JP4972949B2

JP4972949B2 - Droplet ejector

Info

Publication number: JP4972949B2
Application number: JP2006039100A
Authority: JP
Inventors: 宏人菅原
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2005-02-16
Filing date: 2006-02-16
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2026-02-16
Also published as: JP2006256316A

Description

本発明は、液滴を噴射する液滴噴射装置に関する。 The present invention relates to a droplet ejection equipment which ejects droplets.

液滴を噴射する液滴噴射装置として、ノズルから記録用紙等にインクを噴射するインクジェットヘッドがある。このインクジェットヘッドにおいては、種々のアクチュエータによりインクに圧力が付与されてノズルからインクが噴射されるが、インクの噴射後には、ノズルに連なるインク流路内の圧力が低下することからインクはノズル内に引き込まれる。しかし、このインク噴射後に、インクが完全にノズルに引き込まれず、ノズルの出射口が形成されたインク噴射面に一部のインクが付着してしまうと、その後にインクを噴射する際に、インクの噴射量や噴射方向がばらついて印字品質が低下する虞がある。そこで、一般的なインクジェットヘッドにおいては、ノズルの出射口の周りにインクが付着しにくくなるように、インク噴射面には撥水処理が施されている。 As a liquid droplet ejecting apparatus that ejects liquid droplets, there is an ink jet head that ejects ink from nozzles onto recording paper or the like. In this ink jet head, pressure is applied to the ink by various actuators and ink is ejected from the nozzle. After the ink is ejected, the pressure in the ink flow path connected to the nozzle decreases, so the ink is in the nozzle. Be drawn into. However, if the ink is not completely drawn into the nozzle after this ink ejection and a part of the ink adheres to the ink ejection surface in which the nozzle outlet is formed, the ink will be ejected when the ink is subsequently ejected. There is a possibility that the print quality may deteriorate due to variations in the injection amount and the injection direction. Therefore, in a general ink jet head, a water repellent treatment is performed on the ink ejection surface so that the ink hardly adheres around the nozzle outlet.

しかし、インク噴射面に撥水処理を施しただけでは、ノズルの出射口付近にインクが付着してしまうのを完全に防止することは難しい。例えば、温度上昇に起因してインクの粘度が低下した場合などにノズルから多くのインクがインク噴射面に溢れ出て、この溢れ出たインクがインク噴射面を自由に移動し、その一部がノズルの出射口の周りに滞留してしまう虞がある。そこで、インク噴射面にインクが付着した場合でも、そのインクがノズルの出射口の周りに滞留してしまうのを防止することができるインクジェットヘッドが提案されている。 However, it is difficult to completely prevent the ink from adhering to the vicinity of the nozzle outlet by simply performing the water repellent treatment on the ink ejection surface. For example, when the viscosity of the ink is lowered due to a temperature rise, a large amount of ink overflows from the nozzle to the ink ejection surface, and the overflowed ink moves freely on the ink ejection surface, and a part of it overflows. There is a risk of staying around the nozzle outlet. Therefore, an ink jet head has been proposed that can prevent the ink from staying around the nozzle outlet even when the ink adheres to the ink ejection surface.

例えば、特許文献１に記載のインクジェットヘッドにおいては、ノズルの出射口の周りに、この出射口と同心円状の第１領域が設けられ、さらに、インク噴射面の第１領域以外の領域には第１領域よりも撥液性の低い第２領域が設けられている。そのため、ノズルの出射口周りの第１領域に付着したインクは、この第１領域よりも撥液性の低い第２領域に移動するため、インクの出射口の周りに滞留しにくくなっている。 For example, in the ink jet head described in Patent Document 1, a first region concentric with the exit port is provided around the exit port of the nozzle, and the first region on the ink ejection surface is the first region. A second region having a lower liquid repellency than one region is provided. For this reason, the ink adhering to the first region around the nozzle outlet is moved to the second region having a lower liquid repellency than the first region, so that it is difficult for the ink to stay around the ink outlet.

特開２００２−２９２８７７号公報（図１）JP 2002-292877 A (FIG. 1)

前述の特許文献１のインクジェットヘッドにおいて、インクの噴射時に出射口の周りの第１領域へインクが溢れ出た場合に、溢れ出たインクの一部は確かに第１領域から第２領域へ移動するかもしれないが、その他のインクはノズル内に引き込まれる。しかし、発明者の知見によれば、第１領域に溢れ出たインクはその都度不規則な形状に広がることから、インクがノズル内に引き込まれたときに、ノズル内のインクのメニスカスがノズルの中心軸からずれた形状となってしまう。すると、その形状のずれに起因して、次回以降のインクの噴射時に噴射方向がふらついて、着弾位置がずれてしまい、印字品質が低下する。 In the above-described ink jet head of Patent Document 1, when ink overflows to the first area around the emission port during ink ejection, a part of the overflowed ink surely moves from the first area to the second area. Although other inks may be drawn into the nozzles. However, according to the inventor's knowledge, the ink overflowing into the first region spreads in an irregular shape each time. Therefore, when the ink is drawn into the nozzle, the ink meniscus in the nozzle The shape will deviate from the central axis. Then, due to the displacement of the shape, the ejection direction fluctuates when the ink is ejected from the next time onward, the landing position is displaced, and the print quality is deteriorated.

本発明の目的は、ノズルから液滴噴射面に液体が付着してしまう場合でも、良好な噴射安定性を維持することができる液滴噴射装置を提供することである。 An object of the present invention, even when adheres the liquid from the nozzle to the liquid droplet jetting surface, is to provide a liquid droplet jetting equipment capable of maintaining a good ejection stability.

Means for Solving the Problems and Effects of the Invention

本発明の第1の態様に従えば、液滴を噴射するノズルとこのノズルの出射口が形成された液滴噴射面とを備えるノズルプレートと；ノズルに流通する流路ユニットと；前記流路ユニット内の液体の圧力を上昇させることによって、前記ノズルの出射口から液滴を噴射させる圧電アクチュエータと；を備え、前記液滴噴射面には、前記出射口を囲う第１撥液性領域と、この第１撥液性領域に隣接して第１撥液性領域を囲う第２撥液性領域とが設けられており、前記第１撥液性領域の撥液性は、前記第２撥液性領域の撥液性よりも低く、前記圧電アクチュエータは、前記流路ユニット内の液体の圧力を上昇させて前記ノズルの出射口から液滴を噴射させた後、この液体の噴射に伴って前記ノズルから溢れ出した液体が前記ノズル内に戻る前に、さらに前記流路ユニット内の液体の圧力を上昇させて液滴を噴射させることが可能となっている液滴噴射装置が提供される。 According to the first aspect of the present invention, a nozzle plate that includes a nozzle that ejects droplets and a droplet ejection surface on which an exit port of the nozzle is formed; a channel unit that circulates in the nozzle; and the channel A piezoelectric actuator that ejects droplets from the outlet of the nozzle by increasing the pressure of the liquid in the unit; and a first liquid-repellent region surrounding the outlet in the droplet ejection surface ; And a second liquid repellent area surrounding the first liquid repellent area is provided adjacent to the first liquid repellent area, and the liquid repellency of the first liquid repellent area is the second liquid repellent area. rather lower than the liquid repellency of the liquid region, the piezoelectric actuator, after ejecting liquid droplets from the exit of the nozzle by increasing the pressure of the liquid in the channel unit, with the injection of the liquid Before the liquid overflowing from the nozzle returns to the nozzle. Further, there is provided a droplet ejecting apparatus capable of ejecting droplets by increasing the pressure of the liquid in the flow path unit .

本発明の液滴噴射装置によると、液滴噴射時にノズルの出射口の外側に溢れ出した液体は、第１撥液性領域の全域に広がるが、第１撥液性領域から第２撥液性領域へは移動しないので、インクの広がりを抑えることができ、次回の液滴噴射時に噴射される液滴の量にばらつきが生じない。さらに、第１撥液性領域と第２撥液性領域の境界は、出射口の周縁に対する最短距離が常に一定となるように設けられていると、ノズルの外側に溢れ出した液体の形状が、ノズルの中心軸に関して軸対称になるので、液体がノズル内に戻ったときにもノズル内の液体のメニスカスはこの軸に関して軸対称になり、次回の液滴噴射時に液滴の噴射方向にずれが生じることがない。これにより、液滴の噴射特性を安定化させることができる。なお、本願において、「出射口を囲う第１撥液性領域」とは、第１撥液性領域が出射口に隣接することを意味し、出射口と第１撥液性領域との間に別の領域が存在しないことを意味する。 According to the droplet ejecting apparatus of the present invention, the liquid overflowing outside the nozzle outlet when ejecting the droplet spreads over the entire area of the first liquid repellent region, but from the first liquid repellent region to the second liquid repellent region. Since the ink does not move to the active region, the spread of the ink can be suppressed, and the amount of droplets ejected at the next droplet ejection does not vary. Furthermore, when the boundary between the first liquid repellent region and the second liquid repellent region is provided so that the shortest distance to the periphery of the emission port is always constant, the shape of the liquid overflowing outside the nozzle is formed. Since it is symmetric with respect to the central axis of the nozzle, the meniscus of the liquid in the nozzle is symmetric with respect to this axis even when the liquid returns into the nozzle, and is shifted in the droplet ejection direction at the next droplet ejection. Will not occur. Thereby, the ejection characteristic of a droplet can be stabilized. In the present application, the “first liquid-repellent region surrounding the exit port” means that the first liquid-repellent region is adjacent to the exit port, and between the exit port and the first liquid-repellent region. It means that there is no other area.

