JP2002292861A - Ink jet recording head - Google Patents

Ink jet recording head

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JP2002292861A
JP2002292861A JP2001097942A JP2001097942A JP2002292861A JP 2002292861 A JP2002292861 A JP 2002292861A JP 2001097942 A JP2001097942 A JP 2001097942A JP 2001097942 A JP2001097942 A JP 2001097942A JP 2002292861 A JP2002292861 A JP 2002292861A
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JP
Japan
Prior art keywords
ink
flow path
nozzle plate
jet recording
recording head
Prior art date
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Pending
Application number
JP2001097942A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Chitose Ueki
千歳 植木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Kyocera Corp filed Critical Kyocera Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inexpensive ink jet recording head having excellent print characteristics. SOLUTION: A plurality of barrier walls 2 of piezoelectric ceramic, each provided with a drive electrode 3, are formed side by side on a channel member 1 such that the gaps between respective barrier walls 2 serve as ink channels and a rolled metal plate is placed on the top face of the barrier walls 2 such that the angle between the direction of linear protrusions and recesses formed on the surface of the metal plate and the arranging direction of ink ejection holes 5 is in the range of 80 deg.-100 deg., thus manufacturing an ink jet recording head 10.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、インク滴を吐出し
て文字や画像を印刷するインクジェット方式の記録装置
に搭載するインクジェット記録ヘッドに関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ink jet recording head mounted on an ink jet recording apparatus for printing characters and images by discharging ink droplets.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、パーソナルコンピューターの普及
やマルチメディアの発達に伴って、情報を記録媒体に出
力する記録装置としてインクジェット方式の記録装置の
利用が急速に拡大している。
2. Description of the Related Art In recent years, with the spread of personal computers and the development of multimedia, the use of ink jet recording devices as recording devices for outputting information to a recording medium has been rapidly expanding.

【0003】かかるインクジェット方式の記録装置に
は、インクジェット記録ヘッド(以下ヘッドと称す)が
搭載されており、このヘッドは、インクが充填される流
路内にヒータを設け、このヒータによりインクを加熱、
沸騰させ、流路内に発生する気泡によってインクを加圧
し、インク吐出孔よりインク滴を吐出するサーマルジェ
ット方式と、インクが充填される流路を形成する壁を圧
電素子によって屈曲変位させ、機械的に流路内のインク
を加圧し、インク吐出孔よりインク滴を吐出する圧電方
式が一般的に知られている。このうち圧電方式のヘッド
は、耐久性及び応答性に優れるとともに、直接インクを
加熱しないため、インクの種類が限定されないといった
利点がある。
[0003] Such an ink jet type recording apparatus is equipped with an ink jet recording head (hereinafter referred to as a head). The head is provided with a heater in a flow path filled with ink, and heats the ink by the heater. ,
A thermal jet method in which ink is pressurized by bubbles generated in the flow path and ink droplets are discharged from ink discharge holes, and a wall forming a flow path filled with ink is bent and displaced by a piezoelectric element by a mechanical device. There is generally known a piezoelectric method in which ink in a flow path is pressurized to eject ink droplets from ink ejection holes. Among them, the piezoelectric head has excellent durability and responsiveness, and has the advantage that the type of ink is not limited because the ink is not directly heated.

【0004】このような圧電方式のヘッドは、図4に示
すように、複数の隔壁22を並設し、各隔壁22間をイ
ンクの流路27としてなり、各流路27の底部にはイン
ク供給孔26を備えた圧電セラミックスからなる流路部
材21と、隔壁22の両側面にそれぞれ形成された駆動
用電極23と、隔壁22の頂面に熱硬化性の接着剤で接
合され、各流路27と連通するインク吐出孔25を備え
たノズル板24とからなり、上記駆動用電極23に通電
し、隔壁22を「く」字状に屈曲変位させることによ
り、不図示のインクタンクよりインク供給孔26を介し
て流路27内に導入されたインクを加圧してインク吐出
孔25よりインク滴を吐出させるようにしたものがあっ
た。なお、図中28は、駆動用電極23の引出線であ
る。
In such a piezoelectric type head, as shown in FIG. 4, a plurality of partition walls 22 are arranged side by side, and an ink flow path 27 is formed between the partition walls 22. A flow path member 21 made of a piezoelectric ceramic having a supply hole 26, a drive electrode 23 formed on both side surfaces of the partition wall 22, and a top surface of the partition wall 22 joined by a thermosetting adhesive, A nozzle plate 24 provided with an ink discharge hole 25 communicating with a passage 27. When the drive electrode 23 is energized to bend and displace the partition 22 in a く shape, the ink from an ink tank (not shown) In some cases, ink introduced into the flow path 27 through the supply hole 26 is pressurized to eject ink droplets from the ink ejection hole 25. In the drawing, reference numeral 28 denotes a lead line of the driving electrode 23.

【0005】ところで、このようなヘッド20でインク
滴を安定して吐出させるためには、ノズル板24を隔壁
22の屈曲変位に対して撓まない高剛性の材質によって
形成する必要があり、従来金属により形成したものが用
いられており、この金属からノズル板24を製作するに
あたり、電鋳法によって製作することが提案されてい
る。
In order to discharge ink droplets stably with such a head 20, it is necessary to form the nozzle plate 24 from a material having high rigidity which does not bend with respect to the bending displacement of the partition 22. A metal plate is used, and in manufacturing the nozzle plate 24 from the metal, it has been proposed to manufacture the nozzle plate 24 by an electroforming method.

【0006】具体的には、導電性を有する平板上に、数
μmの厚さを有する絶縁性マスクを流路27の間隔に合
わせて形成した後、電鋳法にて金属(例えばNi)のメ
ッキ層を形成し、しかる後、平板及び絶縁性マスクを取
り除くことにより、インク吐出孔25を備えた金属製の
ノズル板24を製作することが提案されている(特開平
11−147316号公報参照)。
More specifically, after an insulating mask having a thickness of several μm is formed on a conductive flat plate in accordance with the distance between the flow paths 27, a metal (for example, Ni) is formed by electroforming. It has been proposed to manufacture a metal nozzle plate 24 having ink discharge holes 25 by forming a plating layer and then removing the flat plate and the insulating mask (see Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-147316). ).

