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JP7802585B2 - Liquid ejection head - Google Patents
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JP7802585B2 - Liquid ejection head - Google Patents

Liquid ejection head

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JP7802585B2 JP2022046992A JP2022046992A JP7802585B2 JP 7802585 B2 JP7802585 B2 JP 7802585B2 JP 2022046992 A JP2022046992 A JP 2022046992A JP 2022046992 A JP2022046992 A JP 2022046992A JP 7802585 B2 JP7802585 B2 JP 7802585B2
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Description

本発明の実施形態は、液体吐出ヘッドに関する。 An embodiment of the present invention relates to a liquid ejection head.

所定量の液体を所定の位置に供給する液体吐出ヘッドが知られている。液体吐出ヘッドは、例えばインクジェットプリンタ、3Dプリンタ、分注装置などに搭載する。インクジェットプリンタは、インクの液滴をインクジェットヘッドから吐出して、記録媒体の表面に画像等を形成する。3Dプリンタは、造形材の液滴を造形材吐出ヘッドから吐出し、硬化させて、三次元造形物を形成する。分注装置は、試料の液滴を吐出して複数の容器等へ所定量供給する。 Liquid ejection heads that supply a predetermined amount of liquid to a predetermined position are known. Liquid ejection heads are installed in, for example, inkjet printers, 3D printers, and dispensing devices. Inkjet printers eject ink droplets from an inkjet head to form images, etc., on the surface of a recording medium. 3D printers eject modeling material droplets from a modeling material ejection head, which then harden to form three-dimensional objects. Dispensing devices eject sample droplets and supply a predetermined amount to multiple containers, etc.

液体吐出ヘッドは、液体を吐出するチャネルを複数有している。各チャネルは、液体を吐出する吐出ノズル、吐出ノズルに連通する圧力室、及び圧力室の容積を変えるアクチュエーターを備える。液体吐出ヘッドは、複数のチャネルの中から液体を吐出するチャネルを選択し、アクチュエーターに駆動信号を与えて駆動させる。アクチュエーターを駆動すると、液体で満たされている圧力室の容積が変わり、吐出ノズルから液体が吐出する。液体吐出ヘッドは、液体を吐出しないダミーノズルを設ける場合がある。しかしながら、アクチュエーターを駆動した際の圧力変化などによって、ダミーノズルから液体が漏れ出たり反対に空気を吸い込んでしまったりするおそれがある。 A liquid ejection head has multiple channels that eject liquid. Each channel has an ejection nozzle that ejects liquid, a pressure chamber that communicates with the ejection nozzle, and an actuator that changes the volume of the pressure chamber. The liquid ejection head selects a channel from the multiple channels that will eject liquid and drives the actuator by providing a drive signal. When the actuator is driven, the volume of the pressure chamber filled with liquid changes, causing liquid to be ejected from the ejection nozzle. Liquid ejection heads may be equipped with dummy nozzles that do not eject liquid. However, pressure changes that occur when the actuator is driven can cause liquid to leak from the dummy nozzle or, conversely, air to be sucked in.

特開2010-23241号公報JP 2010-23241 A 特開2015-80923号公報JP 2015-80923 A 特開2004-195959号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-195959 特開2008-6646号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-6646 特開2021-41577号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2021-41577

本発明が解決しようとする課題は、ダミーノズルから液体が漏れ出たり或いは空気を吸い込んでしまったりするのを抑えることのできる液体吐出ヘッドを提供することにある。 The problem that this invention aims to solve is to provide a liquid ejection head that can prevent liquid from leaking or air from being sucked in from dummy nozzles.

本発明の実施形態の液体吐出ヘッドは、圧力室、吐出ノズル及びダミーノズルを備える。圧力室は、長手方向の少なくとも一端を開放端にしている。吐出ノズルは、圧力室と連通し、外側開口径が内側開口径より小さい。吐出ノズルは、アクチュエーターを駆動させた際に生じる前記圧力室内の長手方向の1/4波長又は1/2波長の液柱共鳴によって該圧力室内の圧力変化が大きくなる位置に設ける。ダミーノズルは、前記吐出ノズルよりも液体の圧力変化が小さい位置に配置し、外側開口径が内側開口径以上であって、且つ、該外側開口径が前記吐出ノズルの前記外側開口径以下である。 A liquid ejection head according to an embodiment of the present invention includes a pressure chamber, an ejection nozzle, and a dummy nozzle. The pressure chamber has at least one longitudinal end that is open. The ejection nozzle communicates with the pressure chamber, and has an outer opening diameter that is smaller than the inner opening diameter. The ejection nozzle is provided at a position where pressure change within the pressure chamber increases due to liquid column resonance of ¼ wavelength or ½ wavelength in the longitudinal direction within the pressure chamber that occurs when the actuator is driven. The dummy nozzle is provided at a position where liquid pressure change is smaller than that of the ejection nozzle, and has an outer opening diameter that is equal to or larger than the inner opening diameter and is equal to or smaller than the outer opening diameter of the ejection nozzle.

第1実施形態に従うインクジェットヘッドを備えたインクジェットプリンタの全体構成図である。1 is a diagram illustrating the overall configuration of an inkjet printer equipped with an inkjet head according to a first embodiment. 上記インクジェットヘッドの斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of the inkjet head. 上記インクジェットヘッドのヘッド部を部分拡大した斜視図である。FIG. 2 is a partially enlarged perspective view of a head portion of the inkjet head. 上記インクジェットヘッドのヘッド部を部分拡大した断面図である。FIG. 2 is a partially enlarged cross-sectional view of a head portion of the inkjet head. 上記インクジェットヘッドのアクチュエーターに与える駆動波形である。This is a driving waveform applied to the actuator of the inkjet head. 上記駆動波形で駆動するアクチュエーターの動作説明図である。10A and 10B are diagrams illustrating the operation of an actuator driven by the above drive waveform. 上記インクジェットヘッドの吐出ノズルとダミーノズルの配置図である。FIG. 2 is a diagram illustrating the arrangement of ejection nozzles and dummy nozzles of the inkjet head. 上記インクジェットヘッドの圧力室内に生じる液柱共鳴を説明する図である。5A and 5B are diagrams illustrating liquid column resonance occurring in a pressure chamber of the inkjet head. 上記吐出ノズルと上記ダミーノズルの断面形状を示す図である。3A and 3B are diagrams showing cross-sectional shapes of the discharge nozzle and the dummy nozzle. 上記インクジェットヘッドの吐出ノズルとダミーノズルの配置と圧力伝搬の説明図である。3A and 3B are explanatory diagrams of the arrangement of ejection nozzles and dummy nozzles of the inkjet head and pressure propagation. 上記インクジェットヘッドの吐出ノズルとダミーノズルの配置と圧力伝搬の説明図である。3A and 3B are explanatory diagrams of the arrangement of ejection nozzles and dummy nozzles of the inkjet head and pressure propagation. 上記インクジェットヘッドの吐出ノズルとダミーノズルの配置と圧力伝搬の説明図である。3A and 3B are explanatory diagrams of the arrangement of ejection nozzles and dummy nozzles of the inkjet head and pressure propagation. 第2実施形態に従うインクジェットヘッドの斜視図である。FIG. 10 is a perspective view of an inkjet head according to a second embodiment. 上記インクジェットヘッドのヘッド部を部分拡大した平面図である。FIG. 2 is a partially enlarged plan view of a head portion of the inkjet head. 上記インクジェットヘッドのヘッド部を部分拡大した断面図である。FIG. 2 is a partially enlarged cross-sectional view of a head portion of the inkjet head. 上記インクジェットヘッドのヘッド部を部分拡大した断面図である。FIG. 2 is a partially enlarged cross-sectional view of a head portion of the inkjet head. 上記インクジェットヘッドの圧力室と空気室を拡大した断面図である。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a pressure chamber and an air chamber of the inkjet head. 上記インクジェットヘッドのアクチュエーターの動作説明図である。3A to 3C are explanatory diagrams illustrating the operation of the actuator of the inkjet head. 上記インクジェットヘッドの圧力室内に生じる液柱共鳴の説明図である。5A and 5B are explanatory diagrams of liquid column resonance occurring in a pressure chamber of the inkjet head. 上記インクジェットヘッドの吐出ノズルとダミーノズルの断面形状を示す図である。3A and 3B are diagrams showing cross-sectional shapes of ejection nozzles and dummy nozzles of the inkjet head. 第3実施形態に従うインクジェットヘッドのヘッド部を部分拡大した平面図であるFIG. 10 is a partially enlarged plan view of a head portion of an inkjet head according to a third embodiment; 上記インクジェットヘッドのヘッド部を部分拡大した断面図である。FIG. 2 is a partially enlarged cross-sectional view of a head portion of the inkjet head. 第4実施形態に従うインクジェットヘッドの斜視図である。FIG. 10 is a perspective view of an inkjet head according to a fourth embodiment. 上記インクジェットヘッドのヘッド部を部分拡大した平面図である。FIG. 2 is a partially enlarged plan view of a head portion of the inkjet head. 上記インクジェットヘッドのヘッド部を部分拡大した断面図である。FIG. 2 is a partially enlarged cross-sectional view of a head portion of the inkjet head. 上記インクジェットヘッドのヘッド部を部分拡大した断面図である。FIG. 2 is a partially enlarged cross-sectional view of a head portion of the inkjet head. 上記インクジェットヘッドの圧力室内に生じる液柱共鳴の説明図である。5A and 5B are explanatory diagrams of liquid column resonance occurring in a pressure chamber of the inkjet head. 上記インクジェットヘッドの吐出ノズルとダミーノズルの断面形状を示す図である。3A and 3B are diagrams showing cross-sectional shapes of ejection nozzles and dummy nozzles of the inkjet head. 上記インクジェットヘッドにインクを充填する様子を模式的に示した説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram schematically illustrating how the inkjet head is filled with ink.

以下、実施形態に従う液体吐出ヘッドについて、添付図面を参照しながら詳述する。なお、各図において、同一構成は同一の符号を付している。 The liquid ejection head according to the embodiment will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. Note that the same components are designated by the same reference numerals in each drawing.

(第1実施形態)
第1実施形態の液体吐出ヘッドを搭載した画像形成装置の一例として、記録媒体に画像を印刷するインクジェットプリンタ10を説明する。図1は、インクジェットプリンタ10の概略構成を示す。インクジェットプリンタ10は、筐体11の内部に、記録媒体の一例であるシートSを収納するカセット12、シートSの上流搬送路13、カセット12内から取り出したシートSを搬送する搬送ベルト14、搬送ベルト14上のシートSに向けてインクの液滴を吐出する複数のインクジェットヘッド100~103、シートSの下流搬送路15、排出トレイ16、及び制御基板17を配置する。ユーザーインターフェイスである操作部18は、筐体11の上部側に配置する。
(First embodiment)
An inkjet printer 10 that prints an image on a recording medium will be described as an example of an image forming apparatus equipped with a liquid ejection head according to the first embodiment. Fig. 1 shows a schematic configuration of the inkjet printer 10. The inkjet printer 10 includes, inside a housing 11, a cassette 12 that stores sheets S, which are an example of a recording medium, an upstream transport path 13 for the sheets S, a transport belt 14 that transports the sheets S removed from the cassette 12, a plurality of inkjet heads 100-103 that eject ink droplets toward the sheets S on the transport belt 14, a downstream transport path 15 for the sheets S, an ejection tray 16, and a control board 17. An operation unit 18, which serves as a user interface, is located on the upper side of the housing 11.

シートSに印刷する画像データは、例えば外部接続機器であるコンピュータ200で生成する。コンピュータ200で生成した画像データは、ケーブル201、コネクタ202,203を通してインクジェットプリンタ10の制御基板17に送る。 Image data to be printed on sheet S is generated, for example, by computer 200, an externally connected device. The image data generated by computer 200 is sent to the control board 17 of inkjet printer 10 via cable 201 and connectors 202 and 203.

ピックアップローラ204は、カセット12からシートSを一枚ずつ上流搬送路13へ供給する。上流搬送路13は、送りローラ対131、132と、シート案内板133、134で構成する。シートSは、上流搬送路13を経由して、搬送ベルト14の上面に送る。図中の矢印104は、カセット12から搬送ベルト14へのシートSの搬送経路を示す。 The pickup roller 204 supplies sheets S one by one from the cassette 12 to the upstream conveying path 13. The upstream conveying path 13 is composed of a pair of feed rollers 131 and 132 and sheet guide plates 133 and 134. The sheets S are fed via the upstream conveying path 13 onto the upper surface of the conveying belt 14. The arrow 104 in the figure indicates the conveying path of the sheets S from the cassette 12 to the conveying belt 14.

搬送ベルト14は、表面に多数の貫通孔を形成した網状の無端ベルトである。駆動ローラ141、従動ローラ142,143の3本のローラは、搬送ベルト14を回転自在に支持する。モータ205は、駆動ローラ141を回転することによって搬送ベルト14を回転させる。モータ205は、駆動装置の一例である。図中105は、搬送ベルト14の回転方向を示す。搬送ベルト14の裏面側に、負圧容器206を配置する。負圧容器206は、減圧用のファン207と連結する。ファン207は、形成する気流によって負圧容器206内を負圧にし、搬送ベルト14の上面にシートSを吸着保持させる。図中106は、気流の流れを示す。 The conveyor belt 14 is a mesh-like endless belt with numerous through holes formed on its surface. Three rollers, a drive roller 141 and driven rollers 142 and 143, support the conveyor belt 14 for free rotation. A motor 205 rotates the drive roller 141 to rotate the conveyor belt 14. The motor 205 is an example of a drive device. In the figure, 105 indicates the direction of rotation of the conveyor belt 14. A negative pressure container 206 is disposed on the back side of the conveyor belt 14. The negative pressure container 206 is connected to a decompression fan 207. The fan 207 creates an airflow that creates a negative pressure inside the negative pressure container 206, causing the sheet S to be attracted and held on the upper surface of the conveyor belt 14. In the figure, 106 indicates the flow of the airflow.

