JP4560673B2 - Ink jet head and droplet discharge device using the same - Google Patents
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Description
本発明は、インクに圧力を加えてノズルよりインク滴を飛翔させ、印刷媒体にインク像を形成するインクジェットヘッド及びそれを使用した液滴吐出装置に関する。 The present invention relates to an ink jet head that applies pressure to ink and causes ink droplets to fly from nozzles to form an ink image on a print medium, and a droplet discharge device using the same.
例えば特許文献1に記載されているように、圧電アクチュエータを用いて圧力室の容積を変化させ、インクに圧力を加えることにより、ノズルからインクを吐出させるインクジェットヘッドが知られている。
For example, as described in
図12は圧電素子を用いたインクジェットヘッドの従来例を示し、圧電アクチュエータ14、高剛性ハウジング12及びプレート群26より構成される。プレート群26は複数のノズル1が形成されるノズルプレート2と、流路基板3と、振動板8を形成したダイアフラムプレート10を具備する。また流路基板3はチャンバープレート5とリストリクタプレート7から構成される。プレート群26は共通インク通路13を形成した高剛性ハウジング12に位置決めして接合される。
FIG. 12 shows a conventional example of an ink jet head using a piezoelectric element, which includes a
圧電アクチュエータ14は、複数の圧電素子15とそれを固定する固定部材16からなる。複数の圧電素子15の各々はチャンバープレート5に形成された圧力室4に対応している。圧電素子15は高剛性ハウジング12の開口部を通してダイアフラムプレート10の振動板8と接合される。更に、固定部材16にはそれぞれの圧電素子15に外部駆動回路(図示省略)から独立した電気信号を送るための個別電極17が形成されている。外部駆動回路から選択的な電気信号が圧電素子15に印加されることにより圧電素子15は伸縮する。この伸縮が振動板8を介し圧力室4の体積変化となり、圧力室4に満たされるインクの圧力変化となる。この圧力変化でインクはノズル1より、インク滴として吐出する。
The
ノズル1の開口形状の加工精度はインクジェットヘッドのインク吐出特性に大きな影響を及ぼす。複数のノズル1の位置精度ばらつきを低く押さえるため、ノズルプレート2を製造する際には高い加工精度が要求される。通常ノズルプレート2はステンレスの精密プレス法、レーザ加工法あるいはニッケルの電鋳加工等により形成される。
The processing accuracy of the opening shape of the
流路基板3を構成するチャンバープレート5には圧力室4が列状に形成され、またリストリクタプレート7にはリストリクタ6が形成されている。リストリクタ6は共通インク室13と圧力室4を連結し、圧力室4へのインク流入を制御する。
Pressure chambers 4 are formed in a row in the
ダイアフラムプレート10は振動板8とフィルタ部9を有する。振動板8は圧電振動子15の変位を効率よく圧力室4に伝達する。フィルタ部9は共通インク通路13からリストリクタ6に流入するインク中のゴミ等を取り除く。このフィルタ部9は、弾性を有するフィルタプレートにより形成される。前記チャンバープレート5、リストリクタプレート7、ダイアフラムプレート10はステンレス材のエッチング加工法またはニッケル材の電鋳加工法で作られる。
The
高剛性ハウジング12はステンレス材の切削加工等で形成され、インクカートリッジ(図示省略)からインクを共通インク通路13まで導くインク導入パイプ18が接合されている。またダイアフラムプレート10に圧電素子15を接着するために高剛性ハウジング12の一部に圧電素子15を挿入する開口が形成されている。
The high-
上記のようなインクジェットヘッドにおいて近年、ノズル1を一層高密度に形成することが要求されつつある。しかしながらノズル1を更に高密度化する場合、各圧電素子15毎に開口部を設けることが加工精度上困難になる。即ち、圧電素子15の伸縮量は非常に微小(0.5μm程度)である上に、僅かな構造、寸法値の違いによって前記プレート類の変形量が変化し、吐出特性に影響を及ぼすことになるため高い加工精度が要求されるためである。
In recent years, in the ink jet head as described above, it is required to form the
そこで上記の問題を解消してノズルを高密度実装し、インクを安定して吐出するために、例えば特許文献3にはインク室の圧電素子15がダイアフラムプレート10に接合される近傍において非接合領域を作り、加工精度の良いインク室13の側域のみに接着領域を形成する構造が提案されている。
Therefore, in order to solve the above problems and mount the nozzles at high density and discharge ink stably, for example,
このような構造にすると、接合領域が高平坦度を有する高剛性ハウジングであれば、ダイアフラムプレートの振動板と圧電振動子の当接部の平坦度は矯正され、優れたインク吐出を可能とする効果を有する。 With such a structure, if the joining region has a high rigidity housing having high flatness, the flatness of the diaphragm plate diaphragm and the contact portion of the piezoelectric vibrator is corrected, and excellent ink discharge is possible. Has an effect.
