JP2017128099A - Inkjet head - Google Patents

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Ryutaro Kusunoki
竜太郎 楠
周平 横山
Shuhei Yokoyama
周平 横山
メンフェイ ウォン
Meng Fei Wong
メンフェイ ウォン
新井 竜一
Ryuichi Arai
竜一 新井
川久保 隆
Takashi Kawakubo
隆 川久保
阿部 和秀
Kazuhide Abe
和秀 阿部
冨澤 泰
Yasushi Tomizawa
泰 冨澤
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    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/14Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2002/1437Back shooter

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inkjet head that can increase durability of an actuator and stably discharge an ink droplet.SOLUTION: The inkjet head includes: an oscillation plate; a pressure chamber provided on one face side of the oscillation plate; a discharge hole communicated to the pressure chamber and penetrating through the oscillation plate; an actuator for oscillating the oscillation plate to discharge an ink droplet from the discharge hole; a protective layer provided at a surface of the oscillation plate on an opposite side to the pressure chamber while being superposed on the actuator; and a liquid repellent layer provided at a surface of the protective layer.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明の実施形態は、インクを充填した圧力室の容積を変化させて、圧力室に設けたノズルのインクメニスカスからインク滴を吐出させるインクジェットヘッドに関する。   Embodiments described herein relate generally to an inkjet head that changes the volume of a pressure chamber filled with ink and ejects ink droplets from an ink meniscus of a nozzle provided in the pressure chamber.

従来、紙などの媒体にインク滴を吐出して画像や文字などを形成するインクジェットプリンタが知られている。この種のインクジェットプリンタは、例えば、インクを充填した圧力室およびアクチュエータを複数組備えたインクジェットヘッドを有する。   2. Description of the Related Art Conventionally, ink jet printers that form images and characters by ejecting ink droplets onto a medium such as paper are known. This type of ink jet printer has, for example, an ink jet head including a plurality of sets of pressure chambers and actuators filled with ink.

アクチュエータは、例えば、圧力室の壁の一部を構成する振動板、この振動板に取り付けた圧電素子、および圧電素子に給電する配線を有する。圧電素子に給電してアクチュエータを動作させると、振動板が変形して圧力室の容積が変化し、圧力室内のインクに圧力振動を生じて、振動板に設けたノズルからインク滴が吐出する。   The actuator includes, for example, a diaphragm that forms part of the wall of the pressure chamber, a piezoelectric element attached to the diaphragm, and a wiring that supplies power to the piezoelectric element. When the actuator is operated by supplying power to the piezoelectric element, the diaphragm is deformed to change the volume of the pressure chamber, pressure vibration is generated in the ink in the pressure chamber, and ink droplets are ejected from the nozzles provided on the diaphragm.

この種のインクジェットヘッドは、アクチュエータの耐久性を高めるため、圧電素子を覆う保護膜を振動板に重ねて設けている。保護膜は、例えば、SiOやSiNなどの比較的硬い材料により形成されており、圧電素子の圧電体や電極にクラックが発生することを防止する。 In this type of ink jet head, a protective film that covers the piezoelectric element is provided on the diaphragm so as to increase the durability of the actuator. The protective film is made of, for example, a relatively hard material such as SiO 2 or SiN, and prevents cracks from occurring in the piezoelectric body and electrodes of the piezoelectric element.

特開2011−56939号公報JP 2011-56939 A

しかし、SiOやSiNなどの比較的硬い材料により形成された保護膜を振動板に重ねて設けると、振動板の変形を阻害して、インク滴の吐出が難しくなる場合がある。このため、インク滴の吐出に悪影響を与えない程度に保護膜を薄く設けると、保護膜を介して空気中の水分が電極に達して腐食したりする不具合を生じる。 However, if a protective film formed of a relatively hard material such as SiO 2 or SiN is provided on the diaphragm, the deformation of the diaphragm may be hindered, making it difficult to eject ink droplets. For this reason, if the protective film is thinly provided so as not to adversely affect the ejection of ink droplets, there is a problem that moisture in the air reaches the electrode through the protective film and corrodes.

よって、アクチュエータの耐久性を高めることができ、インク滴を安定して吐出させることができるインクジェットヘッドの開発が望まれている。   Therefore, development of an ink jet head that can enhance the durability of the actuator and can stably eject ink droplets is desired.

実施形態に係るインクジェットヘッドは、振動板と、この振動板の一面側に設けた圧力室と、この圧力室に連通して振動板を貫通して設けた吐出孔と、振動板を振動させて吐出孔からインク滴を吐出させるアクチュエータと、アクチュエータに重ねて圧力室と反対側の振動板の表面に設けた無機絶縁材料の保護層と、保護層の表面に設けた撥液層と、を有する。   An ink jet head according to an embodiment includes a vibration plate, a pressure chamber provided on one surface side of the vibration plate, a discharge hole provided through the vibration plate so as to communicate with the pressure chamber, and a vibration plate. An actuator that ejects ink droplets from the ejection holes, a protective layer of an inorganic insulating material provided on the surface of the diaphragm opposite to the pressure chamber, and a liquid repellent layer provided on the surface of the protective layer. .

図1は、実施形態に係るインクジェットヘッドを示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view illustrating an inkjet head according to an embodiment. 図2は、図1のインクジェットヘッドのアクチュエータ基板を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing an actuator substrate of the inkjet head of FIG. 図3は、図2のアクチュエータ基板の一部を拡大した部分拡大平面図である。FIG. 3 is a partially enlarged plan view in which a part of the actuator substrate of FIG. 2 is enlarged. 図4は、図3のIV−IVに沿った部分拡大断面図である。4 is a partially enlarged cross-sectional view taken along the line IV-IV in FIG. 図5は、図3のV−Vに沿った部分拡大断面図である。FIG. 5 is a partially enlarged cross-sectional view taken along line V-V in FIG. 図6は、図1のインクジェットヘッドの流路基板をインク供給部材側から見た底面図である。FIG. 6 is a bottom view of the flow path substrate of the inkjet head of FIG. 1 as viewed from the ink supply member side. 図7は、図6の流路基板の底面を部分的に拡大した部分拡大底面図である。7 is a partially enlarged bottom view in which the bottom surface of the flow path substrate of FIG. 6 is partially enlarged. 図8は、図1のインクジェットヘッドのインク供給部材を流路基板側から見た平面図である。FIG. 8 is a plan view of the ink supply member of the inkjet head of FIG. 1 as viewed from the flow path substrate side.

以下、実施形態について、図面を参照して説明する。
図1は、インクジェットヘッド1を示す外観斜視図である。このインクジェットヘッド1は、アクチュエータ基板2と、流路基板3と、インク供給部材4と、を積層した構造を有する。また、インクジェットヘッド1は、ドライバIC5を備えている。
Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is an external perspective view showing the inkjet head 1. The inkjet head 1 has a structure in which an actuator substrate 2, a flow path substrate 3, and an ink supply member 4 are stacked. In addition, the inkjet head 1 includes a driver IC 5.

アクチュエータ基板2と流路基板3とインク供給部材4は、例えばエポキシ系接着剤などにより互いに接合されている。アクチュエータ基板2とドライバIC5は、異方性導電フィルム(ACF)により電気的に接続されている。   The actuator substrate 2, the flow path substrate 3, and the ink supply member 4 are bonded to each other by, for example, an epoxy adhesive. The actuator substrate 2 and the driver IC 5 are electrically connected by an anisotropic conductive film (ACF).

