JP2012148536A - Liquid jet head and liquid jetting apparatus - Google Patents

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賢二 音喜多
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid jet head that can prevent crosstalk from occurring when performing liquid jetting, and to provide a liquid jetting apparatus.SOLUTION: A plurality of main-pressure chambers 20 communicated with respective nozzles 23 are defined by partition walls 37. A recording head discharge inks from the respective nozzles communicated with the pressure chambers by: deforming an actuation surface (elastic film 16) for sealing the opening surfaces of the pressure chambers through the piezoelectric elements 18; and then causing pressure variation in each of the inks of the respective pressure chambers. A plurality of sub-pressure chamber 36 that connects the main-pressure chamber with the nozzle are formed in a nozzle-forming substrate 15, in a direction where the nozzles are provided in a row, the sub-pressure chambers corresponding to respective main-pressure chambers. The width of the sub-pressure chamber in the direction where the nozzles are provided in a row is smaller than the width of the main-pressure chamber in the same direction.

Description

本発明は、インクジェット式記録装置などの液体噴射装置に搭載される液体噴射ヘッド、および、これを搭載する液体噴射装置に関し、特に、ノズルに連通する圧力室の一部を構成する作動面を変形させることで当該圧力室内の液体に圧力変動を生じさせることによりノズルから液体を噴射させる液体噴射ヘッド、および、液体噴射装置に関するものである。   The present invention relates to a liquid ejecting head mounted on a liquid ejecting apparatus such as an ink jet recording apparatus, and a liquid ejecting apparatus including the liquid ejecting head, and in particular, a working surface constituting a part of a pressure chamber communicating with a nozzle is deformed. The present invention relates to a liquid ejecting head that ejects liquid from a nozzle by causing a pressure fluctuation in the liquid in the pressure chamber, and a liquid ejecting apparatus.

液体噴射装置は、液体を液滴としてノズルから噴射可能な液体噴射ヘッドを備え、この液体噴射ヘッドから各種の液体を噴射する装置である。この液体噴射装置の代表的なものとして、例えば、インクジェット式記録ヘッド(以下、記録ヘッドという)を備え、この記録ヘッドのノズルから液体状のインクをインク滴として噴射させて記録を行うインクジェット式記録装置(プリンター)等の画像記録装置を挙げることができる。また、この他、液晶ディスプレイ等のカラーフィルタに用いられる色材、有機EL(Electro Luminescence)ディスプレイに用いられる有機材料、電極形成に用いられる電極材等、様々な種類の液体の噴射に液体噴射装置が用いられている。そして、画像記録装置用の記録ヘッドでは液状のインクを噴射し、ディスプレイ製造装置用の色材噴射ヘッドではR(Red)・G(Green)・B(Blue)の各色材の溶液を噴射する。また、電極形成装置用の電極材噴射ヘッドでは液状の電極材料を噴射し、チップ製造装置用の生体有機物噴射ヘッドでは生体有機物の溶液を噴射する。   The liquid ejecting apparatus is an apparatus that includes a liquid ejecting head capable of ejecting liquid as droplets from a nozzle and ejects various liquids from the liquid ejecting head. A typical example of the liquid ejecting apparatus is an ink jet recording that includes an ink jet recording head (hereinafter referred to as a recording head) and performs recording by ejecting liquid ink as ink droplets from the nozzle of the recording head. An image recording apparatus such as an apparatus (printer) can be given. In addition, liquid ejecting apparatuses for ejecting various types of liquids such as color materials used for color filters such as liquid crystal displays, organic materials used for organic EL (Electro Luminescence) displays, electrode materials used for electrode formation, etc. Is used. The recording head for the image recording apparatus ejects liquid ink, and the color material ejecting head for the display manufacturing apparatus ejects solutions of R (Red), G (Green), and B (Blue) color materials. The electrode material ejecting head for the electrode forming apparatus ejects a liquid electrode material, and the bioorganic matter ejecting head for the chip manufacturing apparatus ejects a bioorganic solution.

上記のプリンターに搭載される記録ヘッドは、インクカートリッジ等のインク供給源からのインクを圧力室に導入し、圧電素子を作動させて圧力室の開口を封止する作動面を変形させて当該圧力室内のインクに圧力変動を生じさせ、この圧力変動を利用して圧力室内のインクをノズルからインク滴として噴射するように構成されたものがある。このような記録ヘッドでは、記録画像の画質向上に対応するべく、複数のノズルを高密度に配設している。これにより、各ノズルに連通している圧力室も高い密度で形成されており、その結果、隣り合う圧力室やその他の流路同士を区画する隔壁は非常に薄くなる傾向にある。そのため、隣接するノズル間において所謂隣接クロストークが問題となる。   The recording head mounted on the printer introduces ink from an ink supply source such as an ink cartridge into the pressure chamber, operates the piezoelectric element, and deforms the operating surface that seals the opening of the pressure chamber to change the pressure. There is a configuration in which pressure fluctuation is generated in the ink in the chamber, and the ink in the pressure chamber is ejected as an ink droplet from a nozzle using the pressure fluctuation. In such a recording head, a plurality of nozzles are arranged at a high density in order to cope with an improvement in the image quality of the recorded image. As a result, the pressure chambers communicating with the nozzles are also formed with high density, and as a result, the partition walls that partition adjacent pressure chambers and other flow paths tend to be very thin. Therefore, so-called adjacent crosstalk becomes a problem between adjacent nozzles.

この点に関し、圧力室(圧力発生室)を2段構造とし、圧電素子に近い側(以下、1段目)の圧力室を幅広とする一方、圧電素子から遠い側(以下、2段目)の圧力室を幅狭とすることで、隔壁の剛性を高めた構成も提案されている(例えば、特許文献1参照)。   In this regard, the pressure chamber (pressure generating chamber) has a two-stage structure, and the pressure chamber on the side close to the piezoelectric element (hereinafter referred to as the first stage) is widened, while the side far from the piezoelectric element (hereinafter referred to as the second stage). A configuration in which the rigidity of the partition wall is increased by narrowing the pressure chamber is proposed (for example, see Patent Document 1).

