JP3024291B2 - Droplet ejector - Google Patents

Droplet ejector

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JP3024291B2
JP3024291B2 JP21546191A JP21546191A JP3024291B2 JP 3024291 B2 JP3024291 B2 JP 3024291B2 JP 21546191 A JP21546191 A JP 21546191A JP 21546191 A JP21546191 A JP 21546191A JP 3024291 B2 JP3024291 B2 JP 3024291B2
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Japan
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flow path
ink flow
ink
piezoelectric
polarization
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雅彦 鈴木
高橋  義和
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ブラザー工業株式会社
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, e.g. INK-JET PRINTERS, THERMAL PRINTERS, 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

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5に示す。図5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。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。
[0003] Japanese Patent Application No. 3-54669 (Japanese Unexamined Patent Application Publication No. Hei.
No. 90750) . FIG. 5 shows a cross-sectional view of an example of the array of the droplet ejecting apparatus. As shown in FIG. 5, 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). As described above, this droplet ejecting apparatus provides a plurality of through holes in a piezoelectric element, polarizes them in a penetrating direction, and provides driving electrodes on the surface of the through holes to provide a multi-head, high resolution, small size, A simple structure has been achieved to reduce manufacturing costs.

【0004】[0004]

【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5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. 5, 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 (the regular hexagonal cross section of the ink flow path 4) (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.

【0005】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 length of 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.

【0006】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-mentioned problems, and provides a high-resolution, low-cost, low-cost manufacturing apparatus which can be driven at a low voltage with high strength and reliability. The purpose is to:

【0007】[0007]

【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圧
電トランスデューサを変形して前記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横断面形
状における幅方向をなす駆動電界方向長さW、前記側壁
の長手方向をなす長さL、前記圧電トランスデューサ全
体の前記側壁の深さをなす分極方向長さH、とした場合
に、前記側壁は、H≧LおよびL/W≧3になるように
構成した。
According to the present invention, in order to achieve the above object, a plurality of ink flow paths are formed in parallel with the polarization direction of a piezoelectric transducer, and a driving electric field is formed perpendicularly to the polarization direction in each ink flow path. A droplet ejecting device that deforms the piezoelectric transducer by applying a pressure to change the volume of the ink flow path so as to eject the ink retained in the ink flow path. The driving electric field direction length W in the width direction in the cross-sectional shape of the side wall formed by the piezoelectric transducer between the paths, the length L in the longitudinal direction of the side wall, the entire piezoelectric transducer
When the length in the polarization direction forming the depth of the side wall of the body is H, the side wall is configured to satisfy H ≧ L and L / W ≧ 3.

【0008】[0008]

【作用】本発明によれば、例えば、図1(B)及び図2
(B)に示すように分極方向に平行にインク流路を直方
体状に形成し、隣接した直方体間の圧電トランスデュー
全体がなす側壁の各辺の長さを分極方向(深さ)H、
駆動電界方向(幅)W、分極方向と駆動電界方向の双方
に垂直方向(長手方向の幅)Lとする。そして、深さH
≧長手方向の幅Lにしているのでインクの噴出方向が一
定となり、また幅Wを小さくしているので解像度を低下
させることがなく、長手方向の幅L/短辺の幅W≧3に
しているので側壁の「くの字」変形を比較的大きくと
れ、比較的大きなインク流路の容積変化が得られる。例
えば、L/W=4の場合に約90plの液滴を噴射する
駆動電圧は43Vであり、低い実用的な電圧で大きな液
滴噴射量を得ることができる。
According to the present invention, for example, FIG. 1 (B) and FIG.
As shown in (B), the ink flow path is formed in a rectangular parallelepiped shape in parallel to the polarization direction, and the length of each side of the side wall formed by the entire piezoelectric transducer between the adjacent rectangular parallelepipeds is determined by the polarization direction (depth) H,
It is assumed that the driving electric field direction (width) W and the direction perpendicular to both the polarization direction and the driving electric field direction (longitudinal width) L. And the depth H
Since the width L in the longitudinal direction is set to be equal, the ejection direction of the ink is constant, and the width W is reduced so that the resolution is not reduced. As a result, the "C" shape deformation of the side wall can be made relatively large, and a relatively large volume change of the ink flow path can be obtained. For example, when L / W = 4, the driving voltage for ejecting a droplet of about 90 pl is 43 V, and a large droplet ejection amount can be obtained with a low practical voltage.

【0009】[0009]

【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5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 parts and equivalent parts as those described in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

【0010】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)に図1(A)にお
けるX−X線に沿う縦断面図を示す。図1(A)、
(B)に示すように、アレイ1は、矢印26方向に分極
処理を施し、かつ、縦1.0mm、横0.25mmの長
方形断面の貫通孔を中心間距離0.5mmで横方向(ア
レイ方向)に4個、縦方向に2列に配置した厚さ1.5
mmの上部圧電セラミックス板2と、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
同様に縦1.0mm、横0.25mmの長方形断面の貫
通孔を中心間距離0.5mmで横方向(アレイ方向)に
4個、縦方向に2列に配置した厚さ1.5mmの下部圧
電セラミックス板3とを、接合してなる。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3.0
mm、流路を分ける両圧電セラミックス板2、3の側壁
5、7の横方向(アレイ方向)寸法は0.25mmであ
る。
FIG. 1A is a sectional view of an array 1 used in a piezoelectric droplet ejecting apparatus, and FIG. 1B is a longitudinal sectional view taken along line XX in FIG. 1A. FIG. 1 (A),
As shown in (B), the array 1 is polarized in the direction of the arrow 26, and is provided with a through hole having a rectangular cross section of 1.0 mm in length and 0.25 mm in width at a center-to-center distance of 0.5 mm (array Direction) and four rows in the vertical direction, thickness 1.5
The upper piezoelectric ceramic plate 2 having a rectangular cross section of 1.0 mm in length and 0.25 mm in width, similarly to the upper piezoelectric ceramic plate 2, is subjected to a polarization treatment in the direction of arrow 28. The lower piezoelectric ceramic plate 3 having a thickness of 1.5 mm, which is arranged in four rows in the horizontal direction (array direction) of 5 mm and two rows in the vertical direction, is joined. Here, the flow path length of the ink flow path 4 formed by the through hole is 3.0.
The width (array direction) of the side walls 5, 7 of the two piezoelectric ceramic plates 2, 3 for dividing the flow path is 0.25 mm.

【0011】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。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8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。
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. Injection device 34
Is an orifice 10 for ejecting droplets and an ink flow path 4
And an ink supply path 13, and piezoelectric ceramic plates 2 and 3 for changing the volume in the flow path and applying pressure to the ink, and the array 1 constitutes a piezoelectric droplet ejecting apparatus having eight ejecting apparatuses 34. are doing.

【0012】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)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(PZ
T)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W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 FIG. 2A, first, lead zirconate titanate (PZ) having ferroelectricity is used.
A molded body of the piezoelectric ceramic plates 2 and 3 having through holes for forming the ink flow paths 4 is formed by injection molding using a T) -based ceramic material. After the injection molding, a degreasing process, a sintering process, a polarization process in the thickness direction of the plate, an electrode formation by an electroless copper (or nickel) plating process, and an electrode insulation process are performed. Next, a cutting step along the dotted line W;
Piezoelectric ceramics 2 and 3 are obtained through upper and lower end surface processing to remove excess electrodes attached to the upper and lower surfaces of the piezoelectric ceramic plate and to improve 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. Also,
Similar piezoelectric ceramic plates 2 and 3 can be formed by using a copper or nickel sputtering method (in order to form an electrode on the inner surface of a hole, the axis of the hole and a parallel beam of metal atoms are inclined) as an electrode forming method. Is obtained.

【0013】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。この時、
側壁の深さH’の上部圧電セラミックス板2と側壁の深
さH’の下部圧電セラミックス板3とを合わせて前記圧
電トランスデューサ全体の前記側壁の深さをなす分極方
向長さは図1(B)に示すようにHになっている。
The upper piezoelectric ceramic plate 2 and the lower piezoelectric ceramic plate 3 thus obtained, and an orifice plate 8 having 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. At this time,
Upper piezoelectric ceramics plate 2 with side wall depth H 'and side wall depth
H ′ and the lower piezoelectric ceramic plate 3
A polarization method that forms the depth of the side wall of the entire electric transducer
The direction length is H as shown in FIG.

【0014】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1
8、データライン20、電圧ライン22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 electrodes 6e on the surface obtained by the cutting step are all grounded. The electrodes 6a to 6d are separately connected to the driving LSI chip 16, respectively.
8, the data line 20, the voltage line 22, and the ground line 24 are also connected to the driving LSI chip 16.

【0015】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.

【0016】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).

