JP2003072064A - Ink jet recording head - Google Patents

Ink jet recording head

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JP2003072064A
JP2003072064A JP2001262498A JP2001262498A JP2003072064A JP 2003072064 A JP2003072064 A JP 2003072064A JP 2001262498 A JP2001262498 A JP 2001262498A JP 2001262498 A JP2001262498 A JP 2001262498A JP 2003072064 A JP2003072064 A JP 2003072064A
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Japan
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JP2001262498A
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Japanese (ja)
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Takuya Gendoshi
拓哉 源通
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Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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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
    • B41J2202/00Embodiments of or processes related to ink-jet or thermal heads
    • B41J2202/01Embodiments of or processes related to ink-jet heads
    • B41J2202/10Finger type piezoelectric elements

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

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ink jet recording head which can reduce irregularities in the ink drop discharge performance among inks when printed on a recording medium, by eliminating an alignment work for setting positions among a plurality of heads, and adjusting an ink discharge performance among heads, and the like for color printing. SOLUTION: A frame member 5 having a plurality of through holes 5c is jointed on an insulating substrate 4. A plurality of diaphragms 1 formed of a piezoelectric ceramic are arranged in parallel at equal intervals to a recess bottom face formed by the through hole 5c and the insulating substrate 4. An ink channel 2 between diaphragms 1, is made and spaces formed by both ends of each of diaphragms 1 and the frame member 5 are made ink reservoirs 6 and 7. A wall 5a which is constituted of a channel member 10 having driving electrodes 3 formed to side faces of each of diaphragms 1 and a nozzle plate 11 jointed onto the channel member 10, and separates at least adjacent through holes 5c of the frame member 5 is set to have a Young's modulus of 50 GPa or larger and a width W of 0.05 mm or larger. A width L between the wall 5a and a diaphragm 1A adjacent to the wall 5a is made equal to a width M of the channel 2. The ink jet recording head is constituted in this manner.

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、文字や画像の印刷
に用いるインクジェット記録装置に搭載されるインクジ
ェット記録ヘッドに関するものである。 【0002】 【従来の技術】近年、マルチメディアの浸透に伴い、イ
ンパクト方式の記録装置に代わって、インクジェット方
式や熱転写方式を利用したノンインパクト方式の記録装
置が開発され、その利用範囲が各種産業分野及び一般家
庭分野において広がりつつある。 【0003】かかるノンインパクト方式の記録装置のな
かでも、インクジェット方式を利用した記録装置は、多
階調化やカラー化が容易で、ランニングコストが低いこ
とから将来性が注目されている。 【0004】図4にインクジェット方式を利用した記録
装置に用いられるインクジェット記録ヘツドを示すよう
に、このインクジェツト記録ヘッド50(以下、単にヘ
ッドという)は、流路部材40とノズル板41とから構
成されており、流路部材40は、絶縁基板34上に、圧
電セラミックスからなる複数の隔壁31を接着にて並設
するとともに、各隔壁31を包囲するように枠体35を
接着にて気密に接合してあり、各隔壁31間をインクの
流路32とするとともに、各隔壁31の両端と枠体35
とで形成される凹部をそれぞれインク溜36,37と
し、一方のインク溜36の底面を成す絶縁基板34には
インク供給穴38が穿孔され、他方のインク溜37の底
面を成す絶縁基板34にはインク回収穴39が穿孔され
ており、各隔壁31の側面上半分にはそれぞれ駆動用電
極33が形成されていた。 【0005】また、流路部材40の各隔壁31の頂面及
び枠体35の頂面には、各流路32及びインク溜36,
37を塞ぐように、ノズル板41が接合されており、ノ
ズル板41は、金属からなる蓋部42と樹脂からなるノ
ズル部44よりなり、蓋部42には各流路32と連通す
るインク案内孔43を備えるとともに、ノズル部44に
は各インク案内孔43と連通するインク吐出孔45が開
口されていた。なお、46は駆動用電極33の引出線で
あり、47は駆動用電極33のドライバーICである。 【0006】そして、このインクジェット記録ヘッド5
0よりインク滴を吐出するには、インクをインク供給穴
38よりインク溜36、流路32、及びインク溜37に
供給し、インク回収穴39より回収するようにした状態
で、隔壁31の両側面に備える駆動用電極33に通電し
て隔壁31を屈曲変位させ、流路32内のインクを加圧
することにより、インク吐出孔45よりインク滴を吐出
するようになっていた。 【0007】即ち、上記隔壁31の両側面に備える駆動
