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JP3714151B2 - Inkjet printer head - Google Patents
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JP3714151B2 - Inkjet printer head - Google Patents

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JP3714151B2 JP2000332810A JP2000332810A JP3714151B2 JP 3714151 B2 JP3714151 B2 JP 3714151B2 JP 2000332810 A JP2000332810 A JP 2000332810A JP 2000332810 A JP2000332810 A JP 2000332810A JP 3714151 B2 JP3714151 B2 JP 3714151B2
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットプリンタヘッドの技術分野に属するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来のインクジェットプリンタヘッドは、複数のノズルおよび当該ノズルのそれぞれに対応し、インク供給源からのインクを当該ノズルに供給するための複数の圧力室を備えたキャビティプレートと、この圧力室毎に形成された駆動電極および隣接する圧力室に共通するコモン電極により圧電シートを挟んで積層したプレート型のアクチュエータとからなり、このアクチュエータを、キャビティプレートに、当該アクチュエータにおける各駆動電極が各圧力室に対応するように積層された構成となっていた。
【0003】
このような構成において、アクチュエータにおける各駆動電極のうち任意の駆動電極と、コモン電極との間に電圧を印加することにより、圧電シートのうち電圧を印加した駆動電極の部分に圧電による積層方向の歪みが発生し、この歪みによる圧力にて各駆動電極に対応する圧力室の内容積が縮小されることにより、この圧力室のインク圧力室のインクが、ノズルから液滴状に吐出して、所定の印字が行なわれる。
【0004】
ところで、駆動電極とコモン電極との間に電圧を印加した後は、圧力室に与えられる圧力を迅速に減衰させることが必要であり、この圧力を減衰させるためには、圧力室におけるインクが流れる流路の抵抗(以下「流路抵抗」という)を増すことが一般的である。例えば、圧力室の流入側の流路断面積を減らしたり、圧力室の幅を狭くすることにより、流路抵抗を増す方法が知られている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、圧力室の流入側の流路断面積を減らす方法では、元々、断面積が小さい流路に対して、さらに断面積が小さい箇所を設けることとなるので、わずかの寸法誤差で、プリンタヘッドの特性のバラツキが大きくなる。一方、圧力室の幅を狭くする方法では、駆動電極の幅を考慮しなければならないため一定の限界がある。つまり、組み立てずれのマージンを考慮して圧力室の幅を駆動電極の幅よりも大きくしなければならないため、流路幅を小さくするのには限界がある。
【0006】
本発明は、以上のような問題を解決し、効率良く流路抵抗をかせぐことができるインクジェットプリンタヘッドを提供することを課題としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載のインクジェットプリンタヘッドは、前記課題を解決するために、複数のノズルを有するノズルプレート、当該ノズルのそれぞれに対応し複数の圧力室を有するベースプレート、当該ベースプレートと前記ノズルプレートとの間に位置し前記複数の圧力室にインクを供給するための共通インク室を有するマニホールドプレート、及び当該マニホールドプレートと前記ベースプレートとの間に位置し前記各圧力室の両端を前記共通インク室と前記ノズルとにそれぞれ接続させるインク供給孔、貫通孔を有するスペーサプレートを積層したキャビティプレートと、前記圧力室のそれぞれに対応し前記インクを吐出させるための圧力を前記圧力室に与える複数の圧力発生部を備えるアクチュエータと、を具備し、前記圧力室と前記圧力発生部とが対応するように、前記キャビティプレートと前記アクチュエータとを積層してなるインクジェットプリンタヘッドであって、前記圧力室を、前記ベースプレートの前記圧力発生部側と前記スペーサプレート側との両面に開口して形成し、当該圧力室におけるインクの流れ方向と直交する断面において前記スペーサプレートと対応する側の面の面積を、前記圧力発生部と対応する側の面の面積よりも小さくするとともに、その両部分をほぼインクの流れ方向にわたって設けたことを特徴とする。
【0008】
請求項1記載のインクジェットプリンタヘッドによれば、圧力室を、ベースプレートの圧力発生部側とスペーサプレート側との両面に開口して形成し、当該圧力室におけるインクの流れ方向と直交する断面において前記スペーサプレートと対応する側の面の面積を、圧力発生部と対応する側の面の面積よりも小さくするとともに、その両部分をほぼインクの流れ方向にわたって設けたので、圧力室における流路全体で効率良く流路抵抗をかせぐことができ、また、圧力発生部の寸法を考慮するのは、一方の面のみでよく、従って、他方の面近傍で効率良く流路抵抗をかせぐことができる。
【0009】
請求項2記載のインクジェットプリンタヘッドは、前記課題を解決するために、請求項1に記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記アクチュエータは、前記複数の圧力室にわたる大きさの圧電シートを積層し、当該圧電シート間に前記各圧力室に対応する駆動電極を設けた構造であることを特徴とする。
【0010】
【0011】
請求項3記載のインクジェットプリンタヘッドは、前記課題を解決するために、請求項1または2に記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記圧力室の前記インク供給側の一端には、前記インクの流れ方向と直交する断面積が前記圧力室よりも小さい絞り部を接続されることを特徴とする。
【0012】
請求項3記載のインクジェットプリンタヘッドによれば、圧力室のインク供給源側の一端には、流路抵抗をコントロールするための絞り部を有しており、この絞り部より寸法の大きい圧力室にて流路抵抗をかせぐようにしているので、プリンタヘッドの特性のバラツキを極力抑えつつ、効率良く流路抵抗をかせぐことができる。
【0013】
請求項4記載のインクジェットプリンタヘッドは、前記課題を解決するために、請求項1乃至3の何れかに記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記ベースプレートは、42合金を使用して形成されることを特徴とする。
