JP2008119871A - Liquid delivering head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高分子圧電素子材料を用いて、十分な吐出圧力および吐出速度でインクなどの液滴を吐出させることのできるインクジェットヘッドなどの液体吐出ヘッドに関するものである。 The present invention relates to a liquid discharge head such as an ink jet head capable of discharging droplets such as ink using a polymer piezoelectric element material at a sufficient discharge pressure and discharge speed.
インクジェットプリンタのインクジェットヘッドとしては、圧電素子を用いてインク液滴を吐出させるように構成された圧電型のインクジェットヘッドが知られている。特許文献1、2には、PZT素子(チタン酸ジルコン酸鉛)を用いてインク液滴を吐出させるインクジェットヘッドが開示されている。また、近年においては、医療、バイオテクノロジーなどの分野においても、薬液、試液などの供給、分注などに、インクジェットヘッドと同様な構造の液体吐出ヘッドを用いる試みがなされている。
As an inkjet head of an inkjet printer, a piezoelectric inkjet head configured to eject ink droplets using a piezoelectric element is known.
ここで、PZT素子は、インク吐出圧力を決める圧電定数およびヤング率が共に他の多くの強誘電体(圧電体)の中で最も大きく、インク液滴を吐出させるための圧力発生用のアクチュエータとしては最適な材料である。PZT素子を用いたインクジェットヘッド用のアクチュエータとしては、PZT素子の変位を撓みに変換するユニモルフ構造のもの、PZT素子によって直接にインク流路(インク圧力室)を加圧してインク吐出圧力を発生させる構造のもの、ピエゾ素子により形成したインク流路の側壁を面外方向に撓めてインク流路を加圧する構造のものなどが提案されている。 Here, the PZT element has the largest piezoelectric constant and Young's modulus that determine the ink discharge pressure, among many other ferroelectrics (piezoelectric bodies), and serves as a pressure generating actuator for discharging ink droplets. Is the optimal material. As an actuator for an inkjet head using a PZT element, an actuator having a unimorph structure that converts the displacement of the PZT element into a flexure, and an ink discharge pressure is generated by directly pressurizing the ink flow path (ink pressure chamber) with the PZT element. A structure having a structure in which a side wall of an ink flow path formed by a piezoelectric element is bent in an out-of-plane direction to pressurize the ink flow path has been proposed.
しかしながら、PZT素子は酸化物ではあるが鉛を含有しているので、安全性および環境汚染を考慮した製造から廃棄までの処理工程が要求される。また、PZT素子はセラミックス製であるので、1000℃を超える高温の焼成工程を必要とし、環境負荷が大きいという問題もある。 However, since the PZT element contains lead although it is an oxide, processing steps from manufacture to disposal in consideration of safety and environmental pollution are required. Further, since the PZT element is made of ceramics, there is a problem that a high temperature firing process exceeding 1000 ° C. is required and the environmental load is large.
このようなピエゾ素子の課題を解決するために、ポリフッ化ビニリデン共重合体などの高分子圧電素子材料を用いてアクチュエータを構成することが考えられる。例えば、フッ化ビニリデンと三フッ化エチレンの共重合体を延伸し、しかる後にキュリー温度以上の常誘電相で結晶化すると強誘電性高分子が得られ、この高分子に高電場を印加して分極すると、圧電性・焦電性高分子が得られることが知られている。特許文献3にはこのような高分子圧電素子材料を用いたプリンターヘッドが開示されている。
しかしながら、高分子圧電素子材料は、PZT素子などの強誘電体に比べて、圧電定数およびヤング率が著しく低いという問題点がある。このため、高分子圧電素子材料を用いてインク液滴吐出圧力を発生させるためのアクチュエータを構成しても、十分な吐出圧力および吐出速度で十分な量のインク液滴を吐出できるインクジェットヘッドを得ることが困難である。 However, the polymer piezoelectric element material has a problem that the piezoelectric constant and Young's modulus are remarkably low as compared with a ferroelectric such as a PZT element. Therefore, an inkjet head capable of ejecting a sufficient amount of ink droplets at a sufficient ejection pressure and ejection speed even when an actuator for generating ink droplet ejection pressure using a polymer piezoelectric element material is obtained. Is difficult.
