JP3021820B2 - Droplet ejector - Google Patents

Droplet ejector

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JP3021820B2
JP3021820B2 JP21546291A JP21546291A JP3021820B2 JP 3021820 B2 JP3021820 B2 JP 3021820B2 JP 21546291 A JP21546291 A JP 21546291A JP 21546291 A JP21546291 A JP 21546291A JP 3021820 B2 JP3021820 B2 JP 3021820B2
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ink flow
ink
piezoelectric
side walls
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高橋  義和
雅彦 鈴木
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Brother Industries Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2202/00Embodiments of or processes related to ink-jet or thermal heads
    • B41J2202/01Embodiments of or processes related to ink-jet heads
    • B41J2202/10Finger type piezoelectric elements

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

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、液滴噴射装置に係り、
特に圧電トランスデューサとして圧電厚みすべり効果に
より変形する圧電素子を用いたプリンタヘッド(液滴噴
射装置)の改良に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a liquid droplet ejecting apparatus,
In particular, the present invention relates to an improvement in a printer head (droplet ejecting device) using a piezoelectric element that is deformed by a piezoelectric thickness-shear effect as a piezoelectric transducer.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、プリンタヘッドに圧電式インクジ
ェットを利用したタイプのものが提案されている。この
タイプのプリンタヘッドは、圧電アクチュエータの寸法
変位に基づきインク流路の容積を変化させることによ
り、その容積減少時にインク流路内のインクをオリフィ
スから噴射し、逆に容積増大時に他方の弁からインク流
路内にインクを導入するようにしたものであり、ドロッ
プオンデマンド方式と呼ばれる。かかる噴射装置を多数
互いに近接配置し、所定位置の噴射装置からインクを噴
射させることにより、所望する文字や画像を形成するよ
うにしている。
2. Description of the Related Art In recent years, a printer head using a piezoelectric ink jet has been proposed. This type of printer head changes the volume of the ink flow path based on the dimensional displacement of the piezoelectric actuator, so that the ink in the ink flow path is ejected from the orifice when the volume decreases, and conversely, from the other valve when the volume increases. The ink is introduced into the ink flow path, and is called a drop-on-demand method. A large number of such ejecting devices are arranged close to each other, and ink is ejected from an ejecting device at a predetermined position to form a desired character or image.

【0003】この種の液滴噴射装置としては、本出願人
が先に提案した特願平3−54669号(特開平4−2
90750号)がある。この液滴噴射装置のアレイの例
の断面図を図6に示す。図6に示すように、1個のイン
ク流路4は変形可能な6個の側壁5に囲まれ、この側壁
5はインク流路4方向(図中紙面に垂直方向)に分極さ
れ、かつ、厚み方向に電極6を介して駆動電界が印加さ
れる。分極方向と駆動電界方向とが直交しているので、
前記6個の側壁5は圧電厚みすべりモードの変形により
前記インク流路4内側に変形し、インク流路4内のイン
ク圧を増加させてオリフィス(図示せず)から液滴を噴
射する。
[0003] Japanese Patent Application No. 3-54669 (Japanese Unexamined Patent Application Publication No. Hei.
No. 90750) . FIG. 6 is a cross-sectional view of an example of the array of the droplet ejecting apparatus. As shown in FIG. 6, one ink flow path 4 is surrounded by six deformable side walls 5, which are polarized in the direction of the ink flow path 4 (perpendicular to the plane of the drawing) and A driving electric field is applied through the electrode 6 in the thickness direction. Since the direction of polarization and the direction of the driving electric field are orthogonal,
The six side walls 5 are deformed to the inside of the ink flow path 4 by the deformation in the piezoelectric thickness-shear mode, and increase the ink pressure in the ink flow path 4 to eject droplets from an orifice (not shown).

【0004】この液滴噴射装置は、前述の如く圧電素子
に複数の貫通孔を設け貫通方向に分極し、その貫通孔表
面に駆動用電極を設けることにより、ヘッドのマルチ
化、高解像度化、小形化、単純構造化を図り、製造コス
トの低減を実現している。
In this liquid drop ejecting apparatus, as described above, a plurality of through holes are provided in a piezoelectric element, polarization is performed in a penetrating direction, and driving electrodes are provided on the surface of the through holes to provide a multi-head, high resolution head, and the like. The miniaturization and the simple structure are achieved, and the manufacturing cost is reduced.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の液滴噴射装置(特願平3−54669号(特開平4
−290750号))は、圧電セラミックスからなるイ
ンク流路の側壁の形状に応じて必要駆動電圧が大きく変
化するという問題点がある。例えば、前記図6に示した
従来例の場合、6個の側壁5が駆動時に共通のインク流
路4内側に変形する際に、隣合う側壁5同志の接点(イ
ンク流路4の正六角形断面の頂点部分)が殆ど当該イン
ク流路4内側に変形せず、固定端となるため側壁5を厚
みすべり変形させるには高い駆動電圧が必要となってし
まう。
However, the above-described conventional liquid droplet ejecting apparatus (Japanese Patent Application No. 3-54669 (Japanese Unexamined Patent Application Publication No.
No. -290750 ) has a problem that the required driving voltage greatly changes depending on the shape of the side wall of the ink flow path made of piezoelectric ceramics. For example, in the case of the conventional example shown in FIG. 6, when the six side walls 5 are deformed to the inside of the common ink flow path 4 at the time of driving, the contacts of the adjacent side walls 5 (a regular hexagonal cross section of the ink flow path 4) are formed. (A vertex portion) hardly deforms to the inside of the ink flow path 4 and becomes a fixed end, so that a high driving voltage is required to deform the side wall 5 by the thickness shear deformation.

【0006】かかる問題点を解決する手段として固定端
間距離を長くすること、即ち、流路方向に対して垂直方
向に側壁を長くすることが有効であるが、このようにす
るとオリフィス間距離が増大し、印字の解像度が低下し
たり、側壁の強度が下がり装置の信頼性が低くなるとい
う問題点が発生する。
As a means for solving such a problem, it is effective to increase the distance between the fixed ends, that is, to increase the side wall in the direction perpendicular to the flow path direction. However, there arises a problem that the printing resolution is reduced, the strength of the side wall is reduced, and the reliability of the apparatus is reduced.

【0007】そこで本発明は上記問題点を解決するため
になされたものであり、強度および信頼性が高く、か
つ、低電圧で駆動可能な高解像度で製造コストの低い液
滴噴射装置を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and provides a high-resolution, low-cost, low-cost manufacturing apparatus capable of driving at a low voltage with high strength and reliability. The purpose is to:

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、圧電トランスデューサの分極方向と平行に
複数のインク流路を配列形成し、個々のインク流路にお
ける分極方向と垂直に駆動電界を印加することにより前
記前記圧電トランスデューサを変形してインク流路の容
積を変化せしめ、前記インク流路中に滞留されたインク
を噴射するようにした液滴噴射装置であって、隣接した
インク流路間の圧電トランスデューサがなす側壁の内、
前記複数のインク流路の配列方向において対向する側壁
が互いに鋭角に交わるように前記複数のインク流路の配
方向に対して傾斜するように構成した。
According to the present invention, in order to achieve the above object, a plurality of ink flow paths are arranged in parallel with the polarization direction of a piezoelectric transducer, and the ink flow paths are driven perpendicular to the polarization directions in the individual ink flow paths. A droplet ejecting apparatus which deforms the piezoelectric transducer by applying an electric field to change the volume of an ink flow path, thereby jetting ink retained in the ink flow path, wherein the ink ejected from the adjacent ink Of the side walls formed by the piezoelectric transducer between the flow paths,
Distribution of the plurality of ink flow paths as opposed side walls in the direction of arrangement of said plurality of ink flow paths intersect at an acute angle to one another
Configured so as to be inclined with respect to the column direction.

【0009】[0009]

【作用】本発明によれば、例えば、図2(B)に示すよ
うに、インク流路の断面を二等辺三角形に形成すると、
対向する側壁の延長線が交わる。このようにすると、L
/Wが3以上にできるので、駆動電圧を低く抑えること
ができる。また、インク流路配列15に対する側壁の角
度を例えば72度にしているので、「くの字」に変形さ
せるに必要な側壁の幅Wを確保し、かつ、インク流路配
方向(電界印加方向)15の外形寸法を低く抑えるこ
とができる。
According to the present invention, for example, as shown in FIG. 2B, when the cross section of the ink flow path is formed as an isosceles triangle,
Extensions of opposing side walls intersect. In this way, L
Since / W can be 3 or more, the driving voltage can be suppressed low. Further, since the angle of the side wall with respect to the ink flow path array 15 is set to, for example, 72 degrees, the width W of the side wall required to be deformed into a “C” is secured, and the ink flow path arrangement is performed.
Dimensions of the column direction (direction of electric field application) 15 can be kept low.

【0010】[0010]

【実施例】以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明
する。なお、図6で説明した部分と同一部分および均等
部分には同一符号を付し、重複記載を省略する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the illustrated embodiments. Note that the same portions and equivalent portions as those described in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

【0011】図1(A)に圧電式液滴噴射装置に用いる
アレイ1の断面図を示し、図1(B)にアレイ1の縦断
面図(図1(A)におけるX−X縦断面図)を示す。図
1(A)、(B)に示すように、アレイ1は、上部圧電
セラミックス板2と下部圧電セラミックス板3とを接合
してなる。
FIG. 1A is a cross-sectional view of an array 1 used in a piezoelectric droplet ejecting apparatus, and FIG. 1B is a vertical cross-sectional view of the array 1 (XX vertical cross-sectional view in FIG. 1A). ). As shown in FIGS. 1A and 1B, the array 1 is formed by joining an upper piezoelectric ceramic plate 2 and a lower piezoelectric ceramic plate 3 together.

【0012】上部圧電セラミックス板2は、矢印26方
向に分極処理を施し(分極方向)、かつ、高さ0.75
mm、底辺0.5mmの二等辺三角形断面の貫通孔を中
心間距離0.5mmで1個おきに上下を逆にして横方向
15に11個配置し、縦方向に2列に配置した厚さ1.
5mmの板である。
The upper piezoelectric ceramics plate 2 is subjected to polarization processing in the direction of arrow 26 (polarization direction) and has a height of 0.75.
11 mm thick, 0.5 mm bottom isosceles triangular cross-section through holes with a center-to-center distance of 0.5 mm. 1.
It is a 5 mm plate.

【0013】下部圧電セラミックス板3は、矢印28方
向に分極処理を施し、かつ、前記上部圧電セラミックス
板2と同様に高さ0.75mm、底辺0.5mmの二等
辺三角形断面の貫通孔を中心間距離0.5mmで1個お
きに上下を逆にして横方向15に11個配置し、縦方向
に2列に配置した厚さ1.5mmの板である。
The lower piezoelectric ceramic plate 3 is polarized in the direction of arrow 28 and has a through hole having a height of 0.75 mm and a base of 0.5 mm having an isosceles triangular cross section, similarly to the upper piezoelectric ceramic plate 2. This is a 1.5 mm-thick plate in which 11 pieces are arranged in the horizontal direction 15 with the distance between them being 0.5 mm and every other piece is turned upside down and arranged in two rows in the vertical direction.

【0014】ここに前記貫通孔により形成されるインク
流路4の流路長さは3.0mm、流路をインク流路配列
方向(前記横方向)15に分ける両圧電セラミックス板
2、3の側壁5、7は、インク流路配列方向15に対し
て約72度の角度を有し、幅が約0.24mm、長さが
約0.8mmであり、前記インク流路配列方向15と平
行方向に伸びる側壁9、11は幅が0.25mm、長さ
が0.5mmである。
The ink flow path 4 formed by the through holes has a flow path length of 3.0 mm, and the flow path is arranged in an ink flow path arrangement.
The side walls 5 and 7 of the two piezoelectric ceramic plates 2 and 3 divided in the direction (the horizontal direction) 15 have an angle of about 72 degrees with respect to the ink flow path arrangement direction 15 and have a width of about 0.24 mm and a length of about 0.24 mm. Is about 0.8 mm, and the side walls 9 and 11 extending in the direction parallel to the ink flow path arrangement direction 15 have a width of 0.25 mm and a length of 0.5 mm.

【0015】全てのインク流路4の内壁表面には電極6
を形成し、更に電極6の表面はインクとの絶縁のための
絶縁処理を施してある。また、上部圧電セラミックス板
2の上部表面には各インク流路4に対応するオリフィス
10を有するオリフィスプレート8、下部圧電セラミッ
クス板3の下部表面には、各インク流路4に対応する図
示しないインク供給装置に連結するインク供給路13を
有する底プレート12が接合されている。
Electrodes 6 are provided on the inner wall surfaces of all ink flow paths 4.
Is formed, and the surface of the electrode 6 is subjected to insulation treatment for insulation from ink. An orifice plate 8 having an orifice 10 corresponding to each ink flow path 4 is provided on an upper surface of the upper piezoelectric ceramic plate 2, and an ink (not shown) corresponding to each ink flow path 4 is provided on a lower surface of the lower piezoelectric ceramic plate 3. A bottom plate 12 having an ink supply path 13 connected to the supply device is joined.

【0016】噴射装置34は、液滴を噴射するオリフィ
ス10と、インク流路4と、インク供給路13と、流路
内容積を変化させインクに圧力を与えるための圧電セラ
ミックス板2、3からなり、アレイ1は22個の噴射装
置34を有する圧電式液滴噴射装置を構成している。
The ejecting device 34 includes an orifice 10 for ejecting liquid droplets, an ink flow path 4, an ink supply path 13, and piezoelectric ceramic plates 2, 3 for changing the internal volume of the flow path and applying pressure to the ink. The array 1 constitutes a piezoelectric droplet ejector having 22 ejectors 34.

【0017】次に図2(A)、(B)に基づいて前記ア
レイ1の製造方法を説明する。図2(A)、(B)に示
すように、先ず強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛
(PZT)系のセラミック材料により、前記インク流路
4を形成する貫通孔を有する圧電セラミックス板2、3
の成形体を射出成形により作成する。前記射出成形後、
脱脂工程・焼結工程・板の厚み方向への分極処理・無電
解銅(またはニッケル)めっき処理による電極形成・電
極の絶縁処理を行う。次いで、点線Pに沿った切断工程
と、圧電セラミックス板上下表面に付着した余分な電極
を除き、かつ、平面度を良好にするための上下端面加工
を経て圧電セラミックス板2、3を得る。かかる場合に
成形法としては押出し成形法、或いは予め焼結した圧電
セラミックス板に機械加工により孔を穿設してもよい。
また、電極形成法として銅またはニッケルのスパッタ法
(孔の内部表面に電極形成のために前記孔の軸と金属原
子の平行ビームとを傾斜させるとよい)を用いても同様
な圧電セラミックス板2、3が得られる。
Next, a method of manufacturing the array 1 will be described with reference to FIGS. As shown in FIGS. 2A and 2B, first, a piezoelectric ceramic plate 2 having a through hole for forming the ink flow path 4 is made of a ferroelectric lead zirconate titanate (PZT) -based ceramic material. , 3
Is formed by injection molding. After the injection molding,
Performs degreasing process, sintering process, polarization process in the thickness direction of the plate, electrode formation by electroless copper (or nickel) plating process, and electrode insulation process. Next, the piezoelectric ceramic plates 2 and 3 are obtained through a cutting process along the dotted line P and upper and lower end surface processing for removing excess electrodes attached to the upper and lower surfaces of the piezoelectric ceramic plate and improving the flatness. In such a case, as a forming method, an extruding method may be used, or a hole may be formed by machining a piezoelectric ceramics plate which has been sintered in advance.
The same piezoelectric ceramic plate 2 can be formed by using a copper or nickel sputtering method (in order to form an electrode on the inner surface of the hole, tilt the axis of the hole and a parallel beam of metal atoms) as the electrode forming method. And 3 are obtained.

【0018】このようにして得た上部圧電セラミックス
板2と下部圧電セラミックス板3と、各インク流路に対
応するオリフィス10を形成したオリフィスプレート8
と、各インク流路4に対応するインク供給路13を形成
し且つ流路内の電極と駆動用LSIチップ16とを電気
的に連結するための配線を下部表面に施した底プレート
12とを、圧電セラミックス板2、3の分極が低下しな
いように当該圧電セラミックス板2、3のキュリー温度
より十分低い温度で接合する。この接合後、駆動用LS
Iチップ16を装着してアレイ1が得られる。
The upper piezoelectric ceramic plate 2 and the lower piezoelectric ceramic plate 3 thus obtained, and the orifice plate 8 having the orifices 10 corresponding to each ink flow path.
And a bottom plate 12 that forms an ink supply path 13 corresponding to each ink flow path 4 and has a lower surface provided with wiring for electrically connecting electrodes in the flow path and the driving LSI chip 16. The bonding is performed at a temperature sufficiently lower than the Curie temperature of the piezoelectric ceramics plates 2 and 3 so that the polarization of the piezoelectric ceramics plates 2 and 3 does not decrease. After this joining, the driving LS
The array 1 is obtained by mounting the I chip 16.

【0019】前述のようにして得られたアレイ1に、図
3(B)に示すような電気回路を設ける。この電気回路
において前記切断工程により得られた表面の電極6e
(図3(A))は全て接地されている。電極6a〜6d
がそれぞれ別々に駆動用LSIチップ16に接続され、
クロックライン18、データライン20、電圧ライン2
2およびアースライン24も駆動用LSIチップ16に
接続されている。
An electric circuit as shown in FIG. 3B is provided on the array 1 obtained as described above. In this electric circuit, the surface electrode 6e obtained by the cutting step
(FIG. 3A) is all grounded. Electrodes 6a to 6d
Are connected to the driving LSI chip 16 separately,
Clock line 18, data line 20, voltage line 2
2 and the ground line 24 are also connected to the driving LSI chip 16.

【0020】インク流路4は前記図1(A)に示したよ
うに互いに隣合わないA、Bのグループに分けられ、ク
ロックライン18から供給された連続するクロックパル
スがこのA、Bのグループを順次駆動する。データライ
ン20上に現れる多ビット・ワード形式のデータが各グ
ループの内、どのインク流路4を作動すべきかを決定
し、駆動用LSIチップ16の回路により選択されたグ
ループのインク流路4の電極6に電圧ライン22の電圧
Vを印加する。このとき作動されていない同一グループ
のインク流路4の電極6と、他のグループに属する全て
のインク流路4の電極6は接地される。これにより選択
されたインク流路4と隣合うインク流路4の各々に電極
間に両圧電セラミックス板2、3の分極方向と垂直な方
向に電界が印加され、電界の印加された両圧電セラミッ
クス板2、3の流路壁が圧電厚みすべり効果に基づく変
形をなし、前記選択されたインク流路4の容積を変化さ
せる。従って各グループにおいて全てのインク流路4が
作動可能になる。
The ink flow path 4 is divided into groups A and B which are not adjacent to each other as shown in FIG. 1A, and a continuous clock pulse supplied from the clock line 18 is applied to the groups A and B. Are sequentially driven. The data in the multi-bit word format appearing on the data line 20 determines which ink flow path 4 to operate in each group, and determines the ink flow path 4 of the group selected by the circuit of the driving LSI chip 16. The voltage V of the voltage line 22 is applied to the electrode 6. At this time, the electrodes 6 of the ink channels 4 of the same group that are not operated and the electrodes 6 of all the ink channels 4 belonging to other groups are grounded. As a result, an electric field is applied between the electrodes in the ink flow path 4 adjacent to the selected ink flow path 4 between the electrodes in a direction perpendicular to the polarization directions of the two piezoelectric ceramic plates 2, 3. The flow path walls of the plates 2 and 3 are deformed based on the piezoelectric thickness-shear effect, and change the volume of the selected ink flow path 4. Accordingly, all the ink flow paths 4 can be operated in each group.

【0021】次に、図3(A)、(B)に基づき所定の
印字データにより噴射装置34bが選択された場合の噴
射装置の動作を説明する。図3(A)はアレイ1の断面
図でありインク流路4の断面を示し、図3(B)は図3
(A)におけるX1−X1線に沿う縦断面図である。
Next, the operation of the ejection device when the ejection device 34b is selected based on predetermined print data will be described with reference to FIGS. 3A and 3B. FIG. 3A is a cross-sectional view of the array 1 and shows a cross-section of the ink flow path 4, and FIG.
It is a longitudinal sectional view taken along the X 1 -X 1 line in (A).

【0022】図3(A)、(B)に示すように、インク
流路4b内の電極6bに電圧ライン22の電圧Vが印加
され、他の電極6a、6cを始めとするインク流路4b
と隣合うインク流路4の電極6は全て接地され、側壁5
b、7b、5c、7cを始めとするインク流路4bを囲
む側壁5、7、9、11に矢印32方向に駆動電界が印
加される。駆動電界と分極方向とが直交しているため圧
電厚み効果の変形により側壁5b、7b、5c、7cを
始めとするインク流路4bを囲む側壁5、7、9、11
が「くの字」にインク流路4bの内側に向かって変形す
る。この変形によりインク流路4bの容積が減少し、イ
ンク30がオリフィス10bから噴射される。また、電
圧の印加が遮断され側壁5b、7b、5c、7cを始め
とするインク流路4bを囲む側壁5、7、9、11が元
の位置まで戻されると、その際のインク流路4bの容積
増加に伴いインク供給路13bを経て図示しないインク
供給装置からインクが補充される。なお、例えば他の噴
射装置34cが選択された場合は、側壁5c、7c、5
d、7dを始めとするインク流路4cを囲む側壁5、
7、9、11が「くの字」にインク流路4c内側に向か
って変形し、インク流路4c内のインクが噴射される。
As shown in FIGS. 3A and 3B, the voltage V of the voltage line 22 is applied to the electrode 6b in the ink flow path 4b, and the ink flow path 4b including the other electrodes 6a and 6c is started.
All the electrodes 6 of the ink flow path 4 adjacent to the side wall 5 are grounded.
A driving electric field is applied in the direction of arrow 32 to the side walls 5, 7, 9, 11 surrounding the ink flow path 4b including b, 7b, 5c, 7c. Since the driving electric field and the polarization direction are orthogonal to each other, the side walls 5, 7, 9, 11 surrounding the ink flow paths 4b including the side walls 5b, 7b, 5c, 7c due to deformation of the piezoelectric thickness effect.
Is deformed in a “U” shape toward the inside of the ink flow path 4b. Due to this deformation, the volume of the ink flow path 4b is reduced, and the ink 30 is ejected from the orifice 10b. When the application of the voltage is cut off and the side walls 5, 7, 9, 11 surrounding the ink flow paths 4b including the side walls 5b, 7b, 5c, 7c are returned to the original positions, the ink flow path 4b at that time is returned. As the volume increases, ink is supplied from an ink supply device (not shown) via the ink supply path 13b. For example, when another injection device 34c is selected, the side walls 5c, 7c, 5c
d, a side wall 5 surrounding the ink flow path 4c including 7d,
7, 9, and 11 are deformed in a “C” shape toward the inside of the ink flow path 4c, and the ink in the ink flow path 4c is ejected.

【0023】ここで、図4(A)、(B)に基づいて厚
みすべりモードによる変形について説明する。図4
(A)は基盤41に固定した壁40の斜視図であり、こ
の壁40の分極方向28における寸法を高さH、一対の
電極42により印加される駆動電界方向における寸法を
厚さW、分極方向28と駆動電界方向の双方に垂直な方
向の寸法を長さLとした場合に、駆動電界方向が図中右
向きであるときに点線Tで示すように、壁40は図中左
向きに剪断変形する。この剪断変形により前述の如くイ
ンク流路4の容積を変化させる場合、その容積変化量は
厚さWと駆動電圧を一定としたとき、長さLに比例し、
高さHの2乗に比例するので容積変化量を増加するには
高さHをより高くした方が有利である。
Here, the deformation in the thickness-shear mode will be described with reference to FIGS. 4 (A) and 4 (B). FIG.
3A is a perspective view of a wall 40 fixed to a base 41, wherein the dimension of the wall 40 in the polarization direction 28 is height H, the dimension in the direction of the driving electric field applied by the pair of electrodes 42 is the thickness W, When the length in the direction perpendicular to both the direction 28 and the driving electric field direction is length L, the wall 40 is sheared leftward in the drawing as indicated by the dotted line T when the driving electric field direction is rightward in the drawing. I do. When the volume of the ink flow path 4 is changed by the shearing deformation as described above, the amount of change in the volume is proportional to the length L when the thickness W and the driving voltage are fixed,
Since it is proportional to the square of the height H, it is advantageous to make the height H higher in order to increase the volume change amount.

【0024】また、図4(B)は前記壁40を長さL方
向の両端部44において横基盤43に固定した場合の平
面図であり、実際に液滴噴射装置のアレイ1に応用する
場合には図示の構成となる。この場合の変形は点線T1
により示すように、両端部44を固定端として壁40が
変形方向に反った形状となり、前記図4(A)で示した
長さL方向の両端部がフリーの場合に比較し、壁40に
働く応力の分だけ余分なエネルギ(駆動電圧)を必要と
する。この余分に必要な駆動電圧はL/W比が大きいほ
ど少なくなる。計算によれば長さ方向の両端部44を固
定した場合に或る容積変化を得るために、両端部フリー
の場合に比較しL/W=1のとき数100倍になり、L
/W=2のとき数10倍にもなるが、L/Wが3以上に
なると数倍〜10倍程度になることが確認された。
FIG. 4B is a plan view of the case where the wall 40 is fixed to the horizontal base 43 at both ends 44 in the length L direction, and is actually applied to the array 1 of the droplet ejecting apparatus. Has the configuration shown in FIG. The deformation in this case is indicated by the dotted line T1
As shown by, the wall 40 has a shape that is warped in the deformation direction with both ends 44 being fixed ends, and the wall 40 has a smaller shape than the case where both ends in the length L direction shown in FIG. 4A are free. Extra energy (drive voltage) is required for the applied stress. The extra necessary driving voltage decreases as the L / W ratio increases. According to the calculation, in order to obtain a certain volume change when both ends 44 in the length direction are fixed, when L / W = 1, it becomes several hundred times larger than when both ends are free, and L
It was confirmed that when L / W was 3 or more, it was several times to 10 times, although it was several tens times when / W = 2.

【0025】そのため少なくともL/Wの比は3以上は
必要である。但し、単純にL/Wの比を大きくするため
に、圧電セラミックス2、3にL方向に非常に細長い側
壁5、7、9、11(図3参照)を設け、更にH方向に
も側壁を延ばすと、射出成形法による成形時、機械加工
による穴開け加工時、あるいは駆動時の強度・信頼性が
著しく低下したり、オリフィス10のピッチおよびイン
ク流路配列方向15に垂直方向におけるアレイ1の外形
寸法が増大する。そこで、図1(A)に示すように、
ンク流路配列方向15に垂直な側壁を設けない構造とす
ることにより前述の問題点を回避できる。
Therefore, the L / W ratio must be at least 3 or more. However, in order to simply increase the L / W ratio, the piezoelectric ceramics 2 and 3 are provided with very thin side walls 5, 7, 9 and 11 in the L direction (see FIG. 3), and the side walls are also formed in the H direction. prolong the, during molding by the injection molding method, during drilling by machining, or the strength and reliability significantly or drop during driving, the pitch of the orifices 10 and in
The outer dimensions of the array 1 in the direction perpendicular to the flow channel arrangement direction 15 increase. Therefore, as shown in FIG. 1 (A), b
The above-mentioned problem can be avoided by providing a structure in which the side wall perpendicular to the link channel arrangement direction 15 is not provided.

【0026】即ち、図1(A)に示すように、側壁5、
7を分極方向26、28と、この分極方向26、28に
垂直で且つインク流路配列方向15に約72度の方向に
伸びるように構成し、側壁9、11を分極方向26、2
8と、この分極方向26、28に垂直で且つインク流路
配列方向15に伸びるように構成した。このように構成
すると強固な構造となり、射出成形法における成形時、
機械加工における穴開け加工時、駆動時における強度、
信頼性の低下を抑えることができ、そのため側壁5、7
の高さHを十分得られるので、無理に側壁5、7、9、
11の長さLを大きくしなくても駆動電圧を下げること
ができる。また、側壁5、7をインク流路配列方向15
に約72度の方向に伸ばしたので、同一寸法の側壁を
ンク流路配列方向に垂直に伸ばした場合に比較し、イン
ク流路配列方向15のオリフィス10のピッチは、イン
ク流路配列方向15に垂直にしたアレイ1の外形寸法を
約94%に抑えることができる。
That is, as shown in FIG.
7 extend perpendicularly to the polarization directions 26 and 28 and extend in a direction of about 72 degrees in the ink flow path arrangement direction 15, and the side walls 9 and 11 are configured to extend in the polarization directions 26 and 2.
8 and an ink flow path perpendicular to the polarization directions 26 and 28 and
It was configured to extend in the arrangement direction 15. With this configuration, a strong structure is obtained.
Strength during drilling and driving during machining,
A decrease in reliability can be suppressed, and therefore, the side walls 5, 7
Can be obtained sufficiently, so that the side walls 5, 7, 9,
The drive voltage can be reduced without increasing the length L of the drive 11. Further, the side walls 5 and 7 are aligned with the ink flow path arrangement direction 15.
Since extending in the direction of about 72 degrees, Lee sidewalls same dimensions
Compared with the case where extended perpendicularly to the ink flow path arrangement direction, in
Pitch of the orifices 10 of the click channel arrangement direction 15, in
The outer dimensions of the array 1 perpendicular to the flow channel arrangement direction 15 can be suppressed to about 94%.

【0027】以上説明したように、本実施例の圧電式液
滴噴射装置においては、22個の噴射装置34を駆動す
るための圧電トランスデューサが2枚の圧電セラミック
ス板2、3からなり、アレイ1の構造が簡略化されてい
るので、アレイ1、更にアレイ1を多数組み付けること
により圧電式液滴噴射装置の製造工程が少なくなり、製
造コストも低減される。また、圧電セラミックス2、3
に、側壁5、7がインク流路配列15の直交しないよう
に構成した貫通孔からなるインク流路4を多数密集させ
ることにより、噴射装置34の数の増加、アレイ1の小
形化、印字の解像度の向上、駆動電圧の低減を図ること
ができる。
As described above, in the piezoelectric droplet ejecting apparatus of the present embodiment, the piezoelectric transducer for driving the 22 ejecting apparatuses 34 is composed of the two piezoelectric ceramic plates 2 and 3, and the array 1 Is simplified, the number of manufacturing steps of the piezoelectric droplet ejecting apparatus is reduced by assembling the array 1 and a large number of the arrays 1, and the manufacturing cost is also reduced. Also, piezoelectric ceramics 2, 3
In addition, the number of ejecting devices 34 is increased, the size of the array 1 is reduced, and printing is performed by densely arranging a large number of ink flow paths 4 formed of through holes whose side walls 5 and 7 are not orthogonal to the ink flow path array 15. The resolution can be improved and the driving voltage can be reduced.

【0028】例えば、本実施例のアレイ1は22個の噴
射装置34を有するマルチヘッドを構成するが、横6m
m、縦2.75mm、厚さ3mm程度の小形化を実現で
きた。また、本実施例のアレイ1は1個のインク流路4
を囲む側壁5、7、9、11が合計6個あり、各々の側
壁5、7の寸法はHが1.5mm、Wが約0.24m
m、Lが約0.8mmであり、インク流路配列方向15
と平行に伸びる側壁9、11は、Hが1.5mm、Wが
0.25mm、Lが0.5mmであるように、Hが最大
で、L/W≧3である条件を選択したので、約90pl
のインク液滴を噴射するための駆動電圧は35Vであ
り、従来約120〜170Vの駆動電圧が必要とされて
いたものを大幅な低電圧駆動化を実現した。
For example, the array 1 of the present embodiment constitutes a multi-head having 22 ejection devices 34,
m, a vertical size of 2.75 mm, and a thickness of about 3 mm were realized. Further, the array 1 of the present embodiment has one ink flow path 4.
There are a total of six side walls 5, 7, 9, 11 surrounding H. The dimensions of each side wall 5, 7 are 1.5 mm for H and 0.24 m for W
m, L is about 0.8 mm, the ink flow path arrangement direction 15
For the side walls 9 and 11 extending in parallel with, the condition that H is maximum and L / W ≧ 3 is selected so that H is 1.5 mm, W is 0.25 mm, and L is 0.5 mm, About 90pl
The driving voltage for ejecting the ink droplets is 35 V, and a drastically lower driving voltage, which has conventionally required a driving voltage of about 120 to 170 V, has been realized.

【0029】なお、本実施例ではインク流路の断面形状
を二等辺三角形としたが、台形状でもよい。また、図5
(A)に示すように、コーナーに丸みをつけてもよく、
このようにすれば、射出成形および機械加工による流路
形成が容易になり、また駆動時の応力集中が減少し信頼
性の向上に寄与する。
In this embodiment, the sectional shape of the ink flow path is an isosceles triangle, but it may be trapezoidal. FIG.
As shown in (A), the corners may be rounded,
This facilitates the formation of the flow path by injection molding and machining, and reduces the concentration of stress during driving, contributing to an improvement in reliability.

【0030】また、インク流路を形成する貫通孔は内径
を一定にする必要はない。即ち、図5(A)におけるX
2−X2線に沿う断面図を示した図5(B)のように、貫
通孔の内径の細い部分をオリフィス10およびインク供
給路13とし、太い部分をインク流路とすれば、更に簡
単な構成にすることができる。
Further, it is not necessary to make the inner diameter of the through hole forming the ink flow path constant. That is, X in FIG.
As shown in FIG. 5 showing a sectional view taken along 2 -X 2-wire (B), the narrow portion of the inner diameter of the through-hole and the orifice 10 and the ink supply path 13, if the thick portion and the ink flow path, easier Configuration.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、イ
ンク流路の対向する側壁の延長線が互いに交わるように
しているので、「くの字」変形に必要な側壁の幅を確保
でき、L/Wの比率を3以上にとることにより、駆動電
圧を下げることができる。
As described above, according to the present invention, since the extension lines of the opposed side walls of the ink flow path intersect with each other, the width of the side wall required for the "C" shape deformation can be secured. , L / W of 3 or more, the driving voltage can be reduced.

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

【図1】(A)は本発明の実施例に使用するアレイの断
面図、(B)は前記アレイのX−X線に沿う断面図であ
る。
1A is a cross-sectional view of an array used in an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view of the array taken along line XX.

【図2】(A)は前記アレイに使用する圧電セラミック
ス板の正面図、(B)は前記アレイの分解斜視図であ
る。
FIG. 2A is a front view of a piezoelectric ceramic plate used for the array, and FIG. 2B is an exploded perspective view of the array.

【図3】(A)は前記アレイの駆動状態の断面図、
(B)は(A)におけるX1−X1線に沿う断面の駆動状
態を示す図である。
FIG. 3A is a cross-sectional view of a driving state of the array,
(B) is a diagram showing a driving state of a cross section along line X 1 -X 1 in (A).

【図4】(A)は圧電厚みすべりモードによる壁の変形
を示す斜視図、(B)は圧電厚みすべりモードによる両
端固定の壁の変形を示す平面図である。
4A is a perspective view showing deformation of a wall in a piezoelectric thickness-slip mode, and FIG. 4B is a plan view showing deformation of a wall fixed at both ends in a piezoelectric thickness-slip mode.

【図5】(A)は変形例のアレイの断面図、(B)は前
記アレイのX2−X2線に沿う断面図である。
5A is a cross-sectional view of an array according to a modification, and FIG. 5B is a cross-sectional view of the array along the line X 2 -X 2 .

【図6】従来の液滴噴射装置を構成するアレイの断面図
である。
FIG. 6 is a sectional view of an array constituting a conventional droplet ejecting apparatus.

【符号の説明】 1…アレイ 2…上部圧電セラミックス(圧電トランスデューサ) 3…下部圧電セラミックス(圧電トランスデューサ) 4…インク流路 5、7…側壁 6…電極 10…オリフィス 13…インク供給路15…インク流路配列方向 26、28…分極方向 34…噴射装置 H…インク流路の深さをなす分極方向長さ W…インク流路の横断面形状における幅方向をなす駆動
電界方向の長さ L…インク流路の横断面形状における長手方向をなす長
[Description of Signs] 1 Array 2 Upper piezoelectric ceramics (piezoelectric transducer) 3 Lower piezoelectric ceramics (piezoelectric transducer) 4 Ink flow path 5, 7 Side wall 6 Electrode 10 Orifice 13 Ink supply path 15 Ink Flow path arrangement directions 26, 28 ... Polarization direction 34 ... Injection device H ... Length in the polarization direction forming the depth of the ink flow path W ... Length in the driving electric field direction forming the width direction in the cross-sectional shape of the ink flow path L ... Length in the longitudinal direction in the cross-sectional shape of the ink flow path

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 圧電トランスデューサの分極方向と平行
に複数のインク流路を配列形成し、個々のインク流路に
おける分極方向と垂直に駆動電界を印加することにより
前記前記圧電トランスデューサを変形してインク流路の
容積を変化せしめ、前記インク流路中に滞留されたイン
クを噴射するようにした液滴噴射装置であって、 隣接したインク流路間の圧電トランスデューサがなす側
壁の内、前記複数のインク流路の配列方向において対向
する側壁が互いに鋭角で交わるように前記複数のインク
流路の配列方向に対して傾斜するように構成したことを
特徴とする液滴噴射装置。
A plurality of ink flow paths arranged in parallel with a polarization direction of a piezoelectric transducer, and a driving electric field is applied perpendicularly to the polarization direction in each ink flow path to deform the piezoelectric transducer to form an ink. A droplet ejecting apparatus that changes a volume of a flow path to jet ink retained in the ink flow path, wherein the plurality of the plurality of side walls formed by piezoelectric transducers between adjacent ink flow paths are provided. The plurality of inks are arranged such that side walls facing each other in the arrangement direction of the ink flow paths intersect at an acute angle.
A droplet ejecting apparatus characterized in that it is configured to be inclined with respect to the direction in which the flow paths are arranged .
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