JP6281307B2 - Ink jet head, manufacturing method thereof, and ink jet printer - Google Patents

Ink jet head, manufacturing method thereof, and ink jet printer Download PDF

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本発明は、基板に形成された主室内のインクをノズル孔から射出させるインクジェットヘッドおよびその製造方法と、そのインクジェットヘッドを備えたインクジェットプリンタとに関するものである。   The present invention relates to an inkjet head that ejects ink in a main chamber formed on a substrate from a nozzle hole, a method for manufacturing the inkjet head, and an inkjet printer that includes the inkjet head.

従来から、液体インクを射出する複数のチャネルを有するインクジェットヘッドを備えたインクジェットプリンタが知られている。用紙や布などの記録メディアに対してインクジェットヘッドを相対的に移動させながら、インクの射出を制御することにより、記録メディアに対して二次元の画像を出力することができる。インクの射出は、圧力式のアクチュエータ(圧電式、静電式、熱変形など)を利用したり、熱によって管内のインクに気泡を発生させることで行うことができる。中でも、圧電式のアクチュエータは、出力が大きい、変調が可能、応答性が高い、インクを選ばない、などの利点を有しており、近年よく利用されている。   2. Description of the Related Art Conventionally, an ink jet printer including an ink jet head having a plurality of channels for ejecting liquid ink is known. By controlling the ejection of ink while moving the inkjet head relative to a recording medium such as paper or cloth, a two-dimensional image can be output to the recording medium. Ink can be ejected by using a pressure actuator (piezoelectric, electrostatic, thermal deformation, etc.) or by generating bubbles in the ink inside the tube by heat. Among them, the piezoelectric actuator has advantages such as high output, modulation, high responsiveness, and choice of ink, and has been frequently used in recent years.

圧電式のアクチュエータには、セラミックタイルのように焼成するバルク状の圧電体を用いたものと、基板に成膜する薄膜の圧電体(圧電薄膜)を用いたものとがあるが、これらは用途に応じて適切に選択される。圧電式のアクチュエータに用いられる圧電体には、チタン酸バリウム(BaTiO)やチタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Ti/Zr)O)などのペロブスカイト型の金属酸化物が広く用いられている。 There are two types of piezoelectric actuators: one that uses a bulk piezoelectric material that fires like a ceramic tile, and one that uses a thin film piezoelectric material (piezoelectric thin film) that is deposited on a substrate. It is selected appropriately according to. Perovskite-type metal oxides such as barium titanate (BaTiO 3 ) and lead zirconate titanate (Pb (Ti / Zr) O 3 ) are widely used for piezoelectric bodies used in piezoelectric actuators.

図11は、従来の圧電式のアクチュエータを用いたインクジェットヘッド100の概略の構成を示す平面図と、その平面図におけるa−a’線矢視断面図とを併せて示したものである。インクジェットヘッド100には、インクを射出する複数のチャネル101が2次元的に配置されている。このようなインクジェットヘッド100は、大きく分けて、ボディ201と、ノズル202とで構成されている。   FIG. 11 is a plan view showing a schematic configuration of an inkjet head 100 using a conventional piezoelectric actuator, and a cross-sectional view taken along line a-a ′ in the plan view. In the inkjet head 100, a plurality of channels 101 for ejecting ink are two-dimensionally arranged. Such an ink jet head 100 is roughly composed of a body 201 and a nozzle 202.

図12は、インクジェットヘッド100の1つのチャネル101の平面図と、その平面図におけるb−b’線矢視断面図とを併せて示したものである。ボディ201は、大きく分けて、ボディ基板301と、アクチュエータ302とで構成されており、ノズル202は、液滴量を制御するノズル孔303aを有するノズル基板303で構成されている。ボディ基板301の一方の面側にアクチュエータ302が配置されており、他方の面側にノズル基板303が配置されている。   FIG. 12 shows a plan view of one channel 101 of the inkjet head 100 and a cross-sectional view taken along the line b-b ′ in the plan view. The body 201 is roughly composed of a body substrate 301 and an actuator 302, and the nozzle 202 is composed of a nozzle substrate 303 having a nozzle hole 303a for controlling the droplet amount. The actuator 302 is disposed on one surface side of the body substrate 301, and the nozzle substrate 303 is disposed on the other surface side.

ボディ基板301には、インクを収容する圧力室301aが形成されている。圧力室301aは、ノズル基板303のノズル孔303aと連通している。アクチュエータ302は、変位しない従動板と、変位する圧電体の2層を少なくとも有している。より詳しくは、アクチュエータ302は、ボディ基板301側から順に、従動板401と、絶縁膜402と、下部電極403と、圧電体404と、上部電極405とを積層して構成されている。下部電極403および上部電極405は、駆動回路406と接続されている。   The body substrate 301 is formed with a pressure chamber 301a for containing ink. The pressure chamber 301 a communicates with the nozzle hole 303 a of the nozzle substrate 303. The actuator 302 has at least two layers of a follower plate that does not displace and a piezoelectric member that displaces. More specifically, the actuator 302 is configured by laminating a driven plate 401, an insulating film 402, a lower electrode 403, a piezoelectric body 404, and an upper electrode 405 in order from the body substrate 301 side. The lower electrode 403 and the upper electrode 405 are connected to the drive circuit 406.

上記の構成において、下部電極403および上部電極405に駆動回路406から電圧を印加すると、圧電体404が厚さ方向に垂直な方向に伸縮する。そして、圧電体404と従動板401との長さの違いにより、従動板401に曲率が生じ、従動板401が厚さ方向に変位(湾曲)する。このようなアクチュエータ302の上下運動により、圧力室301a内のインクに圧力を加えて、ノズル孔303aからインク滴を射出することができる。   In the above structure, when a voltage is applied from the drive circuit 406 to the lower electrode 403 and the upper electrode 405, the piezoelectric body 404 expands and contracts in a direction perpendicular to the thickness direction. Then, due to the difference in length between the piezoelectric body 404 and the driven plate 401, a curvature is generated in the driven plate 401, and the driven plate 401 is displaced (curved) in the thickness direction. By such vertical movement of the actuator 302, pressure can be applied to the ink in the pressure chamber 301a to eject ink droplets from the nozzle hole 303a.

上記の圧力室301aは、アクチュエータ302に形成されたインク供給口302aと連通しており、不図示のタンクからインク供給口302aを介して圧力室301aにインクが供給される。   The pressure chamber 301a communicates with an ink supply port 302a formed in the actuator 302, and ink is supplied to the pressure chamber 301a from a tank (not shown) through the ink supply port 302a.

このように、アクチュエータ302と、ボディ基板301に形成された圧力室301aと、ノズル基板303に形成されたノズル孔303aとを組み合わせることで、1つのチャネル101が構成される。そして、このチャネル101を縦横に並べることで、インクジェットヘッド100が構成される。   Thus, one channel 101 is configured by combining the actuator 302, the pressure chamber 301a formed in the body substrate 301, and the nozzle hole 303a formed in the nozzle substrate 303. The ink jet head 100 is configured by arranging the channels 101 vertically and horizontally.

〔気泡と異物について〕
ところで、圧力室内に気泡が存在していると、アクチュエータの力が圧力室内のインクに伝わらず、インクの射出不良が発生する。圧力室内に気泡が存在する原因としては、例えば以下のものが考えられる。
(a)圧力室に供給されるインク自体に気泡が混入している。
(b)圧力室へのインク導入時に、圧力室内に気泡が残留している。
(c)ノズル孔からインクを射出した後、圧力室内が負圧状態になるため、キャビテーション(空洞現象)により、インクに気泡が発生している。
[About bubbles and foreign objects]
By the way, if bubbles exist in the pressure chamber, the force of the actuator is not transmitted to the ink in the pressure chamber, and ink ejection failure occurs. As the cause of the presence of bubbles in the pressure chamber, for example, the following can be considered.
(A) Bubbles are mixed in the ink supplied to the pressure chamber.
(B) Bubbles remain in the pressure chamber when ink is introduced into the pressure chamber.
(C) Since the pressure chamber is in a negative pressure state after ink is ejected from the nozzle holes, bubbles are generated in the ink due to cavitation (cavity phenomenon).

また、圧力室内にゴミや凝集物などの異物が存在していると、異物がノズル孔に詰まり、インクの射出不良が発生する。圧力室内に異物が存在する原因としては、例えば以下のものが考えられる。
(d)ヘッドの内部に、加工時や組立時に発生した異物が存在している。
(e)圧力室に供給されるインク自体に異物が含まれている。
In addition, if foreign matter such as dust or aggregates is present in the pressure chamber, the foreign matter is clogged in the nozzle hole and ink ejection failure occurs. As a cause of the presence of foreign matter in the pressure chamber, for example, the following can be considered.
(D) Foreign matter generated during processing or assembly is present inside the head.
(E) The ink itself supplied to the pressure chamber contains foreign matter.

気泡や異物に対する対策としては、従来、以下の方法が提案されている。
(1−1)フィルタや中空糸を用いた脱気機構により、異物や気泡を除去する。
(1−2)流路内に振動部を設けて気泡による悪影響を低減する。例えば特許文献1では、圧力室の上流側に設けた振動部によりインク流動を生じさせ、これによって、圧力室の上流側の入口が気泡によって塞がれて吐出不良が生じるのを防止するようにしている。
(1−3)インクを循環して気泡や異物を排出する。例えば特許文献2では、流路溝を形成した流路基板にカバー基板を貼り合わせて、上記流路溝を圧力室としたものを2組用意し、それぞれの組の流路基板の背面(カバー基板とは反対側の面)同士を貼り合わせるとともに、連結流路を有する連結基板を各流路基板の端部に貼り合わせることにより、各圧力室と連結流路とを連結し、インク循環用の流路を形成している。
Conventionally, the following methods have been proposed as countermeasures against bubbles and foreign matters.
(1-1) A foreign substance and air bubbles are removed by a deaeration mechanism using a filter or a hollow fiber.
(1-2) An oscillating portion is provided in the flow path to reduce adverse effects due to bubbles. For example, in Patent Document 1, an ink flow is generated by a vibrating portion provided on the upstream side of the pressure chamber, thereby preventing the upstream inlet of the pressure chamber from being blocked by bubbles and causing ejection failure. ing.
(1-3) Circulating ink to discharge bubbles and foreign matters. For example, in Patent Document 2, two sets are prepared by attaching a cover substrate to a channel substrate in which channel grooves are formed, and using the channel grooves as pressure chambers. The pressure chambers and the connection flow paths are connected by bonding the connection substrates having the connection flow paths to the end portions of the flow path substrates and bonding the connection flow paths to each other. The flow path is formed.

〔圧力変動と射出量制御について〕
圧力室に供給されるインクの圧力が変動すると、アクチュエータの力が一定でも、射出性能(インク射出量や射出速度)が変動する。インクの圧力の変動の原因としては、例えば以下のものが考えられる。
(f)インクの残留量に応じてインクタンクの液面が変動することにより、供給されるインクの圧力が変動する。
(g)紙面に対してヘッドを走査させて印字する方式では、走査時のヘッドの移動加速度やタンクからの距離により、供給されるインクの圧力が変動する。
(h)用紙幅分の長さを持つヘッドを固定して並べ、円筒状のドラムに用紙を巻き付けて印字する方式では、ヘッドの取り付け角度により(下向き、横向きなど)、供給されるインクの圧力が変動する。
[Pressure fluctuation and injection amount control]
When the pressure of the ink supplied to the pressure chamber fluctuates, the ejection performance (ink ejection amount and ejection speed) varies even if the actuator force is constant. Possible causes of fluctuations in ink pressure are as follows, for example.
(F) The liquid level of the ink tank fluctuates according to the residual amount of ink, so that the pressure of the supplied ink fluctuates.
(G) In the method of printing by scanning the head with respect to the paper surface, the pressure of the supplied ink varies depending on the movement acceleration of the head during scanning and the distance from the tank.
(H) In a system in which a head having a length corresponding to the paper width is fixed and arranged, and the paper is wound around a cylindrical drum for printing, the pressure of the supplied ink depends on the head mounting angle (downward, sideways, etc.) Fluctuates.

また、装置の仕様により、1画素の濃淡を制御することが必要な場合がある。例えば、画像を濃くする場合、太い線を描く場合、隣接するチャネルの液量が少ない場合には、インクの射出量を増やす必要がある。逆に、画像を薄くする場合、細い線を描く場合には、インクの射出量を減らす必要がある。   Further, depending on the specifications of the apparatus, it may be necessary to control the shading of one pixel. For example, when the image is darkened, when a thick line is drawn, or when the amount of liquid in the adjacent channel is small, it is necessary to increase the ink ejection amount. On the other hand, when thinning the image or drawing a thin line, it is necessary to reduce the ink ejection amount.

圧力変動の抑制や射出量制御に関しては、従来、以下の方法が提案されている。
(2−1)ポンプで圧力を加えたり、予備室で圧力を安定化する。
(2−2)1つの圧力室に複数の圧電素子を設けて、圧力室内の圧力を調整する(特許文献3参照)。
(2−3)駆動電圧を変える、射出回数を増減するなどの汎用的な方法。
Conventionally, the following methods have been proposed for suppressing pressure fluctuation and controlling the injection amount.
(2-1) Apply pressure with a pump or stabilize pressure in a spare chamber.
(2-2) A plurality of piezoelectric elements are provided in one pressure chamber to adjust the pressure in the pressure chamber (see Patent Document 3).
(2-3) General-purpose methods such as changing the drive voltage and increasing / decreasing the number of injections.

