JP2009226807A - Inkjet print head - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inkjet print head which attains the high density of a head section, stable flying of ink, and improvement in recorded print and recording quality. <P>SOLUTION: By utilizing a thermal capillary action, an ink liquid surface is moved to the propagation surface of an SAW 3, and the SAW is caused to enter there, thereby causing a minute ink to fly. At that time, by providing an ink supply part with a heating means (heater 9) and an ink passage 7 for each pixel, an ink drop is caused to fly selectively according to image information, thus recording on a recording medium. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、表面弾性波(SAW)を利用してインクを飛翔させるインクジェットプリントヘッドに関する。   The present invention relates to an ink jet print head that ejects ink using surface acoustic waves (SAW).

従来から表面弾性波をインク滴飛翔の駆動源とするインクジェットプリンタヘッドが提案されている。これは、表面弾性波の伝搬面上に液体を付加し、表面弾性波をその液体中に放射させ、その励振出力を大きくすることにより、液体が微小粒子となって飛翔する現象を利用したものである。   2. Description of the Related Art Conventionally, ink jet printer heads using surface acoustic waves as a driving source for ink droplet flight have been proposed. This uses the phenomenon that liquid is added to the surface of propagation of surface acoustic waves, the surface acoustic waves are radiated into the liquid, and the excitation output is increased to cause the liquid to fly as fine particles. It is.

このような従来のインクジェットプリントヘッドにおいて、ノズルレス方式は大きく分けて、画素ごとに櫛歯状電極(IDT)を1つ設ける場合(例えば、特許文献1参照)と、駆動源として大きな1つのIDTと画素制御用の小さなIDTを設ける場合(例えば、特許文献2参照)とに分類される。   In such a conventional inkjet print head, the nozzleless method is roughly divided into a case where one comb-like electrode (IDT) is provided for each pixel (see, for example, Patent Document 1), and a large IDT as a drive source. This is classified as a case where a small IDT for pixel control is provided (for example, see Patent Document 2).

特開平10−193592号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-193592 特開平4−189145号公報JP-A-4-189145

しかし、上述した特許文献1のインクジェットプリントヘッドにおいて、IDTの交差幅は3波長以上必要といわれており、画素ごとにIDTを1つ持つ場合はこれがネックとなって、高密度化に制限がある。   However, in the above-described ink jet print head of Patent Document 1, it is said that the IDT crossing width is required to be three or more wavelengths, and when one IDT is provided for each pixel, this becomes a bottleneck, and there is a limit to high density. .

また、特許文献2のインクジェットプリントヘッドのように、駆動源として大きな1つのIDTと画素制御用の小さなIDTを設ける場合も、画素制御用のIDTの交差幅の最小値に制限があり、これに伴い高密度化に制限が付く。   In addition, when a large IDT and a small IDT for pixel control are provided as drive sources, as in the ink jet print head of Patent Document 2, there is a limit to the minimum value of the intersection width of the IDT for pixel control. Along with this, there is a limit to densification.

一般に圧電材として電気機械結合係数の大きなLiNb03 が使用されているが、これの音速は約4000m/秒であり、50MHzの高速で動作させても、波長は80μmとなる。よって、交差幅3波長のIDTを考えると240μmピッチ以上となり、これでは100dpi 相当のプリントヘッドしか実現できない。   In general, LiNb03 having a large electromechanical coupling coefficient is used as the piezoelectric material, but the sound speed thereof is about 4000 m / second, and the wavelength is 80 μm even when operated at a high speed of 50 MHz. Therefore, considering an IDT having a crossing width of 3 wavelengths, the pitch is 240 μm or more, and only a print head corresponding to 100 dpi can be realized.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、可能な限り簡単な構成により、ヘッド部の高密度化を図り、しかもインクを安定して飛翔させ、所要の記録印字を行えるようにするとともに、記録品質を向上させることができるインクジェットプリントヘッドを得ることを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, so that the density of the head portion can be increased with the simplest possible configuration, and the ink can be stably ejected to perform the required recording and printing. In addition, an object is to obtain an ink jet print head capable of improving the recording quality.

