JP3424690B2 - Droplet ejector - Google Patents

Droplet ejector

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JP3424690B2
JP3424690B2 JP30252693A JP30252693A JP3424690B2 JP 3424690 B2 JP3424690 B2 JP 3424690B2 JP 30252693 A JP30252693 A JP 30252693A JP 30252693 A JP30252693 A JP 30252693A JP 3424690 B2 JP3424690 B2 JP 3424690B2
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JP
Japan
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adhesive
ink
flow path
thickness
ink flow
Prior art date
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Japanese (ja)
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JPH06305156A (en
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隆弘 鐘ヶ江
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Brother Industries Ltd
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Brother Industries Ltd
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Publication date
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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

Landscapes

  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
  • Adhesives Or Adhesive Processes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、液滴噴射装置に関する
ものである。 【0002】 【従来の技術】従来、圧電セラミックス素子を用いた液
滴噴射装置では、例えば、ドロップオンデマンド方式の
液滴噴射装置が提案されている。これは、インク流路内
の容積を変化させ、その容積減少時にインク流路内のイ
ンクをノズルから噴射し、その容積増大時にインク供給
口よりインク流路内にインクを導入するようにしたもの
である。そして、印字データに従って所定の位置の噴射
装置からインクを噴射させることにより、所望する文字
や画像を形成するのである。 【0003】このような液滴噴射装置としては、例えば
特開昭63−247051号公報、特開昭63−252
750号公報および特開平2−150355号公報に記
載されているものがある。以下、その液滴噴射装置の概
略構成を説明する。 【0004】図3に示すように、インクジェットプリン
タヘッド1は、圧電セラミックスプレート2とカバープ
レート3とノズルプレート31と基板41とから構成さ
れている。 【0005】その圧電セラミックスプレート2には、薄
い円板状のダイヤモンドブレード等により切断された複
数の溝8が形成されている。また、その溝8の側面とな
る側壁11は矢印5の方向に分極されている。それらの
溝8は同じ深さであり、かつ平行である。それら溝8の
深さは圧電セラミックスプレート2の一端面15に近づ
くにつれて徐々に浅くなっており、一端面15付近には
浅溝16が形成されている。そして、溝8の内面には、
その両側面の上半分に金属電極13がスパッタリング等
によって形成されている。また、浅溝16の内面には、
その側面及び底面に金属電極9がスパッタリング等によ
って形成されている。これにより、溝8の両側面に形成
された金属電極13は浅溝16に形成された金属電極9
によって連結されている。 【0006】次に、カバープレート3は、セラミックス
材料または樹脂材料等から形成されている。そして、カ
バープレート3には、研削または切削加工等によって、
インク導入口21及びマニホールド22が形成されてい
る。そして、圧電セラミックスプレート2の溝8加工側
の面とカバープレート3のマニホールド22加工側の面
とがエポキシ系等の接着剤4(図6参照)によって接着
される。従って、インクジェットプリンタヘッド1に
は、溝8の上面が覆われて横方向に互いに間隔を有する
複数のインク流路12(図6)が構成される。図6に示
すように、そのインク流路12は長方形断面の細長い形
状であり、全てのインク流路12内には、インクが充填
される。 【0007】図3に示すように、圧電セラミックスプレ
ート2及びカバープレート3の端面に、各インク流路1
2の位置に対応した位置にノズル32が設けられたノズ
ルプレート31がエポキシ系等の接着剤33(図4参
照)によって接着されている。このノズルプレート31
は、ポリアルキレン(例えばエチレン)テレフタレー
ト、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケ
トン、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネイト、酢酸
セルロース等のプラスチックによって形成されている。 【0008】そして、圧電セラミックスプレート2の溝
8の加工側に対して反対側の面には、基板41が、エポ
キシ系等の接着剤(図示せず)によって接着されてい
る。その基板41には各インク流路12の位置に対応し
た位置に導電層のパターン42が形成されている。その
導電層のパターン42と浅溝16の底面の金属電極9と