【0017】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、インクがオリフィス10
bから噴射される。また、電圧の印加が遮断され側壁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、5d、7dを始めとするインク流路4c
を囲む側壁5、7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 drive electric field is applied in the direction of arrow 32 to the side walls 5, 7 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 and 7 surrounding the ink flow paths 4b including the side walls 5b, 7b, 5c and 7c are formed in a “U” shape by the deformation of the piezoelectric thickness effect. 4b. Due to this deformation, the volume of the ink flow path 4b is reduced, and
b. Further, the application of the voltage is cut off,
When the side walls 5, 7 surrounding the ink flow path 4b, including b, 7b, 5c, 7c, are returned to their original positions, the volume of the ink flow path 4b at that time is increased and the ink supply path 13b is not shown. The ink is supplied from the ink supply device. For example, when another ejection device 34c is selected, the ink flow path 4c including the side walls 5c, 7c, 5d, and 7d is used.
Are deformed in a “U” shape toward the inside of the ink flow path 4c, and the ink in the ink flow path 4c is ejected.

【0018】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。従って、前述の如くこの高さ
H’で分極方向28の壁40と、高さH’で分極方向2
6の壁40とを2層に重ねて高さHのインク流路4を形
成し、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, deformation in the thickness-shear mode will be described with reference to FIGS. 4 (A) and 4 (B). FIG.
(A) is a perspective view of a wall 40 fixed to a base 41, wherein the dimension in the polarization direction 28 of the wall 40 is a height H ′ , the dimension in the driving electric field direction applied by the pair of electrodes 42 is a thickness W, Assuming that the length in the direction perpendicular to both the polarization direction 28 and the driving electric field direction is length L, when the driving electric field direction is rightward in the drawing, the wall 40 is sheared leftward in the drawing as indicated by the dotted line T. Deform. Therefore, as described above, this height
The wall 40 in the polarization direction 28 at H ′ and the polarization direction 2 at the height H ′
6 and the ink flow path 4 having a height H by overlapping the wall 40 with two layers.
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 constant, and the height H is 2 Since it is proportional to the power, it is advantageous to increase the height H to increase the volume change.

【0019】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.

【0020】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、L/Wの比が大きすぎると圧電セラ
ミックス2、3にL方向に非常に細長い側壁5、7(図
3参照)を設ける必要があり、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するため、好ましくはL/W≦
10とするのがよい。即ち、より効率よく壁40を厚み
すべりモードで変形させるには、分極方向の寸法H、厚
み寸法W、分極方向と厚み方向の双方に垂直となる方向
の寸法Lとした場合に、高さHを最も大きくし、更にL
/H比が3以上になるようにすればよい。
Therefore, the L / W ratio must be at least 3 or more. However, if the L / W ratio is too large, it is necessary to provide the piezoelectric ceramics 2 and 3 with very thin side walls 5 and 7 (see FIG. 3) in the L direction. Since the strength and reliability at the time of processing or driving are significantly reduced, preferably L / W ≦
It is good to set to 10. That is, in order to more efficiently deform the wall 40 in the thickness-shear mode, when the dimension H in the polarization direction, the thickness dimension W, and the dimension L in the direction perpendicular to both the polarization direction and the thickness direction, the height H , And L
The / H ratio may be 3 or more.

【0021】本実施例の液滴噴射装置のアレイ1は1つ
のインク流路4を囲む側壁5、7が合計4個であり、各
々の側壁5、7はH’=1.5mm(H=3.0m
m)、L=1.0mm、W=0.25mmであり、Hが
最大で、L/W=4であるので前記条件を満たしてい
る。このとき約90plの液滴を噴射するための駆動電
圧は43Vであった。比較例としてHとW、およびオリ
フィス10のアレイ方向のピッチを一定としLを変えL
/W比を2.6〜3.6まで変えた場合の駆動電圧は3
73V(L/W=2.6)、257V(L/W=2.
8)、182V(L/W=3)、132V(L/W=
3.2)、97V(L/W=3.4)、73V(L/W
=3.6)となりL/W比が3より小さい場合には駆動
電圧が200Vを越えてしまい実用的でない。
The array 1 of the liquid droplet ejecting apparatus of this embodiment has a total of four side walls 5 and 7 surrounding one ink flow path 4, and each side wall 5 and 7 has H ' = 1.5 mm (H = 3.0m
m) , L = 1.0 mm, W = 0.25 mm, H is maximum and L / W = 4, which satisfies the above condition. At this time, the driving voltage for ejecting a droplet of about 90 pl was 43 V. As a comparative example, H and W, and the pitch of the orifice 10 in the array direction were kept constant and L was changed
When the / W ratio is changed from 2.6 to 3.6, the driving voltage is 3
73V (L / W = 2.6), 257V (L / W = 2.
8), 182 V (L / W = 3), 132 V (L / W =
3.2), 97V (L / W = 3.4), 73V (L / W)
= 3.6), and when the L / W ratio is smaller than 3, the driving voltage exceeds 200 V, which is not practical.

