JP2007182070A

JP2007182070A - Droplet discharge device

Info

Publication number: JP2007182070A
Application number: JP2006329073A
Authority: JP
Inventors: Akira Iriguchi; 明入口
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2005-12-07
Filing date: 2006-12-06
Publication date: 2007-07-19

Abstract

【課題】ノズルを高い集積度で配置するのに伴って、圧力室の平面積が小さくなっても、圧電アクチエータの駆動電圧を増加させることなく、所定の吐出速度を得る。
【解決手段】圧電アクチュエータ２の活性部５４の変位により、キャビティユニット１の圧力室３６の容積を変化させて、圧力室３６の液体をノズルから吐出するように構成された液滴吐出装置において、圧力室３６及び活性部５４には、キャビティユニット１と圧電アクチエータ２との積層方向からの平面視で細長形状に形成され、前記積層方向からの平面視における活性５４の長手方向の寸法Ｌ１を、１．５ｍｍ以下とし、前記積層方向に平行な圧力室３６の高さ寸法Ｔ１を、４０〜６０μｍとし、圧力室３６にて、圧電アクチュエータ２と対向する側の面を構成する部材の厚み寸法Ｔ２を、１００〜１５０μｍとする。
【選択図】図３A predetermined discharge speed is obtained without increasing a drive voltage of a piezoelectric actuator even when a flat area of a pressure chamber is reduced as nozzles are arranged with high integration.
In a droplet discharge device configured to change the volume of a pressure chamber of a cavity unit by the displacement of an active portion of a piezoelectric actuator, and discharge the liquid in the pressure chamber from a nozzle. The pressure chamber 36 and the active portion 54 are formed in an elongated shape in a plan view from the stacking direction of the cavity unit 1 and the piezoelectric actuator 2, and have a longitudinal dimension L1 of the active 54 in the plan view from the stacking direction. The height dimension T1 of the pressure chamber 36 parallel to the stacking direction is set to 40 to 60 μm, and the thickness dimension T2 of the member constituting the surface facing the piezoelectric actuator 2 in the pressure chamber 36. Is set to 100 to 150 μm.
[Selection] Figure 3

Description

本発明は、圧電アクチュエータにおける活性部の変位によりキャビティユニットから液滴を吐出するように構成された液滴吐出装置に関するものである。 The present invention relates to a droplet discharge device configured to discharge a droplet from a cavity unit by displacement of an active portion in a piezoelectric actuator.

液滴吐出装置としてはインクジェットヘッド等があり、本出願人は、インクジェットヘッドとして、特許文献１（特開２００４−２９１５４３号公報）等に、ノズルを備えたキャビティユニットに、圧電アクチュエータから吐出圧力を与えて、前記ノズルからインク滴を吐出するように構成した形態を開示している。例えば、特許文献１に開示の形態では、キャビティユニットを略扁平形状に形成し、その内部に、キャビティユニットにおける一方の広幅面に開口形成された圧力室から他方の広幅面に開口形成されたノズルに至るように形成したインク流通路をノズル毎に設けている。 As a droplet discharge device, there is an ink jet head or the like, and the applicant of the present application described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-291543 as an ink jet head, a discharge pressure from a piezoelectric actuator is applied to a cavity unit having a nozzle. And a configuration in which ink droplets are ejected from the nozzles is disclosed. For example, in the form disclosed in Patent Document 1, the cavity unit is formed in a substantially flat shape, and the nozzle formed therein is opened from the pressure chamber formed in one wide surface of the cavity unit to the other wide surface. An ink flow path formed so as to reach the nozzle is provided for each nozzle.

一方、圧電アクチュエータは、複数の圧電層と、圧力室毎に設けられた個別電極と、複数の圧力室に跨って設けられた共通電極とを有しており、個別電極と共通電極とで上下を挟まれた圧電層の領域が、個別電極と共通電極との間に印加した駆動電圧によって変位する活性部となっている。そして、各圧力室毎に活性部が対応するように、キャビティユニットの前記一方の広幅面に圧電アクチュエータを積層し固着している。 On the other hand, the piezoelectric actuator has a plurality of piezoelectric layers, individual electrodes provided for each pressure chamber, and a common electrode provided across the plurality of pressure chambers. A region of the piezoelectric layer sandwiched between the electrodes serves as an active portion that is displaced by a driving voltage applied between the individual electrode and the common electrode. A piezoelectric actuator is laminated and fixed on the one wide surface of the cavity unit so that the active part corresponds to each pressure chamber.

このように構成されたインクジェットヘッドでは、活性部が変位することで、圧力室の容積が変化し、圧力室に充填されたインクがノズルから吐出するから、所定量のインク滴を所定の速度で吐出するためには、所定量の容積変化を圧力室に生じさせる必要がある。
特開２００４−２９１５４３号公報（図５及び図７参照） In the ink jet head configured as described above, the displacement of the active portion changes the volume of the pressure chamber, and the ink filled in the pressure chamber is ejected from the nozzle. Therefore, a predetermined amount of ink droplets are ejected at a predetermined speed. In order to discharge, it is necessary to cause a predetermined amount of volume change in the pressure chamber.
JP 2004-291543 A (see FIGS. 5 and 7)

ところで、液滴吐出装置であるインクジェットヘッドは、近年の小型化や記録の高密度化、液滴の微小化に対応させるために、ノズルの平面配置における集積度を高め、圧力室の平面積も小さくなる傾向にある。これにともない、１ノズルに要する流路（圧力室を含む）の長さを小さくすると、小型化及び液滴の微小化に対応できるだけでなく、インクに生じる固有の圧力変動周期が短くなって吐出の駆動周波数を高めることができ、記録の高速化に効果がある。しかし、これによって、圧力室毎に設けられる活性部の平面積も小さくならざるを得ないため、活性部全体として所定量の容積変化を圧力室に与えるには、活性部の変位量を大きくする必要があり、その結果、活性部を駆動するのに必要な駆動電圧を高く設定しなければならない。また、キャビティユニットは、完全な剛体ではないため、活性部の変位がキャビティユニットの変形によって吸収されてしまうので、さらに駆動電圧を高く設定しなければ、所定の吐出速度が得られないという問題を生じる。 By the way, the ink jet head which is a droplet discharge device has a high degree of integration in the planar arrangement of nozzles and a flat area of the pressure chamber in order to cope with the recent miniaturization, high recording density, and droplet miniaturization. It tends to be smaller. Along with this, if the length of the flow path (including the pressure chamber) required for one nozzle is reduced, not only can it cope with miniaturization and miniaturization of the droplets, but also the inherent pressure fluctuation cycle that occurs in the ink will be shortened and discharged. The driving frequency can be increased, which is effective in increasing the recording speed. However, since the flat area of the active portion provided for each pressure chamber must be reduced by this, the displacement amount of the active portion is increased in order to give the pressure chamber a predetermined amount of volume change as a whole active portion. As a result, the drive voltage necessary to drive the active part must be set high. In addition, since the cavity unit is not a perfect rigid body, the displacement of the active part is absorbed by the deformation of the cavity unit, so that a predetermined discharge speed cannot be obtained unless the drive voltage is set higher. Arise.

本発明は、上記問題を解消するものであり、ノズルを高い集積度で配置するのに伴って、圧力室の長さが小さくなっても、圧電アクチュエータの駆動電圧を増加させることなく、吐出に十分な容積変化を圧力室に与え、所定の吐出速度を得ることができる液滴吐出装置の実現を目的とするものである。 The present invention solves the above-described problem. Even when the length of the pressure chamber is reduced as the nozzles are arranged with high integration, the piezoelectric actuator can be discharged without increasing the driving voltage. An object of the present invention is to realize a droplet discharge device capable of giving a sufficient volume change to a pressure chamber and obtaining a predetermined discharge speed.

Means for Solving the Problems and Effects of the Invention

以下、各要素に付した括弧付き符号は、その要素の例示に過ぎず、各要素を限定するものではない。 Hereinafter, the reference numerals with parentheses attached to each element are merely examples of the element and do not limit each element.

本発明の第１の態様に従えば、複数のノズル（４）から液滴を吐出させる液滴吐出装置（１００）であって、前記複数のノズル（４）と、前記複数のノズル（４）のそれぞれに対応し、所定の平面（１７）上に延在する複数の圧力室（３６）とを有するキャビティユニット（１）と、前記複数の圧力室（３６）のそれぞれに対応して延在する複数の活性部（５４）を有し、前記平面（１７）を覆うように前記キャビティユニット（１）上に形成される圧電アクチュエータ（２）とを備え、前記活性部（５４）の長手方向の長さ（Ｌ１）は１．５ｍｍ以下であり、前記圧力室（３６）の高さ（Ｔ１）は、４０〜６０μｍであり、前記圧力室（３６）の、前記圧電アクチュエータ（２）と対向する側の面を画成する部材（１６）の厚み（Ｔ２）は、１００〜１５０μｍであり、前記活性部（５４）の変位により、液体が充填された前記圧力室（３６）の容積を変化させて、前記ノズル（４）から液滴を吐出させる液滴吐出装置（１００）が提供される。 According to the first aspect of the present invention, there is provided a droplet discharge device (100) for discharging droplets from a plurality of nozzles (4), the plurality of nozzles (4) and the plurality of nozzles (4). And a cavity unit (1) having a plurality of pressure chambers (36) extending on a predetermined plane (17), and extending corresponding to each of the plurality of pressure chambers (36). And a piezoelectric actuator (2) formed on the cavity unit (1) so as to cover the plane (17), the longitudinal direction of the active part (54) The length (L1) of the pressure chamber (36) is 1.5 mm or less, the height (T1) of the pressure chamber (36) is 40-60 μm, and the pressure chamber (36) faces the piezoelectric actuator (2). The thickness (T2) of the member (16) defining the surface to be A droplet discharge device (100 to 150 μm) that changes the volume of the pressure chamber (36) filled with liquid by displacement of the active portion (54) and discharges droplets from the nozzle (4). 100).