は、周知のワイヤボンディング等によって導線43で接
続されている。 【0009】次に、制御部のブロック図を示す図5によ
って、制御部の構成を説明する。基板41に形成された
導電層のパターン42は各々個々にLSIチップ51に
接続されている。また、クロックライン52、データラ
イン53、電圧ライン54及びアースライン55もLS
Iチップ51に接続されている。LSIチップ51は、
クロックライン52から供給される連続したクロックパ
ルスに基づいて、データライン53上に現れるデータに
応じて、どのノズル32からインク滴の噴射を行うべき
かを判断する。そして、駆動するインク流路12内の金
属電極13に導通する導電層のパターン42に、電圧ラ
イン54の電圧Vを印加する。また、駆動するインク流
路12以外の金属電極13に導通する導電層のパターン
42にはアースライン55の電圧0Vを印加する。 【0010】次に、図5,図6によって、インクジェッ
トプリンタヘッド1の動作を説明する。LSIチップ5
1が、所要のデータに従って、インクジェットプリンタ
ヘッド1のインク流路12bからインクの噴出を行なう
と判断する。すると、金属電極13eと13fとに正の
駆動電圧Vが印加され、金属電極13dと13gとが接
地される。図6に示すように、側壁11bには矢印14
bの方向の駆動電界が発生し、側壁11cには矢印14
cの方向の駆動電界が発生する。すると、駆動電界方向
14b及び14cは分極方向5とが直交しているため、
側壁11b及び11cは、圧電厚みすべり効果により、
この場合、インク流路12bの内部方向に急速に変形す
る。この変形によってインク流路12bの容積が減少し
てインク圧力が急速に増大し、圧力波が発生して、イン
ク流路12bに連通するノズル32(図3)からインク
滴が噴射される。 【0011】また、駆動電圧Vの印加が停止されると、
側壁11b及び11cが変形前の位置(図5参照)に徐
々に戻るためインク流路12b内のインク圧力が徐々に
低下する。すると、インク供給口21(図6)からマニ
ホールド22(図6)を通してインク流路12b内にイ
ンクが供給される。 【0012】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の液滴噴射装置では、圧電厚みすべり効果による側壁
11の変形によって、インク流路12の容積を変化させ
てインク滴を噴射しているので、十分なインク流路12
の体積変化を必要とする。このためには、図4における
ノズルプレート31と、圧電セラミックスプレート2及
びカバープレート3とを接着する接着剤33の弾性が問
題となる。つまり、接着剤33の弾性が小さい、つまり
剛性が大きいと、側壁11の端面とノズルプレート31
とが固定されて、側壁11の前記圧電厚みすべり効果に
よるインク流路12の体積変化が十分に行われず、イン
ク滴の噴射に影響を及ぼし、所望するインク滴の噴射速
度が得られなかったり、インク滴が噴射しなかったりす
るといった問題があった。 【0013】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、常時安定したインク滴の噴射が
行える液滴噴射装置を提供することを目的とする。 【0014】 【0015】 【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明では、端部が開放されたインク流路を複数の側
壁間に形成した流路部材と、前記流路部材の側壁の端部
に接着剤により接着され、前記インク流路と連通するよ
うにノズルが形成されたノズルプレートとを有し、前記
インク流路の側壁の変形により前記インク流路の容積を
変化させ、そのインク流路内に充填されたインクを前記
ノズルから1m/s以上の噴射速度で噴射する液滴噴射
装置において、前記ノズルプレートを前記流路部材の側
壁の端部に接着するための接着剤のヤング率を、その接
着剤の接着層の厚さで割った値が、1×10kg/m
以下であることを特徴とする。 【0016】 【作用】上記の構成を有する本発明の液滴噴射装置にお
いて、前記ノズルプレートを接着する接着剤のヤング率
を接着層の厚さで割った値が、1×10kg/mm
以下にすることより、側壁の変形によるインク流路の体
積変化を所定の変化量得て、1m/s以上の噴射速度で
噴射する。 【0017】 【実施例】以下、図面を用いて本発明を詳細に説明す
る。なお都合上、従来例と同一部位、及び均等部位には
同一符合をつけるとともに、その詳細な説明は省略す
る。 【0018】圧電セラミックスプレート2の側壁11の
上面とカバープレート3とを接着する接着剤4について
説明する。上述したように、接着剤4のヤング率が小さ
かったり、接着剤4の接着層が厚かったりして、接着剤
4の接着層の弾性が大きい、つまり剛性が小さいと、図
8に示すように、側壁11が変形する方向と反対方向に
接着剤4が変形するので十分なインク流路12の体積変
化が得らない。 【0019】そこで、ヤング率(硬化後)の異なるエポ
キシ系の接着剤4を複数用いて、接着層の厚みを変化さ
せて、それぞれについてインクジェットプリンタヘッド
1のインク滴噴射実験を行った。尚、実験に用いた接着
剤4は、硬化後のヤング率が重要であり、他の性質は今
回の実験においては考慮しなくてもよい。その実験の結
果を図1に示す。実験における接着剤4の接着層の厚さ
は顕微鏡で測定した。インクジェットプリンタヘッド1
の評価は、インク滴の噴射速度がインク流路12の体積
変化に比例するので、インク滴の噴射速度を測定して評
価した。 【0020】ここで、インク滴の噴射速度とインク噴射
の安定性について、実験による経験に基づいて説明す
る。まず、噴射速度が1m/s未満の場合は、インクが
噴射されない(インク滴が分離されない)か、されたと
しても、ノズル32と用紙との間における空気流等の影
響により所望の位置にインク滴が付着しなく、印字品質
が悪化する。従って、液滴噴射装置を製品化するにあた
っては、噴射速度は少なくとも1m/s以上は必要であ
る。 【0021】更に、インク噴射速度が液滴噴射装置に与
える影響として、以下のことがあげられる。まず、ノズ
ル形状が不均一であったりノズル付近にゴミやインクが
