JP6157129B2 - LIQUID DISCHARGE DEVICE, LIQUID DISCHARGE DEVICE MANUFACTURING METHOD, METAL WIRING MANUFACTURING METHOD, AND COLOR FILTER MANUFACTURING METHOD - Google Patents

LIQUID DISCHARGE DEVICE, LIQUID DISCHARGE DEVICE MANUFACTURING METHOD, METAL WIRING MANUFACTURING METHOD, AND COLOR FILTER MANUFACTURING METHOD Download PDF

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Description

本発明は、圧電体からなる隔壁部で仕切られて圧力室が形成された液体吐出装置、液体吐出装置の製造方法、金属配線の製造方法およびカラーフィルターの製造方法に関する。 The present invention relates to a liquid ejection device in which a pressure chamber is formed by being partitioned by a partition wall made of a piezoelectric body, a method for manufacturing the liquid ejection device, a method for manufacturing a metal wiring, and a method for manufacturing a color filter .

液体吐出装置である液体吐出ヘッドとして、圧力室内のインクの圧力を変化させ、インクに流れを発生させ、ノズルからインクを吐出させることにより液滴を噴射するものが普及している。特にドロップオンデマンド型のヘッドが最も一般的に普及している。また、インクに圧力を印加する方式には大きく2つの方式がある。それは、圧電素子への駆動信号により圧力室内の圧力を変化させることによりインクの圧力を変化させる方式と、抵抗体への駆動信号により圧力室内に気泡を発生させインクに圧力を加える方式である。   As a liquid discharge head that is a liquid discharge apparatus, a liquid discharge head that ejects droplets by changing the pressure of ink in a pressure chamber, generating a flow in the ink, and discharging the ink from a nozzle is widely used. In particular, drop-on-demand heads are most commonly used. There are two main methods for applying pressure to ink. That is, a method of changing the pressure of the ink by changing the pressure in the pressure chamber by a drive signal to the piezoelectric element, and a method of generating a bubble in the pressure chamber by a drive signal to the resistor and applying pressure to the ink.

圧電素子を用いた液体吐出ヘッドは、バルクの圧電材料を機械加工することにより、比較的容易に作製することも可能である。また、比較的インクの制約も少なく幅広い材料のインクを記録媒体に選択的に塗布できる利点も有している。このような観点から近年、液体吐出ヘッドをカラーフィルターの製造、配線形成等の工業用に利用する試みも多くなっている。   A liquid discharge head using a piezoelectric element can also be manufactured relatively easily by machining a bulk piezoelectric material. Further, there is an advantage that inks of a wide range of materials can be selectively applied to a recording medium with relatively few ink restrictions. From such a viewpoint, in recent years, there have been many attempts to use the liquid discharge head for industrial purposes such as color filter manufacturing and wiring formation.

工業用に利用する圧電方式の液体吐出ヘッドの中でもシェアモード方式が多く採用されている。シェアモード方式は分極処理された圧電体に直交方向に電界を印加することによりせん断変形することを利用している。変形させる圧電体は分極処理されたバルクの圧電材料にダイシングブレードによりインク溝等を加工して形成させる隔壁部である。その隔壁部の両側面には、圧電体を駆動するための電極対が形成され、ノズルが形成されたノズルプレート及びインク供給系を形成することにより液体吐出ヘッドが構成される(特許文献1参照)。   Of the piezoelectric liquid discharge heads used for industrial purposes, the share mode method is often employed. The shear mode method uses shear deformation by applying an electric field in an orthogonal direction to a piezoelectric body subjected to polarization treatment. The piezoelectric body to be deformed is a partition wall formed by processing ink grooves and the like with a dicing blade on a bulk piezoelectric material subjected to polarization treatment. An electrode pair for driving the piezoelectric body is formed on both side surfaces of the partition wall, and a liquid ejection head is configured by forming a nozzle plate on which nozzles are formed and an ink supply system (see Patent Document 1). ).

シェアモード方式の液体吐出ヘッドは比較的容易に製造可能であるが、所望の吐出速度を得るためには、圧電体からなる隔壁部の両側に加える電圧(電位差)によって圧電体をせん断変形させ、圧力室内の液体に加わる圧力を制御する必要がある。   The share mode liquid discharge head can be manufactured relatively easily, but in order to obtain a desired discharge speed, the piezoelectric body is shear-deformed by a voltage (potential difference) applied to both sides of the partition wall made of the piezoelectric body, It is necessary to control the pressure applied to the liquid in the pressure chamber.

圧電方式の液体吐出ヘッドの吐出性能は、一般的に電圧と吐出速度との関係で表され、吐出速度は電圧に対して比例することが知られている。低消費電力で吐出速度の制御性の良い液体吐出ヘッドを得るためには、低電圧で液滴を吐出でき、且つ、電圧に対する吐出速度の変化の割合(以下、「電圧感度」という)を小さくすることが必要である。   The discharge performance of a piezoelectric liquid discharge head is generally expressed by the relationship between voltage and discharge speed, and it is known that the discharge speed is proportional to the voltage. In order to obtain a liquid discharge head with low power consumption and good discharge speed control, droplets can be discharged at a low voltage, and the rate of change in discharge speed with respect to voltage (hereinafter referred to as “voltage sensitivity”) is reduced. It is necessary to.

吐出速度は、圧力室内の液体に加わる圧力に比例することから、圧電体の材料、隔壁部や圧力室の幅や高さによって液体に加わる圧力を調整することで制御できる。例えば、液体に加わる圧力を高めるためには、圧力室の幅を狭くしたり、圧力室の高さを高くしたりすることで、圧力室の変位体積を大きくすることが有効である。   Since the discharge speed is proportional to the pressure applied to the liquid in the pressure chamber, it can be controlled by adjusting the pressure applied to the liquid depending on the material of the piezoelectric body, the width and height of the partition wall and the pressure chamber. For example, in order to increase the pressure applied to the liquid, it is effective to increase the displacement volume of the pressure chamber by narrowing the width of the pressure chamber or increasing the height of the pressure chamber.

一方、変位体積と隔壁部や圧力室の構造の関係は、変位体積ΔVol、圧電定数d15、圧力室の高さH、隔壁部の幅T、電圧V、圧力室の長さz、に対して、ΔVol=(d15×H×z×V)÷(4×T)の関係式で表される。 On the other hand, the relationship between the displacement volume and the structure of the partition wall and the pressure chamber is as follows: displacement volume ΔVol, piezoelectric constant d 15 , pressure chamber height H, partition wall width T, voltage V, and pressure chamber length z. ΔVol = (d 15 × H × z × V) ÷ (4 × T).

特公平6−6375号公報Japanese Patent Publication No. 6-6375

しかし、長手方向全体に亘って、隔壁部の幅や圧力室の高さを変えて圧力室の変位体積を大きくしようとすると、上記関係式より電圧に対する変位体積の変化の割合が大きくなる。変位体積と液体に加わる圧力とは比例関係にあるので、結果として、液体に加わる圧力に対する電圧の変化の割合も大きくなる。つまり、低電圧で液滴を吐出させるために、単純に圧力室の幅や圧力室の高さを調整して圧力室内の液体に加わる圧力を高めようとすると、吐出速度の電圧感度が上昇し、液滴の吐出速度の制御性が低下する。   However, if an attempt is made to increase the displacement volume of the pressure chamber by changing the width of the partition wall or the height of the pressure chamber over the entire longitudinal direction, the rate of change of the displacement volume with respect to the voltage increases from the above relational expression. Since the displacement volume and the pressure applied to the liquid are in a proportional relationship, as a result, the rate of change in voltage with respect to the pressure applied to the liquid also increases. In other words, in order to discharge droplets at a low voltage, simply adjusting the width of the pressure chamber and the height of the pressure chamber to increase the pressure applied to the liquid in the pressure chamber increases the voltage sensitivity of the discharge speed. As a result, the controllability of the discharge speed of the liquid drops.

特に、微小液滴を吐出させるために、ノズルの径を例えば5[μm]〜15[μm]にまで小さくすると、ノズルの壁面とノズルの中心との距離が近くなるので、粘性抵抗や表面張力の影響が大きくなり、液体の流速がノズルの中心に集中し易くなる。このことから、ノズルから吐出方向に対して形成された液柱が千切れにくくなる。したがって、液柱が千切れて液滴が形成される際には、ノズルの中心部に蓄えられた運動エネルギーが大きく、そのため液滴の吐出速度が大きくなる。つまり、ノズルの径を小さくすることで、圧力室の液体に加わる圧力、即ち電極対に印加する電圧に対する液滴の吐出速度の変化の割合(電圧感度)がより急峻になり、液滴の吐出速度の制御性が更に低下する。   In particular, when the diameter of the nozzle is reduced to, for example, 5 [μm] to 15 [μm] in order to eject micro droplets, the distance between the nozzle wall surface and the center of the nozzle is reduced, so that viscous resistance and surface tension are reduced. And the flow velocity of the liquid tends to concentrate at the center of the nozzle. For this reason, the liquid column formed in the discharge direction from the nozzle is hardly broken. Therefore, when the liquid column is broken and droplets are formed, the kinetic energy stored in the central portion of the nozzle is large, and therefore the droplet discharge speed is increased. In other words, by reducing the diameter of the nozzle, the pressure applied to the liquid in the pressure chamber, that is, the rate of change in the droplet discharge speed (voltage sensitivity) with respect to the voltage applied to the electrode pair becomes steeper, and the droplet discharge Speed controllability is further reduced.

そこで、本発明は、液滴の吐出速度の制御性が向上する液体吐出装置、液体吐出装置の製造方法、液体吐出装置を用いた金属配線の製造方法およびカラーフィルターの製造方法を提供する。 Accordingly, the present invention provides a liquid ejection apparatus , a liquid ejection apparatus manufacturing method, a metal wiring manufacturing method using the liquid ejection apparatus, and a color filter manufacturing method that improve the controllability of the droplet ejection speed.

本発明は、互いに対向する第1基板及び第2基板と、前記第1基板と前記第2基板との間に高さ方向に対して直交する幅方向に間隔をあけて並設され、長手方向に延びる複数の圧力室を形成する、圧電体で構成された複数の隔壁部と、前記各圧力室の長手方向の第1端部の側に配置され、前記各圧力室に接続される各ノズルが形成されたノズル部材と、前記各圧力室の長手方向の前記第1端部に対して反対の第2端部の側に配置され、前記複数の圧力室に接続される共通液室を形成する共通液室形成部材と、前記各隔壁部を、ノズル側の部分においてせん断変形させる電界を印加する可動領域と共通液室側の部分において前記電界を印加しない非可動領域とに分割するように、前記各隔壁部の両側面に前記可動領域を挟んで対向して配置された複数の電極対と、を備え、前記各圧力室は、前記第2端部における前記長手方向に垂直な面に沿う断面の断面積が、前記可動領域と前記非可動領域との境界上の前記第1端部に最も近い第1境界点における前記長手方向に垂直な面に沿う断面の断面積よりも広くなるように形成されていることを特徴とする。   In the present invention, the first substrate and the second substrate facing each other, and the first substrate and the second substrate are arranged in parallel with a gap in the width direction perpendicular to the height direction. A plurality of partition walls made of a piezoelectric body that form a plurality of pressure chambers extending in the direction of a first end in the longitudinal direction of each pressure chamber, and each nozzle connected to each pressure chamber And a common liquid chamber connected to the plurality of pressure chambers and disposed on the side of the second end opposite to the first end in the longitudinal direction of each pressure chamber. The common liquid chamber forming member, and each partition wall portion is divided into a movable region to which an electric field for shear deformation is applied at the nozzle side portion and a non-movable region to which the electric field is not applied at the common liquid chamber side portion. , Arranged on both side surfaces of each partition wall so as to face each other across the movable region. A plurality of electrode pairs, and each pressure chamber has a cross-sectional area of a cross section along a plane perpendicular to the longitudinal direction at the second end, and the pressure chamber has a cross-sectional area on the boundary between the movable region and the non-movable region. The first boundary point closest to the first end is formed so as to be wider than a cross-sectional area of a cross section along a plane perpendicular to the longitudinal direction.