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電鋳法
によってノズル板24を形成するには、絶縁性マスクの
形成、メッキ層の形成、平板と絶縁性マスクの剥離等の
工程が必要となり、製造工程が複雑であるばかりでな
く、ノズル板24の厚みやインク吐出孔25の孔径、間
隔等を高精度に制御するには、メッキ時間、電流、メッ
キ液内の金属濃度等を厳密に管理する必要があり、ノズ
ル板24の厚みが±2μm、インク吐出孔25の孔径が
±2μm、インク吐出孔25の間隔が±1μmに管理さ
れたノズル板24を安定して製造する多大な労力とコス
トがかかるものであった。
However, forming the nozzle plate 24 by the electroforming method requires steps such as formation of an insulating mask, formation of a plating layer, separation of a flat plate from the insulating mask, and the like. Not only is the process complicated, but also the plating time, current, metal concentration in the plating solution, and the like are strictly controlled in order to control the thickness of the nozzle plate 24, the diameter of the ink ejection holes 25, the interval, and the like with high accuracy. A great deal of labor and cost to stably manufacture the nozzle plate 24 in which the thickness of the nozzle plate 24 is controlled to ± 2 μm, the hole diameter of the ink discharge holes 25 is controlled to ± 2 μm, and the interval between the ink discharge holes 25 is controlled to ± 1 μm. It took something.

【0008】そこで、安価に入手することができる圧延
法によって製作された金属板を用い、これにエッチング
加工やレーザー加工を用いてインク吐出孔25を穿孔す
ることによりノズル板24を作製することが考えられる
が、圧延法によって製作された金属板は、金属結晶が圧
延方向に伸ばされ、その表面には圧延方向の線状の凹凸
部があり、内部には歪みが発生していることから、ノズ
ル板24の製造工程中における摩擦熱や熱硬化性の接着
剤を用いた流路部材21への貼り付け工程中における熱
によって金属板内部の歪みが緩和されると、延びていた
金属結晶が元の状態に戻るため、熱を加える前に所定寸
法に設定していたインク吐出孔25の形状や間隔が変化
し、このようなノズル板24を流路部材21に貼り合わ
せると、インク吐出孔25の位置ずれを招くといった課
題があった。
Therefore, it is necessary to manufacture a nozzle plate 24 by using a metal plate manufactured by a rolling method which can be obtained at a low cost, and forming an ink discharge hole 25 in the metal plate by etching or laser processing. Although it is conceivable, in the metal plate manufactured by the rolling method, since the metal crystal is stretched in the rolling direction, the surface has linear irregularities in the rolling direction, and the inside has distortion, When the distortion inside the metal plate is relaxed by frictional heat during the manufacturing process of the nozzle plate 24 or heat during the process of attaching the nozzle plate 24 to the flow path member 21 using a thermosetting adhesive, the elongated metal crystal becomes Before returning to the original state, the shape and the interval of the ink ejection holes 25 set to a predetermined size before applying heat change. There is a problem causing the displacement of the hole 25.

【0009】特にこのような課題は、ライン型のインク
ジェット記録ヘッド20のように、長尺のノズル板24
を用いる場合には、一方端にあるインク吐出孔25と他
方端にあるインク吐出孔25とでは相当大きな寸法変化
があり、一方端にあるインク吐出孔25を基準にして設
定すると、他方端側ではインク吐出孔25の一部又は全
部が隔壁22によって塞がれ、インク滴の吐出量が大幅
に低下したり、吐出させることができないといった課題
があった。
[0009] In particular, such a problem arises as in the case of the line type ink jet recording head 20, in which the long nozzle plate 24 is used.
When using the ink ejection holes 25 at one end and the ink ejection holes 25 at the other end, there is a considerably large dimensional change. In this case, a part or the whole of the ink discharge hole 25 is closed by the partition wall 22, and there is a problem that the discharge amount of the ink droplet is significantly reduced or the ink droplet cannot be discharged.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は上記課
題に鑑み、少なくとも一部が圧電セラミックスからなる
複数の隔壁を並設し、各隔壁間をインクの流路とした流
路部材と、上記隔壁の側面に形成された駆動用電極と、
上記各隔壁の頂面に接合され、かつ各流路と連通する複
数のインク吐出孔を備えたノズル板とからなり、上記駆
動用電極に通電して隔壁を屈曲変位させることにより、
各流路内のインクを加圧して上記インク吐出孔よりイン
ク滴を吐出するインクジェット記録ヘッドにおいて、上
記ノズル板を、その表面に一方向に延びる線状の凹凸部
を有する金属板により形成し、かつ上記ノズル板の線状
の凹凸部の方向と、上記複数のインク吐出孔の並設方向
とのなす角度が80゜〜100゜となるように構成した
ことを特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, the present invention provides a flow path member in which a plurality of partition walls at least partially made of piezoelectric ceramics are arranged side by side, and an ink flow path is provided between the partition walls. A driving electrode formed on the side surface of the partition,
A nozzle plate provided with a plurality of ink ejection holes connected to the top surface of each of the partition walls and communicating with each of the flow paths, by applying a current to the driving electrodes to bend and displace the partition walls,
In an ink jet recording head that pressurizes ink in each flow path and discharges ink droplets from the ink discharge holes, the nozzle plate is formed by a metal plate having a linear uneven portion extending in one direction on the surface thereof. In addition, the angle between the direction of the linear uneven portion of the nozzle plate and the direction in which the plurality of ink ejection holes are arranged is 80 ° to 100 °.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。
Embodiments of the present invention will be described below.

【0012】図1は本発明のインクジェット記録ヘッド
の一例を示す上部を破断した斜視図であり、図2は、本
発明のインクジェット記録ヘッドの駆動原理を説明する
ための部分線断面図である。
FIG. 1 is a cutaway perspective view showing an example of an ink jet recording head of the present invention, and FIG. 2 is a partial line sectional view for explaining the driving principle of the ink jet recording head of the present invention.