例えば、特許文献3に開示のプリンターヘッドにおいては、P(VDF−TrFE)からなるチューブの外周面の離れた部位に一対の電極を形成し、電界を印加してインキ滴を吐出させるようにしている。すなわち、ここに開示のアクチュエータはスクイズ型と呼ばれるものであり、チューブに2ヶ所の収縮部を設け、収縮の時間差を利用してチューブ内に脈状の圧力を発生させてインキ滴を吐出している。しかしながら、この構造のアクチュエータでは十分なインク吐出圧力を得ることができず、充分な吐出速度で所望量のインク液滴を吐出させることができない。
For example, in the printer head disclosed in
本発明の課題は、この点に鑑みて、高分子圧電素子材料を用いて十分な液滴吐出圧力を発生させ、十分な吐出速度で必要量の液滴を吐出させることのできるインクジェットヘッドなどの液体吐出ヘッドを提案することにある。 In view of this point, an object of the present invention is to generate a sufficient droplet discharge pressure using a polymer piezoelectric element material and to discharge a necessary amount of droplets at a sufficient discharge speed. It is to propose a liquid discharge head.
上記の課題を解決するために、本発明の液体吐出ヘッドは、
高分子圧電素子材料から形成した筒状の圧電体枠と、
この圧電体枠の一方の開口端を封鎖している第1の剛性板と、
この圧電体枠の他方の開口端を封鎖している第2の剛性板と、
前記第1および第2の剛性板によって封鎖された前記圧電体枠の内部に形成されている液体流路と、
この液体流路に液体を供給するために前記第1剛性板に形成されている液体供給孔と、
前記液体流路に供給された液体を液滴として吐出させるために前記第2剛性板に形成されている液滴吐出ヘッドとを有し、
前記圧電体枠は、その内外周面に沿った面内方向に変位することを特徴としている。
In order to solve the above problems, the liquid ejection head of the present invention is
A cylindrical piezoelectric frame formed from a polymeric piezoelectric element material;
A first rigid plate sealing one open end of the piezoelectric body frame;
A second rigid plate sealing the other open end of the piezoelectric frame;
A liquid flow path formed inside the piezoelectric body frame sealed by the first and second rigid plates;
A liquid supply hole formed in the first rigid plate for supplying liquid to the liquid flow path;
A liquid droplet discharge head formed on the second rigid plate for discharging the liquid supplied to the liquid flow path as liquid droplets;
The piezoelectric frame is characterized by being displaced in an in-plane direction along the inner and outer peripheral surfaces thereof.
本発明の液体吐出ヘッドでは、インク流路の外周壁部分が高分子圧電素子材料からなる圧電体枠から形成されており、この圧電体枠は両端の第1および第2の剛性板を接近および離間させる方向に変位するように構成されている。単位体積当りの変位力は、ピエゾ素子に比べて高分子圧電素子材料は約300分の1と極めて小さい。しかし、本発明ではインク流路の外周壁部分の全体を高分子圧電素子材料からなる圧電体としてあるので、従来におけるピエゾ素子を用いたユニモルフ構造などのアクチュエータに比べて圧電体の体積を300倍以上にすることができる。 In the liquid discharge head of the present invention, the outer peripheral wall portion of the ink flow path is formed of a piezoelectric frame made of a polymer piezoelectric element material, and this piezoelectric frame approaches the first and second rigid plates at both ends. It is configured to be displaced in the direction of separation. The displacement force per unit volume is extremely small, about 1/300, for a polymer piezoelectric element material compared to a piezoelectric element. However, in the present invention, since the entire outer peripheral wall portion of the ink flow path is a piezoelectric body made of a polymer piezoelectric element material, the volume of the piezoelectric body is 300 times that of a conventional actuator such as a unimorph structure using a piezoelectric element. This can be done.
