JP3695509B2 - Inkjet recording head and inkjet recording apparatus - Google Patents

Inkjet recording head and inkjet recording apparatus Download PDF

Info

Publication number
JP3695509B2
JP3695509B2 JP11784199A JP11784199A JP3695509B2 JP 3695509 B2 JP3695509 B2 JP 3695509B2 JP 11784199 A JP11784199 A JP 11784199A JP 11784199 A JP11784199 A JP 11784199A JP 3695509 B2 JP3695509 B2 JP 3695509B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
recording head
jet recording
ink jet
pressure generating
reservoir
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP11784199A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2000301714A (en
JP2000301714A5 (en
Inventor
真理 酒井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP11784199A priority Critical patent/JP3695509B2/en
Publication of JP2000301714A publication Critical patent/JP2000301714A/en
Publication of JP2000301714A5 publication Critical patent/JP2000301714A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3695509B2 publication Critical patent/JP3695509B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室と、この圧力発生室内にインク吐出の圧力を発生する圧力発生手段とを具備するインクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
圧電素子や発熱素子によって圧力発生室内に圧力を発生させ、その圧力によりノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドには、圧力発生手段として圧力発生室内に駆動信号によりジュール熱を発生する抵抗線を設けたバブルジェット式のものと、圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子により変形させてノズル開口からインク滴を吐出させる圧電振動式の2種類のものに大別される。また、圧電振動式のインクジェット式記録ヘッドには、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦振動モードの圧電アクチュエータを使用したものと、たわみ振動モードの圧電アクチュエータを使用したものの2種類が実用化されている。
【0003】
前者は圧電素子の端面を振動板に当接させることにより圧力発生室の容積を変化させることができて、高密度印刷に適したヘッドの製作が可能である反面、圧電素子をノズル開口の配列ピッチに一致させて櫛歯状に切り分けるという困難な工程や、切り分けられた圧電素子を圧力発生室に位置決めして固定する作業が必要となり、製造工程が複雑であるという問題がある。
【0004】
これに対して後者は、圧電材料のグリーンシートを圧力発生室の形状に合わせて貼付し、これを焼成するという比較的簡単な工程で振動板に圧電素子を作り付けることができるものの、たわみ振動を利用する関係上、ある程度の面積が必要となり、高密度配列が困難であるという問題がある。
【0005】
一方、後者の記録ヘッドの不都合を解消すべく、特開平5−286131号公報に見られるように、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧電材料層を形成し、この圧電材料層をリソグラフィ法により圧力発生室に対応する形状に切り分けて各圧力発生室毎に独立するように圧電素子を形成したものが提案されている。
【0006】
これによれば圧電素子を振動板に貼付ける作業が不要となって、リソグラフィ法という精密で、かつ簡便な手法で圧電素子を作り付けることができるばかりでなく、圧電アクチュエータの厚みを薄くできて高速駆動が可能になるという利点がある。なお、この場合、圧電材料層は振動板の表面全体に設けたままで少なくとも上電極のみを各圧力発生室毎に設けることにより、各圧力発生室に対応する圧電アクチュエータを駆動することができる。
【0007】
また、このようなインクジェット式記録ヘッドでは、一般に、各圧力発生室の共通のインク室となるリザーバが形成されており、このリザーバから各圧力発生室にインクが供給される。また、このリザーバにはリザーバの内部圧力を一定値以下に保つために、圧電素子の駆動時の圧力変化を変形により吸収するコンプライアンス部が設けられている。
【0008】
また、このようなコンプライアンス部は、例えば、リザーバの壁の一部を薄膜で形成する方法、あるいはリザーバ内に多孔質部材等からなる吸収部材を設け、この吸収部材に圧力変化を吸収させる方法等が用いられている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のようなコンプライアンス部は容積が大きくないと効果がなく、この場合にはリザーバ内に気泡が停留し易いという問題があるため、微小なインク滴を吐出させる高密度なインクジェット式記録ヘッドには適用できないという問題がある。
【0010】
さらに、リザーバを構成する一方の壁の上に駆動素子を設け、この駆動素子の駆動により内部圧力を強制的に制御する方法もあるが、位相を正確に合わせるのが困難であり、また、駆動セグメントの量に応じて適切に駆動するのは非常に難しいという問題がある。
【0011】
本発明はこのような事情に鑑み、リザーバの圧力変化を効果的に吸収し、クロストークのない小型で高密度なインクジェット式記録ヘッドを提供することを課題とする。
【0018】
本発明の第4の態様は、第1〜3の何れかの態様において、前記可撓性膜は、前記一対の対向電極の少なくとも何れか一方が複数のセグメントに分割されて、実質的に複数の駆動素子を含むことを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【0019】
かかる第4の態様では、複数箇所に駆動素子が形成されているため、リザーバの圧力変化をより効果的に吸収することができる。
【0020】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の第の態様は、ノズル開口に連通する圧力発生室と、該圧力発生室に連通するリザーバと、インクを吐出するための圧力を前記圧力発生室に発生させる圧力発生手段とを具備するインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記リザーバの少なくとも一方面側に可撓性を有する可撓性膜が設けられ、該可撓性膜が圧電材料層及びその両面側に設けられた一対の対向電極からなる駆動素子を含み、前記可撓性膜は、前記一対の対向電極の少なくとも何れか一方が当該可撓性膜に伝搬される屈曲波の進行方向に沿って複数のセグメントに分割されて、実質的に複数の駆動素子を含むことを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【0021】
かかる第の態様では、リザーバの圧力変化を可撓性膜が変形することにより吸収されると共に、駆動素子の駆動によってさらに効果的に吸収される。そして、可撓性膜に伝搬される屈曲波の進行方向に沿って複数箇所に駆動素子が形成されているため、屈曲波の変位に対応して駆動され、効果的にリザーバの圧力変化が吸収される。
【0024】
本発明の第の態様は、第の態様において、前記可撓性膜に伝搬される屈曲波の伝搬方向における前記分割された対向電極のピッチが、前記可撓性膜の主たる屈曲波長の1/2以下であることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【0025】
かかる第の態様では、駆動素子がより確実に屈曲波の変位に対応して駆動され、圧力変化が効果的に吸収される。
【0026】
本発明の第の態様は、第1又は2の態様において、前記駆動素子を構成する前記圧電材料層が、高分子圧電材料からなることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【0027】
かかる第の態様では、可撓性を有する駆動素子を比較的容易に形成することができる。
【0028】
本発明の第の態様は、第の態様において、前記高分子圧電材料が、ポリフッ化ビニリデンであることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【0029】
かかる第の態様では、特定の材料で圧電材料層を形成することにより、可撓性を有し且つ膜厚の薄い駆動素子を比較的容易に形成することができる。
【0030】
本発明の第の態様は、第1〜の何れかの態様において、前記駆動素子を構成する前記圧電体層が、ゾル−ゲル法、CVD法又はスパッタリング法によって形成されたものであることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【0031】
かかる第の態様では、膜厚の薄い圧電材料層を比較的容易に形成することができる。
【0032】
本発明の第の態様は、第1〜の何れかの態様において、前記圧力発生手段は、前記圧力発生室の一方面に設けられた振動板上に配設された圧電素子であることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【0033】
かかる第態様では、各圧電素子の駆動により振動板を変位させることにより圧力発生室に圧力が付与されてインク滴が吐出される。
【0034】
本発明の第の態様は、第の態様において、前記圧力発生室が形成された流路形成基板がセラミックスで形成され、前記圧電素子の各層がグリーンシート貼付又は印刷により形成されていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【0035】
かかる第の態様では、グリーンシートを積層して焼成することによりヘッドを容易に製造することができる。
【0036】
本発明の第の態様は、第の態様において、前記圧力発生室が形成された流路形成基板がシリコン単結晶基板からなり、前記圧力発生室が異方性エッチングにより形成され、前記圧電素子の各層が薄膜及びリソグラフィ法により形成されたものであることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【0037】
かかる第の態様では、高密度のノズル開口を有するインクジェット式記録ヘッドを大量に且つ比較的容易に製造することができる。
【0038】
本発明の第の態様は、第1〜の何れかの態様において、前記圧力発生手段は、前記圧力発生室内に設けられた発熱素子であることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【0039】
かかる第の態様では、各発熱素子を加熱することにより、圧力発生室に圧力が付与されてインク滴が吐出される。
発明の第10の態様は、第1〜の何れかの態様のインクジェット式記録ヘッドを具備することを特徴とするインクジェット式記録装置にある。
かかる第10の態様では、ヘッドのインク吐出特性を向上したインクジェット式記録装置を実現することができる。
【0040】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
【0041】
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1に係るインクジェット式記録ヘッドを示す分解視図であり、図2は、図1の断面図である。
【0042】
図示するように、流路形成基板10は、本実施形態では面方位(110)のシリコン単結晶基板からなる。流路形成基板10としては、通常、150〜300μm程度の厚さのものが用いられ、望ましくは180〜280μm程度、より望ましくは220μm程度の厚さのものが好適である。これは、隣接する圧力発生室間の隔壁の剛性を保ちつつ、配列密度を高くできるからである。
【0043】
流路形成基板10の一方の面は開口面となっており、この開口面にはシリコン単結晶基板を異方性エッチングすることにより、複数の隔壁により区画された圧力発生室12が幅方向に並設されている。また、各圧力発生室12の長手方向一端部にはインクが吐出されるノズル開口11が形成されると共に、他端部には各圧力発生室12の共通のインク室となるリザーバ13が形成され、各圧力発生室12の長手方向一端部とそれぞれインク供給路14を介して連通されている。
【0044】
ここで、異方性エッチングは、シリコン単結晶基板をKOH等のアルカリ溶液に浸漬すると、徐々に侵食されて(110)面に垂直な第1の(111)面と、この第1の(111)面と約70度の角度をなし且つ上記(110)面と約35度の角度をなす第2の(111)面とが出現し、(110)面のエッチングレートと比較して(111)面のエッチングレートが約1/180であるという性質を利用して行われるものである。かかる異方性エッチングにより、二つの第1の(111)面と斜めの二つの第2の(111)面とで形成される平行四辺形状の深さ加工を基本として精密加工を行うことができ、圧力発生室12を高密度に配列することができる。なお、本実施形態では、各圧力発生室12の長辺を第1の(111)面で、短辺を第2の(111)面で形成している。
【0045】
また、各圧力発生室12の一端に連通する各ノズル開口11は、圧力発生室12より幅狭で且つ浅く形成されている。一方、各圧力発生室12の他端に連通される各インク供給路14も、圧力発生室12より浅く形成されており、圧力発生室12に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。
【0046】
これら圧力発生室12、ノズル開口11及びインク供給路14は、シリコン単結晶基板を厚さ方向に途中までエッチング(ハーフエッチング)することにより形成され、それぞれ、エッチング時間を調整することにより、深さが調整されている。
【0047】
ここで、インク滴吐出圧力をインクに与える圧力発生室12の大きさと、インク滴を吐出するノズル開口11の大きさとは、吐出するインク滴の量、吐出スピード、吐出周波数に応じて最適化される。例えば、1インチ当たり360個のインク滴を記録する場合、ノズル開口11は数十μmの溝幅で精度よく形成する必要がある。
【0048】
また、流路形成基板10のリザーバ13の側壁には、リザーバ13にインクを供給するためのインク導入口15が形成されており、このインク導入口15を介してリザーバ13にインクが供給される。
【0049】
このような流路形成基板10の開口面側には、リザーバ13に対向する領域に貫通孔55を有する弾性膜50が接合されている。また、この弾性膜50の貫通孔55は、詳しくは後述するが、可撓性膜100によって封止されてリザーバ内の圧力変化を吸収するためのコンプライアンス部となっている。なお、本実施形態では、弾性膜50を、例えば、厚さが1〜2μmの二酸化シリコンで形成した。
【0050】
この弾性膜50の圧力発生室12に対応する領域には、厚さが例えば、約0.5μmの下電極膜60と、厚さが例えば、約1μmの圧電体膜70と、厚さが例えば、約0.1μmの上電極膜80とが、後述するプロセスで積層形成されて、圧電素子300を構成している。ここで、圧電素子300は、下電極膜60、圧電体膜70、及び上電極膜80を含む部分をいう。一般的には、圧電素子300の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体膜70を各圧力発生室12毎にパターニングして構成する。そして、ここではパターニングされた何れか一方の電極及び圧電体膜70から構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部320という。本実施形態では、下電極膜60は圧電素子300の共通電極とし、上電極膜80を圧電素子300の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。何れの場合においても、各圧力発生室毎に圧電体能動部が形成されていることになる。また、ここでは、圧電素子300と当該圧電素子300の駆動により変位が生じる振動板とを合わせて圧電アクチュエータと称する。なお、上述した例では、弾性膜50及び下電極膜60が振動板として作用するが、下電極膜が弾性膜を兼ねるようにしてもよい。
【0051】
また、弾性膜50の貫通孔55に対応する領域には、その厚さ方向に弾性変形可能な可撓性膜100が設けられ、貫通孔55はこの可撓性膜100によって封止されている。
【0052】
本実施形態では、弾性膜50の貫通孔55に対応する領域に、圧電材料膜75及びこの圧電材料膜75を挟んで設けられる一対の対向電極65及び85からなる駆動素子310が形成されており、この駆動素子310が可撓性膜100となっている。
【0053】
この可撓性膜100のコンプライアンスは、リザーバ13に連通する各圧力発生室12に対向する領域の振動板のコンプライアンスの総和の10倍以上であることが好ましい。
【0054】
このような可撓性膜100となる駆動素子310を構成する一対の対向電極65及び85の材質は、特に限定されないが、例えば、本実施形態では、厚さ0.1μmのアルミニウム(Al)を用いた。また圧電材料膜75の材質も、特に限定されず、例えば、本実施形態では、厚さが、2〜20μmのポリフッ化ビニリデン等の高分子圧電材料を用いて形成した。
【0055】
このような駆動素子310からなる可撓性膜100は、圧電素子300の駆動等によってリザーバ13内で圧力変化が生じた場合に、弾性変形することによって圧力変化を吸収する。すなわち、圧力変化によって発生する屈曲波が可撓性膜100に伝搬されることによって圧力変化が吸収される。これにより、リザーバ13の内部圧力が常に一定値以下に抑えられ、インク吐出特性が良好に維持される。
【0056】
また、本実施形態では、図2(b)に示すように、可撓性膜100である駆動素子310の一対の対向電極65及び85は、所定の抵抗値を有する抵抗R1を介して接続されている。
【0057】