このような目的に応えるために本発明(請求項1記載の発明に係るインクジェットプリントヘッドは、熱毛細管現象を利用して、インク液面をSAW伝搬面まで移動させ、そこにSAWを入射させることにより、微小インクを飛翔させるとともに、インク供給部において画素ごとにインク流路と加熱手段とを形成することにより、画像情報に応じて選択的にインク滴を飛翔させ、記録媒体上に記録するように構成したことを特徴とする。   In order to meet such an object, the present invention (the ink jet print head according to the first aspect of the present invention uses the thermal capillary phenomenon to move the ink liquid surface to the SAW propagation surface and make the SAW incident thereon. As a result, the minute ink is ejected, and the ink supply section is formed with the ink flow path and the heating means for each pixel so that the ink droplets are selectively ejected according to the image information and recorded on the recording medium. It is characterized by comprising.

本発明(請求項2記載の発明)に係るインクジェットプリントヘッドは、請求項1において、インク供給部を構成する部材を、親水性の材質を使用して形成するか、または親水コーティングを施すことにより、インク流路の内壁および天板内面を親水性とするとともに、圧電基板と当接する面には、撥水コーティングを施し、流路を伝搬してきたインクが隣接流路に滲み出さないようすることを特徴とする。   An ink jet print head according to the present invention (the invention according to claim 2) is the ink jet print head according to claim 1, wherein the member constituting the ink supply section is formed by using a hydrophilic material or is provided with a hydrophilic coating. In addition, the inner wall of the ink channel and the inner surface of the top plate are made hydrophilic, and the surface that comes into contact with the piezoelectric substrate is provided with a water-repellent coating so that the ink that has propagated through the channel does not ooze into the adjacent channel. It is characterized by.

本発明(請求項3記載の発明)に係るインクジェットプリントヘッドは、請求項1または請求項2において、非印字時においてヒーターをOFFしたときには、圧力調整器により各インク流路におけるインク液面が矩形管状流路部の先端近傍に位置するようにインク室の圧力を調整することを特徴とする。   The ink jet print head according to the present invention (invention of claim 3) is the ink print head according to claim 1 or claim 2, wherein when the heater is turned off during non-printing, the ink liquid surface in each ink flow path is rectangular by the pressure regulator. The pressure of the ink chamber is adjusted so as to be positioned in the vicinity of the tip of the tubular flow path portion.

本発明(請求項4記載の発明)に係るインクジェットプリントヘッドは、請求項1、請求項2または請求項3において、インク流路における天板なしインク流路部の長さを、SAWの波長の8倍以上とすることを特徴とする。   The ink jet print head according to the present invention (the invention according to claim 4) is the ink jet print head according to claim 1, 2 or 3, wherein the length of the ink flow path portion without the top plate in the ink flow path is set to the SAW wavelength. It is characterized by being 8 times or more.

以上説明したように本発明に係るインクジェットプリントヘッドによれば、SAWをインク滴飛翔の駆動力とするインクジェット方式において、熱毛細管現象(マランゴニ効果)を利用してインクを画像情報に応じて選択的にSAW伝搬面に供給して印字を行うようにしているから、簡単な構成であるにもかかわらず、ヘッド部の高密度化を図り、しかもインクを安定して飛翔させ、所要の記録印字を行えるようにするとともに、記録品質を向上させることができる。   As described above, according to the ink jet print head according to the present invention, in the ink jet system using SAW as a driving force for ink droplet flight, the ink is selectively selected according to image information using the thermal capillary phenomenon (Marangoni effect). Since the printing is performed by supplying it to the SAW propagation surface, despite the simple structure, the density of the head portion is increased and the ink is stably ejected to perform the required recording printing. It is possible to improve the recording quality.

特に、本発明によれば、20V程度の低電圧でインク供給制御が可能であり、所要の記録印字を可能とし、記録品質を向上させることができる。   In particular, according to the present invention, it is possible to control ink supply at a low voltage of about 20 V, to enable required recording printing, and to improve recording quality.

また、本発明によれば、エッチング、又は、MEMS技術により容易に微細流路が形成可能であり、さらに個別ヒーターも印刷方式工程で形成可能であるから、容易に高密度化が可能である等の優れた効果がある。   In addition, according to the present invention, a fine flow path can be easily formed by etching or MEMS technology, and further, an individual heater can also be formed by a printing method process, so that the density can be easily increased. Has an excellent effect.

図1および図2は本発明に係るインクジェットプリントヘッドの一実施形態を示す。
これらの図において、1は伝搬体としての圧電基板(一般的にはLiNb03 が使用される。)で、この圧電基板1上(伝搬面)には、幅広の櫛形交差指電極(IDT)2が、1つないしは複数個形成され、基材に端面を合せて貼り付けて構成されている。なお、このIDT2には、交流発生装置が接続されている。
また、3は弾性表面波(SAW)であり、圧電基板1の伝搬面上を伝搬するようになっている。
1 and 2 show an embodiment of an ink jet print head according to the present invention.
In these figures, reference numeral 1 denotes a piezoelectric substrate (generally LiNb03) is used as a propagating body, and a wide comb-shaped interdigitated electrode (IDT) 2 is formed on the piezoelectric substrate 1 (propagation surface). One or a plurality are formed, and are configured by adhering the end surfaces to the base material. Note that an AC generator is connected to the IDT 2.
Reference numeral 3 denotes a surface acoustic wave (SAW) that propagates on the propagation surface of the piezoelectric substrate 1.

5は圧電基板1の端部に当接して配置されるインク供給部であり、インク室6を有するとともに、このインク室6から画素に対応した個別インク流路7が矩形管状に形成されている。そして、圧力調整器(図示せず)で調整された圧力がチューブなどを通じてインク室6に伝えられ、各個別インク流路7におけるインク液面が矩形管状部の先端近傍に位置するように調整するようになっている。   Reference numeral 5 denotes an ink supply unit disposed in contact with the end of the piezoelectric substrate 1, and includes an ink chamber 6, and an individual ink flow path 7 corresponding to the pixel from the ink chamber 6 is formed in a rectangular tubular shape. . Then, the pressure adjusted by a pressure regulator (not shown) is transmitted to the ink chamber 6 through a tube or the like, and adjusted so that the ink liquid level in each individual ink flow path 7 is positioned near the tip of the rectangular tubular portion. It is like that.

8はこのインク供給部5において個別インク流路7のインク室6側の一部を覆うように設けた流路天板であり、この流路天板8の各流路7に対応する部分には、個別にヒーター9が設けられている。10はこれらのヒーター9を個別にON/OFFする個別制御SWである。なお、7aは矩形管状流路部、7bは天板なし流路部である。   Reference numeral 8 denotes a flow path top plate provided so as to cover a part of the individual ink flow path 7 on the ink chamber 6 side in the ink supply unit 5, and a portion corresponding to each flow path 7 of the flow path top plate 8. The heater 9 is provided individually. Reference numeral 10 denotes an individual control SW for individually turning on / off these heaters 9. In addition, 7a is a rectangular tubular flow path part, 7b is a top plate-less flow path part.

ここで、インク供給部5を構成する部材には親水性の材質を使用し、流路7の内壁及び、天板内面は親水性とする。親水コーティングを施して、同様の構成としても良い。ただし、圧電基板1と当接する端面は撥水コーティングを施し、流路7を伝搬してきたインクが隣接流路7に滲み出さないようする。   Here, a hydrophilic material is used for the members constituting the ink supply unit 5, and the inner wall of the flow path 7 and the inner surface of the top plate are made hydrophilic. A hydrophilic coating may be applied to provide a similar configuration. However, the end surface in contact with the piezoelectric substrate 1 is provided with a water-repellent coating so that the ink propagating through the flow path 7 does not ooze into the adjacent flow path 7.

画像情報に応じてインク滴を飛翔させる場合は、個別制御Sw10を短絡しヒーター9で矩形管状流路部7aを加熱する。すると、加熱された部分の表面張力が低下(熱毛細管現象又は、マランゴニ効果とも言う。)し、天板8のない流路部(7b)へインクが流れ出し、SAW伝搬面に到達する。
なお、ヒーター9の加熱は一般的な薄膜ヒーターを用いて20V程度の低圧電源で可能である。
When the ink droplets are caused to fly according to the image information, the individual control Sw10 is short-circuited and the rectangular tubular flow path portion 7a is heated by the heater 9. Then, the surface tension of the heated portion is reduced (also referred to as thermocapillary phenomenon or Marangoni effect), ink flows out to the flow path portion (7b) without the top plate 8, and reaches the SAW propagation surface.
The heater 9 can be heated with a low voltage power source of about 20 V using a general thin film heater.

そして、例えば50MHz、30〜50Vppで励振させたSAW3をここに入射すると、インク液内部でSAW3が縦波に変換され、その縦波がインクを微小液滴としてレーリー角方向に飛翔し、その先に置いた記録媒体に記録される。   Then, for example, when SAW 3 excited at 50 MHz and 30 to 50 Vpp is incident on the SAW 3, the SAW 3 is converted into a longitudinal wave inside the ink liquid, and the longitudinal wave flies in the Rayleigh angle direction as a minute droplet of ink, and beyond. Is recorded on the recording medium placed in

また、ヒーター9をOFFし、矩形管状流路部7aの温度が低下すると、表面張力は元に戻り、流れ出したインクは引き戻される。   Further, when the heater 9 is turned off and the temperature of the rectangular tubular channel portion 7a decreases, the surface tension returns to the original state, and the ink that has flowed out is pulled back.

天板なし流路部7bをインクが移動することによりインク滴の飛翔を制御するために、この距離は短い方がよいが、この部分はまた、SAW3が縦波にモード変換する領域でもあるために、SAW3がインク液内部に十分に侵入する必要があり、8波長以上を確保する必要がある。   In order to control the flying of the ink droplets by moving the ink through the top plate-less channel portion 7b, this distance should be short, but this portion is also a region where the SAW 3 performs mode conversion into a longitudinal wave. In addition, the SAW 3 needs to sufficiently penetrate into the ink liquid, and it is necessary to ensure 8 wavelengths or more.

よって、LiNb03 基板1でSAW発生部を構成し、上記のように50MHzで励振させた場合はSAW3の波長は80μmとなるため、天板なし流路部7bの長さは640μm以上とする。   Therefore, when the SAW generating part is constituted by the LiNb03 substrate 1 and excited at 50 MHz as described above, the wavelength of the SAW 3 is 80 μm, and therefore the length of the top plate-less channel part 7b is 640 μm or more.

このような構成によるインクジェットプリントヘッドによれば、20V程度の低電圧でインク供給制御が可能となる。さらに、エッチング、又は、MEMS技術により容易に微細流路が形成可能であり、個別ヒーターも印刷方式工程で形成可能であるから、容易に高密度化が可能となる。   According to the ink jet print head having such a configuration, ink supply control can be performed at a low voltage of about 20V. Furthermore, fine channels can be easily formed by etching or MEMS technology, and individual heaters can also be formed by a printing method process, so that the density can be easily increased.

なお、本発明は上述した実施の形態で説明した構造には限定されず、インクジェットプリントヘッドを構成する各部の形状、構造等を適宜変形、変更し得ることはいうまでもない。   Note that the present invention is not limited to the structure described in the above-described embodiment, and it goes without saying that the shape, structure, and the like of each part constituting the inkjet print head can be appropriately modified and changed.

