JP2005125631A - Liquid droplet ejecting head and image forming apparatus - Google Patents

Liquid droplet ejecting head and image forming apparatus Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem that a pressure variation of a liquid chamber at the time of driving a head causes resonance of the liquid chamber, and also impedes stable droplet ejection characteristics if a resonance frequency of the vibration agrees with a drive frequency of the head. <P>SOLUTION: A common liquid chamber 8 is formed by a frame member 14 and a pressure absorber 21 of a lower rigidity than that of the frame member 14. When an arrangement direction of the liquid chambers is made a direction X, at least one face of wall faces along the direction X of the common liquid chamber 8 is rendered a pressure absorber face 21a of a lower rigidity than that of the other wall faces for absorbing a pressure. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は液滴吐出ヘッド及び画像形成装置に関する。   The present invention relates to a droplet discharge head and an image forming apparatus.
プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ等の画像形成装置として用いるインクジェット記録装置は、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通するインク流路(吐出室、圧力室、加圧液室、液室等とも称される。)と、このインク流路内の圧力を変化させてインクを加圧するための圧力変換手段とを備えた液滴吐出ヘッドとしてのインクジェットヘッドを搭載したものである。   An ink jet recording apparatus used as an image forming apparatus such as a printer, a facsimile machine, a copying apparatus, or a plotter has a nozzle for discharging ink droplets and an ink flow path (discharge chamber, pressure chamber, pressurized liquid chamber, liquid chamber) communicating with the nozzle. And an ink jet head as a droplet discharge head provided with pressure converting means for pressurizing ink by changing the pressure in the ink flow path.
インクジェットヘッドとしては、例えば、液室内のインクを加圧する圧力を発生するための圧力変換手段として圧電素子などの電気機械変換素子を用いて、駆動手段の変位で液室の壁面を形成する弾性変形可能な振動板を変形させて液室内容積/圧力を変化させてインク滴を吐出させるいわゆるピエゾ型のものが知られている。
特開平8−108534号公報
As an ink jet head, for example, an electromechanical conversion element such as a piezoelectric element is used as a pressure conversion means for generating pressure to pressurize ink in a liquid chamber, and an elastic deformation that forms a wall surface of the liquid chamber by displacement of a drive means A so-called piezoelectric type is known in which an ink droplet is ejected by changing the volume / pressure of a liquid chamber by deforming a possible diaphragm.
JP-A-8-108534
このようなインクジェットヘッドの一例を図18及び図19に示している。なお、図18は同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図、図19は同ヘッドの液室短手方向に沿う断面説明図である。   An example of such an ink jet head is shown in FIGS. 18 is a cross-sectional explanatory view along the longitudinal direction of the liquid chamber of the head, and FIG. 19 is a cross-sectional explanatory view along the lateral direction of the liquid chamber of the head.
このインクジェットヘッドは、液室基板211とノズル板218とを接合して、インク滴を吐出するノズル213に連通した加圧液室214、加圧液室214に連通部220を介してインクを供給する共通液室219を形成し、加圧液室214の壁面の一部を形成する振動板216の面外側にベース基板212に設けた圧電素子217を接合している。   This ink jet head joins a liquid chamber substrate 211 and a nozzle plate 218 to supply ink to a pressurized liquid chamber 214 that communicates with a nozzle 213 that discharges ink droplets, and to the pressurized liquid chamber 214 via a communicating portion 220. The common liquid chamber 219 is formed, and the piezoelectric element 217 provided on the base substrate 212 is joined to the outside of the vibration plate 216 forming a part of the wall surface of the pressurized liquid chamber 214.
この振動板216は、圧電素子217の変形に伴い弾性変形するが、圧電素子217の変位を効率よく加圧液室214の容積変化にするために、振動板216は通常、加圧液室214を構成する他の面よりも剛性を小さく(=コンプライアンスを大きく)している。また、共通液室219は図示しないインクタンクに接続され、液室基板211とベース基板212との間には支持部材221を設けている。   The diaphragm 216 is elastically deformed as the piezoelectric element 217 is deformed. In order to efficiently change the displacement of the piezoelectric element 217 to change the volume of the pressurized liquid chamber 214, the diaphragm 216 is usually the pressurized liquid chamber 214. The rigidity is made smaller (= compliance is made larger) than the other surfaces constituting the structure. The common liquid chamber 219 is connected to an ink tank (not shown), and a support member 221 is provided between the liquid chamber substrate 211 and the base substrate 212.
ここで、圧電素子217に図示しない駆動回路から電圧を加えることで圧電素子217は変形を生じ、振動板216を加圧液室214の容積が増加または減少するように変形させる。加圧液室214の容積を増加させた場合は加圧液室214の内部圧力は減少するので、共通液室219から連通部220を通ってインクが加圧液室214に補充される。   Here, when a voltage is applied to the piezoelectric element 217 from a drive circuit (not shown), the piezoelectric element 217 is deformed, and the diaphragm 216 is deformed so that the volume of the pressurized liquid chamber 214 is increased or decreased. When the volume of the pressurizing liquid chamber 214 is increased, the internal pressure of the pressurizing liquid chamber 214 decreases, so that the ink is replenished from the common liquid chamber 219 through the communication portion 220 to the pressurizing liquid chamber 214.
その後に加圧液室214の内部圧力を増加させるような駆動を行う。すなわち、加圧液室214の容積を減少させるように圧電素子217を駆動させた場合は、加圧液室214の内部圧力が増加するので、ノズル213からインクが押し出されてインク滴222となって飛翔し、図示しない被記録媒体(紙など)にインク滴が付着することで記録を行うことができる。   Thereafter, driving is performed to increase the internal pressure of the pressurized liquid chamber 214. That is, when the piezoelectric element 217 is driven so as to reduce the volume of the pressurized liquid chamber 214, the internal pressure of the pressurized liquid chamber 214 increases, so that ink is pushed out from the nozzle 213 to become ink droplets 222. The recording can be performed by flying the ink droplets and attaching ink droplets to a recording medium (such as paper) (not shown).
なお、ヘッド構成は圧電素子を用いるものだけでなく、発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いて液体の膜沸騰による相変化を利用するサーマルアクチュエータ、温度変化による金属相変化を用いる形状記憶合金アクチュエータ、静電力を用いる静電アクチュエータなどをインクを吐出するための圧力変換手段として備えたものなどもある。   The head structure is not only a piezoelectric element, but also a thermal actuator that uses a phase change caused by film boiling of a liquid using an electrothermal transducer such as a heating resistor, and a shape memory alloy that uses a metal phase change caused by a temperature change. Some include actuators, electrostatic actuators using electrostatic force, and the like as pressure conversion means for ejecting ink.
ところで、前記のようにインクジェットヘッドで液滴を吐出する場合、加圧液室の圧力を増加させる必要がある。また、ここで発生する圧力は、インク滴を飛ばすと同時に共通液室へと伝播するが、この圧力が再び加圧液室側へ伝わると、加圧液室の圧力が変動する。   By the way, when ejecting droplets with an ink jet head as described above, it is necessary to increase the pressure of the pressurized liquid chamber. The pressure generated here propagates to the common liquid chamber at the same time as ink droplets are blown, but when this pressure is transmitted again to the pressure liquid chamber side, the pressure in the pressure liquid chamber fluctuates.
特に、ノズル数の多いヘッドにおいて、多チャンネル駆動するときの圧力変動は大きく、液室の共振(相互干渉)の原因になるとともに、この振動の共振周波数が印写を行う駆動周波数と一致すると、滴吐出に影響して画質が低下するという不具合が発生する。   In particular, in a head with a large number of nozzles, the pressure fluctuation when driving with multiple channels is large, causing resonance of the liquid chamber (mutual interference), and when the resonance frequency of this vibration matches the driving frequency for printing, There is a problem that the image quality deteriorates due to the droplet ejection.
これを防ぐためには、共通液室における圧力減衰効率を高める必要があるが、その手段としては、一般に共通液室の体積を大きく取ることが行われる他、特許文献2に記載されているように、液室と共通液室との間に、液室内の圧力変化を吸収するためのダンパー部を備えることが行われている。
特開平06−191030
In order to prevent this, it is necessary to increase the pressure attenuation efficiency in the common liquid chamber, but as a means for that, generally, the volume of the common liquid chamber is increased, as described in Patent Document 2. In addition, a damper portion for absorbing a pressure change in the liquid chamber is provided between the liquid chamber and the common liquid chamber.
Japanese Patent Laid-Open No. 06-191030
また、目的は異なるが、インクジェットヘッドの共通液室に外部からインクを供給するときの圧力変動を低減するために、インクタンクからヘッドへのインク供給路中にインク供給圧の変動を吸収するためのダンパーを設けたものがある。
特開2000−158668
In order to reduce the pressure fluctuation when supplying ink from the outside to the common liquid chamber of the inkjet head, although the purpose is different, to absorb the fluctuation of the ink supply pressure in the ink supply path from the ink tank to the head. Some of them have dampers.
JP2000-158668
しかしながら、特許文献2に記載されたヘッドにあっては、個別液室単位でダンパーを設けているために、ダンパー部の剛性を十分に下げることが難しく、効果的な圧力吸収を行うことが難しく、構成も複雑になる。特に、近年、記録速度の高速化に対応するため、ヘッドのノズル数は増える傾向にあり、特許文献2に記載された構成を適用することは困難であるという課題がある。   However, in the head described in Patent Document 2, since the damper is provided for each individual liquid chamber, it is difficult to sufficiently reduce the rigidity of the damper portion, and it is difficult to perform effective pressure absorption. The configuration is also complicated. In particular, in recent years, the number of nozzles of the head tends to increase in order to cope with an increase in recording speed, and there is a problem that it is difficult to apply the configuration described in Patent Document 2.
また、特許文献3に記載されたものは、インク供給の脈動を低減するものであって、ヘッドの駆動に伴う共通液室の圧力変動を吸収するものではない。   Further, what is described in Patent Document 3 is to reduce ink supply pulsation, and does not absorb pressure fluctuations in the common liquid chamber caused by driving of the head.
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、共通液室の共振を低減しつつ効率的に圧力変動を減衰することで高速、高品質で記録のできる液滴吐出ヘッド及びこの液滴吐出ヘッドを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and a droplet discharge head capable of recording at high speed and high quality by efficiently attenuating pressure fluctuation while reducing resonance of a common liquid chamber, and the droplet An object of the present invention is to provide an image forming apparatus provided with an ejection head.
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、液室の並び方向をX方向としたときに、共通液室のX方向に沿う壁面の内の少なくとも一つの面は他の壁面よりも剛性を低くして圧力変化を吸収するための圧力吸収体面とし、この圧力吸収体面を形成する部材は厚さが均一でない構成とした。   In the droplet discharge head according to the present invention, when the arrangement direction of the liquid chambers is the X direction, at least one of the wall surfaces along the X direction of the common liquid chamber has lower rigidity than the other wall surfaces. The pressure absorber surface for absorbing the pressure change was used, and the members forming the pressure absorber surface were not uniform in thickness.