ここで、リザーバ13内の圧力変化によって圧電材料膜75が変形されると、この圧電材料膜75を挟む一対の対向電極65及び85の間に電荷が発生する。本実施形態では、これら一対の対向電極65及び85が抵抗R1を介して接続されているため、発生した電荷がこの抵抗R1によって放電される。これにより、圧電材料膜75は元に戻る方向に変形されるため、屈曲波が効率的に減衰される。すなわち、駆動素子310が変形されることにより、受動的に屈曲波を減衰することができる。
【0058】
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、通常、インク導入口15からリザーバ13にインクが供給されると、例えば、圧電素子300駆動時のインクの流れ、あるいは、周囲の熱などによってリザーバ13内に圧力変化が生じる。しかしながら、リザーバ13の一方面に駆動素子310を有する可撓性膜100が設けられているため、この駆動素子310が撓み変形して圧力変化を効果的に吸収する。すなわち、リザーバ13内の圧力変化による屈曲波によって駆動素子310が変形されると、元に戻る方向に力が働き屈曲波を受動的に減衰させることができる。したがって、リザーバ13内は常に一定以下の圧力に保持され、クロストークの無い小型で高密度なインクジェット式記録ヘッドを実現することができる。
【0059】
また、リザーバ13内を常に一定値以下の圧力に保持することができるため、リザーバ13を小さくすることができる。そのため、リザーバ13内のインクの流速が増加し、リザーバ13に気泡が停留するのを防止することができる。
【0060】
なお、本実施形態では、リザーバ13に対向する領域の弾性膜50に貫通孔55を設け、この貫通孔55上に設けられた駆動素子310が可撓性膜100となっているが、これに限定されず、例えば、別部材からなる層で貫通孔55を封止し、その上に駆動素子を設けて可撓性膜としてもよい。
【0061】
(実施形態2)
図3及び図4は、実施形態2に係るインクジェット式記録ヘッドの要部平面図及び断面図である。
【0062】
本実施形態は、図3に示すように、可撓性膜100となる駆動素子310を構成する一対の対向電極の一方側、例えば、本実施形態では、圧電材料膜75上に形成された対向電極85を複数のセグメントに分割した例であり、可撓性膜100が実質的に複数の駆動素子310を含むようにした以外は、実施形態1と同様である。
【0063】
すなわち、本実施形態では、対向電極85が各駆動素子310の各駆動素子310の個別電極となっており、一方、対向電極65が各駆動素子310の共通電極となっている。また、図4に示すように、これら各駆動素子310の一対の対向電極65及び85は、実施形態1と同様に、それぞれ、抵抗R1を介して接続されている。
【0064】
ここで、少なくとも可撓性膜100に伝搬される屈曲波の伝搬方向における分割された対向電極85のピッチは、主たる屈曲波長の1/2以下であることが好ましい。これにより、同じ位相で変形する位置に対向電極85のセグメントを設けることができ、屈曲波の伝搬によって発生する可撓性膜100の逆方向の変形を各駆動素子310によって、より効果的に減衰させることができる。
【0065】
なお、リザーバ13内の圧力変化によって可撓性膜100に伝搬される屈曲波の進行方向とは、主にインクの流れる方向である。すなわち、本実施形態では、リザーバ13にインクを供給するインク導入口15と、リザーバ13から圧力発生室12にインクを供給するインク供給路14とを結ぶ方向である。
【0066】
また、本実施形態では、圧電材料膜75上に形成された対向電極85を複数のセグメントに分割するようにしたが、これに限定されず、勿論、もう一方の対向電極65を複数のセグメントに分割するようにしてもよい。
【0067】
(実施形態3)
図5は、実施形態3に係るインクジェット式記録ヘッドの要部平面図である。
【0068】
本実施形態では、図5に示すように、可撓性膜100の一部を構成する対向電極85が屈曲波の伝搬方向に沿って複数のセグメントに分割され、複数の駆動素子310が形成されている。
【0069】
また、各駆動素子310を構成する対向電極85は、それぞれ、その端部近傍でさらに分割されて、リザーバ13内のインクの圧力変動によって駆動素子310に発生する電位を検出する検出用電極86と、圧電材料膜75に電位を印加して駆動素子310を駆動させるための駆動用電極87とが設けられている。この検出用電極86と駆動用電極87とは、反転増幅器110を介して接続されており、検出用電極86によって検出され電位が所定倍に反転増幅されて駆動用電極87に印加されるようになっている。
【0070】
すなわち、本実施形態では、リザーバ13内の圧力変化によって可撓性膜100に屈曲波が伝搬されると、この変形によって発生する電位を検出用電極86によって検出する。検出された電位は、反転増幅器110によって所定倍の電位に増幅されると共に逆位相とされて駆動用電極87に印加される。これにより、駆動素子310が能動的に駆動され、圧力変化による屈曲波を効果的に減衰させることができる。
【0071】
また、このような構成では、例えば、上述の実施形態と同様に、各駆動用電極86ともう一方の対向電極65とを抵抗を介して接続できるようにしておいてもよい。例えば、圧電素子300の駆動によってインクを吐出させた直後等のリザーバ13内の圧力変化が大きい場合には、本実施形態のように、屈曲波を能動的に減衰させるようにし、その他のときは、上述の実施形態と同様に、抵抗によって受動的に屈曲波を減衰させるように制御してもよい。
【0072】
(実施形態4)
図6は、実施形態4に係るインクジェット式記録ヘッドの要部断面図である。
【0073】
本実施形態では、可撓性膜100を構成する駆動素子310を、圧電素子300を構成する各層と同一の層で形成した例である。
【0074】
本実施形態では、図6に示すように、流路形成基板10の一方の面は開口面となり、上述の実施形態とは異なり、他方の面に予め熱酸化により形成した二酸化シリコンからなる、厚さ1〜2μmの弾性膜50が形成されている。
【0075】
一方、流路形成基板10の開口面には、シリコン単結晶基板を異方性エッチングすることにより、圧力発生室12、リザーバ13及びインク供給路14がそれぞれ形成されている。また、流路形成基板10の開口面側には、各圧力発生室12のインク供給路14とは反対側で連通するノズル開口11Aが穿設されたノズルプレート17が接着剤や熱溶着フィルム等を介して固着されている。
【0076】
そして、この弾性膜50の圧力発生室12に対応する領域には、上述の実施形態と同様に圧電素子300が形成され、リザーバ13に対向する領域には圧電素子300を構成する各層と同一の層からなる駆動素子310が形成されている。すなわち、駆動素子310を構成する一対の対向電極65及び85が、圧電素子300を構成する下電極膜60及び上電極膜80と同一の層からなり、圧電材料層75が圧電体膜70と同一の層からなる。また、本実施形態では、可撓性膜100の下側の弾性膜50に貫通孔を形成せず、弾性膜50が可撓性膜100の一部を構成するようにしている。
【0077】
このような構成によっても、勿論、上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本実施形態では、駆動素子310を圧電素子300と同一工程で製造することができるため、製造工程を簡略化でき、コストを低減することができる。また、本実施形態では、弾性膜50が可撓性膜100の一部を構成するようにしたが、弾性膜50も可撓性を有するため、弾性膜50を含む可撓性膜100であってもリザーバ13の圧力変化を十分に吸収することができる。
【0078】
(実施形態5)
図7は、実施形態5にかかるインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図であり、図8は、その断面図である。
【0079】
本実施形態は、図示するように、リザーバ13を流路形成基板10に形成せず、流路形成基板10上に複数の基板を積層してリザーバ13を形成した例である。
【0080】
すなわち、本実施形態では、流路形成基板10の一方面は開口面となり、実施形態4と同様に、他方面には予め熱酸化により形成した二酸化シリコンからなる弾性膜50が形成されている。一方、流路形成基板10の開口面には、シリコン単結晶基板を異方性エッチングすることにより、ノズル開口11及び圧力発生室12が形成されている。
【0081】
また、流路形成基板10の開口面側は各圧力発生室12に対応したインク供給口が穿設された封止板20が全面を覆って設けられ、本実施形態は、この封止板20及びこの封止板20上にリザーバ形成基板30及びインク室側板40が接合されてリザーバ13が形成されている。
【0082】
リザーバ形成基板30は、リザーバ13の周壁を形成するものであり、ノズル開口数、インク滴吐出周波数に応じた適正な厚みのステンレス板を打ち抜いて作製されたものである。また、インク室側板40は、一方の面でリザーバ13の一壁面を構成するものであり、他方の面には、リザーバ13に外部からのインク供給を受けるインク導入口41が打ち抜きにより形成されている。さらに、リザーバ13に対向する領域の一部はエッチングにより除去されて貫通孔42が形成されている。
【0083】
この貫通孔42は、圧電材料膜75及び一対の対向電極65,85からなる駆動素子310によって構成される可撓性膜100で封止されており、上述の実施形態と同様に、リザーバ13のコンプライアンス部となっている。
【0084】
このような構成では、封止板20の各圧力発生室12の一端部に対応する位置にそれぞれ形成されたインク供給連通口21を介して圧力発生室12とリザーバ13とが連通されており、インクはこのインク供給連通口21を介してリザーバ13から供給され、各圧力発生室12に分配される。
【0085】
勿論、このような本実施形態の構成としても、上述の実施形態と同様に、リザーバ13の圧力変化を効果的に吸収することができ、リザーバ13内は常に一定以下の圧力に保持され、クロストークの無い小型で高密度なインクジェット式記録ヘッドを実現することができる。
【0086】
(他の実施形態)
以上、本発明の各実施形態を説明したが、インクジェット式記録ヘッドの基本的構成は上述したものに限定されるものではない。
【0087】
例えば、上述の各実施形態では、成膜及びリソグラフィプロセスを応用して製造される薄膜型のインクジェット式記録ヘッドを例にしたが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、グリーンシートを貼付する等の方法により形成される厚膜型のインクジェット式記録ヘッドにも本発明を採用することができる。
【0088】
また、上述の実施形態では、たわみ変位型の圧電素子を有するインクジェット式記録ヘッドについて説明したが、例えば、圧電材料と電極形成材料とをサンドイッチ状に交互に挟んで積層した構造の縦振動モードの圧電素子を有するインクジェット式記録ヘッドに応用することができる。
【0089】
さらに、上述した圧電振動式のインクジェット式記録ヘッドに限定されず、例えば、バブルジェット式のインクジェット式記録ヘッド等、種々の構造のインクジェット式記録ヘッドに応用することができることはいうまでもない。
【0090】
また、これら各実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図9は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。
【0091】
図9に示すように、インクジェット式記録ヘッドを有する記録ヘッドユニット1A及び1Bは、インク供給手段を構成するカートリッジ2A及び2Bが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット1A及び1Bを搭載したキャリッジ3は、装置本体4に取り付けられたキャリッジ軸5に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット1A及び1Bは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。
【0092】
そして、駆動モータ6の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト7を介してキャリッジ3に伝達されることで、記録ヘッドユニット1A及び1Bを搭載したキャリッジ3はキャリッジ軸5に沿って移動される。一方、装置本体4にはキャリッジ軸5に沿ってプラテン8が設けられており、図示しない給紙ローラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートSがプラテン8に巻き掛けられて搬送されるようになっている。
【0093】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、リザーバの一方面に駆動素子を有する可撓性膜を設けるようにしたので、リザーバ内の圧力変化によって発生する屈曲波が可撓性膜に伝搬されると、駆動素子が受動的又は能動的に駆動されて、屈曲波を効果的に減衰させることができる。これにより、リザーバ内の圧力を常に一定値以下に保持することができる。
【0094】
また、リザーバ内を常に一定値以下の圧力に保持することができるため、リザーバを小さくすることができる。そのため、リザーバ内のインクの流速が増加し、リザーバに気泡が停留するのを防止することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態1に係るインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図である。
【図2】本発明の実施形態1に係るインクジェット式記録ヘッドの断面図である。
【図3】本発明の実施形態2に係るインクジェット式記録ヘッドの平面図である。
【図4】本発明の実施形態2に係るインクジェット式記録ヘッドの断面図である。
【図5】本発明の実施形態3に係るインクジェット式記録ヘッドの平面図である。
【図6】本発明の実施形態4に係るインクジェット式記録ヘッドの平面図である。
【図7】本発明の実施形態5に係るインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図である。
【図8】本発明の実施形態5に係るインクジェット式記録ヘッドの断面図である。
【図9】本発明の一実施形態に係るインクジェット式記録装置の概略図である。
【符号の説明】
10 流路形成基板
11 ノズル開口
12 圧力発生室
13 リザーバ
14 インク供給路
60 下電極膜
65 対向電極
70 圧電体膜
75 圧電材料膜
80 上電極膜
85 対向電極
100 可撓性膜
300 圧電素子
310 駆動素子
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ink jet recording head and an ink jet recording apparatus that include a pressure generating chamber that communicates with a nozzle opening that discharges ink droplets, and a pressure generating means that generates ink discharge pressure in the pressure generating chamber.
[0002]
[Prior art]
An ink jet recording head that generates pressure in a pressure generating chamber by a piezoelectric element or a heat generating element and discharges ink droplets from the nozzle opening by the pressure is a resistance that generates Joule heat by a driving signal in the pressure generating chamber as pressure generating means. Two types, a bubble jet type provided with a wire and a piezoelectric vibration type in which a part of the pressure generating chamber is constituted by a vibration plate, and the vibration plate is deformed by a piezoelectric element to eject ink droplets from a nozzle opening. It is divided roughly into. In addition, there are two types of piezoelectric vibration-type ink jet recording heads, one that uses a longitudinal vibration mode piezoelectric actuator that expands and contracts in the axial direction of the piezoelectric element and another that uses a flexural vibration mode piezoelectric actuator. Has been.
[0003]
The former can change the volume of the pressure generation chamber by bringing the end face of the piezoelectric element into contact with the vibration plate, and it is possible to manufacture a head suitable for high-density printing, while the piezoelectric element is arranged in an array of nozzle openings. There is a problem that the manufacturing process is complicated because a difficult process of matching the pitch into a comb-like shape and an operation of positioning and fixing the cut piezoelectric element in the pressure generating chamber are necessary.
[0004]
