JP6251108B2 - Inkjet printer head - Google Patents

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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
  • Coating Apparatus (AREA)

Description

本発明の実施の形態は、インクジェットプリンタヘッドに関する。   Embodiments described herein relate generally to an inkjet printer head.

インクジェットプリンタヘッドとして、例えばシェアモードシェアウォール方式のインクジェットプリンタヘッドで、圧力室の側面にノズルを有するサイドシューター型と言われる構造の装置が知られている。このインクジェットヘッドは、基板と、基板に接着された枠部材と、枠部材に接着されたノズルプレートと、枠部材の内側の位置で基板に接着された圧電部材と、圧電部材を駆動するためのヘッド駆動用のICと、を有している。そして、印刷時には圧電部材が駆動され、圧電部材内の各圧力室の両側部に設けられる駆動素子である支柱がシェアモード変形を行って湾曲することにより、圧力室内のインクを加圧することで、ノズルからインク滴が吐出される。   As an ink jet printer head, for example, a share mode share wall type ink jet printer head having a structure called a side shooter type having a nozzle on a side surface of a pressure chamber is known. The inkjet head includes a substrate, a frame member bonded to the substrate, a nozzle plate bonded to the frame member, a piezoelectric member bonded to the substrate at a position inside the frame member, and a piezoelectric member for driving the piezoelectric member. And an IC for driving the head. And at the time of printing, the piezoelectric member is driven, and the support columns, which are driving elements provided on both sides of each pressure chamber in the piezoelectric member, are curved by performing shear mode deformation, thereby pressurizing the ink in the pressure chamber, Ink droplets are ejected from the nozzles.

特開2002−321361号公報JP 2002-321361 A

従来のインクジェットプリンタヘッドで、圧電部材に柔らかい樹脂製のノズルプレートが固定されている場合は、圧電部材内の各圧力室の変形時にはノズルプレートも一緒に変形する現象が生じている。そのため、圧電部材の駆動力の一部がノズルプレートの変形のために使われてしまう可能性がある。   In a conventional ink jet printer head, when a soft resin nozzle plate is fixed to a piezoelectric member, a phenomenon occurs in which the nozzle plate is also deformed when each pressure chamber in the piezoelectric member is deformed. Therefore, a part of the driving force of the piezoelectric member may be used for the deformation of the nozzle plate.

また、圧電部材とノズルプレートとの間に例えば剛性の高い金属製の蓋部材を介設させた構成のインクジェットプリンタヘッドもある。この場合は、圧力室と蓋部材との固定部を強固に連結することで、圧電部材の駆動力の一部がノズルプレートの変形のために使われてしまうことを防止してインクの吐出効率の低下を防ぐことが考えられる。しかしながら、従来のインクジェットプリンタヘッドでは、1回のインク吐出時に使用される圧力室内のインクの圧力変動の振動が蓋部材に伝達され、インク吐出時に使用されない他の圧力室側が振動してしまう可能性がある。この場合は、インク吐出時に使用されない他の圧力室側が振動している状態で次回のインク吐出に使用される可能性があるので、次回のインク吐出時にクロストークが生じ、インク吐出量や、吐出速度などの制御精度が低下し、印刷の安定性が低下する。   There is also an ink jet printer head having a configuration in which, for example, a highly rigid metal lid member is interposed between a piezoelectric member and a nozzle plate. In this case, it is possible to prevent a part of the driving force of the piezoelectric member from being used for the deformation of the nozzle plate by firmly connecting the fixing portion between the pressure chamber and the lid member, and the ink ejection efficiency. It is conceivable to prevent the deterioration of However, in the conventional ink jet printer head, the vibration of the pressure fluctuation of the ink in the pressure chamber used at the time of one ink ejection is transmitted to the lid member, and the other pressure chamber side that is not used at the time of ink ejection may vibrate. There is. In this case, since there is a possibility that it will be used for the next ink discharge in a state where the other pressure chambers that are not used at the time of ink discharge are vibrated, crosstalk occurs at the next ink discharge, and the ink discharge amount and the discharge Control accuracy such as speed is reduced, and printing stability is reduced.

実施形態によれば、インクジェットヘッドは、基板と、枠部材と、ノズルプレートと、一対の圧電部材と、複数の圧力室と、蓋部と、を有する。前記枠部材は、前記基板に接着されている。ノズルプレートは、前記枠部材に接着され、複数のノズルを含む一対のノズル列が形成されている。一対の圧電部材は、前記枠部材の内側の位置で前記基板に接着する。前記複数の圧力室は、前記各圧電部材の表面に溝状に形成され、前記各ノズル列の前記各ノズルに対応する。前記蓋部は、前記一対の圧電部材と前記ノズルプレートとの間に介設され、複数の前記ノズルに連通する複数の連通穴が形成されている。前記蓋部は、ヤング率を100〜200Gpaに設定し、前記圧力室を覆う第1の部分の厚みを30〜60μmとし、一対の前記圧電部材の各前記圧力室間の共通液室および前記圧電部材の外側の共通液室を覆う第2の部分に前記第1の部分よりも厚みが小さい薄肉部を設ける。前記ノズルプレートは、厚み25〜75μmの樹脂材料にて形成することを特徴とする。 According to the embodiment, the inkjet head includes a substrate, a frame member, a nozzle plate, a pair of piezoelectric members, a plurality of pressure chambers, and a lid. The frame member is bonded to the substrate. The nozzle plate is bonded to the frame member to form a pair of nozzle rows including a plurality of nozzles. The pair of piezoelectric members is bonded to the substrate at a position inside the frame member. The plurality of pressure chambers are formed in a groove shape on the surface of each piezoelectric member, and correspond to each nozzle of each nozzle row. The lid portion is interposed between the pair of piezoelectric members and the nozzle plate, and has a plurality of communication holes communicating with the plurality of nozzles. The lid unit sets a Young's modulus in 100~200Gpa, the thickness of the first portion covering the pressure chamber and 30 to 60 m, the common liquid chamber and the piezoelectric between each of the pressure chambers of the pair of the piezoelectric member A thin portion having a thickness smaller than that of the first portion is provided in the second portion that covers the common liquid chamber outside the member . The nozzle plate is formed of a resin material having a thickness of 25 to 75 μm.