たとえば上述した実施形態では、流路7の断面の形を矩形としたが、これに限定するものではなく、半円形、半楕円形などでもかまわない。
また、インク流路7において、流路天板8に設けたヒーター9に対応する部分の流路7の流路幅を幅狭に形成するように構成する等の変形例も考えられる。
For example, in the above-described embodiment, the cross-sectional shape of the flow path 7 is rectangular, but is not limited thereto, and may be a semicircular shape, a semi-elliptical shape, or the like.
In addition, in the ink flow path 7, a modification in which the flow path width of the flow path 7 corresponding to the heater 9 provided on the flow path top plate 8 is formed to be narrow is also conceivable.

本発明に係るインクジェットプリントヘッドの一実施形態を示す概略分解斜視図である。1 is a schematic exploded perspective view showing an embodiment of an ink jet print head according to the present invention. 図1のインクジェットプリントヘッドの組立状態を示す平面図、正面図および左、右側面図である。FIG. 2 is a plan view, a front view, a left side view, and a right side view showing an assembled state of the ink jet print head of FIG. 1.

符号の説明Explanation of symbols

1…圧電基板(伝搬体)、2…交差指電極(IDT)、3…弾性表面波(SAW)、5…インク供給部、6…インク室、7…個別インク流路、8…流路天板、9…ヒーター、10…個別制御SW。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Piezoelectric substrate (propagating body), 2 ... Interstitial electrode (IDT), 3 ... Surface acoustic wave (SAW), 5 ... Ink supply part, 6 ... Ink chamber, 7 ... Individual ink flow path, 8 ... Flow path ceiling Plate, 9 ... heater, 10 ... individual control SW.

Claims (4)

熱毛細管現象を利用して、インク液面をSAW伝搬面まで移動させ、そこにSAWを入射させることにより、微小インクを飛翔させるとともに、
インク供給部において画素ごとにインク流路と加熱手段とを形成することにより、画像情報に応じて選択的にインク滴を飛翔させ、記録媒体上に記録するように構成したことを特徴とするインクジェットプリントヘッド。
Using the thermal capillary phenomenon, the ink liquid surface is moved to the SAW propagation surface, and the SAW is incident on the ink liquid surface to fly the micro ink,
An ink jet comprising: an ink flow path and a heating unit for each pixel formed in an ink supply unit, whereby ink droplets are selectively ejected according to image information and recorded on a recording medium. Print head.
請求項1記載のインクジェットプリントヘッドにおいて、
インク供給部を構成する部材を、親水性の材質を使用して形成するか、または親水コーティングを施すことにより、インク流路の内壁および天板内面を親水性とするとともに、
圧電基板と当接する面には、撥水コーティングを施し、流路を伝搬してきたインクが隣接流路に滲み出さないようすることを特徴とするインクジェットプリントヘッド。
The inkjet printhead of claim 1.
By forming a member constituting the ink supply unit using a hydrophilic material or applying a hydrophilic coating, the inner wall of the ink flow path and the inner surface of the top plate are made hydrophilic,
An ink jet print head characterized in that a water repellent coating is applied to a surface in contact with a piezoelectric substrate so that ink that has propagated through a flow path does not ooze into an adjacent flow path.
請求項1または請求項2記載のインクジェットプリントヘッドにおいて、
非印字時においてヒーターをOFFしたときには、圧力調整器により各インク流路におけるインク液面が矩形管状流路部の先端近傍に位置するようにインク室の圧力を調整することを特徴とするインクジェットプリントヘッド。
The inkjet printhead according to claim 1 or 2,
Inkjet printing characterized in that when the heater is turned off during non-printing, the pressure in the ink chamber is adjusted by a pressure regulator so that the ink liquid level in each ink flow path is located near the tip of the rectangular tubular flow path portion head.
請求項1、請求項2または請求項3記載のインクジェットプリントヘッドにおいて、
インク流路における天板なしインク流路部の長さを、SAWの波長の8倍以上とすることを特徴とするインクジェットプリントヘッド。
The ink jet print head according to claim 1, 2 or 3,
An ink jet print head characterized in that the length of the ink flow path portion without the top plate in the ink flow path is at least 8 times the wavelength of SAW.
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