本発明によれば、液体吐出時に圧力室から共通液室へ向かう液体の流れが大きくなるので、ノズルへ向かう液体の流れが抑制され、液体に加わる圧力に対する液滴の吐出速度の変化の割合を低減することができ、液滴の吐出速度の制御性が向上する。   According to the present invention, the flow of liquid from the pressure chamber toward the common liquid chamber is increased during liquid discharge, so that the flow of liquid toward the nozzle is suppressed, and the rate of change in the droplet discharge speed with respect to the pressure applied to the liquid is reduced. Therefore, the controllability of the droplet discharge speed is improved.

本発明の第1実施形態に係る液体吐出装置である液体吐出ヘッドの一例としてインクジェットヘッドを示す分解模式図である。1 is an exploded schematic diagram illustrating an inkjet head as an example of a liquid ejection head that is a liquid ejection apparatus according to a first embodiment of the present invention. FIG. インクジェットヘッドにおけるインクの流れを示すインク流路の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the ink flow path showing the flow of ink in the inkjet head. 吐出ユニットの部分斜視図である。It is a fragmentary perspective view of a discharge unit. 吐出ユニットの部分断面図である。It is a fragmentary sectional view of a discharge unit. 吐出ユニットの一部分を示す部分斜視図である。It is a fragmentary perspective view which shows a part of discharge unit. 各電極に電圧を印加した際の隔壁部の変位及び圧力室の変形を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the displacement of a partition part at the time of applying a voltage to each electrode, and a deformation | transformation of a pressure chamber. 吐出ユニットにおいて第1基板を除いた部分の模式図である。It is a schematic diagram of the part except a 1st board | substrate in the discharge unit. 圧力室の模式図である。It is a schematic diagram of a pressure chamber. インクの吐出時のインクジェットヘッドの動作を説明するための摸式図である。It is a model for demonstrating operation | movement of the inkjet head at the time of ink discharge. インクジェットヘッドの製造方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of an inkjet head. インクジェットヘッドの製造方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of an inkjet head. インクジェットヘッドの製造方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of an inkjet head. インクジェットヘッドの製造方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of an inkjet head. インクジェットヘッドの製造方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of an inkjet head. 本発明の第2実施形態の圧力室の模式図である。It is a schematic diagram of the pressure chamber of 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態の圧力室の模式図である。It is a schematic diagram of the pressure chamber of 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態の圧力室の模式図である。It is a schematic diagram of the pressure chamber of 4th Embodiment of this invention. 吐出ユニットの断面を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the cross section of a discharge unit. 実施例、比較例1及び比較例2のインクジェットヘッドにおける印加電圧と液滴の吐出速度との関係を示すグラフである。4 is a graph showing a relationship between an applied voltage and a droplet discharge speed in the inkjet heads of Examples, Comparative Examples 1 and 2; 実施例、比較例1及び比較例2のインクジェットヘッドにおけるノズルの径と電圧感度との関係を示すグラフである。6 is a graph showing the relationship between nozzle diameter and voltage sensitivity in the inkjet heads of Examples, Comparative Examples 1 and 2; 実施例におけるインクジェットヘッドの圧力室を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the pressure chamber of the inkjet head in an Example. 圧力室の断面積比と電圧感度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the cross-sectional area ratio of a pressure chamber, and voltage sensitivity. 長さの比と電圧感度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between ratio of length and voltage sensitivity.

以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

[第1実施形態]
図1は、本発明の第1実施形態に係る液体吐出装置である液体吐出ヘッドの一例としてインクジェットヘッドを示す分解模式図である。図1に示すインクジェットヘッド100は、液体吐出方向A1と平行な長手方向A2に対して直交する幅方向Bに一列に並設された複数の圧力室1及び複数のダミー室2が形成された吐出ユニット10を備えている。吐出ユニット10の液体吐出側の面(前面)には、各圧力室1に対応して各ノズル30aが形成されたノズル部材としてのノズルプレート30が配置されている。吐出ユニット10とノズルプレート30とは、圧力室1とノズル30aとの位置が一致するよう(即ち、圧力室1とノズル30aとが連通するよう)アラインメントされて接着されている。これにより、各ノズル30aが各圧力室1に接続される。圧力室1は、前面から液体供給面(背面)に向けて突き抜けている。ダミー室2は、前面側には突き抜けているが、液体供給面(背面)側には突き抜けていない空気室である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is an exploded schematic view showing an ink jet head as an example of a liquid discharge head which is a liquid discharge apparatus according to the first embodiment of the present invention. The ink jet head 100 shown in FIG. 1 is a discharge in which a plurality of pressure chambers 1 and a plurality of dummy chambers 2 arranged in a line in a width direction B orthogonal to a longitudinal direction A2 parallel to the liquid discharge direction A1 are formed. A unit 10 is provided. A nozzle plate 30 as a nozzle member in which each nozzle 30 a is formed corresponding to each pressure chamber 1 is arranged on the surface (front surface) on the liquid discharge side of the discharge unit 10. The discharge unit 10 and the nozzle plate 30 are aligned and bonded so that the positions of the pressure chamber 1 and the nozzle 30a coincide (that is, the pressure chamber 1 and the nozzle 30a communicate with each other). Thereby, each nozzle 30 a is connected to each pressure chamber 1. The pressure chamber 1 penetrates from the front surface toward the liquid supply surface (back surface). The dummy chamber 2 is an air chamber that penetrates the front side but does not penetrate the liquid supply surface (back side).

吐出ユニット10の背面側には、インクタンク(不図示)と連通するインク供給口41とインク回収口42が設けられた、共通液室形成部材としてのマニホールド40が接合されている。また、吐出ユニット10の前面側には、各ダミー室2に連通する複数の前面溝7が形成されている。吐出ユニット10の上面には、フレキシブル基板50が接合されている。   A manifold 40 serving as a common liquid chamber forming member, which is provided with an ink supply port 41 and an ink recovery port 42 communicating with an ink tank (not shown), is joined to the back side of the discharge unit 10. A plurality of front grooves 7 communicating with the respective dummy chambers 2 are formed on the front side of the discharge unit 10. A flexible substrate 50 is bonded to the upper surface of the discharge unit 10.

図2は、インクジェットヘッド100におけるインクの流れを示すインク流路の断面模式図である。図3は、吐出ユニット10の部分斜視図であり、図4は、吐出ユニット10の部分断面図である。   FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the ink flow path showing the flow of ink in the inkjet head 100. FIG. 3 is a partial perspective view of the discharge unit 10, and FIG. 4 is a partial cross-sectional view of the discharge unit 10.

吐出ユニット10は、図3に示すように、互いに対向する2つの基板11,12(第1基板11及び第2基板12)と、第1基板11と第2基板12との間に高さ方向Cに対して直交する幅方向Bに間隔をあけて並設された複数の隔壁部3と、を有している。   As shown in FIG. 3, the discharge unit 10 has a height direction between two substrates 11 and 12 (a first substrate 11 and a second substrate 12) facing each other and between the first substrate 11 and the second substrate 12. And a plurality of partition walls 3 arranged in parallel in the width direction B orthogonal to C.

これら隔壁部3は、長尺に形成されており、複数の隔壁部3により、長手方向A2に延びる複数の圧力室1及び複数のダミー室2が形成されている。各隔壁部3は、高さ方向Cに分極された圧電体で構成されている。   The partition walls 3 are formed in a long shape, and a plurality of pressure chambers 1 and a plurality of dummy chambers 2 extending in the longitudinal direction A2 are formed by the plurality of partition walls 3. Each partition 3 is composed of a piezoelectric body polarized in the height direction C.

また、吐出ユニット10は、図4に示すように、各隔壁部3の幅方向Bの両側面に配置され、各隔壁部3をせん断変形させる複数の電極対(一対の電極)13を有している。つまり、各隔壁部3には、それぞれ電極対13が設けられている。具体的には、各隔壁部3には、液体吐出方向A1(長手方向A2)と直交する方向、即ち、幅方向Bの両側面に、信号電極14及び信号電極15からなる電極対13がそれぞれ設けられている。信号電極14は、ダミー室側に、信号電極15は、圧力室側に配置されている。   Further, as shown in FIG. 4, the discharge unit 10 has a plurality of electrode pairs (a pair of electrodes) 13 that are arranged on both side surfaces in the width direction B of each partition wall portion 3 and that shear-deform each partition wall portion 3. ing. That is, each partition wall 3 is provided with an electrode pair 13. Specifically, in each partition wall portion 3, an electrode pair 13 including a signal electrode 14 and a signal electrode 15 is provided on each side surface in the direction orthogonal to the liquid discharge direction A1 (longitudinal direction A2), that is, in the width direction B. Is provided. The signal electrode 14 is disposed on the dummy chamber side, and the signal electrode 15 is disposed on the pressure chamber side.

第2基板12の一方の面12aには、信号電極14に連続して接続され、信号電極14に電気的に導通する底面電極17と、信号電極15に連続して接続され、信号電極15に電気的に導通する底面電極18とが形成されている。ダミー室2において、両側に形成された底面電極17,17同士は、溝部19により分断されて電気的に絶縁されている。   One surface 12 a of the second substrate 12 is continuously connected to the signal electrode 14, is electrically connected to the signal electrode 14, and is continuously connected to the signal electrode 15. An electrically conductive bottom electrode 18 is formed. In the dummy chamber 2, the bottom electrodes 17, 17 formed on both sides are separated by a groove portion 19 and are electrically insulated.

