JPH07171960A - Ink jet head and driving method thereof - Google Patents

Ink jet head and driving method thereof

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JPH07171960A
JPH07171960A JP7595894A JP7595894A JPH07171960A JP H07171960 A JPH07171960 A JP H07171960A JP 7595894 A JP7595894 A JP 7595894A JP 7595894 A JP7595894 A JP 7595894A JP H07171960 A JPH07171960 A JP H07171960A
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JP
Japan
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ink
pressure chamber
partition wall
substrate
volume
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Application number
JP7595894A
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Japanese (ja)
Inventor
Seiichi Osawa
誠一 大澤
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Citizen Watch Co Ltd
Original Assignee
Citizen Watch Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH07171960A publication Critical patent/JPH07171960A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide an ink jet head having a multi-nozzle which can continuously discharge ink droplets excellently. CONSTITUTION:A plurality of partition walls 10a and 10b consisting of piezoelectric devices polarized in the thickness direction are arranged on a base plate 11 so as to form a groove 12. A plurality of pressure chambers 9 are formed by a lid 13 covering the groove 12. An ink discharge opening 16 and an ink supply opening 18 are provided at a part of the pressure chamber 9. By impressing voltage to electrodes 2a and 2b formed on the partition walls 10a and 10b, the shapes of the partition walls 10a, 10b are changed so as to be heightened in the thickness direction, narrowed in the width direction, and shortened in the longitudinal direction, so that the volume of the pressure chamber 9 is increased more than a volume of ink droplets 17 to be discharged. Thereafter, the voltage to be impressed is stopped, the original volume of the pressure chamber 9 is restored, and the ink droplets 17 are discharged.

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、インク液滴を画像記録
媒体上へ選択的に付着させるインクジェットヘッドの構
造と、その駆動方法とに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure of an ink jet head for selectively depositing ink droplets on an image recording medium and a driving method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】今日、その市場を大きく拡大しつつある
ノンインパクト・プリンターの内で、原理が最も単純
で、かつカラー印刷に好適なものとしてインクジェット
・プリンターがある。そのうちでも、ドット形成時にの
みインク液滴を吐出する、いわゆるドロップ・オン・デ
マンド(DOD)型が主流といえる。
2. Description of the Related Art Among the non-impact printers whose market is expanding greatly today, an inkjet printer has the simplest principle and is suitable for color printing. Among them, the so-called drop-on-demand (DOD) type in which ink droplets are ejected only during dot formation can be said to be the mainstream.

【0003】DOD型としては、たとえば特公昭53−
12138号公報に開示されているカイザー型、あるい
は、たとえば特公昭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。
As the DOD type, for example, Japanese Patent Publication No. 53-
The Kaiser type disclosed in Japanese Patent No. 12138 and the thermal jet type disclosed in Japanese Patent Publication No. 61-59914 are typical methods.

【0004】このうち、前者の特公昭53−12138
号公報に記載の構成では小型化が難かしく、後者の特公
昭61−59914号公報に記載の構成では高熱をイン
クに加えるためにインクが焦げつくという、それぞれに
非常に困難な問題点を抱えている。
Of these, the former Japanese Patent Publication No. 53-12138
It is difficult to reduce the size of the structure described in Japanese Patent Publication No. 61-59914, and the latter structure described in Japanese Patent Publication No. 61-59914 has a very difficult problem in that the ink is burnt because high heat is applied to the ink. ing.

【0005】以上のような欠陥を同時に解決する方式と
して、圧電性素材の細片を用いる構造で、たとえば特公
平4−48622号公報に開示された伸縮モード型が提
案されている。
As a method for simultaneously solving the above-mentioned defects, there has been proposed a stretch mode type structure disclosed in Japanese Patent Publication No. 4-48622, which has a structure using a strip of a piezoelectric material.

【0006】伸縮モード型のインクジェットヘッドの構
造を、図4の斜視図に示す。PZT(チタン酸ジルコン
酸鉛)のような圧電性素材の細片122を、導電性の支
持基板121と絶縁性の蓋123との間に平行に固着
し、この細片122間に多数の細長いチャネルを形成す
る。
The structure of the expansion / contraction mode type ink jet head is shown in the perspective view of FIG. A strip 122 of a piezoelectric material such as PZT (lead zirconate titanate) is fixed in parallel between a conductive support substrate 121 and an insulative lid 123, and a number of elongated strips are provided between the strips 122. Forming a channel.

【0007】これらのチャネルは、交互に、それぞれイ
ンクを充填するインク室兼インク流路のチャネルである
インクチャネル125と、空隙のダミーチャネル126
とである。
These channels are alternately provided with an ink channel 125 which is a channel of an ink chamber and an ink flow path for filling ink and a dummy channel 126 of a gap.
And.

【0008】そしてインクチャネル125は、一方の端
が共通のインク溜127に接続し、このインク溜127
よりインクが供給するとともに、他方の端にはインク通
路の形態の印字ノズルを設ける。
The ink channel 125 has one end connected to a common ink reservoir 127, and the ink reservoir 127 is connected to the common ink reservoir 127.
More ink is supplied and a print nozzle in the form of an ink passage is provided at the other end.

【0009】圧電性素材の細片122は、矢印7で示す
ように、支持基板121に垂直な方向に分極し、蓋12
3側の細片122上面部には、インクチャネル125に
対応して電極124が設けている。
The strip 122 of piezoelectric material is polarized in a direction perpendicular to the support substrate 121, as indicated by arrow 7, and the lid 12
Electrodes 124 are provided on the upper surface of the strip 122 on the third side so as to correspond to the ink channels 125.

【0010】ここで、電極124に導電性の基板121
に対して電位を与えるならば、圧電性素材の細片122
は、その厚さを増し、その幅を減じるような伸縮モード
の変形をおこす。
Here, the electrode 124 has a conductive substrate 121.
If a potential is applied to the strip 122 of piezoelectric material
Causes a deformation of the expansion mode that increases its thickness and decreases its width.

【0011】2個の細片への電圧印加を停止すると、両
細片はもとの形状に戻り、それにより通路容積は急激に
縮小する。その結果、その通路からインク液滴128の
放出を行うことができる。
When the voltage application to the two strips is stopped, both strips return to their original shape, which causes the passage volume to decrease sharply. As a result, ink droplets 128 can be ejected from the passage.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来の圧電性素材の細片を用いる構造のインクジェット
ヘッドがかかえる、以下に記載するような課題を解決し
ようとするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is intended to solve the problems described below, which are associated with an ink jet head having a structure using such a conventional strip of piezoelectric material.

【0013】その第1の課題点は、インク通路の形態の
印字ノズルを設けているので、インクチャネル125の
長さ寸法がチャネルの断面積に比べて長すぎる構成とな
っている。このため、管路抵抗が大きくインク供給能力
に限界があり、インク液滴の連続応答性が悪いという問
題である。
The first problem is that since the print nozzle in the form of an ink passage is provided, the length dimension of the ink channel 125 is too long as compared with the cross-sectional area of the channel. Therefore, there is a problem that the conduit resistance is large and the ink supply capacity is limited, and the continuous response of ink droplets is poor.

【0014】伸縮モード型でのインク吐出性能について
詳細に説明する。図4に示す前述の特公平4−4862
2号公報に開示された代表的なインクジェットヘッドの
大きさは、細片122の幅寸法および高さ寸法は50μ
mで、インクチャネル125の長さ寸法は10mmであ
る。
The ink ejection performance in the expansion / contraction mode type will be described in detail. The above-mentioned Japanese Patent Publication No. 4-4862 shown in FIG.
The size of the typical inkjet head disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2 is such that the width and height of the strip 122 are 50 μm.
In m, the length dimension of the ink channel 125 is 10 mm.

【0015】このように細く長いインクチャネル125
で形成されたヘッドにおいては、インク液滴を連続して
吐出すること、つまり応答性に問題が生じる。
The thin and long ink channel 125 is thus formed.
In the head formed in (1), there is a problem in continuous ejection of ink droplets, that is, in responsiveness.

【0016】インク液滴を連続して吐出するためには、
吐出したインク液滴と同量のインクが、インクチャネル
に125に対して印字ノズルと反対の端に位置した共通
のインク溜127より速やかに供給しなければならな
い。
In order to continuously eject ink droplets,
The same amount of ink as the ejected ink droplets must be supplied to the ink channel 125 with respect to the ink channel 125 from the common ink reservoir 127 located at the end opposite to the print nozzle.

