JP3638477B2

JP3638477B2 - Inkjet printer head

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Publication number: JP3638477B2
Application number: JP18691099A
Authority: JP
Inventors: 敏和岸野
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1999-06-30
Filing date: 1999-06-30
Publication date: 2005-04-13
Anticipated expiration: 2019-06-30
Also published as: JP2001010039A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、文字や画像等の印刷に用いるインクジェットプリンタに搭載されるインクジェットプリンタヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、低ランニングコストでカラー化された画像や文字等の情報を印刷するプリンタとして、インクジェット方式のプリンタが広く使用されている。
【０００３】
このインクジェット方式のプリンタに搭載されるインクジェットプリンタヘッド（以下、ヘッドと言う。）としては、インクが充填される流路内にヒータを設け、このヒータによりインクを加熱、沸騰させて気泡を発生させることにより加圧し、インク吐出孔よりインク滴を吐出させるサーマルジェット方式と、インクが充填される流路を形成する隔壁を直接的又は間接的に圧電素子によって屈曲変位させ、機械的に流路内のインクを加圧し、インク吐出孔よりインク滴を吐出させる圧電方式が一般的であるが、特に圧電方式は、耐久性及び応答性に優れるとともに、直接インクを加熱しないため、インクの種類が限定されないといった利点がある。
【０００４】
圧電方式のヘッドとしては、図４に示すように、並設された複数の隔壁２１を有し、これら隔壁２１間をインクの流路２２として成る圧電セラミックス製の流路部材２３と、各隔壁２１の頂面に、各流路２２を覆うべく接着にて接合され、各流路２２へインクを導入するためのインク供給孔２４を備えた天板２５と、前記流路部材２３の一方端側に、各流路２２を塞ぐべく隔壁２１とともに接着にて接合され、各流路２２と連通するインク吐出孔２６を備えたノズル板２７とから成り、各隔壁１の両側面には、ノズル板２７との接合部から長手方向に沿って駆動用電極２８を形成したものがあった。なお、流路部材２３の他方端側は閉じられた構造となっており、２９は駆動用電極２８の引き出し線である。
【０００５】
そして、このヘッド３０を用いてインク滴を吐出するには、隔壁２１の両側面に形成された駆動用電極２８に電圧を印加することによって行われる。図５（ａ）（ｂ）にその駆動原理を説明するように、例えば駆動用電極２８ｂ，２８ｃ及び駆動電極２８ｈ，２８ｉにそれぞれ負極の電圧を、駆動用電極２８ａ，２８ｄ，２８ｇ，２８ｊに正極の電圧を印加すると、図５（ａ）に示すように隔壁２１ａ及び隔壁２１ｂが流路２２ａ側へ屈曲変位するとともに、隔壁２１ｄ，２１ｅが流路２２ｄ側へ屈曲変位するため、流路２２ａ，２２ｄ内に充填されたインクを加圧して、インク吐出孔２６よりインク滴を吐出させることができ、この後、各駆動用電極２８ａ〜２８ｄ，２８ｇ〜２８ｊへの通電を遮断すると、屈曲変位していた隔壁２１ａ，２１ｂ，２１ｄ，２１ｅが弾性作用によって元の形状に戻り、流路２２ａ，２２ｄ内が減圧される結果、インク供給孔２４からインクの供給が行なわれ、さらに前述した駆動電極２８ａ〜２８ｄ，２８ｇ〜２８ｊへ正負を逆転して電圧を印加すると、図５（ｂ）に示すように隔壁２１ａ，２１ｂが流路２２ｄに対して外側へ屈曲変位するとともに、隔壁２１ｄ，２１ｅが流路２２ｄに対して外側へ屈曲変位するため、流路２２ａ，２２ｄ内がさらに減圧されてインクが充填され、次に、各駆動用電極２８ａ〜２８ｄ，２８ｇ〜２８ｊへの通電を遮断すると、屈曲変位していた隔壁２１ａ，２１ｂ，２１ｄ，２１ｅが弾性作用によって元の形状に戻り、次のインク滴の吐出段階に入ることになり、これらの動作を順次繰り返すことでインク滴の吐出を連続的に行うようになっていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図４に示すヘッド３０は、隔壁２１の全長にわたって分極処理が施され、隔壁２１の両側面には駆動用電極２８がノズル板２７の近傍まで延設して形成されていることから、インク滴を吐出させるために隔壁２１を屈曲変位させると、隔壁２１に接合されたノズル板２７が変形し、この変形量が大きいと各流路２２に連通するインク吐出孔２６の位置ずれが起きたり、インク吐出孔２６の形状が歪な形となると、インク滴の記録媒体上への着弾位置がずれたり、かすれ等が発生し、正確な文字や画像を印刷できないといった課題があった。
【０００７】
【発明の目的】
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、その目的はインク滴の着弾位置のばらつきを防止（小さく）し、色ムラや画質の乱れのない高画質の文字や画像を印刷することができるインクジェットプリンタヘッドを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は、高さ方向に分極処理した圧電セラミックスから成る複数の隔壁を並設し、各隔壁間をインクの流路として成る流路部材と、前記各隔壁の側面に形成された駆動用電極と、前記各隔壁の頂面に接合され、各流路を覆う天板と、前記流路部材の一方端側に取着され、各流路と連通するインク吐出孔を備えたノズル板とから成り、前記駆動用電極に通電して隔壁を屈曲変位させることにより、流路内のインクを加圧して前記インク吐出孔よりインク滴を吐出するインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記ノズル板を、分極処理していない圧電セラミックス、あるいはガラス又は絶縁性セラミックスを間に挟んで流路部材に取着したことを特徴とする。
【０００９】
なお、本発明において、ノズル板を、分極処理していない圧電セラミックス、あるいはガラス又は絶縁性セラミックスを間に挟んで流路部材に取着するとは、圧電セラミックスから成る隔壁のノズル板近傍のみ分極処理していないもの、あるいは高さ方向に分極処理した圧電セラミックスから成る隔壁のノズル板側に、分極処理していない圧電セラミックス、あるいはガラス又は絶縁性セラミックスから成る部材を接着等にて接合したもののことを言う。
【００１０】
【作用】
本発明によれば、インクの流路を構成する圧電セラミックスから成る隔壁を屈曲変位させてインクを加圧する圧電方式のインクジェットプリンタヘッドにおいて、ノズル板を、分極処理していない圧電セラミックス、アルミナやジルコニア等を主成分とする絶縁性セラミックス、あるいはガラスを間に挟んで流路部材に取着し、駆動用電極に通電してもノズル板近傍における隔壁が駆動しないようにしたことから、ノズル板近傍における隔壁の変位を極めて小さく又は皆無とすることができ、ノズル板の変形を抑えることができる。その結果、インク吐出孔の位置ずれや歪みを防止（小さく）することができ、もって、インク滴を記録媒体の所定位置へ着弾することができるため、色ムラや画質の乱れのない高性能なインクジェットプリンタヘッドを得ることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１２】