特開2001−287360号公報JP 2001-287360 A

ところが、上記の構成では、圧電素子側の圧力室に対して2段目の圧力室とノズルの位置が互いに反対側に位置し、圧力室からノズルに至るまでの流路が複雑となり、その分凹凸が生じるため、気泡が滞留する等の不具合が生じる可能性があった。   However, in the above configuration, the second-stage pressure chamber and the nozzle are positioned opposite to each other with respect to the pressure chamber on the piezoelectric element side, and the flow path from the pressure chamber to the nozzle becomes complicated. Since irregularities are generated, there is a possibility that defects such as air bubbles stay.

なお、このような問題は、インクを噴射する記録ヘッドを搭載したインクジェット式記録装置だけではなく、複数の圧力室を、間に隔壁を隔てて有し、圧力室の開口面を封止する作動面を圧電素子によって変形させることで圧力室内の液体に圧力変動を生じさせることによりノズルから液体を噴射させる他の液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置においても同様に存在する。   Such a problem is not only an ink jet recording apparatus equipped with a recording head for ejecting ink, but also an operation that has a plurality of pressure chambers with a partition between them and seals the opening surface of the pressure chamber. This also exists in other liquid ejecting heads and liquid ejecting apparatuses that eject liquid from nozzles by causing pressure fluctuations in the liquid in the pressure chamber by deforming the surface with piezoelectric elements.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、気泡の滞留を防止しつつ液体噴射時のクロストークを防止することが可能な液体噴射ヘッド、および、液体噴射装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a liquid ejecting head and a liquid ejecting apparatus capable of preventing crosstalk during liquid ejecting while preventing air bubbles from staying. Is to provide.

本発明の液体噴射装置は、上記目的を達成するために提案されたものであり、複数のノズルが形成されたノズル形成基板と、
各ノズルにそれぞれ連通する主圧力室を隔壁によってノズル列設方向に複数区画した流路形成基板と、
前記主圧力室の開口面を封止する作動面を変形させて当該主圧力室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生手段と、
を備え、前記圧力発生手段を駆動することで前記主圧力室に連通するノズルから液体を噴射させる液体噴射ヘッドであって、
前記ノズル形成基板には、前記主圧力室と前記ノズルとを連通する副圧力室が、前記複数の主圧力室にそれぞれ対応してノズル列設方向に複数形成され、
前記副圧力室のノズル列設方向の幅は、前記主圧力室の同方向の幅よりも狭いことを特徴とする。
The liquid ejecting apparatus of the present invention has been proposed to achieve the above object, and a nozzle forming substrate on which a plurality of nozzles are formed,
A flow path forming substrate in which a main pressure chamber communicating with each nozzle is divided into a plurality of rows in the nozzle arrangement direction by partition walls;
Pressure generating means for deforming a working surface that seals the opening surface of the main pressure chamber to cause pressure fluctuation in the liquid in the main pressure chamber;
A liquid ejecting head for ejecting liquid from a nozzle communicating with the main pressure chamber by driving the pressure generating means,
In the nozzle forming substrate, a plurality of sub-pressure chambers communicating the main pressure chamber and the nozzle are formed in the nozzle array direction corresponding to the plurality of main pressure chambers,
The width of the sub pressure chambers in the nozzle array direction is narrower than the width of the main pressure chambers in the same direction.

本発明によれば、ノズル形成基板には、主圧力室とノズルとを連通する副圧力室が、複数の主圧力室にそれぞれ対応してノズル列設方向に複数形成され、副圧力室のノズル列設方向の幅は、主圧力室の同方向の幅よりも狭く設定されたので、目標とする流路抵抗およびイナータンスを確保しつつ隔壁全体の剛性を高めることができる。このため、圧力発生手段を作動させてノズルから液体を噴射させる際に主圧力室および副圧力室の内圧が上昇したときに隔壁が隣接する圧力室側に変形する(撓む)ことが抑制される。これにより、液体噴射時の圧力損失が低減され、隣接するノズル間におけるクロストークが防止される。その結果、クロストークに起因する液体噴射特性(ノズルから噴射される液体の量や飛翔速度)の変動を抑制することができる。また、ノズルと主圧力室との間に副圧力室が形成されていることで、ノズルよりも上流側の空間を従来構造のものよりも広く、特に、ノズル列に直交する方向に広く確保することができる。これにより、気泡の滞留を抑制することができ、気泡の滞留を起因とする噴射不良を防止することができる。   According to the present invention, the nozzle forming substrate is formed with a plurality of sub pressure chambers communicating with the main pressure chamber and the nozzles in the nozzle array direction corresponding to the plurality of main pressure chambers. Since the width in the arrangement direction is set to be narrower than the width in the same direction of the main pressure chambers, it is possible to increase the rigidity of the entire partition wall while ensuring the target flow path resistance and inertance. For this reason, when the pressure generating means is operated to eject the liquid from the nozzle, the partition is prevented from being deformed (bent) to the adjacent pressure chamber side when the internal pressures of the main pressure chamber and the sub pressure chamber rise. The Thereby, the pressure loss at the time of liquid injection is reduced, and crosstalk between adjacent nozzles is prevented. As a result, it is possible to suppress fluctuations in the liquid ejection characteristics (the amount of liquid ejected from the nozzle and the flying speed) due to crosstalk. In addition, since the sub pressure chamber is formed between the nozzle and the main pressure chamber, a space upstream of the nozzle is made wider than that of the conventional structure, particularly in a direction perpendicular to the nozzle row. be able to. Thereby, retention of bubbles can be suppressed, and injection failure due to retention of bubbles can be prevented.

また、上記構成において、前記副圧力室のノズル列設方向に直交する方向の長さが、前記主圧力室の同方向の長さに揃えられた構成を採用することが望ましい。   Moreover, in the said structure, it is desirable to employ | adopt the structure by which the length of the direction orthogonal to the nozzle row | line | column installation direction of the said sub pressure chamber was arrange | equalized with the length of the said main pressure chamber in the same direction.