信号電極14は、図1に示す前面溝7内に形成された前面電極を介して、取り出し電極4に電気的に接続されている。また、信号電極15は接地されている。これら電極対13に電圧が印加されることにより、隔壁部3には、分極方向と直交する方向(幅方向B)に電界が印加され、隔壁部3は、幅方向Bにせん断変形する圧電素子として機能する。具体的には、信号電極15をグラウンド電位とし、この信号電極15に対して信号電極14に電圧を印加する。圧力室1内の電極15はグラウンド電位であるため、導電性を有する液体を用いることができる。   The signal electrode 14 is electrically connected to the extraction electrode 4 through a front electrode formed in the front groove 7 shown in FIG. The signal electrode 15 is grounded. When a voltage is applied to these electrode pairs 13, an electric field is applied to the partition wall portion 3 in a direction orthogonal to the polarization direction (width direction B), and the partition wall portion 3 is subjected to shear deformation in the width direction B. Function as. Specifically, the signal electrode 15 is set to the ground potential, and a voltage is applied to the signal electrode 14 with respect to the signal electrode 15. Since the electrode 15 in the pressure chamber 1 has a ground potential, a conductive liquid can be used.

図2に示すように、圧力室1の液体吐出側である長手方向A2の第1端部1aの側には、ノズルプレート30が配置されている。一方、圧力室1の液体供給側である、第1端部1aに対して反対側の長手方向A2の第2端部1bの側には、マニホールド40が配置され、共通液室43が形成されている。この共通液室43は、各圧力室1に接続されている。共通液室43には、不図示のインクタンクから、インク供給口41を介してインクIが供給される。共通液室43に供給されたインクIは、各圧力室1へ充填される。そして、電極対13によって分極方向と直交する方向に電界が印加されることにより、隔壁部3がせん断変形し、圧力室1の体積が変化する。これにより、液体(液滴)であるインク(インク滴)Iがノズル30aから吐出される。   As shown in FIG. 2, a nozzle plate 30 is disposed on the first end 1 a side in the longitudinal direction A <b> 2 that is the liquid discharge side of the pressure chamber 1. On the other hand, on the liquid supply side of the pressure chamber 1, on the side of the second end 1b in the longitudinal direction A2 opposite to the first end 1a, the manifold 40 is disposed, and a common liquid chamber 43 is formed. ing. The common liquid chamber 43 is connected to each pressure chamber 1. Ink I is supplied to the common liquid chamber 43 from an ink tank (not shown) through the ink supply port 41. The ink I supplied to the common liquid chamber 43 is filled in each pressure chamber 1. Then, when the electric field is applied in the direction orthogonal to the polarization direction by the electrode pair 13, the partition wall 3 is sheared and the volume of the pressure chamber 1 is changed. Thereby, the ink (ink droplet) I which is a liquid (droplet) is ejected from the nozzle 30a.

本実施形態では、図4に示すように、複数の隔壁部3は、第2基板12の一方の面12aから突出するように互いに幅方向Bに間隔をあけて形成されている。即ち、複数の隔壁部3は、一方の面12aに、幅方向Bに間隔をあけて突設されている。そして、各隔壁部3の先端部3aと、第1基板11の一方の面11aとが接着剤16によって接合されて、圧力室1とダミー室2とが隔壁部3で仕切られて幅方向Bに交互に形成される。つまり、複数の圧力室1のうち隣り合う2つの圧力室1,1の間には、各隔壁部3で仕切られたダミー室2が形成されている。ダミー室2は、共通液室43に非接続となる空気室である。換言すると、圧力室1及びダミー室2は、隔壁部3で仕切られた空間、即ち、隔壁部3、第2基板12及び第1基板11で囲まれた空間である。   In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the plurality of partition walls 3 are formed at intervals in the width direction B so as to protrude from one surface 12 a of the second substrate 12. That is, the plurality of partition walls 3 are protruded from the one surface 12a with an interval in the width direction B. And the front-end | tip part 3a of each partition part 3 and the one surface 11a of the 1st board | substrate 11 are joined by the adhesive agent 16, and the pressure chamber 1 and the dummy chamber 2 are partitioned off by the partition part 3, and the width direction B Are alternately formed. That is, a dummy chamber 2 partitioned by the partition walls 3 is formed between two adjacent pressure chambers 1, 1 among the plurality of pressure chambers 1. The dummy chamber 2 is an air chamber that is not connected to the common liquid chamber 43. In other words, the pressure chamber 1 and the dummy chamber 2 are spaces partitioned by the partition walls 3, that is, spaces surrounded by the partition walls 3, the second substrate 12, and the first substrate 11.

圧力室1の長手方向A2に垂直な面に沿う断面の断面積は、図4に示すように、圧力室1の高さをH、圧力室1の幅をWとすると、H×Wとなっている。圧力室1の高さHは、隔壁部3の高さ方向Cの全体の高さと、接着剤16の厚さDとの和である。圧力室1の幅Wは、底面電極18の幅であり、隔壁部3の幅Tは、信号電極14と信号電極15との間の幅である。   The cross-sectional area of the cross section along the plane perpendicular to the longitudinal direction A2 of the pressure chamber 1 is H × W, where H is the height of the pressure chamber 1 and W is the width of the pressure chamber 1, as shown in FIG. ing. The height H of the pressure chamber 1 is the sum of the overall height in the height direction C of the partition wall 3 and the thickness D of the adhesive 16. The width W of the pressure chamber 1 is the width of the bottom electrode 18, and the width T of the partition wall 3 is a width between the signal electrode 14 and the signal electrode 15.

図3に示すように、第2基板12の他方の面12bには、取り出し電極4が、各圧力室1に対応して個別に形成されている。第2基板12に形成された取り出し電極4には、図1に示すように、フレキシブル基板50の信号配線51が接合される。この際、取り出し電極4と信号配線51は、それぞれアラインメント接合されている。   As shown in FIG. 3, the extraction electrode 4 is individually formed on the other surface 12 b of the second substrate 12 corresponding to each pressure chamber 1. As shown in FIG. 1, the signal wiring 51 of the flexible substrate 50 is joined to the extraction electrode 4 formed on the second substrate 12. At this time, the extraction electrode 4 and the signal wiring 51 are aligned and joined.

隔壁部3は、図4中の矢印で示すように、第2基板12の一方の面12aから突出し、高さ方向Cと平行方向に分極された基端側圧電体3Aと、それとは逆方向に分極された先端側圧電体3Bとが接着剤3Cによって接合された、シェブロン構造となっている。   As shown by the arrows in FIG. 4, the partition wall portion 3 protrudes from one surface 12 a of the second substrate 12 and is polarized in a direction parallel to the height direction C, and a reverse direction to the base-side piezoelectric body 3 </ b> A. It has a chevron structure in which the tip-side piezoelectric body 3B polarized in the direction is joined by an adhesive 3C.

次に、各電極14,15への電圧印加の方法について説明する。図5は、吐出ユニット10の一部分を示す部分斜視図である。図5(a)は吐出ユニット10の前面側から見た斜視図であり、図5(b)は吐出ユニット10を背面側から見た斜視図である。なお、図5においては、吐出ユニット10に、1つの圧力室1及び2つのダミー室2が形成されているものとしている。   Next, a method for applying a voltage to the electrodes 14 and 15 will be described. FIG. 5 is a partial perspective view showing a part of the discharge unit 10. 5A is a perspective view of the discharge unit 10 viewed from the front side, and FIG. 5B is a perspective view of the discharge unit 10 viewed from the back side. In FIG. 5, it is assumed that one pressure chamber 1 and two dummy chambers 2 are formed in the discharge unit 10.

図5(a)に示すように、第2基板12の他方の面12b上には複数の取り出し電極4,4,4及び共通電極22が形成されており、フレキシブル基板50(図1)の信号配線51に電気的に接続されている。 As shown in FIG. 5A, a plurality of extraction electrodes 4 1 , 4 2 , 4 3 and a common electrode 22 are formed on the other surface 12b of the second substrate 12, and the flexible substrate 50 (FIG. 1). ) Signal wiring 51.

前面溝7の内部には、図5(a)に示すように、信号電極14に連続して接続され、信号電極14に電気的に導通する前面電極20が形成されており、この前面電極20が取り出し電極4に電気的に導通するように接続されている。次に、図5(b)に示すように、信号電極15に連続して接続され、信号電極15に電気的に導通する背面電極21が形成されており、この背面電極21が、共通電極22を介して取り出し電極4,4に電気的に導通するように接続されている。 As shown in FIG. 5A, a front electrode 20 that is continuously connected to the signal electrode 14 and is electrically connected to the signal electrode 14 is formed in the front groove 7. There are connected so as to be electrically conductive to the extraction electrode 4 2. Next, as shown in FIG. 5B, a back electrode 21 that is continuously connected to the signal electrode 15 and is electrically connected to the signal electrode 15 is formed, and this back electrode 21 is connected to the common electrode 22. Are connected to the extraction electrodes 4 1 and 4 3 so as to be electrically conductive.

以上の電極構成で、フレキシブル基板50(図1)から取り出し電極4に電圧VAを印加すると、前面電極20を介して信号電極14に電圧VAが印加される。また同様に、図5(b)に示すように、フレキシブル基板50(図1)から取り出し電極4または4のいずれかに電圧VBを印加すると、背面電極21を介して信号電極15に電圧VBが印加される。なお、本実施形態では、電圧VBは、グラウンド電位である。 In the above electrode arrangement, when a voltage is applied to VA to the electrode 4 2 is taken out from the flexible substrate 50 (FIG. 1), the voltage VA is applied to the signal electrodes 14 via the front electrode 20. Similarly, as shown in FIG. 5 (b), the flexible substrate 50 by applying a voltage VB to one of the electrodes 4 1 and 4 3 removed from (FIG. 1), the voltage to the signal electrode 15 via the back electrode 21 VB is applied. In the present embodiment, the voltage VB is a ground potential.

次に、本実施形態に係るインクジェットヘッド100の動作について説明する。図6は、各電極に電圧を印加した際の隔壁部3の変位及び圧力室1の変形を説明するための模式図である。ここで説明のため、信号電極14には電圧VAが印加され、同様に信号電極15にはそれぞれ電圧VBが印加されるものとする。   Next, the operation of the inkjet head 100 according to this embodiment will be described. FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the displacement of the partition wall 3 and the deformation of the pressure chamber 1 when a voltage is applied to each electrode. Here, for the sake of explanation, it is assumed that the voltage VA is applied to the signal electrode 14, and similarly, the voltage VB is applied to the signal electrode 15.

図6(a)は、印加電圧VA=VBのいわゆる基底状態を示しており、この状態において隔壁部3は変位していない。   FIG. 6A shows a so-called ground state of the applied voltage VA = VB, and the partition 3 is not displaced in this state.

次に、図6(b)は、印加電圧VA>VBであるときの隔壁部3の変位及び圧力室1の変形の様子を示している。電圧VA,VBは、分極方向と直交する方向に印加されており、隔壁部3は、せん断変形する。この場合、各隔壁部3は、圧力室1の断面積が拡大する方向へ、くの字に変位する。各隔壁部3に対して、このように電圧を印加することで、圧力室1の内部にインクを充填することができる。   Next, FIG. 6B shows how the partition wall 3 is displaced and the pressure chamber 1 is deformed when the applied voltage VA> VB. The voltages VA and VB are applied in a direction orthogonal to the polarization direction, and the partition wall portion 3 undergoes shear deformation. In this case, each partition wall 3 is displaced in a dogleg shape in a direction in which the cross-sectional area of the pressure chamber 1 is enlarged. By applying a voltage to each partition wall 3 in this way, the ink in the pressure chamber 1 can be filled.