ここで、圧力吸収体面を形成する部材は、X方向で圧力吸収体面を3分割したとき、3分割した中央部の平均の厚さが両端部の平均の厚さよりも厚いことが好ましい。   Here, as for the member which forms a pressure absorber surface, when the pressure absorber surface is divided into three in the X direction, it is preferable that the average thickness of the central portion divided into three is thicker than the average thickness of both ends.
また、圧力吸収体面を形成する部材は、少なくとも薄肉部と厚肉部の2種類の厚さを有していることが好ましい。この場合、圧力吸収体面を形成する部材はX方向の両端部が薄肉部、中央部が厚肉部であることが好ましい。そして、圧力吸収体面を形成する部材は、積層構造をなし、薄肉部と厚肉部で積層数が異なっていることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the member which forms a pressure absorber surface has at least two types of thickness of a thin part and a thick part. In this case, as for the member which forms a pressure absorber surface, it is preferable that the both ends of a X direction are a thin part, and a center part is a thick part. And it is preferable that the member which forms a pressure absorber surface comprises a laminated structure, and the number of lamination | stacking differs in a thin part and a thick part.
さらに、圧力吸収体面を形成する部材は、薄肉部の厚さをUd(m)、薄肉部の短手方向長さをUy(m)、薄肉部のX方向長さをUx(m)、薄肉部のヤング率をE(Pa)としたときに、次の(1)式の関係を充足することが好ましい。   Further, the member that forms the pressure absorber surface has a thickness of the thin portion Ud (m), a length in the short direction of the thin portion Uy (m), and a length of the thin portion in the X direction Ux (m). When the Young's modulus of the part is E (Pa), it is preferable to satisfy the relationship of the following expression (1).
また、圧力吸収体面を形成する部材のヤング率は100MPa以上であることが好ましい。さらに、圧力吸収体面を形成する部材はNiからなることが好ましい。   The Young's modulus of the member forming the pressure absorber surface is preferably 100 MPa or more. Further, the member forming the pressure absorber surface is preferably made of Ni.
さらに、薄肉部のX方向長さをUx(μm)、圧力吸収体面全体のX方向長さをTx(μm)としたときに、次の(2)式の関係を充足することが好ましい。   Furthermore, it is preferable that the relationship of the following equation (2) is satisfied, where the X-direction length of the thin portion is Ux (μm) and the X-direction length of the entire pressure absorber surface is Tx (μm).
また、薄肉部の領域の一部に第2の厚肉部が形成されていることが好ましい。この場合、厚肉部と第2の厚肉部は、同じ厚さであることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the 2nd thick part is formed in a part of area | region of a thin part. In this case, it is preferable that the thick part and the second thick part have the same thickness.
さらに、液室の少なくとも一面を形成する振動板と圧力吸収体面を形成する部材の少なくとも一部が同一の層で一体形成されていることが好ましい。   Furthermore, it is preferable that at least a part of the vibration plate forming at least one surface of the liquid chamber and the member forming the pressure absorber surface are integrally formed of the same layer.
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、液室の並び方向をX方向としたときに、共通液室のX方向に沿う壁面の内の少なくとも一つの面は他の壁面よりも剛性を低くして圧力変化を吸収するための圧力吸収体面とし、この圧力吸収体面を形成する部材は剛性が異なる複数の部分を有している構成としたものである。   In the droplet discharge head according to the present invention, when the arrangement direction of the liquid chambers is the X direction, at least one of the wall surfaces along the X direction of the common liquid chamber has lower rigidity than the other wall surfaces. A pressure absorber surface for absorbing a pressure change is formed, and a member forming the pressure absorber surface has a plurality of portions having different rigidity.
これらの本発明に係る液滴吐出ヘッドにおいて、このヘッドはライン型の記録ヘッドであることが好ましい。   In these droplet discharge heads according to the present invention, this head is preferably a line type recording head.
本発明に係る画像形成装置は、本発明に係る液滴吐出ヘッドを備えたものである。   An image forming apparatus according to the present invention includes the droplet discharge head according to the present invention.
本発明に係る液滴吐出ヘッドによれば、共通液室の1つの壁面を圧力吸収体面とし、この圧力吸収体面を形成する部材は厚さが均一でない構成とし、あるいは、剛性が異なる部分を有する構成としたので、圧力吸収体面の剛性を維持しつつ共振周波数の低下を抑制することができて、ヘッドの駆動周波数と圧力吸収体面の共振周波数を異ならせることができ、高速駆動時においても安定した滴吐出特性が得られる。そして、本発明に係る画像形成装置は、本発明に係る液滴吐出ヘッドを備えているので、高速で高画質記録を行うことができる。   According to the droplet discharge head according to the present invention, one wall surface of the common liquid chamber is used as a pressure absorber surface, and a member forming the pressure absorber surface has a structure in which the thickness is not uniform or has a portion having different rigidity. Since it is configured, it is possible to suppress the decrease in the resonance frequency while maintaining the rigidity of the pressure absorber surface, and the head drive frequency and the resonance frequency of the pressure absorber surface can be made different, which is stable even at high speed drive The droplet ejection characteristics can be obtained. Since the image forming apparatus according to the present invention includes the droplet discharge head according to the present invention, high-quality recording can be performed at high speed.
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。本発明の液滴吐出ヘッドの第1実施形態に係るインクジェットヘッドについて図1ないし図3を参照して説明する。なお、図1は同ヘッドの分解斜視説明図、図2は同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図、図3は図2のA−A線に沿う同ヘッドの液室短手方向(ノズルの並び方向)の断面説明図である。ここで、図3は他と異なり上限反転して図示している。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. An ink jet head according to a first embodiment of a droplet discharge head of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 is an exploded perspective view of the head, FIG. 2 is a cross-sectional view of the head along the longitudinal direction of the liquid chamber, and FIG. 3 is a lateral view of the head along the AA line of FIG. It is sectional explanatory drawing of the arrangement direction of a nozzle. Here, FIG. 3 is shown with the upper limit inverted, unlike the others.
このインクジェットヘッドは、単結晶シリコン基板で形成した流路形成基板(液室基板)1と、この流路形成基板1の下面に接合した振動板2と、流路形成基板1の上面に接合したノズル板3と、後述するフレーム部材14を有し、これらによってインク滴を吐出するノズル5が連通する流路である加圧液室6、加圧液室6に流体抵抗部となるインク供給路(連通部)7を介してインクを供給する共通液室8を形成している。   This inkjet head is bonded to the flow path forming substrate (liquid chamber substrate) 1 formed of a single crystal silicon substrate, the diaphragm 2 bonded to the lower surface of the flow path forming substrate 1, and the upper surface of the flow path forming substrate 1. A pressure plate 6 having a nozzle plate 3 and a frame member 14 which will be described later, and a nozzle 5 for ejecting ink droplets communicate with each other, and an ink supply path serving as a fluid resistance portion in the pressure chamber 6 A common liquid chamber 8 for supplying ink through a (communication portion) 7 is formed.
そして、振動板2の面外側(液室6と反対面側)に各加圧液室6に対応して駆動手段としての積層型圧電素子12を接合し、この積層型圧電素子12はベース基板13に接合して固定している。   Then, a laminated piezoelectric element 12 as a driving means is bonded to the outer side of the diaphragm 2 (on the opposite side to the liquid chamber 6) corresponding to each pressurized liquid chamber 6, and the laminated piezoelectric element 12 is a base substrate. 13 and fixed.
そして、フレーム部材14には流路形成基板1と共に共通液室8を形成する掘り込み部及びこの共通液室8に外部からインクを供給するためのインク供給口(連通管)9を形成し、この連通管9は図示しないインクカートリッジなどのインク供給源に接続される。   The frame member 14 is formed with a dug portion for forming the common liquid chamber 8 together with the flow path forming substrate 1 and an ink supply port (communication pipe) 9 for supplying ink to the common liquid chamber 8 from the outside. The communication tube 9 is connected to an ink supply source such as an ink cartridge (not shown).
さらに、圧電素子12には駆動信号を与えるために半田接合又はACF(異方導電性膜)接合若しくはワイヤボンディングでFPCケーブル18を接続し、このFPCケーブル18には各圧電素子12に選択的に駆動波形を印加するための駆動回路(ドライバIC)19を実装している。   Further, an FPC cable 18 is connected to the piezoelectric element 12 by solder bonding, ACF (anisotropic conductive film) bonding or wire bonding in order to give a drive signal. The FPC cable 18 is selectively connected to each piezoelectric element 12. A drive circuit (driver IC) 19 for applying a drive waveform is mounted.
ここで、流路形成基板1は、結晶面方位(110)の単結晶シリコン基板を水酸化カリウム水溶液(KOH)などのアルカリ性エッチング液を用いて異方性エッチングすることで、各加圧液室6となる貫通穴、インク供給路(連通管)7を構成する溝部をそれぞれ形成している。   Here, the flow path forming substrate 1 is obtained by anisotropically etching a single crystal silicon substrate having a crystal plane orientation (110) using an alkaline etching solution such as an aqueous potassium hydroxide solution (KOH), thereby providing each pressurized liquid chamber. 6 and a groove portion constituting the ink supply path (communication pipe) 7 are formed.
振動板2はニッケルの金属プレートから形成したもので、エレクトロフォーミング法で製造している。ノズル板3は各加圧液室6に対応して直径10〜30μmのノズル5を形成し、流路形成基板1に接着剤接合している。なお、共通液室8の長手方向の端部に対応するノズル5a(図3参照)あるいは両端部のノズル5aに対応する加圧液室は画像形成には用いずに、気泡排出の吸引用として設けたダミーノズルとすることもできる。   The diaphragm 2 is formed from a nickel metal plate and is manufactured by an electroforming method. The nozzle plate 3 forms a nozzle 5 having a diameter of 10 to 30 μm corresponding to each pressurized liquid chamber 6 and is bonded to the flow path forming substrate 1 with an adhesive. Note that the nozzle 5a (see FIG. 3) corresponding to the end of the common liquid chamber 8 in the longitudinal direction or the pressurized liquid chamber corresponding to the nozzle 5a at both ends is not used for image formation, but is used for sucking out bubbles. It can also be a dummy nozzle provided.
このノズル板3としては、ステンレス、ニッケルなどの金属、金属とポリイミド樹脂フィルムなどの樹脂との組み合せ、シリコン、及びそれらの組み合わせからなるものを用いることができる。また、ノズル面(吐出方向の表面:吐出面)には、インクとの撥水性を確保するため、メッキ被膜、あるいは撥水剤コーティングなどの周知の方法で撥水膜を形成している。このノズル板3の周囲とヘッドフレーム14との間には封止剤20を充填している。この封止剤20は接着の役割も兼ねている。   The nozzle plate 3 may be made of a metal such as stainless steel or nickel, a combination of a metal and a resin such as a polyimide resin film, silicon, or a combination thereof. Further, a water repellent film is formed on the nozzle surface (surface in the ejection direction: ejection surface) by a known method such as a plating film or a water repellent coating in order to ensure water repellency with ink. A sealant 20 is filled between the periphery of the nozzle plate 3 and the head frame 14. The sealant 20 also serves as an adhesive.