On the other hand, the latter can flexibly vibrate, although a piezoelectric element can be built on the diaphragm by a relatively simple process of sticking a green sheet of piezoelectric material according to the shape of the pressure generation chamber and firing it. There is a problem that a certain amount of area is required for the use of, and high-density arrangement is difficult.
[0005]
On the other hand, in order to eliminate the inconvenience of the latter recording head, a uniform piezoelectric material layer is formed by a film forming technique over the entire surface of the diaphragm as seen in Japanese Patent Laid-Open No. 5-286131. A material in which a piezoelectric layer is formed so that a material layer is cut into a shape corresponding to a pressure generation chamber by a lithography method and independent for each pressure generation chamber is proposed.
[0006]
This eliminates the need to affix the piezoelectric element to the diaphragm, so that not only can the piezoelectric element be created by a precise and simple technique called lithography, but also the thickness of the piezoelectric actuator can be reduced. There is an advantage that high-speed driving is possible. In this case, the piezoelectric material layer is provided on the entire surface of the diaphragm, and at least only the upper electrode is provided for each pressure generating chamber, so that the piezoelectric actuator corresponding to each pressure generating chamber can be driven.
[0007]
In such an ink jet recording head, generally, a reservoir is formed as an ink chamber common to the pressure generating chambers, and ink is supplied from the reservoir to the pressure generating chambers. In addition, in order to keep the internal pressure of the reservoir below a certain value, the reservoir is provided with a compliance portion that absorbs a change in pressure when the piezoelectric element is driven by deformation.
[0008]
In addition, such a compliance portion is, for example, a method of forming a part of the reservoir wall with a thin film, or a method of providing an absorption member made of a porous member or the like in the reservoir and causing the absorption member to absorb a pressure change. Is used.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, the compliance section as described above has no effect unless the volume is large, and in this case, there is a problem that bubbles are likely to be retained in the reservoir. Therefore, a high-density ink jet recording head that ejects minute ink droplets. There is a problem that cannot be applied.
[0010]
Furthermore, there is a method in which a drive element is provided on one wall constituting the reservoir and the internal pressure is forcibly controlled by driving this drive element. However, it is difficult to adjust the phase accurately, and the drive is driven. There is a problem that it is very difficult to drive appropriately according to the amount of segments.
[0011]
In view of such circumstances, it is an object of the present invention to provide a small and high-density ink jet recording head that effectively absorbs pressure changes in a reservoir and has no crosstalk.
[0018]
According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the flexible film includes a plurality of segments, wherein at least one of the pair of counter electrodes is divided into a plurality of segments. In the ink jet recording head, the driving element is provided.
[0019]
In the fourth aspect, since the drive elements are formed at a plurality of locations, the pressure change in the reservoir can be absorbed more effectively.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention for solving the above-described problem, a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening, a reservoir communicating with the pressure generating chamber, and a pressure for generating a pressure for ejecting ink in the pressure generating chamber. In the ink jet recording head comprising the generating means, a flexible film having flexibility is provided on at least one side of the reservoir, and the flexible film is provided on the piezoelectric material layer and on both sides thereof. A driving element including a pair of counter electrodes, wherein the flexible film is divided into a plurality of segments along a traveling direction of a bending wave in which at least one of the pair of counter electrodes propagates to the flexible film. The ink-jet recording head is divided and substantially includes a plurality of driving elements.
[0021]
In the first aspect, the pressure change in the reservoir is absorbed by the deformation of the flexible film and is more effectively absorbed by driving the drive element. And since the drive elements are formed at a plurality of locations along the traveling direction of the bending wave propagating to the flexible film, it is driven in response to the bending wave displacement and effectively absorbs the pressure change of the reservoir. Is done.
[0024]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, a pitch of the divided counter electrode in a propagation direction of a bending wave propagated to the flexible film is equal to a main bending wavelength of the flexible film. In the ink jet recording head, it is 1/2 or less.
[0025]
In the second aspect, the drive element is more reliably driven in response to the bending wave displacement, and the pressure change is effectively absorbed.
[0026]
According to a third aspect of the present invention, there is provided the ink jet recording head according to the first or second aspect, wherein the piezoelectric material layer constituting the driving element is made of a polymer piezoelectric material.
[0027]
In the third aspect, a flexible drive element can be formed relatively easily.
[0028]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the ink jet recording head according to the third aspect, wherein the polymer piezoelectric material is polyvinylidene fluoride.
[0029]
In the fourth aspect, by forming the piezoelectric material layer with a specific material, a flexible and thin driving element can be formed relatively easily.
[0030]
According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, the piezoelectric layer constituting the driving element is formed by a sol-gel method, a CVD method, or a sputtering method. An ink jet recording head characterized by the above.
[0031]
In the fifth aspect, a thin piezoelectric material layer can be formed relatively easily.
[0032]
According to a sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, the pressure generating means is a piezoelectric element disposed on a vibration plate provided on one surface of the pressure generating chamber. An ink jet recording head characterized by the above.
[0033]
In the sixth aspect, pressure is applied to the pressure generating chamber by ejecting ink droplets by displacing the diaphragm by driving each piezoelectric element.
[0034]
According to a seventh aspect of the present invention, in the sixth aspect, the flow path forming substrate in which the pressure generating chamber is formed is formed of ceramics, and each layer of the piezoelectric element is formed by pasting or printing a green sheet. An ink jet recording head characterized by the above.
[0035]
In the seventh aspect, the head can be easily manufactured by laminating and firing the green sheets.
[0036]
According to an eighth aspect of the present invention, in the sixth aspect, the flow path forming substrate on which the pressure generating chamber is formed is a silicon single crystal substrate, the pressure generating chamber is formed by anisotropic etching, and the piezoelectric The ink jet recording head is characterized in that each layer of the element is formed by a thin film and a lithography method.
[0037]
In the eighth aspect, a large number of ink jet recording heads having high-density nozzle openings can be manufactured relatively easily.
[0038]
A ninth aspect of the present invention is the ink jet recording head according to any one of the first to fifth aspects, wherein the pressure generating means is a heat generating element provided in the pressure generating chamber.
[0039]
In the ninth aspect, by heating the heating elements, Ru ink droplets pressure is applied is discharged to the pressure generating chamber.
A tenth aspect of the present invention is an ink jet recording apparatus comprising the ink jet recording head according to any one of the first to ninth aspects.