【0017】したがって、連続してインク液滴128を
形成するためには、インクチャネル125の管路抵抗は
小さく、かつインクチャネル125の長さは短い方がよ
い。
Therefore, in order to form the ink droplets 128 continuously, it is preferable that the conduit resistance of the ink channel 125 is small and the length of the ink channel 125 is short.

【0018】管路抵抗はインクチャネル125の断面積
が大きい方が小さくなるが、公平4−48622号公報
に開示された実施例ではインク通路の形態の印字ノズル
を形成する目的から、インクチャネル125の大きさ
は、一辺が50μmのほぼ正方形と小さい。
The conduit resistance decreases as the cross-sectional area of the ink channel 125 increases, but in the embodiment disclosed in Japanese Patent Publication No. 4-48622, the ink channel 125 is formed for the purpose of forming a print nozzle in the form of an ink passage. The size of is small, almost square with 50 μm on each side.

【0019】さらに圧電性素材の細片122の変形量が
小さいため、インク液滴128のインク量を確保するた
めには、インクチャネル125の長さ寸法を長くしなけ
ればならない。
Furthermore, since the amount of deformation of the piezoelectric material strip 122 is small, the length of the ink channel 125 must be increased in order to secure the ink amount of the ink droplet 128.

【0020】インクチャネル125の長さ寸法を短くす
れば、インクの連続応答特性は向上するが、インク液滴
128が小さくなるとか、まったくインク液滴128が
吐出されないといった、インクチャネル125が充分な
長さがあるときには生じなかった現象が生じる。
If the length of the ink channel 125 is shortened, the continuous response characteristic of the ink is improved, but the ink droplet 125 becomes small, or the ink droplet 128 is not ejected at all. There is a phenomenon that did not occur when there was a length.

【0021】電極124に導電性の支持基板121に対
して電位を与えるならば、圧電性素材の細片122は、
その厚さを増し、その幅を減じるような伸縮モードの変
形をおこす。また一方で圧電性素材がこの伸縮モード変
形が生じると、実は圧電性素材の長手方向つまりインク
チャネル125の長さ方向の収縮が生じる。
If an electric potential is applied to the electrode 124 with respect to the conductive support substrate 121, the strip 122 of piezoelectric material is
The expansion / contraction mode is deformed such that its thickness is increased and its width is decreased. On the other hand, when the piezoelectric material undergoes the expansion / contraction mode deformation, it actually contracts in the longitudinal direction of the piezoelectric material, that is, in the lengthwise direction of the ink channel 125.

【0022】細片122の厚さを増し、その幅を減じる
ような伸縮モードの変形は、インクチャネル125の体
積を増加させる。しかし、このとき同時に起こるインク
チャネル125の長さ方向の収縮は、インクチャネル1
25の体積を減少させる。
Stretching mode deformations that increase the thickness of strip 122 and reduce its width increase the volume of ink channel 125. However, at this time, the contraction in the longitudinal direction of the ink channel 125 which occurs at the same time is caused by the ink channel 1
Reduce the volume of 25.

【0023】インクチャネル125の体積変化量は、こ
の増加分と減少分との差となり、この体積変化量がイン
ク液滴128の生成の源となる。
The volume change amount of the ink channel 125 becomes the difference between this increase amount and the decrease amount, and this volume change amount becomes a source of generation of the ink droplet 128.

【0024】電極124への電圧の印加を停止して、イ
ンクチャネル125を元の大きさに戻すと、前述のイン
クチャネル125の体積変化量分のインクは、インクチ
ャネル125の外へ押し出される。
When the voltage application to the electrode 124 is stopped and the ink channel 125 is returned to its original size, the ink corresponding to the volume change amount of the ink channel 125 is pushed out of the ink channel 125.

【0025】実験により観察すると、インクチャネル1
25内のインクの流れは、印字ノズル方向と共通のイン
ク溜128方向とに生じることを確認している。
When observed experimentally, the ink channel 1
It has been confirmed that the ink flow in 25 occurs in the print nozzle direction and the common ink reservoir 128 direction.

【0026】インクチャネル125が充分な長さを持っ
ている場合には、このインクチャネル125の後端部、
つまりインク溜127に近い方の変形によるインク吐出
への影響は無視できる。
If the ink channel 125 has a sufficient length, the rear end of the ink channel 125,
That is, the influence on the ink ejection due to the deformation closer to the ink reservoir 127 can be ignored.

【0027】しかし、前述のようにインク液滴の連続応
答性を向上させるために、インクチャネル125の長さ
を短くすると、インクチャネル125の長さ方向の収縮
による体積変化量の減少の影響は無視できなくなる。
However, as described above, when the length of the ink channel 125 is shortened in order to improve the continuous response of the ink droplets, the volume change amount is reduced due to the contraction of the ink channel 125 in the longitudinal direction. It cannot be ignored.

【0028】つまり、体積変化量を減少させるインクチ
ャネル125の長さ方向の収縮の成分がインク液滴12
8の生成に悪影響を及ぼす。
That is, the component of contraction in the length direction of the ink channel 125 that reduces the volume change amount is the ink droplet 12.
8 is adversely affected.

【0029】この結果、インク液滴128が小さくなる
とか、まったくインク液滴128が吐出されないといっ
た現象を生じるのである。
As a result, there occurs a phenomenon that the ink droplet 128 becomes small or the ink droplet 128 is not ejected at all.

【0030】第2の課題点は、充分なインクチャネルの
体積変化を得るためには、圧電性素材に高い電圧を印加
しなければならないと問題である。
The second problem is that a high voltage must be applied to the piezoelectric material in order to obtain a sufficient volume change of the ink channel.

【0031】このため駆動回路や電気絶縁材を高電圧に
対応した構成しなければならないので、コストアップと
なる。
For this reason, the drive circuit and the electric insulating material must be constructed so as to be compatible with high voltage, resulting in an increase in cost.

【0032】本発明の目的は、前述のような従来の圧電
性素材の細片を用いる構造のインクジェットヘッドの個
々の構造や機構に起因する問題を解決し、インク液滴の
連続吐出性を向上させ、さらに低電圧で駆動することが
できるインクジェットヘッドの構成と、その駆動方法と
を提供することである。
An object of the present invention is to solve the problems caused by the individual structures and mechanisms of the ink jet head having the structure using the conventional strip of piezoelectric material as described above, and to improve the continuous ejection property of ink droplets. In addition, the present invention provides a configuration of an inkjet head that can be driven at a lower voltage and a driving method thereof.

【0033】[0033]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明のインクジェットヘッドの構成とその駆動方法と
は、下記記載の手段を採用する。
In order to achieve the above object, the constitution of the ink jet head of the present invention and the driving method thereof adopt the following means.

【0034】本発明による第1のインクジェットヘッド
は、基板と、厚さ方向に分極させた圧電素子からなる隔
壁と、隔壁を基板上に複数個配列し形成する溝と、溝を
覆う蓋により形成する複数の圧力室と、圧力室の一部に
設けるインク吐出口およびインク供給口とを備え、隔壁
に形成した電極に電圧を印加することで隔壁を厚さ方向
に高く幅方向に狭く長さ方向に短く変形させ、圧力室の
体積を吐出するインク液滴の体積以上に増加させること
を特徴とする。
The first ink jet head according to the present invention is formed by a substrate, a partition wall composed of piezoelectric elements polarized in the thickness direction, a groove formed by arranging a plurality of partition walls on the substrate, and a lid covering the groove. A plurality of pressure chambers, and an ink ejection port and an ink supply port provided in a part of the pressure chamber, and by applying a voltage to the electrodes formed on the partition wall, the partition wall is high in the thickness direction and narrow in the width direction. It is characterized in that the volume of the pressure chamber is increased to be equal to or larger than the volume of the ink droplet to be ejected.

【0035】本発明による第2のインクジェットヘッド
は、基板と、厚さ方向に分極させた板状圧電材料を導電
材料を介して複数枚積層した圧電素子からなる隔壁と、
隔壁を基板上に複数個配列し形成する溝と、溝を覆う蓋
により形成する複数の圧力室と、圧力室の一部に設ける
インク吐出口およびインク供給口とを備え、導電材料に
電圧を印加することで隔壁を厚さ方向に高く幅方向に狭
く長さ方向に短く変形させ、圧力室の体積を吐出するイ
ンク液滴の体積以上に増加させることを特徴とする。
A second ink jet head according to the present invention comprises a substrate and a partition wall composed of a plurality of piezoelectric elements laminated with a plate-shaped piezoelectric material polarized in the thickness direction through a conductive material.
A groove is formed by arranging a plurality of partition walls on the substrate, a plurality of pressure chambers is formed by a lid that covers the grooves, an ink discharge port and an ink supply port provided in a part of the pressure chamber, and a voltage is applied to the conductive material. It is characterized in that the partition wall is deformed to be high in the thickness direction, narrow in the width direction, and short in the length direction by applying the voltage to increase the volume of the pressure chamber to be equal to or more than the volume of the ink droplet to be ejected.