特開平5−293971号公報(請求項1、段落〔0029〕、〔0066〕、〔0067〕、図2等参照)JP-A-5-293971 (see claim 1, paragraphs [0029], [0066], [0067], FIG. 2, etc.) 特開2007−175921号公報(段落〔0034〕〜〔0041〕、図3、図4等参照)JP 2007-175922 A (refer to paragraphs [0034] to [0041], FIG. 3, FIG. 4 etc.) 特許第3006577号公報(請求項1、段落〔0034〕、〔0035〕、図1、図2等参照)Japanese Patent No. 3006577 (see claim 1, paragraphs [0034] and [0035], FIG. 1 and FIG. 2)

ところが、気泡や異物の除去、および圧力変動の抑制や射出量制御に関して、上述した従来の対策では、以下の問題が生ずる。   However, with respect to the removal of bubbles and foreign substances, suppression of pressure fluctuations, and injection amount control, the conventional measures described above have the following problems.

(1−1、2−1について)
外部に脱気機構、ポンプ、予備室を設ける構成では、装置が大型化、高コスト化する。
(About 1-1 and 2-1)
In the configuration in which a deaeration mechanism, a pump, and a spare chamber are provided outside, the apparatus is increased in size and cost.

(1−2について)
特許文献1では、振動部を圧力室と直列に設けているが、振動部が圧力室に対して上流側にあるため、下流側の圧力室内で発生し、蓄積した気泡については、何ら作用を及ぼすことができず、圧力室内の気泡を除去することはできない。
(About 1-2)
In Patent Document 1, the vibration part is provided in series with the pressure chamber. However, since the vibration part is on the upstream side of the pressure chamber, there is no effect on the bubbles generated and accumulated in the pressure chamber on the downstream side. The air bubbles in the pressure chamber cannot be removed.

(1−3について)
特許文献2は、複数の基板(流路基板、連結基板)にまたがってインクを循環させる構成のため、構成が複雑で装置が大型化することが懸念される。
(About 1-3)
Since Patent Document 2 has a configuration in which ink is circulated across a plurality of substrates (channel substrates, connection substrates), there is a concern that the configuration is complicated and the apparatus becomes large.

(2−2について)
特許文献3のように、1つの圧力室に複数の圧電素子を設ける構成では、圧力室の容積が増大するため、圧電素子の駆動周波数が低下する。つまり、運動方程式F=maの関係(F:物体に与える力、m:物体の質量、a:物体に生じる加速度)より、圧力室の容積(上記のmに相当)が増大すると、圧電素子によって生じる力(上記のFに相当)が一定の場合には、圧力室内のインクが移動する際の加速度が低下する。このことは、圧電素子の駆動周波数が低下することと同じである。
(About 2-2)
In a configuration in which a plurality of piezoelectric elements are provided in one pressure chamber as in Patent Document 3, the volume of the pressure chamber is increased, so that the drive frequency of the piezoelectric element is decreased. That is, when the volume of the pressure chamber (corresponding to m described above) increases from the relationship of the equation of motion F = ma (F: force applied to the object, m: mass of the object, a: acceleration generated in the object), the piezoelectric element causes When the generated force (corresponding to F above) is constant, the acceleration when the ink in the pressure chamber moves decreases. This is the same as a decrease in the driving frequency of the piezoelectric element.

(2−3について)
駆動電圧を高くしたり、射出回数を増やすと、ヘッドの耐久性が低下する。
(About 2-3)
When the driving voltage is increased or the number of injections is increased, the durability of the head is lowered.

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、追加の機構を設けることなく、小型、低コストで簡単な構成で、気泡や異物の除去、圧力変動の抑制および射出量制御を行うことができるとともに、駆動周波数の低下を抑え、耐久性を向上させることができるインクジェットヘッドおよびその製造方法と、そのインクジェットヘッドを備えたインクジェットプリンタとを提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to eliminate bubbles and foreign substances and to suppress pressure fluctuations with a small, low-cost and simple configuration without providing an additional mechanism. It is another object of the present invention to provide an ink jet head that can perform ejection amount control, suppress a decrease in driving frequency, and improve durability, a manufacturing method thereof, and an ink jet printer including the ink jet head.

本発明の一側面に係るインクジェットヘッドは、インク供給口およびノズル孔と連通する主室が形成された基板を備え、前記主室内のインクを前記ノズル孔から射出させるインクジェットヘッドであって、前記主室が形成された前記基板には、前記主室とは独立して駆動される副室と、前記主室と前記副室とを連通する連通部とが形成されており、前記副室は、前記基板において、前記インク供給口から前記主室を介して前記ノズル孔に向かうインクの流路の外側に位置している。   An inkjet head according to an aspect of the present invention is an inkjet head that includes a substrate on which a main chamber communicating with an ink supply port and a nozzle hole is formed, and ejects ink in the main chamber from the nozzle hole. The substrate in which the chamber is formed is formed with a sub chamber that is driven independently of the main chamber, and a communication portion that communicates the main chamber with the sub chamber. The substrate is positioned outside the ink flow path from the ink supply port to the nozzle hole through the main chamber.

基板には、主室と、副室と、これらを連通する連通部とが形成されており、副室は主室とは独立して駆動される。この構成では、例えば主室のみを駆動することにより、主室内のインクをノズル孔から射出することが可能となる。また、副室のみを駆動することにより、主室と副室との間で連通部を介してインクを循環させることが可能となり、主室内の気泡や異物を除去することが可能となる。特に、副室は、基板において、主室と直列ではなく(インク供給口から主室を介してノズル孔に向かうインクの流路中ではなく)、主室と並列に、つまり、上記インク流路の外側に位置しているため、主室で発生した気泡や異物、または主室に流入した気泡や異物を効果的に除去することができる。   The substrate is formed with a main chamber, a sub chamber, and a communication portion that communicates the main chamber, and the sub chamber is driven independently of the main chamber. In this configuration, for example, by driving only the main chamber, the ink in the main chamber can be ejected from the nozzle holes. In addition, by driving only the sub chamber, ink can be circulated between the main chamber and the sub chamber via the communication portion, and bubbles and foreign matters in the main chamber can be removed. In particular, the sub chamber is not in series with the main chamber in the substrate (not in the ink flow path from the ink supply port to the nozzle hole through the main chamber), but in parallel with the main chamber, that is, the ink flow path. Therefore, bubbles and foreign matters generated in the main chamber or bubbles and foreign matters flowing into the main chamber can be effectively removed.

また、例えば主室および副室を同時に駆動するとともに、副室の駆動を制御することにより、主室の圧力を一定にしたり(圧力変動を抑制したり)、ノズル孔からのインク射出量を制御することが可能となる。しかも、主室と副室との独立駆動により、駆動電圧を高くしたり、射出回数を増大させることなく、インクの射出量を制御できるので、ヘッドの耐久性を向上させることができる。   In addition, for example, the main chamber and the sub chamber are driven simultaneously, and by controlling the sub chamber, the pressure in the main chamber is made constant (pressure fluctuation is suppressed), and the amount of ink ejected from the nozzle holes is controlled. It becomes possible to do. In addition, by independently driving the main chamber and the sub chamber, the ink ejection amount can be controlled without increasing the driving voltage or increasing the number of ejections, so that the durability of the head can be improved.

また、主室と副室とを直接連通するのではなく、連通部を介して連通しているため、連通部の流路抵抗によって、これらの部屋を実質的に分けることができる。そして、副室を設けることによって主室の容積が実質的に増大するのを抑えることができる。これにより、主室の駆動周波数が低下するのを抑えることができ、高速駆動を実現することができる。   In addition, since the main room and the sub chamber are not directly communicated with each other via the communication part, these rooms can be substantially divided by the flow path resistance of the communication part. And it can suppress that the volume of a main chamber increases substantially by providing a subchamber. Thereby, it can suppress that the drive frequency of a main chamber falls, and can implement | achieve high-speed drive.

また、上記の主室、副室、連通部は、同一の基板に形成されているため、インク循環や圧力変動抑制のための外部機構を別途追加する必要がなく、小型、低コスト、簡単な構成で、上述の効果を得ることができる。特に、同一基板内でインクの循環を実現できるため、複数の基板にまたがってインクを循環させる従来の構成に比べて、ヘッドの構成が確実に簡素となり、ヘッドの大型化も確実に回避できる。   In addition, since the main chamber, sub chamber, and communication portion are formed on the same substrate, there is no need to add an external mechanism for suppressing ink circulation and pressure fluctuation, and the size, cost, and simpleness are eliminated. With the configuration, the above-described effects can be obtained. In particular, since the circulation of ink can be realized in the same substrate, the configuration of the head is surely simplified and the enlargement of the head can be reliably avoided as compared with the conventional configuration in which the ink is circulated across a plurality of substrates.

上記のインクジェットヘッドは、前記主室と前記副室とを独立して駆動する駆動部を備えていてもよい。駆動部により、主室のみを駆動したり、副室のみを駆動したり、主室および副室を両方駆動することができるため、上述したインクの循環や、インク射出量の制御等を確実に行うことができる。   The inkjet head may include a driving unit that drives the main chamber and the sub chamber independently. The drive unit can drive only the main chamber, only the sub chamber, or both the main chamber and sub chamber, so that the above-described ink circulation, ink ejection amount control, etc. can be ensured. It can be carried out.

前記駆動部は、前記主室からのインクの非射出時に、前記副室を駆動することにより、前記主室と前記副室との間で前記連通部を介してインクを循環させてもよい。インクの非射出時に、副室を駆動してインクを循環させることにより、主室内の気泡や異物を除去することができる。   The drive unit may circulate ink between the main chamber and the sub chamber via the communication unit by driving the sub chamber when ink is not ejected from the main chamber. When the ink is not ejected, the sub chamber is driven to circulate the ink, thereby removing bubbles and foreign matters in the main chamber.

前記主室と前記副室とは、複数の前記連通部を介して連通していることが望ましい。この場合、一部の連通部を、主室から副室に向かうインクの流路として用い、残りの連通部を、副室から主室に向かうインクの流路として用いることができる。これにより、主室と副室との間でインクを確実に循環させることが可能となる。   It is desirable that the main chamber and the sub chamber communicate with each other via a plurality of the communication portions. In this case, a part of the communication part can be used as an ink flow path from the main chamber to the sub chamber, and the remaining communication part can be used as an ink flow path from the sub chamber to the main chamber. This makes it possible to reliably circulate ink between the main chamber and the sub chamber.

複数の前記連通部は、流路抵抗が互いに異なり、前記駆動部は、インクの引込または排出に対応するパルスの立ち上がりと立ち下がりとが時間軸方向において非対称な駆動信号に基づいて、前記副室を駆動してもよい。この場合、各連通部を流れるインクの流量を、副室へのインクの引込時と副室からのインクの排出とで異ならせることができ、インクの引込と排出とのトータルでインクを循環させることができる。   The plurality of communication portions have different flow path resistances, and the drive portion is configured to generate the sub chamber based on a drive signal in which rise and fall of pulses corresponding to ink drawing or discharging are asymmetric in the time axis direction. May be driven. In this case, the flow rate of the ink flowing through each communication portion can be made different between when the ink is drawn into the sub chamber and when the ink is discharged from the sub chamber, and the ink is circulated in total with the ink drawing and discharging. be able to.

前記駆動部は、前記主室からのインク射出時に、前記主室および前記副室を駆動することにより、前記主室からのインクの射出量を制御してもよい。この場合、駆動電圧を高くしたり、射出回数を増大させることなく、一画素の濃淡を出すことができるので、画質およびヘッドの耐久性を向上させることができる。   The drive unit may control the amount of ink ejected from the main chamber by driving the main chamber and the sub chamber when ink is ejected from the main chamber. In this case, since it is possible to obtain the density of one pixel without increasing the drive voltage or increasing the number of ejections, the image quality and the durability of the head can be improved.

前記駆動部は、互いに同位相または逆位相の駆動信号に基づいて、前記主室および前記副室をそれぞれ駆動してもよい。この場合、主室および副室を同位相の駆動信号に基づいて駆動する場合と、逆位相の駆動信号に基づいて駆動する場合とで、インク射出量(射出されるインク滴の大きさ)を異ならせることができる。   The drive unit may drive the main chamber and the sub chamber based on drive signals having the same phase or opposite phases. In this case, the amount of ejected ink (size of ejected ink droplets) is different between when the main chamber and the sub chamber are driven based on the drive signal having the same phase and when the drive is performed based on the drive signal having the opposite phase. Can be different.

前記インクジェットヘッドは、該ヘッドの使用状態を示す入力信号に応じて前記副室の駆動信号を制御して、前記駆動部に供給する駆動回路をさらに備えていてもよい。この場合、ヘッドの使用状態によらずに主室の圧力を一定にすることができるので、ヘッドの使用中はインクの射出量、射出速度、射出周期が安定し、画質が向上する。   The inkjet head may further include a drive circuit that controls the drive signal of the sub chamber in accordance with an input signal indicating a use state of the head and supplies the drive signal to the drive unit. In this case, since the pressure in the main chamber can be made constant regardless of the use state of the head, the amount of ink ejected, the ejection speed, and the ejection cycle are stabilized during the use of the head, and the image quality is improved.

前記入力信号は、前記主室内のインク残量、該ヘッドの向き、該ヘッドを一方向に移動させながらインクを射出する際の移動加速度のいずれかを示す信号であってもよい。この場合、インク残量、ヘッドの向き、移動加速度によらずに主室の圧力を一定にすることができる。   The input signal may be a signal indicating any one of the remaining ink amount in the main chamber, the direction of the head, and the movement acceleration when ejecting ink while moving the head in one direction. In this case, the pressure in the main chamber can be made constant regardless of the remaining ink amount, the head orientation, and the movement acceleration.