用電極33に電圧を印加すると、隔壁31を形成する圧
電セラミツクスは剪断モード変形を起こすのに対し、隔
壁31は上下が拘束されていることから略「く」の字状
に屈曲変位するため、この隔壁31の屈曲変位によって
流路32内のインクを加圧し、インク吐出孔45よりイ
ンク滴として吐出するようになっていた(国際公開番号
WO 00/29217参照)。 【0008】このインクジェット記録ヘッド50によれ
ば、流路32の両端側にインク溜36,37を設けるよ
うにしたことから、流路の両端が閉じられたものと比較
してインク滴の吐出間隔を短くすることができるととも
に、インク供給穴38からインクを供給し、インク回収
穴39よりインクを回収して流路32内にインクの流れ
を発生させるようにしたことから、流路32内に気泡や
インクの凝集物等が滞留することを防止することができ
るため、インク滴の吐出速度が低下したり、インク吐出
孔45の目詰まりを生じることがなく、さらには、流路
部材40を形成する基板34を絶縁材料により形成する
ことができるため、流路部材40の静電容量を小さくす
ることができるため、消費電力を抑えることができると
いった作用効果があった。 【0009】 【発明が解決しようとする課題】ところが、図4に示す
ヘッド50は、全ての流路32が共通のインク溜36,
37にそれぞれ連結していることから、一色のインクし
か吐出させることができず、カラー印刷を行うには、記
録装置に複数のヘッド50を搭載する必要があり、その
結果、記録装置を小型化することができないといった課
題があった。 【0010】また、複数のヘッド50を記録装置に搭載
する場合、ヘッド50間の取り付け位置のアライメント
作業や、ヘッド50間のインク吐出性能の調整等が必要
となり、またこれらの作業は複雑であるため、記録媒体
に印刷した時に各インク間でのインク滴の大きさ及び着
弾位置にばらつきが発生し、印画品質を低下させるとい
った課題があった。 【0011】 【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、本発明のインクジェット記録ヘッドは、絶縁
基板上に、複数の貫通穴を有する枠部材を接合し、この
枠部材の貫通穴と上記絶縁基板とで形成される凹部底面
に、圧電セラミックスからなる複数の隔壁を等間隔に並
設し、上記各隔壁間をインクの流路とするとともに、上
記各隔壁の両端と上記枠部材とで形成される空間をイン
ク溜としてなり、上記各隔壁の側面には駆動用電極を形
成した流路部材と、上記枠部材及び各隔壁の頂面に接合
され、各流路と連通するインク吐出孔を備えたノズル板
とから構成し、上記枠部材の少なくとも隣り合う貫通穴
を仕切る壁をヤング率が50GPa以上の材質により形
成するとともに、壁の幅を0.05mm以上とし、かつ
上記壁とこの壁に隣り合う隔壁との幅を、流路の幅と等
しくなるようにしたことを特徴とする。 【0012】 【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。 【0013】図1は本発明のインクジェツト記録ヘッド
を示す一部を破断した斜視図、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断面図、
図3は図1のE部を拡大した断面図である。 【0014】このインクジェツト記録ヘッド20は、流
路部材10とノズル板11とからなり、流路部材10
は、平面形状が長方形をした絶縁基板4上に、平面形状
が略六角形をした3つの貫通穴5cを有する枠部材5を
接着し、この枠部材5の各貫通穴5cと上記絶縁基板4
とで形成される凹部底面に、複数の圧電セラミックスか
らなる隔壁1を等間隔に並設し、上記各隔壁1間をイン
クの流路2とするとともに、上記各隔壁1の両端と上記
枠部材5とで形成される空間をインク溜6及びインク溜
7としたもので、一方のインク溜6の底面をなす絶縁基
板4には、各流路2内にインクを供給するためのインク
供給穴8を、他方のインク溜7の底面をなす絶縁基板4
には、各流路2内のインクを回収するためのインク回収
穴9をそれぞれ有し、各隔壁1の側面上半分には図2に
示すように駆動用電極3を形成してある。 【0015】この流路部材10によれば、枠部材5の一
つの貫通穴5cと絶縁基板4によって形成される凹部に
備える隔壁1、流路2、インク溜6,7によって一つの
ヘッド素子18を構成し、図1に示すヘッド20には3
つのヘッド素子18を有することから、各ヘッド素子1
8に異なる色のインクを各々供給するようにすれば、一
つのヘッド20によってカラー印刷を行うことができ
る。 【0016】また、隔壁1は、チタン酸ジルコン酸鉛、
ランタンチタン酸ジルコン酸鉛、マグネシウムニオブ酸
鉛あるいはこれらの混合物を主成分とする圧電セラミッ
クスにより形成するとともに、その形状を台形状として
あり、図2に示すように、矢印の方向に分極してある。
なお、各流路2の断面積は、0.008〜0.05mm
2程度としてあり、また、流路2内には窒化珪素等の保
護膜Sを被着し、駆動用電極3がインクによって浸食を
受けることを防止してある。 【0017】さらに、流路部材10には、各流路2及び
各インク溜6,7を覆うように、隔壁1の頂面及び枠部
材5の頂面にノズル板11を接着にて接合してあり、ノ
ズル板11には各流路2と連通するインク吐出孔15を
有している。 【0018】ノズル板11は、モリブデンやNi−Fe
系合金等の金属からなる蓋部12と、ポリイミド樹脂等
の樹脂からなるノズル部14よりなり、蓋部12には各
流路2と連通するインク案内孔13を備えるとともに、
ノズル部14には各インク案内孔13とそれぞれ連通す
るインク吐出孔15を開口させてある。 【0019】また、本発明のヘッド20は、図3に示す
ように、枠部材5の少なくとも隣り合う貫通穴5cを仕
切る壁5aをヤング率が50GPa以上の材質により形
成するとともに、壁5aの幅Wを0.05mm以上と
し、かつ上記壁5aとこの壁5aに隣り合う隔壁1Aと
の幅Lを、流路2A,2B,2C,…の幅Mと同等とし
てある。 【0020】なお、16は駆動用電極3の引出線、17
は枠体5外の絶縁基板4上に搭載されたドライバーIC
であり、絶縁基板4上に配線した引出線16を経て各駆
動用電極3に通電するようになっている。 【0021】このへツド20を用いて記録媒体(下図示)
へ印刷するには、まず、絶縁基板4の下部に、インク供
給穴8と連通するインク供給通路(不図示)とインク回
収穴9に連通するインク回収通路(不図示)を備えた容
器(不図示)を接合し、不図示の循環機構によって水系
顔料インクや水系染料インク等のインクをインク供給穴
8よりインク溜6、流路2、及びインク溜7へ導入し、
インク回収穴9より回収するよう循環させる。 【0022】この状態で、例えば図2(a)に示すよう
に、駆動用電極3b,3c及び駆動電極3h,3iにそ
れぞれ正極の電圧を、駆動電極3a,3d,3g,3jに
負極の電圧を印加すると、隔壁1a及び隔壁1bが流路
2a側へ屈曲変位するとともに、隔壁1d,1eが流路
2d側へ屈曲変位するため、流路2a,2d内に充填さ
れたインクを加圧して、インク吐出孔15よりインク滴
を吐出させることができる。次に各駆動用電極3a〜3
d,3g〜3jへの通電を遮断すると、屈曲変位してい
た隔壁1a,1b,1d,1eが弾性作用によって元の形
状に戻り、流路2a,2d内が減圧される結果、インク
供給穴8からインクの導入が開始されることになり、さ
らに前述した駆動電極3a〜3d,3g〜3jへ正負を
逆転して電圧を印加すると、図2(b)に示すように隔
壁1a,1bが流路2aに対して外側へ屈曲変位すると
ともに、隔壁1d,1eが流路2dに対して外側へ屈曲
変位するため、流路2a,2d内がさらに減圧されてイ
ンクが充填されることになる。そして、各駆動用電極3
a〜3d,3g〜3jへの通電を遮断すると、屈曲変位
していた隔壁1a,1b,1d,1eが弾性作用によって
元の形状に戻り、次のインク滴の吐出段階に入るように
なっており、各ヘッド素子18でこれらの動作を順次繰
り返すことでインク滴の吐出を連続的に行うことができ
るようになっている。 【0023】そして、このヘッド20によれば、各流路
2の両端側にインク溜6,7を有することから、インク
滴の吐出にあたって流路2内に発生させた圧力波を流路