図１は本発明のインクジェットプリンタヘッド１０の一例を示す一部を破断した斜視図で、高さ方向に分極処理した圧電セラミックスから成る複数の隔壁１を等間隔で並設し、各隔壁１間をインクの流路２として成る流路部材３と、各隔壁１の頂面に、各流路２を覆うべく接着にて接合され、各流路２へインクを導入するためのインク供給孔４を備えた天板５と、前記流路部材３の一方端側に、各流路２を塞ぐべく接着にて取着され、各流路２と連通するインク吐出孔６を備えたノズル板７とから成り、各隔壁１の両側面には、ノズル板７との接合部からその長手方向に沿って駆動用電極８を形成してある。なお、流路部材３の他方端側は閉じた構造となっており、９は駆動用電極８の引き出し線である。
【００１３】
そして、このヘッド１０を用いてインク滴を吐出するには、インク供給孔４より各流路２へ顔料タイプの油性インクや水性染料インクあるいは紫外線硬化インク等のインクを導入するとともに、隔壁１の両側面に形成された駆動用電極８間に電圧を印加することによって行う。
【００１４】
図２（ａ）（ｂ）にその駆動原理を説明するように、例えば駆動用電極８ｂ，８ｃ及び駆動用電極８ｈ，８ｉにそれぞれ負極の電圧を、駆動用電極８ａ，８ｄ，８ｇ，８ｊに正極の電圧を印加すると、隔壁１ａ，１ｂ，１ｄ，１ｅを構成する圧電セラミックスが剪断モード変形を起こし、図２（ａ）に示すように隔壁１ａ及び隔壁１ｂが流路２ａ側へ屈曲変位するとともに、隔壁１ｄ，１ｅが流路２ｄ側へ屈曲変位するため、流路２ａ，２ｄ内に充填されたインクを加圧して、インク吐出孔６よりインク滴を吐出させることができ、この後、各駆動用電極８ａ〜８ｄ，８ｇ〜８ｊへの通電を遮断すると、屈曲変位していた隔壁１ａ，１ｂ，１ｄ，１ｅが弾性作用によって元の形状に戻り、流路２ａ，２ｄ内が減圧される結果、インク供給孔４からインクの供給が行なわれ、さらに前述した駆動用電極８ａ〜８ｄ，８ｇ〜８ｊへ正負を逆転して電圧を印加すると、図２（ｂ）に示すように隔壁１ａ，１ｂが流路２ｄに対して外側へ屈曲変位するとともに、隔壁１ｄ，１ｅが流路２ｄに対して外側へ屈曲変位するため、流路２ａ，２ｄ内がさらに減圧されてインクが充填され、次に、各駆動用電極８ａ〜８ｄ，８ｇ〜８ｊへの通電を遮断すると、屈曲変位していた隔壁１ａ，１ｂ，１ｄ，１ｅが弾性作用によって元の形状に戻り、次のインク滴の吐出段階に入ることになり、これらの動作を順次繰り返すことでインク滴の吐出を連続的に行うようになっている。
【００１５】
ところで、圧電セラミックスから成る各隔壁１は、前述したように予め高さ方向にそれぞれ分極処理してあるのであるが、本発明は、隔壁１のノズル板７近傍、具体的にはノズル板７から距離Ａの範囲にある隔壁１の圧電セラミックスに分極処理を施していないことを特徴とする。
【００１６】
即ち、図１のヘッド１０において、隔壁１を屈曲変位させるには、圧電セラミックスの剪断モード変形を利用するのであるが、圧電セラミックスを剪断モード変形させるには、駆動用電極８によって形成される電界と垂直な方向、即ち、隔壁１の高さ方向に分極処理を施す必要があり、通常後述する製法との関係もあって、圧電セラミックスから成る隔壁１はその長手方向に沿って全体的に分極処理されている。
【００１７】
ところが、本件発明者がインクジェットプリンタヘッドの研究を重ねたところ、図１のヘッド１０のように、ノズル板７を流路部材８の一方端側に隔壁１とともに接合したものでは、駆動用電極８に通電して隔壁１を屈曲変位させると、隔壁１の変位に伴ってノズル板７にはインク吐出孔６の位置を変えたり、インク吐出孔６の形状を変形させようとする力が働くことを知見し、圧電セラミックスから成る隔壁１のノズル板７近傍にのみ分極処理を施さないようにしてノズル板７近傍の圧電セラミックスに剪断モード変形を発生させないようにすることで、ノズル板７近傍における隔壁１の変位を極めて小さく又は皆無とすることができ、ノズル板７の変形を抑えることができることを見出し、本発明に至ったのである。
【００１８】
その結果、インク吐出孔６の位置ずれや歪みを防止（小さく）することができ、もって、本発明のヘッド１０を用いれば、インク滴を記録媒体の所定位置への着弾ずれを小さくすることができるため、色ムラや画質の乱れのない高画質な文字や画像を印刷することができる。
【００１９】
ところで、このような作用効果を奏するためには、ノズル板７が隔壁１の屈曲変位の影響を全く受けないことが理想的であり、そのためには分極処理を施さない領域、即ち、ノズル板７からの距離Ａができるだけ長い方が良いことになる。ただし、距離Ａが長くなりすぎると、隔壁１が駆動する範囲（変位する領域）が狭まり、流路２内においてインク滴を吐出するのに十分な圧力が得られなくなり、インク滴の吐出速度が小さくなることによって記録媒体への記録速度の低下を招くとともに、吐出されるインク滴の量も少なくなるため、インク滴の大きさを変化させて階調性を出すことができなくなり、記録媒体上での画質の低下をきたし、極端な場合にはインク滴の吐出そのものができなくなる。
【００２０】
その為、分極処理を施さない領域、即ち、ノズル板７からの距離Ａは、１００μｍ以上でかつ隔壁１の長さの２８％以下、好ましくは１００μｍ以上でかつ隔壁１の長さの１４％以下とすることが良い。
【００２１】
即ち、距離Ａが１００μｍ未満では、隔壁１の屈曲変位に伴うノズル板７の変形を抑える効果が小さく、インク吐出孔６の位置ずれや歪みを防ぐことができず、逆に、距離Ａが隔壁１の長さの２８％を越えると、流路２内において十分な圧力を発生させることができず、記録速度の低下や画質の劣化を招くからである。次に、図１に示すインクジェットプリンタヘッド１０の製造方法を説明する。まず、流路部材３を形成するために、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ系）を主成分とする圧電セラミックス、マグネシウムニオブ酸鉛（ＰＭＮ系）を主成分とする圧電セラミックス、ニッケルニオブ酸鉛（ＰＮＮ系）を主成分とする圧電セラミックス、あるいは上記主成分を複合した圧電セラミックスからなる基板を用意する。次に、基板の上下面に分極用の電極を被覆するのであるが、この時、ノズル板７が接合される端部周縁に、距離Ａだけ残して電極を形成する。そして、電圧を印加して分極したあと、電極を除去することにより、距離Ａの領域以外はその厚み方向に分極処理を施す。
【００２２】
次いで、基板にダイシングソーなどを用いた切削加工やブラスト加工等を施すことにより、分極処理されていない領域が開放端部となるように複数の溝を並設し、該溝をインクの流路２とするとともに、流路２を構成する壁を隔壁１として成る流路部材３を製作する。
【００２３】
次に、各隔壁１の両側面に、フォトリソグラフィ技術等によりマスクを施したあと、蒸着、スパッタリング、メッキ等の膜形成手段によって、白金、金、パラジウム、ロジウム、銀、ニッケル、アルミニウム等の金属や白金−金、パラジウム−銀、白金−パラジウム等を主体とする合金からなる駆動用電極８をその長手方向に沿って形成する。ただし、駆動用電極８は、流路２の終端から流路部材３の後端まで延びる引き出し線９と電気的に接続してあり、この引き出し線９を介して駆動用電極８へ通電するようになっている。
【００２４】