アクチュエータ基板2には、多数のアクチュエータ6がアレイ状に形成されている。各々のアクチュエータ6にはインク滴を吐出するためのノズル7(吐出孔)が形成されている。   A large number of actuators 6 are formed in an array on the actuator substrate 2. Each actuator 6 has a nozzle 7 (ejection hole) for ejecting ink droplets.

インク供給部材4は、インクジェットヘッド1へインクを供給するためのインク供給パイプ8と、ノズル7から吐出されなかったインクを回収するためのインク排出パイプ9と、を備えている。インク供給パイプ8およびインク排出パイプ9には、図示しない送液のためのチューブが接続されている。   The ink supply member 4 includes an ink supply pipe 8 for supplying ink to the inkjet head 1 and an ink discharge pipe 9 for collecting ink that has not been ejected from the nozzle 7. A tube for feeding liquid (not shown) is connected to the ink supply pipe 8 and the ink discharge pipe 9.

ドライバIC5は、インクジェットプリンタからの制御信号に応じて各々のアクチュエータ6に対し駆動信号を発生する。各アクチュエータ6は、この駆動信号に応じてノズル7を介してインク滴を吐出させる。   The driver IC 5 generates a drive signal for each actuator 6 in response to a control signal from the ink jet printer. Each actuator 6 causes ink droplets to be ejected through the nozzle 7 in response to the drive signal.

インク供給パイプ8を介してインク供給部材4へ供給されたインクは、流路基板3を経てアクチュエータ基板2へ供給される。ドライバIC5が発生する駆動信号に応じて、ノズル7からインク滴が吐出する。ノズル7から吐出しなかったインクは、流路基板3を経てインク供給部材4へ回収され、インク排出パイプ9を介して排出される。   The ink supplied to the ink supply member 4 via the ink supply pipe 8 is supplied to the actuator substrate 2 via the flow path substrate 3. Ink droplets are ejected from the nozzles 7 in accordance with the drive signal generated by the driver IC 5. The ink that has not been ejected from the nozzles 7 is collected by the ink supply member 4 through the flow path substrate 3 and discharged through the ink discharge pipe 9.

図2は、アクチュエータ基板2をインクの吐出方向から見た部分拡大平面図である。アクチュエータ基板2には、複数個のアクチュエータ6と、複数本の引出し電極31と、が設けられている。複数本の引出し電極31は、導電性の材料によって形成されており、各引出し電極31の一端(図示下端)には、実装パッド10が設けられている。これら複数本の引出し電極31は、各アクチュエータ6から個別に引き出された複数本の個別電極11と、一直線状に配置した複数個(本実施形態では8個)のアクチュエータ6を接続した複数本の共通電極12と、を含む。   FIG. 2 is a partially enlarged plan view of the actuator substrate 2 viewed from the ink ejection direction. The actuator substrate 2 is provided with a plurality of actuators 6 and a plurality of extraction electrodes 31. The plurality of extraction electrodes 31 are formed of a conductive material, and a mounting pad 10 is provided at one end (the lower end in the drawing) of each extraction electrode 31. The plurality of extraction electrodes 31 include a plurality of individual electrodes 11 individually extracted from each actuator 6 and a plurality of (in this embodiment, eight) actuators 6 connected in a straight line. A common electrode 12.

個別電極11は、各々のアクチュエータ6の後述する下部電極14と実装パッド10を電気的に接続している。個別電極11同士は、互いに電気的に独立している。また、共通電極12は、複数のアクチュエータ6の後述する上部電極16同士を直列に接続し且つ実装パッド10と電気的に接続している。   The individual electrode 11 electrically connects a lower electrode 14 (described later) of each actuator 6 and the mounting pad 10. The individual electrodes 11 are electrically independent from each other. Further, the common electrode 12 connects upper electrodes 16 (described later) of the plurality of actuators 6 in series and is electrically connected to the mounting pad 10.

そして、複数本の引出し電極31に設けた複数個の実装パッド10は、ドライバIC5に電気的に接続している。実装パッド10とドライバIC5との接続には、異方性導電フィルム(ACF)を用いることができる。他に、実装パッド10は、ワイヤボンディングなどの方法により、ドライバIC5と接続しても良い。   The plurality of mounting pads 10 provided on the plurality of extraction electrodes 31 are electrically connected to the driver IC 5. An anisotropic conductive film (ACF) can be used for the connection between the mounting pad 10 and the driver IC 5. In addition, the mounting pad 10 may be connected to the driver IC 5 by a method such as wire bonding.

図3は、アクチュエータ6をさらに拡大して示す部分拡大平面図である。図4は、図3のIV−IVに沿ったアクチュエータ基板2の断面図である。
アクチュエータ6は、振動板13、下部電極14、圧電体15、上部電極16、絶縁層17、共通電極12、保護層18、および撥液層19を有する。アクチュエータ6の中心には、ノズル7が設けられている。ノズル7は、振動板13を貫通した円形の吐出孔である。下部電極14、圧電体15、および上部電極16は、ノズル7を囲む略円環形状を有する。
FIG. 3 is a partially enlarged plan view showing the actuator 6 further enlarged. FIG. 4 is a cross-sectional view of the actuator substrate 2 taken along the line IV-IV in FIG.
The actuator 6 includes a vibration plate 13, a lower electrode 14, a piezoelectric body 15, an upper electrode 16, an insulating layer 17, a common electrode 12, a protective layer 18, and a liquid repellent layer 19. A nozzle 7 is provided at the center of the actuator 6. The nozzle 7 is a circular discharge hole that penetrates the diaphragm 13. The lower electrode 14, the piezoelectric body 15, and the upper electrode 16 have a substantially annular shape surrounding the nozzle 7.

振動板13は、アクチュエータ基板2によって支持されている。本実施形態では、振動板13をアクチュエータ基板2に積層した状態で、アクチュエータ基板2の構成材料を裏面側からエッチングすることで、アクチュエータ基板2内に圧力室20を形成した。すなわち、アクチュエータ6の裏面側には、圧力室20として機能する円柱状の内部空間が設けられている。振動板13に設けたノズル7は、圧力室20の内部空間に連通している。   The diaphragm 13 is supported by the actuator substrate 2. In the present embodiment, the pressure chamber 20 is formed in the actuator substrate 2 by etching the constituent material of the actuator substrate 2 from the back side while the diaphragm 13 is stacked on the actuator substrate 2. That is, a cylindrical internal space that functions as the pressure chamber 20 is provided on the back side of the actuator 6. The nozzle 7 provided in the vibration plate 13 communicates with the internal space of the pressure chamber 20.

ノズル7の内径、および圧力室20の内径は、所望のインク吐出体積や駆動周波数や駆動電圧を考慮して決められる。本実施例では、ノズル7の内径を20μmとし、圧力室20の内径を200μmとした。なお、ノズル7と圧力室20は、中心軸Cに沿って同心に配置されている。   The inner diameter of the nozzle 7 and the inner diameter of the pressure chamber 20 are determined in consideration of the desired ink discharge volume, driving frequency, and driving voltage. In this embodiment, the inner diameter of the nozzle 7 is 20 μm, and the inner diameter of the pressure chamber 20 is 200 μm. The nozzle 7 and the pressure chamber 20 are disposed concentrically along the central axis C.