付着してしまった場合、噴射速度が小さいとインクの直
進性に影響が出る。また、キャリッジ走査型の液滴噴射
装置においては、キャリッジ移動によりノズル32と用
紙との間における空気流が激しくなり、噴射速度が小さ
いとインクの着弾点にずれが生じやすく、更にこのずれ
は、高速印字のためにキャリッジ移動速度を高速化する
場合や、厚紙に印字できるようノズルとプラテンの距離
を大きくする場合に、より顕著に現われる。 【0022】従って、上記のいくつかの条件を考慮する
場合、安定した噴射を実現するためには、噴射速度は好
ましくは3m/s以上必要であり、噴射速度が5m/s
以上であれば上記のすべての条件を考慮しても、安定し
た噴射を実現することができる。 【0023】これらのことを踏まえて、図1におけるイ
ンクジェットプリンタヘッド1の評価は、インク滴の噴
射速度を、5m/s以上、3〜5m/s、1〜3m/
s、及び1m/s未満にわけて評価した。 【0024】図1からわかるように、直線L3の上方領
域ではインク滴の噴射速度が5m/s以上となり、直線
L3とL2の間の領域では噴射速度が3〜5m/s、直
線L2とL1の間の領域ではの噴射速度が1〜3m/
s、直線L1の下方領域では噴射速度が1m/s未満と
なる。ここで、前記直線L1、L2、L3の傾きは、接
着剤4のヤング率を接着剤4の厚さで割った値であり、
この値は順に5×10kg/mm、5×10kg
/mm、1.2×10kg/mmである。従っ
て、接着剤4のヤング率を接着剤4の厚さで割った値が
5×10kg/mm以上、好ましくは5×10
g/mm以上、より好ましくは1.2×10kg/
mm以上であれば、安定したインク滴の噴射が行え
る。ここで、上記の結果から接着層の厚さは、薄いほど
剛性が増し好ましいが、カバープレート3と側壁11の
上面とを完全に接合させるだけの厚さは必要であり、ま
た接着層を薄くするための技術的限界も存在する。従っ
て、接着層の厚さをある程度厚くする場合は、要求され
る噴射速度に応じてヤング率の大きい接着剤を用いれば
よい。 【0025】以上説明したように、圧電セラミックスプ
レート2の側壁11の上面とカバープレート3とを接着
する接着剤4のヤング率を接着剤4の厚さで割った値が
5×10kg/mm以上、好ましくは5×10
g/mm以上、より好ましくは1.2×10kg/
mm以上となるように接着剤の材質及び厚さを選定す
れば、圧電厚みすべり効果による側壁11の変形によっ
て、十分なインク流路12の体積変化が得られ、安定し
たインク滴の噴射が行われる。 【0026】次に、圧電セラミックスプレート2及びカ
バープレート3の端面に、ノズルプレート31を接着す
る接着剤33(図4参照)について説明する。 【0027】図4に示すように、接着剤33は側壁11
を含む圧電セラミックスプレート2の端面とノズルプレ
ート31との間に形成されており、前記ノズル32が連
通するインク流路12(図6)とノズルプレート31と
の間には接着剤33は形成されていない。一般にノズル
プレート31はノズル32の形成等を考慮して、樹脂ま
たは金属材料が用いられ、セラミックス材料を用いる圧
電セラミックスプレート2とは線膨張係数が異なる。そ
こで、圧電セラミックスプレート2とノズルプレート3
1とを接着する接着剤33は、圧電セラミックスプレー
ト2の線膨張係数とノズルプレート31の線膨張係数と
の差を緩衝するために、ある程度の弾性が必要である。
また、接着剤33の弾性が小さい、つまり剛性が大きい
と、側壁11の端面とノズルプレート31とが固定され
て、側壁11の前記圧電厚みすべり効果によるインク流
路12の体積変化が十分に行われず、インク滴の噴射に
影響を及ぼす。 【0028】そこで、ヤング率(硬化後)の異なるエポ
キシ系の接着剤33を複数用いて接着層の厚みを変化さ
せて、それぞれについてインクジェットプリンタヘッド
1のインク滴噴射実験を行った。尚、実験に用いた接着
剤33は、硬化後のヤング率が重要であり、他の性質は
今回の実験においては考慮しなくてもよい。また、イン
クジェットプリンタヘッド1の評価はインク滴の噴射速
度を測定して評価した。インク滴の噴射速度は、上述し
た理由から5m/s以上、3〜5m/s、1〜3m/
s、及び1m/s未満にわけて評価した。また、接着剤
33の厚さは、噴射実験後にインクジェットプリンタヘ
ッド1をインク流路12方向に切断して顕微鏡で測定し
た。その実験の結果を図2に示す。図2は、ヤング率の
異なる4種類の接着剤を用い、かつ接着剤層の厚みを変
化させてノズルプレート3と圧電セラミックスプレート
2を接着したインクジェットプリンタヘッドを製作し、
各ヘッドについてインク滴の噴射速度を測定した結果
を、接着剤のヤング率、厚みとの関係で表したものであ
る。 【0029】図2からわかるように、直線M3の下方領
域ではインク滴の噴射速度が5m/s以上となり、直線
M3とM2の間の領域では噴射速度が3〜5m/s、直
線M2とM1の間の領域ではの噴射速度が1〜3m/
s、直線M1の上方領域では噴射速度が1m/s未満と
なる。ここで、前記直線M1、M2、M3の傾きは、接
着剤33のヤング率を接着剤33の厚さで割った値であ
り、この値は順に1×10kg/mm、5×10
kg/mm、3×10kg/mmである。従っ
て、接着剤33のヤング率を接着剤33の厚さで割った
値が1×10kg/mm以下、好ましくは5×10
kg/mm以下、より好ましくは3×10kg/
mm以下であれば、安定したインク滴の噴射が行え
る。 【0030】以上説明したように、圧電セラミックスプ
レート2及びカバープレート3の端面に、ノズルプレー
ト31を接着する接着剤33のヤング率を接着剤33の
厚さで割った値が1×10kg/mm以下、好まし
くは5×10kg/mm以下、より好ましくは3×
10kg/mm以下となるように接着剤の材質及び
厚さを選定すれば、圧電厚みすべり効果による側壁11
の変形によって、十分なインク流路12の体積変化が得
られ、安定したインク滴の噴射が行われる。 【0031】以上の実験結果に基づいて、本実施例のイ
ンクジェットプリンタヘッド1を作成し、キャリッジ走
査型の液滴噴射装置として印字を試みることにした。
尚、液滴噴射装置の仕様としてキャリッジ移動速度は
0.635m/s、ノズルと用紙の紙面との距離は1.