また、本発明の液滴噴射装置の出射口の形状が円形であってもよい。これによると、液滴噴射時にノズルの外側に溢れ出した液体は、第１撥液性領域の全域に広がるが、第１撥液性領域から第２撥液性領域に移動しないので、液滴噴射面における液体の広がりを抑えることができ、次回以降の液滴噴射時に噴射される液滴の量にばらつきが生じない。さらに、ノズル内の外側に溢れ出した液体の形状が、ノズルの中心軸に関して軸対称な円形となるため、この液体がノズル内に戻ったときにノズル内の液体のメニスカスの形状もこの軸に関して軸対称になり、次回の液滴噴射時に液滴の噴射方向にずれが生じることがない。これにより、液滴の噴射特性を安定させることができる。 In addition, the shape of the emission port of the droplet ejection device of the present invention may be circular. According to this, the liquid overflowing to the outside of the nozzle during droplet ejection spreads over the entire area of the first liquid repellency region, but does not move from the first liquid repellency region to the second liquid repellency region. The spread of the liquid on the ejection surface can be suppressed, and there is no variation in the amount of droplets ejected at the next and subsequent droplet ejections. Furthermore, since the shape of the liquid overflowing outside in the nozzle becomes a circular shape which is axisymmetric with respect to the central axis of the nozzle, the shape of the meniscus of the liquid in the nozzle when this liquid returns into the nozzle is also related to this axis. It becomes axisymmetric, and there is no deviation in the droplet ejection direction at the next droplet ejection. Thereby, the ejection characteristic of the droplet can be stabilized.

また、本発明の液滴噴射装置においては、第１撥液性領域はノズルの内面よりも撥液性が高いことが好ましい。これによると、第１撥液性領域に広がった液体がノズル内へ移動しやすくなり、噴射後に確実にノズル内に液体をに引き込み、ノズルの内部に液体をとどめておくことできる。さらに、メニスカスの周縁を第１撥液性領域とノズル内面との境界に安定して位置決めすることができるので、外部振動によりノズル内の液体に圧力が付与された場合においても、メニスカスがノズルの出射口から外れにくくなり、液体の溢れ出しを防止することができる。 In the droplet ejecting apparatus of the present invention, it is preferable that the first liquid repellent region has higher liquid repellency than the inner surface of the nozzle. According to this, the liquid spreading in the first liquid-repellent region can easily move into the nozzle, and the liquid can be reliably drawn into the nozzle after ejection, and the liquid can be kept inside the nozzle. Furthermore, since the periphery of the meniscus can be stably positioned at the boundary between the first liquid repellent region and the inner surface of the nozzle, even when pressure is applied to the liquid in the nozzle due to external vibration, the meniscus is attached to the nozzle. It becomes difficult to come off from the emission port, and the overflow of the liquid can be prevented.

本発明の液体噴射装置は、インクジェットプリンタなどに使用されるインクジェットヘッドにし得る。 The liquid ejecting apparatus of the present invention can be an ink jet head used for an ink jet printer or the like.

本発明の液滴噴射装置において、第２撥液性領域の濡れ角は、第１撥液性領域の濡れ角よりも２０°以上高し得る。第１撥液性領域は前記出射口を同心円状に囲み得る。第１撥液性領域の外周部の直径は、前記出射口の直径の１．１〜１．５倍の範囲内にし得る。 Oite droplet jetting equipment of the present invention, the wetting angle of the second liquid repellent area may Takashi 20 ° or more than the wetting angle of the first liquid repellent area. The first liquid repellent area may surround the exit port in the heart circular. The diameter of the outer peripheral portion of the first liquid repellent region may be in the range of 1.1 to 1.5 times the diameter of the emission port.

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施の形態は、インクジェットプリンタのインクジェットヘッドに本発明を適用した一例である。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. This embodiment is an example in which the present invention is applied to an inkjet head of an inkjet printer.

まず、インクジェットヘッド３を備えたインクジェットプリンタ１について簡単に説明する。図１に示すように、インクジェットプリンタ１は図１の左右方向（走査方向）に移動可能なキャリッジ２とこのキャリッジ２に設けられて記録用紙Ｐに対してインクを噴射するシリアル式のインクジェットヘッド３（液体移送装置）と、記録用紙Ｐを図１の前方（紙送り方向）へ搬送する搬送ローラ４等を備えている。インクジェットヘッド３はキャリッジ２と一体的に左右方向（走査方向）へ移動して、その下面のインク噴射面９０に形成されたノズル５０（図２〜図４参照）の出射口５１から記録用紙Ｐに対してインクを噴射する。そして、インクジェットヘッド３により記録された記録用紙Ｐは搬送ローラ４により前方（紙送り方向）へ排出される。 First, the inkjet printer 1 including the inkjet head 3 will be briefly described. As shown in FIG. 1, an inkjet printer 1 includes a carriage 2 that can move in the left-right direction (scanning direction) in FIG. 1 and a serial inkjet head 3 that is provided on the carriage 2 and ejects ink onto a recording sheet P. (Liquid transfer device) and a transport roller 4 for transporting the recording paper P forward (paper transport direction) in FIG. The inkjet head 3 moves in the left-right direction (scanning direction) integrally with the carriage 2, and the recording paper P is ejected from the emission port 51 of the nozzle 50 (see FIGS. 2 to 4) formed on the ink ejection surface 90 on the lower surface. Ink is ejected against the ink. Then, the recording paper P recorded by the inkjet head 3 is discharged forward (paper feeding direction) by the transport roller 4.

図２は、図１におけるインクジェットヘッド３の平面図、図３は図２のIII−III線断面図、図４は図３のIV−IV線断面図である。図２〜図４に示すように、インクジェットヘッド３は、内部にインク流路が形成された流路ユニット３１と、流路ユニット３１の上面に配置された圧電アクチュエータ３２とを備えている。 2 is a plan view of the inkjet head 3 in FIG. 1, FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. 2, and FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. As shown in FIGS. 2 to 4, the inkjet head 3 includes a flow path unit 31 in which an ink flow path is formed, and a piezoelectric actuator 32 disposed on the upper surface of the flow path unit 31.

まず流路ユニット３１について説明する。図３、図４に示すように流路ユニット３１は、キャビティプレート４０、ベースプレート４１、マニホールドプレート４２、及び、ノズルプレート４３を備えており、これらの４枚のプレートが積層状態で接合されている。このうち、キャビティプレート４０、ベースプレート４１及びマニホールドプレート４２は略矩形のステンレス鋼製の板である。また、ノズルプレート４３は、例えば、ポリイミド等の高分子合成樹脂材料により形成され、マニホールドプレート４２の下面に接着される。 First, the flow path unit 31 will be described. As shown in FIGS. 3 and 4, the flow path unit 31 includes a cavity plate 40, a base plate 41, a manifold plate 42, and a nozzle plate 43, and these four plates are joined in a stacked state. . Among these, the cavity plate 40, the base plate 41, and the manifold plate 42 are substantially rectangular stainless steel plates. The nozzle plate 43 is formed of, for example, a polymer synthetic resin material such as polyimide, and is bonded to the lower surface of the manifold plate 42.

図２〜図４に示すように、キャビティプレート４０には、平面に沿って配列された複数の圧力室４４が形成されている。図２には複数の圧力室４４のうちの一部（１０個）が示されている。各圧力室４４は平面視で略楕円形状に形成されており、その長軸方向が走査方向（図２の上下方向）となるように配置されている。 As shown in FIGS. 2 to 4, the cavity plate 40 is formed with a plurality of pressure chambers 44 arranged along a plane. FIG. 2 shows a part (ten) of the plurality of pressure chambers 44. Each pressure chamber 44 is formed in a substantially elliptical shape in plan view, and is arranged such that the major axis direction thereof is the scanning direction (vertical direction in FIG. 2).

ベースプレート４１の平面視で圧力室４４の長軸方向両端部に重なる位置には、夫々連通孔４５、４６が形成されている。また、マニホールドプレート４２には、紙送り方向（図２の左右方向）に２列に延び、平面視で圧力室４４の図２における上端部又は下端部と重なるマニホールド４７が形成されている。マニホールド４７には、キャビティプレート４０に形成されたインク供給口４８を介してインクタンク（図示しない）からインクが供給される。また、平面視で圧力室４４のマニホールド４７とは反対側の端部と重なる位置には、連通孔４９も形成されている。さらに、ノズルプレート４３には、平面視で複数の圧力室４４のマニホールド４７とは反対側の端部に重なる位置に、複数のノズル５０が夫々形成されている。そして、このノズルプレート４３の下面は、複数のノズル５０の出射口５１が形成されたインク噴射面９０（液滴噴射面）となっており、図５に示すように各ノズル５０の出射口５１は円形に形成されている。 Communication holes 45 and 46 are formed at positions overlapping the both ends in the long axis direction of the pressure chamber 44 in plan view of the base plate 41, respectively. Further, the manifold plate 42 is formed with a manifold 47 that extends in two rows in the paper feed direction (left and right direction in FIG. 2) and overlaps the upper end portion or the lower end portion of the pressure chamber 44 in FIG. Ink is supplied to the manifold 47 from an ink tank (not shown) through an ink supply port 48 formed in the cavity plate 40. A communication hole 49 is also formed at a position overlapping the end of the pressure chamber 44 opposite to the manifold 47 in plan view. Further, the nozzle plate 43 is formed with a plurality of nozzles 50 at positions overlapping the ends of the plurality of pressure chambers 44 opposite to the manifolds 47 in plan view. The lower surface of the nozzle plate 43 is an ink ejection surface 90 (droplet ejection surface) on which the ejection ports 51 of the plurality of nozzles 50 are formed. As shown in FIG. Is formed in a circular shape.