アクチュエータ基板2は、厚みが50μmの単結晶シリコンにより形成されている。アクチュエータ基板2の厚みは、圧力室20の直径の1/2以下であることが望ましい。それにより、後述する個別インク供給路21から流入したインクが後述する個別インク排出路22に流出するとき、圧力室20内のインク全体が流動し、圧力室20内の気泡を排出しやすくできる。   The actuator substrate 2 is made of single crystal silicon having a thickness of 50 μm. The thickness of the actuator substrate 2 is desirably 1/2 or less of the diameter of the pressure chamber 20. As a result, when ink flowing from the individual ink supply path 21 described later flows out to the individual ink discharge path 22 described later, the entire ink in the pressure chamber 20 flows, and bubbles in the pressure chamber 20 can be easily discharged.

反面、アクチュエータ基板2の厚みを圧力室20の直径の1/2より大きくすると、振動板13の裏面近くでインクの流れが悪くなり、ノズル7から入った気泡を除去し難くなる。   On the other hand, if the thickness of the actuator substrate 2 is larger than ½ of the diameter of the pressure chamber 20, the ink flow near the back surface of the vibration plate 13 becomes poor, and it becomes difficult to remove bubbles that enter from the nozzle 7.

振動板13は、圧力室20の上面を覆うように、アクチュエータ基板2と一体に積層されている。振動板13の材質はSiOであり、アクチュエータ基板2となるシリコンウエハを高温で加熱することにより形成可能である。本実施形態では、振動板13の厚みを4μmにした。 The diaphragm 13 is laminated integrally with the actuator substrate 2 so as to cover the upper surface of the pressure chamber 20. The material of the diaphragm 13 is SiO 2 and can be formed by heating a silicon wafer to be the actuator substrate 2 at a high temperature. In the present embodiment, the thickness of the diaphragm 13 is 4 μm.

振動板13の表面側には、下部電極14、圧電体15、および上部電極16が、ノズル7を中心にドーナッツ状に積層して形成されている。圧電体15および上部電極16の内径は30μmとし、圧電体15および上部電極16の外径は140μmとした。下部電極14と上部電極16は導電性材料で形成されている。本実施例では、Ptをスパッタ法により成膜して下部電極14と上部電極16を形成している。   On the surface side of the diaphragm 13, a lower electrode 14, a piezoelectric body 15, and an upper electrode 16 are formed in a donut shape with the nozzle 7 as a center. The inner diameter of the piezoelectric body 15 and the upper electrode 16 was 30 μm, and the outer diameter of the piezoelectric body 15 and the upper electrode 16 was 140 μm. The lower electrode 14 and the upper electrode 16 are made of a conductive material. In this embodiment, Pt is deposited by sputtering to form the lower electrode 14 and the upper electrode 16.

圧電体15は、圧電性材料により形成されている。本実施例では、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)をスパッタ法で成膜することで圧電体15を形成した。PZTは、ゾルゲル法などにより成膜してもよい。また、圧電体15の材質はPZTに限らず、KNN(ニオブ酸カリウムナトリウム)などを用いても良い。上部電極16と下部電極14の厚みは0.1〜0.2μmである。圧電体15の厚みは、2μmとした。   The piezoelectric body 15 is made of a piezoelectric material. In this example, the piezoelectric body 15 was formed by depositing PZT (lead zirconate titanate) by sputtering. PZT may be formed by a sol-gel method or the like. The material of the piezoelectric body 15 is not limited to PZT, and KNN (potassium sodium niobate) or the like may be used. The thicknesses of the upper electrode 16 and the lower electrode 14 are 0.1 to 0.2 μm. The thickness of the piezoelectric body 15 was 2 μm.

下部電極14と上部電極16との間に電圧が印加されると、圧電体15に電界が作用し、逆圧電効果により圧電体15が膜厚方向に伸長し、その結果、膜厚方向と直交する方向に収縮する。圧電体15の収縮により、振動板13の上面が収縮し、アクチュエータ6の可動領域、すなわち振動板13が圧力室20に対向する領域において、アクチュエータ6が圧力室20に向けて突出する方向に変形する。これにより、振動板13が変形して圧力室20内のインクに圧力変動を生じさせ、ノズル7を介してインク滴が吐出される。   When a voltage is applied between the lower electrode 14 and the upper electrode 16, an electric field acts on the piezoelectric body 15, and the piezoelectric body 15 expands in the film thickness direction due to the inverse piezoelectric effect, and as a result, is orthogonal to the film thickness direction. Shrink in the direction you want. Due to the contraction of the piezoelectric body 15, the upper surface of the vibration plate 13 is contracted, and the actuator 6 is deformed in a direction in which the actuator 6 protrudes toward the pressure chamber 20 in a movable region of the actuator 6, that is, a region where the vibration plate 13 faces the pressure chamber 20. To do. As a result, the vibration plate 13 is deformed to cause a pressure fluctuation in the ink in the pressure chamber 20, and an ink droplet is ejected through the nozzle 7.

上部電極16の表面上には、絶縁性の無機材料により形成された絶縁層17が設けられている。絶縁層17は、TEOS−CVD法によりSiOを成膜して形成可能である。本実施形態では、絶縁層17の厚みを0.5μmにした。絶縁層17は、圧電体15の外周部において、下部電極14と共通電極12との間の絶縁を確保するため、下部電極14と共通電極12の間に設けられている。 An insulating layer 17 made of an insulating inorganic material is provided on the surface of the upper electrode 16. The insulating layer 17 can be formed by depositing SiO 2 by TEOS-CVD. In the present embodiment, the thickness of the insulating layer 17 is 0.5 μm. The insulating layer 17 is provided between the lower electrode 14 and the common electrode 12 in order to ensure insulation between the lower electrode 14 and the common electrode 12 in the outer peripheral portion of the piezoelectric body 15.

アクチュエータ6の可動領域に絶縁層17があると、アクチュエータ6の動作が阻害される。そのため、アクチュエータ6の可動領域に重なる絶縁層17の部分をできるだけ小さくすることが望ましい。よって、本実施形態では、アクチュエータ6の可動領域内の大部分には絶縁層17を形成していない。   If the insulating layer 17 is present in the movable region of the actuator 6, the operation of the actuator 6 is hindered. Therefore, it is desirable to make the portion of the insulating layer 17 that overlaps the movable region of the actuator 6 as small as possible. Therefore, in this embodiment, the insulating layer 17 is not formed in most of the movable region of the actuator 6.

絶縁層17の存在は、アクチュエータ6が変形する際の形状に影響を与える。つまり、絶縁層17が重なった部分でアクチュエータ6の変形が少なく、それ以外の部分で変形が大きくなる。よって、絶縁層17がアクチュエータ6の可動領域に重ねてノズル7の中心に対して非対称な形状で形成されていると、アクチュエータ6の変形がノズル7の中心に対して非対称になり、ノズル7から吐出するインク滴の飛翔方向が傾く可能性がある。そのため、絶縁層17は、アクチュエータ6の可動領域内において、ノズル7の中心に対して対称な形状で重なるように配置する必要がある。   The presence of the insulating layer 17 affects the shape when the actuator 6 is deformed. That is, the deformation of the actuator 6 is small at the portion where the insulating layer 17 overlaps, and the deformation is large at the other portion. Therefore, when the insulating layer 17 is formed in an asymmetric shape with respect to the center of the nozzle 7 so as to overlap the movable region of the actuator 6, the deformation of the actuator 6 becomes asymmetric with respect to the center of the nozzle 7. There is a possibility that the flying direction of the ejected ink droplet is inclined. Therefore, it is necessary to arrange the insulating layer 17 so as to overlap with the symmetrical shape with respect to the center of the nozzle 7 in the movable region of the actuator 6.