しかるのち、流路部材３の流路２を覆うべく、隔壁１の頂面に、セラミックス、ガラス、シリコン等の絶縁材料からなるインク供給孔４を備えた天板５を接着剤やガラスにて接合するとともに、流路部材３の開放端部に、各流路２を塞ぐべく、分極処理されていない圧電セラミックスから成る隔壁１とともに、樹脂等からなるインク吐出孔６を備えたノズル板７を接着剤にて接合することにより、図１に示すヘッド１０を得ることができる。
【００２５】
次に、本発明の他の実施形態について図３を用いて説明する。
【００２６】
このインクジェットプリンタヘッド２０は、高さ方向に分極処理した圧電セラミックスから成る複数の隔壁１１を等間隔で並設し、各隔壁１１間をインクの流路１２として成り、その一方端が閉じられた流路本体１３の開放端部に、分極処理していない圧電セラミックス、又はアルミナ、ジルコニア、フォルステライト、ステアタイト等を主成分とする絶縁性セラミックス、あるいはガラスから成り、前記流路本体１３の隔壁１１及び流路１２と同寸法の隔壁１４及び流路１５を有する流路補助体１６を接着等にて接合して流路部材１７を形成する以外は図１と同様の構造をしたもので、このヘッド２０によれば、駆動用電極８に通電して隔壁１１を屈曲変位させてもノズル板７近傍を構成する隔壁１４は変位しないため、ノズル板７の変形を抑えることができ、図１のヘッド１０と同様にインク吐出孔６の位置ずれや歪みを防止することができる。
【００２７】
なお、流路補助体１６を構成する隔壁１４の長さとしては、ノズル板７が隔壁１１の変位の影響を全く受けないことが理想的であり、そのためには隔壁１４の長さ、即ち、ノズル板７からの距離Ｂができるだけ長い方が良いことになる。ただし、距離Ｂが長くなりすぎると、隔壁１が駆動する範囲（変位する領域）が狭まり、流路１２，１５内においてインク滴を吐出するのに十分な圧力が得られなくなり、インク滴の吐出速度が小さくなることによって記録媒体への記録速度の低下を招くとともに、吐出されるインク滴の量も少なくなるため、インク滴の大きさを変化させて階調性を出すことができなくなり、記録媒体上での画質の低下をきたし、極端な場合にはインク滴の吐出そのものができなくなる。
【００２８】
その為、流路補助体１６を構成する隔壁１４の長さ、即ち、ノズル板７からの距離Ｂは、１００μｍ以上でかつ隔壁１１から隔壁１４までの全長の２８％以下、好ましくは１００μｍ以上でかつ隔壁１１から隔壁１４までの全長の１４％以下とすることが良い。
【００２９】
次に、図３に示すインクジェットプリンタヘッド２０の製造方法を説明する。まず、流路部材１７を形成するために、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ系）を主成分とする圧電セラミックス、マグネシウムニオブ酸鉛（ＰＭＮ系）を主成分とする圧電セラミックス、ニッケルニオブ酸鉛（ＰＮＮ系）を主成分とする圧電セラミックス、あるいは上記主成分を複合した圧電セラミックスから成る基板を用意し、基板の上下面に分極用の電極を被着したあと、電圧を印加して分極し、しかるのち電極を除去することにより、その厚み方向に分極処理を施す。
【００３０】
次に、前記基板の一方端に、分極処理していないチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ系）を主成分とする圧電セラミックス、マグネシウムニオブ酸鉛（ＰＭＮ系）を主成分とする圧電セラミックス、ニッケルニオブ酸鉛（ＰＮＮ系）を主成分とする圧電セラミックス、あるいは上記主成分を複合した圧電セラミックスから成る板材、又はアルミナ、ジルコニア、フォルステライト、ステアタイト、ジルコン等の絶縁性セラミックスから成る板材、あるいはガラスから成る板材を接着剤にて接合したあと、ダイシングソーなどを用いた切削加工やブラスト加工等によって、板材側が開口端部となるように、複数の溝を並設し、該溝をインクの流路１２，１５とするとともに、流路１２，１５を構成する壁を隔壁１１，１４として成る流路部材１７を製作する。
【００３１】
次に、各隔壁１１，１４の両側面に、フォトリソグラフィ技術等によりマスクを施したあと、蒸着、スパッタリング、メッキ等の膜形成手段によって、白金、金、パラジウム、ロジウム、銀、ニッケル、アルミニウム等の金属や白金−金、パラジウム−銀、白金−パラジウム等を主体とする合金からなる駆動用電極８をその長手方向に沿って形成する。ただし、駆動用電極８は、流路２の終端から流路部材３の後端まで延びる引き出し線９と電気的に接続してあり、この引き出し線９を介して駆動用電極８へ通電するようになっている。
【００３２】
しかるのち、流路部材１７の流路１２，１５を覆うべく、隔壁１１，１４の頂面に、セラミックス、ガラス、シリコン等の絶縁材料からなるインク供給孔４を備えた天板５を接着剤やガラスにて接合するとともに、流路部材１７の開放端部に、各流路１２，１５を塞ぐべく、分極処理されていない圧電セラミックス、又はアルミナ、ジルコニア、フォルステライト、ステアタイト、ジルコン等の絶縁性セラミックス、あるいはガラスから成る隔壁１１，１４とともに、樹脂等からなるインク吐出孔６を備えたノズル板７を接着剤にて接合することにより、図３に示すヘッド２０を得ることができる。
【００３３】
なお、本発明は図１や図３に示す構造だけに限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない範囲で改良や設計変更できることは言うまでもない。
【００３４】
【実施例】
（実施例１）
ここで、図１のインクジェットプリンタヘッド１０において、ノズル板７からの距離Ａを異ならせた時のインク吐出孔６の位置ずれや歪みの有無、及びインク滴の吐出速度について調べる実験を行った。
【００３５】
本実験にあたっては、チタン酸ジルコン酸鉛系の圧電セラミックスからなる基板を用意し、この基板の両面に、ノズル板７が接合される端面より距離Ａの領域を除いてスクリーン印刷法にてパラジウム（Ｐｂ）−銀（Ａｇ）を被着して分極用の電極を形成し、電圧を印加して基板の厚み方向に分極処理を施したあと、切削加工にて分極用の電極を除去し、しかるのちダイシングソーにて複数の溝を切削して、幅７０μｍ、高さ３５０μｍ、長さ７０００μｍの隔壁１を１４１μｍのピッチで並設してなる流路部材３を複数製作した。ただし、分極しないノズル板７からの距離Ａは表１のように異ならせた。
【００３６】
次に、フォトリソグラフィ技術を用いて隔壁１の両側面にマスクを形成したあと、スパッタリング法にて白金から成る駆動用電極８と引き出し線９を形成したあと、マスクを除去した。
【００３７】
しかるのち、隔壁１の頂面に、インク供給孔４を備えたアルミナセラミック製の天板５を、エポキシ系の接着剤にて接合するとともに、流路部材３の開放端部に、インク吐出孔６を備えたポリイミド樹脂製のノズル板７をエポキシ系の接着剤にて接合してインクジェットプリンタヘッド１０を製作した。
【００３８】
そして、各へッド１０の駆動用電極８に通電し、隔壁１を流路２内にインクを供給せずに駆動させ、画像処理装置によってインク吐出孔６の歪み具合を確認したあと、各ヘッド１０をインクジェットプリンタに組み込んで印刷し、この時のインク滴の吐出速度を、放電管を光源とし、フィルム上にインク滴の吐出状況を記録させる高速度写真撮影装置によって測定するとともに、インク吐出孔６の位置ずれを、記録用紙にインク滴を吐出させた時の着弾位置のずれを確認することにより評価した。即ち、予め小さな電圧値を駆動用電極８に印加し、ノズル板７の変形が起こらない程度の変位量で隔壁１を屈曲変位させてインク滴を記録フィルムに着弾させ、次に駆動用電極８へ印加する電圧値を大きくしてインク滴を吐出させ、この時のインク滴の着弾位置と先のインク滴の着弾位置とのずれを画像処理装置で測定した。