そして、図３に示すように、マニホールド４７は連通孔４５を介して圧力室４４に連通し、さらに、圧力室４４は、連通孔４６、４９を介してノズル５０に連通している。このように、流路ユニット３１内には、マニホールド４７から圧力室４４を経てノズル５０に至る複数の個別インク流路が形成されている。 As shown in FIG. 3, the manifold 47 communicates with the pressure chamber 44 through the communication hole 45, and the pressure chamber 44 communicates with the nozzle 50 through the communication holes 46 and 49. As described above, a plurality of individual ink flow paths from the manifold 47 to the nozzle 50 through the pressure chamber 44 are formed in the flow path unit 31.

図５は、図３、図４のインク噴射面９０のノズル５０の出射口５１周辺の拡大図である。図５に示すように、インク噴射面９０の、ノズル５０の出射口５１を囲う領域には、ノズル５０の内面よりも撥液性が高い第１撥液膜７１（第１撥液性領域）が環状に形成されている。さらに、インク噴射面９０の第１撥液膜７１に隣接する第１撥液膜７１の外側の領域には、第１撥液膜７１よりもさらに撥液性の高い第２撥液膜７２（第２撥液性領域）が形成されている。これら第１撥液膜７１と第２撥液膜７２の境界は、ノズル５０の出射口５１の周縁を形成する円と同心円の円上にある。つまり、これらの境界は、ノズル５０の出射口５１の周縁に対する最短距離が常に一定となるように設けられている。尚、第１撥液膜７１及び第２撥液膜７２はフッ素系の樹脂で形成されているが、この形成方法については後で詳述する。 FIG. 5 is an enlarged view of the vicinity of the emission port 51 of the nozzle 50 on the ink ejection surface 90 of FIGS. As shown in FIG. 5, a first liquid repellent film 71 (first liquid repellent region) having higher liquid repellency than the inner surface of the nozzle 50 is formed in a region surrounding the emission port 51 of the nozzle 50 on the ink ejection surface 90. Is formed in a ring shape. Further, in a region outside the first liquid repellent film 71 adjacent to the first liquid repellent film 71 on the ink ejection surface 90, a second liquid repellent film 72 (with higher liquid repellency than the first liquid repellent film 71 ( (Second liquid repellent region) is formed. The boundary between the first liquid repellent film 71 and the second liquid repellent film 72 is on a circle that is concentric with the circle that forms the periphery of the emission port 51 of the nozzle 50. That is, these boundaries are provided such that the shortest distance from the periphery of the emission port 51 of the nozzle 50 is always constant. The first liquid repellent film 71 and the second liquid repellent film 72 are formed of a fluorine-based resin, and this forming method will be described in detail later.

ノズル５０の出射口５１の直径は通常２０μｍ程度である。第１撥液膜７１の半径方向の幅は、２〜１０μｍ、望ましくは２〜５μｍである。ノズルの直径をφとすると、第１撥液膜７１の外周部の直径は１．１〜１．５φが望ましい。第１撥液膜７１の外周部の直径が１．５φを超えると、第１撥液膜７１が濡れすぎて液体が第１撥液膜７１の内周部に戻らない可能性ある。１．１φよりも小さいと液体を第１撥液膜７１に維持することが困難になる。 The diameter of the emission port 51 of the nozzle 50 is usually about 20 μm. The width of the first liquid repellent film 71 in the radial direction is 2 to 10 μm, preferably 2 to 5 μm. If the diameter of the nozzle is φ, the diameter of the outer peripheral portion of the first liquid repellent film 71 is desirably 1.1 to 1.5φ. If the diameter of the outer peripheral portion of the first liquid repellent film 71 exceeds 1.5φ, the first liquid repellent film 71 may be too wet and the liquid may not return to the inner peripheral portion of the first liquid repellent film 71. If it is smaller than 1.1φ, it is difficult to maintain the liquid in the first liquid repellent film 71.

本実施の形態のノズル５０の内面の濡れ角は略２０°程度、第１撥液膜７１の表面の濡れ角は略５０°程度、第２撥液膜７２の表面の濡れ角は略７０°程度である。より一般的には、ノズル５０の内面の濡れ角は３０°以下が望ましく、第１撥液膜７１の表面の濡れ角は４０°以上で、第２撥液膜７２の表面の濡れ角は６０°以上が望ましい。また、第１撥液膜７１の表面の濡れ角と第２撥液膜７２の表面の濡れ角の差は２０°以上であることが望ましい。 The wetting angle of the inner surface of the nozzle 50 of this embodiment is about 20 °, the wetting angle of the surface of the first liquid repellent film 71 is about 50 °, and the wetting angle of the surface of the second liquid repellent film 72 is about 70 °. Degree. More generally, the wetting angle of the inner surface of the nozzle 50 is desirably 30 ° or less, the wetting angle of the surface of the first liquid repellent film 71 is 40 ° or more, and the wetting angle of the surface of the second liquid repellent film 72 is 60 °. More than ° is desirable. The difference between the wetting angle of the surface of the first liquid repellent film 71 and the wetting angle of the surface of the second liquid repellent film 72 is preferably 20 ° or more.

これら第１撥液膜７１及び第２撥液膜７２は、ノズル５０からインクを噴射した後に、出射口５１付近にインクが残留しにくくするためのものであるが、より詳細な作用、効果については後ほど説明する。 The first liquid repellent film 71 and the second liquid repellent film 72 are intended to make it difficult for ink to remain in the vicinity of the emission port 51 after the ink is ejected from the nozzle 50. Will be explained later.

次に、圧電アクチュエータ３２について説明する。図３、図４に示すように、圧電アクチュエータ３２は、キャビティプレート４０の表面に配置され、キャビティプレート４０と接合されている導電性を有する振動板６０と、この振動板６０の表面に複数の圧力室４４に跨って連続的に形成された圧電層６１と、この圧電層６１の表面に複数の圧力室４４に夫々対応して形成された複数の個別電極６２とを備えている。 Next, the piezoelectric actuator 32 will be described. As shown in FIGS. 3 and 4, the piezoelectric actuator 32 is disposed on the surface of the cavity plate 40, and has a conductive diaphragm 60 joined to the cavity plate 40, and a plurality of piezoelectric actuators 32 on the surface of the diaphragm 60. A piezoelectric layer 61 continuously formed across the pressure chambers 44 and a plurality of individual electrodes 62 respectively formed on the surface of the piezoelectric layer 61 so as to correspond to the plurality of pressure chambers 44 are provided.

振動板６０は、ステンレス鋼等の鉄系合金、ニッケル合金、アルミニウム合金、チタン合金等の金属材料からなり、複数の圧力室４４を覆うようにキャビティプレート４０の接合部４０ａに接合されている。この振動板６０は、複数の個別電極６２に対向していて個別電極６２と振動板６０との間の圧電層６１に電界を作用させる共通電極を兼ねており、接地されてグランド電位に保持されている。 The diaphragm 60 is made of a metal material such as an iron-based alloy such as stainless steel, a nickel alloy, an aluminum alloy, or a titanium alloy, and is joined to the joint portion 40 a of the cavity plate 40 so as to cover the plurality of pressure chambers 44. The diaphragm 60 also serves as a common electrode that faces the plurality of individual electrodes 62 and applies an electric field to the piezoelectric layer 61 between the individual electrodes 62 and the diaphragm 60, and is grounded and held at the ground potential. ing.

振動板６０の表面には、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との固溶体であり、強誘電体であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分とする圧電層６１が形成されている。圧電層６１は、複数の圧力室４４に跨って形成されている。そのため、圧電層６１を全ての圧力室４４に対して一度に形成することができ、圧電層６１の形成が容易になる。ここで、圧電層６１は、例えば、超微粒子の圧電材料を振動板６０の表面に高速で衝突させて堆積させるエアロゾルデポジション法（ＡＤ法）を用いて形成できる。その他、ゾルゲル法、スパッタ法、水熱合成法、あるいは、ＣＶＤ（化学蒸着）法を用いることもできる。さらに、ＰＺＴのグリーンシートを焼成することによって得られた圧電シートを振動板６０の表面に貼り付けて圧電層６１を形成することもできる。 On the surface of the diaphragm 60, there is formed a piezoelectric layer 61 which is a solid solution of lead titanate and lead zirconate and is composed mainly of lead zirconate titanate (PZT) which is a ferroelectric substance. The piezoelectric layer 61 is formed across the plurality of pressure chambers 44. Therefore, the piezoelectric layer 61 can be formed for all the pressure chambers 44 at once, and the formation of the piezoelectric layer 61 is facilitated. Here, the piezoelectric layer 61 can be formed by using, for example, an aerosol deposition method (AD method) in which an ultrafine piezoelectric material collides with the surface of the diaphragm 60 at a high speed and is deposited. In addition, a sol-gel method, a sputtering method, a hydrothermal synthesis method, or a CVD (chemical vapor deposition) method can also be used. Further, the piezoelectric layer 61 can be formed by attaching a piezoelectric sheet obtained by firing a green sheet of PZT to the surface of the diaphragm 60.