【0036】本発明による第3のインクジェットヘッド
は、基板と、厚さ方向に分極させた圧電素子からなる隔
壁と、隔壁を基板上に複数個配列し形成する溝と、溝を
覆う蓋により形成する複数の圧力室と、圧力室の一部に
設けるインク吐出口およびインク供給口とを備え、隔壁
に形成した電極に電圧を印加することで隔壁を厚さ方向
に低く幅方向に広く長さ方向に長く変形させ、圧力室の
体積を吐出するインク液滴の体積以上に減少させること
を特徴とする。
A third ink jet head according to the present invention is formed by a substrate, a partition wall composed of piezoelectric elements polarized in the thickness direction, a groove formed by arranging a plurality of partition walls on the substrate, and a lid covering the groove. A plurality of pressure chambers, and an ink discharge port and an ink supply port provided in a part of the pressure chamber, and by applying a voltage to the electrodes formed on the partition wall, the partition wall is wide in the width direction and low in the thickness direction. It is characterized in that the volume of the pressure chamber is reduced more than the volume of the ink droplet to be ejected.

【0037】本発明による第4のインクジェットヘッド
は、基板と、厚さ方向に分極させた板状圧電材料を導電
材料を介して複数枚積層した圧電素子からなる隔壁と、
隔壁を基板上に複数個配列し形成する溝と、溝を覆う蓋
により形成する複数の圧力室と、圧力室の一部に設ける
インク吐出口およびインク供給口とを備え、導電材料に
電圧を印加することで隔壁を厚さ方向に低く幅方向に広
く長さ方向に長く変形させ、圧力室の体積を吐出するイ
ンク液滴の体積以上に減少させることを特徴とする。
A fourth ink jet head according to the present invention comprises a substrate and a partition wall composed of a plurality of piezoelectric elements laminated in the thickness direction with a plate-shaped piezoelectric material interposed therebetween with a conductive material interposed therebetween.
A groove is formed by arranging a plurality of partition walls on the substrate, a plurality of pressure chambers is formed by a lid that covers the grooves, an ink discharge port and an ink supply port provided in a part of the pressure chamber, and a voltage is applied to the conductive material. It is characterized in that by applying the voltage, the partition wall is deformed so as to be low in the thickness direction, wide in the width direction and long in the length direction, and the volume of the pressure chamber is reduced to be equal to or more than the volume of ink droplets to be ejected.

【0038】本発明による第5のインクジェットヘッド
は、基板と、厚さ方向に分極させた圧電素子からなる隔
壁と、隔壁を基板上に複数個配列し形成する溝と、溝を
覆う蓋により形成する複数の圧力室と、圧力室の一部に
設けるインク吐出口およびインク供給口とを備え、隔壁
に形成した電極に電圧を印加することで隔壁を厚さ方向
に高く幅方向に狭く長さ方向に短く変形させ、その後、
この印加の電圧と逆方向の電圧により隔壁を厚さ方向に
低く幅方向に広く長さ方向に長く変形させ、圧力室の体
積を吐出するインク液滴の体積以上に変化させることを
特徴とする。
A fifth ink jet head according to the present invention is formed by a substrate, a partition wall composed of piezoelectric elements polarized in the thickness direction, a groove formed by arranging a plurality of partition walls on the substrate, and a lid covering the groove. A plurality of pressure chambers, and an ink ejection port and an ink supply port provided in a part of the pressure chamber, and by applying a voltage to the electrodes formed on the partition wall, the partition wall is high in the thickness direction and narrow in the width direction. In a short direction, and then
It is characterized in that the partition wall is deformed to be low in the thickness direction, wide in the width direction and long in the length direction by a voltage in the direction opposite to the applied voltage, and the volume of the pressure chamber is changed to be equal to or larger than the volume of ink droplets to be ejected. .

【0039】本発明による第6のインクジェットヘッド
は、基板と、厚さ方向に分極させた板状圧電材料を導電
材料を介して複数枚積層した圧電素子からなる隔壁と、
隔壁を基板上に複数個配列し形成する溝と、溝を覆う蓋
により形成する複数の圧力室と、圧力室の一部に設ける
インク吐出口およびインク供給口とを備え、導電材料に
電圧を印加することで隔壁を厚さ方向に高く幅方向に狭
く長さ方向に短く変形させ、その後、この印加の電圧と
逆方向の電圧により隔壁を厚さ方向に低く幅方向に広く
長さ方向に長く変形させ、圧力室の体積を吐出するイン
ク液滴の体積以上に変化させることを特徴とする。
A sixth ink jet head according to the present invention comprises a substrate, a partition wall composed of a plurality of piezoelectric elements laminated with a plate-shaped piezoelectric material polarized in the thickness direction through a conductive material, and a partition wall.
A groove is formed by arranging a plurality of partition walls on the substrate, a plurality of pressure chambers is formed by a lid that covers the grooves, an ink discharge port and an ink supply port provided in a part of the pressure chamber, and a voltage is applied to the conductive material. By applying the voltage, the partition wall is deformed to be high in the thickness direction, narrow in the width direction, and short in the length direction, and then the voltage in the opposite direction to this applied voltage causes the partition wall to be wide in the width direction and low in the thickness direction. It is characterized in that it is deformed for a long time and the volume of the pressure chamber is changed to be equal to or larger than the volume of ink droplets to be discharged.

【0040】本発明による第7のインクジェットヘッド
は、印加する分極と逆方向の電界強度が分極反転電界以
下であることを特徴とする。
The seventh ink jet head according to the present invention is characterized in that the electric field strength in the direction opposite to the applied polarization is not more than the polarization reversal electric field.

【0041】本発明による第8のインクジェットヘッド
は、圧力室内に露出した圧電素子を駆動するための電極
と圧力室に充填されたインクとが接触しないように、圧
力室内に露出した電極をコーティング膜で覆うことを特
徴とする。
In the eighth ink jet head according to the present invention, the electrode exposed in the pressure chamber is coated with a coating film so that the electrode for driving the piezoelectric element exposed in the pressure chamber does not come into contact with the ink filled in the pressure chamber. It is characterized by covering with.

【0042】本発明によるインクジェットヘッドの駆動
方法は、基板と、厚さ方向に分極させた圧電素子からな
る隔壁と、隔壁を基板上に複数個配列して形成する溝
と、溝を覆う蓋により形成する複数の圧力室と、圧力室
の一部に設けるインク吐出口およびインク供給口とを備
えるインクジェットヘッドの駆動方法において、圧電素
子の分極方向と同方向の電界を発生させるように電圧を
印加し、その後電圧の印加を停止し圧電素子に蓄積され
た電荷を放出することでインク液滴を噴射することを特
徴とする。
The method of driving an ink jet head according to the present invention comprises a substrate, a partition wall composed of piezoelectric elements polarized in the thickness direction, a groove formed by arranging a plurality of partition walls on the substrate, and a lid covering the groove. In a method of driving an inkjet head including a plurality of pressure chambers to be formed and an ink discharge port and an ink supply port provided in a part of the pressure chamber, a voltage is applied so as to generate an electric field in the same direction as the polarization direction of the piezoelectric element. Then, the application of the voltage is stopped, and the electric charge accumulated in the piezoelectric element is discharged to eject the ink droplet.

【0043】本発明によるインクジェットヘッドの駆動
方法は、基板と、厚さ方向に分極させた圧電素子からな
る隔壁と、隔壁を基板上に複数個配列して形成する溝
と、溝を覆う蓋により形成する複数の圧力室と、圧力室
の一部に設けるインク吐出口およびインク供給口とを備
えるインクジェットヘッドの駆動方法において、圧電素
子の分極方向と逆方向の電界を発生させるように電圧を
印加し、インク液滴を噴射することを特徴とする。
The method of driving an ink jet head according to the present invention comprises a substrate, a partition wall composed of piezoelectric elements polarized in the thickness direction, a groove formed by arranging a plurality of partition walls on the substrate, and a lid covering the groove. In a method of driving an inkjet head including a plurality of pressure chambers to be formed and an ink discharge port and an ink supply port provided in a part of the pressure chamber, a voltage is applied so as to generate an electric field in a direction opposite to a polarization direction of a piezoelectric element. And ejects ink droplets.