この構成によれば、主圧力室と副圧力室との間に不要な段差が生じないので、両者間での液体の流れが円滑となり、気泡の滞留をより確実に防止することができる。   According to this configuration, there is no unnecessary step between the main pressure chamber and the sub pressure chamber, so that the flow of liquid between the two becomes smooth and the retention of bubbles can be more reliably prevented.

さらに、上記構成において、前記副圧力室が、ノズル列設方向の幅が異なる複数の圧力室空部から成り、
各圧力室空部の幅が、前記主圧力室側から前記ノズル側に向かうほど狭くなる構成を採用することができる。
Furthermore, in the above-described configuration, the sub pressure chamber is composed of a plurality of pressure chamber cavities having different widths in the nozzle array direction,
It is possible to adopt a configuration in which the width of each pressure chamber empty portion becomes narrower from the main pressure chamber side toward the nozzle side.

この構成によれば、副圧力室同士を区画する隔壁の剛性をより高めることができる。その結果、より確実にクロストークを防止することが可能となる。   According to this configuration, it is possible to further increase the rigidity of the partition wall that partitions the sub pressure chambers. As a result, crosstalk can be more reliably prevented.

また、本発明の液体噴射装置は、複数のノズルが形成されたノズル形成基板と、
各ノズルにそれぞれ連通する主圧力室を隔壁によってノズル列設方向に複数区画した流路形成基板と、
前記主圧力室の開口面を封止する作動面を変形させて当該主圧力室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生手段と、
を有し、前記圧力発生手段を駆動することで前記主圧力室に連通するノズルから液体を噴射させる液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置であって、
前記ノズル形成基板には、前記主圧力室と前記ノズルとを連通する副圧力室が、前記複数の主圧力室にそれぞれ対応してノズル列設方向に複数形成され、
前記副圧力室のノズル列設方向の幅は、前記主圧力室のノズル列設方向の幅よりも狭いことを特徴とする。
Further, the liquid ejecting apparatus of the present invention includes a nozzle forming substrate on which a plurality of nozzles are formed,
A flow path forming substrate in which a main pressure chamber communicating with each nozzle is divided into a plurality of rows in the nozzle arrangement direction by partition walls;
Pressure generating means for deforming a working surface that seals the opening surface of the main pressure chamber to cause pressure fluctuation in the liquid in the main pressure chamber;
A liquid ejecting apparatus including a liquid ejecting head that ejects liquid from a nozzle communicating with the main pressure chamber by driving the pressure generating unit,
In the nozzle forming substrate, a plurality of sub-pressure chambers communicating the main pressure chamber and the nozzle are formed in the nozzle array direction corresponding to the plurality of main pressure chambers,
A width of the sub pressure chamber in the nozzle array direction is narrower than a width of the main pressure chamber in the nozzle array direction.

プリンターの構成を説明する斜視図である。FIG. 3 is a perspective view illustrating a configuration of a printer. 記録ヘッドの構成を説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a recording head. ノズル形成基板の平面図である。It is a top view of a nozzle formation board | substrate. 第2実施形態の構成を説明する記録ヘッドの要部断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a main part of a recording head for explaining a configuration of a second embodiment.

以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、以下においては、本発明の液体噴射装置として、液体噴射ヘッドの一種である記録ヘッド2を搭載したインクジェット式記録装置(以下、プリンター1)を例に挙げて説明する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the embodiments described below, various limitations are made as preferred specific examples of the present invention. However, the scope of the present invention is not limited to the following description unless otherwise specified. However, the present invention is not limited to these embodiments. In the following description, an ink jet recording apparatus (hereinafter referred to as a printer 1) equipped with a recording head 2 which is a kind of liquid ejecting head will be described as an example of the liquid ejecting apparatus of the present invention.

図1はプリンター1の構成を示す斜視図である。このプリンター1は、記録ヘッド2が取り付けられると共に、液体供給源の一種であるインクカートリッジ3が着脱可能に取り付けられるキャリッジ4と、記録動作時の記録ヘッド2の下方に配設されたプラテン5と、キャリッジ4を記録紙6(記録媒体および着弾対象の一種)の紙幅方向、即ち、主走査方向に往復移動させるキャリッジ移動機構7と、主走査方向に直交する副走査方向に記録紙6を搬送する紙送り機構8と、を備えている。   FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of the printer 1. The printer 1 includes a carriage 4 to which a recording head 2 is attached and an ink cartridge 3 which is a kind of liquid supply source is detachably attached, and a platen 5 disposed below the recording head 2 during a recording operation. The carriage 4 moves in the sub-scanning direction orthogonal to the main scanning direction, and the carriage moving mechanism 7 for reciprocating the carriage 4 in the paper width direction of the recording paper 6 (a kind of the recording medium and the landing target), that is, the main scanning direction. And a paper feed mechanism 8 that performs the operation.

キャリッジ4は、主走査方向に架設されたガイドロッド9に軸支された状態で取り付けられており、キャリッジ移動機構7の作動により、ガイドロッド9に沿って主走査方向に移動するように構成されている。キャリッジ4の主走査方向の位置は、リニアエンコーダー10によって検出され、その検出信号、即ち、エンコーダーパルスが図示しないプリンターコントローラーに送信される。リニアエンコーダー10は位置情報出力手段の一種であり、記録ヘッド2の走査位置に応じたエンコーダーパルスを、主走査方向における位置情報として出力する。このため、プリンターコントローラーは、受信したエンコーダーパルスに基づいてキャリッジ4に搭載された記録ヘッド2の走査位置を認識できる。即ち、例えば、受信したエンコーダーパルスをカウントすることで、キャリッジ4の位置を認識することができる。これにより、プリンターコントローラーはこのリニアエンコーダー10からのエンコーダーパルスに基づいてキャリッジ4(記録ヘッド2)の走査位置を認識しながら、記録ヘッド2による記録動作を制御することができる。   The carriage 4 is attached while being supported by a guide rod 9 installed in the main scanning direction, and is configured to move in the main scanning direction along the guide rod 9 by the operation of the carriage moving mechanism 7. ing. The position of the carriage 4 in the main scanning direction is detected by the linear encoder 10, and the detection signal, that is, the encoder pulse is transmitted to a printer controller (not shown). The linear encoder 10 is a kind of position information output means, and outputs an encoder pulse corresponding to the scanning position of the recording head 2 as position information in the main scanning direction. For this reason, the printer controller can recognize the scanning position of the recording head 2 mounted on the carriage 4 based on the received encoder pulse. That is, for example, the position of the carriage 4 can be recognized by counting the received encoder pulses. Thus, the printer controller can control the recording operation by the recording head 2 while recognizing the scanning position of the carriage 4 (recording head 2) based on the encoder pulse from the linear encoder 10.