前記連通部の流路抵抗は、前記インク供給口および前記ノズル孔の流路抵抗以上であることが望ましい。この場合、主室と副室とを実質的に分離して、主室の駆動周波数が低下するのを確実に抑えることができる。   It is desirable that the flow path resistance of the communication portion is greater than or equal to the flow path resistance of the ink supply port and the nozzle hole. In this case, the main chamber and the sub chamber can be substantially separated to reliably prevent the drive frequency of the main chamber from being lowered.

前記主室は、前記基板に複数形成されており、前記副室は、前記基板において、複数の前記主室に共通して形成されていてもよい。この場合、個々の主室に対応して副室を形成する場合に比べて、副室の容積が増大するため、インクの循環によって主室から除去した気泡や異物が共通の副室で拡散され、それらの除去が促進される。   A plurality of the main chambers may be formed in the substrate, and the sub chamber may be formed in common with the plurality of main chambers in the substrate. In this case, since the volume of the sub chamber increases compared to the case where the sub chamber is formed corresponding to each main chamber, bubbles and foreign matters removed from the main chamber by the circulation of ink are diffused in the common sub chamber. , Their removal is facilitated.

前記駆動部は、前記主室を駆動する第1の圧電素子と、前記副室を駆動する第2の圧電素子とで構成されていてもよい。第1の圧電素子によって主室を駆動し、第2の圧電素子によって副室を駆動するため、主室および副室を独立して駆動する構成を確実に実現することができる。   The drive unit may include a first piezoelectric element that drives the main chamber and a second piezoelectric element that drives the sub chamber. Since the main chamber is driven by the first piezoelectric element and the sub chamber is driven by the second piezoelectric element, a configuration in which the main chamber and the sub chamber are driven independently can be reliably realized.

本発明の他の側面に係るインクジェットプリンタは、上述したインクジェットヘッドを備え、前記インクジェットヘッドから記録媒体に向けてインクを射出させる。上記インクジェットヘッドを備えた構成により、小型、低コストで高性能なインクジェットプリンタを実現することができる。   An ink jet printer according to another aspect of the present invention includes the above-described ink jet head, and ejects ink from the ink jet head toward a recording medium. With the configuration including the inkjet head, it is possible to realize a small, low-cost and high-performance inkjet printer.

本発明のさらに他の側面に係るインクジェットヘッドの製造方法は、インク供給口と連通する主室と、前記インク供給口から前記主室を介してノズル孔に向かうインクの流路の外側に位置して、前記主室と独立して駆動される副室と、前記主室と前記副室とを連通する連通部とを、第1の基板に形成する工程と、前記ノズル孔を有する第2の基板を、前記ノズル孔と前記主室とが連通するように前記第1の基板に貼り合わせる工程とを有している。   An ink jet head manufacturing method according to still another aspect of the present invention includes a main chamber communicating with an ink supply port, and an outside of an ink flow path from the ink supply port to the nozzle hole through the main chamber. Forming a sub-chamber driven independently of the main chamber, and a communication portion communicating the main chamber and the sub-chamber on the first substrate, and a second having the nozzle hole. Bonding the substrate to the first substrate so that the nozzle hole and the main chamber communicate with each other.

上記の製造方法によれば、第1の基板には、主室と、副室と、これらを連通する連通部とが形成される。上記の主室は、インク供給口および第2の基板のノズル孔と連通している。第1の基板において、副室は、インク供給口から主室を介してノズル孔に向かうインクの流路の外側に位置して、主室とは独立して駆動されるので、主室および副室の駆動の仕方によって、インクの循環やインク射出量の制御等が可能となる。これにより、上記したインクジェットヘッドの構成による効果と同様の効果を得ることができる。   According to the above manufacturing method, the first chamber is formed with the main chamber, the subchamber, and the communication portion that communicates these. The main chamber communicates with the ink supply port and the nozzle hole of the second substrate. In the first substrate, the sub chamber is located outside the ink flow path from the ink supply port to the nozzle hole through the main chamber and is driven independently of the main chamber. Depending on how the chamber is driven, it is possible to circulate ink and control the amount of ink ejected. Thereby, the effect similar to the effect by the structure of the above-mentioned inkjet head can be acquired.

前記第1の基板に、前記主室および前記副室を同時に形成することが望ましい。この場合、主室と副室とを順次形成する場合に比べて、工程数が減るため、製造コストを低減することができるとともに、主室および副室を位置精度よく形成することができる。   It is desirable that the main chamber and the sub chamber are simultaneously formed on the first substrate. In this case, since the number of processes is reduced as compared with the case where the main chamber and the sub chamber are sequentially formed, the manufacturing cost can be reduced, and the main chamber and the sub chamber can be formed with high positional accuracy.

本発明によれば、小型、低コストで簡単な構成で、気泡や異物の除去、圧力変動の抑制および射出量制御を行うことができるとともに、駆動周波数の低下を抑え、耐久性を向上させることができる。   According to the present invention, it is possible to remove bubbles and foreign matters, suppress pressure fluctuations, and control the injection amount with a small, low-cost and simple configuration, and to suppress a decrease in driving frequency and improve durability. Can do.

本発明の実施の一形態に係るインクジェットプリンタの概略の構成を示す説明図である。1 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of an inkjet printer according to an embodiment of the present invention. FIG. 上記インクジェットプリンタが備えるインクジェットヘッドの1つのチャネルの概略の構成を示す平面図、およびその平面図におけるA−A’線矢視断面図である。FIG. 2 is a plan view showing a schematic configuration of one channel of an inkjet head included in the inkjet printer, and a cross-sectional view taken along line A-A ′ in the plan view. 上記インクジェットヘッドにおけるインク射出時のヘッド内のインクの流れと、第1の圧電素子および第2の圧電素子の駆動波形とを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the flow of the ink in the head at the time of the ink ejection in the said inkjet head, and the drive waveform of a 1st piezoelectric element and a 2nd piezoelectric element. 上記インクジェットヘッドにおけるインク循環時のヘッド内のインクの流れと、上記第1の圧電素子および上記第2の圧電素子の駆動波形とを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the flow of the ink in the head at the time of the ink circulation in the said inkjet head, and the drive waveform of a said 1st piezoelectric element and a said 2nd piezoelectric element. 上記インクジェットヘッドにおける、インクの循環工程を含む動作の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of operation | movement including the ink circulation process in the said inkjet head. 上記インクジェットヘッドにおける、大液滴のインクを射出するときのヘッド内のインクの流れと、上記第1の圧電素子および上記第2の圧電素子の駆動波形とを示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing the flow of ink in the head when ejecting large droplets of ink in the inkjet head, and the driving waveforms of the first piezoelectric element and the second piezoelectric element. 上記インクジェットヘッドにおける、小液滴のインクを射出するときのヘッド内のインクの流れと、上記第1の圧電素子および上記第2の圧電素子の駆動波形とを示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing the flow of ink in the head when ejecting small droplets of ink in the inkjet head, and the driving waveforms of the first piezoelectric element and the second piezoelectric element. 上記インクジェットヘッドにおいて、使用状態に応じて副室を駆動するときの動作の流れを示すフローチャートである。In the ink jet head, it is a flowchart showing a flow of operation when driving a sub chamber according to a use state. 上記インクジェットヘッドの他の構成を示す平面図である。It is a top view which shows the other structure of the said inkjet head. 図2のインクジェットヘッドの製造工程を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the inkjet head of FIG. 2. 従来のインクジェットヘッドの概略の構成を示す平面図、およびその平面図におけるa−a’線矢視断面図である。It is a top view which shows the general | schematic structure of the conventional inkjet head, and an a-a 'arrow sectional drawing in the top view. 上記インクジェットヘッドの1つのチャネルの平面図、およびその平面図におけるb−b’線矢視断面図である。FIG. 2 is a plan view of one channel of the inkjet head and a cross-sectional view taken along the line b-b ′ in the plan view.

本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。   An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

〔インクジェットプリンタの構成〕
図1は、本実施形態のインクジェットプリンタ1の概略の構成を示す説明図である。インクジェットプリンタ1は、インクジェットヘッド部2において、インクジェットヘッド21が記録媒体の幅方向にライン状に設けられた、いわゆるラインヘッド方式のインクジェット記録装置である。
[Configuration of inkjet printer]
FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of an inkjet printer 1 according to the present embodiment. The ink jet printer 1 is a so-called line head type ink jet recording apparatus in which an ink jet head 21 is provided in a line shape in the width direction of a recording medium in the ink jet head unit 2.

インクジェットプリンタ1は、上記のインクジェットヘッド部2と、繰り出しロール3と、巻き取りロール4と、2つのバックロール5・5と、中間タンク6と、送液ポンプ7と、貯留タンク8と、定着機構9とを備えている。   The ink jet printer 1 includes an ink jet head unit 2, a feed roll 3, a take-up roll 4, two back rolls 5 and 5, an intermediate tank 6, a liquid feed pump 7, a storage tank 8, and a fixing tank. And a mechanism 9.

インクジェットヘッド部2は、インクジェットヘッド21から記録媒体Pに向けてインクを射出させ、画像データに基づく画像形成(描画)を行うものであり、一方のバックロール5の近傍に配置されている。なお、インクジェットヘッド21の構成については後述する。   The ink jet head unit 2 ejects ink from the ink jet head 21 toward the recording medium P to perform image formation (drawing) based on image data, and is disposed in the vicinity of one back roll 5. The configuration of the inkjet head 21 will be described later.

繰り出しロール3、巻き取りロール4および各バックロール5は、軸回りに回転可能な円柱形状からなる部材である。繰り出しロール3は、周面に幾重にも亘って巻回された長尺状の記録媒体Pを、インクジェットヘッド部2との対向位置に向けて繰り出すロールである。この繰り出しロール3は、モータ等の図示しない駆動手段によって回転することで、記録媒体Pを図1のX方向へ繰り出して搬送する。   The feed roll 3, the take-up roll 4 and the back rolls 5 are members each having a cylindrical shape that can rotate about its axis. The feeding roll 3 is a roll that feeds the long recording medium P wound around the circumferential surface toward the position facing the inkjet head unit 2. The feeding roll 3 is rotated by driving means (not shown) such as a motor, thereby feeding the recording medium P in the X direction in FIG.

巻き取りロール4は、繰り出しロール3より繰り出されて、インクジェットヘッド部2によってインクが射出された記録媒体Pを周面に巻き取る。   The take-up roll 4 is taken out from the take-out roll 3 and takes up the recording medium P on which the ink is ejected by the ink jet head unit 2 around the circumferential surface.

各バックロール5は、繰り出しロール3と巻き取りロール4との間に配設されている。記録媒体Pの搬送方向上流側に位置する一方のバックロール5は、繰り出しロール3によって繰り出された記録媒体Pを、周面の一部に巻き付けて支持しながら、インクジェットヘッド部2との対向位置に向けて搬送する。他方のバックロール5は、インクジェットヘッド部2との対向位置から巻き取りロール4に向けて、記録媒体Pを周面の一部に巻き付けて支持しながら搬送する。   Each back roll 5 is disposed between the feed roll 3 and the take-up roll 4. One back roll 5 located on the upstream side in the conveyance direction of the recording medium P is opposed to the inkjet head unit 2 while winding the recording medium P fed by the feeding roll 3 around and supporting the recording medium P. Transport toward The other back roll 5 conveys the recording medium P from a position facing the inkjet head unit 2 toward the take-up roll 4 while being wound around and supported by a part of the peripheral surface.

中間タンク6は、貯留タンク8より供給されるインクを一時的に貯留する。また、中間タンク6は、インクチューブ10と接続され、各インクジェットヘッド21におけるインクの背圧を調整して、各インクジェットヘッド21にインクを供給する。   The intermediate tank 6 temporarily stores the ink supplied from the storage tank 8. The intermediate tank 6 is connected to the ink tube 10, adjusts the back pressure of the ink in each inkjet head 21, and supplies the ink to each inkjet head 21.

送液ポンプ7は、貯留タンク8に貯留されたインクを中間タンク6に供給するものであり、供給管11の途中に配設されている。貯留タンク8に貯留されたインクは、送液ポンプ7によって汲み上げられ、供給管11を介して中間タンク6に供給される。   The liquid feed pump 7 supplies the ink stored in the storage tank 8 to the intermediate tank 6 and is disposed in the middle of the supply pipe 11. The ink stored in the storage tank 8 is pumped up by the liquid feed pump 7 and supplied to the intermediate tank 6 through the supply pipe 11.

定着機構9は、インクジェットヘッド部2によって記録媒体Pに射出されたインクを当該記録媒体Pに定着させる。この定着機構9は、射出されたインクを記録媒体Pに加熱定着するためのヒータや、射出されたインクにUV(紫外線)を照射することによりインクを硬化させるためのUVランプ等で構成されている。   The fixing mechanism 9 fixes the ink ejected to the recording medium P by the inkjet head unit 2 on the recording medium P. The fixing mechanism 9 includes a heater for heating and fixing the ejected ink on the recording medium P, a UV lamp for curing the ink by irradiating the ejected ink with UV (ultraviolet light), and the like. Yes.

上記の構成において、繰り出しロール3から繰り出される記録媒体Pは、バックロール5により、インクジェットヘッド部2との対向位置に搬送され、インクジェットヘッド部2から記録媒体Pに対してインクが射出される。その後、記録媒体Pに射出されたインクは定着機構9によって定着され、インク定着後の記録媒体Pが巻き取りロール4によって巻き取られる。このようにラインヘッド方式のインクジェットプリンタ1では、インクジェットヘッド部2を静止させた状態で、記録媒体Pを搬送しながらインクが射出され、記録媒体Pに画像が形成される。   In the above configuration, the recording medium P fed from the feeding roll 3 is transported to the position facing the inkjet head unit 2 by the back roll 5, and ink is ejected from the inkjet head unit 2 to the recording medium P. Thereafter, the ink ejected onto the recording medium P is fixed by the fixing mechanism 9, and the recording medium P after ink fixing is taken up by the take-up roll 4. As described above, in the line head type inkjet printer 1, ink is ejected while the recording medium P is conveyed while the inkjet head unit 2 is stationary, and an image is formed on the recording medium P.

