JPH05318726A - Liquid drop discharger - Google Patents

Liquid drop discharger

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JPH05318726A
JPH05318726A JP4130419A JP13041992A JPH05318726A JP H05318726 A JPH05318726 A JP H05318726A JP 4130419 A JP4130419 A JP 4130419A JP 13041992 A JP13041992 A JP 13041992A JP H05318726 A JPH05318726 A JP H05318726A
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Japan
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flow path
cover plate
nozzle
discharge device
substrate
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JP4130419A
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Tomoaki Takahashi
智明 高橋
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Seikosha KK
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Publication date
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    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/14Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2002/14419Manifold
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • 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)

Abstract

PURPOSE:To improve durability of a liquid drop discharger in a simple construction by a method wherein miniaturization and high efficiency of a multi-nozzle type liquid drop discharger capable of printing in high density are achieved. CONSTITUTION:A plurality of partition walls 1a-1d are provided normally to a passage substrate 3, and a cover plate 6 consisting of a piezoelectric element board is fixed to its upper end surface. The cover plate 6 is polarized in a thickness direction. When, for example, voltage is impressed to electrodes 4b, 5, the cover plate 6 is shrunk, and the partition walls 1b, 1c are bent to be deformed. A cubic volume of a passage 2b is decreased, and liquid in the passage 2b is discharged from the nozzle.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は液滴吐出装置に関し、更
に詳しくは複数のノズルを有し、必要に応じて各々のノ
ズルよりインク滴を射出するオンデマンド型マルチノズ
ルインクジェット記録装置に使用される液滴吐出装置に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a droplet discharge device, and more particularly, it is used in an on-demand type multi-nozzle ink jet recording apparatus having a plurality of nozzles and ejecting ink droplets from each nozzle as needed. Droplet discharge device.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在オンデマンド型マルチノズルインク
ジェット記録装置としては、圧電素子を用い電気信号を
機械的な変位に変換し流路中のインクに圧力を加えてイ
ンク滴を射出する方式と、流路中のインクに熱を加え発
生する蒸気の圧力によってインク滴を射出するいわゆる
バブルジェット方式とがある。
2. Description of the Related Art Presently, on-demand type multi-nozzle ink jet recording apparatuses include a method in which an electric signal is converted into a mechanical displacement by using a piezoelectric element and pressure is applied to ink in a flow path to eject ink droplets. There is a so-called bubble jet method in which ink droplets are ejected by the pressure of vapor generated by applying heat to the ink in the path.

【0003】圧電素子を用いたものとしては、米国特許
第3,683,212号に流路を覆う円筒構造のもの
が、また米国特許第3,946,398号にはダイアフ
ラム構造のものが開示されている。さらに特開昭55−
65559号には、一般にカイザー型と呼ばれる圧電素
子と振動板を組合わせたバイモルフ素子を各流路の上部
に貼り付けた構造のものが開示されている。これら圧電
素子を用いた従来のインクジェットヘッドにおいては、
一つのノズルに一つの圧電素子を対応させなければなら
ず、しかもその圧電素子が大きいため、高印字品質を実
現するための高密度マルチノズルヘッドの実現は困難で
あった。図7にカイザー型ヘッドの典型的な従来例を示
す。このようにカイザー型ヘッドでは流路20が形成さ
れた基板21上に、カバーをかねた振動板22が接着さ
れさらに振動板上の各流路部分に圧電素子23が接着さ
れている。図7(a)より明らかなように、ノズル24
のピッチに比べ圧電素子23が大きいため流路が扇状に
なりノズル密度を上げることは困難である。また流路2
0の形状がそれぞれ異なってしまい、各流路から射出さ
れるインク滴の特性が一定しない。さらに多数の圧電素
子をそれぞれ決まった位置に貼り付ける必要が有り製造
工程が複雑になるなどの不都合が有った。
As a piezoelectric element, a cylindrical structure for covering a flow path is disclosed in US Pat. No. 3,683,212, and a diaphragm structure is disclosed in US Pat. No. 3,946,398. Has been done. Further, JP-A-55-
No. 65559 discloses a structure in which a bimorph element, which is generally called a Kaiser type, in which a piezoelectric element and a vibration plate are combined is attached to the upper portion of each flow path. In the conventional inkjet head using these piezoelectric elements,
It is difficult to realize a high-density multi-nozzle head for realizing high print quality because one piezoelectric element must be associated with one nozzle and the piezoelectric element is large. FIG. 7 shows a typical conventional example of a Kaiser type head. As described above, in the Kaiser type head, the vibration plate 22 also serving as a cover is bonded to the substrate 21 in which the flow path 20 is formed, and the piezoelectric element 23 is bonded to each flow path portion on the vibration plate. As is clear from FIG. 7A, the nozzle 24
Since the piezoelectric element 23 is larger than the pitch, the flow path becomes fan-shaped and it is difficult to increase the nozzle density. Also the flow path 2
The shapes of 0 are different from each other, and the characteristics of the ink droplets ejected from the respective flow paths are not constant. Further, it is necessary to attach a large number of piezoelectric elements to respective fixed positions, which causes a problem that the manufacturing process becomes complicated.

【0004】特公昭61−59911号には、いわゆる
バブルジェット方式の原理が開示されている。この方式
においては、インクを加熱するための発熱素子を小さく
出来るため、従来の圧電素子を用いたインクジェットヘ
ッドに見られた、高密度化、多数ノズル化に伴って起き
る上記問題は少ない。しかし、バブルジェット方式は圧
電素子方式に比べ極めて非効率で、1滴のインク滴を射
出するのに10倍以上のエネルギーを与える必要が有
る。また、インクを沸騰させる必要が有るため、沸点が
比較的低く熱によって変質を起こしたり発熱素子上に付
着物を形成したりしないようなインクを用いる必要が有
る。さらに蒸気泡の生成消滅時に発生するキャビテーシ
ョンによって発熱素子が損傷を受けるなど耐久性に問題
が有る。
Japanese Patent Publication No. 61-59911 discloses the so-called bubble jet principle. In this method, since the heating element for heating the ink can be made small, the above-mentioned problems caused by the high density and the large number of nozzles, which are found in the ink jet head using the conventional piezoelectric element, are small. However, the bubble jet method is much less efficient than the piezoelectric element method, and it is necessary to give 10 times or more energy to eject one ink droplet. Further, since it is necessary to boil the ink, it is necessary to use an ink that has a relatively low boiling point and does not cause deterioration due to heat or form an adhered substance on the heating element. Further, there is a problem in durability such that the heating element is damaged by cavitation generated when the vapor bubbles are generated and extinguished.

【0005】これらの問題を克服するために特開昭63
−247051号に、圧電素子の剪断モードを用いた方
式が開示されている。図8に代表的構成を示したが、こ
の方式では基板25,26に垂直でヘッド27の高さ方
向に分極された圧電素子28によって流路隔壁を構成
し、隔壁両側に形成された電極により分極方向29とは
垂直な電界を印加し、圧電素子の流路隔壁を剪断モード
によって変形させ、流路中のインクに圧力を与えインク
滴をノズル30より射出させる。この方式ではノズルの
配列方向とは垂直な流路隔壁の高さと流路の長さの2つ
の寸法を最適化することにより、インク滴の射出に必要
な流路隔壁の変位量を確保できるためノズルと同じピッ
チで流路を配置することができ、高密度で多数ノズルを
持ったインクジェットヘッドを構成することが出来る。
また従来の圧電素子を用いたインクジェットヘッドと同
様に、エネルギー効率が良くどのようなインクも使用可
能である。
In order to overcome these problems, Japanese Patent Laid-Open No. 63-63
No. 247051 discloses a method using a shear mode of a piezoelectric element. A typical configuration is shown in FIG. 8. In this method, a flow path partition is constituted by a piezoelectric element 28 that is polarized in the height direction of the head 27 and is perpendicular to the substrates 25 and 26, and electrodes formed on both sides of the partition are used. An electric field perpendicular to the polarization direction 29 is applied, the flow path partition of the piezoelectric element is deformed by the shear mode, pressure is applied to the ink in the flow path, and an ink droplet is ejected from the nozzle 30. In this method, by optimizing the two dimensions of the flow path partition vertical to the nozzle array direction and the flow path length, it is possible to secure the displacement amount of the flow path partition necessary for ink droplet ejection. The flow paths can be arranged at the same pitch as the nozzles, and an inkjet head having a high density and a large number of nozzles can be constructed.
Further, similar to the conventional inkjet head using a piezoelectric element, any ink having high energy efficiency can be used.

【0006】しかし上記剪断モードを用いた方式では、
圧電素子で流路隔壁を構成するため、50〜500[μ
m]といった非常に薄い圧電素子板を多数組合わせて作
成するか、または直方体の圧電素子基板に何らかの方法
で高さ数百μm以上の多数の流路隔壁を構成する必要が
有る。圧電材料としては、PZT、水晶、ニオブ酸リチ
ーム等が知られているが、いずれも堅く脆弱な材料で、
機械加工による多数の流路隔壁の形成には向かない。ま
たエッチング等化学的な方法で流路隔壁を形成すること
も考えられるが、これらの材料は加工性が良いとはいえ
ず数百μmもの深さまで加工するのは非常に困難であ
る。よって上記剪断モードを用いた構成では、製造コス
トが莫大なものとなりまた大量生産は困難である。
However, in the method using the above shearing mode,
Since the flow path partition is composed of a piezoelectric element, it is 50 to 500 [μ
[m]], it is necessary to combine a large number of very thin piezoelectric element plates, or to form a large number of flow path partition walls having a height of several hundred μm or more on a rectangular parallelepiped piezoelectric element substrate by some method. As the piezoelectric material, PZT, quartz, niobate rezyme, etc. are known, but all of them are hard and brittle.
It is not suitable for forming a large number of flow path partition walls by machining. Further, it is possible to form the flow path partition wall by a chemical method such as etching, but these materials cannot be said to have good workability, and it is very difficult to process them to a depth of several hundred μm. Therefore, in the configuration using the shearing mode, the manufacturing cost becomes enormous and mass production is difficult.

【0007】[0007]

【解決しようとする課題】前述したように、従来の圧電
素子を用いたインクジェット記録装置は、エネルギー効
率がよく、どのようなインクでも使えるといった利点が
有るものの、高品質印字をするための高密度化、多数ノ
ズル化には不向きである。
As described above, the ink jet recording apparatus using the conventional piezoelectric element has the advantages of high energy efficiency and the ability to use any ink, but high density printing for high quality printing. However, it is not suitable for a large number of nozzles.

【0008】また、バブルジェット方式はエネルギー効
率が悪い、インクに対する制約が大きい、耐久性が悪い
等の問題が有る。
Further, the bubble jet method has problems such as poor energy efficiency, large restrictions on ink, and poor durability.

【0009】また、これらの問題を解決するため圧電素
子の剪断モードを用いたインクジェット記録装置も開示
されているが、脆弱な圧電材料に微細加工を施す必要が
有り、製造が難しく大量生産には向かない。
In order to solve these problems, an ink jet recording apparatus using a shearing mode of a piezoelectric element is also disclosed, but it is necessary to perform fine processing on a fragile piezoelectric material, which is difficult to manufacture and mass production is difficult. Not suitable.

【0010】そこで本発明の目的は、高密度に配置され
た多数のノズルを持ち、エネルギー効率が良く耐久性の
よい新規原理、構成による液滴吐出装置を大量生産可能
かつ安価に提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a droplet discharge device having a large number of nozzles arranged at high density, energy efficiency and durability with a novel principle and structure, which can be mass-produced and inexpensively provided. is there.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、面方向と実質的に直角方向に設けられて
いる複数の隔壁とその隔壁によって区画される流路とを
有する流路基板と、厚み方向に分極された圧電素子板か
らなり隔壁端面上に固着されているカバープレートとを
含むことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides a flow having a plurality of partition walls provided in a direction substantially perpendicular to the plane direction and a flow path defined by the partition walls. It is characterized in that it includes a path substrate and a cover plate made of a piezoelectric element plate polarized in the thickness direction and fixed to the end face of the partition wall.

【0012】[0012]

【実施例】以下、本発明の詳細を添付図面に示した好適
な実施例に沿って説明する。図1は本発明に係る液滴吐
出装置の基本構成を示す流路断面図である。本発明によ
る液滴吐出装置は、面方向に対して実質的に直角に複数
の隔壁1a,1b,1c,1dが形成されこの隔壁1
a,1b,1c,1dによりインク流路2a,2b,2
cが区画形成された流路基板3と、両表面に駆動電極4
a,4b,4c、接地電極5がそれぞれ形成され厚み方
向(矢印P方向)に分極された圧電素子板からなるカバ
ープレート6と、図1には示されていないが、流路の端
部に設けられされるノズルプレートとからなっている。
隔壁の変形のしやすさと、流路および隔壁の加工性の両
方を考慮すると、流路2a,2b,2cと隔壁1a,1
b,1c,1dの断面は長方形が望ましい。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The details of the present invention will be described below with reference to the preferred embodiments shown in the accompanying drawings. FIG. 1 is a flow path cross-sectional view showing the basic configuration of a droplet discharge device according to the present invention. In the droplet discharge device according to the present invention, a plurality of partition walls 1a, 1b, 1c, 1d are formed substantially at right angles to the surface direction.
Ink flow paths 2a, 2b, 2 by a, 1b, 1c, 1d
The flow path substrate 3 in which c is partitioned and the drive electrodes 4 are formed on both surfaces.
a, 4b, 4c and a ground electrode 5 are formed respectively, and a cover plate 6 made of a piezoelectric element plate polarized in the thickness direction (direction of arrow P) and, although not shown in FIG. And a nozzle plate provided.
Considering both the ease of deformation of the partition walls and the processability of the flow paths and the partition walls, the flow paths 2a, 2b, 2c and the partition walls 1a, 1 are considered.
The cross section of b, 1c and 1d is preferably rectangular.

【0013】図2は上記装置の液滴吐出動作を説明する
ための原理図である。ここでは流路2bから液滴を射出
する動作について説明する。図示されている3つの駆動
電極4a〜4cのうち流路2bに対応する駆動電極4b
にのみ、圧電素子(カバープレート6)が平面内で縮む
方向に電圧を印加する。カバープレート6のうち流路2
bの上部部分のみが縮むため、流路2bの両側の隔壁1
b,1cが引き寄せられ流路2bの容積は減少する。こ
のため流路2b内の液体に圧力が加えられノズルより液
滴が射出される。また、非選択流路2aについて説明す
ると、隣接した流路2b上部の圧電素子板が縮むため、
流路2a上部の圧電素子部、更には隔壁1aも流路2b
方向に引き寄せられ変形する。しかしこの場合は、隔壁
1bと同じ方向に隔壁1aが変形するために流路2aの
容積は変化せず、流路2a内のインクに圧力が加えられ
ることはない。流路2cにおいても同様である。このよ
うに本発明によれば、構造的に一体の圧電素子板からな
るカバープレート6を用いて特定の流路のみを選択して
液滴を射出することが可能である。
FIG. 2 is a principle diagram for explaining the droplet discharge operation of the above apparatus. Here, the operation of ejecting a droplet from the flow path 2b will be described. Of the three drive electrodes 4a to 4c shown, the drive electrode 4b corresponding to the flow path 2b.
Only, the voltage is applied in the direction in which the piezoelectric element (cover plate 6) contracts in the plane. Channel 2 of cover plate 6
Since only the upper part of b shrinks, the partition walls 1 on both sides of the flow path 2b
b and 1c are attracted, and the volume of the flow path 2b is reduced. For this reason, pressure is applied to the liquid in the flow path 2b, and droplets are ejected from the nozzle. Further, when the non-selected channel 2a is described, the piezoelectric element plate above the adjacent channel 2b contracts,
The piezoelectric element portion above the flow path 2a, and further the partition wall 1a is also the flow path 2b.
It is drawn in the direction and deforms. However, in this case, since the partition wall 1a is deformed in the same direction as the partition wall 1b, the volume of the flow channel 2a does not change, and no pressure is applied to the ink in the flow channel 2a. The same applies to the flow path 2c. As described above, according to the present invention, it is possible to eject droplets by selecting only a specific channel using the cover plate 6 that is a structurally integrated piezoelectric element plate.

【0014】次に図3に本発明を用いたマルチノズルイ
ンクジェットヘッドの斜視図を、図4にその断面図を示
す。流路基板7には多数の流路8と隔壁9が形成されて
いる。各流路8並びに隔壁9の断面は概略長方形となっ
ている。各流路8はノズルプレート10側においては独
立しその反対側においてはインクを供給するための共通
インク室11に連通している。各流路8と隔壁9はノズ
ル部から共通インク室部まで平行に伸びノズル10aの
ピッチと対応している。このため、従来の圧電素子を用
いたインクジェットヘッドに見られたような、扇型の流
路配列を取る必要が無く、任意の数のノズルを持ったマ
ルチノズルインクジェットヘッドを作成することが可能
で、シリアルプリンタ、ラインプリンタどちらにも適用
可能である。
Next, FIG. 3 is a perspective view of a multi-nozzle ink jet head using the present invention, and FIG. 4 is a sectional view thereof. A large number of flow paths 8 and partition walls 9 are formed on the flow path substrate 7. The cross section of each flow path 8 and the partition wall 9 is substantially rectangular. Each flow path 8 is independent on the nozzle plate 10 side and communicates with a common ink chamber 11 for supplying ink on the opposite side. Each flow path 8 and the partition wall 9 extend in parallel from the nozzle portion to the common ink chamber portion and correspond to the pitch of the nozzles 10a. For this reason, it is not necessary to take a fan-shaped flow path arrangement as seen in an ink jet head using a conventional piezoelectric element, and it is possible to create a multi-nozzle ink jet head having an arbitrary number of nozzles. It can be applied to both serial printers and line printers.

【0015】流路基板7上には、下面に接地電極12、
上面に各流路に対応した駆動電極13が形成された圧電
素子板からなるカバープレート14が装着される。この
圧電素子板は流路隔壁9を変形させるアクチュエータと
なるとともに流路カバーとしての機能も有している。各
駆動電極13はフレキシブルケーブル等より信号を供給
するための電極端子13aを有している。ヘッド前面に
は、各流路に対応したノズル10aが形成されたノズル
プレート10が装着される。
A ground electrode 12 is provided on the lower surface of the flow path substrate 7,
A cover plate 14 made of a piezoelectric element plate having a drive electrode 13 corresponding to each flow path formed on the upper surface is mounted. This piezoelectric element plate serves as an actuator that deforms the flow path partition wall 9 and also has a function as a flow path cover. Each drive electrode 13 has an electrode terminal 13a for supplying a signal from a flexible cable or the like. A nozzle plate 10 having nozzles 10a corresponding to the respective flow paths is mounted on the front surface of the head.

【0016】本構成において、流路基板7はその一部に
形成された隔壁9が圧電素子板からなるカバープレート
14によって変形を受ける受動部品であるため、前記し
た流路隔壁自体が圧電素子で構成されている従来のイン
クジェット記録装置に比べ、流路基板7の材料、形成方
法の選択範囲は非常に広い。例えば、量産に適した射出
成形によって形成されたプラスチック部材とすることも
可能である。また、特にヘッドの耐久性等を要求される
場合には、紫外線による露光で物性が変化し更に熱処理
を加えることによって選択的なエッチングが可能になる
感光性ガラスを使用することもできる。本構成の場合比
較的深い流路を形成する必要があるため、露光光源とし
ては直線性に優れた紫外線光源であるXeF、XeC
l、KrF、KrCl、ArF等のガスを用いたエキシ
マレーザーを使用することが望ましい。
In this structure, the flow path substrate 7 is a passive component in which the partition wall 9 formed in a part of the flow path substrate 7 is deformed by the cover plate 14 made of a piezoelectric element plate. Therefore, the flow path partition wall itself is a piezoelectric element. The selection range of the material and forming method of the flow path substrate 7 is very wide as compared with the configured conventional inkjet recording apparatus. For example, a plastic member formed by injection molding suitable for mass production can be used. Further, particularly when durability of the head is required, it is possible to use a photosensitive glass whose physical properties are changed by exposure to ultraviolet rays and which can be selectively etched by further heat treatment. In the case of this configuration, since it is necessary to form a relatively deep channel, XeF and XeC, which are ultraviolet light sources excellent in linearity, are used as the exposure light source.
It is desirable to use an excimer laser using a gas such as 1, KrF, KrCl, or ArF.

【0017】次に、実際にマルチノズルインクジェット
ヘッドを設計する際の寸法について述べる。X[dp
i](ドット・パー・インチ)の印字密度をn列の流路
列で実現するとき、隣接流路ピッチDNは、 DN=0.0254×n/X[m]・・・(1) となる。またこのとき必要なドット直径DDは、 DD= √2×0.0254/X[m]・・・(2) である。飛翔中のインク滴は紙に付着すると約2倍の径
を持ったドットになることが経験的に知られているか
ら、必要なインク滴量Qiは次のようになる。 Qi=π×DD3/48[m3 ]・・・(3) ところで、加圧された流路中のインクはノズルよりイン
ク滴として射出されるほかに、共通インク室側にも逆流
する。このため隔壁は必要なインク滴量の約2倍程度以
上の容積減少を流路に与えなければならない。したがっ
て必要な流路体積変化量Qcは、 Qc≧2×Qi・・・(4) である。
Next, the dimensions for actually designing the multi-nozzle ink jet head will be described. X [dp
i] (dots per inch) printing density is realized with n flow passage rows, the adjacent flow passage pitch DN is: DN = 0.0254 × n / X [m] (1) Become. Further, the dot diameter DD required at this time is DD = √2 × 0.0254 / X [m] (2) It is empirically known that flying ink droplets become dots having a diameter of about twice when they adhere to paper, so the required ink droplet amount Qi is as follows. Qi = π × DD 3/48 [m 3] ··· (3) By the way, the ink in the pressurized flow path in addition emitted as an ink droplet from a nozzle, also flowing back into the common ink chamber side. For this reason, the partition wall must provide the flow path with a volume reduction of about twice or more the required ink droplet amount. Therefore, the required channel volume change amount Qc is: Qc ≧ 2 × Qi (4)

【0018】次に圧電素子板の縮み量ωを求める。圧電
素子板の厚さをT、駆動電極の幅を流路ピッチの0.8
倍(0.8×DN)、印加電圧をV、横圧電定数をdと
すると縮み量ωは次のようになる。 ω=d×V×0.8×DN/T・・・(5) 隔壁は、概ね図2に示したように変形するので、隔壁の
高さをH、流路の長さをLとしたときの流路容積変化量
dQは、 dQ=ω×H×L/2・・・(6) なる。このとき圧電素子板に比べ隔壁の横方向への剛性
は充分小さいと仮定している。
Next, the contraction amount ω of the piezoelectric element plate is obtained. The thickness of the piezoelectric element plate is T, and the width of the drive electrode is 0.8 of the flow path pitch.
When the applied voltage is V and the lateral piezoelectric constant is d, the contraction amount ω is as follows. ω = d × V × 0.8 × DN / T (5) Since the partition wall is deformed substantially as shown in FIG. 2, the partition wall height is H and the flow path length is L. The flow path volume change amount dQ at this time is as follows: dQ = ω × H × L / 2 (6) At this time, it is assumed that the lateral rigidity of the partition wall is sufficiently smaller than that of the piezoelectric element plate.

【0019】流路体積変化量QcとdQが等しくなけれ
ばいけないので4式と6式より、 2×Qi≦ω×H0×L0/2・・・(7) となる。ここでQiを(1)式〜(3)式を用いて書き
替え、ωに(5)式を代入すると、次の式が得られる。 1.9×10-4×π/X2≦d×V×H×L×n/T・・・(8) 変形して、 H×L≧1.9×10-4×π×T/(X2×d×V×n)・・・(9) この式によって、任意のノズル密度を得るために必要
な、各部分の寸法や材料物性並びに駆動条件の関係を概
算することができる。
Since the flow path volume change amounts Qc and dQ must be equal, from Equations 4 and 6, 2 × Qi ≦ ω × H0 × L0 / 2 (7) Here, by rewriting Qi using the equations (1) to (3) and substituting the equation (5) for ω, the following equation is obtained. 1.9 × 10 −4 × π / X 2 ≦ d × V × H × L × n / T (8) Deformation gives H × L ≧ 1.9 × 10 −4 × π × T / (X 2 × d × V × n) (9) With this formula, it is possible to roughly estimate the relationship between the dimensions of each part, the physical properties of the material, and the driving conditions, which are necessary to obtain an arbitrary nozzle density.

【0020】ここで横圧電歪定数dを198×10-12
[m/V]、駆動電圧Vを200[V]、圧電素子板の
厚みTを10-4[m]としたとき、様々なノズル密度の
ヘッドに対して、必要な流路長さLと隔壁の高さHの関
係を図5に示す。図5(a)は流路を1列で構成した場
合(n=1)で、図5(b)は半ピッチずれた2列の流
路列によってヘッドを構成した場合(n=2)である。
図5において、各印字密度のヘッドを作成するために
は、隔壁高さと流路長の関係は曲線よりも右上になけれ
ばいけない。図5(a)を用いて更に詳細に説明する
と、流路長30[mm]、隔壁高さ0.4[mm]の条
件では、400[dpi]の曲線より右上にあるため4
00[dpi]ヘッドに適用することは出来るが、30
0[dpi]の曲線より左下にあるため印字に必要十分
なインク滴量を得ることが出来ず300[dpi]ヘッ
ドには適用できない。
Here, the lateral piezoelectric strain constant d is 198 × 10 −12
[M / V], driving voltage V of 200 [V], and thickness T of the piezoelectric element plate of 10 −4 [m], a flow path length L required for heads having various nozzle densities is obtained. The relationship between the heights H of the partition walls is shown in FIG. FIG. 5 (a) shows a case where the flow path is configured by one row (n = 1), and FIG. 5 (b) shows a case where the head is configured by two flow path rows that are shifted by a half pitch (n = 2). is there.
In FIG. 5, the relationship between the partition wall height and the flow path length must be at the upper right of the curve in order to create a head of each print density. Explaining in more detail with reference to FIG. 5A, it is at the upper right of the curve of 400 [dpi] under the condition of the flow path length of 30 [mm] and the partition wall height of 0.4 [mm].
Although it can be applied to a 00 [dpi] head,
Since it is located on the lower left of the curve of 0 [dpi], it is not possible to obtain a sufficient amount of ink droplets for printing, and it cannot be applied to the 300 [dpi] head.

【0021】このように、(9)式を用いることによっ
て所望の諸元を持ったヘッドを設計するための、流路長
とヘッド隔壁高さの下限を知ることが出来る。一方、材
料コストを下げる、小さく軽い印字装置を実現する、加
工性を向上するために隔壁高さをなるべく小さくする等
の要求を満たすために、流路長と隔壁高さには上限があ
る。これらの現実的な寸法の上限は、 流路長 L≦100[mm]・・・(10) 隔壁高さ H≦2[mm] ・・・(11) である。よって本発明に基く記録装置を実現するため
に、流路長と隔壁高さは(9)式、(10)式、(1
1)式を満足するような範囲になければならない。
As described above, by using the equation (9), it is possible to know the lower limits of the flow path length and the head partition height for designing a head having desired specifications. On the other hand, the flow path length and the partition wall height have upper limits in order to satisfy requirements such as reduction of material cost, realization of a small and light printing device, and reduction of partition wall height to improve workability. The upper limits of these practical dimensions are: flow path length L ≦ 100 [mm] ... (10) Partition wall height H ≦ 2 [mm] ... (11). Therefore, in order to realize the recording apparatus based on the present invention, the flow path length and the partition wall height are expressed by equations (9), (10), (1)
It must be within the range that satisfies the expression (1).

【0022】本発明を使用した他の実施例を図6に示し
た。高印字密度の印字装置を実現しようとする場合、微
細加工を施して前記流路並びに隔壁を作成しなければい
けない。そこで、図6の様に流路基板15の両面に流路
16と隔壁17を形成することにより、これら各面にお
ける流路と隔壁の間隔を2倍とすることができ加工性が
向上する。また、(9)式で明らかなように、2列にす
ることにより流路長Lと流路隔壁高さHも小さくするこ
とができ、加工性の向上とともに、印字装置を小型化す
ることができる。
Another embodiment using the present invention is shown in FIG. In order to realize a printing device having a high printing density, it is necessary to perform fine processing to form the flow path and the partition. Therefore, by forming the channels 16 and the partition walls 17 on both surfaces of the channel substrate 15 as shown in FIG. 6, the distance between the channels and the partition walls on each of these surfaces can be doubled, and the workability is improved. Further, as is apparent from the expression (9), the flow passage length L and the flow passage partition wall height H can be reduced by using two rows, and the workability can be improved and the printing apparatus can be downsized. it can.

【0023】本発明の液滴吐出装置は隔壁が変形し流路
中の液体に圧力を与え液滴をノズルより射出するもので
あるので、液体の物性には何ら制限を与えずどのような
液体、インクでも使用することができる。従って、本発
明はコンピュータ端末としての記録装置に限定されるも
のではなく、あらゆる液体を吐出するような用途、例え
ば工業用印字装置、試薬の微量吐出、ファクシミリなど
幅広い用途に適用可能である。
In the droplet discharge device of the present invention, since the partition wall is deformed and pressure is applied to the liquid in the flow path so that the droplets are ejected from the nozzle, the physical properties of the liquid are not limited at all. It can also be used with ink. Therefore, the present invention is not limited to the recording device as a computer terminal, but can be applied to a wide range of applications such as ejecting any liquid, for example, industrial printing devices, small amount ejection of reagents, and facsimiles.

【0024】[0024]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、高密度に
配置された多数のノズルを持ち、エネルギー効率がよ
く、耐久性に優れた液滴吐出装置を安価に提供すること
が可能である。
As described above, according to the present invention, it is possible to inexpensively provide a droplet discharge device having a large number of nozzles arranged at high density, having high energy efficiency and excellent durability. is there.

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

【図1】本発明の第1の実施例を示す断面図FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of the present invention.

【図2】第1の実施例の作動を示す断面図FIG. 2 is a sectional view showing the operation of the first embodiment.

【図3】第2の実施例の斜視図FIG. 3 is a perspective view of a second embodiment.

【図4】第2の実施例の断面図FIG. 4 is a sectional view of the second embodiment.

【図5】流路長と隔壁高さの関係を示す関係図FIG. 5 is a relationship diagram showing a relationship between flow path length and partition wall height.

【図6】第3の実施例の断面図FIG. 6 is a sectional view of the third embodiment.

【図7】第1の従来例を示す平面図および断面図FIG. 7 is a plan view and a sectional view showing a first conventional example.

【図8】第2の従来例を示す平面断面図および正面図FIG. 8 is a plan sectional view and a front view showing a second conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1a,1b,1c,1d,9,17 隔壁 2a,2b,2c,8,16 流路 3,7,15 流路基板 4a,4b,4c,13 駆動電極 5,12 接地電極 6,14 カバープレート
(圧電素子板) 10 ノズルプレート 10a ノズル 11 共通インク室
1a, 1b, 1c, 1d, 9, 17 Partition walls 2a, 2b, 2c, 8, 16 Channels 3, 7, 15 Channel substrates 4a, 4b, 4c, 13 Drive electrodes 5, 12 Ground electrodes 6, 14 Cover plate (Piezoelectric element plate) 10 Nozzle plate 10a Nozzle 11 Common ink chamber

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 面方向と実質的に直角方向に設けられて
いる複数の隔壁と、前記隔壁によって区画される流路と
を有する流路基板と、 厚み方向に分極された圧電素子板からなり、前記隔壁端
面上に固着されているカバープレートとを含むことを特
徴とする液滴吐出装置。
1. A flow path substrate having a plurality of partition walls provided in a direction substantially perpendicular to a plane direction, and a flow path partitioned by the partition walls, and a piezoelectric element plate polarized in a thickness direction. And a cover plate fixed on the end face of the partition wall.
【請求項2】 請求項1において、 前記流路と連通するノズルが穿設してあり、前記流路基
板および前記カバープレートの端面に固着されているノ
ズルプレートを含むことを特徴とする液滴吐出装置。
2. The droplet according to claim 1, wherein a nozzle communicating with the flow path is provided, and the nozzle plate is fixed to end surfaces of the flow path substrate and the cover plate. Discharge device.
【請求項3】 請求項2において、 複数の前記流路は、一端部で連結されて共通インク室に
なっているとともに他端部は前記ノズルに連通してお
り、前記ノズルと前記共通インク室との間が一定断面積
となるように形成されていることを特徴とする液滴吐出
装置。
3. The nozzle according to claim 2, wherein the plurality of channels are connected at one end to form a common ink chamber and the other end communicates with the nozzle. The droplet discharge device is characterized in that it has a constant cross-sectional area between and.
【請求項4】 請求項1〜3のいずれかにおいて、 前記流路基板は、両面に前記流路と前記隔壁がそれぞれ
形成されており、前記流路基板の両側に装着された1対
の前記カバープレートと、複数列のノズル列を持った前
記ノズルプレートとを有することを特徴とする液滴吐出
装置。
4. The flow channel substrate according to claim 1, wherein the flow channel and the partition wall are formed on both sides of the flow channel substrate, and the pair of the flow channel substrates are mounted on both sides of the flow channel substrate. A droplet discharge device comprising a cover plate and the nozzle plate having a plurality of nozzle rows.
【請求項5】 請求項1〜4のいずれかにおいて、 前記カバープレートの厚みをT、横圧電定数をd、印加
電圧をV、印字密度をX[dpi]とし、n列の流路列
によってヘッドを構成する場合、前記流路の流路長Lと
前記流路隔壁の高さHが、以下の3式を満足するように
構成されていることを特徴とする液滴吐出装置。 H×L≧ 1.9×10-4×π×T/(X2×d×V×
n) L≦100[mm] H≦2[mm]
5. The cover plate according to claim 1, wherein a thickness of the cover plate is T, a lateral piezoelectric constant is d, an applied voltage is V, and a printing density is X [dpi], and the number of flow channels is n. In the case of forming a head, the flow path length L of the flow path and the height H of the flow path partition are configured so as to satisfy the following three formulas. H × L ≧ 1.9 × 10 −4 × π × T / (X 2 × d × V ×
n) L ≦ 100 [mm] H ≦ 2 [mm]
【請求項6】 請求項1〜5のいずれかにおいて、 前記流路基板は、射出成形によって形成されたプラスチ
ック部材であることを特徴とする液滴吐出装置。
6. The droplet discharge device according to claim 1, wherein the flow path substrate is a plastic member formed by injection molding.
【請求項7】 請求項1〜5のいずれかにおいて、 前記流路基板は、感光性ガラス基板に流路形状を露光
し、非等方性選択エッチングを施して形成した部材であ
ることを特徴とする液滴吐出装置。
7. The flow channel substrate according to claim 1, wherein the flow channel substrate is a member formed by exposing a photosensitive glass substrate in a flow channel shape and performing anisotropic anisotropic etching. Droplet discharge device.
【請求項8】 請求項7において、 前記露光用光源としてエキシマレーザーを用いているこ
とを特徴とする液滴吐出装置。
8. The droplet discharge device according to claim 7, wherein an excimer laser is used as the light source for exposure.
【請求項9】 請求項1〜8のいずれかにおいて、 前記カバープレートは、両面に電極が形成された圧電素
子からなり、少なくともその片面の電極は流路形状に応
じたパターニングが施されており、前記カバープレート
の選択された任意の流路に対応する部分にのみ分極軸に
平行な電界を印加できることを特徴とする液滴吐出装
置。
9. The cover plate according to claim 1, wherein the cover plate is made of a piezoelectric element having electrodes formed on both surfaces thereof, and at least one of the electrodes is patterned according to the shape of the flow path. A droplet discharge device, wherein an electric field parallel to a polarization axis can be applied only to a portion of the cover plate corresponding to an arbitrary selected flow path.
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