しかしながら、上述のようにダイアフラムプレートを高剛性ハウジングに接着する場合、圧電素子とダイアフラムプレートを接着する部分の近傍では高剛性ハウジングとダイアフラムプレートを接着しないようにすると圧電素子挿入開口部が広くなってしまう。 However, when the diaphragm plate is bonded to the high-rigidity housing as described above, the piezoelectric element insertion opening becomes wider if the high-rigidity housing and the diaphragm plate are not bonded in the vicinity of the portion where the piezoelectric element and the diaphragm plate are bonded. End up.
そのため、複数のノズルからほぼ同時にインク滴を吐出させると、複数の圧電素子の伸縮によりプレート群表面の変形が大きくなってしまい、インク滴の吐出性能に影響を及ぼし、いわゆるクロストークを発生させるという問題がある。 Therefore, if ink droplets are ejected from a plurality of nozzles almost simultaneously, the deformation of the plate group surface increases due to the expansion and contraction of the plurality of piezoelectric elements, affecting the ink droplet ejection performance, and so-called crosstalk is generated. There's a problem.
また、高剛性ハウジングの平坦な面に各圧電素子に対応した多数の開口部を形成する構造は前述の如く開口部の加工精度上、ノズルの高密度実装が難しいという問題がある。 In addition, the structure in which a large number of openings corresponding to each piezoelectric element are formed on a flat surface of a high-rigidity housing has a problem that high-density mounting of nozzles is difficult because of the processing accuracy of the openings as described above.
本発明は上述のような従来の問題点を解決したインクジェットヘッド及びそれを用いた液滴吐出装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an ink jet head that solves the above-described conventional problems and a droplet discharge device using the ink jet head.
具体的には本発明の目的は吐出時のノズルプレート群表面の変形量を小さくし、クロストークの発生を抑制し得るインクジェットヘッド及びそれを用いた液滴吐出装置を提供することにある。 Specifically, an object of the present invention is to provide an ink jet head capable of reducing the amount of deformation of the surface of the nozzle plate group during ejection and suppressing the occurrence of crosstalk, and a droplet ejection apparatus using the same.
本発明の他の目的は圧電素子の高密度実装を可能にするインクジェットヘッド及びそれを用いた液滴吐出装置を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide an ink jet head that enables high-density mounting of piezoelectric elements and a droplet discharge device using the ink jet head.
上記の目的を達成するために本発明は、インク滴を吐出する複数のノズル開口を有するノズルプレートと、前記ノズル開口に対応した圧力室を複数個配列した流路基板と、前記圧力室を封止するように形成した振動板を有するダイアフラムプレートと、前記圧力室に対向する位置に振動板を挟むように配置された圧電素子群と、前記圧電素子群を収納するハウジングと、前記ダイアフラムプレートと前記ハウジングとの間に配置されたインク室プレートとを備え、前記ハウジングは前記ダイアフラムプレートと接する面の側に凸状部を有し、該凸状部を前記圧電素子の各々が挿入される櫛形の開口溝部と、櫛形凸状部とより形成すると共に前記凸状部を囲むように前記インク室プレートを配設したことに一つの特徴がある。 In order to achieve the above object, the present invention provides a nozzle plate having a plurality of nozzle openings for discharging ink droplets, a flow path substrate in which a plurality of pressure chambers corresponding to the nozzle openings are arranged, and sealing the pressure chambers. A diaphragm plate having a diaphragm formed to stop; a piezoelectric element group disposed so as to sandwich the diaphragm at a position facing the pressure chamber; a housing for housing the piezoelectric element group; and the diaphragm plate; An ink chamber plate disposed between the housing and the housing, the housing having a convex portion on a side in contact with the diaphragm plate, and the convex portion being inserted into each of the piezoelectric elements. One feature resides in that the ink chamber plate is disposed so as to surround the convex portion while being formed by the opening groove portion and the comb convex portion.
本発明の他の特徴は、上記ハウジングの少なくとも凸状部は前記ダイアフラムプレートより高い剛性を有する部材により構成したことにある。 Another feature of the present invention is that at least the convex portion of the housing is formed of a member having higher rigidity than the diaphragm plate.