圧電層６１の上面には、圧力室４４よりも一回り小さい略楕円形の平面形状を有する個別電極６２が形成されている。これら個別電極６２は、平面視で対応する圧力室４４の中央部に重なるように夫々形成されている。個別電極６２は金、銅、銀、パラジウム、白金、チタンなどの導電性材料からなる。さらに、圧電層６１の上面には、複数の個別電極６２の一端部（マニホールド４７側の端部）から、夫々、平面視で圧力室４４に対向しない部分にまで延びた、複数の接点部６２ａが形成されている。個別電極６２及び接点部６２ａは、例えば、スクリーン印刷、スパッタ法、蒸着法等で形成することができる。また、接点部６２ａは、図示しないフレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）を介してドライバＩＣ１００に接続されている。 On the upper surface of the piezoelectric layer 61, individual electrodes 62 having a substantially elliptical planar shape that is slightly smaller than the pressure chamber 44 are formed. These individual electrodes 62 are respectively formed so as to overlap with the central part of the corresponding pressure chamber 44 in plan view. The individual electrode 62 is made of a conductive material such as gold, copper, silver, palladium, platinum, or titanium. Further, on the upper surface of the piezoelectric layer 61, a plurality of contact portions 62a extending from one end portions (end portions on the manifold 47 side) of the plurality of individual electrodes 62 to portions not facing the pressure chamber 44 in plan view, respectively. Is formed. The individual electrodes 62 and the contact portions 62a can be formed by, for example, screen printing, sputtering, vapor deposition, or the like. The contact 62a is connected to the driver IC 100 via a flexible printed wiring board (FPC) (not shown).

次に、ノズル５０からインクを噴射させるときの作用について図６〜図１０を参照して説明する。インクの噴射を行わないときは、予め個別電極６２にドライバＩＣ１００から駆動電圧が供給されている。このとき、駆動電圧が供給された個別電極６２と、グランド電位に保持された共通電極を兼ねている振動板６０との間に挟まれている圧電層６１に厚み方向の電界が生じており、圧電層６１のうち、個別電極６２の真下の部分が分極方向である厚み方向と垂直な水平方向に収縮している。そして、この収縮に伴い、図６に示すように、圧力室４４に対向する領域の圧電層６１及び振動板６０が圧力室４４側に凸になるように変形している。このとき、ノズル５０の内面よりも撥液性が高い第１撥液膜７１により、インクのノズル５０の出射口５１からの溢れ出しが防止されており、ノズル５０の内面と第１撥液膜７１との境界にインクのメニスカスが位置決めされている。 Next, the operation when ink is ejected from the nozzle 50 will be described with reference to FIGS. When ink is not ejected, a driving voltage is supplied to the individual electrode 62 from the driver IC 100 in advance. At this time, an electric field in the thickness direction is generated in the piezoelectric layer 61 sandwiched between the individual electrode 62 supplied with the driving voltage and the diaphragm 60 serving also as a common electrode held at the ground potential, In the piezoelectric layer 61, the portion directly below the individual electrode 62 is contracted in the horizontal direction perpendicular to the thickness direction that is the polarization direction. With this contraction, as shown in FIG. 6, the piezoelectric layer 61 and the diaphragm 60 in a region facing the pressure chamber 44 are deformed so as to protrude toward the pressure chamber 44. At this time, the first liquid repellent film 71 having higher liquid repellency than the inner surface of the nozzle 50 prevents the ink from overflowing from the emission port 51 of the nozzle 50, and the inner surface of the nozzle 50 and the first liquid repellent film are prevented. An ink meniscus is positioned at the boundary with 71.

ノズル５０からインクを噴射する際には、インクを噴射するノズル５０に対応する個別電極６２に印加されている電圧を解除し、グランド電位にする。すると、図７に示すように、圧電層６１及び振動板６０が平坦になり、圧力室４４の体積が増加して圧力室４４の圧力が低下する。圧力室４４の圧力が低下すると、マニホールド４７（図３参照）から圧力室４４にインクが流入する。このとき、ノズル５０内のインクも圧力室４４側に引き込まれる。 When ink is ejected from the nozzle 50, the voltage applied to the individual electrode 62 corresponding to the nozzle 50 that ejects ink is released and is set to the ground potential. Then, as shown in FIG. 7, the piezoelectric layer 61 and the diaphragm 60 become flat, the volume of the pressure chamber 44 increases, and the pressure of the pressure chamber 44 decreases. When the pressure in the pressure chamber 44 decreases, ink flows into the pressure chamber 44 from the manifold 47 (see FIG. 3). At this time, the ink in the nozzle 50 is also drawn into the pressure chamber 44 side.

次に、電圧印加を解除した個別電極６２に再び駆動電圧を印加すると、図８に示すように再び個別電極６２の真下の部分が分極方向である厚み方向と垂直な水平方向に収縮し、圧力室４４に対向する領域の圧電層６１及び振動板６０が圧力室４４側に凸になるように変形する。これにより、圧力室４４の体積が再び小さくなり圧力室４４の圧力が上昇するので、図９に示すように、ノズル５０からインクが噴射され、記録用紙Ｐ（図１参照）にドットが形成される。 Next, when the drive voltage is applied again to the individual electrode 62 from which the voltage application has been canceled, the portion immediately below the individual electrode 62 contracts again in the horizontal direction perpendicular to the thickness direction, which is the polarization direction, as shown in FIG. The piezoelectric layer 61 and the diaphragm 60 in a region facing the chamber 44 are deformed so as to protrude toward the pressure chamber 44. As a result, the volume of the pressure chamber 44 is reduced again, and the pressure of the pressure chamber 44 is increased. As shown in FIG. 9, ink is ejected from the nozzles 50 and dots are formed on the recording paper P (see FIG. 1). The

このとき、ノズル５０内のインクは、圧力室４４に残存した圧力波により押し出され、インク噴射面９０においてノズル５０の出射口５１から外側に溢れ出す。ここで、第２撥液膜７２の撥液性は、出射口５１を囲っている第１撥液膜７１の撥液性よりも高いので、このノズル５０の外側に溢れ出したインクは第１撥液膜７１表面の全域に広がるが、第１撥液膜７１から第２撥液膜７２へは移動しない。これにより、インク噴射面９０に広がったインクの形状はノズル５０の中心軸に関して軸対称な円形となる。そのため、この後、圧力室４４の圧力が低下することにより、インクは第１撥液膜７１からノズル５０内に戻っていくが、このとき、インク噴射面９０におけるインクの形状がノズル５０の出射口５１の中心軸を中心とする円形であるので、インクはノズル５０内に、この軸に関して軸対称に戻っていく。これにより、ノズル５０内に戻ったインクのメニスカスの形状もこの軸に関して軸対称となる。つまり、再び図６の状態になり、以下同様にインクの噴射を行うことができる。このように、インク噴射面９０におけるインクの形状を常にノズル５０の出射口５１の中心軸に関して軸対称に保持しているので、ノズル５０から噴射されるインクの噴射方向にずれが生じるのを防止することができる。 At this time, the ink in the nozzle 50 is pushed out by the pressure wave remaining in the pressure chamber 44, and overflows from the emission port 51 of the nozzle 50 on the ink ejection surface 90. Here, since the liquid repellency of the second liquid repellent film 72 is higher than the liquid repellency of the first liquid repellent film 71 surrounding the emission port 51, the ink overflowing to the outside of the nozzle 50 is the first. Although it spreads over the entire surface of the liquid repellent film 71, it does not move from the first liquid repellent film 71 to the second liquid repellent film 72. As a result, the shape of the ink spreading on the ink ejection surface 90 is a circle that is axisymmetric with respect to the central axis of the nozzle 50. Therefore, thereafter, the pressure in the pressure chamber 44 decreases, whereby the ink returns from the first liquid repellent film 71 into the nozzle 50. At this time, the shape of the ink on the ink ejection surface 90 is the emission of the nozzle 50. Since it is circular around the central axis of the mouth 51, the ink returns to the nozzle 50 in axial symmetry with respect to this axis. Thereby, the shape of the meniscus of the ink returned into the nozzle 50 is also axisymmetric with respect to this axis. That is, the state shown in FIG. 6 is obtained again, and ink can be ejected in the same manner. As described above, since the shape of the ink on the ink ejection surface 90 is always kept axially symmetric with respect to the central axis of the emission port 51 of the nozzle 50, it is possible to prevent a deviation in the ejection direction of the ink ejected from the nozzle 50. can do.

