JP6229307B2 - Inkjet head - Google Patents
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Description
本発明は、インクジェットヘッドに関し、より詳しくは、共通電極に流れる電流密度の増加を抑制ないし低下できるインクジェットヘッドに関する。 The present invention relates to an ink jet head, and more particularly to an ink jet head that can suppress or reduce an increase in current density flowing in a common electrode.
特許文献1には、チャネルを区画する駆動壁に形成した一対の電極間に電圧を印加することにより駆動壁をせん断変形させ、そのとき発生する圧力を利用してチャネル内のインクをノズルから吐出させるようにしたシェアモード型のインクジェットヘッド、前面及び後面にそれぞれチャネルの開口部が配置された所謂ハーモニカ型のヘッドチップを備えたインクジェットヘッドが開示されている(特許文献1)。
In
図5は、従来技術に係るインクジェットヘッドにおける回路構成を説明する概念図である。 FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating a circuit configuration of an ink jet head according to the related art.
図5において、A’は、インクに吐出圧力を付与する吐出圧力付与手段であり、駆動壁とこれを挟持する一対の電極から構成されている。 In FIG. 5, A ′ is a discharge pressure applying means for applying a discharge pressure to ink, and is composed of a drive wall and a pair of electrodes sandwiching the drive wall.
複数の吐出圧力付与手段A’において駆動壁を挟持する一対の電極のうちの一方の電極は、共通電極B’に接続され、該共通電極B’の末端は、配線D’によって駆動回路C’に電気的に接続される。 One of the pair of electrodes sandwiching the drive wall in the plurality of discharge pressure applying means A ′ is connected to the common electrode B ′, and the end of the common electrode B ′ is connected to the drive circuit C ′ by the wiring D ′. Is electrically connected.
一対の電極のうちの他方の電極は、配線E’を介して、それぞれ個別に駆動回路C’に電気的に接続され、これにより複数の駆動壁を個別に駆動できるようにしている。 The other electrode of the pair of electrodes is individually electrically connected to the drive circuit C ′ via the wiring E ′ so that a plurality of drive walls can be individually driven.
共通電極B’は、ヘッドチップの後面のチャネル列間のスペースに、チャネル列方向に沿って延びるように設けられるが、チャネル密度の高密度化に伴い、チャネル列間距離が狭くなることで、共通電極B’が細くなり、また、1チャネル列あたりのチャネル数が増加すると、共通電極B’に流れる電流量が増加する。共通電極B’での電流密度の増加は、吐出圧力付与手段A’を構成する上記一方の電極への駆動電圧印加時において、駆動電圧の立ち上がり時間に遅れを生じる。 The common electrode B ′ is provided in the space between the channel rows on the rear surface of the head chip so as to extend along the channel row direction, but as the channel density increases, the distance between the channel rows becomes narrower. As the common electrode B ′ becomes thinner and the number of channels per channel column increases, the amount of current flowing through the common electrode B ′ increases. The increase in the current density at the common electrode B 'causes a delay in the rise time of the drive voltage when the drive voltage is applied to the one electrode constituting the discharge pressure applying means A'.
共通電極B’に流れる電流密度の増加を抑制ないし低下することにより、駆動電圧の立ち上がり時間の遅れを防止し、吐出液滴速度のばらつきを好適に防止する等の効果がもたらされる。 By suppressing or reducing an increase in the current density flowing through the common electrode B ', effects such as preventing a delay in the rise time of the drive voltage and suitably preventing variations in the ejected droplet velocity are brought about.
そこで、本発明の課題は、共通電極に流れる電流密度の増加を抑制ないし低下できるインクジェットヘッドを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an ink jet head capable of suppressing or reducing an increase in current density flowing in a common electrode.
また本発明の他の課題は、以下の記載によって明らかとなる。 Other problems of the present invention will become apparent from the following description.
上記課題は、以下の各発明によって解決される。 The above problems are solved by the following inventions.
1.
一対の電極間に形成される静電容量を利用して、インクに吐出エネルギーを付与する複数の吐出エネルギー付与手段と、
前記複数の吐出エネルギー付与手段のそれぞれが有する前記一対の電極のうちの一方の電極が間隔をおいて複数接続されている共通電極と、
前記共通電極を介して前記吐出エネルギー付与手段の前記一対の電極間に印加される駆動電圧を生成するための駆動回路と、
を有し、
前記共通電極の両端が、互いに独立した配線を介して、前記駆動回路の同一端子に電気的に接続され、
前記一対の電極間のすべてに前記駆動電圧を同時に印加する際の抵抗R(Ω)と、前記複数の吐出エネルギー付与手段の静電容量の合計C(F)との積RCが、3.0×10 −7 以下であることを特徴とするインクジェットヘッド。
2.
チャネルと圧電素子からなる駆動壁が交互に並設されると共に、前面及び後面にそれぞれ前記チャネルの開口部が配置され、前記チャネル内に駆動電極が形成され、前記チャネルが、インク吐出を行うインクチャネルとインク吐出を行わないダミーチャネルとが交互に配置されてチャネル列を構成してなるヘッドチップを有し、
前記複数の吐出エネルギー付与手段のそれぞれは、前記インクチャネル内の前記駆動電極と、該インクチャネルに隣接する前記ダミーチャネル内の前記駆動電極とからなる前記一対の電極間に形成される静電容量を利用して前記駆動壁をせん断変形させ、前記インクチャネル内のインクにノズルから吐出させるための吐出エネルギーを付与するように構成され、
前記ヘッドチップの前面又は後面に前記チャネル列方向に沿って延びる前記共通電極に、前記複数の吐出エネルギー付与手段のそれぞれが有する前記ダミーチャネル内の前記駆動電極が間隔をおいて複数接続されていることを特徴とする前記1記載のインクジェットヘッド。
3.