In the tenth aspect, an ink jet recording apparatus with improved head ink ejection characteristics can be realized.
[0040]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments.
[0041]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an exploded view showing an ink jet recording head according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of FIG.
[0042]
As shown in the drawing, the flow path forming substrate 10 is composed of a silicon single crystal substrate having a plane orientation (110) in this embodiment. As the flow path forming substrate 10, one having a thickness of about 150 to 300 μm is usually used, preferably about 180 to 280 μm, more preferably about 220 μm. This is because the arrangement density can be increased while maintaining the rigidity of the partition between adjacent pressure generating chambers.
[0043]
One surface of the flow path forming substrate 10 is an opening surface, and the silicon single crystal substrate is anisotropically etched in this opening surface, so that the pressure generation chamber 12 partitioned by a plurality of partition walls is formed in the width direction. It is installed side by side. In addition, a nozzle opening 11 through which ink is ejected is formed at one end in the longitudinal direction of each pressure generating chamber 12, and a reservoir 13 serving as a common ink chamber for each pressure generating chamber 12 is formed at the other end. The pressure generating chambers 12 communicate with one end in the longitudinal direction of each pressure generating chamber 12 via an ink supply path 14.
[0044]
Here, in the anisotropic etching, when the silicon single crystal substrate is immersed in an alkaline solution such as KOH, the first (111) plane perpendicular to the (110) plane is gradually eroded and the first (111) The second (111) plane that forms an angle of about 70 degrees with the (110) plane and the angle of about 35 degrees with the (110) plane appears, and is compared with the etching rate of the (110) plane (111) This is performed by utilizing the property that the etching rate of the surface is about 1/180. By this anisotropic etching, precision processing can be performed based on the parallelogram depth processing formed by two first (111) surfaces and two oblique second (111) surfaces. The pressure generating chambers 12 can be arranged with high density. In the present embodiment, the long side of each pressure generating chamber 12 is formed by the first (111) plane and the short side is formed by the second (111) plane.
[0045]
Each nozzle opening 11 communicating with one end of each pressure generation chamber 12 is formed narrower and shallower than the pressure generation chamber 12. On the other hand, each ink supply path 14 that communicates with the other end of each pressure generation chamber 12 is also formed shallower than the pressure generation chamber 12 to maintain a constant flow path resistance of the ink flowing into the pressure generation chamber 12. Yes.
[0046]
These pressure generation chamber 12, nozzle opening 11 and ink supply path 14 are formed by etching the silicon single crystal substrate halfway in the thickness direction (half etching), and the depth is adjusted by adjusting the etching time, respectively. Has been adjusted.
[0047]
Here, the size of the pressure generation chamber 12 that applies ink droplet discharge pressure to the ink and the size of the nozzle opening 11 that discharges ink droplets are optimized according to the amount of ink droplets to be discharged, the discharge speed, and the discharge frequency. The For example, when recording 360 ink droplets per inch, the nozzle opening 11 needs to be accurately formed with a groove width of several tens of μm.
[0048]
Further, an ink introduction port 15 for supplying ink to the reservoir 13 is formed on the side wall of the reservoir 13 of the flow path forming substrate 10, and ink is supplied to the reservoir 13 through the ink introduction port 15. .
[0049]
An elastic film 50 having a through hole 55 in a region facing the reservoir 13 is joined to the opening surface side of the flow path forming substrate 10. Further, as will be described in detail later, the through-hole 55 of the elastic membrane 50 is sealed by the flexible membrane 100 and serves as a compliance portion for absorbing the pressure change in the reservoir. In the present embodiment, the elastic film 50 is made of, for example, silicon dioxide having a thickness of 1 to 2 μm.
[0050]
In the region corresponding to the pressure generation chamber 12 of the elastic film 50, the lower electrode film 60 having a thickness of, for example, about 0.5 μm, the piezoelectric film 70 having a thickness of, for example, about 1 μm, and the thickness of, for example, The upper electrode film 80 of about 0.1 μm is laminated by a process described later to constitute the piezoelectric element 300. Here, the piezoelectric element 300 refers to a portion including the lower electrode film 60, the piezoelectric film 70, and the upper electrode film 80. In general, one electrode of the piezoelectric element 300 is used as a common electrode, and the other electrode and the piezoelectric film 70 are patterned for each pressure generating chamber 12. In addition, here, a portion that is configured by any one of the patterned electrodes and the piezoelectric film 70 and in which piezoelectric distortion is generated by applying a voltage to both electrodes is referred to as a piezoelectric active portion 320. In this embodiment, the lower electrode film 60 is a common electrode of the piezoelectric element 300, and the upper electrode film 80 is an individual electrode of the piezoelectric element 300. However, there is no problem even if this is reversed for the convenience of the drive circuit and wiring. In either case, a piezoelectric active part is formed for each pressure generating chamber. Further, here, the piezoelectric element 300 and the vibration plate that is displaced by driving the piezoelectric element 300 are collectively referred to as a piezoelectric actuator. In the example described above, the elastic film 50 and the lower electrode film 60 act as a diaphragm, but the lower electrode film may also serve as the elastic film.
[0051]
Further, a flexible film 100 that is elastically deformable in the thickness direction is provided in a region corresponding to the through hole 55 of the elastic film 50, and the through hole 55 is sealed by the flexible film 100. .
[0052]
In the present embodiment, a drive element 310 including a piezoelectric material film 75 and a pair of counter electrodes 65 and 85 provided with the piezoelectric material film 75 interposed therebetween is formed in a region corresponding to the through hole 55 of the elastic film 50. The drive element 310 is the flexible film 100.
[0053]
The compliance of the flexible membrane 100 is preferably 10 times or more of the total compliance of the diaphragms in the region facing each pressure generating chamber 12 communicating with the reservoir 13.
[0054]
The material of the pair of counter electrodes 65 and 85 constituting the driving element 310 to be the flexible film 100 is not particularly limited. For example, in this embodiment, aluminum (Al) having a thickness of 0.1 μm is used. Using. The material of the piezoelectric material film 75 is also not particularly limited. For example, in this embodiment, the piezoelectric material film 75 is formed using a polymer piezoelectric material such as polyvinylidene fluoride having a thickness of 2 to 20 μm.
[0055]
The flexible film 100 including the driving element 310 absorbs the pressure change by elastic deformation when the pressure change occurs in the reservoir 13 due to the driving of the piezoelectric element 300 or the like. In other words, the bending wave generated by the pressure change is propagated to the flexible film 100 so that the pressure change is absorbed. As a result, the internal pressure of the reservoir 13 is always kept below a certain value, and the ink ejection characteristics are maintained well.
[0056]
In the present embodiment, as shown in FIG. 2B, the pair of counter electrodes 65 and 85 of the drive element 310 that is the flexible film 100 are connected via a resistor R1 having a predetermined resistance value. ing.
[0057]
