JPH0834117A - Ink jet head, using method and manufacture thereof - Google Patents

Ink jet head, using method and manufacture thereof

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JPH0834117A
JPH0834117A JP17137194A JP17137194A JPH0834117A JP H0834117 A JPH0834117 A JP H0834117A JP 17137194 A JP17137194 A JP 17137194A JP 17137194 A JP17137194 A JP 17137194A JP H0834117 A JPH0834117 A JP H0834117A
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JP
Japan
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buckling structure
substrate
ink
supply port
ink supply
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP17137194A
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Japanese (ja)
Inventor
Susumu Hirata
進 平田
Koji Matoba
宏次 的場
Yorishige Ishii
▲頼▼成 石井
Tetsuya Inui
哲也 乾
Shingo Abe
新吾 阿部
Kenji Ota
賢司 太田
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Publication date
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Publication of JPH0834117A publication Critical patent/JPH0834117A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/14Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2002/14346Ejection by pressure produced by thermal deformation of ink chamber, e.g. buckling

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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide an ink jet head which has a response property excellent for heating and cooling, and is suitable for high speed printing. CONSTITUTION:A nozzle plate 111 has a nozzle orifice 111a. At a predetermined distance from the nozzle orifice 111a, an ink supply opening 107 having an opposite opening end is provided on a base plate 105. A central part of a buckling structure 101 is positioned in between the nozzle orifice 111a and the opening of the ink supply opening 107, and both ends of the structure are supported by at least the base plate 105. A compression means gives compressive stress to the inside of the buckling structure 101 by heating. The base plate 105 has a thickness of 20mum or more and the ink supply opening 107 penetrates the base plate 105 in the thickness direction. The opening area of the ink supply opening 107 is 900mum<2> or less at its opening end. The buckling structure 101 is buckled by the compressive stress given by the compression means and the central part of the buckling structure 101 is deformed toward the nozzle orifice 111a.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、インクジェットヘッ
ド、その使用方法およびその製造方法に関するものであ
る。より特定的には、内部に満たされたインク液に圧力
を加え、内部から外部へインク液を吐出させるインクジ
ェットヘッド、その使用方法およびその製造方法に関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an inkjet head, a method of using the same and a method of manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to an inkjet head that applies pressure to an ink liquid filled inside to eject the ink liquid from the inside to the outside, a method of using the same, and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、記録液を吐出、飛翔させて記
録を行なうインクジェット法が知られている。この方法
は、低騒音で比較的高速印字が可能であること、装置の
小型化やカラー記録が容易であることなど数々の利点を
有している。このようなインクジェットヘッド記録方法
では、種々の液滴吐出原理に基づくインクジェット記録
ヘッドを用いて記録が行なわれている。
2. Description of the Related Art Conventionally, an ink jet method is known in which a recording liquid is discharged and ejected to perform recording. This method has various advantages such as low noise and relatively high-speed printing, downsizing of the apparatus, and easy color recording. In such an inkjet head recording method, recording is performed using inkjet recording heads based on various droplet ejection principles.

【0003】インクジェットヘッドの形式としては従来
よりいくつかの方式が用いられてきた。たとえば圧電素
子を用いたものやバブルジェット方式のものがある。
Several types of ink jet heads have hitherto been used. For example, there are those using a piezoelectric element and those using a bubble jet method.

【0004】図24は、圧電素子を用いた従来のインク
ジェットヘッドの構成を概略的に示す主要断面図であ
る。図24を参照して、このインクジェットヘッド31
0は、容器305と、積層型の圧電素子304とを有し
ている。
FIG. 24 is a main sectional view schematically showing the structure of a conventional ink jet head using a piezoelectric element. Referring to FIG. 24, this inkjet head 31
Reference numeral 0 has a container 305 and a laminated piezoelectric element 304.

【0005】この容器305は、空間305aと、ノズ
ルオリフィス305bと、インク供給口305dとを有
している。空間305aは容器305の内部に設けら
れ、インク80を満たすことができる。またこの空間3
05aには、インク供給口305dよりインク80が供
給可能である。また容器305の壁部にはノズルオリフ
ィス305bが、空間305aを容器305の外部空間
と通じさせるように設けられている。
The container 305 has a space 305a, a nozzle orifice 305b, and an ink supply port 305d. The space 305 a is provided inside the container 305 and can fill the ink 80. Also this space 3
The ink 80 can be supplied to 05a from the ink supply port 305d. A nozzle orifice 305b is provided on the wall portion of the container 305 so that the space 305a communicates with the external space of the container 305.

【0006】積層型の圧電素子304は、容器の空間3
05aの内部に設けられており、複数個の圧電素子30
1と、1対の電極303とを有している。複数個の圧電
素子301は積層されており、この各圧電素子301間
に挟まれるように1対の電極303が交互に配置されて
いる。これにより、各圧電素子301に効果的に電圧が
印加されるように構成されている。また1対の電極30
3には、電源307が接続されており、スイッチのON
・OFFの切換えにより電圧印加の切換えが行なわれ
る。
The laminated piezoelectric element 304 is provided in the space 3 of the container.
A plurality of piezoelectric elements 30 are provided inside 05a.
1 and a pair of electrodes 303. A plurality of piezoelectric elements 301 are laminated, and a pair of electrodes 303 are alternately arranged so as to be sandwiched between the piezoelectric elements 301. Thereby, a voltage is effectively applied to each piezoelectric element 301. Also, a pair of electrodes 30
A power source 307 is connected to the switch 3, and the switch is turned on.
・ Voltage application is switched by switching OFF.

【0007】このインクジェットヘッド310の動作に
おいては、まずスイッチがONされることにより1対の
電極303に電圧が印加される。これにより、各圧電素
子301が長手方向(矢印A1 方向)に延び、インク8
0にたとえば矢印A2 、A3方向に圧力がかけられる。
特にこの矢印A2 方向への圧力によりインク80がノズ
ルオリフィス305bより外部へ吐出し、インク液80
aが形成される。この吐出もしくは噴出されたインク液
80aにより、プリント面への印字が行なわれる。
In the operation of the ink jet head 310, a switch is turned on to apply a voltage to the pair of electrodes 303. As a result, each piezoelectric element 301 extends in the longitudinal direction (direction of arrow A 1 ) and ink 8
Pressure is applied to 0 in the directions of arrows A 2 and A 3 , for example.
In particular, the pressure in the direction of the arrow A 2 causes the ink 80 to be ejected from the nozzle orifice 305b to the outside.
a is formed. Printing is performed on the print surface by the ejected or ejected ink liquid 80a.

【0008】図25は、バブルジェット方式のインクジ
ェットヘッドの構成を概略的に示す分解斜視図である。
図25を参照して、このインクジェットヘッド410
は、ヒータ部404と、ノズル部405とを有してい
る。
FIG. 25 is an exploded perspective view schematically showing the structure of a bubble jet type ink jet head.
Referring to FIG. 25, this inkjet head 410
Has a heater unit 404 and a nozzle unit 405.

【0009】ヒータ部404は、ヒータ401と、電極
403と、基板411とを有している。すなわち、基板
411の表面上には電極403とこの電極403に接続
されたヒータ401とが形成されている。
The heater section 404 has a heater 401, an electrode 403, and a substrate 411. That is, the electrode 403 and the heater 401 connected to the electrode 403 are formed on the surface of the substrate 411.

【0010】ノズル部405は、ノズル405aと、ノ
ズルオリフィス405bと、インク供給口405cとを
有している。ノズル405aは、ヒータ401に対応し
て複数個設けられており、各ノズル405aに対応して
ノズルオリフィス405bが設けられている。また各ノ
ズル405aにインクを供給するためのインク供給口4
05cが設けられている。
The nozzle portion 405 has a nozzle 405a, a nozzle orifice 405b, and an ink supply port 405c. A plurality of nozzles 405a are provided corresponding to the heater 401, and a nozzle orifice 405b is provided corresponding to each nozzle 405a. Further, an ink supply port 4 for supplying ink to each nozzle 405a
05c is provided.

【0011】このバブルジェット方式のインクジェット
ヘッドの動作原理は以下のとおりである。
The operating principle of this bubble jet type ink jet head is as follows.

【0012】図26(a)〜(e)は、バブルジェット
方式のインクジェットヘッドの液滴形成過程を工程順に
示すノズルの概略断面図である。
FIGS. 26A to 26E are schematic cross-sectional views of nozzles showing a droplet forming process of a bubble jet type ink jet head in process order.

【0013】まず図26(a)を参照して、電極(図示
せず)に通電させることによりヒータ401に電流が流
される。これによりヒータ401が急激に加熱され、ヒ
ータ401面上に核気泡81aが発生する。
First, referring to FIG. 26A, an electric current is passed through the heater 401 by energizing an electrode (not shown). As a result, the heater 401 is rapidly heated, and the nuclear bubble 81a is generated on the surface of the heater 401.

【0014】図26(b)を参照して、ヒータ401が
急激に加熱されるため、予め存在する発泡核が活性化す
る前に、インク80が加熱限界に達する。これにより、
ヒータ401面上の核気泡81aが合体して膜気泡(バ
ブル)81bが得られる。
Referring to FIG. 26B, since the heater 401 is rapidly heated, the ink 80 reaches the heating limit before the preexisting foam nuclei are activated. This allows
Nuclear bubbles 81a on the surface of the heater 401 are united to obtain a film bubble 81b.

【0015】図26(c)を参照して、さらにヒータ4
01を加熱することにより、膜気泡81bが断熱膨張
し、成長する。この膜気泡81bの成長した体積分だけ
インク80が圧力を受ける。この圧力により、インク8
0はオリフィス405b外へ押出される。膜気泡81b
が最大になる時点ではヒータ401の加熱は停止されて
いる。
Referring to FIG. 26 (c), the heater 4 is further added.
By heating 01, the film bubble 81b adiabatically expands and grows. The ink 80 receives a pressure corresponding to the volume of growth of the film bubble 81b. This pressure causes the ink 8
0 is pushed out of the orifice 405b. Membrane bubble 81b
The heating of the heater 401 is stopped at the time when the maximum value becomes.

【0016】図26(d)を参照して、ヒータ401の
加熱が停止されることにより、膜気泡81bは周囲のイ
ンク80に熱を吸収される。これにより、膜気泡81b
の体積が収縮し、インク80はノズル405a内に吸引
される。このインク80の吸引によりオリフィス405
b外へ押出されたインク80aはインク滴を形成しよう
とする。
Referring to FIG. 26D, the heating of the heater 401 is stopped, so that the film bubble 81b is absorbed by the surrounding ink 80. Thereby, the membrane bubble 81b
Of the ink is contracted, and the ink 80 is sucked into the nozzle 405a. The suction of the ink 80 causes the orifice 405.
The ink 80a extruded outside b tends to form an ink drop.

【0017】図26(e)を参照して、さらに膜気泡8
1bの体積が収縮もしくは膜気泡81bが消滅すること
により、インク滴80aが形成される。このインク液8
0aの吐出もしくは噴出により、プリント面に印字が行
なわれる。
Referring to FIG. 26 (e), the film bubble 8 is further added.
The ink droplet 80a is formed when the volume of 1b contracts or the film bubble 81b disappears. This ink liquid 8
Printing or printing is performed on the print surface by the ejection or ejection of 0a.

【0018】また特開平2−30543号公報には、図
27に示す温度変化により駆動する駆動体の変位を用い
てインク滴を形成するインクジェットヘッドが示されて
いる。
Further, Japanese Patent Laid-Open No. 30543/1990 discloses an ink jet head which forms an ink droplet by using the displacement of a driving body driven by a temperature change shown in FIG.

【0019】図27を参照して、このインクジェットヘ
ッド510は、主に圧力発生部材501と、ノズルプレ
ート511と、スペーサ513aと、筐体515とを有
している。ノズルプレート511と筐体515とがスペ
ーサ513aを介在して接合されており、これによりイ
ンク80を満たすことのできる空間が構成される。この
空間内に圧力発生部材501が位置しており、この圧力
発生部材501の両端がパターン電極513bを介在し
てスペーサ513aに固定されている。この圧力発生部
材501と対向するようにノズルプレート511にはノ
ズルオリフィス511aが設けられている。
Referring to FIG. 27, the ink jet head 510 mainly has a pressure generating member 501, a nozzle plate 511, a spacer 513a, and a housing 515. The nozzle plate 511 and the housing 515 are joined together with the spacer 513a interposed therebetween, thereby forming a space that can fill the ink 80. The pressure generating member 501 is located in this space, and both ends of the pressure generating member 501 are fixed to the spacer 513a with the pattern electrodes 513b interposed therebetween. A nozzle orifice 511a is provided in the nozzle plate 511 so as to face the pressure generating member 501.

【0020】このインクジェットヘッド510の動作に
おいては、パターン電極513bを通じて圧力発生部材
501の長手方向に電流が流される。これにより圧力発
生部材501が温度上昇し、熱歪を発生して変位する。
この変位によりノズルオリフィス511aからインク滴
が噴出もしくは飛翔する。
In the operation of the ink jet head 510, an electric current is passed through the pattern electrode 513b in the longitudinal direction of the pressure generating member 501. As a result, the temperature of the pressure generating member 501 rises, and thermal strain is generated and displaced.
Due to this displacement, ink droplets are ejected or fly from the nozzle orifice 511a.

【0021】[0021]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来技術には以下の問題点があった。
However, the above-mentioned prior art has the following problems.

【0022】 まず図24に示すインクジェットヘッ
ド310では、圧電素子301の変形量を大きくするに
は、各圧電素子301を大きな膜厚で形成しなければな
らない。このため、圧電素子301を薄膜形成法で形成
できず、圧電素子を機械的に加工してヘッドが形成され
る。ゆえに、圧電素子304の寸法が大きくなり、それ
を収容するインク室305aの寸法も大きくなる。結果
として、ノズル305bを集積化したマルチノズルヘッ
ドにおいて、インクを吐出させるノズル305bの間隔
を小さくできないという問題点があった。
First, in the inkjet head 310 shown in FIG. 24, in order to increase the amount of deformation of the piezoelectric element 301, each piezoelectric element 301 must be formed with a large film thickness. Therefore, the piezoelectric element 301 cannot be formed by the thin film forming method, and the piezoelectric element is mechanically processed to form the head. Therefore, the size of the piezoelectric element 304 increases, and the size of the ink chamber 305a that houses it also increases. As a result, in the multi-nozzle head in which the nozzles 305b are integrated, there is a problem that the interval between the nozzles 305b for ejecting ink cannot be reduced.

【0023】また、インク供給口305dの開口面積S
0 が比較的大きく設定されていた。このため、インク8
0が矢印A3 方向に沿ってノズルオリフィス305bと
は逆方向へ逆流しやすく吐出の効率が悪いという問題点
があった。
Further, the opening area S of the ink supply port 305d is
0 was set relatively high. Therefore, the ink 8
There is a problem that 0 easily flows back in the direction opposite to the nozzle orifice 305b along the direction of the arrow A 3 and the discharge efficiency is poor.

