すように、この
ＬｉＮｂＯ3 において、この角度のときに圧電歪定数が
高く、すなわち変位量が大きいことによる。従って、単
結晶にはＬｉＮｂＯ3 の他にＬｉＴａＯ3 等があり、こ
れらの選択する場合であっても、圧電歪特性の高い結晶
方位が選ばれる。FIG. 3 shows a graph of strain characteristics of the piezoelectric actuator shown in FIG. The piezoelectric actuator 4 in FIG. 1 is a LiNbO 3 single crystal plate selected as described above, and is a Y plate rotated by 140 ° ± 10 ° or 128 ° in crystal orientation. This is because, as shown in FIG. 3, in this LiNbO 3 , the piezoelectric strain constant is high at this angle, that is, the displacement amount is large. Therefore, there are LiTaO 3 and the like in addition to LiNbO 3 in the single crystal, and even when these are selected, the crystal orientation with high piezoelectric strain characteristics is selected.
【００２２】次に、図４に本発明の第１の実施例におけ
る他の実施例の構成図を示す。図４におけるインクジェ
ットプリンタ用ヘッドはインク溜りを共通にして複数の
インク供給路から圧電アクチエータでインクを吹き出さ
せるものである。図４（Ａ），（Ｂ）において、まず、
例えば厚さ１ｍｍのステンレス基板１５にインク溜りと
する穴部１６を形成し、該穴部１６より、両面において
片面で例えば１５０本づつの流路溝１７が両面エッチン
グにより形成される。この流路溝１７は、例えば幅１５
０μｍ、深さ４０μｍで形成され、一端面にピッチを例
えば１６８μｍで、両面千鳥配列に集約される。すなわ
ち、その先端よりインクを吹き出させるものである。Next, FIG. 4 shows a block diagram of another embodiment of the first embodiment of the present invention. The ink jet printer head shown in FIG. 4 has a common ink reservoir and ejects ink from a plurality of ink supply paths by a piezoelectric actuator. In FIGS. 4A and 4B, first,
For example, a hole portion 16 serving as an ink reservoir is formed in a stainless steel substrate 15 having a thickness of 1 mm, and 150 channel grooves 17 are formed by double-sided etching on both surfaces of the hole portion 16 on both surfaces. This channel groove 17 has, for example, a width of 15.
It is formed with a depth of 0 μm and a depth of 40 μm, and is arranged in a double-sided zigzag arrangement with a pitch of, for example, 168 μm on one end surface. That is, the ink is ejected from the tip.
【００２３】また、このステンレス基板１５の両側よ
り、例えば厚さ０．１ｍｍのステンレス（表面に０．３
〜０．５μｍの銅メッキ）の振動板１８が加熱により拡
散接合される。この振動板１８の両側に、図１と同様の
くし歯状の圧電アクチエータ４（例えば長さ５ｍｍ、幅
１ｍｍ、厚さ０．２ｍｍ、ピッチ１ｍｍ）が各流路溝に
対応した位置に有機系の接着剤等により取着される。そ
して、ある圧電アクチエータ４に所定電圧を印加した場
合に、振動板１８を介して流路溝１７の体積を縮小させ
てその先端よりインクを吹き出させるものである。因
に、電圧５０Ｖ、くり返し周波数５ＫＨｚ、パルス幅１
０μｍのパルス電圧を印加した場合には、１０ｍ／ｓの
インク粒子速度が得られ、高品質の印字を行うことがで
きた。Further, from both sides of the stainless steel substrate 15, for example, stainless steel having a thickness of 0.1 mm (0.3
A diaphragm 18 of copper plating of 0.5 μm) is diffusion bonded by heating. On both sides of the vibrating plate 18, the comb-shaped piezoelectric actuators 4 (for example, length 5 mm, width 1 mm, thickness 0.2 mm, pitch 1 mm) similar to those in FIG. It is attached with an adhesive or the like. Then, when a predetermined voltage is applied to a certain piezoelectric actuator 4, the volume of the flow path groove 17 is reduced via the vibration plate 18 and ink is ejected from the tip thereof. By the way, voltage 50V, repetition frequency 5KHz, pulse width 1
When a pulse voltage of 0 μm was applied, an ink particle velocity of 10 m / s was obtained, and high quality printing could be performed.
【００２４】次に、図５に本発明の第２の実施例の構成
図を示す。図５におけるインクジェットプリンタ用ヘッ
ド１ａは、まず、圧電屈曲手段である圧電アクチエータ
２０を、底部２１を共通にして並設して複数のインク室
２２を構成する各空間部２３か形成される。例えば、該
空間部２３が８６μｍピッチで一列４０ドットに形成さ
れる。この圧電アクチエータは、１６５度±１０度回転
Ｙ板又は７５度±１０度回転Ｙ板ＬｉＮｂＯ3 の単結晶
板で（後述する）、熱処理による断面長辺方向に反転分
極層（矢印方向）２０ａ，２０ｂを有するものである。
例えば、長さＬ 1 が１０ｍｍ、高さＨが１ｍｍ、厚さＤ
1 が４０μｍで形成される。そして、各単結晶板の上面
に、例えばアルミニウムの蒸着又はスパッタリング等に
よりそれぞれ電極２４が形成され、底部２１の裏面に同
様の共通電極（接地電極）２５が形成される。すなわ
ち、単結晶板の断面短辺方向の両面に電極２４，２５が
設けられるものである。Next, FIG. 5 shows the configuration of the second embodiment of the present invention.
The figure is shown. Inkjet printer head in FIG.
First, the piezoelectric actuator 1a is a piezoelectric bending means.
20 are arranged side by side with the bottom portion 21 in common to form a plurality of ink chambers.
Each space portion 23 forming 22 is formed. For example, the
Spaces 23 are formed in a row of 40 dots with 86 μm pitch
Be done. This piezoelectric actuator rotates 165 degrees ± 10 degrees
Y plate or 75 ° ± 10 ° rotated Y plate LiNbO3Single crystal
In the plate (described later), the amount of reversal in the direction of the long side of the cross section due to heat treatment
It has polar layers (arrow directions) 20a and 20b.
For example, length L 1Is 10 mm, height H is 1 mm, thickness D
1Are formed with a thickness of 40 μm. And the upper surface of each single crystal plate
For example, for aluminum deposition or sputtering
Electrodes 24 are respectively formed on the bottom surface of the bottom 21.
Common electrode (ground electrode) 25 is formed. Sanawa
Then, the electrodes 24 and 25 are provided on both surfaces of the single crystal plate in the direction of the short side of the cross section.
It is provided.
【００２５】一方、、形成された空間部２３の前面には
ノズル３列が形成され、後部よりインクが供給される。
また、上部の電極２４上には例えばセラミックで形成さ
れた一体の蓋部２６が取着される。この蓋部２６は取り
出し電極２７が形成されており、圧電アクチエータ２０
上の電極２４と電気的に接着すると共に外部の電源部に
接続される。On the other hand, three rows of nozzles are formed on the front surface of the formed space portion 23, and ink is supplied from the rear portion.
Further, an integral lid portion 26 made of, for example, ceramic is attached on the upper electrode 24. The lead-out electrode 27 is formed on the lid portion 26, and the piezoelectric actuator 20
It is electrically adhered to the upper electrode 24 and is connected to an external power supply unit.
【００２６】ここで、図６に、図５の圧電アクチエータ
を説明するための図を示す。図６（Ａ）の圧電アクチエ
ータ２０は、電極２４，２５が単結晶板の断面短辺方向
に設けられて電圧が印加された場合、反転分極層の界面
ですべり変位が生じて、屈曲する。これによりインク室
２の体積が縮小して、インクがノズル３より吹き出され
るものである。また、図６（Ｂ）に示す圧電アクチエー
タ３０は、図５及び図６（Ａ）における電極２４ａ，２
５ｂを、該単結晶板の両側面に設けた場合であり、単結
晶板の結晶方位を選択することにより、図６（Ａ）のよ
うな反転分極層の界面ですべり変位が生じて屈曲する。FIG. 6 shows a diagram for explaining the piezoelectric actuator shown in FIG. In the piezoelectric actuator 20 of FIG. 6A, when the electrodes 24 and 25 are provided in the short side direction of the cross section of the single crystal plate and a voltage is applied, a sliding displacement occurs at the interface of the inversion polarization layer, and the piezoelectric actuator 20 bends. As a result, the volume of the ink chamber 2 is reduced, and the ink is ejected from the nozzle 3. In addition, the piezoelectric actuator 30 shown in FIG. 6B has electrodes 24a, 2 shown in FIGS. 5 and 6A.
5b is provided on both sides of the single crystal plate, and by selecting the crystal orientation of the single crystal plate, a sliding displacement occurs at the interface of the reversal polarization layer as shown in FIG. ..
【００２７】そこで、図７に図６の圧電アクチエータ歪
定数のグラフを示す。図７において、曲線Ａは図６
（Ａ）の上下方向に電極２４，２５を設けた場合を示し
ており、曲線Ｂは図６（Ｂ）の側面に電極２４ａ，２５
ａを設けた場合を示している。すなわち、図７に示すよ
うに、単結晶にＬｉＮｂＯ3 を使用すると、図６（Ａ）
による場合は、Ｙ軸１６５度±１０度回転された単結晶
を選択することにより歪定数を大きくすることができ
る。また図６（Ｂ）による場合はＹ軸７５度±１０度回
転された単結晶を選択することにより、歪定数を大きく
することができることを意味する。なお、図３と同様
に、他の単結晶部材を使用する場合であっても、各歪み
特性のうちの歪の大きい回転角θのものが選択されるも
のである。Therefore, FIG. 7 shows a graph of the piezoelectric actuator strain constant of FIG. In FIG. 7, the curve A is shown in FIG.
6A shows the case where the electrodes 24 and 25 are provided in the vertical direction, and the curve B shows the electrodes 24a and 25 on the side surface of FIG. 6B.
The case where a is provided is shown. That is, when LiNbO 3 is used for the single crystal as shown in FIG.
In the above case, the strain constant can be increased by selecting a single crystal rotated by 165 ° ± 10 ° on the Y axis. In the case of FIG. 6B, it means that the strain constant can be increased by selecting a single crystal rotated by 75 ° ± 10 ° on the Y axis. Similar to FIG. 3, even when another single crystal member is used, one having a large rotation angle θ among the strain characteristics is selected.
【００２８】このように、上記各実施例によれば、圧電
アクチエータは単結晶板を使用し接着剤を使用していな
いことからヒステリシスを防止することができると共
に、加工がし易く微細加工が可能であり、ヘッドの加
工、組立工数を削減することでき、低コスト化を図るこ
とができる。また、インクを吹き出させるにあたり、抵
抗体等を使用しないことから高寿命化を図ることができ
る。As described above, according to each of the above-mentioned embodiments, since the piezoelectric actuator uses the single crystal plate and does not use the adhesive, it is possible to prevent the hysteresis, and it is easy to perform the fine processing. Therefore, the number of processes for assembling the head and the number of assembling steps can be reduced, and the cost can be reduced. In addition, since a resistor or the like is not used when ejecting the ink, it is possible to extend the life.
【００２９】[0029]
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、複数の
圧電屈曲手段を断面短辺方向て反転分極層を有する単結
晶板に所定間隔でスリットを形成して一体的に連続して
形成することにより、または、断面長辺方向で反転分極
層を有する単結晶板の圧電屈曲手段を立設してインク室
の側面を構成させることにより、圧電屈曲手段の加工が
容易であり、ヘッドの加工、組立工数を低減することが
でき、低コストとすることができると共に、抵抗体等を
使用しないことから、高寿命とすることができる。As described above, according to the present invention, a plurality of piezoelectric bending means are continuously formed integrally by forming slits at predetermined intervals on a single crystal plate having an inversion polarization layer in the direction of the short side of the cross section. The piezoelectric bending means can be easily processed by forming the piezoelectric bending means of the single crystal plate having the inversion polarization layer in the direction of the long side of the cross section to form the side surface of the ink chamber. The number of processes and assembling steps can be reduced, the cost can be reduced, and a long life can be obtained because no resistor or the like is used.
【図１】本発明の第１の実施例の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a first embodiment of the present invention.
【図２】図１のインク室を説明するための図である。FIG. 2 is a diagram for explaining the ink chamber of FIG.
【図３】図１の圧電アクチエータの歪特性のグラフであ
る。FIG. 3 is a graph of strain characteristics of the piezoelectric actuator of FIG.
【図４】本発明の第１の実施例における他の実例の構成
図である。FIG. 4 is a configuration diagram of another example of the first embodiment of the present invention.
【図５】本発明の第２の実施例の構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram of a second embodiment of the present invention.
【図６】図５の圧電アクチエータを説明するための図で
ある。FIG. 6 is a diagram for explaining the piezoelectric actuator of FIG.
【図７】図６の圧電アクチエータの歪定数のグラフであ
る。7 is a graph of strain constants of the piezoelectric actuator of FIG.
【図８】従来のインクジェットプリンタ用ヘッドの概略
図である。FIG. 8 is a schematic view of a conventional inkjet printer head.
【図９】従来の他のインクジェットプリンタ用ヘッドの
概略図である。FIG. 9 is a schematic view of another conventional ink jet printer head.
１，１ａ インクジェットプリンタ用ヘッド ２，２２ インク室 ４，２０ 圧電アクチエータ ４ａ，４ｂ，２０ａ，２０ｂ 反転分極層 ５A スリット ５ 共通部 ６ａ，６ｂ 電極 ７ａ 空間部 ９ 蓋部 ２４，２５，２４ａ，２５ａ 電極1, 1a Inkjet printer head 2, 22 Ink chamber 4, 20 Piezoelectric actuator 4a, 4b, 20a, 20b Inversion polarization layer 5 A slit 5 Common part 6a, 6b Electrode 7a Space part 9 Lid part 24, 25, 24a, 25a electrode
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 41/18 (72)発明者 清田 航平 東京都稲城市大字大丸1405番地 富士通ア イソテック株式会社内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification number Reference number within the agency FI Technical indication location H01L 41/18 (72) Inventor Kohei Kiyota 1405 Daimaru, Inagi-shi, Tokyo FUJITSU A ISOTEC CORPORATION Within
Claims (5)
ぞれ対応して取着された複数の圧電屈曲手段（４）によ
り、該複数のインク室（２）を別個に加圧して変形さ
せ、当該インク室（２）内のインクを吹き出せるインク
ジェットプリンタ用ヘッドにおいて、 前記複数の圧電屈曲手段（４）のそれぞれは、断面短辺
方向で反転分極層（４ａ，４ｂ）を有する所定の結晶方
位の単結晶板に、所定間隔でスリット（５A ）が形成さ
れて一体的に連続して形成されると共に、断面長辺方向
の両面に電極（６ａ，６ｂ）が設けられることを特徴と
するインクジェットプリンタ用ヘッド。1. A plurality of piezoelectric bending means (4) attached corresponding to flexible portions of a plurality of ink chambers (2), respectively, pressurize and deform the plurality of ink chambers (2) separately. In the head for an ink jet printer capable of ejecting the ink in the ink chamber (2), each of the plurality of piezoelectric bending means (4) has a predetermined polarization layer (4a, 4b) in the direction of the short side of the cross section. It is characterized in that slits (5 A ) are formed at predetermined intervals on a single crystal plate having a crystal orientation so as to be integrally and continuously formed, and electrodes (6a, 6b) are provided on both surfaces in the long side direction of the cross section. Head for inkjet printer.
圧電屈曲手段（４）は、共通部（５）を片側（５ａ）若
しくは両側（５ａ，５ｂ）に形成することを特徴とする
請求項１記載のインクジェットプリンタ用ヘッド。2. The plurality of piezoelectric bending means (4) integrally and continuously formed has a common portion (5) formed on one side (5a) or both sides (5a, 5b). The inkjet printer head according to claim 1.
れる前記複数のインク室（２）は、 樹脂モールド、半導体材料の異方性エッチング、金属板
のエッチッグ又はプレス加工により複数の空間部（７
ａ）が一括形成され、それぞれの該空間部（７ａ） に
前記可撓部分を有する蓋部（９）が設けられていること
を特徴とする請求項１又は２記載のインクジェットプリ
ンタ用ヘッド。3. The plurality of ink chambers (2) to which the plurality of piezoelectric bending means (4) are attached are formed by resin molding, anisotropic etching of a semiconductor material, etching of a metal plate or press working. Space part (7
The head for an ink jet printer according to claim 1 or 2, wherein a) is formed in a lump, and a lid portion (9) having the flexible portion is provided in each of the space portions (7a).
該インク室（２２）に対応する所定数の圧電屈曲手段
（２０）により吹き出せるインクジェットプリンタ用ヘ
ッドにおいて、 前記圧電屈曲手段（２０）は、断面長辺方向に反転分極
層（２０ａ，２０ｂ）を有する所定の結晶方位の単結晶
板に、１対の電極（２４，２５，２４ａ，２５ａ）が設
けられると共に、 該電極（２４，２５，２４ａ，２５ａ）が形成された単
結晶板を所定間隔で立設させて前記複数のインク室（２
２）を形成することを特徴とするインクジェットプリン
タ用ヘッド。4. The ink in a plurality of ink chambers (22),
In an ink jet printer head capable of being ejected by a predetermined number of piezoelectric bending means (20) corresponding to the ink chamber (22), the piezoelectric bending means (20) has an inversion polarization layer (20a, 20b) in the direction of the longer side of the cross section. A single crystal plate having a predetermined crystal orientation is provided with a pair of electrodes (24, 25, 24a, 25a), and the single crystal plates having the electrodes (24, 25, 24a, 25a) are formed at predetermined intervals. The ink chambers (2
2) A head for an inkjet printer, which is characterized in that
の電極（２４，２５，２４ａ，２５ａ）が前記単結晶板
の断面短辺若しくは長辺方向の対向面に設けられること
を特徴とする請求項４記載のインクジェットプリンタ用
ヘッド。5. The piezoelectric bending means (20) is characterized in that the pair of electrodes (24, 25, 24a, 25a) are provided on opposing surfaces of the single crystal plate in the direction of the short side or the long side of the cross section. The inkjet printer head according to claim 4.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP3057334A JPH05301342A (en) | 1991-03-20 | 1991-03-20 | Ink jet printing head |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3057334A JPH05301342A (en) | 1991-03-20 | 1991-03-20 | Ink jet printing head |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05301342A true JPH05301342A (en) | 1993-11-16 |
Family
ID=13052673
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3057334A Withdrawn JPH05301342A (en) | 1991-03-20 | 1991-03-20 | Ink jet printing head |
Country Status (1)
| Country | Link |
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