ところで、本実施形態のインクジェットヘッド３は、記録用紙に１つのドットを形成する際の、各ノズル５０からのインクの噴射量を選択的に変化させる、いわゆる、液滴階調が可能に構成されている。そこで、以下の説明は、各ノズル５０に対してインク噴射量が互いに異なる３種類の噴射形態（小玉、中玉、大玉）の何れかを選択して、３段階の液滴階調を行う場合を例として行う。 By the way, the inkjet head 3 of the present embodiment is configured to enable so-called droplet gradation that selectively changes the amount of ink ejected from each nozzle 50 when one dot is formed on a recording sheet. ing. Therefore, in the following description, when one of three types of ejection forms (small balls, medium balls, large balls) with different ink ejection amounts for each nozzle 50 is selected, three-stage droplet gradation is performed. As an example.

図１１は、ドライバＩＣ１００から、３種類の噴射形態に夫々対応して個別電極に供給される駆動パルス信号の波形図を示している。尚、図１１（ａ）は小玉に対応する駆動パルス信号の波形図、図１１（ｂ）は中玉に対応する駆動パルス信号の波形図、そして、図１１（ｃ）は大玉に対応する駆動パルス信号の波形図である。 FIG. 11 shows waveform diagrams of drive pulse signals supplied from the driver IC 100 to the individual electrodes in correspondence with the three types of ejection. 11A is a waveform diagram of a drive pulse signal corresponding to a small ball, FIG. 11B is a waveform diagram of a drive pulse signal corresponding to a middle ball, and FIG. 11C is a drive corresponding to a large ball. It is a wave form diagram of a pulse signal.

図１１（ａ）に示す駆動パルス信号が個別電極６２に供給される、小玉の噴射形態では、１つのドットを形成する印字時間Ｔ₀の間に１つのパルスが供給される。すると、前述のように、個別電極６２に対する駆動電圧Ｖ₀の印加が一旦解除されてから、パルス幅に等しい時間が経過した後に再び駆動電圧が印加される。従って、印字時間Ｔ₀の間に１つのインク滴がノズル５０から噴射される。 Drive pulse signal shown in FIG. 11 (a) is supplied to the individual electrode 62, in the injection mode of Kodama, one pulse during the printing time T ₀ to form one dot is supplied. Then, as described above, after the application of the drive voltage V ₀ to the individual electrode 62 is once canceled, the drive voltage is applied again after a time equal to the pulse width has elapsed. Accordingly, one ink droplet is ejected from the nozzle 50 during the printing time T ₀ .

また、図１１（ｂ）に示す駆動パルス信号が個別電極６２に供給される、中玉の噴射形態では、１つのドットを形成する印字時間Ｔ₀の間に２つのパルスが供給される。従って、印字時間Ｔ₀の間に２つのインク滴が続けてノズル５０から噴射される。 The drive pulse signal shown in FIG. 11 (b) is supplied to the individual electrode 62, in the injection mode of Nakatama, two pulses during the printing time T ₀ to form one dot is supplied. Accordingly, two ink droplets are continuously ejected from the nozzle 50 during the printing time T ₀ .

さらに、図１１（ｃ）に示す駆動パルス信号が個別電極６２に供給される、大玉の噴射形態では、１つのドットを形成する印字時間Ｔ₀の間に３つのパルスが供給される。従って、印字時間Ｔ₀の間に３つのインク滴が続けてノズル５０から噴射される。 Moreover, the drive pulse signal shown in FIG. 11 (c) is supplied to the individual electrode 62, in the injection mode of the large piece, three pulses during the printing time T ₀ to form one dot is supplied. Accordingly, three ink droplets are continuously ejected from the nozzle 50 during the printing time T ₀ .

ここで特に、中玉及び大玉の噴射形態では、駆動電圧の波形を調整することにより、積極的にインクをインク噴射面９０の出射口５１の周辺に残留させ、２回目又は３回目の噴射の際、直前のインクの噴射の際にインク噴射面９０に溢れ出したインクがノズル５０内に戻りきる前に、次の噴射を行うようになっている。この場合、直前の噴射にくらべて、インク噴射面９０に残留しているインクの分だけ多くの量のインクが噴射できる。 Here, in particular, in the middle ball and large ball ejection modes, by adjusting the waveform of the drive voltage, the ink is actively left around the ejection port 51 of the ink ejection surface 90 to perform the second or third ejection. At this time, the next jetting is performed before the ink overflowing the ink jetting surface 90 at the time of the jetting of the previous ink completely returns into the nozzle 50. In this case, a larger amount of ink can be ejected by the amount of ink remaining on the ink ejection surface 90 than in the previous ejection.

このとき、２回目又は３回目の噴射のときにインク噴射面９０に残存しているインクの形状がばらついていると、インクの噴射方向にばらつきが生じてしまう。しかし、本実施の形態のインクジェットヘッド３においては、噴射の際にノズル５０から外側に溢れ出したインクは、第１撥液膜７１の領域全体に広がるが、第１撥液膜７１より撥液性の高い第２撥液膜７２までは広がらないので、インク噴射面９０に溢れ出したインクの形状がノズル５０の中心軸に関して軸対称な円形となる。この後、インク噴射面９０のインクの一部は、この軸対称の状態を保持したままノズル５０に戻っていく。この状態で次の噴射が行われるので、インク噴射面９０に残るインクの形状はノズル５０の中心軸に関して軸対称となる。従って、噴射されるインクの噴射方向がばらつきにくくなり、印字品質の低下を防止することができる。 At this time, if the shape of the ink remaining on the ink ejection surface 90 varies during the second or third ejection, the ink ejection direction varies. However, in the ink jet head 3 of the present embodiment, the ink overflowing from the nozzle 50 during ejection spreads over the entire area of the first liquid repellent film 71, but is more liquid repellent than the first liquid repellent film 71. Since the second liquid repellent film 72 having high properties does not spread, the shape of the ink overflowing on the ink ejection surface 90 is a circle that is axisymmetric with respect to the central axis of the nozzle 50. Thereafter, a part of the ink on the ink ejection surface 90 returns to the nozzle 50 while maintaining this axially symmetric state. Since the next ejection is performed in this state, the shape of the ink remaining on the ink ejection surface 90 is axisymmetric with respect to the central axis of the nozzle 50. Accordingly, the ejection direction of the ejected ink is less likely to vary, and deterioration in print quality can be prevented.

また、中玉、大玉を噴射するときには、図１１に示すように、パルスの幅及び間隔が等しい２つ又は３つのパルス信号を供給するので、パルス信号が供給されてから次のパルス信号が供給されるまでの時間は一定である。従って、直前の噴射により噴射面９０の第１撥液膜７１の全域に溢れ出したインクは、この一定時間の間にある一定量がノズル５０内に戻る。従って、次にインクを噴射する際にインク噴射面９０に付着しているインクの量は常に一定となる。従って、噴射されるインクの量にばらつきが生じにくくなり印字品質の低下を防止することができる。 In addition, when injecting medium balls or large balls, as shown in FIG. 11, two or three pulse signals having the same pulse width and interval are supplied, so that the next pulse signal is supplied after the pulse signal is supplied. The time until it is done is constant. Therefore, a certain amount of ink overflowing the entire area of the first liquid repellent film 71 on the ejection surface 90 by the previous ejection returns to the nozzle 50 during this certain time. Therefore, the amount of ink adhering to the ink ejection surface 90 is always constant when the ink is ejected next time. Therefore, variations in the amount of ejected ink are less likely to occur, and deterioration in print quality can be prevented.

さらに、本実施の形態のインクジェットヘッド３においては、２以上のドットを連続的に記録用紙Ｐに形成する場合には、図１２に示すように、印字周期Ｔ₀（周波数１／Ｆ）を変化させることにより、噴射されるインクの体積を変化させることができるように構成されている。 Furthermore, in the inkjet head 3 of the present embodiment, when two or more dots are continuously formed on the recording paper P, the printing cycle T ₀ (frequency 1 / F) is changed as shown in FIG. By doing so, the volume of the ejected ink can be changed.