【0014】
請求項4記載のインクジェットプリンタヘッドによれば、ベースプレートに42合金を使用することにより、エッチングにより簡単に圧力室を形成することができる。
【0015】
請求項5記載のインクジェットプリンタヘッドは、前記課題を解決するために、請求項1乃至3の何れかに記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記ベースプレートは、樹脂を使用して形成されることを特徴とする。
【0016】
請求項5記載のインクジェットプリンタヘッドによれば、ベースプレートに樹脂を使用することにより、プレスや、成形で簡単に圧力室を形成することができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて説明する。以下の説明は、圧電式インクジェットヘッドに対して本発明を適用した場合の実施形態である。
【0018】
図1、図2および図3は、本発明の実施形態にかかる圧電式インクジェトプリンタヘッドの斜視図を示すものである。また、図4は、本体フレーム1の下面図である。
【0019】
記録媒体に沿って走行する公知のキャリッジ(図示せず)に搭載される本体フレーム1は、図3に示すように、上面開放の略箱状に形成されており、その上方から4つのインクカートリッジ(図示せず)を着脱自在に装着できる搭載部3を有し、該搭載部3の一側部位3aには、各インクカートリッジのインク放出部(図示せず)に接続できるインク供給通路4a、4b、4c、4dが本体フレーム1の底板5の下面まで連通している。なお、この搭載部3の一側部位3aの上面には、各インクカートリッジのインク放出部(図示せず)と密接できるようにしたゴム製等のパッキング(図示せず)が配置されている。
【0020】
底板5は、搭載部3から一段下に突出するようにして水平状に形成され、図2および図4に示すように、該底板5の下面側には、後述するフロントヘッドユニット6を2つ並列させて配置するための2つの支持部8を段付き状に形成する。該各支持部8には、UV接着剤にて固定するための複数の空所9a、9bが上下に貫通するように形成されている。
【0021】
図5は、フロントヘッドユニット6の斜視図を示すものである。図6は、フロントヘッドユニットの断面図を示すものである。フロントヘッドユニット6は、図5および図6に示すように、複数枚の積層型のキャビティプレート10と、該キャビティプレート10に対して接着剤または接着シートを介して接着・積層されるプレート型の圧電アクチュエータ20と、その上面に外部機器との電気的接続のために、フレキシブルフラットケーブル40が接着剤にて重ね接合されて構成されており、最下層のキャビティプレート10の下面側に開口されたノズル15から下向きにインクが吐出する。
【0022】
図7は、キャビティプレート10の分解斜視図を示すものである。図8は、キャビティプレート10の分解拡大斜視図を示すものである。キャビティプレート10は、図8に示すように、ノズルプレート11、二枚のマニホールドプレート12、スペーサプレート13、ベースプレート14の五枚の薄い金属板をそれぞれ接着剤にて重ね接合して積層した構造である。本実施形態では、これらの各プレート11〜14は、42%ニッケル合金鋼板(42合金)製で、50μm〜150μm程度の厚さを有している。なお、これらの各プレート11〜14は、金属に限らず、例えば、樹脂により形成してもよい。
【0023】
ノズルプレート11には、微小径(本実施形態では、25μm程度)の複数のインク吐出用のノズル15が、当該ノズルプレート11における長手方向の中心線11a、11bに沿って、微小ピッチPの間隔で千鳥状配列で穿設されている。二枚のマニホールドプレート12には、共通インク室12a、12bが、ノズル15の列の両側に沿って延びるように穿設されている。この共通インク室12a、12bは、二枚のマニホールドプレート12に対するノズルプレート11およびスペーサプレート13の積層により密閉される構造になっている。
【0024】
また、ベースプレート14には、図8に示すように、長手方向の中心線14a、14bに対して直交する方向に延びる細幅の複数の圧力室16が千鳥状配列で穿設されている。また、ベースプレート14には、各圧力室16と接続される絞り部16dが穿設されている。さらに、当該絞り部16dと接続されるインク供給孔16bが穿設されている。各インク供給孔16b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インク供給孔18を介して、マニホールドプレート12における共通インク室12aに連通している。ここで、各絞り部16dにおけるインクが流れる方向と直交する断面積は、各圧力室16における当該断面積より小さい構造となっている。これは、絞り部16dの断面積を小さくすることにより、流路抵抗を増すためである。なお、各圧力室16の断面形状については後述する。
【0025】
各圧力室16の一端部16aは、ノズルプレート14における千鳥状配列のノズル15に、スペーサプレート13および二枚のマニホールドプレート12に同じく千鳥状配列で穿設されている微小径の貫通孔17を介して連通している。
【0026】
これにより、ベースプレート14およびスペーサプレート13の一端部に穿設されたインク供給孔19a、19bから共通インク室12a、12b内に流入したインクは、共通インク室12aから各インク供給孔18、インク供給孔16b、絞り部16dを通って各圧力室16に分配される。そして、各圧力室16の一端部16aの方向にインクが流れ、各貫通孔17を通って、各圧力室16に対応するノズル15に至ることとなる。
【0027】
図9は、圧電アクチュエータ20の分解拡大斜視図を示すものである。圧電アクチュエータ20は、図9に示すように、二枚の圧電シート21、22と、一枚の絶縁シート23とを積層した構造である。最下段の圧電シート21の上面には、キャビティプレート10における各圧力室16毎に対応した細幅の複数の駆動電極24が、千鳥状配列で設けられている。また、各駆動電極24の一端部24aは、圧電アクチュエータ20の表裏面20a、20bと直交する左右側面20cに露出するように形成されている。
【0028】
次段の圧電シート22の上面には、複数の圧力室16に対して共通のコモン電極25が、設けられている。コモン電極25の一端部25aも、各駆動電極24の一端部24aと同様、左右側面20cに露出するように形成されている。
【0029】
最上段の絶縁シート23の上面には、各駆動電極24の各々に対する表面電極26と、コモン電極25に対する表面電極27とが、左右側面20cに沿って並ぶように設けられている。
【0030】