【0013】このインクジェット記録ヘッド10は、複
数の隔壁2を並設し、各隔壁2間をインクの流路7と
し、各流路7の底部にはインク供給孔6を備えた圧電セ
ラミックスから成る流路部材1と、上記隔壁2の頂面に
熱硬化性の接着剤にて接合され、各流路7と連通するイ
ンク吐出孔5を備えたノズル板4とからなり、上記隔壁
2の両側面上半分には、その長手方向に沿って駆動用電
極3をそれぞれ形成してあり、各駆動用電極3は、流路
部材1の一方端側に敷設された引出線8を介して通電す
るようになっている。
This ink jet recording head 10 is made of piezoelectric ceramics having a plurality of partition walls 2 arranged side by side, an ink flow path 7 between the partition walls 2, and an ink supply hole 6 at the bottom of each flow path 7. A flow path member 1 and a nozzle plate 4 having an ink ejection hole 5 connected to each flow path 7 and joined to a top surface of the partition wall 2 with a thermosetting adhesive. Driving electrodes 3 are formed on the upper half of the surface along the longitudinal direction, and each driving electrode 3 is energized through a lead wire 8 laid on one end side of the flow path member 1. It has become.

【0014】また、本発明のインクジェット記録ヘッド
10は、ノズル板4を圧延法によって製造された金属板
により形成してあり、この金属板の表面に形成されてい
る圧延方向(矢印Aの方向)を示す複数の線状の凹凸部
が、インク吐出孔6の並設方向(矢印Bの方向)に対し
て80゜〜100゜の角度θを有するように配置してあ
る。
Further, in the ink jet recording head 10 of the present invention, the nozzle plate 4 is formed of a metal plate manufactured by a rolling method, and the rolling direction (the direction of arrow A) formed on the surface of the metal plate. Are arranged so as to have an angle θ of 80 ° to 100 ° with respect to the direction in which the ink ejection holes 6 are arranged (the direction of arrow B).

【0015】そして、このインクジェット記録ヘッド1
0を用いて記録媒体(不図示)へ印刷するには、顔料タ
イプの油性インク、水性顔料インク、あるいは紫外線硬
化インク等のインクをインク供給孔6より各流路7へ導
入し、図2(a)に示すように例えば駆動用電極3b、
3c及び駆動用電極3h,3iにそれぞれ正の電圧を、
駆動用電極3a,3d,3g,3jに負の電圧を印加す
ると、隔壁2a及び隔壁2bが流路7a側へ屈曲変位す
ると共に隔壁2d,2eが流路7d側へ屈曲変位するた
め、流路7a,7d内に充填されたインクを加圧して、
インク吐出孔5よりインク滴を吐出するようになってい
る。
The ink jet recording head 1
In order to print on a recording medium (not shown) using No. 0, an ink such as a pigment-type oil-based ink, a water-based pigment ink, or an ultraviolet curable ink is introduced into each flow path 7 through the ink supply hole 6, and FIG. As shown in a), for example, the driving electrode 3b,
A positive voltage is applied to each of the driving electrodes 3c and the driving electrodes 3h and 3i,
When a negative voltage is applied to the driving electrodes 3a, 3d, 3g, and 3j, the partition walls 2a and 2b are bent and displaced toward the flow path 7a, and the partition walls 2d and 2e are bent and displaced toward the flow path 7d. Pressurize the ink filled in 7a, 7d,
Ink droplets are ejected from the ink ejection holes 5.

【0016】次に、各駆動用電極3a〜3d,3g〜3
jへの通電を遮断すると、屈曲変位していた隔壁2a,
2b,2d,2eが弾性作用によって元の形状に戻り、
流路7a,7d内が減圧される結果、インク供給孔6か
らインクの導入が開始されることになり、さらに前述し
た駆動用電極3a〜3d,3g〜3jへ正負を逆転して
電圧を印加すると、図3(b)に示すように隔壁2a,
2bが流路7dに対して外側へ屈曲変位するため、流路
7a,7d内が更に減圧されてインクが充填されること
になる。そして、各駆動用電極3a〜3d,3g〜3j
への通電を遮断すると、屈曲変位していた隔壁2a,2
b,2d,2eが弾性作用によって元の形状に戻り、次
のインクの吐出段階に入るようになっており、これらの
動作を順次繰り返すことでインク吐出孔5からインク滴
を連続的に吐出するようになっている。
Next, the driving electrodes 3a to 3d, 3g to 3
When the current to j is cut off, the partition walls 2a,
2b, 2d, 2e return to the original shape by the elastic action,
As a result of the pressure reduction in the flow paths 7a and 7d, the introduction of ink from the ink supply hole 6 is started, and the voltage is applied to the driving electrodes 3a to 3d and 3g to 3j by reversing the positive and negative directions. Then, as shown in FIG.
Since the 2b is bent outwardly with respect to the flow path 7d, the pressure inside the flow paths 7a and 7d is further reduced, and the ink is filled. And each of the driving electrodes 3a to 3d, 3g to 3j
When the power supply to the power supply is cut off, the partition walls 2a and 2
b, 2d, and 2e return to their original shapes by the elastic action and enter the next ink discharge stage. These operations are sequentially repeated to continuously discharge ink droplets from the ink discharge holes 5. It has become.

【0017】そして、本発明によれば、ノズル板4を、
圧延法によって製作された金属板にて形成してあること
から、電鋳法のような絶縁性マスクの形成、メッキ層の
形成、平板や絶縁性マスクの剥離等の工程が不要である
とともに、メッキ時間、電流、メッキ液内の金属濃度等
の管理が必要ないことから、安価にノズル板4を製作す
ることができ、その結果、安価なヘッド10を提供する
ことができる。
According to the present invention, the nozzle plate 4 is
Since it is formed by a metal plate manufactured by a rolling method, the steps of forming an insulating mask, forming a plating layer, peeling off a flat plate or an insulating mask, such as the electroforming method, are unnecessary, and Since it is not necessary to control the plating time, current, metal concentration in the plating solution, and the like, the nozzle plate 4 can be manufactured at low cost, and as a result, an inexpensive head 10 can be provided.