2の長手方向で反射するものがないため、次のインク滴
の吐出に悪影響を与えることがなく、流路2の両端が閉
じられたものと比較してインク滴の吐出間隔を短くする
ことができる。 【0024】また、インク供給穴8からインクを供給
し、インク回収穴9よりインクを回収して流路2内にイ
ンクの流れを発生させることができるため、流路2内に
入り込んだ気泡やインクの凝集物等が滞留することを防
止し、インク滴の吐出速度が低下したり、インク吐出孔
15が目詰まりすることを防ぎ、長期間にわたってイン
ク滴の吐出を行うことができる。 【0025】さらに、流路部材10を形成する基板4は
絶縁材料からなるため、流路部材10の静電容量を小さ
くすることができ、消費電力を抑えることができる。 【0026】また、流路部材10の絶縁基板4上には、
枠部材5の壁5aによって仕切られた3つのヘッド素子
18を有することから、各ヘッド素子18に異なる色の
インクを供給することで、一つのヘッド20によりカラ
ー印刷を行うことができる。 【0027】さらに、枠部材5の少なくとも壁5aをヤ
ング率が50GPa以上の材質により形成するととも
に、壁5aの幅Wを0.05mm以上とし、かつ壁5a
とこの壁5aに隣り合う隔壁1Aとの幅Lを、流路2
A,2B,2C,…の幅Mと同等としてあることから、
各隔壁1A,1B,…に備える駆動用電極3に同じ電圧
を印加すれば、全てのインク吐出孔15より吐出される
インク滴の吐出速度をほぼ同じにすることができるた
め、綺麗で鮮明な画像を印刷することができる。 【0028】即ち、枠部材5の少なくとも壁5aのヤン
グ率を50GPa以上とするのは、図3に見られるよう
に、流路2Aに連通するインク吐出孔15よりインク滴
を吐出するため、壁5aに隣り合う隔壁1Aを変位させ
ると、隔壁1Aと壁5aとの間に圧力波が発生し、この
圧力波はインク中を伝搬してその大半が壁5aへ伝播す
るのであるが、壁5aのヤング率が50GPa未満であ
ると、圧力波が壁5aによって減衰され、隔壁1Aへ反
射される圧力波が、隔壁1Aを挟んで壁5aと反対側に
ある隔壁1Bによって反射された圧力波よりも小さくな
り、隔壁1Aの両側面に作用する圧力波に差ができるた
め、隔壁1Aが略「く」の字状に屈曲変位した状態から
中立の無変位状態へ戻る時間が隔壁1Bよりも短くな
り、流路2Aに連通するインク吐出孔15より吐出され
るインク滴の吐出速度や吐出量が、壁5aより離れた位
置にある流路、例えば流路2Bや流路2Cと連通するイ
ンク吐出孔15より吐出されるインク滴の吐出速度や吐
出量よりも小さくなり、各流路2に連通するインク吐出
孔15より吐出されるインク滴の吐出速度や吐出量にバ
ラツキが発生するとともに、着弾位置のずれも大きくな
るからである。 【0029】なお、このような壁5aを形成するヤング
率50GPa以上の材質としては、アルミナ、炭化珪
素、窒化珪素等を主成分とする絶縁性セラミックスや、
チタン酸ジルコン酸鉛、ランタンチタン酸ジルコン酸
鉛、マグネシウムニオブ酸鉛あるいはこれらの混合物を
主成分とする圧電セラミックス、単結晶アルミナ、ある
いはNi系合金やモリブデン等の金属、さらには低熱膨
張のガラス等を用いることができる。 【0030】また、壁5aの幅Wを0.05mm以上と
するのは、この幅Wが0.05mm未満となると、壁5
aをヤング率が50GPa以上の材質で形成したとして
も薄すぎるため、壁5aに隣り合う隔壁1Aが変位する
ことによって発生する圧力波によって壁5aが変形して
その圧力波を減衰させるため、隔壁1Aへ反射される圧
力波が、隔壁1Aを挟んで壁5aと反対側にある隔壁1
Bによって反射された圧力波よりも小さくなり、隔壁1
Aの両側面に作用する圧力波に差ができることから、流
路2Aに連通するインク吐出孔15より吐出されるイン
ク滴の吐出速度や吐出量を、壁5aより離れた位置にあ
る流路2B,2Cと連通するインク吐出孔15より吐出
されるインク滴の吐出速度や吐出量に近づけることがで
きず、各流路2に連通するインク吐出孔15より吐出さ
れるインク滴の吐出速度や吐出量のバラツキ及び着弾位
置のずれを解消することができないからである。ただ
し、壁5aの幅Wが5mmを超えると、ヘッド素子18
の間隔が広くなり、ヘッド20が大型化するだけである
ため、壁5aの幅Wは5mm以下とすることが良い。 【0031】さらにまた、壁5aとこの壁5aに隣り合
う隔壁1Aとの幅Lを、流路2A,2B,2C,…の幅
Mと同等とするのは、壁5aをヤング率が50GPa以
上の材質で形成するとともに、壁5aの幅Wを0.05
mm以上としたとしても、壁5aとこの壁5aに隣り合
う隔壁1Aとの幅Lが、流路2A,2B,2C,…の幅
Mより長くなると、隔壁1Aが変位することによって発
生した圧力波が壁5aで反射されて壁1Aに戻ってくる
までの時間が、隔壁1Aを挟んで壁5aと反対側にある
隔壁1Bによって反射された圧力波が隔壁1Aに戻って
くるまでの時間よりも遅くなり、また、壁5aとこの壁
5aに隣り合う隔壁1Aとの幅Lが、流路2A,2B,
2C,…の幅Mより短くなると、隔壁1Aが変位するこ
とによって発生した圧力波が壁5aで反射されて壁1A
に戻ってくるまでの時間が、隔壁1Aを挟んで壁5aと
反対側にある隔壁1Bによって反射された圧力波が隔壁
1Aに戻ってくるまでの時間よりも短くなり、いずれの
場合も壁5aに隣り合う隔壁1Aの両側面に圧力波が到
達するまでの間に時間の差ができるため、壁5aに隣り
合う流路2Aに連通するインク吐出孔15より吐出され
るインク滴の吐出速度や吐出量と、壁5aより離れた位
置にある流路2B,2Cと連通するインク吐出孔15よ
り吐出されるインク滴の吐出速度や吐出量との間に差が
でき、各流路2に連通するインク吐出孔15より吐出さ
れるインク滴の吐出速度や吐出量のバラツキ及び着弾位
置のずれを解消することができないからである。 【0032】なお、本発明において、「壁5aとこの壁
5aに隣り合う隔壁1Aとの幅Lを、流路2A,2B,
2C,…の幅Mと同等である」とは、流路2A,2B,
2C,…の幅Mと同じ幅を有することを指すが、±15
μm以下の範囲でばらつきがあっても構わない。 【0033】次に、図1に示すインクジェット記録ヘッ
ド20の製造方法について説明する。 【0034】まず、絶縁基板4としてセラミック板やガ
ラス板を用意する。セラミック板の種類としては特に限
定するものではないが、例えばアルミナ、ジルコニア、
フォルステライト、ジルコン等を主成分とする絶縁性セ
ラミックスが好適である。そして、この絶縁基板4に、
炭酸ガスレーザー等のレーザー加工にて所定の位置にイ
ンク供給穴8とインク回収穴9をそれぞれ穿孔した後、
厚み方向に分極を施した圧電セラミック板を絶縁基板4
上の所定の位置に間隔を開けて一直線に並べ、エポキシ
系等の接着剤にて貼り付ける。 【0035】次に平面研削盤を用いて、圧電セラミック
板を切り欠いて側面形状を台形状とした後、ダイヤモン
ドブレードにて圧電セラミック板に流路2となる複数の
溝を並設する。この時、溝を仕切る壁が隔壁1となる。 【0036】次いで、各隔壁1の側面上半分及び絶縁基
板4上に、蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーテ
ィング法、CVD法等の膜形成手段にて、アルミニウ
ム、パラジウム、ニッケル、金、銅等からなる金属膜を
被着し、隔壁1の側面上半分に被着した金属膜を駆動用
電極3とするとともに、絶縁基板4上に被着した金属膜
を駆動用電極3の引出線16とし、さらに前記膜形成手
段にて駆動用電極3及びその引出線16に窒化珪素等の
保護膜Sを被着する。 【0037】そして、各隔壁1、インク供給穴8、及び
インク回収穴9を包囲するように、枠部材5を絶縁基板
4上にエポキシ系等の接着剤にて気密に接合するととも
に、枠部材5の凹部を3つの部屋に仕切るヤング率が5
0GPaの材質からなる壁5aを絶縁基板4上にエポキ
シ系等の接着剤にて気密に接合する。 【0038】しかる後、Ni系合金やモリブデン等の金
属からなる蓋部12を、インク案内孔13の中心が、流
路2の幅方向の中心と一致するように、隔壁1及び枠部
材5の頂面にエポキシ系等の接着剤にて接合し、さらに
蓋部12上にポリイミド樹脂等の樹脂からなるノズル部