Here, when the piezoelectric material film 75 is deformed by the pressure change in the reservoir 13, electric charges are generated between the pair of counter electrodes 65 and 85 sandwiching the piezoelectric material film 75. In the present embodiment, since the pair of counter electrodes 65 and 85 are connected via the resistor R1, the generated charges are discharged by the resistor R1. As a result, the piezoelectric material film 75 is deformed in a direction to return to the original, so that the bending wave is efficiently attenuated. That is, when the driving element 310 is deformed, the bending wave can be attenuated passively.
[0058]
In such an ink jet recording head of this embodiment, when ink is supplied from the ink introduction port 15 to the reservoir 13, the reservoir is usually caused by, for example, the flow of ink when the piezoelectric element 300 is driven or the ambient heat. A pressure change occurs in 13. However, since the flexible film 100 having the drive element 310 is provided on one surface of the reservoir 13, the drive element 310 is bent and deformed to effectively absorb the pressure change. That is, when the driving element 310 is deformed by a bending wave due to a pressure change in the reservoir 13, a force acts in a direction to return to the original, and the bending wave can be passively attenuated. Therefore, the inside of the reservoir 13 is always maintained at a constant pressure or less, and a small and high density ink jet recording head without crosstalk can be realized.
[0059]
Further, since the inside of the reservoir 13 can always be maintained at a pressure equal to or lower than a certain value, the reservoir 13 can be made small. Therefore, the flow rate of the ink in the reservoir 13 is increased, and bubbles can be prevented from remaining in the reservoir 13.
[0060]
In the present embodiment, a through hole 55 is provided in the elastic film 50 in a region facing the reservoir 13, and the driving element 310 provided on the through hole 55 is the flexible film 100. For example, the through-hole 55 may be sealed with a layer made of another member, and a driving element may be provided thereon to form a flexible film.
[0061]
(Embodiment 2)
3 and 4 are a plan view and a cross-sectional view of a main part of the ink jet recording head according to the second embodiment.
[0062]
In the present embodiment, as shown in FIG. 3, on one side of a pair of counter electrodes constituting the drive element 310 to be the flexible film 100, for example, in this embodiment, the counter electrode formed on the piezoelectric material film 75. This is an example in which the electrode 85 is divided into a plurality of segments, and is the same as in the first embodiment except that the flexible membrane 100 substantially includes a plurality of driving elements 310.
[0063]
That is, in this embodiment, the counter electrode 85 is an individual electrode of each drive element 310 of each drive element 310, while the counter electrode 65 is a common electrode of each drive element 310. As shown in FIG. 4, the pair of counter electrodes 65 and 85 of each driving element 310 are connected to each other via a resistor R1 as in the first embodiment.
[0064]
Here, the pitch of the divided counter electrodes 85 in the propagation direction of the bending wave propagating to the flexible film 100 is preferably ½ or less of the main bending wavelength. As a result, the segment of the counter electrode 85 can be provided at a position that deforms in the same phase, and the deformation in the reverse direction of the flexible film 100 caused by the propagation of the bending wave is attenuated more effectively by each drive element 310. Can be made.
[0065]
The traveling direction of the bending wave propagated to the flexible film 100 due to the pressure change in the reservoir 13 is mainly the direction in which ink flows. In other words, in this embodiment, the ink inlet 15 for supplying ink to the reservoir 13 and the ink supply path 14 for supplying ink from the reservoir 13 to the pressure generating chamber 12 are connected.
[0066]
In the present embodiment, the counter electrode 85 formed on the piezoelectric material film 75 is divided into a plurality of segments. However, the present invention is not limited to this. Of course, the other counter electrode 65 is divided into a plurality of segments. You may make it divide | segment.
[0067]
(Embodiment 3)
FIG. 5 is a plan view of an essential part of the ink jet recording head according to the third embodiment.
[0068]
In the present embodiment, as shown in FIG. 5, the counter electrode 85 constituting a part of the flexible film 100 is divided into a plurality of segments along the propagation direction of the bending wave, and a plurality of driving elements 310 are formed. ing.
[0069]
Further, the counter electrode 85 constituting each drive element 310 is further divided in the vicinity of the end portion thereof, and a detection electrode 86 for detecting a potential generated in the drive element 310 due to ink pressure fluctuation in the reservoir 13. A driving electrode 87 for applying a potential to the piezoelectric material film 75 to drive the driving element 310 is provided. The detection electrode 86 and the drive electrode 87 are connected via an inverting amplifier 110 so that the potential is detected by the detection electrode 86 and inverted and amplified by a predetermined factor and applied to the drive electrode 87. It has become.
[0070]
That is, in this embodiment, when a bending wave is propagated to the flexible film 100 due to a pressure change in the reservoir 13, the potential generated by this deformation is detected by the detection electrode 86. The detected electric potential is amplified to a predetermined electric potential by the inverting amplifier 110 and reversed in phase and applied to the driving electrode 87. Thereby, the drive element 310 is actively driven, and the bending wave due to the pressure change can be effectively attenuated.
[0071]
In such a configuration, for example, as in the above-described embodiment, each driving electrode 86 and the other counter electrode 65 may be connected via a resistor. For example, when the pressure change in the reservoir 13 is large immediately after ink is ejected by driving the piezoelectric element 300, the bending wave is actively attenuated as in this embodiment, and in other cases Similarly to the above-described embodiment, the bending wave may be passively attenuated by the resistance.
[0072]
(Embodiment 4)
FIG. 6 is a cross-sectional view of a main part of the ink jet recording head according to the fourth embodiment.
[0073]
In the present embodiment, the drive element 310 that constitutes the flexible film 100 is an example in which the same layer as each layer that constitutes the piezoelectric element 300 is formed.
[0074]
In the present embodiment, as shown in FIG. 6, one surface of the flow path forming substrate 10 is an opening surface, and unlike the above-described embodiment, the thickness is made of silicon dioxide previously formed on the other surface by thermal oxidation. An elastic film 50 having a thickness of 1 to 2 μm is formed.
[0075]
On the other hand, the pressure generating chamber 12, the reservoir 13, and the ink supply path 14 are formed on the opening surface of the flow path forming substrate 10 by anisotropic etching of the silicon single crystal substrate. A nozzle plate 17 having a nozzle opening 11A communicating with the side opposite to the ink supply path 14 of each pressure generating chamber 12 is provided on the opening surface side of the flow path forming substrate 10 with an adhesive, a heat-welded film, or the like. It is fixed through.
[0076]
And the piezoelectric element 300 is formed in the area | region corresponding to the pressure generation chamber 12 of this elastic film 50 similarly to the above-mentioned embodiment, The area | region facing the reservoir | reserver 13 is the same as each layer which comprises the piezoelectric element 300 A driving element 310 composed of layers is formed. That is, the pair of counter electrodes 65 and 85 that constitute the drive element 310 are made of the same layer as the lower electrode film 60 and the upper electrode film 80 that constitute the piezoelectric element 300, and the piezoelectric material layer 75 is the same as the piezoelectric film 70. It consists of layers. In the present embodiment, the through hole is not formed in the elastic film 50 below the flexible film 100, and the elastic film 50 constitutes a part of the flexible film 100.