前記RCが、1.5×10 −7 以下であることを特徴とする前記1又は2に記載のインクジェットヘッド。
4.
前記RCが、1.0×10 −7 以下であることを特徴とする前記1又は2に記載のインクジェットヘッド。
5.
前記共通電極の両端間の抵抗が1Ω以上であることを特徴とする前記1〜4の何れかに記載のインクジェットヘッド。
6.
前記駆動回路のON抵抗及び前記駆動回路から前記共通電極に接続されるまでの配線抵抗の合計が0.1Ω以上であることを特徴とする前記1〜5の何れかに記載のインクジェットヘッド。
7.
前記共通電極に接続される前記吐出エネルギー付与手段の数が100個以上であることを特徴とする前記1〜6の何れかに記載のインクジェットヘッド。
8.
1つの前記吐出エネルギー付与手段が有する静電容量が500pF以上であることを特徴とする前記1〜7の何れかに記載のインクジェットヘッド。
9.
互いに独立した前記配線の抵抗率は、前記共通電極の両端間の抵抗率よりも低いことを特徴とする前記1〜8の何れかに記載のインクジェットヘッド。
10.
前記複数の吐出エネルギー付与手段のそれぞれが有する前記一対の電極のうちの他方の電極に接続される個別電極用配線を有し、互いに独立した前記配線が前記個別電極用配線を跨いで合流していることを特徴とする前記1〜9の何れかに記載のインクジェットヘッド。
1.
A plurality of ejection energy applying means for applying ejection energy to the ink using electrostatic capacitance formed between a pair of electrodes;
A common electrode in which one of the pair of electrodes included in each of the plurality of ejection energy applying means is connected to each other at intervals;
A drive circuit for generating a drive voltage applied between the pair of electrodes of the ejection energy applying means via the common electrode;
Have
Both ends of the common electrode are electrically connected to the same terminal of the drive circuit via mutually independent wirings ,
A product RC of a resistance R (Ω) when the drive voltage is simultaneously applied to all of the pair of electrodes and a total capacitance C (F) of the plurality of ejection energy applying means is 3.0. × 10 -7 ink jet head is characterized in der Rukoto below.
2.
The drive walls made up of channels and piezoelectric elements are alternately arranged side by side, the openings of the channels are arranged on the front and rear surfaces, drive electrodes are formed in the channels, and the channels perform ink ejection. Having a head chip in which channels and dummy channels that do not discharge ink are alternately arranged to form a channel row;
Each of the plurality of ejection energy applying means includes a capacitance formed between the pair of electrodes including the drive electrode in the ink channel and the drive electrode in the dummy channel adjacent to the ink channel. The drive wall is shear-deformed by using the ink, and the discharge energy for discharging from the nozzle to the ink in the ink channel is configured,
A plurality of the drive electrodes in the dummy channel of each of the plurality of ejection energy applying means are connected to the common electrode extending along the channel row direction on the front surface or the rear surface of the head chip at intervals. 2. The ink-jet head as described in 1 above.
3.
The inkjet head according to 1 or 2, wherein the RC is 1.5 × 10 −7 or less.
4).
The inkjet head according to 1 or 2, wherein the RC is 1.0 × 10 −7 or less.
5.
5. The inkjet head according to any one of 1 to 4, wherein a resistance between both ends of the common electrode is 1Ω or more.
6).
6. The inkjet head according to any one of 1 to 5, wherein the total of the ON resistance of the drive circuit and the wiring resistance from the drive circuit to connection to the common electrode is 0.1Ω or more.
7).
7. The inkjet head according to any one of 1 to 6, wherein the number of ejection energy applying units connected to the common electrode is 100 or more.
8).
The inkjet head according to any one of 1 to 7 above, wherein one of the ejection energy applying units has an electrostatic capacity of 500 pF or more.
9.
Together resistivity independent the wiring ink jet head according to any one of the 1 to 8, wherein the lower this than the resistivity across the common electrode.
10.
Each of the plurality of ejection energy applying means has an individual electrode wiring connected to the other electrode of the pair of electrodes, and the wirings independent of each other straddle across the individual electrode wiring 10. The ink jet head according to any one of 1 to 9 above.
本発明によれば、共通電極に流れる電流密度の増加を抑制ないし低下できるインクジェットヘッドを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an ink jet head capable of suppressing or reducing an increase in current density flowing in a common electrode.
以下に、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
<第1態様>
図1は、本発明の第1態様に係るインクジェットヘッドの一例における回路構成を説明する概念図である。
<First aspect>
FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating a circuit configuration in an example of an inkjet head according to the first aspect of the present invention.
Aは、吐出エネルギー付与手段であり、一対の電極間に形成される静電容量を利用してインクに吐出エネルギーを付与する機能を有する。吐出エネルギー付与手段Aとしては、一対の電極間に圧電素子を備えたもの等を好ましく例示できる。インクジェットヘッドは、インクを吐出するためのノズルを複数有しており、これら複数のノズルに対応して、複数の吐出エネルギー付与手段Aが設けられている。より具体的には、吐出エネルギー付与手段Aは、各々のノズルに対して個別に設けられたインク室内に貯留されているインクに対して、吐出エネルギーを付与する機能を有している。 A is a discharge energy applying means, and has a function of applying discharge energy to the ink by using a capacitance formed between a pair of electrodes. As the discharge energy applying means A, a device provided with a piezoelectric element between a pair of electrodes can be preferably exemplified. The inkjet head has a plurality of nozzles for ejecting ink, and a plurality of ejection energy applying means A are provided corresponding to the plurality of nozzles. More specifically, the discharge energy applying means A has a function of applying discharge energy to the ink stored in the ink chamber individually provided for each nozzle.