【００３９】
なお、比較のために、ノズル板７からの距離Ａが０ｍｍである従来のヘッド３０も同様に試作し、同様の実験を行った。
【００４０】
そして、評価にあたっては、インク滴の吐出速度が、試料Ｎｏ．１の従来のヘッドと同等又はそれ以上の速度を有するとともに、インク滴の着弾位置ずれが１５μｍ以下であったものを良好として判断した。
【００４１】
それぞれの結果は表１に示す通りである
【００４２】
【表１】

【００４３】
この結果、従来のインクジェットプリンタヘッド３０は、インク吐出孔２６の歪みが大きく、インク滴の吐出速度が５ｍ／ｓ程度であり、また、インク滴の着弾位置ずれも５０μｍ以上と大きいものであった。
【００４４】
これに対し、隔壁１のノズル板７との接合部近傍を構成する圧電セラミックスに分極処理を施さないようにすることで、インク滴の吐出速度を高めることができるとともに、インク吐出孔６の変形を抑え、かつインク滴の着弾位置ずれを小さくできることが判る。ただし、試料Ｎｏ．９，１０のように、ノズル板７からの距離Ａが隔壁１の全長の２８％より長くなると、インク滴の吐出速度が従来のインクジェットプリンタヘッド３０より小さくなり、実用に供しないレベルとなった。
【００４５】
この結果、インク吐出孔６の歪みや位置ずれを防ぐためには、隔壁１のノズル板７との接合部近傍を構成する圧電セラミックスに分極処理を施さないようにすれば良く、この場合、ノズル板７からの距離Ａは、１００μｍ以上で、且つ隔壁１の全長の２８％以下とすることが良く、好ましくは距離Ａを１００μｍ以上で、且つ隔壁１の全長の１４％以下とすることで、インク吐出孔の歪みや位置ずれを防ぐことができるとともに、インク滴の吐出速度を高めることができ、好適であることが確認できた。
【００４６】
（実施例２）
次に、図３のインクジェットプリンタヘッド２０において、流路補助体１６を構成する隔壁１４の長さ、即ちノズル板７からの距離Ｂを異ならせた時のインク吐出孔６の位置ずれや歪みの有無、及びインク滴の吐出速度について調べる実験を行った。
【００４７】
本実験にあたっては、チタン酸ジルコン酸鉛系の圧電セラミックスからなる基板を用意し、この基板の両面にスクリーン印刷法にてパラジウム（Ｐｂ）−銀（Ａｇ）を被着して分極用の電極を形成し、電圧を印加して基板の厚み方向に分極処理を施したあと、切削加工にて分極用の電極を除去し、しかるのち、長さを表２のように異ならせたフォルステライト質セラミックスから成る基板を、分極処理した圧電セラミックスから成る基板に接着したあと、ダイシングソーにて複数の溝を切削して、幅７０μｍ、高さ３５０μｍ、長さ７０００μｍの隔壁１を１４１μｍのピッチで並設して成る流路部材１７を製作した。ただし、フォルステライト質セラミックス側が流路部材１７の開放端部となるようにした。
【００４８】
次に、フォトリソグラフィ技術を用いて隔壁１１，１４の両側面にマスキングを施し、スパッタリング法にて白金から成る駆動用電極８と引き出し線９を形成したあと、マスクを除去した。
【００４９】
そして、隔壁１１，１４の頂面に、インク供給孔４を備えたアルミナセラミック製の天板５を、エポキシ系の接着剤にて接合するとともに、流路部材１７の開放端部に、インク吐出孔６を備えたポリイミド樹脂製のノズル板７をエポキシ系の接着剤にて接合してインクジェットプリンタヘッド２０を製作した。
【００５０】
そして、各へッド２０を実施例１と同様の条件にて、インク滴の吐出速度、インク吐出孔６の歪み具合、及びインク吐出孔６の位置ずれを確認した。
【００５１】
それぞれの結果は表２に示す通りである。
【００５２】
【表２】

【００５３】
この結果、流路本体１３とノズル板７との間に、フォルステライト質セラミックスから成る流路補助体１６を設けることで、インク滴の吐出速度を高めることができるとともに、インク吐出孔６の変形を抑え、かつインク滴の着弾位置ずれを小さくできることが判る。ただし、試料Ｎｏ．１９，２０のように、ノズル板７からの距離Ｂが隔壁１の全長の２８％より長くなると、インク滴の吐出速度が従来のインクジェットプリンタヘッド３０より小さくなり、実用に供しないレベルとなった。
【００５４】
この結果、インク吐出孔６の歪みや位置ずれを防ぐためには、流路本体１３とノズル板６との間に、フォルステライト質セラミックス等の絶縁性セラミックスから成る流路補助体１６を設ければ良く、この場合、流路補助体１６における隔壁１４の長さ、即ちノズル板７からの距離Ｂは、１００μｍ以上で、且つ隔壁１の全長の２８％以下とすることが良く、好ましくは距離Ａを１００μｍ以上で、且つ隔壁１の全長の１４％以下とすることで、インク吐出孔の歪みや位置ずれを防ぐことができるとともに、インク滴の吐出速度を高めることができ、好適であることが確認できた。
【００５５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、高さ方向に分極処理した圧電セラミックスから成る複数の隔壁を並設し、各隔壁間をインクの流路として成る流路部材と、前記各隔壁の側面に形成された駆動用電極と、前記各隔壁の頂面に接合され、各流路を覆う天板と、前記流路部材の一方端側に取着され、各流路と連通するインク吐出孔を備えたノズル板とから成り、前記駆動用電極に通電して隔壁を屈曲変位させることにより、流路内のインクを加圧して前記インク吐出孔よりインク滴を吐出するインクジェトプリンタヘッドにおいて、前記ノズル板を、分極処理していない圧電セラミックス、あるいはガラス又は絶縁性セラミックスを間に挟んで流路部材に取着するようにしたことから、隔壁のノズル板近傍における変位を極めて小さく又は皆無と（又は皆無とを削除）できるため、隔壁に接合されたノズル板の変形を抑え、インク吐出孔の位置ずれや歪みを防止（小さく）することができるため、所定量のインク滴を吐出させることができるとともに、記録媒体の所定位置に正確に（位置ずれを小さくして）インク滴を着弾させることができるため、色ムラや画質の乱れのない高画質な文字や画像を印刷することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るインクジェットプリンタヘッドの一例を示す一部を破断した斜視図である。
【図２】図１におけるインクジェットプリンタヘッドの駆動原理を説明するための部分断面図である。
【図３】本発明に係るインクジェットプリンタヘッドの他の例を示す一部を破断した斜視図である。
【図４】従来例のインクジェットプリンタヘッドの一例を示す一部を破断した斜視図である。
【図５】図４におけるインクジェットプリンタヘッドの駆動原理を説明するための部分断面図である。
【符号の説明】
１，２１：隔壁２，２２：流路３，２３：流路部材
４，２４：インク供給孔５，２５：天板６，２６：インク吐出孔
７，２７：ノズル板８，２８：駆動用電極９，２９：引き出し線
１０，２０，３０：インクジェットプリンタヘッド[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ink jet printer head mounted on an ink jet printer used for printing characters and images.
[0002]
[Prior art]
In recent years, inkjet printers have been widely used as printers for printing information such as images and characters that have been colored at low running costs.
[0003]
As an ink jet printer head (hereinafter referred to as a head) mounted on the ink jet printer, a heater is provided in a flow path filled with ink, and the ink is heated and boiled to generate bubbles. The thermal jet system that pressurizes and ejects ink droplets from the ink ejection holes, and the partition that forms the flow path filled with ink is bent or displaced by a piezoelectric element directly or indirectly, and mechanically within the flow path The piezoelectric method is generally used to pressurize the ink and eject ink droplets from the ink ejection holes. However, the piezoelectric method is particularly durable and responsive, and does not heat the ink directly, so the types of ink are limited. There is an advantage that it is not.
[0004]
As shown in FIG. 4, the piezoelectric head has a plurality of partition walls 21 arranged side by side, and a piezoelectric ceramic flow path member 23 including an ink flow path 22 between the partition walls 21, and each partition wall. A top plate 25 which is bonded to the top surface of 21 to cover each flow path 22 and has an ink supply hole 24 for introducing ink into each flow path 22, and one end of the flow path member 23. The nozzle plate 27 is provided with ink discharge holes 26 that are bonded together with the partition walls 21 so as to close the respective flow paths 22 and communicate with the respective flow paths 22. In some cases, the drive electrode 28 was formed along the longitudinal direction from the joint with the plate 27. Note that the other end side of the flow path member 23 has a closed structure, and 29 is a lead wire for the drive electrode 28.
[0005]
Ink droplets are ejected using the head 30 by applying a voltage to the drive electrodes 28 formed on both side surfaces of the partition wall 21. As illustrated in FIGS. 5A and 5B, for example, the driving principle is such that the driving electrodes 28b and 28c and the driving electrodes 28h and 28i have a negative voltage, and the driving electrodes 28a, 28d, 28g and 28j have a positive polarity. 5A, the partition wall 21a and the partition wall 21b are bent and displaced toward the flow path 22a, and the partition walls 21d and 21e are bent and displaced toward the flow path 22d. The ink filled in 22d can be pressurized so that ink droplets can be ejected from the ink ejection holes 26. After that, when the drive electrodes 28a to 28d and 28g to 28j are de-energized, the ink is bent and displaced. The

partition walls

21 a, 21 b, 21 d, and 21 e that have been returned to their original shapes by the elastic action, and the pressure in the flow paths 22 a and 22 d is reduced, so that ink is supplied from the ink supply holes 24. Further, when a voltage is applied to the drive electrodes 28a to 28d and 28g to 28j with the polarity reversed, the partition walls 21a and 21b are bent and displaced outward with respect to the flow path 22d as shown in FIG. 5B. Since the partition walls 21d and 21e are bent and displaced outward with respect to the flow path 22d, the flow paths 22a and 22d are further depressurized and filled with ink, and then to the drive electrodes 28a to 28d and 28g to 28j. When the energization is interrupted, the

partition walls

21a, 21b, 21d, and 21e that have been bent and displaced return to their original shapes due to the elastic action, and the next ink droplet ejection stage is entered, and these operations are sequentially repeated. Ink droplets were ejected continuously.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the head 30 shown in FIG. 4 is polarized over the entire length of the partition wall 21, and driving electrodes 28 are formed on both side surfaces of the partition wall 21 so as to extend to the vicinity of the nozzle plate 27. When the partition wall 21 is bent and displaced in order to eject ink droplets, the nozzle plate 27 joined to the partition wall 21 is deformed. If the amount of deformation is large, the position of the ink ejection hole 26 communicating with each flow path 22 is displaced. If the shape of the ink discharge hole 26 is distorted, the landing position of the ink droplet on the recording medium may be shifted or the image may be blurred, so that accurate characters and images cannot be printed.
[0007]
OBJECT OF THE INVENTION
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to prevent (reduce) variations in the landing positions of ink droplets and to print high-quality characters and images without color unevenness and image quality disturbance. It is an object of the present invention to provide an ink jet printer head capable of achieving the above.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
Accordingly, the present invention provides a plurality of partition walls made of piezoelectric ceramics that are polarized in the height direction, and a flow path member that serves as an ink flow path between the partition walls, and a drive formed on a side surface of each partition wall. Nozzle plate having an electrode for use, a top plate joined to the top surface of each partition wall and covering each flow path, and an ink ejection hole attached to one end side of the flow path member and communicating with each flow path In an ink jet printer head that pressurizes ink in the flow path and ejects ink droplets from the ink ejection holes by energizing the drive electrode and bending and displacing the partition wall, the nozzle plate is polarized It is characterized in that it is attached to the flow path member with an untreated piezoelectric ceramic, or glass or insulating ceramic interposed therebetween.
[0009]
In the present invention, when the nozzle plate is attached to the flow path member with piezoelectric ceramics that are not polarized, or glass or insulating ceramic interposed therebetween, only the vicinity of the nozzle plate of the partition made of piezoelectric ceramics is polarized. Non-polarized, or non-polarized piezoelectric ceramic, or glass or insulating ceramic material bonded to the nozzle plate side of the partition made of piezoelectric ceramic polarized in the height direction Say.
[0010]
[Action]
According to the present invention, in a piezoelectric ink jet printer head that pressurizes ink by bending a partition made of piezoelectric ceramic constituting the ink flow path, the nozzle plate is made of piezoelectric ceramic, alumina or zirconia that is not polarized. In the vicinity of the nozzle plate, the partition wall in the vicinity of the nozzle plate is not driven even when the drive electrode is energized. The displacement of the partition walls can be made extremely small or none, and the deformation of the nozzle plate can be suppressed. As a result, the displacement and distortion of the ink ejection holes can be prevented (reduced), and the ink droplets can be landed on a predetermined position on the recording medium. An ink jet printer head can be obtained.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
[0012]
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view showing an example of an ink jet printer head 10 of the present invention, in which a plurality of partition walls 1 made of piezoelectric ceramics polarized in the height direction are arranged in parallel at equal intervals. Are connected to the top surface of each partition wall 1 by bonding so as to cover each flow path 2, and ink supply holes 4 for introducing ink into each flow path 2. And a nozzle plate 7 having ink discharge holes 6 that are attached to one end side of the flow path member 3 by adhesion so as to close the flow paths 2 and communicate with the flow paths 2. On both side surfaces of each partition wall 1, drive electrodes 8 are formed along the longitudinal direction from the joint with the nozzle plate 7. In addition, the other end side of the flow path member 3 has a closed structure, and 9 is a lead wire for the driving electrode 8.
[0013]
In order to eject ink droplets using the head 10, ink such as pigment-type oil-based ink, water-based dye ink, or ultraviolet curable ink is introduced into each flow path 2 from the ink supply hole 4, and the partition 1 This is performed by applying a voltage between the driving electrodes 8 formed on both side surfaces.
[0014]
As illustrated in FIGS. 2A and 2B, the driving principle is described. For example, negative voltages are applied to the driving electrodes 8b and 8c and the driving electrodes 8h and 8i, and negative voltages are applied to the driving electrodes 8a, 8d, 8g, and 8j. When a positive voltage is applied, the piezoelectric ceramics constituting the partition walls 1a, 1b, 1d, and 1e undergo shear mode deformation, and the partition walls 1a and 1b are bent and displaced toward the flow path 2a as shown in FIG. At the same time, since the partition walls 1d and 1e are bent and displaced toward the flow path 2d, the ink filled in the flow paths 2a and 2d can be pressurized to discharge ink droplets from the ink discharge holes 6, and thereafter When the energization to the drive electrodes 8a to 8d and 8g to 8j is interrupted, the partition walls 1a, 1b, 1d, and 1e that have been bent and displaced return to their original shapes by elastic action, and the flow paths 2a and 2d are decompressed. As a result, the ink supply hole 4 Then, when ink is supplied and a voltage is applied to the drive electrodes 8a to 8d and 8g to 8j described above by reversing the polarity, the partition walls 1a and 1b are supplied to the flow path 2d as shown in FIG. On the other hand, since the partition walls 1d and 1e are bent and displaced outward with respect to the flow path 2d, the flow paths 2a and 2d are further depressurized and filled with ink. When the power supply to 8a to 8d and 8g to 8j is cut off, the partition walls 1a, 1b, 1d, and 1e that have been bent and displaced return to their original shapes due to the elastic action, and the next ink droplet ejection stage starts. By sequentially repeating these operations, ink droplets are ejected continuously.
[0015]
By the way, each partition wall 1 made of piezoelectric ceramics is polarized in advance in the height direction as described above. However, the present invention is applied to the vicinity of the nozzle plate 7 of the partition wall 1, specifically from the nozzle plate 7. The piezoelectric ceramic of the partition wall 1 in the range of the distance A is not subjected to polarization treatment.
[0016]
That is, in the head 10 of FIG. 1, the shear mode deformation of the piezoelectric ceramic is used to bend and displace the partition wall 1, but the electric field formed by the driving electrode 8 is used to deform the piezoelectric ceramic in the shear mode. It is necessary to perform polarization treatment in a direction perpendicular to the vertical direction, that is, in the height direction of the partition wall 1, and the partition wall 1 made of piezoelectric ceramics is generally polarized along the longitudinal direction in relation to the manufacturing method described later. Has been processed.
[0017]
However, when the present inventor repeated research on an ink jet printer head, as shown in the head 10 in FIG. 1, in the case where the nozzle plate 7 is joined to the one end side of the flow path member 8 together with the partition wall 1, the driving electrode 8 When the partition wall 1 is bent and displaced by applying a current to the nozzle plate 7, a force is applied to the nozzle plate 7 to change the position of the ink discharge hole 6 or to change the shape of the ink discharge hole 6 in accordance with the displacement of the partition wall 1. And by not performing polarization treatment only in the vicinity of the nozzle plate 7 of the partition wall 1 made of piezoelectric ceramics so that shear mode deformation does not occur in the piezoelectric ceramic in the vicinity of the nozzle plate 7, The inventors have found that the displacement of the partition wall 1 can be made extremely small or completely absent, and that the deformation of the nozzle plate 7 can be suppressed, and the present invention has been achieved.
[0018]
As a result, it is possible to prevent (reduce) the positional deviation and distortion of the ink ejection holes 6, and therefore, by using the head 10 of the present invention, it is possible to reduce the landing deviation of ink droplets at predetermined positions on the recording medium. Therefore, it is possible to print high-quality characters and images without color unevenness and image quality disturbance.
[0019]
By the way, in order to achieve such an operational effect, it is ideal that the nozzle plate 7 is not affected by the bending displacement of the partition wall 1 at all. For this purpose, a region where no polarization treatment is performed, that is, the nozzle plate 7. It is better that the distance A is as long as possible. However, if the distance A becomes too long, the range in which the partition wall 1 is driven (displaced region) is narrowed, and a pressure sufficient to eject ink droplets in the flow path 2 cannot be obtained, and the ink droplet ejection speed is increased. The reduction in the recording speed causes a decrease in the recording speed on the recording medium, and the amount of ejected ink droplets also decreases. Therefore, it becomes impossible to change the size of the ink droplets to produce gradation, and on the recording medium. In an extreme case, ink droplets cannot be ejected.
[0020]
Therefore, the region not subjected to polarization treatment, that is, the distance A from the nozzle plate 7 is 100 μm or more and 28% or less of the length of the partition wall 1, preferably 100 μm or more and 14% or less of the length of the partition wall 1. It is good to do.
[0021]
That is, when the distance A is less than 100 μm, the effect of suppressing the deformation of the nozzle plate 7 due to the bending displacement of the partition wall 1 is small, and the displacement and distortion of the ink discharge holes 6 cannot be prevented. If it exceeds 28% of the length of 1, a sufficient pressure cannot be generated in the flow path 2 and the recording speed is lowered and the image quality is deteriorated. Next, a method for manufacturing the ink jet printer head 10 shown in FIG. 1 will be described. First, in order to form the flow path member 3, piezoelectric ceramics mainly composed of lead zirconate titanate (PZT), piezoelectric ceramics mainly composed of lead magnesium niobate (PMN), lead nickel niobate ( A substrate made of a piezoelectric ceramic mainly composed of PNN) or a piezoelectric ceramic compounded with the above main components is prepared. Next, the electrodes for polarization are covered on the upper and lower surfaces of the substrate. At this time, the electrodes are formed leaving the distance A on the peripheral edge of the end where the nozzle plate 7 is joined. Then, after polarization by applying a voltage, the electrode is removed, so that the polarization treatment is performed in the thickness direction except for the region of the distance A.
[0022]
Next, the substrate is subjected to cutting or blasting using a dicing saw or the like, so that a plurality of grooves are arranged in parallel so that the unpolarized region becomes an open end, and the grooves are arranged as ink flow paths. 2, and a flow path member 3 having a wall constituting the flow path 2 as a partition wall 1 is manufactured.
[0023]
Next, after masking the both side surfaces of each partition wall 1 by a photolithography technique or the like, a metal such as platinum, gold, palladium, rhodium, silver, nickel, or aluminum is formed by film forming means such as vapor deposition, sputtering, or plating. And a driving electrode 8 made of an alloy mainly composed of platinum-gold, palladium-silver, platinum-palladium or the like is formed along the longitudinal direction thereof. However, the drive electrode 8 is electrically connected to a lead wire 9 extending from the terminal end of the flow channel 2 to the rear end of the flow channel member 3 so that the drive electrode 8 is energized through the lead wire 9. It has become.
[0024]
Thereafter, a top plate 5 having an ink supply hole 4 made of an insulating material such as ceramics, glass, silicon, or the like is formed on the top surface of the partition wall 1 with an adhesive or glass so as to cover the flow path 2 of the flow path member 3. A nozzle plate 7 provided with an ink discharge hole 6 made of resin or the like, together with a partition wall 1 made of piezoelectric ceramics that has not been subjected to polarization treatment in order to close each flow path 2 at the open end of the flow path member 3. The head 10 shown in FIG. 1 can be obtained by bonding with an adhesive.
[0025]
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0026]
This ink jet printer head 20 has a plurality of partition walls 11 made of piezoelectric ceramics polarized in the height direction arranged at equal intervals. The partition walls 11 are formed as ink flow paths 12 and one end thereof is closed. The open end of the flow path body 13 is made of non-polarized piezoelectric ceramics, insulating ceramics mainly composed of alumina, zirconia, forsterite, steatite, or the like, or glass. 11 and the flow path auxiliary body 16 having the same dimensions as the flow path 12 and the flow path 15 are joined together by bonding or the like to form the flow path member 17. According to the head 20, even if the drive electrode 8 is energized and the partition wall 11 is bent and displaced, the partition wall 14 in the vicinity of the nozzle plate 7 is not displaced. Can be suppressed, it is possible to prevent displacement or distortion of the ink discharge hole 6 in the same manner as the head 10 of FIG.
[0027]
It should be noted that the length of the partition wall 14 constituting the flow path auxiliary body 16 is ideal that the nozzle plate 7 is not affected by the displacement of the partition wall 11 at all, and for that purpose, the length of the partition wall 14, that is, The distance B from the nozzle plate 7 should be as long as possible. However, if the distance B becomes too long, the range (displacement region) in which the partition wall 1 is driven is narrowed, and a pressure sufficient to eject ink droplets in the flow paths 12 and 15 cannot be obtained. Decreasing the speed causes a decrease in the recording speed on the recording medium, and the amount of ejected ink droplets is also reduced, making it impossible to change the size of the ink droplets to produce gradation, and recording The image quality on the medium is degraded, and in an extreme case, ink droplets cannot be ejected.
[0028]
Therefore, the length of the partition wall 14 constituting the flow path auxiliary body 16, that is, the distance B from the nozzle plate 7 is 100 μm or more and 28% or less of the total length from the partition wall 11 to the partition wall 14, preferably 100 μm or more. And it is good to set it as 14% or less of the full length from the partition 11 to the partition 14. FIG.
[0029]
Next, a method for manufacturing the ink jet printer head 20 shown in FIG. 3 will be described. First, in order to form the flow path member 17, piezoelectric ceramics mainly composed of lead zirconate titanate (PZT), piezoelectric ceramics mainly composed of lead magnesium niobate (PMN), lead nickel niobate ( Prepare a substrate made of piezoelectric ceramics containing PNN) as a main component, or a piezoelectric ceramic compounded with the above main components. After applying electrodes for polarization on the upper and lower surfaces of the substrate, a voltage is applied for polarization. After that, by removing the electrode, polarization treatment is performed in the thickness direction.
[0030]
Next, on one end of the substrate, piezoelectric ceramics mainly composed of lead zirconate titanate (PZT system) which is not polarized, piezoelectric ceramics composed mainly of lead magnesium niobate (PMN system), nickel niobium Piezoelectric ceramics containing lead acid (PNN) as the main component, or plate materials made of piezoelectric ceramics that combine the main components, or plates made of insulating ceramics such as alumina, zirconia, forsterite, steatite, zircon, or glass After joining the plate material made of adhesive with an adhesive, a plurality of grooves are juxtaposed so that the plate material side becomes the open end by cutting or blasting using a dicing saw, etc. In addition to the passages 12 and 15, a flow path member 17 having walls 11 and 14 as walls constituting the flow paths 12 and 15 To work.
[0031]
Next, a mask is applied to both side surfaces of each of the partition walls 11 and 14 by a photolithography technique or the like, and then platinum, gold, palladium, rhodium, silver, nickel, aluminum, etc. are formed by film forming means such as vapor deposition, sputtering, or plating. A driving electrode 8 made of an alloy mainly composed of the above metal, platinum-gold, palladium-silver, platinum-palladium, or the like is formed along the longitudinal direction. However, the drive electrode 8 is electrically connected to a lead wire 9 extending from the terminal end of the flow channel 2 to the rear end of the flow channel member 3 so that the drive electrode 8 is energized through the lead wire 9. It has become.
[0032]
Thereafter, in order to cover the flow paths 12 and 15 of the flow path member 17, the top plate 5 provided with the ink supply holes 4 made of an insulating material such as ceramics, glass, or silicon on the top surfaces of the partition walls 11 and 14 is adhesive. In addition to bonding with glass or glass, the open end portion of the flow path member 17 is not polarized so as to block the flow paths 12 and 15, or alumina, zirconia, forsterite, steatite, zircon, etc. The head 20 shown in FIG. 3 can be obtained by joining the partition plates 11 and 14 made of insulating ceramics or glass together with the nozzle plate 7 having the ink discharge holes 6 made of resin or the like with an adhesive.
[0033]
Needless to say, the present invention is not limited to the structure shown in FIGS. 1 and 3 and can be improved or modified without departing from the scope of the present invention.
[0034]
【Example】
(Example 1)
Here, in the inkjet printer head 10 of FIG. 1, an experiment was conducted to examine the positional deviation or distortion of the ink ejection holes 6 and the ink droplet ejection speed when the distance A from the nozzle plate 7 was varied.
[0035]
In this experiment, a substrate composed of lead zirconate titanate-based piezoelectric ceramics was prepared, and palladium (with a screen printing method) was used on both surfaces of the substrate except for a region at a distance A from the end surface to which the nozzle plate 7 was joined. Pb) -Silver (Ag) is deposited to form a polarization electrode, a voltage is applied to perform polarization treatment in the thickness direction of the substrate, and then the polarization electrode is removed by cutting. After that, a plurality of grooves 3 were cut by a dicing saw to produce a plurality of flow path members 3 in which partition walls 1 having a width of 70 μm, a height of 350 μm, and a length of 7000 μm were arranged in parallel at a pitch of 141 μm. However, the distance A from the unpolarized nozzle plate 7 was varied as shown in Table 1.
[0036]
Next, a mask was formed on both side surfaces of the partition wall 1 using a photolithography technique, a driving electrode 8 and a lead line 9 made of platinum were formed by a sputtering method, and then the mask was removed.
[0037]
After that, an alumina ceramic top plate 5 provided with an ink supply hole 4 is joined to the top surface of the partition wall 1 with an epoxy adhesive, and an ink discharge hole is formed at the open end of the flow path member 3. A nozzle plate 7 made of polyimide resin having 6 was joined with an epoxy adhesive to produce an ink jet printer head 10.
[0038]
Then, the drive electrode 8 of each head 10 is energized to drive the partition wall 1 without supplying ink into the flow path 2, and after confirming the degree of distortion of the ink discharge holes 6 by the image processing apparatus, The head 10 is incorporated into an ink jet printer for printing, and the ink droplet ejection speed is measured by a high-speed photography apparatus that records the ink droplet ejection status on the film using the discharge tube as a light source, and the ink ejection. The positional deviation of the hole 6 was evaluated by confirming the deviation of the landing position when the ink droplets were ejected onto the recording paper. That is, a small voltage value is applied to the drive electrode 8 in advance, and the partition wall 1 is bent and displaced by an amount of displacement that does not cause deformation of the nozzle plate 7 to land ink droplets on the recording film, and then the drive electrode 8. Ink droplets were ejected by increasing the voltage value applied to the ink, and the deviation between the landing position of the ink droplet and the landing position of the previous ink droplet was measured with an image processing apparatus.