本発明の他の特徴は、前記インク室プレートが各圧力室にインクを供給する共通インク室を備え、該共通インク室の長手方向の両端部にて、前記ハウジングに設けられたインク供給路に連結して該ハウジングに固着するように構成したことにある。 Another feature of the present invention is that the ink chamber plate includes a common ink chamber that supplies ink to each pressure chamber, and an ink supply path provided in the housing at both ends in the longitudinal direction of the common ink chamber. It is configured to be connected and fixed to the housing.
本発明の他の特徴は、前記流路基板に配置された圧力室を、複数のノズル開口が一列に並んだノズル列を中心に互いに対向するように配置したことにある。 Another feature of the present invention resides in that the pressure chambers arranged in the flow path substrate are arranged so as to face each other around a nozzle row in which a plurality of nozzle openings are arranged in a row.
本発明の他の特徴は、前記圧電素子群の一端を同一平面に形成して前記ダイアフラムプレートに接着し、他端を固定部材に固定するように構成したことにある。 Another feature of the present invention resides in that one end of the piezoelectric element group is formed on the same plane and bonded to the diaphragm plate, and the other end is fixed to a fixing member.
本発明の他の特徴は、ンク滴を吐出する複数のノズル開口を有するノズルプレートと、前記ノズル開口に対応した圧力室を複数個配列した流路基板と、前記圧力室を封止するように形成した振動板を有するダイアフラムプレートと、前記圧力室に対向する位置に振動板を挟むように配置された圧電素子群と、前記圧電素子群を収納するハウジングと、前記ダイアフラムプレートと前記ハウジングとの間に配置されたインク室プレートとを備え、前記ハウジングは前記ダイアフラムプレートと接する面の側に凸状部を有し、該凸状部は前記圧電素子の各々が挿入される櫛形開口溝部と櫛形凸状部とからなり、該櫛形凸状部を互いに連結する連結部材を設けたことにある。 Another feature of the present invention is that a nozzle plate having a plurality of nozzle openings for discharging ink droplets, a flow path substrate in which a plurality of pressure chambers corresponding to the nozzle openings are arranged, and the pressure chambers are sealed. A diaphragm plate having a formed diaphragm, a piezoelectric element group disposed so as to sandwich the diaphragm at a position facing the pressure chamber, a housing for housing the piezoelectric element group, and the diaphragm plate and the housing. An ink chamber plate disposed between the housing, the housing having a convex portion on a side in contact with the diaphragm plate, the convex portion having a comb-shaped opening groove portion and a comb-shaped portion into which each of the piezoelectric elements is inserted. A connecting member for connecting the comb-shaped convex portions to each other is provided.
本発明の他の特徴は、前記ノズル列を複数列設け、連結部材の中心が、ノズル列の間に位置するように形成したことにある。 Another feature of the present invention resides in that a plurality of the nozzle rows are provided and the center of the connecting member is positioned between the nozzle rows.
本発明の他の特徴は、前記櫛形凸状部の高さを前記インク室プレートの厚みより小さくしたことにある。また、前記櫛形凸状部の高さを前記櫛形開口溝部の深さより大きくしたことにある。 Another feature of the present invention resides in that the height of the comb-shaped convex portion is smaller than the thickness of the ink chamber plate. Further, the height of the comb-shaped convex portion is made larger than the depth of the comb-shaped opening groove portion.
本発明の他の特徴は、前記連結部材を前記櫛形開口溝部のほぼ中央部に設けたことにある。本発明の他の特徴、利点は以下の説明から一層明確に理解される。 Another feature of the present invention resides in that the connecting member is provided at a substantially central portion of the comb-shaped opening groove. Other features and advantages of the present invention will be more clearly understood from the following description.
本発明は高剛性ハウジングのダイアフラムプレート側の面に凸状部を形成し、この凸状部に各圧電素子を挿入する櫛形開口溝と、櫛形凸状部を形成し、該櫛形凸状部の端面をダイアフラムに固着したので、プレート群の変形量が少なくなり、圧電素子の伸縮を効率よくインクの圧力変化に変換することが可能となると共に、クロストークの発生を低減できるという効果がある。 In the present invention, a convex portion is formed on the surface of the high-rigidity housing on the diaphragm plate side, and comb-shaped opening grooves for inserting each piezoelectric element and comb-shaped convex portions are formed on the convex portion. Since the end face is fixed to the diaphragm, the amount of deformation of the plate group is reduced, and the expansion and contraction of the piezoelectric element can be efficiently converted into a change in ink pressure, and the occurrence of crosstalk can be reduced.