なお、インクジェットプリンタ1は、シリアルヘッド方式で記録媒体に画像を形成する構成であってもよい。シリアルヘッド方式とは、記録媒体を搬送しながら、その搬送方向と直交する方向にインクジェットヘッドを移動させてインクを射出し、画像を形成する方式である。   The ink jet printer 1 may be configured to form an image on a recording medium by a serial head method. The serial head method is a method of forming an image by ejecting ink by moving an inkjet head in a direction orthogonal to the transport direction while transporting a recording medium.

〔インクジェットヘッドの構成〕
次に、インクジェットヘッド21の構成について説明する。図2は、インクジェットヘッド21の1つのチャネル(インク射出部)21aの概略の構成を示す平面図と、その平面図におけるA−A’線矢視断面図とを併せて示したものである。インクジェットヘッド21は、大きく分けて、ボディ31と、ノズル基板32とで構成されている。ノズル基板32は、射出するインクの液滴量を制御するためのノズル孔32aを有している。ノズル孔32aのサイズは、例えば直径50μm、深さ50μm(ノズル基板32の厚さと同じ)である。
[Configuration of inkjet head]
Next, the configuration of the inkjet head 21 will be described. FIG. 2 is a plan view showing a schematic configuration of one channel (ink ejection portion) 21a of the inkjet head 21 and a sectional view taken along the line AA ′ in the plan view. The ink jet head 21 is roughly composed of a body 31 and a nozzle substrate 32. The nozzle substrate 32 has a nozzle hole 32a for controlling the amount of ink droplets to be ejected. The size of the nozzle hole 32a is, for example, 50 μm in diameter and 50 μm in depth (same as the thickness of the nozzle substrate 32).

ボディ31は、例えば厚さ500μmのシリコン基板からなるボディ基板41上に、振動板42および絶縁膜43を介して駆動部44を配置して構成されている。上記のノズル基板32は、ボディ基板41に対して駆動部44の形成側とは反対側に貼り合わされている。振動板42は、駆動部44の駆動によって振動する従動膜であり、例えばボディ基板41よりも薄いシリコン基板で構成されている。絶縁膜43は、例えば酸化シリコン(SiO)などの熱酸化膜で構成されており、保護および絶縁の目的で設けられている。 The body 31 is configured by disposing a drive unit 44 on a body substrate 41 made of, for example, a silicon substrate having a thickness of 500 μm with a diaphragm 42 and an insulating film 43 interposed therebetween. The nozzle substrate 32 is bonded to the body substrate 41 on the side opposite to the side where the drive unit 44 is formed. The diaphragm 42 is a driven film that vibrates when driven by the drive unit 44, and is made of, for example, a silicon substrate that is thinner than the body substrate 41. The insulating film 43 is made of a thermal oxide film such as silicon oxide (SiO 2 ), and is provided for the purpose of protection and insulation.

ボディ基板41には、主室41aと、副室41bと、連通部41cとが形成されている。上記の振動板42は、主室41a、副室41b、連通部41cの上壁、すなわちノズル基板32と対向する側の壁を構成している。   In the body substrate 41, a main chamber 41a, a sub chamber 41b, and a communication portion 41c are formed. The diaphragm 42 constitutes the upper wall of the main chamber 41a, the sub chamber 41b, and the communication portion 41c, that is, the wall on the side facing the nozzle substrate 32.

主室41aは、インク供給口45およびノズル孔32aと連通しており、駆動部44(後述する第1の圧電素子44a)によって駆動されることにより、インク供給口45から供給されたインクをノズル孔32aから射出させる。上記のインク供給口45は、振動板42および絶縁膜43を貫通して形成されており、主室41aとは反対側の端部が上述のインクチューブ10(図1参照)と接続されている。主室41aのサイズは、例えば直径500μm、深さ500μmであり、インク供給口45のサイズは、例えば直径50μm、深さ50μmである。なお、主室41aの上記サイズについては、インク供給口45の下部の空間を除いた残りの円柱形状の空間について示している。   The main chamber 41a is in communication with the ink supply port 45 and the nozzle hole 32a, and is driven by a drive unit 44 (first piezoelectric element 44a described later), so that the ink supplied from the ink supply port 45 is a nozzle. Injection from the hole 32a. The ink supply port 45 is formed so as to penetrate through the vibration plate 42 and the insulating film 43, and the end opposite to the main chamber 41a is connected to the ink tube 10 (see FIG. 1). . The size of the main chamber 41a is, for example, 500 μm in diameter and 500 μm in depth, and the size of the ink supply port 45 is, for example, 50 μm in diameter and 50 μm in depth. The size of the main chamber 41a is shown for the remaining cylindrical space excluding the space below the ink supply port 45.

副室41bは、インク供給口45から主室41aを介してノズル孔32aに向かうインクの流路の外側に、主室41aと並んで位置する空間であり、駆動部44(後述する第2の圧電素子44b)により、主室41bとは独立して駆動される。つまり、副室41bは、上記インク流路中に(主室41aと直列に)位置しているのではなく、上記インク流路に対して主室41aと並列に位置している。副室41bは、例えば円柱形状で形成されており、そのサイズは、例えば直径300μm、深さ500μmである。   The sub chamber 41b is a space located alongside the main chamber 41a on the outside of the ink flow path from the ink supply port 45 to the nozzle hole 32a via the main chamber 41a. The piezoelectric element 44b) is driven independently of the main chamber 41b. That is, the sub chamber 41b is not positioned in the ink flow path (in series with the main chamber 41a), but is positioned in parallel with the main chamber 41a with respect to the ink flow path. The sub chamber 41b is formed in, for example, a cylindrical shape, and the size thereof is, for example, a diameter of 300 μm and a depth of 500 μm.

連通部41cは、主室41aと副室41bとを連通する通路であり、本実施形態では、並列に並ぶ2本の連通部41c・41cで主室41aと副室41bとを連通している。連通部41cのサイズは、例えば幅30μm、深さ500μm、長さ50μmである。また、連通部41cのサイズは、例えば幅20μm、深さ500μm、長さ50μmである。なお、連通部41c・41cの幅とは、図2の平面図において、主室41aと副室41bとを結ぶ連通方向に対して垂直方向の長さを指し、連通部41c・41cの長さとは、上記連通方向の長さを指す。なお、主室41aと副室41bとは、3本以上の連通部41cを介して連通していてもよい。 The communication portion 41c is a passage that communicates the main chamber 41a and the sub chamber 41b. In this embodiment, the main chamber 41a and the sub chamber 41b communicate with each other through the two communication portions 41c 1 and 41c 2 arranged in parallel. ing. The size of the communicating portion 41c 1, for example width 30 [mu] m, depth 500 [mu] m, a length of 50 [mu] m. The size of the communicating portion 41c 2, for example width 20 [mu] m, depth 500 [mu] m, a length of 50 [mu] m. The width of the communication portions 41c 1 and 41c 2 refers to the length in the direction perpendicular to the communication direction connecting the main chamber 41a and the sub chamber 41b in the plan view of FIG. 2, and the communication portions 41c 1 and 41c. The length of 2 refers to the length in the communication direction. The main chamber 41a and the sub chamber 41b may communicate with each other via three or more communication portions 41c.

駆動部44は、主室41aと副室41bとを独立して駆動するものであり、本実施形態では、主室41aを駆動する第1の圧電素子44aと、副室41bを駆動する第2の圧電素子44bとで構成されている。なお、主室41aを駆動するとは、主室41a内に正圧または負圧を与えることを言い、副室41bを駆動するとは、副室41b内に正圧または負圧を与えることを言う。   The drive unit 44 independently drives the main chamber 41a and the sub chamber 41b, and in this embodiment, the first piezoelectric element 44a that drives the main chamber 41a and the second that drives the sub chamber 41b. And the piezoelectric element 44b. Driving the main chamber 41a means applying a positive pressure or negative pressure in the main chamber 41a, and driving the sub chamber 41b means applying a positive pressure or negative pressure in the sub chamber 41b.

第1の圧電素子44aは、下部電極51a、圧電薄膜52a、上部電極53aをボディ基板41側からこの順で積層して構成されている。下部電極51aおよび上部電極53aは駆動回路46と接続されており、駆動回路46から供給される駆動電圧(駆動信号)に基づいて、第1の圧電素子44aが駆動される。   The first piezoelectric element 44a is configured by laminating a lower electrode 51a, a piezoelectric thin film 52a, and an upper electrode 53a in this order from the body substrate 41 side. The lower electrode 51a and the upper electrode 53a are connected to the drive circuit 46, and the first piezoelectric element 44a is driven based on the drive voltage (drive signal) supplied from the drive circuit 46.

第2の圧電素子44bは、下部電極51b、圧電薄膜52b、上部電極53bをボディ基板41側からこの順で積層して構成されている。下部電極51bおよび上部電極53bは駆動回路46と接続されており、駆動回路46から供給される駆動信号に基づいて第2の圧電素子44bが駆動される。なお、駆動回路46は、第1の圧電素子44aと第2の圧電素子44bのそれぞれに対応して個別に設けられていてもよい。   The second piezoelectric element 44b is configured by laminating a lower electrode 51b, a piezoelectric thin film 52b, and an upper electrode 53b in this order from the body substrate 41 side. The lower electrode 51b and the upper electrode 53b are connected to the drive circuit 46, and the second piezoelectric element 44b is driven based on a drive signal supplied from the drive circuit 46. The drive circuit 46 may be provided individually corresponding to each of the first piezoelectric element 44a and the second piezoelectric element 44b.

上記した振動板42、絶縁膜43および駆動部44(特に第1の圧電素子44a)は、インクジェットヘッド21のアクチュエータを構成している。   The vibration plate 42, the insulating film 43, and the drive unit 44 (particularly the first piezoelectric element 44 a) constitute an actuator of the inkjet head 21.

〔インク射出時の動作〕
図3は、インク射出時のヘッド内のインクの流れと、第1の圧電素子44aおよび第2の圧電素子44bの駆動波形とを示している。駆動回路46から第1の圧電素子44aに同図に示す矩形状の駆動信号を印加すると、第1の圧電素子44aの伸縮による振動板42の上下方向の振動により、主室41a内のインクに圧力が加えられ、上記インクがノズル孔32aから外部に射出される。なお、図3に示す第2の圧電素子44bの駆動信号における駆動電圧は、基準電圧(電圧V3)のままで変化しないため、副室41bは実質的に駆動されない。
[Operation when ink is ejected]
FIG. 3 shows the flow of ink in the head during ink ejection and the drive waveforms of the first piezoelectric element 44a and the second piezoelectric element 44b. When the rectangular drive signal shown in the figure is applied from the drive circuit 46 to the first piezoelectric element 44a, the vibration in the vertical direction of the vibration plate 42 due to the expansion and contraction of the first piezoelectric element 44a is applied to the ink in the main chamber 41a. Pressure is applied, and the ink is ejected to the outside from the nozzle hole 32a. In addition, since the drive voltage in the drive signal of the 2nd piezoelectric element 44b shown in FIG. 3 remains with the reference voltage (voltage V3), the subchamber 41b is not driven substantially.

第1の圧電素子44aの駆動信号においては、加減速の時間、すなわち、パルスの立ち上がりおよび立ち下がりの時間が短いため、連通部41cで連通された副室41b内のインクはほとんど動かない。したがって、副室4bが無いときとほぼ同じ液滴量、速度、周波数でインクを射出することができる。つまり、インクの射出時は、上記のように第1の圧電素子44aによって主室41aを駆動することにより、主室41a内のインクをノズル孔32aから射出させることができる。   In the drive signal of the first piezoelectric element 44a, since the acceleration / deceleration time, that is, the rise and fall times of the pulses are short, the ink in the sub chamber 41b communicated by the communication portion 41c hardly moves. Therefore, ink can be ejected at substantially the same droplet amount, speed, and frequency as when there is no sub chamber 4b. That is, when the ink is ejected, the ink in the main chamber 41a can be ejected from the nozzle hole 32a by driving the main chamber 41a by the first piezoelectric element 44a as described above.

ちなみに、第1の圧電素子44aの駆動信号の一例を挙げると、印加電圧:20V(V1=0V、V2=20V)、パルス幅:10μsec(t2−t1=10μsec)、周波数:10kHz(t3−t1=100μsec)である。   Incidentally, as an example of the drive signal of the first piezoelectric element 44a, applied voltage: 20V (V1 = 0V, V2 = 20V), pulse width: 10 μsec (t2-t1 = 10 μsec), frequency: 10 kHz (t3-t1) = 100 μsec).

〔流路抵抗について〕
本実施形態では、2本の連通部41c・41cのサイズを上記のように設定しており、互いに幅が異なっている。このため、連通部41c・41cの流路抵抗は互いに異なることになる。
[About channel resistance]
In the present embodiment, the sizes of the two communication portions 41c 1 and 41c 2 are set as described above, and the widths are different from each other. Therefore, the flow path resistance of the communicating portion 41c 1 · 41c 2 are different from each other.