このように構成したインクジェットヘッドにおいては、圧電素子12に対して選択的に20〜50Vの駆動パルス電圧を印加することによって、パルス電圧が印加された圧電素子12が積層方向(d33方向を用いる場合)に変位して振動板2をノズル5方向に変形させ、加圧液室6の容積/体積変化によって加圧液室6内のインクが加圧され、ノズル5からインク滴が吐出(噴射)される。   In the ink jet head configured as described above, when a drive pulse voltage of 20 to 50 V is selectively applied to the piezoelectric element 12, the piezoelectric element 12 to which the pulse voltage is applied uses the stacking direction (d33 direction). ), The diaphragm 2 is deformed in the direction of the nozzle 5, the ink in the pressurized liquid chamber 6 is pressurized by the volume / volume change of the pressurized liquid chamber 6, and ink droplets are ejected (jetted) from the nozzle 5. Is done.
そして、インク滴の吐出に伴って加圧液室6内の液圧力が低下し、このときのインク流れの慣性によって加圧液室6内には若干の負圧が発生する。この状態の下において、圧電素子12への電圧の印加をオフ状態にすることによって、振動板2が元の位置に戻って加圧液室6が元の形状になるため、さらに負圧が発生する。このとき、インク供給口9から共通液室8、流体抵抗部であるインク供給路(連通部)7を経て加圧液室6内にインクが充填される。そこで、ノズル5のインクメニスカス面の振動が減衰して安定した後、次のインク滴吐出のために圧電素子12にパルス電圧を印加しインク滴を吐出させる。   As the ink droplets are ejected, the liquid pressure in the pressurized liquid chamber 6 decreases, and a slight negative pressure is generated in the pressurized liquid chamber 6 due to the inertia of the ink flow at this time. Under this state, when the voltage application to the piezoelectric element 12 is turned off, the diaphragm 2 returns to the original position and the pressurized liquid chamber 6 becomes the original shape, so that further negative pressure is generated. To do. At this time, the ink is filled into the pressurized liquid chamber 6 from the ink supply port 9 through the common liquid chamber 8 and the ink supply path (communication portion) 7 which is a fluid resistance portion. Therefore, after the vibration of the ink meniscus surface of the nozzle 5 is attenuated and stabilized, a pulse voltage is applied to the piezoelectric element 12 to discharge the ink droplet for the next ink droplet discharge.
なお、上記の説明ではノズルは上向きで図示している(図3以外)が、画像を形成する部材、例えば紙などに向けてインクを噴射する場合は、インクを噴射する向きは鉛直下向きである場合が多く、本発明においても、画像形成時、即ちインク噴射時には水平に搬送される画像形成部材(紙など)の鉛直方向上から、インク滴が画像形成部材に向かって飛翔する。   In the above description, the nozzles are shown facing upward (other than FIG. 3). However, when ejecting ink toward a member that forms an image, such as paper, the direction of ejecting ink is vertically downward. In many cases, even in the present invention, ink droplets fly toward the image forming member from the vertical direction of the image forming member (such as paper) that is conveyed horizontally during image formation, that is, when ink is ejected.
次に、このインクジェットヘッドの共通液室の構造について図4ないし図6をも参照して説明する。なお、図4は同ヘッドの共通液室部分を説明する液室の並び方向に沿う要部拡大断面説明図であり、共通液室とインク供給口部分を抜き出して図示している。また、図5は圧力吸収体部分の平面説明図、図6は同圧力吸収体部分の他の例を示す平面説明図である。   Next, the structure of the common liquid chamber of this ink jet head will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is an enlarged cross-sectional explanatory view of a main portion along the liquid chamber arrangement direction for explaining the common liquid chamber portion of the head, and shows the common liquid chamber and the ink supply port portion extracted. FIG. 5 is an explanatory plan view of the pressure absorber portion, and FIG. 6 is an explanatory plan view showing another example of the pressure absorber portion.
このヘッドでは、共通液室8をフレーム部材14及びこのフレーム部材14よりも剛性の低い圧力吸収体(圧力吸収面を形成する部材)21によって形成することで、液室の並び方向をX方向としたとき、共通液室8のX方向に沿う壁面のうちの少なくとも一面を他の壁面より剛性が低く圧力を吸収するための圧力吸収体面21aとしている。   In this head, the common liquid chamber 8 is formed by the frame member 14 and the pressure absorber 21 (the member forming the pressure absorbing surface) 21 having a rigidity lower than that of the frame member 14, so that the liquid chambers are arranged in the X direction. At this time, at least one of the wall surfaces along the X direction of the common liquid chamber 8 is a pressure absorber surface 21a for absorbing pressure with lower rigidity than the other wall surfaces.
ここで、圧力吸収体面21aを形成する圧力吸収体21は、図4に示すように、X方向の厚さが均一ではなく、中央部付近が平均的に厚肉、両端部付近が薄肉である構成となっている。具体的には、X方向で圧力吸収体面21aを3分割したとき、3分割した中央部の平均厚さは、両端部の平均厚さよりも厚い構造とし、中央部に厚肉部23を、両端部に薄肉部22を形成している。なお、この例では、3分割として3等分の例を示しているが、後述するように、3分割して中央部を厚肉部23とすることでもよい。このとき、厚肉部23は薄肉部22よりも剛性が高くなり、圧力吸収体21は剛性の異なる複数の部分を有していることになる。   Here, as shown in FIG. 4, the pressure absorber 21 forming the pressure absorber surface 21a is not uniform in thickness in the X direction, and is thick on the average near the center and thin near both ends. It has a configuration. Specifically, when the pressure absorber surface 21a is divided into three parts in the X direction, the average thickness of the central part divided into three parts is thicker than the average thickness of both end parts, and the thick part 23 is provided in the center part. A thin portion 22 is formed in the portion. In this example, an example of three equal parts is shown as three divisions. However, as will be described later, the central part may be divided into three to form the thick part 23. At this time, the thick portion 23 has higher rigidity than the thin portion 22, and the pressure absorber 21 has a plurality of portions having different rigidity.
この場合、圧力吸収体21は、振動板2を形成する薄肉部22となる第1層21Aと、この第1層21A上に設けられ、第1層21Aとともに厚肉部23を形成する第2層21Bとの積層構造としている。このように、圧力吸収体21を積層構造とすることで容易に厚さを不均一にすることができ、また、複数層の一部を振動板2と同じ層で形成することができるようにより、振動板形成工程で圧力吸収体21を同時に形成することができ、製造工程を簡略化することができる。   In this case, the pressure absorber 21 is provided on the first layer 21A to be the thin portion 22 forming the diaphragm 2, and the second layer forming the thick portion 23 together with the first layer 21A. A laminated structure with the layer 21B is employed. As described above, the thickness of the pressure absorber 21 can be easily made non-uniform, and a part of the plurality of layers can be formed of the same layer as the diaphragm 2. The pressure absorber 21 can be formed at the same time in the diaphragm forming step, and the manufacturing process can be simplified.
なお、ここでは、薄肉部22と厚肉部23の境界部分において、肉厚に段差が生じているが、このような段差を設けず、例えば、厚肉部から薄肉部への厚みを連続的に変化させ傾斜状の構造にすることもでき、このようにしても、圧力吸収体21の厚さを不均一にし、剛性の異なる部分を有する構成とすることができる。また、薄肉部22と厚肉部23を設ける領域配分は、上記のように3等分に限られるものではなく、当該圧力吸収体の材質、大きさなどに応じて、最適の配分及び位置を決定すればよい。   Here, there is a step in the thickness at the boundary between the thin portion 22 and the thick portion 23, but such a step is not provided. For example, the thickness from the thick portion to the thin portion is continuously increased. In this case, the thickness of the pressure absorber 21 can be made non-uniform, and a structure having portions with different rigidity can be obtained. In addition, the area distribution in which the thin wall portion 22 and the thick wall portion 23 are provided is not limited to three equal parts as described above, and an optimal distribution and position are determined according to the material and size of the pressure absorber. Just decide.
また、圧力吸収体21の薄肉部21Aと厚肉部21Bは、図5に示すように、X方向と直交する方向の幅(薄肉部21Aの短手方向の幅Uy)を同じにすることができるし、あるいは、図6に示すように、薄肉部21Aの短手方向の幅Uyよりも厚肉部21Bの幅を小さくすることもできる。   Further, as shown in FIG. 5, the thin portion 21A and the thick portion 21B of the pressure absorber 21 may have the same width in the direction orthogonal to the X direction (the width Uy in the short direction of the thin portion 21A). Alternatively, as shown in FIG. 6, the width of the thick portion 21B can be made smaller than the width Uy in the short direction of the thin portion 21A.
このように、圧力吸収体の厚さが不均一となる構成にすることで、共通液室の構造振動が複雑化し、低周波数での大きな振動モードの発生を抑制することができ、駆動周波数と共通液室8の共振周波数が重複することを防止できる。   In this way, by adopting a configuration in which the thickness of the pressure absorber is not uniform, the structural vibration of the common liquid chamber is complicated, and generation of a large vibration mode at a low frequency can be suppressed. It is possible to prevent the resonance frequencies of the common liquid chamber 8 from overlapping.
また、圧力吸収体が剛性の異なる複数の部分を有する構成にすることで、共通液室の構造振動が複雑化し、低周波数での大きな振動モードの発生を抑制することができ、駆動周波数と共通液室8の共振周波数が重複することを防止できる。なお、圧力吸収体が剛性の異なる複数の部分を有する構成としては、部分的に厚さを異ならせる以外にも、例えば部分的に材質を異ならせることによっても達成できる。   In addition, the structure of the pressure absorber having a plurality of parts having different rigidity complicates the structural vibration of the common liquid chamber, and can suppress the generation of a large vibration mode at a low frequency, and is common with the drive frequency. It is possible to prevent the resonance frequencies of the liquid chambers 8 from overlapping. In addition, as a structure which a pressure absorber has a several part from which rigidity differs, it can also achieve by making material differ partially, for example besides changing thickness partially.
すなわち、滴吐出時に圧力室から共通液室に伝播する圧力振動が他の圧力室に伝播することを防ぐためには、共通液室における圧力減衰効率を高める必要があるが、その手段として、共通液室の壁面の一部を剛性の低い部材、もしくは構造とし、壁面そのものの振動によって圧力変動を減衰させる方法、又は共通液室の壁面にゴム等の弾性の低い部材をコーティングすることによって、その部材の表面の変形によって圧力変動を減衰させる方法等が考えられる。これらのうち、壁面そのものの振動によって圧力変動を減衰させる方法は、製造の容易さ(コスト面及び工法的難易度)と減衰効率の良さから特に優れている。   That is, in order to prevent the pressure vibration propagating from the pressure chamber to the common liquid chamber during droplet discharge from propagating to other pressure chambers, it is necessary to increase the pressure attenuation efficiency in the common liquid chamber. A part of the wall surface of the chamber is made of a member having a low rigidity or a structure, and the pressure fluctuation is attenuated by vibration of the wall surface itself, or the wall surface of the common liquid chamber is coated with a member having low elasticity such as rubber. A method of attenuating pressure fluctuations by deformation of the surface of the surface can be considered. Among these, the method of attenuating the pressure fluctuation by the vibration of the wall surface itself is particularly excellent in terms of ease of manufacturing (cost and construction difficulty) and good damping efficiency.
しかしながら、共通液室の壁面の剛性を下げ、振動が容易に起こる構成とすると、壁面そのものの共振により共通液室の圧力変動が発生するという問題が生じる。   However, when the rigidity of the wall surface of the common liquid chamber is lowered and the vibration easily occurs, there arises a problem that pressure fluctuation of the common liquid chamber occurs due to resonance of the wall surface itself.
これを具体的に説明すると、図7に示すように共通液室の壁面の一部をすべて薄肉部22で形成して剛性を下げた圧力吸収体21とした場合、駆動周波数4kHzで駆動したときの共通液室の壁面の振動モードは図8に示すようになった。また、共通液室の壁面の剛性を下げないで、駆動周波数16.8kHzで駆動したときの共通液室の壁面の振動モードは図9に示すようになった。なお、図8又は図9に示した例の共通液室の壁面の面積はそれぞれ同じであり、壁面を形成する部分の厚さを変えることによって異なる剛性の壁面を構成したものである。   Specifically, as shown in FIG. 7, when the pressure absorber 21 with a part of the wall surface of the common liquid chamber formed of the thin wall portion 22 to reduce the rigidity is used and driven at a drive frequency of 4 kHz, The vibration mode of the wall surface of the common liquid chamber is as shown in FIG. Further, the vibration mode of the wall surface of the common liquid chamber when driven at a driving frequency of 16.8 kHz without lowering the rigidity of the wall surface of the common liquid chamber is as shown in FIG. In addition, the area of the wall surface of the common liquid chamber of the example shown in FIG. 8 or FIG. 9 is the same, and the wall surface of different rigidity is comprised by changing the thickness of the part which forms a wall surface.
これらの図8及び図9から分かるように、共通液室の壁面の面積の剛性を下げて圧力吸収体を構成した場合の共振周波数は、剛性を下げないときの周波数に比べて低い周波数帯に推移する。したがって、インク滴を吐出させる周期が短くなる、すなわち、ヘッドの駆動周波数が高くなると、この共通液室壁面の共振周波数と重なる場合が生じる。通常、インクジェットヘッドの駆動周波数としては、数kHzから十数kHzの周波数帯が用いられており、この駆動周波数は共通液室の壁面の共振周波数より低いが、剛性を下げた壁面では共振周波数が低くなるため、共振周波数が記録ヘッドの駆動周波数帯域に重なる場合が生じる。   As can be seen from FIGS. 8 and 9, the resonance frequency when the pressure absorber is configured by reducing the rigidity of the wall surface area of the common liquid chamber is in a lower frequency band than the frequency when the rigidity is not lowered. Transition to. Accordingly, when the cycle of ejecting ink droplets is shortened, that is, when the drive frequency of the head is increased, the resonance frequency of the wall surface of the common liquid chamber may overlap. Usually, a frequency band of several kHz to several tens of kHz is used as the driving frequency of the inkjet head, and this driving frequency is lower than the resonance frequency of the wall surface of the common liquid chamber, but the resonance frequency is lower on the wall surface with reduced rigidity. Therefore, the resonance frequency may overlap the drive frequency band of the recording head.
この共通液室壁面の共振点では、壁面の振動に伴い共通液室の圧力自体が大きく変動するため、共通液室の壁面の剛性を下げて圧力吸収体とした場合、共通液室の圧力変化の周波数特性は、図10に示すように共振周波数において大きな圧力変動値を示すようになる。   At the resonance point of the common liquid chamber wall surface, the pressure of the common liquid chamber itself greatly fluctuates with the vibration of the wall surface. Therefore, when the rigidity of the wall surface of the common liquid chamber is lowered and used as a pressure absorber, the pressure change of the common liquid chamber wall 10 shows a large pressure fluctuation value at the resonance frequency as shown in FIG.
このように、本来、共通液室の圧力を減衰させるべき圧力吸収体が、圧力吸収体自体を設けることにより、逆に、共通液室の圧力変動を増大させる結果となる。そして、これを避けるためには、記録ヘッドの駆動周波数を共振周波数に重ならない帯域に設定する必要があり、記録ヘッドの駆動条件が制約されることとなる。   As described above, the pressure absorber that should originally attenuate the pressure of the common liquid chamber is provided with the pressure absorber itself, and conversely, the pressure fluctuation of the common liquid chamber is increased. In order to avoid this, it is necessary to set the driving frequency of the recording head in a band that does not overlap with the resonance frequency, which restricts the driving condition of the recording head.
特に、インクジェット記録装置の高速化に対応するため、記録ヘッドのノズル数は増える傾向にあるが、ノズル数の増加、すなわち、個別液室の数が増えることに伴い、共通液室の長さ(液室並び方向の長さ)が長くなり、その結果、圧力吸収体の長さも長くしなければならない。圧力吸収体の長さがながくなることによって、剛性が一段と下がることになり、共通液室壁面の共振点がさらに低周波数側にシフトするため、記録ヘッドの駆動周波数を共振周波数に重ならない帯域にするためには、更に駆動条件設定を厳しくしなければならない。特に、ライン型ヘッドのように、ノズル数が多く、それに伴う共通液室長が長いヘッドにおいては、発生する圧力変動が大きいため問題となる。   In particular, the number of nozzles of the recording head tends to increase in order to cope with the higher speed of the ink jet recording apparatus. However, as the number of nozzles increases, that is, the number of individual liquid chambers increases, the length of the common liquid chamber ( The length of the liquid chamber arrangement direction) becomes longer, and as a result, the length of the pressure absorber must also be increased. By reducing the length of the pressure absorber, the rigidity is further reduced, and the resonance point of the common liquid chamber wall surface is further shifted to the lower frequency side, so that the drive frequency of the recording head does not overlap the resonance frequency. In order to achieve this, it is necessary to further tighten the drive condition setting. In particular, in a head having a large number of nozzles and a long common liquid chamber length, such as a line-type head, a problem occurs because the generated pressure fluctuation is large.
これに対して、本発明のように全体を薄肉部22である圧力吸収体とせずに、厚肉部23を含む圧力吸収体21とすることによって、圧力減衰効果を得ながら、共振周波数の低下を抑えることができる。したがって、高速駆動時においても安定した滴吐出特性が得られる。   On the other hand, the pressure absorber 21 including the thick portion 23 is not used as a pressure absorber that is the thin portion 22 as in the present invention, but the resonance frequency is reduced while obtaining the pressure damping effect. Can be suppressed. Therefore, stable droplet ejection characteristics can be obtained even during high-speed driving.
ここで、本発明に係る圧力吸収体を備えた共通液室の圧力変化の周波数特性の評価結果を図11に示している。この周波数特性は、図4において、圧力吸収体面21aのX方向長の両端35%の領域を薄肉部22とし、残りの中央部30%の領域を厚肉部23としたときの周波数特性である。この図11と前述した図10の圧力吸収体面全体を薄肉部とした構造の共通液室圧力変化の周波数特性とを比較すると分かるように、図7に示す全体が薄肉部の圧力吸収体の方が剛性は低いが、本発明に係る圧力吸収体の方が高い圧力減衰効果を得られる。   Here, the evaluation result of the frequency characteristic of the pressure change of the common liquid chamber provided with the pressure absorber according to the present invention is shown in FIG. This frequency characteristic is a frequency characteristic when the region of 35% of both ends of the length in the X direction of the pressure absorber surface 21a is the thin portion 22 and the remaining central portion 30% is the thick portion 23 in FIG. . As can be seen from a comparison between FIG. 11 and the frequency characteristics of the common liquid chamber pressure change in the structure in which the entire pressure absorber surface of FIG. 10 described above is a thin wall portion, the whole of the pressure absorber of FIG. However, although the rigidity is low, the pressure absorber according to the present invention can obtain a higher pressure damping effect.
また、本実施形態においては、図4に示すように、圧力吸収体21はX方向の両端が支持された構造となっているが、両端の支持部付近の厚さを薄くする、つまり、剛性を下げることにより、圧力吸収体21全体の変形量を大きくすることができる。これにより、部分的に圧力吸収体21の厚みを増し、その部分の圧力吸収体21としての機能が低下しても、全体で見た場合の機能の低下は最低限に抑えることができる。   In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the pressure absorber 21 has a structure in which both ends in the X direction are supported, but the thickness in the vicinity of the support portions at both ends is reduced, that is, the rigidity is increased. By lowering, the amount of deformation of the entire pressure absorber 21 can be increased. Thereby, even if the thickness of the pressure absorber 21 is partially increased and the function as the pressure absorber 21 of the portion is lowered, the deterioration of the function when viewed as a whole can be suppressed to the minimum.
また、共通液室8の両端部は、共通液室8で圧力の共振が発生した場合、圧力変動を最も受けやすいことから、圧力変動量の多いところに、圧力吸収効果の高い薄肉部22を設けることで、効率の良い圧力減衰効果を得ることができる。   Further, since both ends of the common liquid chamber 8 are most susceptible to pressure fluctuation when pressure resonance occurs in the common liquid chamber 8, the thin wall portion 22 having a high pressure absorption effect is provided in a place where the pressure fluctuation amount is large. By providing, an efficient pressure damping effect can be obtained.
さらに、圧力吸収体21は、薄肉部22と厚肉部23の2種類の厚さから構成され、X方向の両端部が薄肉部22、中央部が厚肉部23とする構造とすることにより、構造が単純化され、製作がしやすく、また圧力減衰効果を高めることができる。   Further, the pressure absorber 21 is composed of two types of thicknesses, a thin portion 22 and a thick portion 23, and has a structure in which both end portions in the X direction are thin portions 22 and a central portion is a thick portion 23. The structure is simplified, the manufacturing is easy, and the pressure damping effect can be enhanced.
また、圧力吸収体21は、積層構造をなし、薄肉部22を構成する層に、更に層を重ねて厚肉部23を構成することで、より簡単な工法で厚さの異なる圧力吸収体を形成することが可能となる。なお、本実施形態においては、薄肉部21が1層、厚肉部22が2層となっているが、それ以外の構造、例えば薄肉部21が1層、厚肉部が3層という構成にすることなどもできる。   In addition, the pressure absorber 21 has a laminated structure, and the layer constituting the thin portion 22 is further layered to form the thick portion 23, so that pressure absorbers having different thicknesses can be formed by a simpler construction method. It becomes possible to form. In the present embodiment, the thin portion 21 has one layer and the thick portion 22 has two layers, but other structures, for example, the thin portion 21 has one layer and the thick portion has three layers. You can also do it.
以上のように、圧力吸収体21の薄肉部22と厚肉部23の構成は、薄肉部21のX方向の長さを長くすれば、高い圧力減衰効果が得られるが、圧力吸収体面21a、即ち圧力吸収体21の振動による圧力変動が低い周波数で発生するようになる。逆に、薄肉部21のX方向の長さを短くすれば、圧力吸収体面21aの振動は改善されるが、圧力減衰効果は低下する。   As described above, the configuration of the thin portion 22 and the thick portion 23 of the pressure absorber 21 can provide a high pressure damping effect if the length of the thin portion 21 in the X direction is increased. However, the pressure absorber surface 21a, That is, the pressure fluctuation due to the vibration of the pressure absorber 21 occurs at a low frequency. Conversely, if the length of the thin portion 21 in the X direction is shortened, the vibration of the pressure absorber surface 21a is improved, but the pressure damping effect is reduced.
したがって、本発明を実施するにあたっては、圧力吸収体の寸法や厚さ、材料の弾性率等について十分検討し、最適構造を得るためのサイズや部材の選定をする必要がある。   Therefore, in carrying out the present invention, it is necessary to sufficiently examine the size and thickness of the pressure absorber, the elastic modulus of the material, and the like, and to select the size and member for obtaining the optimum structure.
そこで、圧力吸収体及びヘッド全体の構造を変えた表1に示すような32種類の印字ヘッドを作製し、噴射試験による次のような評価を実施した。
評価A:相互干渉評価・・・圧力吸収体が十分に機能しているか。
評価B:周波数依存評価・・・圧力吸収体の共振が噴射特性に影響を与えていないか。
Therefore, 32 types of print heads as shown in Table 1 with different structures of the pressure absorber and the head were prepared, and the following evaluation was performed by an ejection test.
Evaluation A: Mutual interference evaluation: Is the pressure absorber functioning sufficiently?
Evaluation B: Frequency-dependent evaluation ... Is the resonance of the pressure absorber affecting the injection characteristics?
評価Aは、実際にプリンタにヘッドを搭載して評価チャートの印字を行い、印字サンプルの画像異常の発生有無で判定を行った(異常なし=○、異常あり=×)。評価Bは、ヘッド単体にて、駆動周波数を変えながらインク滴を飛ばし、そのときの滴吐出特性(インク滴噴射速度、インク滴吐出体積,噴射曲がり等)を観測し、特性に周波数依存がみられるか否かを評価した(周波数依存なし=○、周波数依存あり=×)。   In the evaluation A, a head was actually mounted on the printer, an evaluation chart was printed, and a determination was made based on whether or not an image abnormality occurred in the print sample (no abnormality = ◯, there was an abnormality = ×). In Evaluation B, the ink droplets were ejected while changing the drive frequency with the head alone, and the droplet ejection characteristics (ink droplet ejection speed, ink droplet ejection volume, ejection bending, etc.) at that time were observed, and the characteristics depended on the frequency. (No frequency dependence = ◯, Frequency dependence = ×).
そして、これらの評価に影響を及ぼすと思われる構造因子として、以下の項目を選択した。Ud、Uy、Uxの位置については、図4ないし図6に示したとおりである。
薄肉部22の厚さ Ud(m)
薄肉部22の短手方向長さ Uy(m)
薄肉部22の長手方向(X方向)の長さ Ux(μm)
薄肉部22のヤング率 E(Pa)
The following items were selected as structural factors that would affect these evaluations. The positions of Ud, Uy, and Ux are as shown in FIGS.
Thin portion 22 thickness Ud (m)
Length in the short direction of the thin portion 22 Uy (m)
The length Ux (μm) in the longitudinal direction (X direction) of the thin portion 22
Young's modulus of thin-walled portion E (Pa)
以上を変数とみなし、
K=Ud×Uy×Ux×E
とおき、aからdをフィッティングパラメータと考え、これを最適化することで、Kというひとつのパラメータで圧力吸収体の性能を指標化することを考えた。
その結果、a=2、b=−2.5、c=−3.5、d=2/3とおけば、現象をよく表すことが出来ることがわかった。
Considering the above as variables,
K = Ud a × Uy b × Ux c × E d
Then, a to d were considered as fitting parameters, and by optimizing this, it was considered to index the performance of the pressure absorber with one parameter K.
As a result, it was found that if a = 2, b = −2.5, c = −3.5, and d = 2/3, the phenomenon can be expressed well.
以上の結果を表1に示す。これから、Kの値を、2×1010〜9×1010の範囲に収めれば、評価A、Bとも良好な結果が得られることがわかる。 The results are shown in Table 1. From this, it can be seen that if the value of K falls within the range of 2 × 10 10 to 9 × 10 10 , good results can be obtained for both evaluations A and B.
すなわち、圧力吸収体面を形成する部材21は、薄肉部22の厚さをUd(m)、薄肉部22の短手方向長さをUy(m)、薄肉部22のX方向長さをUx(m)、薄肉部22のヤング率をE(Pa)としたときに、次の(1)式の関係を充足することによって、圧力吸収体の剛性と圧力吸収体の共振周波数を最適化することができて、確実に、高速駆動でも安定した噴射特性を得ることができる。   That is, in the member 21 forming the pressure absorber surface, the thickness of the thin portion 22 is Ud (m), the length of the thin portion 22 in the short direction is Uy (m), and the length of the thin portion 22 in the X direction is Ux ( m) When the Young's modulus of the thin-walled portion 22 is E (Pa), the rigidity of the pressure absorber and the resonance frequency of the pressure absorber are optimized by satisfying the relationship of the following equation (1). Thus, it is possible to reliably obtain stable injection characteristics even at high speed.
ここで、ノズル数の増加に伴い、ヘッドが大型(長尺)化し、圧力吸収体面積が更に増大した場合、圧力吸収体を形成する部材として樹脂のように柔らかい部材を用いると、低周波数帯における圧力吸収体の共振が多く発生するようになる。また、大面積の軟部材は加工が難しいことから、多少剛性が高くても、圧力吸収体の部材は硬い材料を用いることが好ましい。しかし、剛性が高い部材でも十分な圧力吸収効果を得ることができる。   Here, when the head becomes larger (long) and the pressure absorber area further increases with the increase in the number of nozzles, if a soft member such as a resin is used as a member for forming the pressure absorber, the low frequency band Many resonances of the pressure absorber occur. In addition, since a soft member having a large area is difficult to process, it is preferable to use a hard material for the member of the pressure absorber even if the rigidity is somewhat high. However, even a highly rigid member can obtain a sufficient pressure absorbing effect.
そこで、ノズル数200ビットを超えるヘッドを用いて、圧力吸収体を形成する部材を変えて共通液室の圧力共振特性を調べた。この結果を図12に示している。   Therefore, the pressure resonance characteristics of the common liquid chamber were examined using a head having a nozzle number exceeding 200 bits and changing the member forming the pressure absorber. The result is shown in FIG.
ここでは、圧力共振の程度をあらわす簡単な指標として、ヘッドの駆動周波数帯を1〜16kHzと想定し、圧力共振発生時の圧力変動値の合計により、比較を行っている。例えば、図11の特性では、4kHzと10kHzと10.8kHzに共振点があり、それぞれ圧力変動値は0.8、1.1、0.5となっているので、0.8+1.1+0.5=2.4 と算出することができる。なお、ここでは、これを「圧力共振指数」と称する。   Here, as a simple index representing the degree of pressure resonance, the head driving frequency band is assumed to be 1 to 16 kHz, and the comparison is made by the sum of pressure fluctuation values when pressure resonance occurs. For example, in the characteristic of FIG. 11, there are resonance points at 4 kHz, 10 kHz, and 10.8 kHz, and the pressure fluctuation values are 0.8, 1.1, and 0.5, respectively, so 0.8 + 1.1 + 0.5 = 2.4 can be calculated. Here, this is referred to as a “pressure resonance index”.
この図12から分かるように、圧力吸収体のヤング率が、100MPa以下となると、急激に圧力共振指数は増大する。すなわち、共通液室の圧力変動が滴吐出特性に影響を与えやすくなる。したがって、圧力吸収体21を形成する部材としてはヤング率が100Pa以上の部材を用いることが好ましい。   As can be seen from FIG. 12, when the Young's modulus of the pressure absorber is 100 MPa or less, the pressure resonance index increases rapidly. That is, the pressure fluctuation in the common liquid chamber tends to affect the droplet discharge characteristics. Therefore, it is preferable to use a member having a Young's modulus of 100 Pa or more as the member forming the pressure absorber 21.
このように、圧力吸収面を形成する部材としてヤング率100Pa以上の部材を用いることにより、ノズル数が増え、ヘッド寸法が大きくなることにより発生する、圧力吸収体の大面積化による共振周波数の低下を抑えることができ、特にノズルの多い長尺ヘッドであっても安定した噴射特性を得ることができる。   As described above, by using a member having a Young's modulus of 100 Pa or more as a member for forming the pressure absorbing surface, the resonance frequency is lowered due to the increase in the area of the pressure absorber, which is generated by increasing the number of nozzles and the head size. Stable ejection characteristics can be obtained even with a long head having a large number of nozzles.
このような部材としては、Niが適している。すなわち、Niはヤング率が150MPa程度であって、圧力吸収体面を形成する部材として上述した要求を満足し、しかも加工性にも優れている。   Ni is suitable as such a member. That is, Ni has a Young's modulus of about 150 MPa, satisfies the above-described requirements as a member for forming a pressure absorber surface, and is excellent in workability.
さらに、圧力吸収体21のX方向長さTxの中で、薄肉部22の占める長さUxは重要である。薄肉部22の割合を減らすと、十分な圧力吸収効果を得られなくなる。これは、薄肉部22の構造的なダンピング能力が変化する他、厚肉部23が長くなることにより、共通液室全体の圧力を十分に吸収することが出来なくなることによる。逆に、薄肉部22の割合を増やすと、前述のように圧力吸収体の振動が問題となる。   Further, the length Ux occupied by the thin portion 22 is important in the X-direction length Tx of the pressure absorber 21. If the ratio of the thin portion 22 is reduced, a sufficient pressure absorbing effect cannot be obtained. This is because the structural damping capacity of the thin wall portion 22 changes and the thick wall portion 23 becomes longer, so that the pressure of the entire common liquid chamber cannot be sufficiently absorbed. Conversely, when the proportion of the thin portion 22 is increased, the vibration of the pressure absorber becomes a problem as described above.
そこで、薄肉部22のX方向長さUxと、圧力吸収体21全体の長さTxの比を変えた印字ヘッドを用意し、噴射特性の評価を行った。その結果は、表2のとおりである。   Therefore, a print head in which the ratio between the X-direction length Ux of the thin wall portion 22 and the entire length Tx of the pressure absorber 21 is prepared, and the ejection characteristics are evaluated. The results are shown in Table 2.
この結果より、UxとTxの比(Ux/Tx)は、0.25から0.45の範囲内に設定することが好ましいということが分かる。   From this result, it can be seen that the ratio of Ux to Tx (Ux / Tx) is preferably set in the range of 0.25 to 0.45.
すなわち、薄肉部22のX方向長さをUx(μm)、圧力吸収体面全体のX方向長さをTx(μm)としたときに、次の(2)式の関係を充足することにより、圧力吸収体の構造を最適化することができるので、より確実に、圧力吸収と共振の抑制を行うことができて、噴射特性を安定化することができる。   That is, when the X-direction length of the thin portion 22 is Ux (μm) and the X-direction length of the entire pressure absorber surface is Tx (μm), by satisfying the relationship of the following equation (2), Since the structure of the absorber can be optimized, pressure absorption and resonance can be more reliably suppressed, and the injection characteristics can be stabilized.
次に、本発明に係る他の実施形態について図13を参照して説明する。
この実施形態では、圧力吸収体21は、薄肉部22の領域の一部に、第2の厚肉部24を備えた構成としている。
Next, another embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG.
In this embodiment, the pressure absorber 21 is configured to include the second thick portion 24 in a part of the thin portion 22 region.
このように、第2の厚肉部24を備えることにより、共通液室壁面の共振周波数が更に高周波数側にシフトされ、ヘッド駆動周波数帯域内における共振点の発生を更に抑えることができる。   Thus, by providing the second thick portion 24, the resonance frequency of the common liquid chamber wall surface is further shifted to the higher frequency side, and the generation of resonance points in the head driving frequency band can be further suppressed.
また、第2の厚肉部24を備えることにより、薄肉部22の強度が増し、ヘッドの加工がより容易になるという効果もある。その一例として、第2の厚肉部24の有無による、共通液室の圧力変化特性を比較した。その結果を図14に示している。   Further, by providing the second thick portion 24, the strength of the thin portion 22 is increased, and there is an effect that the processing of the head becomes easier. As an example, the pressure change characteristics of the common liquid chambers with and without the second thick part 24 were compared. The result is shown in FIG.
この結果より、第2の厚肉部24を備えたヘッドは、第2の厚肉部24を備えていないヘッドと比較して、より圧力変化が少ない良好な特性が得られることが分かる。   From this result, it can be seen that the head provided with the second thick part 24 can obtain better characteristics with less pressure change compared to the head not provided with the second thick part 24.
このように、圧力吸収体には薄肉部の領域に第2の厚肉部を設けることによって、圧力吸収体の共振周波数を更に駆動周波数と離すことができるので、安定した噴射特性をより効果的に得ることができる。また、圧力吸収体の強度が増すため、組み立て時の取り扱いが容易になり、製造作業性が向上する。   In this way, by providing the second thick portion in the thin portion of the pressure absorber, the resonance frequency of the pressure absorber can be further separated from the driving frequency, so that stable injection characteristics are more effective. Can get to. Further, since the strength of the pressure absorber is increased, handling during assembly is facilitated, and manufacturing workability is improved.
ここで、第2の厚肉部24の厚さは、厚肉部23と同一とすることで、厚肉部23と第2の厚肉部24を同時に形成することができ、加工の簡素化と製造コストの低減を図ることができる。   Here, by making the thickness of the second thick part 24 the same as that of the thick part 23, the thick part 23 and the second thick part 24 can be formed simultaneously, and the processing is simplified. And the manufacturing cost can be reduced.
次に、本発明に係る更に他の実施形態について図15を参照して説明する。
この実施形態では、フレーム部材14の共通液室8を形成する壁面の一部に圧力吸収体21を設けている。この場合、圧力吸収体21の背面側にはダンパー室25を形成して、圧力吸収体21の変位を可能とし、またダンパー室25は図示しないが大気連通路を介して大気と連通していることが好ましい。このようにしても、振動板2で圧力吸収体21の一部を形成することによる作用効果以外は、前記各実施形態と同様の作用効果が得られる。
Next, still another embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG.
In this embodiment, the pressure absorber 21 is provided on a part of the wall surface forming the common liquid chamber 8 of the frame member 14. In this case, a damper chamber 25 is formed on the back side of the pressure absorber 21 so that the pressure absorber 21 can be displaced, and the damper chamber 25 communicates with the atmosphere through an atmosphere communication path (not shown). It is preferable. Even if it does in this way, the effect similar to each said embodiment is acquired except the effect by forming a part of pressure absorber 21 with the diaphragm 2. FIG.
以上のように、本発明に係る液滴吐出ヘッドによれば、共通液室の1つの壁面を圧力吸収体面とし、この圧力吸収体面を形成する部材は厚さを不均一とし、あるいは、剛性の異なる複数の部分を有する構成としたので、剛性を維持しつつ共振周波数の低下を抑制することができて、ヘッドの駆動周波数と圧力吸収体面の共振周波数を異ならせることができ、高速駆動時においても安定した滴吐出特性を得ることができる。   As described above, according to the droplet discharge head according to the present invention, one wall surface of the common liquid chamber is used as a pressure absorber surface, and the members forming the pressure absorber surface have a non-uniform thickness or are rigid. Since it has a configuration having a plurality of different parts, it is possible to suppress a decrease in the resonance frequency while maintaining rigidity, and to make the drive frequency of the head different from the resonance frequency of the pressure absorber surface. In addition, stable droplet ejection characteristics can be obtained.
特に、本発明による液滴吐出ヘッドは、ライン型の記録ヘッドに適用するのが好ましい。すなわち、ライン型記録ヘッドは、ビット数が大きく、圧力吸収体のX方向の長さが長くなり、本発明が問題とする圧力吸収体自体の共振が顕著に発生するようになる。そこで、本発明を適用することによって、剛性を維持しつつ圧力変化を吸収できるようになり、フルライン型の長尺ヘッドでも、安定した滴吐出特性を得ることができるようになる。   In particular, the droplet discharge head according to the present invention is preferably applied to a line type recording head. That is, the line type recording head has a large number of bits and the length of the pressure absorber in the X direction becomes long, and the resonance of the pressure absorber itself, which is a problem of the present invention, is generated remarkably. Therefore, by applying the present invention, it becomes possible to absorb the pressure change while maintaining the rigidity, and it is possible to obtain stable droplet discharge characteristics even with a full-line long head.
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
(実施例1)
SUS製の支持基板(ベース基板11)に圧力変換手段としての積層型圧電素子を嫌気性接着剤を用いて接合し、ダイシングソーを用いてこの圧電素子に溝加工を施して、各圧力室6に対応するよう分離した圧電素子12を形成した。この溝加工した圧電素子12の側面に通電部材としてのFPC18をはんだを用いて接合し、アクチュエータユニットを形成した。
Next, specific examples of the present invention will be described.
(Example 1)
A laminated piezoelectric element as a pressure converting means is joined to a support substrate (base substrate 11) made of SUS using an anaerobic adhesive, and a groove is formed on the piezoelectric element using a dicing saw. The piezoelectric element 12 separated so as to correspond to the above was formed. The actuator unit was formed by joining the FPC 18 serving as an energizing member to the side surface of the grooved piezoelectric element 12 using solder.
一方、電鋳工法で製作したノズル板3と振動板2、及びエッチング工法で製作したシリコン製の流路板(液室基板)1を高精度に位置決め積層し、それぞれの界面をエポキシ接着剤で接合した。そして、振動板2の裏面にアクチュエータユニットの圧電素子12の上面をエポキシ接着剤で接合した。   On the other hand, the nozzle plate 3 and the vibration plate 2 manufactured by the electroforming method and the silicon flow channel plate (liquid chamber substrate) 1 manufactured by the etching method are positioned and laminated with high accuracy, and each interface is formed with an epoxy adhesive. Joined. Then, the upper surface of the piezoelectric element 12 of the actuator unit was joined to the back surface of the diaphragm 2 with an epoxy adhesive.
これに、長手方向長さ35mm、短手方向長さ1mm、深さ2mmの共通液室8を形成する樹脂製のフレーム部材14を、振動板2の裏面及びベース基板11の端面で嫌気性接着剤で接着し、インクジェットヘッドを製作した。   The resin frame member 14 forming the common liquid chamber 8 having a length in the longitudinal direction of 35 mm, a length in the short direction of 1 mm, and a depth of 2 mm is anaerobically bonded to the rear surface of the diaphragm 2 and the end surface of the base substrate 11. The ink jet head was manufactured by bonding with an agent.
このとき、フレーム部材14の共通液室8となる開口部は、振動板2により塞がれる。そこで、この振動板2は厚さ3μm及び27μmの2層のNi電鋳による積層構造として、共通液室8を閉塞する部分は、共通液室長手方向で、端部12mmの領域を1層(厚さ3μm)で形成した薄肉部22とし、中央部は1層及び2層(厚さ3μm+27μm=30μm)で形成した厚肉部23とした。   At this time, the opening serving as the common liquid chamber 8 of the frame member 14 is closed by the diaphragm 2. Therefore, this diaphragm 2 has a laminated structure by Ni electroforming having a thickness of 3 μm and 27 μm, and the portion closing the common liquid chamber 8 is one layer (12 mm in the end of the common liquid chamber in the longitudinal direction). The thin portion 22 was formed with a thickness of 3 μm, and the central portion was the thick portion 23 formed with one layer and two layers (thickness 3 μm + 27 μm = 30 μm).
このようにして製作した200ビット分のノズル5を持つインクジェットヘッドを、プリンタに搭載して印字試験を行った。   The ink jet head having the nozzle 5 for 200 bits thus manufactured was mounted on a printer and a printing test was performed.
この結果、全ノズルからインクを吐出して印字するマルチ印字を行った場合でも、不良画質を発生することのない、良好な結果を得た。   As a result, even when multi-printing was performed in which ink was ejected from all nozzles, a good result was obtained that did not cause poor image quality.
比較のため、共通液室を閉塞している振動板を全て1層(3μm)の薄肉部としたインクジェットヘッドを製作し、同様にプリンタに搭載して印字試験を行った場合には、不良画質が発生した。   For comparison, if an inkjet head with all the diaphragms closing the common liquid chamber made of one thin layer (3 μm) is manufactured and mounted on the printer in the same way, and a print test is performed, poor image quality There has occurred.
これにより、本発明は液滴噴射特性が改善されることが確認できた。   Thereby, it was confirmed that the droplet ejection characteristics of the present invention are improved.
(実施例2)
SUS製の支持基板(ベース基板11)に圧力変換手段としての積層型圧電素子を嫌気性接着剤を用いて接合し、ダイシングソーを用いてこの圧電素子に溝加工を施して、各圧力室6に対応するよう分離した圧電素子12を形成した。この溝加工した圧電素子12の側面に通電部材としてのFPC18をはんだを用いて接合し、アクチュエータユニットを形成した。
(Example 2)
A laminated piezoelectric element as a pressure converting means is joined to a support substrate (base substrate 11) made of SUS using an anaerobic adhesive, and a groove is formed on the piezoelectric element using a dicing saw. The piezoelectric element 12 separated so as to correspond to the above was formed. The actuator unit was formed by joining the FPC 18 serving as an energizing member to the side surface of the grooved piezoelectric element 12 using solder.
一方、電鋳工法で製作したノズル板3と振動板2、及びエッチング工法で製作したシリコン製の流路板(液室基板)1を高精度に位置決め積層し、それぞれの界面をエポキシ接着剤で接合した。そして、振動板2の裏面にアクチュエータユニットの圧電素子12の上面をエポキシ接着剤で接合した。   On the other hand, the nozzle plate 3 and the vibration plate 2 manufactured by the electroforming method and the silicon flow channel plate (liquid chamber substrate) 1 manufactured by the etching method are positioned and laminated with high accuracy, and each interface is formed with an epoxy adhesive. Joined. Then, the upper surface of the piezoelectric element 12 of the actuator unit was joined to the back surface of the diaphragm 2 with an epoxy adhesive.
これに、長手方向長さ63mm、短手方向長さ2.5mm、深さ3mmの共通液室8を形成する樹脂製のフレーム部材14を、振動板2の裏面及びベース基板11の端面で嫌気性接着剤で接着し、インクジェットヘッドを製作した。   In addition, the resin frame member 14 forming the common liquid chamber 8 having a longitudinal length of 63 mm, a lateral length of 2.5 mm, and a depth of 3 mm is anaerobically formed on the back surface of the diaphragm 2 and the end surface of the base substrate 11. The ink jet head was manufactured by bonding with an adhesive.
このとき、フレーム部材14の共通液室8となる開口部は、振動板2により塞がれる。そこで、この振動板2は厚さ3μm、15μm、15μmの3層のNi電鋳による積層構造として、共通液室8を閉塞する部分は、共通液室長手方向で、端部20mmの領域を1層及び2層(厚さ3μm+15μm=18μm)で形成した薄肉部22とし、中央部は1層ないし3層(厚さ3μm+15μm+15μm=33μm)で形成した厚肉部23とした。   At this time, the opening serving as the common liquid chamber 8 of the frame member 14 is closed by the diaphragm 2. Therefore, the diaphragm 2 has a three-layer Ni electroforming laminated structure with thicknesses of 3 μm, 15 μm, and 15 μm, and the portion that closes the common liquid chamber 8 is 1 in the longitudinal direction of the common liquid chamber and the area of the end 20 mm The thin portion 22 is formed by two layers (thickness 3 μm + 15 μm = 18 μm), and the central portion is the thick portion 23 formed by one to three layers (thickness 3 μm + 15 μm + 15 μm = 33 μm).
このようにして製作した360ビット分のノズル5を持つインクジェットヘッドを、プリンタに搭載して印字試験を行った。   The inkjet head having the nozzle 5 for 360 bits thus manufactured was mounted on a printer and a printing test was performed.
この結果、全ノズルからインクを吐出して印字するマルチ印字を行った場合でも、不良画質を発生することのない、良好な結果を得た。   As a result, even when multi-printing was performed in which ink was ejected from all nozzles, a good result was obtained without causing defective image quality.
比較のため、共通液室を閉塞している振動板を全て1層(3μm)の薄肉部としたインクジェットヘッドを製作し、同様にプリンタに搭載して印字試験を行った場合には、不良画質が発生した。   For comparison, if an inkjet head with all the diaphragms closing the common liquid chamber made of one thin layer (3 μm) is manufactured and mounted on the printer in the same way, and a print test is performed, poor image quality There has occurred.
これにより、本発明は液滴噴射特性が改善されることが確認できた。   Thereby, it was confirmed that the droplet ejection characteristics of the present invention are improved.
次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置の一例について図23及び図24を参照して説明する。なお、図23は同記録装置の斜視説明図、図24は同記録装置の機構部の側面説明図である。   Next, an example of an ink jet recording apparatus equipped with an ink jet head which is a liquid droplet ejection head according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 23 is a perspective explanatory view of the recording apparatus, and FIG. 24 is a side explanatory view of a mechanism portion of the recording apparatus.
このインクジェット記録装置は、記録装置本体111の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載した本発明に係るインクジェットヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッドへインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部112等を収納し、装置本体111の下方部には前方側から多数枚の用紙113を積載可能な給紙カセット(或いは給紙トレイでもよい。)114を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙113を手差しで給紙するための手差しトレイ115を開倒することができ、給紙カセット114或いは手差しトレイ115から給送される用紙113を取り込み、印字機構部112によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ116に排紙する。   This ink jet recording apparatus includes a carriage movable in the main scanning direction inside the recording apparatus main body 111, a recording head comprising the ink jet head according to the present invention mounted on the carriage, an ink cartridge for supplying ink to the recording head, and the like. A paper feed cassette (or a paper feed tray) 114 on which a large number of sheets 113 can be stacked from the front side is detachably attached to the lower part of the apparatus main body 111. In addition, the manual feed tray 115 for manually feeding the paper 113 can be opened, the paper 113 fed from the paper feed cassette 114 or the manual feed tray 115 is taken in, and the printing mechanism unit 112 takes the required After the image is recorded, it is discharged to a discharge tray 116 mounted on the rear side.
印字機構部112は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド12と従ガイドロッド122とでキャリッジ123を主走査方向に摺動自在に保持し、このキャリッジ123にはイエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(Bk)の各色のインク滴を吐出する本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドからなるヘッド124を複数のインク吐出口を主走査方向と交叉する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。またキャリッジ123にはヘッド124に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ125を交換可能に装着している。   The printing mechanism 112 holds a carriage 123 slidably in the main scanning direction by a main guide rod 12 and a sub guide rod 122 which are guide members horizontally mounted on left and right side plates (not shown). (Y), cyan (C), magenta (M), black (Bk) each head is composed of an ink jet head that is a liquid droplet ejection head according to the present invention for ejecting ink droplets of each color, and a plurality of ink ejection openings are mainly used. They are arranged in a direction crossing the scanning direction and mounted with the ink droplet ejection direction facing downward. Also, each ink cartridge 125 for supplying each color ink to the head 124 is replaceably mounted on the carriage 123.
インクカートリッジ125は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッドへインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッドへ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。   The ink cartridge 125 has an air port that communicates with the atmosphere upward, a supply port that supplies ink to the inkjet head below, and a porous body filled with ink inside, and the capillary force of the porous body Thus, the ink supplied to the inkjet head is maintained at a slight negative pressure.
また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘッド124を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する1個のヘッドでもよい。   Further, although the heads 124 of the respective colors are used here as the recording heads, a single head having nozzles for ejecting ink droplets of the respective colors may be used.
ここで、キャリッジ123は後方側(用紙搬送方向下流側)を主ガイドロッド121に摺動自在に嵌装し、前方側(用紙搬送方向上流側)を従ガイドロッド122に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ123を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ127で回転駆動される駆動プーリ128と従動プーリ129との間にタイミングベルト130を張装し、このタイミングベルト130をキャリッジ123に固定しており、主走査モータ127の正逆回転によりキャリッジ123が往復駆動される。   Here, the carriage 123 is slidably fitted to the main guide rod 121 on the rear side (downstream side in the paper conveyance direction), and is slidably mounted on the sub guide rod 122 on the front side (upstream side in the paper conveyance direction). doing. In order to move and scan the carriage 123 in the main scanning direction, a timing belt 130 is stretched between a driving pulley 128 and a driven pulley 129 that are rotationally driven by a main scanning motor 127. The carriage 123 is reciprocally driven by forward and reverse rotations of the main scanning motor 127.
一方、給紙カセット114にセットした用紙113をヘッド124の下方側に搬送するために、給紙カセット114から用紙113を分離給装する給紙ローラ131及びフリクションパッド132と、用紙113を案内するガイド部材133と、給紙された用紙113を反転させて搬送する搬送ローラ134と、この搬送ローラ134の周面に押し付けられる搬送コロ135及び搬送ローラ134からの用紙113の送り出し角度を規定する先端コロ136とを設けている。搬送ローラ134は副走査モータ137によってギヤ列を介して回転駆動される。   On the other hand, in order to convey the sheet 113 set in the sheet cassette 114 to the lower side of the head 124, the sheet 113 is guided from the sheet feeding cassette 114 to the sheet feeding roller 131 and the friction pad 132. A guide member 133, a transport roller 134 that reverses and transports the fed paper 113, a transport roller 135 that is pressed against the peripheral surface of the transport roller 134, and a tip that defines the feed angle of the paper 113 from the transport roller 134 A roller 136 is provided. The transport roller 134 is rotationally driven by a sub-scanning motor 137 through a gear train.
そして、キャリッジ123の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ134から送り出された用紙113を記録ヘッド124の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材139を設けている。この印写受け部材139の用紙搬送方向下流側には、用紙113を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ141、拍車142を設け、さらに用紙113を排紙トレイ116に送り出す排紙ローラ143及び拍車144と、排紙経路を形成するガイド部材145,146とを配設している。   A printing receiving member 139 is provided as a paper guide member that guides the paper 113 fed from the transport roller 134 on the lower side of the recording head 124 corresponding to the movement range of the carriage 123 in the main scanning direction. On the downstream side of the printing receiving member 139 in the paper conveyance direction, a conveyance roller 141 and a spur 142 that are rotationally driven to send the paper 113 in the paper discharge direction are provided, and paper discharge that further feeds the paper 113 to the paper discharge tray 116. A roller 143 and a spur 144, and guide members 145 and 146 forming a paper discharge path are disposed.
記録時には、キャリッジ123を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド124を駆動することにより、停止している用紙113にインクを吐出して1行分を記録し、用紙113を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙113の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙113を排紙する。この場合、ヘッド124を構成する本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドは、共通液室の圧力変動を吸収できるとともに共振を抑制することができるので、相互干渉がなく、安定した敵吐出特性を有するので、高画質画像を記録することができる。   At the time of recording, the recording head 124 is driven according to the image signal while moving the carriage 123, thereby ejecting ink onto the stopped sheet 113 to record one line. Record the line. Upon receiving a recording end signal or a signal that the trailing edge of the sheet 113 reaches the recording area, the recording operation is terminated and the sheet 113 is discharged. In this case, the inkjet head which is the droplet discharge head according to the present invention constituting the head 124 can absorb the pressure fluctuation in the common liquid chamber and suppress the resonance, so there is no mutual interference and stable enemy discharge. Since it has characteristics, a high-quality image can be recorded.
また、キャリッジ123の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド124の吐出不良を回復するための回復装置147を配置している。回復装置147はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ123は印字待機中にはこの回復装置147側に移動されてキャッピング手段でヘッド124をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。   A recovery device 147 for recovering defective ejection of the head 124 is disposed at a position outside the recording area on the right end side in the movement direction of the carriage 123. The recovery device 147 includes a cap unit, a suction unit, and a cleaning unit. The carriage 123 is moved to the recovery device 147 side during printing standby, and the head 124 is capped by the capping unit, and the ejection port portion is kept in a wet state to prevent ejection failure due to ink drying. Further, by ejecting ink that is not related to recording during recording or the like, the ink viscosity of all the ejection ports is made constant and stable ejection performance is maintained.
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でヘッド124の吐出口を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜(不図示)に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。   When a discharge failure occurs, the discharge port of the head 124 is sealed with a capping unit, air bubbles are sucked out together with ink from the discharge port with a suction unit through a tube, and ink or dust adhering to the discharge port surface is cleaned with a cleaning unit. And the defective discharge is recovered. Further, the sucked ink is discharged to a waste ink reservoir (not shown) installed at the lower part of the main body and absorbed and held by an ink absorber inside the waste ink reservoir.
このように、この画像形成装置では、本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドを搭載しているので、高速駆動で安定した滴吐出特性を得ることができる。   Thus, since this image forming apparatus is equipped with the ink jet head which is the liquid droplet ejection head according to the present invention, stable droplet ejection characteristics can be obtained by high-speed driving.
なお、本発明に係る画像形成装置は、プリンタ、ファクシミリ装置、複写装置、これらの複合機などにも適用することができる。また、インク以外の液体、例えばDNA試料やレジスト、パターン材料などを吐出する液滴吐出ヘッドや液滴吐出装置、或いはこれらを備える画像形成装置にも適用することができる。さらに、本発明に係る液滴吐出ヘッドの圧力変換手段(アクチュエータ手段)は、圧電型アクチュエータに限るものではなく、静電型アクチュエータ、サーマル型アクチュエータ、形状記憶合金を用いたアクチュエータなどを使用することができる。   Note that the image forming apparatus according to the present invention can also be applied to a printer, a facsimile machine, a copying machine, a multi-function machine thereof, and the like. Further, the present invention can also be applied to a droplet discharge head or a droplet discharge device that discharges a liquid other than ink, such as a DNA sample, a resist, or a pattern material, or an image forming apparatus that includes these. Furthermore, the pressure conversion means (actuator means) of the droplet discharge head according to the present invention is not limited to a piezoelectric actuator, and an electrostatic actuator, a thermal actuator, an actuator using a shape memory alloy, or the like is used. Can do.
本発明に係る液滴吐出ヘッドの分解斜視説明図である。It is a disassembled perspective explanatory drawing of the droplet discharge head concerning this invention. 同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図である。It is sectional explanatory drawing along the liquid chamber longitudinal direction of the head. 同ヘッドのノズル並び方向に沿う共通液室部分の断面説明図である。It is sectional explanatory drawing of the common liquid chamber part along the nozzle arrangement direction of the head. 同ヘッドの共通液室部分の液室の並び方向に沿う要部拡大断面説明図である。It is principal part expanded sectional explanatory drawing along the row direction of the liquid chamber of the common liquid chamber part of the head. 圧力吸収体の平面説明図である。It is a plane explanatory view of a pressure absorber. 同圧力吸収体の他の例を示す平面説明図である。It is a plane explanatory view showing other examples of the pressure absorber. 比較例の共通液室部分の液室の並び方向に沿う要部拡大断面説明図である。It is principal part expanded sectional explanatory drawing along the row direction of the liquid chamber of the common liquid chamber part of a comparative example. 比較例を駆動周波数4kHzで駆動したときの共通液室の壁面の振動モードの説明図である。It is explanatory drawing of the vibration mode of the wall surface of a common liquid chamber when driving a comparative example with the drive frequency of 4 kHz. 比較例を駆動周波数16.8kHzで駆動したときの共通液室の壁面の振動モードの説明図である。It is explanatory drawing of the vibration mode of the wall surface of a common liquid chamber when driving a comparative example with the drive frequency of 16.8 kHz. 比較例の共通液室の圧力変動特性の説明図である。It is explanatory drawing of the pressure fluctuation characteristic of the common liquid chamber of a comparative example. 本発明に係る圧力吸収体を備えた共通液室の圧力変動特性の説明図である。It is explanatory drawing of the pressure fluctuation characteristic of the common liquid chamber provided with the pressure absorber which concerns on this invention. 圧力吸収体のヤング率と共通液室の圧力共振特性の説明図である。It is explanatory drawing of the pressure resonance characteristic of the Young's modulus of a pressure absorber, and a common liquid chamber. 本発明の他の実施形態の説明に供する圧力吸収体の平面説明図である。It is a plane explanatory view of a pressure absorber used for explanation of other embodiments of the present invention. 同実施形態の作用説明に供する共通液室の圧力変化特性の説明図である。It is explanatory drawing of the pressure change characteristic of the common liquid chamber with which it uses for operation | movement description of the same embodiment. 本発明の更に他の実施形態の説明に供するヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図である。It is sectional explanatory drawing in alignment with the liquid chamber longitudinal direction of the head with which it uses for description of other embodiment of this invention. 本発明に係る画像形成装置の一例を示す斜視説明図である。1 is an explanatory perspective view illustrating an example of an image forming apparatus according to the present invention. 同装置の機構部の説明に供する側面説明図である。It is side surface explanatory drawing used for description of the mechanism part of the apparatus. 従来の液滴吐出ヘッドの説明に供する液室長手方向に沿う断面説明図である。It is sectional explanatory drawing in alignment with the liquid chamber longitudinal direction used for description of the conventional droplet discharge head. 同ヘッドの説明に供する液室短手方向に沿う断面説明図である。It is sectional explanatory drawing in alignment with the liquid chamber transversal direction where it uses for description of the head.
符号の説明Explanation of symbols
1…流路(液室)基板
2…振動板
3…ノズル基板
5…ノズル孔
6…加圧液室
7…インク供給路
8…共通液室
9…インク供給口
11…ベース基板
12…圧電素子
13…ベース基板
14…フレーム部材
18…FPCケーブル
19…駆動回路(ドライバIC)
20…封止剤
21…圧力吸収体
22…薄肉部
23…厚肉部
24…第2の厚肉部
25…ダンパー室

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Flow path (liquid chamber) board | substrate 2 ... Vibration board 3 ... Nozzle board 5 ... Nozzle hole 6 ... Pressurized liquid chamber 7 ... Ink supply path 8 ... Common liquid chamber 9 ... Ink supply port 11 ... Base board 12 ... Piezoelectric element DESCRIPTION OF SYMBOLS 13 ... Base board 14 ... Frame member 18 ... FPC cable 19 ... Drive circuit (driver IC)
20 ... Sealant 21 ... Pressure absorber 22 ... Thin part 23 ... Thick part 24 ... Second thick part 25 ... Damper chamber

Claims (15)

  1. 複数のノズルが各々連通する複数の液室に液体を供給するための共通液室を有する液滴吐出ヘッドにおいて、前記液室の並び方向をX方向としたときに、前記共通液室のX方向に沿う壁面の内の少なくとも一つの面は他の壁面よりも剛性を低くして圧力変化を吸収するための圧力吸収体面とし、この圧力吸収体面を形成する部材は厚さが均一でないことを特徴とする液滴吐出ヘッド。   In a droplet discharge head having a common liquid chamber for supplying a liquid to a plurality of liquid chambers in which a plurality of nozzles communicate with each other, the X direction of the common liquid chamber when the arrangement direction of the liquid chambers is the X direction At least one of the wall surfaces along the surface is a pressure absorber surface for absorbing the pressure change by making the rigidity lower than the other wall surfaces, and the members forming the pressure absorber surface are not uniform in thickness. A droplet discharge head.
  2. 請求項1に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記圧力吸収体面を形成する部材は、X方向で圧力吸収体面を3分割したとき、3分割した中央部の平均の厚さが両端部の平均の厚さよりも厚いことを特徴とする液滴吐出ヘッド。   2. The droplet discharge head according to claim 1, wherein when the member forming the pressure absorber surface is divided into three in the X direction, the average thickness of the three divided central portions is the average of both ends. A droplet discharge head characterized by being thicker than the thickness.
  3. 請求項1又は2に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記圧力吸収体面を形成する部材は、少なくとも薄肉部と厚肉部の2種類の厚さを有していることを特徴とする液滴吐出ヘッド。   3. The droplet discharge head according to claim 1, wherein the member forming the pressure absorber surface has at least two types of thicknesses, a thin portion and a thick portion. head.
  4. 請求項3に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記圧力吸収体面を形成する部材は前記X方向の両端部が薄肉部、中央部が厚肉部であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。   4. The droplet discharge head according to claim 3, wherein the members forming the pressure absorber surface are thin portions at both ends in the X direction and thick portions at the center portion. 5.
  5. 請求項3又は4に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記圧力吸収体面を形成する部材は、積層構造をなし、前記薄肉部と厚肉部で積層数が異なっていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。   5. The droplet discharge head according to claim 3, wherein the member forming the pressure absorber surface has a stacked structure, and the number of stacked layers is different between the thin portion and the thick portion. Discharge head.
  6. 請求項3ないし5のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記圧力吸収体面を形成する部材は、薄肉部の厚さをUd(m)、薄肉部の短手方向長さをUy(m)、薄肉部のX方向長さをUx(m)、薄肉部のヤング率をE(Pa)としたときに、次の(1)式の関係を充足することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
    6. The droplet discharge head according to claim 3, wherein the member forming the pressure absorber surface has a thin portion having a thickness Ud (m) and a thin portion having a short direction length Uy (m). ), A droplet discharge head satisfying the following equation (1), where the length of the thin portion in the X direction is Ux (m) and the Young's modulus of the thin portion is E (Pa) .
  7. 請求項1ないし6のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記圧力吸収体面を形成する部材のヤング率は100MPa以上であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。   7. The liquid droplet ejection head according to claim 1, wherein the member forming the pressure absorber surface has a Young's modulus of 100 MPa or more.
  8. 請求項1ないし7のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、圧力吸収体面を形成する部材はNiからなることを特徴とする液滴吐出ヘッド。   8. The liquid droplet ejection head according to claim 1, wherein the member that forms the pressure absorber surface is made of Ni.
  9. 請求項3ないし8のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記薄肉部のX方向長さをUx(μm)、圧力吸収体面全体のX方向長さをTx(μm)としたときに、次の(2)式の関係を充足することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
    In the liquid droplet ejection head according to any one of claims 3 to 8, when the X-direction length of the thin portion is Ux (μm) and the X-direction length of the entire pressure absorber surface is Tx (μm), A droplet discharge head characterized by satisfying the relationship of the following expression (2).
  10. 請求項2ないし7のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記薄肉部の領域の一部に第2の厚肉部が形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。   8. The liquid droplet ejection head according to claim 2, wherein a second thick part is formed in a part of the thin part region.
  11. 請求項10に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記厚肉部と第2の厚肉部は、同じ厚さであることを特徴とする液滴吐出ヘッド。   The droplet discharge head according to claim 10, wherein the thick part and the second thick part have the same thickness.
  12. 請求項1ないし11のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記液室の少なくとも一面を形成する振動板と前記圧力吸収体面を形成する部材の少なくとも一部が同一の層で一体形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。   12. The liquid droplet ejection head according to claim 1, wherein at least a part of the vibration plate forming at least one surface of the liquid chamber and the member forming the pressure absorber surface are integrally formed of the same layer. A droplet discharge head characterized by comprising:
  13. 複数のノズルが各々連通する複数の液室に液体を供給するための共通液室を有し、ベース基板上に前記液室内の圧力を変化させるための複数の圧力変換手段を備えた液滴吐出ヘッドにおいて、前記液室の並び方向をX方向としたときに、前記共通液室のX方向に沿う壁面の内の少なくとも一つの面は他の壁面よりも剛性を低くして圧力変化を吸収するための圧力吸収体面とし、この圧力吸収体面を形成する部材は剛性が異なる複数の部分を有していることを特徴とする液滴吐出ヘッド。   Droplet discharge having a common liquid chamber for supplying a liquid to a plurality of liquid chambers in which a plurality of nozzles communicate with each other, and having a plurality of pressure conversion means for changing the pressure in the liquid chamber on a base substrate In the head, when the arrangement direction of the liquid chambers is the X direction, at least one of the wall surfaces along the X direction of the common liquid chamber has a lower rigidity than the other wall surfaces to absorb the pressure change. And a member forming the pressure absorber surface having a plurality of portions having different rigidity.
  14. 請求項1ないし13のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、このヘッドはライン型の記録ヘッドであることを特徴とする液滴吐出ヘッド。   14. The liquid droplet ejection head according to claim 1, wherein the head is a line type recording head.
  15. 液滴吐出ヘッドを備えて被記録媒体に画像を形成する画像形成装置において、請求項1ないし14のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを備えていることを特徴とする画像形成装置。

    15. An image forming apparatus, comprising a droplet discharge head, which forms an image on a recording medium, comprising the droplet discharge head according to claim 1.

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