液体吐出ヘッドの一例であるインクジェットヘッド100~103は、搬送ベルト14上に吸着保持したシートSに対して、例えば1mmの僅かな隙間を介して対向するように配置する。インクジェットヘッド100~103は、シートSに向けてインクの液滴を夫々吐出する。インクジェットヘッド100~103は、下方をシートSが通過する際に画像を印刷する。各インクジェットヘッド100~103は、吐出するインクの色が異なることを除けば、同じ構造である。インクの色は、例えば、シアン,マゼンタ,イエロー,ブラックである。 Inkjet heads 100-103, which are an example of liquid ejection heads, are positioned facing sheet S, which is held by suction on conveyor belt 14, with a small gap of, for example, 1 mm between them. Inkjet heads 100-103 each eject ink droplets toward sheet S. Inkjet heads 100-103 print images as sheet S passes underneath. Each inkjet head 100-103 has the same structure, except for the color of ink they eject. The ink colors are, for example, cyan, magenta, yellow, and black.

インクジェットヘッド100~103は、夫々、インク流路311~314を介してインクタンク315~318及びインク供給圧力調整装置321~324と連結する。各インクタンク315~318は、各インクジェットヘッド100~103の上方に配置する。待機時に、インクジェットヘッド100~103の吐出ノズル3(図2参照)からインクが漏れ出ないように、各インク供給圧力調整装置321~324は、各インクジェットヘッド100~103内を大気圧に対して負圧、例えば-1.2kPaに調整している。画像形成時、各インクタンク315~318のインクは、インク供給圧力調整装置321~324によって各インクジェットヘッド100~103に供給する。 The inkjet heads 100-103 are connected to ink tanks 315-318 and ink supply pressure regulators 321-324 via ink flow paths 311-314, respectively. Each ink tank 315-318 is located above the corresponding inkjet head 100-103. During standby, each ink supply pressure regulator 321-324 regulates the pressure inside each inkjet head 100-103 to a negative pressure relative to atmospheric pressure, for example, -1.2 kPa, to prevent ink from leaking from the ejection nozzles 3 (see Figure 2) of the inkjet heads 100-103. During image formation, ink from each ink tank 315-318 is supplied to each inkjet head 100-103 by the ink supply pressure regulators 321-324.

画像形成後、搬送ベルト14から下流搬送路15へシートSを送る。下流搬送路15は、送りローラ対151,152,153,154と、シートSの搬送経路を規定するシート案内板155,156で構成する。シートSは、下流搬送路15を経由し、排出口157から排出トレイ16へ送る。図中矢印107は、シートSの搬送経路を示す。 After image formation, the sheet S is sent from the conveyor belt 14 to the downstream conveying path 15. The downstream conveying path 15 is composed of pairs of feed rollers 151, 152, 153, and 154, and sheet guide plates 155 and 156 that define the conveying path of the sheet S. The sheet S passes through the downstream conveying path 15 and is sent from the discharge outlet 157 to the discharge tray 16. The arrow 107 in the figure indicates the conveying path of the sheet S.

続いて、インクジェットヘッド100~103の構成について説明する。以下は、図2~図4を参照しながら、インクジェットヘッド100について説明しているが、インクジェットヘッド101~103もインクジェットヘッド100と同じ構造である。 Next, the configuration of inkjet heads 100-103 will be described. Below, inkjet head 100 will be described with reference to Figures 2-4, but inkjet heads 101-103 have the same structure as inkjet head 100.

図2に示すように、インクジェットヘッド100は、液体吐出部の一例であるヘッド部2を備える。ヘッド部2は、フレキシブルプリント配線板21と接続する。ヘッド部2は、インクを吐出するチャネルを複数備える。ヘッド部2は、ノズルプレート22、アクチュエーター基板23、液体供給部の一例であるインク供給部24を備える。インク供給部24は、インク流路311を介して図1のインク供給圧力調整装置321に接続する。 As shown in FIG. 2, the inkjet head 100 includes a head unit 2, which is an example of a liquid ejection unit. The head unit 2 is connected to a flexible printed wiring board 21. The head unit 2 has multiple channels for ejecting ink. The head unit 2 includes a nozzle plate 22, an actuator substrate 23, and an ink supply unit 24, which is an example of a liquid supply unit. The ink supply unit 24 is connected to the ink supply pressure adjustment device 321 shown in FIG. 1 via an ink flow path 311.

フレキシブルプリント配線板21は、ドライバチップである駆動用のIC(Integrated Circuit)25を搭載している(以下、駆動ICと称す)。制御部の一例である駆動IC25は、インクジェットプリンタ10の制御基板17から送られてくるプリントデータを一時的に格納し、所定のタイミングでインクを吐出するよう各チャネルに駆動信号を与える。 The flexible printed wiring board 21 is equipped with a driver chip, a driving IC (Integrated Circuit) 25 (hereafter referred to as the driving IC). The driving IC 25, which is an example of a control unit, temporarily stores print data sent from the control board 17 of the inkjet printer 10 and sends driving signals to each channel to eject ink at the specified timing.

ノズル部の一例であるノズルプレート22は、例えばポリイミドなどの樹脂又はステンレスなどの金属で形成した矩形状のプレートである。インクを吐出するノズル(吐出ノズル)3は、ノズルプレート22の表面に、例えばノズルプレート22の長手方向(X方向)に沿って配列する。ノズル密度は、例えば150~1200dpiの範囲内に設定する。ダミーノズル31は、例えばノズルプレート22の短手方向(Y方向)に沿って、吐出ノズル3の両側に配置する。ダミーノズル31は、インクを吐出しないノズルである。すなわち、インクを吐出する各チャネルは、1個の吐出ノズル3と2個のダミーノズル31を各々備える。なお、図2では、吐出ノズル3をノズルプレート22の短手方向(Y方向)に2列配列しているが、これに限らない。吐出ノズル3は、例えば1列でもよい。 The nozzle plate 22, an example of a nozzle section, is a rectangular plate made of resin such as polyimide or metal such as stainless steel. Nozzles (ejection nozzles) 3 that eject ink are arranged on the surface of the nozzle plate 22, for example, along the longitudinal direction (X direction) of the nozzle plate 22. The nozzle density is set, for example, within the range of 150 to 1200 dpi. Dummy nozzles 31 are arranged on both sides of the ejection nozzles 3, for example, along the lateral direction (Y direction) of the nozzle plate 22. The dummy nozzles 31 are nozzles that do not eject ink. In other words, each channel that ejects ink has one ejection nozzle 3 and two dummy nozzles 31. Note that in Figure 2, the ejection nozzles 3 are arranged in two rows in the lateral direction (Y direction) of the nozzle plate 22, but this is not limited to this. The ejection nozzles 3 may also be arranged in a single row, for example.

特に図3と図4に示すように、ノズルプレート22は、枠状部材26を介在してアクチュエーター基板23に取り付ける。アクチュエーター基板23は、例えば絶縁性のセラミックスで形成した矩形状の基板である。ノズルプレート22、枠状部材26及びアクチュエーター基板23によって囲われた空間内に、各チャネルの圧力室4を複数形成する。圧力室4は、例えば基板長手方向に沿って、アクチュエーター基板23に複数配列する。各チャネルの圧力室4は、各チャネルの吐出ノズル3と連通する。 As shown in particular in Figures 3 and 4, the nozzle plate 22 is attached to the actuator substrate 23 via a frame-shaped member 26. The actuator substrate 23 is a rectangular substrate made of, for example, insulating ceramics. Multiple pressure chambers 4 for each channel are formed within the space surrounded by the nozzle plate 22, frame-shaped member 26, and actuator substrate 23. Multiple pressure chambers 4 are arranged on the actuator substrate 23, for example, along the longitudinal direction of the substrate. The pressure chambers 4 for each channel are connected to the discharge nozzles 3 for each channel.

圧力室4は、アクチュエーター基板23の表面に、例えば分極方向が相反する方向(一例として対向方向)に積層した2枚の圧電部材41を、例えば矩形の溝状に切り欠くことによって形成する(図4(b))。すなわち、圧電部材41は、その長手方向が例えばアクチェーター基板23の短手方向に延びるように形成する。圧電部材41は、例えば側面視が台形となるように形成しているが、側面視の形状は台形に限らない。 The pressure chambers 4 are formed on the surface of the actuator substrate 23 by cutting out, for example, rectangular grooves into two piezoelectric members 41 that are stacked with their polarization directions in opposite directions (for example, facing directions) (Figure 4(b)). That is, the piezoelectric members 41 are formed so that their longitudinal direction extends, for example, in the short direction of the actuator substrate 23. The piezoelectric members 41 are formed so that they have a trapezoidal shape when viewed from the side, for example, but the shape when viewed from the side is not limited to a trapezoid.

隣り合う圧力室4は、圧電部材41を側壁にして仕切られている。すなわち、各圧力室4は、その短手方向の両側に立設する圧電部材41の側壁を有し、その長手方向の両端が開口している。圧力室4端部の一方の開口は、共通液体室の一例である中央の共通インク室42と連通し、他方の開口は、共通液体室の一例である外側の共通インク室43と連通する。中央の共通インク室42は、アクチュエーター基板23に形成したインク供給孔44を介して、インク供給部24のインク供給溝27と連通する。外側の共通インク室43は、アクチュエーター基板23に形成したインク排出孔45を介して、インク供給部24のインク排出路28と連通する。かかる構成により、各チャネルの圧力室4にインクを循環供給する。但し、インクの供給は循環方式でなくともよい。 Adjacent pressure chambers 4 are separated by side walls made of piezoelectric members 41. That is, each pressure chamber 4 has side walls made of piezoelectric members 41 standing on both sides of its short side, and both ends of its length are open. One opening at the end of the pressure chamber 4 communicates with a central common ink chamber 42, which is an example of a common liquid chamber, and the other opening communicates with an outer common ink chamber 43, which is also an example of a common liquid chamber. The central common ink chamber 42 communicates with the ink supply groove 27 of the ink supply unit 24 via an ink supply hole 44 formed in the actuator substrate 23. The outer common ink chamber 43 communicates with the ink discharge path 28 of the ink supply unit 24 via an ink discharge hole 45 formed in the actuator substrate 23. With this configuration, ink is circulated to the pressure chambers 4 of each channel. However, ink supply does not have to be by a circulation method.

電極46は、圧力室4の底面及び両側面に一体的に形成する。各圧力室4の電極46は、配線電極47と接続する。圧電部材41及び電極46は、圧力室4の容積を変えるアクチュエーター5を構成する。配線電極47は、枠部材26の外側にまで引き出している。電極46の表面、及び枠部材26の内側にある配線電極47は、インクと接液しないように保護膜(不図示)で被覆してもよい。電極46及び配線電極47は、例えば無電解メッキなどによるニッケル薄膜などで形成する。配線電極47は、アクチュエーター基板23端部でフレキシブル配線板21と接続し、駆動IC25の駆動ドライバ(すなわち、駆動回路)に接続する。各チャネルの駆動ドライバは、各チャネルのアクチュエーター5に対し、駆動信号として例えば駆動電圧を夫々与える。この構成により、駆動電圧を与えたアクチュエーター5は、圧電部材41の分極軸と交差(望ましくは、直交)する方向に電界が印加され、圧力室4の両側の側壁となっている圧電部材41がシアモードで変形する。 The electrodes 46 are integrally formed on the bottom and both side surfaces of the pressure chamber 4. The electrode 46 of each pressure chamber 4 is connected to a wiring electrode 47. The piezoelectric member 41 and electrode 46 constitute the actuator 5 that changes the volume of the pressure chamber 4. The wiring electrode 47 extends to the outside of the frame member 26. The surfaces of the electrodes 46 and the wiring electrode 47 inside the frame member 26 may be covered with a protective film (not shown) to prevent contact with ink. The electrodes 46 and wiring electrode 47 are formed, for example, with a thin nickel film formed by electroless plating. The wiring electrode 47 is connected to the flexible wiring board 21 at the end of the actuator substrate 23 and is connected to the driver (i.e., drive circuit) of the drive IC 25. The driver for each channel provides a drive signal, for example a drive voltage, to the actuator 5 of each channel. With this configuration, when a drive voltage is applied to the actuator 5, an electric field is applied in a direction that intersects (preferably perpendicular to) the polarization axis of the piezoelectric member 41, causing the piezoelectric members 41, which form the side walls on both sides of the pressure chamber 4, to deform in shear mode.

すなわち、インクの圧力室4は、圧電部材41を用いた柱状の一対のアクチュエーター5に挟まれて形成している。その柱状のアクチュエーター5の両壁、すなわち圧力室4の内側の壁と外側の壁に電位差を与え、アクチュエーター5を充電することによってアクチュエーター5を変形させる。これにより圧力室4の容積が変化し、その結果、圧力室4内のインク圧が変化する。この変化の大きさとタイミングを調整することによって、吐出ノズル3からインクを吐出する。 That is, the ink pressure chamber 4 is formed by being sandwiched between a pair of pillar-shaped actuators 5 that use piezoelectric members 41. A potential difference is applied to both walls of the pillar-shaped actuator 5, i.e., the inner and outer walls of the pressure chamber 4, and the actuator 5 is charged, causing it to deform. This changes the volume of the pressure chamber 4, and as a result, the ink pressure inside the pressure chamber 4 changes. Ink is ejected from the ejection nozzle 3 by adjusting the magnitude and timing of this change.