次に、図6(c)は、印加電圧VA<VBであるときの隔壁部3の変位及び圧力室1の変形の様子を示している。この場合、各隔壁部3は、圧力室1の断面積が縮小する方向へ、くの字に変位する。各隔壁部3に対して、このように電圧を印加することで、圧力室1の内部のインクを加圧し、ノズル30a(図1)からインクを吐出させることができる。   Next, FIG. 6C shows how the partition wall 3 is displaced and the pressure chamber 1 is deformed when the applied voltage VA <VB. In this case, each partition wall portion 3 is displaced in a U shape in a direction in which the cross-sectional area of the pressure chamber 1 is reduced. By applying a voltage to each partition wall 3 in this way, the ink inside the pressure chamber 1 can be pressurized and the ink can be ejected from the nozzle 30a (FIG. 1).

図7は、吐出ユニット10において第1基板11を除いた部分の模式図である。図7(a)は、吐出ユニット10において第1基板11を除いた部分の斜視図である。図7(b)は、図7(a)における圧力室1の長手方向A2に平行な面に沿う断面図であり、図7(c)は、図7(a)におけるダミー室2の長手方向A2に平行な面に沿う断面図である。各圧力室1の高さは、ノズル側の第1端部1aから長手方向A2に共通液室側の第2端部1bに向かって高くなっている。一方、各ダミー室2の高さは、ノズル側の端部2aから長手方向A2に共通液室側の端部2bに向かって低くなっており、共通液室43(図2)には連通していない。   FIG. 7 is a schematic view of a portion of the discharge unit 10 excluding the first substrate 11. FIG. 7A is a perspective view of a portion of the discharge unit 10 excluding the first substrate 11. 7B is a cross-sectional view taken along a plane parallel to the longitudinal direction A2 of the pressure chamber 1 in FIG. 7A, and FIG. 7C is a longitudinal direction of the dummy chamber 2 in FIG. 7A. It is sectional drawing which follows a surface parallel to A2. The height of each pressure chamber 1 is increased from the first end 1a on the nozzle side toward the second end 1b on the common liquid chamber side in the longitudinal direction A2. On the other hand, the height of each dummy chamber 2 decreases from the end portion 2a on the nozzle side toward the end portion 2b on the common liquid chamber side in the longitudinal direction A2, and communicates with the common liquid chamber 43 (FIG. 2). Not.

図8は、圧力室の模式図である。図8(a)は、圧力室1とダミー室2とを幅方向Bから見て重ね合わせたときの模式図である。図8(b)は、圧力室1の斜視図である。   FIG. 8 is a schematic diagram of the pressure chamber. FIG. 8A is a schematic diagram when the pressure chamber 1 and the dummy chamber 2 are overlapped when viewed from the width direction B. FIG. FIG. 8B is a perspective view of the pressure chamber 1.

各隔壁部3において、各電極対13は、ノズル側の部分でせん断変形させる電界を印加する可動領域R1と、共通液室側の部分で電界を印加しない非可動領域R2とに2分割するように、各隔壁部3の両側面に可動領域R1を挟んで対向して配置されている。   In each partition wall portion 3, each electrode pair 13 is divided into two, a movable region R 1 that applies an electric field to be sheared and deformed at the nozzle side portion, and a non-movable region R 2 that does not apply an electric field at the common liquid chamber side portion. Further, they are arranged on both side surfaces of each partition wall 3 so as to face each other with the movable region R1 interposed therebetween.

なお、本実施形態では、隔壁部3の両側面において、圧力室1側の側面全体、及びダミー室2の側面全体に導体が形成されているが、幅方向Bから見て互いに重なる部分のみが、電極14,15となる。   In the present embodiment, conductors are formed on the entire side surface on the pressure chamber 1 side and on the entire side surface of the dummy chamber 2 on both side surfaces of the partition wall portion 3, but only the portions that overlap each other when viewed in the width direction B. , Electrodes 14 and 15.

ここで、幅方向Bから見て、可動領域R1と非可動領域R2との境界X上の第1端部1aに最も近い第1境界点をP1、境界X上の第2端部1bに最も近い第2境界点をP2とする。また、第1境界点P1における長手方向A2に垂直な面に沿う圧力室1の断面の断面積をS1とし、第2端部1bにおける長手方向A2に垂直な面に沿う圧力室1の断面の断面積をS2とする。   Here, when viewed from the width direction B, the first boundary point closest to the first end 1a on the boundary X between the movable region R1 and the non-movable region R2 is P1, and the second boundary 1b on the boundary X is closest to the second end 1b. Let P2 be the near second boundary point. The cross-sectional area of the cross section of the pressure chamber 1 along the plane perpendicular to the longitudinal direction A2 at the first boundary point P1 is S1, and the cross section of the pressure chamber 1 along the plane perpendicular to the longitudinal direction A2 at the second end 1b is The cross-sectional area is S2.

各圧力室1は、断面積S2が断面積S1よりも広くなるように形成されている。本実施形態では、圧力室1の幅は、第1端部1aから第2端部1bに亘って一定の長さに形成されている。したがって、本実施形態では、第2端部1bにおける各圧力室1の高さH2が、第1境界点P1における各圧力室1の高さH1よりも高い。   Each pressure chamber 1 is formed so that the cross-sectional area S2 is larger than the cross-sectional area S1. In this embodiment, the width of the pressure chamber 1 is formed to have a constant length from the first end 1a to the second end 1b. Therefore, in the present embodiment, the height H2 of each pressure chamber 1 at the second end 1b is higher than the height H1 of each pressure chamber 1 at the first boundary point P1.

より具体的には、図8(b)に示すように、圧力室1において、ノズル側の第1端部1aから長手方向A2の途中までが、一定の高さH3(一定の断面積)の圧力室平坦部207となっている。そして、圧力室1において、第1端部1aから境界点P1までの長手方向A2の長さが、圧力室平坦部207の長手方向A2の長さより長くなっている。境界点P1における圧力室1の高さH1は、圧力室平坦部207における高さH3よりも高い。   More specifically, as shown in FIG. 8 (b), in the pressure chamber 1, the first end 1a on the nozzle side and the middle in the longitudinal direction A2 have a constant height H3 (a constant cross-sectional area). A pressure chamber flat portion 207 is formed. In the pressure chamber 1, the length in the longitudinal direction A 2 from the first end 1 a to the boundary point P 1 is longer than the length in the longitudinal direction A 2 of the pressure chamber flat portion 207. The height H1 of the pressure chamber 1 at the boundary point P1 is higher than the height H3 of the pressure chamber flat portion 207.

このとき、圧力室1において、長手方向A2に垂直な面に沿う断面の断面積をSとしたとき、断面積Sは、境界点P1から長手方向A2に共通液室43に向かって大きくなっており、共通液室43に接する面の断面積S2は、断面積Sにおいて最大面積である。   At this time, when the cross-sectional area of the cross section along the plane perpendicular to the longitudinal direction A2 is S in the pressure chamber 1, the cross-sectional area S increases from the boundary point P1 toward the common liquid chamber 43 in the longitudinal direction A2. The cross-sectional area S2 of the surface in contact with the common liquid chamber 43 is the maximum area in the cross-sectional area S.

本実施形態では、各圧力室1は、各圧力室1の長手方向A2に垂直な面に沿う断面の断面積Sが、第1境界点P1から第2端部1bに向かうに連れて連続的に広くなるように形成されている。なお、断面積Sが連続的に変化するものとしたが、段階的に広くなるように形成してもよい。   In the present embodiment, each pressure chamber 1 is continuous as the cross-sectional area S of the cross section along the plane perpendicular to the longitudinal direction A2 of each pressure chamber 1 moves from the first boundary point P1 toward the second end 1b. It is formed to be wide. In addition, although the cross-sectional area S shall change continuously, you may form so that it may become large in steps.

本実施形態において、圧力室1の長手方向A2の全長Lは、第1端部1aから第2境界点P2までの長さL1と、第2境界点P2から第2端部1bまでの長さL2の和であり、6[mm]〜14[mm]の範囲である。   In the present embodiment, the total length L in the longitudinal direction A2 of the pressure chamber 1 is a length L1 from the first end 1a to the second boundary point P2, and a length from the second boundary point P2 to the second end 1b. It is the sum of L2 and is in the range of 6 [mm] to 14 [mm].

また、隔壁部3(図4)の幅Tは、30[μm]〜100[μm]の範囲内であり、圧力室1の幅Wは、30[μm]〜100[μm]の範囲内である。   The width T of the partition wall 3 (FIG. 4) is in the range of 30 [μm] to 100 [μm], and the width W of the pressure chamber 1 is in the range of 30 [μm] to 100 [μm]. is there.

第1境界点P1における圧力室1の高さH1は、100[μm]〜400[μm]の範囲内であり、圧力室1における共通液室43と接する面の圧力室1の高さH2は、400[μm]〜1500[μm]である。   The height H1 of the pressure chamber 1 at the first boundary point P1 is in the range of 100 [μm] to 400 [μm], and the height H2 of the pressure chamber 1 on the surface in contact with the common liquid chamber 43 in the pressure chamber 1 is 400 [μm] to 1500 [μm].

本実施形態のインクジェットヘッド100の動作について説明する。図9は、本第1実施形態におけるインクの吐出時のインクジェットヘッド100の動作を説明するための摸式図である。   The operation of the inkjet head 100 of this embodiment will be described. FIG. 9 is a schematic diagram for explaining the operation of the inkjet head 100 when ink is ejected in the first embodiment.

図9(a)は、インクジェットヘッド100の断面図であり、駆動電圧VA=VB(図6(a))の状態である。基底状態にあり、圧力室1のインクには流れがない。   FIG. 9A is a cross-sectional view of the inkjet head 100, and shows a state where the drive voltage VA = VB (FIG. 6A). In the ground state, the ink in the pressure chamber 1 does not flow.

図9(b)は、VA>VB(図6(b))のとき、可動領域R1において、隔壁部3が圧力室1の断面積を拡大する方向へせん断変形する。ノズル30a内のインクが圧力室1側に向かって流れることで、メニスカス28がノズル30aの内部に引き込まれ、同時に共通液室43から圧力室1に向かってインクが流れるため、圧力室1の長手方向A2の中央部付近におけるインク圧力が上昇する。このとき、断面積S2が断面積S1よりも広く、圧力室1における流路抵抗が低くなっているので、圧力室1の可動領域R1に対応する部分に効率よくインクが供給される。   9B, when VA> VB (FIG. 6B), in the movable region R1, the partition wall portion 3 undergoes shear deformation in a direction in which the cross-sectional area of the pressure chamber 1 is enlarged. As the ink in the nozzle 30a flows toward the pressure chamber 1 side, the meniscus 28 is drawn into the nozzle 30a, and at the same time, the ink flows from the common liquid chamber 43 toward the pressure chamber 1, so that the length of the pressure chamber 1 is increased. The ink pressure near the center in the direction A2 increases. At this time, since the cross-sectional area S2 is larger than the cross-sectional area S1 and the flow path resistance in the pressure chamber 1 is low, ink is efficiently supplied to the portion corresponding to the movable region R1 of the pressure chamber 1.