第1の実施の形態に係るインクジェットヘッドを一部破断して示す斜視図。FIG. 3 is a perspective view showing a partially broken ink jet head according to the first embodiment. 図1に示すF2−F2線の位置で切断した断面図。Sectional drawing cut | disconnected in the position of F2-F2 line shown in FIG. 第1の実施の形態のインクジェットヘッドの動作を説明したもので、(A)は圧力室の周辺の構成を示す要部の縦断面図、(B)は圧力室を減圧させた状態を示す要部の縦断面図、(C)は圧力室を加圧させてインクを吐出させる状態を示す要部の縦断面図。2A and 2B illustrate the operation of the inkjet head according to the first embodiment, in which FIG. 1A is a longitudinal sectional view of a main part showing a configuration around a pressure chamber, and FIG. 1B is a main part showing a state in which the pressure chamber is decompressed. FIG. 4C is a longitudinal sectional view of the main part showing a state in which the pressure chamber is pressurized and ink is ejected. 第1の実施の形態のインクジェットヘッドを表1の組み合わせで試作した場合に圧力室密度が150dpiの場合における吐出電圧と、圧力伝播時間とを評価した実験結果を示す特性図。FIG. 6 is a characteristic diagram showing experimental results of evaluating discharge voltage and pressure propagation time when the pressure chamber density is 150 dpi when the ink jet head according to the first embodiment is made as a prototype using the combinations shown in Table 1. 第1の実施の形態のインクジェットヘッドを表1の組み合わせで試作した場合に圧力室密度が300dpiの場合における吐出電圧と、圧力伝播時間とを評価した実験結果を示す特性図。The characteristic view which shows the experimental result which evaluated the discharge voltage and pressure propagation time in case a pressure chamber density is 300 dpi when the ink jet head of 1st Embodiment is made as an experiment with the combination of Table 1. FIG.

[第1の実施の形態]
(構成)
図1乃至図5は、本発明の第1の実施の形態を示す。本実施の形態のインクジェットヘッド11は、いわゆるシェアモードシェアウォール方式のインク循環式のインクジェットヘッドで、サイドシューター型と言われる構造である。図1と図2に示すように、インクジェットヘッド11は、基板12と、基板12に接着された枠部材13と、枠部材13に接着されたノズルプレート14と、枠部材13の内側の位置で基板12に接着された圧電部材15と、圧電部材15を駆動するためのヘッド駆動用のIC16と、を有している。
[First Embodiment]
(Constitution)
1 to 5 show a first embodiment of the present invention. The ink jet head 11 of the present embodiment is a so-called share mode share wall type ink circulation type ink jet head and has a structure called a side shooter type. As shown in FIGS. 1 and 2, the inkjet head 11 includes a substrate 12, a frame member 13 bonded to the substrate 12, a nozzle plate 14 bonded to the frame member 13, and a position inside the frame member 13. A piezoelectric member 15 bonded to the substrate 12 and a head driving IC 16 for driving the piezoelectric member 15 are provided.

ノズルプレート14は、厚み25〜75μmの樹脂材料、例えば方形のポリイミド製のフィルムで形成されている。ノズルプレート14は、一対のノズル列21を有している。各ノズル列21は、複数のノズル22を含んでいる。   The nozzle plate 14 is formed of a resin material having a thickness of 25 to 75 μm, for example, a rectangular polyimide film. The nozzle plate 14 has a pair of nozzle rows 21. Each nozzle row 21 includes a plurality of nozzles 22.

圧電部材15は、例えば、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)製の2枚の圧電板23を互いの分極方向を対向させるように張り合わせて形成されている。圧電部材15は、断面台形状で、棒状に形成されている。圧電部材15は、表面に溝状に切削形成される複数の圧力室24と、各圧力室24の両側部に設けられる駆動素子である柱部25と、各柱部25の側面および圧力室24の底部に形成される電極26とを有している。   The piezoelectric member 15 is formed, for example, by bonding two piezoelectric plates 23 made of PZT (lead zirconate titanate) so that their polarization directions are opposed to each other. The piezoelectric member 15 has a trapezoidal cross section and is formed in a rod shape. The piezoelectric member 15 includes a plurality of pressure chambers 24 that are cut and formed in a groove shape on the surface, a column portion 25 that is a drive element provided on both sides of each pressure chamber 24, a side surface of each column portion 25, and a pressure chamber 24. And an electrode 26 formed on the bottom of the substrate.