図5は、アクチュエーター5を駆動する駆動波形の一例として、駆動波形(DRP波形)を示す。図5には、駆動時の圧力室4内のインクの圧力及びインクの流速の変化を併せて示している。駆動波形は、期間t1で負電位の電圧(-V)、期間t2でグランド電位(GND)、期間t3で正電位の電圧(+V)をアクチュエーター5に順に与える。期間t1は、例えばヘッド部2の圧力振動周期の1/2の時間に設定する。圧力振動周期が例えば4.8[μs]のとき、期間t1は、2.4[μs]とする。期間t2は、例えば3.25[μs]、期間t3は、期間t2よりも短い0.7[μs]とする。このとき期間t1と期間t3の中心間隔は、t1/2+t2+t3/2=(圧力振動周期)である。 Figure 5 shows a drive waveform (DRP waveform) as an example of a drive waveform for driving the actuator 5. Figure 5 also shows changes in the ink pressure and ink flow velocity within the pressure chamber 4 during drive. The drive waveform sequentially applies a negative voltage (-V) to the actuator 5 during period t1, a ground potential (GND) during period t2, and a positive voltage (+V) during period t3. Period t1 is set to, for example, half the pressure vibration period of the head unit 2. When the pressure vibration period is, for example, 4.8 μs, period t1 is set to 2.4 μs. Period t2 is set to, for example, 3.25 μs, and period t3 is set to 0.7 μs, shorter than period t2. In this case, the center interval between periods t1 and t3 is t1/2 + t2 + t3/2 = (pressure vibration period).

アクチュエーター5の駆動は、例えば圧力室4を2つおきに3つの組に分けて分割駆動する、いわゆる3分割駆動とすることができる。図6(a)は、互いに隣接する3個一組の圧力室4の電極46の電位がいずれもグラウンド電位(GND)である状態を示している。この状態では、圧力室4間の隔壁である圧電部材41は何ら歪み作用を受けない。図6(b)は、図5の駆動波形の期間t1に、中央の圧力室4の電極46に負電位の電圧(-V)を印加した状態を示している。この状態では、電圧(-V)を印加した中央の圧力室4の両側にある圧電部材41に、その分極方向と直交する方向に電界が作用し、圧電部材41がそれぞれ外側に変形することで、中央の圧力室4の容積が拡張する。 The actuator 5 can be driven, for example, by dividing the pressure chambers 4 into three groups of two each, known as three-part drive. Figure 6(a) shows a state in which the electrodes 46 of adjacent groups of three pressure chambers 4 are all at ground potential (GND). In this state, the piezoelectric elements 41 that form the partitions between the pressure chambers 4 are not distorted. Figure 6(b) shows a state in which a negative voltage (-V) is applied to the electrode 46 of the central pressure chamber 4 during period t1 of the drive waveform in Figure 5. In this state, an electric field acts on the piezoelectric elements 41 on both sides of the central pressure chamber 4 to which the voltage (-V) is applied, in a direction perpendicular to their polarization direction. This causes the piezoelectric elements 41 to deform outward, thereby expanding the volume of the central pressure chamber 4.

続く期間t2に、中央の圧力室4の電極46の電位をグラウンド電位(GND)にすることで、拡張していた中央の圧力室4の容積が図6(a)の状態まで収縮する。このように圧力振動周期の1/2の時間に設定した期間t1の終点で圧力室4の容積を収縮させることによって、図5に示すように圧力室4内のインクの圧力が高まって、インクの液滴が吐出ノズル3から吐出する。 During the following period t2, the potential of the electrode 46 of the central pressure chamber 4 is set to ground potential (GND), causing the expanded volume of the central pressure chamber 4 to contract to the state shown in Figure 6(a). By contracting the volume of the pressure chamber 4 in this way at the end of period t1, which is set to half the pressure oscillation period, the pressure of the ink inside the pressure chamber 4 increases, as shown in Figure 5, and ink droplets are ejected from the ejection nozzle 3.

さらに続く期間t3に、中央の圧力室4の電極46に正電位の電圧(+V)を印加する。この状態では、図6(c)に示すように、中央の圧力室4の両側にある圧電部材41に対し、図6(b)のときとは逆の方向に電界が作用し、圧電部材41がそれぞれ内側に変形することで、中央の圧力室4の容積が収縮する。期間t3の経過後、中央の圧力室4の電極46の電位をグラウンド電位(GND)にすることで、収縮していた中央の圧力室4の容積が図6(a)の状態まで復帰する。この収縮と復帰によって残留振動をキャンセルする。 During the following period t3, a positive voltage (+V) is applied to the electrode 46 of the central pressure chamber 4. In this state, as shown in Figure 6(c), an electric field acts on the piezoelectric elements 41 on both sides of the central pressure chamber 4 in the opposite direction to that in Figure 6(b), causing the piezoelectric elements 41 to deform inward, thereby contracting the volume of the central pressure chamber 4. After period t3 has elapsed, the potential of the electrode 46 of the central pressure chamber 4 is set to ground potential (GND), causing the contracted volume of the central pressure chamber 4 to return to the state shown in Figure 6(a). This contraction and restoration cancels out any residual vibration.

続いて、図7~図9を参照しながら、吐出ノズル3とダミーノズル31の形状と配置について説明する。既述のように、インクの吐出は、アクチュエーター5を駆動して圧力室4の容積を変化させ、圧力室4内の圧力を制御することによって行う。長手方向の端部の両方又は一方が開口して共通インク室42(43)と連通している圧力室4の場合、アクチュエーター5を駆動させた際に生じる圧力室4の長手方向の液柱共鳴をインクの吐出に利用している。液柱共鳴の場合、上述の圧力振動周期に圧力室4内のインクの音速を乗じた値が波長となる。そして、図7(a)に示す長手方向の両端が開口している圧力室4の場合は、この波長の1/2波長共鳴管となる。一方、図7(b)に示す長手方向の一方の端部が開口し他方の端部が閉じている圧力室4の場合は、1/4波長共鳴管となる。ヘルムホルツ共鳴を利用する構成のインクジェットヘッドとは異なる。 Next, the shape and arrangement of the ejection nozzle 3 and dummy nozzle 31 will be described with reference to Figures 7 to 9. As previously mentioned, ink is ejected by driving the actuator 5 to change the volume of the pressure chamber 4 and control the pressure within the pressure chamber 4. In the case of a pressure chamber 4 in which one or both longitudinal ends are open and communicate with the common ink chamber 42 (43), liquid column resonance in the longitudinal direction of the pressure chamber 4, which occurs when the actuator 5 is driven, is utilized to eject ink. In the case of liquid column resonance, the wavelength is the value obtained by multiplying the pressure oscillation period described above by the speed of sound of the ink within the pressure chamber 4. In the case of a pressure chamber 4 that is open at both longitudinal ends, as shown in Figure 7(a), it becomes a 1/2 wavelength resonance tube of this wavelength. On the other hand, in the case of a pressure chamber 4 in which one longitudinal end is open and the other end is closed, as shown in Figure 7(b), it becomes a 1/4 wavelength resonance tube. This differs from inkjet heads that utilize Helmholtz resonance.

1/2波長共鳴管の場合、図8のように圧力振幅と流速振幅を定在波で表すと、圧力室4の長手方向の中央部が圧力振幅最大であって流速振幅最小となる。一方、定在波の解放端では圧力振幅最小であって流速振幅最大となる。吐出ノズル3は、液柱共鳴による圧力変化が大きくなる位置に配置する。図7(a)の1/2波長共鳴管の場合、好ましい一例として、圧力振幅が最も大きくなる長手方向の中央部に配置する。図7(b)の1/4波長共鳴管の場合、好ましい一例として、圧力振幅が最も大きくなる長手方向の奥のところに配置する。但し、上述したように、例えば圧力室4を2つおきに3つの組に分けてアクチュエーター5を3分割駆動する場合、吐出ノズル3は、他の組と位置をずらした千鳥配置とする(図7,図10-12参照)。どのくらい位置をずらすかは、例えばシートSの搬送速度などに応じて決める。このように、吐出ノズル3の位置は、厳密に圧力振幅が最も大きくなる位置に限らず、その付近であってもよい。その付近の一例は1/10波長の範囲内である。 In the case of a 1/2 wavelength resonance tube, if the pressure amplitude and flow velocity amplitude are represented by a standing wave as shown in Figure 8, the pressure amplitude is maximum and the flow velocity amplitude is minimum at the longitudinal center of the pressure chamber 4. On the other hand, the pressure amplitude is minimum and the flow velocity amplitude is maximum at the open end of the standing wave. The discharge nozzle 3 is positioned at a location where the pressure change due to liquid column resonance is greatest. In the case of the 1/2 wavelength resonance tube of Figure 7(a), a preferred example is to place it in the longitudinal center where the pressure amplitude is maximum. In the case of the 1/4 wavelength resonance tube of Figure 7(b), a preferred example is to place it at the back of the longitudinal center where the pressure amplitude is maximum. However, as mentioned above, for example, if the pressure chambers 4 are divided into three groups, every two chambers, and the actuator 5 is driven in three divisions, the discharge nozzle 3 is positioned in a staggered arrangement, offset from the other groups (see Figures 7, 10-12). The amount of positional offset is determined depending on, for example, the transport speed of the sheet S. In this way, the position of the discharge nozzle 3 does not have to be strictly limited to the position where the pressure amplitude is greatest, but may be in the vicinity thereof. An example of the vicinity thereof is within 1/10 of the wavelength.

吐出ノズル3は、図9に示すように、外側開口径D1が内側開口径D2よりも小さい形状にする。好ましい一例として、吐出ノズル3は、外側の先端に向かうにつれて径が小さくなるテーパー形状とする。吐出ノズル3の外側開口径D1は、例えば20~30μmである。吐出ノズル3の内側開口径D2は、例えば40~55μmである。吐出ノズル3の長さLは、例えば50μmである。吐出ノズル3の長さLは、例えばノズルプレート22の厚みと同じである。なお、外側開口径とは、ノズルプレート22の吐出面側におけるノズルの開口径である。一方、内側開口径とは、ノズルプレート22の圧力室4側におけるノズルの開口径である。 As shown in FIG. 9, the discharge nozzle 3 has a shape in which the outer opening diameter D1 is smaller than the inner opening diameter D2. As a preferred example, the discharge nozzle 3 has a tapered shape in which the diameter decreases toward the outer tip. The outer opening diameter D1 of the discharge nozzle 3 is, for example, 20 to 30 μm. The inner opening diameter D2 of the discharge nozzle 3 is, for example, 40 to 55 μm. The length L of the discharge nozzle 3 is, for example, 50 μm. The length L of the discharge nozzle 3 is, for example, the same as the thickness of the nozzle plate 22. The outer opening diameter is the nozzle opening diameter on the discharge surface side of the nozzle plate 22. On the other hand, the inner opening diameter is the nozzle opening diameter on the pressure chamber 4 side of the nozzle plate 22.

吐出ノズル3は、その開口付近にインクのメニスカスMを形成し、アクチュエーター5を駆動した際に生じる液柱共鳴による圧力変化をノズル内に導入して、インクを吐出する。テーパー形状とした吐出ノズル3は、外側開口径D1を狭い開口に絞ることでインクの流速を上げ、内側開口径D2の広い開口によって圧力室4に負荷を与えている。なお、インクを吐出しない静止時においては、圧力室4に負圧を与えてメニスカスMを凹型に保つ。すなわち、インク供給圧力調整装置321によってインクジェットヘッド100内を大気圧に対して負圧に調整する。ダミーノズル31も同様である。 The ejection nozzle 3 forms an ink meniscus M near its opening, and ejects ink by introducing pressure changes caused by liquid column resonance that occurs when the actuator 5 is driven into the nozzle. The tapered ejection nozzle 3 increases the ink flow rate by narrowing the outer opening diameter D1, and applies load to the pressure chamber 4 with the wide inner opening diameter D2. When the nozzle is stationary and not ejecting ink, negative pressure is applied to the pressure chamber 4 to maintain the meniscus M in a concave shape. In other words, the ink supply pressure adjustment device 321 adjusts the pressure inside the inkjet head 100 to a negative pressure relative to atmospheric pressure. The same applies to the dummy nozzle 31.

既述のとおり圧力室4と共通インク室42,43とは、液柱共鳴の圧力変化が最も小さく流速変化が最も大きくなる位置で連通しているが、現実にはアクチュエーター5を駆動すると共通インク室42,43と圧力室4の間を出入りするインクの流れによって圧力室4の両端部にも圧力変化が生じる。これが吐出特性に悪影響を与えることがある。圧力変化は、連通路を介して周囲の別のチャネルの圧力室4にも伝搬する。そこでダミーノズル31を設ける。 As mentioned above, the pressure chamber 4 and the common ink chambers 42, 43 are connected at the position where the pressure change due to liquid column resonance is smallest and the flow velocity change is greatest. However, in reality, when the actuator 5 is driven, pressure changes also occur at both ends of the pressure chamber 4 due to the flow of ink in and out between the common ink chambers 42, 43 and the pressure chamber 4. This can have a negative impact on ejection characteristics. The pressure change also propagates via the connecting passage to the pressure chambers 4 of other surrounding channels. This is why dummy nozzles 31 are provided.