図9(c)は、VA<VB(図6(c))のとき、可動領域R1において、隔壁部3が圧力室1の断面積を縮小する方向へ変位する。このとき圧力室1のインクに発生する圧力は最大となり、長手方向A2においてノズル30a側及び共通液室43側へのインク流れが発生する。   9C, when VA <VB (FIG. 6C), the partition wall portion 3 is displaced in the direction of reducing the cross-sectional area of the pressure chamber 1 in the movable region R1. At this time, the pressure generated in the ink in the pressure chamber 1 becomes maximum, and the ink flows toward the nozzle 30a and the common liquid chamber 43 in the longitudinal direction A2.

このとき、圧力室1における断面積Sが境界点P1(図9(a))から長手方向A2に共通液室43に向かって大きくなっているので、共通液室43に向かうインクの流れを大きくすることができる。つまり、圧力室1の非可動領域R2に対応する部分の流路抵抗が、圧力室1の可動領域R1に対応する部分の流路抵抗よりも小さく、圧力室1の圧縮時に第2端部1b側にインクが流れやすくなっている。その結果、ノズル30a側へ向かうインクの流れが低減され、圧力室1内のインクに加わる圧力に対する吐出速度の変化の割合、即ち電圧感度を小さくすることができる。これにより、ノズル30aから吐出される液滴の吐出速度の制御性が向上する。   At this time, since the cross-sectional area S in the pressure chamber 1 increases from the boundary point P1 (FIG. 9A) toward the common liquid chamber 43 in the longitudinal direction A2, the ink flow toward the common liquid chamber 43 is increased. can do. That is, the flow passage resistance of the portion corresponding to the non-movable region R2 of the pressure chamber 1 is smaller than the flow passage resistance of the portion corresponding to the movable region R1 of the pressure chamber 1, and the second end 1b when the pressure chamber 1 is compressed. The ink can easily flow to the side. As a result, the flow of ink toward the nozzle 30a is reduced, and the rate of change in the ejection speed with respect to the pressure applied to the ink in the pressure chamber 1, that is, the voltage sensitivity can be reduced. Thereby, the controllability of the discharge speed of the droplets discharged from the nozzle 30a is improved.

また、断面積Sが、第1境界点P1から第2端部1bに向かうに連れて連続的(又は段階的)に広くなるようにしているので、更に効果的にインクが流れやすくなる。したがって、ノズル30aから吐出される液滴の吐出速度の制御性がより向上する。   In addition, since the cross-sectional area S increases continuously (or stepwise) from the first boundary point P1 toward the second end 1b, the ink can flow more effectively. Therefore, the controllability of the discharge speed of the droplets discharged from the nozzle 30a is further improved.

このように、電圧感度を下げるためには、圧力室1において可動領域R1に対応する部分対する非可動領域R2に対応する部分の占める割合を大きくし、共通液室43に向かうインクの流れを制御することが効果的である。   Thus, in order to reduce the voltage sensitivity, the ratio of the portion corresponding to the non-movable region R2 to the portion corresponding to the movable region R1 in the pressure chamber 1 is increased, and the flow of ink toward the common liquid chamber 43 is controlled. It is effective to do.

一方、電極対13に印加する電圧を低電圧として液滴をノズル30aから吐出させるためには、可動領域R1における単位電圧あたりの変位体積を大きくし、インクに加わる圧力を高めることが効果的である。   On the other hand, in order to discharge a droplet from the nozzle 30a with a low voltage applied to the electrode pair 13, it is effective to increase the displacement volume per unit voltage in the movable region R1 and increase the pressure applied to the ink. is there.

これらを鑑みて、圧力室1における、可動領域R1に対応する部分の断面積と非可動領域R2に対応する部分の断面積との断面積比や、可動領域R1に対応する部分の長さと非可動領域R2に対応する部分の長さとの比を調整するのがよい。これらの比を調整することで、所望の電圧感度で液滴をノズル30aから吐出させることが可能となる。   In view of these, in the pressure chamber 1, the cross-sectional area ratio between the cross-sectional area of the portion corresponding to the movable region R1 and the cross-sectional area of the portion corresponding to the non-movable region R2, and the length and non-limit of the portion corresponding to the movable region R1. It is preferable to adjust the ratio with the length of the portion corresponding to the movable region R2. By adjusting these ratios, it is possible to eject droplets from the nozzle 30a with a desired voltage sensitivity.

次に、本実施形態におけるインクジェットヘッド100の製造方法について説明する。まず、図10に示すように、分極処理した2枚の圧電板23,23を、分極方向が互いに反対方向となるように反転して貼り合わせ、その後に研削などの加工により所望の寸法に加工し、圧電基板24とする。   Next, the manufacturing method of the inkjet head 100 in this embodiment is demonstrated. First, as shown in FIG. 10, the two piezoelectric plates 23 and 23 subjected to polarization treatment are reversed and bonded so that the polarization directions are opposite to each other, and then processed to a desired dimension by processing such as grinding. The piezoelectric substrate 24 is used.

続いて、圧電基板24に、図11に示すように隔壁溝25を加工することで、圧電体(アクチュエータ)からなる複数の隔壁部3を形成する。また、圧電基板24に、前面溝7を加工する。これらの溝加工については加工時に圧電基板24がキュリー温度以上とならないような、例えばダイヤモンドブレードによる切削加工などを用いることが好ましい。ただし、前面溝7については、後にアクチュエータとして動作する領域ではないため、圧電基板24のキュリー温度を考慮しない、例えばレーザー加工などを用いることができる。   Subsequently, a plurality of partition walls 3 made of piezoelectric bodies (actuators) are formed on the piezoelectric substrate 24 by processing the partition grooves 25 as shown in FIG. Further, the front groove 7 is processed in the piezoelectric substrate 24. For the groove processing, it is preferable to use, for example, a cutting process with a diamond blade so that the piezoelectric substrate 24 does not become the Curie temperature or higher during the processing. However, since the front groove 7 is not a region that will later operate as an actuator, for example, laser processing or the like that does not consider the Curie temperature of the piezoelectric substrate 24 can be used.

次に図12に示すように、隔壁溝25の加工が施された圧電基板24の、隔壁溝25の内部も含めた全面に、導電層26を付与する。これは無電解めっきなどによって容易に実現できる。   Next, as shown in FIG. 12, a conductive layer 26 is applied to the entire surface of the piezoelectric substrate 24 processed with the partition walls 25 including the inside of the partition grooves 25. This can be easily realized by electroless plating.

続いて、図13に示すように、隔壁部3の上面(先端部)3a上の導電層26を研磨などにより選択除去し、更に隔壁溝25内に導電層26を分断するよう、溝部19を加工する。なおここで加工される溝部19について、レーザー加工やダイヤモンドブレードによる切削加工で形成されれば良い。   Subsequently, as shown in FIG. 13, the conductive layer 26 on the upper surface (tip portion) 3a of the partition wall portion 3 is selectively removed by polishing or the like, and the groove portion 19 is formed so that the conductive layer 26 is further divided into the partition groove 25. Process. The groove 19 processed here may be formed by laser processing or cutting with a diamond blade.

次に、図14に示すように、隔壁部3の先端部3aに接着剤16を塗布し、第1基板11の一方の面11aと貼り合わせることで吐出ユニット10を得る。   Next, as shown in FIG. 14, the adhesive 16 is applied to the tip 3 a of the partition wall 3 and bonded to the one surface 11 a of the first substrate 11 to obtain the discharge unit 10.

接着剤16の塗布方法は、スクリーン印刷やバーコーターといった厚みを調整できる手段を用いて、隔壁部3の先端部3aに直接塗布しても良いし、フィルムやガラス基板に一旦塗布した後に、転写しても良い。接着剤16としては例えば、エポキシ系、フェノール系、ポリミイド系を用いることができる。   The method of applying the adhesive 16 may be applied directly to the tip 3a of the partition wall 3 by means of screen printing, bar coater, or other means capable of adjusting the thickness, or once applied to a film or glass substrate and then transferred. You may do it. As the adhesive 16, for example, epoxy, phenol, or polyimide can be used.

その後、吐出ユニット10の前面を研削及び研磨し、導電層26を除去すると共に所望の寸法形状に整える。また更に吐出ユニット10の上面に対し取り出し電極分断溝27を加工し、それぞれ電気的に分断された個別の電極4を得る。   Thereafter, the front surface of the discharge unit 10 is ground and polished, and the conductive layer 26 is removed and adjusted to a desired size and shape. Further, the take-out electrode dividing grooves 27 are processed on the upper surface of the discharge unit 10 to obtain individual electrodes 4 that are electrically divided.

上記一連の工程により、吐出ユニット10を形成した後、図1に示したようにノズルプレート30、マニホールド40、フレキシブル基板50などの貼り合わせを行い、本実施形態に係るインクジェットヘッド100を得るに至る。   After the discharge unit 10 is formed by the series of steps described above, the nozzle plate 30, the manifold 40, the flexible substrate 50, and the like are bonded together as shown in FIG. 1 to obtain the inkjet head 100 according to the present embodiment. .

[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態に係る液体吐出装置について説明する。本実施形態においても、液体吐出装置は、インクジェットヘッドである。図15は、本発明の第2実施形態の圧力室の模式図である。図15(a)は、圧力室とダミー室とを幅方向から見て重ね合わせたときの模式図である。図15(b)は、圧力室の斜視図である。
[Second Embodiment]
Next, a liquid ejection apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described. Also in this embodiment, the liquid ejection device is an inkjet head. FIG. 15 is a schematic diagram of a pressure chamber according to the second embodiment of the present invention. FIG. 15A is a schematic diagram when the pressure chamber and the dummy chamber are overlapped when viewed from the width direction. FIG. 15B is a perspective view of the pressure chamber.

上記第1実施形態と同様、図15(a)より、圧力室1を形成する隔壁部3において、電極対13で挟まれた部分は、せん断変形することから、可動領域R1とし、可動領域R1以外の領域は非可動領域R2とする。また、上記第1実施形態と同様、可動領域R1と非可動領域R2の境界上において長手方向A2のノズル側の端点を第1境界点P1とし、長手方向A2の共通液室側の端点を第2境界点P2としている。   As in the first embodiment, as shown in FIG. 15A, in the partition wall portion 3 forming the pressure chamber 1, the portion sandwiched between the electrode pairs 13 undergoes shear deformation, so that the movable region R1 is designated as the movable region R1. The area other than is assumed to be a non-movable area R2. Similarly to the first embodiment, on the boundary between the movable region R1 and the non-movable region R2, the end point on the nozzle side in the longitudinal direction A2 is defined as the first boundary point P1, and the end point on the common liquid chamber side in the longitudinal direction A2 is defined as the first end point. Two boundary points P2.