[0077]
Even with this configuration, it is needless to say that the same effects as those of the above-described embodiment can be obtained. Further, in the present embodiment, since the drive element 310 can be manufactured in the same process as the piezoelectric element 300, the manufacturing process can be simplified and the cost can be reduced. Further, in this embodiment, the elastic film 50 constitutes a part of the flexible film 100. However, since the elastic film 50 is also flexible, the elastic film 50 includes the elastic film 50. However, the pressure change in the reservoir 13 can be sufficiently absorbed.
[0078]
(Embodiment 5)
FIG. 7 is an exploded perspective view of the ink jet recording head according to the fifth embodiment, and FIG. 8 is a cross-sectional view thereof.
[0079]
As illustrated, the present embodiment is an example in which the reservoir 13 is formed by stacking a plurality of substrates on the flow path forming substrate 10 without forming the reservoir 13 on the flow path forming substrate 10.
[0080]
That is, in the present embodiment, one surface of the flow path forming substrate 10 is an opening surface, and an elastic film 50 made of silicon dioxide previously formed by thermal oxidation is formed on the other surface as in the fourth embodiment. On the other hand, a nozzle opening 11 and a pressure generating chamber 12 are formed on the opening surface of the flow path forming substrate 10 by anisotropically etching the silicon single crystal substrate.
[0081]
In addition, a sealing plate 20 in which an ink supply port corresponding to each pressure generating chamber 12 is provided is provided on the opening surface side of the flow path forming substrate 10 so as to cover the entire surface. The reservoir forming substrate 30 and the ink chamber side plate 40 are joined to the sealing plate 20 to form the reservoir 13.
[0082]
The reservoir forming substrate 30 forms the peripheral wall of the reservoir 13 and is manufactured by punching a stainless steel plate having an appropriate thickness according to the nozzle numerical aperture and the ink droplet ejection frequency. The ink chamber side plate 40 constitutes one wall surface of the reservoir 13 on one surface, and an ink introduction port 41 for receiving ink supply from the outside to the reservoir 13 is formed by punching on the other surface. Yes. Further, a part of the region facing the reservoir 13 is removed by etching to form a through hole 42.
[0083]
The through-hole 42 is sealed with a flexible film 100 constituted by a driving element 310 including a piezoelectric material film 75 and a pair of counter electrodes 65 and 85. Similarly to the above-described embodiment, the through-hole 42 of the reservoir 13 is sealed. It is a compliance department.
[0084]
In such a configuration, the pressure generation chamber 12 and the reservoir 13 are communicated with each other through the ink supply communication port 21 formed at a position corresponding to one end of each pressure generation chamber 12 of the sealing plate 20. Ink is supplied from the reservoir 13 through the ink supply communication port 21 and is distributed to the pressure generating chambers 12.
[0085]
Of course, also in the configuration of this embodiment, the pressure change in the reservoir 13 can be effectively absorbed as in the above-described embodiment, and the inside of the reservoir 13 is always maintained at a constant pressure or less. A compact and high-density ink jet recording head without talk can be realized.
[0086]
(Other embodiments)
While the embodiments of the present invention have been described above, the basic configuration of the ink jet recording head is not limited to that described above.
[0087]
For example, in each of the above-described embodiments, the thin film type ink jet recording head manufactured by applying the film forming and lithography processes is taken as an example. However, the present invention is not limited to this example. The present invention can be applied to a thick film type ink jet recording head formed by such a method.
[0088]
In the above-described embodiment, an ink jet recording head having a flexural displacement type piezoelectric element has been described. For example, a longitudinal vibration mode having a structure in which piezoelectric materials and electrode forming materials are alternately sandwiched and stacked. The present invention can be applied to an ink jet recording head having a piezoelectric element.
[0089]
Further, the present invention is not limited to the above-described piezoelectric vibration type ink jet recording head, and can of course be applied to ink jet recording heads having various structures such as a bubble jet ink jet recording head.
[0090]
In addition, the ink jet recording heads of these embodiments constitute a part of a recording head unit having an ink flow path communicating with an ink cartridge or the like, and are mounted on the ink jet recording apparatus. FIG. 9 is a schematic view showing an example of the ink jet recording apparatus.
[0091]
As shown in FIG. 9, in the recording head units 1A and 1B having the ink jet recording head, cartridges 2A and 2B constituting ink supply means are detachably provided, and a carriage 3 on which the recording head units 1A and 1B are mounted. Is provided on a carriage shaft 5 attached to the apparatus body 4 so as to be movable in the axial direction. The recording head units 1A and 1B, for example, are configured to eject a black ink composition and a color ink composition, respectively.
[0092]
The driving force of the driving motor 6 is transmitted to the carriage 3 via a plurality of gears and timing belt 7 (not shown), so that the carriage 3 on which the recording head units 1A and 1B are mounted is moved along the carriage shaft 5. The On the other hand, the apparatus body 4 is provided with a platen 8 along the carriage shaft 5, and a recording sheet S which is a recording medium such as paper fed by a paper feed roller (not shown) is wound around the platen 8. It is designed to be transported.
[0093]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, since the flexible film having the driving element is provided on one surface of the reservoir, when the bending wave generated by the pressure change in the reservoir is propagated to the flexible film, The drive element can be driven passively or actively to effectively attenuate the bending wave. Thereby, the pressure in the reservoir can always be kept below a certain value.
[0094]
Further, since the inside of the reservoir can always be maintained at a pressure below a certain value, the reservoir can be made small. As a result, the flow rate of the ink in the reservoir increases, and it is possible to prevent bubbles from remaining in the reservoir.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of an ink jet recording head according to a first embodiment of the invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the ink jet recording head according to Embodiment 1 of the invention.
FIG. 3 is a plan view of an ink jet recording head according to a second embodiment of the invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view of an ink jet recording head according to a second embodiment of the invention.
FIG. 5 is a plan view of an ink jet recording head according to a third embodiment of the invention.
FIG. 6 is a plan view of an ink jet recording head according to a fourth embodiment of the invention.
FIG. 7 is an exploded perspective view of an ink jet recording head according to a fifth embodiment of the invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view of an ink jet recording head according to a fifth embodiment of the invention.
FIG. 9 is a schematic view of an ink jet recording apparatus according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Flow path formation board | substrate 11 Nozzle opening 12 Pressure generation chamber 13 Reservoir 14 Ink supply path 60 Lower electrode film 65 Counter electrode 70 Piezoelectric film 75 Piezoelectric material film 80 Upper electrode film 85 Counter electrode 100 Flexible film 300 Piezoelectric element 310 Drive element