ダミーノズル31は、吐出ノズル3よりも液柱共鳴の圧力振幅が小さい位置に配置して、インクを吐出しないノズルとする。図7(a)の1/2波長共鳴管の例では、好ましい一例として、圧力振幅が最も小さい場所である長手方向の両端部に配置する。図7(b)の1/4波長共鳴管の例では、好ましい一例として、圧力振幅が最も小さい場所である長手方向の開口側の端部に配置する。なお液柱共鳴の圧力振幅が最も小さい場所は、例えば液柱共鳴の開口補正を考慮すると圧力室4と共通インク室42(43)の境界よりも外側にあるので、その位置にダミーノズル31を配置してよい。液柱共鳴の圧力振幅が最も小さい場所がどの位置にあるかは、例えば実際に試験を行うかシミュレーションなどによって確認する。勿論、厳密に圧力振幅が最も小さい位置に限らず、その付近であってもよい。すなわち、ダミーノズル31は、圧力室4と共通インク室42(43)の境界より外側でなくともよく、境界よりも内側或いは境界にまたがるように配置してもよい。一例として、図7(c)に示すように、圧力室4の端から1/10波長内側の位置かそれよりも共通インク室42(43)側の位置に配置する。 The dummy nozzles 31 are positioned at locations where the pressure amplitude of the liquid column resonance is smaller than that of the ejection nozzles 3, and do not eject ink. In the example of the 1/2 wavelength resonance tube shown in FIG. 7(a), a preferred example is to place them at both longitudinal ends, where the pressure amplitude is smallest. In the example of the 1/4 wavelength resonance tube shown in FIG. 7(b), a preferred example is to place them at the longitudinal end on the opening side, where the pressure amplitude is smallest. Note that the location where the pressure amplitude of the liquid column resonance is smallest is outside the boundary between the pressure chamber 4 and the common ink chamber 42 (43), for example, when considering the opening correction of the liquid column resonance. Therefore, the dummy nozzles 31 may be positioned at this location. The location where the pressure amplitude of the liquid column resonance is smallest can be confirmed, for example, by actual testing or simulation. Of course, the location does not have to be strictly the location where the pressure amplitude is smallest, and may be located near that boundary. In other words, the dummy nozzles 31 do not have to be outside the boundary between the pressure chamber 4 and the common ink chamber 42 (43), but may be positioned inside the boundary or straddling the boundary. As an example, as shown in Figure 7(c), it is placed at a position 1/10 wavelength inward from the end of the pressure chamber 4 or at a position closer to the common ink chamber 42 (43).

ダミーノズル31は、図9に示すように、外側開口径D3が内側開口径D4以上であって、且つ、外側開口径D3が吐出ノズル3の外側開口径D1以下とする。好ましくは、図9(a)に示すような寸胴形状、又は図9(b)に示すような外側の先端に向かうにつれて径が大きくなる逆テーパー形状にする。ダミーノズル31の外側開口径D3は、例えば20~30μmである。ダミーノズル31の内側開口径D4は、寸胴形状の場合は例えば20~30μm、逆テーパー形状の場合は例えば10~20μmである。ダミーノズル31の長さLは、例えば50μmである。吐出ノズル3の長さLは、例えばノズルプレート22の厚みと同じである。 As shown in FIG. 9, the dummy nozzle 31 has an outer opening diameter D3 that is equal to or greater than the inner opening diameter D4, and is equal to or smaller than the outer opening diameter D1 of the discharge nozzle 3. Preferably, the dummy nozzle 31 has a cylindrical shape as shown in FIG. 9(a), or an inverted tapered shape in which the diameter increases toward the outer tip as shown in FIG. 9(b). The outer opening diameter D3 of the dummy nozzle 31 is, for example, 20 to 30 μm. The inner opening diameter D4 of the dummy nozzle 31 is, for example, 20 to 30 μm in the case of a cylindrical shape, and is, for example, 10 to 20 μm in the case of an inverted tapered shape. The length L of the dummy nozzle 31 is, for example, 50 μm. The length L of the discharge nozzle 3 is, for example, the same as the thickness of the nozzle plate 22.

ダミーノズル31は、液柱共鳴の圧力振幅が小さい位置に配置することでインクは吐出しないが、ノズル内のメニスカスMの位置や形状が変化するので、これにより圧力変化を抑えることができる。すなわち、ダミーノズル31が圧力緩和ノズルとして機能する。但し、吐出ノズル3と同様のテーパー形状にすると、圧力室4の負圧が増大しメニスカスMが内側へ後退するに伴い、メニスカス力が弱まってノズルから外部の空気が入り易くなるので、圧力緩和の能力が低い。そのためダミーノズル31は、寸胴形状又は逆テーパー形状が好ましい。寸胴形状にすると、共通インク室42(43)のインク室の負圧が増大したときにメニスカスMが図9の破線のように内側に後退してもメニスカス力は変わらない。寸胴形状は、共通インク室42(43)に負荷を与えないのでさらにダミーノズル31から吐出し難くなるという利点もある。また、ダミーノズル31を逆テーパー形状にすると、メニスカスMが図9の破線のように内側に後退するほど、メニスカスMの曲率が大きくなってメニスカス力が強くなる。ダミーノズル31は、例えば隣接して複数設けてもよい。ダミーノズル31の数を増やすと、共通インク室42(43)の体積変化幅を大きく取れるので、その分、圧力緩和の能力は高い。 By positioning the dummy nozzle 31 in a location where the pressure amplitude of the liquid column resonance is small, ink is not ejected. However, the position and shape of the meniscus M inside the nozzle change, thereby suppressing pressure changes. In other words, the dummy nozzle 31 functions as a pressure relief nozzle. However, if the dummy nozzle 31 is tapered like the ejection nozzle 3, as the negative pressure in the pressure chamber 4 increases and the meniscus M retreats inward, the meniscus force weakens, making it easier for external air to enter through the nozzle, resulting in low pressure relief capabilities. For this reason, a cylindrical or inverted tapered shape is preferred for the dummy nozzle 31. With a cylindrical shape, the meniscus force remains unchanged even if the meniscus M retreats inward as indicated by the dashed line in Figure 9 when the negative pressure in the ink chamber of the common ink chamber 42 (43) increases. A cylindrical shape also has the advantage of not placing a load on the common ink chamber 42 (43), making it even more difficult to eject ink from the dummy nozzle 31. Furthermore, if the dummy nozzles 31 are made inversely tapered, the further the meniscus M recedes inward as shown by the dashed lines in Figure 9, the greater the curvature of the meniscus M and the stronger the meniscus force. Multiple dummy nozzles 31 may be provided adjacent to each other, for example. Increasing the number of dummy nozzles 31 allows for a larger range of volume change in the common ink chamber 42 (43), thereby improving pressure relaxation capabilities.

すなわち、図9(c)に示すように、ノズルのテーパー角をθ1、ノズルとインクの接触角をθ2、外側開口径のノズル半径をR、メニスカス曲率をr=R/cosθ、インク表面張力をδとし、下記のヤング・ラプラスの式でメニスカスMの内外圧力差ΔPを求めると、どのくらいの負圧に耐えられるかが分かる。
ΔP=2δ/r=[2cosθ/R]δ 但し、θ=θ2-θ1
吐出ノズル3と同様に、ダミーノズル31を図9(c)のようなテーパー形状に形成すると、θ1=10°,θ2=10°,R=15μm(D1=30μm)、δ=30×10-3N/mのとき、ノズルは-4kPaの負圧に耐えられる。しかし、メニスカスMが図9の破線のように内側径まで後退したとき(L=50μm,R=23.8μm(D2=47.6μm))、-2.5kPaの負圧までしか耐えられなくなる。仮にダミーノズル31の外側径がこの吐出ノズル3と同じだとしても、ダミーノズル31のテーパー角θ1を5度まで小さくすれば、内側径は38.7μmと小さくなり、メニスカスMがノズル内側径まで後退したとき-3kPaまで耐えるようになる。すなわち、ダミーノズル31は、吐出ノズル3よりもテーパー角が小さいテーパー形状としてもよい。さらにダミーノズルを寸胴形状のダミーノズル31とすれば、R=10μm(D3=20μm)のとき、-5.9kPaの負圧に耐えられ、メニスカスMが後退しても、メニスカス力は変わらない。また、逆テーパー形状のダミーノズル31は、θ1=-3°,θ2=10°,R=10μm(D3=20μm)のとき、-5.8kPaの負圧に耐えられる。そして、メニスカスMが内側径まで後退したとき(L=50μm,R=7.4μm(D4=14.8μm))、-8.1kPaの負圧まで耐えることができる。なお、寸胴形状のダミーノズル31であれば、θ1=0であり、逆テーパー形状のダミーノズル31であれば、θ1<0である。よって、寸胴形状や逆テーパー形状のダミーノズル31は、テーパー形状である吐出ノズル3よりもテーパーが小さいと言える。また、ダミーノズル31は、内側開口径と外側開口径の比(=内側開口径/外側開口径)が吐出ノズル3の内側開口径と外側開口径の比よりも小さいとも言える。
That is, as shown in FIG. 9(c), if the taper angle of the nozzle is θ1, the contact angle between the nozzle and the ink is θ2, the nozzle radius of the outer opening diameter is R, the meniscus curvature is r = R/cos θ, and the ink surface tension is δ, then by calculating the pressure difference ΔP between the inside and outside of the meniscus M using the Young-Laplace equation below, it is possible to determine how much negative pressure the nozzle can withstand.
ΔP=2δ/r=[2cosθ/R]δ However, θ=θ2−θ1
If the dummy nozzle 31 is formed with a tapered shape as shown in FIG. 9C , similar to the discharge nozzle 3, when θ1 = 10°, θ2 = 10°, R = 15 μm (D1 = 30 μm), and δ = 30 × 10 −3 N/m, the nozzle can withstand a negative pressure of −4 kPa. However, when the meniscus M recedes to the inner diameter as shown by the dashed line in FIG. 9 (L = 50 μm, R = 23.8 μm (D2 = 47.6 μm)), the nozzle can only withstand a negative pressure of −2.5 kPa. Even if the outer diameter of the dummy nozzle 31 is the same as that of the discharge nozzle 3, if the taper angle θ1 of the dummy nozzle 31 is reduced to 5 degrees, the inner diameter will be reduced to 38.7 μm, and the dummy nozzle 31 will be able to withstand a pressure of −3 kPa when the meniscus M recedes to the nozzle inner diameter. In other words, the dummy nozzle 31 may have a tapered shape with a smaller taper angle than the discharge nozzle 3. Furthermore, if the dummy nozzle 31 is a cylindrical dummy nozzle, when R = 10 μm (D3 = 20 μm), it can withstand a negative pressure of -5.9 kPa, and the meniscus force does not change even when the meniscus M recedes. Furthermore, if the dummy nozzle 31 is a reverse tapered dummy nozzle, when θ1 = -3°, θ2 = 10°, and R = 10 μm (D3 = 20 μm), it can withstand a negative pressure of -5.8 kPa. When the meniscus M recedes to the inner diameter (L = 50 μm, R = 7.4 μm (D4 = 14.8 μm)), it can withstand a negative pressure of up to -8.1 kPa. Note that for a cylindrical dummy nozzle 31, θ1 = 0, and for a reverse tapered dummy nozzle 31, θ1 < 0. Therefore, it can be said that a cylindrical or reverse tapered dummy nozzle 31 has a smaller taper than a tapered discharge nozzle 3. It can also be said that the ratio of the inner opening diameter to the outer opening diameter of the dummy nozzle 31 (=inner opening diameter/outer opening diameter) is smaller than the ratio of the inner opening diameter to the outer opening diameter of the discharge nozzle 3 .

ダミーノズル31は、図10のようにチャネルとその隣のチャネルとの連通路300上に設ける。ダミーノズル31の位置が圧力室4の端部から遠すぎると、その場所から圧力室4の端部までの間に圧力差が生じてしまうので、圧力室4の端部近傍が望ましい。ダミーノズル31はその場の圧力変化を吸収するので連通路300を介した圧力伝搬を減少させる作用を持つ。この作用は一方のチャネルの動作が他方のチャネルの動作に影響するという、クロストークによる印字品質の低下を防ぐ効果を持つ。ダミーノズル31がある圧力室4とその圧力室4に隣接する別の圧力室4との連通路上にあたる共通インク室42(43)内にあれば、クロストークの低減効果は得られる。この目的ではダミーノズル31は必ずしも図7のようにチャネル毎に設けなくともよく、例えば図11に示すように、共通インク室42(43)内の各圧電部材41の端部側付近に配置してもクロストークの低減効果が期待できる。或いは、例えば図12に示すように、一つ置きの圧電部材41の端部側にダミーノズル31を配置してもクロストークの低減効果がある。なお、図中の矢印300は、図10と同様にチャネル間の連通路に沿った圧力伝搬を矢印で模式的に示したものである。 As shown in Figure 10, the dummy nozzle 31 is located on the communication path 300 between one channel and the adjacent channel. If the dummy nozzle 31 is located too far from the end of the pressure chamber 4, a pressure difference will occur between that location and the end of the pressure chamber 4, so it is preferable to locate it near the end of the pressure chamber 4. The dummy nozzle 31 absorbs local pressure changes, thereby reducing pressure propagation through the communication path 300. This action prevents degradation of print quality due to crosstalk, whereby the operation of one channel affects the operation of the other channel. The crosstalk reduction effect can be achieved by locating the dummy nozzle 31 in a common ink chamber 42 (43) that is located on the communication path between a pressure chamber 4 and another pressure chamber 4 adjacent to that pressure chamber 4. For this purpose, dummy nozzles 31 do not necessarily have to be located for each channel as shown in Figure 7. For example, as shown in Figure 11, crosstalk reduction can be expected by locating the dummy nozzle 31 near the end of each piezoelectric element 41 in the common ink chamber 42 (43). Alternatively, as shown in Figure 12, crosstalk can be reduced by placing dummy nozzles 31 on the end side of every other piezoelectric member 41. Note that the arrows 300 in the figure are schematic arrows that indicate pressure propagation along the communication paths between channels, similar to Figure 10.

さらに共通インク室43側のダミーノズル31は、上述の圧力緩和の効果に加え、流路の袋小路を防ぎ、共通インク室43内にインクが充填し易くなるという効果も得ることができる。すなわち、ダミーノズル31がインクを充填する際の排出穴として機能する。あるいは、ダミーノズル31を余剰インクを吸引する吸引穴としても利用してもよい。 Furthermore, in addition to the above-mentioned pressure relief effect, the dummy nozzles 31 on the common ink chamber 43 side also have the effect of preventing dead ends in the flow path, making it easier to fill the common ink chamber 43 with ink. In other words, the dummy nozzles 31 function as discharge holes when filling the ink. Alternatively, the dummy nozzles 31 can also be used as suction holes to suck out excess ink.