図15(b)より、長手方向A2に垂直な面に沿う圧力室1の断面の面積を、断面積Sとしたとき、断面積Sは、境界点P1から長手方向A2に共通液室側の第2端部1bに向かって大きくなっている。そして、共通液室に接する面の圧力室1の断面積S2は断面積Sにおいて最大面積である。   From FIG. 15 (b), when the area of the cross section of the pressure chamber 1 along the plane perpendicular to the longitudinal direction A2 is defined as the cross sectional area S, the cross sectional area S is from the boundary point P1 to the common liquid chamber side in the longitudinal direction A2. It becomes larger toward the second end 1b. The cross-sectional area S2 of the pressure chamber 1 on the surface in contact with the common liquid chamber is the maximum area in the cross-sectional area S.

また、圧力室1において、長手方向A2にノズル側の第1端部1aから共通液室側の第2端部1bに向かう途中まで断面積Sが一定の平坦部となっており、可動領域R1で挟まれた部分を可動領域平坦部206、平坦部全体を圧力室平坦部207とする。圧力室平坦部207の長手方向A2の長さは、可動領域平坦部206の長さよりも長い。   Further, in the pressure chamber 1, the cross-sectional area S is a flat portion in the longitudinal direction A2 from the first end 1a on the nozzle side to the second end 1b on the common liquid chamber side, and the movable region R1. The portion sandwiched between the movable regions is referred to as a movable region flat portion 206, and the entire flat portion is referred to as a pressure chamber flat portion 207. The length of the pressure chamber flat portion 207 in the longitudinal direction A2 is longer than the length of the movable region flat portion 206.

圧力室1の断面積S1と断面積S2とを比較したとき、断面積S2が断面積S1よりも広くなっている。具体的には、圧力室1の幅Wが一定で、圧力室1の高さH2が高さH1よりも高くなっている。   When the cross-sectional area S1 and the cross-sectional area S2 of the pressure chamber 1 are compared, the cross-sectional area S2 is wider than the cross-sectional area S1. Specifically, the width W of the pressure chamber 1 is constant, and the height H2 of the pressure chamber 1 is higher than the height H1.

そして、圧力室1の断面積Sは、第1境界点P1から第2端部1bに向かって途中まで一定であり、その途中から第2端部1bに近づくに連れて連続的に広くなっている。   The cross-sectional area S of the pressure chamber 1 is constant from the first boundary point P1 to the middle toward the second end 1b, and continuously increases from the middle toward the second end 1b. Yes.

以上の構成であっても、上記第1実施形態と同様、圧力室1における断面積Sが境界点P1から長手方向A2に共通液室43に向かって大きくなっているので、共通液室43に向かうインクの流れを大きくすることができる。つまり、圧力室1の非可動領域R2に対応する部分の流路抵抗が、圧力室1の可動領域R1に対応する部分の流路抵抗よりも小さく、圧力室1の圧縮時に第2端部1b側にインクが流れやすくなっている。その結果、液滴吐出時に、ノズル30a側へ向かうインクの流れが低減され、圧力室1内のインクに加わる圧力に対する吐出速度の変化の割合、即ち電圧感度を小さくすることができる。これにより、ノズル30aから吐出される液滴の吐出速度の制御性が向上する。   Even in the above configuration, the cross-sectional area S in the pressure chamber 1 increases from the boundary point P1 to the common liquid chamber 43 in the longitudinal direction A2 as in the first embodiment. The flow of ink heading can be increased. That is, the flow passage resistance of the portion corresponding to the non-movable region R2 of the pressure chamber 1 is smaller than the flow passage resistance of the portion corresponding to the movable region R1 of the pressure chamber 1, and the second end 1b when the pressure chamber 1 is compressed. The ink can easily flow to the side. As a result, the flow of ink toward the nozzle 30a is reduced when droplets are ejected, and the rate of change in ejection speed with respect to the pressure applied to the ink in the pressure chamber 1, that is, the voltage sensitivity can be reduced. Thereby, the controllability of the discharge speed of the droplets discharged from the nozzle 30a is improved.

[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態に係る液体吐出装置について説明する。本実施形態においても、液体吐出装置は、インクジェットヘッドである。図16は、本発明の第3実施形態の圧力室の模式図である。図16(a)は、圧力室とダミー室とを幅方向から見て重ね合わせたときの模式図である。図16(b)は、圧力室の斜視図である。
[Third Embodiment]
Next, a liquid ejection apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described. Also in this embodiment, the liquid ejection device is an inkjet head. FIG. 16 is a schematic view of a pressure chamber according to the third embodiment of the present invention. FIG. 16A is a schematic diagram when the pressure chamber and the dummy chamber are overlapped when viewed from the width direction. FIG. 16B is a perspective view of the pressure chamber.

本第3実施形態では、圧力室1の高さが長手方向A2に共通液室に向かって高くなっている領域に対応する部分にまで、隔壁部3の可動領域R1が延伸した構造である。より具体的には、図16(b)に示すように、圧力室1における可動領域平坦部206の長さが、圧力室平坦部207よりも長くなっている。   In the third embodiment, the movable region R1 of the partition wall 3 extends to a portion corresponding to a region where the height of the pressure chamber 1 is increased in the longitudinal direction A2 toward the common liquid chamber. More specifically, as shown in FIG. 16B, the length of the movable region flat portion 206 in the pressure chamber 1 is longer than that of the pressure chamber flat portion 207.

このとき、圧力室1の断面積Sは、第1境界点P1から長手方向A2に共通液室に向かって大きくなっており、共通液室に接する面の圧力室1の断面積S2は断面積Sにおいて最大面積である。   At this time, the cross-sectional area S of the pressure chamber 1 increases from the first boundary point P1 toward the common liquid chamber in the longitudinal direction A2, and the cross-sectional area S2 of the pressure chamber 1 on the surface in contact with the common liquid chamber is the cross-sectional area. S is the maximum area.

以上の構成であっても、上記第1実施形態と同様、圧力室1における断面積Sが境界点P1から長手方向A2に共通液室43に向かって大きくなっているので、共通液室43に向かうインクの流れを大きくすることができる。つまり、圧力室1の非可動領域R2に対応する部分の流路抵抗が、圧力室1の可動領域R1に対応する部分の流路抵抗よりも小さく、圧力室1の圧縮時に第2端部1b側にインクが流れやすくなっている。その結果、液滴吐出時に、ノズル30a側へ向かうインクの流れが低減され、圧力室1内のインクに加わる圧力に対する吐出速度の変化の割合、即ち電圧感度を小さくすることができる。これにより、ノズル30aから吐出される液滴の吐出速度の制御性が向上する。   Even in the above configuration, the cross-sectional area S in the pressure chamber 1 increases from the boundary point P1 to the common liquid chamber 43 in the longitudinal direction A2 as in the first embodiment. The flow of ink heading can be increased. That is, the flow passage resistance of the portion corresponding to the non-movable region R2 of the pressure chamber 1 is smaller than the flow passage resistance of the portion corresponding to the movable region R1 of the pressure chamber 1, and the second end 1b when the pressure chamber 1 is compressed. The ink can easily flow to the side. As a result, the flow of ink toward the nozzle 30a is reduced when droplets are ejected, and the rate of change in ejection speed with respect to the pressure applied to the ink in the pressure chamber 1, that is, the voltage sensitivity can be reduced. Thereby, the controllability of the discharge speed of the droplets discharged from the nozzle 30a is improved.

[第4実施形態]
次に、本発明の第4実施形態に係る液体吐出装置について説明する。本実施形態においても、液体吐出装置は、インクジェットヘッドである。図17は、本発明の第4実施形態の圧力室の模式図である。図17(a)は、圧力室とダミー室とを幅方向から見て重ね合わせたときの模式図である。図17(b)は、圧力室の斜視図である。
[Fourth Embodiment]
Next, a liquid ejection apparatus according to a fourth embodiment of the present invention will be described. Also in this embodiment, the liquid ejection device is an inkjet head. FIG. 17 is a schematic view of a pressure chamber according to the fourth embodiment of the present invention. FIG. 17A is a schematic diagram when the pressure chamber and the dummy chamber are overlapped when viewed from the width direction. FIG. 17B is a perspective view of the pressure chamber.

本第4実施形態では、ノズル側の第1端部1aから長手方向A2に第1境界点P1に向かって圧力室1の高さが段階的に大きくなっている。また、図17(b)に示すように、圧力室1の断面積Sは、第1境界点P1から長手方向A2に共通液室に向かって大きくなっており、共通液室に接する面の圧力室1の断面積S2は断面積Sにおいて最大面積である。   In the fourth embodiment, the height of the pressure chamber 1 gradually increases from the first end 1a on the nozzle side in the longitudinal direction A2 toward the first boundary point P1. As shown in FIG. 17B, the cross-sectional area S of the pressure chamber 1 increases from the first boundary point P1 toward the common liquid chamber in the longitudinal direction A2, and the pressure on the surface in contact with the common liquid chamber The cross-sectional area S2 of the chamber 1 is the maximum area in the cross-sectional area S.

以上の構成であっても、上記第1実施形態と同様、圧力室1における断面積Sが境界点P1から長手方向A2に共通液室43に向かって大きくなっているので、共通液室43に向かうインクの流れを大きくすることができる。つまり、圧力室1の非可動領域R2に対応する部分の流路抵抗が、圧力室1の可動領域R1に対応する部分の流路抵抗よりも小さく、圧力室1の圧縮時に第2端部1b側にインクが流れやすくなっている。その結果、液滴吐出時に、ノズル30a側へ向かうインクの流れが低減され、圧力室1内のインクに加わる圧力に対する吐出速度の変化の割合、即ち電圧感度を小さくすることができる。これにより、ノズル30aから吐出される液滴の吐出速度の制御性が向上する。   Even in the above configuration, the cross-sectional area S in the pressure chamber 1 increases from the boundary point P1 to the common liquid chamber 43 in the longitudinal direction A2 as in the first embodiment. The flow of ink heading can be increased. That is, the flow passage resistance of the portion corresponding to the non-movable region R2 of the pressure chamber 1 is smaller than the flow passage resistance of the portion corresponding to the movable region R1 of the pressure chamber 1, and the second end 1b when the pressure chamber 1 is compressed. The ink can easily flow to the side. As a result, the flow of ink toward the nozzle 30a is reduced when droplets are ejected, and the rate of change in ejection speed with respect to the pressure applied to the ink in the pressure chamber 1, that is, the voltage sensitivity can be reduced. Thereby, the controllability of the discharge speed of the droplets discharged from the nozzle 30a is improved.

図18は、吐出ユニット10の断面を示す模式図である。図18(a)は本実施例に係る吐出ユニット10の構造であり、圧力室1の長さLは12[mm]である。   FIG. 18 is a schematic diagram showing a cross section of the discharge unit 10. FIG. 18A shows the structure of the discharge unit 10 according to this embodiment, and the length L of the pressure chamber 1 is 12 [mm].