また本発明によれば、高剛性ハウジングのダイアフラムプレート側の面に凸状部を形成し、この凸状部に櫛状の開口部を形成するので、圧電素子群をダイシングソーやワイヤーソーなどを用いて加工するのと同じ加工方法を用いることが可能となり、高精度に加工できるという効果がある。 Further, according to the present invention, the convex portion is formed on the surface of the high rigidity housing on the diaphragm plate side, and the comb-shaped opening is formed in the convex portion. It is possible to use the same processing method as that used for processing, and there is an effect that processing can be performed with high accuracy.
更に上記櫛形凸状部を連結部材により連結した場合はダイアフラムプレートの剛性を更に高くすることができ、クロストークの発生を一層低減することができる。従って複数個の圧電素子を同時に駆動しても単一駆動の特性と同等の吐出特性を得ることができ、高画質の印刷装置を提供することができる。 Further, when the comb-shaped convex portions are connected by a connecting member, the rigidity of the diaphragm plate can be further increased, and the occurrence of crosstalk can be further reduced. Therefore, even when a plurality of piezoelectric elements are driven simultaneously, it is possible to obtain ejection characteristics equivalent to those of single driving, and to provide a high-quality printing apparatus.
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図11は本発明にかかる液滴吐出装置の一実施例を示す構成概略図である。同図において、28は記録ユニットを示し、印刷幅分の複数のインクジェットヘッド11と、該インクジェットヘッド11にインクを供給するインクカートリッジ29を具備する。
FIG. 11 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a droplet discharge device according to the present invention. In the figure, reference numeral 28 denotes a recording unit, which includes a plurality of inkjet heads 11 corresponding to the printing width and an
この記録ユニット28は、ガイドシャフト30上を摺動自在に支持されている。また動力伝達部材31に連結されており、駆動源32によりガイドシャフト30に沿って移動する。
The recording unit 28 is slidably supported on the guide shaft 30. Further, it is connected to the
印刷時には、記録ユニット28は印刷領域上で静止する。一方、印刷媒体33はインクジェットヘッド11と対向し、記録ユニット31の移動方向と直交する方向に搬送ロール34によって搬送される。印刷媒体33にはインクジェットヘッド11のノズルより記録信号に応じてインクが噴射され、画像が形成される。
At the time of printing, the recording unit 28 is stationary on the printing area. On the other hand, the print medium 33 faces the inkjet head 11 and is conveyed by the
図1は、本発明にかかる液滴吐出装置に用いられるインクジェットヘッドの一実施例を示す構成図であり、高密度実装を図るため、インク滴を吐出するノズル開口列を2列配列した例を示す。また、図2は、本発明のインクジェットヘッドの断面図、図3は、高剛性ハウジング12をノズル列方向に中央で分割した詳細断面図を示す。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of an ink jet head used in a droplet discharge device according to the present invention, and an example in which two nozzle opening rows for discharging ink droplets are arranged for high-density mounting. Show. 2 is a cross-sectional view of the inkjet head of the present invention, and FIG. 3 is a detailed cross-sectional view in which the high-