Bは、共通電極であり、複数の吐出エネルギー付与手段Aのそれぞれが有する一対の電極のうちの一方の電極が、間隔をおいて複数接続されている。B1及びB2は、共通電極Bの一端及び他端である。共通電極Bの両端B1、B2間において、複数の上記一方の電極が、当該共通電極Bに接続されている。 B is a common electrode, and one of a pair of electrodes included in each of the plurality of ejection energy applying means A is connected in a plurality at intervals. B1 and B2 are one end and the other end of the common electrode B. A plurality of the one electrodes are connected to the common electrode B between both ends B1 and B2 of the common electrode B.
Cは、駆動回路(波形生成回路ともいう)であり、共通電極Bを介して、複数の吐出エネルギー付与手段Aの一対の電極間に駆動電圧(駆動パルスともいう)を印加し、静電容量を充電ないし放電する機能を有する。これにより、吐出エネルギー付与手段Aによるインクへの吐出エネルギーの付与がなされる。 C is a drive circuit (also referred to as a waveform generation circuit), which applies a drive voltage (also referred to as a drive pulse) between a pair of electrodes of a plurality of ejection energy applying means A via a common electrode B, and has a capacitance. Has the function of charging or discharging the battery. Thereby, the discharge energy is applied to the ink by the discharge energy applying means A.
また、複数の吐出エネルギー付与手段Aのそれぞれが有する一対の電極のうちの他方の電極は、個別の配線Eによって駆動回路Cと接続されており、複数の吐出エネルギー付与手段Aを個別に駆動することを可能にしている。即ち、インクジェットヘッドが備える各々のノズルから個別にインクを吐出することを可能にしている。 In addition, the other electrode of the pair of electrodes included in each of the plurality of ejection energy applying units A is connected to the drive circuit C by the individual wiring E, and individually drives the plurality of ejection energy applying units A. Making it possible. That is, it is possible to individually eject ink from each nozzle included in the inkjet head.
本発明のインクジェットヘッドにおいて、共通電極Bの両端B1、B2は、互いに独立した配線D1、D2を介して、駆動回路Cに電気的に接続されている。 In the inkjet head of the present invention, both ends B1 and B2 of the common electrode B are electrically connected to the drive circuit C via wirings D1 and D2 that are independent of each other.
これにより、共通電極Bに流れる電流密度の増加を抑制ないし低下できる効果が得られる。例えば、インクジェットヘッドにおけるチャネル密度の高密度化に伴い、チャネル列間距離が狭くなることで、共通電極Bを細く形成したり、あるいは、1チャネル列あたりのチャネル数を増加させたりしても、共通電極Bでの電流密度の増加が抑制されることにより、吐出エネルギー付与手段Aが有する一対の電極間に駆動電圧を印加する際の駆動電圧の立ち上がりの時間の遅れを防止できる効果が得られる。その結果、本発明によれば、チャネル密度を高密度化しても、吐出されるインクの液滴速度の乱れを防止できる効果が得られる。 Thereby, the effect which can suppress thru | or reduce the increase in the current density which flows into the common electrode B is acquired. For example, as the channel density in the inkjet head is increased, the distance between the channel rows is reduced, so that the common electrode B is formed thin or the number of channels per channel row is increased. By suppressing an increase in the current density at the common electrode B, an effect of preventing a delay in the rise time of the drive voltage when the drive voltage is applied between the pair of electrodes included in the ejection energy applying unit A can be obtained. . As a result, according to the present invention, even if the channel density is increased, the effect of preventing the disturbance of the droplet speed of the ejected ink can be obtained.
一般に、インクジェットヘッドが下記条件(a)〜(d)の1又は2以上に該当するような場合は、吐出されるインクの液滴速度の乱れが発生し易くなる場合があるが、本発明の第1態様によれば、このような場合においても、吐出されるインクの液滴速度の乱れを防止でき、本発明の意義が顕著となる。これは、後述する第2態様にも共通することである。 In general, when the ink jet head meets one or more of the following conditions (a) to (d), the droplet velocity of the ejected ink may be easily disturbed. According to the first aspect, even in such a case, it is possible to prevent the droplet velocity of the ejected ink from being disturbed, and the significance of the present invention becomes remarkable. This is also common to the second mode described later.
条件(a):共通電極Bの両端B1、B2間の抵抗が1Ω以上、更には5Ω以上であること Condition (a): Resistance between both ends B1 and B2 of the common electrode B is 1Ω or more, and further 5Ω or more.
条件(b):駆動回路CのON抵抗及び該駆動回路Cから共通電極Bに接続されるまでの配線抵抗の合計が0.1Ω以上、更には0.5Ω以上であること Condition (b): The sum of the ON resistance of the drive circuit C and the wiring resistance from the drive circuit C to the connection to the common electrode B is 0.1Ω or more, and further 0.5Ω or more.
条件(c):共通電極Bに接続される吐出エネルギー付与手段Aの数が100個以上、更には300個以上であること Condition (c): The number of ejection energy applying means A connected to the common electrode B is 100 or more, and further 300 or more.
条件(d):1つの吐出エネルギー付与手段Aが有する静電容量が500pF以上、更には1500pF以上であること Condition (d): Capacitance of one discharge energy applying means A is 500 pF or more, further 1500 pF or more.
本発明において、互いに独立した配線D1、D2の抵抗率は、共通電極Bの両端B1、B2間の抵抗率よりも低いことが好ましい。更に、本発明において、互いに独立した配線D1、D2の抵抗は、実質的に同一であることが好ましい。 In the present invention, it is preferable that the resistivity of the wirings D1 and D2 independent from each other is lower than the resistivity between both ends B1 and B2 of the common electrode B. Furthermore, in the present invention, it is preferable that the resistances of the wirings D1 and D2 that are independent from each other are substantially the same.