【0018】また、本発明によれば、圧延法によって製
作された金属板からなるノズル板4の表面に存在する線
状の凹凸部の方向(矢印Aの方向)を、インク吐出孔5
の並設方向(矢印Bの方向)に対して80゜〜100゜
の角度θを有するように配置してあることから、ノズル
板4に備える各インク吐出孔5が各流路7のほぼ中央に
位置するように配置することができ、インク吐出孔5の
一部又は全部が塞がれるようなことがないため、全ての
インク吐出孔5より安定して所定量のインク滴を吐出す
ることができる。
Further, according to the present invention, the direction of the linear uneven portion (direction of arrow A) existing on the surface of the nozzle plate 4 made of a metal plate manufactured by the rolling method is
Are arranged so as to have an angle θ of 80 ° to 100 ° with respect to the juxtaposed direction (direction of arrow B), so that each ink ejection hole 5 provided in the nozzle plate 4 is substantially at the center of each flow path 7. , And a part or all of the ink discharge holes 5 are not blocked, so that a predetermined amount of ink droplets can be stably discharged from all the ink discharge holes 5. Can be.

【0019】即ち、圧延法によって製作された金属板の
表面には圧延方向に沿って複数本の線状の凹凸部が形成
されており、金属結晶は圧延方向に延ばされ、内部には
歪みが発生しているのであるが、本件発明者はそのメカ
ニズムについて研究を重ねたところ、熱等が作用して金
属板内の歪みが緩和され、金属結晶の延びが元の状態に
戻った場合、大きな寸法変化を生じるのは金属板の圧延
方向であって、圧延方向に対して垂直な方向の寸法変化
は小さいことを知見し、複数のインク吐出孔5を形成す
る場合、その並設方向を金属板の圧延方向に対してほぼ
垂直な方向とすることにより、ノズル板4の製作中やノ
ズル板4の流路部材1への貼り合わせ時に作用する熱に
よって金属板の歪みが緩和され、寸法変化を起こしたと
しても、インク吐出孔5の並設方向における寸法変化は
殆ど影響を受けないため、一方端側のインク吐出孔5を
基準としてノズル板4を流路部材1に貼り合わせれば、
他方端側におけるインク吐出孔5も流路7のほぼ中央に
位置するように配置することができ、隔壁2によって一
部又は全部が塞がれるようなことがないことを見出し、
本発明に至った。
That is, a plurality of linear irregularities are formed along the rolling direction on the surface of the metal plate manufactured by the rolling method, the metal crystal is extended in the rolling direction, and the inside thereof has a strain. However, the present inventor repeatedly studied the mechanism, and found that when heat and the like acted to alleviate the strain in the metal plate and the elongation of the metal crystal returned to its original state, It is found that a large dimensional change occurs in the rolling direction of the metal plate, and that a dimensional change in a direction perpendicular to the rolling direction is small. By setting the direction substantially perpendicular to the rolling direction of the metal plate, the distortion of the metal plate is reduced by the heat acting during the production of the nozzle plate 4 and the time of bonding the nozzle plate 4 to the flow path member 1. Even if changes occur, ink Since the dimensional change in the arrangement direction of the holes 5 is hardly affected, whereas it is bonded to the nozzle plate 4 to the channel member 1 to the ink discharge hole 5 of the end side as a reference,
The ink discharge holes 5 on the other end side can also be arranged so as to be located substantially in the center of the flow path 7, and it has been found that the partition walls 2 do not block part or all of them.
The present invention has been reached.

【0020】そして、金属板からなるノズル板4の表面
に存在する線状の凹凸部の方向(矢印Aの方向)を、イ
ンク吐出孔5の並設方向(矢印Bの方向)に対して80
゜〜100゜の角度θを有するように配置するのは、こ
の角度θが80°未満あるいは100°を超えると、ノ
ズル板4の表面に存在する線状の凹凸部の向きがインク
吐出孔5の並設方向に近づくため、歪みの緩和に伴う寸
法変化が大きくなり、インク吐出孔5の形状変化やイン
ク吐出孔5間の寸法変化の度合いが大きくなり過ぎ、イ
ンク吐出孔5の位置ズレを生じるからである。
The direction of the linear uneven portion (direction of arrow A) existing on the surface of the nozzle plate 4 made of a metal plate is set to 80 with respect to the direction in which the ink ejection holes 5 are arranged (direction of arrow B).
When the angle θ is less than 80 ° or more than 100 °, the direction of the linear uneven portion existing on the surface of the nozzle plate 4 is changed to the direction of the ink ejection hole 5. , The dimensional change accompanying the relaxation of the distortion becomes large, the shape change of the ink discharge holes 5 and the degree of the dimensional change between the ink discharge holes 5 become too large, and the positional deviation of the ink discharge holes 5 is reduced. This is because it occurs.

【0021】なお、歪みの緩和に伴う寸法変化の度合い
は、金属板の表面に形成された線状の凹凸部の方向に対
し、90°に近づく程結晶の延びの影響を受け難いこと
から、線状の凹凸部の方向(矢印Aの方向)とインク吐
出孔5の並設方向(矢印Bの方向)とのなす角度θを9
0゜とすることが好ましく、より精度良くノズル板4の
各インク吐出孔5を流路7の中央に配置することができ
る。
It should be noted that the degree of the dimensional change accompanying the relaxation of the strain is less affected by the extension of the crystal as it approaches 90 ° with respect to the direction of the linear irregularities formed on the surface of the metal plate. The angle θ between the direction of the linear uneven portion (the direction of arrow A) and the direction in which the ink ejection holes 5 are arranged (the direction of arrow B) is 9
Preferably, the angle is set to 0 °, and the respective ink ejection holes 5 of the nozzle plate 4 can be arranged at the center of the channel 7 with higher accuracy.