本発明の液滴吐出装置において、活性部（５４）の長さ（Ｌ１）を１．５ｍｍ以下に短くしても、圧力室（３６）の高さ（Ｔ１）を４０〜６０μｍにするとともに、圧力室（３６）にて、圧電アクチュエータ（２）と対向する側の面を画成する部材（１６）の厚み（Ｔ２）を１００〜１５０μｍとすることにより、活性部（５４）に印加する駆動電圧を高めることなく、微小な体積の液滴を所定速度で安定して吐出可能なことが、実験上確認できた。 In the droplet discharge device of the present invention, even if the length (L1) of the active portion (54) is shortened to 1.5 mm or less, the height (T1) of the pressure chamber (36) is set to 40 to 60 μm, Drive applied to the active portion (54) by setting the thickness (T2) of the member (16) defining the surface facing the piezoelectric actuator (2) in the pressure chamber (36) to 100 to 150 μm. It was experimentally confirmed that a small volume of droplets can be stably discharged at a predetermined speed without increasing the voltage.

本発明の液滴吐出装置（１００）において、前記圧力室（３６）の短手方向の長さ（幅）（Ｗ１）は２４０〜２８０μｍであってもよく、前記圧電アクチュエータ（２）は、積層される複数のベース圧電層（５１）と、前記複数のベース圧電層（５１）のそれぞれを間に挟む複数の電極層（４９）とを有してもよく、前記複数の電極層（４９）には、前記複数の圧力室（３６）のそれぞれに対応して延在する複数の個別電極（４６）が形成された個別電極の層と前記複数の圧力室（３６）に跨って共通電極（４７）が形成された共通電極の層とがそれぞれ複数含まれてもよく、前記複数の個別電極（４６）と前記共通電極（４７）との間の前記ベース圧電層（５１）の領域が前記複数の活性部（５４）として形成されてもよく、前記ベース圧電層（５１）の厚み（Ｔ５１）は１５〜４０μｍであってもよく、前記個別電極（４６）の短手方向の長さ（幅）（Ｗ３）は１４０〜１８０μｍであってもよい。 In the droplet discharge device (100) of the present invention, the length (width) (W1) in the short direction of the pressure chamber (36) may be 240 to 280 μm, and the piezoelectric actuator (2) is a laminated layer. The plurality of base piezoelectric layers (51) and the plurality of electrode layers (49) sandwiching each of the plurality of base piezoelectric layers (51) may be included, and the plurality of electrode layers (49) Includes a layer of individual electrodes formed with a plurality of individual electrodes (46) extending corresponding to each of the plurality of pressure chambers (36) and a common electrode (straddling the plurality of pressure chambers (36)). 47) may be included, and a region of the base piezoelectric layer (51) between the plurality of individual electrodes (46) and the common electrode (47) may be included. The base pressure may be formed as a plurality of active portions (54). Layer thickness of (51) (T51) may be 15-40 [mu] m, the length in the lateral direction of the individual electrodes (46) (width) (W3) may be 140～180Myuemu.

圧電層の厚み（Ｔ５１、Ｔ５２、Ｔ５３）、及び個別電極（４６）における幅（Ｗ３）が変わると、活性部（５４）の変位量や静電容量が変化する。この場合、圧電層（５１、５２、５３）における１層当たりの厚み（Ｔ５１、Ｔ５２、Ｔ５３）を１５〜４０μｍとし、且つ圧力室（３６）の長手方向に直交する方向の幅（Ｗ１）２４０〜２８０μｍに対して個別電極（４６）の前記幅（Ｗ３）を１４０〜１８０μｍとすることにより、前記のような活性部（５４）の長手方向の長さ（Ｌ１）、圧力室（３６）の高さ（Ｔ１）、及び圧力室（３６）の、圧電アクチュエータ（２）と対向する側の面を画成する部材（１６）の厚み（Ｔ２）に関する条件において、さらに活性部（５４）の変位量と静電容量とを最適化することができる。 When the thickness (T51, T52, T53) of the piezoelectric layer and the width (W3) of the individual electrode (46) change, the displacement amount and the capacitance of the active portion (54) change. In this case, the thickness (T51, T52, T53) per layer in the piezoelectric layer (51, 52, 53) is set to 15 to 40 μm, and the width (W1) 240 in the direction orthogonal to the longitudinal direction of the pressure chamber (36). By setting the width (W3) of the individual electrode (46) to 140 to 180 μm with respect to ˜280 μm, the length (L1) in the longitudinal direction of the active part (54) as described above, the pressure chamber (36) The displacement of the active portion (54) is further adjusted under the conditions regarding the height (T1) and the thickness (T2) of the member (16) defining the surface of the pressure chamber (36) facing the piezoelectric actuator (2). The quantity and capacitance can be optimized.

本発明の液滴吐出装置（１００）において、前記圧電アクチュエータ（２）は、前記複数のベース圧電層（５１）に関して前記キャビティユニット（１）と反対側に配置されるトップ層（５３）と、前記複数のベース圧電層（５１）に関して前記トップ層（５３）と反対側に配置されるボトム層（５２）とをさらに備えてもよく、前記複数の活性部（５４）は前記ベース圧電層（５１）のみに含まれてもよく、前記ボトム層（５２）及び前記トップ層（５３）の厚み（Ｔ５２、Ｔ５３）はそれぞれ、前記ベース圧電層（５１）それぞれの厚み（Ｔ５１）よりも厚くてもよい。具体的には、前記トップ層（５３）及び前記ボトム層（５２）の厚み（Ｔ５３、Ｔ５２）はそれぞれ、２５〜４０μｍであってもよく、前記複数のベース圧電層（５１）の厚み（Ｔ５１）はそれぞれ、１５〜３０μｍであってもよい。この場合、トップ層（５３）の厚み（Ｔ５３）をベース圧電層（５１）の厚み（Ｔ５１）よりも厚くすることで、活性部（５４）の変位をトップ層（５３）側に逃がすことなく効率よく圧力室（３６）側に伝達させることができる。さらに、ボトム層（５２）の厚み（Ｔ５２）をベース圧電層（５１）の厚み（Ｔ５１）よりも厚くすることで、圧力室（３６）に充填されたインクが圧電アクチュエータ（２）側へ浸透することに対する防止効果を高めることができる。また、トップ層（５３）の厚み（Ｔ５３）とボトム層（５２）の厚み（Ｔ５２）とを厚くすることで、圧電アクチュエータ（２）の製造時、焼結した際に圧電アクチュエータ（２）の上下寄りの層の厚みの偏りによる、反りの発生を抑えることができる。したがって、複数の圧力室（３６）に対して圧電アクチュエータ（２）の各活性部（５４）をほぼ均一に作用させることができる。また、トップ層（５３）及びボトム層（５２）の厚み（Ｔ５３、Ｔ５２）をそれぞれ、２５〜４０μｍとし、複数のベース圧電層（５１）の厚み（Ｔ５１）をそれぞれ１５〜３０μｍとすることで、これらの層を圧電アクチュエータ（２）の製造時に安定して形成することができる。 In the droplet discharge device (100) of the present invention, the piezoelectric actuator (2) includes a top layer (53) disposed on the opposite side of the cavity unit (1) with respect to the plurality of base piezoelectric layers (51), The plurality of base piezoelectric layers (51) may further include a bottom layer (52) disposed on the opposite side of the top layer (53), and the plurality of active portions (54) may include the base piezoelectric layer (52). 51) and the thicknesses (T52, T53) of the bottom layer (52) and the top layer (53) are larger than the thicknesses (T51) of the base piezoelectric layer (51), respectively. Also good. Specifically, the thickness (T53, T52) of the top layer (53) and the bottom layer (52) may be 25 to 40 μm, respectively, and the thickness (T51) of the plurality of base piezoelectric layers (51). ) May be 15-30 μm respectively. In this case, by making the thickness (T53) of the top layer (53) thicker than the thickness (T51) of the base piezoelectric layer (51), the displacement of the active portion (54) is not released to the top layer (53) side. It can be efficiently transmitted to the pressure chamber (36) side. Furthermore, by making the thickness (T52) of the bottom layer (52) thicker than the thickness (T51) of the base piezoelectric layer (51), the ink filled in the pressure chamber (36) penetrates into the piezoelectric actuator (2) side. The prevention effect with respect to doing can be heightened. Further, by increasing the thickness (T53) of the top layer (53) and the thickness (T52) of the bottom layer (52), when the piezoelectric actuator (2) is manufactured or sintered, the piezoelectric actuator (2) It is possible to suppress the occurrence of warping due to the uneven thickness of the upper and lower layers. Therefore, each active part (54) of the piezoelectric actuator (2) can be made to act substantially uniformly on the plurality of pressure chambers (36). Further, the thicknesses (T53, T52) of the top layer (53) and the bottom layer (52) are respectively 25 to 40 μm, and the thicknesses (T51) of the plurality of base piezoelectric layers (51) are respectively 15 to 30 μm. These layers can be formed stably during the manufacture of the piezoelectric actuator (2).