以下に、本発明の第1態様に係るインクジェットヘッドの一例として、チャネルを区画する駆動壁に形成した一対の電極間に電圧を印加することにより駆動壁をせん断変形させ、そのとき発生する圧力を利用してチャネル内のインクをノズルから吐出させるようにしたシェアモード型のインクジェットヘッド、より具体的には、前面及び後面にそれぞれチャネルの開口部が配置された所謂ハーモニカ型のヘッドチップを備えたインクジェットヘッドを例に、本発明を更に詳しく説明する。 Hereinafter, as an example of the ink jet head according to the first aspect of the present invention, the drive wall is shear-deformed by applying a voltage between a pair of electrodes formed on the drive wall partitioning the channel, and the pressure generated at that time is A shear mode type ink jet head that discharges ink in a channel from a nozzle by using a nozzle, more specifically, a so-called harmonica type head chip in which channel openings are arranged on the front and rear surfaces, respectively. The present invention will be described in more detail by taking an inkjet head as an example.
図2は、本発明の第1態様に係るインクジェットヘッドの一例におけるヘッドチップ部分を後面側から見た分解斜視図であり、ヘッドチップ1と配線基板3との間で左右に展開した状態を示している。
FIG. 2 is an exploded perspective view of the head chip portion in the example of the ink jet head according to the first aspect of the present invention as viewed from the rear side, and shows a state in which the
図中、1はヘッドチップ、2はヘッドチップ1の前面に接合されたノズルプレート、3はヘッドチップ1の後面1bに接合される配線基板、4は配線基板3の背面側に接合され、配線基板3を介してヘッドチップ1に対して供給するインクを貯留するマニホールド部材、5は配線基板3に接続されるFPCである。
In the figure, 1 is a head chip, 2 is a nozzle plate bonded to the front surface of the
なお、本明細書においては、ヘッドチップからインクが吐出される側の面を「前面」といい、その反対側の面を「後面」という。また、ヘッドチップにおいて並設されるチャネルを挟んで図示上下に位置する外側面をそれぞれ「上面」及び「下面」という。 In this specification, the surface on the side where ink is ejected from the head chip is referred to as the “front surface”, and the opposite surface is referred to as the “rear surface”. In addition, the outer surfaces located above and below in the figure across the channels arranged in parallel in the head chip are referred to as “upper surface” and “lower surface”, respectively.
ヘッドチップ1には、圧電素子からなる駆動壁11とチャネル12、13とが交互に並設されたチャネル列が設けられている。ここではチャネル列が7つのチャネル12、13を有するものを例示しているが、チャネル列のチャネル数は何ら限定されない。
The
このヘッドチップ1は、チャネル列が、チャネル一つおきにインクを吐出するインクチャネル12とインクを吐出しないダミーチャネル13とが並設されることにより構成された独立チャネルタイプのヘッドチップである。チャネル12、13の形状は、両側壁がヘッドチップ1の上面及び下面に対してほぼ垂直方向に延びており、そして互いに平行である。
The
ヘッドチップ1の前面及び後面1bには、それぞれ各チャネル12、13の前面側の開口部(不図示)と後面1b側の開口部121、131とが対向している。各チャネル12、13は、その後面1b側の開口部121、131から前面側の開口部に亘る長さ方向で大きさと形状がほぼ変わらないストレートタイプである。ダミーチャネル13の後面1b側の開口部131は、配線基板3によって塞がれている。
On the front surface and the
各チャネル12、13の内面全面には、それぞれNi、Au、Cu、Al等の金属膜からなる駆動電極14が密着形成されている。
A
また、ヘッドチップ1の後面1bには、チャネル列の全てのダミーチャネル13内の駆動電極14が所定の間隔をおいて電気的に接続された線状の共通電極15が、チャネル列と直交する方向(図示上下方向)のうちの図示上方に向けて引き出し形成され、チャネル列方向(図示左右方向)に沿うように延びている。
Further, on the
更に、ヘッドチップ1の後面1bには、チャネル列の各インクチャネル12内の駆動電極14と電気的に接続する接続電極16が、共通電極15の引き出し方向とは反対方向である図示下方のヘッドチップ1の後面1bの下端部に向けてそれぞれ個別に引き出し形成され、該下端部側において並列している。
Further, on the
ヘッドチップ1の前面には、ノズルプレート2が接合されている。ノズルプレート2には、インクチャネル12に対応する位置にのみノズル21が開設されている。従って、インクを吐出しない各ダミーチャネル13の前面側の開口部(不図示)はノズルプレート2によって閉塞されている。
A nozzle plate 2 is bonded to the front surface of the
配線基板3は、ヘッドチップ1の後面1bよりも大判な平板状の基板からなり、ヘッドチップ1の後面1bに接着剤によって接合されている。ここではヘッドチップ1よりも図示下側方に大きく張り出す大きさを有し、この張り出した部位によってFPC5との接続部31を形成している。
The wiring board 3 is formed of a flat plate-like substrate larger than the
配線基板3に使用される基板材料は特に制限はないが、ガラス、シリコン、セラミックス、プラスチック等が挙げられる。中でも熱による寸法変化が少なく、比較的安価で、加工も容易である点でガラス製基板を用いることが好ましい。 The substrate material used for the wiring board 3 is not particularly limited, and examples thereof include glass, silicon, ceramics, and plastic. Among them, it is preferable to use a glass substrate in that the dimensional change due to heat is small, it is relatively inexpensive and easy to process.
配線基板3には、ヘッドチップ1の後面1bのインクチャネル12の開口部122にそれぞれ対応する位置に、マニホールド部材4内の共通インク室41のインクを、チャネル列の各インクチャネル12に供給するためのインク供給口32が、インクチャネル12毎に個別に貫通形成されている。各インク供給口32は、インクチャネル12の開口部121と同一形状、同一サイズで形成されている。
In the wiring board 3, the ink in the common ink chamber 41 in the manifold member 4 is supplied to each
マニホールド部材4は、一面がヘッドチップ1の後面1bに開口するインクチャネルチャネル12の全ての開口部121を取り囲む大きさを有する箱型に形成され、配線基板3の背面に接着剤によって接合されている。マニホールド部材4の内部は、インクチャネル13に共通に供給するインクが貯留される共通インク室41となっており、この共通インク室41のインクが、配線基板3の各インク供給口32を介して各インクチャネル12に供給されるようになっている。
The manifold member 4 is formed in a box shape having a size that surrounds all the openings 121 of the
配線基板3において、ヘッドチップ1が接合される側の表面には、一端がヘッドチップ1のチャネル列のインクチャネル12毎に設けられた接続電極16と電気的に接続される個別電極用配線33が、蒸着、スパッタリング又はめっき等によって個別に形成されている。個別電極用配線33の一端は、インク供給口32の近傍に配置され、その他端は配線基板3の図示下側の端部まで延び、FPC5との接続部31に配列されている。
On the surface of the wiring substrate 3 on the side to which the
また、配線基板3の表面には、ヘッドチップ1の後面1bに接合された際に、共通電極15の一端15aに接続される共通電極用配線35aと、共通電極15の他端15bに電気的に接続される共通電極用配線35bとが個別に形成されている。
Further, when the surface of the wiring substrate 3 is bonded to the
互いに独立した共通電極用配線35a及び35bの一端は、ヘッドチップ1の後面1bの共通電極15と電気的に接続するべくヘッドチップ1との接合領域30内に配置され、他端側は、それぞれ配線基板3の図示下側の端部に向かった後、これら共通電極用配線35a及び35bが1つの配線35cに合流された状態で、接続部31に配置されている。
One end of each of the
図示の例では、共通電極用配線35aが、配線基板3に設けられた貫通孔36aを介して裏面(ヘッドチップ1が接合される側の表面)に引き回され、配線基板3に設けられた他の貫通孔36bを介して再び配線基板3の表面に引き戻されて、共通電極用配線35bに接続された後、1つの配線35cを形成している。このように、共通電極用配線35aを配線基板3の裏面側に引き回すことにより、表面側に設けられた個別電極用配線33を跨いで、共通電極用配線35bと合流させることができる。各貫通孔36a、36bを介して配線基板3を貫通する配線を形成する際には、例えば蒸着法、スパッタリング法又はめっき法等を用いることができる。特に、蒸着法と電解めっき法との併用、又は、スパッタリング法と電解めっき法との併用が、各貫通孔36a、36bの全長に亘って、その内周面に均一厚みの金属膜を形成することができるために特に好ましい。
In the illustrated example, the
FPC5は、配線基板3の接続部31に異方性導電フィルム等によって接続され、不図示の駆動回路からの所定電圧の駆動信号を、該接続部31に配列された個別電極用配線33のそれぞれと、共通電極用配線35a及び35bを合流してなる配線35cとの間に印加する。駆動信号は、ヘッドチップ1の共通電極15、接続電極16の各々を介して、ダミーチャネル13内の駆動電極14と、インクチャネル12内の駆動電極14との間に印加され、駆動壁11を変形させる。FPC5には駆動回路(駆動IC)が実装されていてもよい。
The
本発明によれば、このように共通電極15の両端15a、15bが、互いに独立した共通電極用配線35a及び35bを介して、駆動回路の同一端子に接続されることにより、共通電極15に流れる電流密度の増加を抑制ないし低下できる効果が得られる。これにより、インクジェットヘッドにおけるチャネル密度の高密度化に伴い、チャネル列間距離が狭くなることで、共通電極15を細く形成したり、あるいは、1チャネル列あたりのチャネル数を増加させたりしても、共通電極15での電流密度の増加が抑制される。そのため、圧電素子からなる駆動壁12を挟んだ一対の駆動電極14、14間に、駆動電圧を印加する際の駆動電圧の立ち上がりの時間の遅れを防止できる効果が得られる。その結果、本発明によれば、チャネル密度を高密度化しても、吐出されるインクの液滴速度の乱れを防止できる効果が得られる。
According to the present invention, the
以上の例では、共通電極15の両端15a、15bを、互いに独立した配線を介して、駆動回路の同一端子と電気的に接続するに際して、配線基板3において、互いに独立した共通電極用配線35a及び35bを合流する場合について示したが、これに限定されず、何れの方法を用いてもよい。
In the above example, when the both ends 15a and 15b of the
例えば、共通電極15の両端15a、15bに接続された互いに独立した配線を、ヘッドチップ1の後面1b等において合流させてもよいし、上述したように配線基板3において合流させてもよいし、FPC5において合流させてもよい。これらの場合、合流後の配線を駆動回路の同一端子と接続させればよい。あるいは、共通電極15の両端15a、15bに接続された互いに独立した配線を、直接、駆動回路の同一端子と接続してもよい。
For example, the mutually independent wirings connected to both
共通電極15の両端15a、15bに接続された互いに独立した配線を、FPC5において合流させる場合は、上述した配線基板3での場合と同様に、FPC5に貫通孔を設けて、FPC5の両面を用いて、個別電極用配線を跨いで合流させることも好ましいことである。
When the mutually independent wirings connected to both
<第2態様>
次に、本発明の第2態様に係るインクジェットヘッドについて説明する。
<Second aspect>
Next, the ink jet head according to the second aspect of the present invention will be described.