図1、図2に示すように複数のノズル1が形成されるノズルプレート2と、チャンバープレート5及びリストリクタプレート7からなる流路基板3と、振動板8を具備したダイアフラムプレート10と、前記各プレート類を保持し、共通インク通路13bを有するインク室プレート27とからなるプレート群26は、共通インク通路13aを有する高剛性ハウジング12に固着される。
As shown in FIGS. 1 and 2, a
また、複数の圧電素子15とそれを固定する固定部材16からなる圧電アクチュエータ14が、各圧電素子15と各圧力室4がそれぞれ互いに対向する位置でダイアフラムプレート10に固着される。
In addition, a
圧電アクチュエータ14の固定部材16には、それぞれの圧電素子15に外部駆動回路(図示省略)から独立した電気信号を送るための個別電極17が形成されている。外部駆動回路から選択的な電気信号が圧電素子15に印加されることにより圧電素子15は伸縮する。この伸縮が振動板8を介し圧力室の体積変化となり、圧力室に満たされるインクの圧力変化となる。この圧力変化でインクはノズル1より、インク滴として吐出する。
The fixed
上記インク室プレート27は、各圧力室4にインクを供給する共通インク室13bを備え、この共通インク室13bの長手方向の両端部において、高剛性ハウジング12に設けられたインク供給路13aに連結されている。
The
また上記流路基板3に形成された圧力室4はノズル開口1の列を中心に互いに対向するように配置されている。このような配置の方法は例えば本願と同一の出願人による先願の特願2002−352127に詳しく説明されている。
The pressure chambers 4 formed in the
圧電アクチュエータ14の複数の圧電素子15は一端が同一平面状に形成され、他端が固定部材16に固定され、櫛状の圧電素子群が互いに対向するように配置されている。
One end of the plurality of
高剛性ハウジング12は、図3に示すように圧電アクチュエータ14を挿入するための開口穴12aを有する。この高剛性ハウジング12のダイアフラムプレート10と対向する面には凸状部12eが形成されており、該凸状部12eに櫛状の開口溝12dが形成されている。この凸状部12eは前記インク室プレート27の開口穴35に勘合して固着される。また凸状部12eに形成された櫛状の開口溝12dに前記圧電素子15が挿入される。また櫛状の開口溝12dを形成することにより凸状部12eに形成される櫛形凸状部12fの先端の面はダイアフラムプレート10に固着される。
The high-
上述のように凸状部12eに櫛状の開口溝12dと櫛形凸状部12fを形成するには、棒状の圧電体をダイシングソーやワイヤーソーで櫛状の複数の圧電素子15に分割する場合と同様な加工方法を用いることができる。即ちこのように加工することにより前記櫛状溝部12d及び櫛形凸状部12fの寸法精度を圧電アクチュエータ14の加工精度と同程度にすることは容易であり、圧電アクチュエータ14及び高剛性ハウジング12の位置精度と組立精度の向上を図ることが可能となる。従って、圧電アクチュエータ14を高密度実装することが可能となりノズル実を高密度で形成することができる。
In order to form the comb-shaped opening groove 12d and the comb-shaped
また高剛性ハウジング12の櫛形凸状部12fがダイアフラムプレート10に固着されるため、インク滴吐出時に発生する圧電素子15の伸縮によるプレート群26の変形を、櫛形凸部12fによって支持することが可能となり、従来技術で問題となったクロストークなどのインク特性のバラツキを防ぐことができる。
Further, since the comb-shaped
なお、上記のようにプレート群26を支持するためにはハウジング12の剛性がプレート群26より高いことが望ましく、少なくとも上記ハウジング12の凸状部12eの剛性がダイアフラムプレート10の剛性より高いことが望ましい。
In order to support the
また、前記凸状部12eに櫛形開口溝12dを形成する場合その溝12dの深さは、凸状部12eの周辺のプレート接着面12gに溝が形成されない程度の深さに止めておくことが望ましい。つまり溝12dの深さは凸状部12eの高さより小さい。その理由は、高剛性ハウジング12のプレート接着面12gまで溝が形成されるとプレートを接着する際に接着剤が溝を完全に埋めることができず僅かな隙間を発生してしまうおそれがあり、その隙間より共通インク通路13bからインクが染み出し、アクチュエータ14部を破損するおそれがあるためである。
Further, when the comb-shaped opening groove 12d is formed in the convex portion 12e, the depth of the groove 12d is kept at a depth that does not form a groove on the plate bonding surface 12g around the convex portion 12e. desirable. That is, the depth of the groove 12d is smaller than the height of the convex portion 12e. The reason is that if the groove is formed up to the plate bonding surface 12g of the high-
次に本発明にかかるインクジェットヘッドに用いられる圧電体の一構成例を図4を用いて説明する。 Next, one structural example of the piezoelectric body used in the ink jet head according to the present invention will be described with reference to FIG.