【0022】ところで、流路部材1を形成する圧電セラ
ミックスには、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT系)を主
成分とする圧電セラミックス、マグネシウムニオブ酸鉛
(PMN系)を主成分とする圧電セラミックス、ニッケ
ルニオブ酸鉛(PNN系)を主成分とする圧電セラミッ
クス、さらにはこれらの主成分を複合した圧電セラミッ
クスを用いることができる。
The piezoelectric ceramics forming the flow path member 1 include piezoelectric ceramics mainly containing lead zirconate titanate (PZT type), piezoelectric ceramics mainly containing lead magnesium niobate (PMN type), and the like. A piezoelectric ceramic containing lead nickel niobate (PNN) as a main component, or a piezoelectric ceramic in which these main components are combined can be used.

【0023】また、ノズル板4を形成する金属として
は、例えば、Fe、Mo、Ni、Co等、又はこれらを
主体とする合金等を用いることができる。中でも、圧電
セラミックスから成る隔壁2との接合時の残留応力を考
慮し、圧電セラミックスとの熱膨張差の小さな金属を用
いるのが好ましく、例えば、Mo鋼、Ni−Fe、Ni
−Co等のNiを主体とする合金を好適に用いることが
できる。
The metal forming the nozzle plate 4 may be, for example, Fe, Mo, Ni, Co, or an alloy mainly composed of these. Above all, it is preferable to use a metal having a small thermal expansion difference from the piezoelectric ceramic in consideration of residual stress at the time of joining with the partition wall 2 made of the piezoelectric ceramic. For example, Mo steel, Ni—Fe, Ni
-An alloy mainly composed of Ni such as Co can be preferably used.

【0024】次に、図1に示す本発明のインクジェット
記録ヘッドの製法について説明する。
Next, a method of manufacturing the ink jet recording head of the present invention shown in FIG. 1 will be described.

【0025】まず、前述した材料からなる圧電セラミッ
ク板を用意し、その厚み方向に分極処理した後、圧電セ
ラミック板の一方の表面に、ダイシングソー等による研
削加工やブラスト加工によって、複数の溝を等間隔に並
設する。
First, a piezoelectric ceramic plate made of the above-described material is prepared, polarized in the thickness direction, and a plurality of grooves are formed on one surface of the piezoelectric ceramic plate by grinding or blasting with a dicing saw or the like. They are arranged at equal intervals.

【0026】具体的には、ダイシングソーにて溝加工を
行う場合、#1000〜#2000番手のダイヤモンド
砥粒を固着した回転刃を用い、加工速度を15mm/s
ec以下、好ましくは5mm/sec以下で研削すれば
良く、また、ブラスト加工にて溝加工を行う場合、溝を
形成する壁にかかる加工圧力が比較的小さいため、砂、
ガラス、セラミックス等の粒子を40GPa程度の圧力
で吹き付ければ良い。
Specifically, when a groove is formed by a dicing saw, a processing speed of 15 mm / s is used by using a rotary blade to which diamond abrasives of # 1000 to # 2000 are fixed.
ec or less, preferably 5 mm / sec or less, and when grooving is performed, the processing pressure applied to the wall forming the groove is relatively small.
Particles such as glass and ceramics may be sprayed at a pressure of about 40 GPa.

【0027】そして、得られた溝をインクの流路7とす
るとともに、各流路7を仕切る壁を隔壁2とする流路部
材1を製作する。なお、インク供給孔6は、溝底部にY
AGレーザー、エキシマレーザー等のレーザー加工にて
形成する。
Then, a channel member 1 is manufactured in which the obtained grooves are used as ink channels 7 and the walls separating the respective channels 7 are used as partition walls 2. The ink supply hole 6 has a Y
It is formed by laser processing such as an AG laser and an excimer laser.

【0028】次に、流路部材1の必要箇所にマスキング
を施した後、蒸着法、スパッタリング法、メッキ法等の
膜形成手段によって各隔壁2の両側面上半分に、その長
手方向に沿って駆動用電極3を、流路部材1の一方端側
に引出線8をそれぞれ形成する。駆動用電極3及び引出
線8には、白金、金、パラジウム、ロジウム、ニッケ
ル、アルミニウム等の金属又は白金−金、パラジウム−
金、白金−パラジウム等を主体とする合金を用いれば良
い。
Next, after masking the necessary portions of the flow path member 1, the upper half of each side wall of each partition 2 is formed along the longitudinal direction by a film forming means such as a vapor deposition method, a sputtering method, and a plating method. Lead wires 8 are formed on the drive electrode 3 at one end of the flow path member 1. Metal such as platinum, gold, palladium, rhodium, nickel and aluminum or platinum-gold, palladium-
An alloy mainly composed of gold, platinum-palladium or the like may be used.

【0029】一方、圧延法にて製作された金属板を用意
し、金属板の表面に形成された線状の凹凸部の方向を金
属顕微鏡等により観察した後、線状の凹凸部の方向に対
して複数のインク吐出孔5の列が80゜〜100゜の角
度θを有するように、エッチング法やレーザー加工にて
インク吐出孔5を穿孔する。
On the other hand, a metal plate manufactured by a rolling method is prepared, and the direction of the linear irregularities formed on the surface of the metal plate is observed with a metal microscope or the like. On the other hand, the ink ejection holes 5 are formed by etching or laser processing so that the rows of the plurality of ink ejection holes 5 have an angle θ of 80 ° to 100 °.

【0030】なお、ここで、圧延方向を特定するにあた
り、金属板の表面に形成された線状の凹凸部の方向を金
属顕微鏡等により観察することにより判断することがで
きるが、金属板の表面に形成された線状の凹凸部が薄く
判断が難しい場合には、金属板表面の金属結晶を走査電
子顕微鏡にて観察し、金属結晶の延びの方向を観察する
ことによっても判断すれば良い。
Here, when the rolling direction is specified, it can be determined by observing the direction of the linear irregularities formed on the surface of the metal plate with a metal microscope or the like. If it is difficult to judge the linear irregularities formed on the metal plate, the judgment may be made by observing the metal crystal on the surface of the metal plate with a scanning electron microscope and observing the direction in which the metal crystal extends.