ここで、流路抵抗とは、連通部41c・41cを流れる物質(インク)の流れにくさを指す。つまり、連通部41c・41cの幅が小さくなるほど、または、流路の長さが長くなるほど、インクが流れにくくなるので、流路抵抗は大きくなる。また、連通部41c・41cの流路抵抗は、駆動部44による主室41aまたは副室41b内の減圧または加圧の速度(容積変化率)に応じてそれぞれ変化し、減圧または加圧の速度が大きいほど(容積変化率が大きいほど)、流路抵抗は大きくなる。本実施形態では、減圧または加圧の速度の変化に対する流路抵抗の変化の割合(流路抵抗の変化率)は、連通部41c・41cで互いに異なっており、幅がより大きい連通部41cのほうが、幅がより小さい連通部41cよりも、流路抵抗の変化率が小さい(減圧または加圧の速度の変化に対する流路抵抗の変化が小さい)。 Here, the flow path resistance refers to the difficulty of the substance (ink) flowing through the communication portions 41c 1 and 41c 2 . That is, as the widths of the communication portions 41c 1 and 41c 2 become smaller or the length of the flow path becomes longer, the ink becomes harder to flow, so the flow path resistance becomes larger. The flow path resistances of the communication portions 41c 1 and 41c 2 change in accordance with the pressure reduction rate (volume change rate) in the main chamber 41a or the sub chamber 41b by the drive unit 44, respectively. The larger the speed of (the larger the volume change rate), the greater the flow path resistance. In the present embodiment, the rate of change in flow path resistance (change rate of flow path resistance) with respect to the change in pressure reduction or pressurization speed is different between the communication portions 41c 1 and 41c 2 , and the communication portion having a larger width. towards the 41c 1 is width than is smaller than the communicating portion 41c 2, (change in flow path resistance is small with respect to change in speed of the vacuum or pressure) the rate of change of flow path resistance is small.

このため、副室41bを駆動する第2の圧電素子44bの駆動信号(駆動波形)を工夫することにより、主室41aと副室41bとの間で、連通部41c・41cを介してインクを循環させることができる。以下、インク循環時の動作について説明する。 Therefore, by devising a driving signal of the second piezoelectric element 44b to drive the sub-chamber 41b (drive waveform) between the main chamber 41a and the auxiliary chamber 41b, via the communication unit 41c 1 · 41c 2 Ink can be circulated. Hereinafter, the operation during ink circulation will be described.

〔インク循環時の動作〕
図4は、インク循環時のヘッド内のインクの流れと、第1の圧電素子44aおよび第2の圧電素子44bの駆動波形とを示している。インクの循環は、上記したインクの非射出時(例えばインク射出の前後)において、駆動回路46が第2の圧電素子44bに同図に示す三角波状の駆動信号を印加することで行われる。第2の圧電素子44bは、上記駆動信号に基づいて副室41bを駆動することになる。なお、図4に示す第1の圧電素子44aの駆動信号における駆動電圧は、基準電圧(電圧V1)のままで変化しないため、主室41aは実質的に駆動されない。
[Operation during ink circulation]
FIG. 4 shows the flow of ink in the head during ink circulation and the driving waveforms of the first piezoelectric element 44a and the second piezoelectric element 44b. The ink is circulated by applying a triangular wave-shaped drive signal shown in the figure to the second piezoelectric element 44b by the drive circuit 46 when the ink is not ejected (for example, before and after ink ejection). The second piezoelectric element 44b drives the sub chamber 41b based on the drive signal. Note that the drive voltage in the drive signal of the first piezoelectric element 44a shown in FIG. 4 remains the reference voltage (voltage V1), so the main chamber 41a is not substantially driven.

ここで、第2の圧電素子44bの駆動信号(印加電圧、印加時間、周波数)は、インクの物性やアクチュエータの性能により異なるが、主室41aからインクが射出されない波形に設定されている。このような第2の圧電素子44bの駆動信号の一例を挙げると、印加電圧:10V(V3=0V、V4=10V)、パルス幅:100μsec(t2−t1=100μsec)、周波数:1kHz(t3−t1=1000μsec)である。   Here, the drive signal (applied voltage, applied time, frequency) of the second piezoelectric element 44b varies depending on the physical properties of the ink and the performance of the actuator, but is set to a waveform that does not eject ink from the main chamber 41a. An example of the drive signal of the second piezoelectric element 44b is as follows. Applied voltage: 10 V (V3 = 0 V, V4 = 10 V), pulse width: 100 μsec (t2−t1 = 100 μsec), frequency: 1 kHz (t3− t1 = 1000 μsec).

第2の圧電素子44bに対する印加電圧を、時刻t1からt2にかけてV3からV4まで増大させることにより、副室41bの振動板42が上方に凸となるように湾曲し、副室41b内に負圧が与えられるため、主室41a内のインクが連通部41cを介して副室41b内に引き込まれる。このとき、振動板42の変形速度が遅いため、圧力変化は小さく、連通部41c・41cの流路抵抗の変化は小さい。このため、双方の連通部41c・41cよりインクが副室41bに引き込まれる(このときの連通部41c・41cの流量比は例えば3:2)。 By increasing the voltage applied to the second piezoelectric element 44b from V3 to V4 from time t1 to time t2, the diaphragm 42 of the sub chamber 41b is curved so as to protrude upward, and negative pressure is generated in the sub chamber 41b. Therefore, the ink in the main chamber 41a is drawn into the sub chamber 41b through the communication portion 41c. At this time, since the deformation speed of the vibration plate 42 is slow, the pressure change is small, and the change in flow path resistance of the communication portions 41c 1 and 41c 2 is small. Therefore, both the ink from the communicating portion 41c 1 · 41c 2 of is drawn into the auxiliary chamber 41b (flow rate ratio of the communicating portion 41c 1 · 41c 2 in this case is for example 3: 2).

そして、第2の圧電素子44bに対する印加電圧を、時刻t2の時点でV3に下げることにより、副室41bの振動板42が元の位置に戻る。このとき、振動板42の変形速度が速いため、連通部41c・41cの流路抵抗が変化し、連通部41c・41c間で、圧力変化による流速の差が大きくなる。その結果、副室41bからは、幅が相対的に大きい連通部41cを介して、より多くのインクが主室41aに排出される(このときの連通部41c・41cの流量比は例えば4:1)。 And the diaphragm 42 of the subchamber 41b returns to the original position by lowering the voltage applied to the second piezoelectric element 44b to V3 at the time t2. At this time, the deformation speed of the vibration plate 42 is fast, the flow path resistance of the communicating portion 41c 1 · 41c 2 is changed, between the communicating portion 41c 1 · 41c 2, the difference in the flow rate increases due to pressure changes. As a result, from the auxiliary chamber 41b, width via a relatively large communication portion 41c 1, more ink is ejected to the main chamber 41a (the flow rate ratio of the communicating portion 41c 1 · 41c 2 in this case is For example, 4: 1).

このように、副室41bへのインクの引込時と、副室41bからのインクの排出時とで、連通部41c・41cを流れるインクの流量が変化するため、1回のインクの引込と排出とを合わせてトータルで考えた場合、インクは、連通部41cを通って主室41aから副室41bに流れ、連通部41cを通って副室41bから主室41aに流れているとみなすことができる。したがって、この動作を周期的に繰り返すことにより、主室41aと副室41bとの間でインクを循環させることができ、これによって、主室41a内の気泡や異物を除去することができる。 Thus, the time of pull-in of the ink into the sub-chamber 41b, at a time of ejection of ink from the auxiliary chamber 41b, to change the flow rate of the ink flowing through the communicating portion 41c 1 · 41c 2 is, one ink pull the when considered in total combined discharge and the ink passes through the communicating portion 41c 2 flows from the main chamber 41a to the sub-chamber 41b, flows through the communicating portion 41c 1 from sub-chamber 41b to the main chamber 41a Can be considered. Therefore, by repeating this operation periodically, it is possible to circulate ink between the main chamber 41a and the sub chamber 41b, thereby removing bubbles and foreign matters in the main chamber 41a.

上述したインクの循環動作は、例えば以下のタイミングで行うことができる。図5は、本実施形態のインクジェットヘッド21における、インクの循環工程を含む動作の流れを示すフローチャートである。   The above-described ink circulation operation can be performed, for example, at the following timing. FIG. 5 is a flowchart showing an operation flow including an ink circulation process in the inkjet head 21 of the present embodiment.

まず、インクジェットプリンタ1の電源をONにすると(S1)、上述したインク循環動作が行われ(S2)、続いて、印字枚数NをN=1とし(S3)、上述したインク射出動作が行われる(S4)。その後、N=N+1とし(S5)、印字が最後のページまで終了したかどうかが制御部(図示せず)により判断される(S6)。S6にて、印字が終了している場合は、インク循環動作を再度行って(S7)、一連の動作を終了させる。   First, when the power of the inkjet printer 1 is turned on (S1), the above-described ink circulation operation is performed (S2). Subsequently, the number N of prints is set to N = 1 (S3), and the above-described ink ejection operation is performed. (S4). Thereafter, N = N + 1 is set (S5), and a control unit (not shown) determines whether printing has been completed up to the last page (S6). If the printing is finished in S6, the ink circulation operation is performed again (S7), and the series of operations is finished.

一方、S6にて、印字が終了していない場合は、nを自然数とし、Aを所定枚数(例えば50枚)として、印字枚数NがN=n・Aであるか否かが判断される(S8)。S8にて、N=n・Aでなければ(印字枚数が所定枚数に到達していなければ)、インク循環を行う必要はないとして、S4以降の動作を繰り返す。一方、S8にて、N=n・Aである場合(印字枚数が所定枚数に到達した場合)、所定枚数の印字によって気泡や異物を取り除く必要であるとして、インク循環動作を行い(S9)、その後、S4以降の動作を繰り返す。   On the other hand, if printing has not ended in S6, it is determined whether n is a natural number, A is a predetermined number (for example, 50 sheets), and the number N of printed sheets is N = n · A ( S8). If N = n · A is not satisfied in S8 (if the number of printed sheets has not reached the predetermined number), it is determined that there is no need to perform ink circulation, and the operations after S4 are repeated. On the other hand, when N = n · A in S8 (when the number of printed sheets reaches a predetermined number), it is determined that it is necessary to remove bubbles and foreign matters by printing a predetermined number of sheets (S9). Thereafter, the operations after S4 are repeated.

なお、印刷画像やノズル近傍をカメラで観察し、射出異常が発生していればインク循環を実施するようにしてもよい。   The print image and the vicinity of the nozzles are observed with a camera, and ink circulation may be performed if an ejection abnormality has occurred.

以上のように、駆動部44(特に第2の圧電素子44b)が、インクの非射出時に副室41bを駆動してインクを循環させることにより、主室41a内の気泡や異物を除去することができる。これにより、気泡や異物に起因するインクの射出不良を低減することができる。   As described above, the drive unit 44 (particularly the second piezoelectric element 44b) drives the sub chamber 41b when ink is not ejected to circulate the ink, thereby removing bubbles and foreign matters in the main chamber 41a. Can do. Thereby, it is possible to reduce ink ejection defects caused by bubbles and foreign matters.

また、インクには色材として顔料が分散されている。時間が経過すると、顔料が沈降して、下層部のインクの粘度や比重などの物性が変化する。インクの物性が変化すると、インクの射出量や射出速度が変化して画像の品質が低下する。しかし、上記したインクの循環により、インクの顔料を拡散させることができるので、インク物性の変化による印字画質の低下も回避することができる。   Also, pigment is dispersed as a color material in the ink. As time elapses, the pigment settles, and the physical properties such as viscosity and specific gravity of the ink in the lower layer change. When the physical properties of the ink change, the ink ejection amount and ejection speed change, and the image quality deteriorates. However, since the ink pigment can be diffused by the above-described ink circulation, it is possible to avoid a decrease in print image quality due to a change in ink physical properties.

また、主室41aと副室41bとは、複数の連通部41c・41cを介して連通しているので、上記のように一方の連通部41cを、主室41aから副室41bに向かうインクの流路として用い、残りの連通部41cを、副室41bから主室41aに向かうインクの流路として用いることができる。これにより、主室41aと副室41bとの間でインクを確実に循環させることが可能となる。 Further, the main chamber 41a and the auxiliary chamber 41b, because in communication via a plurality of communication portions 41c 1 · 41c 2, as described above in one of the communicating portion 41c 2, the auxiliary chamber 41b from the main chamber 41a toward used as a flow path of the ink, the rest of the communicating portion 41c 1, can be used as an ink flow path extending from the auxiliary chamber 41b to the main chamber 41a. Thereby, it is possible to reliably circulate ink between the main chamber 41a and the sub chamber 41b.

また、複数の連通部41c・41cは、流路抵抗が互いに異なり、第2の圧電素子44bは、図4で示した駆動信号に基づいて副室41bを駆動するので、各連通部41c・41cを流れるインクの流量を、副室41bへのインクの引込時と、副室41bからのインクの排出時とで異ならせることができる。これにより、インクの引込と排出とのトータルでインクを循環させることができる。 The plurality of communication portions 41c 1 and 41c 2 have different flow path resistances, and the second piezoelectric element 44b drives the sub chamber 41b based on the drive signal shown in FIG. the flow rate of the ink flowing through the 1 · 41c 2, can be different in the time of pull-in of the ink into the sub-chamber 41b, the time of ejection of the ink from the auxiliary chamber 41b. As a result, the ink can be circulated in a total of ink drawing and discharging.

なお、インク循環時における第2の圧電素子44bの駆動信号は、図4の三角波状の駆動信号に限定されるわけではなく、インクの引込と排出とで、連通部41c・41cの流路抵抗の変化によってインク流量が変化するような信号であればよい。つまり、上記駆動信号は、インクの引込または排出に対応するパルスの立ち上がりと立ち下がりとが時間軸方向において非対称な信号であればよく、パルスの立ち上がりと立ち下がりとの双方に傾斜がある三角波や、台形波であってもよい。 The driving signal of the second piezoelectric element 44b when the ink circulation is not limited to a triangular waveform of the drive signal of FIG. 4, in the discharge and retraction of the ink, the flow of the communication portion 41c 1 · 41c 2 Any signal that changes the ink flow rate due to a change in path resistance may be used. In other words, the drive signal may be a signal in which the rise and fall of the pulse corresponding to ink drawing or ejection are asymmetric in the time axis direction, such as a triangular wave in which both the rise and fall of the pulse are inclined. A trapezoidal wave may be used.