本発明の液滴吐出装置（１００）において、前記圧電アクチュエータ（２）は、前記複数のベース圧電層（５１）に関して前記キャビティユニット（１）と反対側に配置されるトップ層（５３）と、前記複数のベース圧電層（５１）に関して前記トップ層（５３）と反対側に配置されるボトム層（５２）とをさらに備えてもよく、前記複数の活性部（５４）は前記ベース圧電層（５１）のみに含まれてもよく、前記複数のベース圧電層（５１）のうち、前記トップ層（５３）に最も近い前記ベース圧電層（５１）、および前記ボトム層（５２）の厚み（Ｔ５１、Ｔ５２）はそれぞれ、残りの前記ベース圧電層（５１）それぞれの厚み（Ｔ５１）よりも厚くてもよい。具体的には、前記トップ層（５３）に最も近い前記ベース圧電層（５１）、および前記ボトム層（５２）の厚み（Ｔ５１、Ｔ５２）はそれぞれ、２５〜４０μｍであってもよく、前記残りのベース圧電層（５１）の厚み（Ｔ５１）はそれぞれ、１５〜３０μｍであってもよい。この場合、トップ層（５３）に最も近いベース圧電層（５１）とボトム層（５２）との厚み（Ｔ５１、Ｔ５２）を厚くすることで、圧電アクチュエータ（２）の製造時、焼結した際に圧電アクチュエータ（２）の上下寄りの層の厚みの偏りによる、反りの発生を抑えることができ、複数の圧力室（３６）に対して圧電アクチュエータ（２）の各活性部（５４）をほぼ均一に作用させることができる。さらに、ボトム層（５２）の厚み（Ｔ５２）をベース圧電層（５１）の厚み（Ｔ５１）よりも厚くすることで、圧力室（３６）に充填されたインクが圧電アクチュエータ（２）側へ浸透することに対する防止効果を高めることができる。また、トップ層（５３）に最も近いベース圧電層（５１）及びボトム層（５２）の厚み（Ｔ５１、Ｔ５２）をそれぞれ、２５〜４０μｍとし、残りのベース圧電層（５１）の厚み（Ｔ５１）をそれぞれ１５〜３０μｍとすることで、これらの層を圧電アクチュエータ（２）の製造時に安定して形成することができる。 In the droplet discharge device (100) of the present invention, the piezoelectric actuator (2) includes a top layer (53) disposed on the opposite side of the cavity unit (1) with respect to the plurality of base piezoelectric layers (51), The plurality of base piezoelectric layers (51) may further include a bottom layer (52) disposed on the opposite side of the top layer (53), and the plurality of active portions (54) may include the base piezoelectric layer (52). 51), and the thickness (T51) of the base piezoelectric layer (51) and the bottom layer (52) closest to the top layer (53) among the plurality of base piezoelectric layers (51) (T51). , T52) may be thicker than the thickness (T51) of each of the remaining base piezoelectric layers (51). Specifically, the thickness (T51, T52) of the base piezoelectric layer (51) and the bottom layer (52) closest to the top layer (53) may be 25 to 40 μm, and the remaining The thickness (T51) of the base piezoelectric layer (51) may be 15 to 30 μm. In this case, when the piezoelectric actuator (2) is manufactured and sintered by increasing the thickness (T51, T52) of the base piezoelectric layer (51) and the bottom layer (52) closest to the top layer (53). In addition, it is possible to suppress the occurrence of warping due to the deviation of the thickness of the upper and lower layers of the piezoelectric actuator (2), and the active portions (54) of the piezoelectric actuator (2) are substantially arranged with respect to the plurality of pressure chambers (36). It can act uniformly. Furthermore, by making the thickness (T52) of the bottom layer (52) thicker than the thickness (T51) of the base piezoelectric layer (51), the ink filled in the pressure chamber (36) penetrates into the piezoelectric actuator (2) side. The prevention effect with respect to doing can be heightened. Further, the thickness (T51, T52) of the base piezoelectric layer (51) and the bottom layer (52) closest to the top layer (53) is set to 25 to 40 μm, respectively, and the thickness (T51) of the remaining base piezoelectric layer (51). When the thickness of each layer is 15 to 30 μm, these layers can be stably formed when the piezoelectric actuator (2) is manufactured.

本発明の液滴吐出装置（１００）において、前記キャビティユニット（１）における、前記複数の圧力室（３６）が形成される部材（１７）、及び前記複数の圧力室（３６）の前記圧電アクチュエータ（２）と対向する側の面を画成する部材（１６）は、いずれもニッケル合金鋼板製にし得る。 In the droplet discharge device (100) of the present invention, in the cavity unit (1), a member (17) in which the plurality of pressure chambers (36) are formed, and the piezoelectric actuator of the plurality of pressure chambers (36) Any member (16) defining the surface on the side facing (2) may be made of a nickel alloy steel plate.

本発明の液滴吐出装置（１００）において、前記複数の活性部（５４）の長手方向の長さ（Ｌ１）はそれぞれ、１．２ｍｍ以下であってもよい。活性部の長手方向の長さを１．２ｍｍ以下に短くした場合においても、圧力室の高さを４０〜６０μｍにするとともに、圧力室の、圧電アクチュエータと対向する側の面を画成する部材の厚みを１００〜１５０μｍとすることにより、活性部に印加する駆動電圧を高めることなく、微小な体積の液滴を所定速度で安定して吐出可能なことが、実験上確認できた。 In the droplet discharge device (100) of the present invention, the length (L1) in the longitudinal direction of each of the plurality of active portions (54) may be 1.2 mm or less. Even when the length of the active part in the longitudinal direction is shortened to 1.2 mm or less, the height of the pressure chamber is set to 40 to 60 μm, and the member defining the surface of the pressure chamber on the side facing the piezoelectric actuator It was confirmed experimentally that a minute volume of droplets can be stably ejected at a predetermined speed without increasing the driving voltage applied to the active portion by setting the thickness of the substrate to 100 to 150 μm.

本発明の液滴吐出装置（１００）において、前記活性部（５４）の長手方向の長さ（Ｌ１）が０．９〜１．３ｍｍの場合、前記液滴を吐出速度９ｍ／ｓで吐出させるための駆動電圧が、２３．５〜２７Ｖであってもよい。 In the droplet discharge device (100) of the present invention, when the length (L1) in the longitudinal direction of the active portion (54) is 0.9 to 1.3 mm, the droplet is discharged at a discharge speed of 9 m / s. The driving voltage for this may be 23.5 to 27V.

本発明の液滴吐出装置（１００）は、インク液滴を噴射して画像記録を行うインクジェットヘッドであってもよい。 The droplet discharge device (100) of the present invention may be an inkjet head that performs image recording by ejecting ink droplets.

以下に、本発明の基本的な実施形態について図１〜図７を用いて説明する。 Below, basic embodiment of this invention is described using FIGS. 1-7.

図１は、液滴吐出装置の実施形態であるインクジェットヘッド１００の分解斜視図であり、複数枚のプレートを備えるキャビティユニット１にプレート型の圧電アクチュエータ２が接合され、このプレート型の圧電アクチュエータ２の上面に外部機器との接続のためのフレキシブルフラットケーブル３が重ね接合されている。そして、キャビティユニット１の下面側に開口されたノズル４（図３参照）から、下向きにインクが吐出するものとする。 FIG. 1 is an exploded perspective view of an inkjet head 100 which is an embodiment of a droplet discharge device. A plate-type piezoelectric actuator 2 is joined to a cavity unit 1 having a plurality of plates. A flexible flat cable 3 for connection to an external device is lap-joined on the upper surface of. Then, it is assumed that ink is ejected downward from the nozzle 4 (see FIG. 3) opened on the lower surface side of the cavity unit 1.

前記キャビティユニット１は、図２に示すように、ノズルプレート１１、スペーサプレート１２、ダンパープレート１３、２枚のマニホールドプレート１４ａ、１４ｂ、サプライプレート１５、ベースプレート１６、及びキャビティプレート１７の合計８枚の薄い平板を、その各平板面が対向するように接着剤を介して積層し接合した構造となっている。本文中で、それらの平板が積層された方向を適宜、「積層方向」という。 As shown in FIG. 2, the cavity unit 1 includes a total of eight plates including a nozzle plate 11, a spacer plate 12, a damper plate 13, two manifold plates 14a and 14b, a supply plate 15, a base plate 16, and a cavity plate 17. It has a structure in which thin flat plates are laminated and bonded via an adhesive so that the flat plate surfaces face each other. In the text, the direction in which the flat plates are laminated is appropriately referred to as a “lamination direction”.

実施形態では、各プレート１１〜１７は４０〜１５０μｍ程度の厚さを有し、ノズルプレート１１はポリイミド等の合成樹脂製で、その他のプレート１２〜１７は４２％ニッケル合金鋼（ニッケルを添加したスチール）板製である。前記ノズルプレート１１には、微小径（２０μｍ程度）のノズル４が微小間隔で多数個穿設されている。このノズル４は、当該ノズルプレート１１における長辺方向（Ｘ方向）に沿って５列に配列されている。列内にて隣接するノズルピッチは、７５ｄｐｉ（ドットパーインチ）に設定しているが、７５ｄｐｉ以上に高集積化してもよい。 In the embodiment, each of the plates 11 to 17 has a thickness of about 40 to 150 μm, the nozzle plate 11 is made of a synthetic resin such as polyimide, and the other plates 12 to 17 are 42% nickel alloy steel (added with nickel). Steel) plate. A large number of nozzles 4 having a minute diameter (about 20 μm) are formed in the nozzle plate 11 at minute intervals. The nozzles 4 are arranged in five rows along the long side direction (X direction) of the nozzle plate 11. The nozzle pitch adjacent in the row is set to 75 dpi (dot per inch), but it may be highly integrated to 75 dpi or more.

ノズル４は、図３に示すように、スペーサプレート１２、ダンパープレート１３、２枚のマニホールドプレート１４ａ、１４ｂ、サプライプレート１５、ベースプレート１６に穿設されている貫通路３８を介して、キャビティプレート１７の圧力室３６に接続されている。キャビティプレート１７には、図２に示すように、複数の圧力室３６がキャビティプレート１７の長辺（Ｘ方向）と平行な５列に配列されている。各圧力室３６は、平面視細長形状でその長手方向がキャビティプレート１７の短辺方向（Ｙ方向）に沿うようにしてキャビティプレート１７の厚みを貫通して穿設されている。各圧力室３６の長手方向の一端３６ａは、図３に示すように、後述する連通孔３７及び接続流路４０を介して共通インク室７と連通し、各圧力室３６の長手方向の他端３６ｂには前記貫通路３８が接続されており、圧力室３６は、インクの流れる方向に沿って長い細長形状に形成されている。 As shown in FIG. 3, the nozzle 4 is connected to the cavity plate 17 through a through passage 38 formed in the spacer plate 12, the damper plate 13, the two manifold plates 14 a and 14 b, the supply plate 15, and the base plate 16. Are connected to the pressure chamber 36. As shown in FIG. 2, the plurality of pressure chambers 36 are arranged in the cavity plate 17 in five rows parallel to the long side (X direction) of the cavity plate 17. Each pressure chamber 36 is formed in an elongated shape in plan view and penetrates the thickness of the cavity plate 17 so that the longitudinal direction thereof is along the short side direction (Y direction) of the cavity plate 17. As shown in FIG. 3, one end 36 a in the longitudinal direction of each pressure chamber 36 communicates with the common ink chamber 7 via a communication hole 37 and a connection channel 40 described later, and the other end in the longitudinal direction of each pressure chamber 36. The through passage 38 is connected to 36b, and the pressure chamber 36 is formed in an elongated shape along the direction of ink flow.

圧力室３６は、前述したノズル４のノズルピッチ７５ｄｐｉに対応するピッチで、キャビティプレート１７に穿設されるから、キャビティプレート１７への圧力室３６の製造上での安定性等を確保するためには、図４及び図５に示すように、圧力室３６のインクの流れに直交する方向の幅Ｗ１は２４０〜２８０μｍであることが望ましい。この場合、列内で隣接する圧力室３６同士の間隔Ｗ２は約８０μｍとなる。また、圧力室３６の高さＴ１は、４０〜６０μｍであることが望ましい。なお、圧力室３６の「高さ」とは、圧力室３６の前記積層方向の長さ、換言するとキャビティプレート１７の厚みＴ１（図３及び図４参照）を意味する。この圧力室３６の高さＴ１について検討した実験結果は、後述する。なお、圧力室３６のインクの流れ方向の長さ（長手方向の長さ）Ｌ２は、後述する活性部５４の長さに対して０．１〜０．３ｍｍ程度大きく設定され、１．４±０．１ｍｍ〜１．５±０．１ｍｍ（以下１．４ｍｍという）と、１．１±０．１ｍｍ〜１．２±０．１ｍｍ（以下１．１ｍｍという）との２種類用意した（上記幅、高さは共通）。この２種類は、吐出する液滴の体積が異なる２種類に対応させるためである。 Since the pressure chamber 36 is formed in the cavity plate 17 at a pitch corresponding to the nozzle pitch 75 dpi of the nozzle 4 described above, in order to ensure the stability of the pressure chamber 36 in manufacturing the cavity plate 17 and the like. As shown in FIGS. 4 and 5, the width W1 of the pressure chamber 36 in the direction orthogonal to the ink flow is preferably 240 to 280 μm. In this case, the interval W2 between the pressure chambers adjacent in the row is about 80 μm. The height T1 of the pressure chamber 36 is desirably 40 to 60 μm. The “height” of the pressure chamber 36 means the length of the pressure chamber 36 in the stacking direction, in other words, the thickness T1 of the cavity plate 17 (see FIGS. 3 and 4). The experimental result of examining the height T1 of the pressure chamber 36 will be described later. The length L2 of the pressure chamber 36 in the ink flow direction (length in the longitudinal direction) L2 is set to be about 0.1 to 0.3 mm larger than the length of the active portion 54 described later, and is 1.4 ± Two types of 0.1 mm to 1.5 ± 0.1 mm (hereinafter referred to as 1.4 mm) and 1.1 ± 0.1 mm to 1.2 ± 0.1 mm (hereinafter referred to as 1.1 mm) were prepared (above Width and height are common). These two types are for making it correspond to two types from which the volume of the discharged droplet differs.

キャビティプレート１７の下面に隣接するベースプレート１６には、各圧力室３６の一端３６ａに接続する連通孔３７が穿設されている。このベースプレート１６は、圧力室３６の、圧電アクチュエータ２と対向する側の面を構成する。従って、圧力室３６に付与された圧電アクチュエータ２からの吐出圧力を効率よくインクに伝達するためには、ベースプレート１６の剛性も影響するから、この点を考慮すると、ベースプレート１６の厚みＴ２（図３及び図４参照）は、できるだけ厚くすることが考えられる。しかし、そのようにすると、貫通路３８及び連通孔３７の流路長、流路径などが増加し、圧力室内のインクに発生する圧力波の周期の乱れが発生するなどの悪影響がでる。したがって、ベースプレート１６の厚みＴ２は、１００〜１５０μｍであることが望ましい。なお、ベースプレート１６（圧力室３６の、圧電アクチュエータ２と対向する側の面を画成する部材）の厚みＴ２とは、ベースプレート１６の前記積層方向の厚みを意味する。このベースプレート１６の厚みＴ２について検討した実験結果は、後述する。 The base plate 16 adjacent to the lower surface of the cavity plate 17 is provided with a communication hole 37 connected to one end 36 a of each pressure chamber 36. The base plate 16 constitutes a surface of the pressure chamber 36 on the side facing the piezoelectric actuator 2. Therefore, in order to efficiently transmit the discharge pressure from the piezoelectric actuator 2 applied to the pressure chamber 36 to the ink, the rigidity of the base plate 16 is also affected. Therefore, considering this point, the thickness T2 of the base plate 16 (FIG. 3). And FIG. 4) can be considered as thick as possible. However, if it does so, the flow path length and flow path diameter of the through-passage 38 and the communication hole 37 will increase, and there will be adverse effects such as the disturbance of the period of the pressure wave generated in the ink in the pressure chamber. Therefore, the thickness T2 of the base plate 16 is desirably 100 to 150 μm. The thickness T2 of the base plate 16 (a member that defines the surface of the pressure chamber 36 on the side facing the piezoelectric actuator 2) means the thickness of the base plate 16 in the stacking direction. The experimental results of examining the thickness T2 of the base plate 16 will be described later.

ベースプレート１６の下面に隣接するサプライプレート１５には、共通インク室７から各圧力室３６へインクを供給するための接続流路４０が設けられる。各接続流路４０には、図３に示すように、共通インク室７からインクが入る入口孔４０ａと、連通孔３７と対向するように開口する出口孔４０ｂと、入口孔４０ａと出口孔４０ｂとの間にあって、接続流路４０中で最も大きな流路抵抗となるように断面積を小さくして形成された絞り部４０ｃとが備えられている。この絞り部４０ｃは、ノズル４からインクを吐出させるために、圧力室３６が吐出圧力を受けたときに、共通インク室７側へのインクの後退を防止し、効率よくインクをノズル４側に前進させるために設けたものである。 The supply plate 15 adjacent to the lower surface of the base plate 16 is provided with a connection channel 40 for supplying ink from the common ink chamber 7 to each pressure chamber 36. As shown in FIG. 3, each connection channel 40 has an inlet hole 40a for receiving ink from the common ink chamber 7, an outlet hole 40b that opens to face the communication hole 37, an inlet hole 40a, and an outlet hole 40b. And a throttle portion 40c formed with a reduced cross-sectional area so as to provide the largest flow path resistance in the connection flow path 40. In order to discharge ink from the nozzle 4, the restricting portion 40 c prevents the ink from retreating toward the common ink chamber 7 when the pressure chamber 36 receives discharge pressure, and efficiently injects the ink toward the nozzle 4. It is provided to move forward.

２枚のマニホールドプレート１４ａ，１４ｂには、その長辺方向（Ｘ方向）に沿って長い５つの共通インク室７が前記ノズル４の各列に沿って延びるように板厚を貫通して形成されている。すなわち、図３に示すように、２枚のマニホールドプレート１４ａ、１４ｂを積層し、かつその上面をサプライプレート１５にて覆い、下面をダンパープレート１３にて覆うことにより、合計５つの共通インク室（マニホールド室）７が形成される。各共通インク室７は、各プレートの積層方向から平面視したときに、前記圧力室３６の一部と重なって圧力室３６の列方向（ノズル４の列方向）に沿って長く延びている。 In the two manifold plates 14a and 14b, five common ink chambers 7 extending along the long side direction (X direction) are formed through the plate thickness so as to extend along each row of the nozzles 4. ing. That is, as shown in FIG. 3, two manifold plates 14a and 14b are stacked, and the upper surface thereof is covered with the supply plate 15 and the lower surface is covered with the damper plate 13, so that a total of five common ink chambers ( Manifold chamber) 7 is formed. Each of the common ink chambers 7 extends in the row direction of the pressure chambers 36 (the row direction of the nozzles 4) so as to overlap a part of the pressure chambers 36 when viewed in plan from the stacking direction of the plates.

図２及び図３に示すように、マニホールドプレート１４ａの下面に隣接するダンパープレート１３の下面側には、共通インク室７と隔絶されたダンパー室４１が凹み形成されている。この各ダンパー室４１の位置および形状は、図２に示すように、前記各共通インク室７と一致させている。このダンパープレート１３は、適宜弾性変形し得る金属素材であるため、ダンパー室４１上部の薄い板状の天井部は、共通インク室７側にも、ダンパー室４１側にも自由に振動することができる。インク吐出時に、圧力室３６で発生した圧力変動が共通インク室７に伝播しても、前記天井部が弾性変形して振動することにより、前記圧力変動を吸収減衰させるというダンパー効果を奏し、圧力変動が他の圧力室３６へ伝播するというクロストークを抑制する。 As shown in FIGS. 2 and 3, a damper chamber 41 isolated from the common ink chamber 7 is formed as a recess on the lower surface side of the damper plate 13 adjacent to the lower surface of the manifold plate 14a. The positions and shapes of the damper chambers 41 are matched with the common ink chambers 7 as shown in FIG. Since the damper plate 13 is a metal material that can be elastically deformed as appropriate, the thin plate-like ceiling portion above the damper chamber 41 can freely vibrate both on the common ink chamber 7 side and on the damper chamber 41 side. it can. Even when the pressure fluctuation generated in the pressure chamber 36 propagates to the common ink chamber 7 during ink ejection, the ceiling portion elastically deforms and vibrates, thereby exhibiting a damper effect that absorbs and attenuates the pressure fluctuation. Crosstalk that the fluctuation propagates to the other pressure chambers 36 is suppressed.

また、図２に示すように、キャビティプレート１７の一方の短辺側の端部には、キャビティユニット１へのインクの入口として４つのインク供給口４２が穿設され、これら４つのインク供給口４２と上下の位置を対応させて、ベースプレート１６とサプライプレート１５とにそれぞれ４つの接続口４３が穿設されており、インク供給源からのインクが、インク供給口４２及び接続口４３を介して、共通インク室７の長手方向の一方端部に供給される。４つのインク供給口４２には、それぞれの開口に対応する濾過部２０ａを有するフィルタ体２０が接着剤等で貼着されている。 As shown in FIG. 2, four ink supply ports 42 are formed as ink inlets to the cavity unit 1 at the end portion on one short side of the cavity plate 17, and these four ink supply ports are provided. 42, four connection ports 43 are formed in the base plate 16 and the supply plate 15, respectively, so that the ink from the ink supply source passes through the ink supply port 42 and the connection port 43. , And supplied to one end of the common ink chamber 7 in the longitudinal direction. The four ink supply ports 42 are attached with filter bodies 20 having filter portions 20a corresponding to the respective openings with an adhesive or the like.

この実施形態では、インク供給口４２及び接続口４３がそれぞれ４つ設けられているのに対して、共通インク室７が５つ設けられており、図２における左端に位置するインク供給口４２だけが、２つの共通インク室７，７にインクを供給するように構成されている。このインク供給口４２には、ブラックインクが供給されるように設定されており、ブラックインクがその他のカラーインクに比べて使用頻度が高いことを考慮したものである。他のインク供給口４２には、イエロー、マゼンタ、シアンの各インクがそれぞれ単独に供給される。 In this embodiment, four ink supply ports 42 and four connection ports 43 are provided, whereas five common ink chambers 7 are provided, and only the ink supply port 42 located at the left end in FIG. 2 is provided. Is configured to supply ink to the two common ink chambers 7,7. This ink supply port 42 is set so that black ink is supplied, and it is considered that black ink is used more frequently than other color inks. The other ink supply ports 42 are supplied with yellow, magenta, and cyan inks, respectively.

一方、前記圧電アクチュエータ２には、知られた構造、例えば、特開２００２−２５４６３４号公報等に開示されたものと同様に、全ての圧力室３６にわたる大きさを有する扁平形状で且つその扁平な方向と直交する方向に積層される複数のセラミックス層と、この複数の層の扁平な方向の面上に配置される複数の電極層とが備えられている。ここでは、セラミックス粉末、バインダ、溶剤を混合したものを１枚の厚さが１５〜４０μｍ程度になるように扁平に成形した圧電セラミックス素材のシート（グリーンシート）の複数枚のうち適数枚のシート面に導電性ペーストで電極層を印刷法等によって形成し、その複数枚のグリーンシートを積層して焼成することで、圧電アクチュエータ２を形成している。 On the other hand, the piezoelectric actuator 2 has a flat shape having a size extending over all the pressure chambers 36 as well as a known structure, for example, one disclosed in JP-A-2002-254634. A plurality of ceramic layers stacked in a direction orthogonal to the direction and a plurality of electrode layers disposed on the flat surface of the plurality of layers are provided. Here, an appropriate number of sheets of piezoelectric ceramic material sheets (green sheets) formed by mixing ceramic powder, binder and solvent into a flat shape so that the thickness of each sheet is about 15 to 40 μm. The piezoelectric actuator 2 is formed by forming an electrode layer with a conductive paste on the sheet surface by a printing method or the like, and laminating and firing the plurality of green sheets.

電極層としては、圧力室３６毎に形成される個別電極４６と複数の圧力室２４に跨って形成される共通電極４７とを含む駆動電極の層と、表面電極４８の層とが設けられており、駆動電極の層は、個別電極４６の層と共通電極４７の層とがセラミックス層の積層方向に該層を挟んで交互に配置されている。表面電極４８の層は、圧電アクチュエータ２の最上面（キャビティユニット側とは反対側）に配置されており、個別電極４６及び共通電極４７と電気的なスルーホールを介して個々に接続された表面電極４８（図１参照）を形成し、各表面電極４８はフレキシブルフラットケーブル３に電気的に接続される。 As the electrode layer, a drive electrode layer including an individual electrode 46 formed for each pressure chamber 36 and a common electrode 47 formed across the plurality of pressure chambers 24, and a surface electrode 48 layer are provided. In the drive electrode layer, the individual electrode 46 layer and the common electrode 47 layer are alternately arranged in the stacking direction of the ceramic layers. The layer of the surface electrode 48 is disposed on the uppermost surface (opposite side of the cavity unit side) of the piezoelectric actuator 2 and is a surface individually connected to the individual electrode 46 and the common electrode 47 through electrical through holes. Electrodes 48 (see FIG. 1) are formed, and each surface electrode 48 is electrically connected to the flexible flat cable 3.

このように電極層が設けられた圧電アクチュエータ２では、公知のように個別電極４６と共通電極４７との間に高電圧を印加することで、両電極に挟まれたセラミックス層の部分が分極されて、圧電特性を有する活性部５４として形成される。この実施形態では、後述するように複数のセラミックス層（以下ベース圧電層５１という）に活性部５４が形成されているから、これらの活性部５４は、圧電層の積層方向に重なった状態となっている。そして、前記積層方向からの平面視において、個別電極４６は圧力室３６の形状に対応する細長形状を呈し、共通電極４７は複数の圧力室３６を連続して覆う広幅形状を呈しているから、複数重ねられた活性部５４の平面視形状は、個別電極４６と共通電極４７との重なり部分の形状となっている（図５参照）。 In the piezoelectric actuator 2 provided with the electrode layer in this manner, a portion of the ceramic layer sandwiched between both electrodes is polarized by applying a high voltage between the individual electrode 46 and the common electrode 47 as is well known. Thus, the active portion 54 having piezoelectric characteristics is formed. In this embodiment, since the active portions 54 are formed in a plurality of ceramic layers (hereinafter referred to as the base piezoelectric layer 51) as will be described later, these active portions 54 are overlapped in the stacking direction of the piezoelectric layers. ing. Since the individual electrode 46 has an elongated shape corresponding to the shape of the pressure chamber 36 and the common electrode 47 has a wide shape continuously covering the plurality of pressure chambers 36 in a plan view from the stacking direction, A plurality of the active portions 54 stacked in plan view have a shape of an overlapping portion between the individual electrode 46 and the common electrode 47 (see FIG. 5).

セラミックス層には、個別電極４６と共通電極４７とで上下を挟まれて活性部５４が形成されるベース圧電層５１と、ベース圧電層５１とキャビティユニット１との間に配置され活性部５４を含まないボトム層５２と、ベース圧電層５１におけるキャビティユニット１側とは反対となる側に配置され活性部５４を含まないトップ層５３とが設けられている。 The ceramic layer includes a base piezoelectric layer 51 in which an active portion 54 is formed by being sandwiched between an individual electrode 46 and a common electrode 47, and an active portion 54 disposed between the base piezoelectric layer 51 and the cavity unit 1. A bottom layer 52 not included and a top layer 53 disposed on the side opposite to the cavity unit 1 side of the base piezoelectric layer 51 and not including the active portion 54 are provided.

トップ層５３は、活性部５４の変位が圧力室３６側の反対側（トップ層５３側）に逃げないように抑圧して活性部５４の変位を圧力室３６側に効率よく伝達させるために設けたものである。ボトム層５２は、圧力室３６の開口を覆う圧電アクチュエータ２に圧力室３６のインクが浸透することで発生する電極間の短絡等を防止するために設けたものである。この実施形態では、ボトム層を１層設けるのに対して、ベース圧電層５１及びトップ層５３を複数層設けており、図４では、４層のベース圧電層５１と、１層のボトム層５２と、２層のトップ層５３とで構成した形態を例示している。なお、ここでいう層の「１層」とは、グリーンシート１枚から形成される層を意味し、例えば、電極層を挟まずに２枚のグリーンシートが重ねられて焼成され、見掛け上、２枚のグリーンシートが一体化していても、この場合には、「層が２層」形成されているものとする。 The top layer 53 is provided in order to suppress the displacement of the active portion 54 from escaping to the side opposite to the pressure chamber 36 (on the top layer 53 side) and to efficiently transmit the displacement of the active portion 54 to the pressure chamber 36 side. It is a thing. The bottom layer 52 is provided in order to prevent a short circuit between electrodes, etc., which occurs when ink in the pressure chamber 36 penetrates into the piezoelectric actuator 2 covering the opening of the pressure chamber 36. In this embodiment, one base layer is provided, whereas a plurality of base piezoelectric layers 51 and top layers 53 are provided. In FIG. 4, four base piezoelectric layers 51 and one bottom layer 52 are provided. And a configuration composed of two top layers 53 is illustrated. The term “one layer” as used herein means a layer formed from one green sheet. For example, two green sheets are stacked and fired without sandwiching an electrode layer. Even if two green sheets are integrated, in this case, “two layers” are formed.