[0039]
For comparison, a conventional head 30 having a distance A from the nozzle plate 7 of 0 mm was also prototyped and the same experiment was performed.
[0040]
In the evaluation, the ejection speed of the ink droplets was determined as Sample No. It was judged as good if it had a speed equal to or higher than that of the conventional head 1 and the landing position deviation of the ink droplets was 15 μm or less.
[0041]
Each result is as shown in Table 1.
[Table 1]

[0043]
As a result, the conventional ink jet printer head 30 has a large distortion of the ink discharge holes 26, an ink droplet discharge speed of about 5 m / s, and an ink droplet landing position deviation is as large as 50 μm or more. .
[0044]
On the other hand, by preventing the piezoelectric ceramics constituting the vicinity of the joint portion of the partition wall 1 with the nozzle plate 7 from being polarized, the ink droplet ejection speed can be increased and the deformation of the ink ejection holes 6 can be improved. It can be seen that the deviation of the landing position of the ink droplets can be reduced. However, Sample No. When the distance A from the nozzle plate 7 is longer than 28% of the total length of the partition wall 1 as in 9, 10, the ink droplet ejection speed becomes smaller than that of the conventional ink jet printer head 30, which is not practical. .
[0045]
As a result, in order to prevent the ink ejection holes 6 from being distorted or displaced, it is only necessary that the piezoelectric ceramic constituting the vicinity of the joint portion of the partition wall 1 with the nozzle plate 7 is not subjected to polarization treatment. The distance A from 7 is preferably 100 μm or more and 28% or less of the total length of the partition wall 1, and preferably the distance A is 100 μm or more and 14% or less of the total length of the partition wall 1. It was confirmed that the discharge holes could be prevented from being distorted and misaligned, and the ink droplet discharge speed could be increased, which is preferable.
[0046]
(Example 2)
Next, in the ink jet printer head 20 of FIG. 3, the displacement and distortion of the ink ejection holes 6 when the length of the partition wall 14 constituting the flow path auxiliary body 16, that is, the distance B from the nozzle plate 7 is varied. An experiment was conducted to examine the presence / absence and ink droplet ejection speed.
[0047]
In this experiment, a substrate made of lead zirconate titanate-based piezoelectric ceramics was prepared, and palladium (Pb) -silver (Ag) was deposited on both surfaces of the substrate by screen printing to form electrodes for polarization. After forming and applying a voltage to polarize the substrate in the thickness direction, the electrodes for polarization are removed by cutting, and then the forsterite ceramics with different lengths as shown in Table 2 are used. After bonding the substrate made of the above to the substrate made of polarized piezoelectric ceramics, a plurality of grooves are cut with a dicing saw, and partition walls 1 having a width of 70 μm, a height of 350 μm, and a length of 7000 μm are arranged in parallel at a pitch of 141 μm. A flow path member 17 was manufactured. However, the forsterite ceramic side was made to be the open end of the flow path member 17.
[0048]
Next, masking was performed on both side surfaces of the partition walls 11 and 14 using a photolithography technique to form the driving electrode 8 and the lead wire 9 made of platinum by sputtering, and then the mask was removed.
[0049]
Then, an alumina ceramic top plate 5 provided with ink supply holes 4 is joined to the top surfaces of the partition walls 11 and 14 with an epoxy adhesive, and ink is discharged to the open end of the flow path member 17. A nozzle plate 7 made of polyimide resin having holes 6 was joined with an epoxy adhesive to produce an inkjet printer head 20.
[0050]
Each head 20 was checked under the same conditions as in Example 1 for the ink droplet ejection speed, the distortion of the ink ejection holes 6, and the displacement of the ink ejection holes 6.
[0051]
Each result is as shown in Table 2.
[0052]
[Table 2]

[0053]
As a result, by providing the flow path auxiliary body 16 made of forsterite ceramics between the flow path body 13 and the nozzle plate 7, the ink droplet ejection speed can be increased and the deformation of the ink ejection holes 6 can be improved. It can be seen that the deviation of the landing position of the ink droplets can be reduced. However, Sample No. When the distance B from the nozzle plate 7 is longer than 28% of the total length of the partition wall 1 as in 19 and 20, the ink droplet ejection speed becomes smaller than that of the conventional ink jet printer head 30, which is not practical. .
[0054]
As a result, in order to prevent the ink discharge holes 6 from being distorted or displaced, a flow path auxiliary body 16 made of insulating ceramics such as forsterite ceramics is provided between the flow path body 13 and the nozzle plate 6. In this case, the length of the partition wall 14 in the flow path auxiliary body 16, that is, the distance B from the nozzle plate 7 is 100 μm or more and 28% or less of the total length of the partition wall 1, preferably the distance A Is not less than 100 μm and not more than 14% of the total length of the partition wall 1, it is possible to prevent distortion and misalignment of the ink ejection holes and increase the ejection speed of the ink droplets. It could be confirmed.
[0055]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a plurality of partition walls made of piezoelectric ceramics that are polarized in the height direction are arranged in parallel, and a channel member that forms an ink channel between the partition walls, and a side surface of each partition wall A drive electrode formed on the top surface of each partition wall and covering each flow path; and an ink ejection hole attached to one end of the flow path member and communicating with each flow path In an ink jet printer head that pressurizes ink in a flow path and discharges ink droplets from the ink discharge holes by energizing the driving electrode and bending and displacing the partition wall. Since the nozzle plate is attached to the flow path member with piezoelectric ceramic that has not been polarized, or glass or insulating ceramic interposed therebetween, the displacement of the partition wall in the vicinity of the nozzle plate is extremely small or none. In other words, the deformation of the nozzle plate joined to the partition wall can be suppressed, and the displacement and distortion of the ink discharge holes can be prevented (small), so that a predetermined amount of ink droplets can be discharged. In addition, since the ink droplets can be landed accurately (with a small positional deviation) on the recording medium, high-quality characters and images can be printed without color unevenness or image quality disturbance.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view showing an example of an ink jet printer head according to the present invention.
FIG. 2 is a partial cross-sectional view for explaining the principle of driving the ink jet printer head in FIG.
FIG. 3 is a partially cutaway perspective view showing another example of an ink jet printer head according to the present invention.
FIG. 4 is a partially cutaway perspective view showing an example of a conventional inkjet printer head.
5 is a partial cross-sectional view for explaining a driving principle of the ink jet printer head in FIG. 4. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,21: Partition 2,22: Flow path 3, 23: Flow path member 4, 24: Ink supply hole 5, 25: Top plate 6, 26: Ink discharge hole 7, 27: Nozzle plate 8, 28: For drive Electrodes 9, 29: Lead

wires

10, 20, 30: Inkjet printer head

Claims

A plurality of partition walls made of piezoelectric ceramics polarized in the height direction are juxtaposed, a channel member that forms an ink channel between the partition walls, a drive electrode formed on a side surface of each partition wall, The drive comprises: a top plate that is joined to the top surface of the partition wall and covers each flow path; and a nozzle plate that is attached to one end side of the flow path member and includes an ink discharge hole that communicates with each flow path. In an ink jet printer head that discharges ink droplets from the ink discharge holes by energizing the electrodes for bending and displacing the partition walls, the nozzle plate is a piezoelectric ceramic that is not polarized Or an ink jet printer head which is attached to the flow path member with glass or insulating ceramics interposed therebetween.