Claims (10)

ノズル開口に連通する圧力発生室と、該圧力発生室に連通するリザーバと、インクを吐出するための圧力を前記圧力発生室に発生させる圧力発生手段とを具備するインクジェット式記録ヘッドにおいて、
前記リザーバの少なくとも一方面側に可撓性を有する可撓性膜が設けられ、該可撓性膜が圧電材料層及びその両面側に設けられた一対の対向電極からなる駆動素子を含み、前記可撓性膜は、前記一対の対向電極の少なくとも何れか一方が当該可撓性膜に伝搬される屈曲波の進行方向に沿って複数のセグメントに分割されて、実質的に複数の駆動素子を含むことを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
In an ink jet recording head comprising a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening, a reservoir communicating with the pressure generating chamber, and pressure generating means for generating a pressure for ejecting ink in the pressure generating chamber.
A flexible film having flexibility is provided on at least one side of the reservoir, and the flexible film includes a driving element including a piezoelectric material layer and a pair of counter electrodes provided on both sides thereof, The flexible membrane is divided into a plurality of segments along the traveling direction of the bending wave propagating to the flexible membrane, and at least one of the pair of counter electrodes substantially includes a plurality of driving elements. An ink jet recording head comprising:
請求項において、前記可撓性膜に伝搬される屈曲波の伝搬方向における前記分割された対向電極のピッチが、前記可撓性膜の主たる屈曲波長の1/2以下であることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。In claim 1, the pitch of the divided counter electrode in the propagation direction of the bending wave is propagated to the flexible membrane, and wherein the flexible membrane is 1/2 or less of the main bending wavelengths Inkjet recording head. 請求項1又はにおいて、前記駆動素子を構成する前記圧電材料層が、高分子圧電材料からなることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。According to claim 1 or 2, ink jet recording head wherein piezoelectric material layer constituting the driving element, characterized in that it consists of a polymeric piezoelectric material. 請求項において、前記高分子圧電材料が、ポリフッ化ビニリデンであることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。4. The ink jet recording head according to claim 3 , wherein the polymeric piezoelectric material is polyvinylidene fluoride. 請求項1〜の何れかにおいて、前記駆動素子を構成する前記圧電体層が、ゾル−ゲル法、CVD法又はスパッタリング法によって形成されたものであることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。In any one of claims 1-4, wherein the piezoelectric layer constituting the driving element, the sol - an ink jet recording head, wherein the gel method, and is formed by a CVD method or a sputtering method. 請求項1〜の何れかにおいて、前記圧力発生手段は、前記圧力発生室の一方面に設けられた振動板上に配設された圧電素子であることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。In any one of claims 1-5, wherein the pressure generating means, an ink jet recording head, which is a piezoelectric element disposed on the vibration plate provided on one surface of the pressure generating chamber. 請求項において、前記圧力発生室が形成された流路形成基板がセラミックスで形成され、前記圧電素子の各層がグリーンシート貼付又は印刷により形成されていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。7. The ink jet recording head according to claim 6 , wherein the flow path forming substrate on which the pressure generating chamber is formed is formed of ceramics, and each layer of the piezoelectric element is formed by pasting or printing a green sheet. 請求項において、前記圧力発生室が形成された流路形成基板がシリコン単結晶基板からなり、前記圧力発生室が異方性エッチングにより形成され、前記圧電素子の各層が薄膜及びリソグラフィ法により形成されたものであることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。Formed according to claim 6, wherein become channel forming substrate which pressure generating chambers is formed of a silicon single crystal substrate, the pressure generating chamber is formed by anisotropic etching, each layer of the piezoelectric element by a thin film and lithography An ink jet recording head characterized by being made. 請求項1〜5の何れかにおいて、前記圧力発生手段は、前記圧力発生室内に設けられた発熱素子であることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。  6. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the pressure generating means is a heat generating element provided in the pressure generating chamber. 請求項1〜の何れかのインクジェット式記録ヘッドを具備することを特徴とするインクジェット式記録装置。An ink jet recording apparatus characterized by comprising any of the ink jet recording head according to claim 1-9.
JP11784199A 1999-04-26 1999-04-26 Inkjet recording head and inkjet recording apparatus Expired - Fee Related JP3695509B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11784199A JP3695509B2 (en) 1999-04-26 1999-04-26 Inkjet recording head and inkjet recording apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11784199A JP3695509B2 (en) 1999-04-26 1999-04-26 Inkjet recording head and inkjet recording apparatus