キャリッジ4の移動範囲内における記録領域よりも外側の端部領域には、キャリッジの走査の基点となるホームポジションが設定されている。本実施形態におけるホームポジションには、記録ヘッド2のノズル形成面(ノズル形成基板15:図2参照)を封止するキャッピング部材11と、ノズル形成面を払拭するためのワイパー部材12とが配置されている。そして、プリンター1は、このホームポジションから反対側の端部へ向けてキャリッジ4が移動する往動時と、反対側の端部からホームポジション側にキャリッジ4が戻る復動時との双方向で記録紙6上に文字や画像等を記録する所謂双方向記録が可能に構成されている。   A home position serving as a base point for scanning of the carriage is set in an end area outside the recording area within the movement range of the carriage 4. In the home position in the present embodiment, a capping member 11 for sealing the nozzle formation surface (nozzle formation substrate 15: see FIG. 2) of the recording head 2 and a wiper member 12 for wiping the nozzle formation surface are disposed. ing. The printer 1 is bi-directional between when the carriage 4 moves from the home position toward the opposite end and when the carriage 4 returns from the opposite end to the home position. So-called bidirectional recording in which characters, images, etc. are recorded on the recording paper 6 is possible.

図2は、本実施形態の記録ヘッド2の構成を示す図であり、(a)は記録ヘッド2の平面図、(b)は(a)におけるA−A′線断面図、(c)は(a)におけるB−B′線断面図である。また、図3は、ノズル形成基板15の平面(上面)図である。なお、図2および図3ではノズル4つ分の構成を例示しているが、残りの他のノズルに対応する構成も同様である。本実施形態における記録ヘッド2は、流路形成基板14、ノズル形成基板15、弾性体膜16、絶縁体膜17、圧電素子18、及び、保護基板19等を積層して構成されている。   2A and 2B are diagrams illustrating a configuration of the recording head 2 according to the present embodiment, in which FIG. 2A is a plan view of the recording head 2, FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. It is BB 'sectional view taken on the line in (a). FIG. 3 is a plan (top) view of the nozzle forming substrate 15. 2 and 3 illustrate the configuration of four nozzles, the configuration corresponding to the remaining other nozzles is the same. The recording head 2 in this embodiment is configured by laminating a flow path forming substrate 14, a nozzle forming substrate 15, an elastic film 16, an insulator film 17, a piezoelectric element 18, a protective substrate 19, and the like.

流路形成基板14は、例えば、ステンレス鋼等の金属板材またはシリコン単結晶基板から成る板材である。この流路形成基板14には、複数の主圧力室20が、隔壁37を間に挟んでその幅方向(ノズル列方向)に並設されている。流路形成基板14の主圧力室20の長手方向外側の領域には連通部21が形成され、連通部21と各主圧力室20とが、主圧力室20毎に設けられたインク供給路22を介して連通されている。なお、連通部21は、後述する保護基板19のリザーバー部29と連通して各主圧力室20の共通のインク室となるリザーバー30の一部を構成する。インク供給路22は、主圧力室20よりも狭い幅で形成されており、連通部21から主圧力室20に流入するインクに対して一定の流路抵抗を付与する。流路形成基板14におけるこれらの主圧力室20やインク供給路22等の流路は、異方性エッチングにより形成されている。   The flow path forming substrate 14 is, for example, a plate made of a metal plate such as stainless steel or a silicon single crystal substrate. In the flow path forming substrate 14, a plurality of main pressure chambers 20 are arranged in parallel in the width direction (nozzle row direction) with the partition wall 37 interposed therebetween. A communication portion 21 is formed in a region outside the main pressure chamber 20 in the longitudinal direction of the flow path forming substrate 14, and the communication portion 21 and each main pressure chamber 20 are provided for each main pressure chamber 20. It is communicated through. The communication portion 21 constitutes a part of a reservoir 30 that communicates with a reservoir portion 29 of the protective substrate 19 described later and serves as a common ink chamber for the main pressure chambers 20. The ink supply path 22 is formed with a narrower width than the main pressure chamber 20, and gives a certain flow path resistance to the ink flowing into the main pressure chamber 20 from the communication portion 21. The flow paths such as the main pressure chamber 20 and the ink supply path 22 in the flow path forming substrate 14 are formed by anisotropic etching.

流路形成基板14の一方の面((図2(b)において下側の面))には、各主圧力室20に対応して複数の副圧力室36および複数のノズル23が開設されたノズル形成基板15が、接着剤等により接合されている。本実施形態におけるノズル形成基板15は、シリコン単結晶基板から成る板材である。副圧力室36は、ノズル形成基板15の流路形成基板14との接合面である上面側から板厚方向の途中までエッチングによって形成されている。同様にノズル23は、副圧力室36の底部からノズル形成基板15の下面(インクが噴射される側の面)に貫通する状態でエッチングによって形成されている。なお、副圧力室36の詳細については後述する。   A plurality of sub pressure chambers 36 and a plurality of nozzles 23 are opened on one surface of the flow path forming substrate 14 (the lower surface in FIG. 2B) corresponding to each main pressure chamber 20. The nozzle forming substrate 15 is bonded with an adhesive or the like. The nozzle forming substrate 15 in the present embodiment is a plate material made of a silicon single crystal substrate. The sub pressure chamber 36 is formed by etching from the upper surface side, which is a joint surface of the nozzle forming substrate 15 to the flow path forming substrate 14, in the middle of the plate thickness direction. Similarly, the nozzle 23 is formed by etching so as to penetrate from the bottom of the sub pressure chamber 36 to the lower surface of the nozzle forming substrate 15 (the surface on the ink ejection side). The details of the sub pressure chamber 36 will be described later.