本発明の第2態様に係るインクジェットヘッドは、一対の電極間に形成される静電容量を利用して、インクに吐出エネルギーを付与する複数の吐出エネルギー付与手段と、前記複数の吐出エネルギー付与手段のそれぞれが有する前記一対の電極のうちの一方の電極が間隔をおいて複数接続されている共通電極と、前記共通電極を介して前記吐出エネルギー付与手段の前記一対の電極間に印加される駆動電圧を生成するための駆動回路と、を有する。 An inkjet head according to a second aspect of the present invention includes a plurality of ejection energy applying units that apply ejection energy to ink using an electrostatic capacity formed between a pair of electrodes, and the plurality of ejection energy applying units. And a drive applied between the pair of electrodes of the ejection energy applying means via the common electrode, and a common electrode in which a plurality of one of the pair of electrodes included in each A driving circuit for generating a voltage.
本発明の第2態様は、上記構成を備えたインクジェットヘッドにおいて、前記一対の電極間のすべてに前記駆動電圧を同時に印加する際の抵抗R(Ω)と、前記複数の吐出エネルギー付与手段の静電容量の合計C(F)との積RCが、3.0×10−7以下、好ましくは1.5×10−7以下、より好ましくは1.0×10−7以下であることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the inkjet head having the above-described configuration, a resistance R (Ω) when the driving voltage is applied simultaneously to all of the pair of electrodes, and static electricity of the plurality of ejection energy applying means. The product RC of the total capacitance C (F) is 3.0 × 10 −7 or less, preferably 1.5 × 10 −7 or less, more preferably 1.0 × 10 −7 or less. And
これにより、共通電極に流れる電流密度の増加が抑制され、吐出液滴速度の変化が防止できる。 As a result, an increase in the density of current flowing through the common electrode is suppressed, and a change in ejected droplet velocity can be prevented.
上記抵抗R(Ω)は、回路のON抵抗、駆動回路と共通電極とを結ぶ配線抵抗、及び、共通電極の抵抗に基づいて算出できる。 The resistance R (Ω) can be calculated based on the ON resistance of the circuit, the wiring resistance connecting the drive circuit and the common electrode, and the resistance of the common electrode.
本発明の第2態様に係るインクジェットヘッドは、上述した第1態様の構成を備えるものに限定されない。なお、便宜上、回路のON抵抗、及び、駆動回路と共通電極とを結ぶ配線抵抗を無視して、比較的抵抗値が増大し易い共通電極の抵抗のみを考慮した場合で比較すると、第1態様のように、共通電極の両端が、互いに独立した配線を介して、駆動回路の同一端子に電気的に接続されていることにより、共通電極の片端のみを駆動回路と配線接続したときよりも、RCを大幅に(通常1/4程度に)低減することができるため、上記第2態様に係るRC条件を好適に達成することが可能になる。 The ink jet head according to the second aspect of the present invention is not limited to the one having the configuration of the first aspect described above. For convenience, the first mode is compared when the ON resistance of the circuit and the wiring resistance connecting the driving circuit and the common electrode are ignored and only the resistance of the common electrode whose resistance value is relatively easy is considered. Thus, both ends of the common electrode are electrically connected to the same terminal of the drive circuit via wirings independent of each other, so that only one end of the common electrode is connected to the drive circuit by wiring. Since RC can be significantly reduced (usually to about ¼), the RC condition according to the second aspect can be suitably achieved.
以上、本発明の第1態様及び第2態様に係る説明では、便宜上、主にヘッドチップが1つのチャネル列を有する場合について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、特にヘッドチップが複数のチャネル列、好ましくは4列以上、より好ましくは6列以上のチャネル列を有する場合に、発明の意義がより顕著となる。ヘッドチップが複数列のチャネル列を有する場合は、共通電極の形成のために十分なスペースを確保することが困難となり、特にチャネル列間に共通電極を形成する場合にスペースの制約は大きくなる。本発明によれば、共通電極における電流密度の増加を抑制ないし低下できるため、上記のような場合において、限られたスペース内に細幅の共通電極を設けざるを得ないようなときに、特に好適である。 As described above, in the description of the first aspect and the second aspect of the present invention, the case where the head chip mainly has one channel row has been described for convenience. However, the present invention is not limited to this, and in particular, The significance of the invention becomes more prominent when the head chip has a plurality of channel rows, preferably 4 rows or more, more preferably 6 rows or more. When the head chip has a plurality of channel rows, it is difficult to secure a sufficient space for forming the common electrode. In particular, when the common electrode is formed between the channel rows, the space restriction becomes large. According to the present invention, an increase in current density in the common electrode can be suppressed or reduced, and in such a case, particularly when a narrow common electrode must be provided in a limited space, Is preferred.
以上の説明では、主に、ヘッドチップの後面1bにチャネル列方向に沿って延びる共通電極を有するシェアモード型のインクジェットヘッドを例にしたが、本発明の第1態様及び第2態様は、これに限定されるものではなく、例えばヘッドチップの前面にチャネル列方向に沿って延びる共通電極を有するシェアモード型のインクジェットヘッドにも好適に用いることができる。
In the above description, the share mode type inkjet head having the common electrode extending along the channel row direction on the
また、本発明の第1態様及び第2態様は、シェアモード型のインクジェットヘッドに限定されるものではなく、一対の電極間に形成される静電容量を利用して、インクに吐出エネルギーを付与する複数の吐出エネルギー付与手段と、前記複数の吐出エネルギー付与手段のそれぞれが有する前記一対の電極のうちの一方の電極が間隔をおいて複数接続されている共通電極と、前記共通電極を介して前記吐出エネルギー付与手段の前記一対の電極間に印加される駆動電圧を生成するための駆動回路とを有するインクジェットヘッドであれば、好適に適用できる。 In addition, the first and second aspects of the present invention are not limited to the share mode type ink jet head, and use a capacitance formed between a pair of electrodes to impart ejection energy to the ink. A plurality of discharge energy applying means, a common electrode in which one of the pair of electrodes included in each of the plurality of discharge energy applying means is connected to each other at intervals, and the common electrode Any inkjet head having a drive circuit for generating a drive voltage applied between the pair of electrodes of the ejection energy applying means can be suitably applied.