前述したように、ノズル５０からインクが噴射されたときには、インク噴射面９０においてインクは出射口５１から外側に溢れ出す。さらに、インクの噴射後には、インク噴射面９０に溢れ出したインクが、圧力室４４の圧力低下によりノズル５０内へ戻ろうとする。しかし、駆動パルス信号の印字周期Ｔ₀を小さくする、即ち、周波数Ｆ（＝１／Ｔ₀）を大きくすると、先のインクの噴射の際にインク噴射面９０に溢れ出したインクがノズル５０内に完全に戻る前に、後のインクの噴射を行うためのパルスが個別電極６２に印加されることになり、後のインクの噴射時においては、ノズル５０の出射口５１の周辺に残留するインクを含めたインクがノズル５０から噴射される。そのため、後のインクの噴射時に噴射されるインクの体積は、先のインクの噴射時よりも大きくなる。従って、図１２に示すように、同じ噴射形態であっても、周波数を大きくする（印字周期Ｔ₀を小さくする）ことにより、インク噴射面９０のノズル５０の出射口５１の周辺に積極的にインクを残留させ、その残留したインクを利用して噴射するインクの体積を大きくすることができる。これにより、記録用紙Ｐの所定領域を塗りつぶすような高密度印字が必要な場合に、好適な記録を行うことができる。 As described above, when ink is ejected from the nozzle 50, the ink overflows outward from the ejection port 51 on the ink ejection surface 90. Further, after the ink is ejected, the ink overflowing the ink ejection surface 90 tends to return into the nozzle 50 due to the pressure drop in the pressure chamber 44. However, if the print cycle T ₀ of the drive pulse signal is reduced, that is, if the frequency F (= 1 / T ₀ ) is increased, the ink overflowing the ink ejection surface 90 at the time of the previous ink ejection is in the nozzle 50. Before returning completely, a pulse for ejecting the subsequent ink is applied to the individual electrode 62, and at the time of ejecting the subsequent ink, the ink remaining around the emission port 51 of the nozzle 50 Ink including is ejected from the nozzle 50. For this reason, the volume of the ink ejected when the subsequent ink is ejected is larger than when the previous ink is ejected. Therefore, as shown in FIG. 12, even in the same ejection form, by increasing the frequency (decreasing the printing cycle T ₀ ), the area around the emission port 51 of the nozzle 50 on the ink ejection surface 90 is positively increased. Ink can be left and the volume of ink ejected using the remaining ink can be increased. Thereby, when high-density printing that fills a predetermined area of the recording paper P is necessary, suitable recording can be performed.

ここで、特に、本実施の形態のインクジェットヘッド３においては、インク噴射面９０に、ノズル５０の出射口５１を囲う第１撥液膜７１と、この第１撥液膜７１を囲う第２撥液膜７２とが形成されており、これら２つの撥液膜の境界は、ノズル５０の出射口５１と同心円の円上にある。そのため、前述のように、インクの噴射時にノズル５０の出射口５１の周辺にインクが溢れ出したときには、このインクは、第１撥液膜７１の全域に広がるが、第１撥液膜７１から第２撥液膜７２へは移動しないので、インク噴射面９０におけるインクの形状は、ノズル５０の中心軸に関して軸対称な円形形状となる。そのため、後のインクの噴射時に、出射口５１に残留するインクもノズル５０の中心軸に関して軸対称となり、インクの噴射方向がずれにくくなり、噴射の安定性が高まる。 Here, in particular, in the inkjet head 3 of the present embodiment, the first liquid repellent film 71 surrounding the emission port 51 of the nozzle 50 and the second liquid repellent surrounding the first liquid repellent film 71 are formed on the ink ejection surface 90. A liquid film 72 is formed, and the boundary between these two liquid repellent films is on a circle concentric with the emission port 51 of the nozzle 50. Therefore, as described above, when ink overflows around the emission port 51 of the nozzle 50 during ink ejection, the ink spreads over the entire area of the first liquid repellent film 71, but from the first liquid repellent film 71. Since the ink does not move to the second liquid repellent film 72, the ink shape on the ink ejection surface 90 is a circular shape that is axisymmetric with respect to the central axis of the nozzle 50. For this reason, when ink is ejected later, the ink remaining in the ejection port 51 is also axially symmetric with respect to the central axis of the nozzle 50, and the ejection direction of the ink is less likely to be shifted, thereby improving the ejection stability.

以上のように、ノズル５０からインクを噴射するときに、インクを積極的にノズル５０から外側に溢れ出させ、インク噴射面９０に付着させるほうが、中玉、大玉を噴射するあるいは２以上のドットを連続して噴射する場合に、後のインクの噴射時にインク噴射面９０に残留しているインクを利用してインクの噴射量を大きくすることができる。しかしながら、ノズル５０からインクが噴射されたとき、インク噴射面９０に溢れ出すインクの量が少なく、第１撥液膜７１の一部にのみにしか広がらない場合、インク噴射面９０におけるインクの形状がノズル５０の中心軸に関して軸対称にはならない。従って、この後ノズル５０内に戻ったインクのメニスカスの形状もこの軸に対して軸対称とはならず、インクの噴射方向にずれが生じる虞がある。このため、本実施の形態のインクジェットヘッド３は、ノズル５０からインクを噴射したときに、インク噴射面９０のノズル５０の周りに溢れ出すインクは、常に第１撥液膜７１と第２撥液膜７２との境界に達する程度の量となるように設計される。 As described above, when ink is ejected from the nozzle 50, it is more effective to cause the ink to overflow outward from the nozzle 50 and adhere to the ink ejection surface 90. When the ink is continuously ejected, the amount of ink ejected can be increased by utilizing the ink remaining on the ink ejecting surface 90 when the ink is ejected later. However, when the ink is ejected from the nozzle 50, the amount of ink overflowing the ink ejection surface 90 is small and spreads only to a part of the first liquid repellent film 71. Is not axisymmetric with respect to the central axis of the nozzle 50. Accordingly, the shape of the meniscus of the ink returned to the nozzle 50 thereafter is not axially symmetric with respect to this axis, and there is a possibility that a deviation occurs in the ink ejection direction. For this reason, in the ink jet head 3 of the present embodiment, when ink is ejected from the nozzle 50, the ink that overflows around the nozzle 50 on the ink ejection surface 90 is always the first liquid repellent film 71 and the second liquid repellent. The amount is designed so as to reach the boundary with the film 72.

次に、本実施の形態のノズルプレート４３の製造方法について図１３を用いて説明する。図１３はノズルプレート４３を製造する工程を表す工程図である。 Next, the manufacturing method of the nozzle plate 43 of this Embodiment is demonstrated using FIG. FIG. 13 is a process diagram illustrating a process of manufacturing the nozzle plate 43.

まず、図１３（ａ）に示すポリイミド等の高分子合成樹脂材料からなる基板４３'の一表面に図１３（ｂ）に示すようにフッ素系樹脂等を塗布し、撥液膜７０を形成する（撥液膜形成工程）。 First, as shown in FIG. 13B, a fluorine resin or the like is applied to one surface of a substrate 43 ′ made of a polymer synthetic resin material such as polyimide as shown in FIG. (Liquid repellent film forming step).

次に、図１３（ｃ）に示すように、撥液膜７０の表面のうち、第２撥液膜７２が形成される領域に、フィルム状の熱硬化性樹脂等を加熱しながらローラなどにより圧着してレジスト８１を形成した後、撥液膜７０のレジスト８１により覆われていない露出部分にレーザ等の光線を照射する（光線照射工程）。すると、撥液膜７０のうち、レーザが照射された部分が劣化し、その部分の撥液性が低下する。そして、この撥液性が低下した部分が第１撥液膜７１となり、一方、レジスト８１に覆われレーザが照射されなかった部分が第２撥液膜７２となる。尚、レジスト８１を形成する代わりに、撥液膜７０の第１撥液膜７１となる領域に、マスクを透過したレーザ光を光学系で結像するなどしてビーム径を細くしたレーザ光をスキャンしても良い。 Next, as shown in FIG. 13C, the surface of the liquid repellent film 70 is heated by a roller or the like while heating a film-like thermosetting resin or the like on the region where the second liquid repellent film 72 is formed. After the resist 81 is formed by pressure bonding, the exposed portion of the liquid repellent film 70 that is not covered with the resist 81 is irradiated with a light beam such as a laser (light beam irradiation step). Then, in the liquid repellent film 70, the portion irradiated with the laser deteriorates, and the liquid repellency of the portion decreases. The portion where the liquid repellency is lowered becomes the first liquid repellent film 71, while the portion covered with the resist 81 and not irradiated with the laser becomes the second liquid repellent film 72. Instead of forming the resist 81, a laser beam with a reduced beam diameter is formed by, for example, forming an image of the laser beam that has passed through the mask on the region to be the first liquid repellent film 71 of the liquid repellent film 70. You may scan.

次に、図１３（ｄ）に示すように、レジスト８１を溶剤で溶かして除去し、図１３（ｅ）に示すようにノズルプレート４３の第１撥液膜７１及び第２撥液膜７２が形成されているのと反対側の面からエキシマレーザ等を照射してノズルプレート４３に孔を開けることによりノズル５０を形成する（ノズル形成工程）。 Next, as shown in FIG. 13D, the resist 81 is dissolved and removed with a solvent, and as shown in FIG. 13E, the first liquid repellent film 71 and the second liquid repellent film 72 of the nozzle plate 43 are formed. The nozzle 50 is formed by irradiating an excimer laser or the like from the surface opposite to the formed surface to make a hole in the nozzle plate 43 (nozzle forming step).

このノズル製造工程においては、ノズルプレート４３となる基板４３'に第１撥液膜７１及び第２撥液膜７２を形成してからノズル５０を形成している。つまり、撥液膜７０を劣化させるためにレーザを照射する際にはノズル５０が形成されていないのでノズル５０内にレジストを充填してノズル５０を塞ぐ等の処理を施す必要がなく、製造工程を簡略化することができる。尚、光線照射工程において照射する光線として、レーザのほかに、紫外線、電子ビーム等を用いてもよい。 In this nozzle manufacturing process, the nozzle 50 is formed after the first liquid repellent film 71 and the second liquid repellent film 72 are formed on the substrate 43 ′ to be the nozzle plate 43. That is, since the nozzle 50 is not formed when irradiating the laser in order to deteriorate the liquid repellent film 70, it is not necessary to perform a process such as filling the nozzle 50 with a resist and closing the nozzle 50, and the manufacturing process. Can be simplified. In addition, as a light beam to be irradiated in the light beam irradiation step, an ultraviolet ray, an electron beam, or the like may be used in addition to the laser.