14をエポキシ系等の接着剤で接合する。この後、枠部
材5外で、引出線16が形成された絶縁基板4上にドラ
イバーIC17を搭載し、ワイヤーボンダーにて結線を
行った後、エキシマレーザー等のレーザー加工によっ
て、ノズル部14に各インク案内孔13と連通するイン
ク吐出孔15を開口させることにより得ることができ
る。 【0039】このような方法により製造された本発明の
ヘッド20は、全ての隔壁1が絶縁基板4とノズル板1
1との間で同一のプロセスによって接着接合されている
ため、接着剤層の剛性を均一化することができ、それ
故、全ての隔壁1の剛性を均一化することができるとと
もに、ノズル板11のインク吐出孔15の寸法ばらつき
も小さくすることができる。 【0040】その為、同じ電圧を駆動用電極3に通電す
れば、各隔壁1を全て同じ変位量でもって変位させるこ
とができるため、各インク吐出孔15より吐出されるイ
ンク滴の吐出速度及び吐出量を同じにすることができ、
インク滴の吐出速度や吐出量のバラツキが少ないヘッド
20を提供することができる。 【0041】なお、本発明は図1に示した構造のヘッド
20だけに限定されるものではなく、例えば、流路部材
10に備えるヘッド素子18の数は三つに限らず、四つ
以上であっても良く、また、ヘッド素子18を絶縁基板
4の短辺方向にも列設するようにしても良い。また、各
ヘッド素子18を構成する壁5aは、枠部材5に一体的
に形成されたものであっても、接合によって一体化され
たものであっても構わない。 【0042】このように本発明の要旨を逸脱しない範囲
で変更や改良できることは言う迄もない。 【0043】 【実施例】ここで、図1に示すインクジェット記録ヘッ
ド20の壁5aのヤング率、壁5aの幅、及び壁5aと
壁5aに隣り合う隔壁1Aの幅Lと、流路2A,2B,
2C,…の幅Mとの関係を異ならせ、インク滴の吐出性
能について調べる実験を行った。 【0044】まず、絶縁基板4として、65mm×25
mm×1mmのアルミナセラミック板に1.2mm×
1.5mmの丸長穴のインク供給穴8とインク回収穴9
を炭酸ガスレーザーにてそれぞれ6個ずつ一直線に並べ
て穿設した後、9.1mm×3mm×0.5mmの板状
をなし、厚み方向に分極処理したチタン酸ジルコン酸鉛
を主成分とする3枚の圧電セラミック板を、インク供給
穴9とインク回収穴9との間の絶縁基板4上に、1mm
の間隔を開けて一直線に並べ、エポキシ系接着剤にて貼
り付けた。 【0045】次に、平面研削盤にて圧電セラミック板の
端部を切り欠いて、絶縁基板4とのなす角が60°のテ
ーパーを形成し、その側面形状を台形状とするととも
に、圧電セラミック板の上面を研削して高さが0.45
mmになるように揃えた。 【0046】さらに、厚みが70μmのダイヤモンドブ
レードを用いて、圧電セラミック板の長辺に対して垂直
に、深さ0.45mm、ピッチ0.14mmで加工を行
い、0.075mmの幅Mの流路2を192本形成し
た。 【0047】次に、真空蒸着法により隔壁1の側面上半
分にアルミニウムの金属膜を被着して駆動用電極3を形
成するとともに、絶縁基板4上の所定位置にもアルミニ
ウムの金属膜を被着して駆動用電極3の引出線16を形
成した後、さらに流路2の内壁面にスパッタリング法に
て窒化珪素の保護膜Sを被着した。 【0048】そして、外形状が50mm×17mm、内
形状が30mm×13mm、厚みが0.45mmである
Ni合金製の枠部材5を、各隔壁1、各インク供給穴8
及び各インク回収穴9を包囲するように絶縁基板4上に
エポキシ系接着剤にて気密に接合し、流路2の両端と枠
部材5とで形成される空間をインク溜とするとともに、
次いで、絶縁基板4上の枠部材5内に、Ni合金、チタ
ン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックス(PZT)、及び
ポリイミド樹脂からなる壁5aを接合して枠部材5を仕
切り、192本の流路2を3等分するようにした。 【0049】そして、枠部材5及び隔壁1の頂面に、外
形状が50mm×17mm×0.07mmの板状であっ
て、各流路2と連通する直径60μm程度のインク案内
孔11を備えたNi合金製の蓋部12をエポキシ系接着
剤にて接合し、さらに蓋部12上に、外形状が50mm
×13mm×0.05mmのポリイミド脂製フィルムか
らなるノズル部14をエポキシ系接着剤にて接合した。 【0050】次いで、絶縁基板4上に形成した引出線1
6上にドライバーIC17を搭載し、ワイヤーボンダー
にて結線するとともに、エキシマレーザーにて、インク
案内孔11と連通する直径28μm程度のインク吐出孔
15をノズル部14に穿孔することにより、ノズル数1
92個のインクジェット記録ヘッド20を作製した。 【0051】そこで、得られたヘツド20の一つのヘッ
ド素子18にソシアンインクを供給し、インク吐出孔1
5から連続してインク滴を吐出させ、壁5aに隣り合う
流路2と、壁から離れた流路2から吐出されるインク滴
の吐出速度を比較する実験を行ったインク滴の吐出速度
は、5kHzで100、000回連続してインク滴を吐
出しながら、所定のインク吐出孔15から吐出されたイ
ンク滴を高速度カメラで一定問隔で撮影し、そのインク
吐出孔15とインク滴の距離からインク滴の吐出速度を
算出した。 【0052】結果は、表1に示す通りである。 【0053】 【表1】 【0054】この結果、表1から判るように、壁5aを
PZTやNi合金のヤング率が50GPa以上の材質に
より形成するとともに、壁5aの幅を0.05mm以上
とし、かつ壁5aと壁5aに隣り合う隔壁1との幅が流
路2の幅と同じものは、壁5aに隣り合う流路2及び壁
5aから離れた流路2とからそれぞれ吐出されるインク
滴の吐出速度の差が小さく、吐出ばらつきが極めて小さ
いことが判る。 【0055】この結果、図1に示すヘッド20のよう
に、流路の両端にインク溜を有する構造において仕切り
を設けて一つのヘッドより複数の色のインクを吐出させ
る場合、壁5aをヤング率が50GPa以上の材質によ
り形成するとともに、壁5aの幅を0.05mm以上と
し、かつ壁5aと壁5aに隣り合う隔壁1との幅を流路
2の幅と同等程度に形成すれば良いことが判る。 【0056】 【発明の効果】以上詳述した通り、本発明のインクジェ
ット記録ヘッドによれば、絶縁基板上に、複数の貫通穴
を有する枠部材を接合し、この枠部材の貫通穴と上記絶
縁基板とで形成される凹部底面に、圧電セラミックスか
らなる複数の隔壁を等間隔に並設し、上記各隔壁間をイ
ンクの流路とするとともに、上記各隔壁の両端と上記枠
部材とで形成される空間をインク溜としてなり、上記各
隔壁の側面には駆動用電極を形成した流路部材と、上記
枠部材及び各隔壁の頂面に接合され、各流路と連通する
インク吐出孔を備えたノズル板とから構成し、上記枠部
材の少なくとも隣り合う貫通穴を仕切る壁をヤング率が
50GPa以上の材質により形成するとともに、壁の幅
を0.05mm以上とし、かつ上記壁とこの壁に隣り合
う隔壁との幅を、流路の幅と等しくなるようにしたこと
によって、一つのインクジェット記録ヘッドに複数のヘ
ッド素子を備えたものとすることができるため、各ヘッ
ド素子に異なる色のインクを供給すれば、カラー印刷を
行うことができ、また壁に隣り合う隔壁の変位を他の隔
壁と同じように変位させることができるため、全てのイ
ンク吐出孔より吐出さっるインク滴の吐出性能を同じに
することができるため、綺麗で鮮明な画像を印刷するこ
とができる。 【0057】また、本発明のインクジェット記録ヘッド
によれば、流路の両端側にインク溜を有することから、
流路の両端が閉じられたものと比較してインク滴の吐出
間隔を短くすることができるとともに、流路内にインク
の流れを発生させることができるため、流路内に気泡や
インクの凝集物等が滞留することを防ぎ、インク滴の吐
出速度が低下したり、インク吐出孔の目詰まりを防止す
ることができ、さらには流路部材を形成する基板が絶縁
材料からなるため、流路部材の静電容量を小さくするこ
とができ、インクジェット記録ヘッドの消費電力を抑え
ることもできる。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the printing of characters and images.