【0022】更にこのとき、どの場合もアレイ方向のオ
リフィス10のピッチが一定であるということは、逆に
いえば本発明によれば印字の解像度を低下させずに低電
圧駆動化が実現でき、更にアレイ方向に垂直な方向への
側壁5、7の長さLについても分極方向への高さHを大
きくすることで最小限に押さえることができる。
Further, at this time, the fact that the pitch of the orifices 10 in the array direction is constant in any case means that, in other words, according to the present invention, low voltage driving can be realized without lowering the printing resolution. Furthermore, the length L of the side walls 5, 7 in the direction perpendicular to the array direction can be minimized by increasing the height H in the polarization direction.

【0023】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、8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
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 eight 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. Further, by densely arranging a large number of ink flow paths 4 having through holes in the piezoelectric ceramics 2 and 3, the number of ejecting devices 34 can be increased, the size of the array 1 can be reduced, the resolution of printing can be improved, and the driving voltage can be reduced. Can be.

【0024】例えば、本実施例と同一寸法のインク流路
4を同一の中心距離で64個(縦2×横32)に配置し
た場合のアレイ1の外形寸法は2.2mm×16.2m
m×5mm以下でよい。また、本実施例の場合、側壁の
分極方向の寸法をH、厚み寸法をW、分極方向と厚み方
向の双方に垂直である方向の寸法をLとしたときに、H
≧L且つL/W≧3であるように側壁の形状を最適に選
択したため、側壁の強度と信頼性および印字の解像度を
低下させずに43Vという低駆動電圧で約90plのイ
ンク液滴を噴射することができ、従来約120〜170
V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, when the ink channels 4 having the same dimensions as those of this embodiment are arranged at 64 (2 × 32) at the same center distance, the outer dimensions of the array 1 are 2.2 mm × 16.2 m.
It may be mx5 mm or less. In the case of this embodiment, when the dimension in the polarization direction of the side wall is H, the thickness dimension is W, and the dimension in the direction perpendicular to both the polarization direction and the thickness direction is L, H
Since the shape of the side wall is optimally selected such that ≧ L and L / W ≧ 3, about 90 pl of ink droplets are ejected at a low driving voltage of 43 V without lowering the strength and reliability of the side wall and the resolution of printing. Can be conventionally about 120-170
What required a driving voltage of V can be drastically reduced in voltage.

【0025】なお、本実施例ではインク流路の断面形状
を長方形としたが、短辺に丸みを付けた小判形状でもよ
い。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 rectangular, but may be an oval shape with rounded short sides. 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.

【0026】[0026]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、イ
ンク流路間に形成される圧電トランスデューサ全体の
壁の分極方向の寸法をH、厚み寸法をW、分極方向と厚
み方向の双方に垂直である方向の寸法をLとした場合
に、H≧L且つL/W≧3としてインク流路を構成した
ので、印字の解像度を良好に保ち、かつ、インク流路の
形成加工が容易であり、駆動電圧の低い液滴噴射装置を
提供することができる。
As described above, according to the present invention, the dimension in the polarization direction of the side wall of the entire piezoelectric transducer formed between the ink flow paths is H, the thickness dimension is W, and the polarization direction is W. When the dimension in the direction perpendicular to both of the thickness directions is L, the ink flow path is configured as H ≧ L and L / W ≧ 3, so that the printing resolution is kept good and the ink flow path is A droplet ejecting apparatus that can be easily formed and has a low driving voltage can be provided.

【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】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. 5 is a cross-sectional view of an array constituting a conventional droplet ejecting apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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 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 SYMBOLS 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 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: forming the longitudinal direction in the cross-sectional shape of the ink flow path length

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】(57) [Claims]
  1. 【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
    圧電トランスデューサを変形して前記インク流路の容積
    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
    壁の横断面形状における幅方向をなす駆動電界方向長さ
    W、前記側壁の長手方向をなす長さL、前記圧電トラン
    スデューサ全体の前記側壁の深さをなす分極方向長さ
    H、とした場合に、前記側壁は、H≧LおよびL/W≧
    3になるように構成されていることを特徴とする液滴噴
    射装置。
    A plurality of ink flow paths are formed in parallel with the 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 and thereby form the ink flow. What is claimed is: 1. A liquid droplet ejecting apparatus that ejects ink retained in an ink flow path by changing a volume of a passage, wherein a width direction in a cross-sectional shape of a side wall formed by a piezoelectric transducer between adjacent ink flow paths , The length L of the side wall in the longitudinal direction, and the length of the piezoelectric transformer.
    Assuming that the length H in the polarization direction is the depth of the side wall of the entire inducer , the side wall is H ≧ L and L / W ≧
    3. A droplet ejecting apparatus characterized in that the droplet ejecting apparatus is configured so as to be 3.
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