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2000301714A JP2000301714A (en) 2000-10-31
JP2000301714A5 JP2000301714A5 (en) 2004-08-12
JP3695509B2 true JP3695509B2 (en) 2005-09-14

Family

ID=14721600

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP11784199A Expired - Fee Related JP3695509B2 (en) 1999-04-26 1999-04-26 Inkjet recording head and inkjet recording apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3695509B2 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100692429B1 (en) 2003-03-24 2007-03-12 가부시키가이샤 리코 Recording head, carriage and image forming apparatus
JP2006103004A (en) 2004-09-30 2006-04-20 Fuji Photo Film Co Ltd Liquid discharge head
JP5147770B2 (en) * 2009-03-26 2013-02-20 富士フイルム株式会社 Droplet discharge head and image forming apparatus
JP2015214127A (en) * 2014-05-13 2015-12-03 コニカミノルタ株式会社 Ink jet head, manufacturing method of the same, and ink jet printer

Also Published As

Publication number Publication date
JP2000301714A (en) 2000-10-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3452129B2 (en) Ink jet recording head and ink jet recording apparatus
JP4258605B2 (en) Liquid ejecting head and liquid ejecting apparatus
JP3812658B2 (en) Inkjet recording head, method for manufacturing the same, and inkjet recording apparatus
JP2002210965A (en) Nozzle plate, ink jet recording head and ink jet recorder
JP3555653B2 (en) Ink jet recording head and method of manufacturing the same
JPH11309877A (en) Ink jet recording head and ink jet recorder
JP3695509B2 (en) Inkjet recording head and inkjet recording apparatus
JP2004066496A (en) Liquid ejection head and liquid ejector
JP2001096745A (en) Ink-jet recording head and ink-jet recording apparatus
JP3994255B2 (en) Inkjet recording head and inkjet recording apparatus
JP3888421B2 (en) Method for manufacturing ink jet recording head
JP3888454B2 (en) Liquid ejecting head and liquid ejecting apparatus
JP3589108B2 (en) Ink jet recording head and ink jet recording apparatus
JP3800317B2 (en) Inkjet recording head and inkjet recording apparatus
JP2002086724A (en) Ink jet recording head and ink jet recorder
JP3257140B2 (en) Ink jet recording device
JPH11309864A (en) Ink jet recording head and ink jet recorder
JP2000246898A (en) Ink jet recording head and ink jet recorder
JP3589107B2 (en) Ink jet recording head and ink jet recording apparatus
JP2002086717A (en) Ink-jet recording head and ink-jet recording apparatus
JP3953703B2 (en) Inkjet recording head and inkjet recording apparatus
JP3491193B2 (en) Ink jet recording head and ink jet recording apparatus
JP2001010065A (en) Ink-jet recording head, ink-jet recording apparatus, production of nozzle plate, and production of ink-jet recording head
JP2000263778A (en) Actuator apparatus, ink jet recording head and ink jet recording apparatus
JP4492059B2 (en) Liquid ejecting head and liquid ejecting apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Effective date: 20041019

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20041027

A521 Written amendment

Effective date: 20041216

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

A131 Notification of reasons for refusal

Effective date: 20050420

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20050511

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20050608

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Effective date: 20050621

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

R150 Certificate of patent (=grant) or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Year of fee payment: 3

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080708

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090708

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100708

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110708

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110708

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120708

Year of fee payment: 7

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees