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JP7657122B2 - LIQUID DISCHARGE HEAD AND METHOD FOR MANUFACTURING LIQUID DISCHARGE HEAD - Google Patents
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JP7657122B2 - LIQUID DISCHARGE HEAD AND METHOD FOR MANUFACTURING LIQUID DISCHARGE HEAD - Google Patents

LIQUID DISCHARGE HEAD AND METHOD FOR MANUFACTURING LIQUID DISCHARGE HEAD Download PDF

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Description

本発明の実施形態は、液体吐出ヘッド及び液体吐出ヘッドの製造方法に関する。 Embodiments of the present invention relate to a liquid ejection head and a method for manufacturing a liquid ejection head.

近年、インクジェットヘッドにおいて、高生産性が求められ、高速化や液滴量増加が課題となっている。例えば、シェアモードシェアードウォール式のインクジェットヘッドは、ハイパワーとなり、高粘度インクの吐出や大きな液滴の吐出に向いている。シェアモードシェアウォール式のインクジェットヘッドにおいては、同じ駆動柱を2つの圧力室で共有し、複数配列される室のうちの1/3を圧力室として同時に駆動する所謂3サイクル駆動が一般的である。また、駆動する圧力室の両側をダミー圧力室として、1つの圧力室を独立した2つの駆動柱で駆動する独立駆動ヘッドも開発されている。例えば、圧電体に多数の溝を形成し、1本おきに出入り口を塞ぎ、出入り口が塞がれない溝を圧力室とし、塞がれた溝を空気室として、独立駆動とする構造が開発されている。 In recent years, high productivity is required for inkjet heads, and high speed and increased droplet volume are issues. For example, a share-mode shared-wall type inkjet head is high-powered and suitable for ejecting high-viscosity ink and large droplets. In a share-mode shared-wall type inkjet head, the same drive column is shared by two pressure chambers, and so-called three-cycle drive is common, in which one-third of the multiple arranged chambers are simultaneously driven as pressure chambers. In addition, an independent drive head has been developed in which both sides of the driven pressure chamber are used as dummy pressure chambers and one pressure chamber is driven by two independent drive columns. For example, a structure has been developed in which many grooves are formed in a piezoelectric body, and the entrances and exits of every other groove are blocked, and the grooves whose entrances and exits are not blocked are used as pressure chambers and the blocked grooves are used as air chambers, and independent drive is performed.

このようなインクジェットヘッドにおいては、インク滴が吐出した後、共通液室から圧力室にインクが補給される。このとき、ノズルでオーバーシュートしてメニスカスが盛り上る現象が発生する。共通液室からノズルに至る流路の流体抵抗が小さいほどオーバーシュートは大きくなり、このオーバーシュートが収まらないとメニスカスが安定した状態で吐出をすることができない。したがって、インクジェットヘッドにおいて高速化するには、メニスカスの盛り上りを早く収束させ、安定的な吐出特性を確保することが求められる。 In such inkjet heads, after an ink droplet is ejected, ink is replenished from the common liquid chamber to the pressure chamber. At this time, a phenomenon occurs in which the meniscus swells due to overshooting at the nozzle. The smaller the fluid resistance of the flow path from the common liquid chamber to the nozzle, the larger the overshoot becomes, and unless this overshoot subsides, ejection cannot be performed in a stable meniscus state. Therefore, in order to increase the speed of an inkjet head, it is necessary to quickly converge the meniscus swell and ensure stable ejection characteristics.

特開2008-94036号公報JP 2008-94036 A

本発明が解決しようとする課題は、安定的な吐出特性を確保することができる液体吐出ヘッド及び液体吐出ヘッドの製造方法を提供することである。 The problem that this invention aims to solve is to provide a liquid ejection head and a method for manufacturing a liquid ejection head that can ensure stable ejection characteristics.

一実施形態に係る液体吐出ヘッドは、複数の圧力室と、複数のダミー室と、共通室と、カバー部材と、を備える。複数の圧力室は、液体を吐出するノズルに連通する。複数のダミー室は複数の前記圧力室の間に配される。共通室は、複数の前記圧力室の両側に連通する。カバー部材は、前記圧力室及び前記ダミー室の前記共通室に開口する開口を覆うとともに、前記圧力室に対向する位置に孔部を有する。 A liquid ejection head according to one embodiment includes a plurality of pressure chambers, a plurality of dummy chambers, a common chamber, and a cover member. The plurality of pressure chambers communicate with a nozzle that ejects liquid. The plurality of dummy chambers are disposed between the plurality of pressure chambers. The common chamber communicates with both sides of the plurality of pressure chambers. The cover member covers the openings of the pressure chambers and the dummy chambers that open into the common chamber, and has a hole at a position facing the pressure chambers.

実施形態に係るインクジェットヘッドを示す斜視図。FIG. 1 is a perspective view showing an inkjet head according to an embodiment. 実施形態に係るインクジェットヘッドの一部の構成を示す分解斜視図。FIG. 2 is an exploded perspective view showing a configuration of a portion of an inkjet head according to an embodiment. 同インクジェットヘッドの一部の構成を拡大して示す断面図。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a configuration of a portion of the inkjet head. 同インクジェットヘッドの一部の構成を拡大して示す断面図。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a configuration of a portion of the inkjet head. 同インクジェットヘッドの製造方法の説明図。3A to 3C are explanatory diagrams of a method for manufacturing the inkjet head. 試験例1及び試験例2に係るインクジェットヘッドの説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram of an inkjet head according to Test Example 1 and Test Example 2. 試験例1に係るインクジェットヘッドの吐出速度を示すグラフ。13 is a graph showing the ejection speed of the inkjet head according to Test Example 1. 試験例2に係るインクジェットヘッドの吐出速度を示すグラフ。13 is a graph showing the ejection speed of an inkjet head according to Test Example 2. 試験例1及び試験例2に係るインクジェットヘッドのメニスカス復帰特性を示すグラフ。13 is a graph showing meniscus recovery characteristics of the inkjet heads according to Test Examples 1 and 2. 試験例1及び試験例3に係るエンドシュータのインクジェットヘッドの説明図。FIG. 11 is an explanatory diagram of an inkjet head of an end shooter according to Test Example 1 and Test Example 3. 試験例1及び試験例3に係るインクジェットヘッドの駆動波形を示すグラフ。13 is a graph showing driving waveforms of the inkjet head according to Test Example 1 and Test Example 3. 試験例1及び試験例3に係るインクジェットヘッドのノズル流速振動を示すグラフ。13 is a graph showing nozzle flow velocity vibration of the inkjet heads according to Test Examples 1 and 3. 試験例1及び試験例3に係るインクジェットヘッドの吐出体積を示すグラフ。13 is a graph showing the ejection volume of the inkjet heads according to Test Examples 1 and 3. 試験例1及び試験例3に係るインクジェットヘッドのメニスカス復帰特性を示すグラフ。13 is a graph showing meniscus recovery characteristics of the inkjet heads according to Test Examples 1 and 3. 実施形態に係るインクジェットプリンタを示す模式図。FIG. 1 is a schematic diagram showing an inkjet printer according to an embodiment.

以下に、第1実施形態に係る液体吐出ヘッドであるインクジェットヘッド10の構成について、図1乃至図4を参照して説明する。図1は、第1実施形態に係るインクジェットヘッドを示す斜視図であり、図2はインクジェットヘッドの一部の分解斜視図である。図3、図4はインクジェットヘッドの一部の構成を拡大して示す断面図である。図5はインクジェットヘッドの製造工程の説明図である。図中X、Y、Zは互いに直交する第1方向、第2方向、及び3方向をそれぞれ示す。なお、本実施形態において、インクジェットヘッド10のノズル28や圧力室31の並列方向がX軸に、圧力室31の延出方向がY軸に、液体の吐出方向がZ軸に、それぞれ沿う姿勢を基準として方向の説明を記載するが、これに限られるものではない。 The configuration of the inkjet head 10, which is a liquid ejection head according to the first embodiment, will be described below with reference to Figs. 1 to 4. Fig. 1 is a perspective view showing the inkjet head according to the first embodiment, and Fig. 2 is an exploded perspective view of a part of the inkjet head. Figs. 3 and 4 are enlarged cross-sectional views showing a part of the configuration of the inkjet head. Fig. 5 is an explanatory diagram of the manufacturing process of the inkjet head. In the figure, X, Y, and Z respectively indicate a first direction, a second direction, and a third direction that are perpendicular to each other. Note that in this embodiment, the directions are described based on the orientation in which the parallel direction of the nozzles 28 and pressure chambers 31 of the inkjet head 10 is along the X axis, the extension direction of the pressure chambers 31 is along the Y axis, and the ejection direction of the liquid is along the Z axis, but the present invention is not limited to this.

図1乃至図4に示すように、インクジェットヘッド10は、いわゆるサイドシュータ型のシェアモードシェアウォール方式インクジェットヘッドである。インクジェットヘッド10は、インクを吐出するための装置であり、例えばインクジェットプリンタの内部に搭載される。例えばインクジェットヘッド10は圧力室31とダミー室32が交互に配される独立駆動式のインクジェットヘッドである。ダミー室32は、インクが供給されない空気室であり、ノズル28を備えない。 As shown in Figures 1 to 4, the inkjet head 10 is a so-called side shooter type share mode share wall type inkjet head. The inkjet head 10 is a device for ejecting ink, and is mounted inside an inkjet printer, for example. For example, the inkjet head 10 is an independently driven inkjet head in which pressure chambers 31 and dummy chambers 32 are arranged alternately. The dummy chambers 32 are air chambers to which ink is not supplied, and do not have nozzles 28.

インクジェットヘッド10は、アクチュエータベース11と、ノズルプレート12と、フレーム13と、を備えている。アクチュエータベース11は、基材の一例である。インクジェットヘッド10の内部に、液体の一例としてのインクが供給されるインク室27が形成される。 The inkjet head 10 includes an actuator base 11, a nozzle plate 12, and a frame 13. The actuator base 11 is an example of a substrate. Inside the inkjet head 10, an ink chamber 27 is formed to which ink, an example of a liquid, is supplied.

さらに、インクジェットヘッド10は、インクジェットヘッド10を制御する回路基板17や、インクジェットヘッド10とインクタンクとの間の経路の一部を形成するマニホールド18などの部品を備える。 The inkjet head 10 further includes components such as a circuit board 17 that controls the inkjet head 10 and a manifold 18 that forms part of the path between the inkjet head 10 and the ink tank.

図2に示すように、アクチュエータベース11は、基板21と、一対のアクチュエータ22と、絞り部240と、を備える。 As shown in FIG. 2, the actuator base 11 includes a substrate 21, a pair of actuators 22, and a restrictor portion 240.

基板21は、例えばアルミナなどのセラミックスによって矩形の板状に形成される。基板21は平坦な実装面を有する。基板の実装面に一対のアクチュエータ22が接合されている。基板21には複数の供給孔25と排出孔26とが形成されている。 The substrate 21 is formed in a rectangular plate shape from ceramics such as alumina. The substrate 21 has a flat mounting surface. A pair of actuators 22 are bonded to the mounting surface of the substrate. A plurality of supply holes 25 and discharge holes 26 are formed in the substrate 21.

図2に示すように、アクチュエータベース11の基板21には、パターン配線211が形成される。パターン配線211は、例えばニッケル薄膜によって形成される。パターン配線211は、共通パターンや個別パターンを有し、アクチュエータ22に形成された電極層34に接続される所定のパターン形状に構成される。 As shown in FIG. 2, a pattern wiring 211 is formed on the substrate 21 of the actuator base 11. The pattern wiring 211 is formed, for example, from a nickel thin film. The pattern wiring 211 has a common pattern and an individual pattern, and is configured in a predetermined pattern shape that is connected to the electrode layer 34 formed on the actuator 22.

供給孔25は、基板21の中央部であって一対のアクチュエータ22の間において、アクチュエータ22の長手方向に並んで設けられている。供給孔25は、マニホールド18のインク供給部に連通する。供給孔25は、インク供給部を介してインクタンクに接続される。供給孔25はインクタンクのインクをインク室27に供給する。 The supply holes 25 are provided in the center of the substrate 21, between the pair of actuators 22, and aligned in the longitudinal direction of the actuators 22. The supply holes 25 communicate with the ink supply section of the manifold 18. The supply holes 25 are connected to an ink tank via the ink supply section. The supply holes 25 supply ink from the ink tank to the ink chambers 27.

排出孔26は、供給孔25及び一対のアクチュエータ22を挟んで、二列に並んで設けられている。排出孔26は、マニホールド18のインク排出部に連通する。排出孔26は、インク排出部を介してインクタンクに接続される。排出孔26はインク室27のインクをインクタンクに排出する。 The discharge holes 26 are arranged in two rows, sandwiching the supply holes 25 and the pair of actuators 22. The discharge holes 26 communicate with the ink discharge section of the manifold 18. The discharge holes 26 are connected to the ink tank via the ink discharge section. The discharge holes 26 discharge the ink from the ink chamber 27 into the ink tank.

一対のアクチュエータ22は、基板21の実装面に接着される。一対のアクチュエータ22は供給孔25を挟んで二列に並んで基板21に設けられている。各アクチュエータ22は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)によって形成された板状の二つの圧電体によってそれぞれ形成される。前記二つの圧電体は、分極方向がその厚さ方向に互いに逆向きになるように貼り合わされる。アクチュエータ22は、例えば熱硬化性を有するエポキシ系接着剤によって基板21の実装面に接着される。図2に示すように、アクチュエータ22は、二列に並ぶノズル28に対応して、インク室27内において平行に並んで配置される。アクチュエータ22は、インク室27を、供給孔25が開口する第1共通室271と、排出孔26が開口する二つの第2共通室272とに区切る。 The pair of actuators 22 are attached to the mounting surface of the substrate 21. The pair of actuators 22 are arranged in two rows on the substrate 21 with the supply hole 25 in between. Each actuator 22 is formed of two plate-shaped piezoelectric bodies made of lead zirconate titanate (PZT), for example. The two piezoelectric bodies are bonded together so that their polarization directions are opposite to each other in the thickness direction. The actuators 22 are attached to the mounting surface of the substrate 21, for example, with a thermosetting epoxy adhesive. As shown in FIG. 2, the actuators 22 are arranged in parallel in the ink chamber 27 corresponding to the two rows of nozzles 28. The actuators 22 divide the ink chamber 27 into a first common chamber 271 in which the supply hole 25 opens, and two second common chambers 272 in which the discharge hole 26 opens.

アクチュエータ22は、断面台形状に形成される。アクチュエータ22の側面部221は、第2方向及び第3方向に対して傾斜する傾斜面を有する。すなわち、アクチュエータ22は第2方向に直交する断面視が台形状に構成される。アクチュエータ22の頂部は、ノズルプレート12に接着される。アクチュエータ22は、複数の圧力室31と、複数のダミー室32と、を備える。アクチュエータ22は、複数の側壁部33を有し、側壁部33の間に、圧力室31及びダミー室32を構成する溝を有する。言い換えると、側壁部33は、圧力室31及びダミー室32を形成する溝の間に駆動素子として形成される。 The actuator 22 is formed to have a trapezoidal cross section. The side portion 221 of the actuator 22 has an inclined surface that is inclined with respect to the second direction and the third direction. That is, the actuator 22 is configured to have a trapezoidal cross section perpendicular to the second direction. The top of the actuator 22 is bonded to the nozzle plate 12. The actuator 22 has a plurality of pressure chambers 31 and a plurality of dummy chambers 32. The actuator 22 has a plurality of side wall portions 33, and has grooves between the side wall portions 33 that form the pressure chambers 31 and the dummy chambers 32. In other words, the side wall portions 33 are formed as drive elements between the grooves that form the pressure chambers 31 and the dummy chambers 32.

図1乃至図6に示すように、溝の底面部と基板21の主面とは傾斜する側面部221によって繋がる。圧力室31とダミー室32とは、交互に配置される。圧力室31およびダミー室32は、アクチュエータ22の長手方向と交差する方向にそれぞれ延び、アクチュエータ22の長手方向である第1方向(図中X軸)において複数並列する。 As shown in Figures 1 to 6, the bottom surface of the groove and the main surface of the substrate 21 are connected by an inclined side surface 221. The pressure chambers 31 and dummy chambers 32 are arranged alternately. The pressure chambers 31 and dummy chambers 32 each extend in a direction intersecting the longitudinal direction of the actuator 22, and are arranged in parallel in a first direction (X-axis in the figure), which is the longitudinal direction of the actuator 22.

なお、圧力室31の形状とダミー室32の形状とが異なっていても良い。側壁部33は、圧力室31とダミー室32の間に形成され、駆動信号に応じて変形することで、圧力室31の容積を変化させる。 The shape of the pressure chamber 31 and the shape of the dummy chamber 32 may be different. The side wall portion 33 is formed between the pressure chamber 31 and the dummy chamber 32, and changes the volume of the pressure chamber 31 by deforming in response to a drive signal.

アクチュエータベース11の圧力室31及びダミー室32の内壁面はそれぞれ電極層34が設けられている。電極層34は、例えばニッケル薄膜等の導電膜によって形成される。電極層34は溝の内面部から基板21上に至り、パターン配線211に接続される。例えば電極層34は、少なくとも側壁部33の側面部、すなわち圧力室31を構成する溝の側壁面に、形成されている。電極層34は例えば圧力室31の側面部及び底面部に形成されていてもよい。 An electrode layer 34 is provided on the inner wall surfaces of the pressure chamber 31 and the dummy chamber 32 of the actuator base 11. The electrode layer 34 is formed of a conductive film such as a nickel thin film. The electrode layer 34 extends from the inner surface of the groove onto the substrate 21 and is connected to the pattern wiring 211. For example, the electrode layer 34 is formed on at least the side surface of the side wall portion 33, i.e., the side wall surface of the groove that constitutes the pressure chamber 31. The electrode layer 34 may be formed on the side surface and bottom surface of the pressure chamber 31, for example.

複数の圧力室31は、頂部に接合されるノズルプレート12の複数のノズル28に連通する。圧力室31の第2方向の両端はインク室27に連通する。すなわち、一方の端部はインク室27の第1共通室271に開口し、他方の端部は、インク室27の第2共通室272に開口する。このため、圧力室31の一方の端部からインクが流入し、他方の端部からインクが流出する。圧力室31の両端部には、圧力室31内部よりも流体抵抗が大きく構成された絞り口242を有する絞り部240が形成される。 The multiple pressure chambers 31 communicate with multiple nozzles 28 of the nozzle plate 12 joined to the top. Both ends of the pressure chamber 31 in the second direction communicate with the ink chamber 27. That is, one end opens into a first common chamber 271 of the ink chamber 27, and the other end opens into a second common chamber 272 of the ink chamber 27. Therefore, ink flows in from one end of the pressure chamber 31 and flows out from the other end. At both ends of the pressure chamber 31, a throttling section 240 is formed having a throttling port 242 configured to have a larger fluid resistance than inside the pressure chamber 31.

絞り部240は、圧力室内よりも連通口の開口を狭める形状に構成される。一例として、絞り部240は、圧力室31の第2方向の端部において、第1方向の両側面に形成される一対の突起部241を有する。突起部241は、圧力室31内の電極層34上に成膜された電着レジスト膜で構成される。 The narrowing portion 240 is configured to have a shape that narrows the opening of the communication port compared to the pressure chamber. As an example, the narrowing portion 240 has a pair of protrusions 241 formed on both side surfaces in the first direction at the end of the pressure chamber 31 in the second direction. The protrusions 241 are formed of an electrochemically deposited resist film formed on the electrode layer 34 in the pressure chamber 31.

一対の突起部241はそれぞれ圧力室31の溝の深さ方向である第3方向において全長に渡って形成されていてもよいし、第3方向における一部に形成されていてもよい。突起部241は、例えば圧力室31の両側面にそれぞれ形成される。例えば一対の突起部241はそれぞれ第3方向に長い方体形状状に構成される。 The pair of protrusions 241 may be formed over the entire length in the third direction, which is the depth direction of the groove of the pressure chamber 31, or may be formed on a portion of the pressure chamber 31 in the third direction. The protrusions 241 are formed on both side surfaces of the pressure chamber 31, for example. For example, the pair of protrusions 241 are each configured in a rectangular shape that is long in the third direction.

圧力室31を構成する溝は突起部241よって完全には覆われず、一対の突起部241の間に、圧力室31と第1共通室271及び第2共通室272とを連通する絞り口242が形成される。絞り口242は圧力室の深さ方向となる第3方向に延びるスリット形状であり、その第1方向の開口幅が、圧力室31内部の第1方向の幅よりも小さく構成されていることにより、圧力室31の流路断面積より小さく構成されている。すなわち、突起部241によって第2方向両端の連通口が一部塞がれて流路抵抗が増加する絞り部240が形成される。絞り部240は、圧力室31及びダミー室32の内壁に、電着塗膜によって電着レジスト膜243を成膜した後、露光及び現像によって、所定の形状に成形される。 The grooves constituting the pressure chamber 31 are not completely covered by the protrusions 241, and between the pair of protrusions 241, a throttle port 242 is formed that connects the pressure chamber 31 to the first common chamber 271 and the second common chamber 272. The throttle port 242 has a slit shape extending in the third direction, which is the depth direction of the pressure chamber, and the opening width in the first direction is configured to be smaller than the width in the first direction inside the pressure chamber 31, and is therefore configured to be smaller than the flow path cross-sectional area of the pressure chamber 31. In other words, the protrusions 241 partially block the communication ports on both ends in the second direction, forming a throttle portion 240 in which the flow path resistance increases. The throttle portion 240 is formed into a predetermined shape by forming an electrodeposited resist film 243 by electrochemical coating on the inner walls of the pressure chamber 31 and the dummy chamber 32, and then exposing and developing it.

具体的には、絞り部240は、圧力室31両端部において電着塗膜により感光性樹脂を塗布した後、露光によって突起部241を構成する対象部位を硬化させ、現像液で不要な未露光樹脂を洗い流す現像処理によって成形される。 Specifically, the constriction portion 240 is formed by applying a photosensitive resin to both ends of the pressure chamber 31 using an electrochemical coating, hardening the target area that constitutes the protrusion portion 241 by exposure to light, and then washing away unnecessary unexposed resin with a developing solution.

なお、絞り部240の流体抵抗は、大きくしすぎると、インク滴吐出後の圧力室31へのインクの補給が遅くなり、高速化を阻害することになる。また、メニスカスの盛り上りは、インク粘度、吐出体積、駆動周波数などにより異なる。したがって、突起部241の形状、絞り部240の絞り口242の寸法や位置は、インク補給条件やメニスカスの盛り上がりの特性に応じた流路抵抗となるよう設定される。 If the fluid resistance of the throttling section 240 is too large, the supply of ink to the pressure chamber 31 after the ink droplets are ejected will be slow, hindering high speeds. In addition, the rise of the meniscus will differ depending on the ink viscosity, ejection volume, drive frequency, etc. Therefore, the shape of the protrusion 241 and the dimensions and position of the throttling opening 242 of the throttling section 240 are set to provide a flow path resistance that corresponds to the ink supply conditions and the characteristics of the meniscus rise.

ダミー室32は第3方向における一方側が頂部に接合されるノズルプレート12によって塞がれる。また複数のダミー室32は例えば第2方向の両端がカバー部23により塞がれる。すなわち、インク室27の第1共通室271とダミー室32の入口との間、及びダミー室32の出口と第2共通室272との間にそれぞれカバー部23が配され、ダミー室32の両端はインク室27と隔てられている。このため、ダミー室32はインクが流入しない空気室を構成する。 One side of the dummy chamber 32 in the third direction is blocked by the nozzle plate 12 joined to the top. In addition, both ends of the multiple dummy chambers 32 in the second direction are blocked by the cover portion 23, for example. That is, cover portions 23 are respectively arranged between the first common chamber 271 of the ink chamber 27 and the inlet of the dummy chamber 32, and between the outlet of the dummy chamber 32 and the second common chamber 272, and both ends of the dummy chamber 32 are separated from the ink chamber 27. Therefore, the dummy chamber 32 forms an air chamber into which ink does not flow.

例えばカバー部23はダミー室32の両端部に感光性樹脂を塗布した後、対象部位を硬化させて形成される。なお、突起部241及びカバー部23は、例えば同じ感光性樹脂材により同時に構成されてもよい。 For example, the cover portion 23 is formed by applying a photosensitive resin to both ends of the dummy chamber 32 and then curing the target area. Note that the protrusion portion 241 and the cover portion 23 may be formed at the same time, for example, from the same photosensitive resin material.

ノズルプレート12は、例えばポリイミド製の矩形のフィルムによって形成される。ノズルプレート12は、アクチュエータベース11の実装面に対向する。ノズルプレート12には、ノズルプレート12を厚さ方向に貫通する、複数のノズル28が形成される。 The nozzle plate 12 is formed, for example, from a rectangular film made of polyimide. The nozzle plate 12 faces the mounting surface of the actuator base 11. The nozzle plate 12 has a plurality of nozzles 28 formed therein, which penetrate the nozzle plate 12 in the thickness direction.

複数のノズル28は、圧力室31と同数設けられ、圧力室31にそれぞれ対向して配置される。ノズル28は、第1方向に沿って複数並び、一対のアクチュエータ22に対応して2列に配列される。各ノズル28はそれぞれ軸が第3方向に延びる筒状に構成される。例えばノズル28は径が一定であっても、中央部または先端部にかけて縮径する形状であってもよい。ノズル28は、一対のアクチュエータ22に形成される圧力室31の延出方向の中途部に対向配置され、圧力室31にそれぞれ連通する。ノズル28は、各圧力室31の、長手方向中央部に1つずつ、配置される。 The nozzles 28 are provided in the same number as the pressure chambers 31, and are arranged opposite each of the pressure chambers 31. The nozzles 28 are arranged in two rows along the first direction, corresponding to the pair of actuators 22. Each nozzle 28 is configured in a cylindrical shape with an axis extending in the third direction. For example, the nozzles 28 may have a constant diameter, or may have a shape that narrows toward the center or tip. The nozzles 28 are arranged opposite the midpoint of the extension direction of the pressure chambers 31 formed in the pair of actuators 22, and each communicates with the pressure chambers 31. One nozzle 28 is arranged in the longitudinal center of each pressure chamber 31.

フレーム13は、例えばニッケル合金によって矩形の枠状に形成される。フレーム13は、アクチュエータベース11の実装面とノズルプレート12との間に介在する。フレーム13は、アクチュエータベース11の実装面とノズルプレート12とにそれぞれ接着される。すなわち、ノズルプレート12は、フレーム13を介してアクチュエータベース11に取り付けられている。 The frame 13 is formed into a rectangular frame shape, for example, from a nickel alloy. The frame 13 is interposed between the mounting surface of the actuator base 11 and the nozzle plate 12. The frame 13 is adhered to both the mounting surface of the actuator base 11 and the nozzle plate 12. In other words, the nozzle plate 12 is attached to the actuator base 11 via the frame 13.

マニホールド18は、アクチュエータベース11のノズルプレート12とは反対側に接合される。マニホールド18の内部に、供給孔25に連通する流路であるインク供給部や排出孔26に連通する流路であるインク排出部が形成される。 The manifold 18 is joined to the actuator base 11 on the side opposite the nozzle plate 12. Inside the manifold 18, an ink supply section, which is a flow path that communicates with the supply hole 25, and an ink discharge section, which is a flow path that communicates with the discharge hole 26, are formed.

回路基板17は、フィルムキャリアパッケージ(FCP)である。回路基板17は、複数の配線が形成されるとともに、柔軟性を有する樹脂製のフィルム51と、フィルム51の複数の配線に接続されたIC52と、を有する。IC52はフィルム51の配線やパターン配線211を介して電極層34に電気的に接続される。 The circuit board 17 is a film carrier package (FCP). The circuit board 17 has a flexible resin film 51 on which multiple wirings are formed, and an IC 52 connected to the multiple wirings of the film 51. The IC 52 is electrically connected to the electrode layer 34 via the wirings of the film 51 and the pattern wiring 211.

以上のように構成されたインクジェットヘッド10の内部において、アクチュエータベース11と、ノズルプレート12と、フレーム13とに囲まれるインク室27が形成される。すなわち、インク室27は、アクチュエータベース11とノズルプレート12との間に形成される。例えばインク室27は、2つのアクチュエータ22によって第2方向において3つの区間に仕切られ、排出孔26が開口する共通室としての二つの第2共通室272と、供給孔25が開口する共通室としての第1共通室271と、を有する。第1共通室271及び第2共通室272は、複数の圧力室31に連通している。 Inside the inkjet head 10 configured as above, an ink chamber 27 is formed surrounded by the actuator base 11, the nozzle plate 12, and the frame 13. That is, the ink chamber 27 is formed between the actuator base 11 and the nozzle plate 12. For example, the ink chamber 27 is divided into three sections in the second direction by the two actuators 22, and has two second common chambers 272 as common chambers into which the discharge holes 26 open, and a first common chamber 271 as common chamber into which the supply hole 25 opens. The first common chamber 271 and the second common chamber 272 are connected to a plurality of pressure chambers 31.

以上のように構成されたインクジェットヘッド10において、供給孔、圧力室、及び排出孔を通って、インクはインクタンクとインク室27との間で循環する。例えばインクジェットプリンタの制御部から入力された信号によって、駆動IC52がフィルム51の配線を介して圧力室31の電極層34に駆動電圧を印加することにより、圧力室31の電極層34と、ダミー室32の電極層34との間に電位差を生じさせることで、側壁部33を選択的にシェアモード変形させる。圧力室31とダミー室32の間に形成された側壁部33を駆動信号に応じて変形することで、圧力室31の容積を変化させる。 In the inkjet head 10 configured as described above, ink circulates between the ink tank and the ink chamber 27 through the supply hole, pressure chamber, and discharge hole. For example, in response to a signal input from the control unit of the inkjet printer, the driving IC 52 applies a driving voltage to the electrode layer 34 of the pressure chamber 31 via the wiring of the film 51, thereby generating a potential difference between the electrode layer 34 of the pressure chamber 31 and the electrode layer 34 of the dummy chamber 32, thereby selectively deforming the side wall portion 33 in a shear mode. The volume of the pressure chamber 31 is changed by deforming the side wall portion 33 formed between the pressure chamber 31 and the dummy chamber 32 in response to the driving signal.

側壁部33がシェアモード変形することにより、当該電極層34が設けられた圧力室31の容積が増加し、圧力が減少する。これにより、当該圧力室31にインク室27のインクが流入する。 When the side wall portion 33 undergoes shear mode deformation, the volume of the pressure chamber 31 in which the electrode layer 34 is provided increases and the pressure decreases. This causes ink in the ink chamber 27 to flow into the pressure chamber 31.

圧力室31の容積が増加した状態で、IC52が圧力室31の電極層34に逆電位の駆動電圧を印加する。これにより、側壁部33がシェアモード変形して当該電極層34が設けられた圧力室31の容積が減少し、圧力が増加する。これにより、圧力室31の中のインクが加圧され、ノズル28から吐出される。 When the volume of the pressure chamber 31 has increased, the IC 52 applies a drive voltage of reverse potential to the electrode layer 34 of the pressure chamber 31. This causes the side wall portion 33 to deform in a shear mode, reducing the volume of the pressure chamber 31 in which the electrode layer 34 is provided, and increasing the pressure. This pressurizes the ink in the pressure chamber 31, causing it to be ejected from the nozzle 28.

インクジェットヘッド10の製造方法について説明する。まず、板状の基板21に複数の溝を形成する圧電部材を接着剤等で貼り付け、ダイシングソーやスライサー等を使用した機械加工を施して所定形状の外形を有するアクチュエータベース11を成形する。なお、例えば予め複数枚分の厚さのブロック状のベース部材を形成してから分割し、所定形状のアクチュエータベース11を複数枚製造してもよい。 The manufacturing method of the inkjet head 10 will be described. First, a piezoelectric member having multiple grooves is attached to a plate-shaped substrate 21 with adhesive or the like, and then machining is performed using a dicing saw, slicer, or the like to form an actuator base 11 having a predetermined outer shape. Note that, for example, a block-shaped base member having a thickness equivalent to multiple sheets may be formed in advance and then divided to manufacture multiple actuator bases 11 of the predetermined shape.

続いて、圧力室31やダミー室32を構成する溝の内面や基板21の表面に電極層34やパターン配線211を形成する。以上により、アクチュエータベース11の表面に、電極層34、及びパターン配線211が所定箇所にそれぞれ形成される。 Next, the electrode layer 34 and the pattern wiring 211 are formed on the inner surfaces of the grooves that form the pressure chambers 31 and the dummy chambers 32 and on the surface of the substrate 21. As a result, the electrode layer 34 and the pattern wiring 211 are formed in predetermined locations on the surface of the actuator base 11.

続いて、図5に示すように、絞り部240を形成する。例えば絞り部240は、ダミー室32及び圧力室31を構成する溝内に電着レジスト膜243を成膜する成膜処理Act1と、電着レジスト膜243を圧力室31の両側の出入り口である連通口において所定形状に成形する成形処理Act2と、により形成される。 Next, as shown in FIG. 5, the throttling portion 240 is formed. For example, the throttling portion 240 is formed by a film forming process Act1 in which an electrodeposited resist film 243 is formed in the grooves that form the dummy chamber 32 and the pressure chamber 31, and a forming process Act2 in which the electrodeposited resist film 243 is formed into a predetermined shape at the communication openings that are the entrances and exits on both sides of the pressure chamber 31.

成膜処理Act1として、ダミー室32及び圧力室31を構成する溝の内面に形成された電極層34の全面に、電着レジスト膜243を成膜する。このとき、電圧等の塗膜条件を制御することで、電着レジスト膜243の厚さを制御できる。したがって、所望の絞り口242を形成できる厚さになるように、塗膜条件を調整する。 In the film-forming process Act1, an electrochemically deposited resist film 243 is formed on the entire surface of the electrode layer 34 formed on the inner surface of the grooves that form the dummy chamber 32 and the pressure chamber 31. At this time, the thickness of the electrochemically deposited resist film 243 can be controlled by controlling the coating conditions such as the voltage. Therefore, the coating conditions are adjusted so that the thickness is such that the desired narrowing port 242 can be formed.

そして、成形処理Act2として、突起部241となる部位が未硬化となる露光パターンを有する露光マスクを重ね、露光することで、一対の突起部241を硬化させ、さらに現像処理として、現像液で未硬化部位を洗い流す。例えばポジ型電着レジストを用いて圧力室31内側に電着レジスト膜243の絞り部240を形成する場合、露光マスクを介して突起部241を形成したい場所以外の電着レジスト膜を露光する。その後、現像液で露光部の電着レジスト膜を除去することで圧力室31の溝の出入口に一対の突起部241を形成し、間に絞り口242を形成する。ネガ型の電着レジストを用いる場合、圧力室内側に電着レジスト膜を形成し、露光マスクを介して突起部241を形成したい場所の電着レジスト膜を露光する。その後、現像液で非露光部の電着レジスト膜を除去することで、圧力室31の出入り口において一対の突起部241を形成し、間に絞り口242を形成する。 Then, as the forming process Act2, an exposure mask having an exposure pattern in which the portion that becomes the protrusion 241 is left uncured is placed on top of the other, and exposed to light to harden the pair of protrusions 241. Furthermore, as a development process, the uncured portion is washed away with a developer. For example, when forming the constriction portion 240 of the electrodeposition resist film 243 inside the pressure chamber 31 using a positive electrodeposition resist, the electrodeposition resist film is exposed through an exposure mask except for the portion where the protrusion 241 is to be formed. Then, the electrodeposition resist film in the exposed portion is removed with a developer to form a pair of protrusions 241 at the entrance and exit of the groove of the pressure chamber 31, and a constriction port 242 is formed between them. When a negative electrodeposition resist is used, an electrodeposition resist film is formed on the inside of the pressure chamber, and the electrodeposition resist film in the portion where the protrusion 241 is to be formed is exposed through an exposure mask. Then, the electrodeposition resist film in the non-exposed portion is removed with a developer to form a pair of protrusions 241 at the entrance and exit of the pressure chamber 31, and a constriction port 242 is formed between them.

また、カバー部23を所定箇所に形成することによってダミー室32の両端を塞ぐ。例えばダミー室32を構成する溝に感光性樹脂を充填し、硬化させることにより、カバー部23を形成する。なおカバー部23は、絞り部240を形成する前に形成してもよい。 The cover portion 23 is formed at a predetermined location to close both ends of the dummy chamber 32. For example, the cover portion 23 is formed by filling the groove that constitutes the dummy chamber 32 with photosensitive resin and curing it. The cover portion 23 may be formed before the aperture portion 240 is formed.

さらに、アクチュエータベース11をマニホールド18に組み付け、アクチュエータベース11の基板21の一方の面に、熱可塑性樹脂の接着シートにより、フレーム13を貼付ける。 The actuator base 11 is then attached to the manifold 18, and the frame 13 is attached to one side of the substrate 21 of the actuator base 11 using a thermoplastic resin adhesive sheet.

そして、組立てられたフレーム13、アクチュエータ22の側壁部33の頂部222、及び突起部241のノズルプレート12側の面が同一面となるよう研磨する。そして、側壁部33の頂部222、フレーム13、突起部241の研磨面にノズルプレート12を接着して取り付ける。このとき、圧力室31にノズル28が対向するように位置決めを行う。さらに、図1に示すように基板21の主面に形成されたパターン配線211に、フレキシブルプリント基板を介して駆動ICチップ52や回路基板17を接続することで、インクジェットヘッド10が完成する。 The assembled frame 13, the top 222 of the side wall 33 of the actuator 22, and the surface of the protrusion 241 facing the nozzle plate 12 are polished to be flush with each other. The nozzle plate 12 is then attached by gluing to the polished surfaces of the top 222 of the side wall 33, the frame 13, and the protrusion 241. At this time, the nozzle 28 is positioned so that it faces the pressure chamber 31. Furthermore, as shown in FIG. 1, the driving IC chip 52 and the circuit board 17 are connected to the pattern wiring 211 formed on the main surface of the substrate 21 via a flexible printed circuit board, thereby completing the inkjet head 10.

以下に、インクジェットヘッド10を備えるインクジェットプリンタ100の一例について、図15を参照して説明する。インクジェットプリンタ100は、筐体111と、媒体供給部112と、画像形成部113と、媒体排出部114と、搬送装置115と、制御部116と、を備える。 Below, an example of an inkjet printer 100 equipped with an inkjet head 10 will be described with reference to FIG. 15. The inkjet printer 100 includes a housing 111, a medium supply unit 112, an image forming unit 113, a medium discharge unit 114, a conveying device 115, and a control unit 116.

インクジェットプリンタ100は、媒体供給部112から画像形成部113を通って媒体排出部114に至る所定の搬送路Aに沿って、吐出対象物である記録媒体として例えば用紙Pを搬送しながらインク等の液体を吐出することで、用紙Pに画像形成処理を行う液体吐出装置である。 The inkjet printer 100 is a liquid ejection device that ejects liquid such as ink onto a recording medium, such as paper P, while transporting the recording medium, such as paper P, along a predetermined transport path A that runs from the medium supply unit 112 through the image forming unit 113 to the medium ejection unit 114, thereby forming an image on the paper P.

筐体111は、インクジェットプリンタ100の外郭を構成する。筐体111の所定箇所に、用紙Pを外部に排出する排出口を備える。 The housing 111 forms the outer shell of the inkjet printer 100. A discharge port for discharging paper P to the outside is provided at a predetermined location on the housing 111.

媒体供給部112は複数の給紙カセットを備え、各種サイズの用紙Pを複数枚積層して保持可能に構成される。 The media supply unit 112 is equipped with multiple paper feed cassettes and is configured to hold multiple stacks of paper P of various sizes.

媒体排出部114は、排出口から排出される用紙Pを保持可能に構成された排紙トレイを備える。 The medium discharge unit 114 is equipped with a paper discharge tray configured to hold the paper P discharged from the discharge port.

画像形成部113は、用紙Pを支持する支持部117と、支持部117の上方に対向配置された複数のヘッドユニット130と、を備える。 The image forming unit 113 includes a support unit 117 that supports the paper P, and a number of head units 130 that are arranged opposite each other above the support unit 117.

支持部117は、画像形成を行う所定領域にループ状に備えられる搬送ベルト118と、搬送ベルト118を裏側から支持する支持プレート119と、搬送ベルト118の裏側に備えられた複数のベルトローラ120と、を備える。 The support section 117 includes a conveyor belt 118 that is looped in a predetermined area where image formation is performed, a support plate 119 that supports the conveyor belt 118 from the back side, and a number of belt rollers 120 that are provided on the back side of the conveyor belt 118.

支持部117は、画像形成の際に、搬送ベルト118の上面である保持面に用紙Pを支持するとともに、ベルトローラ120の回転によって所定のタイミングで搬送ベルト118を送ることにより、用紙Pを下流側へ搬送する。 During image formation, the support section 117 supports the paper P on the holding surface, which is the upper surface of the conveyor belt 118, and conveys the paper P downstream by feeding the conveyor belt 118 at a predetermined timing by rotating the belt roller 120.

ヘッドユニット130は、複数(4色)のインクジェットヘッド10と、各インクジェットヘッド10上にそれぞれ搭載された液体タンクとしてのインクタンク132と、インクジェットヘッド10とインクタンク132とを接続する接続流路133と、循環部である循環ポンプ134と、を備える。ヘッドユニット130は、インクタンク132と、インクジェットヘッド10の内部に作りこまれた圧力室31、ダミー室32、及びインク室27において液体を常時循環させる循環型のヘッドユニットである。 The head unit 130 includes multiple inkjet heads 10 (four colors), ink tanks 132 as liquid tanks mounted on each inkjet head 10, a connection flow path 133 connecting the inkjet heads 10 and the ink tanks 132, and a circulation pump 134 as a circulation unit. The head unit 130 is a circulation type head unit that constantly circulates liquid in the ink tanks 132 and the pressure chambers 31, dummy chambers 32, and ink chambers 27 built inside the inkjet heads 10.

本実施形態において、シアン、マゼンダ、イエロー、ブラックの4色のインクジェットヘッド10と、これらの各色のインクをそれぞれ収容するインクタンク132を備える。インクタンク132は接続流路133によってインクジェットヘッド10に接続される。接続流路133は、インクジェットヘッド10の供給口に接続される供給流路と、インクジェットヘッド10の排出口に接続される回収流路と、を備える。 In this embodiment, the inkjet head 10 has four colors, cyan, magenta, yellow, and black, and ink tanks 132 that contain ink of each color. The ink tanks 132 are connected to the inkjet head 10 by a connection flow path 133. The connection flow path 133 has a supply flow path that is connected to the supply port of the inkjet head 10, and a recovery flow path that is connected to the discharge port of the inkjet head 10.

また、インクタンク132には、図示しないポンプなどの負圧制御装置が連結される。そして、インクジェットヘッド10とインクタンク132との水頭値に対応して、負圧制御装置はインクタンク132内を負圧制御することで、インクジェットヘッド10の各ノズル28に供給されたインクを所定形状のメニスカスを形成する。 The ink tank 132 is also connected to a negative pressure control device such as a pump (not shown). The negative pressure control device controls the negative pressure inside the ink tank 132 in accordance with the head value between the inkjet head 10 and the ink tank 132, causing the ink supplied to each nozzle 28 of the inkjet head 10 to form a meniscus of a predetermined shape.

循環ポンプ134は、例えば圧電ポンプで構成される送液ポンプである。循環ポンプ134は、供給流路に設けられている。循環ポンプ134は、配線により制御部116の駆動回路に接続され、CPU(Central Processing Unit)による制御によって制御可能に構成される。循環ポンプ134は、インクジェットヘッド10とインクタンク132を含む循環流路で液体を循環させる。 The circulation pump 134 is a liquid delivery pump, for example, a piezoelectric pump. The circulation pump 134 is provided in the supply flow path. The circulation pump 134 is connected to the drive circuit of the control unit 116 by wiring, and is configured to be controllable by the CPU (Central Processing Unit). The circulation pump 134 circulates the liquid in the circulation flow path that includes the inkjet head 10 and the ink tank 132.

搬送装置115は、媒体供給部112から画像形成部113を通って媒体排出部114に至る搬送路Aに沿って、用紙Pを搬送する。搬送装置115は、搬送路Aに沿って配置される複数のガイドプレート対121と、複数の搬送用ローラ122と、を備えている。 The transport device 115 transports the paper P along a transport path A that runs from the medium supply unit 112 through the image forming unit 113 to the medium discharge unit 114. The transport device 115 includes a plurality of guide plate pairs 121 and a plurality of transport rollers 122 that are arranged along the transport path A.

複数のガイドプレート対121は、それぞれ、搬送される用紙Pを挟んで対向配置される一対のプレート部材を備え、用紙Pを搬送路Aに沿って案内する。 Each of the multiple guide plate pairs 121 has a pair of plate members arranged opposite each other with the paper P being transported therebetween, and guides the paper P along the transport path A.

搬送用ローラ122は、制御部116の制御によって駆動されて回転することで、用紙Pを搬送路Aに沿って下流側に送る。なお、搬送路Aには用紙の搬送状況を検出するセンサが各所に配置される。 The conveying rollers 122 are driven to rotate under the control of the control unit 116, thereby sending the paper P downstream along the conveying path A. Sensors that detect the conveying status of the paper are placed at various points along the conveying path A.

制御部116は、コントローラであるCPU等の制御回路と、各種のプログラムなどを記憶するROM(Read Only Memory)と、各種の可変データや画像データなどを一時的に記憶するRAM(Random Access Memory)と、外部からのデータの入力及び外部へのデータの出力をするインターフェイス部と、を備える。 The control unit 116 includes a control circuit such as a CPU that serves as a controller, a ROM (Read Only Memory) that stores various programs, a RAM (Random Access Memory) that temporarily stores various variable data and image data, and an interface unit that inputs data from outside and outputs data to outside.

以上のように構成されたインクジェットプリンタ100において、制御部116は、例えばインターフィースにおいてユーザが操作入力部の操作による印刷指示を検出すると、搬送装置115を駆動して用紙Pを搬送するとともに、所定のタイミングでヘッドユニット130に対して印字信号を出力することで、インクジェットヘッド10を駆動する。インクジェットヘッド10は吐出動作として、画像データに応じた画像信号により、ICに駆動信号を送り、配線を介して圧力室31の電極層34に駆動電圧を印加してアクチュエータ22の側壁部33を選択的に駆動してノズル28からインクを吐出し、搬送ベルト118上に保持された用紙Pに画像を形成する。また、液体吐出動作として、制御部116は、循環ポンプ134を駆動することで、インクタンク132とインクジェットヘッド10とを通る循環流路で液体を循環させる。循環動作により、インクタンク132内のインクは、循環ポンプ134が駆動されることにより、インクタンク132のインクが、マニホールド18のインク供給部を通って、供給孔25からインク室27の第1共通室271に供給される。このインクは、一対のアクチュエータ22の複数の圧力室31と、複数のダミー室32とに供給される。インクは、圧力室31とダミー室32とを通ってインク室27の第2共通室272に流入する。このインクは、排出孔26から、マニホールド18のインク排出部を通ってインクタンク132に排出される。 In the inkjet printer 100 configured as described above, when the control unit 116 detects a print instruction by a user operating the operation input unit, for example, in the interface, the control unit 116 drives the transport device 115 to transport the paper P and outputs a print signal to the head unit 130 at a predetermined timing, thereby driving the inkjet head 10. As a discharge operation, the inkjet head 10 sends a drive signal to the IC by an image signal corresponding to the image data, applies a drive voltage to the electrode layer 34 of the pressure chamber 31 via wiring, and selectively drives the side wall portion 33 of the actuator 22 to discharge ink from the nozzle 28, forming an image on the paper P held on the transport belt 118. As a liquid discharge operation, the control unit 116 drives the circulation pump 134 to circulate the liquid in a circulation flow path passing through the ink tank 132 and the inkjet head 10. By the circulation operation, the ink in the ink tank 132 is supplied from the supply hole 25 to the first common chamber 271 of the ink chamber 27 through the ink supply part of the manifold 18 by driving the circulation pump 134. This ink is supplied to the multiple pressure chambers 31 and multiple dummy chambers 32 of the pair of actuators 22. The ink flows into the second common chamber 272 of the ink chamber 27 through the pressure chambers 31 and the dummy chambers 32. This ink is discharged from the discharge hole 26 through the ink discharge part of the manifold 18 to the ink tank 132.

上述した実施形態によれば周波数特性の高いインクジェットヘッドを提供できる。すなわち、上記実施形態に係るインクジェットヘッド10は、圧力室31にカバー部材24を備えることで、圧力室31の入り口及び出口が圧力室31内部や第1共通室271、第2共通室272よりも流路抵抗が大きい。具体例として、圧力室31の共通室である第1共通室271や第2共通室272に開口する開口部が、圧力室31の流路断面積より小さい。このため、インクジェットヘッド10において液体吐出を行った際のメニスカスの盛り上がりが小さくなる。したがって、メニスカスの復帰が早くなり次弾への影響が軽減でき、吐出安定性が向上できる。 The above-described embodiment provides an inkjet head with high frequency characteristics. In other words, the inkjet head 10 according to the above embodiment is provided with a cover member 24 on the pressure chamber 31, so that the inlet and outlet of the pressure chamber 31 have a higher flow resistance than the inside of the pressure chamber 31, the first common chamber 271, and the second common chamber 272. As a specific example, the openings that open into the first common chamber 271 and the second common chamber 272, which are the common chambers of the pressure chamber 31, are smaller than the flow cross-sectional area of the pressure chamber 31. This reduces the rise of the meniscus when liquid is ejected from the inkjet head 10. This speeds up the return of the meniscus, reducing the impact on the next droplet, and improving ejection stability.

図6は、絞り(絞り部240)を備えるインクジェットヘッド110の試験例1と、絞りを備えていないインクジェットヘッド1010の試験例2である。図7は、試験例1に係る絞りを有するインクジェットヘッド110の周波数特性を示し、図8は、比較例2としての絞りを備えないインクジェットヘッド1010の、周波数特性を示す。図7及び図8においてそれぞれノズルの吐出速度と、周波数との関係を、1drop、3dropの場合について、それぞれ示している。 Figure 6 shows test example 1 for an inkjet head 110 equipped with a diaphragm (throttle section 240), and test example 2 for an inkjet head 1010 without a diaphragm. Figure 7 shows the frequency characteristics of the inkjet head 110 with a diaphragm according to test example 1, and Figure 8 shows the frequency characteristics of an inkjet head 1010 without a diaphragm as comparative example 2. Figures 7 and 8 each show the relationship between nozzle ejection speed and frequency for 1 drop and 3 drops, respectively.

ここで、試験例1にかかるインクジェットヘッド110は、圧力室31の延出方向である第2方向の両側が共通室に連通するとともに、圧力室31の延出方向の中途部にノズル28が開口するサイドシュータ型である。 Here, the inkjet head 110 in test example 1 is a side shooter type in which both sides in the second direction, which is the extension direction of the pressure chamber 31, are connected to a common chamber, and the nozzle 28 opens halfway in the extension direction of the pressure chamber 31.

図8に示されるように試験例2に係るインクジェットヘッド1010においては、低周波領域では吐出速度はフラットであるが、周波数が高くなるにつれて吐出速度が減少傾向にあり、低周波領域と高周波領域で吐出速度に差異がある。試験例2に係るインクジェットヘッド1010の1dropにおいては、25kHzまでは、吐出速度はフラットであるが、25kHz以上で周波数が高くなるにつれて吐出速度が減少傾向である。また、試験例2に係るインクジェットヘッド1010の3dropにおいては、15kHzまでは、吐出速度はフラットであるが、15kHz以上で周波数が高くなるにつれて吐出速度が減少傾向である。したがって、印刷のパターンによって着弾位置にズレが生じる。このように吐出速度に差異が大きいと、メニスカスの盛り上りが収まるのに時間がかかり、印字品質低下を引き起こすため、高速駆動することができない。 As shown in FIG. 8, in the inkjet head 1010 according to the test example 2, the ejection speed is flat in the low frequency region, but the ejection speed tends to decrease as the frequency increases, and there is a difference in the ejection speed between the low frequency region and the high frequency region. In the inkjet head 1010 according to the test example 2, the ejection speed is flat up to 25 kHz, but the ejection speed tends to decrease as the frequency increases above 25 kHz. In addition, in the inkjet head 1010 according to the test example 2, the ejection speed is flat up to 15 kHz, but the ejection speed tends to decrease as the frequency increases above 15 kHz. Therefore, the landing position is shifted depending on the printing pattern. If there is a large difference in the ejection speed, it takes time for the meniscus to settle, which causes a decrease in print quality, and therefore high-speed driving is not possible.

一方、図7に示すように、絞り部を有するインクジェットヘッド110では、1drop及び3drop共に吐出速度がフラットな傾向にある。これは、共通液からノズル間の流体抵抗が大きくなり、メニスカスの盛り上がりが小さくなるためである。 On the other hand, as shown in FIG. 7, in the inkjet head 110 having a throttle portion, the ejection speed tends to be flat for both 1 drop and 3 drops. This is because the fluid resistance between the nozzles increases from the common liquid, and the meniscus rises less.

また図9は圧力室に絞りを設けた試験例1と絞りを設けない試験例2のメニスカス復帰のシミュレーション結果を示している。図9によれば、ノズルのメニスカス状態は低周波の場合、インク滴を吐出してから次弾が吐出されるまでに十分な時間があり、絞り有無に関わらずメニスカスの復帰を待ってから安定状態で吐出が可能である。一方、高周波の場合、ドット(インク滴)を吐出してから次弾が吐出されるまでの時間が短いために、メニスカスの復帰前に次弾の吐出が始まる。このため、絞りを設けないインクジェットヘッド1010の場合には、吐出した後、メニスカスの盛り上がりが大きくなり、次弾の吐出までにメニスカス復帰できず、吐出速度が低下する。それに対して、絞りを設けた場合はメニスカスの盛り上がりが小さくなるため、メニスカスの復帰が早くなり次弾への影響が軽減できる。よってこれらのシミュレーション結果から、圧力室31と共通室との間に絞りを設けることでインクジェットヘッド110吐出安定性向上に繋がると言える。 Figure 9 also shows the results of a simulation of meniscus recovery in Test Example 1, in which a throttle is provided in the pressure chamber, and Test Example 2, in which a throttle is not provided. According to Figure 9, in the case of low frequency, the meniscus state of the nozzle has enough time from when an ink droplet is ejected until the next droplet is ejected, and ejection is possible in a stable state after waiting for the meniscus to return regardless of whether a throttle is provided. On the other hand, in the case of high frequency, the time from when a dot (ink droplet) is ejected until the next droplet is ejected is short, so the ejection of the next droplet begins before the meniscus returns. For this reason, in the case of the inkjet head 1010 without a throttle, the meniscus rises large after ejection, and the meniscus cannot return before the ejection of the next droplet, and the ejection speed decreases. In contrast, when a throttle is provided, the meniscus rises small, so the meniscus returns quickly and the impact on the next droplet can be reduced. Therefore, from these simulation results, it can be said that providing a throttle between the pressure chamber 31 and the common chamber leads to improved ejection stability of the inkjet head 110.

図10は試験例1としてのサイドシュータ型のインクジェットヘッド110と、インク出入り口が一端でノズルが他端に形成された試験例3としてのシェアモードシェアードウォール式エンドシュータ型のインクジェットヘッド2010の、説明図である。 Figure 10 is an explanatory diagram of a side shooter type inkjet head 110 as test example 1, and a shared mode shared wall end shooter type inkjet head 2010 as test example 3, in which an ink inlet/outlet is formed at one end and a nozzle is formed at the other end.

図11乃至図14は試験例3としてのエンドシュータ型のインクジェットヘッド2010と、サイドシュータ型の試験例1のインクジェットヘッド110においてそれぞれ絞りを設けた場合の、シミュレーション特性比較した図である。図11は駆動波形、図12はノズル流速振動、図13は吐出体積、図14はメニスカスの復帰特性を、それぞれ示す。 Figures 11 to 14 are diagrams comparing the simulation characteristics when a throttle is provided in the end-shooter type inkjet head 2010 of Test Example 3 and the side-shooter type inkjet head 110 of Test Example 1. Figure 11 shows the drive waveform, Figure 12 shows the nozzle flow velocity vibration, Figure 13 shows the ejection volume, and Figure 14 shows the meniscus return characteristics.

また、試験例3にかかるインクジェットヘッド2010は、圧力室31の延出方向である第2方向の一端側が共通室に連通し、他端部が閉じ、流路の端部にノズルが開口するエンドシュータ型とした。すなわち、インクジェットヘッド2010は第2方向の一方からノズル28に向けて流れる流路を構成する。 The inkjet head 2010 in the test example 3 was an end shooter type in which one end in the second direction, which is the extension direction of the pressure chamber 31, communicates with the common chamber, the other end is closed, and a nozzle opens at the end of the flow path. In other words, the inkjet head 2010 forms a flow path that flows from one side in the second direction toward the nozzle 28.

試験例3としての片側から供給するエンドシュータ型のインクジェットヘッド2010と、両側供給のサイドシュータ型の試験例1としてのインクジェットヘッド110は、吐出体積、ノズル流速振動、メニスカス復帰特性を揃えた時の駆動電圧は両側供給のサイドシュータ型の構成が最も低いため、両側供給は片側供給に対して、駆動効率の観点から優位性が高いと言える。すなわち、圧力室の中央にノズルがあり、インクの出入り口が両端にある、所謂サイドシュータ型のインクジェットヘッド110の方が、エンドシュータ型のインクジェットヘッド2010よりも吐出効率が優れている。 The inkjet head 2010 of the end shooter type supplying from one side as Test Example 3 and the inkjet head 110 of the side shooter type supplying from both sides as Test Example 1 have the lowest drive voltage when the ejection volume, nozzle flow velocity vibration, and meniscus return characteristics are aligned, so it can be said that the side shooter type configuration with double-sided supply is superior to the single-sided supply in terms of drive efficiency. In other words, the so-called side shooter type inkjet head 110, which has a nozzle in the center of the pressure chamber and ink inlets and outlets at both ends, has better ejection efficiency than the end shooter type inkjet head 2010.

なお、一般的に、シェアモードシェアードウォール式のインクジェットヘッドにおいては、例えば圧力室が圧電体にダイヤモンドカッターで形成された微細な溝で構成されるため、圧力室の一部分の断面を小さくすることが困難であるが、上記実施形態によれば、アクチュエータ22の溝に電着レジスト膜を成膜し、露光処理によってパターニングすることで、絞り部240を形成することができ、工程が少なく、安価かつ容易に絞りを形成できる。さらに、露光及び現像により形状を比較的自由に選択できるので、絞りの流体抵抗を自由に設計することも容易である。例えば電着レジスト膜の膜厚は電圧で制御可能なため容易に絞り部の絞り幅を制御することができる。また、上記実施形態において、アクチュエータ22の側面部221が傾斜面を構成することにより、露光方向の制約が少なく、露光及び現像処理が容易となる。 In addition, in general, in a share-mode shared-wall type inkjet head, for example, the pressure chamber is composed of a fine groove formed in a piezoelectric body by a diamond cutter, so it is difficult to reduce the cross section of a part of the pressure chamber. However, according to the above embodiment, an electrodeposition resist film is formed in the groove of the actuator 22, and patterned by exposure processing to form the throttle portion 240, which requires fewer steps and can form the throttle at low cost and easily. Furthermore, since the shape can be relatively freely selected by exposure and development, it is also easy to freely design the fluid resistance of the throttle. For example, the thickness of the electrodeposition resist film can be controlled by voltage, so the throttle width of the throttle portion can be easily controlled. Also, in the above embodiment, the side portion 221 of the actuator 22 forms an inclined surface, so there are fewer restrictions on the exposure direction, and exposure and development processing are easier.

また、上記実施形態にかかるインクジェットヘッド10においては、圧力室31の出入口となる連通口において部分的に絞りを形成するため、圧力室31を全体的に縮幅するよりも圧力室31の体積を確保しやすい。したがって、圧力室を全体的に縮幅する構成と比べてノズルや液滴の大きさに制約が少なく、吐出性能を維持しやすい。 In addition, in the inkjet head 10 according to the above embodiment, a partial restriction is formed in the communication port that serves as the entrance and exit of the pressure chamber 31, so it is easier to ensure the volume of the pressure chamber 31 than if the pressure chamber 31 were narrowed overall. Therefore, there are fewer restrictions on the size of the nozzle and droplets compared to a configuration in which the pressure chamber is narrowed overall, making it easier to maintain ejection performance.

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and the components can be modified in the implementation stage without departing from the spirit of the invention.

上記実施形態において、流路抵抗を増加する絞り部240は、圧力室31の両側の側壁部33の壁面に形成された一対の突起部241を有する構成としたが、絞り部240の形状はこれに限られるものではない。例えば圧力室31の底部側の一部、あるいはノズルプレート12側の一部に形成される突起であってもよいし、圧力室31の底部側の領域を感光性樹脂によって一部埋める形状であってもよい。例えば絞り口242は圧力室の深さ方向となる第3方向に延びるスリット形状としたが、他の方向に延びていてもよく、あるいは円形や長円形を含む他の形状であってもよい。 In the above embodiment, the throttling portion 240 that increases the flow path resistance has a pair of protrusions 241 formed on the wall surface of the side wall portion 33 on both sides of the pressure chamber 31, but the shape of the throttling portion 240 is not limited to this. For example, it may be a protrusion formed on a part of the bottom side of the pressure chamber 31 or on a part of the nozzle plate 12 side, or it may be a shape in which the area on the bottom side of the pressure chamber 31 is partially filled with photosensitive resin. For example, the throttling port 242 has a slit shape that extends in the third direction, which is the depth direction of the pressure chamber, but it may extend in other directions or may have other shapes including a circle or an oval.

また、カバー部23及び突起部241は圧力室31やダミー室32を形成する溝の内側に形成され溝の一部を埋める形状としたが、これに限られるものではない。例えばアクチュエータの側面において、圧力室31やダミー室32を形成する溝の外側に、感光性樹脂を配してダミー室32を塞ぐカバー部23や圧力室31の連通口を一部塞ぐ例えば突起部241などの絞り部240を、形成してもよい。 In addition, the cover portion 23 and the protrusion portion 241 are formed inside the grooves that form the pressure chamber 31 and the dummy chamber 32 and are shaped to fill part of the grooves, but this is not limited to the above. For example, on the side of the actuator, a photosensitive resin may be placed outside the grooves that form the pressure chamber 31 and the dummy chamber 32 to form a cover portion 23 that closes the dummy chamber 32, and a restrictor portion 240 such as a protrusion portion 241 that partially closes the communication port of the pressure chamber 31.

上記実施形態においては、基板21の主面部分に複数の溝を備えるアクチュエータ22を配した例を示したが、これに限られるものではない。たとえば基板21の端面に、アクチュエータを備える構成であってもよい。また、ノズル列の数も上記実施形態に限られるものではなく、1列、あるいは3列以上備える構成としてもよい。 In the above embodiment, an example is shown in which an actuator 22 having multiple grooves is arranged on the main surface portion of the substrate 21, but this is not limited to the above. For example, the actuator may be provided on the end surface of the substrate 21. Furthermore, the number of nozzle rows is not limited to that in the above embodiment, and a configuration having one row, or three or more rows may be used.

また、上記実施形態においては、基板21に圧電部材131からなる積層圧電体を備えたアクチュエータベース11を例示したが、これに限るものではない。例えば基板を用いずに圧電部材のみでアクチュエータベース11を形成しても良い。また、2枚の圧電部材を用いずに、1枚の圧電部材としてもよい。またダミー室32は共通室である第1共通室271や第2共通室272に連通していてもよい。また供給側と排出側が逆であってもよく、あるいは切り替え可能に構成されていてもよい。 In the above embodiment, the actuator base 11 is provided with a laminated piezoelectric body made of a piezoelectric member 131 on a substrate 21, but this is not limited to the above. For example, the actuator base 11 may be formed only from a piezoelectric member without using a substrate. Also, instead of using two piezoelectric members, a single piezoelectric member may be used. The dummy chamber 32 may be connected to the common chambers, the first common chamber 271 and the second common chamber 272. The supply side and the discharge side may be reversed, or may be configured to be switchable.

また、上記実施形態においては、一例として、圧力室31の一方側が供給側であり、他方側が排出側であり、第1共通室流体が圧力室の一方側から流入して他方側から流出する循環型のインクジェットヘッドを例示したがこれに限られるものではない。例えば非循環型としてもよい。また、例えば圧力室31の両側の共通室が供給側であって、両側から流入する構成であってもよい。すなわち、圧力室31の両側から流体が流入し、圧力室31の中央に配置されるノズル28から流出する構成であってもよい。この場合にあっても、圧力室31の両側の入口となる連通口に絞り部240を設けることによって、流体抵抗が増加し、吐出効率が改善できる。 In the above embodiment, as an example, a circulation type inkjet head is illustrated in which one side of the pressure chamber 31 is the supply side and the other side is the discharge side, and the first common chamber fluid flows in from one side of the pressure chamber and flows out from the other side, but this is not limited to this. For example, a non-circulation type is also possible. Also, for example, the common chambers on both sides of the pressure chamber 31 may be the supply side, and the fluid may flow in from both sides. In other words, the fluid may flow in from both sides of the pressure chamber 31 and flow out from the nozzle 28 located in the center of the pressure chamber 31. Even in this case, by providing a throttle section 240 at the communication port that serves as the inlet on both sides of the pressure chamber 31, the fluid resistance can be increased and the ejection efficiency can be improved.

例えば、吐出する液体は印字用のインクに限られるものではなく、例えばプリント配線基板の配線パターンを形成するための導電性粒子を含む液体を吐出する装置等であっても良い。 For example, the liquid to be ejected is not limited to ink for printing, but may be a device that ejects liquid containing conductive particles for forming a wiring pattern on a printed wiring board.

また、上記実施形態において、インクジェットヘッドは、インクジェットプリンタ等の液体吐出装置に用いられる例を示したが、これに限られるものではなく、例えば3Dプリンタ、産業用の製造機械、医療用途にも用いることが可能であり、小型軽量化及び低コスト化が可能である。 In addition, in the above embodiment, the inkjet head is used in a liquid ejection device such as an inkjet printer, but the invention is not limited to this and can also be used in, for example, 3D printers, industrial manufacturing machines, and medical applications, allowing for reductions in size, weight, and cost.

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、安定的な吐出特性を確保することができる液体吐出ヘッド及び液体吐出ヘッドの製造方法を提供できる。 At least one of the embodiments described above can provide a liquid ejection head and a method for manufacturing a liquid ejection head that can ensure stable ejection characteristics.

この他、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several other embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be embodied in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and their modifications are included within the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention and its equivalents as set forth in the claims.

10…インクジェットヘッド、11…アクチュエータベース、12…ノズルプレート、13…フレーム、17…回路基板、18…マニホールド、21…基板、22…アクチュエータ、24…カバー部材(壁部)、25…供給孔、26…排出孔、27…インク室、31…圧力室、32…ダミー室、33…側壁部、34…電極層、51…フィルム、52…駆動ICチップ、100…インクジェットプリンタ、111…筐体、112…媒体供給部、113…画像形成部、114…媒体排出部、115…搬送装置、116…制御部、117…支持部、118…搬送ベルト、119…支持プレート、120…ベルトローラ、121…ガイドプレート対、122…搬送用ローラ、130…ヘッドユニット、132…インクタンク、133…接続流路、134…循環ポンプ、211…パターン配線、221…側面部、222…頂部、240…絞り部、241…突起部、242…絞り口、243…電着レジスト膜、271…第1共通室、272…第2共通室。 10...inkjet head, 11...actuator base, 12...nozzle plate, 13...frame, 17...circuit board, 18...manifold, 21...substrate, 22...actuator, 24...cover member (wall portion), 25...supply hole, 26...discharge hole, 27...ink chamber, 31...pressure chamber, 32...dummy chamber, 33...side wall portion, 34...electrode layer, 51...film, 52...driving IC chip, 100...inkjet printer, 111...housing, 112...media supply section, 113...image forming section, 114 ...medium discharge section, 115...transport device, 116...control section, 117...support section, 118...transport belt, 119...support plate, 120...belt roller, 121...pair of guide plates, 122...transport roller, 130...head unit, 132...ink tank, 133...connection flow path, 134...circulation pump, 211...pattern wiring, 221...side section, 222...top, 240...throttling section, 241...projection, 242...throttling port, 243...electrodeposited resist film, 271...first common chamber, 272...second common chamber.

Claims (4)

液体を吐出するノズルに連通する複数の圧力室及び複数の前記圧力室の間に配される複数のダミー室を構成する複数の溝と、前記圧力室及び前記ダミー室を構成する前記溝の間に形成される複数の側壁と、前記溝の内壁に形成される電極層と、を有する、アクチュエータと、
前記アクチュエータの前記圧力室の両端部にそれぞれ連通する共通室と、
前記電極層上に成膜される電着レジスト膜で構成され、前記アクチュエータの前記圧力室の両側の前記共通室に連通する開口部に配され前記圧力室の前記共通室に連通する開口部の一部を塞ぐ、絞り部と、
を備える、サイドシュータ型の、液体吐出ヘッド。
an actuator having a plurality of pressure chambers communicating with a nozzle that ejects liquid and a plurality of grooves that form a plurality of dummy chambers disposed between the pressure chambers, a plurality of side walls formed between the pressure chambers and the grooves that form the dummy chambers, and an electrode layer formed on an inner wall of the grooves;
a common chamber communicating with both ends of the pressure chamber of the actuator;
a restricting portion formed of an electrodeposition resist film formed on the electrode layer, the restricting portion being disposed in an opening portion communicating with the common chamber on both sides of the pressure chamber of the actuator and blocking a part of the opening portion communicating with the common chamber of the pressure chamber;
A side shooter type liquid ejection head comprising:
前記圧力室及び前記ダミー室は第1方向に沿って複数配列され、
第1方向に並んで配列され前記圧力室に連通する複数の前記ノズルを有するノズルプレートと、
前記アクチュエータが配置されるベースと、を備え、
前記溝の底部側の面が前記ベースに接合され、
前記圧力室はそれぞれ前記第1方向と交差する第2方向に延出し、
前記ノズルが前記圧力室の前記第2方向における中途部に対応する位置に配置される、請求項1に記載の液体吐出ヘッド。
The pressure chambers and the dummy chambers are arranged in a plurality of rows along a first direction,
a nozzle plate having a plurality of the nozzles arranged side by side in a first direction and communicating with the pressure chambers;
a base on which the actuator is disposed,
A bottom surface of the groove is joined to the base,
Each of the pressure chambers extends in a second direction intersecting the first direction,
The liquid ejection head according to claim 1 , wherein the nozzle is disposed at a position corresponding to a midway portion of the pressure chamber in the second direction.
第1方向に並んで配置されるとともに液体を吐出するノズルに連通する複数の圧力室、及び複数の前記圧力室の間に配される複数のダミー室を構成する複数の溝と、前記圧力室及び前記ダミー室を構成する前記溝の間に形成される複数の側壁と、前記溝の内壁に形成される電極層と、を有する、アクチュエータの側面部において、前記圧力室の、前記圧力室の両端に設けられる共通室側の端部に、電着によりレジスト膜を成膜し、露光及び現像により前記レジスト膜をパターニングして前記共通室と前記圧力室とを連通するとともに前記圧力室の内部よりも流体抵抗の大きい絞り口を形成する、液体吐出ヘッドの製造方法。 A method for manufacturing a liquid ejection head, comprising: a plurality of pressure chambers arranged in a first direction and connected to a nozzle that ejects liquid; a plurality of grooves that constitute a plurality of dummy chambers arranged between the pressure chambers; a plurality of side walls formed between the pressure chambers and the grooves that constitute the dummy chambers; and an electrode layer formed on the inner walls of the grooves; a resist film is formed by electrochemical deposition on the ends of the pressure chambers that face the common chamber and are provided at both ends of the pressure chambers; and the resist film is patterned by exposure and development to communicate the common chamber with the pressure chambers and to form a throttle opening that has a greater fluid resistance than the inside of the pressure chamber. 前記アクチュエータの側面部において、電着により、前記圧力室及び前記ダミー室の開口を覆う前記レジスト膜を成膜し、露光及び現像により、前記レジスト膜に前記共通室と前記圧力室とを連通する前記圧力室の内部よりも狭い絞り口を形成する、請求項3に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。 The method for manufacturing a liquid ejection head according to claim 3, further comprising forming the resist film covering the openings of the pressure chamber and the dummy chamber on the side of the actuator by electrochemical deposition, and forming a narrower aperture than the inside of the pressure chamber that connects the common chamber and the pressure chamber in the resist film by exposure and development.
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