次に本実施の形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。但し、本実施の形態と同じ構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。 Next, modified embodiments in which various modifications are made to the present embodiment will be described. However, components having the same configuration as in the present embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted as appropriate.

＜第1変形形態＞
図１４に示すように、インク噴射面２９０のノズル５０を囲う環状の領域に撥液膜そのものを形成しなくてもよい。この場合には、この環状の領域（第１撥液性領域に対応する）の撥液性はノズル５０の内面と等しく、且つ、第２撥液膜７２よりも低くなる。従って、ノズル５０からインクが噴射されたときにノズルプレート２４３の表面に残留したインクは、ノズル５０を囲うこの環状の領域の全域に広がるが、第２撥液膜７２には移動しないので、インク噴射面２９０におけるインクの形状をノズル５０の中心軸に関して軸対称な円形に保持することができる。 <First variation>
As shown in FIG. 14, the liquid repellent film itself may not be formed in the annular region surrounding the nozzle 50 on the ink ejection surface 290. In this case, the liquid repellent property of the annular region (corresponding to the first liquid repellent region) is equal to the inner surface of the nozzle 50 and lower than that of the second liquid repellent film 72. Accordingly, the ink remaining on the surface of the nozzle plate 243 when ink is ejected from the nozzle 50 spreads over the entire annular region surrounding the nozzle 50, but does not move to the second liquid repellent film 72. The shape of the ink on the ejection surface 290 can be held in an axisymmetric circle with respect to the central axis of the nozzle 50.

＜第２変形形態＞
図１５に示すように、インク噴射面９０の第１撥液膜７１の外側に形成されている第１撥液膜３７２が、部分的にのみ（ここでは円形）で形成されていてもよい。 <Second Variation>
As shown in FIG. 15, the first liquid repellent film 372 formed on the outer side of the first liquid repellent film 71 on the ink ejection surface 90 may be formed only partially (here, circular).

＜第３変形形態＞
本実施の形態においては、ノズル５０の出射口５１の形状を円形としたが、これに限られず、別の形状でもよい。一例として、図１６（ａ）にはインク噴射面４９０に形成された出射口４５１の形状が三角形であるノズル４５０、図１６（ｂ）にはインク噴射面５９０に形成された出射口５５１の形状が四角形のノズル５５０が示してある。 <Third Modification>
In the present embodiment, the shape of the emission port 51 of the nozzle 50 is circular. However, the shape is not limited to this, and another shape may be used. As an example, FIG. 16A shows a nozzle 450 in which the shape of the emission port 451 formed on the ink ejection surface 490 is a triangle, and FIG. 16B shows the shape of the emission port 551 formed on the ink ejection surface 590. A square nozzle 550 is shown.

図１６（ａ）に示すように出射口４５１の形状が三角形の場合、第１撥液膜４７１と第２撥液膜４７２との境界は出射口４５１にほぼ相似な三角形となる。この三角形は、角が円弧状に丸くなっており、また、その重心は、出射口４５１の重心と一致する。つまり、第１撥液膜４７１と第２撥液膜４７２との境界は、ノズル４５０の出射口４５１、周縁に対する最短距離が常に一定となるように設けられている。 When the shape of the emission port 451 is a triangle as shown in FIG. 16A, the boundary between the first liquid repellent film 471 and the second liquid repellent film 472 is a triangle that is substantially similar to the emission port 451. The triangle has a rounded corner, and the center of gravity thereof coincides with the center of gravity of the exit 451. That is, the boundary between the first liquid repellent film 471 and the second liquid repellent film 472 is provided so that the shortest distance from the emission port 451 and the periphery of the nozzle 450 is always constant.

この場合、インク噴射時にノズル４５０から外側に溢れ出したインクは、第１撥液膜４７１の全域にのみ広がり、第１撥液膜４７１から第２撥液膜４７２には移動しないので、インク噴射面４９０のインクの形状は、第１撥液膜４７１と第２撥液膜４７２との境界と同じ形状になる。その後、このインクは、出射口４５０の重心を中心として、均一にノズル４５０内に引き込まれるので、引き込まれた後のノズル４５０内のインクのメニスカスの形状も安定し、インクの噴射方向にずれが生じるのを防止することができる。 In this case, the ink overflowing from the nozzle 450 during ink ejection spreads only over the entire area of the first liquid repellent film 471 and does not move from the first liquid repellent film 471 to the second liquid repellent film 472. The shape of the ink on the surface 490 is the same as the boundary between the first liquid repellent film 471 and the second liquid repellent film 472. Thereafter, since the ink is uniformly drawn into the nozzle 450 with the center of gravity of the emission port 450 as the center, the shape of the meniscus of the ink in the nozzle 450 after being drawn in is also stable, and there is a deviation in the ink ejection direction. It can be prevented from occurring.

また、図１６（ｂ）に示すように出射口５５１の形状が四角形である場合、第１撥液膜５７１と第２撥液膜５７２との境界は出射口５５０とほぼ相似な四角形となる。この四角形は角が円弧状に丸くなっており、また、その重心は、出射口５５０の重心と一致する。つまり、第１撥液膜５７１と第２撥液膜５７２との境界は、ノズル５５０の出射口５５１の周縁に対する最短距離が常に一定となるように設けられている。 When the shape of the emission port 551 is a quadrangle as shown in FIG. 16B, the boundary between the first liquid repellent film 571 and the second liquid repellent film 572 is a quadrangle substantially similar to the emission port 550. This quadrangle has rounded corners, and the center of gravity coincides with the center of gravity of the exit 550. That is, the boundary between the first liquid repellent film 571 and the second liquid repellent film 572 is provided such that the shortest distance from the periphery of the emission port 551 of the nozzle 550 is always constant.

この場合も同様に、インク噴射時にノズル５５０から外側に溢れ出したインクは、第１撥液膜５７１の全域にのみ広がり、第１撥液膜５７１から第２撥液膜５７２には移動しないので、インク噴射面５９０のインクの形状は、第１撥液膜５７１と第２撥液膜５７２との境界と同じ形状となる。その後、出射口５５０の重心を中心として、均一にノズル５５０内に引き込まれるので、引き込まれた後のノズル５５０内のインクのメニスカスの形状も安定し、インクの噴射方向にずれが生じるのを防止することができる。 Similarly, in this case, the ink overflowing from the nozzle 550 during ink ejection spreads only over the entire area of the first liquid repellent film 571 and does not move from the first liquid repellent film 571 to the second liquid repellent film 572. The ink shape of the ink ejection surface 590 is the same as the boundary between the first liquid repellent film 571 and the second liquid repellent film 572. Thereafter, the ink is uniformly drawn into the nozzle 550 with the center of gravity of the emission port 550 as the center, so that the shape of the meniscus of the ink in the nozzle 550 after being drawn in is stable, and the occurrence of deviation in the ink ejection direction is prevented. can do.

＜第４変形形態＞
ノズルプレート１４３が、ステンレス鋼等の金属材料で形成されていてもよい。この場合、図１７（ｆ）に示すようなノズルプレート１４３は、以下のようにして製造される。図１７は金属材料からなるノズルプレート１４３の製造工程を表した工程図である。 <Fourth Modification>
The nozzle plate 143 may be formed of a metal material such as stainless steel. In this case, the nozzle plate 143 as shown in FIG. 17F is manufactured as follows. FIG. 17 is a process diagram showing the manufacturing process of the nozzle plate 143 made of a metal material.

まず、図１７（ａ）に示す基板１４３'の一面から図１７（ｂ）のようにエキシマレーザ等を照射してノズル１５０を形成する（ノズル形成工程）。このとき、基板１４３'のエキシマレーザ照射側と反対側の他面にバリ１４４が発生するので、図１７（ｃ）のようにバリ１４４を除去する。 First, the nozzle 150 is formed by irradiating an excimer laser or the like as shown in FIG. 17B from one surface of the substrate 143 ′ shown in FIG. 17A (nozzle forming step). At this time, since a burr 144 is generated on the other surface of the substrate 143 ′ opposite to the excimer laser irradiation side, the burr 144 is removed as shown in FIG.

次に、図１７（ｄ）に示すように、基板１４３'の一面にレジスト１８０を塗布する。このとき、塗布されたレジスト１８０は、毛管力によってノズル１５０内部に充填される。更にその後、基板１４３'の他面にフッ素系の樹脂等を塗布し、撥液膜１７０を形成する（撥液膜形成工程）。そして、フィルム状の熱硬化性樹脂等を加熱しながらローラなどにより圧着して撥液膜１７０の表面のノズル１５０と第１撥液膜１７１とが形成される部分を除く領域にレジスト１８１を形成する。 Next, as shown in FIG. 17D, a resist 180 is applied to one surface of the substrate 143 ′. At this time, the applied resist 180 is filled into the nozzle 150 by capillary force. Thereafter, a fluorine-based resin or the like is applied to the other surface of the substrate 143 ′ to form a liquid repellent film 170 (liquid repellent film forming step). Then, a resist 181 is formed in a region excluding a portion where the nozzle 150 and the first liquid repellent film 171 are formed on the surface of the liquid repellent film 170 by pressure bonding with a roller or the like while heating a film-like thermosetting resin or the like. To do.