【0031】しかる後、例えば、ノズル板4の一方端側
のインク吐出孔5を基準とし、このインク吐出孔5が流
路部材1の流路7の中央に位置するように位置決めし、
熱硬化性の接着剤やガラスにて貼り合わせれば、本発明
のインクジェット記録ヘッド10を製作することがで
き、本発明の製法にて製造すれば、ノズル板4の他方端
側にあるインク吐出孔5も流路部材1の各流路7のほぼ
中央に位置するように配置することができ、インク吐出
孔5の一部又は全部が隔壁2によって塞がれることのな
いインクジェット記録ヘッド10を製造することができ
る。
Thereafter, for example, with reference to the ink ejection holes 5 on one end side of the nozzle plate 4, the ink ejection holes 5 are positioned so as to be located at the center of the flow path 7 of the flow path member 1.
The ink jet recording head 10 of the present invention can be manufactured by laminating with a thermosetting adhesive or glass, and the ink discharge hole at the other end side of the nozzle plate 4 can be manufactured by the manufacturing method of the present invention. 5 can also be arranged so as to be located substantially at the center of each flow path 7 of the flow path member 1, and manufacture the ink jet recording head 10 in which a part or the whole of the ink discharge hole 5 is not closed by the partition wall 2. can do.

【0032】以上、本発明の実施形態について示した
が、本発明はこの実施形態のものだけに限定されるもの
ではなく、例えば、図1に示すインクジェット記録ヘッ
ド10では流路部材1の全体を圧電セラミックスにより
形成した例を示したが、隔壁2のみを圧電セラミックス
により形成したもの、あるいは隔壁2を対向する分極方
向をもった2層の圧電セラミック部材を接着等にて接合
したものを用いたものでも良く、特に、対向する分極方
向をもった2層の圧電セラミック部材を接合した隔壁2
を用いたものでは、駆動用電極3に電圧を印加した場
合、隔壁2の接合部を中心に図1に示すインクジェット
記録ヘッド10よりも大きく屈曲変位させることができ
るため、インク滴の吐出特性をより一層高めることがで
きる。なお、このような効果を奏するためには、隔壁2
の側面全体に駆動用電極3を形成することが必要であ
る。
Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to this embodiment. For example, in the ink jet recording head 10 shown in FIG. Although an example in which the partition wall 2 is formed of piezoelectric ceramics has been described, a partition wall 2 formed of piezoelectric ceramics or a partition wall 2 in which two layers of piezoelectric ceramic members having opposite polarization directions are joined by bonding or the like is used. In particular, the partition wall 2 is formed by joining two layers of piezoelectric ceramic members having opposite polarization directions.
When a voltage is applied to the driving electrode 3, the ink droplet can be displaced more flexibly than the ink jet recording head 10 shown in FIG. It can be even higher. In order to achieve such an effect, the partition 2
It is necessary to form the driving electrode 3 on the entire side surface of the device.

【0033】また、図1に示すインクジェット記録ヘッ
ド10では、金属のみからなるノズル板4について述べ
たが、例えば図3に示すように、圧延法によって製作さ
れた金属板上に、ポリイミド(PI)樹脂、ポリフェニ
レンサルファイド(PPS)樹脂、ポリエーテルイミド
(PEI)樹脂、ポリアミドイミド(PAI)樹脂等か
らなる樹脂板9を貼り合わせたノズル板4を用いても良
く、この場合においても、金属板の表面に形成されてい
る線状の凹凸部の方向と、インク吐出孔5の並設方向と
のなす角度θが80゜〜100゜の範囲の位置関係とな
るように構成してあれば良い。
Also, in the ink jet recording head 10 shown in FIG. 1, the nozzle plate 4 made of only metal has been described. For example, as shown in FIG. 3, polyimide (PI) is formed on a metal plate manufactured by a rolling method. A nozzle plate 4 in which a resin plate 9 made of a resin, polyphenylene sulfide (PPS) resin, polyetherimide (PEI) resin, polyamideimide (PAI) resin, or the like may be used, may be used. It is sufficient that the angle θ between the direction of the linear uneven portion formed on the surface and the direction in which the ink ejection holes 5 are arranged has a positional relationship in the range of 80 ° to 100 °.

【0034】さらに、本発明は、一列に並んだインク吐
出孔5を有するヘッド10だけでなく、インク吐出孔群
が二列以上並んだヘッドにも適用できる。
Further, the present invention can be applied not only to the head 10 having the ink ejection holes 5 arranged in a line, but also to a head in which a group of ink ejection holes is arranged in two or more lines.

【0035】このように、本発明はその要旨を逸脱しな
い範囲で改良や変更したものでも良いことは言うまでも
ない。
As described above, it goes without saying that the present invention may be improved or changed without departing from the scope of the invention.

【0036】[0036]

【実施例】(実施例1)ここで、ノズル板を製作するに
あたり、圧延法により製作された金属板を用い、金属板
の線状の凹凸部の方向とインク吐出孔の並設方向とのな
す角度を異ならせた時の一方端のインク吐出孔から他方
端のインク吐出孔までの距離のズレ量と、これらのノズ
ル板を用いたインクジェット記録ヘッドの吐出性能につ
いて調べる実験を行った。
(Example 1) Here, in manufacturing a nozzle plate, a metal plate manufactured by a rolling method was used, and the direction of the linear uneven portion of the metal plate and the direction of juxtaposition of the ink discharge holes were used. An experiment was conducted to examine the amount of deviation of the distance from the ink discharge hole at one end to the ink discharge hole at the other end when the angle formed was different, and the discharge performance of an ink jet recording head using these nozzle plates.

【0037】具体的には、圧延法にて製作されたMoか
らなる厚み40μmの金属板を用い、エッチング法によ
って、口径を40μmとしたインク吐出孔を141μm
ピッチで1000個並設したノズル板を作製した。この
時、インク吐出孔の並設方向は、圧延法によって形成さ
れた線状の凹凸部の方向に対して、0゜〜110゜の角
度をもって配置されるようにした。
More specifically, a 40 μm-thick metal plate made of Mo manufactured by a rolling method was used, and an ink discharge hole having a diameter of 40 μm was formed to 141 μm by an etching method.
1000 nozzle plates arranged side by side at a pitch were produced. At this time, the direction in which the ink ejection holes were arranged was arranged at an angle of 0 ° to 110 ° with respect to the direction of the linear uneven portion formed by the rolling method.