さらに、吐出ノズル3とダミーノズル31を、ヘッド部2のノズルプレート22の同一面上に設けることにより、インクのパージやパージ後のクリーニングが容易となる。 Furthermore, by arranging the ejection nozzles 3 and dummy nozzles 31 on the same surface of the nozzle plate 22 of the head section 2, purging of ink and cleaning after purging become easier.

(第2実施形態)
続いて、第2実施形態に従うインクジェットヘッド100について、図13~図20を参照しながら説明する。なお、第1実施形態と同様の構成については、同じ符号を付している。図13に示すように、インクジェットヘッド100は、例えばノズルプレート22の長手方向(X方向)に沿って吐出ノズル3とダミーノズル31を配列する。ダミーノズル31は、一つの吐出ノズル3に対しY方向に沿って配列する。吐出ノズル3、及び両側の3個二組のダミーノズル31は、ノズルプレート22のY方向に複数列に形成してもよい。
Second Embodiment
Next, an inkjet head 100 according to a second embodiment will be described with reference to FIGS. 13 to 20. Note that the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals. As shown in FIG. 13, the inkjet head 100 has discharge nozzles 3 and dummy nozzles 31 arranged, for example, along the longitudinal direction (X direction) of the nozzle plate 22. The dummy nozzles 31 are arranged along the Y direction relative to each discharge nozzle 3. The discharge nozzles 3 and the two sets of three dummy nozzles 31 on both sides may be formed in multiple rows in the Y direction of the nozzle plate 22.

特に図14~図16に示すように、吐出ノズル3とダミーノズル31を形成したノズルプレート22は、例えば枠状部材26を介在してアクチュエーター基板23に取り付ける。アクチュエーター基板23は、例えば絶縁性のセラミックスで形成した基板である。枠状部材26は、例えば樹脂で形成する。各チャネルのインクの圧力室4は、ノズルプレート22、枠状部材26及びアクチュエーター基板23によって囲われた空間内に、例えばノズルプレート22の長手方向(X方向)に空気室40と交互に配列する。インクを吐出する各チャネルの圧力室4は、各チャネルの吐出ノズル3と夫々連通する。 As shown in particular in Figures 14 to 16, the nozzle plate 22, on which the ejection nozzles 3 and dummy nozzles 31 are formed, is attached to the actuator substrate 23 via, for example, a frame-shaped member 26. The actuator substrate 23 is a substrate made of, for example, insulating ceramics. The frame-shaped member 26 is made of, for example, resin. The ink pressure chambers 4 of each channel are arranged alternately with the air chambers 40 in, for example, the longitudinal direction (X direction) of the nozzle plate 22 within the space surrounded by the nozzle plate 22, frame-shaped member 26, and actuator substrate 23. The pressure chambers 4 of each channel that ejects ink are connected to the ejection nozzles 3 of each channel.

圧力室4は、アクチュエーター基板23の表面に、例えば分極方向が相反する方向(一例として対向方向)に積層した2枚の圧電部材41を、例えば矩形の溝状に切り欠くことによって形成する(図17参照)。すなわち、圧電部材41は、その長手方向が例えばアクチェーター基板23の短手方向(Y方向)に延びるように形成する。圧電部材41は、ノズルプレート22の表面と接する高さに形成する。従って圧力室4は、その短手方向の両側に立設する圧電部材41の側壁を有し、その長手方向の両端が開口した、例えば細長い空間となっている。なお、圧電部材41は、例えば側面視が台形となるように形成しているが、側面視の形状は台形に限らない。 The pressure chamber 4 is formed on the surface of the actuator substrate 23 by cutting, for example, a rectangular groove into two piezoelectric members 41 stacked with their polarization directions in opposite directions (for example, facing directions) (see Figure 17). That is, the piezoelectric members 41 are formed so that their longitudinal direction extends, for example, in the lateral direction (Y direction) of the actuator substrate 23. The piezoelectric members 41 are formed at a height that makes contact with the surface of the nozzle plate 22. Therefore, the pressure chamber 4 has side walls of the piezoelectric members 41 erected on both sides in the lateral direction, and is, for example, an elongated space with both ends in the longitudinal direction open. Note that the piezoelectric members 41 are formed so that they are trapezoidal when viewed from the side, for example, but the shape when viewed from the side is not limited to a trapezoid.

空気室40は、圧電部材41を介在して圧力室4の両隣りに配置する。空気室40は、圧力室4と同様に圧電部材41を例えば矩形の溝状に切り欠き、さらに長手方向の両端の開口を、例えば枠状部材26から内側に延びる凸状の壁部材29で塞いで、インクを導入しない密閉空間とする。壁部材29は、例えば樹脂壁である。 The air chambers 40 are located on either side of the pressure chamber 4, with piezoelectric members 41 interposed between them. Similar to the pressure chamber 4, the air chambers 40 are formed by cutting out the piezoelectric member 41 in the shape of, for example, a rectangular groove, and the openings at both ends in the longitudinal direction are closed by, for example, convex wall members 29 extending inward from the frame-shaped member 26, creating an airtight space into which ink cannot be introduced. The wall members 29 are, for example, resin walls.

圧力室4の長手方向の両端の開口は、インク待機室6と夫々連通する。インク待機室6は、液体待機室の一例である。各インク待機室6は、例えば枠状部材26から延びる凸状の壁部材29によって隣のチャネルのインク待機室6と仕切っている。すなわち、インク待機室6は、インクを吐出するチャネル毎に分離している。圧力室4の開口が両端にある場合は、インク待機室6を端部毎に設ける。インク待機室6は、平面視において両側にある圧電部材41の幅の分、圧力室4の開口の幅よりも横方向に空間を拡げている。さらに縦断面でみると、例えば圧電部材41の傾斜面の延長線に沿って縦方向に空間を拡げている。このように、圧力室4の端部の開口に比してインク待機室6の空間を大きくしたことで、圧力室4の両端を、液柱共鳴による圧力変化が小さい開放端とする。但し、インク待機室6の空間を拡げるのは必ずしも横方向と縦方向の両方でなくともよく、いずれか一方でもよい。また、隣のチャネルのインク待機室6と仕切る壁部材29を、空気室40の開口を塞ぐ壁部材29と共用する構成を一例に挙げているが、別々に形成してもよい。さらに、壁部材29は、例えばプレートなどの他の部材で形成してもよい。 The openings at both longitudinal ends of the pressure chamber 4 are connected to the ink standby chamber 6. The ink standby chamber 6 is an example of a liquid standby chamber. Each ink standby chamber 6 is separated from the ink standby chamber 6 of the adjacent channel by, for example, a convex wall member 29 extending from the frame member 26. In other words, the ink standby chamber 6 is separated for each channel that ejects ink. When the pressure chamber 4 has openings at both ends, an ink standby chamber 6 is provided at each end. In a plan view, the ink standby chamber 6 has a space that is wider horizontally than the width of the opening of the pressure chamber 4 by the width of the piezoelectric members 41 on both sides. Furthermore, in a vertical cross section, the space is expanded vertically, for example, along the extension of the inclined surface of the piezoelectric member 41. In this way, by making the space of the ink standby chamber 6 larger compared to the opening at the end of the pressure chamber 4, both ends of the pressure chamber 4 become open ends where pressure changes due to liquid column resonance are small. However, the space of the ink standby chamber 6 does not necessarily have to be expanded both horizontally and vertically; either one is sufficient. In addition, while the wall member 29 separating the ink standby chamber 6 of the adjacent channel is shown as an example to be shared with the wall member 29 that closes the opening of the air chamber 40, they may also be formed separately. Furthermore, the wall member 29 may be formed from another material, such as a plate.

圧力室4の両側のインク待機室6は、狭窄部61を介してインク供給マニホールド62と夫々連通する。すなわち、狭窄部61は、各チャネルのインク待機室6毎に設ける。狭窄部61は、例えば矩形状のインクの通路である。狭窄部61は、一例として、インク待機室6の外方側に凸状にした部分の底面からアクチュエーター基板23を高さ方向に貫通するように形成する。インク供給マニホールド62は、一例として、インク供給部24の表面に、狭窄部61の配列方向(X方向)に沿って溝状に形成する。そしてアクチュエーター基板23とインク供給部24を積層することで、各チャネルの狭窄部61がインク供給マニホールド62と連通する。狭窄部61の開口面積は少なくともインク待機室6の断面積よりも小さくする。また通常は更に圧力室4の開口面積より小さくする。すなわち、狭窄部61をインクが通過する断面積は、インク待機室6をインクが通過する断面積よりも小さく、また圧力室4をインクが通過する断面積よりも小さいのが好ましい。狭窄部61の長さはアクチュエーター基板23の厚さである。狭窄部61をインクが通過する際の抵抗は、狭窄部61の開口面積と長さで決まり、開口面積が小さく長さが長い程抵抗は大きい。なお、図14~図16は、インク供給マニホールド62の両方からインクを供給する構成としているが、いずれか一方をインク排出マニホールドにして、圧力室4にインクを循環供給してもよい。インク供給マニホールド62及びインク排出マニホールドは、狭窄部61と連通するマニホールドの一例である。 The ink standby chambers 6 on both sides of the pressure chamber 4 are each connected to the ink supply manifold 62 via a narrowed portion 61. That is, a narrowed portion 61 is provided for each ink standby chamber 6 of each channel. The narrowed portion 61 is, for example, a rectangular ink passage. As an example, the narrowed portion 61 is formed so that it penetrates the actuator substrate 23 in the height direction from the bottom surface of the outwardly convex portion of the ink standby chamber 6. As an example, the ink supply manifold 62 is formed in the surface of the ink supply unit 24 as a groove along the arrangement direction of the narrowed portion 61 (X direction). By stacking the actuator substrate 23 and the ink supply unit 24, the narrowed portion 61 of each channel is connected to the ink supply manifold 62. The opening area of the narrowed portion 61 is at least smaller than the cross-sectional area of the ink standby chamber 6. It is usually also smaller than the opening area of the pressure chamber 4. That is, the cross-sectional area through which ink passes through the narrowed portion 61 is preferably smaller than the cross-sectional area through which ink passes through the ink standby chamber 6 and also smaller than the cross-sectional area through which ink passes through the pressure chamber 4. The length of the narrowed portion 61 is the thickness of the actuator substrate 23. The resistance to ink passing through the narrowed portion 61 is determined by the opening area and length of the narrowed portion 61; the smaller the opening area and the longer the length, the greater the resistance. Note that while Figures 14 to 16 show a configuration in which ink is supplied from both ink supply manifolds 62, one of them may also be an ink discharge manifold, and ink may be circulated and supplied to the pressure chamber 4. The ink supply manifold 62 and ink discharge manifold are examples of manifolds that communicate with the narrowed portion 61.

図14~図16では図示を省略しているが、図17に示すように、電極46は、例えば圧力室4の底面及び両側面に一体的に形成する。各圧力室4の電極46は、個別電極としての配線電極47と夫々接続する。電極48は、例えば空気室40の底面及び両側面に一体的に形成する。各空気室40の電極48は、共通電極としての配線電極49と接続する。圧電部材41、及び圧電部材41を挟む電極46,48は、シアモード変形によって圧力室4の容積を変えるアクチュエーター5を構成する。電極46,48及び配線電極47,49は、例えば無電解メッキなどによるニッケル薄膜などで形成する。特に圧力室4の電極46は、インクと接液しないように保護膜(不図示)で被覆してもよい。圧力室4からの配線電極47は、例えばアクチュエーター基板23端部でフレキシブルプリント配線板21と接続し、駆動IC25の駆動ドライバ(すなわち、駆動回路)に接続する。各チャネルの駆動ドライバは、各チャネルのアクチュエーター5に対し、駆動信号として例えば駆動電圧を夫々与える。一方、空気室40からの配線電極49は、例えばグランド(GND)に接続する。かかる構成により、駆動電圧を与えたアクチュエーター5は、圧電部材41の分極軸と交差(望ましくは、直交)する方向に電界が印加され、圧力室4の両側の側壁となっている圧電部材41がシアモードで変形する。 Although not shown in Figures 14 to 16, as shown in Figure 17, the electrodes 46 are integrally formed, for example, on the bottom and both side surfaces of the pressure chamber 4. The electrodes 46 of each pressure chamber 4 are connected to wiring electrodes 47 as individual electrodes. The electrodes 48 are integrally formed, for example, on the bottom and both side surfaces of the air chamber 40. The electrodes 48 of each air chamber 40 are connected to wiring electrodes 49 as a common electrode. The piezoelectric member 41 and the electrodes 46, 48 sandwiching the piezoelectric member 41 constitute the actuator 5, which changes the volume of the pressure chamber 4 through shear mode deformation. The electrodes 46, 48 and wiring electrodes 47, 49 are formed, for example, from a nickel thin film formed by electroless plating. In particular, the electrode 46 of the pressure chamber 4 may be covered with a protective film (not shown) to prevent it from coming into contact with ink. The wiring electrode 47 from the pressure chamber 4 is connected, for example, to the flexible printed wiring board 21 at the end of the actuator substrate 23 and then to the drive driver (i.e., drive circuit) of the drive IC 25. The driver for each channel supplies a drive signal, such as a drive voltage, to the actuator 5 for each channel. Meanwhile, the wiring electrode 49 from the air chamber 40 is connected to ground (GND), for example. With this configuration, when a drive voltage is applied to the actuator 5, an electric field is applied in a direction that intersects (preferably perpendicular to) the polarization axis of the piezoelectric member 41, causing the piezoelectric members 41 forming the side walls on both sides of the pressure chamber 4 to deform in shear mode.