また、以上の説明において、1つの態様について説明された構成は、他の態様においても適宜適用することができる。 In the above description, the configuration described for one aspect can be applied to other aspects as appropriate.
以下に、本発明の実施例について説明するが、本発明はかかる実施例により限定されない。 Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these examples.
(試験1)
図2に示したように、共通電極の両端を、互いに独立した配線を介して、駆動回路の同一端子に電気的に接続した下記仕様のインクジェットヘッドを用意し、同時に駆動される駆動チャネル数による吐出液滴速度の変化を測定した。吐出液滴速度は、チャネル列の中央に位置するインクチャネル(末端から120個目のインクチャネル)のノズルについて測定した。
(Test 1)
As shown in FIG. 2, an inkjet head having the following specifications is prepared in which both ends of the common electrode are electrically connected to the same terminal of the drive circuit via mutually independent wirings, depending on the number of drive channels driven simultaneously. The change in discharge droplet velocity was measured. The ejection droplet velocity was measured for the nozzle of the ink channel (120th ink channel from the end) located in the center of the channel row.
<インクジェットヘッドの仕様>
・静電容量:900pF/1インクチャネル
・インクチャネル数:256個/1チャネル列
・ダミーチャネル数:257個/1チャネル列
・駆動回路のON抵抗及び駆動回路から共通電極に接続されるまでの配線抵抗の合計:0.1Ω
・ヘッドチップにおける共通電極の両端間の抵抗:3Ω
<Inkjet head specifications>
・ Capacitance: 900pF / 1 ink channel ・ Number of ink channels: 256 / one channel row ・ Number of dummy channels: 257/1 channel row ・ ON resistance of drive circuit and drive circuit to connection to common electrode Total wiring resistance: 0.1Ω
-Resistance between both ends of the common electrode in the head chip: 3Ω
結果を図3に示す。 The results are shown in FIG.
(試験2)
試験1において、共通電極の片端のみを駆動回路の端子に電気的に接続したこと以外は、試験1と同様にして、同時に駆動される駆動チャネル数による吐出液滴速度の変化を測定した。
(Test 2)
In
結果を図3に示す。 The results are shown in FIG.
(試験3;参考例)
試験2において、共通電極の形成幅(線幅)が太い下記仕様のインクジェットヘッドを用いたこと以外は、試験2と同様にして、同時に駆動される駆動チャネル数による吐出液滴速度の変化を測定した。
(Test 3; Reference Example)
In Test 2, the change in ejected droplet velocity due to the number of drive channels driven simultaneously is measured in the same manner as in Test 2, except that an inkjet head having the following specifications with a large common electrode formation width (line width) is used. did.
<インクジェットヘッドの仕様>
・静電容量:900pF/1インクチャネル
<Inkjet head specifications>
・ Capacitance: 900pF / 1 ink channel
・インクチャネル数:256個/1チャネル列
・ダミーチャネル数:257個/1チャネル列
・駆動回路のON抵抗及び駆動回路から共通電極に接続されるまでの配線抵抗の合計:0.1Ω
・ヘッドチップにおける共通電極の両端間の抵抗:0.45Ω
-Number of ink channels: 256/1 channel row-Number of dummy channels: 257/1 channel row-ON resistance of drive circuit and total wiring resistance from drive circuit to common electrode: 0.1Ω
-Resistance between both ends of the common electrode in the head chip: 0.45Ω
結果を図3に示す。 The results are shown in FIG.
<評価>
共通電極の形成幅(線幅)を太く形成した場合(試験3)は、駆動チャネル数による吐出液滴速度の変化は比較的小さいが、共通電極の形成幅(線幅)が太いため、チャネル密度の高密度化等の観点で問題がある。
<Evaluation>
In the case where the formation width (line width) of the common electrode is large (Test 3), the change in the ejection droplet speed due to the number of drive channels is relatively small, but the formation width (line width) of the common electrode is large. There is a problem in terms of increasing the density.
一方、共通電極の形成幅を細くする場合(試験2)は、チャネル密度の高密度化の観点ではよいが、駆動チャネル数による吐出液滴速度の変化が大きくなってしまう問題が発生する。 On the other hand, when the formation width of the common electrode is narrowed (Test 2), it is sufficient from the viewpoint of increasing the channel density, but there arises a problem that the change in the ejection droplet speed due to the number of drive channels becomes large.
