JPH06234211A - Ink injection device - Google Patents

Ink injection device

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Publication number
JPH06234211A
JPH06234211A JP2256693A JP2256693A JPH06234211A JP H06234211 A JPH06234211 A JP H06234211A JP 2256693 A JP2256693 A JP 2256693A JP 2256693 A JP2256693 A JP 2256693A JP H06234211 A JPH06234211 A JP H06234211A
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JP
Japan
Prior art keywords
ink
cover plate
manifold
ink chamber
chamber
Prior art date
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Pending
Application number
JP2256693A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kimei Chiyou
棄名 張
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
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Priority to JP2256693A priority Critical patent/JPH06234211A/en
Publication of JPH06234211A publication Critical patent/JPH06234211A/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 form an adhesive agent thin to improve adhering rigidity end secure a pressure in an ink chamber by setting the surface roughness of the adhering surface of a cover plate so as to be a specified value (mum) or less, in a device which injects ink by deforming the side wall of the ink chamber. CONSTITUTION:An ink injection device 1 is provided with a piezo-electric ceramics plate 2 and a cover plate 10. A plurality of grooves 3 and side walls 6, defining the grooves, are formed on the piezoelectric ceramics plate 2. An ink introducing port and a manifold are formed on the cover plate 10. The piezoelectric ceramics plate 2 is adhered to the cover plate 10 through an adhesive agent to form an ink channel or an ink chamber 4. In this case, a surface roughness in the adhering surface of the cover plate 10 is set at least 5mum or less. According to this method, the adhesive agent 20 is formed so as to be thin to improve the adhering rigidity whereby the pressure in the ink chamber 4 can be maintained and printing quality can be retained excellent.

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、インク噴射装置に関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ink jet device.

【0002】[0002]

【従来の技術】今日、これまでのインパクト方式の印字
装置にとってかわり、その市場を大きく拡大しつつある
ノンインパクト方式の印字装置のなかで、原理が最も単
純で、かつ多階調化やカラー化が容易であるものとし
て、インクジェット方式の印字装置が上げられる。なか
でも印字に使用するインク滴のみを噴射するドロップ・
オン・デマンド型が、噴射効率の良さ、ランニングコス
トの安さなどから急速に普及している。
2. Description of the Related Art Among the non-impact type printers, which have been expanding the market to replace the impact type printers used up to now, the principle is the simplest, and multi-gradation and colorization are possible. Inkjet type printers are mentioned as being easy to use. Above all, a drop that ejects only the ink drops used for printing
The on-demand type is rapidly spreading due to its good injection efficiency and low running cost.

【0003】ドロップ・オン・デマンド型として特公昭
53−12138号公報に開示されているカイザー型、
あるいは特公昭61−59914号公報に開示されてい
るサーマルジェット型がその代表的な方式としてある。
このうち、前者は小型化が難しく、後者は高熱をインク
に加えるためにインクの耐熱性に対する要求が必要とさ
れ、それぞれに非常に困難な問題を抱えている。
The Kaiser type disclosed in Japanese Patent Publication No. 53-12138 as a drop-on-demand type,
Alternatively, a thermal jet type disclosed in Japanese Patent Publication No. 61-59914 is a typical method.
Of these, the former is difficult to miniaturize, and the latter requires a high heat resistance of the ink in order to apply high heat to the ink, and each has a very difficult problem.

【0004】以上のような欠陥を同時に解決する新たな
方式として提案されたのが、特開昭63−252750
号公報に開示されているせん断モード型である。
A method proposed to solve the above-mentioned defects at the same time is Japanese Patent Laid-Open No. 252750/1988.
It is the shear mode type disclosed in the publication.

【0005】図16に示すように、上記せん断モード型
のインク噴射装置1は、圧電セラミックスプレート2と
カバープレート10とノズルプレート14と基板41と
から構成されている。
As shown in FIG. 16, the shear mode type ink jet device 1 is composed of a piezoelectric ceramic plate 2, a cover plate 10, a nozzle plate 14 and a substrate 41.

【0006】その圧電セラミックスプレート2には、ダ
イヤモンドブレード等により切削加工され、複数の溝3
が形成されている。また、その溝3の側面となる側壁6
は矢印5の方向に分極されている。それらの溝3は同じ
深さであり、かつ平行である。それら溝3の深さは圧電
セラミックスプレート2の一端面15に近づくにつれて
徐々に浅くなっており、一端面15付近には浅溝7が形
成されている。そして、溝3の内面には、その両側面の
上半分に金属電極8がスパッタリング等によって形成さ
れている。また、浅溝7の内面には、その側面及び底面
に金属電極9がスパッタリング等によって形成されてい
る。これにより、溝3の両側面に形成された金属電極8
は浅溝7に形成された金属電極9によって連結されてい
る。
The piezoelectric ceramic plate 2 is cut with a diamond blade or the like to form a plurality of grooves 3.
Are formed. In addition, a side wall 6 that is a side surface of the groove 3
Is polarized in the direction of arrow 5. The grooves 3 are of the same depth and are parallel. The depths of the grooves 3 gradually become shallower as they approach the one end face 15 of the piezoelectric ceramic plate 2, and a shallow groove 7 is formed near the one end face 15. Then, on the inner surface of the groove 3, metal electrodes 8 are formed by sputtering or the like on the upper halves of both side surfaces thereof. Further, on the inner surface of the shallow groove 7, a metal electrode 9 is formed on the side surface and the bottom surface by sputtering or the like. Thereby, the metal electrodes 8 formed on both sides of the groove 3
Are connected by a metal electrode 9 formed in the shallow groove 7.

【0007】次に、カバープレート10は、セラミック
ス材料または樹脂材料等から形成されている。そして、
カバープレート10には、研削または切削加工等によっ
て、インク導入口16及びマニホールド18が形成され
ている。そして、圧電セラミックスプレート2の溝3加
工側の面とカバープレート10のマニホールド18加工
側の面とがエポキシ系接着剤20(図18参照)によっ
て接着される。従って、インク噴射装置1には、溝3の
上面が覆われて横方向に同じ間隔を有する複数のインク
流路であるインク室4(図18参照)が構成される。図
18に示すように、そのインク室4は長方形断面の細長
い形状であり、全てのインク室4内には、インクが充填
される。
Next, the cover plate 10 is made of a ceramic material, a resin material, or the like. And
An ink inlet 16 and a manifold 18 are formed in the cover plate 10 by grinding or cutting. Then, the surface of the piezoelectric ceramic plate 2 on the side where the groove 3 is processed and the surface of the cover plate 10 on the side where the manifold 18 is processed are adhered by an epoxy adhesive 20 (see FIG. 18). Therefore, the ink ejecting apparatus 1 is provided with the ink chambers 4 (see FIG. 18) that are the plurality of ink flow paths that are covered with the upper surfaces of the grooves 3 and have the same intervals in the lateral direction. As shown in FIG. 18, the ink chamber 4 has an elongated shape with a rectangular cross section, and ink is filled in all the ink chambers 4.

【0008】図16に示すように、圧電セラミックスプ
レート2及びカバープレート10の端面に、各インク室
4の位置に対応した位置にノズル12が設けられたノズ
ルプレート14が接着されている。このノズルプレート
14は、ポリアルキレン(例えばエチレン)、テレフタ
レート、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテ
ルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネイト、
酢酸セルロース等のプラスチックによって形成されてい
る。
As shown in FIG. 16, a nozzle plate 14 having nozzles 12 provided at positions corresponding to the positions of the ink chambers 4 is adhered to the end faces of the piezoelectric ceramic plate 2 and the cover plate 10. The nozzle plate 14 is made of polyalkylene (for example, ethylene), terephthalate, polyimide, polyetherimide, polyetherketone, polyethersulfone, polycarbonate,
It is made of plastic such as cellulose acetate.

【0009】そして、圧電セラミックスプレート2の溝
3の加工側に対して反対側の面には、基板41が、エポ
キシ系接着剤等によって接着されている。その基板41
には各インク室4の位置に対応した位置に導電層のパタ
ーン42が形成されている。その導電層のパターン42
と浅溝7の底面の金属電極9とは、ワイヤボンディング
によって導線43で接続されている。
A substrate 41 is adhered to the surface of the piezoelectric ceramic plate 2 opposite to the processed side of the groove 3 with an epoxy adhesive or the like. Its substrate 41
A conductive layer pattern 42 is formed at a position corresponding to the position of each ink chamber 4. The conductive layer pattern 42
And the metal electrode 9 on the bottom surface of the shallow groove 7 are connected by a conductive wire 43 by wire bonding.

【0010】次に、制御部のブロック図を示す図17に
よって、制御部の構成を説明する。基板41に形成され
た導電層のパターン42は各々個々にLSIチップ51
に接続されている。また、クロックライン52、データ
ライン53、電圧ライン54及びアースライン55もL
SIチップ51に接続されている。LSIチップ51
は、クロックライン52から供給される連続したクロッ
クパルスに基づいて、データライン53上に現れるデー
タに応じて、どのノズル12からインク滴の噴射を行う
べきかを判断する。そして、駆動するインク室4内の金
属電極8に導通する導電層のパターン42に、電圧ライ
ン54の電圧Vを印加する。また、駆動するインク室4
以外の金属電極8に導通する導電層のパターン42には
アースライン55の電圧0Vを印加する。
Next, the configuration of the control unit will be described with reference to FIG. 17 showing a block diagram of the control unit. The conductive layer patterns 42 formed on the substrate 41 are individually formed on the LSI chip 51.
It is connected to the. The clock line 52, the data line 53, the voltage line 54, and the ground line 55 are also L
It is connected to the SI chip 51. LSI chip 51
Determines which nozzle 12 should eject an ink drop, according to the data appearing on the data line 53, based on the continuous clock pulses supplied from the clock line 52. Then, 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 8 in the driven ink chamber 4. In addition, the ink chamber 4 to be driven
A voltage of 0 V on the ground line 55 is applied to the pattern 42 of the conductive layer which is electrically connected to the metal electrodes 8 other than the above.

【0011】次に、図18,図19によって、インク噴
射装置1の動作を説明する。LSIチップ51が、所要
のデータに従って、インク噴射装置1のインク室4bか
らインクの噴出を行なうと判断する。すると、金属電極
8eと8fとに正の駆動電圧Vが印加され、金属電極8
dと8gとが接地される。図19に示すように、側壁6
bには矢印13bの方向の駆動電界が発生し、側壁6c
には矢印13cの方向の駆動電界が発生する。すると、
駆動電界方向13b及び13cは分極方向5とが直交し
ているため、側壁6b及び6cは、圧電厚みすべり効果
により、この場合、インク室4bの内部方向に急速に変
形する。この変形によってインク室4bの容積が減少し
てインク圧力が急速に増大し、圧力波が発生して、イン
ク室4bに連通するノズル12(図16)からインク滴
が噴射される。
Next, the operation of the ink ejecting apparatus 1 will be described with reference to FIGS. The LSI chip 51 determines to eject the ink from the ink chamber 4b of the ink ejecting apparatus 1 according to the required data. Then, the positive drive voltage V is applied to the metal electrodes 8e and 8f, and the metal electrode 8e
d and 8g are grounded. As shown in FIG. 19, the side wall 6
A driving electric field in the direction of the arrow 13b is generated on the side b of the side wall 6c.
A driving electric field in the direction of the arrow 13c is generated at. Then,
Since the driving electric field directions 13b and 13c are orthogonal to the polarization direction 5, the side walls 6b and 6c are rapidly deformed inward in the ink chamber 4b due to the piezoelectric thickness sliding effect. Due to this deformation, the volume of the ink chamber 4b is reduced, the ink pressure is rapidly increased, a pressure wave is generated, and an ink droplet is ejected from the nozzle 12 (FIG. 16) communicating with the ink chamber 4b.

【0012】また、駆動電圧Vの印加が停止されると、
側壁6b及び6cが変形前の位置(図18参照)に徐々
に戻るためインク室4b内のインク圧力が徐々に低下す
る。すると、図示しないインクタンクからインク供給口
16(図16)及びマニホールド18(図16)を通し
てインク室4b内にインクが供給される。
When the application of the driving voltage V is stopped,
Since the side walls 6b and 6c gradually return to the positions before deformation (see FIG. 18), the ink pressure in the ink chamber 4b gradually decreases. Then, ink is supplied from the ink tank (not shown) into the ink chamber 4b through the ink supply port 16 (FIG. 16) and the manifold 18 (FIG. 16).

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】上述した構成のインク
噴射装置1では、図10(a)に示すように、側壁6は
圧電セラミックスプレート2とは一体になっているが、
カバープレート10とは接着剤20を用いて粘着されて
いる。そして、カバープレート10の表面が滑らかな場
合は接着剤20が非常に薄く形成され、その接着部の剛
性が高い。また、カバープレート10の表面が粗い場合
は図10(b)に示すように接着剤20が多量になっ
て、接着部の剛性が低くくなってしまい、インク噴射の
時に、インク室4内の圧力が十分に上昇できず、所定の
インク滴体積が得られない。そのため印字品質が悪くな
るといった問題があった。
In the ink ejecting apparatus 1 having the above-mentioned structure, the side wall 6 is integrated with the piezoelectric ceramic plate 2 as shown in FIG.
The cover plate 10 is adhered with an adhesive 20. When the surface of the cover plate 10 is smooth, the adhesive 20 is formed very thin, and the rigidity of the adhesive portion is high. If the surface of the cover plate 10 is rough, as shown in FIG. 10B, the amount of the adhesive 20 becomes large and the rigidity of the adhesive portion becomes low, so that the inside of the ink chamber 4 is ejected at the time of ink ejection. The pressure cannot be increased sufficiently and a predetermined ink droplet volume cannot be obtained. Therefore, there is a problem that the print quality is deteriorated.

【0014】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、接着剤が薄く形成できるように
し、側壁とカバープレートとの接着剛性を高くする。そ
れによって、インク室4内の圧力上昇を保たれ、印字品
質が良好である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 in order to solve the above-mentioned problems, and makes it possible to form a thin adhesive and to increase the adhesive rigidity between the side wall and the cover plate. Accordingly, it is an object of the present invention to provide an ink ejecting apparatus that keeps a pressure increase in the ink chamber 4 and has good print quality.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明では、複数の溝が形成された圧電セラミックス
プレートと、インク室を形成するために前記溝の側壁の
上端に接着されるカバープレートと、前記各インク室の
側壁を変形させることによって、前記インク室内のイン
クを噴射するインク噴射装置において、前記カバープレ
ートの接着面の表面粗さが少なくとも5μm以下であ
る。
In order to achieve this object, according to the present invention, a piezoelectric ceramic plate having a plurality of grooves formed therein and a cover adhered to the upper ends of the side walls of the grooves to form an ink chamber. In the ink ejecting apparatus that ejects ink in the ink chamber by deforming the plate and the side wall of each ink chamber, the surface roughness of the adhesive surface of the cover plate is at least 5 μm or less.

【0016】[0016]

【作用】上記の構成を有する本発明のインク噴射装置
は、カバープレートの接着面の表面粗さが十分小さく、
そのため十分薄い接着層が形成でき、接着部の剛性が高
い。
In the ink ejecting apparatus of the present invention having the above structure, the surface roughness of the adhesive surface of the cover plate is sufficiently small,
Therefore, a sufficiently thin adhesive layer can be formed, and the rigidity of the adhesive portion is high.

【0017】[0017]

【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.

【0018】図1は本実施例のインク導入口16とマニ
ホールド18を拡大して示す図である。図1(a)はイ
ンク噴射装置の側面からみた時の断面であり、図1
(b)は図1(a)のA−Aの断面である。
FIG. 1 is an enlarged view of the ink inlet 16 and the manifold 18 of this embodiment. FIG. 1A is a cross section of the ink ejecting apparatus as seen from the side surface.
1B is a cross section taken along the line AA of FIG.

【0019】図1(b)に示すように、インク噴射装置
1は、圧電セラミックスプレート2とカバープレート1
0とを有している。その圧電セラミックスプレート2に
は、複数の溝3と、それら溝3を隔てる側壁6とが形成
されている。また、カバープレート10には、インク導
入口16とマニホールド18とが形成されている。そし
て、圧電セラミックスプレート2とカバープレート10
とが接着剤20によって接着されて、インク流路である
インク室4が構成される。
As shown in FIG. 1B, the ink ejecting apparatus 1 includes a piezoelectric ceramic plate 2 and a cover plate 1.
It has 0 and. The piezoelectric ceramic plate 2 has a plurality of grooves 3 and side walls 6 separating the grooves 3. Further, the cover plate 10 is provided with an ink inlet 16 and a manifold 18. Then, the piezoelectric ceramic plate 2 and the cover plate 10
And are bonded by the adhesive 20 to form the ink chamber 4 which is an ink flow path.

【0020】図1(a)に示すように、インクは矢印3
0のようにインクタンクからインク供給チューブ(共に
図示しない)を経て、直径dのインク導入口16に流入
し、マニホールド18によって各インク室4に供給され
る。図に示したようにマニホールド18はインク導入口
16に比べ断面積が大きいので、インク導入口16から
マニホールド18に出たインクは噴流状態になる。従っ
て、インクには流路の急拡大による拡流損失が生じる。
一方、インク導入口16からマニホールド18に流入す
るインクに生じる全流動損失は、上記噴流の状態によっ
て変化する。噴流が層流状態であれば全流動損失は上記
拡流損失に等しい。また、噴流が乱流状態であれば全流
動損失は上記拡流損失に乱流損失を加えたものになる。
As shown in FIG. 1 (a), ink is indicated by an arrow 3.
As shown in 0, the ink flows from the ink tank through the ink supply tube (both not shown) into the ink introduction port 16 having the diameter d, and is supplied to each ink chamber 4 by the manifold 18. As shown in the figure, since the manifold 18 has a larger cross-sectional area than the ink introduction port 16, the ink ejected from the ink introduction port 16 to the manifold 18 is in a jet state. Therefore, a spreading loss occurs in the ink due to the rapid expansion of the flow path.
On the other hand, the total flow loss that occurs in the ink that flows into the manifold 18 from the ink introduction port 16 changes depending on the state of the jet flow. If the jet flow is laminar, the total flow loss is equal to the above-mentioned spreading loss. If the jet flow is in a turbulent state, the total flow loss is the above-mentioned spreading loss plus turbulent flow loss.

【0021】全流動損失を減らし、且つ細かな変動を含
まない安定したインクの流れを得るためには、噴流の状
態を層流に保たなければならない。そのためには、流体
の流れの状態を決める重要なパラメータであるレイノル
ズ数Reを周知のように約30以下に押さえなければな
らない(著者:生井武文,井上雅弘、出版社:理工学
社、「粘性流体の力学」のP206に記載)。そして、
レイノルズ数ReはRe=ud/νという式で与えられ
ている。上記式においてuはインク導入口16から出る
インクの速度、dは図示インク導入口16の直径、νは
インクの動粘性係数である。一方、インクの単位時間の
消費量が決まっていれば、上記流速uはインク導入口1
6の直径dの2乗に反比例するから、図2に示すように
レイノルズ数Reがインク導入口16の直径dに反比例
することになる。
In order to reduce the total flow loss and to obtain a stable ink flow that does not include minute fluctuations, the jet state must be kept laminar. For that purpose, the Reynolds number Re, which is an important parameter that determines the state of the fluid flow, must be kept below about 30 as is well known (Author: Takefumi Ikui, Masahiro Inoue, Publisher: Science & Engineering, "Viscosity" Fluid dynamics ”, p. 206). And
The Reynolds number Re is given by the equation Re = ud / ν. In the above equation, u is the velocity of the ink ejected from the ink inlet 16, d is the diameter of the illustrated ink inlet 16, and ν is the kinematic viscosity of the ink. On the other hand, if the consumption amount of ink per unit time is determined, the flow velocity u is set to the ink inlet 1
Since it is inversely proportional to the square of the diameter d of 6, the Reynolds number Re is inversely proportional to the diameter d of the ink inlet 16 as shown in FIG.

【0022】本実施例では、単位時間あたりの最大イン
ク消費量を25個のノズルから体積40plのインク滴
が5kHzの周波数で同時に噴射するものとして算出し
た。またインクの動粘性係数ν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
インクの常温における値10cpsを用いた。そして、
インク導入口16の直径dの値を変化させてレイノルズ
数Reを求めると、図2に示す実線32の関係が得られ
た。
In the present embodiment, the maximum ink consumption amount per unit time is calculated assuming that ink droplets having a volume of 40 pl are ejected simultaneously from 25 nozzles at a frequency of 5 kHz. As the kinematic viscosity coefficient ν of the ink, a value of 10 cps at room temperature of a pigment ink based on tripropylene glycol monomethyl ether (TPM) was used. And
When the Reynolds number Re was obtained by changing the value of the diameter d of the ink introduction port 16, the relationship of the solid line 32 shown in FIG. 2 was obtained.

【0023】ここで、前記レイノルズ数Reはインク導
入口16の直径d以外にもインクの単位時間の消費量と
インクの動粘性係数νの影響を受ける。しかし、前者は
印字速度および鮮明度を保つために小さくできない、後
者はインク滴の安定噴射、特に不必要なインク小滴いわ
ゆるサテライトの発生防止という面から大幅に増加させ
ることができない。従って、印字速度やインク粘性の変
化に対応して、前記レイノルズ数Reとインク導入口径
dの関係が図2に示す破線34のように右上方にシフト
することがあっても、最小限の印字速度およびインクの
粘性を用いて算出された実線32からさらに左下へシフ
トすることはない。
Here, the Reynolds number Re is influenced by the consumption amount of ink per unit time and the kinematic viscosity coefficient ν of ink, in addition to the diameter d of the ink inlet port 16. However, the former cannot be made small in order to maintain the printing speed and the sharpness, and the latter cannot be greatly increased from the viewpoint of stable ejection of ink droplets, especially prevention of generation of unnecessary ink droplets, so-called satellites. Therefore, even if the relationship between the Reynolds number Re and the ink introduction port diameter d shifts to the upper right as shown by the broken line 34 in FIG. The solid line 32 calculated using the velocity and the viscosity of the ink does not shift further to the lower left.

【0024】図2に示す実線32の関係を利用してイン
ク導入口16の直径dの下限を求めると、前記噴流の状
態を乱流にならないようにするためには、すなわちレイ
ノルズ数Reを30以下にするためには、インク導入口
16の直径dが大きいほどよいが少なくとも0.2mm
以上にしなければならない。
When the lower limit of the diameter d of the ink inlet 16 is obtained using the relationship of the solid line 32 shown in FIG. 2, in order to prevent the jet flow from becoming turbulent, that is, the Reynolds number Re is 30. In order to make it below, it is better that the diameter d of the ink inlet 16 is larger, but at least 0.2 mm.
You have to do more than that.

【0025】以上説明したように、インク導入口16の
直径dを0.2mm以上に形成すれば、インク導入口1
6からマニホールド18に出たインクの流れは層流状態
である。このため、インク導入口16からマニホールド
18に流入するインクに生じる全流動損失は上記拡流損
失に等しいので、全流動損失を最小にすることができ、
マニホールド内のインクの流れに乱れが生じない。よっ
て、マニホールド内のインクの圧力は一定であるので、
インク室4内のインクの圧力が一定であり、噴射される
インク滴の体積や飛翔速度が一定である。従って、印字
品質が良好である。また、供給されるべきインク量がイ
ンク室4に供給されるので、噴出されるインク滴の体積
が所定の体積となり印字品質が良好である。
As described above, if the diameter d of the ink introducing port 16 is formed to be 0.2 mm or more, the ink introducing port 1
The flow of ink from 6 to the manifold 18 is in a laminar flow state. Therefore, the total flow loss that occurs in the ink that flows into the manifold 18 from the ink introduction port 16 is equal to the above-mentioned spreading loss, so that the total flow loss can be minimized.
Disturbance does not occur in the ink flow in the manifold. Therefore, since the pressure of the ink in the manifold is constant,
The pressure of the ink in the ink chamber 4 is constant, and the volume and flight speed of the ejected ink droplet are constant. Therefore, the print quality is good. Further, since the amount of ink to be supplied is supplied to the ink chamber 4, the volume of the ejected ink droplet becomes a predetermined volume, and the printing quality is good.

【0026】尚、本実施例では、インク導入口16の形
状が円形であったので、レイノルズ数Reを30以下と
してインク導入口16の大きさを求めたが、インク導入
口16の形状が四角形や楕円等の形状の場合には、実験
をしてインクが乱流にならないレイノルズ数Reを求め
てインク導入口16の大きさを求めればよい。
In this embodiment, since the shape of the ink introducing port 16 was circular, the size of the ink introducing port 16 was determined with the Reynolds number Re of 30 or less. In the case of a shape such as a circle or an ellipse, the Reynolds number Re at which the ink does not become a turbulent flow may be obtained by an experiment to obtain the size of the ink inlet 16.

【0027】前記本実施例のインク噴射装置1では、電
極8に印加する駆動電圧に対してインク室4内に発生す
る圧力の比率が大きく、また、インク室4へ流れるイン
クも安定し、受ける抵抗も小さい。このため、低い駆動
電圧でインク室4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
滴を噴射することができる。このインク噴射装置1を用
いた実験によると、20〜50ボルト程度の低い駆動電
圧において、インク液滴は速度が3〜8m/秒、体積が
30〜90pl程度で安定して噴射でき、駆動回路の低
コスト化、小型化ができ、インク噴射装置1全体を低コ
スト化、小型化することができる。
In the ink ejecting apparatus 1 of the present embodiment, the ratio of the pressure generated in the ink chamber 4 to the drive voltage applied to the electrode 8 is large, and the ink flowing into the ink chamber 4 is stable and received. The resistance is also small. Therefore, high pressure can be generated in the ink chamber 4 with a low driving voltage,
It is possible to eject ink droplets at a velocity and volume sufficient to form characters and images. According to an experiment using this ink ejecting apparatus 1, at a low driving voltage of about 20 to 50 volts, ink droplets can be ejected stably at a speed of 3 to 8 m / sec and a volume of about 30 to 90 pl. The cost and size can be reduced, and the cost and size of the ink ejecting apparatus 1 as a whole can be reduced.

【0028】次に、マニホールド18の深さについて説
明する。
Next, the depth of the manifold 18 will be described.

【0029】図3(a)に示すように、インクは矢印3
0のようにインクタンクからインク供給チューブ(共に
図示しない)を経て、インク導入口16に流入し、マニ
ホールド18によってインク室4に供給される。この
時、マニホールド18では、図3(b)に示す各矢印3
1のようにインクが流れ、各インク室4に供給される。
インク室4a,4bはインク導入口16に直接面してい
るので、インク室4a,4b内のインクの圧力は、イン
ク導入口16から流入されたインクの噴流によって変化
する。
As shown in FIG. 3 (a), the ink is indicated by the arrow 3
As shown in 0, the ink flows from the ink tank through the ink supply tube (both not shown) into the ink introduction port 16 and is supplied to the ink chamber 4 by the manifold 18. At this time, in the manifold 18, each arrow 3 shown in FIG.
Ink flows as shown by 1 and is supplied to each ink chamber 4.
Since the ink chambers 4a and 4b directly face the ink introduction port 16, the pressure of the ink in the ink chambers 4a and 4b changes due to the jet flow of the ink flowing from the ink introduction port 16.

【0030】図4はインク噴流がインク導入口16から
出て、インク導入口16に直接面しているインク室4
a,4bに流入するときの中心速度の変化を示す。この
図4における横軸はマニホールド18の深さh、縦軸は
噴流の中心速度である。本実施例の実験では、インク導
入口16の直径dの値を3種類用いて、単位時間あたり
の最大インク消費量を20個のノズルから体積40pl
のインク滴が5kHzの周波数で同時に噴射するとして
実験した。図4の実線35,36,37はそれぞれイン
ク導入口16の直径dが0.7,1.0,1.4mmを
した時の実験結果である。
FIG. 4 shows an ink chamber 4 in which the ink jet flows out from the ink inlet 16 and directly faces the ink inlet 16.
The change of the center velocity when flowing into a and 4b is shown. In FIG. 4, the horizontal axis represents the depth h of the manifold 18, and the vertical axis represents the central velocity of the jet flow. In the experiment of this embodiment, three values of the diameter d of the ink inlet 16 are used, and the maximum ink consumption amount per unit time is 40 pl from 20 nozzles.
Of the ink droplets were simultaneously ejected at a frequency of 5 kHz. Solid lines 35, 36, and 37 in FIG. 4 are experimental results when the diameter d of the ink introduction port 16 is 0.7, 1.0, and 1.4 mm, respectively.

【0031】図4から明らかなように、マニホールド1
8の深さhが0の時、インク導入口16からインクが出
る時の噴流の中心速度uは最も大きい。この時、噴流の
中心速度uは、周知の通り、インク導入口16の直径d
の2乗に反比例した値である。そして、hが増大すると
uは比較的速く減少するが、hが約0.2mm以上、特
にhが0.3mm以上になると、どのdの場合もuが十
分減少し、それ以上の減少もほとんどない。尚、インク
導入口16の直径dが0.2mm以上であれば、図4と
同様の傾向となる。
As is apparent from FIG. 4, the manifold 1
When the depth h of 8 is 0, the central velocity u of the jet flow when the ink is ejected from the ink inlet 16 is the largest. At this time, the central velocity u of the jet flow is, as is well known, the diameter d of the ink introduction port 16.
It is a value inversely proportional to the square of. Then, when h increases, u decreases relatively quickly, but when h is about 0.2 mm or more, and particularly when h is 0.3 mm or more, u is sufficiently decreased for any d, and further decrease is almost zero. Absent. If the diameter d of the ink inlet 16 is 0.2 mm or more, the same tendency as in FIG. 4 is obtained.

【0032】ここで、噴流の流速は単位時間あたりのイ
ンク消費量に比例し、インク消費量は印字パターンによ
って変化するので、インク導入口16から流入されるイ
ンクの噴流の影響を十分減衰できる程度のマニホールド
18の深さhをとらないと、印字パターンによってイン
ク導入口16に直接面しているインク室4a,4b内の
インクの圧力が変化し、安定したインク滴の噴射ができ
ない。
Here, since the flow velocity of the jet flow is proportional to the ink consumption amount per unit time and the ink consumption amount changes depending on the printing pattern, the effect of the jet flow of the ink flowing from the ink introduction port 16 can be sufficiently attenuated. Unless the depth h of the manifold 18 is set, the ink pressure in the ink chambers 4a and 4b directly facing the ink inlet 16 changes depending on the print pattern, and stable ink droplet ejection cannot be performed.

【0033】以上の説明した結果から、本実施例のイン
ク噴射装置1では、インク導入口16から流れ込んだイ
ンクを前記各インク室4に分配するマニホールド18の
深さが0.3mm以上、少なくとも0.2mm以上であ
る。
From the results described above, in the ink ejecting apparatus 1 of this embodiment, the depth of the manifold 18 for distributing the ink flowing from the ink introducing port 16 to each of the ink chambers 4 is 0.3 mm or more, and at least 0. It is at least 2 mm.

【0034】このように、本実施例のマニホールド18
では、深さが0.2mm以上、好ましくは0.3mm以
上に形成されているので、各インク室4へ流れるインク
が安定し、かつ均一となる。そのため、電極8に駆動電
圧を印加したときに各インク室4内に発生する圧力が均
一で、文字や画像を形成するのに十分な速度及び均一な
体積のインク滴を噴射することができる。そして、この
インク噴射装置1を用いた実験によると、20〜50ボ
ルト程度の駆動電圧において、インク滴は速度が3〜8
m/秒、体積が30〜90pl程度で安定かつ均一に噴
射できる。また、各インク室4へ流れるインクが安定
し、かつ均一であって、駆動回路には特に補正する機能
を備える必要性がなく、駆動回路の簡素化、小型化がで
き、インク噴射装置1の安定化、低コスト化、小型化す
ることができる。
Thus, the manifold 18 of this embodiment is
Since the depth is 0.2 mm or more, preferably 0.3 mm or more, the ink flowing into each ink chamber 4 is stable and uniform. Therefore, when a drive voltage is applied to the electrode 8, the pressure generated in each ink chamber 4 is uniform, and it is possible to eject ink droplets of sufficient speed and uniform volume to form characters and images. Then, according to an experiment using the ink ejecting apparatus 1, the speed of the ink droplet is 3 to 8 at a driving voltage of about 20 to 50 volts.
A stable and uniform injection can be performed at m / sec and a volume of about 30 to 90 pl. In addition, the ink flowing into each ink chamber 4 is stable and uniform, and the drive circuit does not need to have a function for performing a particular correction, so that the drive circuit can be simplified and downsized, and It can be stabilized, reduced in cost, and downsized.

【0035】次に、マニホールド18の断面積とインク
室4の全断面積との関係について説明する。
Next, the relationship between the sectional area of the manifold 18 and the total sectional area of the ink chamber 4 will be described.

【0036】図5(a)に示すように、インクは矢印3
0のようにインクタンクからインク供給チューブ(共に
図示しない)を経て、インク導入口16に流入し、マニ
ホールド18によってインク室4に供給される。この
時、マニホールド18では、図5(b)に示す各矢印3
1のようにインクが流れ、各インク室4に供給される。
As shown in FIG. 5 (a), the ink is indicated by arrow 3.
As shown in 0, the ink flows from the ink tank through the ink supply tube (both not shown) into the ink introduction port 16 and is supplied to the ink chamber 4 by the manifold 18. At this time, in the manifold 18, the arrows 3 shown in FIG.
Ink flows as shown by 1 and is supplied to each ink chamber 4.

【0037】ここで、マニホールド18は図示のように
断面積S1=w×hを有する長方形の流路である。ま
た、インク室4は各々断面積S2=b×Hを有する長方
形の流路である。そして、インクがこれらの流路の中を
流れるときは流動抵抗を受ける。この流動抵抗は一般的
に流路の長さに比例して増大し、流路の断面積の減少に
つれて急に増大する。マニホールド18及びインク室4
のような長方形の断面を持つ場合は、断面の大きさが変
化したときに、縦横比がほぼ一定に保たれていれば、イ
ンクの流路単位長さの受ける流動抵抗がほぼその流路の
断面積の2乗に反比例し、例えば図6に示すようにな
る。但し、長方形の縦と横との長さが極めて大きく異な
るときは、図6のようにはならない。上記マニホールド
18及びインク室4の断面の縦と横との長さが極めて大
きく異ならないとすると、双方の断面積と流動抵抗との
関係は図6とほぼ同じ傾向を示すことになる。
Here, the manifold 18 is a rectangular channel having a cross-sectional area S1 = w × h as shown. The ink chamber 4 is a rectangular channel having a cross-sectional area S2 = b × H. When the ink flows in these flow paths, it receives flow resistance. This flow resistance generally increases in proportion to the length of the flow channel, and sharply increases as the cross-sectional area of the flow channel decreases. Manifold 18 and ink chamber 4
When the cross-sectional size changes and the aspect ratio is kept substantially constant, the flow resistance received by the unit length of the flow path of the ink is almost the same when the cross-section size changes. It is inversely proportional to the square of the cross-sectional area, and is as shown in FIG. 6, for example. However, when the vertical and horizontal lengths of the rectangle are extremely different from each other, the result is not as shown in FIG. Assuming that the vertical and horizontal lengths of the cross section of the manifold 18 and the ink chamber 4 do not differ significantly, the relationship between the cross-sectional areas of both and the flow resistance shows almost the same tendency as in FIG.

【0038】一方、インク供給口16から流入したイン
クは、図示しないノズルにたどり着くまではマニホール
ド18とインク室4の両方の流動抵抗を受ける。すなわ
ち、インクの受ける全抵抗はマニホールド18によるも
のとインク室4によるものとをたし合わせたものにな
る。図5(b)に示したように、例えばインク室4cに
流入するインクはインク室4aに流入するインクより、
マニホールド18内で流れる距離が長いので、インク室
4cに流入するインクはインク室4aに流入するインク
より大きい流動抵抗を受ける。更に、インク導入口16
から離れた場所のインク室4まで流れるインクは、更に
大きい流動抵抗を受ける。
On the other hand, the ink flowing from the ink supply port 16 receives the flow resistance of both the manifold 18 and the ink chamber 4 until it reaches the nozzle (not shown). That is, the total resistance received by the ink is the sum of the resistance due to the manifold 18 and the resistance due to the ink chamber 4. As shown in FIG. 5B, for example, the ink flowing into the ink chamber 4c is
Since the flow distance in the manifold 18 is long, the ink flowing into the ink chamber 4c receives a larger flow resistance than the ink flowing into the ink chamber 4a. Furthermore, the ink inlet 16
The ink flowing to the ink chamber 4 at a position away from is subjected to a larger flow resistance.

【0039】従って、各インク室4へ流入するインクを
均一化するためには、インク室4の位置によらず流動抵
抗が同じようになるマニホールドを設けるか、マニホー
ルド18内の流動抵抗がインク室4内の流動抵抗に比べ
て無視できるぐらいの断面積を持つマニホールド18を
設けれるかである。しかし、前者は一般的にマニホール
ド18の形状や加工を複雑にするもので非実用的である
ので、ここでは後者について説明する。
Therefore, in order to make the ink flowing into each ink chamber 4 uniform, a manifold having the same flow resistance irrespective of the position of the ink chamber 4 is provided, or the flow resistance in the manifold 18 is changed to the ink chamber. It is possible to provide the manifold 18 having a cross-sectional area which can be ignored as compared with the flow resistance inside the nozzle 4. However, the former is generally impractical because it complicates the shape and processing of the manifold 18, so the latter will be described here.

【0040】図7は本実施例におけるインクの全流動抵
抗の変化を示すものであり、横軸にはマニホールド18
と全インク室4との断面積比S1/SAをとった。全イ
ンク室4の断面積SAは各々のインク室4の断面積S2
にインク室4の数をかけたものである。本実施例の実験
では、単位時間あたりの最大インク消費量を50個のノ
ズルから体積40plのインク滴が2.5kHzの周波
数で同時に噴射するとして算出した。またインクの動粘
性係数ν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の常温における
値10cpsを用いた。インク室4の寸法は高さH=4
00μm、幅b=80μm、長さ=12mmとした。
FIG. 7 shows the change in the total flow resistance of the ink in this embodiment, where the horizontal axis represents the manifold 18.
And the cross-sectional area ratio S1 / SA of the total ink chamber 4 was taken. The sectional area SA of all the ink chambers 4 is the sectional area S2 of each ink chamber 4.
Is multiplied by the number of ink chambers 4. In the experiment of this example, the maximum ink consumption amount per unit time was calculated assuming that ink droplets having a volume of 40 pl are ejected simultaneously from 50 nozzles at a frequency of 2.5 kHz. As the kinematic viscosity coefficient ν of the ink, a value of 10 cps at room temperature of a pigment ink based on tripropylene glycol monomethyl ether (TPM) was used. The height of the ink chamber 4 is H = 4
The width was 00 μm, the width b was 80 μm, and the length was 12 mm.

【0041】図7の実線38はインクの全流動抵抗を示
す曲線であり、水平に引かれている点線39はマニホー
ルド18の抵抗がなく、インク室4の抵抗のみを示す線
である。全流動抵抗は前記断面積比S1/SAが約1の
ところを境に図中左側つまり断面積比が小さくなるにつ
れて急激に増大している。また、図中右側つまり断面積
比が大きくなると、前記全流動抵抗が急に点線39で示
すインク室4のみの抵抗値に近づく。つまり、断面積比
S1/SAが1以下になると、マニホールド18におけ
る流動抵抗が急増し、断面積比S1/SAが1以上にな
るとマニホールド18における流動抵抗の割合が急に減
少する。
A solid line 38 in FIG. 7 is a curve showing the total flow resistance of ink, and a horizontal dotted line 39 is a line showing only the resistance of the ink chamber 4 without the resistance of the manifold 18. The total flow resistance sharply increases as the cross-sectional area ratio S1 / SA is about 1 on the left side of the figure, that is, as the cross-sectional area ratio decreases. Further, when the right side in the drawing, that is, the cross-sectional area ratio increases, the total flow resistance suddenly approaches the resistance value of only the ink chamber 4 shown by the dotted line 39. That is, when the cross-sectional area ratio S1 / SA becomes 1 or less, the flow resistance in the manifold 18 sharply increases, and when the cross-sectional area ratio S1 / SA becomes 1 or more, the ratio of the flow resistance in the manifold 18 sharply decreases.

【0042】従って、マニホールド18の流動抵抗を減
少するためには断面積比S1/SAを1以上にする必要
がある。また、本実施例のような構造を持つインク噴射
装置においては、隣合うインク室4から同時に噴射する
ことはないから、見かけ上のインク室4の断面積が半分
になる。それを考慮にいれても、前記断面積比S1/S
Aを0.5以上にする必要がある。
Therefore, in order to reduce the flow resistance of the manifold 18, it is necessary to set the sectional area ratio S1 / SA to 1 or more. Further, in the ink ejecting apparatus having the structure as in the present embodiment, since the ink is not ejected from the adjacent ink chambers 4 at the same time, the apparent sectional area of the ink chambers 4 becomes half. Even taking this into account, the cross-sectional area ratio S1 / S
A needs to be 0.5 or more.

【0043】一方、前記断面積比S1/SAを大きくと
るのは流動抵抗を減少させる意味ではよいことである
が、断面積比S1/SAが約5以上にするとマニホール
ド18による流動抵抗がインク室4によるものの1%以
下になるから、ほぼ無視できる。従って、断面積比が約
5以上にしても、インク噴射装置1が大きくなるだけ
で、流動抵抗を減少させる効果がほとんど期待できな
い。インク噴射装置1の小型化やコストの面から、上記
断面積S1/SAの比が5までが妥当である。
On the other hand, it is good for the cross-sectional area ratio S1 / SA to be large in order to reduce the flow resistance. However, when the cross-sectional area ratio S1 / SA is about 5 or more, the flow resistance due to the manifold 18 causes the flow resistance in the ink chamber. However, it is almost 1% or less, so it can be almost ignored. Therefore, even if the cross-sectional area ratio is about 5 or more, only the ink ejecting apparatus 1 becomes large, and the effect of reducing the flow resistance can hardly be expected. From the viewpoints of downsizing of the ink ejecting apparatus 1 and cost, it is appropriate that the ratio of the cross-sectional area S1 / SA is up to 5.

【0044】尚、本実施例の実験において、インク室4
の寸法は高さH=400μm、幅b=80μm、長さ=
12mmとしたが、インク室4の寸法を変化させた場合
でも、図7の圧力損失を示す曲線38が横軸を基準に、
図中の破線38a,38bで示すように縦方向に伸縮す
るだけで、上記好適な断面積比S1/SAは変わらな
い。
In the experiment of this embodiment, the ink chamber 4
The height is H = 400 μm, width b = 80 μm, length =
Although it is set to 12 mm, even when the size of the ink chamber 4 is changed, the curve 38 showing the pressure loss in FIG.
The preferred cross-sectional area ratio S1 / SA does not change only by expanding and contracting in the vertical direction as indicated by broken lines 38a and 38b in the figure.

【0045】以上の結果から、本実施例のインク噴射装
置1では、インク導入口16から流れ込んだインクを前
記各インク室4に分配するマニホールド18の断面積が
前記インク室4の全断面積の0.5から5倍程度であ
る。
From the above results, in the ink ejecting apparatus 1 of the present embodiment, the sectional area of the manifold 18 for distributing the ink flowing from the ink inlet 16 to each of the ink chambers 4 is the total sectional area of the ink chamber 4. It is about 0.5 to 5 times.

【0046】このように、マニホールド18の断面積が
インク室4の全断面積に対して0.5から5倍程度に形
成されているので、供給されるインクがマニホールド1
8によってほぼ均一に各インク室4に分配され、しかも
受けいる抵抗も小さい。このため、インクの導入がスム
ーズで、低い駆動電圧でインク室4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
及び均一な体積のインク滴を噴射することができる。こ
のインク噴射装置を用いた実験によると、20〜50ボ
ルト程度の低い駆動電圧において、インク滴は速度が3
〜8m/秒、体積が30〜90pl程度で安定して噴射
でき、駆動回路の簡素化、小型化ができ、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。
As described above, since the cross-sectional area of the manifold 18 is formed to be about 0.5 to 5 times the total cross-sectional area of the ink chamber 4, the ink supplied is supplied to the manifold 1.
8 distributes each ink chamber 4 substantially evenly, and the resistance received is small. Therefore, it is possible to smoothly introduce the ink, generate a high pressure in the ink chamber 4 with a low driving voltage, and eject an ink droplet having a sufficient speed and a uniform volume to form a character or an image. You can According to an experiment using this ink ejecting apparatus, an ink droplet has a velocity of 3 at a low driving voltage of about 20 to 50 volts.
-8 m / sec., The volume can be stably ejected at about 30-90 pl, the drive circuit can be simplified and downsized, and the ink ejecting apparatus as a whole can be reduced in cost and downsized.

【0047】次に、本実施例のインク室4を構成する溝
3の深さ及びカバープレート10の厚さについて説明す
る。
Next, the depth of the groove 3 and the thickness of the cover plate 10 forming the ink chamber 4 of this embodiment will be described.

【0048】図8はインク噴射装置1の一部の断面図を
示し、溝3、側壁6、金属電極8及びカバープレート1
0の形状を表す。圧電セラミックスプレート2に形成さ
れた溝3の幅をb、溝3の深さをHとする。こうする
と、上述したように側壁6の上半分に金属電極8が形成
されているので、金属電極8の上端から下端までの長さ
は溝8の深さの半分H/2となる。また圧電セラミック
スプレート2と同一の材料で作成されたカバープレート
10の厚さをkとする。
FIG. 8 is a sectional view of a part of the ink ejecting apparatus 1, showing the groove 3, the side wall 6, the metal electrode 8 and the cover plate 1.
It represents the shape of 0. The width of the groove 3 formed in the piezoelectric ceramic plate 2 is b, and the depth of the groove 3 is H. In this case, since the metal electrode 8 is formed on the upper half of the side wall 6 as described above, the length from the upper end to the lower end of the metal electrode 8 is half the depth of the groove 8 H / 2. The thickness of the cover plate 10 made of the same material as the piezoelectric ceramic plate 2 is k.

【0049】安定した印字に必要とするインク滴の速度
を得るための、インク室4である溝3の深さHとカバー
プレート10の厚さkとの関係を調べた。
The relationship between the depth H of the groove 3 which is the ink chamber 4 and the thickness k of the cover plate 10 in order to obtain the velocity of the ink droplet required for stable printing was examined.

【0050】実験に使用した圧電セラミックスプレート
2は側壁6の幅が80μm、溝3の幅bが80μm、深
さHが0.2mmのものと、溝3の深さHが0.4,
0.6mmのものとの3種類のであった。圧電セラミッ
クスプレート2及びカバープレート10の材料にはチタ
ン酸ジルコン酸鉛(PZT)系圧電セラミックス、金属
電極8には真空蒸着によって形成した厚さ1μm程度の
アルミニウム膜、接着剤20にはエポキシ系接着剤を使
用した。また、カバープレート10は0.25,0.
5,1,2mmの4種類の厚さのものを用意して、前記
3種類の溝3の深さHを持つ基板と組み合わせて計12
種類のインク噴射装置1を組み立てた。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8に印加する駆動電
圧は40ボルトである。インクの噴射速度は、駆動電圧
パルスと同期して発光ダイオードを発光させて、インク
滴の静止像を形成し、駆動電圧パルスに対する発光のタ
イミングをずらした場合のインク滴静止像の移動距離か
ら算出した。
The piezoelectric ceramic plate 2 used in the experiment has a side wall 6 having a width of 80 μm, a groove 3 having a width b of 80 μm and a depth H of 0.2 mm, and the groove 3 has a depth H of 0.4 μm.
There were three types, one with 0.6 mm. The materials of the piezoelectric ceramic plate 2 and the cover plate 10 are lead zirconate titanate (PZT) -based piezoelectric ceramics, the metal electrode 8 is an aluminum film having a thickness of about 1 μm formed by vacuum deposition, and the adhesive 20 is an epoxy-based adhesive. The agent was used. Further, the cover plate 10 has 0.25, 0.
Four types of thicknesses of 5, 1 and 2 mm are prepared and combined with the substrate having the depth H of the three types of grooves 3 to make a total of 12
A variety of ink ejection devices 1 were assembled. The ink is a pigment ink based on tripropylene glycol monomethyl ether (TPM), and the driving voltage applied to the metal electrode 8 is 40 volts. The ink ejection speed is calculated from the moving distance of the ink droplet still image when the light emitting diode is caused to emit light in synchronization with the drive voltage pulse to form a still image of the ink droplet and the light emission timing with respect to the drive voltage pulse is shifted. did.

【0051】次に、前記各種のインク噴射装置1を用い
て、インク滴の飛翔速度を測定した。測定結果は図9に
示し、横軸は溝3の深さHとカバープレートの厚さkと
の積H×kであり、縦軸はインク滴の飛翔速度である。
図中の実線40,42及び44はそれぞれ溝の深さHが
0.2,0.4及び0.6mmのインク噴射装置1に対
応する。
Next, the flight speed of ink droplets was measured using the various ink jetting apparatuses 1 described above. The measurement results are shown in FIG. 9, in which the horizontal axis is the product H × k of the depth H of the groove 3 and the thickness k of the cover plate, and the vertical axis is the ink droplet flight velocity.
Solid lines 40, 42 and 44 in the figure correspond to the ink jetting apparatus 1 having groove depths H of 0.2, 0.4 and 0.6 mm, respectively.

【0052】図9からわかるように、溝3の深さHが増
大するとインク滴の飛翔速度が増加するが、いずれの場
合もH×kが約0.2以下になると飛翔速度が急に小さ
くなってしまう。その理由は、図8において、側壁6が
インク噴射の時に破線のように変形すると、カバープレ
ート10は微少ながら図中の破線で書かれたように変形
するためである。そして、このカバープレート10の変
形がインク室4の体積に対して大きいほど、インク室4
内の圧力上昇が少なくなり、インク滴の飛翔速度が遅く
なる。インク室4の体積に対するカバープレート10の
変形を少なくするためには、溝3の深さHを大きくする
か、またはカバープレート19の厚さkを大きくするか
である。すなわちH×kを大きくすればよい。図9から
わかるように、インク滴の飛翔速度を極端に減少させな
いためにはH×kを0.2以上にするのが好ましい。
As can be seen from FIG. 9, the flight speed of the ink drops increases as the depth H of the groove 3 increases, but in any case, the flight speed suddenly decreases when H × k becomes about 0.2 or less. turn into. The reason is that, in FIG. 8, when the side wall 6 is deformed as shown by the broken line when ink is ejected, the cover plate 10 is slightly deformed as shown by the broken line in the drawing. The larger the deformation of the cover plate 10 relative to the volume of the ink chamber 4, the more the ink chamber 4
The increase in the internal pressure is reduced, and the flight speed of the ink droplet is reduced. In order to reduce the deformation of the cover plate 10 with respect to the volume of the ink chamber 4, the depth H of the groove 3 is increased or the thickness k of the cover plate 19 is increased. That is, it is sufficient to increase H × k. As can be seen from FIG. 9, it is preferable to set H × k to 0.2 or more in order not to extremely reduce the flight speed of the ink droplet.

【0053】尚、本実施例の実験において、側壁6の幅
を80μmとしたが、側壁6の幅を変化させた場合で
も、図9と同様の傾向となる。
In the experiment of this embodiment, the width of the side wall 6 is set to 80 μm. However, even when the width of the side wall 6 is changed, the same tendency as in FIG. 9 is obtained.

【0054】また、本実施例の実験において、溝3の幅
bを80μmとしたが、溝3の幅bが80μm程度であ
れば、図9と同様な傾向となる。
Further, in the experiment of this embodiment, the width b of the groove 3 is set to 80 μm, but if the width b of the groove 3 is about 80 μm, the same tendency as in FIG. 9 is obtained.

【0055】以上の結果から、本実施例のインク噴射装
置1では、前記溝3の深さと前記カバープレート10の
厚さとの積は、0.2(mm×mm)以上である。
From the above results, in the ink ejecting apparatus 1 of this embodiment, the product of the depth of the groove 3 and the thickness of the cover plate 10 is 0.2 (mm × mm) or more.

【0056】このように、溝3の深さと前記カバープレ
ート10の厚さとの積が0.2(mm×mm)以上であ
るので、側壁6の変形によるカバープレート10の変形
を可及的に防止される。よって、金属電極8に印加する
駆動電圧に対して、インク室4内に発生する圧力の比率
が大きい。このため、低い駆動電圧でインク室4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滴を噴射することができ
る。このインク噴射装置1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、
駆動回路の低コスト化、小型化ができ、インク噴射装置
1全体を低コスト化、小型化することができる。
Since the product of the depth of the groove 3 and the thickness of the cover plate 10 is 0.2 (mm × mm) or more, the cover plate 10 can be deformed by the deformation of the side wall 6 as much as possible. To be prevented. Therefore, the ratio of the pressure generated in the ink chamber 4 to the drive voltage applied to the metal electrode 8 is large. Therefore, a high pressure can be generated in the ink chamber 4 with a low drive voltage, and an ink droplet having a speed and volume sufficient to form a character or an image can be ejected. According to this ink ejecting apparatus 1, the speed of the ink droplet is 3 to 8 at a driving voltage as low as 20 to 50 volts.
m / sec, the volume can be about 30 to 90 pl,
The cost and size of the drive circuit can be reduced, and the cost and size of the ink ejecting apparatus 1 as a whole can be reduced.

【0057】次に、カバープレート10の表面粗さがイ
ンク噴射特性にもたらす影響を説明する。
Next, the influence of the surface roughness of the cover plate 10 on the ink ejection characteristics will be described.

【0058】図10(a)に示すように、側壁6は、圧
電セラミックスプレート2と一体になっているが、カバ
ープレート10とは接着剤20を用いて粘着されてい
る。そして、カバープレート10の表面が滑らかな場合
は接着剤20が非常に薄く形成され、その接着部の剛性
が高い。また、カバープレート10の表面が粗い場合は
図10(b)に示すように接着剤20が多量になって、
接着部の剛性が低くくなってしまい、インク噴射の時
に、インク室4内の圧力が十分に上昇できず、所定のイ
ンク滴体積が得られない。
As shown in FIG. 10A, the side wall 6 is integrated with the piezoelectric ceramic plate 2, but is adhered to the cover plate 10 with an adhesive agent 20. When the surface of the cover plate 10 is smooth, the adhesive 20 is formed very thin, and the rigidity of the adhesive portion is high. If the surface of the cover plate 10 is rough, the amount of the adhesive 20 becomes large as shown in FIG.
Since the rigidity of the adhesive portion becomes low, the pressure in the ink chamber 4 cannot be sufficiently increased at the time of ink ejection, and a predetermined ink droplet volume cannot be obtained.

【0059】ここで、種々の表面粗さのカバープレート
10を使って噴射されたインク滴の体積を測定した。
Here, the volume of the ejected ink droplet was measured using the cover plate 10 having various surface roughnesses.

【0060】この実験に用いたインク噴射装置1では、
側壁6の幅Wが80μm、側壁6の高さである溝4の深
さHが400μm、溝3の幅bが80μmであった。圧
電セラミックスプレート2及びカバープレート10の材
料にはチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)系圧電セラミッ
クス、金属電極8には真空蒸着によって形成した厚さ1
μm程度のアルミニウム膜、接着剤20にはエポキシ系
接着剤を使用した。そして、カバープレート10は厚さ
kが1mmのものを用いて、側壁6と接着する面の表面
粗さを1から8μmに変化させた。また、表面粗さ以外
の影響をなくすために、接着剤20はすべて均一かつ薄
く塗布するように工夫した。インク滴の体積は高精度分
析天秤を用いて所定のインク滴数の重量を測定し、イン
クの密度を使って算出した。
In the ink jet device 1 used in this experiment,
The width W of the side wall 6 was 80 μm, the depth H of the groove 4 which is the height of the side wall 6 was 400 μm, and the width b of the groove 3 was 80 μm. The material of the piezoelectric ceramic plate 2 and the cover plate 10 is lead zirconate titanate (PZT) -based piezoelectric ceramics, and the metal electrode 8 has a thickness of 1 formed by vacuum deposition.
An epoxy adhesive was used for the aluminum film having a thickness of about μm and the adhesive 20. The cover plate 10 having a thickness k of 1 mm was used, and the surface roughness of the surface bonded to the side wall 6 was changed from 1 to 8 μm. Further, in order to eliminate influences other than surface roughness, the adhesive 20 was devised so as to be applied uniformly and thinly. The volume of the ink droplet was calculated by measuring the weight of a predetermined number of ink droplets using a high precision analytical balance and using the density of the ink.

【0061】図11から明らかなように、カバープレー
ト10の表面粗さが3μm以下のときインク滴の体積は
最大であり、且つほぼ一定である。これに比べて表面粗
さが約4μmのときインク滴の体積は10%程度の低下
が見られ、さらに表面粗さが5μm以上になるとインク
滴の体積は20%以上低下し、インク滴の形成効率が著
しく低下する。
As is clear from FIG. 11, when the surface roughness of the cover plate 10 is 3 μm or less, the volume of the ink droplet is the maximum and is almost constant. On the other hand, when the surface roughness is about 4 μm, the volume of the ink droplet is reduced by about 10%, and when the surface roughness is 5 μm or more, the volume of the ink droplet is reduced by 20% or more, forming the ink droplet. The efficiency is significantly reduced.

【0062】尚、上記以外の寸法を持つインク噴射装置
1を用いた噴射実験も実施した。その結果インク滴体積
の絶対量は変わるが、カバープレート10の表面粗さに
よる変化の様相は図11に示すものとほとんど変わらな
い。
A jetting experiment using the ink jetting apparatus 1 having a size other than the above was also conducted. As a result, the absolute amount of the ink droplet volume changes, but the aspect of the change due to the surface roughness of the cover plate 10 is almost the same as that shown in FIG.

【0063】また、接着剤20にエポキシ系以外、例え
ばフェノール系の接着剤を用いても、図11と同様の傾
向となる。
Also, even if a phenol-based adhesive other than the epoxy-based adhesive is used as the adhesive 20, the same tendency as in FIG. 11 is obtained.

【0064】以上の結果から、本実施例のインク噴射装
置1では、カバープレート10の表面粗さは、好ましく
は3μm以下、少なくとも5μm以下である。
From the above results, in the ink ejecting apparatus 1 of this embodiment, the surface roughness of the cover plate 10 is preferably 3 μm or less, and at least 5 μm or less.

【0065】このように、カバープレート10の表面粗
さが5μm以下、好ましくは3μm以下であるので、金
属電極8に印加した駆動電圧に対してインク室4内に発
生する圧力の比率が大きい。このため、低い駆動電圧で
インク室4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滴を噴
射することができる。このインク噴射装置1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
滴の速度は3〜8m/秒、体積はインク室4の長さにも
よるが、30〜90pl程度とすることができ、駆動回
路の低コスト化、小型化ができ、インク噴射装置1全体
を低コスト化、小型化することができる。
Since the surface roughness of the cover plate 10 is 5 μm or less, preferably 3 μm or less, the ratio of the pressure generated in the ink chamber 4 to the drive voltage applied to the metal electrode 8 is large. Therefore, a high pressure can be generated in the ink chamber 4 with a low drive voltage, and an ink droplet having a speed and volume sufficient to form a character or an image can be ejected. According to this ink ejecting apparatus 1,
At a driving voltage as low as about 20 to 50 V, the speed of the ink droplet is 3 to 8 m / sec, and the volume can be set to about 30 to 90 pl, depending on the length of the ink chamber 4, thus reducing the cost of the driving circuit. The size and size of the ink ejecting apparatus 1 can be reduced, and the cost and size of the entire ink ejecting apparatus 1 can be reduced.

【0066】次に、圧電セラミックスプレート2とカバ
ープレート10との材質の違いによる影響を説明する。
Next, the influence of the difference in material between the piezoelectric ceramic plate 2 and the cover plate 10 will be described.

【0067】図12(a)に示すように、インク噴射装
置1の圧電セラミックスプレート2には、インク室4を
構成する溝3が複数形成されると共に、それら溝3を隔
てる側壁6が形成されている。その溝3は幅bが80μ
m,深さHが400μmであり、側壁6は幅Wが80μ
mである。そして、側壁6の上面とカバープレート10
とが接着剤20によって接着されている。その接着剤2
0には加熱硬化性接着剤、例えばエポキシ系接着剤が用
いられている。そして、接着剤20は約160℃まで加
熱されて硬化されている。なお、カバープレートの厚さ
は1mmである。
As shown in FIG. 12A, the piezoelectric ceramic plate 2 of the ink ejecting apparatus 1 has a plurality of grooves 3 forming the ink chamber 4, and a side wall 6 separating the grooves 3 from each other. ing. The groove 3 has a width b of 80 μ
m, depth H is 400 μm, and side wall 6 has a width W of 80 μm.
m. Then, the upper surface of the side wall 6 and the cover plate 10
And are bonded by the adhesive 20. The adhesive 2
A heat-curable adhesive, for example, an epoxy adhesive is used for No. 0. The adhesive 20 is heated to about 160 ° C. and hardened. The cover plate has a thickness of 1 mm.

【0068】このようなインク噴射装置1の圧電セラミ
ックスプレート2及びカバープレート10は必ずしも同
一の素材とは限らないから、素材の線膨張係数が異なる
場合では、接着剤20が硬化して温度を常温に戻したと
きに両者の変形は不均一になる。そのため約160℃で
図12(a)で示すように各側壁6がお互い平行になる
ように接着しても、常温になると図12(b)のように
側壁6が変形し、側壁6及び接着剤20の内部に残留応
力が生じ、特に接着部の強度が落ちる。
Since the piezoelectric ceramic plate 2 and the cover plate 10 of the ink ejecting apparatus 1 are not necessarily made of the same material, the adhesive 20 is cured and the temperature is kept at room temperature when the materials have different linear expansion coefficients. When returned to, the deformation of both becomes non-uniform. Therefore, even if the side walls 6 are bonded so as to be parallel to each other at about 160 ° C. as shown in FIG. 12A, the side walls 6 are deformed as shown in FIG. Residual stress is generated inside the agent 20, and particularly the strength of the adhesive portion is reduced.