圧力室1の長手方向A2における長さLは12[mm]であり、長手方向A2において第1境界点P1から共通液室43に向かって圧力室1の断面積Sは大きくなっている。一方、共通液室43に接する圧力室1の断面積S2は、第1境界点P1における圧力室1の断面積S1より大きくなっており、断面積S1は圧力室1における最大断面積である。より具体的には、第1境界点P1における圧力室1の高さH1は240[μm]、共通液室43に接する面の圧力室1の高さH2は650[μm]で、圧力室1の幅W(図8参照)は60[μm]である。   The length L in the longitudinal direction A2 of the pressure chamber 1 is 12 [mm], and the cross-sectional area S of the pressure chamber 1 increases from the first boundary point P1 toward the common liquid chamber 43 in the longitudinal direction A2. On the other hand, the sectional area S2 of the pressure chamber 1 in contact with the common liquid chamber 43 is larger than the sectional area S1 of the pressure chamber 1 at the first boundary point P1, and the sectional area S1 is the maximum sectional area in the pressure chamber 1. More specifically, the height H1 of the pressure chamber 1 at the first boundary point P1 is 240 [μm], the height H2 of the pressure chamber 1 on the surface in contact with the common liquid chamber 43 is 650 [μm], and the pressure chamber 1 The width W (see FIG. 8) is 60 [μm].

また、第1端部1a(ノズル30a)と第2境界点P2との間の長手方向A2の長さL1は7.3[mm]、第2境界点P2と第2端部1b(共通液室43)との間の長手方向A2の長さL2は4.7[mm]である。   The length L1 in the longitudinal direction A2 between the first end 1a (nozzle 30a) and the second boundary point P2 is 7.3 [mm], and the second boundary point P2 and the second end 1b (common liquid) The length L2 in the longitudinal direction A2 between the chamber 43) is 4.7 [mm].

断面積Sは、圧力室1の高さHと圧力室1の幅Wの積で表され、断面積S1と断面積S2との比をR11(=S1/S2)とすると、圧力室1における断面積の比R11は2.7である。また、長さL1と長さL2の比をR12(=L2/L1)とすると、長さの比R12は0.64である。   The cross-sectional area S is represented by the product of the height H of the pressure chamber 1 and the width W of the pressure chamber 1, and the ratio of the cross-sectional area S1 and the cross-sectional area S2 is R11 (= S1 / S2). The cross-sectional area ratio R11 is 2.7. When the ratio of the length L1 to the length L2 is R12 (= L2 / L1), the length ratio R12 is 0.64.

図18(b)は、比較例1の吐出ユニットの構造であり、断面積Sは長手方向A2において一定の高さ及び一定の幅である。即ち、第1境界点P1を交差する圧力室の断面積S1から共通液室に接する圧力室の断面積S2まで同じ断面積である。   FIG. 18B shows the structure of the discharge unit of Comparative Example 1, and the cross-sectional area S has a constant height and a constant width in the longitudinal direction A2. That is, the cross-sectional area is the same from the cross-sectional area S1 of the pressure chamber intersecting the first boundary point P1 to the cross-sectional area S2 of the pressure chamber in contact with the common liquid chamber.

より具体的には、圧力室の長さLは、実施例と同様、12[mm]である。長さL1は11[mm]、長さL2は1[mm]、圧力室の幅Wは60[μm]である。   More specifically, the length L of the pressure chamber is 12 [mm] as in the embodiment. The length L1 is 11 [mm], the length L2 is 1 [mm], and the width W of the pressure chamber is 60 [μm].

また、第1境界点P1における圧力室の高さH1は240[μm]、共通液室に接する面の圧力室の高さH2も240[μm]である。断面積S1と断面積S2との比R11は1.0である。また、長さL1と長さL2の比R12は0.09である。   The height H1 of the pressure chamber at the first boundary point P1 is 240 [μm], and the height H2 of the pressure chamber on the surface in contact with the common liquid chamber is also 240 [μm]. The ratio R11 between the cross-sectional area S1 and the cross-sectional area S2 is 1.0. The ratio R12 between the length L1 and the length L2 is 0.09.

図18(c)は、比較例2の吐出ユニットの構造であり、比較例1(図18(b))に対して、圧力室の長さLを8[mm]に短くしたものである。第1境界点P1における圧力室の高さH1は240[μm]、共通液室に接する面の圧力室の高さH2は240[μm]、圧力室の幅Wは60[μm]である。   FIG. 18C shows the structure of the discharge unit of Comparative Example 2, in which the length L of the pressure chamber is shortened to 8 [mm] compared to Comparative Example 1 (FIG. 18B). The height H1 of the pressure chamber at the first boundary point P1 is 240 [μm], the height H2 of the pressure chamber on the surface in contact with the common liquid chamber is 240 [μm], and the width W of the pressure chamber is 60 [μm].

また、長さL1は実施例と同様、7.3[mm]である。長さL2は0.7[mm]である。断面積S1と断面積S2との比R11は1.0である。また、長さL1と長さL2の比R12は0.09である。   Moreover, the length L1 is 7.3 [mm] like the embodiment. The length L2 is 0.7 [mm]. The ratio R11 between the cross-sectional area S1 and the cross-sectional area S2 is 1.0. The ratio R12 between the length L1 and the length L2 is 0.09.

その他、実施例(図18(a))、比較例1(図18(b))、比較例2(図18(c))共に隔壁部の幅Tは70[μm]、ノズルの径は10[μm]である。   In addition, in the example (FIG. 18A), the comparative example 1 (FIG. 18B), and the comparative example 2 (FIG. 18C), the partition wall width T is 70 [μm] and the nozzle diameter is 10. [Μm].

図19は、実施例、比較例1及び比較例2のインクジェットヘッドにおける印加電圧と液滴の吐出速度との関係を示すグラフである。この特性を比較した結果を表1に示す。   FIG. 19 is a graph showing the relationship between the applied voltage and the droplet discharge speed in the inkjet heads of the example, comparative example 1 and comparative example 2. The results of comparing these characteristics are shown in Table 1.

Figure 0006157129
Figure 0006157129

比較例1は電圧感度が2.0[m/s/V]と高いのに対し、比較例1と比較して圧力室の全長Lを短くした比較例2の電圧感度は、1.4[m/s/V]となり、比較例1よりも電圧感度を低減できる。しかし、比較例2では、液滴を吐出させるための電圧の閾値が比較例1に比べて上がっている。一方、本実施例では、比較例1に対して吐出させるための電圧の閾値を上げることなく、比較例1,2よりも電圧感度を下げることができている。   The voltage sensitivity of Comparative Example 1 is as high as 2.0 [m / s / V], whereas the voltage sensitivity of Comparative Example 2 in which the total length L of the pressure chamber is shorter than that of Comparative Example 1 is 1.4 [m / s / V]. m / s / V], and the voltage sensitivity can be reduced as compared with Comparative Example 1. However, in Comparative Example 2, the threshold voltage for discharging droplets is higher than that in Comparative Example 1. On the other hand, in this embodiment, the voltage sensitivity can be lowered as compared with Comparative Examples 1 and 2 without increasing the threshold value of the voltage for discharging with respect to Comparative Example 1.

図20は、実施例、比較例1及び比較例2のインクジェットヘッドにおけるノズルの径と電圧感度との関係を示すグラフである。   FIG. 20 is a graph showing the relationship between the nozzle diameter and the voltage sensitivity in the inkjet heads of the example, comparative example 1, and comparative example 2.

ノズルの径を小さくしていくほど、電圧感度が大きくなっていくことが分かる。望ましい電圧感度0.5[V/m/s]〜1.0[V/m/s]にするためには、比較例1であればノズルの径は、少なくとも30[μm]必要である。比較例2ではノズルの径は、少なくとも20[μm]必要であることがわかる。一方、本実施例では、ノズルの径が、5[μm]〜15[μm]の範囲内である場合に効果的であることがわかる。   It can be seen that the voltage sensitivity increases as the nozzle diameter decreases. In order to obtain a desired voltage sensitivity of 0.5 [V / m / s] to 1.0 [V / m / s], in Comparative Example 1, the nozzle diameter needs to be at least 30 [μm]. In Comparative Example 2, it can be seen that the nozzle diameter needs to be at least 20 [μm]. On the other hand, it can be seen that this embodiment is effective when the diameter of the nozzle is in the range of 5 [μm] to 15 [μm].

図21は、本実施例におけるインクジェットヘッドの圧力室を示す模式図である。図21(a)は、インクジェットヘッドの圧力室の断面図、図21(b)は、インクジェットヘッドの圧力室の斜視図である。この図21の構成で、共通液室43に接する面の圧力室1の高さH2を250[μm]〜650[μm]の範囲まで変えることで、圧力室1の断面積S1と圧力室1の断面積S2の比R11=S2/S1を変えて評価した。   FIG. 21 is a schematic diagram showing a pressure chamber of the ink jet head in the present embodiment. FIG. 21A is a cross-sectional view of the pressure chamber of the inkjet head, and FIG. 21B is a perspective view of the pressure chamber of the inkjet head. In the configuration of FIG. 21, by changing the height H2 of the pressure chamber 1 on the surface in contact with the common liquid chamber 43 to a range of 250 [μm] to 650 [μm], the cross-sectional area S1 of the pressure chamber 1 and the pressure chamber 1 The ratio R11 = S2 / S1 of the cross-sectional area S2 was changed and evaluated.

その他、圧力室1の長さLは12[mm]、ノズル30aから第2境界点P2までの長手方向A2の長さL1は7.3[mm]、第2境界点P2から共通液室43までの長手方向A2の長さL2は4.7[mm]とした。圧力室1の高さH1は240[μm]、圧力室1の幅Wは60[μm]、隔壁部の幅Tは70[μm]とした。   In addition, the length L of the pressure chamber 1 is 12 [mm], the length L1 in the longitudinal direction A2 from the nozzle 30a to the second boundary point P2 is 7.3 [mm], and the common liquid chamber 43 from the second boundary point P2 The length L2 in the longitudinal direction A2 was set to 4.7 [mm]. The height H1 of the pressure chamber 1 is 240 [μm], the width W of the pressure chamber 1 is 60 [μm], and the width T of the partition wall is 70 [μm].

図22は、圧力室1の断面積比R11と電圧感度との関係を示すグラフである。圧力室1の断面積比R11を大きくすることで、電圧感度を下げることができることができる。   FIG. 22 is a graph showing the relationship between the cross-sectional area ratio R11 of the pressure chamber 1 and the voltage sensitivity. The voltage sensitivity can be lowered by increasing the cross-sectional area ratio R11 of the pressure chamber 1.

望ましい電圧感度0.5[V/m/s]〜1.0[V/m/s]にするためには、圧力室1の断面積比R11が1.8〜3.5の範囲内とするのがよいことがわかる。   In order to obtain a desired voltage sensitivity of 0.5 [V / m / s] to 1.0 [V / m / s], the cross-sectional area ratio R11 of the pressure chamber 1 is in the range of 1.8 to 3.5. It turns out that it is good to do.