Installed in an inkjet recording device used for
Related to a jet recording head. 2. Description of the Related Art In recent years, with the spread of multimedia,
Instead of the impact type recording device, the inkjet method
Non-impact recording device using
Has been developed and its use is
It is expanding in the garden field. [0003] Such a non-impact type recording apparatus is known.
However, there are many recording devices that use the inkjet method.
Easy gradation and colorization and low running cost
The future has been attracting attention. FIG. 4 shows recording using an ink jet system.
Shows the inkjet recording head used in the device
The ink jet recording head 50 (hereinafter simply referred to as
The nozzle is composed of a flow path member 40 and a nozzle plate 41.
The flow path member 40 is formed on the insulating substrate 34 by pressure.
Multiple partitions 31 made of electro-ceramics are juxtaposed by bonding
And the frame body 35 so as to surround each partition 31.
Airtightly bonded by adhesion, ink
In addition to the flow path 32, both ends of each partition 31 and the frame 35
And the ink reservoirs 36 and 37, respectively.
Then, the insulating substrate 34 forming the bottom of one ink reservoir 36 is
The ink supply hole 38 is pierced and the bottom of the other ink reservoir 37 is formed.
An ink collecting hole 39 is formed in the insulating substrate 34 forming a surface.
The upper half of the side wall of each partition 31 has a drive
The pole 33 was formed. Also, the top surface of each partition 31 of the flow path member 40 and
The flow path 32 and the ink reservoir 36,
The nozzle plate 41 is joined so as to close the nozzle 37.
The chirping plate 41 has a cover 42 made of metal and a cover made of resin.
The lid part 42 communicates with each flow path 32.
Ink guide hole 43 and the nozzle portion 44
Indicates that an ink ejection hole 45 communicating with each ink guide hole 43 is opened.
Had been uttered. Reference numeral 46 denotes a lead of the driving electrode 33.
Reference numeral 47 denotes a driver IC for the driving electrode 33. The ink jet recording head 5
In order to eject ink droplets from 0, the ink supply hole
38 to the ink reservoir 36, the flow path 32, and the ink reservoir 37
Supplying and collecting through the ink collecting hole 39
Then, the drive electrodes 33 provided on both sides of the partition wall 31 are energized.
To bend the partition 31 to pressurize the ink in the flow path 32
To discharge ink droplets from the ink discharge holes 45.
Was supposed to. That is, the drive provided on both sides of the partition 31
When a voltage is applied to the electrode 33, the pressure for forming the partition 31 is increased.
Electroceramics causes shear mode deformation, while
The wall 31 has a substantially U-shape because the top and bottom are constrained.
, The bending displacement of the partition wall 31 causes
The ink in the flow path 32 is pressurized, and
Was ejected as ink drops (International Publication Number
WO 00/29217). According to the ink jet recording head 50,
In this case, ink reservoirs 36 and 37 are provided at both ends of the flow path 32.
Compared with a closed channel at both ends
To shorten the ink droplet ejection interval
Is supplied from the ink supply hole 38 to collect the ink.
The ink is collected from the hole 39 and flows into the flow path 32.
Is generated, so that air bubbles and
Prevent stagnation of ink aggregates
As a result, the ejection speed of ink droplets
The clogging of the hole 45 does not occur, and the flow path
The substrate 34 on which the member 40 is formed is formed of an insulating material
Therefore, the capacitance of the flow path member 40 can be reduced.
Power consumption can be reduced.
There was such an effect. [0010] However, FIG.
In the head 50, all the flow paths 32 share a common ink reservoir 36,
37 are connected to each other.
To perform color printing,
It is necessary to mount a plurality of heads 50 on the recording device,
As a result, the recording device cannot be downsized.
There was a title. A plurality of heads 50 are mounted on a recording apparatus.
To align the mounting position between the heads 50
Requires work and adjustment of ink ejection performance between heads 50
And these tasks are complicated,
Size of ink drops between each ink when printing on
Variations in bullet position cause print quality to deteriorate
There was a problem. [0011] Accordingly, the present invention relates to the above-mentioned section.
In view of the problem, the ink jet recording head of the present invention is insulated.
A frame member having a plurality of through holes is joined to a substrate,
Concave bottom surface formed by the through hole of the frame member and the insulating substrate
A plurality of partitions made of piezoelectric ceramics
And a space between the above-mentioned partitions as an ink flow path.
The space formed by both ends of each partition and the frame member is inserted.
Driving electrodes are formed on the sides of each partition.
Joined to the formed flow path member and the top surface of the frame member and each partition
Nozzle plate provided with ink ejection holes communicating with each flow path
And at least adjacent through holes of the frame member
The wall that separates is made of a material with a Young's modulus of 50 GPa or more.
And the width of the wall is 0.05 mm or more, and
The width between the wall and the partition wall adjacent to the wall is equal to the width of the flow path.
The feature is that it becomes difficult. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
explain. FIG. 1 shows an ink jet recording head according to the present invention.
FIG. 2 is a partially cutaway perspective view showing the ink jet printer of the present invention.
Sectional view for explaining the driving principle of the jet recording head,
FIG. 3 is an enlarged sectional view of a portion E in FIG. The ink jet recording head 20 has a
The channel member 10 and the nozzle plate 11
Is a planar shape on an insulating substrate 4 having a rectangular planar shape.
Is a frame member 5 having three substantially hexagonal through holes 5c.
The through holes 5c of the frame member 5 and the insulating substrate 4 are bonded.
The bottom of the recess formed by
The partition walls 1 are arranged side by side at equal intervals, and the space between the respective partition walls 1 is inserted.
And the ends of each partition 1 and the above
The space formed by the frame member 5 is defined as an ink reservoir 6 and an ink reservoir.
7 and an insulating group forming the bottom of one ink reservoir 6
The plate 4 has ink for supplying ink into each flow path 2.
The supply hole 8 is connected to the insulating substrate 4 forming the bottom of the other ink reservoir 7.
Ink collection for collecting ink in each flow path 2
Each has a hole 9 and the upper half of the side wall of each partition 1 is shown in FIG.
As shown, a driving electrode 3 is formed. According to the flow path member 10, one of the frame members 5 is provided.
Recess formed by two through holes 5c and insulating substrate 4
The partition 1, the flow path 2, and the ink reservoirs 6, 7
The head element 18 is constituted, and the head 20 shown in FIG.
Each head element 1
8 are supplied with inks of different colors, respectively.
Color printing can be performed by one head 20
You. The partition 1 is made of lead zirconate titanate,
Lead lanthanum titanate zirconate, magnesium niobate
Piezoelectric ceramics based on lead or a mixture of these
While forming the trapezoidal shape.
Yes, and polarized in the direction of the arrow as shown in FIG.
The cross-sectional area of each flow path 2 is 0.008 to 0.05 mm
Two The inside of the flow path 2 is made of silicon nitride or the like.
The protective electrode S is applied, and the driving electrode 3 is eroded by the ink.
It is prevented from receiving. Further, each of the flow paths 2 and
The top surface of the partition 1 and the frame portion so as to cover the ink reservoirs 6 and 7.
The nozzle plate 11 is bonded to the top surface of the material 5 by bonding.
An ink ejection hole 15 communicating with each flow path 2 is formed in the sizzle plate 11.
Have. The nozzle plate 11 is made of molybdenum or Ni-Fe.
Lid 12 made of a metal such as a base alloy, polyimide resin, etc.
And a lid portion 12 made of a resin.
An ink guide hole 13 communicating with the flow path 2;
The nozzle portion 14 communicates with each of the ink guide holes 13.
The ink discharge hole 15 is opened. FIG. 3 shows a head 20 according to the present invention.
Thus, at least the adjacent through-hole 5c of the frame member 5 is
The cutting wall 5a is made of a material whose Young's modulus is 50 GPa or more.
And the width W of the wall 5a is set to 0.05 mm or more.
And the wall 5a and the partition wall 1A adjacent to the wall 5a
Is equivalent to the width M of the flow paths 2A, 2B, 2C,.
It is. Reference numeral 16 denotes a lead wire of the driving electrode 3;
Is a driver IC mounted on the insulating substrate 4 outside the frame 5
And each drive through a lead 16 wired on the insulating substrate 4.
The working electrode 3 is energized. A recording medium (shown below) using the head 20
To print on the substrate, first, the ink supply
An ink supply passage (not shown) communicating with the supply hole 8 and an ink supply passage;
A container provided with an ink recovery passage (not shown) communicating with the receiving hole 9
(Not shown), and a water circulation system (not shown)
Ink supply holes for ink such as pigment ink and water-based dye ink
8 to the ink reservoir 6, the flow path 2, and the ink reservoir 7,
The ink is circulated to be collected from the ink collection hole 9. In this state, for example, as shown in FIG.
Next, the driving electrodes 3b and 3c and the driving electrodes 3h and 3i
The positive voltage is applied to the drive electrodes 3a, 3d, 3g, 3j, respectively.
When the voltage of the negative electrode is applied, the partition walls 1a and 1b
2b, and the partition walls 1d and 1e
In order to bend to the 2d side, the inside of the flow paths 2a and 2d is filled.
Pressurized ink, the ink droplets from the ink ejection holes 15
Can be discharged. Next, each of the driving electrodes 3a to 3
When the power to d, 3g to 3j is cut off,
The partition walls 1a, 1b, 1d, 1e have their original shape by elastic action.
And the pressure inside the flow paths 2a and 2d is reduced.
The introduction of ink from the supply hole 8 is started, and
Plus and minus to the drive electrodes 3a to 3d and 3g to 3j described above.
When a voltage is applied in the reverse direction, a voltage is applied as shown in FIG.
When the walls 1a, 1b are bent outwardly with respect to the flow path 2a,
In both cases, the partition walls 1d and 1e are bent outward with respect to the flow path 2d.
Due to the displacement, the pressure inside the flow paths 2a and 2d is further reduced, and
Ink will be filled. And each driving electrode 3
When the energization to a to 3d and 3g to 3j is cut off, the bending displacement
The partition walls 1a, 1b, 1d, 1e which have been
Return to the original shape and enter the next ink droplet ejection stage
These operations are sequentially repeated by each head element 18.
The ink droplets can be ejected continuously by returning
It has become so. According to the head 20, each flow path
2 has ink reservoirs 6 and 7 at both ends,
The pressure wave generated in the flow path 2 upon ejection of the droplet
Since there is no reflection in the longitudinal direction of 2, the next ink droplet
Both ends of the flow path 2 are closed without adversely affecting the discharge of
Shorten the interval between ink droplet ejections compared to the squeezed one
be able to. Further, ink is supplied from the ink supply hole 8.
Then, the ink is recovered from the ink recovery hole 9 and
Can generate a flow of ink,
Prevents air bubbles and agglomerates of ink from staying.
Stops, causing the ink droplet ejection speed to decrease,
15 to prevent clogging and
Droplets can be ejected. Further, the substrate 4 on which the flow path member 10 is formed is
Due to the insulating material, the capacitance of the flow path member 10 is reduced.
Power consumption can be reduced. On the insulating substrate 4 of the flow path member 10,
Three head elements separated by a wall 5a of the frame member 5
18, each head element 18 has a different color.
By supplying ink, one head 20
-Printing can be performed. Further, at least the wall 5a of the frame member 5 is
With a material having a modulus of at least 50 GPa
The width W of the wall 5a is 0.05 mm or more, and the wall 5a
And the width L between the partition wall 1A adjacent to the wall 5a and the flow path 2
A, 2B, 2C,... Are equivalent to the width M,
The same voltage is applied to the driving electrodes 3 provided in the partition walls 1A, 1B,.
Is applied, the ink is ejected from all the ink ejection holes 15.
The ink droplet ejection speed can be made almost the same.
Therefore, a clear and clear image can be printed. That is, at least the yan of the wall 5a of the frame member 5
The reason why the switching rate is set to 50 GPa or more is as shown in FIG.
The ink droplets from the ink ejection holes 15 communicating with the flow path 2A.
Of the partition wall 1A adjacent to the wall 5a.
Then, a pressure wave is generated between the partition wall 1A and the wall 5a.
The pressure wave propagates through the ink and most of it propagates to the wall 5a
However, the Young's modulus of the wall 5a is less than 50 GPa.
Then, the pressure wave is attenuated by the wall 5a, and the pressure wave is
The pressure wave to be emitted is on the opposite side of the wall 5a across the partition wall 1A.
It is smaller than the pressure wave reflected by a certain partition 1B.
As a result, there is a difference between pressure waves acting on both side surfaces of the partition wall 1A.
From the state in which the partition wall 1A is bent and displaced in a substantially “U” shape.
The time to return to the neutral non-displacement state is shorter than that of the partition wall 1B.
And is discharged from the ink discharge holes 15 communicating with the flow path 2A.
The discharge speed and the discharge amount of the ink droplets are farther away from the wall 5a.
A, which communicates with a flow path, for example, the flow path 2B or the flow path 2C.
The ejection speed and ejection of ink droplets ejected from the ink ejection holes 15
Ink discharge that is smaller than the discharge amount and communicates with each flow path 2
The ejection speed and amount of ink droplets ejected from the holes 15
Ragging occurs and the displacement of the landing position also increases.
This is because that. It should be noted that the Young forming such a wall 5a
Materials having a rate of 50 GPa or more include alumina and silicon carbide.
Insulating ceramics mainly composed of silicon, silicon nitride, etc.,
Lead zirconate titanate, zirconate lanthanum titanate
Lead, magnesium niobate or a mixture of these
There are piezoelectric ceramics and single crystal alumina as main components.
Or metals such as Ni-based alloys and molybdenum,
Tension glass or the like can be used. The width W of the wall 5a is set to 0.05 mm or more.
When the width W is less than 0.05 mm, the wall 5
a is formed of a material having a Young's modulus of 50 GPa or more.
Is too thin, the partition wall 1A adjacent to the wall 5a is displaced.
Wall 5a is deformed by the pressure wave
To attenuate the pressure wave, the pressure reflected to the partition wall 1A
The force wave is applied to the partition wall 1 on the opposite side of the partition wall 1A from the wall 5a.
B is smaller than the pressure wave reflected by B,
Because there is a difference between the pressure waves acting on both sides of A,
Ink ejected from the ink ejection holes 15 communicating with the path 2A.
The discharge speed and discharge amount of the droplets at a position distant from the wall 5a.
Discharge from the ink discharge holes 15 communicating with the flow paths 2B and 2C
To the ink droplet ejection speed and ejection volume
Flaws, which are discharged from the ink discharge holes 15 communicating with the respective flow paths 2.
Variations and landing positions of the ejection speed and ejection amount of ink droplets
This is because the displacement cannot be eliminated. However
When the width W of the wall 5a exceeds 5 mm, the head element 18
Is increased, and the size of the head 20 is merely increased.
Therefore, the width W of the wall 5a is preferably set to 5 mm or less. Further, the wall 5a and the wall 5a
The width L of the partition wall 1A is determined by the width of the flow paths 2A, 2B, 2C,.
M is equivalent to that the wall 5a has a Young's modulus of 50 GPa or less.
It is made of the above material, and the width W of the wall 5a is 0.05
mm or more, the wall 5a and the wall 5a
The width L with the partition wall 1A is the width of the flow paths 2A, 2B, 2C,.
If it is longer than M, the wall 1A is displaced and
The generated pressure wave is reflected by the wall 5a and returns to the wall 1A.
Time is on the opposite side of the wall 5a across the partition wall 1A
The pressure wave reflected by the partition 1B returns to the partition 1A.
It is slower than the time to come, and the wall 5a and this wall
The width L of the partition wall 1A adjacent to 5a is equal to the width of the flow paths 2A, 2B,
When the width M becomes shorter than the width M of 2C,.
And the pressure wave generated by the wall 1A is reflected by the wall 5A.
Time until it returns to the wall 5a across the partition wall 1A
The pressure wave reflected by the partition 1B on the opposite side
It is shorter than the time to return to 1A,
Also in this case, pressure waves reach both side surfaces of the partition wall 1A adjacent to the wall 5a.
Because there is a time difference before reaching, next to the wall 5a
Ejected from the ink ejection holes 15 communicating with the corresponding flow path 2A.
And the amount of ink droplets discharged from the wall 5a
The ink discharge holes 15 communicating with the flow paths 2B and 2C
The difference between the ejection speed and ejection amount of the ink droplet
Can be discharged from the ink discharge holes 15 communicating with the respective flow paths 2.
Variations and landing positions of the ejection speed and ejection amount of ink droplets
This is because the displacement cannot be eliminated. In the present invention, "wall 5a and this wall 5a"
The width L between the partition wall 1A and the partition wall 1A adjacent to the flow path 5a is defined as
2C,... Is equivalent to the width M of the flow paths 2A, 2B,
2C, ... has the same width as the width M, but ± 15
The dispersion may be within the range of μm or less. Next, the ink jet recording head shown in FIG.
A method for manufacturing the claw 20 will be described. First, a ceramic plate or a glass is used as the insulating substrate 4.
Prepare a lath plate. Especially limited as a type of ceramic plate
Although not specified, for example, alumina, zirconia,
Insulating cell mainly composed of forsterite, zircon, etc.
Lamix is preferred. And, on this insulating substrate 4,
Laser processing such as a carbon dioxide gas laser
After drilling ink supply holes 8 and ink recovery holes 9 respectively,
The piezoelectric ceramic plate polarized in the thickness direction is
Align with a line at a predetermined position on the top,
Paste with an adhesive such as a system. Next, using a surface grinder, the piezoelectric ceramic
After cutting the plate to make the side shape trapezoidal,
A plurality of blades serving as channels 2 are formed on the piezoelectric ceramic
The grooves are arranged side by side. At this time, the wall that partitions the groove becomes the partition wall 1. Next, the upper half of the side surface of each partition 1 and the insulating group
On the plate 4, a vapor deposition method, a sputtering method, an ion plate
Aluminum film by film forming means such as
Metal film made of metal, palladium, nickel, gold, copper, etc.
The metal film deposited on the upper half of the side surface of the partition wall 1 is used for driving.
A metal film deposited on the insulating substrate 4 as well as the electrode 3
Is the lead 16 of the driving electrode 3, and
The drive electrode 3 and its lead 16 are made of silicon nitride, etc.
A protective film S is applied. Then, each partition 1, ink supply hole 8, and
The frame member 5 is placed on an insulating substrate so as to surround the ink collecting hole 9.
4 and airtightly bonded with epoxy adhesive etc.
In addition, the Young's modulus for partitioning the recess of the frame member 5 into three rooms is 5
A wall 5a made of a material of 0 GPa is
Airtightly bond with an adhesive such as silicone. Thereafter, a gold such as a Ni-based alloy or molybdenum is used.
The lid 12 made of a metal is placed in the
The partition wall 1 and the frame portion are aligned with the center of the road 2 in the width direction.
Bonded to the top surface of material 5 with an adhesive such as epoxy
Nozzle part made of resin such as polyimide resin on lid part 12
14 is bonded with an epoxy-based adhesive or the like. After this, the frame
Outside the material 5, the drive is placed on the insulating substrate 4 on which the lead 16 is formed.
Equipped with Iver IC17, wire connection with wire bonder
After that, the laser processing such as excimer laser
And the nozzle portion 14 communicates with each of the ink guide holes 13.
Can be obtained by opening the discharge hole 15.
You. According to the present invention produced by such a method,
In the head 20, all the partition walls 1 are made of the insulating substrate 4 and the nozzle plate 1.
Adhesively bonded by the same process with 1
Therefore, the rigidity of the adhesive layer can be made uniform,
Therefore, the rigidity of all the partition walls 1 can be made uniform.
In particular, the dimensional variation of the ink ejection holes 15 of the nozzle plate 11
Can also be reduced. Therefore, the same voltage is applied to the driving electrode 3.
In this case, it is possible to displace each partition 1 with the same displacement amount.
Can be ejected from each ink ejection hole 15.
The discharge speed and discharge amount of ink droplets can be the same,
Head with little variation in ink droplet ejection speed and ejection amount
20 can be provided. The present invention relates to a head having the structure shown in FIG.
It is not limited to only 20, for example, a flow path member
The number of head elements 18 provided in 10 is not limited to three, but is four.
The head element 18 may be an insulating substrate.
4 may also be arranged in the short side direction. Also, each
The wall 5 a constituting the head element 18 is integrated with the frame member 5.
Even if it is formed in, it is integrated by joining
May be used. The scope which does not deviate from the gist of the present invention
It goes without saying that changes and improvements can be made with. EXAMPLE Here, the ink jet recording head shown in FIG.
Young's modulus of the wall 5a of the door 20, the width of the wall 5a, and the wall 5a
The width L of the partition wall 1A adjacent to the wall 5a and the flow paths 2A, 2B,
The relationship between the width M of 2C,.
An experiment was conducted to determine the ability. First, as the insulating substrate 4, 65 mm × 25
1.2mm x 1mm x 1mm alumina ceramic plate
1.5 mm round hole ink supply hole 8 and ink recovery hole 9
Are arranged in a straight line by carbon dioxide laser with 6 each.
9.1mm x 3mm x 0.5mm after drilling
, Lead zirconate titanate polarized in the thickness direction
Supplying three piezoelectric ceramic plates whose main components are ink
1 mm on the insulating substrate 4 between the hole 9 and the ink collecting hole 9
Lined up at an interval and paste with epoxy adhesive
Attached. Next, the surface of the piezoelectric ceramic plate was
Cut off the end, and make an angle with the insulating substrate 4 of 60 °.
And a trapezoidal side surface.
The upper surface of the piezoelectric ceramic plate was ground to a height of 0.45
mm. Further, a diamond boss having a thickness of 70 μm
Perpendicular to the long side of the piezoelectric ceramic plate
To a depth of 0.45mm and a pitch of 0.14mm
192 flow channels 2 having a width M of 0.075 mm are formed.
Was. Next, the upper half of the side surface of the partition wall 1 is formed by a vacuum evaporation method.
The drive electrode 3 is formed by applying an aluminum metal film
At the predetermined position on the insulating substrate 4.
The lead wire 16 of the driving electrode 3 is formed by depositing a metal film of
After the formation, the inner wall surface of the flow path 2 is further sputtered.
Thus, a protective film S of silicon nitride was applied. The outer shape is 50 mm × 17 mm and the inner shape is
The shape is 30mm x 13mm and the thickness is 0.45mm
The frame member 5 made of Ni alloy is divided into the partition walls 1 and the ink supply holes 8.
And on the insulating substrate 4 so as to surround each ink collecting hole 9.
Airtightly bonded with epoxy adhesive, and both ends of flow channel 2 and frame
A space formed by the member 5 is used as an ink reservoir,
Next, in the frame member 5 on the insulating substrate 4, Ni alloy, titanium
Lead zirconate-based piezoelectric ceramics (PZT), and
The frame member 5 is completed by joining the walls 5a made of polyimide resin.
The 192 channels 2 were cut into three equal parts. Then, on the top surfaces of the frame member 5 and the partition wall 1,
The shape is 50mm × 17mm × 0.07mm.
And guide the ink having a diameter of about 60 μm communicating with each flow path 2.
Epoxy bonding of Ni alloy lid 12 with holes 11
And the outer shape is 50 mm on the lid 12.
X 13 mm x 0.05 mm polyimide grease film
The nozzle portion 14 was joined with an epoxy adhesive. Next, the lead wire 1 formed on the insulating substrate 4
6 on which a driver IC 17 is mounted and a wire bonder
And connect the ink with an excimer laser.
Ink ejection hole with a diameter of about 28 μm communicating with the guide hole 11
15 is perforated in the nozzle portion 14 so that the number of nozzles is 1
Ninety-two inkjet recording heads 20 were produced. Then, one head of the obtained head 20 is obtained.
Supplies the sodian ink to the ink ejection element 1
Ink droplets are continuously ejected from 5 and adjacent to the wall 5a
Channel 2 and ink droplets ejected from channel 2 distant from the wall
Of ink droplet ejection speed for experiments comparing ink ejection speeds
Ejects ink droplets 100,000 times consecutively at 5 kHz.
While the ink is ejected from the predetermined ink ejection hole 15
Ink droplets at a fixed interval with a high-speed camera.
The ejection speed of the ink droplet is determined from the distance between the ejection hole 15 and the ink droplet.
Calculated. The results are as shown in Table 1. [Table 1] As a result, as can be seen from Table 1, the wall 5a
For PZT and Ni alloy materials with Young's modulus of 50 GPa or more
And the width of the wall 5a is 0.05 mm or more.
And the width between the wall 5a and the partition 1 adjacent to the wall 5a
The same width as the width of the passage 2 corresponds to the passage 2 and the wall adjacent to the wall 5a.
5a and ink ejected from flow path 2 remote from
Small difference in droplet ejection speed and extremely small ejection variation
I understand that. As a result, like the head 20 shown in FIG.
In the structure with ink reservoirs at both ends of the flow path
To eject multiple colors of ink from one head.
When the wall 5a is made of a material having a Young's modulus of 50 GPa or more,
And the wall 5a has a width of 0.05 mm or more.
And the width between the wall 5a and the partition wall 1 adjacent to the wall 5a
It can be seen that it suffices if the width is formed to be approximately equal to the width of No. 2. As described in detail above, the ink jet of the present invention
According to the recording head, a plurality of through holes are formed on the insulating substrate.
A frame member having a
The bottom of the recess formed by the edge substrate
A plurality of partition walls are arranged side by side at equal intervals, and
And both ends of each partition and the frame
The space formed by the members is used as an ink reservoir,
On the side surface of the partition, a flow path member having a driving electrode formed thereon,
Joined to the top surface of the frame member and each partition, and communicates with each flow path
A nozzle plate having ink discharge holes,
The Young's modulus of the wall that partitions at least the adjacent through holes of the material
It is made of a material of 50 GPa or more and the width of the wall
Is at least 0.05 mm, and the wall is adjacent to this wall.
The width of the partition wall is made equal to the width of the flow channel.
Can be connected to multiple inkjet recording heads.
Head element, so that each head
By supplying different colors of ink to the printing elements, color printing
And the displacement of the bulkhead next to the wall can be
Because it can be displaced in the same way as a wall,
Ink droplets discharged from ink discharge holes
Can print beautiful and clear images.
Can be. Also, the ink jet recording head of the present invention
According to the above, since the ink reservoirs are provided at both ends of the flow path,
Discharge of ink droplets compared to one with both ends of the flow path closed
The interval can be shortened, and the ink
Flow can be generated, so that air bubbles and
Prevent stagnation of ink agglomerates etc. and discharge ink droplets
To prevent the ejection speed from dropping and clogging of the ink ejection holes.
And the substrate forming the flow path member is insulated.
Since it is made of a material, the capacitance of the flow path
To reduce the power consumption of inkjet printheads
You can also.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明のインクジェット記録ヘッドを示す一部
を破断した斜視図である。 【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断面図である。 【図3】図1のE部を拡大した断面図である。 【図4】従来のインクジェット記録ヘッドを示す一部を
破断した斜視図である。 【符号の説明】 1:隔壁 2:流路 3:駆動用電極 4:絶縁基板
5:枠部材 5a:壁 6,7:インク溜 8:インク供給穴 9:インク回収
穴 10:流路部材 11:ノズル板 12:蓋部 13:インク案内孔 1
4:ノズル部 15:インク吐出孔 16:駆動用電極の引出線 1
7:ドライバーIC 18:ヘッド素子 S:保護膜 W:壁の幅 L:壁と
壁に隣り合う隔壁の幅 M:流路の幅
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a partially cutaway perspective view showing an ink jet recording head of the present invention. FIGS. 2A and 2B are cross-sectional views for explaining the driving principle of the ink jet recording head of the present invention. FIG. 3 is an enlarged sectional view of a portion E in FIG. 1; FIG. 4 is a partially broken perspective view showing a conventional ink jet recording head. [Description of Signs] 1: Partition wall 2: Flow path 3: Driving electrode 4: Insulating substrate
5: Frame member 5a: Walls 6, 7: Ink reservoir 8: Ink supply hole 9: Ink recovery hole 10: Flow path member 11: Nozzle plate 12: Lid 13: Ink guide hole 1
4: Nozzle part 15: Ink ejection hole 16: Lead wire of drive electrode 1
7: Driver IC 18: Head element S: Protective film W: Width of wall L: Width of wall and partition wall adjacent to wall M: Width of flow path

Claims (1)

【特許請求の範囲】 【請求項1】絶縁基板上に、複数の貫通穴を有する枠部
材を接合し、該枠部材の貫通穴と上記絶縁基板とで形成
される凹部底面に、圧電セラミックスからなる複数の隔
壁を等間隔に並設し、上記各隔壁間をインクの流路とす
るとともに、上記隔壁の両端と上記枠部材とで形成され
る空間をインク溜としてなり、上記各隔壁の側面には駆
動用電極を備えた流路部材と、上記枠部材及び各隔壁の
頂面に接合され、各流路と連通するインク吐出孔を備え
たノズル板とからなり、上記枠部材の少なくとも隣り合
う貫通穴を仕切る壁の幅が0.05mm以上、ヤング率
が50GPa以上であるとともに、上記壁と該壁に隣り
合う隔壁との幅が、上記流路の幅と同等であることを特
徴とするインクジェット記録ヘッド。
Claims: 1. A frame member having a plurality of through holes is joined to an insulating substrate, and a piezoelectric ceramic is formed on a bottom surface of a concave portion formed by the through hole of the frame member and the insulating substrate. A plurality of partition walls are arranged in parallel at equal intervals, and a space formed between both ends of the partition walls and the frame member is used as an ink reservoir, while a space between the partition walls is used as an ink flow path. A channel member provided with a driving electrode, and a nozzle plate provided with ink ejection holes that are joined to the top surface of the frame member and the partition walls and communicate with the respective flow channels, at least adjacent to the frame member. The width of the wall partitioning the matching through hole is 0.05 mm or more, the Young's modulus is 50 GPa or more, and the width of the wall and the partition wall adjacent to the wall is equal to the width of the flow path. Inkjet recording head.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013116571A (en) * 2011-12-01 2013-06-13 Konica Minolta Ij Technologies Inc Liquid droplet discharging head and recording apparatus

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