流路形成基板14の他方の面には、例えば二酸化シリコン(SiO)からなる弾性膜16が形成されている。この弾性膜16における主圧力室20の開口を封止する部分は、本発明における作動面に相当する。また、この弾性膜16上には酸化ジルコニウム(ZrO)からなる絶縁体膜17が形成され、さらに、この絶縁体膜17上には下電極24と、圧電体25と、上電極26とが形成され、これらが積層状態で圧電素子18(圧力発生手段の一種)を構成している。一般的には、圧電素子18の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極(正極又は個別電極)及び圧電体25を主圧力室20毎にパターニングして構成する。そして、パターニングされた何れか一方の電極及び圧電体25から構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部という。なお、本実施形態では、下電極24が圧電素子18の共通電極とされ、上電極26が圧電素子18の個別電極とされているが、圧電体25の分極方向や駆動回路や配線の都合等によってこれらを全体的に逆にする構成とすることもできる。何れの場合においても、主圧力室20毎に圧電体能動部が形成されていることになる。また、このような各圧電素子18の上電極26には、例えば、金(Au)等からなるリード電極27がそれぞれ接続されている。 An elastic film 16 made of, for example, silicon dioxide (SiO 2 ) is formed on the other surface of the flow path forming substrate 14. The portion of the elastic membrane 16 that seals the opening of the main pressure chamber 20 corresponds to the working surface in the present invention. An insulating film 17 made of zirconium oxide (ZrO 2 ) is formed on the elastic film 16, and a lower electrode 24, a piezoelectric body 25, and an upper electrode 26 are further formed on the insulating film 17. These are formed, and these constitute a piezoelectric element 18 (a kind of pressure generating means) in a laminated state. In general, one electrode of the piezoelectric element 18 is used as a common electrode, and the other electrode (positive electrode or individual electrode) and the piezoelectric body 25 are patterned for each main pressure chamber 20. A portion that is constituted by any one of the patterned electrodes and the piezoelectric body 25 and in which piezoelectric distortion is generated by applying a voltage to both electrodes is referred to as a piezoelectric active portion. In this embodiment, the lower electrode 24 is a common electrode of the piezoelectric element 18 and the upper electrode 26 is an individual electrode of the piezoelectric element 18. However, the polarization direction of the piezoelectric body 25, the convenience of the drive circuit and wiring, etc. Therefore, it is possible to adopt a configuration in which these are entirely reversed. In either case, a piezoelectric active part is formed for each main pressure chamber 20. Further, a lead electrode 27 made of, for example, gold (Au) or the like is connected to the upper electrode 26 of each piezoelectric element 18.

流路形成基板14上の圧電素子18側の面には、圧電素子18に対向する領域にその変位を阻害しない程度の大きさの空間となる圧電素子保持部28を有する保護基板19が接合されている。さらに、保護基板19には、流路形成基板14の連通部21に対応する領域にリザーバー部29が設けられている。このリザーバー部29は、主圧力室20の並設方向に沿って長尺な矩形の開口形状を有する貫通穴として保護基板19に形成されている。そして、リザーバー部29は、上述したように流路形成基板14の連通部21と連通して各主圧力室20の共通のインク室となるリザーバー30を構成している。   A protective substrate 19 having a piezoelectric element holding portion 28 that is a space of a size that does not hinder the displacement of the piezoelectric element 18 is bonded to a surface facing the piezoelectric element 18 on the surface of the flow path forming substrate 14. ing. Further, the protective substrate 19 is provided with a reservoir portion 29 in a region corresponding to the communication portion 21 of the flow path forming substrate 14. The reservoir portion 29 is formed in the protective substrate 19 as a through hole having a long rectangular opening shape along the direction in which the main pressure chambers 20 are arranged side by side. The reservoir unit 29 communicates with the communication unit 21 of the flow path forming substrate 14 as described above, and constitutes a reservoir 30 that serves as a common ink chamber for the main pressure chambers 20.

また、保護基板19の圧電素子保持部28とリザーバー部29との間の領域には、保護基板19を厚さ方向に貫通する貫通孔31が設けられ、この貫通孔31内に下電極24の一部及びリード電極27の先端部が露出されている。保護基板19上には、封止膜32及び固定板33とからなるコンプライアンス基板34が接合されている。封止膜32は、可撓性を有する材料(例えば、ポリフェニレンサルファイドフィルム)からなり、この封止膜32によってリザーバー部29の一方面が封止されている。また、固定板33は、金属等の硬質の材料(例えば、ステンレス鋼等)で形成される。この固定板33のリザーバー30に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部35となっているため、リザーバー30の一方面は可撓性を有する封止膜32のみで封止されている。   Further, a through hole 31 that penetrates the protective substrate 19 in the thickness direction is provided in a region between the piezoelectric element holding portion 28 and the reservoir portion 29 of the protective substrate 19, and the lower electrode 24 is formed in the through hole 31. A part and the tip of the lead electrode 27 are exposed. A compliance substrate 34 including a sealing film 32 and a fixing plate 33 is bonded onto the protective substrate 19. The sealing film 32 is made of a flexible material (for example, polyphenylene sulfide film), and one surface of the reservoir portion 29 is sealed by the sealing film 32. The fixing plate 33 is made of a hard material such as metal (for example, stainless steel). Since the region of the fixing plate 33 that faces the reservoir 30 is an opening 35 that is completely removed in the thickness direction, one surface of the reservoir 30 is sealed only with a flexible sealing film 32. Has been.

そして、上記構成の記録ヘッド2では、インクカートリッジ等のインク供給手段からインクを取り込み、リザーバー30からノズル23に至るまで内部をインクで満たした後、プリンター本体側からの駆動信号の供給により、主圧力室20に対応するそれぞれの下電極24と上電極26との間に両電極の電位差に応じた電界を付与し、圧電素子18および作動面(弾性膜16)を撓み変形させることにより主圧力室20およびこれに連通する副圧力室36内の圧力を変動させる。この圧力変動を制御することで、ノズル23からインクを噴射させたり、或いは、インクが噴射されない程度にノズル23におけるメニスカスを微振動させたりする。   In the recording head 2 configured as described above, the ink is taken in from an ink supply means such as an ink cartridge, filled with ink from the reservoir 30 to the nozzle 23, and then supplied with a drive signal from the printer main body side. A main pressure is applied by applying an electric field corresponding to the potential difference between the lower electrode 24 and the upper electrode 26 corresponding to the pressure chamber 20 to bend and deform the piezoelectric element 18 and the working surface (elastic film 16). The pressure in the chamber 20 and the sub pressure chamber 36 communicating with the chamber 20 is varied. By controlling the pressure fluctuation, ink is ejected from the nozzle 23, or the meniscus in the nozzle 23 is vibrated slightly to the extent that ink is not ejected.

ここで、本発明に係る記録ヘッド2においては、主圧力室20の上部開口の面積、つまり、当該主圧力室20を封止している作動面の面積に関し、圧電素子18を駆動したときの当該作動面の圧力室内側(ノズル23側)への最大変位量が設計上の目標値となるように定められている。換言すると、目標とする最大変位量が得られるようなコンプライアンス(柔らかさ)を作動面に対して付与するべく主圧力室20の開口面積が設定されている。これに応じて、図2(b)および図2(c)に示すように、主圧力室20のノズル列方向の寸法(幅)Waおよびノズル列に直交する方向の寸法(長さ)Lが定められている。したがって、隣り合う主圧力室20同士を区画する隔壁37の厚さは、主圧力室20の幅Waとノズル23の形成ピッチとに応じて一意的に定まる。この隔壁37の厚さは、この種の従来の記録ヘッドにおける圧力室間の隔壁の壁厚と同程度となっている。これに対し、主圧力室20の縦方向(ノズル形成基板15に垂直な方向の高さ)の寸法(深さ)Da、即ち、隔壁37の高さは、作動面が圧力室内側に最大限変位した際に当該作動面に主圧力室20と副圧力室26との間の段差が干渉しない範囲で、最小限の寸法に設定されている。この隔壁37の高さは、従来の記録ヘッドにおける圧力室間の隔壁の高さよりも十分に低くなっており、これにより、剛性が高められている。   Here, in the recording head 2 according to the present invention, when the piezoelectric element 18 is driven with respect to the area of the upper opening of the main pressure chamber 20, that is, the area of the working surface sealing the main pressure chamber 20. The maximum displacement amount of the working surface toward the pressure chamber side (nozzle 23 side) is determined to be a design target value. In other words, the opening area of the main pressure chamber 20 is set so as to impart compliance (softness) to the working surface so as to obtain the target maximum displacement amount. Accordingly, as shown in FIGS. 2B and 2C, the dimension (width) Wa in the nozzle row direction of the main pressure chamber 20 and the dimension (length) L in the direction orthogonal to the nozzle row are as follows. It has been established. Therefore, the thickness of the partition wall 37 that partitions the adjacent main pressure chambers 20 is uniquely determined according to the width Wa of the main pressure chambers 20 and the formation pitch of the nozzles 23. The thickness of the partition wall 37 is approximately the same as the wall thickness of the partition wall between the pressure chambers in this type of conventional recording head. In contrast, the dimension (depth) Da of the main pressure chamber 20 in the vertical direction (height in the direction perpendicular to the nozzle forming substrate 15) Da, that is, the height of the partition wall 37 is maximized so that the operating surface faces the pressure chamber side. The minimum dimension is set in such a range that the step between the main pressure chamber 20 and the sub pressure chamber 26 does not interfere with the working surface when displaced. The height of the partition wall 37 is sufficiently lower than the height of the partition wall between the pressure chambers in the conventional recording head, thereby increasing the rigidity.

ところで、主圧力室20の縦方向の寸法Daを単に従来のものよりも低くした場合、その分、従来構造の圧力室と比較して容積が小さくなるため、主圧力室20におけるイナータンスや流路抵抗などが従来の圧力室のものと異なることになる。その結果、圧電素子18を駆動してノズル23からインクを噴射したときに目標とするインクの量や飛翔速度等の噴射特性が得られない虞があった。この点に鑑み、本発明に係る記録ヘッド2では、上述したように、ノズル形成基板15に副圧力室36が形成されており、この副圧力室36と主圧力室20とを併せた空間全体が圧力室となっている。そして、この副圧力室36と主圧力室20とを併せた圧力室全体の流路抵抗およびイナータンスが設計上の目標値となるように副圧力室36の寸法が定められている。具体的には、副圧力室36のノズル列に直交する方向の寸法(長さ)は、主圧力室20の同方向の寸法Lに揃えられている一方、副圧力室36のノズル列方向の寸法(幅)Wbは、主圧力室20の同方向の寸法Waよりも狭くなっている。したがって、副圧力室同士を区画する隔壁38の壁厚は、主圧力室同士を区画する隔壁37の壁厚よりも厚くなっている。このため、隔壁38の剛性は、隔壁37の剛性よりも高くなっている。また、副圧力室36の深さ(隔壁38の高さ)Dbは、主圧力室20の深さDaと同程度か又は少し低くなっている。   By the way, when the dimension Da in the longitudinal direction of the main pressure chamber 20 is simply lower than that of the conventional one, the volume is smaller than that of the pressure chamber of the conventional structure. The resistance is different from that of the conventional pressure chamber. As a result, when the piezoelectric element 18 is driven and ink is ejected from the nozzles 23, there is a possibility that target ejection characteristics such as the amount of ink and the flying speed may not be obtained. In view of this point, in the recording head 2 according to the present invention, as described above, the sub pressure chamber 36 is formed in the nozzle forming substrate 15, and the entire space including the sub pressure chamber 36 and the main pressure chamber 20 is combined. Is a pressure chamber. The dimensions of the sub pressure chamber 36 are determined so that the flow resistance and inertance of the entire pressure chamber including the sub pressure chamber 36 and the main pressure chamber 20 become design target values. Specifically, the dimension (length) of the sub pressure chamber 36 in the direction orthogonal to the nozzle row is aligned with the dimension L of the main pressure chamber 20 in the same direction, while the size of the sub pressure chamber 36 in the nozzle row direction. The dimension (width) Wb is narrower than the dimension Wa of the main pressure chamber 20 in the same direction. Therefore, the wall thickness of the partition wall 38 that partitions the sub pressure chambers is larger than the wall thickness of the partition wall 37 that partitions the main pressure chambers. For this reason, the rigidity of the partition wall 38 is higher than the rigidity of the partition wall 37. The depth Db (height of the partition wall 38) Db of the auxiliary pressure chamber 36 is approximately the same as or slightly lower than the depth Da of the main pressure chamber 20.

このように構成することで、圧電素子18および作動面の変位を阻害することなく、また、目標とする流路抵抗およびイナータンスを確保しつつ隔壁全体の剛性を高めることができる。このため、圧電素子18を作動させてノズル23からインクを噴射させる際に主圧力室20および副圧力室36の内圧が上昇したときに隔壁37,38が隣接する圧力室側に変形する(撓む)ことが抑制される。これにより、インク噴射時の圧力損失が低減され、隣接するノズル間におけるクロストークが防止される。その結果、クロストークに起因するインク噴射特性(ノズル23から噴射されるインクの量や飛翔速度)の変動を抑制することができる。また、隔壁の耐久性が高まるため、記録ヘッド2の信頼性を向上させることが可能となる。さらに、ノズル23と主圧力室20との間に副圧力室36が形成されていることで、ノズル23よりも上流側の空間を従来構造のもの(圧力室とノズルを連通するノズル連通孔)よりも広く、特に、ノズル列に直交する方向に広く確保することができる。これにより、インクの流れが円滑になり、ノズル23の近傍における気泡の滞留を抑制することができる。その結果、気泡の滞留を起因とする噴射不良を防止することができる。そして、本実施形態では、副圧力室36のノズル列に直交する方向の寸法(長さ)は、主圧力室20の同方向の寸法Lに揃えられているので、主圧力室20と副圧力室36との間におけるノズル列に直交する方向の両端部に不要な段差が生じない。このため、両者間でのインクの流れが円滑となり、ノズル23の近傍における気泡の滞留をより確実に防止することができる。   With this configuration, it is possible to increase the rigidity of the entire partition wall without obstructing the displacement of the piezoelectric element 18 and the operation surface and securing the target flow path resistance and inertance. Therefore, when the internal pressures of the main pressure chamber 20 and the sub pressure chamber 36 are increased when the piezoelectric element 18 is operated to eject ink from the nozzle 23, the partition walls 37 and 38 are deformed to the adjacent pressure chamber side (flexure). Is suppressed. As a result, pressure loss during ink ejection is reduced, and crosstalk between adjacent nozzles is prevented. As a result, it is possible to suppress fluctuations in ink ejection characteristics (the amount of ink ejected from the nozzles 23 and the flying speed) due to crosstalk. Further, since the durability of the partition wall is increased, the reliability of the recording head 2 can be improved. Further, since the sub pressure chamber 36 is formed between the nozzle 23 and the main pressure chamber 20, the space upstream of the nozzle 23 has a conventional structure (nozzle communication hole for communicating the pressure chamber and the nozzle). Wider, particularly in a direction perpendicular to the nozzle row. Thereby, the flow of ink becomes smooth, and the retention of bubbles in the vicinity of the nozzle 23 can be suppressed. As a result, it is possible to prevent injection failure due to the retention of bubbles. In the present embodiment, the dimension (length) of the sub pressure chamber 36 in the direction orthogonal to the nozzle row is aligned with the dimension L of the main pressure chamber 20 in the same direction. No unnecessary step is generated at both ends in the direction perpendicular to the nozzle row between the chamber 36. For this reason, the flow of ink between the two becomes smooth, and the retention of bubbles in the vicinity of the nozzle 23 can be more reliably prevented.

次に、本発明の第2実施形態について説明する。
図4は、第2実施形態における記録ヘッド2の構成を説明する要部断面図である。上記の第1実施形態では、ノズル形成基板15に副圧力室36が1つ形成された構成を例示したが、これには限られず、本実施形態のように、ノズル列設方向の幅が異なる複数の圧力室空部から副圧力室36を構成することも可能である。本実施形態における副圧力室36は、合計3つの圧力室空部36a〜36cから成り、各圧力室空部36a〜36cの幅は、主圧力室20側に位置するものほど広く、ノズル23側に位置するものほど狭くなっている。このような構成を採用することにより、隔壁38の剛性がより高められ、クロストークをより確実に防止することが可能となる。なお、その他の構成については上記第1実施形態と同様である。
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a main part for explaining the configuration of the recording head 2 in the second embodiment. In the first embodiment described above, the configuration in which one sub pressure chamber 36 is formed on the nozzle forming substrate 15 is exemplified, but the present invention is not limited to this, and the width in the nozzle array direction is different as in the present embodiment. It is also possible to configure the sub pressure chamber 36 from a plurality of pressure chamber empty portions. The sub pressure chamber 36 in the present embodiment is composed of a total of three pressure chamber empty portions 36a to 36c, and the width of each pressure chamber empty portion 36a to 36c is wider as it is located on the main pressure chamber 20 side. The one located at is narrower. By adopting such a configuration, the rigidity of the partition wall 38 is further increased, and crosstalk can be more reliably prevented. Other configurations are the same as those in the first embodiment.

また、上記各実施形態では、圧力発生手段として所謂撓み振動型の圧電素子18を例示したが、これには限られず、例えば、所謂縦振動型の圧電素子を採用することも可能である。   In each of the above embodiments, the so-called flexural vibration type piezoelectric element 18 is exemplified as the pressure generating means. However, the present invention is not limited to this, and for example, a so-called longitudinal vibration type piezoelectric element can be employed.

なお、本発明は、複数の圧力室を隔壁によって複数区画し、圧力室の開口面を封止する作動面を圧力発生手段によって変位させることでノズルからインク等の液体を噴射させる液体噴射ヘッドおよびこれを備える液体噴射装置であれば、プリンターに限らず、プロッター、ファクシミリ装置、コピー機等、各種のインクジェット式記録装置や、記録装置以外の液体噴射装置、例えば、ディスプレイ製造装置、電極製造装置、チップ製造装置等にも適用することができる。   The present invention relates to a liquid ejecting head that ejects liquid such as ink from nozzles by displacing a plurality of pressure chambers by partition walls, and displacing an operation surface that seals the opening surface of the pressure chamber by a pressure generating unit. If it is a liquid ejecting apparatus provided with this, not only a printer, but also various ink jet recording apparatuses such as a plotter, a facsimile machine, a copying machine, and liquid ejecting apparatuses other than the recording apparatus, for example, a display manufacturing apparatus, an electrode manufacturing apparatus, It can also be applied to a chip manufacturing apparatus or the like.

1…プリンター,2…記録ヘッド,14…流路形成基板,15…ノズル形成基板,16…弾性膜,18…圧電素子,20…主圧力室,23…ノズル,36…副圧力室,37…隔壁,38…隔壁   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Printer, 2 ... Recording head, 14 ... Flow path formation board | substrate, 15 ... Nozzle formation board | substrate, 16 ... Elastic film, 18 ... Piezoelectric element, 20 ... Main pressure chamber, 23 ... Nozzle, 36 ... Sub pressure chamber, 37 ... Bulkhead, 38 ... Bulkhead

Claims (4)

複数のノズルが形成されたノズル形成基板と、
各ノズルにそれぞれ連通する主圧力室を隔壁によってノズル列設方向に複数区画した流路形成基板と、
前記主圧力室の開口面を封止する作動面を変形させて当該主圧力室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生手段と、
を備え、前記圧力発生手段を駆動することで前記主圧力室に連通するノズルから液体を噴射させる液体噴射ヘッドであって、
前記ノズル形成基板には、前記主圧力室と前記ノズルとを連通する副圧力室が、前記複数の主圧力室にそれぞれ対応してノズル列設方向に複数形成され、
前記副圧力室のノズル列設方向の幅は、前記主圧力室の同方向の幅よりも狭いことを特徴とする液体噴射ヘッド。
A nozzle forming substrate on which a plurality of nozzles are formed;
A flow path forming substrate in which a main pressure chamber communicating with each nozzle is divided into a plurality of rows in the nozzle arrangement direction by partition walls;
Pressure generating means for deforming a working surface that seals the opening surface of the main pressure chamber to cause pressure fluctuation in the liquid in the main pressure chamber;
A liquid ejecting head for ejecting liquid from a nozzle communicating with the main pressure chamber by driving the pressure generating means,
In the nozzle forming substrate, a plurality of sub-pressure chambers communicating the main pressure chamber and the nozzle are formed in the nozzle array direction corresponding to the plurality of main pressure chambers, respectively.
The liquid ejecting head according to claim 1, wherein a width of the sub pressure chambers in the nozzle array direction is narrower than a width of the main pressure chambers in the same direction.
前記副圧力室のノズル列設方向に直交する方向の長さは、前記主圧力室の同方向の長さに揃えられたことを特徴とする請求項1に記載の液体噴射ヘッド。   2. The liquid jet head according to claim 1, wherein a length of the sub pressure chamber in a direction orthogonal to a nozzle arrangement direction is aligned with a length of the main pressure chamber in the same direction. 前記副圧力室は、ノズル列設方向の幅が異なる複数の圧力室空部から成り、
各圧力室空部の幅は、前記主圧力室側から前記ノズル側に向かうほど狭くなることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の液体噴射ヘッド。
The sub-pressure chamber is composed of a plurality of pressure chamber cavities having different widths in the nozzle array direction,
3. The liquid jet head according to claim 1, wherein the width of each pressure chamber empty portion becomes narrower from the main pressure chamber side toward the nozzle side. 4.
複数のノズルが形成されたノズル形成基板と、
各ノズルにそれぞれ連通する主圧力室を隔壁によってノズル列設方向に複数区画した流路形成基板と、
前記主圧力室の開口面を封止する作動面を変形させて当該主圧力室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生手段と、
を有し、前記圧力発生手段を駆動することで前記主圧力室に連通するノズルから液体を噴射させる液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置であって、
前記ノズル形成基板には、前記主圧力室と前記ノズルとを連通する副圧力室が、前記複数の主圧力室にそれぞれ対応してノズル列設方向に複数形成され、
前記副圧力室のノズル列設方向の幅は、前記主圧力室のノズル列設方向の幅よりも狭いことを特徴とする液体噴射装置。
A nozzle forming substrate on which a plurality of nozzles are formed;
A flow path forming substrate in which a main pressure chamber communicating with each nozzle is divided into a plurality of rows in the nozzle arrangement direction by partition walls;
Pressure generating means for deforming a working surface that seals the opening surface of the main pressure chamber to cause pressure fluctuation in the liquid in the main pressure chamber;
A liquid ejecting apparatus including a liquid ejecting head that ejects liquid from a nozzle communicating with the main pressure chamber by driving the pressure generating unit,
In the nozzle forming substrate, a plurality of sub-pressure chambers communicating the main pressure chamber and the nozzle are formed in the nozzle array direction corresponding to the plurality of main pressure chambers,
The liquid ejecting apparatus according to claim 1, wherein a width of the sub pressure chamber in the nozzle array direction is narrower than a width of the main pressure chamber in the nozzle array direction.
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