5mmとした。 【0032】ところで、このインクジェットプリンタヘ
ッド1を作成する際に、圧電セラミックスプレート2に
対し、カバープレート3を接着する接着剤4と、ノズル
プレート31を接着する接着剤33の材質や接着工程を
異ならせることは、製造コストや製造時間の浪費につな
がるため、本実施例においては同じ材質の接着剤を用い
同じ接着工程にて接着することにした。従って、接着剤
のヤング率と厚さも等しくなるため、上記の2つの実験
結果をともに満足するようにヤング率と厚さを設定する
必要がある。そして、上記の実験結果から最も好ましい
ヤング率と厚さの関係は、ヤング率を厚さで割った値が
1.2×10kg/mm以上、3×10kg/m
以下である。従って本実施例では、ヤング率が73
0kg/mmの接着剤を用い、接着剤の厚さを3μm
とした。この場合のヤング率を厚さで割った値は、2.
43×10kg/mmとなるため、両者の条件を満
たし得るものである。 【0033】このようにして作成されたインクジェット
プリンタヘッド1により、液滴噴射装置として印字させ
た場合の印字サンプルを、インクの着弾点のずれを中心
に評価した結果、ほとんどずれの無い良好な印字が行わ
れたことが確認できた。 【0034】尚、本実施例では、エポキシ系の接着剤を
用いたが、アクリル系、フェノール系等の接着剤を用い
てもよい。 【0035】 【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明の液滴噴射装置では、インク流路を形成する流路部
材の端部と、ノズルプレートとを接着する接着剤のヤン
グ率を接着層の厚さで割った値が、1×10kg/m
以下にすることより、側壁の変形によりインク流路
の十分な容積変化が得られ、1m/s以上の噴射速度で
安定したインクの噴射が行うことができる。また、流路
部材とノズルプレートとで線膨張係数に差がある場合に
も有効である。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a liquid droplet ejecting apparatus. [0002] Hitherto, as a droplet ejecting apparatus using a piezoelectric ceramic element, for example, a drop-on-demand type droplet ejecting apparatus has been proposed. This is to change the volume in the ink flow path, eject the ink in the ink flow path from the nozzle when the volume decreases, and introduce the ink into the ink flow path from the ink supply port when the volume increases. It is. Then, desired characters and images are formed by ejecting ink from an ejection device at a predetermined position in accordance with the print data. [0003] Such a droplet ejecting apparatus is disclosed in, for example, JP-A-63-247051 and JP-A-63-252.
750 and JP-A-2-150355. Hereinafter, a schematic configuration of the droplet ejecting apparatus will be described. As shown in FIG. 3, the ink jet printer head 1 includes a piezoelectric ceramic plate 2, a cover plate 3, a nozzle plate 31, and a substrate 41. The piezoelectric ceramic plate 2 has a plurality of grooves 8 cut by a thin disk-shaped diamond blade or the like. The side wall 11 serving as the side surface of the groove 8 is polarized in the direction of the arrow 5. The grooves 8 are of the same depth and are parallel. The depth of each of the grooves 8 gradually becomes shallower toward the one end face 15 of the piezoelectric ceramic plate 2, and a shallow groove 16 is formed near the one end face 15. And on the inner surface of the groove 8,
Metal electrodes 13 are formed on the upper half of both side surfaces by sputtering or the like. Also, on the inner surface of the shallow groove 16,
Metal electrodes 9 are formed on the side and bottom surfaces by sputtering or the like. As a result, the metal electrodes 13 formed on both sides of the groove 8 are replaced with the metal electrodes 9 formed in the shallow groove 16.
Are linked by Next, the cover plate 3 is formed of a ceramic material or a resin material. Then, on the cover plate 3, by grinding or cutting, or the like,
An ink inlet 21 and a manifold 22 are formed. Then, the surface of the piezoelectric ceramic plate 2 on the processing side of the groove 8 and the surface of the cover plate 3 on the processing side of the manifold 22 are bonded with an adhesive 4 such as an epoxy-based adhesive (see FIG. 6). Accordingly, the ink jet printer head 1 has a plurality of ink flow paths 12 (FIG. 6) that cover the upper surface of the groove 8 and are spaced apart from each other in the horizontal direction. As shown in FIG. 6, the ink flow path 12 has an elongated shape with a rectangular cross section, and all the ink flow paths 12 are filled with ink. As shown in FIG. 3, each ink flow path 1 is provided on the end faces of the piezoelectric ceramic plate 2 and the cover plate 3.
