JP2000177128A - Liquid ejector and liquid ejecting method - Google Patents

Liquid ejector and liquid ejecting method

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JP2000177128A
JP2000177128A JP10359698A JP35969898A JP2000177128A JP 2000177128 A JP2000177128 A JP 2000177128A JP 10359698 A JP10359698 A JP 10359698A JP 35969898 A JP35969898 A JP 35969898A JP 2000177128 A JP2000177128 A JP 2000177128A
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JP
Japan
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liquid
ejecting apparatus
pressurizing chamber
liquid ejecting
piezoelectric
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Application number
JP10359698A
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Japanese (ja)
Inventor
Akihiko Nanba
昭彦 南波
Yuko Okano
祐幸 岡野
Atsushi Komatsu
敦 小松
Yoshihiro Tomita
佳宏 冨田
Osamu Kawasaki
修 川▲さき▼
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a liquid ejector in which efficiency of energy utilization is enhanced, an actuator can be driven with large displacement and pressure variation rate is increased in pressurization chamber. SOLUTION: A liquid ejector comprises a liquid pressurization chamber 109, a liquid ejection opening 110 provided at a part of the liquid pressurization chamber 109, a liquid pressurizing member 103 disposed contiguously to the liquid pressurization chamber 109, and a liquid channel 108 made contiguously to the liquid pressurization chamber 109 wherein a liquid is ejected from the liquid ejection opening 110 by driving the liquid pressurizing member 103 to pressurize a liquid supplied to the liquid pressurization chamber 109. Cross-sectional area of the liquid pressurization chamber 109 normal to the displacement direction of the liquid pressurizing member is smaller than the area of the liquid pressurizing member 103.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、プリンタなどに利
用される液体噴射装置に関するものである。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a liquid ejecting apparatus used for a printer or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、カラー印刷を低価格で実現できる
プリンタとして、インクジェットプリンタの普及が急速
に進んでいる。このインクジェットプリンタの性能を決
めるのがインクの噴射装置であり、微細な液体粒子を間
欠的に噴射する液体噴射装置である。
2. Description of the Related Art In recent years, ink-jet printers have rapidly spread as printers capable of realizing color printing at low cost. It is the ink ejecting device that determines the performance of the ink jet printer, and the liquid ejecting device that intermittently ejects fine liquid particles.

【0003】ここで、従来の液体噴射装置として、代表
的なインクジェットプリンタ用のインク噴射装置を例に
説明する。インクジェットプリンタ用のインク噴射装置
は、熱式と圧電式の大きく2種類に分類することができ
る。
Here, as a conventional liquid ejecting apparatus, an ink ejecting apparatus for a typical ink jet printer will be described as an example. Ink jet devices for inkjet printers can be broadly classified into two types: thermal type and piezoelectric type.

【0004】代表的な熱式の噴射原理について図16を
参照しながら説明する。図16はインク噴射装置を構成
するインク噴射素子の断面図である。基板801と基板
802の間に挟まれた空隙にインク加圧室803が設け
られており、インク加圧室803にヒーター804が設
けられている。インクは毛細管現象や外部からの吸引動
作により、インク噴射素子の外部に設けられたインク貯
蔵部(図示なし)から供給され、インク流路806を通
って、インク加圧室803に供給される。この状態で、
ヒーター804に電流を流すと、インクが突沸し、気泡
が発生する。この気泡の成長により、インク加圧室80
3内の圧力を上昇させ、インクをインク噴射口805か
ら噴射する。実際のインク噴射装置は、以上説明したイ
ンク噴射素子が複数連なった構造となっている。
A typical principle of thermal injection will be described with reference to FIG. FIG. 16 is a cross-sectional view of an ink ejecting element constituting the ink ejecting apparatus. An ink pressurizing chamber 803 is provided in a gap between the substrate 801 and the substrate 802, and a heater 804 is provided in the ink pressurizing chamber 803. The ink is supplied from an ink storage unit (not shown) provided outside the ink ejection element by a capillary action or an external suction operation, and is supplied to an ink pressurizing chamber 803 through an ink flow path 806. In this state,
When an electric current is applied to the heater 804, the ink bumps and bubbles are generated. Due to the growth of the bubbles, the ink pressurizing chamber 80
The pressure in the nozzle 3 is increased, and ink is ejected from the ink ejection port 805. An actual ink ejecting apparatus has a structure in which a plurality of the above-described ink ejecting elements are connected.

【0005】次に、代表的な圧電式のインクジェットプ
リンタ用インク噴射装置の例を、インク噴射素子の断面
図である図17を参照しながら説明する。図17で81
3は圧電作用により駆動する圧電アクチュエータであ
り、例えば、2枚の圧電体で構成されるバイモルフ素
子、或いは、圧電体と振動板で構成されるユニモルフ素
子などである。818はインク流路で、819はインク
加圧室、820はインクの噴射口である。また圧電アク
チュエータ813の破線部は、圧電アクチュエータ81
3の変形を模式的表したものである。
Next, an example of a typical ink jet device for a piezoelectric type ink jet printer will be described with reference to FIG. 17, which is a sectional view of an ink jet element. 81 in FIG.
Reference numeral 3 denotes a piezoelectric actuator driven by a piezoelectric action, such as a bimorph element composed of two piezoelectric bodies or a unimorph element composed of a piezoelectric body and a diaphragm. Reference numeral 818 denotes an ink flow path, 819 denotes an ink pressurizing chamber, and 820 denotes an ink ejection port. The broken line of the piezoelectric actuator 813 indicates the piezoelectric actuator 81.
3 is a schematic representation of a modification of FIG.

【0006】インクは当初、毛細管現象や外部からの吸
引動作により、インク噴射素子の外部に設けられたイン
ク貯蔵部(図示なし)から供給され、インク流路818
を通って、インク加圧室819に供給される。インク流
路818、インク加圧室819がインク満たされた状態
で、圧電アクチュエータ813が破線のように変形する
と、インク加圧室819内の圧力が上昇し、インクの噴
射口820からインクが噴射される。実際のインク噴射
装置は高速印刷のため、以上説明した素子が複数一列に
並んだ構造となっている。
[0006] Initially, ink is supplied from an ink storage unit (not shown) provided outside the ink ejecting element by a capillary action or an external suction operation, and an ink flow path 818 is provided.
Is supplied to the ink pressurizing chamber 819. When the piezoelectric actuator 813 is deformed as indicated by a broken line in a state where the ink flow path 818 and the ink pressurizing chamber 819 are filled with ink, the pressure in the ink pressurizing chamber 819 increases, and ink is ejected from the ink ejection port 820. Is done. An actual ink ejecting apparatus has a structure in which a plurality of the elements described above are arranged in a line for high-speed printing.

【0007】近年、より高精彩な色表現ができ、かつ安
価なインクジェットプリンタへの要望が高まっている
が、以上のような液体噴射装置を用いたインクジェット
プリンタによるカラー印刷をより精彩に行うためには、
単位画素(ピクセル)あたりの階調数を増やすこと、つ
まり、多階調印刷を実現することが必要となってきてい
る。
In recent years, there has been an increasing demand for an inexpensive ink jet printer capable of expressing high-definition colors, and in order to perform color printing with an ink jet printer using the above-described liquid ejecting device more vividly. Is
It has become necessary to increase the number of gradations per unit pixel (pixel), that is, to realize multi-gradation printing.

【0008】このような多階調印刷を実現する方法につ
いて以下に説明する。
A method for realizing such multi-tone printing will be described below.

【0009】まず第1に、 面積変調方式による方法が
挙げられる。この方法は、複数のドットを重なりなく打
って、濃淡を表現するための単位画素(ピクセル)を形
成し、単位画素当たりのインクの占める割合を変えるこ
とで階調表現を行うものである。
First, there is a method based on an area modulation method. In this method, a plurality of dots are struck without overlapping to form a unit pixel (pixel) for expressing light and shade, and gradation is expressed by changing the ratio of ink per unit pixel.

【0010】第2に、ドットの重ね打ちによる方法が挙
げられる。この方法は、同一の場所に、複数回インクを
噴射し、単位画素の大きさを変えて、階調表現を行う方
法である。
Second, there is a method of overprinting dots. This method is a method in which ink is ejected to the same place a plurality of times and the size of a unit pixel is changed to perform gradation expression.

【0011】第3に、濃度変調方式による方法が挙げら
れる。この方法は、色素濃度の異なる複数のインクを用
いて階調表現を行う方法である。
Third, there is a method based on a density modulation method. This method is a method of expressing gradation using a plurality of inks having different dye concentrations.

【0012】第4に、ドット変調方式による方法が挙げ
られる。この方法は、同一の噴射口から異なった大きさ
のインク滴を吐出させる方式であり、1回の噴射でドッ
トの大きさを変えることが可能である。
Fourth, there is a method using a dot modulation method. In this method, ink droplets of different sizes are ejected from the same ejection port, and the dot size can be changed by one ejection.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
多階調印刷を実現する方法には、各々以下のような課題
がある。
However, the methods for realizing the multi-tone printing have the following problems.

【0014】まず第1に、面積変調方式の課題について
は、記録するドットを間引いて濃淡を表現するため、濃
淡を表現するために必要な単位画素のサイズが大きくな
り、実質的な記録密度を下げることになる。従って、多
階調な濃淡表現をしようとすると、低濃度部分におい
て、ざらつきの目立つ印刷になる。この記録密度の低下
を軽減するためには、単位画素のサイズを極力小さくす
る、つまりは、最小ドット径をより小さくすることが必
要となる。最小ドット径を小さくするために、小さなイ
ンク滴を吐出するには、噴射口径を小さくするか、或い
は、吐出方法を工夫する必要がある。しかしながら、従
来のインクジェットヘッドの噴射口径は20〜30ミク
ロン程度まで小さくなっており、これ以上に小径の噴射
口を開けることは、より困難な製造工程を必要とし、し
かもより多数の噴射口を設けなくてはならず、製造コス
トの増大を招く。また、小径噴射口ではインク中に混入
したゴミなどによるインクの目づまりや吐出不良が起こ
る、といった製品上の信頼性の低下を引き起こすことに
なる。また、仮に、前記の課題を解決し、小さなドット
径のインク滴を噴射させることができたとしても、・印
刷速度が低下するという課題が発生する。これは、同じ
面積を塗りつぶすためには、より多くのインク滴を吐出
させなければならないために発生する課題であり、この
課題を解決するには、吐出の繰り返し時間を短くする
(インク噴射装置の高速駆動)、 素子数(噴射口数)
を増やす等の工夫が必要となる。前者は、熱式のインク
噴射装置の場合、熱伝達時間の律速により困難である。
圧電式のインク噴射装置の場合、熱式と比較して、高速
駆動ができる可能性はあるが、液体の圧電アクチュエー
タに対する追従性等により、限界がある。また、後者
は、装置の複雑化、製造上の歩留まりの悪化といった問
題を引き起こし、コストの上昇を招く。
First, with respect to the problem of the area modulation method, since the density is expressed by thinning out the dots to be recorded, the unit pixel size required for expressing the density becomes large, and the substantial recording density is reduced. Will be lowered. Therefore, when trying to express multiple shades of light and shade, the printing becomes conspicuous in the low density portion. In order to reduce the decrease in the recording density, it is necessary to reduce the size of the unit pixel as much as possible, that is, to reduce the minimum dot diameter. In order to discharge a small ink droplet in order to reduce the minimum dot diameter, it is necessary to reduce the ejection port diameter or to devise a discharge method. However, the ejection diameter of the conventional ink jet head has been reduced to about 20 to 30 microns, and opening an ejection port of a smaller diameter requires a more difficult manufacturing process, and furthermore, providing a larger number of ejection ports. Inevitably, which leads to an increase in manufacturing costs. In addition, the small-diameter ejection port causes a drop in product reliability such as ink clogging and ejection failure due to dust mixed into the ink. Further, even if the above-mentioned problem is solved and an ink droplet having a small dot diameter can be ejected, a problem that the printing speed is reduced occurs. This is a problem that occurs because more ink droplets must be ejected in order to fill the same area, and to solve this problem, the ejection repetition time is shortened (for an ink ejection device). High-speed drive), number of elements (number of injection ports)
It is necessary to take measures such as increasing The former is difficult in the case of a thermal type ink ejecting device due to the rate control of the heat transfer time.
In the case of the piezoelectric type ink ejecting apparatus, there is a possibility that high-speed driving can be performed as compared with the thermal type, but there is a limit due to the ability of the liquid to follow the piezoelectric actuator. In addition, the latter causes problems such as an increase in the complexity of the device and a decrease in manufacturing yield, resulting in an increase in cost.

【0015】第2に、 ドットの重ね打ちによる方法の
課題であるが、これは、単位画素内に単位画素よりも小
さな多数のドットを打ち出さなくてはならないので、概
ね面積変調方式における課題と同様の課題が発生する。
更に、加えて同一箇所に集中的に液体が着弾するため、
粒状化現象が発生しやすく、ざらつき感のある印刷にな
りやすい。
Second, there is a problem with the method of dot overprinting, which is similar to the problem in the area modulation method because a large number of dots smaller than the unit pixel must be formed within the unit pixel. Issues arise.
In addition, since the liquid lands in the same location intensively,
The graining phenomenon easily occurs, and the printing tends to be rough.

【0016】第3に、 濃度変調方式の課題について
は、異なった色素濃度のインクを複数個装備する必要が
あり、装置が複雑化、大型化したり、コストが増大した
りするといった課題はが発生する。また、インクの種類
の増加に伴って、実質的に使用できる素子数も減り(素
子数/インクの種類)、 印刷速度が低下するといった
課題が発生する。
Third, with respect to the problem of the density modulation system, it is necessary to equip a plurality of inks with different dye densities, causing problems such as an increase in complexity and size of the apparatus and an increase in cost. I do. Further, as the number of types of ink increases, the number of elements that can be used substantially decreases (number of elements / type of ink), and a problem such as a decrease in printing speed occurs.