【0024】 図25に示すバブルジェット方式のイ
ンクジェットヘッド410では、図26(a)〜(c)
に示すプロセスで、きれいな気泡81bを得るため膜沸
騰現象を生じさせる必要がある。このためには、ヒータ
401を急激に加熱する必要がある。具体的には、イン
ク80を約300℃にまで加熱しなければならないた
め、ヒータ401は1000℃前後にまで加熱される。
また、高速印字を実現させるため、ヒータ401には短
時間で加熱と冷却とが繰返されなければならない。この
ように高温への加熱と冷却とが繰返された場合、たとえ
耐熱性に優れたH 4 4 などの材料をヒータ401に用
いても、ヒータ401に熱疲労が生じてしまう。このよ
うにバブルジェット方式のインクジェットヘッド410
では、ヒータ401が劣化しやすく、インクジェットヘ
ッドの寿命が短くなるという問題点があった。
The bubble-jet type a shown in FIG.
In the ink jet head 410, as shown in FIGS.
In the process shown in, film boiling is performed to obtain clean air bubbles 81b.
It is necessary to cause a rising phenomenon. For this, the heater
It is necessary to rapidly heat 401. Specifically,
C.80 must be heated to about 300.degree.
Therefore, the heater 401 is heated up to around 1000 ° C.
Also, in order to realize high-speed printing, the heater 401 has a short
The heating and cooling must be repeated in time. this
If heating and cooling to high temperature are repeated,
H with excellent heat resistance FourBFourAnd other materials for the heater 401
However, thermal fatigue occurs in the heater 401. This
Sea urchin bubble jet inkjet head 410
Then, the heater 401 is easily deteriorated, and
There was a problem that the life of the head was shortened.

【0025】 図27に示すインクジェットヘッド5
10では、圧縮力発生部材501は加熱により変位し、
その後、冷却されて元の形状に復帰する。つまり、圧縮
力発生部材501の変位と復帰とを連続的に繰返すに
は、圧縮力発生部材501の加熱と冷却とが繰返され
る。この冷却時において、圧縮力発生部材501の放熱
が即座に行なわれない場合には、圧縮力発生部材501
が冷却されにくく、加熱、冷却による圧縮力発生部材5
01の変位の応答特性が悪くなる。したがって、高速印
字に適さないという問題点があった。
Inkjet head 5 shown in FIG. 27
In 10, the compressive force generating member 501 is displaced by heating,
Then, it is cooled and returns to its original shape. That is, in order to continuously repeat the displacement and the return of the compressive force generating member 501, the heating and cooling of the compressive force generating member 501 are repeated. When the compressive force generating member 501 does not immediately radiate heat during this cooling, the compressive force generating member 501
Is hard to be cooled, and the compressive force generating member 5 by heating and cooling is
The response characteristic of the displacement of 01 becomes worse. Therefore, there is a problem that it is not suitable for high-speed printing.

【0026】また、圧縮力発生部材501の中央部はノ
ズルオリフィス511側へ変位することにより、ノズル
オリフィス511aからインク滴が吐出される。しか
し、インクジェットヘッド510では、圧縮力発生部材
501の中央部がノズルオリフィス511aとは逆側へ
変位するおそれがある。このような場合には適切なイン
ク滴の吐出が行なわれない場合が生じる。したがって、
正確な印字が行なえないという問題点があった。
Further, the central portion of the compression force generating member 501 is displaced toward the nozzle orifice 511 side, so that ink droplets are ejected from the nozzle orifice 511a. However, in the inkjet head 510, the central portion of the compressive force generating member 501 may be displaced to the side opposite to the nozzle orifice 511a. In such a case, it may happen that the appropriate ink droplets are not ejected. Therefore,
There was a problem that accurate printing could not be performed.

【0027】以上の、、より、本発明の1の目的
は、加熱および冷却による良好な応答特性を有し、高速
印字に適したインクジェットヘッドを提供することであ
る。
As described above, it is an object of the present invention to provide an ink jet head having good response characteristics by heating and cooling and suitable for high speed printing.

【0028】本発明の他の目的は、インクのインク供給
口側への逆流を防止し、インク吐出の効率を向上するこ
とである。
Another object of the present invention is to prevent backflow of ink to the ink supply port side and improve the efficiency of ink ejection.

【0029】本発明のさらに他の目的は、適切なインク
液の吐出を実現でき、正確な印字を行なうことである。
Still another object of the present invention is to realize proper ejection of ink liquid and perform accurate printing.

【0030】本発明のさらに他の目的は、小さな寸法を
維持したまま大きな吐出力を得ることができる寿命の長
いインクジェットヘッドを提供することである。
Still another object of the present invention is to provide an ink jet head which has a long life and can obtain a large ejection force while maintaining a small size.

【0031】[0031]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載のインク
ジェットヘッドでは、内部に満たされたインク液に圧力
を加え、内部から外部へインク液を吐出させるインクジ
ェットヘッドであって、ノズルプレートと、基板と、座
屈構造体と、圧縮手段とを備えている。ノズルプレート
は、ノズルオリフィスを有している。基板には、ノズル
オリフィスと所定の距離を隔てて対向する開口端を有す
るインク供給口が設けられている。座屈構造体は、その
中央部がノズルオリフィスとインク供給口の開口端との
間に位置し、かつ両端部が少なくとも基板に支持される
よう設けられている。圧縮手段は、加熱により座屈構造
体の内部に圧縮応力を与える役割をなしている。座屈構
造体は圧縮手段によって与えられた圧縮応力によって座
屈し、座屈構造体の中央部が前記ノズルオリフィス側へ
変形する。インク供給口の開口面積は、開口端において
900μm2 以下である。基板の厚みは20μm以下で
あり、インク供給口は前記基板の厚み方向に延びて前記
基板を貫通している。
According to another aspect of the present invention, there is provided an ink jet head which applies pressure to an ink liquid filled therein to eject the ink liquid from the inside to the outside. It has a substrate, a buckling structure, and a compression means. The nozzle plate has a nozzle orifice. The substrate is provided with an ink supply port having an opening end facing the nozzle orifice at a predetermined distance. The buckling structure body is provided such that its central portion is located between the nozzle orifice and the opening end of the ink supply port, and both end portions are supported by at least the substrate. The compressing means plays a role of applying compressive stress to the inside of the buckling structure body by heating. The buckling structure is buckled by the compressive stress applied by the compressing means, and the central portion of the buckling structure is deformed toward the nozzle orifice side. The opening area of the ink supply port is 900 μm 2 or less at the opening end. The substrate has a thickness of 20 μm or less, and the ink supply port extends in the thickness direction of the substrate and penetrates the substrate.

【0032】請求項2に記載のインクジェットヘッド
は、内部に満たされたインク液に圧力を加え、内部から
外部へインク液を吐出させるインクジェットヘッドであ
って、ノズルプレートと、基板と、座屈構造体と、圧縮
手段とを備えている。ノズルプレートは、ノズルオリフ
ィスを有している。基板には、ノズルオリフィスと所定
の距離を隔てて対向する開口端を有するインク供給口が
設けられている。座屈構造体は、その中央部がノズルオ
リフィスとインク供給口の開口との間に位置し、かつ両
端部が少なくとも基板に支持されるよう設けられてい
る。圧縮手段は、加熱により座屈構造体の内部に圧縮応
力を与える役割をなしている。座屈構造体は圧縮手段に
よって与えられた圧縮応力によって座屈し、座屈構造体
の中央部がノズルオリフィス側へ変形する。インク供給
口の開口面積は、開口端において900μm2 以下であ
る。基板の厚みは20μm以上であり、インク供給口は
基板の厚み方向に延びて基板を貫通している。座屈構造
体と基板との間隔は5μm以下である。基板の材質は7
0W・m-1・K-1以上の熱伝導率を有する材料を含んで
いる。
An ink jet head according to a second aspect is an ink jet head that applies pressure to an ink liquid filled inside and ejects the ink liquid from the inside to the outside, and includes a nozzle plate, a substrate, and a buckling structure. It has a body and a compression means. The nozzle plate has a nozzle orifice. The substrate is provided with an ink supply port having an opening end facing the nozzle orifice at a predetermined distance. The buckling structure body is provided such that its central portion is located between the nozzle orifice and the opening of the ink supply port, and both end portions are supported by at least the substrate. The compressing means plays a role of applying compressive stress to the inside of the buckling structure body by heating. The buckling structure is buckled by the compressive stress applied by the compressing means, and the central portion of the buckling structure is deformed toward the nozzle orifice side. The opening area of the ink supply port is 900 μm 2 or less at the opening end. The thickness of the substrate is 20 μm or more, and the ink supply port extends in the thickness direction of the substrate and penetrates the substrate. The distance between the buckling structure and the substrate is 5 μm or less. Substrate material is 7
It contains a material having a thermal conductivity of 0 W · m −1 · K −1 or more.

【0033】請求項3に記載のインクジェットヘッドで
は、インク供給口は開口端における開口面積と実質的に
同じ断面積を維持しながら基板を貫通していることが望
ましい。
In the ink jet head according to the third aspect, it is desirable that the ink supply port penetrates the substrate while maintaining a sectional area substantially the same as the opening area at the opening end.

【0034】請求項4に記載のインクジェットヘッドで
は、インク供給口の開口径は座屈構造体の座屈部の長さ
の1/3以下であることが望ましい。
In the ink jet head according to the fourth aspect, it is desirable that the opening diameter of the ink supply port is 1/3 or less of the length of the buckling portion of the buckling structure.

【0035】請求項5に記載のインクジェットヘッドで
は、座屈構造体はノズルプレートと対向する表面とその
表面の背面に位置する裏面とを有しており、その裏面に
おいて座屈構造体の両端部が基板に支持されていること
が望ましい。
In the ink jet head according to the present invention, the buckling structure has a front surface facing the nozzle plate and a back surface located behind the front surface, and both end portions of the buckling structure body on the back surface. Is preferably supported on the substrate.

【0036】請求項6に記載のインクジェットヘッドの
使用方法は、内部に満たされたインク液に圧力を加え、
内部から外部へインク液を吐出させるインクジェットヘ
ッドの使用方法であって、そのインクジェットヘッド
は、ノズルプレートと、基板と、座屈構造体と、圧縮手
段とを備えている。ノズルプレートは、ノズルオリフィ
スを有している。基板には、ノズルオリフィスと所定の
距離を隔てて対向する開口端を有するインク供給口が設
けられている。座屈構造体は、その中央部がノズルオリ
フィスとインク供給口の開口との間に位置し、かつ両端
部が少なくとも基板に支持されるよう設けられている。
圧縮手段は、加熱により座屈構造体の内部に圧縮応力を
与える役割となしている。座屈構造体は圧縮手段によっ
て与えられた圧縮応力によって座屈し、座屈構造体の中
央部がノズルオリフィス側へ変形する。基板の厚みは2
00μm以上である。インク供給口の開口面積は、開口
端において90μm2 以下であり、インク供給口は開口
端における開口面積を維持しながら基板の厚み方向に延
びて基板を貫通している。座屈構造体は、座屈構造体の
単位体積あたりの消費電力が4×1013W/m3 以上の
条件で駆動させられる。
According to a sixth aspect of the invention, in which the ink jet head is used, pressure is applied to the ink liquid filled inside,
A method of using an inkjet head for ejecting an ink liquid from the inside to the outside, the inkjet head including a nozzle plate, a substrate, a buckling structure, and a compression unit. The nozzle plate has a nozzle orifice. The substrate is provided with an ink supply port having an opening end facing the nozzle orifice at a predetermined distance. The buckling structure body is provided such that its central portion is located between the nozzle orifice and the opening of the ink supply port, and both end portions are supported by at least the substrate.
The compressing means plays a role of applying compressive stress to the inside of the buckling structure body by heating. The buckling structure is buckled by the compressive stress applied by the compressing means, and the central portion of the buckling structure is deformed toward the nozzle orifice side. The thickness of the substrate is 2
It is at least 00 μm. The opening area of the ink supply port is 90 μm 2 or less at the opening end, and the ink supply port extends in the thickness direction of the substrate and penetrates the substrate while maintaining the opening area at the opening end. The buckling structure is driven under the condition that the power consumption per unit volume of the buckling structure is 4 × 10 13 W / m 3 or more.

【0037】請求項7に記載のインクジェットヘッドの
製造方法は、内部に満たされたインク液に圧力を加え、
内部から外部へインク液を吐出させるインクジェットヘ
ッドの製造方法であって、以下の工程を備えている。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided an ink jet head manufacturing method, wherein pressure is applied to the ink liquid filled inside,
A method for manufacturing an inkjet head in which an ink liquid is ejected from the inside to the outside, which includes the following steps.

【0038】まず20μm以上の厚みを有するように基
板が準備される。そして両端部が基板の主表面に支持さ
れ、中央部が基板の主表面と所定の距離を隔てるように
座屈構造体が形成され、かつ基板を厚み方向に貫通し座
屈構造体の中央部に対向する開口端を有するインク供給
口が、その開口端における開口面積が900μm2 以下
となるように形成される。そしてノズルオリフィスを有
するノズルプレートが形成される。そして座屈構造体の
中央部がノズルオリフィスとインク供給口の開口端との
間に位置するようにノズルプレートが基板に接合され
る。
First, the substrate is prepared to have a thickness of 20 μm or more. The both ends are supported by the main surface of the substrate, the buckling structure is formed so that the central portion is separated from the main surface of the substrate by a predetermined distance, and the central portion of the buckling structure penetrates the substrate in the thickness direction. Is formed so that the opening area at the opening end is 900 μm 2 or less. Then, a nozzle plate having a nozzle orifice is formed. Then, the nozzle plate is bonded to the substrate so that the central portion of the buckling structure is located between the nozzle orifice and the opening end of the ink supply port.

【0039】[0039]

【作用】請求項1および2に記載のインクジェットヘッ
ドでは、インク供給口の経路が長く、かつ開口面積が小
さくされることにより、インク滴の吐出速度が向上す
る。特に、インク供給口の経路長が20μm以上、かつ
インク供給口の開口面積がその経路にわたって900μ
2 以下であるため、インク吐出速度は2m/s以上を
実現できる。したがって、ヘッドとプリント用紙とのギ
ャップの設計が容易になるとともに印刷品位が向上す
る。
In the ink jet head according to the first and second aspects of the invention, the ejection speed of the ink droplet is improved by making the path of the ink supply port long and reducing the opening area. In particular, the path length of the ink supply port is 20 μm or more, and the opening area of the ink supply port is 900 μm over the path.
Since it is m 2 or less, an ink ejection speed of 2 m / s or more can be realized. Therefore, the design of the gap between the head and the printing paper is facilitated and the printing quality is improved.