このような構成のプレート型の圧電アクチュエータ２は、圧電層の積層方向が、当該圧電アクチュエータ２とキャビティユニット１との積層方向と一致するようにしてキャビティユニット１に重ねて接着・固定される。圧電アクチュエータ２の各個別電極４６はキャビティユニット１における各圧力室３６の各々に対応するように配置される。また、この圧電アクチュエータ２における上側の表面には、前記フレキシブルフラットケーブル３（図３参照）が接合されることにより、このフレキシブルフラットケーブル３における各種の配線パターン（図示せず）が、前記各表面電極４８に電気的に接合される。 The plate-type piezoelectric actuator 2 having such a configuration is bonded and fixed to the cavity unit 1 so that the lamination direction of the piezoelectric layers coincides with the lamination direction of the piezoelectric actuator 2 and the cavity unit 1. Each individual electrode 46 of the piezoelectric actuator 2 is disposed so as to correspond to each pressure chamber 36 in the cavity unit 1. In addition, the flexible flat cable 3 (see FIG. 3) is joined to the upper surface of the piezoelectric actuator 2 so that various wiring patterns (not shown) in the flexible flat cable 3 are connected to the respective surfaces. It is electrically joined to the electrode 48.

上記構成のインクジェットヘッド１００において、ノズル配置の高集積化に対応させて圧力室３６を高集積化することと、液滴体積の微小化によって画質を向上させることとを考慮して、圧力室３６が長さ１．４ｍｍの場合、活性部５４の長手方向の長さＬ１を１．５ｍｍ以下、好ましくは１．２〜１．３ｍｍ程度に設定した。圧力室３６が長さ１．１ｍｍの場合、活性部５４の長手方向の長さＬ１を０．９ｍｍ程度に設定した。そして、このような長さの活性部５４を用いた場合でも、所望の微小液滴を所定の速度で吐出させるために、本出願人は様々な実験を行った。その結果、前述した幅（Ｗ１）２４０〜２８０μｍを有する圧力室３６に対しては、圧力室３６の幅に平行な個別電極４６の幅Ｗ３を、１４０〜１６０μｍとすることが適しているとわかった。この個別電極４６と共通電極４７との重なりの形状が活性部５４の平面視形状にそのまま反映されるから、活性部５４の平面視形状における幅（短手方向の長さ）はＷ３（＝１４０〜１６０μｍ）となる（図５参照）。 In the inkjet head 100 having the above-described configuration, the pressure chamber 36 is considered in consideration of the high integration of the pressure chamber 36 corresponding to the high integration of the nozzle arrangement and the improvement of the image quality by the miniaturization of the droplet volume. When the length is 1.4 mm, the length L1 of the active portion 54 in the longitudinal direction is set to 1.5 mm or less, preferably about 1.2 to 1.3 mm. When the pressure chamber 36 was 1.1 mm in length, the length L1 in the longitudinal direction of the active portion 54 was set to about 0.9 mm. Even when the active portion 54 having such a length is used, the present applicant conducted various experiments in order to discharge a desired minute droplet at a predetermined speed. As a result, for the pressure chamber 36 having the aforementioned width (W1) 240 to 280 μm, it is found that the width W3 of the individual electrode 46 parallel to the width of the pressure chamber 36 is suitable to be 140 to 160 μm. It was. Since the overlapping shape of the individual electrode 46 and the common electrode 47 is directly reflected in the planar view shape of the active portion 54, the width (length in the short direction) of the active portion 54 in the planar view shape is W3 (= 140). ˜160 μm) (see FIG. 5).

また、実験の結果、圧電アクチュエータの層の１層当たりの厚みは、１５〜４０μｍが望ましいことがわかった。さらに詳細には、ベース圧電層５１の厚みは１５〜３０μｍであることが好ましいのに対して、トップ層５３及びボトム層５２の各厚みは、ベース圧電層５１よりも厚く、２５〜４０μｍであることが好ましいことがわかった。また、トップ層５３ではなく、トップ層に最も近いベース圧電層５１の１層を、２５〜４０μｍに設定してもよい。このように、圧電アクチュエータの上下寄りの層を、ほぼ上下対称に厚くすることで、圧電アクチュエータの製造時、焼結した際に圧電アクチュエータの上下寄りの層の厚みの偏りによる、反りの発生を抑えることができ、複数の圧力室に対して圧電アクチュエータの各活性部をほぼ均一に作用させることができる。 As a result of the experiment, it was found that the thickness per layer of the piezoelectric actuator layer is preferably 15 to 40 μm. More specifically, the thickness of the base piezoelectric layer 51 is preferably 15 to 30 μm, whereas each of the top layer 53 and the bottom layer 52 is thicker than the base piezoelectric layer 51 and is 25 to 40 μm. It turned out to be preferable. Further, instead of the top layer 53, one layer of the base piezoelectric layer 51 closest to the top layer may be set to 25 to 40 μm. In this way, by increasing the thickness of the upper and lower layers of the piezoelectric actuator almost vertically and symmetrically, warping occurs due to the deviation of the thickness of the upper and lower layers of the piezoelectric actuator when the piezoelectric actuator is manufactured and sintered. Therefore, each active part of the piezoelectric actuator can be made to act substantially uniformly on the plurality of pressure chambers.

図６（ｂ）には、トップ層５３の厚みに応じて、駆動電圧（電圧Ｖ）がどのように変化するかについて実験した結果を示している。この実験は、図６（ａ）に示すように、ＰＺＴ活性長（Ｌ１）、圧力室長（Ｌ２）、及びノズル孔径の異なる５種類のノズル列、Ａ列〜Ｅ列において実施した。Ａ列では、Ｌ２＝１．２ｍｍ、Ｌ１＝０．９ｍｍ、Ｂ列では、Ｌ２＝１．１ｍｍ、Ｌ１＝０．８ｍｍ、Ｄ列では、Ｌ２＝１．５ｍｍ、Ｌ１＝１．２ｍｍ、Ｅ列では、Ｌ２＝１．６ｍｍ、Ｌ１＝１．３ｍｍであり、Ｃ列は比較（参考）のためＬ２＝１．８ｍｍ、Ｌ１＝１．７ｍｍとした。そして、所望の吐出速度９ｍ／ｓを得るための駆動電圧値（縦軸に「電圧」と記載）の比較を行った。なお、圧力室の長さ１．２ｍｍと１．１ｍｍに対してノズル４の孔径をそれぞれ１８．０μｍ、圧力室の長さ１．８ｍｍと１．５ｍｍと１．６ｍｍに対してノズル４の孔径をそれぞれ２０．５μｍに設定している。実験の結果、Ｅ列を除き、Ａ〜Ｄ列の４つでは、トップ層５３の厚みを他の層の厚みよりも厚くした場合（３０μｍ）の方が、トップ層５３の厚みが他の層の厚みと同じ場合（２４μｍ）よりも、駆動電圧が同じか低くなり、トップ層５３の厚みを他の層の厚みよりも厚くすることで、所望の吐出速度を得るための駆動電圧を低くできることが確認できた。 FIG. 6B shows a result of an experiment on how the drive voltage (voltage V) changes according to the thickness of the top layer 53. As shown in FIG. 6 (a), this experiment was performed in five types of nozzle rows, rows A to E, with different PZT active length (L1), pressure chamber length (L2), and nozzle hole diameter. In row A, L2 = 1.2 mm, L1 = 0.9 mm, in row B, L2 = 1.1 mm, L1 = 0.8 mm, in row D, L2 = 1.5 mm, L1 = 1.2 mm, row E Then, L2 = 1.6 mm and L1 = 1.3 mm, and the C row is L2 = 1.8 mm and L1 = 1.7 mm for comparison (reference). Then, a comparison was made of drive voltage values (described as “voltage” on the vertical axis) to obtain a desired discharge speed of 9 m / s. The nozzle 4 has a hole diameter of 18.0 μm for the pressure chamber lengths of 1.2 mm and 1.1 mm, respectively, and the nozzle chamber 4 has a hole diameter of 1.8 mm, 1.5 mm, and 1.6 mm. Is set to 20.5 μm. As a result of the experiment, except for the E row, in the four rows A to D, when the thickness of the top layer 53 is larger than the thickness of the other layers (30 μm), the thickness of the top layer 53 is other layers. The driving voltage is the same as or lower than the case of the same thickness (24 μm), and the driving voltage for obtaining a desired discharge speed can be lowered by making the thickness of the top layer 53 larger than the thickness of the other layers. Was confirmed.

また、Ａ列とＢ列とを比較した場合（Ｌ２＝１．１±０．１ｍｍ）、Ａ列（Ｌ１＝０．９ｍｍ）の方が、Ｂ列（Ｌ１＝０．８ｍｍ）よりも、駆動電圧を低くできることが確認できた。さらに、Ｄ列とＥ列とを比較した場合（Ｌ２＝１．４±０．１ｍｍ）、Ｄ列（Ｌ１＝１．２ｍｍ）と、Ｅ列（Ｌ１＝１．３ｍｍ）とでほとんど駆動電圧が変わらないことが確認できた。以上のことから、圧力室長Ｌ２が、１．１±０．１ｍｍの場合と、１．４±０．１ｍｍの場合とでは、１．１±０．１ｍｍの場合の方が、ＰＺＴ活性長Ｌ１が駆動電圧に、より大きく影響しているといえる。 Further, when the A row and the B row are compared (L2 = 1.1 ± 0.1 mm), the A row (L1 = 0.9 mm) is driven more than the B row (L1 = 0.8 mm). It was confirmed that the voltage could be lowered. Further, when the D row and the E row are compared (L2 = 1.4 ± 0.1 mm), the drive voltage is almost the same in the D row (L1 = 1.2 mm) and the E row (L1 = 1.3 mm). It was confirmed that there was no change. From the above, when the pressure chamber length L2 is 1.1 ± 0.1 mm and 1.4 ± 0.1 mm, the PZT active length L1 is 1.1 ± 0.1 mm. It can be said that this greatly affects the drive voltage.