【0044】本発明によるインクジェットヘッドの駆動
方法は、基板と、厚さ方向に分極させた圧電素子からな
る隔壁と、隔壁を基板上に複数個配列して形成する溝
と、溝を覆う蓋により形成する複数の圧力室と、圧力室
の一部に設けるインク吐出口およびインク供給口とを備
えるインクジェットヘッドの駆動方法において、圧電素
子の分極方向と同方向の電界を発生させるように電圧を
印加し、その後圧電素子の分極方向と逆方向の電界を発
生させる電圧を印加して、インク液滴を噴射することを
特徴とする。
The method of driving an ink jet head according to the present invention comprises a substrate, a partition wall composed of piezoelectric elements polarized in the thickness direction, a groove formed by arranging a plurality of partition walls on the substrate, and a lid covering the groove. In a method of driving an inkjet head including a plurality of pressure chambers to be formed and an ink discharge port and an ink supply port provided in a part of the pressure chamber, a voltage is applied so as to generate an electric field in the same direction as the polarization direction of the piezoelectric element. Then, after that, a voltage for generating an electric field in a direction opposite to the polarization direction of the piezoelectric element is applied to eject the ink droplets.

【0045】[0045]

【作用】本発明のインクジェットヘッドの上記の構成お
よび駆動方法によれば、インク液滴の連続応答特性を向
上させる目的でインク圧力室の長さを短くしても、圧電
素子からなる隔壁の変形に伴うインク圧力室の体積変化
量をインク液滴の体積以上になるように構成している。
このため、充分の大きさで安定したインク液滴を形成す
ることができる。
According to the above-described constitution and driving method of the ink jet head of the present invention, even if the length of the ink pressure chamber is shortened for the purpose of improving the continuous response characteristic of the ink droplet, the deformation of the partition wall composed of the piezoelectric element. The volume change amount of the ink pressure chamber due to is equal to or larger than the volume of the ink droplet.
Therefore, it is possible to form a stable ink droplet having a sufficient size.

【0046】さらにまた、隔壁を厚さ方向に分極させた
板状圧電材料を導電材料を介して複数枚積層した圧電素
子で構成しているので、低い電圧でも駆動可能なインク
ジェットヘッドを提供することができる。
Furthermore, since the piezoelectric element is formed by laminating a plurality of plate-shaped piezoelectric materials in which the partition walls are polarized in the thickness direction through a conductive material, it is possible to provide an ink jet head that can be driven even at a low voltage. You can

【0047】またさらに、圧電素子を駆動するための電
極と圧力室に充填されたインクとが接触しないように、
圧力室内に露出した電極をコーティング膜で被覆する。
このため、インクの化学的変化で圧電素子を駆動するた
めの電極が腐食したり、気体が発生したりすることがな
く、水性インク・油性インク(非水性)インクのいずれ
でも使用可能となる。
Furthermore, the electrode for driving the piezoelectric element and the ink filled in the pressure chamber do not come into contact with each other,
The electrode exposed in the pressure chamber is covered with a coating film.
Therefore, the electrodes for driving the piezoelectric element are not corroded or gas is not generated due to the chemical change of the ink, and both the water-based ink and the oil-based ink (non-aqueous) ink can be used.

【0048】[0048]

【実施例】以下、本発明の実施例におけるインクジェッ
トヘッドの構成とその駆動方法とを、図面を基に説明す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The construction of an ink jet head and its driving method in an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0049】図1は、本発明の第1の実施例におけるイ
ンクジェットヘッドの一部を破断して示す斜視図であ
る。
FIG. 1 is a perspective view showing the ink jet head in a first embodiment of the present invention with a part thereof broken away.

【0050】図1の斜視図に示すように、厚さ方向に分
極1した圧電性材料からなる複数の隔壁10a、10
b、10cを絶縁性材料からなる基板11上に平行に配
列して溝12を形成する。
As shown in the perspective view of FIG. 1, a plurality of partition walls 10a, 10 made of a piezoelectric material having polarization 1 in the thickness direction.
Grooves 12 are formed by arranging b and 10c in parallel on a substrate 11 made of an insulating material.

【0051】この溝12の端面の一方にはインク吐出口
となるノズル孔16を有するノズル板15が接着され、
溝12の他方には共通インク溜19と連結したインク供
給口18を配置する。
A nozzle plate 15 having a nozzle hole 16 serving as an ink ejection port is adhered to one of the end faces of the groove 12,
An ink supply port 18 connected to a common ink reservoir 19 is arranged on the other side of the groove 12.

【0052】さらに、溝12の上部には蓋13が接着さ
れ、溝12と蓋13により圧力室9を形成する。
Further, a lid 13 is adhered to the upper portion of the groove 12, and the groove 12 and the lid 13 form a pressure chamber 9.

【0053】隔壁10a、10bは厚さ方向の端面にそ
れぞれ形成した電極2a、2bに電圧を印加すること
で、圧電アクチュエータとして機能する。
The partitions 10a and 10b function as piezoelectric actuators by applying a voltage to the electrodes 2a and 2b formed on the end faces in the thickness direction.

【0054】そして隔壁10aおよび隔壁10bに電圧
を印加し、隔壁10a,10bを変形させて、インクを
充填した圧力室9の体積を変化させ、圧力室9内部に圧
力を発生させることにより、インク液滴17を吐出させ
る。
Then, a voltage is applied to the partition walls 10a and 10b to deform the partition walls 10a and 10b to change the volume of the pressure chamber 9 filled with ink and generate pressure inside the pressure chamber 9 to generate ink. The droplet 17 is ejected.

【0055】図2は、圧力室9の構成とその駆動方法を
示す斜視図である。この図2を用いて、図1に示すイン
クジェットヘッドの駆動方法を説明する。
FIG. 2 is a perspective view showing the structure of the pressure chamber 9 and its driving method. A method of driving the inkjet head shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG.

【0056】図2において、圧電性材料からなる隔壁1
0a,10bの分極1と同方向の電界を印加すると、隔
壁10a,10bの高さHは矢印2方向にδH伸び、幅
Wは矢印3方向にδWだけ収縮し、さらに長さLは矢印
4方向にδLだけ収縮する。
In FIG. 2, the partition wall 1 made of a piezoelectric material is used.
When an electric field in the same direction as the polarization 1 of 0a, 10b is applied, the height H of the partition walls 10a, 10b extends by δH in the direction of arrow 2, the width W contracts by δW in the direction of arrow 3, and the length L further decreases by arrow 4. Contracts by δL in the direction.

【0057】印加する電圧をV、圧電性材料の厚さ方向
の圧電定数をd33、長さ方向の圧電定数をd31とする
と、 δH=d33×V δW=d31×V×W/H δL=d31×V×L/H となる。
When the applied voltage is V, the piezoelectric constant in the thickness direction of the piezoelectric material is d 33 , and the piezoelectric constant in the length direction is d 31 , δH = d 33 × V δW = d 31 × V × W / H δL = d 31 × V × L / H.

【0058】圧力室9の幅をAとすると、圧力室の体積
A×H×Lは、 (A+δW)×(H+δH)×(L−δL) に変化する。
Assuming that the width of the pressure chamber 9 is A, the volume A × H × L of the pressure chamber changes to (A + δW) × (H + δH) × (L-δL).

【0059】よって、圧力室9の体積変化量は微少項を
無視すると近似的に、 H×L×δW+A×L×δH−A×H×δL となり、この体積変化量分のインクが圧力室9内に余分
に充填される。
Therefore, the volume change amount of the pressure chamber 9 becomes approximately H × L × δW + A × L × δH−A × H × δL, ignoring the minute term, and ink corresponding to this volume change amount is generated in the pressure chamber 9. Is overfilled inside.

【0060】電圧の印加を停止し、圧力室9を元の大き
さに戻すと、前述の体積変化量分のインクは圧力室9の
外へ押し出される。
When the application of the voltage is stopped and the pressure chamber 9 is returned to the original size, the ink corresponding to the volume change amount is pushed out of the pressure chamber 9.

