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JP3108955B2 - Droplet ejection device - Google Patents
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JP3108955B2 - Droplet ejection device - Google Patents

Droplet ejection device

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Publication number
JP3108955B2
JP3108955B2 JP04130419A JP13041992A JP3108955B2 JP 3108955 B2 JP3108955 B2 JP 3108955B2 JP 04130419 A JP04130419 A JP 04130419A JP 13041992 A JP13041992 A JP 13041992A JP 3108955 B2 JP3108955 B2 JP 3108955B2
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JP
Japan
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flow path
cover plate
discharge device
droplet discharge
nozzle
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智明 高橋
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    • 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)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

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

【0002】[0002]

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

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

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

【0005】これらの問題を克服するために特開昭63
−247051号に、圧電素子の剪断モードを用いた方
式が開示されている。図8に代表的構成を示したが、こ
の方式では基板25,26に垂直でヘッド27の高さ方
向に分極された圧電素子28によって流路隔壁を構成
し、隔壁両側に形成された電極により分極方向29とは
垂直な電界を印加し、圧電素子の流路隔壁を剪断モード
によって変形させ、流路中のインクに圧力を与えインク
滴をノズル30より射出させる。この方式ではノズルの
配列方向とは垂直な流路隔壁の高さと流路の長さの2つ
の寸法を最適化することにより、インク滴の射出に必要
な流路隔壁の変位量を確保できるためノズルと同じピッ
チで流路を配置することができ、高密度で多数ノズルを
持ったインクジェットヘッドを構成することが出来る。
また従来の圧電素子を用いたインクジェットヘッドと同
様に、エネルギー効率が良くどのようなインクも使用可
能である。
In order to overcome these problems, Japanese Patent Application Laid-Open
No. 247,051 discloses a method using a shear mode of a piezoelectric element. FIG. 8 shows a typical configuration. In this method, a flow path partition is constituted by a piezoelectric element 28 perpendicular to the substrates 25 and 26 and polarized in the height direction of the head 27, and electrodes formed on both sides of the partition. An electric field perpendicular to the polarization direction 29 is applied to deform the flow path partition wall of the piezoelectric element in a shearing mode, applying pressure to the ink in the flow path and ejecting ink droplets from the nozzles 30. In this method, the displacement amount of the flow path partition necessary for ejecting ink droplets can be secured by optimizing two dimensions, the height of the flow path partition perpendicular to the nozzle arrangement direction and the length of the flow path. The flow paths can be arranged at the same pitch as the nozzles, and an ink jet head having a large number of nozzles at high density can be configured.
In addition, any ink having good energy efficiency can be used as in the case of a conventional inkjet head using a piezoelectric element.

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

【0007】[0007]

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

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

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

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

【0011】[0011]

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

【0012】[0012]

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

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

【0014】次に図3に本発明を用いたマルチノズルイ
ンクジェットヘッドの斜視図を、図4にその断面図を示
す。流路基板7には多数の流路8と隔壁9が形成されて
いる。各流路8並びに隔壁9の断面は概略長方形となっ
ている。各流路8はノズルプレート10側においては独
立しその反対側においてはインクを供給するための共通
インク室11に連通している。各流路8と隔壁9はノズ
ル部から共通インク室部まで平行に伸びノズル10aの
ピッチと対応している。このため、従来の圧電素子を用
いたインクジェットヘッドに見られたような、扇型の流
路配列を取る必要が無く、任意の数のノズルを持ったマ
ルチノズルインクジェットヘッドを作成することが可能
で、シリアルプリンタ、ラインプリンタどちらにも適用
可能である。
Next, FIG. 3 is a perspective view of a multi-nozzle ink jet head using the present invention, and FIG. 4 is a sectional view thereof. A large number of channels 8 and partition walls 9 are formed in the channel substrate 7. The cross section of each flow path 8 and the partition 9 is substantially rectangular. Each channel 8 is independent on the nozzle plate 10 side and communicates with a common ink chamber 11 for supplying ink on the opposite side. Each flow path 8 and partition wall 9 extend in parallel from the nozzle portion to the common ink chamber portion, and correspond to the pitch of the nozzle 10a. Therefore, there is no need to adopt a fan-shaped channel arrangement as in the conventional inkjet head using a piezoelectric element, and it is possible to create a multi-nozzle inkjet head having an arbitrary number of nozzles. , Serial printers and line printers.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

【0024】[0024]