The nozzle plate 31 provided with the nozzle 32 at a position corresponding to the position 2 is adhered by an adhesive 33 such as an epoxy type (see FIG. 4). This nozzle plate 31
Is formed of a plastic such as polyalkylene (eg, ethylene) terephthalate, polyimide, polyetherimide, polyetherketone, polyethersulfone, polycarbonate, or cellulose acetate. A substrate 41 is bonded to the surface of the piezoelectric ceramic plate 2 opposite to the processing side of the groove 8 with an adhesive (not shown) such as an epoxy resin. The conductive layer pattern 42 is formed on the substrate 41 at a position corresponding to the position of each ink flow path 12. The conductive layer pattern 42 and the metal electrode 9 on the bottom surface of the shallow groove 16 are connected by a conductive wire 43 by known wire bonding or the like. Next, the configuration of the control unit will be described with reference to FIG. 5 which shows a block diagram of the control unit. The conductive layer patterns 42 formed on the substrate 41 are individually connected to the LSI chip 51. Further, the clock line 52, the data line 53, the voltage line 54 and the ground line 55 are also LS.
It is connected to the I chip 51. The LSI chip 51
Based on the continuous clock pulse supplied from the clock line 52, it is determined which nozzle 32 should eject the ink droplet according to the data appearing on the data line 53. Then, the voltage V of the voltage line 54 is applied to the pattern 42 of the conductive layer that is connected to the metal electrode 13 in the ink flow path 12 to be driven. Further, a voltage of 0 V of the ground line 55 is applied to the conductive layer pattern 42 that is connected to the metal electrode 13 other than the ink flow path 12 to be driven. Next, the operation of the ink jet printer head 1 will be described with reference to FIGS. LSI chip 5
1 determines that ink is to be ejected from the ink flow path 12b of the inkjet printer head 1 according to required data. Then, a positive drive voltage V is applied to the metal electrodes 13e and 13f, and the metal electrodes 13d and 13g are grounded. As shown in FIG. 6, an arrow 14 is provided on the side wall 11b.
A driving electric field in the direction b is generated, and an arrow 14
A driving electric field in the direction of c is generated. Then, since the driving electric field directions 14b and 14c are orthogonal to the polarization direction 5,
The side walls 11b and 11c are formed by the piezoelectric thickness-shear effect.
In this case, the ink flow path 12b is rapidly deformed toward the inside. Due to this deformation, the volume of the ink flow path 12b decreases, the ink pressure rapidly increases, a pressure wave is generated, and ink droplets are ejected from the nozzle 32 (FIG. 3) communicating with the ink flow path 12b. When the application of the driving voltage V is stopped,
Since the side walls 11b and 11c gradually return to the positions before deformation (see FIG. 5), the ink pressure in the ink flow path 12b gradually decreases. Then, ink is supplied from the ink supply port 21 (FIG. 6) into the ink flow path 12b through the manifold 22 (FIG. 6). However, in the above-described conventional droplet ejecting apparatus, the ink droplets are ejected by changing the volume of the ink flow path 12 by deforming the side wall 11 due to the piezoelectric thickness-shear effect. There is enough ink flow path 12
Requires a change in volume. For this purpose, the elasticity of the adhesive 33 that bonds the nozzle plate 31 to the piezoelectric ceramic plate 2 and the cover plate 3 in FIG. That is, if the elasticity of the adhesive 33 is small, that is, the rigidity is large, the end face of the side wall 11 and the nozzle plate 31
Is fixed, the volume change of the ink flow path 12 due to the piezoelectric thickness-shear effect of the side wall 11 is not sufficiently performed, which affects the ejection of the ink droplet, and the desired ejection speed of the ink droplet cannot be obtained, There has been a problem that ink droplets are not ejected. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problem, and has as its object to provide a droplet ejecting apparatus capable of constantly and stably ejecting ink droplets. In order to achieve this object, according to the present invention, there is provided a flow path member having an ink flow path having an open end between a plurality of side walls; A nozzle plate adhered to an end of a side wall of the path member with an adhesive and having a nozzle formed so as to communicate with the ink flow path, wherein the volume of the ink flow path is changed by deformation of the side wall of the ink flow path. In a droplet ejecting apparatus that ejects the ink filled in the ink flow path from the nozzle at an injection speed of 1 m / s or more , the nozzle plate is bonded to an end of a side wall of the flow path member. Value obtained by dividing the Young's modulus of the adhesive for the adhesive by the thickness of the adhesive layer of the adhesive is 1 × 10 6 kg / m
characterized in that m 3 or less. In the droplet ejecting apparatus of the present invention having the above structure, the value obtained by dividing the Young's modulus of the adhesive for bonding the nozzle plate by the thickness of the bonding layer is 1 × 10 6 kg / mm. 3
By performing the following, the volume change of the ink flow path due to the deformation of the side wall is obtained by a predetermined change amount , and the ejection speed is 1 m / s or more.