そして、ノズルプレート14は、金属・セラミックス等の剛性の強い材料からなる蓋部27を介して圧電部材15の柱部25に接合されている。ここで、圧電部材15は、ノズルプレート14上のノズル列21に対応するように基板12に接着される。圧力室24および柱部25は、ノズル22に対応して形成されている。   The nozzle plate 14 is joined to the column portion 25 of the piezoelectric member 15 via a lid portion 27 made of a highly rigid material such as metal or ceramics. Here, the piezoelectric member 15 is bonded to the substrate 12 so as to correspond to the nozzle row 21 on the nozzle plate 14. The pressure chamber 24 and the column part 25 are formed corresponding to the nozzle 22.

また、蓋部27には、各圧力室24と連通する連通穴28が形成されている。本実施の形態では、蓋部27は、ヤング率を100〜200Gpaに設定している。さらに、本実施の形態の蓋部27は、圧力室24を覆う第1の部分27aと、圧力室24間の共通液室41を覆う第2の部分27bとを有する。第1の部分27aの厚みは、30〜60μmとし、第2の部分27bは、第1の部分27aよりも厚みが小さい薄肉部27b2を設けている。本実施の形態では、第2の部分27bの薄肉部27b2は、第1の部分27aの厚みの1/2に設定されている。   The lid portion 27 is formed with a communication hole 28 that communicates with each pressure chamber 24. In the present embodiment, the lid portion 27 has a Young's modulus set to 100 to 200 Gpa. Further, the lid portion 27 of the present embodiment has a first portion 27 a that covers the pressure chamber 24 and a second portion 27 b that covers the common liquid chamber 41 between the pressure chambers 24. The thickness of the 1st part 27a shall be 30-60 micrometers, and the 2nd part 27b is provided with the thin part 27b2 smaller in thickness than the 1st part 27a. In the present embodiment, the thin portion 27b2 of the second portion 27b is set to ½ of the thickness of the first portion 27a.

ノズルプレート14のノズル22は、各連通穴28と連通する状態で開口させてある。また、基板12上には、複数の電気配線29が設けられている。各電気配線29は、その一端で電極26に接続されるとともに、他端でヘッド駆動用のIC16に接続されている。   The nozzles 22 of the nozzle plate 14 are opened so as to communicate with the respective communication holes 28. A plurality of electrical wirings 29 are provided on the substrate 12. Each electrical wiring 29 is connected to the electrode 26 at one end and to the head driving IC 16 at the other end.

基板12は、例えばアルミナなどのセラミックスによって、方形の板状に形成されている。基板12は、孔でそれぞれ構成される供給口31および排出口32を有している。供給口31は、図示しないプリンタのインクタンクに連結され、排出口32は図示しないインクタンクに連結されている。そして、インクジェットヘッド11の動作時には、インクの供給は、供給口31を介して行われ、インクタンクから流出したインクは、供給口31を経由して圧力室24内に満たされる。圧力室24内で使用されなかったインクは、排出口32によってインクタンクに回収される。本実施の形態のインクジェットヘッド11は、圧力室24内のインクを循環させて、混入した気泡等を自動的に除去できる特徴を有する循環式のヘッドである。   The substrate 12 is formed in a square plate shape using ceramics such as alumina. The substrate 12 has a supply port 31 and a discharge port 32 each formed by a hole. The supply port 31 is connected to an ink tank of a printer (not shown), and the discharge port 32 is connected to an ink tank (not shown). During operation of the inkjet head 11, ink is supplied through the supply port 31, and ink that has flowed out of the ink tank is filled into the pressure chamber 24 through the supply port 31. Ink that has not been used in the pressure chamber 24 is collected in the ink tank by the discharge port 32. The ink jet head 11 according to the present embodiment is a circulation type head having a feature that the ink in the pressure chamber 24 is circulated to automatically remove mixed bubbles and the like.

図3(A)〜(C)はインクジェットヘッド11の動作を説明した図である。ここで、図3(A)は圧力室24の周辺の構成を示す要部の縦断面図、図3(B)は圧力室24を減圧させた状態(圧力室24を拡大させた状態)を示す要部の縦断面図、(C)は圧力室24を加圧させてインクを吐出させる状態(圧力室24を収縮させた状態)を示す要部の縦断面図である。ユーザがプリンタに対して印刷を指示すると、プリンタの制御部は、インクジェットヘッド11に対して印字信号をヘッド駆動用のIC16に出力する。印刷信号を受けたヘッド駆動用のIC16は、電気配線29を介して駆動パルス電圧を柱部25に印加する。これにより、最初に左右一対の柱部25は、シェアモード変形を行って「く」の字に変形(湾曲する)ように離反する。このとき、図3(B)に示すように圧力室24を減圧(圧力室24を拡大)させる。次に、図3(C)に示すようにこれらを初期位置に復帰させて圧力室24内の圧力を高くする(圧力室24を収縮させる)。これにより、圧力室24内のインクが蓋部27の連通穴28を経てノズルプレート14のノズル22に供給され、ノズル22からインク滴が勢い良く吐出される。   3A to 3C are diagrams illustrating the operation of the inkjet head 11. Here, FIG. 3A is a longitudinal sectional view of the main part showing the configuration around the pressure chamber 24, and FIG. 3B shows a state where the pressure chamber 24 is depressurized (a state where the pressure chamber 24 is expanded). FIG. 5C is a longitudinal sectional view of the main part showing a state in which the pressure chamber 24 is pressurized and ink is ejected (the pressure chamber 24 is contracted). When the user instructs printing to the printer, the control unit of the printer outputs a print signal to the inkjet head 11 to the head driving IC 16. Upon receiving the print signal, the head driving IC 16 applies a driving pulse voltage to the column portion 25 via the electric wiring 29. As a result, the pair of left and right pillars 25 are first separated so as to be deformed (curved) into a “<” shape by performing shear mode deformation. At this time, the pressure chamber 24 is depressurized (the pressure chamber 24 is enlarged) as shown in FIG. Next, as shown in FIG. 3C, these are returned to the initial positions to increase the pressure in the pressure chamber 24 (the pressure chamber 24 is contracted). As a result, the ink in the pressure chamber 24 is supplied to the nozzle 22 of the nozzle plate 14 through the communication hole 28 of the lid portion 27, and ink droplets are ejected vigorously from the nozzle 22.

このようなインクジェットヘッド11において、蓋部27は圧力室24の1壁面を構成するので、圧力室24の剛性に影響を与える。蓋部27の剛性が強いほど(固いほど・厚いほど)、圧力室24の剛性が強くなるので、圧電部材15の発生する圧力が効率よくインク吐出に利用され、また、インク内の圧力伝播速度も速くなり、高速で駆動することができる。ここで、蓋部27には、ノズル22に連通する連通穴28の開口を設ける必要があるため、蓋部27の厚さが厚すぎるとノズル22までの流体抵抗が大きくなり吐出効率が落ちる。逆に、吐出効率が落ちないよう蓋部27の連通穴28の開口を大きくすると圧力室24の剛性が落ち、圧力室24も大きくなるので圧力伝播速度が落ちてしまう。したがって、蓋部27の厚さと連通穴28の穴の大きさには最適値が存在することが考えられる。   In such an ink jet head 11, the lid 27 constitutes one wall surface of the pressure chamber 24, and thus affects the rigidity of the pressure chamber 24. Since the rigidity of the pressure chamber 24 increases as the rigidity of the lid portion 27 increases (the harder and thicker the cover 27 is, the pressure generated by the piezoelectric member 15 is efficiently used for ink ejection, and the pressure propagation speed in the ink is increased. Can be driven at high speed. Here, since it is necessary to provide the lid 27 with the opening of the communication hole 28 communicating with the nozzle 22, if the lid 27 is too thick, the fluid resistance to the nozzle 22 increases and the discharge efficiency decreases. On the contrary, if the opening of the communication hole 28 of the lid portion 27 is increased so that the discharge efficiency does not decrease, the rigidity of the pressure chamber 24 decreases and the pressure chamber 24 also increases, so the pressure propagation speed decreases. Therefore, it is conceivable that there are optimum values for the thickness of the lid portion 27 and the size of the hole of the communication hole 28.

本実施の形態のインクジェットヘッド11は、ノズル22から吐出されるインクの吐出電圧と、蓋部27の連通穴28における圧力室24の長手方向に沿う方向の長さ(図2のL6参照)と圧力室24の長手方向の長さ(図2のL3参照)との長さ比との関係が極小となる長さ比(図4(A2)の極小値X1および図5(B2)の極小値Y1参照)を中心としてその前後の10〜25%の範囲に設定したものである。   In the inkjet head 11 of the present embodiment, the discharge voltage of the ink discharged from the nozzle 22 and the length in the direction along the longitudinal direction of the pressure chamber 24 in the communication hole 28 of the lid portion 27 (see L6 in FIG. 2) The length ratio (minimum value X1 in FIG. 4 (A2) and the minimum value in FIG. 5 (B2) at which the relationship with the length ratio of the pressure chamber 24 in the longitudinal direction (see L3 in FIG. 2) is minimized. It is set to a range of 10 to 25% around the center of Y1).

(インクジェットヘッド11の試作)
次の表1の組み合わせでインクジェットヘッド11を試作した。
(Prototype of inkjet head 11)
An ink-jet head 11 was made by trial using the combinations shown in Table 1 below.

ヘッド11は大きく2種に分類され、圧力室密度が150dpi、300dpiと、代表的な2種を試作した。表1中で、サンプルNo.1〜60は、圧力室24のピッチ(L1)が169μm、幅(L2)が80μm、長さ(L3)が2000μm、深さ(L4)が300μmである。また、サンプルNo.61〜120は、圧力室24のピッチ(L1)が84.5μm、幅(L2)が40μm、長さ(L3)が1500μm、深さ(L4)が150μmである。そして、蓋部27は、ヤング率(Gpa)と、厚さ(L5)と、連通穴28の開口長さ(L6)とがそれぞれ表1に示す通り設定されている。ここで、蓋部27の材質は、ヤング率が約50GPaであるPZT、約150GPaであるNi−Fe合金(42Alloy)、約250GPaである92アルミナを用い、蓋部27の連通穴28の幅は圧力室24の幅(L2)と略等しくした。   The heads 11 are roughly classified into two types, and two typical types of pressure chamber densities of 150 dpi and 300 dpi have been prototyped. In Table 1, sample no. 1 to 60, the pitch (L1) of the pressure chambers 24 is 169 μm, the width (L2) is 80 μm, the length (L3) is 2000 μm, and the depth (L4) is 300 μm. Sample No. 61-120, the pitch (L1) of the pressure chambers 24 is 84.5 μm, the width (L2) is 40 μm, the length (L3) is 1500 μm, and the depth (L4) is 150 μm. In the lid portion 27, Young's modulus (Gpa), thickness (L5), and opening length (L6) of the communication hole 28 are set as shown in Table 1, respectively. Here, PZT having a Young's modulus of about 50 GPa, Ni—Fe alloy (42 Alloy) of about 150 GPa, and 92 alumina of about 250 GPa are used as the material of the lid 27, and the width of the communication hole 28 of the lid 27 is The width (L2) of the pressure chamber 24 was made substantially equal.

(試験)
上記サンプルNo.1〜120のインクジェットヘッド11毎に、吐出電圧(一定量のインク滴を所定の駆動速度で吐出させるのに必要な電圧)、圧力伝播時間(圧力室内を圧力が伝播する時間で圧力伝播速度に反比例)を評価した。試験結果を次の表2に示す。
(test)
Sample No. above. For each of the inkjet heads 1 to 120, the ejection voltage (the voltage necessary for ejecting a fixed amount of ink droplets at a predetermined driving speed), the pressure propagation time (the pressure propagation speed is the time during which the pressure propagates through the pressure chamber). (Inverse proportion) was evaluated. The test results are shown in Table 2 below.

また、蓋部27の各パラメータ毎に集計した結果を次の図4、5に示す。図4は、圧力室密度が150dpiの場合における吐出電圧V1(V)と、圧力伝播時間T1(μsec)とを評価した実験結果を示す特性図である。ここで、図4(A1)は、T1と、蓋部27の連通穴28における圧力室24の長手方向に沿う方向の長さ(L6)と圧力室24の長手方向の長さ(L3)との長さ比X(%)との関係を示す特性図である。図4(A2)は、吐出電圧V1とXとの関係を示す特性図である。図4(A3)は、T1と蓋部27の厚さL5との関係を示す特性図である。図4(A4)は、吐出電圧V1とL5との関係を示す特性図である。図4(A5)は、T1と蓋部27のヤング率との関係を示す特性図である。図4(A6)は、吐出電圧V1と蓋部27のヤング率との関係を示す特性図である。   Moreover, the result totaled for every parameter of the cover part 27 is shown to the following FIG. FIG. 4 is a characteristic diagram showing experimental results of evaluating the discharge voltage V1 (V) and the pressure propagation time T1 (μsec) when the pressure chamber density is 150 dpi. Here, FIG. 4A1 shows T1, the length (L6) in the direction along the longitudinal direction of the pressure chamber 24 in the communication hole 28 of the lid portion 27, and the length (L3) in the longitudinal direction of the pressure chamber 24. It is a characteristic view which shows the relationship with length ratio X (%). FIG. 4A2 is a characteristic diagram showing the relationship between the ejection voltage V1 and X. In FIG. FIG. 4A3 is a characteristic diagram showing the relationship between T1 and the thickness L5 of the lid 27. FIG. 4A4 is a characteristic diagram showing the relationship between the ejection voltage V1 and L5. FIG. 4 (A5) is a characteristic diagram showing the relationship between T1 and the Young's modulus of the lid 27. FIG. FIG. 4A6 is a characteristic diagram showing the relationship between the ejection voltage V1 and the Young's modulus of the lid 27.

図5は、圧力室密度が300dpiの場合における吐出電圧V2(V)と、圧力伝播時間T2(μsec)とを評価した実験結果を示す特性図である。ここで、図5(B1)は、T2と、蓋部27の連通穴28における圧力室24の長手方向に沿う方向の長さ(L6)と圧力室24の長手方向の長さ(L3)との長さ比Y(%)との関係を示す特性図である。図5(B2)は、吐出電圧V2とYとの関係を示す特性図である。図5(B3)は、T2と蓋部27の厚さL5との関係を示す特性図である。図5(B4)は、吐出電圧V2とL5との関係を示す特性図である。図5(B5)は、T2と蓋部27のヤング率との関係を示す特性図である。図5(B6)は、吐出電圧V2と蓋部27のヤング率との関係を示す特性図である。   FIG. 5 is a characteristic diagram showing experimental results of evaluating the discharge voltage V2 (V) and the pressure propagation time T2 (μsec) when the pressure chamber density is 300 dpi. Here, FIG. 5B1 shows T2, the length (L6) in the direction along the longitudinal direction of the pressure chamber 24 in the communication hole 28 of the lid portion 27, and the length (L3) in the longitudinal direction of the pressure chamber 24. It is a characteristic view which shows the relationship with the length ratio Y (%). FIG. 5B2 is a characteristic diagram showing the relationship between the ejection voltage V2 and Y. FIG. 5 (B3) is a characteristic diagram showing the relationship between T2 and the thickness L5 of the lid 27. FIG. 5 (B4) is a characteristic diagram showing the relationship between the ejection voltage V2 and L5. FIG. 5 (B5) is a characteristic diagram showing the relationship between T2 and the Young's modulus of the lid 27. FIG. 5 (B6) is a characteristic diagram showing the relationship between the ejection voltage V2 and the Young's modulus of the lid 27.

(作用・効果)
上記図4および図5の各特性図を見て明らかなように、特性に最も影響を与えるパラメータは蓋部27の連通穴28における圧力室24の長手方向に沿う方向の長さ(L6)であり、2種のインクジェットヘッド11とも、圧力室24の長さ比XとYが10〜25%の範囲で好適に使用することを見出した。
(Action / Effect)
4 and 5, the parameter that most affects the characteristics is the length (L6) in the direction along the longitudinal direction of the pressure chamber 24 in the communication hole 28 of the lid 27. Yes, it was found that both the two types of inkjet heads 11 are suitably used when the length ratio X and Y of the pressure chamber 24 are in the range of 10 to 25%.

蓋部27の厚さ(L5)は、薄いほど好適であるが、連通穴28の穴の長さ(L6)に比べ影響が少ないので、取扱い性、製造性、コスト等から適宜選択すればよい。蓋部27のヤング率に関しては大きいほど(固いほど)好適であるが、製造上ではあまり固すぎると加工が困難となるので、150GPa程度あれば十分である。   The thickness (L5) of the lid portion 27 is preferably as thin as possible, but since the influence is less than the length (L6) of the communication hole 28, it may be selected as appropriate from the viewpoint of handling, manufacturability, cost, etc. . As the Young's modulus of the lid part 27 is larger (harder), it is more suitable. However, if it is too hard in manufacturing, processing becomes difficult, so about 150 GPa is sufficient.

更には、インクジェットヘッド11では、種々のインクを用いるので、耐インク性を考慮し、熱硬化性の接着剤で蓋部27を接着する。そのため、蓋部27の熱膨張率は圧電部材15に近いほうが、ヘッド11の反りが小さくなり望ましい。もし常温硬化接着剤で接着可能でも、使用中にヘッド11の温度が上がることで、高温にして低粘度化したインクを吐出させることが考えられる。そのため、熱膨張率は圧電部材15と近いほうが望ましいため、42Alloy、インバー、コバールなどが好適である。   Furthermore, since various inks are used in the inkjet head 11, the lid portion 27 is bonded with a thermosetting adhesive in consideration of ink resistance. Therefore, it is desirable that the thermal expansion coefficient of the lid portion 27 is closer to the piezoelectric member 15 because the warp of the head 11 is smaller. Even if it can be bonded with a normal temperature curing adhesive, it is conceivable that the temperature of the head 11 rises during use, and thus the ink having a low viscosity is discharged at a high temperature. Therefore, it is desirable that the coefficient of thermal expansion is close to that of the piezoelectric member 15, and therefore, 42 Alloy, Invar, Kovar, etc. are preferable.

なお、これら導電性の蓋部27の場合、圧力室24の電極26と接着剤を介して接触するため、SiO等の絶縁薄膜を接合面に形成する。 In the case of these conductive lids 27, an insulating thin film such as SiO 2 is formed on the bonding surface in order to contact the electrode 26 of the pressure chamber 24 via an adhesive.

そこで、上記構成のものにあっては次の効果を奏する。すなわち、本実施の形態のインクジェットヘッド11では、蓋部27の厚さ(L5)、ヤング率、連通穴28の開口長さ(L6)の大きさの各パラメータにおいて、連通穴28の開口長さ(L6)の大きさがインクジェットヘッド11の特性に最も影響が大きいことを見出した。本実施の形態のインクジェットヘッド11では、ノズル22から吐出されるインクの吐出電圧と、蓋部27の連通穴28における圧力室24の長手方向に沿う方向の長さ(図2のL6参照)と圧力室24の長手方向の長さ(図2のL3参照)との長さ比との関係が極小となる長さ比(図4(A2)のX1および図5(B2)のY1参照)を中心としてその前後の10〜25%の範囲に設定されている。これにより、連通穴28の開口長さ(L6)の大きさを最適化することで、インク吐出効率が向上し、駆動電圧を小さく、駆動周波数を高速にすることが可能となる。   Therefore, the above configuration has the following effects. In other words, in the inkjet head 11 of the present embodiment, the opening length of the communication hole 28 in each parameter of the thickness of the lid 27 (L5), the Young's modulus, and the opening length (L6) of the communication hole 28. It has been found that the size of (L6) has the greatest influence on the characteristics of the inkjet head 11. In the inkjet head 11 of the present embodiment, the discharge voltage of the ink discharged from the nozzle 22 and the length in the direction along the longitudinal direction of the pressure chamber 24 in the communication hole 28 of the lid portion 27 (see L6 in FIG. 2) The length ratio (see X1 in FIG. 4 (A2) and Y1 in FIG. 5 (B2)) that minimizes the relationship between the length of the pressure chamber 24 in the longitudinal direction (see L3 in FIG. 2) and the length ratio. The center is set to a range of 10 to 25% before and after the center. Thereby, by optimizing the size of the opening length (L6) of the communication hole 28, it is possible to improve the ink ejection efficiency, reduce the drive voltage, and increase the drive frequency.

また、本実施の形態では、蓋部27は、ヤング率を100〜200Gpaに設定している。さらに、本実施の形態の蓋部27は、圧力室24を覆う第1の部分27aと、圧力室24間の共通液室41を覆う第2の部分27bとを有する。第1の部分27aの厚みは、30〜60μmとし、第2の部分27bは、第1の部分27aよりも厚みが小さい薄肉部27b2を設けている。ここで、蓋部27は、例えば表面側に第2の部分27bと対応する部分に溝状の切欠部27b1を設けることで、薄肉部27b2が形成されている。これにより、蓋部27は、第1の部分27aに比べて第2の部分27bでは剛性が小さくなる。この場合は、1回のインク吐出時に使用される圧力室24内のインクの圧力変動による残留振動を抑制し、圧力室24間の共通液室41にダンパー効果を得ることができる。したがって、1回のインク吐出時に使用される圧力室24内のインクの圧力変動の振動が蓋部27に伝達され、インク吐出時に使用されない他の圧力室24側が振動してしまうことを抑制することができる。そのため、インク吐出時に使用されない他の圧力室24側が振動している状態で次回のインク吐出に使用されることを防止できるので、次回のインク吐出時にクロストークを抑制することができ、印刷の安定性を高めることができる。   Moreover, in this Embodiment, the cover part 27 has set the Young's modulus to 100-200 Gpa. Further, the lid portion 27 of the present embodiment has a first portion 27 a that covers the pressure chamber 24 and a second portion 27 b that covers the common liquid chamber 41 between the pressure chambers 24. The thickness of the 1st part 27a shall be 30-60 micrometers, and the 2nd part 27b is provided with the thin part 27b2 smaller in thickness than the 1st part 27a. Here, the lid portion 27 is provided with a groove-shaped cutout portion 27b1 at a portion corresponding to the second portion 27b on the surface side, for example, so that a thin portion 27b2 is formed. As a result, the lid portion 27 is less rigid in the second portion 27b than in the first portion 27a. In this case, residual vibration due to ink pressure fluctuation in the pressure chamber 24 used at the time of one ink discharge can be suppressed, and a damper effect can be obtained in the common liquid chamber 41 between the pressure chambers 24. Therefore, the vibration of the pressure fluctuation of the ink in the pressure chamber 24 used at the time of one ink discharge is transmitted to the lid 27, and the other pressure chamber 24 that is not used at the time of ink discharge is prevented from vibrating. Can do. Therefore, it can be prevented from being used for the next ink discharge in a state where the other pressure chamber 24 that is not used at the time of ink discharge is vibrated, so that the crosstalk can be suppressed at the next ink discharge and the printing can be stably performed. Can increase the sex.

本実施の形態では、蓋部27は、1枚板によって形成できるので、蓋部27の製作を容易に行うことができ、インクジェットヘッド11の組立て時に、他の部品との組み付け作業性などを容易化することができる。   In the present embodiment, the lid portion 27 can be formed of a single plate, so that the lid portion 27 can be easily manufactured, and when the inkjet head 11 is assembled, it is easy to assemble with other components. Can be

さらに、圧力室24の蓋部27を接合した後にノズルプレート14を形成することでインク流路を構築することができる。   Furthermore, the ink flow path can be constructed by forming the nozzle plate 14 after joining the lid portion 27 of the pressure chamber 24.

上記実施形態によれば、効率よく高速でインクを吐出できるインクジェットプリンタヘッドを提供することができる。   According to the embodiment, it is possible to provide an ink jet printer head that can eject ink efficiently and at high speed.

また、圧電部材15を積層せずに電極26を半分まで設けた構造でも構わない。   Further, a structure in which up to half of the electrodes 26 are provided without stacking the piezoelectric members 15 may be used.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[1]分極方向が相反する圧電部材に溝状に形成される複数の圧力室と、前記圧力室の側面に剛性が高い蓋部を介してノズルプレートが配設され、前記ノズルプレートに形成された複数のノズルに連通する複数の連通穴が前記蓋部に形成されているインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記蓋部は、ヤング率を100〜200Gpaに設定し、前記圧力室を覆う第1の部分の厚みを30〜60μmとし、前記圧力室間の共通液室を覆う第2の部分に前記第1の部分よりも厚みが小さい薄肉部を設けるとともに、前記ノズルプレートは、厚み25〜75μmの樹脂材料にて形成することを特徴とするインクジェットプリンタヘッド。
[2]前記蓋部は、前記第2の部分の前記薄肉部が前記第1の部分の厚みの1/2としたことを特徴とする[1]に記載のインクジェットプリンタヘッド。
[3]前記蓋部は、低熱膨張金属であることを特徴とする[1]または[2]に記載のインクジェットプリンタヘッド。
[4]前記インクジェットプリンタヘッドは、サイドシュータ型シェアモードシェアウォール方式であることを特徴とする[1]ないし[3]のいずれかに記載のインクジェットプリンタヘッド。
[5]前記圧電部材は、分極方向が相反する2枚のPZTの積層板であることを特徴とする[1]ないし[4]のいずれかに記載のインクジェットプリンタヘッド。
Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
Hereinafter, the invention described in the scope of claims of the present application will be appended.
[1] A plurality of pressure chambers formed in a groove shape in piezoelectric members having opposite polarization directions, and a nozzle plate disposed on a side surface of the pressure chamber via a lid having high rigidity, are formed on the nozzle plate. In the ink jet printer head in which a plurality of communication holes communicating with the plurality of nozzles are formed in the lid portion, the lid portion has a Young's modulus set to 100 to 200 Gpa and a first portion that covers the pressure chamber. A thickness of 30 to 60 μm is provided, and a thin portion having a thickness smaller than that of the first portion is provided in a second portion that covers the common liquid chamber between the pressure chambers, and the nozzle plate is a resin material having a thickness of 25 to 75 μm. An ink jet printer head, characterized by being formed by
[2] The inkjet printer head according to [1], wherein the thin portion of the second portion is half the thickness of the first portion.
[3] The inkjet printer head according to [1] or [2], wherein the lid portion is a low thermal expansion metal.
[4] The inkjet printer head according to any one of [1] to [3], wherein the inkjet printer head is a side shooter type share mode share wall system.
[5] The inkjet printer head according to any one of [1] to [4], wherein the piezoelectric member is a laminate of two PZTs having opposite polarization directions.

11…インクジェットヘッド、12…基板、13…枠部材、14…ノズルプレート、15…圧電部材、16…ヘッド駆動用のIC、21…ノズル列、22…ノズル、23…圧電板、24…圧力室、25…柱部、26…電極、27…蓋部、27a…第1の部分、27b…第2の部分、27b2…薄肉部、28…連通穴、29…電気配線、41…共通液室。     DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Inkjet head, 12 ... Board | substrate, 13 ... Frame member, 14 ... Nozzle plate, 15 ... Piezoelectric member, 16 ... IC for head drive, 21 ... Nozzle row, 22 ... Nozzle, 23 ... Piezoelectric plate, 24 ... Pressure chamber 25 ... pillar part, 26 ... electrode, 27 ... lid part, 27a ... first part, 27b ... second part, 27b2 ... thin part, 28 ... communication hole, 29 ... electric wiring, 41 ... common liquid chamber.

Claims (5)

基板と、
前記基板に接着された枠部材と、
前記枠部材に接着され、複数のノズルを含む一対のノズル列が形成されたノズルプレートと、
前記枠部材の内側の位置で前記基板に接着する一対の圧電部材と、
前記各圧電部材の表面に溝状に形成され、前記各ノズル列の前記各ノズルに対応する複数の圧力室と、
前記一対の圧電部材と前記ノズルプレートとの間に介設され、複数の前記ノズルに連通する複数の連通穴が形成された蓋部と、を有し、
前記蓋部は、ヤング率を100〜200Gpaに設定し、前記圧力室を覆う第1の部分の厚みを30〜60μmとし、一対の前記圧電部材の各圧力室間の共通液室および前記圧電部材の外側の共通液室を覆う第2の部分に前記第1の部分よりも厚みが小さい薄肉部を設けるとともに、
前記ノズルプレートは、厚み25〜75μmの樹脂材料にて形成する
ことを特徴とするインクジェットプリンタヘッド。
A substrate,
A frame member bonded to the substrate;
A nozzle plate bonded to the frame member and formed with a pair of nozzle rows including a plurality of nozzles;
A pair of piezoelectric members that adhere to the substrate at a position inside the frame member;
A plurality of pressure chambers formed in a groove shape on the surface of each piezoelectric member, corresponding to each nozzle of each nozzle row;
A lid portion interposed between the pair of piezoelectric members and the nozzle plate and having a plurality of communication holes communicating with the plurality of nozzles;
The lid portion has a Young's modulus set to 100 to 200 Gpa, a thickness of a first portion covering the pressure chamber is set to 30 to 60 μm, and a common liquid chamber between the pressure chambers of the pair of piezoelectric members and the piezoelectric member And providing a thin portion with a thickness smaller than that of the first portion in the second portion covering the common liquid chamber outside
The nozzle plate is formed of a resin material having a thickness of 25 to 75 μm.
前記蓋部は、前記第2の部分の前記薄肉部が前記第1の部分の厚みの1/2としたことを特徴とする請求項1に記載のインクジェットプリンタヘッド。   2. The ink jet printer head according to claim 1, wherein the thin portion of the second portion is half the thickness of the first portion. 前記蓋部は、42Alloy、インバー、コバールのうちのいずれかであることを特徴とする請求項1または2に記載のインクジェットプリンタヘッド。 The inkjet printer head according to claim 1, wherein the lid portion is any one of 42 Alloy, Invar, and Kovar . 前記インクジェットプリンタヘッドは、サイドシュータ型シェアモードシェアウォール方式であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載のインクジェットプリンタヘッド。   4. The ink jet printer head according to claim 1, wherein the ink jet printer head is a side shooter type share mode share wall system. 前記圧電部材は、分極方向が相反する2枚のPZTの積層板であることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載のインクジェットプリンタヘッド。   5. The ink jet printer head according to claim 1, wherein the piezoelectric member is a laminate of two PZTs having opposite polarization directions.
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