【0038】そして、得られたノズル板の一方端のイン
ク吐出孔から他方端のインク吐出孔までの距離を測定
し、設定値である140.859mmに対するズレ量を
算出した。
Then, the distance from the ink ejection hole at one end to the ink ejection hole at the other end of the obtained nozzle plate was measured, and the amount of deviation from the set value of 140.859 mm was calculated.

【0039】結果は表1に示す通りである。The results are as shown in Table 1.

【0040】[0040]

【表1】 [Table 1]

【0041】この結果、表1より判るように、金属板の
線状の凹凸部の方向とインク吐出孔の並設方向とのなす
角度が80゜〜100゜の範囲にある試料e,f,g
は、設定値に対するズレ量が10μm以下と小さく、金
属板の線状の凹凸部の方向とインク吐出孔の並設方向と
のなす角度を90゜とした試料fは特に優れていた。
As a result, as can be seen from Table 1, the samples e, f, and e in which the angle between the direction of the linear uneven portion of the metal plate and the direction in which the ink ejection holes are arranged are in the range of 80 ° to 100 °. g
The sample f in which the deviation from the set value was as small as 10 μm or less and the angle between the direction of the linear uneven portion of the metal plate and the direction in which the ink ejection holes were arranged was 90 ° was particularly excellent.

【0042】次に、表1に示すノズル板を用いてインク
ジェット記録ヘッドを作製し、インク滴を吐出させ、記
録媒体にインク滴を着弾させて吐出性能を判断した。
Next, an ink jet recording head was manufactured using the nozzle plates shown in Table 1, and ink droplets were ejected, and the ink droplets were landed on the recording medium to determine the ejection performance.

【0043】まず、厚み方向に分極処理を施したチタン
酸ジルコン酸鉛を主体とする圧電セラミックス基板を用
意し、厚み方向に分極処理した後、ダイシングソーによ
る研削加工にて両端が閉じられた複数の溝を並設し、各
溝を流路とするとともに各溝を仕切る壁を隔壁とした流
路部材を作製した。
First, a piezoelectric ceramic substrate mainly composed of lead zirconate titanate that has been subjected to polarization processing in the thickness direction is prepared, and after polarization processing in the thickness direction, a plurality of substrates whose both ends are closed by grinding using a dicing saw. Were formed side by side, and a flow path member was prepared in which each groove was used as a flow path and a wall partitioning each groove was used as a partition.

【0044】この時、隔壁の幅を70μm、隔壁の高さ
を350μm、流路の幅を70μmとした。
At this time, the width of the partition was 70 μm, the height of the partition was 350 μm, and the width of the flow path was 70 μm.

【0045】次に、上記流路部材を傾けて、隔壁の頂面
及び側面上半分にアルミニウムの金属膜をスパッタリン
グ法にて形成した後、隔壁の頂面に被着した金属膜の中
央を長手方向に沿ってYAGレーザーにて分断し、隔壁
の両側面上半分に形成した金属膜を駆動用電極とすると
共に、隔壁の頂面周縁に形成した金属膜を駆動用電極の
引出線とした。また、YAGレーザーにて流路の底部に
インクを供給するためのインク供給孔を形成した。
Next, after tilting the flow channel member to form a metal film of aluminum on the top surface and the upper half of the side surface by sputtering, the center of the metal film adhered to the top surface of the partition wall is elongated. The wafer was cut along a direction by a YAG laser, and the metal films formed on the upper halves on both side surfaces of the partition were used as drive electrodes, and the metal film formed on the periphery of the top surface of the partition was used as lead lines for the drive electrodes. In addition, an ink supply hole for supplying ink to the bottom of the flow channel with a YAG laser was formed.

【0046】そして、表1に示すノズル板のインク吐出
孔と流路との位置合わせをした後、エポキシ系接着剤に
て隔壁の頂面に接合することによりヘッドを製作した。
Then, after aligning the ink discharge holes of the nozzle plate and the flow path shown in Table 1, the head was manufactured by joining the top surface of the partition wall with an epoxy-based adhesive.

【0047】そして、ヘッドの駆動用電極に引出線を介
して電圧を印加してインク滴を吐出させ、記録媒体にイ
ンク滴を着弾させて、吐出性能を評価した。
Then, a voltage was applied to the driving electrode of the head via a lead wire to eject ink droplets, and the ink droplets were landed on the recording medium to evaluate the ejection performance.

【0048】吐出性能の評価は、記録媒体に着弾した各
インク滴の着弾位置間隔と、撮影用カメラと連結した画
像処理装置で各インク吐出孔間のピッチを測定し、比較
することによって、上記インク滴の着弾位置バラツキを
百分率で算出した。
The ejection performance was evaluated by measuring and comparing the interval between the landing positions of the ink droplets that landed on the recording medium and the pitch between the ink ejection holes with an image processing device connected to a photographing camera. The variation in the landing position of the ink droplet was calculated as a percentage.

【0049】結果は表2に示す通りである。The results are as shown in Table 2.

【0050】[0050]

【表2】 [Table 2]

【0051】表2により判るように、試料Noa,b,
c,d,hは、インク吐出孔の位置ズレが大きいため、
インク滴の着弾位置のバラツキが7%〜9%と大きいも
のであった。
As can be seen from Table 2, the samples Noa, b,
Since c, d, and h have large displacements of the ink ejection holes,
The variation in the landing position of the ink droplet was as large as 7% to 9%.

【0052】これに対し、試料e,f,gは、ノズル板
に並設したインク吐出孔の位置精度が良く、流路部材の
各流路とインク吐出孔との位置ズレが小さいため、記録
媒体に着弾したインク滴の位置精度が1〜3%と優れた
印刷精度を得ることができた。
On the other hand, in the samples e, f, and g, since the positional accuracy of the ink discharge holes arranged in parallel with the nozzle plate is good and the positional deviation between each flow path of the flow path member and the ink discharge holes is small, the recording is performed. Excellent printing accuracy was obtained in which the position accuracy of ink droplets that landed on the medium was 1 to 3%.