【0069】そして、前記内部残留応力の大きさは、線
膨張係数の相異だけでなく、一般的に素材の弾性率(ヤ
ング率)にも左右されるが、本実施例のインク噴射装置
1では側壁6に比べカバープレート10が十分厚いの
で、カバープレート10の材質の違いによるヤング率の
変化の影響がほぼ無視できる。
The magnitude of the internal residual stress depends not only on the difference in linear expansion coefficient but also on the elastic modulus (Young's modulus) of the material. Since the cover plate 10 is sufficiently thicker than the side wall 6, the influence of the change in the Young's modulus due to the difference in the material of the cover plate 10 can be almost ignored.

【0070】ここで、インク噴射装置1の寿命に対する
上記の現象の影響を調べる。線膨張係数がそれぞれ1,
2,4ppm/℃の3種類のチタン酸ジルコン酸鉛(P
ZT)系の素材をそれぞれ用いて、線膨張係数の異なる
3種類の圧電セラミックスプレート2を形成した。ま
た、上記圧電セラミックスプレート2と同一の素材のカ
バープレート10を形成した。更に、マグネシア(Mg
O)、ジルコニア(ZrO2)、アルミナ(AL23)の
3種類の材質のカバープレート10を形成した。従っ
て、線膨張係数の異なる6種類のカバープレート10を
形成した。
Here, the influence of the above phenomenon on the life of the ink ejecting apparatus 1 will be examined. The linear expansion coefficient is 1, respectively
Three types of lead zirconate titanate (P, 2,4 ppm / ° C)
ZT) -based materials were used to form three types of piezoelectric ceramic plates 2 having different linear expansion coefficients. A cover plate 10 made of the same material as the piezoelectric ceramic plate 2 was formed. Furthermore, magnesia (Mg
O), zirconia (ZrO 2 ) and alumina (AL 2 O 3 ) were used to form the cover plate 10. Therefore, six types of cover plates 10 having different linear expansion coefficients were formed.

【0071】前記の各種の圧電セラミックスプレート2
及びカバープレート10を用いて、種々のインク噴射装
置1を構成した。そして、それらインク噴射装置1に電
圧レベルが40ボルトの駆動パルスを8kHzの周波数
で印加し続けた。この時、インク噴射装置1の噴射機能
が低下して、インク滴が形成できなくなるまで印加した
駆動パルスの回数を測定した。
Various piezoelectric ceramic plates 2 described above
Various ink ejecting apparatuses 1 are configured by using the cover plate 10 and the cover plate 10. Then, a drive pulse having a voltage level of 40 V was continuously applied to the ink ejecting apparatuses 1 at a frequency of 8 kHz. At this time, the number of drive pulses applied was measured until the ejection function of the ink ejection device 1 deteriorated and ink droplets could not be formed.

【0072】測定結果は図13に示すように、圧電セラ
ミックスプレート2とカバープレート10の線膨張係数
の差が6.0ppm/℃以下の場合はインク噴射装置1
の寿命は30億回以上あるのに対して、前記線膨張係数
の差が8.5ppm/℃になると、寿命は20億回に減
少してしまう。そして、線膨張係数の差がさらに大きく
なると、寿命はより著しく減少することがわかる。
As shown in FIG. 13, the measurement result shows that when the difference in linear expansion coefficient between the piezoelectric ceramic plate 2 and the cover plate 10 is 6.0 ppm / ° C. or less, the ink ejecting apparatus 1
Has a life of 3 billion times or more, whereas when the difference in the coefficient of linear expansion reaches 8.5 ppm / ° C., the life decreases to 2 billion times. Then, it can be seen that the life is more remarkably reduced when the difference between the linear expansion coefficients is further increased.

【0073】尚、接着剤20にエポキシ系を用いたが、
加熱硬化性接着剤であれば、例えばフェノール系であっ
ても、図13と同様な傾向となる。
Although an epoxy type was used for the adhesive 20,
If it is a heat-curable adhesive, even if it is a phenol-based adhesive, the same tendency as in FIG. 13 is obtained.

【0074】以上の結果から、本実施例のインク噴射装
置1では、圧電セラミックスプレート2とカバープレー
ト19との線膨張係数の差は8.5ppm/℃以下、好
ましくは6.0ppm/℃以下である。
From the above results, in the ink ejecting apparatus 1 of this embodiment, the difference in the coefficient of linear expansion between the piezoelectric ceramic plate 2 and the cover plate 19 is 8.5 ppm / ° C. or less, preferably 6.0 ppm / ° C. or less. is there.

【0075】このように、圧電セラミックスプレート2
とカバープレート19との線膨張係数の差が8.5pp
m/℃以下、好ましくは6.0ppm/℃以下のインク
噴射装置1では、実用上十分多い30億回、少なくとも
約20億回の噴射寿命であるので、文字キャラクタの印
刷にだけでなく、インクの噴射回数が飛躍的に多く必要
とするグラフィックスの印刷にも十分対応できる。従っ
て、インク噴射装置1の交換回数が減少して、印刷装置
の信頼性が高い。
Thus, the piezoelectric ceramic plate 2
Of the linear expansion coefficient between the cover plate 19 and the cover plate 19 is 8.5 pp
In the ink jetting apparatus 1 having m / ° C. or less, preferably 6.0 ppm / ° C. or less, the jetting life is 3 billion times, which is sufficiently large for practical use, and at least about 2 billion times. It can also be applied to the printing of graphics, which requires a large number of jets. Therefore, the number of times the ink ejecting apparatus 1 is replaced is reduced, and the reliability of the printing apparatus is high.

【0076】次に、インク室4とマニホールド18との
相対位置について説明する。
Next, the relative position between the ink chamber 4 and the manifold 18 will be described.

【0077】図14はインク噴射装置の側面からみた時
の断面である。インクは矢印30のようにインクタンク
からインク供給チューブ(共に図示しない)を経て、イ
ンク導入口16に流入し、マニホールド18によって各
インク室4に振り分けられる。実験に使用したインク噴
射装置1では、圧電セラミックスプレート2及びカバー
プレート10の材料には共にチタン酸ジルコン酸鉛(P
ZT)系圧電セラミックスを用いた。インク室4の全長
Lは17mmで、マニホールド18とインク室4との相
対位置の変化によるインク滴の体積変化を調べるため
に、図中のマニホールド18の前部側面とインク室4の
後部端面と相対位置xの値が異なるものを用意した。な
お、マニホールド18の深さhはすべて0.5mmと
し、その幅wはすべて5mmとした。インク滴の体積は
高精度分析天秤を用いて所定のインク滴数を噴射してそ
の重量を測定し、インクの密度を使って算出した。
FIG. 14 is a cross section as viewed from the side of the ink ejecting apparatus. Ink flows from an ink tank through an ink supply tube (both not shown) as shown by an arrow 30 into an ink inlet 16 and is distributed to each ink chamber 4 by a manifold 18. In the ink ejecting apparatus 1 used in the experiment, the materials of the piezoelectric ceramic plate 2 and the cover plate 10 are both lead zirconate titanate (P
ZT) -based piezoelectric ceramics were used. The total length L of the ink chamber 4 is 17 mm, and in order to investigate the volume change of the ink droplet due to the change in the relative position between the manifold 18 and the ink chamber 4, the front side face of the manifold 18 and the rear end face of the ink chamber 4 in the figure are examined. Those having different values of the relative position x were prepared. The depth h of the manifold 18 was 0.5 mm, and the width w thereof was 5 mm. The volume of the ink droplet was calculated by using the density of the ink by jetting a predetermined number of ink droplets using a high precision analytical balance and measuring the weight.

【0078】次に、前記マニホールド18とインク室4
との相対位置が異なる複数のインク噴射装置1を用い
て、そのインク噴射装置1が噴射するインク滴の体積を
測定した。測定結果は図15に示し、横軸はマニホール
ド18とインク室4との相対位置xをとり、縦軸はイン
ク滴の体積をとった。図15からわかるように、xが1
mmから6mmの間はインク滴の体積が最大の60pl
に達し、ほぼ一定である。
Next, the manifold 18 and the ink chamber 4
The volume of ink droplets ejected by the ink ejecting apparatus 1 was measured using a plurality of ink ejecting apparatuses 1 having different relative positions from. The measurement results are shown in FIG. 15. The horizontal axis represents the relative position x between the manifold 18 and the ink chamber 4, and the vertical axis represents the volume of the ink droplet. As can be seen from FIG. 15, x is 1
The maximum ink droplet volume is 60 pl between mm and 6 mm
Reached almost constant.

【0079】また、xが1mm以下になるとインク滴の
体積が急に減少し、xが約0.2mmでインクが噴射不
能になってしまう。これはx=1でマニホールド18と
インク室4の重なるところが1mmしかなく、xをさら
に小さくにすると、インクが急にインク室4内に流れ難
くなるからである。
When x becomes 1 mm or less, the volume of the ink drop suddenly decreases, and when x is about 0.2 mm, the ink cannot be ejected. This is because there is only 1 mm where the manifold 18 and the ink chamber 4 overlap when x = 1, and if x is made smaller, it becomes difficult for the ink to suddenly flow into the ink chamber 4.

【0080】一方、xが6mm以上にすると、それほど
急ではないが、インク滴の体積が減少していく。これは
xが大きくなると、マニホールド18がノズルプレート
14に近づき、マニホールド18前部側面とノズルプレ
ート14との距離yが短くなる。つまり、インク室4内
の圧力を上昇させてインク滴を噴射させるとき、インク
をノズル12から押し出すと同時に、マニホールド18
からもインク導入口16へインクが逆流し、マニホール
ド18付近の圧力が急減小して、負の圧力波が発生す
る。この負の圧力波がノズル12に到達すると、ノズル
12からのインク流出は停止するが、yが短いほど上記
負の圧力波がノズル12に到達する時間が短くなる。こ
のため、インクの流出が速く停止し、結果としてインク
滴の体積が減少する。
On the other hand, when x is 6 mm or more, the volume of the ink droplet decreases, although not so suddenly. This is because when x increases, the manifold 18 approaches the nozzle plate 14, and the distance y between the front surface of the manifold 18 and the nozzle plate 14 decreases. That is, when the pressure in the ink chamber 4 is increased to eject an ink droplet, the ink is pushed out from the nozzle 12 and at the same time the manifold 18 is ejected.
Also, the ink flows back to the ink introduction port 16, the pressure in the vicinity of the manifold 18 decreases sharply, and a negative pressure wave is generated. When this negative pressure wave reaches the nozzle 12, the outflow of ink from the nozzle 12 is stopped, but the shorter the y, the shorter the time for the negative pressure wave to reach the nozzle 12. For this reason, the outflow of ink is stopped quickly, and as a result, the volume of the ink droplet is reduced.