本実施形態では、図3に示すように、共通電極12に沿って隣接する2つのアクチュエータ6の間に絶縁層17を配置し、各アクチュエータ6の中心に対して対称な位置で絶縁層17を各アクチュエータ6に重ねた。このようなレイアウトの対称性を確保するため、例えばアクチュエータ6の列の端部に配置されたアクチュエータ6aに重ねて電流を流さないダミーの絶縁層17aを設けた。   In the present embodiment, as shown in FIG. 3, an insulating layer 17 is disposed between two actuators 6 adjacent to each other along the common electrode 12, and the insulating layer 17 is placed symmetrically with respect to the center of each actuator 6. Each actuator 6 was overlaid. In order to ensure the symmetry of the layout, for example, a dummy insulating layer 17a that does not flow current is provided over the actuator 6a disposed at the end of the row of the actuators 6.

また、本実施形態では、隣接する2つのアクチュエータ6の間の絶縁層17を、切れ目なく連続的に形成した。これにより、絶縁層17の上に形成される共通電極12に生じる段差を少なくでき、共通電極12が絶縁層17の切れ目の段差の部分で断線する不具合を低減することができ、歩留りの高いインクジェットヘッドを提供できる。   Further, in the present embodiment, the insulating layer 17 between the two adjacent actuators 6 is continuously formed without a break. Thereby, the level | step difference which arises in the common electrode 12 formed on the insulating layer 17 can be decreased, the malfunction that the common electrode 12 is disconnected at the level | step difference part of the cut | interruption of the insulating layer 17 can be reduced, and a high yield inkjet. Head can be provided.

振動板13、上部電極16、絶縁層17の上には、導電性材料の共通電極12が形成されている。共通電極12の一端には実装パッド10が設けられている。共通電極12は、同じ列にある複数のアクチュエータ6の上部電極16を実装パッド10と電気的に接続している。なお、共通電極12は、各アクチュエータ6の下部電極14とは絶縁層17を介して電気的に絶縁されている。   A common electrode 12 made of a conductive material is formed on the diaphragm 13, the upper electrode 16, and the insulating layer 17. A mounting pad 10 is provided at one end of the common electrode 12. The common electrode 12 electrically connects the upper electrodes 16 of the plurality of actuators 6 in the same row to the mounting pad 10. The common electrode 12 is electrically insulated from the lower electrode 14 of each actuator 6 through an insulating layer 17.

一方、振動板13及び下部電極14の上には導電性を有する個別電極11が形成されている。個別電極11の一端には、実装パッド10が設けられている。個別電極11は、各アクチュエータ6の下部電極14を実装パッド10に電気的に接続している。個別電極11同士は、互いに電気的に絶縁されている。   On the other hand, the individual electrode 11 having conductivity is formed on the diaphragm 13 and the lower electrode 14. A mounting pad 10 is provided at one end of the individual electrode 11. The individual electrode 11 electrically connects the lower electrode 14 of each actuator 6 to the mounting pad 10. The individual electrodes 11 are electrically insulated from each other.

本実施形態では、個別電極11と共通電極12を、スパッタ法により金を成膜して形成した。個別電極11と共通電極12それぞれの厚みは、0.1μmないし0.5μmである。   In the present embodiment, the individual electrode 11 and the common electrode 12 are formed by depositing gold by a sputtering method. Each of the individual electrode 11 and the common electrode 12 has a thickness of 0.1 μm to 0.5 μm.

振動板13、下部電極14、圧電体15、上部電極16、絶縁層17、個別電極11、共通電極12の上には、絶縁性の無機材料により形成した保護層18が設けられている。保護層18は、実装パッド10が形成された領域を除くアクチュエータ基板2の全面に設けられている。保護層18は、TEOS−CVD法によりSiOを成膜して形成した。保護層18の厚みは、0.1μm〜1μmであることが望ましく、本実施形態では保護層18の厚みを0.5μmとした。 A protective layer 18 made of an insulating inorganic material is provided on the diaphragm 13, the lower electrode 14, the piezoelectric body 15, the upper electrode 16, the insulating layer 17, the individual electrode 11, and the common electrode 12. The protective layer 18 is provided on the entire surface of the actuator substrate 2 except for the region where the mounting pad 10 is formed. The protective layer 18 was formed by depositing SiO 2 by TEOS-CVD. The thickness of the protective layer 18 is desirably 0.1 μm to 1 μm. In the present embodiment, the thickness of the protective layer 18 is 0.5 μm.

SiOは無機材料による比較的硬い膜であるので、保護層18で下部電極14と圧電体15と上部電極16を覆うことにより、アクチュエータ6の駆動に伴う応力によってこれら部材14、15、16の結晶構造がずれてクラックが入ることを防止できる。反面、保護層18を厚くし過ぎると、アクチュエータ6の変形動作が妨げられてしまい、インク滴の吐出動作に不具合を生じる。 Since SiO 2 is a relatively hard film made of an inorganic material, the lower electrode 14, the piezoelectric body 15, and the upper electrode 16 are covered with the protective layer 18, so that stress of the members 14, 15, 16 is increased by the stress accompanying the driving of the actuator 6. It can prevent that a crystal structure shifts and a crack enters. On the other hand, if the protective layer 18 is too thick, the deformation operation of the actuator 6 is hindered, causing a problem in the ink droplet ejection operation.

また、保護層18は、インクや空気中の水分などから、アクチュエータ6の内部の電極14、16や圧電体15を保護している。しかし、保護層18の厚みをアクチュエータ6の動作を妨げることのない厚みにすると、アクチュエータ6の内部を水分から保護する作用は、必ずしも十分にできない。よって、本実施形態では、保護層18を薄くした上で、保護層18の上に、樹脂製の比較的柔らかい撥液層19を設けて、保護層18に水分が吸収されないようにしている。   The protective layer 18 protects the electrodes 14 and 16 and the piezoelectric body 15 inside the actuator 6 from ink and moisture in the air. However, if the thickness of the protective layer 18 is set to a thickness that does not hinder the operation of the actuator 6, the effect of protecting the inside of the actuator 6 from moisture cannot always be sufficiently achieved. Therefore, in this embodiment, the protective layer 18 is thinned, and a relatively soft liquid-repellent layer 19 made of resin is provided on the protective layer 18 so that moisture is not absorbed by the protective layer 18.

保護層18の材質として、SiOの他に、例えばSiNなどの無機材料を用いることができる。SiNはSiOより吸湿性が小さいので、水分に対する保護作用が高い。しかし、SiOの方がSiNよりヤング率が小さいため、アクチュエータ6の変形動作を阻害しにくい。よって、保護層18の材質は、要求に応じて適宜選択される。 As material of the protective layer 18, in addition to SiO 2, for example, it may be an inorganic material such as SiN. Since SiN is less hygroscopic than SiO 2, it has a high protective effect against moisture. However, since the Young's modulus of SiO 2 is smaller than that of SiN, the deformation operation of the actuator 6 is not easily inhibited. Therefore, the material of the protective layer 18 is appropriately selected according to requirements.

保護層18の上の全面には、撥液性を有する樹脂により形成した撥液層19が設けられている。撥液層19は、スピンコート法によりアモルファス系フッ素樹脂を成膜して形成した。アモルファス系フッ素樹脂として、例えば、旭硝子製のサイトップ(登録商標)を用いた。撥液層19の水に対する接触角は90度以上である。撥液層19の厚みは0.5μmないし5μmである。本実施例では、撥液層19の厚みを1μmとした。   A liquid repellent layer 19 formed of a resin having liquid repellency is provided on the entire surface of the protective layer 18. The liquid repellent layer 19 was formed by forming an amorphous fluororesin by spin coating. As the amorphous fluororesin, for example, Cytop (registered trademark) manufactured by Asahi Glass was used. The contact angle of the liquid repellent layer 19 with respect to water is 90 degrees or more. The thickness of the liquid repellent layer 19 is 0.5 μm to 5 μm. In this embodiment, the thickness of the liquid repellent layer 19 is 1 μm.