【0053】この結果、圧延法によって形成された金属
板をノズル板として用いる場合、圧延方向を示す金属板
の線状の凹凸部の方向と、インク吐出孔の並設方向との
なす角度が80゜〜100゜となるようにすることが良
いことが判る。
As a result, when the metal plate formed by the rolling method is used as the nozzle plate, the angle between the direction of the linear uneven portion of the metal plate indicating the rolling direction and the direction in which the ink ejection holes are arranged is 80 degrees. It turns out that it is good to set it to {-100}.

【0054】[0054]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、少なく
とも一部が圧電セラミックスからなる複数の隔壁を並設
し、各隔壁間をインクの流路とした流路部材と、上記隔
壁の側面に形成された駆動用電極と、上記各隔壁の頂面
に接合され、かつ各流路と連通する複数のインク吐出孔
を備えたノズル板とからなり、上記駆動用電極に通電し
て隔壁を屈曲変位させることにより、各流路内のインク
を加圧して上記インク吐出孔よりインク滴を吐出するイ
ンクジェット記録ヘッドにおいて、上記ノズル板を、そ
の表面に一方向に延びる線状の凹凸部を有する金属板に
より形成し、かつ上記ノズル板の線状の凹凸部の方向
と、上記複数のインク吐出孔の並設方向とのなす角度が
80゜〜100゜の範囲の位置関係となるように構成し
たことから、ノズル板を圧延法によって製作された金属
板により形成してあるものの、ノズル板に備える各イン
ク吐出孔が流路のほぼ中央にそれぞれ位置するように配
置することができ、インク吐出孔の一部又は全部が塞が
れるようなことがないため、全てのインク吐出孔より安
定して所定量のインク滴を吐出することができる。
As described above, according to the present invention, a plurality of partition walls at least partially made of piezoelectric ceramics are juxtaposed, a flow path member having an ink flow path between the partition walls, A driving electrode formed on the side surface, and a nozzle plate joined to the top surface of each of the partition walls and provided with a plurality of ink ejection holes communicating with the respective flow paths. In the ink jet recording head that pressurizes ink in each flow path and discharges ink droplets from the ink discharge holes by bending and displacing the nozzle plate, the nozzle plate has a linear uneven portion extending in one direction on the surface thereof. The angle between the direction of the linear concavo-convex portion of the nozzle plate and the direction in which the plurality of ink ejection holes are arranged is in the range of 80 ° to 100 °. Because of the configuration, the nozzle Although formed by a metal plate manufactured by a rolling method, it is possible to arrange so that each ink ejection hole provided in the nozzle plate is located substantially at the center of the flow path, respectively, and a part or all of the ink ejection holes Is not blocked, so that a predetermined amount of ink droplets can be stably ejected from all the ink ejection holes.

【0055】また、本発明によれば、ノズル板を圧延法
によって製作された金属板により形成してあることか
ら、電鋳法のような複雑な工程や管理が不要であり、安
価に製造することができる。
Further, according to the present invention, since the nozzle plate is formed of a metal plate manufactured by a rolling method, complicated steps and management such as the electroforming method are not required, and the nozzle plate is manufactured at low cost. be able to.

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

【図1】本発明に係るインクジェット記録ヘッドの一部
を破断した斜視図である。
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view of an ink jet recording head according to the present invention.

【図2】(a)(b)は本発明のインクジェット記録ヘ
ッドの駆動原理を説明するための部分断面図である。
FIGS. 2A and 2B are partial cross-sectional views for explaining a driving principle of an ink jet recording head of the present invention.

【図3】本発明に係るインクジェット記録ヘッドの他の
実施形態を示す一部を破断した斜視図である。
FIG. 3 is a partially cutaway perspective view showing another embodiment of the inkjet recording head according to the present invention.

【図4】従来のインクジェット記録ヘッドの一部を破断
した斜視図である。
FIG. 4 is a partially cutaway perspective view of a conventional inkjet recording head.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,21:流路部材 2,22:隔壁 3,23:駆動用電極 4,24:ノズル板 5,25:インク吐出孔 6,26:インク供給孔 7,27:流路 8,28:引出線 9:樹脂板 1, 21: flow path member 2, 22: partition wall 3, 23: drive electrode 4, 24: nozzle plate 5, 25: ink discharge hole 6, 26: ink supply hole 7, 27: flow path 8, 28: drawing out Wire 9: Resin plate

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】少なくとも一部が圧電セラミックスからな
る複数の隔壁を並設し、各隔壁間をインクの流路とした
流路部材と、上記隔壁の側面に形成された駆動用電極
と、上記各隔壁の頂面に接合され、かつ各流路と連通す
る複数のインク吐出孔を備えたノズル板とからなり、上
記駆動用電極に通電して隔壁を屈曲変位させることによ
り、各流路内のインクを加圧して上記インク吐出孔より
インク滴を吐出するインクジェット記録ヘッドにおい
て、上記ノズル板はその表面に一方向に延びる線状の凹
凸部を有する金属板からなり、上記ノズル板の線状の凹
凸部の方向と、上記複数のインク吐出孔の並設方向との
なす角度が80゜〜100゜の範囲にあることを特徴と
するインクジェット記録ヘッド。
A plurality of partition walls at least partially formed of piezoelectric ceramics, wherein a plurality of partition walls are formed in parallel, and a flow path member having an ink flow path between the partition walls; a driving electrode formed on a side surface of the partition walls; A nozzle plate that is joined to the top surface of each partition and has a plurality of ink ejection holes that communicate with each flow path. In an ink jet recording head that pressurizes ink and ejects ink droplets from the ink ejection holes, the nozzle plate is formed of a metal plate having a linear uneven portion extending in one direction on the surface thereof, and the nozzle plate has a linear shape. An angle between the direction of the concave and convex portions and the direction in which the plurality of ink ejection holes are arranged in the range of 80 ° to 100 °.
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