アクチュエーター5は、例えば図5に示した駆動波形(DRP波形)を与えて駆動させる。図18(a)は、隣接する圧力室4と空気室40の電極46,48の電位がいずれもグランド電位(GND)である状態を示している。この状態では、圧力室4の両側にある圧電部材41は何ら歪み作用を受けない。図18(b)は、図6の駆動波形の期間t1に、圧力室4の電極46に負電位の電圧(-V)を印加した状態を示している。この状態では、圧力室4の両側にある圧電部材41に、その分極方向と直交する方向に電界が作用し、圧電部材41がそれぞれ外側にシアモードで変形することで、圧力室4の容積が拡張する。 The actuator 5 is driven by applying, for example, the drive waveform (DRP waveform) shown in Figure 5. Figure 18(a) shows a state in which the potentials of the electrodes 46, 48 of the adjacent pressure chamber 4 and air chamber 40 are both at ground potential (GND). In this state, the piezoelectric elements 41 on both sides of the pressure chamber 4 are not subjected to any distortion. Figure 18(b) shows a state in which a negative voltage (-V) is applied to the electrode 46 of the pressure chamber 4 during period t1 of the drive waveform in Figure 6. In this state, an electric field acts on the piezoelectric elements 41 on both sides of the pressure chamber 4 in a direction perpendicular to their polarization direction, causing the piezoelectric elements 41 to deform outward in a shear mode, thereby expanding the volume of the pressure chamber 4.

続く期間t2に、圧力室4の電極46の電位をグランド電位(GND)にすることで、拡張していた圧力室4の容積が図18(a)の状態まで復帰する。このように圧力振動周期の1/2の時間に設定した期間t1の終点で圧力室4の容積を復帰させることによって、図5に示したように圧力室4内のインクの圧力が高まって、インクの液滴が吐出ノズル3から吐出する。 During the following period t2, the potential of the electrode 46 of the pressure chamber 4 is set to ground potential (GND), causing the expanded volume of the pressure chamber 4 to return to the state shown in Figure 18(a). By restoring the volume of the pressure chamber 4 in this way at the end of period t1, which is set to half the time of the pressure vibration period, the pressure of the ink inside the pressure chamber 4 increases, as shown in Figure 5, and ink droplets are ejected from the ejection nozzle 3.

さらに続く期間t3に、圧力室4の電極46に正電位の電圧(+V)を印加する。この状態では、図18(c)に示すように、圧力室4の両側にある圧電部材41に対し、図18(b)のときとは逆の方向に電界が作用し、圧電部材41がそれぞれ内側に変形することで、圧力室4の容積が収縮する。期間t3の経過後、圧力室4の電極46の電位をグランド電位(GND)にすることで、収縮していた圧力室4の容積が図18(a)の状態まで復帰する。この収縮と復帰によって残留振動を減衰させる。 During the following period t3, a positive voltage (+V) is applied to the electrode 46 of the pressure chamber 4. In this state, as shown in Figure 18(c), an electric field acts on the piezoelectric elements 41 on both sides of the pressure chamber 4 in the opposite direction to that in Figure 18(b), causing the piezoelectric elements 41 to deform inward, thereby contracting the volume of the pressure chamber 4. After period t3 has elapsed, the potential of the electrode 46 of the pressure chamber 4 is set to ground potential (GND), causing the contracted volume of the pressure chamber 4 to return to the state shown in Figure 18(a). This contraction and restoration damps residual vibration.

上述のインクの吐出も、圧力室4の長手方向の端部を開放端にしているので、アクチュエーター5を駆動させた際に生じる圧力室長手方向の液柱共鳴を利用している。すなわち、図19に示すように、1/2波長共鳴管である。従って、吐出ノズル3は、圧力振幅が最も大きくなる長手方向の中央部に配置している。厳密に圧力振幅が最も大きくなる位置に限らず、その付近であってもよい。その付近の一例は1/10波長の範囲内である。 The ink ejection described above also utilizes the liquid column resonance in the longitudinal direction of the pressure chamber, which occurs when the actuator 5 is driven, because the longitudinal ends of the pressure chamber 4 are open ends. In other words, as shown in Figure 19, it is a 1/2 wavelength resonance tube. Therefore, the ejection nozzle 3 is positioned in the longitudinal center where the pressure amplitude is greatest. It does not have to be strictly at the position where the pressure amplitude is greatest, but can be located nearby. An example of the vicinity is within the range of 1/10 wavelength.

吐出ノズル3は、図20に示すように、外側開口径D1が内側開口径D2よりも小さい形状にする。好ましい一例として、吐出ノズル3は、外側の先端に向かうにつれて径が小さくなるテーパー形状とする。吐出ノズル3の外側開口径D1は、例えば20~30μmである。吐出ノズル3の内側開口径D2は、例えば40~55μmである。吐出ノズル3の長さLは、例えば50μmである。吐出ノズル3の長さLは、例えばノズルプレート22の厚みと同じである。 As shown in Figure 20, the discharge nozzle 3 has a shape in which the outer opening diameter D1 is smaller than the inner opening diameter D2. As a preferred example, the discharge nozzle 3 has a tapered shape in which the diameter decreases toward the outer tip. The outer opening diameter D1 of the discharge nozzle 3 is, for example, 20 to 30 μm. The inner opening diameter D2 of the discharge nozzle 3 is, for example, 40 to 55 μm. The length L of the discharge nozzle 3 is, for example, 50 μm. The length L of the discharge nozzle 3 is, for example, the same as the thickness of the nozzle plate 22.

ダミーノズル31は、インク待機室6と連通する位置に設ける。液柱共鳴に起因する圧力変化は、圧力室4の端部を開放端にしたことで抑えられるので、アクチュエーター5を駆動しても、ダミーノズル31からインクは吐出しない。ダミーノズル31は、図20に示すように、外側開口径D3が内側開口径D4以上であって、且つ、外側開口径D3が吐出ノズル3の外側開口径D1以下とする。好ましくは、図20(b)に示すような寸胴形状、又は図20(c)に示すような外側の先端に向かうにつれて径が大きくなる逆テーパー形状にする。ダミーノズル31の外側開口径D3は、例えば20~30μmである。ダミーノズル31の内側開口径D4は、寸胴形状の場合は例えば20~30μm、逆テーパー形状の場合は例えば10~20μmである。ダミーノズル31の長さLは、例えば50μmである。吐出ノズル3の長さLは、例えばノズルプレート22の厚みと同じである。 The dummy nozzle 31 is positioned so that it communicates with the ink waiting chamber 6. Pressure changes due to liquid column resonance are suppressed by opening the ends of the pressure chamber 4, so ink is not ejected from the dummy nozzle 31 even when the actuator 5 is driven. As shown in FIG. 20, the dummy nozzle 31 has an outer opening diameter D3 that is equal to or larger than the inner opening diameter D4 and equal to or smaller than the outer opening diameter D1 of the ejection nozzle 3. Preferably, the dummy nozzle 31 has a cylindrical shape as shown in FIG. 20(b) or an inverted tapered shape, with the diameter increasing toward the outer tip, as shown in FIG. 20(c). The outer opening diameter D3 of the dummy nozzle 31 is, for example, 20 to 30 μm. The inner opening diameter D4 of the dummy nozzle 31 is, for example, 20 to 30 μm for a cylindrical shape and 10 to 20 μm for a inverted tapered shape. The length L of the dummy nozzle 31 is, for example, 50 μm. The length L of the discharge nozzle 3 is, for example, the same as the thickness of the nozzle plate 22.

ダミーノズル31は、インクを吐出しないまでもノズル内のメニスカスMの位置や形状が変化するので、これにより圧力変化を抑えることができる。すなわち、ダミーノズル31が圧力緩和ノズルとして機能する。ダミーノズル31は、その位置が圧力室4の端部から遠すぎると、その場所から圧力室4の端部までの間に圧力差が生じてしまうので、圧力室4の端部近傍が望ましい。さらに、ダミーノズル31は、1個に限らない。図の例では、3個のダミーノズル31を例えば狭窄部43側に向けて直列に配置している。このように、ノズルプレート22上のインク待機室6にあたる部分にダミーノズル31を設けると、ノズル内に作られるメニスカスMによってインク待機室6の圧力変化を抑え、インク待機室6の圧力を安定化することができる。ダミーノズル31はメニスカスMの位置の変化によって圧力変化を吸収するが、数が多いほどメニスカスMの位置が変化したときの体積変化量が大きいので、数が多いほど圧力変化を吸収する圧力緩和の能力が高い。ダミーノズル31は、圧力緩和以外の目的、例えばインク充填時の排出穴、或いは余剰インクの吸引穴として利用してもよい。 The dummy nozzles 31 change the position and shape of the meniscus M within the nozzle, even though they do not eject ink, thereby suppressing pressure changes. In other words, the dummy nozzles 31 function as pressure relief nozzles. If the dummy nozzles 31 are located too far from the end of the pressure chamber 4, a pressure difference will occur between that location and the end of the pressure chamber 4, so it is preferable to locate them near the end of the pressure chamber 4. Furthermore, the number of dummy nozzles 31 is not limited to one. In the example shown, three dummy nozzles 31 are arranged in series, for example, facing the constricted portion 43. In this way, by providing dummy nozzles 31 in the portion of the nozzle plate 22 corresponding to the ink standby chamber 6, the meniscus M formed within the nozzle suppresses pressure changes in the ink standby chamber 6, stabilizing the pressure in the ink standby chamber 6. The dummy nozzles 31 absorb pressure changes due to changes in the position of the meniscus M. The greater the number of dummy nozzles 31, the greater the volume change when the position of the meniscus M changes. Therefore, the greater the number of dummy nozzles, the greater the pressure relief ability to absorb pressure changes. The dummy nozzles 31 may also be used for purposes other than pressure relief, such as as a discharge hole when filling with ink, or as a suction hole for excess ink.

本実施形態の構成においても、現実にはアクチュエーター5を駆動したときの圧力室4とインク待機室6との間を出入りするインクの流れによって、圧力室4の両端にも圧力変化が生じることがある。この圧力変化に因る圧力振動が周囲のチャネルに伝搬するとクロストークの問題が起こり得るが、チャネル毎に分離したインク待機室6としたことで、周囲のチャネルへ圧力振動が伝搬するのを抑えている。さらに、各チャネルのインク待機室6はインク供給マニホールド62で連通するので、インク待機室6とインク供給マニホールド62との間に狭窄部61を設けて、インク供給マニホールド62を介しての圧力振動の伝搬を抑えている。 Even in the configuration of this embodiment, in reality, pressure changes can occur at both ends of the pressure chamber 4 due to the flow of ink in and out between the pressure chamber 4 and the ink standby chamber 6 when the actuator 5 is driven. If pressure vibrations caused by these pressure changes propagate to surrounding channels, crosstalk problems can occur. However, by providing separate ink standby chambers 6 for each channel, the propagation of pressure vibrations to surrounding channels is suppressed. Furthermore, because the ink standby chambers 6 of each channel are connected via the ink supply manifold 62, a constriction section 61 is provided between the ink standby chamber 6 and the ink supply manifold 62 to suppress the propagation of pressure vibrations via the ink supply manifold 62.

また、例えばマルチドロップなどインクを高速で連続吐出する場合、インクの液滴を吐出した後、吐出ノズル3内のインクのメニスカスMの状態が安定してから次のインクの液滴を吐出するのが好ましい。インクの吐出量など吐出状態を安定させるためである。仮に狭窄部61を設けなかった場合、吐出後にメニスカスMが元の状態に戻ろうとする復帰力と、これに抗するヘッド内のインクの質量によって、上述の液柱共鳴とは別の共振によるメニスカスMの振動が生じ、メニスカスMの状態が不安定になる。インク吐出直後はメニスカスMが吐出ノズル3外側に向かって凸に盛り上がるため、その次のインク吐出の速度が遅くなり駆動周波数が高い場合の印字品質を低下させる問題が起きることがある。インク待機室6とインク供給マニホールド62との間に配置した狭窄部61の断面積と長さの調整によりインクが通過する際の抵抗を適切に設定することによって、メニスカスMの不要な振動を抑制し、メニスカスMの盛り上がりを抑え、メニスカスMを早く安定させて高品質の高速印字を可能にする。従って、例えば周波数50kHzで高速連続吐出を行ってもインクの吐出状態が安定化する。 Furthermore, when ejecting ink continuously at high speed, such as in a multi-droplet process, it is preferable to wait until the state of the ink meniscus M inside the ejection nozzle 3 stabilizes after ejecting a droplet of ink before ejecting the next droplet. This is to stabilize the ejection state, including the amount of ink ejected. If the constriction portion 61 were not provided, the restoring force of the meniscus M attempting to return to its original state after ejection and the mass of ink inside the head resisting this force would cause vibration of the meniscus M due to a resonance other than the liquid column resonance described above, destabilizing the state of the meniscus M. Immediately after ink ejection, the meniscus M would convexly bulge outward from the ejection nozzle 3, slowing the speed of the next ink ejection and potentially reducing print quality at high drive frequencies. By adjusting the cross-sectional area and length of the constriction portion 61 located between the ink standby chamber 6 and the ink supply manifold 62 to appropriately set the resistance as the ink passes through, unnecessary vibration of the meniscus M is suppressed, suppressing the swelling of the meniscus M, and quickly stabilizing the meniscus M, enabling high-quality, high-speed printing. Therefore, even when high-speed continuous ejection is performed at a frequency of, for example, 50 kHz, the ink ejection state is stabilized.

(第3実施形態)
続いて、第3実施形態に従うインクジェットヘッド100について説明する。第3実施形態に従うインクジェットヘッド100は、圧力室4の開放端を片側だけにして1/4波長共鳴管にしたことを除けば、第2実施形態のインクジェットヘッド100と同様の構成である。従って、第2実施形態のインクジェットヘッド100と同様の構成については、同じ符号を付すことによって詳しい説明は省略する。
(Third embodiment)
Next, an inkjet head 100 according to a third embodiment will be described. The inkjet head 100 according to the third embodiment has the same configuration as the inkjet head 100 of the second embodiment, except that the pressure chamber 4 has only one open end, forming a quarter-wave resonance tube. Therefore, the same components as those in the inkjet head 100 of the second embodiment will be denoted by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted.

インクジェットヘッド100の圧力室4は、図21~図22に示すように、圧力室4の長手方向の片方の端部が開口し他方の端部を例えば枠状部材26で塞いでいる。開口している端部は、インク待機室6と連通する。このように長手方向の片方だけ開放端となっている圧力室4の場合、1/4波長共鳴管となる。1/4波長共鳴管の場合、図22のように圧力振幅と流速振幅を定在波で表すと、枠状部材26で塞がれている圧力室長手方向の最奥が固定端となって圧力振幅最大、流速振幅最小となる。一方、定在波の解放端では圧力振幅最小であって流速振幅最大となる。吐出ノズル3は、圧力振幅が大きくなる長手方向の奥のところに配置する。勿論、その付近であってもよい。その付近の一例は1/10波長の範囲内である。ダミーノズル31は、インク待機室6と連通する位置に形成する。このように、ノズルプレート22上のインク待機室6にあたる部分にインクを吐出しないダミーノズル31を設けたことにより、インク待機室6の圧力を安定化することができる。 As shown in Figures 21 and 22, the pressure chamber 4 of the inkjet head 100 is open at one longitudinal end and closed at the other end by, for example, a frame-shaped member 26. The open end is connected to the ink waiting chamber 6. A pressure chamber 4 with only one longitudinal open end like this serves as a quarter-wave resonance tube. In the case of a quarter-wave resonance tube, if the pressure amplitude and flow velocity amplitude are expressed as standing waves as shown in Figure 22, the innermost longitudinal end of the pressure chamber, closed by the frame-shaped member 26, becomes the fixed end, with the maximum pressure amplitude and the minimum flow velocity amplitude. Meanwhile, the open end of the standing wave has the minimum pressure amplitude and the maximum flow velocity amplitude. The ejection nozzle 3 is positioned at the innermost longitudinal end where the pressure amplitude is large. Of course, it may be located near that location. An example of the vicinity is within the range of 1/10 of the wavelength. The dummy nozzle 31 is formed at a position that communicates with the ink waiting chamber 6. In this way, by providing dummy nozzles 31 that do not eject ink in the area of the nozzle plate 22 that corresponds to the ink standby chamber 6, the pressure in the ink standby chamber 6 can be stabilized.

(第4実施形態)
続いて、第4実施形態に従うインクジェットヘッド100について、図23~図29を参照しながら説明する。なお、第2実施形態と同様の構成については、同じ符号を付している。図23に示すように、インクジェットヘッド100は、例えばノズルプレート22の長手方向(X方向)に沿って吐出ノズル3とダミーノズル31を配列する。ダミーノズル31は、一つの吐出ノズル3に対しY方向に沿って配列する。吐出ノズル3、及び3個一組のダミーノズル31は、ノズルプレート22のY方向に複数列に形成してもよい。
(Fourth embodiment)
Next, an inkjet head 100 according to a fourth embodiment will be described with reference to Figures 23 to 29. Note that the same components as those in the second embodiment are denoted by the same reference numerals. As shown in Figure 23, the inkjet head 100 has discharge nozzles 3 and dummy nozzles 31 arranged, for example, along the longitudinal direction (X direction) of the nozzle plate 22. The dummy nozzles 31 are arranged along the Y direction relative to each discharge nozzle 3. The discharge nozzles 3 and sets of three dummy nozzles 31 may be formed in multiple rows in the Y direction of the nozzle plate 22.

図24~図26に示すように、圧力室4は、長手方向の両端の開口のうち一方がインク待機室6と連通し、他方が個別負圧インク室7と連通している。各個別負圧インク室7は、例えば枠状部材26から延びる凸状の壁部材71によって隣のチャネルの個別負圧インク室7と仕切っている。すなわち、個別負圧インク室7は、インクを吐出するチャネル毎に分離している。個別負圧インク室7は、平面視において両側にある圧電部材41の幅の分、圧力室4の開口の幅よりも横方向に空間を拡げている。さらに縦断面でみると、例えば圧電部材41の傾斜面の延長線に沿って縦方向に空間を拡げている。このように、圧力室4の端部の開口に比して個別負圧インク室7の空間を大きくしたことで、圧力室4の長手方向の他方の開口を、後述する液柱共鳴による圧力変化が小さい開放端とする。但し、個別負圧インク室7の空間を拡げるのは必ずしも横方向と縦方向の両方でなくともよく、いずれか一方でもよい。また、隣のチャネルの個別負圧インク室7と仕切る壁部材71を、空気室40の開口を塞ぐ壁部材71と共用する構成を一例に挙げているが、別々に形成してもよい。さらに、壁部材71は、例えばプレートなどの他の部材で形成してもよい。 As shown in Figures 24 to 26, one of the openings at both ends of the pressure chamber 4 in the longitudinal direction communicates with the ink standby chamber 6, and the other communicates with an individual negative pressure ink chamber 7. Each individual negative pressure ink chamber 7 is separated from the individual negative pressure ink chamber 7 of the adjacent channel by, for example, a convex wall member 71 extending from the frame-shaped member 26. In other words, the individual negative pressure ink chambers 7 are separated for each channel that ejects ink. In a plan view, the individual negative pressure ink chamber 7 has a space that is wider in the horizontal direction than the width of the opening of the pressure chamber 4 by the width of the piezoelectric members 41 on both sides. Furthermore, when viewed in vertical cross section, the space is expanded vertically, for example, along the extension of the inclined surface of the piezoelectric member 41. In this way, by making the space of the individual negative pressure ink chamber 7 larger than the opening at the end of the pressure chamber 4, the other longitudinal opening of the pressure chamber 4 becomes an open end where pressure changes due to liquid column resonance, as described below, are small. However, the space of the individual negative pressure ink chamber 7 does not necessarily have to be expanded in both the horizontal and vertical directions; it can be expanded in either direction. Also, while one example is given in which the wall member 71 separating the individual negative pressure ink chamber 7 of the adjacent channel is also used as the wall member 71 that closes the opening of the air chamber 40, they may be formed separately. Furthermore, the wall member 71 may be formed from another material, such as a plate.

個別負圧インク室7は、圧力室4の開口以外にインクの出入りがない袋小路となっている。ダミーノズル31は、例えばインクジェットヘッド100にインクを充填する際に排出穴として使用するが、印刷時にこのダミーノズル31からのインクの出入りはない。すなわち、個別負圧インク室7は、圧力室4の開放端に連通しているので、圧力室4内のようにインク圧が上昇せず、ダミーノズル31からインクは吐出しない。さらに個別負圧インク室7は、室内を負圧にすることを目的としているので、ダミーノズル31から空気を吸い込まないようにしている。ダミーノズル31は、図28に示すように、外側開口径D3が内側開口径D4以上であって、且つ、外側開口径D3が吐出ノズル3の外側開口径D1以下とする。好ましくは、図28(b)に示すような寸胴形状、又は図28(c)に示すような外側の先端に向かうにつれて径が大きくなる逆テーパー形状にする。ダミーノズル31の外側開口径D3は、例えば20~30μmである。ダミーノズル31の内側開口径D4は、寸胴形状の場合は例えば20~30μm、逆テーパー形状の場合は例えば10~20μmである。ダミーノズル31の長さLは、例えば50μmである。吐出ノズル3の長さLは、例えばノズルプレート22の厚みと同じである。ダミーノズル31は、個別負圧インク室7が負圧になったときに空気を吸い込まないよう穴の形状と大きさを規定した一方で、インクを充填する際に空気を排出し易いように穴の数を多くしている。勿論、一つの個別負圧インク室7に形成するダミーノズル31の数は、3個に限らず、増減してもよい。また、圧力室4の長手方向(Y方向)の延長線上に沿って配列するのが好ましいが、配列方向を変えてもよい。ダミーノズル31は、インク充填時の排出穴以外の目的、例えば圧力緩和ノズル又は余剰インクの吸引穴として利用してもよい。 The individual negative pressure ink chamber 7 is a dead end, with no ink flowing in or out except through the opening of the pressure chamber 4. The dummy nozzle 31 is used, for example, as a discharge port when filling the inkjet head 100 with ink, but no ink flows in or out through this dummy nozzle 31 during printing. In other words, because the individual negative pressure ink chamber 7 is connected to the open end of the pressure chamber 4, ink pressure does not rise as it does within the pressure chamber 4, and ink is not ejected from the dummy nozzle 31. Furthermore, since the individual negative pressure ink chamber 7 aims to create a negative pressure within the chamber, it prevents air from being sucked in through the dummy nozzle 31. As shown in Figure 28, the outer opening diameter D3 of the dummy nozzle 31 is equal to or greater than the inner opening diameter D4 and equal to or less than the outer opening diameter D1 of the ejection nozzle 3. Preferably, the dummy nozzle 31 has a cylindrical shape as shown in Figure 28(b) or an inverted tapered shape, with the diameter increasing toward the outer tip as shown in Figure 28(c). The outer opening diameter D3 of the dummy nozzle 31 is, for example, 20 to 30 μm. The inner opening diameter D4 of the dummy nozzle 31 is, for example, 20 to 30 μm if the dummy nozzle 31 has a cylindrical shape and is, for example, 10 to 20 μm if the dummy nozzle 31 has a reverse tapered shape. The length L of the dummy nozzle 31 is, for example, 50 μm. The length L of the ejection nozzle 3 is, for example, the same as the thickness of the nozzle plate 22. The dummy nozzle 31 has a hole shape and size that prevents air from being sucked in when the individual negative pressure ink chamber 7 becomes negative pressure, while the number of holes is increased to facilitate air discharge when filling the ink. Of course, the number of dummy nozzles 31 formed in one individual negative pressure ink chamber 7 is not limited to three and may be increased or decreased. Furthermore, while it is preferable to arrange the dummy nozzles along an extension of the longitudinal direction (Y direction) of the pressure chamber 4, the arrangement direction may also be changed. The dummy nozzle 31 may be used for purposes other than as a discharge port during ink filling, such as a pressure relief nozzle or a suction port for excess ink.

各個別負圧インク室7は、例えばダミーノズル31と対向する位置に凹状の空気溜まり部72を形成している。図1に例示したように吐出ノズル3が底面側に位置する姿勢でインクジェットヘッド100を使用する場合、空気溜まり部72は、ダミーノズル31の上部側に位置する。すなわち、空気溜まり部72は、個別負圧インク室7の室内において、重力が作用する方向とは反対の方向の一面(この場合は天井面)に形成し、室内に残存した空気が溜まるようにしている。空気溜まり部72の形状は、好ましい一例として、平面視で例えば楕円状にする。さらに断面で見ると、空気溜まり部72の外周は、段差を設けず傾斜状が好ましい。 Each individual negative pressure ink chamber 7 has a concave air reservoir 72 formed in a position facing the dummy nozzle 31, for example. When the inkjet head 100 is used with the ejection nozzle 3 positioned on the bottom side as shown in Figure 1, the air reservoir 72 is located above the dummy nozzle 31. In other words, the air reservoir 72 is formed on one side of the chamber of the individual negative pressure ink chamber 7 in the direction opposite to the direction in which gravity acts (in this case, the ceiling surface), allowing any air remaining in the chamber to accumulate. A preferred shape for the air reservoir 72 is, for example, elliptical when viewed from above. Furthermore, when viewed in cross section, it is preferable that the outer periphery of the air reservoir 72 is sloped without any steps.

上述のように、インクの吐出に液柱共鳴を利用した場合、その圧力振動の時間領域では、インク待機室6と個別負圧インク室7は開放端として働く。しかしながら吐出動作を、もう少し長い時間スパンで見ると、繰返しインクを吐出しているチャネルでは、吐出ノズル3に形成されるインクのメニスカスMが図28の破線のように次第に外側へ凸状に膨らんでいき、同時に圧力室4、インク待機室6、及び個別負圧インク室7の平均圧力が低下していく。インク待機室6は、室内が負圧になるとインク供給マニホールド62からインクが補給されるので、これにより負圧でなくなる。これに対し、袋小路にした個別負圧インク室7は、インクが補給されない為、インク待機室6よりも長い時間その負圧状態を保ち続ける。そしてその負圧によって、吐出ノズル3のインクのメニスカスMを引き戻すことができ、結果として吐出後のメニスカスMの盛り上がりを抑えることができる。 As described above, when liquid column resonance is used to eject ink, the ink waiting chamber 6 and the individual negative pressure ink chamber 7 function as open ends within the time domain of the pressure oscillation. However, when the ejection operation is viewed over a longer time span, in a channel that repeatedly ejects ink, the ink meniscus M formed in the ejection nozzle 3 gradually bulges outward in a convex shape, as shown by the dashed line in Figure 28. At the same time, the average pressure in the pressure chamber 4, ink waiting chamber 6, and individual negative pressure ink chamber 7 decreases. When the ink waiting chamber 6 reaches negative pressure, it is replenished with ink from the ink supply manifold 62, eliminating the negative pressure. In contrast, the individual negative pressure ink chamber 7, which is a dead end, maintains its negative pressure state for a longer period of time than the ink waiting chamber 6 because it is not replenished with ink. This negative pressure then pulls back the ink meniscus M in the ejection nozzle 3, thereby preventing the meniscus M from swelling after ejection.