なお、以上では、インク循環時に、副室41bのみを駆動しているが、さらに主室41aを駆動するようにしてもよい。この場合、インクの射出が行われないように、主室41aの駆動信号を制御する必要があるが、副室41bに加えて主室41aを駆動することで、循環するインクの量が増大するため、主室41a内の気泡や異物の除去を促進することができる。   In the above, only the sub chamber 41b is driven during ink circulation, but the main chamber 41a may be further driven. In this case, it is necessary to control the drive signal of the main chamber 41a so that the ink is not ejected, but the amount of circulating ink increases by driving the main chamber 41a in addition to the sub chamber 41b. Therefore, it is possible to promote the removal of bubbles and foreign matters in the main chamber 41a.

なお、以上では、連通部41cとして、2つの連通部41c・41cを設けてインクを循環させるようにしているが、インクの循環を実現するにあたっては、連通部41cの数は3つ以上であってもよいし、1つであってもよい。連通部41cが1つのみである場合でも、例えば、同じ連通部41cの上方位置と下方位置とでインクの移動方向を変えることにより、インクを循環させることは可能である。 In the above description, the two communication portions 41c 1 and 41c 2 are provided as the communication portion 41c so as to circulate the ink. However, in realizing the ink circulation, the number of the communication portions 41c is three or more. It may be one or one. Even when there is only one communication portion 41c, for example, it is possible to circulate ink by changing the ink moving direction between the upper position and the lower position of the same communication portion 41c.

〔インクの射出量の制御について〕
駆動部44は、主室41aからのインク射出時に、主室41aおよび副室41bの両方を駆動してもよい。例えば、主室41aからのインク射出と同じタイミングで副室41bを駆動することにより、主室41a内の圧力を増減することができ、これによって主室41aからのインク射出量を制御することができる。
[Control of ink ejection amount]
The drive unit 44 may drive both the main chamber 41a and the sub chamber 41b when ink is ejected from the main chamber 41a. For example, the pressure in the main chamber 41a can be increased or decreased by driving the sub chamber 41b at the same timing as the ink ejection from the main chamber 41a, thereby controlling the amount of ink ejected from the main chamber 41a. it can.

図6は、大液滴のインクを射出するときのヘッド内のインクの流れと、第1の圧電素子44aおよび第2の圧電素子44bの駆動波形とを示している。同図のように、第2の圧電素子44bは、第1の圧電素子44aの駆動信号と同位相の駆動信号に基づいて副室41bを駆動すると、主室41a内の圧力が上昇するため、インクの射出量を増大させることができる(大液滴のインクを射出できる)。   FIG. 6 shows the flow of ink in the head when ejecting large droplets of ink and the driving waveforms of the first piezoelectric element 44a and the second piezoelectric element 44b. As shown in the figure, when the second piezoelectric element 44b drives the sub chamber 41b based on a drive signal having the same phase as the drive signal of the first piezoelectric element 44a, the pressure in the main chamber 41a increases. Ink ejection amount can be increased (large droplet ink can be ejected).

図7は、小液滴のインクを射出するときのヘッド内のインクの流れと、第1の圧電素子44aおよび第2の圧電素子44bの駆動波形とを示している。同図のように、第2の圧電素子44bは、第1の圧電素子44aの駆動信号と逆位相の駆動信号に基づいて副室41bを駆動すると、主室41a内の圧力が低下するため、インクの射出量を減少させることができる(小液滴のインクを射出できる)。   FIG. 7 shows the flow of ink in the head when ejecting small droplets of ink and the driving waveforms of the first piezoelectric element 44a and the second piezoelectric element 44b. As shown in the figure, when the second piezoelectric element 44b drives the sub chamber 41b based on a drive signal having a phase opposite to that of the first piezoelectric element 44a, the pressure in the main chamber 41a decreases. The amount of ink ejected can be reduced (small droplets of ink can be ejected).

射出量制御の際の副室41bの駆動波形の一例を挙げると、印加電圧:10V(V3=0V、V4=10V)、パルス幅:10μsec(t2−t1=10μsec)、周波数:10kHz(t3−t1=100μsec)である。   An example of the driving waveform of the sub chamber 41b during the injection amount control is as follows: applied voltage: 10 V (V3 = 0 V, V4 = 10 V), pulse width: 10 μsec (t2−t1 = 10 μsec), frequency: 10 kHz (t3− t1 = 100 μsec).

このように、駆動部44(第1の圧電素子44a、第2の圧電素子44b)が、主室41aおよび副室41bの両方を駆動することにより、駆動電圧を高くしたり、射出回数を増大させることなく、インク射出量を制御することができる。これにより、ヘッドの耐久性を向上させることができる。また、インクの射出量を制御することにより、一画素の濃淡を出すことができるので、印字画像の画質も向上させることができる。   Thus, the drive unit 44 (the first piezoelectric element 44a and the second piezoelectric element 44b) drives both the main chamber 41a and the sub chamber 41b to increase the drive voltage or increase the number of injections. The amount of ink ejection can be controlled without causing it to occur. Thereby, the durability of the head can be improved. Further, by controlling the ink ejection amount, the density of one pixel can be obtained, so that the image quality of the printed image can be improved.

特に、駆動部44が、互いに同位相または逆位相の駆動信号に基づいて、主室41aおよび副室41bをそれぞれ駆動することにより、インク射出量(液滴の大きさ)を2段階で制御することができる。したがって、副室41bを全く駆動しない図3の駆動も含めると、合計3段階でインク射出量を調整することができる。   In particular, the drive unit 44 controls the ink ejection amount (droplet size) in two stages by driving the main chamber 41a and the sub chamber 41b based on the drive signals having the same or opposite phases. be able to. Therefore, including the driving of FIG. 3 in which the sub chamber 41b is not driven at all, the ink ejection amount can be adjusted in a total of three stages.

〔圧力変動の抑制について〕
駆動回路46は、インクジェットヘッド21の使用状態を示す入力信号に応じて、副室41bの駆動信号(例えば電圧や位相)を制御して、第2の圧電素子44bに供給してもよい。ここで、上記入力信号としては、主室41a内のインク残量、ヘッドの向き(ラインヘッド方式におけるヘッドの取付角度)、ヘッドを一方向に移動させながらインクを射出する際の移動加速度(シリアルヘッド方式における移動加速度)、などを示す信号を考えることができる。なお、インク残量、ヘッドの取付角度、ヘッドの移動時の加速度は、図示しないセンサで検知することができ、このセンサからの出力信号が、駆動回路46に対する入力信号となる。
[Suppression of pressure fluctuation]
The drive circuit 46 may control the drive signal (for example, voltage or phase) of the sub chamber 41b according to the input signal indicating the use state of the inkjet head 21, and supply the drive signal to the second piezoelectric element 44b. Here, the input signal includes the remaining amount of ink in the main chamber 41a, the head direction (head mounting angle in the line head system), and the movement acceleration (serial) when ejecting ink while moving the head in one direction. A signal indicating the movement acceleration in the head system) can be considered. The remaining amount of ink, the head mounting angle, and the acceleration during movement of the head can be detected by a sensor (not shown), and an output signal from this sensor becomes an input signal to the drive circuit 46.

例えば、インク残量が少ない、ラインヘッド方式においてインクの射出方向が鉛直方向から傾いている、シリアルヘッド方式におけるヘッドの加減速、などが原因で、インク供給口45の圧力が低下する場合には、第2の圧電素子44bは、第1の圧電素子44aの駆動信号と同位相の駆動信号で副室41bを駆動することにより、主室41a内の圧力を上昇させる。逆に、インク残量が多いなど、インク供給口45の圧力が上昇する場合には、第2の圧電素子44bは、第1の圧電素子44aの駆動信号と逆位相の駆動信号で副室41bを駆動することにより、主室41a内の圧力を低下させる。このような副室41bの駆動により、ヘッドの使用状態によらずに、主室41a内の圧力をほぼ一定にすることができる。   For example, when the pressure of the ink supply port 45 decreases due to a low ink remaining amount, a line head method in which the ink ejection direction is inclined from the vertical direction, a head acceleration or deceleration in the serial head method, etc. The second piezoelectric element 44b increases the pressure in the main chamber 41a by driving the sub chamber 41b with a drive signal having the same phase as the drive signal of the first piezoelectric element 44a. On the contrary, when the pressure of the ink supply port 45 rises due to a large amount of remaining ink, the second piezoelectric element 44b is driven by the sub chamber 41b with a drive signal having a phase opposite to that of the first piezoelectric element 44a. To reduce the pressure in the main chamber 41a. By driving the sub chamber 41b, the pressure in the main chamber 41a can be made almost constant regardless of the use state of the head.

図8は、本実施形態のインクジェットヘッド21において、使用状態に応じて副室41bを駆動するときの動作の流れを示すフローチャートである。まず、インクジェットプリンタ1の電源をONにすると(S11)、インク残量、ヘッドの向き、ヘッドの移動時の加速度などの情報が、図示しないセンサによって検知され、これらの検知信号がリアルタイムで駆動回路46に出力される(S12)。なお、ヘッドの向き(取付角度)は一定であり、使用途中で変化することはほとんどないため、一度検知されると、その後は同一の検知信号が駆動回路46に出力される。また、インク残量およびヘッドの移動時の加速度については、画素の描画ごとにセンサにて検知され、その検知信号が駆動回路46に出力される。   FIG. 8 is a flowchart showing an operation flow when the sub chamber 41b is driven in accordance with the use state in the inkjet head 21 of the present embodiment. First, when the power supply of the ink jet printer 1 is turned on (S11), information such as the remaining ink amount, the head orientation, and the acceleration during the movement of the head is detected by a sensor (not shown), and these detection signals are driven in real time. 46 (S12). Since the head direction (mounting angle) is constant and hardly changes during use, once it is detected, the same detection signal is output to the drive circuit 46 thereafter. Further, the remaining amount of ink and the acceleration during movement of the head are detected by a sensor every time a pixel is drawn, and the detection signal is output to the drive circuit 46.

次に、駆動回路46は、受信した検知信号(例えば信号の正負、大小)に基づいて、副室41bの駆動波形(第2の圧電素子44bの駆動信号の電圧と位相)とを決定する(S13)。そして、駆動回路46は、画像信号に応じた所望の駆動信号を第1の圧電素子44aに供給して、主室41aを駆動するとともに、S13で決定した駆動信号を第2の圧電素子44bに供給して副室41bを駆動し、主室41aからインクを射出させる(S14)。その後、印字が終了すれば処理が終了するが(S15にてYes)、印字が終了しなければ(S15にてNo)、S12に戻ってそれ以降の動作が繰り返される。   Next, the drive circuit 46 determines the drive waveform (the voltage and phase of the drive signal of the second piezoelectric element 44b) of the sub chamber 41b based on the received detection signal (for example, the sign of the signal, magnitude). S13). Then, the drive circuit 46 supplies a desired drive signal corresponding to the image signal to the first piezoelectric element 44a to drive the main chamber 41a, and the drive signal determined in S13 to the second piezoelectric element 44b. Then, the sub chamber 41b is driven to eject ink from the main chamber 41a (S14). Thereafter, the process ends when the printing ends (Yes in S15), but if the printing does not end (No in S15), the process returns to S12 and the subsequent operations are repeated.

以上のように、駆動回路46は、ヘッドの使用状態を示す入力信号に応じて、副室41bの駆動信号を制御して第2の圧電素子44bに供給し、第2の圧電素子44bを駆動するので、ヘッドの使用状態によらずに、主室41aの圧力を一定にすることができる。これにより、ヘッドの使用中において、インクの射出量、射出速度、射出周期を安定させることができ、画質を向上させることができる。   As described above, the drive circuit 46 controls the drive signal of the sub chamber 41b according to the input signal indicating the usage state of the head and supplies it to the second piezoelectric element 44b to drive the second piezoelectric element 44b. Therefore, the pressure in the main chamber 41a can be made constant regardless of the usage state of the head. As a result, the ink ejection amount, ejection speed, and ejection cycle can be stabilized during use of the head, and the image quality can be improved.

特に、上記入力信号が、主室41a内のインク残量、ヘッドの向き、ヘッドの移動加速度のいずれかを示す信号であるので、これらの状態によらずに、主室41aの圧力を一定にすることができる。   In particular, since the input signal is a signal indicating any of the remaining ink amount in the main chamber 41a, the head orientation, and the head moving acceleration, the pressure in the main chamber 41a is kept constant regardless of these states. can do.

〔まとめ〕
以上、本実施形態のインクジェットヘッド21によれば、主室41aが形成されたボディ基板41に、主室41aとは独立して駆動される副室41bが形成されているので、上述したように、インクの循環、インクの射出量制御、主室41aの圧力変動の抑制を行うことができる。特に、副室41bは、ボディ基板41において、主室41aを流れるインク流路の外側に位置しているため、上記のインク循環により、主室41aで発生した気泡や異物、または主室41aに流入した気泡や異物を効果的に除去することができる。また、主室41aおよび副室41bの独立駆動により、駆動電圧を高くしたり、射出回数を増大させることなく、インクの射出量を制御できるので、ヘッドの耐久性を向上させることができる。
[Summary]
As described above, according to the ink jet head 21 of the present embodiment, the sub-chamber 41b that is driven independently of the main chamber 41a is formed on the body substrate 41 on which the main chamber 41a is formed. Ink circulation, ink ejection amount control, and pressure fluctuation in the main chamber 41a can be suppressed. In particular, since the sub chamber 41b is located outside the ink flow path flowing through the main chamber 41a in the body substrate 41, bubbles or foreign matter generated in the main chamber 41a due to the ink circulation described above, or the main chamber 41a. Inflowing bubbles and foreign matters can be effectively removed. Further, by independently driving the main chamber 41a and the sub chamber 41b, the ink ejection amount can be controlled without increasing the driving voltage or increasing the number of ejections, so that the durability of the head can be improved.