圧電素子15として用いられる圧電体50には内部電極21及び23と外部電極22が形成されている。圧電体50の両端に接する内部電極21と、中央部に配置された内部電極23が圧電素子の変位と垂直方向に交互に積層されている。また、内部電極21は、圧電体50の両端面に形成された外部電極22と各々電気的に接続されている。この結果、電界の生じない不活性部が圧電体50の中央領域に形成され、電界によって変位が発生する活性部が両端部に形成される。
次に上述の電圧体50から電圧アクチュエータを製作する工程を図5、6、7、8を用いて説明する。
Next, a process for manufacturing a voltage actuator from the
まず、図5に示すように前記圧電体50を、導電性を有する固定部材16に一端が自由端となるようにして他端を固定する。そして、図6に示すように個々の圧電素子に電界によって変位を発生する活性部と、変位が発生しない不活性部が存在するようにダイシングソーやワイヤーソー等を利用して電圧体50を切断する。次に図7に示すように切断部に導電性接着剤25を充填して内部電極23と固定部材16とを電気的に導通させる。また、外部電極22と固定部材16とが導通するように導電性接着剤25で固定する。この結果、圧電体50から2本の圧電素子体51が形成される。なお、上記の切断部に充填する導電性接着材25は、切断部を完全に満たす必要はないが、切断面の内部電極23と固定部材16とが電気的に接続される必要がある。
First, as shown in FIG. 5, the other end of the
次に、図8に示すように共通電極22側に個別に電圧が印加できるようにフレキシブルプリントケーブル(FPC)24を固定部材16の両側面に貼り付ける。最後に、圧力室4に対応する様に圧電素子体51を一定のピッチで切断して複数の圧電素子15に分割する。これにより、一個の圧電体50を一度固定部材に保持するだけで、2列の圧電素子群が一枚の固定部材16に形成されるため、上記2列間の位置精度を高精度にすることが可能になる。
Next, as shown in FIG. 8, flexible printed cables (FPC) 24 are attached to both side surfaces of the fixing
なお、2本の棒状に形成された圧電素子体51を図6のように最初から形成しておいた後に複数の圧電素子に分割しても良いことは当然のことである。このようにすると圧電素子体51間の位置精度は劣るが各圧電素子体間に塗布する導電性接着材25の塗布量が少なくて済み、同時に作業性も良くなる。 Naturally, the piezoelectric element body 51 formed in the shape of two rods may be divided into a plurality of piezoelectric elements after being formed from the beginning as shown in FIG. In this case, the positional accuracy between the piezoelectric element bodies 51 is inferior, but the application amount of the conductive adhesive 25 applied between the piezoelectric element bodies is small, and the workability is improved at the same time.
図9は本発明にかかるインクジェットヘッドにおいて、隣接ノズルの駆動本数と液滴速度比の変化の関係を示す。ここで、速度比について説明すると、プレート群の変形は、基本的に両端支持の梁の変形と同様になり、或る駆動ヘッドのノズル列の中央付近(例えば96ノズルの場合、端から順に番号を割り振った時の48(または49)番目ノズル)が剛性の低下によるクロストークが最も悪くなる。従って、本発明における「速度比」とは、基本ノズル(前記48番目)の両隣のノズルを駆動していき、駆動ノズル本数を増やしていった時の基本ノズルの吐出速度と、基本ノズルのみの駆動時の吐出速度との比を表す。また、変形量比とは、圧電素子の変軽量とプレート群26の変形量との比である。
FIG. 9 shows the relationship between the number of adjacent nozzles driven and the change in the droplet velocity ratio in the inkjet head according to the present invention. Here, the speed ratio will be described. The deformation of the plate group is basically the same as the deformation of the beam supported at both ends. 48 (or 49th nozzle) at the time of the allocation of the crosstalk is the worst due to the decrease in rigidity. Therefore, the “speed ratio” in the present invention refers to the discharge speed of the basic nozzle when the nozzles on both sides of the basic nozzle (the 48th nozzle) are driven and the number of drive nozzles is increased, and the basic nozzle only. This represents the ratio to the discharge speed during driving. The deformation ratio is the ratio between the change in weight of the piezoelectric element and the deformation of the
本実験に用いたヘッドは、ノズル径が50μm、ノズル間ピッチが約37.5dpi、複数のノズルが1列に並んだヘッドでインク滴の量が約60pl(ピコリットル)でインク滴の吐出速度は、約10m/sとなるように構成されたヘッドの例である。本例によれば、ノズル数を増やして行くと徐々に液滴速度が低下し、ある本数(例えば16本)より速度の低下がほぼ一定となり、それ以上ノズル駆動本数を増加させてもほぼ一定となった。なお、上記の例においては、ノズル列が1列の場合について説明したが、本発明の実施例記載の2列の場合であっても、速度比とノズル駆動本数の関係は変わらない。 The head used in this experiment is a head having a nozzle diameter of 50 μm, a pitch between nozzles of about 37.5 dpi, and a plurality of nozzles arranged in a row. The amount of ink droplets is about 60 pl (picoliter), and the ink droplet ejection speed. Is an example of a head configured to be approximately 10 m / s. According to this example, as the number of nozzles is increased, the droplet speed gradually decreases, the drop in speed is substantially constant from a certain number (for example, 16), and is substantially constant even if the number of nozzles driven is increased further. It became. In the above example, the case of one nozzle row has been described. However, even in the case of two rows described in the embodiment of the present invention, the relationship between the speed ratio and the number of nozzles driven does not change.