図23は、長さの比R12と電圧感度との関係を示すグラフである。圧力室1の長さLは12[mm]で一定であり、ノズル30aから第2境界点P2までの長さL1を4[mm]〜10[mm]の範囲にすることで、圧力室1における長さの比R12を0.6〜1.7の範囲に設定し、電圧感度との関係を評価した。その他、第1境界点P1における圧力室1の高さH1は250[μm]、共通液室43に接する面の圧力室1の高さH2は400[μm]、圧力室1の幅Wは60[μm]、隔壁部の幅Tは70[μm]とした。   FIG. 23 is a graph showing the relationship between the length ratio R12 and the voltage sensitivity. The length L of the pressure chamber 1 is constant at 12 [mm], and the length L1 from the nozzle 30a to the second boundary point P2 is in the range of 4 [mm] to 10 [mm], so that the pressure chamber 1 The length ratio R12 in the range was set in the range of 0.6 to 1.7, and the relationship with the voltage sensitivity was evaluated. In addition, the height H1 of the pressure chamber 1 at the first boundary point P1 is 250 [μm], the height H2 of the pressure chamber 1 on the surface in contact with the common liquid chamber 43 is 400 [μm], and the width W of the pressure chamber 1 is 60 [Μm], and the partition wall width T was set to 70 [μm].

図23より、圧力室1における可動領域と非可動領域の長さの比R12を大きくすることで、電圧感度を下げることができる。望ましい電圧感度0.5〜1.0[V/m/s]にするためには、R12が0.6〜1.7の範囲内とするのがよいことがわかる。   From FIG. 23, the voltage sensitivity can be lowered by increasing the ratio R12 of the length of the movable region and the non-movable region in the pressure chamber 1. It can be seen that R12 should be in the range of 0.6 to 1.7 in order to achieve the desired voltage sensitivity of 0.5 to 1.0 [V / m / s].

つまり、圧力室1を形成する隔壁部3全体を可動領域とすると、電圧感度が下がりすぎでしまう。これに対し、隔壁部3を、ノズル側の部分においてせん断変形させる電界を印加する可動領域と共通液室側の部分において電界を印加しない非可動領域とに2分割することで、電圧感度を適正な値にすることができる。そして、比R12を0.6〜1.7の範囲内とすることで、より適正な電圧感度に設定することができる。   In other words, if the entire partition wall 3 forming the pressure chamber 1 is a movable region, the voltage sensitivity is too low. In contrast to this, the partition wall 3 is divided into two parts, a movable region to which an electric field for shear deformation is applied at the nozzle side portion and a non-movable region to which an electric field is not applied at the common liquid chamber side portion, thereby ensuring proper voltage sensitivity. Can be set to any value. And it can set to more appropriate voltage sensitivity by making ratio R12 into the range of 0.6-1.7.

なお、本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。   The present invention is not limited to the embodiments described above, and many modifications can be made by those having ordinary knowledge in the art within the technical idea of the present invention.

上記実施形態では、液体吐出ヘッドとして、プリンタ等に用いられるインクジェットヘッドについて説明したが、これに限定するものではない。例えば、液体として、金属配線を形成する際に用いられる、金属微粒子を含有させた液体を吐出するヘッドであってもよいし、レジストパターニングに用いられる、レジストインクであっても良い。   In the above embodiment, the ink jet head used in a printer or the like has been described as the liquid discharge head, but the present invention is not limited to this. For example, it may be a head that discharges a liquid containing metal fine particles used when forming metal wiring as the liquid, or may be a resist ink used for resist patterning.

また、上記実施形態では、隔壁部が、高さ方向に分極された基端圧電体と基端圧電体とは反対方向に分極された先端圧電体とを接合して構成された圧電体である場合について説明したが、高さ方向に一方向に分極された圧電体で構成されていてもよい。   In the above embodiment, the partition wall is a piezoelectric body configured by joining a base end piezoelectric body polarized in the height direction and a front end piezoelectric body polarized in a direction opposite to the base end piezoelectric body. Although the case has been described, it may be composed of a piezoelectric body polarized in one direction in the height direction.

1…圧力室、1a…第1端部、1b…第2端部、3…隔壁部、11…第1基板、12…第2基板、13…電極対、30…ノズルプレート(ノズル部材)、30a…ノズル、40…マニホールド(共通液室形成部材)、43…共通液室、100…インクジェットヘッド(液体吐出装置)、P1…第1境界点、P2…第2境界点、R1…可動領域、R2…非可動領域 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Pressure chamber, 1a ... 1st edge part, 1b ... 2nd edge part, 3 ... Partition part, 11 ... 1st board | substrate, 12 ... 2nd board | substrate, 13 ... Electrode pair, 30 ... Nozzle plate (nozzle member), 30a ... Nozzle, 40 ... Manifold (common liquid chamber forming member), 43 ... Common liquid chamber, 100 ... Inkjet head (liquid ejection device), P1 ... First boundary point, P2 ... Second boundary point, R1 ... Movable region, R2 ... Non-movable area

Claims (10)

互いに対向する第1基板及び第2基板と、
前記第1基板と前記第2基板との間に高さ方向に対して直交する幅方向に間隔をあけて並設され、長手方向に延びる複数の圧力室を形成する、圧電体で構成された複数の隔壁部と、
前記各圧力室の長手方向の第1端部の側に配置され、前記各圧力室に接続される各ノズルが形成されたノズル部材と、
前記各圧力室の長手方向の前記第1端部に対して反対の第2端部の側に配置され、前記複数の圧力室に接続される共通液室を形成する共通液室形成部材と、
前記各隔壁部を、ノズル側の部分においてせん断変形させる電界を印加する可動領域と共通液室側の部分において前記電界を印加しない非可動領域とに分割するように、前記各隔壁部の両側面に前記可動領域を挟んで対向して配置された複数の電極対と、を備え、
前記各圧力室は、前記第2端部における前記長手方向に垂直な面に沿う断面の断面積が、前記可動領域と前記非可動領域との境界上の前記第1端部に最も近い第1境界点における前記長手方向に垂直な面に沿う断面の断面積よりも広くなるように形成されていることを特徴とする液体吐出装置。
A first substrate and a second substrate facing each other;
The first substrate and the second substrate are arranged in parallel with a gap in the width direction orthogonal to the height direction, and are formed of a piezoelectric body that forms a plurality of pressure chambers extending in the longitudinal direction. A plurality of partition walls,
A nozzle member which is disposed on the first end portion side in the longitudinal direction of each pressure chamber and in which each nozzle connected to each pressure chamber is formed;
A common liquid chamber forming member disposed on the second end opposite to the first end in the longitudinal direction of each pressure chamber and forming a common liquid chamber connected to the plurality of pressure chambers;
Both side surfaces of each partition wall so as to divide each partition wall into a movable region to which an electric field for shear deformation is applied at the nozzle side portion and a non-movable region to which the electric field is not applied at a common liquid chamber side portion. A plurality of electrode pairs arranged opposite to each other with the movable region interposed therebetween,
Each of the pressure chambers has a cross-sectional area of a cross section along a plane perpendicular to the longitudinal direction at the second end portion that is closest to the first end portion on the boundary between the movable region and the non-movable region. A liquid ejecting apparatus, wherein the liquid ejecting apparatus is formed so as to be wider than a cross-sectional area of a cross section along a plane perpendicular to the longitudinal direction at a boundary point.
前記第2端部における前記各圧力室の高さが、前記第1境界点における前記各圧力室の高さよりも高いことを特徴とする請求項1に記載の液体吐出装置。   2. The liquid ejection apparatus according to claim 1, wherein a height of each pressure chamber at the second end is higher than a height of each pressure chamber at the first boundary point. 前記各圧力室は、前記各圧力室の前記長手方向に垂直な面に沿う断面の断面積が、前記第1境界点から前記第2端部に向かうに連れて連続的又は段階的に広くなるように形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の液体吐出装置。   In each of the pressure chambers, a cross-sectional area of a cross section along a plane perpendicular to the longitudinal direction of each of the pressure chambers becomes wider continuously or stepwise from the first boundary point toward the second end portion. The liquid ejecting apparatus according to claim 1, wherein the liquid ejecting apparatus is formed as described above. 前記複数の圧力室のうち隣り合う2つの圧力室の間には、前記共通液室に非接続となり、前記各隔壁部で仕切られた空気室が形成されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の液体吐出装置。   2. An air chamber that is disconnected from the common liquid chamber and is partitioned by the partition walls is formed between two adjacent pressure chambers of the plurality of pressure chambers. 4. The liquid ejection device according to any one of items 1 to 3. 前記ノズルの径が、5[μm]〜15[μm]の範囲内であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の液体吐出装置。   5. The liquid ejection apparatus according to claim 1, wherein a diameter of the nozzle is in a range of 5 [μm] to 15 [μm]. 前記第1境界点における断面積をS1とし、前記第2端部における断面積をS2としたとき、S2/S1が1.8〜3.5の範囲内であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の液体吐出装置。   2. S2 / S1 is in a range of 1.8 to 3.5, where S1 is a cross-sectional area at the first boundary point and S2 is a cross-sectional area at the second end portion. 6. The liquid ejection device according to any one of items 1 to 5. 前記可動領域と前記非可動領域との境界上の前記第2端部に最も近い第2境界点から前記第1端部までの前記長手方向の長さをL1とし、前記第2境界点から前記第2端部までの前記長手方向の長さをL2としたとき、L2/L1が0.6〜1.7の範囲内であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の液体吐出装置。   The length in the longitudinal direction from the second boundary point closest to the second end on the boundary between the movable region and the non-movable region to the first end is L1, and from the second boundary point to the The length of the said longitudinal direction to a 2nd edge part is set to L2 / L1 in the range of 0.6-1.7, when L2 is set to the length in any one of Claim 1 thru | or 6 characterized by the above-mentioned. The liquid discharge apparatus as described. 請求項1乃至7のいずれか1項に記載の液体吐出装置の製造方法であって、
圧電基板に、前記圧電基板の第1端部から第2端部に向かって途中から深さが深くなる、複数の隔壁溝を加工し、複数の隔壁部を形成する工程と、
前記複数の隔壁部の前記第1端部側に前面溝を加工する工程と、
前記隔壁溝および前記前面溝に導電層を形成する工程と、
を有することを特徴とする液体吐出装置の製造方法。
A method for manufacturing a liquid ejection device according to any one of claims 1 to 7 ,
Forming a plurality of partition walls in the piezoelectric substrate by processing a plurality of partition grooves, the depth of which increases from the middle toward the second end of the piezoelectric substrate;
Processing a front groove on the first end side of the plurality of partition walls;
Forming a conductive layer in the partition groove and the front groove;
A method for manufacturing a liquid ejection apparatus, comprising:
請求項1乃至7のいずれか1項に記載の液体吐出装置を用いて金属配線を形成することを特徴とする金属配線の製造方法。   A method of manufacturing a metal wiring, wherein the metal wiring is formed using the liquid ejection device according to claim 1. 請求項1乃至7のいずれか1項に記載の液体吐出装置を用いてカラーフィルターを製造することを特徴とするカラーフィルターの製造方法。   A method for producing a color filter, comprising producing a color filter using the liquid ejection device according to claim 1.
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