また、主室41aと副室41bとが連通部41cによって分けられるため、副室41bを設けることによって主室41aの容積が実質的に増大するのを抑えることができる。これにより、主室41aの駆動周波数が低下するのを抑えることができ、高速駆動を実現することができる。   Moreover, since the main chamber 41a and the sub chamber 41b are divided by the communication part 41c, it can suppress that the volume of the main chamber 41a increases substantially by providing the sub chamber 41b. Thereby, it can suppress that the drive frequency of the main chamber 41a falls, and high-speed drive can be implement | achieved.

ここで、インクジェットヘッド21の1つのチャネル21aにおける主室41a、副室41b、連通部41c、インク供給口45、ノズル孔32aの上述したサイズより、連通部41cの流路抵抗は、インク供給口45およびノズル孔32aの流路抵抗以上となっている。このようにすることで、主室41aと副室41bとを連通部41cによって実質的に分離することが確実に可能となり、副室41bを設けることによって主室41aの駆動周波数が低下するのを確実に抑えることができる。   Here, due to the sizes of the main chamber 41a, the sub chamber 41b, the communication portion 41c, the ink supply port 45, and the nozzle hole 32a in one channel 21a of the ink jet head 21, the flow path resistance of the communication portion 41c is the ink supply port. 45 and the flow path resistance of the nozzle hole 32a. By doing so, it is possible to reliably separate the main chamber 41a and the sub chamber 41b by the communication portion 41c, and the drive frequency of the main chamber 41a is reduced by providing the sub chamber 41b. It can be surely suppressed.

また、主室41a、副室41bおよび連通部41cは、同一のボディ基板41に形成されているため、同一基板内でのインクの循環を実現できる。これにより、ポンプなど、インク循環に必要な外部機構を別途追加する必要がない。また、圧力変動の抑制等についても外部機構を別途用いることなく行うことができる。これにより、小型、低コスト、簡単な構成で、上述の効果を得ることができる。そして、このようなインクジェットヘッド21を用いることにより、小型、低コストで高性能なインクジェットプリンタ1を実現することができる。   Moreover, since the main chamber 41a, the sub chamber 41b, and the communication part 41c are formed in the same body substrate 41, the circulation of the ink within the same substrate is realizable. Thereby, it is not necessary to add an external mechanism necessary for ink circulation such as a pump. In addition, pressure fluctuation can be suppressed without using an external mechanism. Thereby, the above-described effects can be obtained with a small size, low cost, and simple configuration. By using such an inkjet head 21, it is possible to realize a high-performance inkjet printer 1 that is small in size and low in cost.

また、副室41bは、ボディ基板41において主室41aと並んでその近傍に設けられているため、インク循環等の際に大きな加圧力は不要であり、ヘッドや流路の故障が発生しにくいものとなる。また、副室41bが主室41aの近傍に位置しているため、圧力のロスや応答時間の遅延が無く、制御の精度も向上する。   In addition, since the sub chamber 41b is provided in the vicinity of the main chamber 41a in the body substrate 41 in the vicinity thereof, a large pressing force is not required during ink circulation or the like, and failure of the head or the flow path is unlikely to occur. It will be a thing. Moreover, since the sub chamber 41b is located in the vicinity of the main chamber 41a, there is no pressure loss or response time delay, and the control accuracy is improved.

また、本実施形態では、駆動部44により、主室41aのみを駆動したり、副室41bのみを駆動したり、主室41aおよび副室41bを両方駆動することができるため、上述したインクの循環や、インク射出量の制御等を確実に行うことができる。特に、駆動部44を、主室41aを駆動する第1の圧電素子44aと、副室41bを駆動する第2の圧電素子44bとで構成しており、主室41aおよび副室41bの駆動手段を分けているため、主室41aと副室41bとを確実に独立して駆動することができる。   In the present embodiment, the drive unit 44 can drive only the main chamber 41a, only the sub chamber 41b, or both the main chamber 41a and the sub chamber 41b. Circulation, ink ejection amount control, and the like can be reliably performed. In particular, the drive unit 44 includes a first piezoelectric element 44a that drives the main chamber 41a and a second piezoelectric element 44b that drives the sub chamber 41b, and driving means for the main chamber 41a and the sub chamber 41b. Therefore, the main chamber 41a and the sub chamber 41b can be reliably driven independently.

〔インクジェットヘッドの他の構成〕
図9は、インクジェットヘッド21の他の構成を示す平面図である。同図に示すように、主室41aは、ボディ基板41(図2参照)に複数形成されており、副室41bは、ボディ基板41において、複数の主室41aに共通して形成されていてもよい。つまり、1個の副室41bが、複数の主室41aと連通部41cを介して連通する構成であってもよい。
[Other configurations of inkjet head]
FIG. 9 is a plan view showing another configuration of the inkjet head 21. As shown in the figure, a plurality of main chambers 41a are formed in the body substrate 41 (see FIG. 2), and a sub chamber 41b is formed in the body substrate 41 in common with the plurality of main chambers 41a. Also good. That is, one sub chamber 41b may be configured to communicate with the plurality of main chambers 41a via the communication portion 41c.

この場合、個々の主室41aに対応して副室41bを形成する場合に比べて、副室41bの容積が増大する。そして、インクの循環によって主室41aから副室41bに移動した気泡や異物が、容積の大きい副室41bで拡散される。このため、循環によって副室41bから主室41aに気泡や異物が戻りにくくなり、全体として主室41a内の気泡や異物の除去が促進されることになる。   In this case, the volume of the sub chamber 41b increases compared to the case where the sub chamber 41b is formed corresponding to each main chamber 41a. Then, bubbles and foreign matter moved from the main chamber 41a to the sub chamber 41b by the circulation of the ink are diffused in the sub chamber 41b having a large volume. For this reason, it becomes difficult for bubbles and foreign substances to return from the sub chamber 41b to the main chamber 41a by circulation, and the removal of the bubbles and foreign substances in the main chamber 41a as a whole is promoted.

〔インクジェットヘッドの製造方法〕
次に、本実施形態のインクジェットヘッドの製造方法について説明する。図10は、図2のインクジェットヘッド21に対応するインクジェットヘッド92の製造工程を示す断面図である。なお、図9のインクジェットヘッド21についても、以下の製造方法を適用することができる。
[Inkjet head manufacturing method]
Next, a method for manufacturing the ink jet head of this embodiment will be described. FIG. 10 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the ink jet head 92 corresponding to the ink jet head 21 of FIG. Note that the following manufacturing method can also be applied to the inkjet head 21 of FIG.

まず、基板61を用意する。基板61としては、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)に多く利用されている結晶シリコン(Si)を用いることができ、ここでは、酸化膜61bを介して2枚のSi基板61a(第1の基板)・61cが接合されたSOI構造のものを用いている。なお、Si基板61a・61cは、図2のボディ基板41および振動板42にそれぞれ対応している。基板61の厚みは、規格等で決められており、直径6インチサイズの場合、厚さは600μm程度である。   First, the substrate 61 is prepared. As the substrate 61, crystalline silicon (Si) often used in MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) can be used. Here, two Si substrates 61a (first substrate) are interposed via an oxide film 61b. -The SOI structure with 61c bonded is used. The Si substrates 61a and 61c correspond to the body substrate 41 and the diaphragm 42 in FIG. The thickness of the substrate 61 is determined by a standard or the like. In the case of a 6-inch diameter, the thickness is about 600 μm.

次に、基板61を加熱炉に入れ、1500℃程度に所定時間保持して、Si基板61a・61cの表面にSiOからなる熱酸化膜62a・62bをそれぞれ形成する。なお、Si基板61cの表面の熱酸化膜62bは、図2の絶縁膜43に対応する。その後、熱酸化膜62b上に、チタンおよび白金の各層をスパッタ法で順に成膜し、下部電極63形成する。なお、下部電極63は、図2の下部電極51a・51bを共通にした電極に相当している。この下部電極63は、下部電極51a・51bの個々に対応するようにパターニングされてもよい。 Next, the substrate 61 is put into a heating furnace and held at about 1500 ° C. for a predetermined time, and thermal oxide films 62a and 62b made of SiO 2 are formed on the surfaces of the Si substrates 61a and 61c, respectively. The thermal oxide film 62b on the surface of the Si substrate 61c corresponds to the insulating film 43 in FIG. Thereafter, titanium and platinum layers are sequentially formed on the thermal oxide film 62b by sputtering to form the lower electrode 63. The lower electrode 63 corresponds to an electrode having the lower electrodes 51a and 51b in FIG. 2 in common. The lower electrode 63 may be patterned so as to correspond to each of the lower electrodes 51a and 51b.

続いて、基板61を600℃程度に再加熱し、圧電体としてのチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)の層64aをスパッタ法で成膜する。そして、層64aの上に感光性樹脂71をスピンコート法で塗布し、マスクを介して露光、エッチングする。これにより、感光性樹脂71の不要な部分を除去し、形成する圧電層64の形状を転写する。その後、パターニングされた感光性樹脂71をマスクとして、反応性イオンエッチング法を用いて層64aの不要な部分を除去する。これにより、下部電極63上に、図2の圧電薄膜52aに対応する圧電層64と、圧電薄膜52bに対応する圧電層64とが同時に形成される。   Subsequently, the substrate 61 is reheated to about 600 ° C., and a lead zirconate titanate (PZT) layer 64a as a piezoelectric body is formed by sputtering. Then, a photosensitive resin 71 is applied on the layer 64a by a spin coating method, and exposure and etching are performed through a mask. Thereby, unnecessary portions of the photosensitive resin 71 are removed, and the shape of the piezoelectric layer 64 to be formed is transferred. Thereafter, unnecessary portions of the layer 64a are removed by reactive ion etching using the patterned photosensitive resin 71 as a mask. Thereby, on the lower electrode 63, the piezoelectric layer 64 corresponding to the piezoelectric thin film 52a of FIG. 2 and the piezoelectric layer 64 corresponding to the piezoelectric thin film 52b are simultaneously formed.

次に、圧電層64を覆うように、下部電極63上にチタン、白金層をスパッタ法で順に成膜し、層65aを形成する。続いて、層65a上に感光性樹脂72をスピンコート法で塗布し、マスクを介して露光、エッチングする。これにより、感光性樹脂72の不要な部分を除去し、形成する上部電極65の形状を転写する。その後、感光性樹脂72をマスクとして、反応性イオンエッチング法を用いて層65aの不要な部分を除去する。これにより、圧電層64上に、図2の上部電極53aに対応する上部電極65と、上部電極53bに対応する上部電極65とが形成される。そして、後述する主室81を駆動する第1の圧電素子66aと、副室82を駆動する第2の圧電素子66bとが形成される。なお、第1の圧電素子66aおよび第2の圧電素子66bは、図2の第1の圧電素子44aおよび第2の圧電素子44bにそれぞれ対応して駆動部を構成する。   Next, a titanium layer and a platinum layer are sequentially formed by sputtering on the lower electrode 63 so as to cover the piezoelectric layer 64, thereby forming a layer 65a. Subsequently, a photosensitive resin 72 is applied onto the layer 65a by a spin coating method, and exposure and etching are performed through a mask. Thereby, unnecessary portions of the photosensitive resin 72 are removed, and the shape of the upper electrode 65 to be formed is transferred. Thereafter, unnecessary portions of the layer 65a are removed using a reactive ion etching method using the photosensitive resin 72 as a mask. Thereby, the upper electrode 65 corresponding to the upper electrode 53a of FIG. 2 and the upper electrode 65 corresponding to the upper electrode 53b are formed on the piezoelectric layer 64. And the 1st piezoelectric element 66a which drives the below-mentioned main chamber 81, and the 2nd piezoelectric element 66b which drives the subchamber 82 are formed. The first piezoelectric element 66a and the second piezoelectric element 66b constitute a drive unit corresponding to the first piezoelectric element 44a and the second piezoelectric element 44b in FIG. 2, respectively.

次に、基板61の裏面に感光性樹脂73をスピンコート法で塗布し、マスクを介して露光、エッチングすることによって、感光性樹脂73の不要な部分を除去し、形成しようとする主室81、副室82および連通部の形状を転写する。そして、感光性樹脂73をマスクとして、反応性イオンエッチング法を用いて基板61の除去加工を行い、主室81、副室82および連通部を形成する。なお、主室81、副室82および連通部は、図2の主室41a、副室41bおよび連通部41cにそれぞれ対応している。   Next, a photosensitive resin 73 is applied to the back surface of the substrate 61 by a spin coat method, and exposure and etching are performed through a mask, thereby removing unnecessary portions of the photosensitive resin 73 and forming a main chamber 81 to be formed. The shape of the sub chamber 82 and the communication portion is transferred. Then, using the photosensitive resin 73 as a mask, the substrate 61 is removed using a reactive ion etching method to form the main chamber 81, the sub chamber 82, and the communication portion. The main chamber 81, the sub chamber 82, and the communication portion respectively correspond to the main chamber 41a, the sub chamber 41b, and the communication portion 41c of FIG.