撥液層19は、アクチュエータ6にインクが付着することを防止することができ、保護層18が水分を吸収することを抑制できる。また、撥液層19は樹脂製であるためヤング率が比較的小さく、アクチュエータ6の変形動作を阻害しにくい。また、撥液層19は、アクチュエータ6にインクが付着することを防止して、アクチュエータ6の表面に付着したインクによりノズル7が塞がれてインクの吐出が阻害される不具合を防止できる。   The liquid repellent layer 19 can prevent ink from adhering to the actuator 6, and can prevent the protective layer 18 from absorbing moisture. Further, since the liquid repellent layer 19 is made of resin, the Young's modulus is relatively small, and the deformation operation of the actuator 6 is difficult to be inhibited. In addition, the liquid repellent layer 19 prevents ink from adhering to the actuator 6, and can prevent the ink 7 from being blocked by the ink adhering to the surface of the actuator 6 and hindering the ejection of ink.

図5は、図3のV−Vに沿ったアクチュエータ基板2と流路基板3とインク供給部材4の断面図である。図6は、流路基板3をインク供給部材4側から見た底面図である。図7は、流路基板3の底面を部分的に拡大した部分拡大底面図である。図8は、インク供給部材4を流路基板3側から見た平面図である。   FIG. 5 is a cross-sectional view of the actuator substrate 2, the flow path substrate 3, and the ink supply member 4 along VV in FIG. 3. FIG. 6 is a bottom view of the flow path substrate 3 as viewed from the ink supply member 4 side. FIG. 7 is a partially enlarged bottom view in which the bottom surface of the flow path substrate 3 is partially enlarged. FIG. 8 is a plan view of the ink supply member 4 as viewed from the flow path substrate 3 side.

流路基板3は、アクチュエータ基板2の複数の圧力室20にそれぞれ対応した複数組の個別インク供給路21(供給路)および複数の個別インク排出路22(排出路)を有する。これら複数組の個別インク供給路21および個別インク排出路22は、それぞれ略半円形の断面形状を有し、流路基板3を貫通して設けられている。よって、これら複数組の個別インク供給路21および個別インク排出路22は、複数の圧力室20と同じパターンでアレイ状に配置されている。   The flow path substrate 3 includes a plurality of sets of individual ink supply paths 21 (supply paths) and a plurality of individual ink discharge paths 22 (discharge paths) respectively corresponding to the plurality of pressure chambers 20 of the actuator substrate 2. Each of the plurality of sets of individual ink supply paths 21 and individual ink discharge paths 22 has a substantially semicircular cross-sectional shape, and is provided through the flow path substrate 3. Therefore, the plurality of sets of individual ink supply paths 21 and individual ink discharge paths 22 are arranged in an array in the same pattern as the plurality of pressure chambers 20.

各圧力室20に対向した一対の個別インク供給路21および個別インク排出路22に着目すると、これら一対の流路21、22は、その全長にわたって流路基板3の厚み方向に沿った高さを有する隔壁29によって区画されている。隔壁29は、複数の圧力室20に対向して個別に設けられておらず、各組の流路21、22の間を通ってミアンダ状に連続して配置されている。隔壁29の高さ方向の両端は、流路基板3の両面に配置されている。   When attention is paid to the pair of individual ink supply paths 21 and the individual ink discharge paths 22 facing each pressure chamber 20, the pair of flow paths 21 and 22 has a height along the thickness direction of the flow path substrate 3 over the entire length thereof. It is divided by the partition wall 29 which has. The partition walls 29 are not individually provided so as to face the plurality of pressure chambers 20, and are continuously arranged in a meander shape through the passages 21 and 22 of each set. Both ends of the partition wall 29 in the height direction are disposed on both surfaces of the flow path substrate 3.

また、流路基板3のインク供給部材4側の底面には、複数の個別インク供給路21に連通した共有インク供給路23、および複数の個別インク排出路22に連通した共有インク排出路24が設けられている。これら共有インク供給路23および共有インク排出路24は、流路基板3の厚みの1/2未満の深さを有する。共有インク供給路23および共有インク排出路24は、それぞれ、櫛歯状の入り組んだ形状を有し、ミアンダ状の隔壁29を間に挟んで対向している。   A shared ink supply path 23 that communicates with the plurality of individual ink supply paths 21 and a shared ink discharge path 24 that communicates with the plurality of individual ink discharge paths 22 are provided on the bottom surface of the flow path substrate 3 on the ink supply member 4 side. Is provided. The shared ink supply path 23 and the shared ink discharge path 24 have a depth less than ½ of the thickness of the flow path substrate 3. Each of the shared ink supply path 23 and the shared ink discharge path 24 has a comb-like complicated shape, and is opposed to each other with a meander-shaped partition wall 29 interposed therebetween.

共有インク供給路23は、流路基板3の長手方向に延びた基幹インク供給路25を含む。共有インク排出路24は、流路基板3の長手方向に延びた基幹インク排出路26を含む。   The shared ink supply path 23 includes a basic ink supply path 25 extending in the longitudinal direction of the flow path substrate 3. The shared ink discharge path 24 includes a basic ink discharge path 26 extending in the longitudinal direction of the flow path substrate 3.

1つの圧力室20に着目すると、個別インク供給路21と個別インク排出路22の断面積は、両者を合計して圧力室20の断面積と同程度にしている。また、個別インク供給路21の断面積と、個別インク排出路22の断面積を同じにすることにより、インクの流通が最も効率よく行われるようにしている。仮に、個別インク供給路21の断面積と、個別インク排出路22の断面積が大きく異なると、断面積が狭い方にインクの流通の効率が律速される。さらに、個別インク供給路21の長さと、個別インク排出路22の長さを同じにすることにより、インクの流通が最も効率よく行われるようにしている。仮に、個別インク供給路21の長さと、個別インク排出路22の長さが大きく異なると、長い方にインクの流通の効率が律速される。つまり、本実施形態では、各圧力室20に連通する個別インク供給路21および個別インク排出路22の断面積を十分に大きく設計しており、各圧力室20にインクを容易に流通させることができるため、ポンプ(図示せず)を大型化する必要がなく、消費電力を抑えることができる。   Focusing on one pressure chamber 20, the cross-sectional areas of the individual ink supply path 21 and the individual ink discharge path 22 are the same as the cross-sectional area of the pressure chamber 20. Further, by making the cross-sectional area of the individual ink supply path 21 and the cross-sectional area of the individual ink discharge path 22 the same, the ink is distributed most efficiently. If the cross-sectional area of the individual ink supply path 21 and the cross-sectional area of the individual ink discharge path 22 are greatly different, the efficiency of ink distribution is limited to the narrower cross-sectional area. Further, by making the length of the individual ink supply path 21 and the length of the individual ink discharge path 22 the same, the ink can be circulated most efficiently. If the length of the individual ink supply path 21 and the length of the individual ink discharge path 22 are significantly different, the efficiency of ink distribution is limited in the longer direction. In other words, in the present embodiment, the cross-sectional areas of the individual ink supply path 21 and the individual ink discharge path 22 communicating with each pressure chamber 20 are designed to be sufficiently large so that the ink can easily flow through each pressure chamber 20. Therefore, it is not necessary to increase the size of a pump (not shown), and power consumption can be suppressed.