【0040】座屈構造体は、座屈により厚み方向に変位
する。この座屈による変形では、平面方向の変位量が小
さくとも、その小さな変位量を厚み方向の大きな変位量
に変換することができる。このため、座屈構造体の寸法
を大きくすることなく、大きな変位量を得ることが可能
となり、それにより大きな吐出力が得られる。また、座
屈構造体を座屈させるためには、座屈構造体をその平面
方向の両端部で固定すればよく、その構造は非常に簡単
である。この点からも寸法を小さくすることは容易であ
る。したがって、寸法を小さく維持したまま大きな吐出
力を得ることができるインクジェットヘッドが得られ
る。
The buckling structure is displaced in the thickness direction due to buckling. In this deformation due to buckling, even if the displacement amount in the plane direction is small, the small displacement amount can be converted into a large displacement amount in the thickness direction. Therefore, it is possible to obtain a large displacement amount without increasing the size of the buckling structure, and thereby a large ejection force can be obtained. Further, in order to buckle the buckling structure, the buckling structure may be fixed at both ends in the plane direction, and the structure is very simple. From this point as well, it is easy to reduce the size. Therefore, it is possible to obtain an ink jet head that can obtain a large ejection force while maintaining a small size.

【0041】また、たとえば加熱により座屈させる場
合、座屈構造体を加熱する必要がある。しかしこの場
合、インク自体を気化させる温度にまで座屈構造体を加
熱する必要はない。すなわち、材料の熱膨張係数に応じ
た温度にまで加熱すれば足りる。このため、座屈構造体
をバブルジェット方式のインクジェットヘッドのヒータ
のように高温にまで加熱する必要はない。ゆえに、その
ような高温度の加熱と冷却とを繰返すことによる熱疲労
は生じ難くなり、座屈構造体の劣化は少なく、比較的そ
の寿命は長くなる。また、必要な熱量も小さくてよいた
め、消費電力が少なくてすむ。
Further, when buckling is performed by heating, for example, it is necessary to heat the buckling structure. However, in this case, it is not necessary to heat the buckling structure to a temperature at which the ink itself is vaporized. That is, it is sufficient to heat the material to a temperature according to the coefficient of thermal expansion of the material. Therefore, it is not necessary to heat the buckling structure to a high temperature unlike the heater of a bubble jet type inkjet head. Therefore, thermal fatigue due to repeated heating and cooling at such a high temperature is less likely to occur, the buckling structure body is less deteriorated, and its life is relatively long. Moreover, since the required amount of heat may be small, the power consumption can be small.

【0042】特に請求項2に記載のインクジェットヘッ
ドでは、座屈構造体と基板との間隔、インク供給口の開
口端における開口面積および基板の材質が所定の数値お
よび材質に限定されている。このため、加熱された座屈
構造体の放熱性が向上し、加熱・冷却に対する座屈構造
体の変位の応答性が向上する。したがって、座屈構造体
の周波数応答は2.5kHz以上にすることが可能とな
る。
Particularly, in the ink jet head according to the second aspect, the distance between the buckling structure and the substrate, the opening area at the opening end of the ink supply port, and the material of the substrate are limited to predetermined values and materials. For this reason, the heat dissipation of the heated buckling structure is improved, and the responsiveness of the displacement of the buckling structure to heating / cooling is improved. Therefore, the frequency response of the buckling structure can be 2.5 kHz or more.

【0043】なお、座屈構造体と基板との間隔などの数
値および材質が上記以外の場合には、座屈構造体の周波
数応答は2.5kHzよりも小さくなり、プリンタの印
刷速度が遅くなり高速印字に適さない。
When the values such as the distance between the buckling structure and the substrate and the materials are other than those mentioned above, the frequency response of the buckling structure becomes smaller than 2.5 kHz, and the printing speed of the printer becomes slow. Not suitable for high speed printing.

【0044】請求項4に記載のインクジェットヘッドで
は、インク供給口の開口径が座屈構造体の座屈部の長さ
の1/3以下であるため、座屈構造体と基板との対向領
域が大きく設定されることになる。このため、加熱され
た座屈構造体の熱は、基板を通じて、より放出されやす
くなり、より一層放熱性が向上する。
In the ink jet head according to the fourth aspect, since the opening diameter of the ink supply port is 1/3 or less of the length of the buckling portion of the buckling structure, the area where the buckling structure and the substrate face each other. Will be set larger. Therefore, the heat of the heated buckling structure is more easily released through the substrate, and the heat dissipation is further improved.

【0045】請求項5に記載のインクジェットヘッドで
は、座屈構造体の両端部は、その座屈構造体のノズルオ
リフィスと対面する面の裏面で基板に支持されている。
このため、モーメントの作用により、座屈構造体の中央
部は常にノズルプレート側へ変位する。したがって、簡
易な構成で座屈構造体の駆動方向を制御することができ
る。
In the ink jet head according to the fifth aspect, both ends of the buckling structure are supported by the substrate on the back surface of the buckling structure facing the nozzle orifice.
Therefore, the central portion of the buckling structure is always displaced toward the nozzle plate due to the action of the moment. Therefore, the driving direction of the buckling structure can be controlled with a simple structure.

【0046】請求項6に記載のインクジェットヘッドの
使用方法では、座屈構造体の単位体積あたりの消費電力
が4×1013W/m3 以上の条件で座屈構造体が駆動さ
れるため、十分なインク吐出速度が得られる。特に、イ
ンク供給口の経路長を20μm以上とし、かつインク供
給口の開口面積をその経路にわたって900μm2 以下
とすると、インク吐出速度は2m/s以上を実現でき
る。したがって、ヘッドとプリント用紙とのギャップの
設計が容易になるとともに印刷品位が向上する。
In the method of using the inkjet head according to the sixth aspect, the buckling structure is driven under the condition that the power consumption per unit volume of the buckling structure is 4 × 10 13 W / m 3 or more. A sufficient ink ejection speed can be obtained. In particular, if the path length of the ink supply port is set to 20 μm or more and the opening area of the ink supply port is set to 900 μm 2 or less over the path, the ink ejection speed of 2 m / s or more can be realized. Therefore, the design of the gap between the head and the printing paper is facilitated and the printing quality is improved.

【0047】請求項7に記載のインクジェットヘッドの
製造方法では、座屈構造体の放熱性に優れ、小さい寸法
で大きな吐出力が得られ、寿命の長いといった効果を有
する請求項1に記載のインクジェットヘッドが得られ
る。
The ink jet head manufacturing method according to claim 7 has the effects that the buckling structure is excellent in heat dissipation, a large ejection force can be obtained with a small size, and the life is long. The head is obtained.

【0048】また、フォトリソグラフィ技術を用いて形
成することもできるため、パターンの寸法精度が高く、
量産効果が大きく、高集積化および低コスト化が可能で
ある。
Further, since it can be formed by using the photolithography technique, the dimensional accuracy of the pattern is high,
The mass production effect is great, and high integration and cost reduction are possible.

【0049】[0049]

【実施例】以下、本発明の実施例について図に基づいて
説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0050】[記録原理]まず、本発明のインクジェッ
トヘッドによる記録原理を説明する。
[Principle of Recording] First, the principle of recording by the ink jet head of the present invention will be described.

【0051】図1は、本発明のインクジェットヘッドの
待機状態における構成を概略的に示す主要断面図であ
る。また図2は、本発明のインクジェットヘッドの動作
状態における概略的な構成を示す主要断面図である。
FIG. 1 is a main sectional view schematically showing the construction of an ink jet head of the present invention in a standby state. Further, FIG. 2 is a main cross-sectional view showing a schematic configuration in an operating state of the inkjet head of the present invention.

【0052】まず図1を参照して、本発明のインクジェ
ットヘッド50は、座屈構造体1と、基板5と、絶縁性
部材9と、ノズルプレート11と、スペーサ13と、筐
体15と、電源17とを有している。
First, referring to FIG. 1, an ink jet head 50 of the present invention comprises a buckling structure 1, a substrate 5, an insulating member 9, a nozzle plate 11, a spacer 13, a housing 15, and a housing 15. It has a power supply 17.

【0053】座屈構造体1の両端は、絶縁性部材9を介
在して基板5の一方表面に固定されている。また座屈構
造体1の中央部は、絶縁性部材9と所定の距離を隔てて
いる。また座屈構造体1の両端部は電極1a、1bとな
っており、電極1aには電源17により電圧が印加可能
である。また電極1bは、接地状態とされている。基板
5および絶縁性部材9を貫通するように断面が円形もし
くは四角のインク供給口7が形成されている。
Both ends of the buckling structure 1 are fixed to one surface of the substrate 5 with an insulating member 9 interposed. The central portion of the buckling structure body 1 is separated from the insulating member 9 by a predetermined distance. Further, both ends of the buckling structure 1 are electrodes 1a and 1b, and a voltage can be applied to the electrodes 1a by a power supply 17. The electrode 1b is grounded. An ink supply port 7 having a circular or square cross section is formed so as to penetrate the substrate 5 and the insulating member 9.

【0054】基板5の座屈構造体1が取付けられた側に
は、スペーサ13を介在してノズルプレート11が取付
けられている。このノズルプレート11を貫通するよう
にノズルオリフィス11aが形成されている。このノズ
ルオリフィス11aとインク供給口7との間に座屈構造
体1の中央部が位置する。基板5の座屈構造体1が取付
けられた側と反対側には筐体15が取付けられている。
この筐体15には、インクを導くインク流路15aが形
成されている。
A nozzle plate 11 is attached to the side of the substrate 5 to which the buckling structure 1 is attached with a spacer 13 interposed. A nozzle orifice 11a is formed so as to penetrate the nozzle plate 11. The central portion of the buckling structure 1 is located between the nozzle orifice 11a and the ink supply port 7. A housing 15 is attached to the opposite side of the substrate 5 to which the buckling structure 1 is attached.
An ink flow path 15a for guiding ink is formed in the housing 15.

【0055】このインクジェットヘッド50の動作にお
いては、まずインク流路15aを通じてインク80が供
給され、座屈構造体1はインク80中に浸された状態と
なる。この後、座屈構造体1の電極1aに電源17によ
り電圧が印加される。これにより座屈構造体1には、電
極部1aと1bとの間で電流が流れ、座屈構造体1は抵
抗発熱により加熱し、長手方向(矢印D0 方向)に延び
ようとする。しかしながら、座屈構造体1の長手方向の
両端部は基板5に固定されているため、座屈構造体1は
その長手方向に延びることができない。それゆえ、座屈
構造体1にはその反力として矢印F0 方向に圧縮力P0
が与えられ、蓄積される。この圧縮力P 0 が座屈構造体
1の座屈荷重PC を越えると、座屈構造体1は、図2に
示すように、座屈変形を起こす。
In the operation of this ink jet head 50
First, the ink 80 is supplied through the ink flow path 15a.
And the buckling structure 1 is immersed in the ink 80.
Become. After that, the power source 17 is applied to the electrode 1a of the buckling structure body 1.
Voltage is applied. As a result, the buckling structure 1 is
A current flows between the pole portions 1a and 1b, so that the buckling structure 1 does not
It is heated by anti-heat generation, and is heated in the longitudinal direction (arrow D0Direction)
Try to. However, in the longitudinal direction of the buckling structure 1.
Since both ends are fixed to the substrate 5, the buckling structure 1
It cannot extend in its longitudinal direction. Therefore buckling
The structure 1 has an arrow F as its reaction force.0Compressive force P in the direction0
Is given and accumulated. This compression force P 0Buckled structure
Buckling load P of 1CBuckling structure 1 is shown in FIG.
Buckling deformation occurs, as shown.

【0056】図2を参照して、座屈構造体1の座屈変形
によって、座屈構造体1の中央部がノズルプレート11
側へ変位する。このため、インク80がノズルオリフィ
ス11aを通じて外部へ押出され、インクジェットヘッ
ド50の外部にインク滴80aが形成されて、外側へ噴
出する。このインク滴80aの噴出により、プリント面
への印字(記録)が行なわれる。
Referring to FIG. 2, due to the buckling deformation of buckling structure 1, the central portion of buckling structure 1 is nozzle plate 11
Displace to the side. Therefore, the ink 80 is extruded to the outside through the nozzle orifice 11a, the ink droplet 80a is formed outside the inkjet head 50, and is ejected to the outside. By the ejection of the ink droplet 80a, printing (recording) is performed on the print surface.

【0057】[第1の実施例]図3は、本発明の第1の
実施例におけるインクジェットヘッドの構成を概略的に
示す分解斜視図である。また図4と図5とは、図3のX
1 −X1 線に沿う概略断面図およびY−Y線に沿う概略
断面図である。
[First Embodiment] FIG. 3 is an exploded perspective view schematically showing the structure of an ink jet head according to the first embodiment of the present invention. Moreover, FIG. 4 and FIG.
It is a schematic cross-sectional view taken along a schematic cross-sectional view and a line Y-Y along 1 -X 1 line.

【0058】主に図3を参照して、本発明の第1の実施
例におけるインクジェットヘッド150は、圧力発生器
110と、ノズルプレート111と、スペーサ113
と、筐体115とを有している。
Mainly referring to FIG. 3, the ink jet head 150 according to the first embodiment of the present invention includes a pressure generator 110, a nozzle plate 111, and a spacer 113.
And a housing 115.

【0059】ノズルプレート111は、たとえば厚み
0.2mmのガラスあるいはプラスチックシートにより
構成されている。ノズルプレート111には、ノズルプ
レート111を貫通し、かつ一定方向に配列された複数
個のノズルオリフィス111aが円錐形または漏斗状に
形成されている。
The nozzle plate 111 is made of, for example, a glass or plastic sheet having a thickness of 0.2 mm. In the nozzle plate 111, a plurality of nozzle orifices 111a penetrating the nozzle plate 111 and arranged in a certain direction are formed in a conical shape or a funnel shape.

【0060】スペーサ113は、たとえばポリイミドな
どの絶縁性材料よりなっている。またスペーサ113に
は、このスペーサ113を貫通し、かつ圧力室を構成す
る複数個の開口113aが設けられている。この複数個
の開口113aはノズルオリフィス111aに対応して
設けられている。
The spacer 113 is made of an insulating material such as polyimide. Further, the spacer 113 is provided with a plurality of openings 113a penetrating the spacer 113 and forming a pressure chamber. The plurality of openings 113a are provided corresponding to the nozzle orifice 111a.

【0061】圧力発生器110は、座屈構造体101
と、基板105と、絶縁性部材109とを有している。
基板105は、たとえばシリコンあるいはガラスなどに
より構成されている。また基板105には、基板105
を貫通し、かつ一定方向に配列された複数個の細長いイ
ンク供給口107が設けられている。このインク供給口
107は、ノズルオリフィス107aに対応して設けら
れている。
The pressure generator 110 comprises the buckling structure body 101.
And a substrate 105 and an insulating member 109.
The substrate 105 is made of, for example, silicon or glass. In addition, the substrate 105
There are provided a plurality of elongated ink supply ports 107 that pass through the nozzles and are arranged in a certain direction. The ink supply port 107 is provided corresponding to the nozzle orifice 107a.

【0062】また基板105の一方表面上には、絶縁性
部材109を介在して複数個の座屈構造体101が配列
して設けられている。この座屈構造体101は、たとえ
ばニッケルなどの金属材料により構成され、各ノズルオ
リフィス111aに対応するように設けられている。
A plurality of buckling structures 101 are arranged on one surface of the substrate 105 with an insulating member 109 interposed therebetween. The buckling structure body 101 is made of, for example, a metal material such as nickel, and is provided so as to correspond to each nozzle orifice 111a.

【0063】この各座屈構造体101からは、外部電気
手段との接続のために操作電極101aと共通電極10
1bとが引出されている。各操作電極101aには、ス
イッチを介在して電源(図示せず)が接続されている。
また共通電極101bは接地状態とされている。
From each buckling structure 101, the operation electrode 101a and the common electrode 10 are connected for connection with external electric means.
1b is pulled out. A power source (not shown) is connected to each operation electrode 101a via a switch.
The common electrode 101b is grounded.

【0064】この座屈構造体101の両端部が絶縁性部
材109を介在して基板105に固定されている。この
絶縁性部材109は、たとえば酸化シリコンあるいはア
ルミナなどの絶縁性材料よりなっている。
Both ends of the buckling structure 101 are fixed to the substrate 105 with an insulating member 109 interposed. The insulating member 109 is made of an insulating material such as silicon oxide or alumina.

【0065】筐体115には、インク流路となる凹部1
15aが所望の形状で設けられている。
In the case 115, the concave portion 1 serving as an ink flow path is formed.
15a is provided in a desired shape.

【0066】図4と図5とを参照して、上述したノズル
プレート111は、スペーサ113を介在して、たとえ
ば非導電性のエポキシ系接着剤119によって圧力発生
器110に接合されている。この際、各ノズルオリフィ
ス111aの真下に各開口113aを介在して座屈構造
体101が位置するように各部材が配置される。また圧
力発生器110には、たとえばエポキシ系接着剤(図示
せず)によって筐体115が接合されている。
With reference to FIGS. 4 and 5, the nozzle plate 111 described above is joined to the pressure generator 110 with a spacer 113 interposed, for example, by a non-conductive epoxy adhesive 119. At this time, the respective members are arranged so that the buckling structure body 101 is located directly below the respective nozzle orifices 111a with the respective openings 113a interposed. A housing 115 is joined to the pressure generator 110 with, for example, an epoxy adhesive (not shown).

【0067】基板105および絶縁性部材109との厚
みT1 は20μm以上である。また各インク供給口10
7の幅W1 はたとえば30μmであり、インク供給口1
07の長さL1 はたとえば30μm程度である。
The thickness T 1 of the substrate 105 and the insulating member 109 is 20 μm or more. In addition, each ink supply port 10
The width W 1 of the ink supply port 7 is, for example, 30 μm.
The length L 1 of 07 is, for example, about 30 μm.

【0068】なお、インク供給口107の幅W1 および
長さL1 は、上記の値に限られず、インク供給口107
の開口面積(W1 ×L1 )が900μm2 以下となるよ
うに各幅W1 および長さL1 が設定されればよい。
The width W 1 and the length L 1 of the ink supply port 107 are not limited to the above values, and the ink supply port 107
The width W 1 and the length L 1 may be set so that the opening area (W 1 × L 1 ) of is less than 900 μm 2 .

【0069】なお、座屈構造体101の各部の寸法は、
たとえば座屈部の長さLB が600μm、幅WB が60
μm、厚みTB が6μmである。
The dimensions of each part of the buckling structure 101 are as follows.
For example, the length L B of the buckling portion is 600 μm and the width W B is 60.
The thickness T B is 6 μm.

【0070】次に、本実施例のインクジェットヘッド1
50の動作について説明する。図5を参照して、操作電
極101aに外部電源より電圧が印加され、座屈構造体
101に電流が流される。これにより、座屈構造体10
1が抵抗発熱により加熱され、矢印D1 方向へ熱膨張を
起こそうとする。しかしながら、座屈構造体101は、
その両端が固定されているため、熱膨張変形することが
できず、座屈構造体101内に矢印F1 方向に圧縮力P
1 が発生する。この圧縮力P1 が座屈荷重PC を越える
と座屈構造体101が図6に示すように座屈変形を起こ
す。
Next, the ink jet head 1 of this embodiment
The operation of 50 will be described. Referring to FIG. 5, a voltage is applied to operating electrode 101a from an external power supply, and a current is passed through buckling structure body 101. Thereby, the buckling structure 10
1 is heated by resistance heat generation and tries to cause thermal expansion in the direction of arrow D 1 . However, the buckling structure 101 is
Since both ends thereof are fixed, they cannot undergo thermal expansion deformation, and compressive force P in the buckling structure 101 in the direction of arrow F 1.
1 occurs. When the compressive force P 1 exceeds the buckling load P C , the buckling structure body 101 undergoes buckling deformation as shown in FIG.

【0071】図6を参照して、この座屈変形により、座
屈構造体101の中央部がノズルオリフィス111a側
へ変位し、圧力室113aに満たされていたインク80
aに圧力が伝播され、ノズルオリフィス111aよりイ
ンク滴80aが形成されて外へ噴出する。
Referring to FIG. 6, due to this buckling deformation, the central portion of buckling structure body 101 is displaced toward nozzle orifice 111a, and ink 80 filled in pressure chamber 113a.
The pressure is propagated to a, and the ink droplet 80a is formed from the nozzle orifice 111a and ejected to the outside.

【0072】次に、本実施例のインクジェットヘッド1
50に用いられる圧力発生器110の製造方法について
説明する。
Next, the ink jet head 1 of this embodiment
A method of manufacturing the pressure generator 110 used in the 50 will be described.

【0073】図7〜図14は、本発明の第1の実施例に
おけるインクジェットヘッドに用いられる圧力発生器の
製造方法を工程順に示す概略断面図である。まず図7を
参照して、20μm以上の厚みを有するシリコン基板1
05が準備される。面方位(110)のシリコン基板1
05の表裏両面に熱酸化膜109a、109bがたとえ
ば1μmの厚みで形成される。
7 to 14 are schematic cross-sectional views showing, in the order of steps, a method of manufacturing a pressure generator used in the ink jet head according to the first embodiment of the present invention. First, referring to FIG. 7, a silicon substrate 1 having a thickness of 20 μm or more.
05 is prepared. Silicon substrate 1 with plane orientation (110)
Thermal oxide films 109a and 109b are formed on both front and back surfaces of No. 05 with a thickness of 1 μm, for example.

【0074】なお、説明の便宜上、基板105の図中上
側を表面とし、図中下側を裏面とする。
For convenience of explanation, the upper side of the substrate 105 in the figure is the front side and the lower side of the figure is the back side.

【0075】次に図8を参照して、基板105の裏面に
フォトレジスト(図示せず)が塗布され、露光・現像処
理により所望の形状にパターニングされる。このレジス
トパターンをマスクとしてCHF3 により熱酸化膜10
9bのエッチングが行なわれる。これにより熱酸化膜1
09bには開口109cが形成される。この後、レジス
トパターンが除去される。
Next, referring to FIG. 8, a photoresist (not shown) is applied to the back surface of the substrate 105, and is patterned into a desired shape by exposure / development processing. Using this resist pattern as a mask, the thermal oxide film 10 is formed with CHF 3.
9b is etched. As a result, the thermal oxide film 1
An opening 109c is formed in 09b. After that, the resist pattern is removed.

【0076】図9を参照して、基板105の表面にたと
えば0.1μmの厚みでアルミニウム膜131がたとえ
ばスパッタ法で成膜される。このアルミニウム膜131
の上にフォトレジスト(図示せず)が塗布され、露光・
現像処理により所望の形状にパターニングされる。この
レジストパターンをマスクとしてアルミニウム膜131
をエッチングすることにより、アルミニウム膜131が
所望の形状にパターニングされる。
Referring to FIG. 9, an aluminum film 131 having a thickness of, for example, 0.1 μm is formed on the surface of substrate 105 by, for example, a sputtering method. This aluminum film 131
Photoresist (not shown) is applied on top of the
It is patterned into a desired shape by the development processing. Aluminum film 131 using this resist pattern as a mask
The aluminum film 131 is patterned into a desired shape by etching.

【0077】図10を参照して、シリコン基板105の
表面全面にたとえば0.01μmの厚みでタンタル膜1
01と0.1μmの厚みでニッケル膜133とがたとえ
ばスパッタ法により順次成膜される。ニッケル膜133
は写真製版技術およびエッチング技術により所望の形状
にパターニングされる。
Referring to FIG. 10, tantalum film 1 having a thickness of, for example, 0.01 μm is formed on the entire surface of silicon substrate 105.
01 and a nickel film 133 having a thickness of 0.1 μm are sequentially formed by, for example, a sputtering method. Nickel film 133
Is patterned into a desired shape by photolithography and etching.

【0078】図11を参照して、パターニングされたニ
ッケル膜133を電極にして電解めっき法により、たと
えば6μmの厚みでニッケルめっき膜101fが形成さ
れる。この電気めっきにおいてニッケルめっきの電解浴
としては、たとえばスルファミン酸ニッケルが用いられ
る。この後、電極として用いたニッケル膜133が、イ
オンミリングなどのドライエッチングにより除去され
る。
Referring to FIG. 11, nickel film 133f having a thickness of 6 μm is formed by electrolytic plating using patterned nickel film 133 as an electrode. In this electroplating, nickel sulfamate, for example, is used as an electrolytic bath for nickel plating. After that, the nickel film 133 used as the electrode is removed by dry etching such as ion milling.

【0079】図12を参照して、この除去により、タン
タル膜101eとニッケル膜101fとの2層構造より
なる座屈構造体101が形成される。この状態でシリコ
ン基板105が水酸化カリウム溶液に浸される。
Referring to FIG. 12, by this removal, buckling structure body 101 having a two-layer structure of tantalum film 101e and nickel film 101f is formed. In this state, the silicon substrate 105 is dipped in a potassium hydroxide solution.

【0080】図13を参照して、これにより、熱酸化膜
109bの開口部109cから露出するシリコン基板1
05の部分がエッチングされる。このエッチングでは、
面方位(110)のシリコン基板が水酸化カリウム溶液
で異方的にエッチングされる。すなわち、面方位(11
0)のシリコン基板105をエッチングすると、エッチ
ング速度の遅い(111)面107aが残り、シリコン
基板105の表面に対して垂直な方向にエッチングが進
行する。これにより、開口109cの開口径がほぼ維持
されたままシリコン基板105がエッチングされ、イン
ク供給口107が形成される。これにより、900μm
2 以下の開口面積を有するインク供給口107が得られ
る。この後、シリコン基板105が弗酸溶液に浸され、
熱酸化膜109a、109bの露出部およびアルミニウ
ム膜131がエッチング除去される。
Referring to FIG. 13, the silicon substrate 1 exposed from the opening 109c of the thermal oxide film 109b is thereby formed.
The area 05 is etched. In this etching,
A plane-oriented (110) silicon substrate is anisotropically etched with a potassium hydroxide solution. That is, the plane orientation (11
When the silicon substrate 105 of 0) is etched, the (111) plane 107a having a slow etching rate remains, and the etching progresses in the direction perpendicular to the surface of the silicon substrate 105. As a result, the silicon substrate 105 is etched while the opening diameter of the opening 109c is substantially maintained, and the ink supply port 107 is formed. As a result, 900 μm
An ink supply port 107 having an opening area of 2 or less is obtained. After that, the silicon substrate 105 is dipped in a hydrofluoric acid solution,
The exposed portions of the thermal oxide films 109a and 109b and the aluminum film 131 are removed by etching.

【0081】図14を参照して、このエッチングによ
り、シリコン基板105の裏面と表面の一部とが露出す
る。また座屈構造体101と熱酸化膜109との間に間
隙が形成される。これにより圧力発生器110が完成す
る。
Referring to FIG. 14, the back surface and a part of the front surface of silicon substrate 105 are exposed by this etching. Further, a gap is formed between buckling structure body 101 and thermal oxide film 109. As a result, the pressure generator 110 is completed.

【0082】この後、図3に示すように、この圧力発生
器110をノズルプレート111、スペーサ113およ
び筐体115と接合することによりインクジェットヘッ
ド150が完成する。
Thereafter, as shown in FIG. 3, the pressure generator 110 is joined to the nozzle plate 111, the spacer 113 and the casing 115 to complete the ink jet head 150.

【0083】なお、図3、図4および図5に示す座屈構
造体101は、説明の便宜上1層構造で表示している
が、図14に示すようにタンタル膜101eとニッケル
膜101fの2層構造よりなっていてもよい。
The buckling structure body 101 shown in FIGS. 3, 4 and 5 is shown as a single-layer structure for convenience of explanation, but as shown in FIG. 14, it has a tantalum film 101e and a nickel film 101f. It may have a layered structure.

【0084】次に、本実施例のインクジェットヘッドに
おける座屈構造体の中央部の変位量および上昇温度につ
いてシミュレーションを行なった。そのシミュレーショ
ン結果について説明する。
Next, the displacement amount and the temperature rise of the central portion of the buckling structure body in the ink jet head of this embodiment were simulated. The simulation result will be described.

【0085】図4と図5とを参照して、座屈構造体10
1の材料をニッケル単層とし、座屈部の長さLB を60
0μm、幅WB を60μm、厚みTB を6μmとし、イ
ンク供給口107のW1 および長さL1 を各々30μ
m、深さT1 を20μmとした。また座屈構造体101
の単位体積あたりの消費エネルギを8×108 J/
3、消費電力を4×1013W/m3 、パルス幅を20
μs(20×10-6秒)の条件で座屈構造体を駆動させ
た。
Referring to FIGS. 4 and 5, buckling structure 10
The material of No. 1 is a nickel single layer, and the buckling length L B is 60.
0 μm, width W B is 60 μm, thickness T B is 6 μm, and W 1 and length L 1 of the ink supply port 107 are each 30 μm.
m and the depth T 1 was 20 μm. Further, the buckling structure body 101
Energy consumption per unit volume of 8 × 10 8 J /
m 3 , power consumption 4 × 10 13 W / m 3 , pulse width 20
The buckling structure was driven under the condition of μs (20 × 10 −6 seconds).

【0086】図15(a)は、上記の条件で座屈構造体
を駆動させた場合の駆動波形である。また図15(b)
は、上記の条件で座屈構造体を駆動させた場合の座屈構
造体の中央部の変位量と上昇温度との時間に対する変化
をシミュレーションで計算したグラフである。
FIG. 15A shows a drive waveform when the buckling structure is driven under the above conditions. Further, FIG. 15 (b)
[Fig. 6] is a graph in which the amount of displacement of the central portion of the buckling structure and the change in temperature rise when the buckling structure is driven under the above conditions are calculated by simulation.

【0087】この図15(b)の上昇温度カーブから応
答速度を計算すると、立上り応答が20μs(20×1
-6秒)であり、立下り応答が140μs(140×1
-6秒)となり、6kHzでの座屈構造体の駆動が可能
になる。この座屈構造体の駆動が可能になるのは、立上
り応答が比較的速いためである。また立上り応答が比較
的速いのは、図5に示す座屈構造体101とシリコン基
板105との間の間隔U1 が小さいことに起因する。
When the response speed is calculated from the rising temperature curve of FIG. 15 (b), the rising response is 20 μs (20 × 1).
0 -6 seconds), and the falling response is 140 μs (140 × 1)
0 -6 sec), and it is possible to drive the buckling structure at 6 kHz. The reason why the buckling structure can be driven is that the rising response is relatively fast. Further, the rise response is relatively fast because the interval U 1 between the buckling structure body 101 and the silicon substrate 105 shown in FIG. 5 is small.

【0088】次に、本実施例のインクジェットヘッド1
50のインク滴の吐出速度を調べた。
Next, the ink jet head 1 of this embodiment.
The ejection speed of 50 ink drops was investigated.

【0089】インク滴の吐出速度は、流体解析によるシ
ミュレーションで計算することができる。図16と図1
7とは、図3、図4および図5に示す本実施例のインク
ジェットヘッド150を流体解析用にモデル化した平面
図および断面図である。なお図17は、図16の矢印X
2 −X2 線に沿う概略断面図である。
The ejection speed of ink droplets can be calculated by a simulation based on fluid analysis. 16 and 1
7 is a plan view and a cross-sectional view in which the inkjet head 150 of the present embodiment shown in FIGS. 3, 4 and 5 is modeled for fluid analysis. Note that FIG. 17 shows the arrow X in FIG.
It is a schematic cross-sectional view taken along a 2 -X 2 line.

【0090】図16と図17とを参照して、この流体解
析によるシミュレーションでは、座屈構造体201の表
面にある流体260に座屈構造体の移動速度V0 を与
え、キャビティ内の流体の動きを解析する、いわゆる壁
駆動モデルが用いられる。
With reference to FIGS. 16 and 17, in the simulation by this fluid analysis, the moving speed V 0 of the buckling structure body is given to the fluid 260 on the surface of the buckling structure body 201, and A so-called wall drive model is used to analyze motion.

【0091】本モデルにおいて、ノズルオリフィス21
1aを有するノズルプレート211はスペーサ213を
介して基板205の表面に接続されている。また基板2
05の裏面にはインク流路215aを有する筐体215
が接続されている。また座屈構造体201は、基板20
5に支持されており、座屈構造体201の両側には、イ
ンク供給口207が設けられている。
In this model, the nozzle orifice 21
The nozzle plate 211 having 1a is connected to the surface of the substrate 205 via a spacer 213. Substrate 2
A case 215 having an ink flow path 215a on the back surface of 05.
Is connected. Further, the buckling structure body 201 includes the substrate 20.
The ink supply port 207 is provided on both sides of the buckling structure body 201.

【0092】本モデルのインク供給口207の形状は、
本実施例のインク供給口107の形状と合わせる必要が
あるが、モデルの対象性を考慮して、インク供給口20
7を2つに分割した。このインク供給口207のそれぞ
れの幅をW1 /2、長さをL 1 、深さをT1 とした。つ
まり、本モデルにおけるインク供給口207の幅は15
μm、長さは30μm、深さは20μmである。
The shape of the ink supply port 207 of this model is
It is necessary to match the shape of the ink supply port 107 of this embodiment.
However, considering the symmetry of the model, the ink supply port 20
7 was divided into two. Each of these ink supply ports 207
This width is W1/ 2, length L 1, Depth T1And One
That is, the width of the ink supply port 207 in this model is 15
μm, the length is 30 μm, and the depth is 20 μm.

【0093】本モデルにおいては、まず座屈構造体20
1がV0 の速度で変位させられる。これにより、座屈構
造体201の表面に発生した圧力が流体80中をノズル
プレート211側へ伝播する。また圧力の一部はインク
供給口207を通ってインク流の方へも伝播する。この
圧力の伝播により、特にノズルプレート211側へ伝播
した圧力によりノズルオリフィス211aからインク滴
80aが速度Vで吐出する。
In this model, first, the buckling structure body 20 is
1 is displaced at a velocity of V 0 . As a result, the pressure generated on the surface of the buckling structure body 201 propagates in the fluid 80 toward the nozzle plate 211 side. Further, a part of the pressure also propagates to the ink flow through the ink supply port 207. By the propagation of this pressure, the ink droplet 80a is ejected at a velocity V from the nozzle orifice 211a due to the pressure propagated to the nozzle plate 211 side.

【0094】本モデルにおけるインク滴80aの吐出速
度Vは、本発明の第1の実施例におけるインクジェット
ヘッド150のインク滴の吐出速度と近似することがで
きる。上記の流体解析シミュレーションを用いて本モデ
ルのインク滴の吐出速度を計算すると吐出速度Vは2m
/sとなる。したがって、図3、図4および図5に示す
インクジェットヘッド150のインク滴80aの吐出速
度は2m/sと近似することができる。
The ejection speed V of the ink drop 80a in this model can be approximated to the ejection speed V of the ink drop of the ink jet head 150 in the first embodiment of the present invention. When the ejection speed of the ink droplets of this model is calculated using the above fluid analysis simulation, the ejection speed V is 2 m.
/ S. Therefore, the ejection speed of the ink droplet 80a of the inkjet head 150 shown in FIGS. 3, 4, and 5 can be approximated to 2 m / s.

【0095】同様に、図3、図4および図5に示すイン
クジェットヘッド150において、座屈構造体の大きさ
はそのままで、インク供給口107の幅W1 および長さ
1を各々20μm、深さT1 を20μmとし、同じ駆
動条件で座屈構造体101を駆動させるとインク滴の吐
出速度Vは3m/sとなる。
Similarly, in the ink jet head 150 shown in FIGS. 3, 4, and 5, the width W 1 and the length L 1 of the ink supply port 107 are each 20 μm and the depth is the same while the size of the buckling structure is unchanged. When the thickness T 1 is 20 μm and the buckling structure body 101 is driven under the same driving condition, the ink droplet ejection speed V becomes 3 m / s.

【0096】また座屈構造体101の大きさはそのまま
で、インク供給口107の幅W1 および長さL1 を各々
20μm、深さT1 を50μmとし、同じ駆動条件で座
屈構造体101を駆動させると、インク滴の吐出速度V
は6m/sとなる。
With the size of the buckling structure 101 unchanged, the width W 1 and the length L 1 of the ink supply port 107 are each 20 μm and the depth T 1 is 50 μm, and the buckling structure 101 is under the same driving condition. Drive the ink droplet ejection speed V
Is 6 m / s.

【0097】以上の結果より、インク供給口が細く、か
つ長くなるとインク滴の吐出速度が向上することがわか
る。これは、インク供給口が細く、かつ長くなることに
より、インク溜の方へ逆流するインクの流体抵抗が大き
くなり、インクが逆流し難くなって、キャビティ内部の
インクの圧力が大きくなるためであると考えられる。
From the above results, it can be seen that when the ink supply port is thin and long, the ejection speed of ink drops is improved. This is because when the ink supply port is thin and long, the fluid resistance of the ink that flows back toward the ink reservoir increases, it becomes difficult for the ink to flow back, and the pressure of the ink inside the cavity increases. it is conceivable that.

【0098】なお、インク供給口の開口部における開口
面積が900μm2 より大きい場合、もしくはインク供
給口107の深さT1 が20μmより小さい場合には、
インク滴の吐出速度が2m/sより小さくなることもシ
ミュレーションにより確認された。
If the opening area of the opening of the ink supply port is larger than 900 μm 2 or the depth T 1 of the ink supply port 107 is smaller than 20 μm,
It was also confirmed by simulation that the ejection speed of ink droplets was lower than 2 m / s.

【0099】つまり、2m/s以上のインク滴の吐出速
度を得るには、インク供給口107の開口部における開
口面積が900μm2 以下で、かつインク供給口107
の深さT1 が20μm以上でなければならない。
That is, in order to obtain the ink droplet ejection speed of 2 m / s or more, the opening area of the opening of the ink supply port 107 is 900 μm 2 or less, and the ink supply port 107 is
The depth T 1 of the metal must be 20 μm or more.

【0100】次に、加熱された座屈構造体101の放熱
性を向上させるためのシミュレーションについて説明す
る。
Next, a simulation for improving the heat dissipation of the heated buckling structure 101 will be described.

【0101】まず放熱性のシミュレーションを行なうに
あたって図18に示す装置を準備した。
First, the apparatus shown in FIG. 18 was prepared for the simulation of heat dissipation.

【0102】図18は、放熱性のシミュレーションに用
いられる装置の構成を概略的に示す断面図である。境界
条件としては、まず座屈構造体201が225℃に加熱
されたとき、座屈構造体201はノズルプレート側へ9
μm変形する。したがって、シミュレーションは座屈構
造体201が平均の4.5μm変形した構造で行なっ
た。次に、座屈構造体201および基板205をその外
形寸法より20μm大きい容器214に入れ、その中を
インクで満たし、座屈構造体201の表面とインクの液
面との間隔を20μmとした。容器214の内表面およ
び基板205の底面を25℃に保つと考えてシミュレー
ションを行なった。矢印は主な熱の流れを示す。
FIG. 18 is a sectional view schematically showing the structure of an apparatus used for heat dissipation simulation. As a boundary condition, when the buckling structure 201 is first heated to 225 ° C., the buckling structure 201 moves to the nozzle plate side by 9
Deform by μm. Therefore, the simulation was performed with a structure in which the buckling structure body 201 was deformed by an average of 4.5 μm. Next, the buckling structure body 201 and the substrate 205 were placed in a container 214 which was 20 μm larger than the outer dimensions thereof, and the inside thereof was filled with ink, and the gap between the surface of the buckling structure body 201 and the liquid surface of the ink was set to 20 μm. The simulation was performed on the assumption that the inner surface of the container 214 and the bottom surface of the substrate 205 are kept at 25 ° C. Arrows indicate the main heat flow.

【0103】図4および図5で示すインクジェットヘッ
ド150における座屈構造体201の立上り応答速度
(Tr)、および立下り応答速度(Td)の変化を、図
18に示す装置を用いてシミュレーションを行なった。
その結果を図19、図20、図21に示す。
The changes in the rising response speed (Tr) and the falling response speed (Td) of the buckling structure 201 in the ink jet head 150 shown in FIGS. 4 and 5 are simulated using the apparatus shown in FIG. It was
The results are shown in FIGS. 19, 20 and 21.

【0104】このシミュレーションの際、座屈構造体2
01の厚みTB (μm)、座屈構造体201と基板20
5との間隔U1 (μm)、インク供給口107の長さL
1 (μm)、基板205の厚みT1 (μm)を適当に変
えた。
During this simulation, the buckling structure 2
Thickness T B (μm) of 01, buckling structure body 201 and substrate 20
5, the distance U 1 (μm), and the length L of the ink supply port 107
1 (μm), it was suitably changing the thickness T 1 (μm) of the substrate 205.

【0105】なお、図4および5において、座屈構造体
201の全長を900μm、座屈部の長さLB を300
μm、基板205の厚みhを500μmとする。なお、
パルスの高さは4.676Wとする。
In FIGS. 4 and 5, the buckling structure body 201 has a total length of 900 μm and a buckling portion length L B of 300.
μm, and the thickness h of the substrate 205 is 500 μm. In addition,
The pulse height is 4.676W.

【0106】図19は、間隔U1 =1μm、インク供給
口107の長さL1 =100μmとした場合の座屈構造
体の厚みTB と立上り応答速度Tr(△印)および立下
り応答速度Td(○印)との関係を示すグラフである。
なお、ここでの立上りおよび立下り応答速度の単位は、
sec(秒:時間)で表され、時間が少ないほど立上り
および立下り速度が速いことになる。以下、図20、2
1、22においても同様である。
FIG. 19 shows the thickness T B of the buckling structure and the rising response speed Tr (marked with Δ) and the falling response speed when the interval U 1 = 1 μm and the length L 1 of the ink supply port 107 is 100 μm. It is a graph which shows the relationship with Td (O mark).
The units of the rising and falling response speeds here are
It is represented by sec (second: time), and the shorter the time is, the faster the rising and falling speeds are. Hereinafter, FIGS.
The same applies to 1 and 22.

【0107】図19を参照して、座屈構造体の厚みTB
が薄いほど応答速度はTr、Tdとも速くなる。ところ
が、座屈構造体の厚みTbが6μmより薄くなると、イ
ンク滴80aがノズルオリフィスより外へ噴出するため
に十分なエネルギが得られず、インク滴80aはノズル
オリフィスより外へ噴出することができない。したがっ
て、最適な座屈構造体の厚みの下限は6μmである。
Referring to FIG. 19, the thickness T B of the buckling structure body
The thinner is, the faster the response speed is for both Tr and Td. However, when the thickness Tb of the buckling structure is smaller than 6 μm, sufficient energy cannot be obtained to eject the ink droplet 80a from the nozzle orifice, and the ink droplet 80a cannot be ejected from the nozzle orifice. . Therefore, the lower limit of the optimum thickness of the buckling structure is 6 μm.

【0108】図20は、座屈構造体の厚みTB =6μ
m、インク供給口の長さL1 =100μmとしたときの
座屈構造体201と基板205との間隔U1 と立上り応
答速度Tr(△印)および立下り応答速度Td(○印)
との関係を示すグラフである。図20を参照して、座屈
構造体201と基板205との間隔U1 は立上り応答速
度Trにはあまり影響を及ぼさない。しかし立下り応答
速度Tdは、この間隔U 1 が小さくなるほど速くなる。
したがって、ヘッドをたとえば2.5kHzで駆動する
場合には、間隔U1 は5μm以下に設定する必要があ
る。また、この間隔U1 を1μm以下に設定すれば、
3.8kHzで駆動することができる。
FIG. 20 shows the thickness T of the buckling structure.B= 6μ
m, ink supply port length L1= 100 μm
Interval U between buckling structure 201 and substrate 2051And stand up
Response speed Tr (△ mark) and falling response speed Td (○ mark)
It is a graph which shows the relationship with. Referring to FIG. 20, buckling
Distance U between structure 201 and substrate 2051Is the rising response speed
It does not affect the degree Tr so much. But the falling response
The speed Td is the interval U 1Becomes smaller and becomes faster.
Therefore, the head is driven at 2.5 kHz, for example.
In case of U1Must be set to 5 μm or less
It Also, this interval U1If is set to 1 μm or less,
It can be driven at 3.8 kHz.

【0109】図21は、座屈構造体101の厚みTB
6μmとし、座屈構造体101と基板105との間隔U
1 を適当に変えたときの立上り応答速度Tr(△印)お
よび立下り応答速度Td(○印)のインク供給口107
の長さL1 の依存性を示したグラフである。図21を参
照して、インク供給口107の長さL1 は立上り応答速
度Trにはあまり影響を及ぼさない。しかし、立下り応
答速度Tdは、インク供給口107の長さL1 が小さく
なるほど速くなる。この傾向は、どの座屈構造体と基板
との間隔U1 でも同じである。
FIG. 21 shows the thickness T B of the buckling structure 101 =
6 μm, and the gap U between the buckling structure 101 and the substrate 105
Ink supply port 107 having a rising response speed Tr (Δ mark) and a falling response speed Td (◯ mark) when 1 is changed appropriately
3 is a graph showing the dependence of the length L 1 of the. With reference to FIG. 21, the length L 1 of the ink supply port 107 has little influence on the rising response speed Tr. However, the falling response speed Td becomes faster as the length L 1 of the ink supply port 107 becomes smaller. This tendency is the same regardless of the distance U 1 between any buckling structure and the substrate.

【0110】したがって、ヘッドをたとえば2.5kH
zで駆動する場合には、座屈構造体と基板との間隔U1
を10μm以下に設定するとインク供給口107の長さ
1は40μm以下に設定する必要がある。またヘッド
を2.5kHzで駆動する場合には、座屈構造体と基板
との間隔U1 を5μm以下に設定するとインク供給口の
長さL1 は100μm以下、つまり座屈構造体の座屈部
の長さ300μmの3分の1以下に設定する必要があ
る。
Therefore, the head is, for example, 2.5 kH.
When driving at z, the gap U 1 between the buckling structure and the substrate
Is set to 10 μm or less, the length L 1 of the ink supply port 107 needs to be set to 40 μm or less. When the head is driven at 2.5 kHz, if the distance U 1 between the buckling structure and the substrate is set to 5 μm or less, the length L 1 of the ink supply port is 100 μm or less, that is, the buckling of the buckling structure. It is necessary to set the length to one third or less of the length of 300 μm.

【0111】また、図示されていないがインク供給口の
長さL1 を40μm以下、座屈構造体と基板との間隔U
1 を5μm以下に設定すれば、ヘッドを3.8kHzで
駆動することができる。
Although not shown, the length L 1 of the ink supply port is 40 μm or less, and the gap U between the buckling structure and the substrate is U.
If 1 is set to 5 μm or less, the head can be driven at 3.8 kHz.

【0112】図22は、座屈構造体101の座屈部の長
さLB を300μm、座屈構造体101の厚みTB を6
μm、座屈構造体101と基板105との間隔U1 を2
μm、パルスの高さを4.676Wとしたときの基板1
05の厚みT1 と立上り応答速度Tr(△印)および立
下り応答速度Td(○印)との関係をグラフである。図
22を参照して、基板の厚みT1 が20μm以上では、
立上り応答速度Trおよび立下り応答速度Tdともあま
り影響を受けない。
In FIG. 22, the length L B of the buckling portion of the buckling structure 101 is 300 μm, and the thickness T B of the buckling structure 101 is 6 μm.
μm, the distance U 1 between the buckling structure 101 and the substrate 105 is 2
Substrate 1 with μm and pulse height of 4.676W
5 is a graph showing the relationship between the thickness T 1 of 05 and the rising response speed Tr (marked with Δ) and the falling response speed Td (marked with ◯). Referring to FIG. 22, when the substrate thickness T 1 is 20 μm or more,
The rising response speed Tr and the falling response speed Td are not so affected.

【0113】また、シリコン単結晶の代わりにたとえば
ガラスを用いた場合は、熱の伝導性がシリコン単結晶に
比べてガラスは劣るため、立下り応答速度Tdが遅くな
る。このため、基板に用いられる材料は、シリコン単結
晶のように70W・m-1・K -1以上の熱伝導率を有する
材料でなければならない。
Further, instead of the silicon single crystal, for example,
When glass is used, the thermal conductivity is changed to silicon single crystal.
Compared with glass, the falling response speed Td is slower because the glass is inferior.
It Therefore, the material used for the substrate is silicon single bond.
70 W ・ m like a crystal-1・ K -1Has the above thermal conductivity
Must be a material.

【0114】以上の結果、立上り応答速度Trおよび立
下り応答速度Tdを速くし、ヘッドを2.5kHzで駆
動させるには、座屈構造体101と基板105との間隔
1を5μm以下とし、インク供給口107の長さL1
を狭くすればよい。また基板105の材質としては、シ
リコン単結晶のように熱伝導性が良好なものであればよ
く、熱伝導率が70W・m-1・K-1以上の材料であれば
よい。
As a result, in order to increase the rising response speed Tr and the falling response speed Td and drive the head at 2.5 kHz, the interval U 1 between the buckling structure body 101 and the substrate 105 should be 5 μm or less, Length L 1 of ink supply port 107
Should be narrowed. The material of the substrate 105 may be any material having good thermal conductivity such as silicon single crystal, and may be a material having a thermal conductivity of 70 W · m −1 · K −1 or more.

【0115】本実施例のインクジェットヘッドでは、イ
ンク供給口107の経路が長く、かつ開口面積が小さく
されることにより、インク滴の吐出速度が向上する。特
に、インク供給口107の経路長が20μm以上、かつ
インク供給口107の開口面積がその開口端において9
00μm2 以下であるため、インク吐出速度は2m/s
以上を実現できる。したがって、ヘッドとプリント用紙
とのギャップの設計が容易になるとともに印刷品位が向
上する。
In the ink jet head of this embodiment, the ink supply port 107 has a long path and a small opening area, so that the ink droplet ejection speed is improved. In particular, the path length of the ink supply port 107 is 20 μm or more, and the opening area of the ink supply port 107 is 9 at the opening end.
Since it is less than 00 μm 2 , the ink ejection speed is 2 m / s
The above can be realized. Therefore, the design of the gap between the head and the printing paper is facilitated and the printing quality is improved.

【0116】座屈構造体101は、座屈により厚み方向
に変位する。この座屈による変形では、平面方向の変位
量が小さくとも、その小さな変位量を厚み方向の大きな
変位量に変換することができる。このため、座屈構造体
101の寸法を大きくすることなく、大きな変位量を得
ることが可能となり、それにより大きな吐出力が得られ
る。また、座屈構造体101を座屈させるためには、座
屈構造体101をその平面方向の両端部で固定すればよ
く、その構造は非常に簡単である。この点からも寸法を
小さくすることは容易である。したがって、寸法を小さ
く維持したまま大きな吐出力を得ることができるインク
ジェットヘッド150が得られる。
The buckling structure body 101 is displaced in the thickness direction due to buckling. In this deformation due to buckling, even if the displacement amount in the plane direction is small, the small displacement amount can be converted into a large displacement amount in the thickness direction. Therefore, a large displacement amount can be obtained without increasing the size of the buckling structure body 101, and a large ejection force can be obtained. Further, in order to buckle the buckling structure body 101, it is sufficient to fix the buckling structure body 101 at both ends in the plane direction, and the structure thereof is very simple. From this point as well, it is easy to reduce the size. Therefore, it is possible to obtain the inkjet head 150 that can obtain a large ejection force while maintaining the size small.

【0117】また、たとえば加熱により座屈させる場
合、座屈構造体101を加熱する必要がある。しかしこ
の場合、インク80自体を気化させる温度にまで座屈構
造体101を加熱する必要はない。すなわち、材料の熱
膨張係数に応じた温度にまで加熱すれば足りる。このた
め、座屈構造体101をバブルジェット方式のインクジ
ェットヘッドのヒータのように高温にまで加熱する必要
はない。ゆえに、そのような高温度の加熱と冷却とを繰
返すことによる熱疲労が生じ難く、座屈構造体101の
劣化は少なく、比較的その寿命は長くなる。また、必要
な熱量も小さくてよいため、消費電力が少なくてすむ。
When buckling is performed by heating, for example, it is necessary to heat the buckling structure body 101. However, in this case, it is not necessary to heat the buckling structure body 101 to a temperature at which the ink 80 itself is vaporized. That is, it is sufficient to heat the material to a temperature according to the coefficient of thermal expansion of the material. Therefore, it is not necessary to heat the buckling structure body 101 to a high temperature unlike the heater of a bubble jet type inkjet head. Therefore, thermal fatigue due to repetition of such high temperature heating and cooling is unlikely to occur, the buckling structure body 101 is less deteriorated, and its life is relatively long. Moreover, since the required amount of heat may be small, the power consumption can be small.

【0118】また座屈構造体101と基板105との間
隔U1 、インク供給口107の開口端における開口面積
および基板105の材質が所定の数値および材質に限定
されている。このため、加熱された座屈構造体101の
放熱性に優れ、加熱・冷却に対する座屈構造体101の
変位の応答性が向上する。したがって、座屈構造体10
1の周波数応答は2.5kHz以上にすることができ、
プリンタの印刷速度が速くなり高速印字に対応すること
が可能となる。
The distance U 1 between the buckling structure 101 and the substrate 105, the opening area at the opening end of the ink supply port 107, and the material of the substrate 105 are limited to predetermined values and materials. For this reason, the heated buckling structure 101 is excellent in heat dissipation, and the responsiveness of displacement of the buckling structure 101 to heating / cooling is improved. Therefore, the buckling structure 10
The frequency response of 1 can be 2.5 kHz or more,
The printing speed of the printer is increased, and high-speed printing can be supported.

【0119】またインク供給口107の開口径が座屈構
造体の座屈部の長さLB の1/3以下であるため、座屈
構造体101と基板105との対向領域が大きく設定で
きる。これにより、加熱された座屈構造体101の熱
は、基板105を通じて、より放出されやすくなり、よ
り一層放熱性が向上する。
Further, since the opening diameter of the ink supply port 107 is 1/3 or less of the length L B of the buckling portion of the buckling structure body, the area where the buckling structure body 101 and the substrate 105 face each other can be set large. . Thereby, the heat of the heated buckling structure body 101 is more easily released through the substrate 105, and the heat dissipation is further improved.

【0120】また本実施例のインクジェットヘッド15
0では、座屈構造体101の両端部が基板105とノズ
ルプレート111とにより挟まれるように支持されてい
るが、図1、図2で示すように座屈構造体1が基板5に
のみ支持されるような構成としてもよい。この図1、図
2に示すように座屈構造体1を基板5にのみ支持するこ
とにより、座屈構造体1は、常にノズルプレート11側
へ変位することになる。以下、そのことについて詳細に
説明する。
Further, the ink jet head 15 of the present embodiment.
In 0, both ends of the buckling structure 101 are supported so as to be sandwiched between the substrate 105 and the nozzle plate 111, but as shown in FIGS. 1 and 2, the buckling structure 1 is supported only on the substrate 5. It may be configured as described above. By supporting the buckling structure 1 only on the substrate 5 as shown in FIGS. 1 and 2, the buckling structure 1 is constantly displaced toward the nozzle plate 11 side. Hereinafter, this will be described in detail.

【0121】図1を参照して、座屈構造体1の両端部
は、その座屈構造体1のノズルオリフィス11aと対面
する面の裏面で基板5に絶縁性部材9を介在して固定さ
れている。インクジェットヘッド50の動作時における
圧縮力P0 は主にこの絶縁性部材9と座屈構造体1との
接合面で発生している。この座屈構造体1の断面一次モ
ーメントが0となる軸、いわゆる図心(centroid)は図
中、座屈構造体1の断面の中央をその長手方向に沿って
通っている。このため、図心と圧縮力P0 の作用線との
間にずれが生じる。ここでは、図心に対して圧縮力P0
の作用線はノズルプレート11と反対側にある。この結
果、圧縮力P0 と図心とのずれに伴って、矢印M0 方向
にモーメントが発生する。このモーメントが座屈構造体
1の中央部がノズルオリフィス11a側へ変位するよう
に作用する。このため、座屈構造体1の中央部は、座屈
による変形に伴って、常にノズルプレート11側へ変形
する。
With reference to FIG. 1, both ends of buckling structure 1 are fixed to substrate 5 with insulating member 9 interposed on the back surface of buckling structure 1 facing nozzle orifice 11a. ing. The compressive force P 0 during the operation of the inkjet head 50 is mainly generated at the joint surface between the insulating member 9 and the buckling structure 1. An axis at which the first moment of area of the buckling structure 1 is zero, a so-called centroid, passes through the center of the cross section of the buckling structure 1 in the longitudinal direction in the figure. Therefore, a deviation occurs between the centroid and the line of action of the compressive force P 0 . Here, the compressive force P 0 is applied to the centroid.
The line of action of is on the side opposite to the nozzle plate 11. As a result, a moment is generated in the direction of the arrow M 0 along with the deviation between the compression force P 0 and the centroid. This moment acts so that the central portion of the buckling structure 1 is displaced toward the nozzle orifice 11a side. For this reason, the central portion of the buckling structure 1 is always deformed toward the nozzle plate 11 side with the deformation due to buckling.

【0122】これにより、適切なインク滴の吐出が実現
でき、正確な印字が行なえるようになる。
As a result, an appropriate ink droplet ejection can be realized, and accurate printing can be performed.

【0123】なお、本実施例においては、説明の簡略化
のため、4個のノズルオリフィス111aを有するマル
チノズルヘッドについて示している。しかし、本発明の
インクジェットヘッドにおいては、ノズルオリフィス1
11aの個数はこれに限定されるものではなく、任意に
設計できるものである。またこのノズルオリフィス11
1aの個数に対応させて座屈構造体101およびインク
供給口107が設けられればよい。
In this embodiment, for simplification of description, a multi-nozzle head having four nozzle orifices 111a is shown. However, in the ink jet head of the present invention, the nozzle orifice 1
The number of 11a is not limited to this and can be arbitrarily designed. Also, this nozzle orifice 11
The buckling structure body 101 and the ink supply port 107 may be provided corresponding to the number of 1a.

【0124】[第2の実施例]次に本発明の第2の実施
例におけるインクジェットヘッドについて説明する。
[Second Embodiment] Next, an ink jet head according to a second embodiment of the present invention will be described.

【0125】図4および図5に示すインクジェットヘッ
ド150において、座屈構造体101の材料をニッケル
単層とし、その長さLB を600μm、幅WB を60μ
m、厚みTB を6μmとし、インク供給口107の幅W
1 および長さL1 を各々20μm、深さT1 を50μm
とした。また座屈構造体101の単位体積あたりの消費
エネルギを8×108 J/m3 、消費電力を8×1013
W/m3 、パルス幅を10μsとして座屈構造体101
を駆動させた。
In the ink jet head 150 shown in FIGS. 4 and 5, the buckling structure body 101 is made of a nickel single layer, and its length L B is 600 μm and width W B is 60 μm.
m, the thickness T B is 6 μm, and the width W of the ink supply port 107 is
1 and length L 1 are each 20 μm and depth T 1 is 50 μm
And Moreover, the energy consumption per unit volume of the buckling structure body 101 is 8 × 10 8 J / m 3 , and the power consumption is 8 × 10 13
Buckling structure 101 with W / m 3 and pulse width of 10 μs
Driven.

【0126】図23(a)は、上記の条件で座屈構造体
を駆動させた場合の駆動波形である。また、図23
(b)は、上記の条件で座屈構造体を駆動させた場合の
座屈構造体の中央部の変位量および上昇温度の時間に対
する変化を示すグラフである。
FIG. 23A shows a drive waveform when the buckling structure is driven under the above conditions. Also, FIG.
(B) is a graph showing changes over time in the amount of displacement and the temperature rise of the central portion of the buckling structure body when the buckling structure body is driven under the above conditions.

【0127】図23(b)を参照して、図15に示すシ
ミュレーションに比較して、駆動のパルス幅を短く、か
つ消費電力を大きくしたため、座屈構造体101の移動
速度は速くなる。前述と同様に、この上昇温度カーブか
ら応答速度を計算すると、立上り応答が10μs(10
×10-6秒)、立下り応答が140μs(140×10
-6秒)となり、6kHzでの駆動が可能になる。この理
由についても前述と同様、立下り応答が比較的速いため
であり、また熱伝導率の高い基板を座屈構造体の近傍に
配置したことに起因する。
Referring to FIG. 23B, compared with the simulation shown in FIG. 15, the driving pulse width is made shorter and the power consumption is made larger, so that the moving speed of buckling structure body 101 becomes faster. Similarly to the above, when the response speed is calculated from this rising temperature curve, the rising response is 10 μs (10
× 10 -6 seconds), falling response 140 μs (140 × 10
-6 seconds), which enables driving at 6 kHz. The reason for this is that the fall response is relatively fast, as described above, and it is due to the fact that the substrate having high thermal conductivity is arranged in the vicinity of the buckling structure.

【0128】また第1の実施例と同様に、座屈構造体の
移動速度V0 を流体解析シミュレーションを用いて流体
解析モデルのインク滴の吐出速度を計算すると15m/
sとなる。したがって、上記の寸法などを有するインク
ジェットヘッドのインク滴の吐出速度は15m/sと近
似することができ、吐出速度は大幅に向上する。
Further, similarly to the first embodiment, the moving speed V 0 of the buckling structure is calculated as 15 m /
s. Therefore, the ejection speed of the ink droplets of the ink jet head having the above dimensions and the like can be approximated to 15 m / s, and the ejection speed is significantly improved.

【0129】これは、消費エネルギ(8×108 J/m
3 )が第1の実施例と同様であっても、駆動のパルス幅
が小さく電力が大きいため、座屈構造体の変形速度が速
くなり、インクの圧力が大きくなってインク滴の吐出速
度が向上するためであると考えられる。
This is the energy consumption (8 × 10 8 J / m
Even if 3 ) is the same as in the first embodiment, since the driving pulse width is small and the power is large, the deformation speed of the buckling structure is high, the ink pressure is high, and the ink drop ejection speed is high. It is considered to be for improvement.

【0130】上述の座屈構造体の大きさで、インク供給
口107の幅W1 および長さL1 を各々30μm、深さ
1 を20μmとした。座屈構造体101の単位体積あ
たりの消費エネルギを8×108 J/m3 、消費電力を
4×1013W/m3 、パルス幅を20μs(20×10
-6秒)の条件で座屈構造体101を駆動した場合、イン
ク滴の吐出速度は2m/sであった。これは、インクジ
ェットヘッドとして使用できるインク滴の吐出速度であ
る。
With the size of the above-described buckling structure, the width W 1 and the length L 1 of the ink supply port 107 were each 30 μm and the depth T 1 was 20 μm. Energy consumption per unit volume of the buckling structure 101 is 8 × 10 8 J / m 3 , power consumption is 4 × 10 13 W / m 3 , and pulse width is 20 μs (20 × 10
When the buckling structure body 101 was driven under the condition of −6 seconds), the ejection speed of the ink droplet was 2 m / s. This is the ejection speed of ink drops that can be used as an inkjet head.

【0131】またこのインク供給口の幅W1 および長さ
1 を各々20μmにまで狭くし、インク供給口107
の深さT1 をたとえば50μmまで深くし、座屈構造体
の単位体積あたりの消費エネルギは変えず、消費電力を
たとえば8×1013W/m3に大きくし、パルス幅をた
とえば10μsに短くして駆動した場合、インク滴の吐
出速度は15ms/となり、インクジェットヘッドの性
能はさらに向上する。
The width W 1 and the length L 1 of the ink supply port are narrowed to 20 μm, and the ink supply port 107
The depth T 1 of the buckling structure to 50 μm, the energy consumption per unit volume of the buckling structure is not changed, the power consumption is increased to 8 × 10 13 W / m 3 , and the pulse width is shortened to 10 μs. When driven in this manner, the ejection speed of the ink droplets becomes 15 ms /, and the performance of the inkjet head is further improved.

【0132】以上のように座屈構造体の単位体積あたり
の消費エネルギは変えず、消費電力をたとえば2倍にす
る、すなわちパルス幅を1/2にすると、インク滴の吐
出速度は2.5倍になる。ところが消費エネルギを必要
以上に大きくすると、座屈構造体の温度が高くなり劣化
してしまい寿命が短くなる。このため、消費エネルギは
単位体積あたり4×109 J/m3 以下、望ましくは8
×108 J/m3 以下で駆動することがよい。
As described above, if the power consumption per unit volume of the buckling structure is not changed and the power consumption is doubled, that is, the pulse width is halved, the ink droplet ejection speed is 2.5. Double. However, if the energy consumption is increased more than necessary, the temperature of the buckling structure increases and deteriorates, resulting in a shorter life. Therefore, the energy consumption is 4 × 10 9 J / m 3 or less per unit volume, preferably 8
It is preferable to drive at × 10 8 J / m 3 or less.

【0133】本実施例のインクジェットヘッドは第1の
実施例におけるインクジェットヘッドとほぼ同様の効果
を有する。
The ink jet head of this embodiment has substantially the same effect as the ink jet head of the first embodiment.

【0134】なお、本実施例において座屈構造体の材料
はニッケルに限定されるものではなく、ヤング率が大き
く、線膨張係数が大きく成膜が容易なものであればよ
い。また座屈構造体の大きさは前記の長さLB 600μ
m、幅WB 60μm、厚みTB6μmに限定されるもの
ではなく、集積度を損なわず必要なエネルギが出せる大
きさ、たとえば長さLB が300μm以上900μm以
下、幅WB が30μm以上90μm以下、厚みTB が3
μm以上9μm以下であればよい。
In this embodiment, the material of the buckling structure is not limited to nickel, but any material having a large Young's modulus, a large coefficient of linear expansion and easy film formation may be used. The size of the buckling structure is the length L B 600 μ mentioned above.
m, a width W B 60 [mu] m, is not limited to the thickness T B 6 [mu] m, the degree of integration impaired not required energy is put out size, for example, the length L B is 300μm or more 900μm or less, the width W B is 30μm or more 90μm Below, the thickness T B is 3
It suffices if it is in the range of μm to 9 μm.

【0135】また第1および第2の実施例においては絶
縁性部材109にシリコンの熱酸化膜を使用したが、こ
の代わりにアルミナを使用してもよい。アルミナを使用
した場合、シリコンの熱酸化膜より熱伝導率が高いた
め、座屈構造体101の冷却速度が速くなり周波数特性
が向上する。この絶縁性部材109の膜厚は絶縁性の確
保のためには厚い方がよいが熱の伝導のためには薄い方
がよいため、膜厚は0.5μm以上1μm以下が望まし
い。
Further, in the first and second embodiments, the thermal oxidation film of silicon is used for the insulating member 109, but alumina may be used instead. When alumina is used, since the thermal conductivity is higher than that of the thermal oxide film of silicon, the cooling rate of buckling structure body 101 is increased and the frequency characteristic is improved. The film thickness of the insulating member 109 is preferably thick in order to secure the insulating property, but is preferably thin in order to conduct heat. Therefore, the film thickness is preferably 0.5 μm or more and 1 μm or less.

【0136】また座屈構造体101と基板105、正確
には座屈構造体101と絶縁性部材109との間隔は、
できるだけ小さい方が座屈構造体101の冷却速度が速
くなり周波数特性が向上する。逆に小さすぎるとプロセ
スが難しくなるため、この間隔U1 は1μm以下が望ま
しく、より望ましくは0.1μm程度に保持することが
よい。
Further, the distance between the buckling structure 101 and the substrate 105, more precisely, the distance between the buckling structure 101 and the insulating member 109 is
The smaller the size, the faster the cooling rate of buckling structure body 101 and the better the frequency characteristics. On the contrary, if it is too small, the process becomes difficult. Therefore, the distance U 1 is preferably 1 μm or less, more preferably about 0.1 μm.

【0137】さらに座屈構造体101がノズルプレート
側に曲がるように座屈構造体101は基板側に線膨張係
数の小さい厚み0.01μmのタンタルを用い、ノズル
プレート側に線膨張係数の大きい厚み6μmのニッケル
の2層構造を用いてもよい。また同様に座屈構造体10
1がノズルプレート側へ曲がるように基板からの放熱効
果により基板がノズルプレート側より温度が低く設定さ
れている。
Further, the buckling structure 101 uses tantalum having a small linear expansion coefficient of 0.01 μm on the substrate side so that the buckling structure 101 bends toward the nozzle plate side, and the buckling structure 101 has a large linear expansion coefficient on the nozzle plate side. A two-layer structure of 6 μm nickel may be used. Similarly, the buckling structure 10
The temperature of the substrate is set lower than that of the nozzle plate side due to the heat radiation effect from the substrate so that 1 is bent toward the nozzle plate side.

【0138】[0138]

【発明の効果】請求項1および2に記載のインクジェッ
トヘッドでは、インク供給口の経路が長く、かつ開口面
積が小さくされることによりインク滴の吐出速度が向上
する。したがって、ヘッドとプリント用紙とのギャップ
の設計が容易になるとともに印刷品位が向上する。
In the ink jet head according to the first and second aspects of the present invention, the ink supply speed is increased because the path of the ink supply port is long and the opening area is small. Therefore, the design of the gap between the head and the printing paper is facilitated and the printing quality is improved.

【0139】また座屈構造体は、その平面方向に圧縮力
を与えられて座屈する。この座屈変形においては、その
平面方向の微小な変位量が座屈構造体の厚み方向の大き
な変位量に変換される。このため、座屈構造体の寸法を
大きくすることなく、大きな変位量を得ることが可能と
なる。
The buckling structure is buckled by being given a compressive force in its plane direction. In this buckling deformation, a small amount of displacement in the plane direction is converted into a large amount of displacement in the thickness direction of the buckling structure body. Therefore, a large displacement amount can be obtained without increasing the size of the buckling structure.

【0140】またたとえば加熱により座屈構造体を座屈
させる場合、座屈構造体を所定温度にまで加熱する必要
がある。しかし、この加熱温度は座屈構造体を構成する
材料の熱膨張係数に応じた温度にまで加熱すれば足り、
インクを気化させるほどの高温にまで加熱する必要はな
い。よって、座屈構造体が熱疲労により劣化することは
抑制され、寿命が比較的長くなる。
When the buckling structure body is to be buckled by heating, for example, it is necessary to heat the buckling structure body to a predetermined temperature. However, this heating temperature is sufficient if it is heated to a temperature according to the thermal expansion coefficient of the material forming the buckling structure,
It is not necessary to heat the ink to a temperature high enough to vaporize it. Therefore, deterioration of the buckling structure due to thermal fatigue is suppressed, and the life is relatively long.

【0141】また、加熱温度が低くてすむため、座屈構
造体に与えられる熱量も少なくてすむ。よって、ヘッド
を駆動させるための消費電力が少なくてすむ。
Since the heating temperature is low, the amount of heat applied to the buckling structure can be small. Therefore, less power is consumed to drive the head.

【0142】特に、請求項2に記載のインクジェットヘ
ッドでは、座屈構造体と基板との間隔、インク供給口の
開口端における開口面積および基板の材質が所定の数値
および材質に設定されている。このため、加熱された座
屈構造体の放熱性に優れ加熱・冷却に対する座屈構造体
の変位の応答性が向上する。
In particular, in the ink jet head according to the second aspect, the gap between the buckling structure and the substrate, the opening area at the opening end of the ink supply port, and the material of the substrate are set to predetermined values and materials. Therefore, the heated buckling structure is excellent in heat dissipation, and the responsiveness of displacement of the buckling structure to heating / cooling is improved.

【0143】請求項4に記載のインクジェットヘッドで
は、インク供給口の開口径が座屈構造体の座屈部の長さ
の1/3以下であるため、座屈構造体と基板との対向領
域が大きく設定される。このため、加熱された座屈構造
体の熱は、基板を通じて、より放出されやすくなり、よ
り一層放熱性が向上する。
In the ink jet head according to the fourth aspect, since the opening diameter of the ink supply port is 1/3 or less of the length of the buckling portion of the buckling structure, the area where the buckling structure and the substrate face each other. Is set to a large value. Therefore, the heat of the heated buckling structure is more easily released through the substrate, and the heat dissipation is further improved.

【0144】請求項5に記載のインクジェットヘッドで
は、座屈構造体の両端部は、その座屈構造体のノズルオ
リフィスと対面する面の裏面で基板に支持されているた
め、モーメントの作用により、座屈構造体は常にノズル
プレート側へ変位する。したがって、簡易な構成で座屈
構造体の駆動方向を制御することができる。
In the ink jet head according to the fifth aspect, since both ends of the buckling structure are supported by the substrate on the back surface of the surface facing the nozzle orifice of the buckling structure, due to the action of the moment, The buckling structure is constantly displaced toward the nozzle plate. Therefore, the driving direction of the buckling structure can be controlled with a simple structure.

【0145】請求項6に記載のインクジェットヘッドで
は、座屈構造体の単位体積あたりの消費電力が4×10
13W/m3 以上の条件で座屈構造体が駆動されるため、
十分なインク吐出速度が得られる。したがって、ヘッド
とプリント用紙とのギャップの設計が容易になるととも
に印刷品位が向上する。
In the ink jet head according to the sixth aspect, the power consumption per unit volume of the buckling structure body is 4 × 10.
Since the buckling structure is driven under the condition of 13 W / m 3 or more,
A sufficient ink ejection speed can be obtained. Therefore, the design of the gap between the head and the printing paper is facilitated and the printing quality is improved.

【0146】請求項7に記載のインクジェットヘッドの
製造方法では、請求項1に記載の効果を有するインクジ
ェットヘッドが得られる。また、フォトリソグラフィ技
術を用いて形成できるため、パターンの寸法精度が高
く、量産効果が大きく、高集積化および低コスト化が可
能となる。
According to the method for manufacturing an ink jet head described in claim 7, an ink jet head having the effect described in claim 1 can be obtained. Further, since it can be formed by using the photolithography technique, the dimensional accuracy of the pattern is high, the mass production effect is large, and the high integration and the cost reduction can be realized.

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

【図1】本発明のインクジェットヘッドの待機状態を概
略的に示す主要断面図である。
FIG. 1 is a main sectional view schematically showing a standby state of an inkjet head of the present invention.

【図2】本発明のインクジェットヘッドの動作状態を概
略的に示す主要断面図である。
FIG. 2 is a main sectional view schematically showing an operating state of the inkjet head of the present invention.

【図3】本発明の第1の実施例におけるインクジェット
ヘッドの構成を概略的に示す分解斜視図である。
FIG. 3 is an exploded perspective view schematically showing the configuration of the inkjet head according to the first embodiment of the present invention.

【図4】図3のX1 −X1 方向に沿う概略断面図であ
る。
FIG. 4 is a schematic sectional view taken along the X 1 -X 1 direction of FIG.

【図5】図3のY−Y線に沿う概略断面図である。5 is a schematic cross-sectional view taken along the line YY of FIG.

【図6】本発明の第1の実施例におけるインクジェット
ヘッドの動作状態を概略的に示す主要断面図である。
FIG. 6 is a main cross-sectional view schematically showing an operating state of the inkjet head according to the first embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第1の実施例におけるインクジェット
ヘッドに用いられる圧力発生器の製造方法の第1工程を
示す概略断面図である。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a first step of the method for manufacturing the pressure generator used in the ink jet head according to the first embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第1の実施例におけるインクジェット
ヘッドに用いられる圧力発生器の製造方法の第2工程を
示す概略断面図である。
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a second step of the method for manufacturing the pressure generator used for the ink jet head in the first embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第1の実施例におけるインクジェット
ヘッドに用いられる圧力発生器の製造方法の第3工程を
示す概略断面図である。
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a third step of the method for manufacturing the pressure generator used in the ink jet head according to the first embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第1の実施例におけるインクジェッ
トヘッドに用いられる圧力発生器の製造方法の第4工程
を示す概略断面図である。
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a fourth step of the method for manufacturing the pressure generator used in the ink jet head according to the first embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第1の実施例におけるインクジェッ
トヘッドに用いられる圧力発生器の製造方法の第5工程
を示す概略断面図である。
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a fifth step of the method for manufacturing the pressure generator used in the ink jet head according to the first embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第1の実施例におけるインクジェッ
トヘッドに用いられる圧力発生器の製造方法の第6工程
を示す概略断面図である。
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing a sixth step of the method for manufacturing the pressure generator used in the inkjet head of the first embodiment of the invention.

【図13】本発明の第1の実施例におけるインクジェッ
トヘッドに用いられる圧力発生器の製造方法の第7工程
を示す概略断面図である。
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing a seventh step of the method for manufacturing the pressure generator used for the ink jet head in the first embodiment of the present invention.

【図14】本発明の第1の実施例におけるインクジェッ
トヘッドに用いられる圧力発生器の製造方法の第8工程
を示す概略断面図である。
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing an eighth step of the method for manufacturing the pressure generator used in the ink jet head according to the first embodiment of the present invention.

【図15】座屈構造体を駆動させる駆動波形を示す図
(a)、座屈構造体の中央部の変位量および上昇温度の
時間に対する変化量を示すグラフ(b)である。
FIG. 15 is a diagram (a) showing a drive waveform for driving the buckling structure, and a graph (b) showing a displacement amount of the central portion of the buckling structure body and a change amount of the temperature rise with time.

【図16】流体解析用シミュレーションに用いられるモ
デルの構成を概略的に示す平面図である。
FIG. 16 is a plan view schematically showing the configuration of a model used for a fluid analysis simulation.

【図17】図16のX2 −X2 線に沿う概略断面図であ
る。
FIG. 17 is a schematic sectional view taken along line X 2 -X 2 in FIG.

【図18】放熱性を向上させるためのシミュレーション
に用いられる装置の構成を概略的に示す断面図である。
FIG. 18 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of an apparatus used for a simulation for improving heat dissipation.

【図19】立上り応答速度および立下り応答速度の座屈
構造体の厚みに対する変化を示すグラフである。
FIG. 19 is a graph showing changes in rising response speed and falling response speed with respect to the thickness of a buckling structure.

【図20】立上り応答速度および立下り応答速度の座屈
構造体と基板の間隔に対する変化を示すグラフである。
FIG. 20 is a graph showing changes in rising response speed and falling response speed with respect to a gap between a buckling structure and a substrate.

【図21】立上り応答速度および立下り応答速度のイン
ク供給口の長さに対する変化を示すグラフである。
FIG. 21 is a graph showing changes in rising response speed and falling response speed with respect to the length of the ink supply port.

【図22】立上り応答速度および立下り応答速度の基板
の厚みに対する変化を示すグラフである。
FIG. 22 is a graph showing changes in rising response speed and falling response speed with respect to the thickness of a substrate.

【図23】座屈構造体を駆動させる駆動波形を示す図
(a)、座屈構造体の中央部の変位量および上昇温度の
時間に対する変化を示すグラフ(b)である。
FIG. 23 is a diagram (a) showing a driving waveform for driving the buckling structure, and a graph (b) showing changes in the displacement amount and the temperature rise of the central portion of the buckling structure with time.

【図24】圧電素子を用いた従来のインクジェットヘッ
ドの構成を概略的に示す主要断面図である。
FIG. 24 is a main cross-sectional view schematically showing the configuration of a conventional inkjet head using a piezoelectric element.

【図25】バブルジェット方式の従来のインクジェット
ヘッドの構成を概略的に示す分解斜視図である。
FIG. 25 is an exploded perspective view schematically showing the configuration of a conventional bubble-jet type inkjet head.

【図26】バブルジェット方式の従来のインクジェット
ヘッドの記録原理を説明するための図である。
FIG. 26 is a diagram for explaining a recording principle of a conventional inkjet head of a bubble jet type.

【図27】先行技術文献に示されたインクジェットヘッ
ドの構成を概略的に示す主要断面図である。
FIG. 27 is a main cross-sectional view schematically showing the configuration of the inkjet head shown in the prior art document.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、101 座屈構造体 5、105 基板 7、107 インク供給口 11、111 ノズルプレート 11、111a ノズルオリフィス 15、115 筐体 17 電源 1, 101 Buckling structure 5, 105 Substrate 7, 107 Ink supply port 11, 111 Nozzle plate 11, 111a Nozzle orifice 15, 115 Housing 17 Power supply

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 乾 哲也 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 阿部 新吾 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 太田 賢司 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Tetsuya Inui, 22-22 Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Within Sharp Corporation (72) Inventor Shingo Abe 22-22, Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka, Osaka Incorporated (72) Inventor Kenji Ota 22-22 Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 内部に満たされたインク液に圧力を加
え、前記内部から外部へインク液を吐出させるインクジ
ェットヘッドであって、 ノズルオリフィスを有するノズルプレートと、 前記ノズルオリフィスと所定の距離を隔てて対向する開
口端を有するインク供給口が設けられた基板と、 中央部が前記ノズルオリフィスと前記インク供給口の前
記開口端との間に位置し、かつ両端部が少なくとも前記
基板に支持された座屈構造体と、 加熱により前記座屈構造体の内部に圧縮応力を与える圧
縮手段とを備え、 前記座屈構造体は前記圧縮手段によって与えられた圧縮
応力によって座屈し、前記座屈構造体の前記中央部が前
記ノズルオリフィス側へ変形し、 前記インク供給口の開口面積は、前記開口端において9
00μm2 以下であり、さらに、 前記基板の厚みは20μm以上であり、前記インク供給
口は前記基板の厚み方向に延びて前記基板を貫通してい
る、インクジェットヘッド。
1. An inkjet head for applying pressure to an ink liquid filled inside to eject the ink liquid from the inside to the outside, the nozzle plate having a nozzle orifice, and a predetermined distance from the nozzle orifice. And a substrate provided with an ink supply port having opening ends facing each other, a central portion is located between the nozzle orifice and the opening end of the ink supply port, and both ends are supported by at least the substrate. A buckling structure, and a compressing means for applying a compressive stress to the inside of the buckling structure by heating, the buckling structure buckling due to the compressive stress applied by the compressing means, and the buckling structure The center portion of the ink is deformed toward the nozzle orifice, and the opening area of the ink supply port is 9 at the opening end.
The inkjet head has a thickness of 00 μm 2 or less, a thickness of 20 μm or more, and the ink supply port extends in the thickness direction of the substrate and penetrates the substrate.
【請求項2】 内部に満たされたインク液に圧力を加
え、前記内部から外部へインク液を吐出させるインクジ
ェットヘッドであって、 ノズルオリフィスを有するノズルプレートと、 前記ノズルオリフィスと所定の距離を隔てて対向する開
口端を有するインク供給口が設けられた基板と、 中央部が前記ノズルオリフィスと前記インク供給口の前
記開口端との間に位置し、かつ両端部が少なくとも前記
基板に支持された座屈構造体と、 加熱により前記座屈構造体の内部に圧縮応力を与える圧
縮手段とを備え、 前記座屈構造体は前記圧縮手段によって与えられた圧縮
応力によって座屈し、前記座屈構造体の前記中央部が前
記ノズルオリフィス側へ変形し、 前記インク供給口の開口面積は、前記開口端において9
00μm2 以下であり、 前記基板の厚みは20μm以上であり、前記インク供給
口は前記基板の厚み方向に延びて前記基板を貫通してお
り、 前記座屈構造体と前記基板との間隔は5μm以下であ
り、さらに、 前記基板の材質は70W・m-1・K-1以上の熱伝導率を
有する材料を含む、インクジェットヘッド。
2. An ink jet head for ejecting an ink liquid from the inside by applying a pressure to the ink liquid filled in the inside, the nozzle plate having a nozzle orifice, and a predetermined distance from the nozzle orifice. And a substrate provided with an ink supply port having opening ends facing each other, a central portion is located between the nozzle orifice and the opening end of the ink supply port, and both ends are supported by at least the substrate. A buckling structure, and a compressing means for applying a compressive stress to the inside of the buckling structure by heating, the buckling structure buckling due to the compressive stress applied by the compressing means, and the buckling structure The center portion of the ink is deformed toward the nozzle orifice, and the opening area of the ink supply port is 9 at the opening end.
00 μm 2 or less, the thickness of the substrate is 20 μm or more, the ink supply port extends in the thickness direction of the substrate and penetrates through the substrate, and the gap between the buckling structure body and the substrate is 5 μm. The following is further provided, and the material of the substrate further includes a material having a thermal conductivity of 70 W · m −1 · K −1 or more.
【請求項3】 前記インク供給口は、前記開口端におけ
る開口面積と実質的に同じ開口面積を維持しながら前記
基板を貫通している、請求項1および2のいずれかに記
載のインクジェットヘッド。
3. The ink jet head according to claim 1, wherein the ink supply port penetrates the substrate while maintaining an opening area that is substantially the same as an opening area at the opening end.
【請求項4】 前記インク供給口の前記開口端における
開口径は前記座屈構造体の座屈部の長さの1/3以下で
ある、請求項1および2のいずれかに記載のインクジェ
ットヘッド。
4. The ink jet head according to claim 1, wherein the opening diameter of the ink supply port at the opening end is 1/3 or less of the length of the buckling portion of the buckling structure. .
【請求項5】 前記座屈構造体は、前記ノズルプレート
と対向する表面とその表面の背面に位置する裏面とを有
し、 前記裏面において前記座屈構造体の両端部が前記基板に
支持されている、請求項1および2のいずれかに記載の
インクジェットヘッド。
5. The buckling structure has a front surface facing the nozzle plate and a back surface located behind the front surface, and both ends of the buckling structure are supported by the substrate on the back surface. The inkjet head according to any one of claims 1 and 2, wherein:
【請求項6】 内部に満たされたインク液に圧力を加
え、前記内部から外部へインク液を吐出させるインクジ
ェットヘッドの使用方法であって、 前記インクジェットヘッドは、 ノズルオリフィスを有するノズルプレートと、 前記ノズルオリフィスと所定の距離を隔てて対向する開
口端を有するインク供給口が設けられた基板と、 中央部が前記ノズルオリフィスと前記インク供給口の前
記開口との間に位置し、かつ両端部が少なくとも前記基
板に支持された座屈構造体と、 加熱により前記座屈構造体の内部に圧縮応力を与える圧
縮手段とを備え、 前記座屈構造体は前記圧縮手段によって与えられた圧縮
応力によって座屈し、前記座屈構造体の前記中央部が前
記ノズルオリフィス側へ変形し、 前記基板の厚みは20μm以上であり、 前記インク供給口の開口面積は、前記開口端において9
00μm2 以下であり、前記インク供給口は前記開口端
における開口面積を維持しながら前記基板の厚み方向に
延びて前記基板を貫通しており、さらに、 前記座屈構造体は、前記座屈構造体の単位体積あたりの
消費電力が4×1013W/m3 以上の条件で駆動させら
れる、インクジェットヘッドの使用方法。
6. A method of using an inkjet head for applying pressure to an ink liquid filled inside to discharge the ink liquid from the inside to the outside, the inkjet head comprising: a nozzle plate having a nozzle orifice; A substrate provided with an ink supply port having an opening end opposed to the nozzle orifice at a predetermined distance, a central part is located between the nozzle orifice and the opening of the ink supply port, and both ends are At least a buckling structure supported by the substrate, and a compressing means for applying a compressive stress to the inside of the buckling structure by heating, the buckling structure is buckled by the compressive stress applied by the compressing means. And the central portion of the buckling structure is deformed toward the nozzle orifice side, and the thickness of the substrate is 20 μm or more. The opening area of the supply port, in the open end 9
Is less than or equal to 00 μm 2 , the ink supply port extends in the thickness direction of the substrate and penetrates through the substrate while maintaining the opening area at the opening end, and the buckling structure is the buckling structure. A method for using an inkjet head, which is driven under the condition that the power consumption per unit volume of the body is 4 × 10 13 W / m 3 or more.
【請求項7】 内部に満たされたインク液に圧力を加
え、前記内部から外部へインク液を吐出させるインクジ
ェットヘッドの製造方法であって、 20μm以上の厚みを有する基板を準備する工程と、 両端部が前記基板の主表面に支持され、中央部が前記基
板の主表面と所定の距離を隔てるように座屈構造体を形
成し、かつ前記基板を前記厚み方向に貫通し前記座屈構
造体の中央部に対向する開口端を有するインク供給口
を、その開口端における開口面積が900μm2 以下と
なるように形成する工程と、 ノズルオリフィスを有するノズルプレートを形成する工
程と、 前記座屈構造体の前記中央部が前記ノズルオリフィスと
前記インク供給口の開口端との間に位置するように前記
ノズルプレートを前記基板に接合する工程とを備えた、
インクジェットヘッドの製造方法。
7. A method of manufacturing an inkjet head, wherein pressure is applied to an ink liquid filled inside to discharge the ink liquid from the inside to the outside, the step of preparing a substrate having a thickness of 20 μm or more, and both ends. Part is supported on the main surface of the substrate, a central part forms a buckling structure so as to be separated from the main surface of the substrate by a predetermined distance, and the buckling structure penetrates the substrate in the thickness direction. Forming an ink supply port having an opening end facing the central portion of the nozzle so that the opening area at the opening end is 900 μm 2 or less; forming a nozzle plate having a nozzle orifice; Bonding the nozzle plate to the substrate so that the central portion of the body is located between the nozzle orifice and the opening end of the ink supply port.
Inkjet head manufacturing method.
JP17137194A 1994-07-22 1994-07-22 Ink jet head, using method and manufacture thereof Withdrawn JPH0834117A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007090281A (en) * 2005-09-29 2007-04-12 Dainippon Printing Co Ltd Ink jet head for particulate-containing ink
JP2016196654A (en) * 2016-06-24 2016-11-24 キヤノンファインテック株式会社 Ink for ink jet recording, and ink jet recording method

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