さらに、圧電体枠はその面内方向に伸縮するので、これに伴って、両端の第1および第2の剛性板が接近および離間する方向に変位し、また、圧電体枠自体が収縮によって内方に撓むので、圧電体枠および第1および第2の剛性板によって囲まれている液体流路の容積を十分に増減させ、液滴吐出に必要な十分な圧力変動を発生させることができる。 Further, since the piezoelectric frame expands and contracts in the in-plane direction, the first and second rigid plates at both ends are displaced in a direction approaching and separating from the piezoelectric frame, and the piezoelectric frame itself contracts due to contraction. Therefore, the volume of the liquid channel surrounded by the piezoelectric body frame and the first and second rigid plates can be sufficiently increased and decreased to generate sufficient pressure fluctuations necessary for droplet discharge. .
これに加えて、従来のピエゾ素子を用いたアクチュエータの場合には、ピエゾ素子の微小な変位をロス無く確実にインク流路の容積変化を引き起こすように伝達するために、ピエゾ素子を支持し、その変位に伴う反力を受けるための支持構造が必要であったが、本発明によればそのような支持構造が不要である。 In addition to this, in the case of an actuator using a conventional piezo element, in order to transmit a small displacement of the piezo element so as to cause a volume change of the ink flow path without loss, the piezo element is supported, Although a support structure for receiving the reaction force accompanying the displacement is necessary, according to the present invention, such a support structure is unnecessary.
ここで、圧電体枠は、高分子圧電素子材料からなる高分子圧電フィルムを枠状に多重に巻くことにより構成することができる。この場合には、高分子圧電フィルムの両面にそれぞれ電極薄膜を積層したものを、絶縁薄膜を挟み、筒状枠となるように多重に巻きつければよい。 Here, the piezoelectric frame can be formed by winding a polymer piezoelectric film made of a polymer piezoelectric element material in a frame shape. In this case, what laminated | stacked the electrode thin film on both surfaces of the polymer piezoelectric film should just be wound in multiple so that an insulating thin film may be pinched | interposed and it may become a cylindrical frame.
本発明では、筒状枠を変位させるために100〜800Vの高電圧を当該圧電体枠に印加する高電圧印加手段を有していることを特徴としている。高電圧を印加することにより十分な変位を発生させることができ、これによって、十分な液滴吐出圧力を確保できる。 The present invention is characterized by having high voltage applying means for applying a high voltage of 100 to 800 V to the piezoelectric frame in order to displace the cylindrical frame. By applying a high voltage, a sufficient displacement can be generated, and thereby a sufficient droplet discharge pressure can be secured.
すなわち、高分子圧電素子材料、例えば、P(VDF/TrFE)の坑電界は400〜450KV/cmである。高分子圧電フィルムの厚みを5μmとすると、印加電圧を200V以下とする必要がある。高分子圧電フィルムの厚みを20μmとすると、坑電界を超えないためには800V以下の印加電圧で駆動する必要がある。ここで、十分な量の液滴を吐出させるための駆動力を発生させるためには圧電体枠の厚みを1mm以上とすることが望ましい。したがって、20μm厚の高分子圧電フィルムを50回巻きつけて、厚さ1mmの圧電体枠を形成した場合には800V以下で駆動し、5μm厚の高分子圧電フィルムを200回巻きつけて、厚さ1mmの圧電体枠を形成した場合には200V以下で駆動すればよい。大きな駆動力を得るためには、圧電体枠を、坑電界400〜450KV/cmを超えない範囲内においてなるべく高い電界で駆動すればよい。 That is, the mine electric field of the polymer piezoelectric element material, for example, P (VDF / TrFE) is 400 to 450 KV / cm. When the thickness of the polymer piezoelectric film is 5 μm, the applied voltage needs to be 200 V or less. When the thickness of the polymer piezoelectric film is 20 μm, it is necessary to drive with an applied voltage of 800 V or less so as not to exceed the well electric field. Here, in order to generate a driving force for ejecting a sufficient amount of droplets, it is desirable that the thickness of the piezoelectric body frame be 1 mm or more. Therefore, when a polymer piezoelectric film having a thickness of 20 μm is wound 50 times to form a piezoelectric frame having a thickness of 1 mm, the piezoelectric film is driven at 800 V or less, and a polymer piezoelectric film having a thickness of 5 μm is wound 200 times to obtain a thickness. When a 1 mm-thick piezoelectric body frame is formed, it may be driven at 200 V or less. In order to obtain a large driving force, the piezoelectric frame may be driven with as high an electric field as possible within a range not exceeding 400 to 450 KV / cm.