また図13は本発明にかかるインクジェットヘッドにおいて、ノズル駆動本数と積層された各プレート群であるノズルプレート2のノズル近傍の変形量比との関係を示したものである。この場合もノズル駆動本数を増加させていくとある本数より変形量がほぼ一定となっている。それは、図9に示される本数とほぼ一致することが分かった。このような傾向は、ノズルピッチが35dpi以上でノズル数が45本程度以上あれば、ほぼ同様な傾向を示すことが実験的に分かった。なお、本実験値は一例である。
FIG. 13 shows the relationship between the number of nozzles driven and the deformation ratio in the vicinity of the nozzles of the
更に図14は本発明にかかるインクジェットヘッドにおいて、櫛部の厚みと上記変形量とクロストークによる速度変動率の関係を示す。上記の実施例で説明したように各圧電素子14間を仕切るように高剛性ハウジング12に櫛形開口溝部12dと櫛形凸状部12fを形成し、該櫛形凸状部12fとダイアフラムプレート10に固着することにより開口部12a領域部でのプレート群26の剛性を高める構成としたので、速度変動率を小さくすることが可能になった。即ち上記の例によれば、図14の破線から分かるように櫛形凸部の厚みδが各プレート類を重ね合わせたトータルの厚みの60%以上であればクロストークによる速度変動を20%以下にすることが可能となった。
Furthermore, FIG. 14 shows the relationship between the thickness of the comb portion, the deformation amount, and the speed fluctuation rate due to crosstalk in the ink jet head according to the present invention. As described in the above embodiments, the comb-shaped opening groove 12d and the comb-shaped
以上本発明にかかるインクジェットヘッド及びそれを用いた液滴吐出装置について説明したが、基本的な考えを変更せずに種々の変形をなし得る。例えば上記高剛性ハウジング12は、各種インクとの耐腐食性を目的としてステンレス材により構成することができる。また、図1に示すように高剛性ハウジング部12と、プレート群26の各プレートと、圧電アクチュエータ14の両端部に位置きめ穴A、Bを設ければ、その穴を基準に各部材を組み立てることによって、各プレート類の位置合わせが一層容易になる。更に高剛性ハウジング部12に圧電素子15の挿入用溝が一体的に形成されているのでその部分を基準に圧電素子15の組立てを行うことにより、位置ずれが少なく高精度に組み立てることができる。
Although the ink jet head and the droplet discharge apparatus using the ink jet head according to the present invention have been described above, various modifications can be made without changing the basic idea. For example, the high-
本発明によれば、薄板の各プレートを積層接着する際に、櫛形開口溝がハウジングに一体で形成されているので、前記櫛部を別部品にしてハウジングに位置決めした後に各プレートを位置決め接着する場合に比べ、開口溝と各プレート位置合わせをより高精度に行うことができる。また、このような高精度で加工されたものを別部品で構成すると取り扱いの際、及び上記接着の際に精度を悪化させる可能性があるが、本発明のように一体形成した場合はそのような問題もない。 According to the present invention, when laminating and bonding the thin plates, the comb-shaped opening groove is formed integrally with the housing. As compared with the above, the opening groove and each plate can be aligned with higher accuracy. In addition, when such high-precision machined parts are configured as separate parts, there is a possibility that the precision may be deteriorated during handling and during the above-mentioned bonding, but when integrally formed as in the present invention, There is no problem.