【0081】図15からxが約11mm(y=L−x=
6mm)でインク滴の体積が約半分の30plになり、
さらにx=14mm以上(y=3mm以下)にすると、
インク滴の噴射ができなくなる。従って、インク滴の体
積が印加する駆動パルスを調整することで多少調整でき
ることを考慮にいれても、マニホールド18とインク室
4との相対位置はxが0.2mm以上、且つyが3mm
以上、好ましくはyが6mm以上にする必要がある。
From FIG. 15, x is about 11 mm (y = L−x =
6mm), the volume of the ink drop is about half, 30pl,
Further, if x = 14 mm or more (y = 3 mm or less),
Ink droplets cannot be ejected. Therefore, the relative position between the manifold 18 and the ink chamber 4 is such that x is 0.2 mm or more and y is 3 mm, considering that the volume of the ink droplet can be adjusted to some extent by adjusting the applied drive pulse.
As described above, y is preferably 6 mm or more.

【0082】尚、マニホールド18の深さhが0.5m
m、幅wが5mmであったが、マニホールド18の寸法
を変化させても図15と同様の傾向を示す。
The depth h of the manifold 18 is 0.5 m.
Although the m and the width w were 5 mm, the same tendency as in FIG. 15 is exhibited even if the dimensions of the manifold 18 are changed.

【0083】また、インク室4の全長Lが17mm以外
であっても、図15と同様の傾向を示す。
Even if the total length L of the ink chamber 4 is other than 17 mm, the same tendency as in FIG. 15 is exhibited.

【0084】以上の結果から、本実施例のインク噴射装
置1では、前記カバープレート10に形成されるマニホ
ールド18の位置は、その前部側面とインク室4の後部
端面との距離が0.2mm以上、かつノズルプレート1
4との距離が6mm以上、少なくとも3mm以上の範囲
である。
From the above results, in the ink ejecting apparatus 1 of the present embodiment, at the position of the manifold 18 formed on the cover plate 10, the distance between the front side surface and the rear end surface of the ink chamber 4 is 0.2 mm. Above, and nozzle plate 1
The distance from 4 is 6 mm or more, and at least 3 mm or more.

【0085】このように、マニホールド18の前部側面
とインク室4の後部端面との距離が0.2mm以上、か
つマニホールド18の前部側面とノズルプレート14と
の距離が6mm以上、少なくとも3mm以上であるの
で、効率よくインク滴の噴射ができ、且つインクの補充
がスムーズにできて、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滴を噴射することができる。この
インク噴射装置1によると、20〜50ボルト程度の低
い駆動電圧において、インク滴の速度は3〜8m/秒、
体積は30〜90pl程度とすることができ、低電圧駆
動による駆動回路の低コスト化、小型化ができ、インク
噴射装置1全体を低コスト化、小型化することができ
る。
As described above, the distance between the front side surface of the manifold 18 and the rear end surface of the ink chamber 4 is 0.2 mm or more, and the distance between the front side surface of the manifold 18 and the nozzle plate 14 is 6 mm or more, and at least 3 mm or more. Therefore, the ink droplets can be efficiently ejected, the ink can be replenished smoothly, and the ink droplets can be ejected at a speed and volume sufficient to form a character or an image. According to this ink ejecting apparatus 1, at a low driving voltage of about 20 to 50 V, the speed of the ink droplet is 3 to 8 m / sec,
The volume can be set to about 30 to 90 pl, the cost and size of the drive circuit can be reduced by low voltage driving, and the cost and size of the ink ejecting apparatus 1 as a whole can be reduced.

【0086】尚、本発明は以上詳述した実施例に限定さ
れるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲の変更は
可能である。
The present invention is not limited to the embodiments described in detail above, and modifications can be made without departing from the spirit of the invention.

【0087】本実施例では、圧電セラミックスである側
壁6のせん断モードによる変形によって、インク室4内
のインクを噴射していたが、上述したカイザー型やサー
マルジェット型等の噴射方式であってもよい。
In the present embodiment, the ink in the ink chamber 4 is ejected by the deformation of the side wall 6 which is a piezoelectric ceramic in the shear mode, but the ejection method such as the above-mentioned Kaiser type or thermal jet type may be used. Good.

【0088】[0088]

【発明の効果】本発明のインク噴射装置によれば、カバ
ープレートの接着面の表面粗さが5μm以下であるの
で、側壁とカバープレートを接着する接着層の厚さが十
分薄くでき、接着部の剛性が高い。このため側壁を変形
させたとき、インク室に十分な圧力を発生させることが
できる。よって、印字に必要なインク滴体積と飛翔速度
が得られ、印字品質が良好である。
According to the ink ejecting apparatus of the present invention, since the surface roughness of the adhesive surface of the cover plate is 5 μm or less, the thickness of the adhesive layer for adhering the side wall and the cover plate can be made sufficiently thin, and the adhesive portion Has high rigidity. Therefore, when the side wall is deformed, a sufficient pressure can be generated in the ink chamber. Therefore, the volume of the ink droplet and the flying speed required for printing can be obtained, and the printing quality is good.

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

【図1】(a)は本発明の一実施例のインク噴射装置を
示す断面図である。(b)は(a)のA−A断面図であ
る。
FIG. 1A is a sectional view showing an ink ejecting apparatus according to an embodiment of the present invention. (B) is an AA sectional view of (a).

【図2】前記実施例のインク導入口の直径とレイノルズ
数との関係線図である。
FIG. 2 is a relationship diagram of a diameter of an ink inlet and a Reynolds number in the embodiment.

【図3】(a)は前記実施例のインク噴射装置を示す断
面図である。(b)は(a)のA−A断面図である。
FIG. 3A is a cross-sectional view showing the ink ejecting apparatus of the above embodiment. (B) is an AA sectional view of (a).

【図4】前記実施例のマニホールドと噴流中心流速との
関係線図である。
FIG. 4 is a relationship diagram of a manifold and a jet flow center flow velocity in the embodiment.

【図5】(a)は前記実施例のインク噴射装置を示す断
面図である。(b)は(a)のA−A断面図である。
FIG. 5A is a sectional view showing the ink ejecting apparatus of the embodiment. (B) is an AA sectional view of (a).

【図6】流路断面積と圧力損失との関係線図である。FIG. 6 is a relationship diagram of a flow passage cross-sectional area and pressure loss.

【図7】前記実施例のマニホールドとインク室の断面積
との比と、圧力損失との関係線図である。
FIG. 7 is a relationship diagram of the pressure loss and the ratio of the cross-sectional area of the manifold and the ink chamber of the embodiment.

【図8】前記実施例のインク噴射装置を示す断面図であ
る。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing the ink ejecting apparatus of the above embodiment.

【図9】前記実施例のインク室とカバープレートの厚さ
との積と、液滴速度との関係線図である。
FIG. 9 is a relationship diagram of a product of an ink chamber and a thickness of a cover plate and a droplet velocity in the embodiment.

【図10】(a)は前記実施例のカバープレートの表面
が滑らかなインク噴射装置を示す断面図である。(b)
は前記実施例のカバープレートの表面が粗いインク噴射
装置を示す断面図である。
FIG. 10A is a cross-sectional view showing an ink ejecting apparatus in which the cover plate of the embodiment has a smooth surface. (B)
FIG. 4 is a cross-sectional view showing an ink ejecting apparatus having a cover plate with a rough surface in the above-mentioned embodiment.

【図11】前記実施例のカバープレートの表面粗さとイ
ンク滴体積との関係線図である。
FIG. 11 is a relationship diagram of the surface roughness and the ink droplet volume of the cover plate of the above embodiment.

【図12】(a)は前記実施例の接着剤を加熱させて硬
化させたときのインク噴射装置を示す断面図である。
(b)は前記実施例の常温時のインク噴射装置を示す断
面図である。
FIG. 12A is a cross-sectional view showing an ink ejecting apparatus when the adhesive of the embodiment is heated and cured.
FIG. 6B is a sectional view showing the ink ejecting apparatus at room temperature according to the embodiment.

【図13】前記実施例のインク噴射装置の耐久試験の結
果を示す説明図である。
FIG. 13 is an explanatory diagram showing a result of a durability test of the ink ejecting apparatus according to the embodiment.

【図14】前記実施例のインク噴射装置を示す断面図で
ある。
FIG. 14 is a cross-sectional view showing the ink ejecting apparatus of the embodiment.

【図15】前記実施例のマニホールドの位置とインク滴
体積との関係線図である。
FIG. 15 is a relational diagram of the position of the manifold and the ink droplet volume in the above embodiment.

【図16】従来技術のせん断モード型インク噴射装置を
示す斜視図である。
FIG. 16 is a perspective view showing a conventional shear mode type ink jet device.

【図17】従来技術の制御部を示す説明図である。FIG. 17 is an explanatory diagram showing a conventional control unit.

【図18】従来技術のせん断モード型インク噴射装置を
示す断面図である。
FIG. 18 is a cross-sectional view showing a conventional shear mode type ink jet device.

【図19】従来技術のせん断モード型インク噴射装置の
動作を示す説明図である。
FIG. 19 is an explanatory diagram showing an operation of the conventional shear mode type ink jet device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 圧電セラミックスプレート 4 インク室 6 側壁 10 カバープレート 16 インク導入口 18 マニホールド 2 piezoelectric ceramics plate 4 ink chamber 6 side wall 10 cover plate 16 ink inlet port 18 manifold

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数の溝が形成された圧電セラミックス
プレートと、インク室を形成するために前記溝の側壁の
上端に接着されるカバープレートと、前記各インク室の
側壁を変形させることによって、前記インク室内のイン
クを噴射するインク噴射装置において、 前記カバープレートの接着面の表面粗さが少なくとも5
μm以下であることを特徴とするインク噴射装置。
1. A piezoelectric ceramic plate having a plurality of grooves formed therein, a cover plate adhered to an upper end of a side wall of the groove to form an ink chamber, and a side wall of each of the ink chambers being deformed. In the ink ejecting apparatus for ejecting ink in the ink chamber, the surface roughness of the adhesive surface of the cover plate is at least 5
An ink ejecting apparatus having a thickness of not more than μm.
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