【0017】第4に、ドット変調方式の課題について
は、一回に噴射される噴射量を直接変えることによりド
ット径の変調を行うため、前記した3種の変調方式にお
ける課題は大幅に軽減される。例えば、単位画素を1ド
ットで構成するため、単位画素サイズの増大を招かずに
濃淡表現を行うことができる。また、単位画素に多数の
ドットを打つ必要がないため、噴射口数を増やす必要が
なく高速に印刷を行うことができる。
Fourth, with respect to the problem of the dot modulation system, the dot diameter is modulated by directly changing the ejection amount to be ejected at a time, so that the problems of the above three types of modulation systems are greatly reduced. You. For example, since a unit pixel is composed of one dot, it is possible to perform shading expression without increasing the unit pixel size. Further, since it is not necessary to form a large number of dots on a unit pixel, it is not necessary to increase the number of ejection ports, and printing can be performed at high speed.

【0018】以上、従来の多階調印刷を実現する手法の
中で、第4のドット変調方式が最も優れている。しかし
ながら、従来のインク噴射装置において、ドット変調方
式はその実現自体、つまり、同一の液体噴射装置から異
なった径の液滴を噴射し、ドット変調すること自体が非
常に困難である。
As described above, the fourth dot modulation method is the most excellent among the conventional methods for realizing multi-tone printing. However, in the conventional ink ejecting apparatus, it is very difficult to realize the dot modulation method itself, that is, to perform dot modulation itself by ejecting droplets having different diameters from the same liquid ejecting apparatus.

【0019】従来の熱式のインク噴射装置では、突沸現
象を用いてインクを噴射しているため、制御が極めて難
しく、これを用いたプリンタでは、インクを噴射する
か、噴射しないかの二値制御である。従って、通常、面
積変調方式、或いは、濃度変調方式、或いは、両者を組
み合わせることにより濃淡表現を行っており、前記した
ような課題がある。
In a conventional thermal ink jet apparatus, since the ink is jetted using the bumping phenomenon, it is extremely difficult to control the ink jet printer. Control. Therefore, in general, shading is expressed by an area modulation method, a density modulation method, or a combination of the two, and there is a problem as described above.

【0020】従来の圧電式では、熱式と異なり、圧電ア
クチュエータの変位量を制御することで、噴射するイン
クの量をある程度制御することは可能である。しかしな
がら、現状では、階調数2〜6程度、変調幅は2程度と
不十分である。但し、変調幅とは、最小のインク噴射量
(体積)と最大のインク噴射量(体積)との比として定
義する。本来なら、記録されたドット径の比で定義する
べきであるが、ドット径はインク、及び、紙の物性によ
り大きく変化するため、前記のように定義した。従っ
て、従来の圧電式でも、階調表現を行うのに、通常、面
積変調方式、或いは、濃度変調方式、或いは、両者を組
み合わせることにより濃淡表現を行っており、前記した
ような課題がある。
In the conventional piezoelectric type, unlike the thermal type, it is possible to control the amount of ejected ink to some extent by controlling the amount of displacement of the piezoelectric actuator. However, at present, the number of gradations is about 2 to 6 and the modulation width is about 2 which is insufficient. However, the modulation width is defined as the ratio between the minimum ink ejection amount (volume) and the maximum ink ejection amount (volume). Originally, it should be defined by the ratio of the recorded dot diameters. However, since the dot diameter greatly changes depending on the physical properties of ink and paper, it is defined as described above. Therefore, even in the conventional piezoelectric method, in order to perform the gradation expression, the area modulation method, the density modulation method, or a combination of the two methods is used to perform the gradation expression, and thus the above-described problem occurs.

【0021】圧電式の液体噴射装置で、ドット変調を実
現する際の条件、並びに、現状での課題について更に詳
細に説明する。
The conditions for realizing dot modulation in the piezoelectric liquid ejecting apparatus and the current problems will be described in more detail.

【0022】ドット変調を実現するには、まず、第1に
噴射する液体に供給できるエネルギー量の幅を大きくす
る必要がある。これは、噴射する液滴の量により必要な
エネルギー量が異なるため、変調の幅を大きくとるため
に要求される条件である。通常、その上限値で律速され
るが、装置に供給できるエネルギー量には、限りがある
ため、装置のエネルギー利用効率を高くする必要があ
る。第2に、大きい液滴を噴射するために、圧電アクチ
ュエータの変位量を大きくとれる構成とすることが必要
である(大変位特性)。比較的大きい液滴の噴射におい
ては、圧電アクチュエータの変位量が大きいほど液滴径
も大きくなる。つまり、変位量をパラメータとして液滴
径の変調が行える。第3に、小さい液滴を噴射するた
め、圧電アクチュエータの変位量を小さくしつつ、極め
て短時間に液体加圧室の圧力を低圧から高圧に変化させ
る必要がある(圧力の応答特性)。この場合、液体加圧
室内における圧力変化の速度をパラメータとして液滴の
変調が行える。第4に、前記した圧電アクチュエータの
変位量、及び、液体加圧室内における圧力変化の速度を
正確に制御する必要がある(制御性)。
In order to realize dot modulation, first, it is necessary to increase the width of the amount of energy that can be supplied to the liquid to be ejected. This is a condition required to increase the modulation width because the required energy amount varies depending on the amount of droplets to be ejected. Normally, the rate is limited by the upper limit, but the amount of energy that can be supplied to the device is limited, so that it is necessary to increase the energy use efficiency of the device. Secondly, in order to eject large droplets, it is necessary to adopt a configuration in which the amount of displacement of the piezoelectric actuator can be made large (large displacement characteristics). In the ejection of a relatively large droplet, the larger the displacement of the piezoelectric actuator, the larger the droplet diameter. That is, the droplet diameter can be modulated using the displacement amount as a parameter. Third, in order to eject small droplets, it is necessary to change the pressure of the liquid pressurizing chamber from low pressure to high pressure in a very short time while reducing the displacement of the piezoelectric actuator (pressure response characteristic). In this case, droplet modulation can be performed using the speed of pressure change in the liquid pressurization chamber as a parameter. Fourth, it is necessary to accurately control the displacement amount of the piezoelectric actuator and the speed of the pressure change in the liquid pressurization chamber (controllability).

【0023】従来の圧電式の液体噴射装置では、以上の
条件を満足することが困難である。
It is difficult for the conventional piezoelectric liquid ejecting apparatus to satisfy the above conditions.

【0024】図17を用いて、更に、説明する。圧電ア
クチュエータ813が下側に変位していくと(破線状
態)、インク加圧室819内の圧力が上昇する。これに
伴い、圧電アクチュエータ813はインク加圧室819
内のインクから反力を受けることになり、圧電アクチュ
エータ813の変位量は、インク等の負荷がない場合の
変位量と比べ、極端に小さくなる。
Further description will be made with reference to FIG. When the piezoelectric actuator 813 is displaced downward (in a broken line), the pressure in the ink pressurizing chamber 819 increases. Accordingly, the piezoelectric actuator 813 is moved to the ink pressurizing chamber 819.
Therefore, the displacement amount of the piezoelectric actuator 813 is extremely small as compared with the displacement amount when there is no load such as ink.

【0025】圧電アクチュエータ813が下側に変位す
ると(破線状態)、インク加圧室819内の圧力が上昇
するが、同時に、インク流路818内の圧力も上昇す
る。ここで、圧電アクチュエータ813が変位すること
によってインクに作用した仕事量、つまり、インクに供
給された仕事量のうち、インク加圧室819の圧力上昇
に使用されるのは半分以下である。残りのエネルギー
は、インク流路818の圧力上昇や損失によって消費さ
れる。これは、インク流路815とインク加圧室818
の境界付近の形状を工夫すること(例えば、逆流防止弁
をつける)である程度改善されるが、根本的な解決には
ならず、せいぜいエネルギーの利用効率を10〜20%
程度上げるにとどまっている。また、圧電アクチュエー
タ811は通常、インク加圧室内の気密を保つため、四
方がインク加圧室818に固定されているため、原理的
に変位量は小さい。更に、変位量が小さいことを補っ
て、インクの噴射量を大きくしようとした場合、インク
加圧室818の変位方向を法線方向とする断面積を大き
くする必要があるが、これにより、インク室内でのエネ
ルギーの損失が大きくなったり、前記した反力が更に大
きくなるといった課題も発生する。以上説明した理由に
より、現状の圧電式の液体噴射装置では、階調数2〜
6、変調幅8程度となっている。
When the piezoelectric actuator 813 is displaced downward (in a broken line), the pressure in the ink pressurizing chamber 819 increases, but at the same time, the pressure in the ink flow path 818 also increases. Here, less than half of the work that has acted on the ink due to the displacement of the piezoelectric actuator 813, that is, the work that has been supplied to the ink, is used to increase the pressure of the ink pressurizing chamber 819. The remaining energy is consumed by the pressure rise and loss of the ink flow path 818. This is because the ink flow path 815 and the ink pressurizing chamber 818
Though some improvement can be achieved by devising the shape near the boundary of (e.g., attaching a check valve), it does not solve the fundamental problem, and the energy use efficiency is 10-20% at most.
It is only raised about. In addition, the piezoelectric actuator 811 is generally fixed to the ink pressurizing chamber 818 on all four sides in order to maintain airtightness in the ink pressurizing chamber, so that the displacement amount is small in principle. Further, in order to compensate for the small displacement amount and increase the ink ejection amount, it is necessary to increase the cross-sectional area of the ink pressurizing chamber 818 whose normal direction is the displacement direction. Problems such as an increase in indoor energy loss and an increase in the above-described reaction force also occur. For the reasons described above, in the current piezoelectric liquid ejecting apparatus, the number of gradations is 2 to 2.
6, the modulation width is about 8.

【0026】ところで、エネルギー利用効率は現状のま
まで、変調幅を大きくする手法として、印加電圧の振幅
値の可変幅を大きくとる、つまり、最大印加電圧値を大
きくするということが考えられるが、これには、以下の
ような課題が発生する。第1に、現状の圧電アクチュエ
ータでは耐電圧が十分ではないため、素子寿命が低下し
たり、素子が破壊してしまったりする。また、素子が破
損すると通常圧電アクチュエータは電気的にショートの
状態となり、安全性にも問題が生じる。第2に、圧電体
は駆動電圧印加方向に分極処理されていることが多く、
高電圧を印可することで、分極の一部、或いは全部が失
われ、特性が劣化したり、極端な場合、圧電特性そのも
のが失われる。また、分極の消失は素子寿命の劣化にも
つながる。第3に、ホームユースを考えた場合、印加電
圧を上げること自体に、安全性、経済性に問題が生じ
る。第4に、周辺の回路素子が複雑化、大型化してしま
いコストが増大する。以上の課題により、印加電圧を上
げるということは実用上好ましくない。
As a method of increasing the modulation width while keeping the energy utilization efficiency as it is, it is conceivable to increase the variable width of the amplitude value of the applied voltage, that is, increase the maximum applied voltage value. This causes the following problems. First, current piezoelectric actuators do not have a sufficient withstand voltage, so that the life of the element is shortened or the element is destroyed. In addition, when the element is damaged, the piezoelectric actuator is normally in an electrically short-circuited state, which causes a problem in safety. Second, the piezoelectric body is often polarized in the driving voltage application direction,
By applying a high voltage, part or all of the polarization is lost, and the characteristics are degraded. In extreme cases, the piezoelectric characteristics themselves are lost. Further, the disappearance of the polarization leads to a deterioration of the life of the element. Third, when considering home use, raising the applied voltage itself poses problems in safety and economy. Fourth, peripheral circuit elements become complicated and large, resulting in an increase in cost. Due to the above problems, it is not practically preferable to increase the applied voltage.

【0027】本発明の液体噴射装置、及び、噴射方法
は、以上説明した課題を解決するものであり、液体噴射
装置のエネルギー利用効率を改善する構成とし、また、
アクチュエータを大変位に駆動できる構成とし、また、
加圧室内における圧力の変化速度を大きくする構成を有
する発明を提供することを目的とする。
The liquid ejecting apparatus and the ejecting method according to the present invention solve the above-mentioned problems, and have a structure for improving the energy use efficiency of the liquid ejecting apparatus.
The actuator can be driven to a large displacement.
It is an object of the present invention to provide an invention having a configuration for increasing the rate of change of pressure in a pressurized chamber.

【0028】また、本発明の液体噴射装置の製造方法
は、変調幅の広い液体噴射装置を低コストで、容易に製
造することが可能となる製造方法を提供することを目的
とするものである。
Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a liquid ejecting apparatus having a wide modulation width at a low cost and easily. .

【0029】[0029]

【課題を解決するための手段】本発明は、 少なくと
も、液体加圧室と、前記液体加圧室の一部に設けられた
液体噴射口と、前記液体加圧室に隣接して配置された液
体加圧部材と、前記液体加圧室に隣接して配置された液
体流路とを備え、前記液体加圧部材を駆動することによ
り、前記液体流路から前記液体加圧室に供給された液体
を加圧することで、前記液体噴射口から液体を噴射する
液体噴射装置において、前記液体加圧部材の変位方向を
法線方向とする前記液体加圧室の断面における面積が、
前記液体加圧部材の面積よりも小さいことを特徴とする
液体噴射装置である。
According to the present invention, at least a liquid pressurizing chamber, a liquid ejection port provided in a part of the liquid pressurizing chamber, and a liquid pressurizing chamber are disposed adjacent to the liquid pressurizing chamber. A liquid pressurizing member, and a liquid flow path disposed adjacent to the liquid pressurizing chamber are provided, and the liquid pressurizing member is driven to supply the liquid from the liquid flow path to the liquid pressurizing chamber. By pressurizing the liquid, in the liquid ejecting apparatus that ejects the liquid from the liquid ejecting port, an area in a cross section of the liquid pressurizing chamber having a displacement direction of the liquid pressurizing member as a normal direction,
The liquid ejecting apparatus is characterized in that the area is smaller than the area of the liquid pressurizing member.

【0030】[0030]

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0031】(第1の実施の形態)本発明の液体噴射装
置における第1の実施の形態について、図1、及び、図
2を参照しながら説明する。図1(a)は本実施の形態
における液体噴射装置の一素子の断面図であり、図1
(b)は本実施の形態における液体噴射装置の一部を表
す上面図で、図中には、液体噴射装置のうち2つの液体
噴射素子が示されている。図2は液体噴射装置の斜視図
である。実際の液体噴射装置は液体噴射素子が複数連な
った形態をとっている。図1及び、図2で、101は圧
電セラミック基板である。102は振動板で、例えば、
ステンレス製の振動板である。103は圧電基板101
及び、振動板102から構成されるユニモルフ型の圧電
アクチュエータである。但し、図中には示されていない
が、圧電セラミック基板101上には、励振用電極が圧
電セラミック基板101のほぼ全面にわたって設けられ
ている。105は液体流路108、及び、液体加圧室1
09を主として形成している液室形成用基板で、例え
ば、ステンレス製の基板である。106は噴射口110
を形成している噴射口形成用基板で、例えば、エレクト
ロフォーミングにより形成されたニッケル製の基板であ
る。107はアクチュエータ103を保持するための保
持用基板で、例えば、ステンレス製の基板である。10
8は前記したように液体流路で、通常、その一部、或い
は、全部が液体により満たされている。また、液体流路
108は液体加圧室109の左右に配置されている。1
09は前記したように液体加圧室で、通常、その大部分
は液体により満たされている。110は液体噴射口であ
る。
(First Embodiment) A first embodiment of the liquid ejecting apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. 1 and FIG. FIG. 1A is a cross-sectional view of one element of the liquid ejecting apparatus according to the present embodiment.
(B) is a top view illustrating a part of the liquid ejecting apparatus according to the present embodiment. In the figure, two liquid ejecting elements of the liquid ejecting apparatus are shown. FIG. 2 is a perspective view of the liquid ejecting apparatus. An actual liquid ejecting apparatus has a form in which a plurality of liquid ejecting elements are connected. 1 and 2, reference numeral 101 denotes a piezoelectric ceramic substrate. 102 is a diaphragm, for example,
This is a diaphragm made of stainless steel. 103 is a piezoelectric substrate 101
And a unimorph type piezoelectric actuator composed of the vibration plate 102. However, although not shown in the figure, on the piezoelectric ceramic substrate 101, excitation electrodes are provided over substantially the entire surface of the piezoelectric ceramic substrate 101. 105 is a liquid flow path 108 and the liquid pressurizing chamber 1
09 is a liquid chamber forming substrate mainly formed of, for example, a stainless steel substrate. 106 is an injection port 110
Is, for example, a nickel substrate formed by electroforming. A holding substrate 107 for holding the actuator 103 is, for example, a stainless steel substrate. 10
Reference numeral 8 denotes a liquid flow path, as described above, which is usually partially or entirely filled with liquid. Further, the liquid flow paths 108 are disposed on the left and right of the liquid pressurizing chamber 109. 1
Reference numeral 09 denotes a liquid pressurizing chamber, as described above, which is usually mostly filled with liquid. 110 is a liquid ejection port.

【0032】112は、液体加圧室隔壁部分であり、1
13は低剛性層で、例えば、液体流路108、圧電アク
チュエータ103と比べ低剛性な樹脂層である。114
は研磨ストッパ用基板であり、例えば、ステンレス製の
基板である。115は液供給口で、液体流路108から
液体加圧室109へ液体を供給するためのものである。
Reference numeral 112 denotes a partition part of the liquid pressurizing chamber,
Reference numeral 13 denotes a low-rigidity layer, which is a resin layer having a lower rigidity than the liquid flow path 108 and the piezoelectric actuator 103, for example. 114
Denotes a polishing stopper substrate, for example, a substrate made of stainless steel. Reference numeral 115 denotes a liquid supply port for supplying a liquid from the liquid flow path 108 to the liquid pressurizing chamber 109.

【0033】次に、本実施の形態における液体噴射装置
の構造、及び、寸法について説明する。圧電基板101
と振動板102は接着剤により、接着されている。圧電
基板101は厚み45μm、長さ2.5mm、幅200
μmである。振動板102のアクチュエータ部は、厚み
105μmで、長さ、幅は圧電基板101と等しい。ま
た、隣接する液体噴射素子の間隔は実施の形態1と同様
である。圧電アクチュエータ103はその両端で保持用
基板107によって支持されているのに加え、低剛性層
113を介して液体加圧室隔壁部分112の上面でも支
持されている。
Next, the structure and dimensions of the liquid ejecting apparatus according to the present embodiment will be described. Piezoelectric substrate 101
The diaphragm 102 is bonded with an adhesive. The piezoelectric substrate 101 has a thickness of 45 μm, a length of 2.5 mm, and a width of 200 μm.
μm. The actuator section of the vibration plate 102 has a thickness of 105 μm, and has the same length and width as the piezoelectric substrate 101. The distance between adjacent liquid ejecting elements is the same as in the first embodiment. In addition to being supported by the holding substrate 107 at both ends, the piezoelectric actuator 103 is also supported on the upper surface of the liquid pressure chamber partition wall portion 112 via the low-rigidity layer 113.

【0034】低剛性層113は厚み30μmの樹脂層
で、その弾性率は圧電アクチュエータ103或いは液室
形成用基板105を構成する材質と比較して、1/10
以下である。通常低剛性層113の弾性率は、圧電アク
チュエータ103が、低剛性層113が設けられた位置
へ変位する方向への加重に対する剛性に対して、1/5
以下の値をとるが、好ましくは、1/10以下の値がよ
い。液体流路108は長さ2.5mmで、深さは200
μmである。また、液体加圧室109の内側寸法は断面
が140μmφ、深さが400μmである。液体加圧室
隔壁部分112の上面から寸法は、外径が200μmφ
で、内径が140μmφである。噴射口形成用基板10
6は厚み30μmで、噴射口110の開口径は30μm
である。また、液室形成用基板105及び、噴射口形成
用基板106は接着剤により接着されている。なお、以
上説明した寸法は一例示であり、本実施の形態は、この
寸法に何ら束縛されることない。また、実施の形態2〜
7においても同様である。
The low-rigid layer 113 is a resin layer having a thickness of 30 μm, and its elastic modulus is 1/10 that of the material forming the piezoelectric actuator 103 or the liquid chamber forming substrate 105.
It is as follows. Normally, the elastic modulus of the low-rigid layer 113 is 1/5 of the rigidity of the piezoelectric actuator 103 with respect to the load in the direction of displacement to the position where the low-rigid layer 113 is provided.
It takes the following values, but preferably a value of 1/10 or less. The liquid channel 108 has a length of 2.5 mm and a depth of 200 mm.
μm. The inner dimensions of the liquid pressurizing chamber 109 are 140 μmφ in cross section and 400 μm in depth. From the upper surface of the liquid pressurizing chamber partition portion 112, the outer diameter is 200 μmφ.
And the inner diameter is 140 μmφ. Injection port forming substrate 10
6 has a thickness of 30 μm, and the opening diameter of the injection port 110 is 30 μm.
It is. The liquid chamber forming substrate 105 and the ejection port forming substrate 106 are adhered by an adhesive. The dimensions described above are merely examples, and the present embodiment is not limited to these dimensions. Embodiment 2
7 is the same.

【0035】本実施の形態における液体噴射装置は、図
が煩雑になるため、図中に明示していないが、各液体噴
射素子の上面の電極は、ワイヤーボンディングにより保
持用基板107上にあらかじめ設けられている電極引き
出し用パッドへ引き出されている。以下説明するその他
の実施の形態においても同様になっている。
The liquid ejecting apparatus according to the present embodiment is not explicitly shown in the drawing because the drawing is complicated, but the electrode on the upper surface of each liquid ejecting element is previously provided on the holding substrate 107 by wire bonding. Drawn out to the electrode drawing pad. The same applies to other embodiments described below.

【0036】次に、本実施の形態における液体噴射装置
の製造方法について、図3及び、図4を用いて説明す
る。最初に、各基板の上面図である図3(a)から
(f)を用いて、各基板の製造方法を順に説明する。ス
テンレス基板を機械的な切削加工により、図に示すよう
な形状に加工し、保持用基板107とする(図3
(a))。次に、厚み200μmの圧電セラミック基板
をダイシング・ソーにより外形切断し圧電基板101と
する(図3(b))。次に、ステンレス基板をエッチン
グによりくり抜き加工し、振動板102とする(図3
(c))。ステンレス基板をエッチングによりくり抜き
加工し、研磨ストッパとして用いるためのステンレス製
基板114とする(図3(d))。但し、研磨ストッパ
用基板114は、最終的に所望する圧電基板101の厚
みと同じ厚みとする。例えば、本実施の形態では、最終
の圧電基板101の厚みは、30μmであるので、研磨
ストッパ用基板114の厚みはあらかじめ30μmとし
ている。ステンレス基板をハーフエッチングし、液体流
路108を形成し、更に、レーザー加工により液体加圧
室109を形成し、液室形成用基板105とする(図3
(e))。更に、液体加圧室隔壁部分112部分に低剛
性の樹脂を塗布し、レーザー加工により液供給口115
を設ける。エレクトロフォーミングにより、噴射口形成
用基板106を形成する(図3(f))。
Next, a method of manufacturing the liquid ejecting apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. First, a method of manufacturing each substrate will be described in order with reference to FIGS. 3A to 3F which are top views of each substrate. The stainless substrate is machined into a shape as shown in the figure by mechanical cutting to obtain a holding substrate 107 (FIG. 3).
(A)). Next, the outer shape of the piezoelectric ceramic substrate having a thickness of 200 μm is cut by a dicing saw to obtain a piezoelectric substrate 101 (FIG. 3B). Next, the stainless steel substrate is hollowed out by etching to form the diaphragm 102 (FIG. 3).
(C)). The stainless steel substrate is hollowed out by etching to obtain a stainless steel substrate 114 to be used as a polishing stopper (FIG. 3D). However, the polishing stopper substrate 114 has the same thickness as the finally desired thickness of the piezoelectric substrate 101. For example, in the present embodiment, since the final thickness of the piezoelectric substrate 101 is 30 μm, the thickness of the polishing stopper substrate 114 is 30 μm in advance. A liquid passage 108 is formed by half-etching the stainless steel substrate, and a liquid pressurizing chamber 109 is formed by laser processing to obtain a liquid chamber forming substrate 105 (FIG. 3).
(E)). Further, a resin having low rigidity is applied to the partition 112 of the liquid pressurizing chamber, and the liquid supply port 115 is formed by laser processing.
Is provided. The injection port forming substrate 106 is formed by electroforming (FIG. 3F).

【0037】次に、図4を用いて、圧電アクチュエータ
103の製造方法について説明する。図4で(a)、
(b)、(e)は上面図、(c)、(d)は各々
(a),(b)の断面図を表す。初めに、圧電基板10
1、振動板102、研磨ストッパ用基板114を接着剤
により図4(a)、(c)に示すように固着する。図4
(c)で圧電基板101と研磨ストッパ用基板114の
間隔は25μm程度となっている。次に、圧電基板10
1を厚み45μmに研磨する(図4(b)、(d))。
この時、あらかじめ研磨ストッパ用基板114の厚みを
45μmとしていたため、圧電基板101の厚みが45
μmとなった時点で、圧電基板101はほとんど研磨さ
れなくなる。これは、ステンレス製の研磨ストッパ用基
板114の研磨スピードが圧電基板101の研磨スピー
ドよりも十分に遅いためであり、研磨ストッパ用基板1
14は圧電基板101の研磨を停止させる役割を果たし
ている。次に、圧電基板101のうち、振動板102と
重なっていない部分を除去する工程を行う。基板を図4
(d)の下側から、微細砥粒を噴射し、図4(e)の形
状に圧電基板101のみを加工する。この方法は、一般
に、サンドブラストと呼ばれる手法で、振動板102は
圧電基板101を加工する際のマスクの役割をしてい
る。この加工法でも、振動板102が圧電基板101よ
りも加工スピードが小さいことを利用している。
Next, a method of manufacturing the piezoelectric actuator 103 will be described with reference to FIG. In FIG. 4, (a),
(B) and (e) are top views, and (c) and (d) are cross-sectional views of (a) and (b), respectively. First, the piezoelectric substrate 10
1. The vibration plate 102 and the polishing stopper substrate 114 are fixed by an adhesive as shown in FIGS. 4 (a) and 4 (c). FIG.
In (c), the distance between the piezoelectric substrate 101 and the polishing stopper substrate 114 is about 25 μm. Next, the piezoelectric substrate 10
1 is polished to a thickness of 45 μm (FIGS. 4B and 4D).
At this time, since the thickness of the polishing stopper substrate 114 was previously 45 μm, the thickness of the piezoelectric substrate 101 was 45 μm.
At the time when the thickness becomes μm, the piezoelectric substrate 101 is hardly polished. This is because the polishing speed of the polishing stopper substrate 114 made of stainless steel is sufficiently lower than the polishing speed of the piezoelectric substrate 101.
Reference numeral 14 serves to stop polishing of the piezoelectric substrate 101. Next, a step of removing a portion of the piezoelectric substrate 101 that does not overlap with the vibration plate 102 is performed. Fig. 4
(D) Fine abrasive grains are sprayed from below to process only the piezoelectric substrate 101 into the shape shown in FIG. This method is generally called a sand blast, and the vibration plate 102 plays a role of a mask when processing the piezoelectric substrate 101. This processing method also utilizes the fact that the processing speed of the diaphragm 102 is lower than that of the piezoelectric substrate 101.

【0038】最後に、各基板を接着し、組み立てること
で本実施の形態の液体噴射装置が完成する。
Finally, the liquid ejecting apparatus of the present embodiment is completed by bonding and assembling the substrates.

【0039】次に、本実施の形態における液体噴射装置
の噴射方法について説明する。初めに、圧電アクチュエ
ータ103の動作原理を説明する。図5で(a)から
(c)は圧電基板単体での動作を示す図で、(d)〜
(f)は圧電アクチュエータ503の動作を示す図であ
る。基本的には、圧電アクチュエータ103と圧電アク
チュエータの503の動作原理は同じである。図5で5
01は圧電基板、520aは圧電基板に設けられた上面
電極、520bは下面電極である。また、502は振動
板で、例えば、金属などの導体である。503はユニモ
ルフ型の圧電アクチュエータである。初めに、圧電基板
501の動作について説明する。圧電基板501は厚み
方向にパルス電界が加わる、つまり、上面電極520a
と下面電極520bの間に電圧を印加すると、長さ方向
(横方向)に伸縮する特性を持つ。例えば、マイナス電
界が加わると、図5(b)のように圧電基板501は縮
み、プラス電界が加わると、図5(c)のように圧電基
板501は伸びるといった特性を持つ。このような特性
を持つ圧電体基板にプラスとマイナスの電界を交互に加
えることによって圧電基板の伸縮動作を得ることができ
る。このような動作の形態を長さ振動姿態という。次
に、圧電アクチュエータ503について説明する。図5
(d)で上面電極520aと振動板502にパルス電圧
を加えると、マイナス電界が加わった場合には、圧電基
板501は縮もうとするが、振動板502は状態を保持
しようとし、結果として、図5(e)のように下に凸の
形状に圧電アクチュエータ503は撓む。逆に、プラス
電界が加わった場合には、圧電基板501は伸びようと
するが、振動板502は状態を保持しようとし、結果と
して、図5(f)のように上に凸の形状に圧電アクチュ
エータ503は撓む。このように、プラスとマイナスの
電界を交互に加えることによって圧電アクチュエータ5
03の屈曲動作を得ることができる。このような動作の
形態を屈曲振動姿態という。なお、以上の説明では、振
動板502を導体としたが、絶縁体や半導体などの基板
を振動板として用いても良く、その場合には、例えば、
図5(g)のような構造とする。図5(g)では圧電基
板501の下側に下面電極520bを設け、振動板51
2と接着している。動作は前記した屈曲振動姿態と同様
である。
Next, the injection method of the liquid injection device according to the present embodiment will be described. First, the operation principle of the piezoelectric actuator 103 will be described. 5A to 5C show the operation of the piezoelectric substrate alone, and FIGS.
(F) is a diagram showing the operation of the piezoelectric actuator 503. Basically, the operating principles of the piezoelectric actuator 103 and the piezoelectric actuator 503 are the same. 5 in FIG.
01 is a piezoelectric substrate, 520a is an upper electrode provided on the piezoelectric substrate, and 520b is a lower electrode. A diaphragm 502 is a conductor such as a metal, for example. Reference numeral 503 denotes a unimorph type piezoelectric actuator. First, the operation of the piezoelectric substrate 501 will be described. A pulse electric field is applied to the piezoelectric substrate 501 in the thickness direction, that is, the upper surface electrode 520a
When a voltage is applied between the lower electrode 520b and the lower electrode 520b, it has the property of expanding and contracting in the length direction (lateral direction). For example, when a negative electric field is applied, the piezoelectric substrate 501 contracts as shown in FIG. 5B, and when a positive electric field is applied, the piezoelectric substrate 501 expands as shown in FIG. 5C. By alternately applying a positive and a negative electric field to the piezoelectric substrate having such characteristics, the expansion and contraction operation of the piezoelectric substrate can be obtained. Such a mode of operation is called a length vibration mode. Next, the piezoelectric actuator 503 will be described. FIG.
When a pulse voltage is applied to the upper surface electrode 520a and the diaphragm 502 in (d), when a negative electric field is applied, the piezoelectric substrate 501 tries to shrink, but the diaphragm 502 tries to hold the state, and as a result, As shown in FIG. 5E, the piezoelectric actuator 503 is bent in a downwardly convex shape. Conversely, when a positive electric field is applied, the piezoelectric substrate 501 tries to expand, but the diaphragm 502 tries to maintain the state, and as a result, as shown in FIG. Actuator 503 flexes. As described above, the piezoelectric actuator 5 is formed by alternately applying the plus and minus electric fields.
03 bending operation can be obtained. Such a mode of operation is called a bending vibration mode. In the above description, the diaphragm 502 is a conductor, but a substrate such as an insulator or a semiconductor may be used as the diaphragm. In this case, for example,
The structure is as shown in FIG. In FIG. 5G, a lower surface electrode 520b is provided below the piezoelectric substrate 501, and the vibration plate 51 is provided.
It is bonded to 2. The operation is the same as that of the bending vibration mode described above.

【0040】次に、液体噴射方法について図6を参照し
ながら説明する。図6で(a)は電圧を印加していない
状態での液体噴射素子の液体加圧室109付近における
断面の拡大図である。図6(b)は電圧を印加し、圧電
アクチュエータ103が変位し、液体噴射口110から
液体が噴射する際の液体噴射素子の液体加圧室109付
近における断面の拡大図である。液体噴射装置の液体タ
ンク(図中には示されていない)から各素子の液体流路
108に供給された液体は毛細管現象、或いは、各室間
の圧力差により液供給口115を通って液体加圧室10
9に供給される(図6(a))。圧力差の発生は、圧電
アクチュエータ103を動作させること、或いは、液体
噴射口110から吸引することなどによって行われる。
圧電アクチュエータ103が下側に屈曲変位すると、低
剛性層113が縮みの変形を起こし、液体加圧室109
内の圧力が上昇し、液体噴射口110から液体が噴射さ
れる。更に、詳しく説明する。圧電アクチュエータ10
3が下側に屈曲変位すると、液体加圧室109の室内の
体積は減少する。ここで、液供給口105が小さく、液
体流路108への圧力の漏洩が少ない、つまり、液体の
液体加圧室109への流出が少ないということ、及び、
液体噴射口110が小さいということを理由として、液
体加圧室109内で圧力上昇が起こる。結果として、液
体噴射口110より液体が噴射される。対照的に、液体
流路108は、密閉状態でないため、圧力上昇はない。
噴射後は、液体加圧室109内の圧力が降下するととも
に、圧電アクチュエータ103が上側に変位し、液体流
路108から液供給口115を通して液体が再度供給さ
れる。液体供給の主たる要因は、前記した液体流路10
8、及び、液体加圧室109の圧力差であることは当然
のことながら、加えて毛細管現象による効果もある。
Next, the liquid ejecting method will be described with reference to FIG. FIG. 6A is an enlarged view of a cross section near the liquid pressurizing chamber 109 of the liquid ejecting element in a state where no voltage is applied. FIG. 6B is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the liquid pressurizing chamber 109 of the liquid ejecting element when a voltage is applied, the piezoelectric actuator 103 is displaced, and liquid is ejected from the liquid ejecting port 110. The liquid supplied from the liquid tank (not shown in the drawing) of the liquid ejecting device to the liquid flow path 108 of each element passes through the liquid supply port 115 due to capillary action or a pressure difference between the chambers. Pressurizing chamber 10
9 (FIG. 6A). The pressure difference is generated by operating the piezoelectric actuator 103 or sucking the liquid from the liquid ejection port 110.
When the piezoelectric actuator 103 is bent downward, the low-rigidity layer 113 is contracted and deformed, and the liquid pressurizing chamber 109 is deformed.
The internal pressure increases, and liquid is ejected from the liquid ejection port 110. Further details will be described. Piezoelectric actuator 10
When 3 is bent downward, the volume of the liquid pressurizing chamber 109 decreases. Here, the liquid supply port 105 is small, and the pressure leakage to the liquid flow path 108 is small, that is, the liquid flows out to the liquid pressurizing chamber 109 is small, and
A pressure rise occurs in the liquid pressurizing chamber 109 because the liquid ejection port 110 is small. As a result, the liquid is ejected from the liquid ejection port 110. In contrast, the liquid flow path 108 is not sealed, so there is no pressure increase.
After the ejection, the pressure in the liquid pressurizing chamber 109 decreases, the piezoelectric actuator 103 is displaced upward, and the liquid is supplied again from the liquid flow path 108 through the liquid supply port 115. The main factor of the liquid supply is the liquid flow path 10 described above.
8 and the pressure difference between the liquid pressurizing chambers 109. Of course, there is also an effect due to the capillary phenomenon.

【0041】以上説明した本実施の形態の液体噴射装置
を用いると、制御可能な階調数は4〜8値となり、従来
の圧電式に比べ、大きくなった。
When the above-described liquid ejecting apparatus according to the present embodiment is used, the number of controllable gradations is 4 to 8, which is larger than that of the conventional piezoelectric type.

【0042】次に、本実施の形態における液体噴射装置
の特徴、及び、効果について説明する。本実施の形態に
おける液体噴射装置の特徴は、第1に、圧電アクチュエ
ータ103の面積が、液体加圧室109の断面積(図1
(b)における液体加圧室109の面積)よりも大きい
ということであり、第2に、圧電アクチュエータ103
により得られる加圧力を液体加圧室109に集中させて
いるということである。第2の特徴は、次の2つの事項
により実現している。第1番目の事項は、圧電アクチュ
エータ103が液体加圧室隔壁部分112において、圧
電アクチュエータ103及び液体加圧室隔壁部分112
よりも十分に剛性の小さい材料を介して保持されてお
り、圧電アクチュエータ103がその両端において、剛
性の高い保持用基板107、及び、液室形成用基板10
5により保持されているということである。結果とし
て、液体加圧室109の直上の圧電アクチュエータ10
3の変位量を大きくすることができ、液体加圧室109
への加圧力の集中を助長することになる。第2に、前記
したように、液体流路108における圧力上昇がないた
め、圧電アクチュエータ103が液体流路108内の液
体から受ける反力が小さくなり、液体加圧室109への
加圧力の集中を助長することになる。このような特徴に
より、以下のような効果がある。アクチュエータの変位
部分の面積よりも小さい断面積の加圧室の中にのみ高い
圧力を発生させることでアクチュエータの発生するエネ
ルギーを加圧室に集中させて、エネルギー効率を高くす
ることができる。従って、同じ投入電力であっても、従
来の圧電式の液体噴射装置に比べ、変調の幅も広がり、
階調数も向上する。また、本実施の形態の液体噴射装
置、及び、その噴射方法を用いることで、更に、噴射後
の液体流路108、及び、液体加圧室109の圧力差が
大きいこと、毛細管現象による効果が大きいことなどの
理由により、噴射後の液体加圧室109への液体の供給
能力が高くなり、圧電アクチュエータ103を高速駆動
しても液の供給が十分に追いつき、高速印刷が可能とな
ること、気泡が混入した場合でも、液体噴射を行ってい
るうちに脱泡が可能となることなどの効果もある。な
お、本実施の形態における液体噴射装置は多階調印刷用
として用いない場合でも、エネルギー利用効率が高いと
いう特徴から、液体噴射装置の消費電力を低くすること
ができるという効果もある。なお、液体流路108内に
は表面張力、及び、圧力差の作用により、液体加圧室1
09へ液体が供給される程度満たされていればよい。な
お、本実施の形態2では円筒形状をしている低剛性属1
13が一部欠けて、そこから液体が加圧室109へ流れ
込んでいるが、この低剛性属113を完全な円筒とし、
欠けをなくす代わりに、液体加圧室隔壁部112の側面
に孔(開口部)を形成し、そこから液体が加圧室109
内へ流れ込むようにしてもよい。 (実施の形態2)本発明の液体噴射装置における第2の
実施の形態について図18を用いて説明する。図18で
(a)は断面図、(b)は上面図である。また、本発明
の液体噴射装置は実施の形態1と一部重複しているの
で、実施の形態1との相違点のみ説明することとする。
Next, the features and effects of the liquid ejecting apparatus according to the present embodiment will be described. A feature of the liquid ejecting apparatus according to the present embodiment is that, first, the area of the piezoelectric actuator 103 is the cross-sectional area of the liquid pressurizing chamber 109 (FIG. 1).
(Area of the liquid pressurizing chamber 109 in (b)).
Is concentrated in the liquid pressurizing chamber 109. The second feature is realized by the following two items. The first matter is that the piezoelectric actuator 103 and the liquid pressurizing chamber partition portion 112
The piezoelectric actuator 103 is held at both ends by a highly rigid holding substrate 107 and a liquid chamber forming substrate 10.
5 is held. As a result, the piezoelectric actuator 10 immediately above the liquid pressurizing chamber 109
3, the displacement amount of the liquid pressurizing chamber 109 can be increased.
This will promote the concentration of the pressing force. Second, as described above, since there is no pressure increase in the liquid flow path 108, the reaction force received by the piezoelectric actuator 103 from the liquid in the liquid flow path 108 is reduced, and the pressure applied to the liquid pressurizing chamber 109 is concentrated. Will be encouraged. These features have the following effects. By generating a high pressure only in the pressurized chamber having a smaller cross-sectional area than the area of the displacement portion of the actuator, energy generated by the actuator can be concentrated in the pressurized chamber, and the energy efficiency can be increased. Therefore, even with the same input power, the range of modulation is wider than that of a conventional piezoelectric liquid ejecting apparatus,
The number of gradations is also improved. In addition, by using the liquid ejecting apparatus of the present embodiment and the ejecting method thereof, it is possible to further increase the pressure difference between the liquid flow path 108 and the liquid pressurizing chamber 109 after the ejection, and to reduce the effect due to the capillary phenomenon. For example, the liquid supply capacity to the liquid pressurizing chamber 109 after ejection is increased, and the supply of the liquid can sufficiently catch up even when the piezoelectric actuator 103 is driven at a high speed, thereby enabling high-speed printing. Even when air bubbles are mixed, there is an effect that defoaming becomes possible while performing liquid ejection. Note that, even when the liquid ejecting apparatus according to the present embodiment is not used for multi-tone printing, there is also an effect that the power consumption of the liquid ejecting apparatus can be reduced due to its high energy use efficiency. The liquid pressurizing chamber 1 is formed in the liquid flow path 108 by the action of surface tension and pressure difference.
As long as the liquid is supplied to 09, it is sufficient. In the second embodiment, a low-rigidity element 1 having a cylindrical shape is used.
13 is partially missing, and liquid flows into the pressurizing chamber 109 from there.
Instead of eliminating the chipping, a hole (opening) is formed in the side surface of the liquid pressurizing chamber partition 112, from which the liquid flows into the pressurizing chamber 109.
You may make it flow in. (Embodiment 2) A second embodiment of the liquid ejecting apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. 18A is a cross-sectional view, and FIG. 18B is a top view. Further, since the liquid ejecting apparatus of the present invention partially overlaps with the first embodiment, only the differences from the first embodiment will be described.

【0043】本実施の形態2における液体噴射装置の構
造は、実施の形態1と異なり、圧電アクチュエータ10
3と液体流路108を、液体流路108内に存在する液
体から分離するために、圧電アクチュエータ103と低
剛性層113の間に樹脂シート104が挿入されている
点である。樹脂シート104は、厚み、10μm程度で
ある。
The structure of the liquid ejecting apparatus according to the second embodiment differs from that of the first embodiment in that the piezoelectric actuator 10
3 in that a resin sheet 104 is inserted between the piezoelectric actuator 103 and the low-rigidity layer 113 in order to separate the liquid passage 108 from the liquid existing in the liquid passage 108. The resin sheet 104 has a thickness of about 10 μm.

【0044】本実施の形態における噴射方法は、概略実
施の形態1と同様であるので、その相違点について説明
する。圧電アクチュエータ103が下側に屈曲変位する
と、圧電アクチュエータ103に比べ十分に剛性の小さ
い樹脂フィルム104が上側に変形し、液体流路108
においては、体積変化はほとんど起こらない。従って、
圧力上昇は非常に小さい。なお、挿入する樹脂シート1
04は、圧電アクチュエータ103に比べ、その曲げ剛
性が十分小さいものを使用すれば、樹脂シート104の
挿入による圧電アクチュエータ103の変位量の低下や
エネルギー利用効率の低下、或いは、圧力応答特性の悪
化といったことを最小限に押さえることが可能である。
The injection method in the present embodiment is substantially the same as that in the first embodiment, and therefore, the differences will be described. When the piezoelectric actuator 103 bends downward, the resin film 104 having sufficiently low rigidity as compared with the piezoelectric actuator 103 is deformed upward, and the liquid flow path 108
In, the volume change hardly occurs. Therefore,
The pressure rise is very small. The resin sheet 1 to be inserted
When the piezoelectric actuator 104 has a sufficiently small bending rigidity compared to the piezoelectric actuator 103, the displacement of the piezoelectric actuator 103 due to the insertion of the resin sheet 104, the energy use efficiency decreases, or the pressure response characteristic deteriorates. It is possible to keep things to a minimum.

【0045】以上説明した本発明の液体噴射装置を用い
ると、隣接する液体噴射装置の間隙から液体が流出する
ことを防止することが可能となり、液体が流出し、圧電
アクチュエータ103の上面電極と下面電極である振動
板の間のインピーダンスが低下したり、流出した液体に
より、圧電基板101が変質したりするといった不具合
がなくなるという効果がある。
When the liquid ejecting apparatus of the present invention described above is used, it is possible to prevent the liquid from flowing out from the gap between the adjacent liquid ejecting apparatuses. This has the effect of eliminating the problem that the impedance between the diaphragms serving as the electrodes is lowered and the liquid that has flowed out causes the piezoelectric substrate 101 to be deteriorated.

【0046】なお、本実施の形態では、液体噴射装置の
姿勢を任意に使用することを前提として、樹脂シート1
04を用いて、液体の流出を防いだが、液体噴射装置を
アクチュエータを上にして固定して用いるなら、実施の
形態1と同じように樹脂シート104を除去して用いて
も良い。この場合、圧電アクチュエータ103が液体流
路108内の液体から受ける反力は更に小さくなり、エ
ネルギー効率は更に向上する。
In the present embodiment, it is assumed that the posture of the liquid ejecting apparatus is arbitrarily used, and the resin sheet 1 is used.
04 is used to prevent the liquid from flowing out, but if the liquid ejecting apparatus is used with the actuator facing upward, the resin sheet 104 may be removed and used in the same manner as in the first embodiment. In this case, the reaction force that the piezoelectric actuator 103 receives from the liquid in the liquid flow path 108 is further reduced, and the energy efficiency is further improved.

【0047】なお、液体流路108内には表面張力、及
び、圧力差の作用により、液体加圧室109へ液体が供
給される程度満たされていればよく、前記の条件を満た
すなら気体等の圧縮性の高いものが混入していた方が、
圧電アクチュエータ103が液体流路108内の液体か
ら受ける反力は更に小さくなり、エネルギー効率は更に
向上する。 (実施の形態3)本発明の液体噴射装置における第3の
実施の形態について、図7を参照しながら説明する。図
7は液体噴射装置の上面図で、断面図は実施の形態1の
断面図である図1(a)と概略同じである。また、本実
施の形態は、実施の形態1と一部重複しているため、主
たる相違点のみ説明する。本実施の形態では、実施の形
態1における液供給口115が、液供給口115a、1
15bと2ヶ所となり、かつ、実施の形態1よりも、液
体の流動方向を法線方向とする圧電アクチュエーター1
03の断面積が1/2程度となっている。これにより、
圧電アクチュエータ103が下側に変位した際、つま
り、液体加圧室109が高圧状態になった際の液体流路
108への液体の逆流は更にへり、エネルギー効率は更
に上昇する。また、液の再供給能力も圧力差による分は
減少するが、表面張力による効果が増えるため実施の形
態1とほぼ同等となる。 (実施の形態4)本発明の液体噴射装置における第4の
実施の形態について、図8及び、図9を参照しながら説
明する。図8(a)は本実施の形態における液体噴射装
置の一素子の断面図であり、図8(b)は本実施の形態
における液体噴射装置の一部を表す上面図で、図中に
は、液体噴射装置のうち2つの液体噴射素子が示されて
いる。実際の液体噴射装置は液体噴射素子が複数連なっ
た形態をとっている。図8は液体噴射装置の斜視図であ
る。
The liquid flow path 108 needs only to be filled to the extent that the liquid is supplied to the liquid pressurizing chamber 109 by the action of surface tension and pressure difference. Those with high compressibility of
The reaction force that the piezoelectric actuator 103 receives from the liquid in the liquid flow path 108 is further reduced, and the energy efficiency is further improved. (Embodiment 3) A third embodiment of the liquid ejecting apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a top view of the liquid ejecting apparatus, and a sectional view is substantially the same as FIG. 1A which is a sectional view of the first embodiment. Further, the present embodiment partially overlaps with the first embodiment, and thus only the main differences will be described. In the present embodiment, the liquid supply port 115 in the first embodiment is
15b, and the piezoelectric actuator 1 has a liquid flowing direction normal to that of the first embodiment.
03 has a sectional area of about 1/2. This allows
When the piezoelectric actuator 103 is displaced downward, that is, when the liquid pressurizing chamber 109 is in a high pressure state, the backflow of the liquid to the liquid flow path 108 is further reduced, and the energy efficiency is further increased. Further, although the re-supply capacity of the liquid is reduced by the pressure difference, the effect by the surface tension is increased, so that the liquid re-supply capacity is almost the same as that of the first embodiment. (Embodiment 4) A fourth embodiment of the liquid ejecting apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 8A is a cross-sectional view of one element of the liquid ejecting apparatus according to the present embodiment, and FIG. 8B is a top view illustrating a part of the liquid ejecting apparatus according to the present embodiment. , Two liquid ejecting elements of the liquid ejecting apparatus are shown. An actual liquid ejecting apparatus has a form in which a plurality of liquid ejecting elements are connected. FIG. 8 is a perspective view of the liquid ejecting apparatus.

【0048】図8、及び、図9で、201は積層型圧電
セラミックアクチュエータである。202はステンレス
製の基板である。105は液体流路108及び、液体加
圧室109を主として形成している液室形成用基板であ
り、106は噴射口110を形成している噴射口形成用
基板である。107はアクチュエータ103を保持する
ための保持用基板である。108は前記したように液体
流路である。また、液体流路108は液体加圧室109
の左右に配置されている。109は前記したように液体
加圧室である。110は液体噴射口である。111は液
体加圧室隔壁部分112と圧電アクチュエータ103と
の間の空隙を示している。114は研磨ストッパ用基板
である。113は低剛性層で、例えば、液体流路10
8、圧電アクチュエータ103と比べ低剛性な樹脂層で
ある。115は液供給口で、液体流路108から液体加
圧室109へ液体を供給するためのものである。
In FIGS. 8 and 9, reference numeral 201 denotes a laminated piezoelectric ceramic actuator. Reference numeral 202 denotes a stainless steel substrate. Reference numeral 105 denotes a liquid chamber forming substrate that mainly forms the liquid flow path 108 and the liquid pressurizing chamber 109, and reference numeral 106 denotes an ejection port forming substrate that forms the ejection port 110. Reference numeral 107 denotes a holding substrate for holding the actuator 103. Reference numeral 108 denotes a liquid flow path as described above. In addition, the liquid flow path 108 is
It is arranged on the left and right of. Reference numeral 109 denotes a liquid pressurizing chamber as described above. 110 is a liquid ejection port. Reference numeral 111 denotes a gap between the liquid pressurizing chamber partition 112 and the piezoelectric actuator 103. Reference numeral 114 denotes a polishing stopper substrate. 113 is a low-rigidity layer, for example,
8. A resin layer having a lower rigidity than the piezoelectric actuator 103. Reference numeral 115 denotes a liquid supply port for supplying a liquid from the liquid flow path 108 to the liquid pressurizing chamber 109.

【0049】次に、本実施の形態における液体噴射装置
の構造、及び、寸法について説明する。積層型圧電セラ
ミックアクチュエータ201とステンレス基板202は
接着剤により、接着されている。積層型圧電セラミック
アクチュエータ201は図8に示すように、幅5mm、
長さ2.3mm、厚み200μmである。ステンレス基
板202は、厚み2μmである。また、隣接する液体噴
射素子の間隔は79μm程度としており、1インチの幅
あたり90個の素子が並ぶようになっている。積層型圧
電セラミックアクチュエータ201はその上端で支持さ
れており(図示なし)、かつ、ステンレス基板202を
介して、低剛性層113と液体加圧室隔壁部分112の
上面でも支持されている。低剛性層113は厚み30μ
mの樹脂層で、その剛性は圧電アクチュエータ103或
いは液室形成用基板105の剛性と比較して、1/10
以下である。通常低剛性層113の剛性は圧電アクチュ
エータ103或いは液室形成用基板105のいずれか大
きい方の剛性に対して、1/5以下の値をとるが、好ま
しくは、1/10以下の値がよい。その他の寸法は、概
略実施の形態1と同じである。
Next, the structure and dimensions of the liquid ejecting apparatus according to the present embodiment will be described. The laminated piezoelectric ceramic actuator 201 and the stainless steel substrate 202 are bonded with an adhesive. As shown in FIG. 8, the laminated piezoelectric ceramic actuator 201 has a width of 5 mm,
The length is 2.3 mm and the thickness is 200 μm. The stainless steel substrate 202 has a thickness of 2 μm. The distance between adjacent liquid ejecting elements is about 79 μm, and 90 elements are arranged in a line per inch. The multilayer piezoelectric ceramic actuator 201 is supported at its upper end (not shown), and is also supported via a stainless steel substrate 202 on the low rigidity layer 113 and the upper surface of the liquid pressurizing chamber partition 112. Low rigidity layer 113 is 30μ thick
m, the rigidity of which is 1/10 that of the piezoelectric actuator 103 or the liquid chamber forming substrate 105.
It is as follows. Normally, the rigidity of the low-rigidity layer 113 is 1/5 or less of the greater of the rigidity of the piezoelectric actuator 103 or the liquid-chamber forming substrate 105, but is preferably 1/10 or less. . Other dimensions are the same as those of the first embodiment.

【0050】本実施の形態の液体噴射方法は実施の形態
1と概略同様であるが、圧電アクチュエータ103が積
層型圧電セラミックアクチュエータ201に変わったた
め、圧電アクチュエータの動作原理が異なる。積層型ア
クチュエータ201の構造、及び、動作原理について図
10を用いて説明する。図10において、(a)は積層
型アクチュエータ201の斜視図で、実施の形態1で説
明した長さ振動姿態をとる圧電基板を複数枚重ねた構造
となっている。(b)は上面図、(c)は正面図で破線
は電極620a−620b間にプラスの電圧を印加した
際における積層型アクチュエータ201の変形の様子で
ある。(d)も正面図で、破線は同様にマイナスの電圧
を印加した際の変形の様子である。実際には、積層型ア
クチュエータ201は上部、つまり、上面図(b)の上
側部分を保持用基板107によって固定されているた
め、上側の(c)、及び、(d)で上側には変形せず、
その分下側が多く変形する。このように、積層型にする
理由について説明する。一枚あたりの圧電基板の厚みを
薄くすることで、圧電体に加わる電界を多きくするこ
と、また、薄くなり剛性が下がった分積層することで剛
性を高めアクチュエータの発生力を高くするということ
である。
The liquid ejecting method of the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment, but the operation principle of the piezoelectric actuator is different since the piezoelectric actuator 103 has been changed to the laminated piezoelectric ceramic actuator 201. The structure and operation principle of the multilayer actuator 201 will be described with reference to FIG. In FIG. 10, (a) is a perspective view of the multilayer actuator 201, which has a structure in which a plurality of piezoelectric substrates having the length vibration mode described in the first embodiment are stacked. (B) is a top view, (c) is a front view, and a broken line shows a state of deformation of the multilayer actuator 201 when a positive voltage is applied between the electrodes 620a and 620b. (D) is also a front view, and a broken line similarly shows a state of deformation when a negative voltage is applied. Actually, since the stacked actuator 201 has its upper part, that is, the upper part in the top view (b) fixed by the holding substrate 107, it is deformed upward in the upper parts (c) and (d). Without
The lower side is deformed more. The reason why the stacked type is used will be described. To increase the electric field applied to the piezoelectric body by reducing the thickness of the piezoelectric substrate per sheet, and to increase the rigidity by increasing the thinning and lowering the rigidity to increase the actuator's power It is.

【0051】以上説明した本実施の形態の液体噴射装置
を用いると、制御可能な階調数は8〜12値となり、従
来の圧電式に比べ、大きくなった。
When the above-described liquid ejecting apparatus according to the present embodiment is used, the number of controllable gradations is 8 to 12, which is larger than that of the conventional piezoelectric type.

【0052】次に、本実施の形態における液体噴射装置
の特徴及び、効果について説明する。本実施の形態にお
ける液体噴射装置は実施の形態1と同様の特徴、並び
に、効果を持つが、加えて、以下の点が異なる。圧電ア
クチュエータ103の代わりに積層型圧電セラミックア
クチュエータ201を用いており、発生力を高くできる
ことから、エネルギー利用効率が実施の形態1よりも更
に向上しする。また、積層型圧電セラミックアクチュエ
ータ201の剛性は、圧電アクチュエータ103の剛性
に比べ大きいため、圧力の応答特性が飛躍的に向上し、
小さい液滴を噴射するのに有利である。以上の特徴によ
り、多階調印刷が可能となることはもちろんであるが、
更に、小径の液体の噴射が可能となり、高解像度印刷も
可能となる。 (実施の形態5)本発明の液体噴射装置における第5の
実施の形態について図11を用いて説明する。本実施の
形態では、実施の形態1、或いは、実施の形態4と異な
り、液体加圧手段として、電磁アクチュエータを用いて
いる。次に、本実施の形態における液体噴射装置の構
造、及び、寸法について説明する。電磁アクチュエータ
401とステンレス基板402は接着剤により接着され
ている。ステンレス基板402の厚みは2μmである。
ステンレス基板402は低剛性層113を介して液体加
圧室隔壁部分112の、液供給口115以外の部分と固
着している。低剛性層113の厚み、剛性は実施の形態
1と同様である。電磁アクチュエータ401の長さは5
mmで、液体加圧室109は外形が縦200μm、横6
00μm、内径が縦140μm、横500μm深さ40
0μmとなっている。液体流路108は長さ5.5mm
で、深さは200μmである。噴射口形成用基板106
は厚み80μmで、噴射口110の開口径は90μmで
ある。また、液室形成用基板105、及び、噴射口形成
用基板106は接着剤により接着されている。
Next, the features and effects of the liquid ejecting apparatus according to the present embodiment will be described. The liquid ejecting apparatus according to the present embodiment has the same features and effects as those of the first embodiment, but additionally has the following differences. Since the laminated piezoelectric ceramic actuator 201 is used instead of the piezoelectric actuator 103 and the generated force can be increased, the energy use efficiency is further improved as compared with the first embodiment. In addition, the rigidity of the multilayer piezoelectric ceramic actuator 201 is larger than the rigidity of the piezoelectric actuator 103, so that the pressure response characteristic is dramatically improved,
This is advantageous for ejecting small droplets. With the above features, multi-gradation printing is of course possible,
In addition, a small diameter liquid can be ejected, and high-resolution printing can be performed. (Fifth Embodiment) A fifth embodiment of the liquid ejecting apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, unlike the first embodiment or the fourth embodiment, an electromagnetic actuator is used as a liquid pressurizing unit. Next, the structure and dimensions of the liquid ejecting apparatus according to the present embodiment will be described. The electromagnetic actuator 401 and the stainless steel substrate 402 are bonded with an adhesive. The thickness of the stainless steel substrate 402 is 2 μm.
The stainless steel substrate 402 is fixed to a portion other than the liquid supply port 115 of the liquid pressurizing chamber partition portion 112 via the low rigidity layer 113. The thickness and rigidity of the low rigidity layer 113 are the same as in the first embodiment. The length of the electromagnetic actuator 401 is 5
mm, the liquid pressurizing chamber 109 has an outer shape of 200 μm long and 6 mm wide.
00μm, inner diameter 140μm, width 500μm, depth 40
It is 0 μm. The liquid flow path 108 is 5.5 mm long
And the depth is 200 μm. Jetting port forming substrate 106
Has a thickness of 80 μm, and the opening diameter of the injection port 110 is 90 μm. The liquid chamber forming substrate 105 and the ejection port forming substrate 106 are adhered by an adhesive.

【0053】本実施の形態における液体噴射装置の噴射
方法は、加圧手段が異なるだけで、実施の形態1と基本
的に同じである。
The ejection method of the liquid ejection device according to the present embodiment is basically the same as that of the first embodiment, except that the pressurizing means is different.

【0054】本実施の形態における液体噴射装置の特徴
は、液体加圧手段を、圧電アクチュエータに比べ強い加
圧力、及び、大きい変位が得られる電磁アクチュエータ
401としたことである。
The feature of the liquid ejecting apparatus according to the present embodiment is that the liquid pressurizing means is an electromagnetic actuator 401 which can obtain a larger pressing force and a larger displacement than a piezoelectric actuator.

【0055】以上説明したことにより、本実施の形態で
は、実施の形態1〜実施の形態4で述べた効果に加え、
電磁アクチュエータが大きな変位量を得られることか
ら、大きな液滴を噴射するのに非常に有利であるという
効果がある。 (実施の形態6)本発明の液体噴射装置における第6の
実施の形態について図12を用いて説明する。本実施の
形態は、実施の形態3と一部重複しているためその差異
について特に説明する。本実施の形態では、実施の形態
3とは、積層型圧電セラミックアクチュエータ201、
液体加圧室109の寸法、液体噴射素子の配列間隔、及
び、液体加圧室109の形状が異なる。更に、詳細に説
明すると、積層型圧電セラミックアクチュエータ201
は、幅5mm、長さ2.3mm、厚み100μmであ
る。また、隣接する素子の間隔は41μm程度としてお
り、1インチの幅あたり180個の素子が並ぶようにな
っている。液体加圧室109は内側の寸法(図12
(b))が横400μm、縦60μm、深さが400μ
mの直方体形状である。液体加圧室隔壁部分112は上
面から見た外形の形状(図12(b))が横500μ
m、幅100μmであり、液供給口115以外の部分が
低剛性層113を介して、ステンレス基板202と固着
している。また、液供給口115は左右2ヶ所設けられ
ている。
As described above, in this embodiment, in addition to the effects described in the first to fourth embodiments,
Since the electromagnetic actuator can obtain a large displacement, there is an effect that it is very advantageous to eject a large droplet. (Embodiment 6) A sixth embodiment of the liquid ejecting apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. The present embodiment partially overlaps with the third embodiment, so that differences will be particularly described. In the present embodiment, the third embodiment is different from the third embodiment in that
The size of the liquid pressurizing chamber 109, the arrangement interval of the liquid ejecting elements, and the shape of the liquid pressurizing chamber 109 are different. More specifically, the multilayer piezoelectric ceramic actuator 201
Has a width of 5 mm, a length of 2.3 mm, and a thickness of 100 μm. The spacing between adjacent elements is about 41 μm, and 180 elements are arranged in a line per inch. The liquid pressurizing chamber 109 has inner dimensions (FIG. 12).
(B)) is 400 μm wide, 60 μm long and 400 μm deep
m is a rectangular parallelepiped shape. The liquid pressurizing chamber partition portion 112 has an outer shape (FIG. 12B) of 500 μ
m, the width is 100 μm, and the portion other than the liquid supply port 115 is fixed to the stainless steel substrate 202 via the low rigidity layer 113. In addition, two liquid supply ports 115 are provided at left and right.

【0056】本実施の形態における液体噴射装置の噴射
方法は実施の形態1から実施の形態4と概略同様である
本実施の形態における液体噴射装置の噴射装置の特徴に
ついて説明する。実施の形態1から実施の形態4で説明
した特徴を有することに加え、更に、狭ピッチで液体噴
射素子が配置されており、噴射装置の素子数が多いとい
う特徴を有する。本実施の形態をとることで、階調数は
8〜12値と従来の圧電式の液体噴射装置と比べると、
向上するが、実施の形態3と比較すると劣る。しかしな
がら、狭ピッチで液体噴射素子が配置されており、印刷
速度の低下を抑制しながら高解像度印刷が実現できる。 (実施の形態7)本発明の液体噴射装置における第7の
実施の形態について、図13、及び図14を参照しなが
ら説明する。図13で(a)は断面図、(b)は上面図
である。また、図13(c)は液体加圧室109付近の
拡大図で、図14は液体噴射装置の斜視図である。図1
3、及び、図14で、101〜112、及び、114の
符号は、本実施の形態における説明の中で明記した以外
は、実施の形態1と概略同様の意味である。
The ejection method of the liquid ejection device according to the present embodiment is substantially the same as that of the first to fourth embodiments. The features of the ejection device of the liquid ejection device according to the present embodiment will be described. In addition to the features described in the first to fourth embodiments, liquid ejecting elements are arranged at a narrow pitch, and the number of elements of the ejecting device is large. By adopting the present embodiment, the number of gradations is 8 to 12 values and compared with the conventional piezoelectric liquid ejecting apparatus,
Although improved, it is inferior to the third embodiment. However, since the liquid ejecting elements are arranged at a narrow pitch, high-resolution printing can be realized while suppressing a decrease in printing speed. (Seventh Embodiment) A seventh embodiment of the liquid ejecting apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS. 13A is a sectional view, and FIG. 13B is a top view. FIG. 13C is an enlarged view of the vicinity of the liquid pressurizing chamber 109, and FIG. 14 is a perspective view of the liquid ejecting apparatus. FIG.
3, and reference numerals 101 to 112, and 114 in FIG. 14 have substantially the same meanings as those in the first embodiment, except for those specified in the description of the present embodiment.

【0057】本実施の形態における液体噴射装置の構
造、及び、寸法について説明する。圧電基板101は厚
み33μm、長さ2mm、幅200μmで、振動板10
2のアクチュエータ部分は、厚み67μm、長さ2m
m、幅200μmであり、互いに接着剤により接着さ
れ、圧電アクチュエータ103を形成している。隣接す
る素子の間隔は79μm程度で、1インチの幅あたり9
0個の素子が配置されている。樹脂シート104は、厚
み5μm程度で、振動板102、及び、液室形成用基板
105と接着剤、及び、圧着により接着されている。液
体流路108は長さ2mmで、深さは200μmであ
る。また、液体加圧室109は内径140μmφで深さ
が400μmであり、液体加圧室隔壁部分112は上面
から見た形状が外形200μm、内径140μmのドー
ナツ型となっている。噴射口形成用基板106は厚み4
0μmで、噴射口110の開口径は40μmである。ま
た、液室形成用基板105、及び、噴射口形成用基板1
06は接着剤により接着されている。また、間隙111
の長さg、つまり、樹脂シート104と液体加圧室隔壁
部分112との距離は圧電アクチュエータ103に電圧
を印加していない状態で10μm程度になっている。ま
た、研磨ストッパ用基板114は圧電基板101と同じ
厚み33μmとなっている。
The structure and dimensions of the liquid ejecting apparatus according to the present embodiment will be described. The piezoelectric substrate 101 has a thickness of 33 μm, a length of 2 mm, and a width of 200 μm.
The actuator part of No. 2 has a thickness of 67 μm and a length of 2 m
m, and a width of 200 μm, and are bonded to each other with an adhesive to form a piezoelectric actuator 103. The distance between adjacent elements is about 79 μm, and 9
Zero elements are arranged. The resin sheet 104 has a thickness of about 5 μm and is bonded to the vibration plate 102 and the liquid chamber forming substrate 105 by an adhesive and pressure bonding. The liquid channel 108 has a length of 2 mm and a depth of 200 μm. The liquid pressurizing chamber 109 has an inner diameter of 140 μmφ and a depth of 400 μm, and the liquid pressurizing chamber partition 112 has a donut shape with an outer shape of 200 μm and an inner diameter of 140 μm when viewed from the top. The ejection port forming substrate 106 has a thickness of 4
At 0 μm, the opening diameter of the injection port 110 is 40 μm. Further, the liquid chamber forming substrate 105 and the injection port forming substrate 1
Reference numeral 06 is adhered by an adhesive. Also, the gap 111
, That is, the distance between the resin sheet 104 and the partition wall portion 112 of the liquid pressurizing chamber is about 10 μm when no voltage is applied to the piezoelectric actuator 103. The polishing stopper substrate 114 has the same thickness of 33 μm as the piezoelectric substrate 101.

【0058】本実施の形態における液体噴射装置の製造
方法は概略実施の形態1と同じである。
The manufacturing method of the liquid ejecting apparatus according to the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment.

【0059】本実施の形態における液体噴射装置の液体
噴射方法について図15を参照しながら説明する。図1
5で(a)は電圧を印加していない状態での液体噴射素
子の断面図で、図15(b)は電圧を印加し、圧電アク
チュエータ103が変位し、液体噴射口110から液体
が噴射する際の液体噴射素子の断面図で、図15(c)
は圧電アクチュエータ103が液体加圧室隔壁部分11
2に最接近した際の液体加圧室109部の拡大図であ
る。以下説明する。液体噴射装置の液体タンク(図中に
は示されていない)から各素子の液体流路108に供給
された液体は毛細管現象、或いは、各室間の圧力差によ
り間隙111を通って液体加圧室109に供給される
(図15(a))。圧力差の発生は、圧電アクチュエー
タ103を動作させること、或いは、液体噴射口110
から吸引することなどによって行われる。圧電アクチュ
エータ103が液体加圧室隔壁部分112側(下側)に
屈曲変位すると、間隙111の長さgが初期の値よりも
小さくなる。この時、液体の粘性、隔壁材料の物性によ
り差はあるが、概ねgの値が10〜2μm程度となる
と、間隙111に充填されている液体の粘性により、液
体加圧室109は液体流路108と実質的に遮断された
状態となる(図15(c))。この時、間隙111は液
体が充填された状態となっており、この薄い液体層が液
体加圧室109から液体流路108への圧力の漏洩を防
ぐ圧力壁の役割を果たしている。つまり、液体加圧室1
09は液体流路108と実質的に遮断されているため、
液体流路108への圧力の漏れはほとんどなく、液体加
圧室109内の圧力のみが上昇する。以上の作用によっ
て、液体噴射口110から液体が噴射される(図15
(b))。噴射後は、液体加圧室109内の圧力が降下
するとともに、圧電アクチュエータ103が上側に変位
し、液体流路108から液体が再度供給される。液体加
圧室109への液体の供給方法は実施の形態1と同様で
あるが、実施の形態1に比べ、より円滑に液供給が行え
る。なお、図13(C)に示すように、液体加圧室10
9を形成する液体加圧隔壁部分112に他の開口部Sが
設けられていてもかまわない。
The liquid ejecting method of the liquid ejecting apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG.
5A is a sectional view of the liquid ejecting element in a state where no voltage is applied, and FIG. 15B is a diagram in which a voltage is applied, the piezoelectric actuator 103 is displaced, and the liquid is ejected from the liquid ejecting port 110. FIG. 15C is a cross-sectional view of the liquid ejecting element at the time.
Means that the piezoelectric actuator 103 is a liquid pressure chamber partition part 11
FIG. 3 is an enlarged view of a liquid pressurizing chamber 109 portion when the liquid pressure chamber 2 comes closest to FIG. This will be described below. The liquid supplied from the liquid tank (not shown in the drawing) of the liquid ejecting apparatus to the liquid flow path 108 of each element is subjected to capillary action or liquid pressure through the gap 111 due to a pressure difference between the chambers. It is supplied to the chamber 109 (FIG. 15A). The pressure difference is generated by operating the piezoelectric actuator 103 or by using the liquid ejection port 110.
It is performed by suctioning from the like. When the piezoelectric actuator 103 is bent and displaced toward the liquid pressure chamber partition wall portion 112 side (downward), the length g of the gap 111 becomes smaller than the initial value. At this time, although there is a difference depending on the viscosity of the liquid and the physical properties of the partition wall material, when the value of g is approximately 10 to 2 μm, the liquid pressurizing chamber 109 is formed by the viscosity of the liquid filled in the gap 111. 108 (see FIG. 15C). At this time, the gap 111 is in a state of being filled with the liquid, and the thin liquid layer plays a role of a pressure wall for preventing pressure from leaking from the liquid pressurizing chamber 109 to the liquid flow path 108. That is, the liquid pressurizing chamber 1
09 is substantially blocked from the liquid flow path 108,
There is almost no pressure leakage to the liquid flow path 108, and only the pressure in the liquid pressurizing chamber 109 increases. By the above operation, the liquid is ejected from the liquid ejection port 110 (FIG. 15).
(B)). After the ejection, the pressure in the liquid pressurizing chamber 109 decreases, the piezoelectric actuator 103 is displaced upward, and the liquid is supplied again from the liquid flow path 108. The method of supplying the liquid to the liquid pressurizing chamber 109 is the same as in the first embodiment, but the liquid can be supplied more smoothly than in the first embodiment. In addition, as shown in FIG.
Another opening S may be provided in the liquid pressurizing partition wall portion 112 that forms 9.

【0060】以上説明した本実施の形態の液体噴射装置
を用いると、変調幅は100以上、制御可能な階調数は
32値以上となり、従来の圧電式、及び、第1の比較
例、及び、実施の形態1と比べ、飛躍的に大きくなっ
た。
When the liquid ejecting apparatus of the present embodiment described above is used, the modulation width becomes 100 or more and the number of controllable gradations becomes 32 or more, and the conventional piezoelectric type, the first comparative example, However, compared to the first embodiment, the size is dramatically increased.

【0061】以上説明した本実施の形態における液体噴
射装置の構造についての特徴、及び、効果について説明
する。本実施の形態における液体噴射装置の構造上の特
徴は、実施の形態1で説明した特徴に加え、圧電アクチ
ュエータ103と液体加圧室109が所定の間隙をもっ
て分離しており、圧電アクチュエータ103の支持は、
液体加圧室109の内壁を構成する隔壁以外の部分で固
定されているという点である。また、圧電アクチュエー
タ103によって、液体加圧室109内をあらかじめ密
閉状態とする必要がないため、支持方法を通常用いられ
ている四方を支持する全周支持ではなく、変位の大きく
とれる両端支持とすることが可能であるということであ
る。また、実施の形態1と比較して、低剛性層113が
ないので、液体噴射時に液体加圧室109は液体流路1
08とほぼ完全に遮断された状態になり、液体流路10
8内の圧力上昇は更に小さくなる。従って、液体流路1
08内で圧電アクチュエータ103の変位を阻害する液
体から受ける反力は実施の形態1よりも更に小さくな
る。
The features and effects of the structure of the liquid ejecting apparatus according to the present embodiment described above will be described. The structural features of the liquid ejecting apparatus according to the present embodiment are the same as those described in the first embodiment, except that the piezoelectric actuator 103 and the liquid pressurizing chamber 109 are separated from each other with a predetermined gap. Is
The liquid pressurizing chamber 109 is fixed at a portion other than the partition wall constituting the inner wall. In addition, since the piezoelectric actuator 103 does not need to previously seal the inside of the liquid pressurizing chamber 109, the supporting method is not the full-circumferential support that normally supports the four sides, but the both-end support that can take a large displacement. That is possible. Also, as compared with the first embodiment, since the low-rigid layer 113 is not provided, the liquid pressurizing chamber 109 is in
08 and the liquid flow path 10
The pressure rise in 8 is even smaller. Therefore, the liquid flow path 1
The reaction force received from the liquid that hinders the displacement of the piezoelectric actuator 103 within 08 becomes even smaller than in the first embodiment.

【0062】以上のような特徴により、エネルギーの利
用効率も上がり、変調の幅が大きくとれる。また、大変
位特性を得られることから、大きい液滴の噴射に有利と
なり、変調の幅は更に大きくとれる。また、圧電アクチ
ュエータ103の剛性が比較的小さいにも関わらず、液
体加圧室109における低圧状態から高圧状態の切り替
わりの速度を速くすることが可能となる。つまり、圧力
の応答特性を良くすることが可能となり、小さい液滴の
噴射も可能となり、変調の幅は更に広がる。また、大変
位特性を得ることができることから、変位を精密に制御
する必要がないため、制御性も高くなる。更に、噴射後
の液体流路108、及び、液体加圧室109の圧力差が
大きいこと、間隙111が狭く毛細管現象による効果が
大きいことなどの理由により、噴射後の液体加圧室10
9への液体の供給能力が高くなり、圧電アクチュエータ
103を高速駆動しても液の供給が十分に追いつき、高
速印刷が可能となること、気泡が混入した場合でも、液
体噴射を行っているうちに脱泡が可能となることなどの
効果もある。なお、本実施の形態における液体噴射装置
は多階調印刷用として用いない場合でも、エネルギー利
用効率が高いという特徴から、液体噴射装置の消費電力
を低くすることができるという効果もある。なお、本実
施の形態では、実施の形態1と同じく液体流路108内
には液体が完全に充填されている必要はなく、液体加圧
室109へ液体が供給される程度満たされていればよ
い。本実施の形態では実施の形態1と異なり、低剛性層
113が存在しないので、この効果は非常に大きいもの
となる。
With the above features, the energy use efficiency is increased and the modulation width can be increased. Further, since a large displacement characteristic can be obtained, it is advantageous for ejecting large droplets, and the width of modulation can be further increased. In addition, it is possible to increase the speed of switching from the low pressure state to the high pressure state in the liquid pressurizing chamber 109 despite the relatively low rigidity of the piezoelectric actuator 103. In other words, it is possible to improve the pressure response characteristics, and it is also possible to eject small droplets, thereby further widening the modulation range. In addition, since large displacement characteristics can be obtained, there is no need to precisely control displacement, so controllability is also improved. Further, due to the large pressure difference between the liquid flow path 108 and the liquid pressurizing chamber 109 after the ejection, the narrow gap 111 and the large effect due to the capillary phenomenon, etc.,
9, the supply of liquid is sufficiently overtaken even when the piezoelectric actuator 103 is driven at a high speed, and high-speed printing is possible. There is also an effect that defoaming becomes possible. Note that, even when the liquid ejecting apparatus according to the present embodiment is not used for multi-tone printing, there is also an effect that the power consumption of the liquid ejecting apparatus can be reduced due to its high energy use efficiency. Note that, in the present embodiment, the liquid does not need to be completely filled in the liquid flow path 108 as in the first embodiment, and it is sufficient that the liquid is supplied to the liquid pressurizing chamber 109. Good. In the present embodiment, unlike the first embodiment, since the low-rigid layer 113 does not exist, this effect is very large.

【0063】なお、以上説明した実施の形態1〜実施の
形態7においては、振動板102として、主にステンレ
ス基板を用いたが、他の金属基板を用いても同様の効果
が得られる。また、金属基板を用いない場合でも、圧電
基板101と振動板102の間に導電性の材料を介すこ
とにより、同様の効果が得られる構造とすることができ
る。
In Embodiments 1 to 7 described above, a stainless steel substrate is mainly used as diaphragm 102, but similar effects can be obtained by using other metal substrates. Further, even when a metal substrate is not used, a structure can be obtained in which a similar effect can be obtained by interposing a conductive material between the piezoelectric substrate 101 and the vibration plate 102.

【0064】なお、以上説明した実施の形態1〜実施の
形態3、或いは、実施の形態7では、液体加圧部材とし
て、屈曲振動姿態の圧電アクチュエータであるユニモル
フアクチュエータを用いたが、バイモルフアクチュエー
タ、或いは、バイモルフアクチュエータを複数個、積み
重ねた構造のマルチモルフアクチュエータを用いても良
い。これにより、同様の外形であれば、得られる変位量
は更に増し、更に良好な大変位特性を得ることが可能と
なる。
In Embodiments 1 to 3 and Embodiment 7 described above, a unimorph actuator which is a piezoelectric actuator in a bending vibration mode is used as the liquid pressurizing member. Alternatively, a multimorph actuator having a structure in which a plurality of bimorph actuators are stacked may be used. As a result, if the outer shape is the same, the amount of displacement obtained is further increased, and it is possible to obtain more favorable large displacement characteristics.

【0065】なお、以上説明した実施の形態1〜実施の
形態4、或いは、実施の形態6、或いは、実施の形態7
では、液体加圧部材として圧電アクチュエータを用いた
が、電磁力を用いたアクチュエータなど他の駆動原理で
駆動するアクチュエータを用いても同様の効果が得られ
る。
The first to fourth embodiments, the sixth embodiment, or the seventh embodiment described above.
In the above, the piezoelectric actuator is used as the liquid pressurizing member, but the same effect can be obtained by using an actuator driven by another driving principle such as an actuator using electromagnetic force.

【0066】なお、以上説明した実施の形態1〜実施の
形態7では、液体噴射素子が複数連なった液体噴射装置
であったが、液体噴射素子の数はこれに限定されるもの
ではなく、少なくとも1つあれば、同様の効果が得られ
る。
In the first to seventh embodiments described above, the liquid ejecting apparatus has a plurality of liquid ejecting elements connected in series. However, the number of liquid ejecting elements is not limited to this. If there is one, the same effect can be obtained.

【0067】なお、以上説明した実施の形態1〜実施の
形態4、或いは、実施の形態6、或いは、実施の形態7
では圧電アクチュエータの構成材料として、圧電セラミ
ックを用いたが、単結晶ニオブ酸リチウム、単結晶タン
タル酸リチウム、単結晶ニオブ酸カリウムなどの圧電単
結晶材料を用いても良い。 (比較例)本発明の形態における液体噴射装置との比較
例について、図19を用いて説明する。本比較例は、通
常の圧電式の液体噴射装置についての特性を検証したも
のである。図19で701は圧電基板で、厚み、長さは
実施の形態7及び実施の形態12における圧電基板10
1と同様である。また圧電基板701は実施の形態7及
び実施の形態12における圧電基板101と異なり、幅
方向で隣接する素子ごとに分離されておらず、圧電基板
701の全周で保持されている。つまり、その両端で固
定されていることは当然であるが、図19における斜線
部においても下側の基板に固定されている。また、振動
板702のアクチュエータ部分も、厚み、長さは振動板
102と等しく、圧電基板701、及び、振動板702
は互いに接着剤により接着され、圧電アクチュエータ7
03を形成している。隣接する素子の間隔は79μm程
度で、これも実施の形態7及び実施の形態12における
液体噴射装置と同じである。液体加圧室709は長さ2
mmで、深さは200μmである。噴射口710の開口
部も実施の形態7及び実施の形態12における噴射口1
10と同じ寸法である。
The first to fourth embodiments, the sixth embodiment, or the seventh embodiment described above.
Although a piezoelectric ceramic is used as a constituent material of the piezoelectric actuator in the above, a piezoelectric single crystal material such as single crystal lithium niobate, single crystal lithium tantalate, single crystal potassium niobate may be used. Comparative Example A comparative example with the liquid ejecting apparatus according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this comparative example, the characteristics of a normal piezoelectric liquid ejecting apparatus are verified. In FIG. 19, reference numeral 701 denotes a piezoelectric substrate having a thickness and a length which are the same as those of the piezoelectric substrate
Same as 1. Further, unlike the piezoelectric substrate 101 in the seventh and twelfth embodiments, the piezoelectric substrate 701 is not separated for each element adjacent in the width direction and is held around the entire circumference of the piezoelectric substrate 701. In other words, it is natural that both ends are fixed, but the hatched portion in FIG. 19 is also fixed to the lower substrate. The actuator portion of the diaphragm 702 also has the same thickness and length as the diaphragm 102, and the piezoelectric substrate 701 and the diaphragm 702
Are bonded to each other with an adhesive, and the piezoelectric actuator 7
03 is formed. The distance between adjacent elements is about 79 μm, which is also the same as in the liquid ejecting apparatuses according to the seventh and twelfth embodiments. The liquid pressurizing chamber 709 has a length of 2
mm, and the depth is 200 μm. The opening of the injection port 710 is also the injection port 1 in the seventh and twelfth embodiments.
It has the same dimensions as 10.