You injection. The present invention will be described below in detail with reference to the drawings. For convenience, the same parts and equivalent parts as those in the conventional example are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. The adhesive 4 for bonding the upper surface of the side wall 11 of the piezoelectric ceramic plate 2 to the cover plate 3 will be described. As described above, when the Young's modulus of the adhesive 4 is small, or the adhesive layer of the adhesive 4 is thick, and the elasticity of the adhesive layer of the adhesive 4 is large, that is, the rigidity is small, as shown in FIG. Since the adhesive 4 is deformed in the direction opposite to the direction in which the side wall 11 is deformed, a sufficient change in volume of the ink flow path 12 cannot be obtained. Therefore, an experiment was conducted using a plurality of epoxy adhesives 4 having different Young's moduli (after curing) to change the thickness of the adhesive layer, and to eject ink droplets from the ink jet printer head 1 for each of them. The adhesive 4 used in the experiment is important in Young's modulus after curing, and other properties do not need to be considered in this experiment. FIG. 1 shows the results of the experiment. The thickness of the adhesive layer of the adhesive 4 in the experiment was measured with a microscope. Inkjet printer head 1
The evaluation was performed by measuring the ejection speed of the ink droplets because the ejection speed of the ink droplets is proportional to the change in the volume of the ink flow path 12. Here, the ejection speed of ink droplets and the stability of ink ejection will be described based on experimental experience. First, when the ejection speed is less than 1 m / s, the ink is not ejected (the ink droplets are not separated), or even if it is ejected, the ink is moved to a desired position due to an air flow between the nozzle 32 and the paper. Drops do not adhere and the printing quality deteriorates. Therefore, in order to commercialize the droplet ejection device, the ejection speed needs to be at least 1 m / s or more. Further, the influence of the ink jetting speed on the droplet jetting device is as follows. First, when the nozzle shape is non-uniform or dust or ink adheres to the vicinity of the nozzle, a low ejection speed affects the straightness of the ink. Further, in the carriage scanning type droplet ejecting apparatus, the air movement between the nozzle 32 and the sheet becomes strong due to the movement of the carriage, and when the ejection speed is low, a shift tends to occur at the ink landing point. This is more noticeable when the carriage movement speed is increased for high-speed printing or when the distance between the nozzle and the platen is increased so that printing can be performed on thick paper. Therefore, in consideration of the above several conditions, the injection speed is preferably 3 m / s or more, and the injection speed is 5 m / s in order to realize stable injection.
Above, stable injection can be realized even if all the above conditions are considered. Based on these facts, the evaluation of the ink jet printer head 1 shown in FIG. 1 is based on the assumption that the ejection speed of the ink droplets is 5 m / s or more, 3 to 5 m / s, 1 to 3 m / s.
s and less than 1 m / s. As can be seen from FIG. 1, the ejection speed of the ink droplets is 5 m / s or more in the region above the straight line L3, and the ejection speed is 3 to 5 m / s in the region between the straight lines L3 and L2. Injection speed in the region between 1 and 3 m /
s, the injection speed is less than 1 m / s in the region below the straight line L1. Here, the inclination of the straight lines L1, L2, L3 is a value obtained by dividing the Young's modulus of the adhesive 4 by the thickness of the adhesive 4.
This value is 5 × 10 3 kg / mm 3 , 5 × 10 4 kg
/ Mm 3 , 1.2 × 10 5 kg / mm 3 . Therefore, the value obtained by dividing the Young's modulus of the adhesive 4 by the thickness of the adhesive 4 is 5 × 10 3 kg / mm 3 or more, preferably 5 × 10 4 k.
g / mm 3 or more, more preferably 1.2 × 10 5 kg /
If it is not less than 3 mm, stable ejection of ink droplets can be performed. Here, from the above results, it is preferable that the thickness of the adhesive layer is thinner as the rigidity increases, but it is preferable that the thickness is sufficient to completely join the cover plate 3 and the upper surface of the side wall 11. There are also technical limitations for doing so. Therefore, when the thickness of the adhesive layer is increased to some extent, an adhesive having a large Young's modulus may be used in accordance with the required injection speed. As described above, the value obtained by dividing the Young's modulus of the adhesive 4 for bonding the upper surface of the side wall 11 of the piezoelectric ceramic plate 2 to the cover plate 3 by the thickness of the adhesive 4 is 5 × 10 3 kg / kg. mm 3 or more, preferably 5 × 10 4 k
g / mm 3 or more, more preferably 1.2 × 10 5 kg /
If the material and thickness of the adhesive are selected so as to be not less than 3 mm, a sufficient change in volume of the ink flow path 12 can be obtained by deformation of the side wall 11 due to the piezoelectric thickness-shear effect, and stable ejection of ink droplets Done. Next, the adhesive 33 (see FIG. 4) for bonding the nozzle plate 31 to the end surfaces of the piezoelectric ceramic plate 2 and the cover plate 3 will be described. As shown in FIG. 4, the adhesive 33 is applied to the side wall 11.
The adhesive 33 is formed between the nozzle plate 31 and the ink flow path 12 (FIG. 6), which is formed between the end surface of the piezoelectric ceramic plate 2 including the nozzle plate 31 and the nozzle 32. Not. Generally, a resin or a metal material is used for the nozzle plate 31 in consideration of the formation of the nozzle 32 and the like, and the nozzle plate 31 has a different linear expansion coefficient from the piezoelectric ceramic plate 2 using a ceramic material. Therefore, the piezoelectric ceramic plate 2 and the nozzle plate 3
The adhesive 33 that adheres to the first and second nozzles needs to have a certain degree of elasticity in order to buffer the difference between the linear expansion coefficient of the piezoelectric ceramic plate 2 and the linear expansion coefficient of the nozzle plate 31.
If the elasticity of the adhesive 33 is small, that is, the rigidity is large, the end face of the side wall 11 and the nozzle plate 31 are fixed, and the volume change of the ink flow channel 12 due to the piezoelectric thickness-shear effect of the side wall 11 is sufficiently performed. Not affect ink droplet ejection. Therefore, the thickness of the adhesive layer was changed by using a plurality of epoxy adhesives 33 having different Young's moduli (after curing), and an ink droplet ejection experiment of the ink jet printer head 1 was performed for each of them. The adhesive 33 used in the experiment is important in Young's modulus after curing, and other properties do not need to be considered in this experiment. The evaluation of the ink jet printer head 1 was performed by measuring the ejection speed of ink droplets. The ejection speed of the ink droplets is 5 m / s or more, 3 to 5 m / s, and 1 to 3 m / s for the reason described above.
s and less than 1 m / s. The thickness of the adhesive 33 was measured by a microscope after the inkjet printer head 1 was cut in the direction of the ink flow path 12 after the ejection experiment. FIG. 2 shows the results of the experiment. Figure 2 shows the Young's modulus
Use four different adhesives and change the thickness of the adhesive layer
Nozzle plate 3 and piezoelectric ceramic plate
2 to produce an inkjet printer head,
Results of measuring ink droplet ejection speed for each head
Is expressed in relation to the Young's modulus and thickness of the adhesive.
You. As can be seen from FIG. 2, the ejection speed of the ink droplets is 5 m / s or more in the region below the straight line M3, and the ejection speed is 3 to 5 m / s in the region between the straight lines M3 and M2. Injection speed in the region between 1 and 3 m /
s, the injection speed is less than 1 m / s in the region above the straight line M1. Here, the inclination of the straight lines M1, M2, M3 is a value obtained by dividing the Young's modulus of the adhesive 33 by the thickness of the adhesive 33, and this value is 1 × 10 6 kg / mm 3 , 5 × 10 5
kg / mm 3 , 3 × 10 5 kg / mm 3 . Therefore, the value obtained by dividing the Young's modulus of the adhesive 33 by the thickness of the adhesive 33 is 1 × 10 6 kg / mm 3 or less, preferably 5 × 10 6 kg / mm 3 or less.
5 kg / mm 3 or less, more preferably 3 × 10 5 kg /
If it is not more than 3 mm, stable ejection of ink droplets can be performed. As described above, the value obtained by dividing the Young's modulus of the adhesive 33 for bonding the nozzle plate 31 to the end surfaces of the piezoelectric ceramic plate 2 and the cover plate 3 by the thickness of the adhesive 33 is 1 × 10 6 kg. / Mm 3 or less, preferably 5 × 10 5 kg / mm 3 or less, more preferably 3 × 10 5 kg / mm 3 or less.
If the material and the thickness of the adhesive are selected so as to be 10 5 kg / mm 3 or less, the side wall 11 due to the piezoelectric thickness-slip effect can be obtained.
Due to this deformation, a sufficient change in volume of the ink flow path 12 is obtained, and stable ejection of ink droplets is performed. Based on the above experimental results, the ink jet printer head 1 according to the present embodiment was prepared, and printing was attempted as a carriage scanning type droplet ejecting apparatus.
The specification of the droplet ejecting apparatus is that the carriage moving speed is 0.635 m / s, and the distance between the nozzle and the paper surface is 1.
5 mm. When the ink jet printer head 1 is manufactured, if the material and the bonding process of the adhesive 4 for bonding the cover plate 3 to the piezoelectric ceramic plate 2 and the adhesive 33 for bonding the nozzle plate 31 are different. Since this leads to waste of manufacturing costs and manufacturing time, in the present embodiment, the bonding is performed in the same bonding step using an adhesive of the same material. Accordingly, the Young's modulus and the thickness of the adhesive become equal, and therefore it is necessary to set the Young's modulus and the thickness so as to satisfy both of the above two experimental results. From the above experimental results, the most preferable relationship between the Young's modulus and the thickness is that the value obtained by dividing the Young's modulus by the thickness is 1.2 × 10 5 kg / mm 3 or more and 3 × 10 5 kg / m 3.
m 3 is equal to or less than. Therefore, in this embodiment, the Young's modulus is 73
Using an adhesive of 0 kg / mm 2 , the thickness of the adhesive is 3 μm
And The value obtained by dividing the Young's modulus in this case by the thickness is 2.