次に、図１７（ｅ）に示すように、撥液膜１７０のレジスト１８１により覆われていない露出部分にレーザ等を照射して、レジスト１８１が形成されていない部分の撥液膜１７０を劣化させてその部分の撥液性を低下させるとともに、撥液膜１７０のノズル１５０に対応する部分を除去する（光線照射工程）。これにより、撥液膜１７０のうち、レーザが照射されて撥液性が低下した部分が第１撥液膜１７１となり、レジスト１８１に覆われレーザが照射されなかった部分が第２撥液膜１７２となる。そして、図１７（ｆ）に示すように、レジスト１８０、１８１を溶剤で溶かして除去することによりノズルプレート１４３は製造される。 Next, as shown in FIG. 17E, the exposed portion of the liquid repellent film 170 that is not covered with the resist 181 is irradiated with a laser or the like to deteriorate the portion of the liquid repellent film 170 where the resist 181 is not formed. Thus, the liquid repellency of the part is lowered, and the part of the liquid repellent film 170 corresponding to the nozzle 150 is removed (light irradiation step). As a result, in the liquid repellent film 170, the portion where the liquid repellency is lowered by the laser irradiation becomes the first liquid repellent film 171, and the portion covered with the resist 181 and not irradiated with the laser is the second liquid repellent film 172. It becomes. Then, as shown in FIG. 17F, the nozzle plate 143 is manufactured by dissolving and removing the resists 180 and 181 with a solvent.

金属製の基板１４３'にノズル１５０を形成するとバリ１４４が発生するが、このようにノズル１５０を形成してから第１撥液膜１７１及び第２撥液膜１７２を形成すると、第１撥液膜１７１及び第２撥液膜１７２を形成する前にバリを除去することができるので、第１撥液膜１７１及び第２撥液膜１７２を形成する前にノズルプレート１４３の表面を平坦化することができる。また、ノズルプレート１４３は金属であるので、他のプレート４０〜４２と拡散接合等により同時に接合することができ、この場合には製造工程を簡略化することができる。 When the nozzle 150 is formed on the metal substrate 143 ′, a burr 144 is generated. When the first liquid repellent film 171 and the second liquid repellent film 172 are formed after the nozzle 150 is formed in this way, the first liquid repellent film 172 ′ is formed. Since the burrs can be removed before the film 171 and the second liquid repellent film 172 are formed, the surface of the nozzle plate 143 is planarized before the first liquid repellent film 171 and the second liquid repellent film 172 are formed. be able to. Further, since the nozzle plate 143 is made of metal, it can be simultaneously bonded to the other plates 40 to 42 by diffusion bonding or the like, and in this case, the manufacturing process can be simplified.

本実施の形態では、インクジェットヘッドに本発明の液体移送装置を適用した一例について説明したが、この液体移送装置の適用可能な範囲はインクジェットヘッドに限られるものではない。 In this embodiment, an example in which the liquid transfer device of the present invention is applied to an inkjet head has been described. However, the applicable range of the liquid transfer device is not limited to the inkjet head.

本実施の形態に係るインクジェットプリンタの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of an inkjet printer according to an embodiment. 図１のインクジェットヘッドの拡大平面図である。FIG. 2 is an enlarged plan view of the inkjet head of FIG. 1. 図２のIII−III線断面図である。It is the III-III sectional view taken on the line of FIG. 図３のIV−IV線断面図である。It is the IV-IV sectional view taken on the line of FIG. ノズルプレートの平面拡大図である。It is a plane enlarged view of a nozzle plate. 図４の個別電極に電圧を印加しているときの状態を表したインクジェットヘッドの一部を拡大した断面図である。FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of a part of an inkjet head showing a state when a voltage is applied to the individual electrode of FIG. 4. 図６の個別電極の駆動電圧を一旦解除したときの状態を表した断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a state when the driving voltage of the individual electrode in FIG. 6 is once released. 図７の個別電極に再び駆動電圧を印加したときの状態を表した断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a state when a driving voltage is applied again to the individual electrode in FIG. 7. 図８のノズルから噴射されたインクが噴射される状態を表した断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a state in which ink ejected from the nozzle of FIG. 8 is ejected. 図９のインク噴射後の状態を表した断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a state after ink ejection in FIG. 9. 液滴階調を行うときの図４の個別電極に印加する電圧を表した図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a voltage applied to the individual electrode in FIG. 4 when performing droplet gradation. 図１１のように電圧を印加した場合の電圧の周波数と噴射されるインクの量の関係を表す図である。It is a figure showing the relationship between the frequency of the voltage at the time of applying a voltage like FIG. 11, and the quantity of the ejected ink. ノズルプレートの製造工程を表す工程図である。It is process drawing showing the manufacturing process of a nozzle plate. 第１変更形態の図５相当のノズルプレートの平面図である。It is a top view of the nozzle plate equivalent to FIG. 5 of the 1st modification. 第２変更形態の図５相当のノズルプレートの平面図である。It is a top view of the nozzle plate equivalent to FIG. 5 of the 2nd modification. 第３変更形態の図５相当のノズルプレートの平面図であり、（ａ）はノズルの出射口の形状が三角形の場合、（ｂ）はノズルの出射口の形状が四角形の場合の図である。It is a top view of the nozzle plate equivalent to FIG. 5 of a 3rd modification, (a) is a figure when the shape of the exit port of a nozzle is a triangle, (b) is a figure when the shape of the exit port of a nozzle is a rectangle. . 第４変更形態の金属材料からなるノズルプレートの製造工程を表す工程図である。It is process drawing showing the manufacturing process of the nozzle plate which consists of a metal material of a 4th modification form.

Explanation of symbols

１インクジェットプリンタ
３インクジェットヘッド
４３ノズルプレート
４４圧力室
５０ノズル
５１インク噴射面
７１第１撥液膜
７２第２撥液膜
１５０ノズル
１７１第１撥液膜
１７２第２撥液膜
２４３ノズルプレート
２４４圧力室
２５１インク噴射面
２７１第１撥液膜
２７２第２撥液膜
３７１第１撥液膜
３７３第３撥液膜
４４３、５４３ノズルプレート
４５０、５５０ノズル
４７１、５７１第１撥液膜
４７２、５７２第２撥液膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Inkjet printer 3 Inkjet head 43 Nozzle plate 44 Pressure chamber 50 Nozzle 51 Ink ejection surface 71 First liquid repellent film 72 Second liquid repellent film 150 Nozzle 171 First liquid repellent film 172 Second liquid repellent film 243 Nozzle plate 244 Pressure chamber 251 Ink ejection surface 271 First liquid repellent film 272 Second liquid repellent film 371 First liquid repellent film 373 Third liquid repellent film 443, 543 Nozzle plate 450, 550 Nozzle 471, 571 First liquid repellent film 472, 572 Second Liquid repellent film

Claims

A nozzle plate comprising a nozzle for ejecting liquid droplets and a liquid droplet ejecting surface on which an outlet of the nozzle is formed;
A flow path unit that circulates in the nozzle ;
A piezoelectric actuator that ejects droplets from the outlet of the nozzle by increasing the pressure of the liquid in the flow path unit, and
The droplet ejection surface is provided with a first liquid repellent area surrounding the emission port and a second liquid repellent area surrounding the first liquid repellent area adjacent to the first liquid repellent area. And
Liquid repellency of the first liquid repellent area, rather lower than the liquid repellent property of the second liquid repellent area,
The piezoelectric actuator raises the pressure of the liquid in the flow path unit and ejects liquid droplets from the outlet of the nozzle, and then the liquid overflowing from the nozzle as the liquid is ejected is in the nozzle. The liquid droplet ejecting apparatus , wherein the liquid droplets can be ejected by further increasing the pressure of the liquid in the flow path unit before returning to step (2) .

2. The droplet ejection according to claim 1, wherein a boundary between the first liquid-repellent region and the second liquid-repellent region is provided so that a shortest distance from the periphery of the emission port is always constant. apparatus.

The liquid droplet ejecting apparatus according to claim 2, wherein the emission port is circular.

The liquid droplet ejecting apparatus according to claim 2, wherein the first liquid repellency region has higher liquid repellency than an inner surface of the nozzle.

3. The droplet ejecting apparatus according to claim 2, wherein the wetting angle of the second liquid-repellent region is 20 ° or more higher than the wetting angle of the first liquid-repellent region.

The first liquid repellent area liquid-droplet jetting apparatus according to claim 3, characterized in that surrounds the exit opening in the heart circular.

The diameter of the outer peripheral part of a 1st liquid repellent area | region exists in the range of 1.1 to 1.5 times the diameter of the said exit, The droplet ejecting apparatus of Claim 6 characterized by the above-mentioned.

The liquid droplet ejecting apparatus according to claim 1, wherein the liquid droplet ejecting apparatus is an ink jet head.