JPH06226969A - Ink jetting device - Google Patents

Ink jetting device

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Publication number
JPH06226969A
JPH06226969A JP1454693A JP1454693A JPH06226969A JP H06226969 A JPH06226969 A JP H06226969A JP 1454693 A JP1454693 A JP 1454693A JP 1454693 A JP1454693 A JP 1454693A JP H06226969 A JPH06226969 A JP H06226969A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ink
side wall
liquid chamber
groove
pressure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP1454693A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroto Sugawara
宏人 菅原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Brother Industries Ltd
Original Assignee
Brother Industries Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Brother Industries Ltd filed Critical Brother Industries Ltd
Priority to JP1454693A priority Critical patent/JPH06226969A/en
Publication of JPH06226969A publication Critical patent/JPH06226969A/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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)

Abstract

PURPOSE:To eject an ink drop having a speed and a volume which are sufficient for forming a character or an image with a low driving voltage. CONSTITUTION:In an ink jetting device wherein a driving voltage is impressed to an electrode 13 formed to a part of an inside of a groove provided to a piezoelectric ceramics plate 1, and ink filling the inside of the groove is jetted by varying a volume of the inside of the groove by means of a piezoelectric thickness sliding effect of the piezoelectric ceramics plate 1, an angle made between a height direction A of side walls 11 with the groove 15 between them and a polarizing direction 4 is desirably within a range of 18 degree or under and more desirably within a range of 14 degree or under.

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、インク噴射装置に係わ
り、さらに詳しくは圧電セラミックスの変形を利用した
インク噴射装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ink ejecting apparatus, and more particularly to an ink ejecting apparatus utilizing deformation of piezoelectric ceramics.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、プリンタヘッドとして、圧電セラ
ミックスを応用したドロップオンデマンド方式のインク
ジェットプリンタヘッドが提案されている。これは、圧
電セラミックスの変形によってインク液室の容積を変化
させることにより、その容積減少時にインク液室内のイ
ンクをノズルから液滴として噴射し、容積増大時に他方
のインク導入路からインク液室内にインクを導入するよ
うにしたものである。そして、このようなインク液室を
多数互いに近接して配置し、所要の印字データに従って
所要の位置のノズルからインク液滴を噴射させることに
より、そのノズルと対向する紙面上等に所望する文字や
画像を形成するものである。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a printer head, a drop-on-demand type ink jet printer head applying piezoelectric ceramics has been proposed. This is because by changing the volume of the ink liquid chamber by the deformation of the piezoelectric ceramics, the ink in the ink liquid chamber is ejected as droplets from the nozzle when the volume is decreased, and when the volume is increased, the ink is injected from the other ink introduction path into the ink liquid chamber. The ink is introduced. Then, a large number of such ink liquid chambers are arranged close to each other, and ink droplets are ejected from nozzles at required positions according to required print data, so that desired characters or characters are printed on a paper surface facing the nozzles. It forms an image.

【0003】この種のインク噴射装置としては、例えば
特開昭63−247051号公報、特開昭63−252
750号公報及び特開平2−150355号公報に記載
されているものがある。図15、図16、図17及び図
18にそれら従来例の概略図を示す。以下、インク噴射
装置の断面図を示す図15によって、従来例の構成を具
体的に説明する。複数の溝15及び該溝を隔てる側壁1
1を有し、かつ矢印4の方向に分極処理を施した圧電セ
ラミックスプレート1と、セラミックス材料または樹脂
材料等からなるカバープレート2とを、エポキシ系接着
剤等からなる接合層3を介して接合することで、溝15
は横方向に互いに間隔を有する複数のインク液室12と
なる。インク液室12は長方形断面の細長い形状であ
り、側壁11はインク液室12の全長にわたって伸びて
いる。側壁11の接着層3付近の側壁上部から側壁中央
部までの両表面には、駆動電界印加用の金属電極13が
形成されている。全てのインク液室12内には、インク
が充填される。
Examples of this type of ink ejecting device include, for example, Japanese Patent Laid-Open Nos. 63-247051 and 63-252.
750 and JP-A-2-150355. FIG. 15, FIG. 16, FIG. 17 and FIG. 18 show schematic diagrams of these conventional examples. The configuration of the conventional example will be specifically described below with reference to FIG. 15 showing a cross-sectional view of the ink ejecting apparatus. A plurality of grooves 15 and side walls 1 separating the grooves
1 and a piezoelectric ceramic plate 1 which is polarized in the direction of arrow 4 and a cover plate 2 made of a ceramic material or a resin material are joined together via a joining layer 3 made of an epoxy adhesive or the like. By doing so, groove 15
Are a plurality of ink liquid chambers 12 which are laterally spaced from each other. The ink liquid chamber 12 has an elongated shape with a rectangular cross section, and the side wall 11 extends over the entire length of the ink liquid chamber 12. Metal electrodes 13 for applying a driving electric field are formed on both surfaces of the side wall 11 near the adhesive layer 3 from the upper side wall to the central part of the side wall. Ink is filled in all the ink liquid chambers 12.

【0004】次に、インク噴射装置の断面図を示す図1
6によって、従来例の動作を説明する。該インク噴射装
置において、所要の印字データに従って例えばインク液
室12bが選択されると、金属電極13eと13fに急
速に正の駆動電圧が印加され、金属電極13dと13g
は接地される。これにより側壁11bには矢印14bの
方向の駆動電界が、側壁11cには矢印14cの方向の
駆動電界が作用する。このとき駆動電界方向14b及び
14cと分極方向4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ってインク液室
12bの内部方向に急速に変形する。この変形によって
インク液室12bの容積が減少してインク液室12bの
インク圧力が急速に増大し、圧力波が発生して、インク
液室12bに連通するノズル32(図17)からインク
液滴が噴射される。また、駆動電圧の印加を徐々に停止
すると、側壁11b及び11cが変形前の位置に戻るた
めインク液室12b内のインク圧力が徐々に低下し、イ
ンク供給口21(図17)からマニホールド22(図1
7)を通してインク液室12b内にインクが供給され
る。
Next, FIG. 1 showing a sectional view of the ink ejecting apparatus.
6, the operation of the conventional example will be described. In the ink ejecting apparatus, for example, when the ink liquid chamber 12b is selected according to the required print data, a positive drive voltage is rapidly applied to the metal electrodes 13e and 13f, and the metal electrodes 13d and 13g.
Is grounded. As a result, the driving electric field in the direction of arrow 14b acts on the side wall 11b, and the driving electric field in the direction of arrow 14c acts on the side wall 11c. At this time, since the driving electric field directions 14b and 14c are orthogonal to the polarization direction 4, the side wall 11b
And 11c are rapidly deformed toward the inside of the ink liquid chamber 12b due to the piezoelectric thickness sliding effect. Due to this deformation, the volume of the ink liquid chamber 12b decreases, the ink pressure in the ink liquid chamber 12b rapidly increases, a pressure wave is generated, and ink droplets are ejected from the nozzle 32 (FIG. 17) communicating with the ink liquid chamber 12b. Is jetted. Further, when the application of the drive voltage is gradually stopped, the side walls 11b and 11c return to the positions before the deformation, so that the ink pressure in the ink liquid chamber 12b gradually decreases, and the manifold 22 (from the ink supply port 21 (FIG. 17)). Figure 1
Ink is supplied into the ink liquid chamber 12b through 7).

【0005】但し、上記の動作は従来例の基本動作に過
ぎず、製品として具体化される場合には、まず駆動電圧
を容積が増加する方向に印加し、先にインク液室12b
にインクを供給させた後に上記の動作を行うこともあ
る。
However, the above operation is only the basic operation of the conventional example, and when it is embodied as a product, first, the drive voltage is applied in the direction of increasing the volume, and first, the ink liquid chamber 12b.
The above operation may be performed after the ink is supplied to the.

【0006】次に、インク噴射装置の斜視図を示す図1
7によって、従来例の構成及び製造法を説明する。分極
処理を施した圧電セラミックスプレート1に、薄い円板
状のダイヤモンドブレードを使用した研削加工等によっ
て、前記の形状のインク液室12を形成する平行な溝1
5を作製する。溝15は圧電セラミックスプレート1の
ほぼ全域で同じ深さの平行な溝であるが、端面17に近
づくにつれて徐々に浅くなり、端面17付近では浅く平
行な溝18となるよう作成される。この溝15及び浅く
平行な溝18の内面には、前記の金属電極13がスパッ
タリング等によって形成される。溝15の内面にはその
側面の上半分のみに金属電極が形成されるが、浅く平行
な溝18の内面にはその側面及び底面全体に金属電極が
形成される。また、セラミックス材料または樹脂材料等
からなるカバープレート2に、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を作成
する。
Next, FIG. 1 showing a perspective view of the ink ejecting apparatus.
7, the configuration and manufacturing method of the conventional example will be described. The parallel grooves 1 that form the ink liquid chamber 12 having the above-described shape are formed on the piezoelectric ceramic plate 1 that has been subjected to the polarization treatment by grinding using a thin disk-shaped diamond blade or the like.
5 is produced. The groove 15 is a parallel groove having the same depth over almost the entire area of the piezoelectric ceramic plate 1, but the groove 15 is gradually shallowed toward the end face 17, and is formed so as to be a shallow parallel groove 18 near the end face 17. The metal electrodes 13 are formed on the inner surfaces of the grooves 15 and the shallow parallel grooves 18 by sputtering or the like. Metal electrodes are formed on the inner surface of the groove 15 only on the upper half of the side surface thereof, while metal electrodes are formed on the entire side surface and bottom surface of the inner surface of the shallow and parallel groove 18. In addition, the ink inlet 21 and the manifold 22 are formed in the cover plate 2 made of a ceramic material or a resin material by grinding or cutting.

【0007】次に、圧電セラミックスプレート1の溝加
工側の面とカバープレート2のマニホールド加工側の面
とを、エポキシ系接着剤等によって、各々の溝15が前
記の形状のインク液室12を形成するように接着する。
次に、圧電セラミックスプレート1及びカバープレート
2の端面16に、各インク液室12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を接着
する。圧電セラミックスプレート1の溝加工側と反対側
の面には、各インク液室12の位置に対応した位置に導
電層のパターン42が設けられた基板41を、エポキシ
系接着剤等によって接着する。そして、浅く平行な溝1
8の底面の金属電極と導電層のパターン42を、ワイヤ
ボンディングによって導線43で接続する。
Next, the grooves 15 on the surface of the piezoelectric ceramic plate 1 on the groove processing side and the surface of the cover plate 2 on the manifold processing side are formed with epoxy adhesive or the like so that each groove 15 forms the ink liquid chamber 12 having the above-described shape. Glue to form.
Next, a nozzle plate 31 having nozzles 32 provided at positions corresponding to the positions of the ink liquid chambers 12 is bonded to the end faces 16 of the piezoelectric ceramic plate 1 and the cover plate 2. On the surface of the piezoelectric ceramic plate 1 opposite to the grooved side, a substrate 41 having a pattern 42 of a conductive layer provided at a position corresponding to the position of each ink liquid chamber 12 is bonded by an epoxy adhesive or the like. And shallow parallel grooves 1
The metal electrode on the bottom surface of 8 and the pattern 42 of the conductive layer are connected by a conductive wire 43 by wire bonding.

【0008】次に、制御部のブロック図を示す図18に
よって、従来例の制御部の構成を説明する。基板41に
設けら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、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LSI
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から供給された連続するクロックパル
スに基づいて、データライン53上に現れるデータか
ら、どのノズルからインク液滴の噴射を行うべきかを判
断し、駆動するインク液室内の金属電極に導通する導電
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、前記インク液室以外の金属電極に導通する導
電層のパターン42にアースライン55の電圧0を印加
する。
Next, the configuration of the conventional control unit will be described with reference to FIG. 18 showing a block diagram of the control unit. The conductive layer patterns 42 provided on the substrate 41 are individually connected to the LSI chip 51, and the clock line 52, the data line 53, the voltage line 54, and the ground line 55 are also LSI.
It is connected to the chip 51. The LSI chip 51 determines which nozzle should eject an ink droplet from the data appearing on the data line 53 based on the continuous clock pulses supplied from the clock line 52, and drives the ink liquid chamber. The voltage V of the voltage line 54 is applied to the pattern 42 of the conductive layer which is electrically connected to the metal electrode. Further, the voltage 0 of the earth line 55 is applied to the pattern 42 of the conductive layer which is electrically connected to the metal electrode other than the ink liquid chamber.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来のインク噴射装置は、金属電圧に印加した電
気エネルギーと比較して圧電セラミックスの側壁の変形
量が小さく、インク液室の容積の減少量が少ないため、
インク液室内に発生するインク圧力が小さいという問題
点があった。このため、噴射されるインク液滴の速度及
び体積が噴射装置と対向する紙面上等に文字や画像を形
成するのに不十分であるという問題点があった。このよ
うな装置で文字や画像を形成するのに十分な速度及び体
積のインク液滴を噴射するためには高い駆動電圧が必要
となり、駆動回路が複雑化、大型化し、装置の低コスト
化、小型化に限界があった。
However, in the conventional ink ejecting apparatus as described above, the deformation amount of the side wall of the piezoelectric ceramic is small as compared with the electric energy applied to the metal voltage, and the volume of the ink liquid chamber is reduced. Because the amount is small,
There is a problem that the ink pressure generated in the ink liquid chamber is small. Therefore, there is a problem in that the speed and volume of the ejected ink droplets are insufficient for forming characters and images on the paper surface facing the ejecting device. In order to eject ink droplets of a speed and volume sufficient for forming characters and images with such a device, a high driving voltage is required, which complicates and increases the size of the driving circuit and reduces the cost of the device. There was a limit to miniaturization.

【0010】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、低い駆動電圧で文字や画像を形
成するのに十分な速度及び体積のインク液滴を噴射する
ことが可能なインク噴射装置を提供することを目的とす
る。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is possible to eject ink droplets at a speed and volume sufficient to form characters and images with a low driving voltage. It is an object to provide an ink ejecting device.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明のインク噴射装置は、圧電セラミックスに設け
られた溝の内部の一部に形成された電極に駆動電圧を印
加し、前記圧電セラミックスの圧電厚みすべり効果を用
いて前記溝の内部の容積を変化させることにより、前記
溝の内部に充填されたインクを噴射するインク噴射装置
において、前記溝を隔てる側壁の高さ方向と分極方向と
のなす角度が、18度以下であることを特徴とする。
In order to achieve this object, the ink ejecting apparatus of the present invention applies a driving voltage to an electrode formed in a part of a groove provided in a piezoelectric ceramic, thereby applying the piezoelectric voltage. In the ink ejecting device that ejects the ink filled in the groove by changing the volume inside the groove by using the piezoelectric thickness sliding effect of ceramics, the height direction and the polarization direction of the side wall separating the groove. The angle formed by and is less than or equal to 18 degrees.

【0012】[0012]

【作用】上記の構成を有する本発明のインク噴射装置に
よれば、溝を隔てる側壁の高さ方向と分極方向とのなす
角度を18度以下とすることにより、それ以外の値を採
る場合と比較して、溝の内部に発生するインク圧力が格
段と高くなる。
According to the ink ejecting apparatus of the present invention having the above-described structure, by setting the angle between the height direction of the side wall separating the groove and the polarization direction to be 18 degrees or less, other values can be obtained. In comparison, the ink pressure generated inside the groove is much higher.

【0013】[0013]

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図面を
参照して説明する。尚、従来技術と同一の部材には同一
の符号を付し、その説明を省略する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. The same members as those of the conventional technique are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

【0014】1.側壁の高さと幅の比H/Bとインク液
室内の圧力Pとの関係の説明 まず、インク噴射装置の一部の断面図を示す図1によっ
て、側壁11及び金属電極13の形状を表すパラメータ
を説明する。圧電セラミックスプレート1に設けられた
側壁11の高さをH、幅をB、ピッチをZ、底部の曲率
をR、側壁11の表面に形成された金属電極13の上端
から下端までの長さをDとする。
1. Description of the relationship between the height / width ratio H / B of the side wall and the pressure P in the ink liquid chamber First, referring to FIG. 1 showing a partial cross-sectional view of the ink ejecting apparatus, parameters representing the shapes of the side wall 11 and the metal electrode 13 are shown. Will be explained. The height of the side wall 11 provided on the piezoelectric ceramic plate 1 is H, the width is B, the pitch is Z, the curvature of the bottom is R, and the length from the upper end to the lower end of the metal electrode 13 formed on the surface of the side wall 11 is defined as: Let be D.

【0015】次に、側壁の高さと幅の比H/Bとインク
液室内の圧力Pとの関係を説明する図2によって、本発
明の実施例の構成を説明する。種々の側壁の高さと幅の
比H/Bをもつインク噴射装置を製作し、金属電極13
に同じ駆動電圧を印加してインク液室12内に発生する
圧力を測定した。製作したインク噴射装置の側壁11の
幅Bは40μmから120μm、高さは100μmから
600μmの範囲であり、また金属電極13の長さDは
側壁11の高さHのほぼ1/2である。圧電セラミック
ス1の材料にはチタン酸バリウム系圧電セラミックス、
金属電極13には真空蒸着によって形成した厚さ1μm
程度のアルミニウム層、カバープレート2の材料にはホ
ウケイ酸ガラス、接着剤3にはエポキシ系接着剤を使用
した。インクはトリプロピレングリコールモノメチルエ
ーテル(TPM)をベースとした顔料インクで、金属電
極13に印加する駆動電圧は40ボルトである。
Next, the configuration of the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 2 which illustrates the relationship between the height / width ratio H / B of the side wall and the pressure P in the ink liquid chamber. Ink ejection devices having various height / width ratios H / B of side walls were manufactured to produce metal electrodes 13.
The same drive voltage was applied to the ink and the pressure generated in the ink liquid chamber 12 was measured. The side wall 11 of the manufactured ink ejecting apparatus has a width B of 40 μm to 120 μm and a height of 100 μm to 600 μm, and the length D of the metal electrode 13 is about ½ of the height H of the side wall 11. The material of the piezoelectric ceramics 1 is barium titanate-based piezoelectric ceramics,
The metal electrode 13 has a thickness of 1 μm formed by vacuum deposition.
An aluminum layer, a material of the cover plate 2 is borosilicate glass, and an adhesive 3 is an epoxy adhesive. The ink is a pigment ink based on tripropylene glycol monomethyl ether (TPM), and the driving voltage applied to the metal electrode 13 is 40 volts.

【0016】インク液室12内の圧力は以下に示す方法
で測定した。平行なレーザ光線を、金属顕微鏡の対物レ
ンズを通して透明なカバープレート2の上方からインク
液室12の内部に照射し、レーザ光線がインク液室12
の底部で集光している状態で、インク液室12の底部で
反射し再び対物レンズを通るレーザ光線と照射したレー
ザ光線の位相差を検出する。インク液室12内のTPM
の圧力の変化により屈折率が変化するとレーザ光線がイ
ンク液室12内を通過する時間が変化し、前記の位相差
の変化を検出することによりインク液室12内の圧力を
測定することができる。図2に示すように、測定結果
は、側壁11の高さと幅の比H/Bが2.5以上8以下
でインク液室12内の圧力がほぼ最大になることを示し
ている。
The pressure inside the ink liquid chamber 12 was measured by the following method. A parallel laser beam is applied to the inside of the ink liquid chamber 12 from above the transparent cover plate 2 through the objective lens of the metallographic microscope, and the laser beam is emitted.
In the state where the light is condensed at the bottom of the ink liquid chamber 12, the phase difference between the laser beam reflected by the bottom of the ink liquid chamber 12 and passing through the objective lens again and the irradiated laser beam is detected. TPM in the ink liquid chamber 12
When the refractive index changes due to the change in pressure, the time during which the laser beam passes through the ink liquid chamber 12 changes, and the pressure inside the ink liquid chamber 12 can be measured by detecting the change in the phase difference. . As shown in FIG. 2, the measurement result shows that the pressure in the ink liquid chamber 12 becomes almost maximum when the height / width ratio H / B of the side wall 11 is 2.5 or more and 8 or less.

【0017】一方、圧電セラミックスプレート1、側壁
の高さと幅の比H/Bが1から10の範囲の種々の値で
ある側壁11、接着層3及びカバープレート2のモデル
を作成し、有限要素法による数値解析を行って側壁の高
さと幅の比H/Bとインク液室内の圧力Pとの関係を調
べた。インク液室内の圧力Pは、インク液室12内にイ
ンクが導入されていない場合に金属電極13に駆動電圧
を印加したときの側壁11の静的な変形量即ちインク液
室12内の体積減少量をΔV、側壁11の表面に圧力P
を作用させたときの側壁11の静的な変形量即ち側壁1
1のコンプライアンスをC、圧電セラミックスプレート
1の圧電特性及び機械的特性、インクの圧縮特性などで
決まる定数をKとすると、P=K・ΔV/Cで推定する
ことができる。解析結果は、図2に示すように、側壁1
1の高さと幅の比H/Bが2.5以上8以下の範囲でイ
ンク液室12内の圧力が最大値の85%程度以上の値を
とり、また2以上9以下の範囲でインク液室12内の圧
力が最大値の70%程度以上の値をとることを示してい
る。これは前述の測定結果と一致している。
On the other hand, models of the piezoelectric ceramic plate 1, the side wall 11, the adhesive layer 3 and the cover plate 2 having various ratios H / B of the height and width of the side wall in the range of 1 to 10 were prepared, and the finite element was prepared. A numerical analysis was performed by the method to investigate the relationship between the height / width ratio H / B of the side wall and the pressure P in the ink liquid chamber. The pressure P in the ink liquid chamber 12 is the static deformation amount of the side wall 11 when the drive voltage is applied to the metal electrode 13 when the ink is not introduced into the ink liquid chamber 12, that is, the volume decrease in the ink liquid chamber 12. Amount ΔV, pressure P on the surface of the side wall 11
Of static deformation of the side wall 11 when the side wall is applied, that is, the side wall 1
1 can be estimated by P = K · ΔV / C, where C is the compliance of 1 and K is a constant determined by the piezoelectric and mechanical properties of the piezoelectric ceramic plate 1 and the compression property of ink. As a result of the analysis, as shown in FIG.
The pressure in the ink liquid chamber 12 takes a value of about 85% or more of the maximum value in the range of height / width ratio H / B of 2.5 or more and 8 or less, and in the range of 2 or more and 9 or less. It shows that the pressure in the chamber 12 takes a value of about 70% or more of the maximum value. This is in agreement with the above measurement result.

【0018】以上の結果から、本実施例のインク噴射装
置は、溝を隔てる側壁の高さHと側壁の幅Bの比H/B
が、好ましくは2以上9以下の範囲、より好ましくは
2.5以上8以下の範囲となるよう構成した。ここで仮
に、前述の範囲以外の値を採る場合を考えると、金属電
圧13に印加する駆動電圧に対するインク液室12内に
発生するインク圧力の比率が小さく、噴射されるインク
液滴の速度及び体積が、噴射装置と対向する紙面上等に
文字や画像を形成するのに不十分となる。従って、高い
駆動電圧を得るために、駆動回路の複雑化、大型化を招
くことになる。これに対し、本実施例によれば、インク
液室12内に発生する圧力を効率的に大きくすることが
できる。即ち、低い駆動電圧でインク液室12内に高い
圧力を発生することができ、文字や画像を形成するのに
十分な速度及び体積のインク液滴を噴射することができ
る。このインク噴射装置によると、20〜50ボルト程
度の低い駆動電圧において、インク液滴の速度は3〜8
m/秒、体積は30〜90pl程度とすることができ、
駆動回路を簡素化、小型化でき、インク噴射装置全体を
低コスト化、小型化することができる。
From the above results, in the ink jet apparatus of this embodiment, the ratio H / B of the height H of the side wall separating the groove and the width B of the side wall is H / B.
However, the range is preferably 2 or more and 9 or less, and more preferably 2.5 or more and 8 or less. Here, supposing that a value outside the above range is taken into consideration, the ratio of the ink pressure generated in the ink liquid chamber 12 to the drive voltage applied to the metal voltage 13 is small, and the speed of the ejected ink droplets and The volume is insufficient for forming characters and images on a paper surface facing the ejection device. Therefore, in order to obtain a high drive voltage, the drive circuit becomes complicated and large. On the other hand, according to this embodiment, the pressure generated in the ink liquid chamber 12 can be efficiently increased. That is, a high pressure can be generated in the ink liquid chamber 12 with a low driving voltage, and ink droplets can be ejected at a speed and volume sufficient to form a character or an image. According to this ink ejecting apparatus, at a driving voltage as low as about 20 to 50 V, the speed of the ink droplet is 3 to 8.
m / sec, the volume can be about 30 to 90 pl,
The drive circuit can be simplified and downsized, and the cost and size of the entire ink ejecting apparatus can be reduced.

【0019】2.側壁の幅とピッチの比B/Zとインク
液室内の圧力Pとの関係の説明 本実施例の側壁の幅とピッチの比B/Zとインク液室内
の圧力Pとの関係を、図3によって具体的に説明する。
種々の側壁の幅とピッチの比B/Zをもつインク噴射装
置を製作し、金属電極13に同じ駆動電圧を印加してイ
ンク液室12内に発生する圧力を測定した。尚、製作し
たインク噴射装置の寸法条件、材料、製造方法、及び圧
力測定方法は上記項目1と同様である。
2. Description of Relationship between Sidewall Width / Pitch Ratio B / Z and Ink Liquid Chamber Pressure P FIG. 3 shows the relationship between the sidewall width / pitch ratio B / Z and the ink liquid chamber pressure P in this embodiment. It will be specifically described by.
Ink jetting devices having various side wall width / pitch ratios B / Z were manufactured, and the same drive voltage was applied to the metal electrode 13 to measure the pressure generated in the ink liquid chamber 12. The dimensional conditions, materials, manufacturing method, and pressure measuring method of the manufactured ink ejecting apparatus are the same as those in Item 1 above.

【0020】図3に示すように、測定結果は、側壁11
の幅とピッチの比B/Zが0.3以上0.8以下でイン
ク液室12内の圧力が最大になることを示している。
As shown in FIG. 3, the measurement result shows that the side wall 11
It is shown that the pressure in the ink liquid chamber 12 becomes maximum when the width / pitch ratio B / Z is 0.3 or more and 0.8 or less.

【0021】一方、圧電セラミックスプレート1、側壁
の幅とピッチの比B/Zが0.1から0.9の範囲の種
々の値である側壁11、接着層3及びカバープレート2
のモデルを作成し、有限要素法による数値解析を行って
側壁の幅とピッチの比B/Zとインク液室内の圧力Pと
の関係を調べた。インク液室内の圧力Pの推定方法も上
記項目1と同様である。解析結果は、図3に示すよう
に、側壁11の幅とピッチの比B/Zが0.3以上0.
8以下の範囲でインク液室12内の圧力が最大値の85
%程度以上の値をとり、また0.2以上0.9以下の範
囲でインク液室12内の圧力が最大値の70%程度以上
の値をとることを示している。これは前述の測定結果と
一致している。
On the other hand, the piezoelectric ceramic plate 1, the side wall 11 having various width / pitch ratio B / Z of the side wall in the range of 0.1 to 0.9, the adhesive layer 3, and the cover plate 2.
Was prepared and numerical analysis was performed by the finite element method to investigate the relationship between the side wall width / pitch ratio B / Z and the pressure P in the ink liquid chamber. The method for estimating the pressure P in the ink liquid chamber is also the same as in item 1 above. As a result of the analysis, as shown in FIG. 3, the width / pitch ratio B / Z of the side wall 11 is 0.3 or more.
In the range of 8 or less, the pressure in the ink liquid chamber 12 is 85, which is the maximum value.
It shows that the pressure in the ink liquid chamber 12 takes a value of about 70% or more of the maximum value in the range of 0.2 or more and 0.9 or less. This is in agreement with the above measurement result.

【0022】以上の結果から、本実施例のインク噴射装
置は、溝を隔てる側壁の幅Bと側壁のピッチZの比B/
Zが、好ましくは0.2以上0.9以下の範囲、より好
ましくは0.3以上0.8以下の範囲となるよう構成し
た。ここで仮に、前述の範囲以外の値を採る場合を考え
ると、金属電圧13に印加する駆動電圧に対するインク
液室12内に発生するインク圧力の比率が小さく、噴射
されるインク液滴の速度及び体積が、噴射装置と対向す
る紙面上等に文字や画像を形成するのに不十分となる。
従って、高い駆動電圧を得るために、駆動回路の複雑
化、大型化を招くことになる。これに対し、本実施例に
よれば、インク液室12内に発生する圧力を効率的に大
きくすることができる。即ち、低い駆動電圧でインク液
室12内に高い圧力を発生することができ、文字や画像
を形成するのに十分な速度及び体積のインク液滴を噴射
することができる。このインク噴射装置によると、20
〜50ボルト程度の低い駆動電圧において、インク液滴
の速度は3〜8m/秒、体積は30〜90pl程度とす
ることができ、駆動回路を簡素化、小型化でき、インク
噴射装置全体を低コスト化、小型化することができる。
From the above results, in the ink ejecting apparatus of the present embodiment, the ratio B / the width B of the side walls separating the grooves and the pitch Z of the side walls B /
Z is preferably in the range of 0.2 or more and 0.9 or less, more preferably 0.3 or more and 0.8 or less. Here, supposing that a value outside the above range is taken into consideration, the ratio of the ink pressure generated in the ink liquid chamber 12 to the drive voltage applied to the metal voltage 13 is small, and the speed of the ejected ink droplets and The volume is insufficient for forming characters and images on a paper surface facing the ejection device.
Therefore, in order to obtain a high drive voltage, the drive circuit becomes complicated and large. On the other hand, according to this embodiment, the pressure generated in the ink liquid chamber 12 can be efficiently increased. That is, a high pressure can be generated in the ink liquid chamber 12 with a low driving voltage, and ink droplets can be ejected at a speed and volume sufficient to form a character or an image. According to this ink ejecting apparatus, 20
At a driving voltage as low as about 50 V, the speed of ink droplets can be about 3 to 8 m / sec, the volume can be about 30 to 90 pl, the driving circuit can be simplified and downsized, and the entire ink ejecting apparatus can be made low. Cost and size can be reduced.

【0023】3.側壁底部の曲率Rと側壁底部での主応
力σとの関係の説明 種々の側壁底部の曲率Rをもつインク噴射装置を製作
し、金属電極13に駆動電圧を印加してインク液滴の噴
射を10億回程度行った。尚、製作したインク噴射装置
の寸法条件、材料は上記項目1と同様である。但し、溝
15の作製は、溝15の幅よりも若干小さな幅の円板状
のダイヤモンドブレードを使用した研削加工によって行
ったが、ダイヤモンドブレードの外周のエッジを種々の
曲率に予め研削加工しておくことで、側壁底部の曲率R
が3μmから40μmの範囲の側壁11を作製した。
3. Description of Relationship between Curvature R at Side Wall Bottom and Principal Stress σ at Side Wall Bottom Various types of ink ejecting apparatuses having side wall bottom curvature R are manufactured, and a driving voltage is applied to the metal electrode 13 to eject ink droplets. I went about a billion times. The dimensional conditions and materials of the manufactured ink ejecting apparatus are the same as in Item 1 above. However, the groove 15 was manufactured by grinding using a disc-shaped diamond blade having a width slightly smaller than the width of the groove 15, but the outer peripheral edge of the diamond blade was ground in advance to various curvatures. The curvature R of the bottom of the side wall
The side wall 11 having a thickness of 3 μm to 40 μm was manufactured.

【0024】上述のインク噴射装置で10億回程度のイ
ンク液滴の噴射を行った結果、一部の側壁の底部に微小
き裂が発生し破壊に至っていることが判明した。このよ
うな側壁では金属電極13に駆動電圧を印加しても側壁
の正常な変形が起こらず、インク液滴の噴射が停止して
いた。破壊した側壁は側壁底部の曲率Rが小さいものに
集中しており、曲率Rが3μmの側壁では試験を行った
側壁の8%に達し、4μmの側壁では1%、5μmの側
壁では0.2%、6μmの側壁では0.02%が破壊し
た。曲率Rが7μm以上の側壁では破壊したものは一例
もなかった。
As a result of ejecting the ink droplets about 1 billion times with the above-mentioned ink ejecting apparatus, it was found that a minute crack was generated at the bottom of a part of the side wall, leading to destruction. Even if a drive voltage is applied to the metal electrode 13 on such a side wall, the side wall is not deformed normally, and the ejection of ink droplets is stopped. The destroyed side walls are concentrated on the side wall having a small curvature R at the bottom, and the side wall having a curvature R of 3 μm reaches 8% of the side wall tested, 1% of the side wall of 4 μm and 0.2% of the side wall of 5 μm. %, 6% of the side wall was destroyed by 0.02%. There was no case of fracture on the side wall having a curvature R of 7 μm or more.

【0025】一方、圧電セラミックスプレート1、側壁
底部の曲率Rが3μmから40μmの範囲の種々の値で
ある側壁11、接着層3及びカバープレート2のモデル
を作成し、有限要素法による数値解析を行って側壁底部
の曲率Rと側壁底部での主応力σとの関係を調べた。解
析結果は、図4に示すように、側壁底部の曲率Rが小さ
くなると側壁底部での主応力σが急速に増大することを
示している。以上の試験結果及び解析結果は、側壁底部
の曲率Rが小さくなると側壁底部での主応力σが急速に
増大し、側壁底部での主応力σが圧電セラミックスプレ
ート1の破壊強度を越えると一部の側壁の底部に微小き
裂が発生し破壊に至ることを示している。
On the other hand, a model of the piezoelectric ceramic plate 1, the side wall 11, the adhesive layer 3 and the cover plate 2 having various values of the curvature R of the bottom of the side wall in the range of 3 μm to 40 μm was prepared, and numerical analysis by the finite element method was performed. Then, the relationship between the curvature R at the bottom of the side wall and the principal stress σ at the bottom of the side wall was investigated. The analysis results show that, as shown in FIG. 4, when the curvature R of the bottom of the side wall becomes small, the main stress σ at the bottom of the side wall rapidly increases. The above test results and analysis results show that when the curvature R of the bottom of the side wall becomes small, the principal stress σ at the bottom of the side wall rapidly increases, and when the principal stress σ at the bottom of the side wall exceeds the fracture strength of the piezoelectric ceramic plate 1, it is partially. It is shown that a microcrack is generated at the bottom of the side wall of the and leads to fracture.

【0026】以上の結果から、本実施例のインク噴射装
置においては、溝を隔てる側壁の底部の曲率が、好まし
くは5μm以上、より好ましくは7μm以上となるよう
に構成した。本実施例のインク噴射装置によれば、イン
ク液滴の噴射を10億回程度行っても、側壁の底部に微
小き裂が発生せず破壊が起こらない。このため、多数回
インク液滴の噴射を行ってもインク液滴の噴射が停止し
ない、信頼性のあるインク噴射装置を提供することがで
きる。
From the above results, the ink ejecting apparatus of this embodiment is constructed so that the curvature of the bottom of the side wall separating the grooves is preferably 5 μm or more, more preferably 7 μm or more. According to the ink ejecting apparatus of the present embodiment, even if the ink droplets are ejected about 1 billion times, no microcracks are generated at the bottom of the side wall and no destruction occurs. Therefore, it is possible to provide a reliable ink ejecting apparatus in which the ejection of the ink droplets does not stop even if the ejection of the ink droplets is performed many times.

【0027】4.側壁のテーパTとインク液室内の圧力
Pとの関係の説明 まず、インク噴射装置の一部の断面図を示す図5によっ
て、本実施例の構成を説明する。複数の溝15及び該溝
を隔てる側壁11を有し、かつ矢印4の方向に分極処理
を施した圧電セラミックスプレート1と、セラミックス
材料または樹脂材料等からなるカバープレート2とを、
エポキシ系接着剤等からなる接合層3を介して接合する
ことで、溝15は横方向に互いに間隔を有する複数のイ
ンク液室12となる。側壁11は、カバープレート2と
接する上部で幅が狭く下部で幅が広い台形断面の細長い
形状であり、インク液室12の全長にわたって伸びてい
る。側壁11の接着層3付近の側壁上部から側壁中央部
までの両表面には、駆動電界印加用の金属電極13が形
成されている。全てのインク液室12内には、インクが
充填される。次に、側壁11及び金属電極13の形状を
表すパラメータを説明する。側壁11の高さをH、上部
の幅をBu、下部の幅をBl、ピッチをZ、底部の曲率
をR、側壁11の表面に形成された金属電極13の上端
から下端までの長さをDとする。側壁のテーパTは式T
=(Bl−Bu)/Hで表される。
4. Description of Relation between Sidewall Taper T and Pressure P in Ink Liquid Chamber First, the configuration of the present embodiment will be described with reference to FIG. 5 which is a partial cross-sectional view of the ink ejecting apparatus. A piezoelectric ceramic plate 1 having a plurality of grooves 15 and side walls 11 separating the grooves and polarized in the direction of arrow 4, and a cover plate 2 made of a ceramic material or a resin material,
By joining via the joining layer 3 made of an epoxy adhesive or the like, the grooves 15 become a plurality of ink liquid chambers 12 which are laterally spaced from each other. The side wall 11 has an elongated shape of a trapezoidal cross section having a narrow width in the upper part and a wide width in the lower part, which is in contact with the cover plate 2, and extends over the entire length of the ink liquid chamber 12. Metal electrodes 13 for applying a driving electric field are formed on both surfaces of the side wall 11 near the adhesive layer 3 from the upper side wall to the central part of the side wall. Ink is filled in all the ink liquid chambers 12. Next, parameters showing the shapes of the side wall 11 and the metal electrode 13 will be described. The height of the side wall 11 is H, the width of the upper part is Bu, the width of the lower part is Bl, the pitch is Z, the curvature of the bottom is R, and the length of the metal electrode 13 formed on the surface of the side wall 11 from the upper end to the lower end. Let be D. The side wall taper T is the formula T
= (B1-Bu) / H

【0028】次に、電極の長さと側壁の高さの比D/H
とインク液室内の圧力Pとの関係を説明する図6及び側
壁のテーパTとインク液室内の圧力Pとの関係を説明す
る図7によって、本実施例の構成を説明する。側壁のテ
ーパTが0から0.2の種々の値で、電極の長さと側壁
の高さの比D/Hが0.2から0.8の種々の値である
インク噴射装置を製作し、金属電極13に同じ駆動電圧
を印加してインク液室12内に発生する圧力を測定し
た。尚、製作したインク噴射装置の電極の長さ以外の寸
法条件、材料、製造方法及び圧力測定方法は上記項目1
と同様である。
Next, the ratio of the length of the electrode to the height of the side wall D / H
And the pressure P in the ink liquid chamber, and FIG. 7 illustrating the relation between the side wall taper T and the pressure P in the ink liquid chamber, the configuration of the present embodiment will be described. An ink ejecting apparatus is manufactured in which the taper T of the side wall is various values from 0 to 0.2 and the ratio D / H of the length of the electrode to the height of the side wall is various value from 0.2 to 0.8, The same drive voltage was applied to the metal electrode 13 and the pressure generated in the ink liquid chamber 12 was measured. The dimensional conditions other than the electrode length of the manufactured ink ejecting apparatus, materials, manufacturing method, and pressure measuring method are described in the above item 1.
Is the same as.

【0029】図6に、側壁のテーパTが0.05のイン
ク噴射装置における、電極の長さと側壁の高さの比D/
Hとインク液室内の圧力Pとの関係を示す。測定結果
は、この場合、電極の長さと側壁の高さの比D/Hが
0.5程度のときインク液室12内の圧力が最大になる
ことを示している。
FIG. 6 shows the ratio of the electrode length to the height of the side wall D / in the ink ejecting apparatus having the side wall taper T of 0.05.
The relationship between H and the pressure P in the ink liquid chamber is shown. The measurement result shows that in this case, the pressure in the ink liquid chamber 12 becomes maximum when the ratio D / H of the length of the electrode and the height of the side wall is about 0.5.

【0030】一方、圧電セラミックスプレート1、側壁
のテーパTが0から0.2の種々の値で、電極の長さと
側壁の高さの比D/Hが0.2から0.8の種々の値で
ある側壁11、接着層3及びカバープレート2のモデル
を作成し、有限要素法による数値解析を行って側壁のテ
ーパT及び電極の長さと側壁の高さの比D/Hとインク
液室内の圧力Pとの関係を調べた。インク液室内の圧力
Pの推定方法も上記項目1と同様である。
On the other hand, the piezoelectric ceramic plate 1 has various side wall taper T values of 0 to 0.2 and various electrode length / side wall height ratios D / H of 0.2 to 0.8. A model of the side wall 11, the adhesive layer 3, and the cover plate 2 that are values is created, and numerical analysis is performed by the finite element method to measure the taper T of the side wall and the ratio D / H between the length of the electrode and the side wall height and the ink liquid chamber. Was investigated with respect to the pressure P. The method for estimating the pressure P in the ink liquid chamber is also the same as in item 1 above.

【0031】図6に、側壁のテーパTが0.05のイン
ク噴射装置における、電極の長さと側壁の高さの比D/
Hとインク液室内の圧力Pとの関係を示す。解析結果
は、この場合、電極の長さと側壁の高さの比D/Hが
0.5程度のときインク液室12内の圧力が最大になる
ことを示している。これは前述の測定結果と一致してい
る。
FIG. 6 shows the ratio of the electrode length to the height of the side wall D / in the ink ejecting apparatus having the side wall taper T of 0.05.
The relationship between H and the pressure P in the ink liquid chamber is shown. The analysis result shows that in this case, the pressure in the ink liquid chamber 12 becomes maximum when the ratio D / H of the length of the electrode and the height of the side wall is about 0.5. This is in agreement with the above measurement result.

【0032】以上の結果から、側壁のテーパTが0.0
5のインク噴射装置においては、電極の長さと側壁の高
さの比D/Hが0.5程度のときインク液室12内の圧
力が最大になることを示している。
From the above results, the side wall taper T is 0.0
In the ink jet device of No. 5, it is shown that the pressure in the ink liquid chamber 12 becomes maximum when the ratio D / H of the length of the electrode and the height of the side wall is about 0.5.

【0033】以上のような測定及び解析を、側壁のテー
パTが0から0.2の種々の値であるインク噴射装置で
行い、各々の形状の側壁で電極の長さと側壁の高さの比
D/Hを変化させたときのインク液室内の圧力Pの最大
値を調べた。図7に示すように、側壁のテーパTが0の
ときインク液室内の圧力Pは最大で、これと比較して側
壁のテーパTが0.1のときインク液室内の圧力Pは1
5%程度の低下にとどまっているが、側壁のテーパTが
0.16以上になるとインク液室内の圧力Pは30%以
上低下し、金属電圧13に印加する電気エネルギーと比
較してインク液室12内に発生するインク圧力が小さ
く、噴射されるインク液滴の速度及び体積が噴射装置と
対向する紙面上等に文字や画像を形成するのに不十分で
あるという問題点がある。このような装置で文字や画像
を形成するのに十分な速度及び体積のインク液滴を噴射
するためには高い駆動電圧が必要となり、駆動回路が複
雑化、大型化し、装置の低コスト化、小型化に限界があ
る。
The above-described measurement and analysis were carried out by an ink jet apparatus having a side wall taper T of various values from 0 to 0.2, and the ratio of the length of the electrode to the height of the side wall of the side wall of each shape. The maximum value of the pressure P in the ink liquid chamber when D / H was changed was examined. As shown in FIG. 7, when the side wall taper T is 0, the pressure P in the ink liquid chamber is maximum, and when the side wall taper T is 0.1, the pressure P in the ink liquid chamber is 1.
Although the decrease is only about 5%, when the taper T of the side wall becomes 0.16 or more, the pressure P in the ink liquid chamber decreases by 30% or more, which is lower than the electric energy applied to the metal voltage 13. There is a problem that the ink pressure generated in 12 is small and the speed and volume of the ejected ink droplets are insufficient to form characters and images on the paper surface facing the ejecting device. In order to eject ink droplets of a speed and volume sufficient for forming characters and images with such a device, a high driving voltage is required, which complicates and increases the size of the driving circuit and reduces the cost of the device. There is a limit to miniaturization.

【0034】更に、側壁のテーパTが負の場合、即ち逆
テーパにおける上記と同様の測定及び解析を行った。そ
の結果、テーパTの絶対値で考えれば、上記とほぼ同様
の傾向となることがわかった。
Further, when the taper T of the side wall is negative, that is, in the reverse taper, the same measurement and analysis as described above were performed. As a result, it was found that the same tendency as described above was obtained when the absolute value of the taper T was considered.

【0035】以上の結果から、本実施例のインク噴射装
置においては、溝を隔てる側壁のテーパTの絶対値が、
好ましくは0.16以下の範囲、より好ましくは0.1
以下の範囲となるよう構成した。これにより本実施例の
インク噴射装置では、インク液室12内に発生する圧力
を効率的に大きくすることができる。即ち、低い駆動電
圧でインク液室12内に高い圧力を発生することがで
き、文字や画像を形成するのに十分な速度及び体積のイ
ンク液滴を噴射することができる。このインク噴射装置
によると、20〜50ボルト程度の低い駆動電圧におい
て、インク液滴の速度は3〜8m/秒、体積は30〜9
0pl程度とすることができ、駆動回路を簡素化、小型
化でき、インク噴射装置全体を低コスト化、小型化する
ことができる。
From the above results, in the ink jet apparatus of this embodiment, the absolute value of the taper T of the side wall separating the groove is
The range is preferably 0.16 or less, more preferably 0.1.
It is configured to have the following range. As a result, in the ink ejecting apparatus of this embodiment, the pressure generated in the ink liquid chamber 12 can be efficiently increased. That is, a high pressure can be generated in the ink liquid chamber 12 with a low driving voltage, and ink droplets can be ejected at a speed and volume sufficient to form a character or an image. According to this ink ejecting apparatus, at a low driving voltage of about 20 to 50 V, the speed of ink droplets is 3 to 8 m / sec and the volume is 30 to 9 m.
It can be about 0 pl, the drive circuit can be simplified and downsized, and the cost and size of the entire ink ejecting apparatus can be reduced.

【0036】5.側壁高さ方向と分極方向とのなす角度
θとインク液室内の圧力Pとの関係の説明 まず、インク噴射装置の一部の断面図を示す図8によっ
て、側壁11及び金属電極13の形状を表すパラメータ
を説明する。圧電セラミックスプレート1に設けられた
側壁11の高さをH、幅をB、ピッチをZ、底部の曲率
をR、側壁11の表面に形成された金属電極13の上端
から下端までの長さをD、側壁11の高さ方向と分極方
向4とのなす角度をθとする。
5. Description of Relationship between Angle θ Formed by Sidewall Height Direction and Polarization Direction and Pressure P in Ink Liquid Chamber First, the shapes of the side wall 11 and the metal electrode 13 will be described with reference to FIG. 8 which is a partial sectional view of the ink ejecting apparatus. The parameter to represent is demonstrated. The height of the side wall 11 provided on the piezoelectric ceramic plate 1 is H, the width is B, the pitch is Z, the curvature of the bottom is R, and the length from the upper end to the lower end of the metal electrode 13 formed on the surface of the side wall 11 is defined as: Let D be the angle between the height direction of the side wall 11 and the polarization direction 4.

【0037】次に、図示矢印A方向と分極方向とのなす
角度θとインク液室内の圧力Pとの関係を説明する図9
によって、本実施例の構成を説明する。側壁11の高さ
方向である図示矢印A方向と分極方向とのなす角度θが
種々の値であるインク噴射装置を製作し、金属電極13
に同じ駆動電圧を印加してインク液室12内に発生する
圧力を測定した。尚、製作したインク噴射装置の寸法条
件、製造方法、及び圧力測定方法は上記項目1と同様で
ある。但し、圧電セラミックス1の素材は、分極済みの
チタン酸バリウム系圧電セラミックスのブロックからブ
ロックの分極方向に対し90−θ度の面方向をもつウェ
ハをスライサによって切り出すことによって製作した。
金属電極13には真空蒸着によって形成した厚さ1μm
程度のアルミニウム層、カバープレート2の材料にはホ
ウケイ酸ガラス、接着剤3にはエポキシ系接着剤を使用
した。θは0度から20度の範囲である。
Next, the relationship between the angle P formed by the direction of arrow A and the direction of polarization and the pressure P in the ink liquid chamber will be described with reference to FIG.
The configuration of this embodiment will be described below. An ink ejecting apparatus was manufactured in which the angle θ formed by the direction of arrow A, which is the height direction of the side wall 11, and the polarization direction has various values, and the metal electrode 13
The same drive voltage was applied to the ink and the pressure generated in the ink liquid chamber 12 was measured. The dimensional conditions, manufacturing method, and pressure measuring method of the manufactured ink ejecting apparatus are the same as those in the above item 1. However, the material of the piezoelectric ceramics 1 was manufactured by cutting a wafer having a plane direction of 90-θ degrees with respect to the polarization direction of the block from a block of polarized barium titanate-based piezoelectric ceramics with a slicer.
The metal electrode 13 has a thickness of 1 μm formed by vacuum deposition.
An aluminum layer, a material of the cover plate 2 is borosilicate glass, and an adhesive 3 is an epoxy adhesive. θ is in the range of 0 to 20 degrees.

【0038】図9に示すように、図示矢印A方向と分極
方向とのなす角度θが0度のときインク液室内の圧力P
は最大で、これと比較してθが14度のときインク液室
内の圧力Pは15%程度の低下にとどまっているが、θ
が18度以上になるとインク液室内の圧力Pは30%以
上低下し、金属電圧13に印加する電気エネルギーと比
較してインク液室12内に発生するインク圧力が小さ
く、噴射されるインク液滴の速度及び体積が噴射装置と
対向する紙面上等に文字や画像を形成するのに不十分で
あるという問題点がある。このような装置で文字や画像
を形成するのに十分な速度及び体積のインク液滴を噴射
するためには高い駆動電圧が必要となり、駆動回路が複
雑化、大型化し、装置の低コスト化、小型化に限界があ
る。
As shown in FIG. 9, when the angle θ formed by the direction of arrow A and the polarization direction is 0 °, the pressure P in the ink liquid chamber is P.
Is the maximum, and in comparison with this, when θ is 14 degrees, the pressure P in the ink liquid chamber is only reduced by about 15%.
Is 18 degrees or more, the pressure P in the ink liquid chamber decreases by 30% or more, the ink pressure generated in the ink liquid chamber 12 is smaller than the electric energy applied to the metal voltage 13, and the ejected ink droplets However, there is a problem in that the speed and volume are insufficient to form characters and images on the paper surface facing the ejection device. In order to eject ink droplets of a speed and volume sufficient for forming characters and images with such a device, a high driving voltage is required, which complicates and increases the size of the driving circuit and reduces the cost of the device. There is a limit to miniaturization.

【0039】以上の結果から、本実施例のインク噴射装
置においては、溝を隔てる側壁の高さ方向と分極方向と
のなす角度が、好ましくは18度以下、より好ましくは
14度以下の範囲となるよう構成した。これにより、本
実施例のインク噴射装置では、インク液室12内に発生
する圧力を効率的に大きくすることが出来る。即ち、低
い駆動電圧でインク液室12内に高い圧力を発生するこ
とができ、文字や画像を形成するのに十分な速度及び体
積のインク液滴を噴射することができる。このインク噴
射装置によると、20〜50ボルト程度の低い駆動電圧
において、インク液滴の速度は3〜8m/秒、体積は3
0〜90pl程度とすることができ、駆動回路を簡素
化、小型化でき、インク噴射装置全体を低コスト化、小
型化することができる。
From the above results, in the ink ejecting apparatus of this embodiment, the angle formed by the height direction of the side wall separating the groove and the polarization direction is preferably 18 degrees or less, more preferably 14 degrees or less. Configured to be. Thereby, in the ink ejecting apparatus of this embodiment, the pressure generated in the ink liquid chamber 12 can be efficiently increased. That is, a high pressure can be generated in the ink liquid chamber 12 with a low driving voltage, and ink droplets can be ejected at a speed and volume sufficient to form a character or an image. According to this ink ejecting apparatus, at a driving voltage as low as about 20 to 50 volts, the speed of ink droplets is 3 to 8 m / sec and the volume is 3
The drive circuit can be simplified and downsized, and the cost and size of the entire ink ejecting apparatus can be reduced.

【0040】6.曲率rと液滴の噴射速度vとの関係の
説明 まず、インク噴射装置の一部の断面図を示す図10によ
って、本実施例の構成及び溝15の形状を表すパラメー
タを説明する。インク液室12を形成する溝15は、端
面16から圧電セラミックスプレート1の内部の点51
までは同じ深さの平行な溝であるが、点51から端面1
7の方向に曲率Rで徐々に浅くなり、端面17付近では
浅く平行な溝18である。点51のインク液室長手方向
の位置は、側壁11の駆動部の長さをできるだけ長く
し、且つマニホールド22の体積をできるだけ大きく
し、カバープレート2をできるだけ小さくできるよう
に、マニホールド22のノズルプレート31側の端部2
3と一致している。この溝15及び浅く平行な溝18の
内面には、金属電極13をスパッタリング等によって形
成する。溝15の内面にはその側面の上半分のみに金属
電極が形成されるが、浅く平行な溝18の内面にはその
側面及び底面全体に金属電極が形成される。
6. Description of Relationship Between Curvature r and Droplet Ejection Velocity First, the configuration of this embodiment and parameters representing the shape of the groove 15 will be described with reference to FIG. 10 which is a partial cross-sectional view of the ink ejecting apparatus. The groove 15 forming the ink liquid chamber 12 has a point 51 inside the piezoelectric ceramic plate 1 from the end face 16.
Up to parallel grooves of the same depth, but from point 51 to end face 1
The groove 18 gradually becomes shallower with a curvature R in the direction 7 and becomes a shallow parallel groove 18 near the end face 17. The position of the point 51 in the ink liquid chamber longitudinal direction is such that the length of the drive portion of the side wall 11 is made as long as possible, the volume of the manifold 22 is made as large as possible, and the cover plate 2 is made as small as possible. End 2 on the 31 side
It agrees with 3. The metal electrode 13 is formed on the inner surfaces of the groove 15 and the shallow parallel groove 18 by sputtering or the like. Metal electrodes are formed on the inner surface of the groove 15 only on the upper half of the side surface thereof, while metal electrodes are formed on the entire side surface and bottom surface of the inner surface of the shallow and parallel groove 18.

【0041】次に、曲率rと液滴の噴射速度vとの関係
を説明する図11によって、本実施例の構成を説明す
る。種々の曲率rをもつインク噴射装置を製作し、金属
電極13に同じ駆動電圧を印加してノズル32からの液
滴の噴射速度vを測定した。なお、製作したインク噴射
装置の寸法条件、材料、製造方法は上記項目1と同様で
ある。
Next, the configuration of this embodiment will be described with reference to FIG. 11 which illustrates the relationship between the curvature r and the droplet ejection velocity v. Ink jetting devices having various curvatures r were manufactured, the same driving voltage was applied to the metal electrode 13, and the jetting speed v of the liquid droplets from the nozzle 32 was measured. The dimensional conditions, materials, and manufacturing method of the manufactured ink ejecting apparatus are the same as in Item 1 above.

【0042】図11に示すように、曲率rが15mm以
上のとき液滴の噴射速度vはほぼ一定で最大となり、こ
れと比較して曲率rが7mmのとき液滴の噴射速度vは
10%程度の低下にとどまっているが、曲率rが5mm
以下になると液滴の噴射速度vは15%以上低下し、金
属電圧13に印加する電気エネルギーと比較して液滴の
噴射速度が小さく、液滴の噴射速度が噴射装置と対向す
る紙面上等に文字や画像を形成するのに不十分であると
いう問題点がある。このような装置で文字や画像を形成
するのに十分な速度のインク液滴を噴射するためには高
い駆動電圧が必要となり、駆動回路が複雑化、大型化
し、装置の低コスト化、小型化に限界がある。
As shown in FIG. 11, when the curvature r is 15 mm or more, the droplet ejection velocity v is almost constant and reaches the maximum, and in comparison, when the curvature r is 7 mm, the droplet ejection velocity v is 10%. The curvature r is only 5 mm, but the curvature r is 5 mm.
When it becomes below, the ejection speed v of the droplet is reduced by 15% or more, the ejection speed of the droplet is smaller than the electric energy applied to the metal voltage 13, and the ejection speed of the droplet is on the paper surface facing the ejecting device. However, there is a problem that it is insufficient to form characters and images. A high drive voltage is required to eject ink droplets at a speed sufficient for forming characters and images with such a device, which complicates and increases the size of the drive circuit and reduces the cost and size of the device. Is limited.

【0043】この原因は、曲率rが小さくなると、イン
ク供給口21からマニホールド22を通してインク液室
12内にインクが供給される場合、マニホールド22か
ら溝15の底部が曲率rである部分を通してインク液室
12にインクが流れるときのインクの流動抵抗が大きく
なる。そして、インクの供給量が液滴として噴射される
インクの量に追いつかなる結果、インク液室12内に負
圧が発生し、金属電極13に駆動電圧を印加した場合に
インク液室12内に発生する圧力が低下するためであ
る。そして、インク液室12内の圧力が小さいほど液滴
の噴射速度は小さくなる。
The reason for this is that when the curvature r becomes small, when ink is supplied from the ink supply port 21 into the ink liquid chamber 12 through the manifold 22, the ink liquid flows from the manifold 22 through the portion where the bottom of the groove 15 has the curvature r. When the ink flows into the chamber 12, the flow resistance of the ink increases. Then, as a result of the supply amount of ink catching up with the amount of ink ejected as droplets, a negative pressure is generated in the ink liquid chamber 12, and when a drive voltage is applied to the metal electrode 13, the ink liquid chamber 12 is supplied with a negative pressure. This is because the generated pressure decreases. Then, the smaller the pressure inside the ink liquid chamber 12, the smaller the ejection speed of the liquid droplets.

【0044】以上の結果から、本実施例のインク噴射装
置においては、インク液室を構成するほぼ一定の深さの
溝に連続する溝の曲率が、好ましくは5mm以上、より
好ましくは7mm以上の範囲となるよう構成した。これ
により本実施例のインク噴射装置では、液滴の噴射速度
を効率的に大きくすることが出来る。即ち、低い駆動電
圧で文字や画像を形成するのに十分な速度及び体積のイ
ンク液滴を噴射することができる。このインク噴射装置
によると、20〜50ボルト程度の低い駆動電圧におい
て、インク液滴の速度は3〜8m/秒、体積は30〜9
0pl程度とすることができ、駆動回路を簡素化、小型
化でき、インク噴射装置全体を低コスト化、小型化する
ことができる。
From the above results, in the ink ejecting apparatus of the present embodiment, the curvature of the groove which is continuous with the groove of the ink liquid chamber having a substantially constant depth is preferably 5 mm or more, more preferably 7 mm or more. Configured to be in range. As a result, in the ink ejecting apparatus of this embodiment, it is possible to efficiently increase the ejection speed of droplets. That is, it is possible to eject ink droplets at a speed and volume sufficient to form characters and images with a low driving voltage. According to this ink ejecting apparatus, at a low driving voltage of about 20 to 50 V, the speed of ink droplets is 3 to 8 m / sec and the volume is 30 to 9 m.
It can be about 0 pl, the drive circuit can be simplified and downsized, and the cost and size of the entire ink ejecting apparatus can be reduced.

【0045】7.溝底部のテーパtと液滴の噴射速度v
との関係の説明 まず、インク噴射装置の断面図を示す図12によって、
本実施例の構成及び溝15の形状を表すパラメータを説
明する。インク液室12を形成する溝15は、端面16
から圧電セラミックスプレート1の内部の点51までは
同じ深さの平行な溝または溝の長手方向に対して直線状
に徐々に深さが変化する溝で、ノズルプレート31と当
接する部分での深さがHn、マニホールド22に近接す
る部分での深さがHmである。溝15底部のテーパtは
溝15のノズルプレート31と当接する部分から点51
までの長さをLとすると、式t=(Hn−Hm)/Lで
表される。溝15は点51から端面17の方向に曲率R
で徐々に浅くなり、端面17付近では浅く平行な溝18
である。この溝15及び浅く平行な溝18の内面には、
金属電極13をスパッタリング等によって形成する。溝
15の内面にはその側面の上半分のみに金属電極が形成
されるが、浅く平行な溝18の内面にはその側面及び底
面全体に金属電極が形成される。
7. Taper t at groove bottom and droplet ejection velocity v
First, referring to FIG. 12 showing a cross-sectional view of the ink ejecting apparatus,
The parameters of the structure of this embodiment and the shape of the groove 15 will be described. The groove 15 forming the ink liquid chamber 12 has an end face 16
To a point 51 inside the piezoelectric ceramics plate 1 are parallel grooves of the same depth or grooves whose depth gradually changes linearly with respect to the longitudinal direction of the grooves, and the depth at the portion contacting the nozzle plate 31. Is Hn, and the depth in the portion close to the manifold 22 is Hm. The taper t at the bottom of the groove 15 is point 51 from the portion of the groove 15 that abuts the nozzle plate 31.
When the length up to is L, it is expressed by the equation t = (Hn-Hm) / L. The groove 15 has a curvature R from the point 51 toward the end surface 17.
Gradually becomes shallower at
Is. On the inner surfaces of the groove 15 and the shallow parallel groove 18,
The metal electrode 13 is formed by sputtering or the like. Metal electrodes are formed on the inner surface of the groove 15 only on the upper half of the side surface thereof, while metal electrodes are formed on the entire side surface and bottom surface of the inner surface of the shallow and parallel groove 18.

【0046】次に、溝15底部のテーパtと液滴の噴射
速度vとの関係を説明する図13によって、本実施例の
構成を説明する。種々のtをもつインク噴射装置を製作
し、金属電極13に同じ駆動電圧を印加してノズル32
からの液滴の噴射速度vを測定した。製作したインク噴
射装置の側壁11の幅Bは40μmから120μm、高
さは直線状に徐々に高さが変化する部分の一番高いとこ
ろで200μmから1000μmの範囲、一番低いとこ
ろで100μmから400μmの範囲であり、また金属
電極13の長さDは金属電極13が形成されているとこ
ろの側壁11の高さHのほぼ1/2で、側壁11の高さ
が直線状に徐々に変化する部分では金属電極13の長さ
Dは直線状に徐々に変化する。圧電セラミックス1の材
料にはチタン酸バリウム系圧電セラミックス、金属電極
13には真空蒸着によって形成した厚さ1μm程度のア
ルミニウム層、カバープレート2の材料にはホウケイ酸
ガラス、接着剤3にはエポキシ系接着剤を使用した。イ
ンクはトリプロピレングリコールモノメチルエーテル
(TPM)をベースとした顔料インクで、金属電極13
に印加する駆動電圧は40ボルトである。
Next, the structure of this embodiment will be described with reference to FIG. 13 for explaining the relationship between the taper t at the bottom of the groove 15 and the jetting speed v of the droplet. Ink jetting devices having various t's were manufactured, and the same driving voltage was applied to the metal electrode 13 so that the nozzle 32
The jetting speed v of the droplet from was measured. The width B of the side wall 11 of the manufactured ink ejecting apparatus is 40 μm to 120 μm, and the height is in the range of 200 μm to 1000 μm at the highest part of the portion where the height gradually changes in a straight line, and in the range of 100 μm to 400 μm at the lowest part. Further, the length D of the metal electrode 13 is approximately 1/2 of the height H of the side wall 11 where the metal electrode 13 is formed, and in the portion where the height of the side wall 11 gradually changes linearly. The length D of the metal electrode 13 gradually changes linearly. The piezoelectric ceramics 1 is made of barium titanate-based piezoelectric ceramics, the metal electrode 13 is an aluminum layer having a thickness of about 1 μm formed by vacuum deposition, the cover plate 2 is made of borosilicate glass, and the adhesive 3 is made of epoxy-based material. An adhesive was used. The ink is a pigment ink based on tripropylene glycol monomethyl ether (TPM), and the metal electrode 13
The drive voltage applied to is 40 volts.

【0047】図13に示すように、溝15底部のテーパ
tが0のとき液滴の噴射速度vは最大となり、これと比
較してtが0.012のとき液滴の噴射速度vは10%
程度の低下にとどまっているが、tが0.02以上にな
ると液滴の噴射速度vは15%以上低下し、金属電圧1
3に印加する電気エネルギーと比較して液滴の噴射速度
が小さく、液滴の噴射速度が噴射装置と対向する紙面上
等に文字や画像を形成するのに不十分であるという問題
点がある。このような装置で文字や画像を形成するのに
十分な速度のインク液滴を噴射するためには高い駆動電
圧が必要となり、駆動回路が複雑化、大型化し、装置の
低コスト化、小型化に限界がある。
As shown in FIG. 13, when the taper t at the bottom of the groove 15 is 0, the droplet ejection speed v is maximum, and in comparison with this, when t is 0.012, the droplet ejection speed v is 10. %
However, when t becomes 0.02 or more, the ejection velocity v of the liquid droplet decreases by 15% or more, and the metal voltage 1
There is a problem that the ejection speed of the liquid droplets is smaller than the electric energy applied to No. 3, and the ejection speed of the liquid droplets is insufficient to form characters and images on the paper surface facing the ejection device. . A high drive voltage is required to eject ink droplets at a speed sufficient for forming characters and images with such a device, which complicates and increases the size of the drive circuit and reduces the cost and size of the device. Is limited.

【0048】この原因としては以下のことが考えられ
る。溝15底部のテーパtが大きくなると、金属電極1
3に駆動電圧を印加したとき、溝15のノズルプレート
31と当接する部分で発生するインクの圧力とマニホー
ルド22に近接する部分で発生するインクの圧力に差が
生じ、溝15の内部の各位置で発生した圧力波がノズル
に到達するにつれてノズルでのインクの圧力が変動して
しまう。このため、ノズル内を流れるインクの流速が駆
動電圧印加直後にインクの圧力の変化の影響を受けて変
化し、インクの流速が一定である場合と比較して慣性抵
抗などのインクの流体抵抗によるエネルギーの損失が大
きくなり、液滴の噴射速度vが低下してしまう。
The following can be considered as the cause of this. When the taper t at the bottom of the groove 15 increases, the metal electrode 1
When a drive voltage is applied to the groove 3, a difference occurs between the pressure of the ink generated in the portion of the groove 15 that abuts the nozzle plate 31 and the pressure of the ink generated in the portion that is close to the manifold 22. As the pressure wave generated in 1 reaches the nozzle, the ink pressure at the nozzle fluctuates. Therefore, the flow velocity of the ink flowing in the nozzle changes due to the influence of the change of the ink pressure immediately after the application of the driving voltage, and the flow velocity of the ink is changed by the fluid resistance of the ink such as inertial resistance as compared with the case where the ink flow velocity is constant. The energy loss increases, and the droplet ejection speed v decreases.

【0049】また、テーパtが負の場合、即ち逆テーパ
の場合も、tの絶対値をとれば上記と同様の傾向となる
ことがわかっている。
Further, it is known that when the taper t is negative, that is, when the taper t is an inverse taper, the same tendency as described above is obtained when the absolute value of t is taken.

【0050】以上の結果から、本実施例のインク噴射装
置においては、インク液室を構成する溝の内、直線状に
徐々に深さが変化する溝の底部が前記圧電セラミックス
プレートの面方向となすテーパの絶対値が、好ましくは
0.02以下、より好ましくは0.012以下の範囲と
なるよう構成した。これにより本実施例のインク噴射装
置では、液滴の噴射速度を効率的に大きくすることが出
来る。即ち、低い駆動電圧で文字や画像を形成するのに
十分な速度及び体積のインク液滴を噴射することができ
る。このインク噴射装置によると、20〜50ボルト程
度の低い駆動電圧において、インク液滴の速度は3〜8
m/秒、体積は30〜90pl程度とすることができ、
駆動回路を簡素化、小型化でき、インク噴射装置全体を
低コスト化、小型化することができる。
From the above results, in the ink ejecting apparatus of this embodiment, among the grooves forming the ink liquid chamber, the bottom of the groove whose depth gradually changes linearly with the surface direction of the piezoelectric ceramic plate. The absolute value of the taper formed is preferably 0.02 or less, more preferably 0.012 or less. As a result, in the ink ejecting apparatus of this embodiment, it is possible to efficiently increase the ejection speed of droplets. That is, it is possible to eject ink droplets at a speed and volume sufficient to form characters and images with a low driving voltage. According to this ink ejecting apparatus, at a driving voltage as low as about 20 to 50 V, the speed of the ink droplet is 3 to 8.
m / sec, the volume can be about 30 to 90 pl,
The drive circuit can be simplified and downsized, and the cost and size of the entire ink ejecting apparatus can be reduced.

【0051】8.側壁の表面粗さRzと液滴の噴射速度
vとの関係の説明 本実施例の、側壁の表面粗さRzと液滴の噴射速度vと
の関係を図14によって具体的に説明する。種々の側壁
の表面粗さRzをもつインク噴射装置を製作し、金属電
極13に同じ駆動電圧を印加してインク液室12内に発
生する圧力を測定した。溝15を加工する薄い円板状の
ダイヤモンドブレードのダイヤモンド砥粒の粒径を変え
ることにより、2μmから8μmの範囲の種々の表面粗
さRzをもつ側壁を製作した。尚、製作したインク噴射
装置の寸法条件、材料、製造方法、及び圧力測定方法は
上記項目1と同様である。
8. Explanation of Relationship between Sidewall Surface Roughness Rz and Droplet Ejection Velocity The relationship between the sidewall surface roughness Rz and the droplet ejection velocity v of this embodiment will be specifically described with reference to FIG. Ink jetting devices having various surface roughness Rz of the side wall were manufactured, and the same drive voltage was applied to the metal electrode 13 to measure the pressure generated in the ink liquid chamber 12. Sidewalls having various surface roughnesses Rz in the range of 2 μm to 8 μm were manufactured by changing the grain size of the diamond abrasive grains of the thin disk-shaped diamond blade for processing the groove 15. The dimensional conditions, materials, manufacturing method, and pressure measuring method of the manufactured ink ejecting apparatus are the same as those in Item 1 above.

【0052】図14に示すように、測定結果は、側壁の
表面粗さRzが3μm以下のとき液滴の噴射速度vは最
大でほぼ一定となり、これと比較してRzが5μmのと
き液滴の噴射速度vは10%程度の低下にとどまってい
るが、Rzが6.5μm以上になると液滴の噴射速度v
は15%以上低下し、金属電圧13に印加する電気エネ
ルギーと比較して液滴の噴射速度が小さく、液滴の噴射
速度が噴射装置と対向する紙面上等に文字や画像を形成
するのに不十分であるという問題点がある。このような
装置で文字や画像を形成するのに十分な速度のインク液
滴を噴射するためには高い駆動電圧が必要となり、駆動
回路が複雑化、大型化し、装置の低コスト化、小型化に
限界がある。この原因は、側壁の表面粗さRzが大きく
なるとインク液室12内をマニホールド22からノズル
32に流れるインクの流体抵抗が増加し、金属電極13
に印加した電気エネルギーの損失が大きくなることであ
る。
As shown in FIG. 14, the measurement result shows that when the surface roughness Rz of the side wall is 3 μm or less, the ejection velocity v of the droplet becomes almost constant at the maximum, and in comparison with this, when Rz is 5 μm, the droplet ejection velocity v is constant. The ejection speed v of the droplets is only about 10% lower, but when Rz is 6.5 μm or more, the droplet ejection speed v
Is 15% or more, the ejection speed of the liquid droplets is lower than the electric energy applied to the metal voltage 13, and the ejection speed of the liquid droplets is not suitable for forming characters or images on the paper surface facing the ejection device. There is a problem that it is insufficient. A high drive voltage is required to eject ink droplets at a speed sufficient for forming characters and images with such a device, which complicates and increases the size of the drive circuit and reduces the cost and size of the device. Is limited. This is because when the surface roughness Rz of the side wall increases, the fluid resistance of the ink flowing from the manifold 22 to the nozzle 32 in the ink liquid chamber 12 increases, and the metal electrode 13
That is, the loss of electric energy applied to is increased.

【0053】以上の結果から、本実施例のインク噴射装
置においては、溝を隔てる側壁の表面粗さRzが、好ま
しくは6.5μm以下、より好ましくは5μm以下の範
囲となるよう構成した。これにより本実施例のインク噴
射装置では、インク液室12内に発生する圧力を効率的
に大きくすることが出来る。即ち、低い駆動電圧で文字
や画像を形成するのに十分な速度及び体積のインク液滴
を噴射することができる。このインク噴射装置による
と、20〜50ボルト程度の低い駆動電圧において、イ
ンク液滴の速度は3〜8m/秒、体積は30〜90pl
程度とすることができ、駆動回路を簡素化、小型化で
き、インク噴射装置全体を低コスト化、小型化すること
ができる。
From the above results, the ink jet apparatus of this embodiment is constructed so that the surface roughness Rz of the side wall separating the grooves is preferably 6.5 μm or less, more preferably 5 μm or less. As a result, in the ink ejecting apparatus of this embodiment, the pressure generated in the ink liquid chamber 12 can be efficiently increased. That is, it is possible to eject ink droplets at a speed and volume sufficient to form characters and images with a low driving voltage. According to this ink ejecting apparatus, at a driving voltage as low as about 20 to 50 volts, the speed of ink droplets is 3 to 8 m / sec and the volume is 30 to 90 pl.
The drive circuit can be simplified and miniaturized, and the cost and size of the entire ink ejecting apparatus can be reduced.

【0054】[0054]

【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明のインク噴射装置によれば、溝を隔てる側壁の高さ
方向と分極方向とのなす角度を18度以下とすることに
より、低い駆動電圧でインク液室内に高い圧力を発生す
ることができ、文字や画像を形成するのに十分な速度及
び体積のインク液滴を噴射することができる。このた
め、駆動回路を簡素化、小型化でき、装置を低コスト
化、小型化することができる。
As is apparent from the above description, according to the ink ejecting apparatus of the present invention, the angle formed by the height direction of the side wall separating the groove and the polarization direction is 18 degrees or less, so that the angle is low. A high voltage can be generated in the ink liquid chamber by the driving voltage, and ink droplets can be ejected at a speed and volume sufficient to form a character or an image. Therefore, the drive circuit can be simplified and downsized, and the device can be reduced in cost and downsized.

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

【図1】本発明の一実施例のインク噴射装置の一部の断
面図である。
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of an ink ejecting apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】側壁の高さと幅の比H/Bとインク液室内の圧
力Pとの関係を説明する図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a relationship between a height-width ratio H / B of a side wall and a pressure P in an ink liquid chamber.

【図3】側壁の幅とピッチの比B/Zとインク液室内の
圧力Pとの関係を説明する図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a relationship between a side wall width / pitch ratio B / Z and a pressure P in the ink liquid chamber.

【図4】側壁底部の曲率Rと側壁底部での主応力σとの
関係を説明する図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between a curvature R of a sidewall bottom and a principal stress σ at the sidewall bottom.

【図5】本発明の一実施例のインク噴射装置の一部の断
面図である。
FIG. 5 is a partial cross-sectional view of the ink ejecting apparatus according to the embodiment of the present invention.

【図6】電極の長さと側壁の高さの比D/Hとインク液
室内の圧力Pとの関係を説明する図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating the relationship between the ratio D / H of the electrode length and the height of the side wall and the pressure P in the ink liquid chamber.

【図7】側壁のテーパTとインク液室内の圧力Pとの関
係を説明する図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating a relationship between a side wall taper T and a pressure P in an ink liquid chamber.

【図8】本発明の一実施例のインク噴射装置の一部の断
面図である。
FIG. 8 is a partial cross-sectional view of the ink ejecting apparatus according to the embodiment of the present invention.

【図9】側壁長手方向と分極方向とのなす角度θとイン
ク液室内の圧力Pとの関係を説明する図である。
FIG. 9 is a diagram illustrating a relationship between an angle θ formed by a longitudinal direction of a side wall and a polarization direction and a pressure P in an ink liquid chamber.

【図10】本発明の一実施例のインク噴射装置の一部の
断面図である。
FIG. 10 is a partial cross-sectional view of the ink ejecting apparatus according to the embodiment of the present invention.

【図11】曲率rと液滴の噴射速度vとの関係を説明す
る図である。
FIG. 11 is a diagram illustrating a relationship between a curvature r and a droplet ejection velocity v.

【図12】本発明の一実施例のインク噴射装置の一部の
断面図である。
FIG. 12 is a partial cross-sectional view of the ink ejecting apparatus according to the embodiment of the present invention.

【図13】溝底部のテーパtと液滴の噴射速度vとの関
係を説明する図である。
FIG. 13 is a diagram for explaining the relationship between the taper t of the groove bottom and the droplet ejection velocity v.

【図14】側壁の表面粗さRzと液滴の噴射速度vとの
関係を説明する図である。
FIG. 14 is a diagram illustrating a relationship between a surface roughness Rz of a side wall and a droplet ejection velocity v.

【図15】従来例のインク噴射装置の断面図である。FIG. 15 is a sectional view of a conventional ink ejecting apparatus.

【図16】従来例のインク噴射装置の断面図である。FIG. 16 is a sectional view of a conventional ink ejecting apparatus.

【図17】従来例のインク噴射装置の斜視図である。FIG. 17 is a perspective view of a conventional ink ejecting apparatus.

【図18】従来例の制御部のブロック図である。FIG. 18 is a block diagram of a control unit of a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 圧電セラミックスプレート 11 側壁 12 インク液室 13 金属電極 15 溝 1 Piezoelectric Ceramics Plate 11 Side Wall 12 Ink Liquid Chamber 13 Metal Electrode 15 Groove

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 圧電セラミックスに設けられた溝の内部
の一部に形成された電極に駆動電圧を印加し、前記圧電
セラミックスの圧電厚みすべり効果を用いて前記溝の内
部の容積を変化させることにより、前記溝の内部に充填
されたインクを噴射するインク噴射装置において、 前記溝を隔てる側壁の高さ方向と分極方向とのなす角度
が、18度以下であることを特徴とするインク噴射装
置。
1. A drive voltage is applied to an electrode formed in a part of the inside of a groove provided in the piezoelectric ceramic, and the volume inside the groove is changed by using the piezoelectric thickness sliding effect of the piezoelectric ceramic. In the ink ejecting apparatus for ejecting the ink filled in the groove, the angle formed by the height direction of the side wall separating the groove and the polarization direction is 18 degrees or less. .
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009202455A (en) * 2008-02-28 2009-09-10 Konica Minolta Holdings Inc Inkjet head and applying device having inkjet head

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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