個別インク供給路21と個別インク排出路22は、200μm〜1000μmの長さを有する。それにより、個別インク供給路21内を満たしたインクに慣性抵抗を付与することができ、個別インク排出路22内を満たしたインクに慣性抵抗を付与することができる。このため、本実施形態によると、アクチュエータ6が圧力室20内部のインクに圧力振動を発生させた時に、この圧力振動が個別インク供給路21や個別インク排出路22を介して圧力室20から逃げることを抑制でき、ノズル7からインクが噴射しやすいようにできる。本実施例では、個別インク供給路21および個別インク排出路22の長さをそれぞれ400μmとした。   The individual ink supply path 21 and the individual ink discharge path 22 have a length of 200 μm to 1000 μm. Thereby, an inertial resistance can be imparted to the ink filling the individual ink supply path 21, and an inertial resistance can be imparted to the ink filling the individual ink discharge path 22. Therefore, according to the present embodiment, when the actuator 6 generates pressure vibration in the ink inside the pressure chamber 20, the pressure vibration escapes from the pressure chamber 20 via the individual ink supply path 21 and the individual ink discharge path 22. This can be suppressed, and ink can be easily ejected from the nozzle 7. In the present embodiment, the lengths of the individual ink supply path 21 and the individual ink discharge path 22 are each 400 μm.

個別インク供給路21および個別インク排出路22内のインクに慣性抵抗を持たせるため、個別インク供給路21、圧力室20、および個別インク排出路22をつなぐ流路がインクで満たされている必要がある。この場合、インク滴の吐出によって圧力室20内に発生する僅かな気泡はインクに含まれていてもよい。つまり、特許請求の範囲および発明の詳細な説明における「個別インク供給路21(供給路)の長さ」および「個別インク排出路22(排出路)の長さ」とは、“インクで満たされた部分”の長さを意味する。   In order to give inertial resistance to the ink in the individual ink supply path 21 and the individual ink discharge path 22, the flow path connecting the individual ink supply path 21, the pressure chamber 20, and the individual ink discharge path 22 needs to be filled with ink. There is. In this case, a slight amount of bubbles generated in the pressure chamber 20 due to ejection of ink droplets may be included in the ink. That is, “the length of the individual ink supply path 21 (supply path)” and “the length of the individual ink discharge path 22 (discharge path)” in the claims and the detailed description of the invention are “filled with ink”. This means the length of the “part”.

慣性抵抗を持たせるための個別インク供給路21または個別インク排出路22に必要な長さは、日本国特許5659198号に開示されている理論を本実施形態に適用することにより求められる。すなわち、インク滴を吐出するノズル7の長さをL1とし、ノズル7の開口面積をS1とし、個別インク供給路21と個別インク排出路22の長さをそれぞれL2とし、個別インク供給路21と個別インク排出路22の開口面積の和をS2とした場合、
(式1) L2/S2>=L1/S1/3
を満たすように個別インク供給路21および個別インク排出路22の長さL2や開口面積の和S2を設定すればよい。
The length required for the individual ink supply path 21 or the individual ink discharge path 22 for giving inertial resistance is obtained by applying the theory disclosed in Japanese Patent No. 5659198 to this embodiment. That is, the length of the nozzle 7 that ejects ink droplets is L1, the opening area of the nozzle 7 is S1, the lengths of the individual ink supply path 21 and the individual ink discharge path 22 are L2, and the individual ink supply path 21 When the sum of the opening areas of the individual ink discharge paths 22 is S2,
(Formula 1) L2 / S2> = L1 / S1 / 3
The length L2 of the individual ink supply path 21 and the individual ink discharge path 22 and the sum S2 of the opening areas may be set so as to satisfy the above.

例えば、L1を5.5×10−6[m]とし、S1を3.14×10−10[m]とし、L2を4×10−4[m]とし、S2を3.14×10−8[m]とした場合、L1/S1/3は5.84×10[1/m]であり、L2/S2は1.27×10[1/m]であり、式1を満たす。この場合、個別インク供給路21と個別インク排出路22内のインクに十分な慣性抵抗を持たせることができ、インク滴を吐出させる際に圧力室20内のインクが個別インク供給路21や個別インク排出路22に流れることを防止でき、インク滴の吐出を安定させることができる。 For example, L1 is set to 5.5 × 10 −6 [m], S1 is set to 3.14 × 10 −10 [m 2 ], L2 is set to 4 × 10 −4 [m], and S2 is set to 3.14 × 10. In the case of −8 [m 2 ], L1 / S1 / 3 is 5.84 × 10 3 [1 / m], L2 / S2 is 1.27 × 10 4 [1 / m], and the formula 1 Meet. In this case, the ink in the individual ink supply path 21 and the individual ink discharge path 22 can have sufficient inertial resistance, and the ink in the pressure chamber 20 is ejected from the individual ink supply path 21 or the individual ink when ejecting ink droplets. It is possible to prevent the ink from flowing into the ink discharge path 22 and to stabilize the ejection of ink droplets.

個別インク供給路21と個別インク排出路22との間を隔壁29によって区画した上で、個別インク供給路21の開口面積と個別インク排出路22の開口面積の和を圧力室20の断面積と略同じにするため、個別インク供給路21と個別インク排出路22を合わせた略円形の孔の開口径D(図7)は、圧力室20の内径より大きい。また、隔壁29は、個別インク供給路21と個別インク排出路22を合わせた略円形の中心を通るように形成されている。本実施例では、圧力室20の内径が200μmであるのに対して、個別インク供給路21と個別インク排出路22を合わせた略円形の開口径Dを220μmとした。つまり、この場合、隔壁29の幅は20μmとなる。   The partition between the individual ink supply path 21 and the individual ink discharge path 22 is defined by a partition wall 29, and the sum of the opening area of the individual ink supply path 21 and the opening area of the individual ink discharge path 22 is the cross-sectional area of the pressure chamber 20. In order to make them substantially the same, the opening diameter D (FIG. 7) of the substantially circular hole that combines the individual ink supply path 21 and the individual ink discharge path 22 is larger than the inner diameter of the pressure chamber 20. The partition wall 29 is formed so as to pass through a substantially circular center including the individual ink supply path 21 and the individual ink discharge path 22. In this embodiment, while the inner diameter of the pressure chamber 20 is 200 μm, the substantially circular opening diameter D including the individual ink supply path 21 and the individual ink discharge path 22 is 220 μm. That is, in this case, the width of the partition wall 29 is 20 μm.

これにより、アクチュエータ基板2と流路基板3との間の接合面に沿って10μmまでの位置ずれを許容でき、圧力室20の開口面積の変化を抑えることができ、開口面積の変化に伴うインク吐出特性のバラつきを抑えられ、印字品質の低下を防止できる。   As a result, a positional deviation of up to 10 μm can be allowed along the joint surface between the actuator substrate 2 and the flow path substrate 3, the change in the opening area of the pressure chamber 20 can be suppressed, and the ink accompanying the change in the opening area Variations in ejection characteristics can be suppressed, and deterioration in print quality can be prevented.

また、本実施形態のように、複数の個別インク供給路21を共有インク供給路23でつなぎ、複数の個別インク排出路22を共有インク排出路24でつなぎ、共有インク供給路23の基幹インク供給路25とインク供給部材4のインク供給溝27を対向させ、且つ、共有インク排出路24の基幹インク排出路26とインク供給部材4のインク排出溝28を対向させることにより、流路基板3とインク供給部材4との間の接合面にずれを生じた場合であっても、各個別インク供給路21および各個別インク排出路22を流れるインクの流量を一定にできる。これにより、個別インク供給路21および個別インク排出路22を流れるインクの流量のバラつきを抑えることができ、インク吐出特性のバラつきを抑えることができ、印字品質の低下を防止できる。   Further, as in this embodiment, a plurality of individual ink supply paths 21 are connected by a shared ink supply path 23, a plurality of individual ink discharge paths 22 are connected by a shared ink discharge path 24, and the basic ink supply of the shared ink supply path 23 is performed. By making the path 25 and the ink supply groove 27 of the ink supply member 4 face each other, and the basic ink discharge path 26 of the shared ink discharge path 24 and the ink discharge groove 28 of the ink supply member 4 are made to face each other, Even when the joint surface with the ink supply member 4 is displaced, the flow rate of the ink flowing through each individual ink supply path 21 and each individual ink discharge path 22 can be made constant. As a result, variations in the flow rate of ink flowing through the individual ink supply path 21 and the individual ink discharge path 22 can be suppressed, variations in ink ejection characteristics can be suppressed, and deterioration in print quality can be prevented.

図8に示すように、インク供給部材4の流路基板3側の面には、インク供給溝27およびインク排出溝28が設けられている。インク供給溝27およびインク排出溝28は、インク供給部材4の長手方向に沿って延びている。これらインク供給溝27およびインク排出溝28は、流路基板3とインク供給部材4を接合した状態で、流路基板3の基幹インク供給路25と基幹インク排出路26に各々流体的に接続する。インク供給溝27の一端にはインク供給パイプ8が流体的に接続し、インク排出溝28の一端にはインク排出パイプ9が流体的に接続している。   As shown in FIG. 8, an ink supply groove 27 and an ink discharge groove 28 are provided on the surface of the ink supply member 4 on the flow path substrate 3 side. The ink supply groove 27 and the ink discharge groove 28 extend along the longitudinal direction of the ink supply member 4. The ink supply groove 27 and the ink discharge groove 28 are fluidly connected to the basic ink supply path 25 and the basic ink discharge path 26 of the flow path substrate 3 in a state where the flow path substrate 3 and the ink supply member 4 are joined. . The ink supply pipe 8 is fluidly connected to one end of the ink supply groove 27, and the ink discharge pipe 9 is fluidly connected to one end of the ink discharge groove 28.

本実施形態では、流路基板3に基幹インク供給路25及び基幹インク排出路26を設け、インク供給部材4にインク供給溝27及びインク排出溝28を設けたが、流路基板3の基幹インク供給路25及び基幹インク排出路26、或いはインク供給部材4のインク供給溝27及びインク排出溝28を省略することもできる。例えば、インク供給部材4のインク供給溝27及びインク排出溝28を無くして、インク供給パイプ8を基幹インク供給路25に接続し、インク排出パイプ9を基幹インク排出路26に接続してもよい。   In this embodiment, the basic ink supply path 25 and the basic ink discharge path 26 are provided on the flow path substrate 3, and the ink supply groove 27 and the ink discharge groove 28 are provided on the ink supply member 4. The supply path 25 and the basic ink discharge path 26 or the ink supply groove 27 and the ink discharge groove 28 of the ink supply member 4 may be omitted. For example, the ink supply groove 4 and the ink discharge groove 28 of the ink supply member 4 may be eliminated, the ink supply pipe 8 may be connected to the basic ink supply path 25, and the ink discharge pipe 9 may be connected to the basic ink discharge path 26. .

続いて、本実施形態のインクジェットヘッド1の動作について説明する。
インク供給パイプ8からインクが注入されると、インク供給溝27、基幹インク供給路25、共有インク供給路23、および個別インク供給路21を経て、圧力室20にインクが充填される。さらに、個別インク排出路22、共有インク排出路24、基幹インク排出路26、インク排出溝28を経て、インク排出パイプ9からインクが排出される。
Subsequently, the operation of the inkjet head 1 of the present embodiment will be described.
When ink is injected from the ink supply pipe 8, the pressure chamber 20 is filled with ink through the ink supply groove 27, the basic ink supply path 25, the shared ink supply path 23, and the individual ink supply path 21. Further, the ink is discharged from the ink discharge pipe 9 through the individual ink discharge path 22, the shared ink discharge path 24, the basic ink discharge path 26, and the ink discharge groove 28.

インク供給パイプ8を流れるインクの圧力をインク排出パイプ9を流れるインクの圧力より高くし、なおかつ両者の圧力の平均値を大気圧よりー1000Pa程度低く調整することにより、ノズル7の内部にインクメニスカスが形成される。この状態で、ノズル7からインクが漏れたりノズル7を介して外気が吸い込まれたりすることなしに(インクメニスカス形状を安定させた状態で)、インク供給パイプ8からインク排出パイプ9に至る上述した流路を通してインクを安定して循環させることができる。   By making the pressure of the ink flowing through the ink supply pipe 8 higher than the pressure of the ink flowing through the ink discharge pipe 9 and adjusting the average value of both pressures to about −1000 Pa from the atmospheric pressure, the ink meniscus is placed inside the nozzle 7. Is formed. In this state, the ink from the ink supply pipe 8 to the ink discharge pipe 9 is described above without causing ink to leak from the nozzle 7 or sucking outside air through the nozzle 7 (with the ink meniscus shape stabilized). Ink can be circulated stably through the flow path.

この状態で、ドライバIC5が駆動信号を発生させると、個別電極11と共通電極12の間の電圧が変化する。それにより下部電極14と上部電極16との間の電圧が変化して、アクチュエータ6が変位する。アクチュエータ6が変位することにより、圧力室20内のインクに圧力振動が発生し、ノズル7からインク滴が吐出する。その際、個別インク供給路21と個別インク排出路22の中のインクは慣性抵抗を有しているので、圧力振動によってインクが圧力室20から流出することを抑制でき、ノズル7からインク滴を効率的に吐出できる。   In this state, when the driver IC 5 generates a drive signal, the voltage between the individual electrode 11 and the common electrode 12 changes. As a result, the voltage between the lower electrode 14 and the upper electrode 16 changes, and the actuator 6 is displaced. When the actuator 6 is displaced, pressure vibration is generated in the ink in the pressure chamber 20, and an ink droplet is ejected from the nozzle 7. At this time, since the ink in the individual ink supply path 21 and the individual ink discharge path 22 has an inertial resistance, the ink can be prevented from flowing out of the pressure chamber 20 due to the pressure vibration, and the ink droplets can be ejected from the nozzle 7. Can be discharged efficiently.

インク吐出動作中に、ノズル7から圧力室20に気泡が入り込むことがある。圧力室20に気泡が入ると、アクチュエータ6が変位しても、インクに十分な圧力振動を与えられなくなり、インクがノズル7から吐出しなくなる。しかし、インクジェットヘッド1内部のインクは定常的に流動しているので、圧力室20の中に入った気泡は、個別インク排出路22を経て共有インク排出路24に排出される。   Bubbles may enter the pressure chamber 20 from the nozzle 7 during the ink ejection operation. If bubbles enter the pressure chamber 20, even if the actuator 6 is displaced, sufficient pressure vibration is not applied to the ink, and the ink is not ejected from the nozzle 7. However, since the ink inside the inkjet head 1 is constantly flowing, the bubbles that have entered the pressure chamber 20 are discharged to the shared ink discharge path 24 via the individual ink discharge path 22.