【0061】圧力室9の長さが充分な寸法を有する場合
には、圧力室9の後端部つまりインク供給口18側の体
積変化はインク液滴の生成にあまり影響を与えない。こ
の場合、圧力室の通路断面積の変化による体積変化が支
配的となるので前述の圧力室9の体積変化量で体積が減
少する分(−A×H×δL)は無視できる。
When the pressure chamber 9 has a sufficient length, the volume change at the rear end portion of the pressure chamber 9, that is, the ink supply port 18 side, does not affect ink droplet generation. In this case, since the volume change due to the change in the passage cross-sectional area of the pressure chamber is dominant, the amount of decrease in volume by the amount of change in the pressure chamber 9 (−A × H × δL) can be ignored.

【0062】インク液滴の連続吐出性、すなわち応答性
を向上させるためには、吐出したインク液滴17分のイ
ンク量を、すみやかにインク供給口18より、圧力室9
を通じてノズル孔16のメニスカスまで供給しなけらば
ならない。
In order to improve the continuous ejection property of the ink droplets, that is, the responsiveness, the ink amount of the ejected ink droplets 17 is promptly supplied from the ink supply port 18 to the pressure chamber 9.
Must be supplied to the meniscus of the nozzle hole 16 through.

【0063】圧力室9の長さを短くすると、インク供給
口18からノズル孔16までの距離は短くなるので、イ
ンクの供給は速やかに行われる。このため、インク液滴
17の連続応答性は向上する。
When the length of the pressure chamber 9 is shortened, the distance from the ink supply port 18 to the nozzle hole 16 is shortened, so that the ink is quickly supplied. Therefore, the continuous response of the ink droplet 17 is improved.

【0064】このようにして、インク液滴17の連続応
答性を向上させるための理由で、圧力室9の長さを短く
すると、インク液滴17を生成するのに必要なインク流
は圧力室9の後端部付近までおよぶ。このため、圧力室
9の体積変化量で体積が減少する分(−A×H×δL)
の影響は無視できなくなる。
In this way, when the length of the pressure chamber 9 is shortened for the reason of improving the continuous response of the ink droplet 17, the ink flow necessary for generating the ink droplet 17 is reduced to the pressure chamber. It extends to near the rear end of 9. Therefore, the volume is reduced by the volume change amount of the pressure chamber 9 (−A × H × δL).
The effect of cannot be ignored.

【0065】したがって、隔壁10a,隔壁10bが短
くなって圧力室9の体積が減少する分(−A×H×δ
L)は少ないほうがよい。
Therefore, the partition walls 10a and 10b are shortened to reduce the volume of the pressure chamber 9 (-A × H × δ).
L) should be small.

【0066】またさらに、インク流の逃げなどによる影
響を考慮すると、必要なインク液滴17を形成するには
インク液滴17の体積以上の圧力室9の体積変化量(H
×L×δW+A×L×δH−A×H×δL)が必要であ
る。
Further, in consideration of the influence of the escape of the ink flow and the like, in order to form the necessary ink droplet 17, the volume change amount (H
XLxδW + AxLxδH-AxHxδL) is required.

【0067】つまりインク液滴17の半径をrとすると H×L×δW+A×L×δH−A×H×δL≧4/3τ
3 が成立すれば連続応答性が高く、安定したインク液滴の
生成が可能となる。
That is, assuming that the radius of the ink droplet 17 is r, H × L × δW + A × L × δH−A × H × δL ≧ 4 / 3τ
If r 3 is satisfied, continuous response is high and stable ink droplet generation is possible.

【0068】そこで隔壁の寸法の高さ、幅、長さ(H、
W、L)や、溝幅寸法(A)や、圧電定数(d33
31)などの各定数を上式を満足するように設定するこ
とによって、前述の目的は達成することができる。
Therefore, the height, width and length (H,
W, L), groove width dimension (A), piezoelectric constant (d 33 ,
The above-mentioned object can be achieved by setting each constant such as d 31 ) so as to satisfy the above equation.

【0069】もし、この条件が成立していないと、イン
ク液滴17が所定の大きさより小さくなったり、まった
く吐出しないといった問題を引き起こす。
If this condition is not satisfied, there arises a problem that the ink droplet 17 becomes smaller than a predetermined size or is not ejected at all.

【0070】このように、圧力室9の長さ寸法を充分短
くし、駆動する圧力室9の体積変化量が吐出するインク
液滴17の体積以上になるようにすると、インク液滴の
連続吐出性が優れ、かつ安定したインク液滴を生成でき
るインクジェットヘッドを提供することができる。
In this way, if the length dimension of the pressure chamber 9 is made sufficiently short so that the volume change amount of the driven pressure chamber 9 is equal to or larger than the volume of the ink droplet 17 to be ejected, the ink droplets are continuously ejected. It is possible to provide an inkjet head having excellent properties and capable of generating stable ink droplets.

【0071】図3は、本発明の第2の実施例におけるイ
ンクジェットヘッドの隔壁と圧力室とを示す斜視図であ
る。なお他の構成は第1の実施例と同じであるので、詳
細な説明は省略する。
FIG. 3 is a perspective view showing a partition and a pressure chamber of an ink jet head in the second embodiment of the present invention. Since the other structure is the same as that of the first embodiment, detailed description will be omitted.

【0072】図3に示すように、厚さ方向に分極した第
1の板状圧電材料31aは第1の導電材料32aを介し
て、第1の板状圧電材料31aと反対方向に分極した第
2の板状圧電材料31bと貼り合わされ、さらに第2の
導電材料32bを介して、第2の板状圧電材料31bと
反対方向に分極した第3の板状圧電材料31cが貼り合
わされる。
As shown in FIG. 3, the first plate-shaped piezoelectric material 31a polarized in the thickness direction is polarized in the opposite direction to the first plate-shaped piezoelectric material 31a via the first conductive material 32a. The second plate-shaped piezoelectric material 31b is bonded to the second plate-shaped piezoelectric material 31b, and the third plate-shaped piezoelectric material 31c polarized in the opposite direction to the second plate-shaped piezoelectric material 31b is bonded via the second conductive material 32b.

【0073】さらに同様な手段で必要な枚数だけ導電材
料と板状圧電材料とを順次積層することで、隔壁30
a,30bを形成する。
Further, the conductive material and the plate-shaped piezoelectric material are sequentially laminated in the required number by the same means, so that the partition wall 30 is formed.
a and 30b are formed.

【0074】また、第1の導電材料32a、第3の導電
材料32cなどは、隔壁30aの一方の端面上に金(A
u)膜を、真空蒸着法などの薄膜形成手段で形成する第
1の集電極33aと電気的導通をとる。
Further, the first conductive material 32a, the third conductive material 32c, etc. are made of gold (A) on one end surface of the partition wall 30a.
u) The film is electrically connected to the first collector electrode 33a formed by a thin film forming means such as a vacuum evaporation method.

【0075】さらに第2の導電材料32b、第4の導電
材料32dなどは、隔壁30aのほかの端面領域に第1
の集電極33aと同様な手段によって形成する第2の集
電極33bと電気的導通をとる。
Further, the second conductive material 32b, the fourth conductive material 32d, etc. are formed in the first end surface region other than the partition wall 30a.
The second collecting electrode 33b formed by the same means as the collecting electrode 33a is electrically connected.

【0076】このような図3に示す構成により第1の集
電極33aと第2の集電極33b間に電圧を印加する
と、導電材料間に電圧が生じ、板状圧電材料の厚さ方向
に電界が発生する。このため隔壁は圧電アクチュエータ
として機能する。
When a voltage is applied between the first collecting electrode 33a and the second collecting electrode 33b with the structure shown in FIG. 3, a voltage is generated between the conductive materials, and an electric field is applied in the thickness direction of the plate-shaped piezoelectric material. Occurs. Therefore, the partition functions as a piezoelectric actuator.

【0077】そして第2の板状圧電材料31bの分極方
向と同方向の電圧Vを第1の集電極33a、第2の集電
極33bに印加すると、第2の板状圧電材料31bの高
さHはδH伸び、幅WはδWだけ収縮し、さらに長さL
はδLだけ収縮する。
When a voltage V in the same direction as the polarization direction of the second plate-shaped piezoelectric material 31b is applied to the first collecting electrode 33a and the second collecting electrode 33b, the height of the second plate-shaped piezoelectric material 31b is increased. H stretches by δH, width W shrinks by δW, and length L
Contracts by δL.

【0078】ここで板状圧電材料の厚さ方向の圧電定数
をd33、長さ方向の圧電定数をd31とし、印加電圧をV
とすると、 δH=d33×V δW=d31×V×W/H δL=d31×V×L/H となる。
Here, the piezoelectric constant in the thickness direction of the plate-shaped piezoelectric material is d 33 , the piezoelectric constant in the length direction is d 31 , and the applied voltage is V
Then, δH = d 33 × V δW = d 31 × V × W / H δL = d 31 × V × L / H.

【0079】圧力室9を形成する隔壁30aと隔壁30
bとの間の寸法をAとすると、隔壁30a、30bの一
対の板状圧電材料一枚分で形成する体積A×H×Lは、 (A+δW)×(H+δH)×(L−δL) に変化する。
Partition wall 30a and partition wall 30 forming the pressure chamber 9
When the dimension between b and A is A, the volume A × H × L formed by one pair of plate-shaped piezoelectric materials of the partition walls 30a and 30b is (A + δW) × (H + δH) × (L−δL) Change.

【0080】よって、一対の板状圧電材料一枚分で形成
する体積の変化量は微少項を無視すると近似的に、 H×L×δW+A×L×δH−A×H×δL となる。
Therefore, the amount of change in the volume formed by one pair of plate-shaped piezoelectric materials is approximately H × L × δW + A × L × δH−A × H × δL when the minute term is ignored.

【0081】駆動可能な板状圧電材料の積層枚数をnと
すると、圧力室9の体積変化量は、一対の板状圧電材料
で形成する体積の変化量のn倍で、 n×(H×L×δW+A×L×δH−A×H×δL) となる。
Assuming that the number of stackable plate-shaped piezoelectric materials is n, the volume change amount of the pressure chamber 9 is n times the volume change amount formed by the pair of plate-shaped piezoelectric materials, and n × (H × L × δW + A × L × δH−A × H × δL).

【0082】電圧の印加を停止し、圧力室9を元の大き
さに戻すと、圧力室9の体積変化量分のインクは圧力室
9の外へ押し出される。
When the voltage application is stopped and the pressure chamber 9 is returned to the original size, the ink corresponding to the volume change amount of the pressure chamber 9 is pushed out of the pressure chamber 9.

【0083】ここで必要なインク液滴17を形成するた
めには、第1の実施例で説明した理由と同様に、圧力室
9の体積変化量(n×(H×L×δW+A×L×δH−
A×H×δL))はインク液滴17の体積以上が必要と
なる。
In order to form the necessary ink droplets 17, the volume change amount of the pressure chamber 9 (n × (H × L × δW + A × L ×) is obtained for the same reason as described in the first embodiment. δH-
A × H × δL)) requires a volume of the ink droplet 17 or more.

【0084】また、このような隔壁30a,30bを圧
電材料の積層構造で形成すると、第1の実施例に比べ、
積層枚数(n)分の1だけ印加する電圧を低くしても、
同等の圧力室9の体積変化が確保できる。このため、低
電圧で駆動できるインクジェットヘッドを提供すること
ができる。
When the partition walls 30a and 30b are formed with a laminated structure of piezoelectric material, compared with the first embodiment,
Even if the applied voltage is reduced by 1 / n of the number of stacked layers,
The equivalent volume change of the pressure chamber 9 can be secured. Therefore, it is possible to provide an inkjet head that can be driven at a low voltage.

【0085】第1の実施例および第2の実施例におい
て、圧電性材料からなる隔壁に分極方向と逆の電界を印
加すると、圧電性材料からなる隔壁10a(図1、2参
照)、または隔壁30a(図3参照)の高さHはδH収
縮し、幅WはδWだけ伸び、さらに長さLはδLだけ伸
びる。
In the first and second embodiments, when an electric field opposite to the polarization direction is applied to the partition made of a piezoelectric material, the partition 10a made of the piezoelectric material (see FIGS. 1 and 2) or the partition is formed. The height H of 30a (see FIG. 3) contracts by δH, the width W extends by δW, and the length L extends by δL.

【0086】印加する電圧をV、厚さ方向の圧電定数を
33、長さ方向の圧電定数をd31とすると、 δH=d33×V δW=d31×V×W/H δL=d31×V×L/H となる。
When the applied voltage is V, the piezoelectric constant in the thickness direction is d 33 , and the piezoelectric constant in the length direction is d 31 , δH = d 33 × V δW = d 31 × V × W / H δL = d 31 × V × L / H.

【0087】圧力室9の幅をAとすると、圧力室の体積
A×H×Lは、 (A−δW)×(H−δH)×(L+δL) に変化する。
Assuming that the width of the pressure chamber 9 is A, the volume A × H × L of the pressure chamber changes to (A−δW) × (H−δH) × (L + δL).

【0088】よって、圧力室9の体積変化量は微少項を
無視すると近似的に、 −H×L×δW−A×L×δH+A×H×δL となり、この体積変化量分のインクが圧力室9外に押し
出される。
Therefore, the volume change amount of the pressure chamber 9 becomes approximately −H × L × δW−A × L × δH + A × H × δL when the minute term is ignored. 9 Pushed out.

【0089】つぎに電圧の印加を停止し、圧力室9を元
の大きさに戻すと、前述の体積変化量分のインクは圧力
室9に充填する。
Next, when the voltage application is stopped and the pressure chamber 9 is returned to the original size, the pressure chamber 9 is filled with the above-mentioned volume change amount of ink.

【0090】ここで必要なインク液滴17を形成するに
は、第1の実施例、第2の実施例で説明した同様の理由
で、圧力室9の体積変化量は、インク液滴17の体積以
上が必要となる。
In order to form the necessary ink droplets 17, the volume change amount of the pressure chamber 9 is the same as that of the ink droplets 17 for the same reason as described in the first and second embodiments. More than the volume is required.

【0091】印加する分極と逆方向の電界強度(V/
H)が分極を反転させる電界(分極反転電界)以下であ
るように設定すると、圧電性材料内の分極方向を乱すこ
となく隔壁を駆動することができるので、長期的に安定
した特性を持ったインクジェットヘッドを提供すること
ができる。
Electric field strength (V /
When H) is set to be equal to or lower than the electric field for reversing the polarization (polarization reversing electric field), the partition wall can be driven without disturbing the polarization direction in the piezoelectric material, so that it has stable characteristics in the long term. An inkjet head can be provided.

【0092】実施例1および実施例2において、圧電性
材料からなる隔壁に分極方向と同方向の電界を印加する
と、圧電性材料からなる隔壁10a(図1、2参照)、
または隔壁30a(図3参照)の高さHはδH伸び、幅
WはδWだけ縮み、さらに長さLはδLだけ縮む。
In Examples 1 and 2, when an electric field in the same direction as the polarization direction was applied to the partition made of a piezoelectric material, the partition 10a made of a piezoelectric material (see FIGS. 1 and 2),
Alternatively, the height H of the partition wall 30a (see FIG. 3) extends by δH, the width W contracts by δW, and the length L contracts by δL.

【0093】印加する電圧をV、厚さ方向の圧電定数を
33、長さ方向の圧電定数をd31とすると、 δH=d33×V δW=d31×V×W/H δL=d31×V×L/H となる。
When the applied voltage is V, the piezoelectric constant in the thickness direction is d 33 , and the piezoelectric constant in the length direction is d 31 , δH = d 33 × V δW = d 31 × V × W / H δL = d 31 × V × L / H.

【0094】つぎに隔壁10a、10b、または隔壁3
0a、30bに分極方向と逆の電界を印加すると、圧電
性材料からなる隔壁10a、または隔壁30aの高さH
は、元の長さに比べてδH収縮し、幅WはδWだけ伸
び、さらに長さLはδLだけ伸びる。
Next, the partition walls 10a, 10b or the partition wall 3
When an electric field opposite to the polarization direction is applied to 0a and 30b, the partition wall 10a made of a piezoelectric material or the height H of the partition wall 30a is increased.
Shrinks by δH compared with the original length, the width W extends by δW, and the length L extends by δL.

【0095】このような駆動を行うと隔壁10a、10
b、または隔壁30a、30bの寸法の変化量はそれぞ
れ2倍となり、高さ方向で2δH、幅方向で2δW、長
さ方向で2δLとなる。このため第4の実施例において
は、第1、2、3の実施例に比べて、同じ印加電圧を印
加した場合は2倍の寸法の変化量が得られる。
When such driving is performed, the partition walls 10a, 10
The amount of change in the dimension of b or the partition walls 30a and 30b is doubled, that is, 2δH in the height direction, 2δW in the width direction, and 2δL in the length direction. Therefore, in the fourth embodiment, when the same applied voltage is applied, the amount of dimensional change is doubled as compared with the first, second, and third embodiments.

【0096】このとき圧力室9の体積変化量は、隔壁間
の幅をAとすると、 H×L×2δW+A×L×2δH−A×H×2δL となる。
At this time, the volume change amount of the pressure chamber 9 is H × L × 2δW + A × L × 2δH-A × H × 2δL, where A is the width between the partition walls.

【0097】ここで必要なインク液滴17を形成するに
は、第1の実施例、第2の実施例で説明した同様の理由
で、圧力室9の体積変化量は、インク液滴17の体積以
上が必要となる。
In order to form the necessary ink droplets 17, the volume change amount of the pressure chamber 9 is the same as that of the ink droplets 17 for the same reason as described in the first and second embodiments. More than the volume is required.

【0098】インク液滴17の半径をrとすると、 H×L×2δW+A×L×2δH−A×H×2δL≧4
/3τr となる。
When the radius of the ink droplet 17 is r, H × L × 2δW + A × L × 2δH−A × H × 2δL ≧ 4
It becomes / 3τr 3 .

【0099】また、印加する分極と逆方向の電界強度を
分極反転電界以下であるように設定すれば、前述のよう
に、長期的に安定した特性を持つインクジェットヘッド
を提供することが可能となる。
If the electric field strength in the direction opposite to the applied polarization is set to be equal to or less than the polarization reversal electric field, it is possible to provide an ink jet head having stable characteristics for a long time as described above. .

【0100】いままで説明した第1から4の実施例で示
した圧力室9を形成する隔壁の内面に、ポリパラキシレ
ン樹脂を使用する化学蒸着法によって形成するコーティ
ング膜を設ける。このコーティング膜を形成すれば、圧
力室9内のインクは電極である導電材料に接触しない。
A coating film formed by a chemical vapor deposition method using a polyparaxylene resin is provided on the inner surface of the partition wall forming the pressure chamber 9 shown in the first to fourth embodiments described above. If this coating film is formed, the ink in the pressure chamber 9 does not come into contact with the conductive material that is the electrode.

【0101】このコーティング膜は高い電気絶縁性を有
し、圧力室9に接する電極である第1の導電材料32
a,第2の導電材料32b,第3の導電材料32cなど
は圧力室9と電気的に絶縁することができる。
This coating film has a high electric insulating property and is the first conductive material 32 which is an electrode in contact with the pressure chamber 9.
The second conductive material 32b, the third conductive material 32c, and the like can be electrically insulated from the pressure chamber 9.

【0102】このコーティング膜を設ける構成にする
と、導電材料によって形成する駆動電極はインクに触れ
ない。
When the coating film is provided, the drive electrodes made of a conductive material do not come into contact with ink.

【0103】このためインクの化学的変化で駆動電極が
腐食したり、気体が発生したりすることがなく、水性イ
ンク・油性インク(非水性)インクのいずれでも使用可
能となる。
Therefore, the drive electrode is not corroded or gas is not generated due to the chemical change of the ink, and either water-based ink or oil-based ink (non-aqueous) ink can be used.

【0104】[0104]

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
インクジェットヘッドによれば、圧力室の体積変化量が
インク液滴の体積以上になるように設定できるので、長
さの短いインク圧力室が形成可能で、高い周波数でイン
ク液滴を噴射することができるという効果がある。
As is clear from the above description, according to the ink jet head of the present invention, since the volume change amount of the pressure chamber can be set to be equal to or larger than the volume of the ink droplet, the ink pressure of a short length can be set. There is an effect that the chamber can be formed and ink droplets can be ejected at a high frequency.

【0105】さらに、板状圧電材料を積層しているの
で、低い電圧で駆動可能なインクジェットヘッドを提供
することができる。
Further, since the plate-shaped piezoelectric materials are laminated, it is possible to provide an ink jet head which can be driven at a low voltage.

【0106】またさらに、圧電素子を駆動するための電
極と圧力室に充填されたインクとが接触しないように、
圧力室内に露出した電極をコーティング膜で被覆してい
る。
Furthermore, the electrodes for driving the piezoelectric elements and the ink filled in the pressure chambers are prevented from coming into contact with each other.
The electrode exposed in the pressure chamber is covered with a coating film.

【0107】このため、インクの化学的変化で駆動電極
が腐食したり、気体が発生したりすることがなく、水性
インク・油性インク(非水性)インクのいずれでも使用
可能となる。
Therefore, the drive electrode is not corroded or the gas is not generated due to the chemical change of the ink, and both the water-based ink and the oil-based ink (non-aqueous) ink can be used.

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

【図1】本発明の実施例におけるインクジェットヘッド
の構成と駆動方法とを示す一部を破断して示す斜視図で
ある。
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view showing a configuration and a driving method of an inkjet head according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例におけるインクジェットヘッド
の圧力室の構成と駆動方法とを示す斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view showing a configuration of a pressure chamber of an inkjet head and a driving method according to an embodiment of the present invention.

【図3】本発明のほかの実施例におけるインクジェット
ヘッドの圧力室の構造と駆動方法とを示す斜視図であ
る。
FIG. 3 is a perspective view showing a structure and a driving method of a pressure chamber of an inkjet head according to another embodiment of the present invention.

【図4】従来例におけるインクジェットヘッドの圧力室
の構造を示す斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view showing a structure of a pressure chamber of an inkjet head in a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 分極 2a 電極 2b 電極 9 圧力室 10a 隔壁 10b 隔壁 10c 隔壁 11 基板 12 溝 13 蓋 15 ノズル板 16 ノズル孔 17 インク液滴 18 インク供給口 19 共通インク溜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 polarization 2a electrode 2b electrode 9 pressure chamber 10a partition wall 10b partition wall 10c partition wall 11 substrate 12 groove 13 lid 15 nozzle plate 16 nozzle hole 17 ink droplet 18 ink supply port 19 common ink reservoir