次に、発明にかかるインクジェットヘッドに使用される高剛性ハウジングの他の実施例を図10を用いて説明する。この実施例は、プレート群26の剛性を更に高めるために連結柱12iを設けたものである。
Next, another embodiment of the high-rigidity housing used in the inkjet head according to the invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, in order to further increase the rigidity of the
即ち高剛性ハウジング12に凸状部12eを形成し、この凸状部12eに櫛形開口溝部12dを形成すると共に、該開口溝部12dの長手方向と直角方向に連結柱12iを設けたものである。この連結柱12iは櫛形凸状部12fを相互に連結するものであり、開口溝部12dの範囲内に設けられるが、その開口溝部12dの中央部に設けるのが最も望ましい。またノズル1の列が複数個ある場合は上記連結柱12iの中心がノズル列の間に位置することが望ましい。
That is, the convex portion 12e is formed in the high-
このように構成することにより、列状に並んだ櫛形凸状部12fが連結される結果、該櫛形凸状部12f及びプレート群の剛性を高めることができ、インク滴吐出時のプレート類の変形をより低減することが可能になる。また、櫛形凸状部12fの幅は0.1から0.2mm程度と非常に薄いため、加工中にダイシング用砥石の倒れ等により変形するおそれがあるが、連結柱12iを設けることによりその変形を防止できるという効果もある。
With this configuration, the comb-shaped
以上説明した本発明の構成は、実装サイズに制限がある場合に特に効果的である。例えば、印刷解像度600dpiを実現するために、ノズル数を192としてヘッド幅を約8mm以下とするような場合、圧電素子15が挿入されるハウジングの開口部の間に櫛状の部材を設けることは困難であるが、本発明のように高剛性ハウジング12を凸形状とした後に凸部に溝を形成すれば、圧電素子間の部材を形成することが容易となる。しかもこれらの部材はハウジングと一体的に構成されるのでコストの低減にも効果がある。
The configuration of the present invention described above is particularly effective when the mounting size is limited. For example, in order to realize a printing resolution of 600 dpi, when the number of nozzles is 192 and the head width is about 8 mm or less, a comb-like member is provided between the openings of the housing into which the
また、図1及び図10に示す実施例において、高剛性ハウジング12に形成される凸状部12eの厚み(=櫛状凸部12fの高さδ+ベース部分)は、インク室プレート27の厚みより僅かに小さいことが望ましい。即ち、凸部とインク室プレート27の厚みは同じにすることがより望ましいが、全く同一になるように加工することは困難であり、実際には加工精度のバラツキによりその間に凸状或いは凹状の段差が発生してしまう。そこで、凸状部12eの厚みを僅かに小さくなるように設計しておくことで、凸部12fの先端面の平坦度が多少悪くても、更にはインク室プレート27と接着される面の平坦度も10μm程度が確保されていれば、プレート群26のそりや変形による特性への影響を少なくできる。上記構成により、プレート群はインク室プレートのみに接着される。プレート群26自体は、インク室プレートに比べて薄く、反りや変形が生じ易い構造である。しかしながら、プレート群26より強度の高いインク室プレート27に接着することで、インク室プレート27の平面に倣う。言い換えれば、インク室プレートの平坦度を高精度(約10μm)としておけば、バラツキの少ないインク流路が形成可能であり、良好なインク吐出特性が得られる。そして、前記の寸法差によって生じる僅かな段差部には十分な接着材を注入し固定することにより凸部12fの先端の面がダイアフラムプレート10に接着される。また、インク室プレート27は、高剛性ハウジング12の共通インク室13aから圧電アクチュエータ14にインクが流入するのを防止し、圧電素子15の電極間が導通して圧電素子が破壊するのを防ぐ役目を果たす。
Further, in the embodiment shown in FIGS. 1 and 10, the thickness of the convex portion 12 e formed in the high-rigidity housing 12 (= the height δ of the comb-shaped
1:ノズル
2:ノズル基板
3:流路基板
4:圧力室
5:チャンバープレート
6:リストリクタ
7:リクストリクタプレート
8:振動板
9:フィルタ部
10:ダイアフラムプレート
11:インクジェットヘッド
12:高剛性ハウジング
12a:開口部
12e:凸状部
12d:櫛形開口溝部
12f:櫛形凸状部
12i:連結部材
13:共通インク室
14:圧電アクチュエータ
15:圧電素子
16:固定部材
17:個別電極
18:インク導入パイプ
19:共通電極
20:接着剤
21:圧電体の両端に接する内部電極
22:外部電極
23:圧電体中央部にある内部電極
24:FPC
25:導電性接着剤
26:プレート群
27:インク室プレート
28:記録ユニット
29:インクカートリッジ
30:ガイドシャフト
31:記録ユニット
32:駆動源
33:印刷媒体
34:搬送ロール
35:開口穴
50:圧電体
51:圧電素子体
1: Nozzle 2: Nozzle substrate 3: Channel substrate 4: Pressure chamber 5: Chamber plate 6: Restrictor 7: Restrictor plate 8: Vibration plate 9: Filter unit 10: Diaphragm plate 11: Inkjet head 12:
25: conductive adhesive 26: plate group 27: ink chamber plate 28: recording unit 29: ink cartridge 30: guide shaft 31: recording unit 32: drive source 33: printing medium 34: transport roll 35: opening hole 50: piezoelectric Body 51: Piezoelectric element body
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