共有インク排出路24に排出された気泡は、基幹インク排出路26、インク排出溝28、およびインク排出パイプ9を通ってインクジェットヘッド1の外に排出される。つまり、1つの圧力室20の中に入った気泡は、他の圧力室20に入ることなく、インクジェットヘッド1の外に排出される。このように、本実施形態のインクジェットヘッド1は、圧力室20に入った気泡を自動的且つ効果的に排出することができるので、信頼性の高いインクジェットヘッド1を提供できる。   The bubbles discharged to the shared ink discharge path 24 are discharged out of the inkjet head 1 through the basic ink discharge path 26, the ink discharge groove 28, and the ink discharge pipe 9. That is, the bubbles that have entered one pressure chamber 20 are discharged out of the inkjet head 1 without entering the other pressure chamber 20. As described above, the ink jet head 1 according to the present embodiment can automatically and effectively discharge the bubbles that have entered the pressure chamber 20, so that the ink jet head 1 with high reliability can be provided.

続いて、本発明のインクジェットヘッド1の効果について説明する。
本発明のインクジェット1は、アクチュエータ基板2の下面で開口し、アクチュエータ基板2の厚み方向に形成された圧力室20と、アクチュエータ基板2の上面に形成され、圧力室20の容積を可変するアクチュエータ6と、アクチュエータ6に形成され、圧力室20のインクを吐出するノズル7とを有し、アクチュエータ6は、振動板13と、下部電極14と、圧電体15と、上部電極16と、絶縁層17と、引出し電極31と、無機材料の保護層18と、樹脂材料の撥液層19が積層されている。撥液層19がアクチュエータ6の表面にインクが付着することを防止し、保護層18に水分が侵入することを防止するので、電極の腐食を防止しつつ、保護層18の厚みを薄くでき、駆動電圧を低減できる。撥液層19は樹脂材料なのでヤング率が小さく、アクチュエータ6の変形を阻害しない。すなわち、本発明は、駆動電圧の低減と長期耐久性を両立できる。
Then, the effect of the inkjet head 1 of this invention is demonstrated.
The ink jet 1 of the present invention is opened on the lower surface of the actuator substrate 2, and the pressure chamber 20 formed in the thickness direction of the actuator substrate 2 and the actuator 6 formed on the upper surface of the actuator substrate 2 to change the volume of the pressure chamber 20. And a nozzle 7 that is formed in the actuator 6 and ejects ink in the pressure chamber 20. The actuator 6 includes the vibration plate 13, the lower electrode 14, the piezoelectric body 15, the upper electrode 16, and the insulating layer 17. The lead electrode 31, the protective layer 18 made of an inorganic material, and the liquid repellent layer 19 made of a resin material are laminated. Since the liquid repellent layer 19 prevents ink from adhering to the surface of the actuator 6 and prevents moisture from entering the protective layer 18, the thickness of the protective layer 18 can be reduced while preventing corrosion of the electrode. Drive voltage can be reduced. Since the liquid repellent layer 19 is a resin material, it has a small Young's modulus and does not hinder the deformation of the actuator 6. That is, the present invention can achieve both reduction in driving voltage and long-term durability.

以上述べた実施形態のインクジェットヘッド1によれば、アクチュエータ6を覆う保護層18に重ねて撥液層19を設けたため、アクチュエータ6の耐久性を高めることができ、インク滴を安定して吐出させることができる。   According to the inkjet head 1 of the embodiment described above, since the liquid repellent layer 19 is provided on the protective layer 18 covering the actuator 6, the durability of the actuator 6 can be enhanced and ink droplets can be stably ejected. be able to.

上述した実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。上述した実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上述した実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。   The above-described embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. The above-described embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. The above-described embodiments and modifications thereof are included in the invention described in the claims and equivalents thereof as well as included in the scope and spirit of the invention.

1…インクジェットヘッド、2…アクチュエータ基板、3…流路基板、4…インク供給部材、5…ドライバIC、6…アクチュエータ、7…ノズル、8…インク供給パイプ、9…インク排出パイプ、10…実装パッド、11…個別電極、12…共通電極、13…振動板、14…下部電極、15…圧電体、16…上部電極、17…絶縁層、18…保護層、19…撥液層、20…圧力室、21…個別インク供給路、22…個別インク排出路、23…共有インク供給路、24…共有インク排出路、25…基幹インク供給路、26…基幹インク排出路、27…インク供給溝、28…インク排出溝、29…隔壁、31…引出し電極。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Inkjet head, 2 ... Actuator board, 3 ... Flow path board, 4 ... Ink supply member, 5 ... Driver IC, 6 ... Actuator, 7 ... Nozzle, 8 ... Ink supply pipe, 9 ... Ink discharge pipe, 10 ... Mounting Pad 11, individual electrode, 12 common electrode, 13 diaphragm, 14 lower electrode, 15 piezoelectric body, 16 upper electrode, 17 insulating layer, 18 protective layer, 19 liquid repellent layer, 20 Pressure chamber, 21 ... Individual ink supply path, 22 ... Individual ink discharge path, 23 ... Shared ink supply path, 24 ... Shared ink discharge path, 25 ... Basic ink supply path, 26 ... Basic ink discharge path, 27 ... Ink supply groove 28 ... Ink discharge grooves, 29 ... Partitions, 31 ... Extraction electrodes.

Claims (5)

振動板と、
この振動板の一面側に設けたインク圧力室と、
このインク圧力室に連通して前記振動板を貫通して設けた吐出孔と、
前記振動板を振動させて前記吐出孔からインク滴を吐出させるアクチュエータと、
前記アクチュエータに重ねて前記圧力室と反対側の前記振動板の表面に設けた無機絶縁材料の保護層と、
前記保護層の表面に設けた撥液層と、
を有するインクジェットヘッド。
A diaphragm,
An ink pressure chamber provided on one side of the diaphragm;
An ejection hole provided through the diaphragm in communication with the ink pressure chamber;
An actuator that vibrates the diaphragm and ejects ink droplets from the ejection holes;
A protective layer of an inorganic insulating material provided on the surface of the diaphragm opposite to the pressure chamber so as to overlap the actuator;
A liquid repellent layer provided on the surface of the protective layer;
An inkjet head having
前記保護層の厚みは、0.1μm〜1μmである、
請求項1のインクジェットヘッド。
The protective layer has a thickness of 0.1 μm to 1 μm.
The inkjet head according to claim 1.
前記撥液層は、水に対する接触角が90度以上の樹脂により形成される、
請求項1または請求項2のインクジェットヘッド。
The liquid repellent layer is formed of a resin having a contact angle with water of 90 degrees or more.
The inkjet head according to claim 1 or 2.
前記撥液層の厚みは、1μm〜5μmである、
請求項3のインクジェットヘッド。
The thickness of the liquid repellent layer is 1 μm to 5 μm.
The inkjet head according to claim 3.
前記アクチュエータは、前記振動板の側から順に、下部電極と、圧電体と、上部電極とが積層されて形成されており、前記上部電極の上面の一部及び前記圧電体の側面の一部に形成される無機絶縁材料の絶縁層と、前記上部電極と前記絶縁層の表面に形成され、前記上部電極と電気的に接続する導電性材料の引出し電極と、を有することを特徴とした請求項1〜4記載のインクジェットヘッド。   The actuator is formed by laminating a lower electrode, a piezoelectric body, and an upper electrode in order from the diaphragm side, and is formed on a part of the upper surface of the upper electrode and a part of the side surface of the piezoelectric body. An insulating layer made of an inorganic insulating material, and an extraction electrode made of a conductive material formed on the surface of the upper electrode and the insulating layer and electrically connected to the upper electrode. The inkjet head of 1-4.
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