ダミーノズル31の形状が、吐出ノズル3よりも小さい穴であって、吐出ノズル3のようにテーパー状にしない寸胴形状又は逆テーパー形状が好ましいのは、個別負圧インク室7の負圧状態を保つのに適しているからである。すなわち、個別負圧インク室7が負圧になって、ダミーノズル31のメニスカスMが図28の破線(b)(c)のように後退したとき、図28(b)のように寸胴状であればメニスカス力は変わらず、図28(c)のように逆テーパー形状であれば後退するほどメニスカス力は大きくなる。どのくらいの負圧に耐えられるかは、図9(c)を参照しながら試算したとおりである。 The dummy nozzle 31 is preferably a smaller hole than the ejection nozzle 3, and is preferably cylindrical or reverse tapered rather than tapered like the ejection nozzle 3, because this is more suitable for maintaining the negative pressure state of the individual negative pressure ink chamber 7. In other words, when the individual negative pressure ink chamber 7 becomes negative pressure and the meniscus M of the dummy nozzle 31 retreats as shown by the dashed lines (b) and (c) in Figure 28, if it is cylindrical as in Figure 28(b), the meniscus force will remain unchanged, but if it is reverse tapered as in Figure 28(c), the meniscus force will increase the further it retreats. The level of negative pressure that can be withstood was calculated with reference to Figure 9(c).

吐出ノズル3のインクのメニスカスMの盛り上がりは、インクを吐出していないチャネルには生じず、インクを吐出しているチャネルに生じる。特に、繰返しインクを吐出しているチャネルで生じ易い。そのため、個別負圧インク室7を圧力室4毎に分離して、メニスカスMの盛り上がりを早く元に復帰させることと、上述のチャネル間のクロストークを抑えることの両方を可能にした。吐出ノズル3内のインクのメニスカスMの状態が安定すれば、安定した高品質の高速印字が可能となる。従って、例えば周波数50kHzで高速連続吐出を行ってもインクの吐出状態が安定化する。 The ink meniscus M of the ejection nozzle 3 does not rise in channels that are not ejecting ink, but does rise in channels that are ejecting ink. This is particularly likely to occur in channels that repeatedly eject ink. For this reason, by separating the individual negative pressure ink chambers 7 for each pressure chamber 4, it is possible to both quickly restore the meniscus M to its original state and suppress the crosstalk between channels mentioned above. If the state of the ink meniscus M inside the ejection nozzle 3 is stable, stable, high-quality, high-speed printing becomes possible. Therefore, the ink ejection state is stable even when high-speed continuous ejection is performed at a frequency of 50 kHz, for example.

続いて、インクジェットヘッド100へのインクの充填について説明する。
図29は、図1に例示したように吐出ノズル3が底面側に位置する姿勢でインクジェットヘッド100を配置したときに、圧力室4、インク待機室6及び個別負圧インク室7にインクが充填される様子を模式的に示す。インクの充填は、例えば図1のインク供給圧力調整装置321からインクを供給して行う。インク供給マニホールド62からのインクは、図29(a)に示すように、狭窄部61を通じてインク待機室6に流入し、インク待機室6の室内を満たしていく。さらに、図29(b)に示すように、各圧力室4の室内を満たしていき、吐出ノズル3内ではインクのメニスカスMが形成する。さらに、図29(c)に示すように、インクは個別負圧インク室7内を満たしていくが、例えばダミーノズル31がインクで濡れて室内に残存した空気は、その後、凹状の空気溜まり部7に溜まる。
Next, filling of the ink into the inkjet head 100 will be described.
FIG. 29 is a schematic diagram showing how ink fills the pressure chamber 4, ink standby chamber 6, and individual negative pressure ink chamber 7 when the inkjet head 100 is positioned with the ejection nozzle 3 positioned on the bottom side, as shown in FIG. 1. The ink is filled by supplying ink from, for example, the ink supply pressure adjusting device 321 shown in FIG. 1. As shown in FIG. 29( a), ink from the ink supply manifold 62 flows into the ink standby chamber 6 through the narrowed portion 61 and fills the chamber of the ink standby chamber 6. Furthermore, as shown in FIG. 29( b), ink fills the chambers of each pressure chamber 4, forming an ink meniscus M within the ejection nozzle 3. Furthermore, as shown in FIG. 29( c), ink fills the individual negative pressure ink chamber 7, but any air remaining in the chamber, for example, when the dummy nozzle 31 becomes wet with ink, subsequently accumulates in the concave air reservoir 72 .

すなわち、インク充填時に空気が個別負圧インク室7内に残ったとしたとしても、空気溜まり部72に溜めることができる。その結果、例えば圧力室4内に空気が侵入するなどしてインクの吐出動作に影響するのを抑えることができる。さらには個別負圧インク室7内の空気は、インクを吐出したときの残留振動を抑えるバッファとして機能することも期待できる。空気溜まり部72は、圧力室4の開放端からできるだけ離れた位置に形成するのが好ましい。 In other words, even if air remains in the individual negative pressure ink chamber 7 when ink is filled, it can be stored in the air reservoir 72. As a result, it is possible to prevent air from entering the pressure chamber 4, for example, and affecting the ink ejection operation. Furthermore, the air in the individual negative pressure ink chamber 7 can be expected to function as a buffer to suppress residual vibrations when ink is ejected. It is preferable to form the air reservoir 72 as far away as possible from the open end of the pressure chamber 4.

このようにして、吐出により外方側に盛り上がった吐出ノズル3内のインクのメニスカスMを元に復帰させることが可能である。なお、インク待機室6側は、必ずしもチャネルごとに分離しなくともよく、チャネル間で連通する共通インク室としてもよい。この場合、狭窄部61とインク供給マニホールド62も省略して、共通インク室とインク流路311を連通させてもよい。 In this way, it is possible to return the ink meniscus M inside the ejection nozzle 3, which has bulged outward due to ejection, to its original state. The ink standby chamber 6 does not necessarily have to be separated into individual channels, and may be a common ink chamber that communicates between the channels. In this case, the narrowed portion 61 and ink supply manifold 62 may also be omitted, and the common ink chamber may be connected to the ink flow path 311.

インクジェットヘッド100は、図1に例示したように吐出ノズル3が底面側に位置する姿勢で使用する形態に限らない。インクジェットヘッド100は、例えば吐出ノズル3が横方向を向く姿勢で使用してもよく、或いは横方向以外を向いていてもよい。吐出ノズル3が鉛直下向きでは無い場合、充填後個別負圧インク室7内に残留する気体の体積を少なく抑えるために、ダミーノズル31の位置は圧力室4から遠くかつなるべく重力方向の反対側に高い位置に配置し、空気溜まり部72は廃止するか又はダミーノズル31より更に高い位置に配置することが望ましい。ダミーノズル31と空気溜まり部72の位置と有無はインクジェットヘッド100の使用時の姿勢と重力が作用する方向を考慮して決めることができる。 The inkjet head 100 is not limited to being used in a position where the discharge nozzles 3 are located on the bottom side, as shown in Figure 1. The inkjet head 100 may also be used in a position where the discharge nozzles 3 face horizontally, or in a direction other than horizontal. If the discharge nozzles 3 do not face vertically downward, in order to minimize the volume of gas remaining in the individual negative pressure ink chambers 7 after filling, it is desirable to position the dummy nozzles 31 as far away from the pressure chambers 4 as possible and as high as possible on the opposite side of the direction of gravity, and to eliminate the air reservoir 72 or position it even higher than the dummy nozzles 31. The positions and presence or absence of the dummy nozzles 31 and air reservoir 72 can be determined taking into account the orientation of the inkjet head 100 during use and the direction in which gravity acts.

上述のいずれかの実施形態によれば、吐出ノズル3よりも液柱共鳴の圧力変化が小さい位置にダミーノズル31を設け、ダミーノズル31の外側開口径D3が内側開口径D4以上であって、且つ、外側開口径D3が吐出ノズル3の外側開口径D1以下としたことにより、ダミーノズル31から液体が漏れ出たり或いは空気を吸い込んでしまったりするのを抑えることができる。ダミーノズル31は、上述のように、インクを充填する目的、圧力緩和の目的、または余剰インクを吸引する目的などによって利用することができる。 In any of the above-described embodiments, the dummy nozzle 31 is provided at a position where the pressure change due to liquid column resonance is smaller than that of the ejection nozzle 3, and the outer opening diameter D3 of the dummy nozzle 31 is equal to or larger than the inner opening diameter D4 and equal to or smaller than the outer opening diameter D1 of the ejection nozzle 3, thereby preventing liquid from leaking or air from being sucked in from the dummy nozzle 31. As described above, the dummy nozzle 31 can be used for purposes such as filling with ink, relieving pressure, or sucking up excess ink.

インクジェットヘッド100は、圧力室4を複数配置したシアモード型のアクチュエーター6に限らない。ドロップオンデマンド・ピエゾ方式のアクチュエーターなどであってもよい。 The inkjet head 100 is not limited to a shear mode actuator 6 with multiple pressure chambers 4 arranged therein. It may also be a drop-on-demand piezoelectric actuator, etc.

上述の実施形態では、インクジェットプリンタ10のインクジェットヘッド100を液体吐出ヘッドの一例として説明したが、液体吐出ヘッドは、3Dプリンタの造形材吐出ヘッド、分注装置の試料吐出ヘッドであってもよい。 In the above embodiment, the inkjet head 100 of the inkjet printer 10 was described as an example of a liquid ejection head, but the liquid ejection head may also be a modeling material ejection head of a 3D printer or a sample ejection head of a dispensing device.

本発明の実施形態は、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。これらの新規な実施形態は、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。これらの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。 The embodiments of the present invention are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments may be embodied in a variety of other forms, and various omissions, substitutions, and modifications may be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their variations are within the scope and spirit of the invention, and are also included in the scope of the invention and its equivalents as set forth in the claims.

10 インクジェットプリンタ
100~103 インクジェットヘッド
2 ヘッド部
22 ノズルプレート
23 アクチュエーター基板
3 吐出ノズル
31 ダミーノズル
4 圧力室
41 圧電部材
42 共通インク室
43 共通インク室
5 アクチュエーター
6 インク待機室
61 狭窄部
62 インク供給マニホールド
7 個別負圧インク室
72 空気溜まり部
10 Inkjet printer 100 to 103 Inkjet head 2 Head section 22 Nozzle plate 23 Actuator substrate 3 Discharge nozzle 31 Dummy nozzle 4 Pressure chamber 41 Piezoelectric member 42 Common ink chamber 43 Common ink chamber 5 Actuator 6 Ink standby chamber 61 Narrowed section 62 Ink supply manifold 7 Individual negative pressure ink chamber 72 Air reservoir section

Claims (5)

長手方向の少なくとも一端を開放端にした圧力室と、
前記圧力室と連通し、アクチュエーターを駆動させた際に生じる前記圧力室内の長手方向の1/4波長又は1/2波長の液柱共鳴によって該圧力室内の圧力変化が大きくなる位置に設けた、外側開口径が内側開口径より小さい吐出ノズルと、
前記吐出ノズルよりも前記液柱共鳴の圧力変化が小さい位置に配置し、外側開口径が内側開口径以上であって、且つ、該外側開口径が前記吐出ノズルの前記外側開口径以下である、液体を吐出しないダミーノズルと、を備えることを特徴とする液体吐出ヘッド。
a pressure chamber having at least one end in the longitudinal direction that is an open end;
a discharge nozzle communicating with the pressure chamber and provided at a position where a pressure change in the pressure chamber becomes large due to liquid column resonance of ¼ wavelength or ½ wavelength in the longitudinal direction in the pressure chamber that occurs when the actuator is driven, the discharge nozzle having an outer opening diameter smaller than an inner opening diameter;
a dummy nozzle that does not eject liquid, which is positioned at a position where the pressure change due to the liquid column resonance is smaller than that of the ejection nozzle, and has an outer opening diameter that is equal to or larger than the inner opening diameter and is equal to or smaller than the outer opening diameter of the ejection nozzle.
前記ダミーノズルの数は、前記吐出ノズルの数よりも多いことを特徴とする請求項1に記載の液体吐出ヘッド。 A liquid ejection head as described in claim 1, wherein the number of dummy nozzles is greater than the number of ejection nozzles. 前記ダミーノズルは、前記外側開口径と前記内側開口径が等しい寸胴形状であることを特徴とする請求項1又は2に記載の液体吐出ヘッド。 A liquid ejection head according to claim 1 or 2, characterized in that the dummy nozzle has a cylindrical shape in which the outer opening diameter and the inner opening diameter are equal. 前記吐出ノズルと前記ダミーノズルは、ノズル部の同一面上に配置することを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。 A liquid ejection head according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the ejection nozzle and the dummy nozzle are arranged on the same surface of the nozzle portion. 圧力室と連通し、外側開口径が内側開口径より小さいテーパー形状の吐出ノズルと、
前記吐出ノズルよりも液体の圧力変化が小さい位置に配置し、外側開口径が前記吐出ノズルの前記外側開口径以下で、且つ、前記吐出ノズルよりもテーパー角が小さいテーパー、寸胴、又は逆テーパーのいずれかである液体を吐出しないダミーノズルと、
前記ダミーノズルの重力が作用する方向とは反対の方向の上部に配置した空気溜まり部と、を備えることを特徴とする液体吐出ヘッド。
a tapered discharge nozzle that communicates with the pressure chamber and has an outer opening diameter smaller than an inner opening diameter;
a dummy nozzle that does not eject liquid, which is arranged at a position where the pressure change of the liquid is smaller than that of the ejection nozzle, and has an outer opening diameter equal to or smaller than that of the ejection nozzle, and is either tapered, cylindrical, or reverse tapered with a smaller taper angle than the ejection nozzle;
an air reservoir portion disposed above the dummy nozzle in a direction opposite to the direction in which gravity acts .
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