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板と、厚さ方向に分極させた圧電素子
からなる隔壁と、隔壁を基板上に複数個配列して形成す
る溝と、溝を覆う蓋により形成する複数の圧力室と、圧
力室の一部に設けるインク吐出口およびインク供給口と
を備え、隔壁に形成した電極に電圧を印加することによ
り隔壁を厚さ方向に高く幅方向に狭く長さ方向に短く変
形させ、圧力室の体積を吐出するインク液滴の体積以上
に増加させることを特徴とするインクジェットヘッド。
1. A substrate, a partition wall composed of piezoelectric elements polarized in the thickness direction, a groove formed by arranging a plurality of partition walls on the substrate, and a plurality of pressure chambers formed by a lid covering the groove. An ink discharge port and an ink supply port provided in a part of the pressure chamber are provided, and by applying a voltage to an electrode formed on the partition wall, the partition wall is deformed to be high in the thickness direction, narrow in the width direction, and short in the length direction, thereby An ink jet head, characterized in that the volume of a chamber is increased to a volume of an ejected ink droplet or more.
【請求項2】 基板と、厚さ方向に分極させた板状圧電
材料を導電材料を介して複数枚積層した圧電素子からな
る隔壁と、隔壁を基板上に複数個配列して形成する溝
と、溝を覆う蓋により形成する複数の圧力室と、圧力室
の一部に設けるインク吐出口およびインク供給口とを備
え、導電材料に電圧を印加することにより隔壁を厚さ方
向に高く幅方向に狭く長さ方向に短く変形させ、圧力室
の体積を吐出するインク液滴の体積以上に増加させるこ
とを特徴とするインクジェットヘッド。
2. A substrate, a partition wall made of piezoelectric elements in which a plurality of plate-shaped piezoelectric materials polarized in the thickness direction are laminated with a conductive material interposed therebetween, and a groove formed by arranging a plurality of partition walls on the substrate. , A plurality of pressure chambers formed by a lid that covers the groove, and an ink discharge port and an ink supply port provided in a part of the pressure chambers. An ink jet head characterized in that it is deformed to be narrower in the length direction, and the volume of the pressure chamber is increased more than the volume of ink droplets to be ejected.
【請求項3】 基板と、厚さ方向に分極させた圧電素子
からなる隔壁と、隔壁を基板上に複数個配列して形成す
る溝と、溝を覆う蓋により形成する複数の圧力室と、圧
力室の一部に設けるインク吐出口およびインク供給口と
を備え、隔壁に形成した電極に電圧を印加することによ
り隔壁を厚さ方向に低く幅方向に広く長さ方向に長く変
形させ、圧力室の体積を吐出するインク液滴の体積以上
に減少させることを特徴とするインクジェットヘッド。
3. A substrate, a partition wall composed of piezoelectric elements polarized in the thickness direction, a groove formed by arranging a plurality of partition walls on the substrate, and a plurality of pressure chambers formed by a lid covering the groove. An ink discharge port and an ink supply port provided in a part of the pressure chamber are provided, and by applying a voltage to an electrode formed on the partition wall, the partition wall is deformed low in the thickness direction, wide in the width direction, and long in the length direction. An ink jet head, characterized in that the volume of a chamber is reduced to a volume of an ejected ink droplet or more.
【請求項4】 基板と、厚さ方向に分極させた板状圧電
材料を導電材料を介して複数枚積層した圧電素子からな
る隔壁と、隔壁を基板上に複数個配列して形成する溝
と、溝を覆う蓋により形成する複数の圧力室と、圧力室
の一部に設けるインク吐出口およびインク供給口とを備
え、導電材料に電圧を印加することにより隔壁を厚さ方
向に低く幅方向に広く長さ方向に長く変形させ、圧力室
の体積を吐出するインク液滴の体積以上に減少させるこ
とを特徴とするインクジェットヘッド。
4. A substrate, a partition wall composed of piezoelectric elements in which a plurality of plate-shaped piezoelectric materials polarized in the thickness direction are stacked with a conductive material interposed therebetween, and a groove formed by arranging a plurality of partition walls on the substrate. , A plurality of pressure chambers formed by lids that cover the grooves, an ink discharge port and an ink supply port provided in a part of the pressure chambers, and by applying a voltage to the conductive material, the partition wall is made low in the thickness direction and widthwise. An ink jet head characterized by being deformed widely in the longitudinal direction and reducing the volume of the pressure chamber to be equal to or larger than the volume of ink droplets to be ejected.
【請求項5】 基板と、厚さ方向に分極させた圧電素子
からなる隔壁と、隔壁を基板上に複数個配列して形成す
る溝と、溝を覆う蓋により形成する複数の圧力室と、圧
力室の一部に設けるインク吐出口およびインク供給口と
を備え、隔壁に形成した電極に電圧を印加することによ
り隔壁を厚さ方向に高く幅方向に狭く長さ方向に短く変
形させ、その後、この印加の電圧と逆方向の電圧により
隔壁を厚さ方向に低く幅方向に広く長さ方向に長く変形
させ、圧力室の体積を吐出するインク液滴の体積以上に
変化させることを特徴とするインクジェットヘッド。
5. A substrate, a partition wall composed of piezoelectric elements polarized in the thickness direction, a groove formed by arranging a plurality of partition walls on the substrate, and a plurality of pressure chambers formed by a lid covering the groove. An ink discharge port and an ink supply port provided in a part of the pressure chamber are provided, and by applying a voltage to an electrode formed on the partition wall, the partition wall is deformed to be high in the thickness direction, narrow in the width direction, and short in the length direction. The voltage applied in the opposite direction to the applied voltage causes the partition wall to be deformed downward in the thickness direction, wide in the width direction and long in the length direction, and the volume of the pressure chamber is changed to be equal to or larger than the volume of the ink droplet to be ejected. Inkjet head to do.
【請求項6】 基板と、厚さ方向に分極させた板状圧電
材料を導電材料を介して複数枚積層した圧電素子からな
る隔壁と、隔壁を基板上に複数個配列して形成する溝
と、溝を覆う蓋により形成する複数の圧力室と、圧力室
の一部に設けるインク吐出口およびインク供給口とを備
え、導電材料に電圧を印加することにより隔壁を厚さ方
向に高く幅方向に狭く長さ方向に短く変形させ、その
後、この印加の電圧と逆方向の電圧により隔壁を厚さ方
向に低く幅方向に広く長さ方向に長く変形させ、圧力室
の体積を吐出するインク液滴の体積以上に変化させるこ
とを特徴とするインクジェットヘッド。
6. A substrate, a partition wall composed of piezoelectric elements in which a plurality of plate-shaped piezoelectric materials polarized in the thickness direction are laminated with a conductive material interposed therebetween, and a groove formed by arranging a plurality of partition walls on the substrate. , A plurality of pressure chambers formed by a lid that covers the groove, and an ink discharge port and an ink supply port provided in a part of the pressure chambers. Ink that ejects the volume of the pressure chamber by deforming the partition wall low in the thickness direction and wide in the width direction by the voltage in the opposite direction to this applied voltage. An ink jet head characterized by being changed to a volume not less than the volume of a drop.
【請求項7】 印加する分極と逆方向の電界強度とは、
分極反転電界以下であることを特徴とする請求項3、
4、5、あるいは6に記載のインクジェットヘッド。
7. The electric field strength in the opposite direction to the applied polarization is
4. The polarization reversal electric field is equal to or lower than the electric field.
4. The inkjet head according to 4, 5, or 6.
【請求項8】 圧力室内には、圧力室内に露出した圧電
素子を駆動するための電極と圧力室に充填されたインク
とが接触しないように、圧力室内に露出した電極をコー
ティング膜で覆うことを特徴とする請求項1、2、3、
4、5、あるいは6に記載のインクジェットヘッド。
8. The pressure chamber has a coating film covering the electrode exposed in the pressure chamber so that the electrode for driving the piezoelectric element exposed in the pressure chamber and the ink filled in the pressure chamber do not come into contact with each other. Claims 1, 2, 3,
4. The inkjet head according to 4, 5, or 6.
【請求項9】 基板と、厚さ方向に分極させた圧電素子
からなる隔壁と、隔壁を基板上に複数個配列して形成す
る溝と、溝を覆う蓋により形成する複数の圧力室と、圧
力室の一部に設けるインク吐出口およびインク供給口と
を備えるインクジェットヘッドの駆動方法は、圧電素子
の分極方向と同方向の電界を発生させるように電圧を印
加し、その後電圧の印加を停止し圧電素子に蓄積された
電荷を放出することでインク液滴を噴射することを特徴
とするインクジェットヘッドの駆動方法。
9. A substrate, a partition wall composed of piezoelectric elements polarized in the thickness direction, a groove formed by arranging a plurality of partition walls on the substrate, and a plurality of pressure chambers formed by a lid covering the groove. A method of driving an inkjet head having an ink ejection port and an ink supply port provided in a part of a pressure chamber applies a voltage so as to generate an electric field in the same direction as the polarization direction of a piezoelectric element, and then stops the application of the voltage. A method of driving an ink jet head, characterized in that ink droplets are ejected by discharging electric charges accumulated in the piezoelectric element.
【請求項10】 基板と、厚さ方向に分極させた圧電素
子からなる隔壁と、隔壁を基板上に複数個配列して形成
する溝と、溝を覆う蓋により形成する複数の圧力室と、
圧力室の一部に設けるインク吐出口およびインク供給口
とを備えるインクジェットヘッドの駆動方法は、圧電素
子の分極方向と逆方向の電界を発生させるように電圧を
印加し、インク液滴を噴射することを特徴とするインク
ジェットヘッドの駆動方法。
10. A substrate, a partition wall composed of piezoelectric elements polarized in the thickness direction, a groove formed by arranging a plurality of partition walls on the substrate, and a plurality of pressure chambers formed by a lid covering the groove.
A method of driving an ink jet head having an ink ejection port and an ink supply port provided in a part of a pressure chamber applies a voltage so as to generate an electric field in a direction opposite to the polarization direction of a piezoelectric element, and ejects ink droplets. A method for driving an inkjet head, comprising:
【請求項11】 基板と、厚さ方向に分極させた圧電素
子からなる隔壁と、隔壁を基板上に複数個配列して形成
する溝と、溝を覆う蓋により形成する複数の圧力室と、
圧力室の一部に設けるインク吐出口およびインク供給口
とを備えるインクジェットヘッドの駆動方法は、圧電素
子の分極方向と同方向の電界を発生させるように電圧を
印加し、その後圧電素子の分極方向と逆方向の電界を発
生させる電圧を印加して、インク液滴を噴射することを
特徴とするインクジェットヘッドの駆動方法。
11. A substrate, a partition wall made of piezoelectric elements polarized in the thickness direction, a groove formed by arranging a plurality of partition walls on the substrate, and a plurality of pressure chambers formed by a lid covering the groove.
A method of driving an inkjet head including an ink discharge port and an ink supply port provided in a part of a pressure chamber is such that a voltage is applied so as to generate an electric field in the same direction as the polarization direction of the piezoelectric element, and then the polarization direction of the piezoelectric element is A method for driving an inkjet head, characterized in that a voltage for generating an electric field in the opposite direction is applied to eject ink droplets.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0768181A1 (en) * 1995-10-09 1997-04-16 Nec Corporation Ink jet recording device and method of producing the same

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