次に、圧力室３６の高さに関する比較実験を図７（ａ）に示す。この実験において用いた、キャビティプレート１７、及び圧力室３６の、圧電アクチュエータ２と対向する側の面を画成するベースプレート１６はいずれも、４２％ニッケル合金鋼板製である。キャビティプレート１７の厚さ（横軸に「キャビティ厚さ」と記載）として、４０、５０、８０μｍの３種類を用意し、これらに図６（ａ）に示すＡ、Ｂ、Ｄ、Ｅの４条件のノズル列を組み合わせて、所望の吐出速度９ｍ／ｓを得るための駆動電圧値（縦軸に「電圧」と記載）の比較を行った。その結果、図７（ａ）に示すように、キャビティプレート１７の厚さＴ１（圧力室の高さ）が５０μｍの場合に、他の厚さ（４０μｍ、８０μｍ）とした場合よりも駆動電圧が低くなることがわかった。また、Ａ、Ｄ、Ｅ列は、Ｂ列に対して駆動電圧が他よりも低くなり、特にＤ、Ｅ列はほとんど変わらない。さらに、図７(ａ)から厚さ６０μｍ以下なら、Ｄ、Ｅ列だけでなくＡ列も十分低電圧で駆動することが可能になることが推測される。これにより、公差も含めて、圧力室の高さＴ１として、前述の４０〜６０μｍが最適であり、活性部の長さＬ１は１．３〜０．９ｍｍのものが最適であることが分る。これらの場合、所望の吐出速度９ｍ／ｓを得るための駆動電圧値を、２３．５〜２７Ｖの範囲に収めることができる。 Next, a comparative experiment regarding the height of the pressure chamber 36 is shown in FIG. The cavity plate 17 and the base plate 16 defining the surface of the pressure chamber 36 on the side facing the piezoelectric actuator 2 used in this experiment are both made of 42% nickel alloy steel plate. As the thickness of the cavity plate 17 (described as “cavity thickness” on the horizontal axis), three types of 40, 50, and 80 μm are prepared, and four of A, B, D, and E shown in FIG. The drive voltage values (represented as “voltage” on the vertical axis) for obtaining a desired discharge speed of 9 m / s were compared by combining the nozzle rows of the conditions. As a result, as shown in FIG. 7A, when the thickness T1 (height of the pressure chamber) of the cavity plate 17 is 50 μm, the driving voltage is larger than when the thickness is set to other thicknesses (40 μm, 80 μm). It turned out to be lower. In addition, the driving voltages of the A, D, and E columns are lower than those of the B column, and the D and E columns are almost the same. Further, from FIG. 7A, if the thickness is 60 μm or less, it is estimated that not only the D and E rows but also the A row can be driven with a sufficiently low voltage. Accordingly, it is understood that the pressure chamber height T1 including the tolerance is optimally 40 to 60 μm, and the active portion length L1 is optimally 1.3 to 0.9 mm. . In these cases, the drive voltage value for obtaining a desired discharge speed of 9 m / s can be kept in the range of 23.5 to 27V.

次に、圧力室３６の、圧電アクチュエータ２と対向する側の面を画成する部材となるベースプレート１６の厚みに関する比較実験を図７（ｂ）に示す。この実験において用いた、キャビティプレート１７、及び圧力室３６の、圧電アクチュエータ２と対向する側の面を画成するベースプレート１６はいずれも、４２％ニッケル合金鋼板製である。前記実施形態では、ベースプレート１６の厚みとして、５０、１００、１５０、２００μｍの４種類を用意し、これらに図６（ａ）に示すＡ、Ｂ、Ｄ、Ｅの４条件のノズル列を組み合わせて、所望の吐出速度９ｍ／ｓを得るための駆動電圧値（縦軸に「電圧」と記載）の比較を行った。その結果、図７（ｂ）に示すように、ベースプレート１６の厚みが１００〜１５０μｍの場合に、駆動電圧が他よりも小さくなることがわかった。また、Ａ、Ｄ、Ｅ列は、Ｂ列に対して駆動電圧が低くなり、特にＤ、Ｅ列はほとんど変わらない。これにより、公差も含めて、ベースプレート１６の厚みＴ２として、前述の１００〜１５０μｍが最適であり、活性部５４の長さＬ１は１．３〜０．９ｍｍのものが最適であることが分った。 Next, FIG. 7B shows a comparative experiment regarding the thickness of the base plate 16 serving as a member that defines the surface of the pressure chamber 36 on the side facing the piezoelectric actuator 2. The cavity plate 17 and the base plate 16 defining the surface of the pressure chamber 36 on the side facing the piezoelectric actuator 2 used in this experiment are both made of 42% nickel alloy steel plate. In the embodiment, four types of thicknesses of 50, 100, 150, and 200 μm are prepared as the thickness of the base plate 16, and these are combined with nozzle rows of four conditions A, B, D, and E shown in FIG. The drive voltage values (denoted “voltage” on the vertical axis) for obtaining a desired discharge speed of 9 m / s were compared. As a result, as shown in FIG. 7B, it was found that when the thickness of the base plate 16 is 100 to 150 μm, the drive voltage is smaller than the others. In addition, the driving voltage of the A, D, and E columns is lower than that of the B column, and the D and E columns are almost the same. As a result, it is understood that the above-mentioned 100 to 150 μm is optimal as the thickness T2 of the base plate 16 including the tolerance, and that the length L1 of the active portion 54 is 1.3 to 0.9 mm is optimal. It was.

圧電アクチュエータ２からの吐出圧力を効率よく圧力室３６内のインクに伝達するためには、ベースプレート１６の剛性が高いことが必要であるから、ベースプレート１６の厚みＴ２をできるだけ厚くすることが考えられるが、厚みＴ２＝２００μｍで駆動電圧が高くなっているのは、厚みの増加にともない、貫通路３８及び連通孔３７の流路長、流路径などが増加し、圧力室内のインクに発生する圧力波の周期に乱れが発生するなどの影響があったものと考えられる。 In order to efficiently transmit the discharge pressure from the piezoelectric actuator 2 to the ink in the pressure chamber 36, the base plate 16 needs to have high rigidity. Therefore, the thickness T2 of the base plate 16 can be increased as much as possible. The reason why the driving voltage is high when the thickness T2 is 200 μm is that the flow length and the diameter of the through-passage 38 and the communication hole 37 increase as the thickness increases, and the pressure wave generated in the ink in the pressure chamber It is thought that there was an influence such as the occurrence of disturbance in the period.

次に、図７（ａ）に示した結果から求めたキャビティ厚さの最適値を検証するために、圧電アクチュエータの駆動電圧を一定とした場合、キャビティプレート１７の厚さＴ１を変えると、インクの吐出速度がどのように変化するかシミュレーションを行った。このシミュレーションは、以下のような圧電アクチュエータの動作原理に基づく。圧電アクチュエータの電極層に駆動電圧を印加すると、活性部５４がベース圧電層５１の厚み方向に伸び、これにより圧力室３６の容積が減少し、圧力室３６内のインクの圧力が増加してノズルからインクが吐出される。ここで、キャビティプレート１７の厚さＴ１（つまり、圧力室３６の高さ）を変えると、圧力室における容積変化率が変化するので、同じ駆動電圧でも圧力室３６の容積の減少量が変化する。それゆえ、圧力室３６内のインクに加わる圧力も変わり、結果としてインクの吐出速度も変化することになる。 Next, in order to verify the optimum value of the cavity thickness obtained from the result shown in FIG. 7A, if the drive voltage of the piezoelectric actuator is constant, the ink thickness can be changed by changing the thickness T1 of the cavity plate 17. A simulation was conducted on how the discharge speed of the ink changed. This simulation is based on the following operating principle of the piezoelectric actuator. When a driving voltage is applied to the electrode layer of the piezoelectric actuator, the active portion 54 extends in the thickness direction of the base piezoelectric layer 51, thereby reducing the volume of the pressure chamber 36 and increasing the pressure of the ink in the pressure chamber 36. Ink is discharged from. Here, if the thickness T1 of the cavity plate 17 (that is, the height of the pressure chamber 36) is changed, the volume change rate in the pressure chamber changes, so the amount of decrease in the volume of the pressure chamber 36 also changes with the same drive voltage. . Therefore, the pressure applied to the ink in the pressure chamber 36 also changes, and as a result, the ink ejection speed also changes.