これに対して、本発明の第1態様に係る試験1、即ち、共通電極の両端を、独立した配線を介して、駆動回路の同一端子に電気的に接続した場合は、共通電極の形成幅が同じである試験2と比較して、駆動チャネル数による吐出液滴速度の変化が防止されることがわかる。即ち、チャネル密度を高密度化しても、共通電極に流れる電流密度の増加が抑制され、駆動電圧の立ち上がり時間の遅れを防止し、吐出されるインクの液滴速度の乱れを防止できることがわかる。
On the other hand, in the
更に、試験1〜3の測定データに基づいてシュミレートを行い、RCと液滴速度の関係を導いた(図4)。図4に示すグラフにおいて、横軸はRCの対数に対応する。
Furthermore, simulation was performed based on the measurement data of
図4に示される通り、試験1〜3の測定データについて、RCと吐出液滴速度との間に、共通の相関関係(曲線で示した)が見出された。この相関関係より、RCを、3.0×10−7以下、好ましくは1.5×10−7以下、より好ましくは1.0×10−7以下となる条件でインク吐出を行う場合は、共通電極に流れる電流密度の増加が抑制され、駆動電圧の立ち上がり時間の遅れを防止(速度比率90%以上を好適に達成)し、吐出液滴速度の変化が防止できることがわかる。
As shown in FIG. 4, a common correlation (shown by a curve) was found between the RC and the ejection droplet velocity for the measurement data of
従って、上述した本発明の第2態様に係る条件、即ち、一対の電極間のすべてに駆動電圧を同時に印加する際の抵抗R(Ω)と、複数の吐出エネルギー付与手段の静電容量の合計C(F)との積RCが、3.0×10−7以下、好ましくは1.5×10−7以下、より好ましくは1.0×10−7以下の条件を満たすインクジェットヘッドであれば、駆動電圧の立ち上がり時間の遅れを防止し、吐出液滴速度の乱れを防止できることがわかる。 Therefore, the condition according to the second aspect of the present invention described above, that is, the sum of the resistance R (Ω) when the drive voltage is simultaneously applied to all of the pair of electrodes and the capacitance of the plurality of ejection energy applying means. If the product RC with C (F) satisfies the condition of 3.0 × 10 −7 or less, preferably 1.5 × 10 −7 or less, more preferably 1.0 × 10 −7 or less, It can be seen that the delay of the rise time of the drive voltage can be prevented, and the disturbance of the discharge droplet speed can be prevented.
また、以上の結果より、共通電極の両端を、互いに独立した配線を介して、駆動回路の同一端子に接続すること(試験1)により、片端接続の場合(試験2)と比較してRCを低下でき、上記条件を好適に達成できるようになることがわかる。 Further, from the above results, RC is compared with the case of one-end connection (Test 2) by connecting both ends of the common electrode to the same terminal of the drive circuit via mutually independent wiring (Test 1). It can be seen that the above conditions can be suitably achieved.
A:吐出エネルギー付与手段
B:共通電極
B1:共通電極の一端
B2:共通電極の他端
C:駆動回路
D1、D2:配線
E:配線
1:ヘッドチップ
11:駆動壁(圧電素子)
12:インクチャネル
13:ダミーチャネル
14:駆動電極
15:共通電極
15a:共通電極の一端
15b:共通電極の他端
16:接続電極
2:ノズルプレート
21:ノズル
3:配線基板
30:接合領域
31:接続部
32:インク供給口
33:個別電極用配線
35a、35b:共通電極用配線
35c:配線
36a、35b:貫通穴
4:マニホールド部材
41:共通インク室
5:FPC
A: Discharge energy applying means B: Common electrode B1: One end of the common electrode B2: Other end of the common electrode C: Drive circuit D1, D2: Wiring E: Wiring 1: Head chip 11: Drive wall (piezoelectric element)
12: Ink channel 13: Dummy channel 14: Drive electrode 15:
Claims (10)
前記複数の吐出エネルギー付与手段のそれぞれが有する前記一対の電極のうちの一方の電極が間隔をおいて複数接続されている共通電極と、
前記共通電極を介して前記吐出エネルギー付与手段の前記一対の電極間に印加される駆動電圧を生成するための駆動回路と、
を有し、
前記共通電極の両端が、互いに独立した配線を介して、前記駆動回路の同一端子に電気的に接続され、
前記一対の電極間のすべてに前記駆動電圧を同時に印加する際の抵抗R(Ω)と、前記複数の吐出エネルギー付与手段の静電容量の合計C(F)との積RCが、3.0×10 −7 以下であることを特徴とするインクジェットヘッド。 A plurality of ejection energy applying means for applying ejection energy to the ink using electrostatic capacitance formed between a pair of electrodes;
A common electrode in which one of the pair of electrodes included in each of the plurality of ejection energy applying means is connected to each other at intervals;
A drive circuit for generating a drive voltage applied between the pair of electrodes of the ejection energy applying means via the common electrode;
Have
Both ends of the common electrode are electrically connected to the same terminal of the drive circuit via mutually independent wirings ,
A product RC of a resistance R (Ω) when the drive voltage is simultaneously applied to all of the pair of electrodes and a total capacitance C (F) of the plurality of ejection energy applying means is 3.0. × 10 -7 ink jet head is characterized in der Rukoto below.
前記複数の吐出エネルギー付与手段のそれぞれは、前記インクチャネル内の前記駆動電極と、該インクチャネルに隣接する前記ダミーチャネル内の前記駆動電極とからなる前記一対の電極間に形成される静電容量を利用して前記駆動壁をせん断変形させ、前記インクチャネル内のインクにノズルから吐出させるための吐出エネルギーを付与するように構成され、
前記ヘッドチップの前面又は後面に前記チャネル列方向に沿って延びる前記共通電極に、前記複数の吐出エネルギー付与手段のそれぞれが有する前記ダミーチャネル内の前記駆動電極が間隔をおいて複数接続されていることを特徴とする請求項1記載のインクジェットヘッド。 The drive walls made up of channels and piezoelectric elements are alternately arranged side by side, the openings of the channels are arranged on the front and rear surfaces, drive electrodes are formed in the channels, and the channels perform ink ejection. Having a head chip in which channels and dummy channels that do not discharge ink are alternately arranged to form a channel row;
Each of the plurality of ejection energy applying means includes a capacitance formed between the pair of electrodes including the drive electrode in the ink channel and the drive electrode in the dummy channel adjacent to the ink channel. The drive wall is shear-deformed by using the ink, and the discharge energy for discharging from the nozzle to the ink in the ink channel is configured,
A plurality of the drive electrodes in the dummy channel of each of the plurality of ejection energy applying means are connected to the common electrode extending along the channel row direction on the front surface or the rear surface of the head chip at intervals. The ink-jet head according to claim 1.
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