圧電体枠を高分子圧電フィルムから形成する代わりに、圧電体枠を高分子圧電素子材料からなる射出成形枠とすることもできる。この場合には、射出成形枠の内周面および外周面に、それぞれ電極を形成すればよい。この場合、圧電体枠の外周面および内周面を絶縁薄膜で覆うことが望ましい。 Instead of forming the piezoelectric frame from a polymer piezoelectric film, the piezoelectric frame can be an injection-molded frame made of a polymer piezoelectric element material. In this case, electrodes may be formed respectively on the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the injection molding frame. In this case, it is desirable to cover the outer peripheral surface and inner peripheral surface of the piezoelectric body frame with an insulating thin film.
ここで、圧電体枠の厚さを少なくとも1mmとした場合には、圧電体枠を変位させるために10000〜40000Vの高電圧を当該圧電体枠に印加する高電圧印加手段を有していることが望ましい。高電圧を印加することにより十分な変位を発生させることができ、これによって、十分な液滴吐出圧力を確保できる。 Here, when the thickness of the piezoelectric body frame is at least 1 mm, it has high voltage applying means for applying a high voltage of 10,000 to 40,000 V to the piezoelectric body frame in order to displace the piezoelectric body frame. Is desirable. By applying a high voltage, a sufficient displacement can be generated, and thereby a sufficient droplet discharge pressure can be secured.
一方、本発明で用いる高分子圧電素子材料はポリフッ化ビニリデン共重合体を含むものとすることができる。ポリフッ化ビニリデン共重合体としては次のいずれかを用いることができる。
ポリフッ化ビニリデン三フッ化エチレン(P(VDF−TrFE))
ポリフッ化ビニリデン四フッ化エチレン(P(VDF−TFE))
ポリフッ化ビニリデン三フッ化エチレン
(ヘキサフルオロプロピレンP(VDETFE−HFE)
ポリフッ化ビニリデン(ヘキサフルオロプロピレンP(VDF−HFE))
On the other hand, the polymeric piezoelectric element material used in the present invention may contain a polyvinylidene fluoride copolymer. Any of the following can be used as the polyvinylidene fluoride copolymer.
Polyvinylidene fluoride ethylene trifluoride (P (VDF-TrFE))
Polyvinylidene fluoride tetrafluoride ethylene (P (VDF-TFE))
Polyvinylidene fluoride trifluoride ethylene
(Hexafluoropropylene P (VDETFE-HFE)
Polyvinylidene fluoride (hexafluoropropylene P (VDF-HFE))
特に、ポリフッ化ビニリデン三フッ化エチレン(P(VDF−TrFE))は、延伸処理を行うことなく圧電効果を発揮するので、製造が容易であるという利点がある。 In particular, polyvinylidene fluoride trifluoride ethylene (P (VDF-TrFE)) has an advantage of being easy to manufacture because it exhibits a piezoelectric effect without performing a stretching treatment.
本発明の液体吐出ヘッドでは、インク流路の外周壁部分の全体を、高分子圧電素子材料からなる面内方向に伸縮する圧電体枠によって形成し、この圧電体枠の両端に、インク供給穴が形成された第1の剛性体および液滴吐出ノズルが形成された第2の剛性体を貼り付けてある。したがって、従来の圧電素子を用いた液滴吐出力を発生するためのアクチュエータに比べて圧電素子の体積を格段に増加させることができる。よって、圧電定数およびヤング率が極めて小さな高分子圧電材料からなる圧電素子を用いて、十分な液滴吐出圧力を発生することができるので、充分な液滴吐出速度で所望量の液滴を吐出可能な液体吐出ヘッドを実現できる。 In the liquid discharge head of the present invention, the entire outer peripheral wall portion of the ink flow path is formed by a piezoelectric frame that extends and contracts in the in-plane direction made of a polymer piezoelectric element material, and ink supply holes are formed at both ends of the piezoelectric frame. And a second rigid body on which a droplet discharge nozzle is formed are pasted. Therefore, the volume of the piezoelectric element can be remarkably increased as compared with the actuator for generating the droplet discharge force using the conventional piezoelectric element. Therefore, it is possible to generate a sufficient droplet discharge pressure using a piezoelectric element made of a polymer piezoelectric material having an extremely small piezoelectric constant and Young's modulus, so that a desired amount of droplets can be discharged at a sufficient droplet discharge speed. A possible liquid discharge head can be realized.
以下に、図面を参照して本発明を適用した液体吐出ヘッドの実施の形態を説明する。 Embodiments of a liquid discharge head to which the present invention is applied will be described below with reference to the drawings.
図1は本実施の形態に係るインクジェットヘッドを示す斜視図であり、図2はそのA−A線で切断した部分を示す縦断面図であり、図3はその分解斜視図である。本実施の形態に係るインクジェットヘッド1は、高分子圧電素子材料から形成した細長い矩形筒状の圧電体枠2と、この圧電体枠2の一方の開口端2aを封鎖している矩形の第1の剛性板3と、圧電体枠2の反対側の開口端2bを封鎖している矩形の第2の剛性板4とを備えている。これら圧電体枠2および第1、第2の剛性板3、4の内部には、液密状態のインク流路5が区画形成されている。
FIG. 1 is a perspective view showing an ink jet head according to the present embodiment, FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a portion cut along the line AA, and FIG. 3 is an exploded perspective view thereof. The
第1の剛性板3は、その長辺方向の一方の端部が厚肉となっており、この部分には、その内側表面31から厚さ方向に垂直に延びる円形の孔32が形成されている。この孔32は、第1の剛性板3の端面33から突出しているインク導入管34に連通している。本例では、孔32には、インク供給用のオリフィス35が形成されている挿入管36が圧入されており、外部のインク供給源(図示せず)からのインクが、インク導入管34およびオリフィス35を介してインク流路5に供給されるようになっている。
The first
圧電体枠2の反対側の開口端2bに取付けられている第2の剛性板4には、その内側表面に一定深さのインク流路溝41が形成されている。このインク流路溝41は、インク供給用のオリフィス35とは反対側の端部分の底部が深くなっており、当該部分の底面にはインク供給孔42が形成されている。インク供給孔42の外側開口が位置している第2の剛性板4の突出端面43にはノズルプレート6が貼り付けられており、このノズルプレート6を貫通する状態に形成したインクノズル61の後端開口がインク供給孔42に同軸状態で連通している。
The second rigid plate 4 attached to the opening
第1および第2の剛性板3、4としてはプラスチックの射出成形品を用いることができる。例えば、PSF、PES、POM、ABS、PCなどの素材を用いることができる。ノズルプレート6にはシリコンなどの半導体基板、プラスチック板などを用いることができる。半導体基板にはエッチングによりインクノズル61を形成すればよく、プラスチック板の場合にはレーザー加工によってインクノズル61を形成すればよい。
As the first and second
圧電体枠2は次に述べるように高分子圧電フィルムを多層に巻くことにより形成されたものであり、その外周側の端部分は外方に引き出されて電極端子部7とされている。この電極端子部7には、高電圧発生回路等からなる高電圧印加手段8によって800〜1000Vの高電圧が印加されるようになっている。
The
図4(a)および(b)は高分子圧電素子材料から形成されている圧電体枠2を示す斜視図および部分断面図である。本例の圧電体枠2は、P(VDF−TrFE)共重合体からなる高分子圧電フィルム21の内側面および外側面に内側電極薄膜22および外側電極薄膜23が積層された構造の積層体を、絶縁薄膜24を挟み矩形枠状に多重に巻きつけて形成したものである。例えば、高分子圧電フィルム21の両面に内側電極薄膜22および外側電極薄膜23を形成し、さらに、外側電極薄膜23の表面に絶縁薄膜24を積層した構成の積層体20を多重に巻き付けて接着固定することにより得られたものである。
4A and 4B are a perspective view and a partial cross-sectional view showing the
このようにして積層体20からなる矩形筒状の枠体を、加熱して再結晶化させ、しかる後に、電極間に直流高電圧を印加して分極処理を行うことにより圧電体枠2が得られる。本例では、この圧電体枠2の内周面を絶縁薄膜25によって覆うようにしている。
In this way, the rectangular cylindrical frame made of the laminate 20 is heated and recrystallized, and then a high voltage direct current is applied between the electrodes to perform polarization treatment, thereby obtaining the
電極薄膜材料としては、Au、Al、Crなどの金属材料を用いることができ、かかる金属材料をスパッタリング、蒸着、CVD法などによって高分子圧電フィルム21の表面に積層することができる。絶縁薄膜としてはSiO2などの金属酸化膜、有機材料からなる薄膜を用いることができる。
As the electrode thin film material, a metal material such as Au, Al, or Cr can be used, and the metal material can be laminated on the surface of the
このように構成した圧電体枠2の最も外周側に巻き付けられている積層体20の端部は、上述のように外方に引き出されて電極端子部7とされている。この電極端子部7の部分では高分子圧電フィルム21の両側の電極薄膜22、23が露出しており、当該露出部分に、高電圧印加手段8によって高電圧が印加されるようになっている。高分子圧電フィルム21は、電界印加方向に垂直な方向に収縮する。すなわち、高分子圧電フィルム21の表面に垂直な方向に電界が印加されるので、当該高分子圧電フィルム21はその面内方向に収縮し、圧電体枠2は図4(a)において矢印a〜hで示すように、その内外周面に沿った面内方向に収縮する。
The end portion of the
本発明の発明者等は、5μmの厚さのP(VDF−TrFE)共重合体からなる高分子圧電フィルム21の両面にAuからなる内側電極薄膜22および外側電極薄膜23を形成し、外側電極薄膜23をSiO2からなる絶縁薄膜24で覆った構成の積層体20(厚さが略5.1μm)を、矩形枠状に120回巻きつけることにより、厚さTが略0.612mmの圧電体枠2を作製した。また、図4(a)に示すように、圧電体枠2の高さHを5〜8mmとし、その内側のインク流路5の長さLを8mm、幅Wを1.5mmとした。
The inventors of the present invention form an inner electrode
この寸法の圧電体枠2を約140℃で過熱して再結晶化させた。次に、内側電極22および外側電極23に4000V前後の直流高電圧を印加して分極処理を行った。この後に、圧電体枠2の内周面に絶縁薄膜25を形成した。最後に、圧電体枠2に第1の剛性板3と、ノズルプレート6が貼り付けられている第2の剛性板4を取付けて、インクジェットヘッド1を得た。
The
このインクジェットヘッド1の圧電体枠2に高電圧印加手段8によって100〜200Vの高電圧を印加した。この結果、圧電体枠2の収縮により第1および第2の剛性板3、4が相互に接近する方向に変位し、インク流路5の容積が減少して内圧が上昇して、インクノズル61から約1000ピコリットルのインク液滴を吐出できることが確認された。また、圧電体枠2の厚みTを1mm以上とすることにより、十分なインク液滴の吐出量を確保できることが確認された。
A high voltage of 100 to 200 V was applied to the
(圧電体枠の別の例)
図5(a)および(b)は圧電体枠2の別の例を示す斜視図および部分断面図である。本例の圧電体枠2Aは、P(VDF−TrFE)共重合体からなる高分子圧電素子材料を用いた射出成形品である。この場合には、圧電体枠2Aの枠本体20Aを射出成形により製作した後に、その内周面および外周面を覆う状態に、内側電極薄膜22Aおよび外側電極薄膜23Aを形成する。しかる後に、高温で加熱して再結晶化させた後に、電極間に直流高電圧を印加して分極処理を行う。次に、内側電極22Aおよび外側電極23Aを覆う状態に内側絶縁薄膜25Aおよび外側絶縁薄膜24Aを形成する。最後に、圧電体枠2Aの両端に第1および第2の剛性板3、4を取付けることでインクジェットヘッドが得られる。
(Another example of a piezoelectric frame)
FIGS. 5A and 5B are a perspective view and a partial cross-sectional view showing another example of the
ここで、圧電体枠2Aとして厚さが1mmのものを製造し、圧電体枠2Aを変位させるために10000〜40000Vの高電圧を当該圧電体枠に印加したところ、十分な変位を発生させることができ、これによって、十分な液滴吐出圧力を確保できることが確認された。
Here, when a
なお、電極材料、絶縁材料は圧電体枠2の場合と同様な材料を用いることができ、それらの成膜方法も圧電体枠2の場合と同様な方法を用いることができる。
The electrode material and the insulating material can be the same materials as in the
また、第1および第2の剛性板3、4の一方あるいは両方を、射出成形により、圧電体枠2Aの枠本体20と一体に成形することも可能である。この場合には、枠本体20と同一材料を用いて射出成形することができる。あるいは、異なる材料を用いて二色成形によりこれらの部分を一体に成形することもできる。
Further, one or both of the first and second
(その他の実施の形態)
なお、上記の各例では、圧電体枠2、2Aの内周面および外周面が絶縁薄膜で覆われている。例えば、使い捨て式の場合には内側の絶縁薄膜を省略することができる。
(Other embodiments)
In each of the above examples, the inner and outer peripheral surfaces of the piezoelectric body frames 2 and 2A are covered with an insulating thin film. For example, in the case of a disposable type, the inner insulating thin film can be omitted.
また、高分子圧電素子材料としては、P(VDF−TrFE)共重合体以外に、次のようなポリフッ化ビニリデン共重合体を用いることができる。
ポリフッ化ビニリデン四フッ化エチレン(P(VDF−TFE))
ポリフッ化ビニリデン三フッ化エチレン
(ヘキサフルオロプロピレンP(VDETFE−HFE)
ポリフッ化ビニリデン(ヘキサフルオロプロピレンP(VDF−HFE))
In addition to the P (VDF-TrFE) copolymer, the following polyvinylidene fluoride copolymer can be used as the polymer piezoelectric element material.
Polyvinylidene fluoride tetrafluoride ethylene (P (VDF-TFE))
Polyvinylidene fluoride trifluoride ethylene
(Hexafluoropropylene P (VDETFE-HFE)
Polyvinylidene fluoride (hexafluoropropylene P (VDF-HFE))
さらに、上記の例は本発明をインクジェットヘッドに適用したものであるが、本発明は薬液、試液などのインク以外の液体を供給するための液体吐出ヘッドにも同様に適用可能である。 Furthermore, although the above example is one in which the present invention is applied to an ink jet head, the present invention can be similarly applied to a liquid discharge head for supplying a liquid other than ink such as a chemical liquid or a test liquid.
1 インクジェットヘッド、2 圧電体枠、2a,2b 開口端、3 第1の剛性板、4 第2の剛性板、5 インク流路、6 ノズルプレート、7 電極端子部、8 高電圧印加手段、20 枠本体、20A 枠本体、21 高分子圧電フィルム、22,22A 内側電極薄膜、23,23A 外側電極薄膜、24,24A,25,25A 絶縁薄膜、31 内側表面、32 穴、33 端面、34 インク導入管、35 オリフィス、36 挿入管、41 インク流路溝、42 インク供給孔、43 突出端面、61 インクノズル
DESCRIPTION OF
Claims (9)
この圧電体枠の一方の開口端を封鎖している第1の剛性板と、
この圧電体枠の他方の開口端を封鎖している第2の剛性板と、
これら第1および第2の剛性板によって封鎖された前記圧電体枠の内部に形成されている液体流路と、
この液体流路に液体を供給するために前記第1剛性板に形成されている液体供給孔と、
前記液体流路に供給された液体を液滴として吐出させるために前記第2剛性板に形成されている液滴吐出ヘッドとを有し、
前記圧電体枠は、その内外周面に沿った面内方向に変位することを特徴とする高分子圧電素子材料を用いた液体吐出ヘッド。 A cylindrical piezoelectric frame formed from a polymeric piezoelectric element material;
A first rigid plate sealing one open end of the piezoelectric body frame;
A second rigid plate sealing the other open end of the piezoelectric frame;
A liquid flow path formed inside the piezoelectric body frame sealed by the first and second rigid plates;
A liquid supply hole formed in the first rigid plate for supplying liquid to the liquid flow path;
A liquid droplet discharge head formed on the second rigid plate for discharging the liquid supplied to the liquid flow path as liquid droplets;
The liquid discharge head using a polymer piezoelectric element material, wherein the piezoelectric body frame is displaced in an in-plane direction along an inner and outer peripheral surface thereof.