シミュレーションに用いた圧電アクチュエータの圧力室３６の幅Ｗ１を２６０μｍ、個別電極４６の幅Ｗ３を１５０μｍ、駆動電圧を２０Ｖとし、ノズルはブラック用ノズルとカラー用ノズルの２種類でシミュレートした。ブラック用ノズルについては、ノズル径を２０．５μｍ、ＰＺＴ活性長Ｌ１を１．２５ｍｍ、圧力室長Ｌ２を１．３５ｍｍとし、カラー用ノズルについては、ノズル径を１８μｍ、ＰＺＴ活性長Ｌ１を０．８５ｍｍ、圧力室長Ｌ２を０．９５ｍｍとした。これらの条件において、キャビティプレート１７の厚みＴ１を、３０μｍ、４０μｍ、５０μｍ、６０μｍ、８０μｍ、１００μｍとした場合の、ブラック用ノズルの吐出速度、及びカラー用ノズルの吐出速度をそれぞれ計算した結果を図８（ａ）に示し、それをグラフとして図８（ｂ）に示した。図８（ｂ）に示されたように、ブラック用ノズル（ＢＫ）の場合、インクの吐出速度は、キャビティ厚さ３０μｍ〜６０μｍに渡って徐々に増加し、キャビティ厚さが６０μｍを超えると、減少する。また、カラー用ノズル（Ｃｌ）の場合、インクの吐出速度は、キャビティ厚さ３０μｍ〜５０μｍに渡って徐々に増加し、キャビティ厚さが５０μｍを超えると、減少する。これらの結果から、ブラック用ノズル及びカラー用ノズルのいずれにおいても、キャビティプレート１７の厚みＴ１が４０〜６０μｍにおいて、一層速い吐出速度を得られることが分る。これは、キャビティプレート１７の厚みＴ１が３０μｍの場合、圧力室の幅２６０μｍ×高さ３０μｍとなり偏平な形状となるため、圧力室での流路抵抗が大きくなり、この流路抵抗によりロスする分が増大し、吐出速度が低下すると考えられる。他方、６０μｍを超えると圧力室容積が大きくなり、ＰＺＴ変位による変形比率が小さくなり、吐出速度が上がらないと考えられる。 The width W1 of the pressure chamber 36 of the piezoelectric actuator used for the simulation was 260 μm, the width W3 of the individual electrode 46 was 150 μm, the driving voltage was 20 V, and the nozzles were simulated with two types of nozzles for black and color. For the black nozzle, the nozzle diameter is 20.5 μm, the PZT active length L1 is 1.25 mm, and the pressure chamber length L2 is 1.35 mm. For the color nozzle, the nozzle diameter is 18 μm, and the PZT active length L1 is 0.85 mm. The pressure chamber length L2 was set to 0.95 mm. The results of calculating the discharge speed of the black nozzle and the discharge speed of the color nozzle when the thickness T1 of the cavity plate 17 is 30 μm, 40 μm, 50 μm, 60 μm, 80 μm, and 100 μm under these conditions are shown in FIG. This is shown in FIG. 8 (a) and shown as a graph in FIG. 8 (b). As shown in FIG. 8B, in the case of the black nozzle (BK), the ink ejection speed gradually increases over a cavity thickness of 30 μm to 60 μm, and when the cavity thickness exceeds 60 μm, Decrease. In the case of the color nozzle (Cl), the ink ejection speed gradually increases over a cavity thickness of 30 μm to 50 μm, and decreases when the cavity thickness exceeds 50 μm. From these results, it can be seen that both the black nozzle and the color nozzle can obtain a higher discharge speed when the thickness T1 of the cavity plate 17 is 40 to 60 μm. This is because when the thickness T1 of the cavity plate 17 is 30 μm, the pressure chamber has a flat shape with a width of 260 μm × height of 30 μm. It is considered that the discharge speed increases. On the other hand, when it exceeds 60 μm, the pressure chamber volume is increased, the deformation ratio due to the PZT displacement is decreased, and it is considered that the discharge speed does not increase.

発明者の実験によれば、圧力室３６の長さＬ２に対して活性部５４の長さＬ１は、０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ程度短く設定されるが、この範囲内の誤差であれば、インク滴の吐出速度にあまり大きく影響しないことがわかっている。このため、Ｅ列の圧力室３６の長さ１．６ｍｍに対して活性部５４の長さＬ１は、１．５ｍｍ程度でも使用可能である。 According to the inventor's experiment, the length L1 of the active portion 54 is set to be shorter by about 0.1 mm to 0.3 mm than the length L2 of the pressure chamber 36. If the error is within this range, It has been found that it does not significantly affect the ink droplet ejection speed. For this reason, the length L1 of the active portion 54 can be about 1.5 mm with respect to the length 1.6 mm of the pressure chamber 36 in the E row.

このように、本発明では、活性部５４の長手方向の長さＬ１を１．５ｍｍ以下の短い長さに設定しても、前述したように圧力室３６及び圧電アクチュエータ２の構成を最適化することで、駆動電圧の増加を抑制できるから、圧力室３６を高集積化できるとともに、インクの小滴を所定速度で吐出して画質の向上を図ることが可能となる。 Thus, in the present invention, the configuration of the pressure chamber 36 and the piezoelectric actuator 2 is optimized as described above even if the length L1 in the longitudinal direction of the active portion 54 is set to a short length of 1.5 mm or less. As a result, an increase in the drive voltage can be suppressed, so that the pressure chamber 36 can be highly integrated, and ink droplets can be ejected at a predetermined speed to improve the image quality.

上記実施形態では、インクを吐出するインクジェットヘッドに適用したが、本発明は、着色液体を媒体に塗布する装置、あるいは媒体に薄膜を形成する装置などにも適用することができる。 In the above embodiment, the present invention is applied to an ink jet head that ejects ink. However, the present invention can also be applied to an apparatus that applies a colored liquid to a medium, an apparatus that forms a thin film on a medium, or the like.

液滴吐出装置としてのインクジェットヘッドの分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the inkjet head as a droplet discharge device. キャビティユニットの分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of a cavity unit. 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. 1. 図３のＩＶ−ＩＶ線矢視断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG. 3. 圧力室と活性部との位置関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the positional relationship of a pressure chamber and an active part. 図６（ａ）は実験に用いたノズル列の条件を示す図であり、図６（ｂ）はトップ圧電層の厚みと駆動電圧との関係を示す図である。FIG. 6A is a diagram showing the conditions of the nozzle array used in the experiment, and FIG. 6B is a diagram showing the relationship between the thickness of the top piezoelectric layer and the driving voltage. 図７（ａ）はキャビティプレートの厚さと駆動電圧との関係を示す図であり、図７（ｂ）はベースプレートの厚さと駆動電圧との関係を示す図である。FIG. 7A is a diagram showing the relationship between the thickness of the cavity plate and the drive voltage, and FIG. 7B is a diagram showing the relationship between the thickness of the base plate and the drive voltage. 図８（ａ）はキャビティプレートの厚さとインクの吐出速度との関係を示す図、図８（ｂ）は図８（ａ）をグラフ化した図である。FIG. 8A is a diagram showing the relationship between the thickness of the cavity plate and the ink ejection speed, and FIG. 8B is a graph of FIG. 8A.

Explanation of symbols

１キャビティユニット
２圧電アクチュエータ
３フレキシブルフラットケ−ブル
４ノズル
１１ノズルプレート
１６ベースプレート
１７キャビティプレート
３６圧力室
４６個別電極
４７共通電極
４８表面電極
５１ベース圧電層
５２ボトム圧電層
５３トップ圧電層
５４活性部
１００インクジェットヘッド DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cavity unit 2 Piezoelectric actuator 3 Flexible flat cable 4 Nozzle 11 Nozzle plate 16 Base plate 17 Cavity plate 36 Pressure chamber 46 Individual electrode 47 Common electrode 48 Surface electrode 51 Base piezoelectric layer 52 Bottom piezoelectric layer 53 Top piezoelectric layer 54 Active part 100 Inkjet head

Claims

A droplet discharge device that discharges droplets from a plurality of nozzles,
A cavity unit having the plurality of nozzles and a plurality of pressure chambers corresponding to each of the plurality of nozzles and extending on a predetermined plane;
A plurality of active portions extending corresponding to each of the plurality of pressure chambers, and a piezoelectric actuator formed on the cavity unit so as to cover the plane;
The length of the active part in the longitudinal direction is 1.5 mm or less,
The height of the pressure chamber is 40-60 μm,
The thickness of the member that defines the surface of the pressure chamber facing the piezoelectric actuator is 100 to 150 μm,
A liquid droplet ejection apparatus, wherein the volume of the pressure chamber filled with a liquid is changed by the displacement of the active portion to eject liquid droplets from the nozzle.

The length of the pressure chamber in the short direction is 240 to 280 μm, and the piezoelectric actuator includes a plurality of base piezoelectric layers to be stacked and a plurality of electrode layers sandwiching each of the plurality of base piezoelectric layers. And a plurality of individual electrode layers formed corresponding to each of the plurality of pressure chambers, and a common electrode is formed across the plurality of pressure chambers. A plurality of common electrode layers, a region of the base piezoelectric layer between the plurality of individual electrodes and the common electrode is formed as the plurality of active portions, and the thickness of the base piezoelectric layer is 15 2. The droplet discharge device according to claim 1, wherein the length of the individual electrode in the short direction is 140 to 180 μm.

The piezoelectric actuator further includes a top layer disposed on the opposite side to the cavity unit with respect to the plurality of base piezoelectric layers, and a bottom layer disposed on the opposite side to the top layer with respect to the plurality of base piezoelectric layers, 3. The droplet according to claim 2, wherein the plurality of active portions are included only in the base piezoelectric layer, and the thicknesses of the bottom layer and the top layer are each larger than the thickness of each of the base piezoelectric layers. Discharge device.

4. The droplet discharge device according to claim 3, wherein each of the top layer and the bottom layer has a thickness of 25 to 40 μm, and each of the plurality of base piezoelectric layers has a thickness of 15 to 30 μm.

The piezoelectric actuator further includes a top layer disposed on the opposite side to the cavity unit with respect to the plurality of base piezoelectric layers, and a bottom layer disposed on the opposite side to the top layer with respect to the plurality of base piezoelectric layers, The plurality of active portions are included only in the base piezoelectric layer, and the thickness of the base piezoelectric layer and the bottom layer that are closest to the top layer among the plurality of base piezoelectric layers is the remaining base piezoelectric layer. The droplet discharge device according to claim 2, wherein the droplet discharge device is thicker than each thickness.

6. The thickness of the base piezoelectric layer and the bottom layer closest to the top layer is 25 to 40 [mu] m, respectively, and the thickness of the remaining base piezoelectric layer is 15 to 30 [mu] m, respectively. The droplet discharge device according to 1.

In the cavity unit, the member in which the plurality of pressure chambers are formed and the member constituting the surface facing the piezoelectric actuator of the plurality of pressure chambers are both made of a nickel alloy steel plate. The droplet ejecting apparatus according to claim 1.

The droplet ejecting apparatus according to claim 1, wherein each of the active portions has a length in the longitudinal direction of 1.2 mm or less.

When the length of the active portion in the longitudinal direction is 0.9 to 1.3 mm, a driving voltage for discharging the droplets at a discharge speed of 9 m / s is 23.5 to 27 V. The droplet ejecting apparatus according to claim 1.

The liquid droplet ejecting apparatus according to claim 1, wherein the liquid droplet ejecting apparatus is an ink jet head that performs image recording by ejecting ink droplets.