また、左右側面20cには、各駆動電極24の一端部24aに第1の凹み溝30が、コモン電極25の一端部25aに第2の凹み溝31が、それぞれ積層方向に延びるように設けられている。各第1の凹み溝30内には、図6に示すように、各駆動電極24と各表面電極26とを電気的に接続する側面電極32が、第2の凹み溝31内には、コモン電極25と表面電極27とを電気的に接続する側面電極33が、それぞれ形成されている。なお、符号28および29の電極は、捨てパターンの電極である。
【0031】
各駆動電極24に対応する位置とコモン電極25とに挟まれた圧電シート22の各領域は、各圧力室16に対応した圧力発生部となる。
【0032】
以上のような構成のキャビティプレート10と圧電アクチュエータ20とは、キャビティプレート10における各圧力室16と、圧電アクチュエータ20における駆動電極24とが対応するように積層される。また、圧電アクチュエータ20における上側の表面20aには、フレキシブルフラットケーブル40が重ね押圧されることにより、このフレキシブルフラットケーブル40における各種の配線パターン(図示せず)が、各表面電極26、27に電気的に接合される。
【0033】
このような構成において、圧電アクチュエータ20における各駆動電極24のうち任意の駆動電極24と、コモン電極25との間に電圧を印加することにより、圧電シート22のうち電圧を印加した駆動電極24の部分、即ち、圧力発生部に、圧電効果による積層方向の歪みが発生する。そして、この歪みによる圧力にて、各駆動電極24に対応する圧力室16の内容積が縮小されることにより、この圧力室16内のインクが、ノズル15から液滴状に吐出して、所定の印字が行われる。
【0034】
次に、本発明の特徴部分である圧力室16の断面形状について、詳しく説明する。図10は、キャビティプレート10と圧電アクチュエータ20との積層部におけるインクの流れ方向と直交する断面図を示すものである。圧力室16の上方の幅16eは、図10に示すように、圧電アクチュエータ20の圧力発生部50の幅50aより大きくなっている。これは、組み立てずれのマージンを考慮し、かつ、圧力室16の上方が、圧力発生部50から圧力を効率良く受けるようにするためである。一方、圧力室16の下方は、圧力発生部50から直接、圧力を受けないため、圧力室16の圧力発生部50の幅50aを考慮する必要はない。従って、圧力室16の下方の幅16fは、図10に示すように、圧力室16の圧力発生部50の幅50aより小さくなっている。
【0035】
即ち、圧力室16の下面の面積は、圧力室16の圧力発生部50と対応する上面の面積より小さくなっている。これにより、圧力室16におけるインクの流れ方向と直交する断面において、圧力室16の下方の流路抵抗を、上方の流路抵抗より大きくすることができる。
【0036】
これに対し、従来は、ベースプレート14を片面からエッチングして圧力室を形成しており、図11に示すように、圧力室の上方の幅と下方の幅とがほぼ等しい断面形状であった。従って、従来は、圧力室の上方および下方の幅を狭くするには、圧力発生部の幅を考慮しなければならず、一定の限界があり、流路抵抗を効率的にかせぐことができなかった。
【0037】
一方、本発明にかかる実施形態では、圧力室16におけるインクの流れ方向と直交する断面において、流路抵抗の大きい部分と小さい部分を設けるとともに、その両部分をインクの流れ方向にわたって設ける構成としたので、効率良く流路抵抗をかせぐことができ、圧力発生部50が高周波で振動した場合でも、圧力の減衰が効率良くなされ、ノズル15でのインクのメニスカスの安定化を図ることができ、安定したインク吐出を行うことができる。このような圧力室16は、ベースプレート14の両面から、それぞれ異なる寸法幅で、エッチングを行うことにより形成することができる。また、ベースプレート14が、樹脂を使用して形成される場合には、プレス、成形等により、このような断面形状を有する圧力室16を形成することができる。
【0038】
なお、圧力室16の断面形状は、図1の例に示すものに限定されるものではなく、例えば、台形状にするなど、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能である。また、ベースプレート14を複数枚で構成し、各プレートに断面積の異なる開口を形成してプレートを積層したとき、複数の開口を連結して1つの圧力室16を形成することも可能である。
【0039】
また、上記実施形態においては、圧電アクチュエータ20における圧力発生部には、圧電式のものを使用したが、これに限定されず、静電気式の圧力発生部などを使用するように構成してもよい。
【0040】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1記載のインクジェットプリンタヘッドによれば、圧力室を、ベースプレートの圧力発生部側とスペーサプレート側との両面に開口して形成し、当該圧力室におけるインクの流れ方向と直交する断面において前記スペーサプレートと対応する側の面の面積を、圧力発生部と対応する側の面の面積よりも小さくするとともに、その両部分をほぼインクの流れ方向にわたって設けたので、圧力室における流路全体で効率良く流路抵抗をかせぐことができ、その結果、効率よく圧力を減衰し、安定したインク吐出を行うことができ、また、圧力発生部に対する位置ずれや寸法に余裕をもって製作することができ、他方の面近傍で効率良く流路抵抗をかせぐことができる。
【0041】
【0042】
請求項3記載のインクジェットプリンタヘッドによれば、圧力室のインク供給源側の一端には、流路抵抗をコントロールするための絞り部を有しており、この絞り部より寸法の大きい圧力室にて流路抵抗をかせぐように構成したので、プリンタヘッドの特性のバラツキを極力抑えつつ、効率良く流路抵抗をかせぐことができる。
【0043】
請求項4記載のインクジェットプリンタヘッドによれば、ベースプレートに42合金を使用することにより、エッチングにより簡単に圧力室を形成することができる。
【0044】
請求項5記載のインクジェットプリンタヘッドによれば、ベースプレートに樹脂を使用することにより、プレスや、成形で簡単に圧力室を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 圧電式インクジェットヘッドのノズル側を上にした斜視図である。
【図2】 圧電式インクジェットヘッドの部品の分解斜視図である。
【図3】 圧電式インクジェットヘッドを上方から見た部品の分解斜視図である。
【図4】 本体フレームの底板を下面側から見た下面図である。
【図5】 フロントヘッドユニットの斜視図である。
【図6】 フロントヘッドユニットの断面図である。
【図7】 キャビティプレートの分解斜視図を示すものである。
【図8】 キャビティプレートの分解拡大斜視図を示すものである。
【図9】 圧電アクチュエータの分解拡大斜視図を示すものである。
【図10】 本実施形態におけるキャビティプレートと圧電アクチュエータとの積層部におけるインクの流れ方向と直交する断面図である。
【図11】 従来におけるキャビティプレートと圧電アクチュエータとの積層部におけるインクの流れ方向と直交する断面図である。
【符号の説明】
1 本体フレーム
4a、4b、4c、4d インク供給通路
5 底板
6 フロントヘッドユニット
10 キャビティプレート
11 ノズルプレート
12 マニホールドプレート
12a、12b 共通インク室
13 スペーサプレート
14 ベースプレート
15 ノズル
16 圧力室
16d 絞り部
18、19b、19a インク供給孔
20 圧電アクチュエータ
21、22 圧電シート
23 絶縁シート
24 駆動電極
25 コモン電極
26、27 表面電極
30、31 凹み溝
32、33 側面電極
40 フレキシブルフラットケーブル
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention belongs to the technical field of inkjet printer heads.
[0002]
[Prior art]
A conventional inkjet printer head is formed for each of a plurality of nozzles and a cavity plate corresponding to each of the nozzles and having a plurality of pressure chambers for supplying ink from an ink supply source to the nozzles. Plate-type actuators that are stacked with a piezoelectric sheet sandwiched between common drive electrodes and a common electrode that is adjacent to the pressure chamber. This actuator is used as a cavity plate, and each drive electrode in the actuator corresponds to each pressure chamber. It was the structure laminated | stacked so that.
[0003]
In such a configuration, by applying a voltage between an arbitrary drive electrode among the drive electrodes in the actuator and the common electrode, the portion of the drive electrode to which the voltage is applied in the piezoelectric sheet is applied in the stacking direction of the piezoelectric. Distortion occurs, and the internal volume of the pressure chamber corresponding to each drive electrode is reduced by the pressure due to this distortion, so that the ink in the ink pressure chamber of this pressure chamber is ejected in droplet form from the nozzle, Predetermined printing is performed.
[0004]
By the way, after applying a voltage between the drive electrode and the common electrode, it is necessary to quickly attenuate the pressure applied to the pressure chamber. In order to attenuate this pressure, ink flows in the pressure chamber. Generally, the resistance of the flow path (hereinafter referred to as “flow path resistance”) is increased. For example, a method is known in which the channel resistance is increased by reducing the cross-sectional area of the flow channel on the inflow side of the pressure chamber or by narrowing the width of the pressure chamber.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the method of reducing the cross-sectional area of the flow path on the inflow side of the pressure chamber, a portion having a smaller cross-sectional area is originally provided for the flow path having a smaller cross-sectional area. The variation in the characteristics of the On the other hand, the method of reducing the width of the pressure chamber has a certain limit because the width of the drive electrode must be taken into consideration. In other words, the width of the pressure chamber has to be made larger than the width of the drive electrode in consideration of a margin of misalignment, so there is a limit to reducing the channel width.
[0006]
It is an object of the present invention to provide an ink jet printer head that can solve the above-described problems and can efficiently increase the flow path resistance.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, an ink jet printer head according to claim 1 includes a nozzle plate having a plurality of nozzles , a base plate having a plurality of pressure chambers corresponding to each of the nozzles, and the base plate and the nozzle plate. A manifold plate having a common ink chamber for supplying ink to the plurality of pressure chambers, and both ends of the pressure chambers positioned between the manifold plate and the base plate. A plurality of pressure generators that apply pressure to the pressure chambers corresponding to each of the pressure chambers and cavity plates in which spacer plates having through-holes and ink supply holes connected to the nozzles are stacked. An actuator having a portion, and the pressure chamber and the pressure As the generator corresponding to a said inkjet printer head cavity plate and formed by stacking said actuator, said pressure chamber, on both sides of said spacer plate side to the pressure generating portion side of the base plate open formed, the area of the surface of the corresponding side and the spacer plate in a cross section perpendicular to the flow direction of the ink in the pressure chamber, be less than the area of the surface of the corresponding side and the pressure generating portion Rutotomoni Both portions are provided substantially in the ink flow direction.
[0008]
According to the ink jet printer head of claim 1, the pressure chambers are formed by opening on both surfaces of the base plate on the pressure generating portion side and the spacer plate side, and the cross section is orthogonal to the ink flow direction in the pressure chamber. The area of the surface corresponding to the spacer plate is made smaller than the area of the surface corresponding to the pressure generating portion, and both portions are provided substantially in the ink flow direction. The flow path resistance can be efficiently obtained, and the dimension of the pressure generating portion can be taken into consideration only on one side, and therefore the flow path resistance can be obtained efficiently in the vicinity of the other side.
[0009]
The ink jet printer head according to claim 2, wherein, in order to solve the problem, in the ink jet printer head according to claim 1, the actuator stacks piezoelectric sheets having a size extending over the plurality of pressure chambers, and the piezoelectric printer head. A drive electrode corresponding to each pressure chamber is provided between the sheets .
[0010]
[0011]
The ink jet printer head according to claim 3, wherein, in order to solve the problem, the ink jet printer head according to claim 1 or 2, wherein the ink chamber has an ink flow direction at one end of the pressure chamber on the ink supply hole side. A throttle part having a smaller cross-sectional area than that of the pressure chamber is connected.
[0012]
According to the ink jet printer head of the third aspect, at one end of the pressure chamber on the ink supply source side, there is a throttle portion for controlling the flow path resistance. Therefore, the flow path resistance can be efficiently obtained while suppressing variations in the characteristics of the printer head as much as possible.
[0013]
Inkjet printer head according to claim 4, wherein, in order to solve the above problems, in the ink jet printer head according to any one of claims 1 to 3, wherein the base plate is to be formed using a 42 alloy Features.
[0014]
According to the ink jet printer head according to claim 4, wherein, by using a base plate 42 alloy, it is possible to easily form the pressure chamber by etching.
[0015]
Inkjet printer head according to claim 5, wherein, in order to solve the above problems, in the ink jet printer head according to any one of claims 1 to 3, wherein the base plate, characterized by being formed using the resin And
[0016]
According to the ink jet printer head according to claim 5, wherein, by using a resin-based plates can be formed press or, easy pressure chamber molding.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the accompanying drawings. The following description is an embodiment when the present invention is applied to a piezoelectric ink jet head.
[0018]
1, 2 and 3 are perspective views of a piezoelectric inkjet printer head according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a bottom view of the main body frame 1.
[0019]
As shown in FIG. 3, a main body frame 1 mounted on a known carriage (not shown) that runs along a recording medium is formed in a substantially box shape with an open top surface, and four ink cartridges from above. An ink supply passage 4a that can be connected to an ink discharge portion (not shown) of each ink cartridge is provided in one side portion 3a of the mounting portion 3; 4 b, 4 c, 4 d communicate with the lower surface of the bottom plate 5 of the main body frame 1. A rubber packing (not shown) is arranged on the upper surface of the one side portion 3a of the mounting portion 3 so as to be in close contact with the ink discharge portion (not shown) of each ink cartridge.
[0020]
The bottom plate 5 is formed in a horizontal shape so as to protrude downward from the mounting portion 3, and as shown in FIGS. 2 and 4, two front head units 6 to be described later are provided on the lower surface side of the bottom plate 5. Two support portions 8 for arranging in parallel are formed in a stepped shape. Each support portion 8 is formed with a plurality of cavities 9 a and 9 b for fixing with a UV adhesive so as to penetrate vertically.
[0021]
FIG. 5 is a perspective view of the front head unit 6. FIG. 6 is a sectional view of the front head unit. As shown in FIGS. 5 and 6, the front head unit 6 includes a plurality of stacked cavity plates 10 and a plate-type bonded and stacked on the cavity plates 10 with an adhesive or an adhesive sheet. In order to electrically connect the piezoelectric actuator 20 and an external device on the upper surface thereof, a flexible flat cable 40 is formed by overlapping and bonding with an adhesive, and is opened on the lower surface side of the lowermost cavity plate 10. Ink is ejected downward from the nozzle 15.
[0022]
FIG. 7 is an exploded perspective view of the cavity plate 10. FIG. 8 is an exploded perspective view of the cavity plate 10. As shown in FIG. 8, the cavity plate 10 has a structure in which five thin metal plates of a nozzle plate 11, two manifold plates 12, a spacer plate 13 and a base plate 14 are laminated and bonded together with an adhesive. is there. In the present embodiment, each of these plates 11 to 14 is made of 42% nickel alloy steel plate (42 alloy) and has a thickness of about 50 μm to 150 μm. Each of these plates 11 to 14 is not limited to metal, and may be formed of resin, for example.
[0023]
In the nozzle plate 11, a plurality of ink ejection nozzles 15 having a minute diameter (in this embodiment, about 25 μm) are spaced at a minute pitch P along the center lines 11 a and 11 b in the longitudinal direction of the nozzle plate 11. It is drilled in a staggered arrangement. In the two manifold plates 12, common ink chambers 12 a and 12 b are formed so as to extend along both sides of the row of nozzles 15. The common ink chambers 12 a and 12 b are sealed by stacking the nozzle plate 11 and the spacer plate 13 on the two manifold plates 12.
[0024]
Further, as shown in FIG. 8, a plurality of narrow pressure chambers 16 extending in a direction orthogonal to the longitudinal center lines 14a and 14b are formed in the base plate 14 in a staggered arrangement. The base plate 14 is provided with a throttle portion 16 d connected to each pressure chamber 16. Further, an ink supply hole 16b connected to the throttle portion 16d is formed. Each ink supply hole 16 b communicates with the common ink chamber 12 a in the manifold plate 12 through ink supply holes 18 drilled in the left and right sides of the spacer plate 13. Here, the cross-sectional area perpendicular to the direction in which the ink flows in each throttle portion 16 d is smaller than the cross-sectional area in each pressure chamber 16. This is because the flow path resistance is increased by reducing the cross-sectional area of the throttle portion 16d. The cross-sectional shape of each pressure chamber 16 will be described later.
[0025]
One end portion 16a of each pressure chamber 16 has a through hole 17 having a small diameter formed in the staggered arrangement of nozzles 15 in the nozzle plate 14 in the spacer plate 13 and the two manifold plates 12 in the same staggered arrangement. Communicated through.
[0026]
As a result, the ink that has flowed into the common ink chambers 12a and 12b from the ink supply holes 19a and 19b drilled at one end of the base plate 14 and the spacer plate 13 is transferred from the common ink chamber 12a to the respective ink supply holes 18 and the ink supply. The gas is distributed to each pressure chamber 16 through the hole 16b and the throttle portion 16d. Then, ink flows in the direction of the one end portion 16 a of each pressure chamber 16, passes through each through hole 17, and reaches the nozzle 15 corresponding to each pressure chamber 16.
[0027]
FIG. 9 is an exploded enlarged perspective view of the piezoelectric actuator 20. As shown in FIG. 9, the piezoelectric actuator 20 has a structure in which two piezoelectric sheets 21 and 22 and one insulating sheet 23 are laminated. On the upper surface of the lowermost piezoelectric sheet 21, a plurality of narrow drive electrodes 24 corresponding to the respective pressure chambers 16 in the cavity plate 10 are provided in a staggered arrangement. Further, one end 24 a of each drive electrode 24 is formed so as to be exposed on the left and right side surfaces 20 c orthogonal to the front and back surfaces 20 a and 20 b of the piezoelectric actuator 20.
[0028]
A common electrode 25 common to the plurality of pressure chambers 16 is provided on the upper surface of the piezoelectric sheet 22 at the next stage. Similarly to the one end portion 24a of each drive electrode 24, the one end portion 25a of the common electrode 25 is also formed so as to be exposed on the left and right side surfaces 20c.
[0029]
On the upper surface of the uppermost insulating sheet 23, a surface electrode 26 for each of the drive electrodes 24 and a surface electrode 27 for the common electrode 25 are provided so as to be aligned along the left and right side surfaces 20c.
[0030]
The left and right side surfaces 20c are provided with a first recessed groove 30 at one end 24a of each drive electrode 24 and a second recessed groove 31 at one end 25a of the common electrode 25 so as to extend in the stacking direction. ing. In each first recessed groove 30, as shown in FIG. 6, a side electrode 32 that electrically connects each drive electrode 24 and each surface electrode 26 is provided in the second recessed groove 31. Side electrodes 33 that electrically connect the electrode 25 and the surface electrode 27 are respectively formed. The electrodes 28 and 29 are discarded patterns.
[0031]
Each region of the piezoelectric sheet 22 sandwiched between the position corresponding to each drive electrode 24 and the common electrode 25 becomes a pressure generating portion corresponding to each pressure chamber 16.
[0032]
The cavity plate 10 and the piezoelectric actuator 20 configured as described above are stacked such that each pressure chamber 16 in the cavity plate 10 and the drive electrode 24 in the piezoelectric actuator 20 correspond to each other. Further, when the flexible flat cable 40 is pressed against the upper surface 20 a of the piezoelectric actuator 20, various wiring patterns (not shown) in the flexible flat cable 40 are electrically connected to the surface electrodes 26 and 27. Are joined together.
[0033]
In such a configuration, by applying a voltage between an arbitrary drive electrode 24 of each drive electrode 24 in the piezoelectric actuator 20 and the common electrode 25, the drive electrode 24 to which a voltage is applied in the piezoelectric sheet 22 is applied. A distortion in the stacking direction due to the piezoelectric effect is generated in the portion, that is, the pressure generating portion. Then, the internal volume of the pressure chamber 16 corresponding to each drive electrode 24 is reduced by the pressure due to this distortion, so that the ink in the pressure chamber 16 is ejected from the nozzle 15 in the form of droplets, and is predetermined. Is printed.
[0034]
Next, the cross-sectional shape of the pressure chamber 16 which is a characteristic part of the present invention will be described in detail. FIG. 10 is a cross-sectional view orthogonal to the ink flow direction in the laminated portion of the cavity plate 10 and the piezoelectric actuator 20. The width 16e above the pressure chamber 16 is larger than the width 50a of the pressure generator 50 of the piezoelectric actuator 20, as shown in FIG. This is because the margin of assembly displacement is taken into consideration and the upper part of the pressure chamber 16 is efficiently received from the pressure generating unit 50. On the other hand, since the pressure chamber 16 does not receive pressure directly from the pressure generation unit 50, it is not necessary to consider the width 50 a of the pressure generation unit 50 of the pressure chamber 16. Accordingly, the lower width 16f of the pressure chamber 16 is smaller than the width 50a of the pressure generating portion 50 of the pressure chamber 16, as shown in FIG.
[0035]
That is, the area of the lower surface of the pressure chamber 16 is smaller than the area of the upper surface corresponding to the pressure generator 50 of the pressure chamber 16. Thereby, in the cross section orthogonal to the ink flow direction in the pressure chamber 16, the flow path resistance below the pressure chamber 16 can be made larger than the upper flow path resistance.
[0036]
In contrast, conventionally, the pressure chamber is formed by etching the base plate 14 from one side, and as shown in FIG. 11, the upper and lower widths of the pressure chamber have substantially the same cross-sectional shape. Therefore, conventionally, in order to narrow the width above and below the pressure chamber, the width of the pressure generating portion must be taken into account, and there is a certain limit, and the flow path resistance cannot be efficiently obtained. It was.
[0037]
On the other hand, in the embodiment according to the present invention, the cross section perpendicular to the ink flow direction in the pressure chamber 16 is provided with a portion having a large flow path resistance and a small portion, and both portions are provided over the ink flow direction. Therefore, the flow path resistance can be efficiently obtained, and even when the pressure generating unit 50 vibrates at a high frequency, the pressure is efficiently attenuated, and the ink meniscus at the nozzle 15 can be stabilized and stabilized. Ink discharge can be performed. Such a pressure chamber 16 can be formed by performing etching with different dimension widths from both surfaces of the base plate 14. When the base plate 14 is formed using a resin, the pressure chamber 16 having such a cross-sectional shape can be formed by pressing, molding, or the like.
[0038]
The cross-sectional shape of the pressure chamber 16 is not limited to those shown in the example of FIG. 1 0, for example, such as a trapezoidal shape, and various improvements and modifications are possible within the scope not departing from the gist of the present invention It is. In addition, when a plurality of base plates 14 are formed and the plates are stacked by forming openings having different cross-sectional areas, it is possible to connect the plurality of openings to form one pressure chamber 16.
[0039]
In the above-described embodiment, the piezoelectric type is used for the pressure generating part in the piezoelectric actuator 20, but the present invention is not limited to this, and an electrostatic pressure generating part or the like may be used. .
[0040]
【The invention's effect】
As described above, according to the ink jet printer head of the first aspect, the pressure chambers are formed to be open on both sides of the pressure generating portion side and the spacer plate side of the base plate, and the ink flow direction in the pressure chamber Since the area of the surface corresponding to the spacer plate in the cross section orthogonal to the area is smaller than the area of the surface corresponding to the pressure generating portion, both portions are provided substantially in the ink flow direction. It is possible to efficiently increase the flow resistance in the entire flow path in the chamber. As a result, the pressure can be efficiently attenuated, stable ink ejection can be performed, and the displacement and size of the pressure generating section can be afforded. The flow path resistance can be efficiently obtained near the other surface.
[0041]
[0042]
According to the ink jet printer head of the third aspect, the one end on the ink supply source side of the pressure chamber has the throttle portion for controlling the flow path resistance. Therefore, the flow path resistance can be efficiently obtained while suppressing variations in the characteristics of the printer head as much as possible.
[0043]
According to the ink jet printer head according to claim 4, wherein, by using a base plate 42 alloy, it is possible to easily form the pressure chamber by etching.
[0044]
According to the ink jet printer head according to claim 5, wherein, by using a resin-based plates can be formed press or, easy pressure chamber molding.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view with a nozzle side of a piezoelectric inkjet head facing up.
FIG. 2 is an exploded perspective view of components of a piezoelectric inkjet head.
FIG. 3 is an exploded perspective view of components when a piezoelectric inkjet head is viewed from above.
FIG. 4 is a bottom view of the bottom plate of the main body frame as viewed from the bottom surface side.
FIG. 5 is a perspective view of a front head unit.
FIG. 6 is a cross-sectional view of the front head unit.
FIG. 7 is an exploded perspective view of a cavity plate.
FIG. 8 is an exploded perspective view of the cavity plate.
FIG. 9 is an exploded perspective view of the piezoelectric actuator.
FIG. 10 is a cross-sectional view orthogonal to the ink flow direction in the laminated portion of the cavity plate and the piezoelectric actuator in the present embodiment.
FIG. 11 is a cross-sectional view orthogonal to the direction of ink flow in a conventional layered portion of a cavity plate and a piezoelectric actuator.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Main body frame 4a, 4b, 4c, 4d Ink supply path 5 Bottom plate 6 Front head unit 10 Cavity plate 11 Nozzle plate 12 Manifold plate 12a, 12b Common ink chamber 13 Spacer plate 14 Base plate 15 Nozzle 16 Pressure chamber 16d Restriction part 18, 19b 19a Ink supply hole 20 Piezoelectric actuator 21, 22 Piezoelectric sheet 23 Insulating sheet 24 Drive electrode 25 Common electrode 26, 27 Surface electrode 30, 31 Recessed groove 32, 33 Side electrode 40 Flexible flat cable

Claims (5)

複数のノズルを有するノズルプレート、当該ノズルのそれぞれに対応し複数の圧力室を有するベースプレート、当該ベースプレートと前記ノズルプレートとの間に位置し前記複数の圧力室にインクを供給するための共通インク室を有するマニホールドプレート、及び当該マニホールドプレートと前記ベースプレートとの間に位置し前記各圧力室の両端を前記共通インク室と前記ノズルとにそれぞれ接続させるインク供給孔、及び貫通孔を有するスペーサプレートを積層したキャビティプレートと、前記圧力室のそれぞれに対応し前記インクを吐出させるための圧力を前記圧力室に与える複数の圧力発生部を備えるアクチュエータと、を具備し、前記圧力室と前記圧力発生部とが対応するように、前記キャビティプレートと前記アクチュエータとを積層してなるインクジェットプリンタヘッドであって
前記圧力室を、前記ベースプレートの前記圧力発生部側と前記スペーサプレート側との両面に開口して形成し、当該圧力室におけるインクの流れ方向と直交する断面において前記スペーサプレートと対応する側の面の面積を、前記圧力発生部と対応する側の面の面積よりも小さくするとともに、その両部分をほぼインクの流れ方向にわたって設けたことを特徴とするインクジェットプリンタヘッド。
A nozzle plate having a plurality of nozzles , a base plate having a plurality of pressure chambers corresponding to each of the nozzles, and a common ink located between the base plate and the nozzle plate for supplying ink to the plurality of pressure chambers A manifold plate having a chamber, an ink supply hole located between the manifold plate and the base plate and connecting both ends of each pressure chamber to the common ink chamber and the nozzle, and a spacer plate having a through hole, respectively. A laminated cavity plate, and an actuator including a plurality of pressure generating units that apply pressure to the pressure chambers to discharge the ink corresponding to each of the pressure chambers. The cavity plate and the actuator so as to correspond to each other. An inkjet printer head formed by laminating a preparative,
The pressure chamber is formed by opening on both surfaces of the base plate on the pressure generating portion side and the spacer plate side, and the surface on the side corresponding to the spacer plate in a cross section perpendicular to the ink flow direction in the pressure chamber . area, and the pressure generating unit and the corresponding side surface of the smaller than the area to Rutotomoni, inkjet printer head, characterized in that provided over the flow direction of the substantially ink that both parts of.
前記アクチュエータは、前記複数の圧力室にわたる大きさの圧電シートを積層し、当該圧電シート間に前記各圧力室に対応する駆動電極を設けた構造であることを特徴とする請求項1に記載のインクジェットプリンタヘッド。2. The actuator according to claim 1, wherein the actuator has a structure in which piezoelectric sheets having a size extending over the plurality of pressure chambers are stacked, and drive electrodes corresponding to the pressure chambers are provided between the piezoelectric sheets . Inkjet printer head. 前記圧力室の前記インク供給側の一端には、前記インクの流れ方向と直交する断面積が前記圧力室よりも小さい絞り部を接続されることを特徴とする請求項1または2に記載のインクジェットプリンタヘッド。3. The narrowed portion having a smaller cross-sectional area perpendicular to the ink flow direction than that of the pressure chamber is connected to one end of the pressure chamber on the ink supply hole side. Inkjet printer head. 前記ベースプレートは、42合金を使用して形成されることを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載のインクジェットプリンタヘッド。The base plate, the ink jet printer head according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it is formed using a 42 alloy. 前記ベースプレートは、樹脂を使用して形成されることを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載のインクジェットプリンタヘッド。The base plate, the ink jet printer head according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it is formed using a resin.
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