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 基板の板面上に複数の隔壁を有し、前記
隔壁に挟まれた部分に流路が形成された流路基板と 記隔壁端面上に固着されているカバープレートとを含
み、 前記カバープレートの両面に電極が形成され、少なくと
もその片面の電極は各流路に対応して設けられ、 前記電極を介してカバープレートの選択された任意の流
路に対応する部分に電圧を印加することにより、当該流
路両側の隔壁を変形させる ことを特徴とする液滴吐出装
置。
A substrate having a plurality of partition walls on a surface thereof;
A flow path substrate having the flow path is formed in a portion sandwiched between the partition wall and a cover plate that is secured to the front Symbol partition wall end face on the free
See, electrodes are formed on both surfaces of the cover plate, less the
The electrodes on one side are provided corresponding to the respective flow paths, and through the electrodes, a selected flow of the cover plate is selected.
By applying a voltage to the part corresponding to the road,
A droplet discharge device characterized by deforming partition walls on both sides of a road .
【請求項2】 請求項1において、 カバープレートの選択された任意の流路に対応する部分
に、カバープレートが平面内で縮む方向に電圧が印加さ
れる ことを特徴とする液滴吐出装置。
2. A portion according to claim 1, wherein the portion of the cover plate corresponds to an arbitrary selected flow path.
Voltage is applied in the direction in which the cover plate shrinks in the plane.
Droplet discharge device, characterized in that it is.
【請求項3】 請求項1または2において、 カバープレートの選択された任意の流路に対応する部分
に電圧を印加することにより、流路両側の隔壁を引き寄
せるよう変形させる ことを特徴とする液滴吐出装置。
3. A part according to claim 1, wherein the portion of the cover plate corresponds to an arbitrary selected flow path.
By applying a voltage to the
A droplet discharge device characterized by being deformed so as to be deformed .
【請求項4】 請求項1〜3のいずれかにおいて、 前記流路と連通するノズルが穿設してあり、前記流路基
板および前記カバープレートの端面に固着されているノ
ズルプレートを含むことを特徴とする液滴吐出装置。
4. The claim 1-3, nozzles communicating with the flow path Yes and bored, to include a nozzle plate which is fixed to an end face of the channel substrate and the cover plate Characteristic droplet discharge device.
【請求項5】 請求項において、 複数の前記流路は、一端部で連結されて共通インク室に
なっているとともに他端部は前記ノズルに連通してお
り、前記ノズルと前記共通インク室との間が一定断面積
となるように形成されていることを特徴とする液滴吐出
装置。
5. The common ink chamber according to claim 4 , wherein the plurality of flow paths are connected at one end to form a common ink chamber and the other end communicates with the nozzle. Characterized by having a constant cross-sectional area between them.
【請求項6】 請求項1〜のいずれかにおいて、 前記流路基板は、両面に前記流路と前記隔壁がそれぞれ
形成されており、前記流路基板の両側に装着された1対
の前記カバープレートと、複数列のノズル列を持った前
記ノズルプレートとを有することを特徴とする液滴吐出
装置。
6. The claim 1-5, wherein the channel substrate, the said channel on both sides partition walls are formed respectively, wherein the pair mounted on opposite sides of the channel substrate A droplet discharge device comprising a cover plate and the nozzle plate having a plurality of nozzle rows.
【請求項7】 請求項1〜のいずれかにおいて、 前記カバープレートの厚みをT、横圧電定数をd、印加
電圧をV、印字密度をX[dpi]とし、n列の流路列
によってヘッドを構成する場合、前記流路の流路長Lと
前記流路隔壁の高さHが、以下の3式を満足するように
構成されていることを特徴とする液滴吐出装置。 H×L≧ 1.9×10-4×π×T/(X2×d×V×n) L≦100[mm] H≦2[mm]
7. The claim 1-6, the thickness of the cover plate T, the transverse piezoelectric constant d, the applied voltage V, and printing density was X [dpi], the flow path column of n columns In the case of forming a head, a droplet discharge device is characterized in that a flow path length L of the flow path and a height H of the flow path partition satisfy the following three equations. H × L ≧ 1.9 × 10 −4 × π × T / (X 2 × d × V × n) L ≦ 100 [mm] H ≦ 2 [mm]
【請求項8】 請求項1〜のいずれかにおいて、 前記流路基板は、射出成形によって形成されたプラスチ
ック部材であることを特徴とする液滴吐出装置。
In any of 8. claims 1-7, wherein the flow channel substrate, the droplet discharge device, characterized in that the plastic member formed by injection molding.
【請求項9】 請求項1〜のいずれかにおいて、 前記流路基板は、感光性ガラス基板に流路形状を露光
し、非等方性選択エッチングを施して形成した部材であ
ることを特徴とする液滴吐出装置。
9. The claim 1-7, characterized in that the flow channel substrate, exposing the channel shape on a photosensitive glass substrate, a member formed by performing an anisotropic selective etching Droplet discharge device.
【請求項10】 請求項において、 前記露光用光源としてエキシマレーザーを用いているこ
とを特徴とする液滴吐出装置。
10. The droplet discharge device according to claim 9 , wherein an excimer laser is used as the light source for exposure.
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