Since it is 43 × 10 5 kg / mm 3 , both conditions can be satisfied. The print sample produced by the ink jet printer head 1 produced as described above, when printed as a droplet ejecting apparatus, was evaluated with a focus on the deviation of the ink landing point. Has been confirmed. Although an epoxy adhesive is used in this embodiment, an acrylic or phenol adhesive may be used. As is apparent from the above description, in the liquid droplet ejecting apparatus of the present invention, the adhesive for bonding the end of the flow path member forming the ink flow path to the nozzle plate is used. The value obtained by dividing the Young's modulus by the thickness of the adhesive layer is 1 × 10 6 kg / m
m 3 than to below, sufficient volume change of the ink flow path is obtained by the deformation of the side walls, it can be performed by <br/> stable ink injection at 1 m / s or more ejection velocity. It is also effective when there is a difference in linear expansion coefficient between the flow path member and the nozzle plate.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の一実施例における圧電セラミックスプ
レートとカバープレートとを接着する接着剤のヤング率
と接着層の厚さとの関係を示すグラフである。 【図2】前記実施例における圧電セラミックスプレート
とノズルプレートとを接着する接着剤のヤング率と接着
層の厚さとの関係を示すグラフである。 【図3】前記実施例及び従来技術のインクジェットプリ
ンタヘッドの構成を示す斜視図である。 【図4】前記実施例及び従来技術のインクジェットプリ
ンタヘッドをインク流路の流路方向に切断した断面図で
ある。 【図5】前記実施例及び従来技術のインクジェットプリ
ンタヘッドの制御部を示す説明図である。 【図6】前記実施例及び従来技術のインクジェットプリ
ンタヘッドの構成を示す断面図である。 【図7】前記実施例及び従来技術のインクジェットプリ
ンタヘッドの作動状態を示す説明図である。 【図8】インクジェットプリンタヘッドの側壁とカバー
プレートとの接着層の弾性が大きい場合における側壁の
圧電厚みすべり効果時の接着層の状態を示す説明図であ
る。 【符号の説明】 2 圧電セラミックスプレート 11 側壁 12 インク流路 31 ノズルプレート 33 接着剤
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a graph showing the relationship between the Young's modulus of an adhesive for bonding a piezoelectric ceramic plate and a cover plate and the thickness of an adhesive layer in one embodiment of the present invention. FIG. 2 is a graph showing a relationship between a Young's modulus of an adhesive for bonding a piezoelectric ceramic plate and a nozzle plate and a thickness of an adhesive layer in the embodiment. FIG. 3 is a perspective view illustrating a configuration of the ink jet printer head according to the embodiment and the related art. FIG. 4 is a cross-sectional view of the ink jet printer head according to the embodiment and the related art, which is cut in a flow direction of an ink flow path. FIG. 5 is an explanatory diagram showing a control unit of the ink jet printer head of the embodiment and the prior art. FIG. 6 is a sectional view showing a configuration of the ink jet printer head according to the embodiment and the prior art. FIG. 7 is an explanatory view showing an operation state of the ink jet printer head according to the embodiment and the prior art. FIG. 8 is an explanatory view showing a state of the adhesive layer when the piezoelectric thickness-shear effect of the side wall is obtained when the elasticity of the adhesive layer between the side wall and the cover plate of the inkjet printer head is large. [Description of Signs] 2 Piezoelectric ceramic plate 11 Side wall 12 Ink channel 31 Nozzle plate 33 Adhesive

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−348949(JP,A) 特開 平4−282254(JP,A) 特開 平4−357037(JP,A) 特開 平5−345417(JP,A) 実開 平4−132949(JP,U)Continuation of front page       (56) References JP-A-4-348949 (JP, A)                 JP-A-4-282254 (JP, A)                 JP-A-4-357037 (JP, A)                 JP-A-5-345417 (JP, A)                 Hikaru 4-132949 (JP, U)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 端部が開放されたインク流路を複数の側
壁間に形成した流路部材と、前記流路部材の側壁の端部
に接着剤により接着され、前記インク流路と連通するよ
うにノズルが形成されたノズルプレートとを有し、前記
インク流路の側壁の変形により前記インク流路の容積を
変化させ、そのインク流路内に充填されたインクを前記
ノズルから1m/s以上の噴射速度で噴射する液滴噴射
装置において、 前記ノズルプレートを前記流路部材の側壁の端部に接着
するための接着剤のヤング率を、その接着剤の接着層の
厚さで割った値が、1×10kg/mm以下である
ことを特徴とする液滴噴射装置。
(57) Claims: 1. A flow path member having an ink flow path having an open end formed between a plurality of side walls, and an adhesive bonded to an end of the side wall of the flow path member with an adhesive. A nozzle plate having nozzles formed therein so as to communicate with the ink flow path, wherein the side wall of the ink flow path is deformed to change the volume of the ink flow path, and the ink flow path is filled. A droplet ejecting apparatus for ejecting the ink from the nozzle at an ejection speed of 1 m / s or more , wherein a Young's modulus of an adhesive for adhering the nozzle plate to an end of a side wall of the flow path member is determined by the adhesive. Wherein the value obtained by dividing by the thickness of the adhesive layer is 1 × 10 6 kg / mm 3 or less.
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