【0068】本比較例では、加圧室709の断面積と圧
電アクチュエータ703の面積が等しい。また、本比較
例では、圧電アクチュエータ703は加圧室709を構
成する隔壁719と固定されている。
In this comparative example, the sectional area of the pressure chamber 709 is equal to the area of the piezoelectric actuator 703. Further, in this comparative example, the piezoelectric actuator 703 is fixed to the partition 719 forming the pressurizing chamber 709.

【0069】次に、本比較例の液体噴射装置を用いて、
液体の噴射実験を行ったところ、制御可能な階調数は2
〜4値程度であった。但し、印加する電圧の振幅値の上
限をVmaxとした。比較例はひとつだけで、図19と
しました。
Next, using the liquid ejecting apparatus of this comparative example,
A liquid injection experiment showed that the number of controllable gradations was 2
44 values. However, the upper limit of the amplitude value of the applied voltage was set to Vmax. Fig. 19 shows only one comparative example.

【0070】なお、本発明は、一般のインクジェットプ
リンタのみならず、ファクシミリ、ワードプロセッサ、
レジスター等の印刷機器を備えた機器と組み合わせて用
いてもよい。
The present invention is applicable not only to general inkjet printers but also to facsimile machines, word processors,
It may be used in combination with a device having a printing device such as a register.

【0071】また、工業製品への刻印や描画、薬液の塗
布など、製造ラインで用いる装置としても適用できる。
また、本発明の被記録媒体は、紙のみならず、金属、ガ
ラス、樹脂、陶器、木材、布、皮革などとしてもよい。
Further, the present invention can be applied as an apparatus used in a production line, such as engraving and drawing on an industrial product, application of a chemical solution, and the like.
The recording medium of the present invention is not limited to paper, but may be metal, glass, resin, pottery, wood, cloth, leather, or the like.

【0072】[0072]

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明の液体噴射装置の構造、及び、噴射方式を用いる
ことで、エネルギー利用効率が上昇し、液体加圧部材を
大変位に動作させることができ、液体加圧室内の圧力の
応答特性を向上させることができ、更には、良好な制御
性を有する装置を提供することが可能となる。以上のこ
とから、幅広い大きさの液滴を正確に噴射することが可
能となり、変調幅、階調数とも大きくなる。従って、多
階調な印刷を実現できる。また、本実施の形態における
液体噴射装置の製造方法を用いることで、安価で、高性
能な液体噴射装置を提供することも可能である。
As is apparent from the above description,
By using the structure of the liquid ejecting apparatus and the ejecting method of the present invention, the energy use efficiency is increased, the liquid pressurizing member can be operated with a large displacement, and the response characteristic of the pressure in the liquid pressurizing chamber is improved. And a device having good controllability can be provided. From the above, it is possible to accurately eject a wide range of droplets, and both the modulation width and the number of gradations increase. Therefore, multi-tone printing can be realized. Further, by using the method for manufacturing a liquid ejecting apparatus according to the present embodiment, it is also possible to provide an inexpensive and high-performance liquid ejecting apparatus.

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

【図1】本発明の第1の実施の形態における液体噴射装
置を示す図
FIG. 1 is a diagram showing a liquid ejecting apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施の形態における液体噴射装
置を示す図
FIG. 2 is a diagram showing a liquid ejecting apparatus according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1の実施の形態における液体噴射装
置の製造方法を示す図
FIG. 3 is a diagram illustrating a method of manufacturing the liquid ejecting apparatus according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1の実施の形態における液体噴射装
置の製造方法を示す図
FIG. 4 is a diagram illustrating a method of manufacturing the liquid ejecting apparatus according to the first embodiment of the present invention.

【図5】ユニモルフ型の圧電アクチュエータの動作原理
を示す図
FIG. 5 is a diagram showing the operating principle of a unimorph type piezoelectric actuator.

【図6】本発明の第1の実施の形態における液体噴射の
原理を示す図
FIG. 6 is a diagram showing the principle of liquid ejection according to the first embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第3の実施の形態における液体噴射装
置を示す図
FIG. 7 is a diagram illustrating a liquid ejecting apparatus according to a third embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第4の実施の形態における液体噴射装
置を示す図
FIG. 8 is a diagram illustrating a liquid ejecting apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第4の実施の形態における液体噴射装
置の液体加圧室近傍を示す図
FIG. 9 is a diagram showing the vicinity of a liquid pressurizing chamber of a liquid ejecting apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.

【図10】積層型圧電アクチュエータの動作原理を示す
FIG. 10 is a diagram showing the operation principle of a multilayer piezoelectric actuator.

【図11】本発明の第5の実施の形態における液体噴射
装置を示す図
FIG. 11 is a diagram showing a liquid ejecting apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第6の実施の形態における液体噴射
装置を示す図
FIG. 12 is a diagram illustrating a liquid ejecting apparatus according to a sixth embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第7の実施の形態における液体噴射
装置を示す図
FIG. 13 is a diagram illustrating a liquid ejecting apparatus according to a seventh embodiment of the present invention.

【図14】本発明の第7の実施の形態における液体噴射
装置を示す図
FIG. 14 is a diagram illustrating a liquid ejecting apparatus according to a seventh embodiment of the present invention.

【図15】本発明の第7の実施の形態における液体噴射
装置の液体噴射方法を示す図
FIG. 15 is a diagram illustrating a liquid ejecting method of a liquid ejecting apparatus according to a seventh embodiment of the present invention.

【図16】従来の熱式の液体噴射装置の構造、及び、噴
射原理を示す図
FIG. 16 is a view showing the structure of a conventional thermal liquid ejecting apparatus and the principle of ejection.

【図17】従来の圧電式の液体噴射装置の構造、及び、
噴射原理を示す図
FIG. 17 shows a structure of a conventional piezoelectric liquid ejecting apparatus, and
Diagram showing the principle of injection

【図18】本発明の第2の実施の形態における液体噴射
装置を示す図
FIG. 18 is a diagram illustrating a liquid ejecting apparatus according to a second embodiment of the present invention.

【図19】比較例を示す図。FIG. 19 is a diagram showing a comparative example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101:圧電セラミック基板 102:振動板 103:圧電アクチュエータ 104:樹脂シート 105:液室形成用基板 106:噴射口形成用基板 107:保持用基板 108:液体流路 109:液体加圧室 110:液体噴射口 101: piezoelectric ceramic substrate 102: diaphragm 103: piezoelectric actuator 104: resin sheet 105: liquid chamber forming substrate 106: ejection port forming substrate 107: holding substrate 108: liquid flow path 109: liquid pressurizing chamber 110: liquid Injection port

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小松 敦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 冨田 佳宏 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 川▲さき▼ 修 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 2C057 AF33 AF39 AF52 AG12 AG39 AG40 AG43 AG44 AG47 AG51 AP75 BA04 BA14 CA01  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Atsushi Komatsu 1006 Kazuma Kadoma, Osaka Prefecture Inside Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Inventor Yoshihiro Tomita 1006 Odaka Kazama Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. ( 72) Inventor Kawasaki Osamu 1006 Kazuma Kadoma, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.F-term (reference) 2C057 AF33 AF39 AF52 AG12 AG39 AG40 AG43 AG44 AG47 AG51 AP75 BA04 BA14 CA01

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも、液体加圧室と、前記液体加
圧室の一部に設けられた液体噴射口と、前記液体加圧室
に隣接して配置された液体加圧部材と、前記液体加圧室
に隣接して配置された液体流路とを備え、 前記液体加圧部材を駆動することにより、前記液体流路
から前記液体加圧室に供給されている液体を加圧するこ
とで、前記液体噴射口から液体を噴射する液体噴射装置
において、 前記液体加圧部材の変位方向を法線方向とする前記液体
加圧室の断面における面積が、前記液体加圧部材の面積
よりも小さいことを特徴とする液体噴射装置。
At least a liquid pressurizing chamber, a liquid ejection port provided in a part of the liquid pressurizing chamber, a liquid pressurizing member disposed adjacent to the liquid pressurizing chamber, and the liquid A liquid flow path disposed adjacent to the pressurizing chamber, and by driving the liquid pressurizing member, by pressurizing the liquid supplied from the liquid flow path to the liquid pressurizing chamber, In the liquid ejecting apparatus that ejects liquid from the liquid ejecting port, an area in a cross section of the liquid pressurizing chamber, where a displacement direction of the liquid pressurizing member is a normal direction, is smaller than an area of the liquid pressurizing member. A liquid ejecting apparatus characterized by the above-mentioned.
【請求項2】 前記液体加圧部材が、前記液体加圧部材
の両方の端部で、前記液体加圧室を構成する隔壁以外の
部分と固定されていることを特徴とする請求項1記載の
液体噴射装置。
2. The liquid pressurizing member is fixed at both ends of the liquid pressurizing member to portions other than a partition wall constituting the liquid pressurizing chamber. Liquid ejector.
【請求項3】 前記液体加圧室が1個または複数個の開
口部を有し、前記開口部の内、液体加圧部材に対向する
位置に存在する開口部の周縁部の全部と、前記液体加圧
部材の下面とは、所定の大きさの間隙を持って離隔して
配置されていることを特徴とする請求項1記載の液体噴
射装置。
3. The liquid pressurizing chamber has one or a plurality of openings, and all of the periphery of the opening existing at a position facing the liquid pressurizing member among the openings; The liquid ejecting apparatus according to claim 1, wherein the liquid ejecting apparatus is arranged so as to be separated from a lower surface of the liquid pressurizing member with a predetermined gap.
【請求項4】 前記液体加圧室が1個または複数個の開
口部を有し、前記開口部の内、液体加圧部材に対向する
位置に存在する開口部の周縁部の全部又は一部と、前記
液体加圧部材の下面とは、所定の部材を介して接触して
いることを特徴とする請求項1記載の液体噴射装置。
4. The liquid pressurizing chamber has one or a plurality of openings, and all or a part of a peripheral edge of the opening existing at a position facing the liquid pressurizing member among the openings. 2. The liquid ejecting apparatus according to claim 1, wherein the lower surface of the liquid pressurizing member is in contact with the lower surface of the liquid pressing member via a predetermined member.
【請求項5】 前記所定の部材とは、前記液体加圧部材
を構成する材料よりも低弾性率の材料からなる部材であ
ることを特徴とする請求項4記載の液体噴射装置。
5. The liquid ejecting apparatus according to claim 4, wherein the predetermined member is a member made of a material having a lower elastic modulus than a material forming the liquid pressurizing member.
【請求項6】 前記液体加圧手段が圧電アクチュエータ
であることを特徴とする請求項1記載の液体噴射装置。
6. The liquid ejecting apparatus according to claim 1, wherein said liquid pressurizing means is a piezoelectric actuator.
【請求項7】 前記圧電アクチュエータが、屈曲振動姿
態をとるバイモルフ構造、或いは、モノモルフ構造、或
いは、ユニモルフ構造となっていることを特徴とする請
求項6記載の液体噴射装置。
7. The liquid ejecting apparatus according to claim 6, wherein the piezoelectric actuator has a bimorph structure, a monomorph structure, or a unimorph structure in a bending vibration mode.
【請求項8】 前記圧電アクチュエータの主たる振動姿
態が、長さ振動姿態となるような構造となっていること
を特徴とする請求項6記載の液体噴射装置。
8. The liquid ejecting apparatus according to claim 6, wherein a main vibration mode of the piezoelectric actuator is a length vibration mode.
【請求項9】 前記圧電アクチュエータを構成する圧電
材料が圧電セラミック材料であることを特徴とする請求
項6記載の液体噴射装置。
9. The liquid ejecting apparatus according to claim 6, wherein the piezoelectric material forming the piezoelectric actuator is a piezoelectric ceramic material.
【請求項10】 請求項5に記載の液体噴射装置を利用
して液体を噴射する方法において、 前記液体加圧部材を駆動することにより、前記液体加圧
部材よりも剛性の小さい介在部材を変形させ、実質的な
前記液体加圧室の体積を変化させて前記液体加圧室内の
液体を加圧し、前記液体噴射口から液体を噴射すること
を特徴とする液体噴射方法。
10. A method for injecting liquid using the liquid ejecting apparatus according to claim 5, wherein the liquid pressurizing member is driven to deform an interposed member having a smaller rigidity than the liquid pressurizing member. A liquid ejecting method, wherein the liquid in the liquid pressurizing chamber is pressurized by changing a substantial volume of the liquid pressurizing chamber, and the liquid is ejected from the liquid ejecting port.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2009031538A1 (en) * 2007-09-05 2009-03-12 Alps Electric Co., Ltd. Electrostriction actuator
JPWO2020170962A1 (en) * 2019-02-18 2021-12-23 株式会社バルカー Piezoelectric sensor and manufacturing method of piezoelectric sensor

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