前記圧電体枠は、
前記高分子圧電素子材料からなる高分子圧電フィルムおよび、この高分子圧電フィルムの両面に形成した電極薄膜からなる積層体を、絶縁薄膜を挟み、筒状枠となるように多層に巻くことにより形成されたものであることを特徴とする液体吐出ヘッド。 In claim 1,
The piezoelectric body frame is
Formed by winding a polymer piezoelectric film composed of the polymer piezoelectric element material and a laminate composed of electrode thin films formed on both sides of the polymer piezoelectric film in multiple layers so as to form a cylindrical frame with an insulating thin film interposed therebetween A liquid discharge head characterized by being made.
前記高分子圧電フィルムの厚さが5〜20μmであり、
前記圧電体枠を変位させるために100〜800Vの高電圧を当該圧電体枠に印加する高電圧印加手段を有していることを特徴とする液体吐出ヘッド。 In claim 2,
The polymer piezoelectric film has a thickness of 5 to 20 μm,
A liquid discharge head comprising high voltage applying means for applying a high voltage of 100 to 800 V to the piezoelectric frame in order to displace the piezoelectric frame.
前記圧電体枠は、前記高分子圧電素子材料を用いて形成した射出成形枠であり、
この射出成形枠の内周面および外周面には、それぞれ電極が形成されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。 In claim 1,
The piezoelectric frame is an injection-molded frame formed using the polymer piezoelectric element material,
A liquid discharge head, wherein electrodes are respectively formed on an inner peripheral surface and an outer peripheral surface of the injection molding frame.
前記圧電体枠の外周面および内周面は絶縁薄膜で覆われていることを特徴とする液体吐出ヘッド。 In claim 4,
The liquid discharge head according to claim 1, wherein an outer peripheral surface and an inner peripheral surface of the piezoelectric frame are covered with an insulating thin film.
前記圧電体枠の厚さが少なくとも1mmであり、
前記圧電体枠を変位させるために10000〜40000Vの高電圧を当該圧電体枠に印加する高電圧印加手段を有していることを特徴とする液体吐出ヘッド。 In claim 4 or 5,
The piezoelectric frame has a thickness of at least 1 mm;
A liquid discharge head comprising high voltage applying means for applying a high voltage of 10,000 to 40,000 V to the piezoelectric frame in order to displace the piezoelectric frame.
前記高分子圧電素子材料は、ポリフッ化ビニリデン共重合体を含むことを特徴とする液体吐出ヘッド。 In any one of claims 1 to 6,
The liquid piezoelectric head is characterized in that the polymer piezoelectric element material contains a polyvinylidene fluoride copolymer.
前記ポリフッ化ビニリデン共重合体は、
ポリフッ化ビニリデン三フッ化エチレン(P(VDF−TrFE))
ポリフッ化ビニリデン四フッ化エチレン(P(VDF−TFE))
ポリフッ化ビニリデン三フッ化エチレン(ヘキサフルオロプロピレンP(VDETFE−HFE)、および、
ポリフッ化ビニリデン(ヘキサフルオロプロピレンP(VDF−HFE))
のうちのいずれか一つであることを特徴とする液体吐出ヘッド。 In claim 7,
The polyvinylidene fluoride copolymer is
Polyvinylidene fluoride ethylene trifluoride (P (VDF-TrFE))
Polyvinylidene fluoride tetrafluoride ethylene (P (VDF-TFE))
Polyvinylidene fluoride trifluoride (hexafluoropropylene P (VDETFE-HFE), and
Polyvinylidene fluoride (hexafluoropropylene P (VDF-HFE))
Any one of the above-mentioned liquid discharge heads.
前記ポリフッ化ビニリデン共重合体は、ポリフッ化ビニリデン三フッ化エチレン(P(VDF−TrFE))であることを特徴とする液体吐出ヘッド。 In claim 7,
The liquid discharge head, wherein the polyvinylidene fluoride copolymer is polyvinylidene fluoride trifluoride ethylene (P (VDF-TrFE)).
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