次に、主室81の端部上方の下部電極63、熱酸化膜62b、Si基板61cをエッチングし、これらを貫通して主室81と連通するインク供給口67を形成する。その後、基板61の裏面側の熱酸化膜62aを除去し、接着剤、または中間ガラスを介した陽極接合により、基板61とノズルプレート91(第2の基板)とを貼り合わせる。このとき、基板61の主室81と、ノズルプレート91のノズル孔91aとが連通するように貼り合わせる。これにより、インクジェットヘッド92が完成する。なお、インク供給口67、ノズルプレート91およびノズル孔91aは、図2のインク供給口45、ノズル基板32およびノズル孔32aにそれぞれ対応する。   Next, the lower electrode 63, the thermal oxide film 62b, and the Si substrate 61c above the end of the main chamber 81 are etched to form an ink supply port 67 that passes through these and communicates with the main chamber 81. Thereafter, the thermal oxide film 62a on the back side of the substrate 61 is removed, and the substrate 61 and the nozzle plate 91 (second substrate) are bonded together by anodic bonding via an adhesive or intermediate glass. At this time, the main chamber 81 of the substrate 61 and the nozzle hole 91a of the nozzle plate 91 are bonded together so as to communicate with each other. Thereby, the inkjet head 92 is completed. The ink supply port 67, the nozzle plate 91, and the nozzle hole 91a correspond to the ink supply port 45, the nozzle substrate 32, and the nozzle hole 32a of FIG.

上記の製造方法により、同一の基板61に、主室81、副室82および連通部が形成される。基板61において、副室82は、インク供給口66から主室81を介してノズル孔91aに向かうインクの流路の外側に位置しており、主室81とは独立して駆動されるので、上述した同一基板内でのインクの循環やインク射出量の制御等が可能となる。これにより、上記したインクジェットヘッド21の構成による効果と同様の効果を得ることができる。   By the above manufacturing method, the main chamber 81, the sub chamber 82, and the communication portion are formed on the same substrate 61. In the substrate 61, the sub chamber 82 is located outside the ink flow path from the ink supply port 66 to the nozzle hole 91a via the main chamber 81, and is driven independently of the main chamber 81. It is possible to control the circulation of ink and the amount of ink ejection in the same substrate as described above. Thereby, the effect similar to the effect by the structure of the above-mentioned inkjet head 21 can be acquired.

また、基板61(特にSi基板61a)に、主室81および副室82を同時に形成することにより、これらを別々の工程で順次形成する場合に比べて、工程数が減るため、製造コストを低減でき、また、主室81および副室82を位置精度よく形成することができる。   Further, by simultaneously forming the main chamber 81 and the sub chamber 82 on the substrate 61 (particularly the Si substrate 61a), the number of processes is reduced as compared with the case where these are sequentially formed in separate processes, thereby reducing the manufacturing cost. In addition, the main chamber 81 and the sub chamber 82 can be formed with high positional accuracy.

また、主室81に対応する圧電層64と、副室82に対応する圧電層64についても、これらを同時に形成しているので、これらを位置精度よく形成することができる。同様に、主室81に対応する上部電極65と、副室82に対応する上部電極65とを同時に形成しているので、これらを位置精度よく形成することができる。   In addition, since the piezoelectric layer 64 corresponding to the main chamber 81 and the piezoelectric layer 64 corresponding to the sub chamber 82 are also formed at the same time, they can be formed with high positional accuracy. Similarly, since the upper electrode 65 corresponding to the main chamber 81 and the upper electrode 65 corresponding to the sub chamber 82 are formed at the same time, these can be formed with high positional accuracy.

〔その他〕
本実施形態では、複数の連通部41c・41cの幅を異ならせることによって、流路抵抗を互いに異ならせているが、例えば連通部41c・41cの形成位置を工夫して連通方向の長さを異ならせたり、一方の連通部41cにフィルタなどの障害物を配置したり、可動弁を配置することにより、流路抵抗を互いに異ならせるようにしてもよい。
[Others]
In the present embodiment, the flow path resistances are made different from each other by making the widths of the plurality of communication portions 41c 1 and 41c 2 different. For example, the formation direction of the communication portions 41c 1 and 41c 2 is devised to make the communication direction of or with different lengths, or to place an obstacle such as a filter in one of the communicating portion 41c 2, by arranging a movable valve, it may be made different flow resistance to each other.

本実施形態では、少なくとも、印字を開始する直前および全ての印字を終了した後にインクを循環し、これに加えて、印字枚数が所定枚数に到達したときにも(所定枚数の印字終了後で次の用紙の印字の開始前の非印字区間でも)インクを循環させているが、1枚の用紙内の非印字画素区間でインクを循環させてもよい。   In the present embodiment, ink is circulated at least immediately before the start of printing and after all printing has been completed. In addition, even when the number of printed sheets reaches a predetermined number (after the completion of printing of a predetermined number of sheets, Although the ink is circulated (even in the non-printing section before the start of printing of the paper), the ink may be circulated in the non-printing pixel section in one sheet.

本実施形態では、圧電式のアクチュエータを用いた場合について説明したが、その他、静電方式、電磁方式、熱変形などの他の方式のアクチュエータを用いた場合でも、本実施形態の駆動方法を適用して、本実施形態と同様の効果を得ることができる。   In the present embodiment, the case of using a piezoelectric actuator has been described. However, the drive method of the present embodiment is applied even when an actuator of another system such as an electrostatic system, an electromagnetic system, or thermal deformation is used. Thus, the same effect as that of the present embodiment can be obtained.

本発明のインクジェットヘッドは、インクジェットプリンタに利用可能である。   The ink jet head of the present invention can be used in an ink jet printer.

1 インクジェットプリンタ
21 インクジェットヘッド
32a ノズル孔
41 ボディ基板
41a 主室
41b 副室
41c 連通部
41c連通部
41c連通部
44 駆動部
44a 第1の圧電素子
44b 第2の圧電素子
45 インク供給口
46 駆動回路
61a Si基板(第1の基板)
67 インク供給口
81 主室
82 副室
91 ノズルプレート(第2の基板)
91a ノズル孔
92 インクジェットヘッド
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Inkjet printer 21 Inkjet head 32a Nozzle hole 41 Body substrate 41a Main chamber 41b Sub chamber 41c Communication part 41c 1 communication part 41c 2 communication part 44 Drive part 44a 1st piezoelectric element 44b 2nd piezoelectric element 45 Ink supply port 46 Drive Circuit 61a Si substrate (first substrate)
67 Ink supply port 81 Main chamber 82 Sub chamber 91 Nozzle plate (second substrate)
91a Nozzle hole 92 Inkjet head

Claims (21)

インク供給口およびノズル孔と連通する主室が形成された基板を備え、前記主室内のインクを前記ノズル孔から射出させるインクジェットヘッドであって、
前記主室が形成された前記基板には、
前記主室とは独立して駆動される副室と、
前記主室と前記副室とを連通する連通部とが形成されており、
前記副室は、前記基板において、前記インク供給口から前記主室を介して前記ノズル孔に向かうインクの流路から離間して設けられ、
該インクジェットヘッドは、
前記主室と前記副室とを独立して駆動する駆動部を備え、
前記駆動部は、前記主室からのインクの非射出時に、前記副室を駆動することにより、前記主室と前記副室との間で前記連通部を介してインクを循環させ、
前記主室と前記副室とは、複数の前記連通部を介して連通しており、
複数の前記連通部は、流路抵抗が互いに異なり、
前記駆動部は、インクの引込または排出に対応するパルスの立ち上がりと立ち下がりとが時間軸方向において非対称な駆動信号に基づいて、前記副室を駆動することを特徴とするインクジェットヘッド。
An inkjet head comprising a substrate on which a main chamber communicating with an ink supply port and a nozzle hole is formed, and ejecting ink in the main chamber from the nozzle hole,
In the substrate on which the main chamber is formed,
A sub chamber driven independently of the main chamber;
A communication portion that connects the main chamber and the sub chamber is formed,
The sub chamber is provided in the substrate, spaced apart from the ink flow path from the ink supply port to the nozzle hole through the main chamber ,
The inkjet head
A drive unit for independently driving the main chamber and the sub chamber;
The drive unit circulates ink between the main chamber and the sub chamber through the communication unit by driving the sub chamber when ink is not ejected from the main chamber,
The main chamber and the sub chamber communicate with each other via a plurality of the communication portions,
The plurality of communicating portions have different flow path resistances,
The ink jet head, wherein the driving unit drives the sub chamber based on a driving signal in which rising and falling edges of pulses corresponding to ink drawing or discharging are asymmetric in the time axis direction.
インク供給口およびノズル孔と連通する主室が形成された基板を備え、前記主室内のインクを前記ノズル孔から射出させるインクジェットヘッドであって、
前記主室が形成された前記基板には、
前記主室とは独立して駆動される副室と、
前記主室と前記副室とを連通する連通部とが形成されており、
前記副室は、前記基板において、前記インク供給口から前記主室を介して前記ノズル孔に向かうインクの流路から離間して設けられ、
該インクジェットヘッドは、
前記主室と前記副室とを独立して駆動する駆動部を備え、
前記駆動部は、前記主室からのインク射出時に、前記主室および前記副室を駆動することにより、前記主室からのインクの射出量を制御することを特徴とするインクジェットヘッド。
An inkjet head comprising a substrate on which a main chamber communicating with an ink supply port and a nozzle hole is formed, and ejecting ink in the main chamber from the nozzle hole,
In the substrate on which the main chamber is formed,
A sub chamber driven independently of the main chamber;
A communication portion that connects the main chamber and the sub chamber is formed,
The sub chamber is provided in the substrate, spaced apart from the ink flow path from the ink supply port to the nozzle hole through the main chamber,
The inkjet head
A drive unit for independently driving the main chamber and the sub chamber;
The ink jet head, wherein the drive unit controls the amount of ink ejected from the main chamber by driving the main chamber and the sub chamber when the ink is ejected from the main chamber.
インク供給口およびノズル孔と連通する主室が形成された基板を備え、前記主室内のインクを前記ノズル孔から射出させるインクジェットヘッドであって、An inkjet head comprising a substrate on which a main chamber communicating with an ink supply port and a nozzle hole is formed, and ejecting ink in the main chamber from the nozzle hole,
前記主室が形成された前記基板には、In the substrate on which the main chamber is formed,
前記主室とは独立して駆動される副室と、A sub chamber driven independently of the main chamber;
前記主室と前記副室とを連通する連通部とが形成されており、A communication portion that connects the main chamber and the sub chamber is formed,
前記副室は、前記基板において、前記インク供給口から前記主室を介して前記ノズル孔に向かうインクの流路から離間して設けられ、The sub chamber is provided in the substrate, spaced apart from the ink flow path from the ink supply port to the nozzle hole through the main chamber,
前記主室は、前記基板に複数形成されており、A plurality of the main chambers are formed on the substrate,
前記副室は、前記基板において、複数の前記主室に共通して形成されていることを特徴とするインクジェットヘッド。The sub-chamber is formed in common with a plurality of the main chambers in the substrate.
インク供給口およびノズル孔と連通する主室が形成された基板を備え、前記主室内のインクを前記ノズル孔から射出させるインクジェットヘッドであって、An inkjet head comprising a substrate on which a main chamber communicating with an ink supply port and a nozzle hole is formed, and ejecting ink in the main chamber from the nozzle hole,
前記主室が形成された前記基板には、In the substrate on which the main chamber is formed,
前記主室とは独立して駆動される副室と、A sub chamber driven independently of the main chamber;
前記主室と前記副室とを連通する連通部とが形成されており、A communication portion that connects the main chamber and the sub chamber is formed,
前記副室は、前記基板において、前記インク供給口から前記主室を介して前記ノズル孔に向かうインクの流路から離間して設けられ、The sub chamber is provided in the substrate, spaced apart from the ink flow path from the ink supply port to the nozzle hole through the main chamber,
該インクジェットヘッドは、The inkjet head
前記主室と前記副室とを独立して駆動する駆動部を備え、A drive unit for independently driving the main chamber and the sub chamber;
前記駆動部は、前記主室に対して設けられて前記主室を駆動する第1の駆動部と、前記副室に対して設けられて前記副室を駆動する第2の駆動部とで構成されていることを特徴とするインクジェットヘッド。The drive unit includes a first drive unit that is provided for the main chamber and drives the main chamber, and a second drive unit that is provided for the sub chamber and drives the sub chamber. An inkjet head characterized by being made.
前記主室と前記副室とを独立して駆動する駆動部を備えていることを特徴とする請求項3に記載のインクジェットヘッド。The inkjet head according to claim 3, further comprising a drive unit that independently drives the main chamber and the sub chamber. 前記駆動部は、前記主室からのインクの非射出時に、前記副室を駆動することにより、前記主室と前記副室との間で前記連通部を介してインクを循環させることを特徴とする請求項2、4、5のいずれかに記載のインクジェットヘッド。The drive unit circulates ink between the main chamber and the sub chamber through the communication unit by driving the sub chamber when ink is not ejected from the main chamber. The inkjet head according to any one of claims 2, 4, and 5. 前記主室と前記副室とは、複数の前記連通部を介して連通していることを特徴とする請求項6に記載のインクジェットヘッド。The ink jet head according to claim 6, wherein the main chamber and the sub chamber communicate with each other via a plurality of the communication portions. 複数の前記連通部は、流路抵抗が互いに異なり、The plurality of communicating portions have different flow path resistances,
前記駆動部は、インクの引込または排出に対応するパルスの立ち上がりと立ち下がりとが時間軸方向において非対称な駆動信号に基づいて、前記副室を駆動することを特徴とする請求項7に記載のインクジェットヘッド。The said drive part drives the said subchamber based on the drive signal with which the rise and fall of the pulse corresponding to drawing-in or discharge | emission of ink are asymmetrical in a time-axis direction. Inkjet head.
前記駆動部は、前記主室からのインク射出時に、前記主室および前記副室を駆動することにより、前記主室からのインクの射出量を制御することを特徴とする請求項1、4から8のいずれかに記載のインクジェットヘッド。The drive unit controls the amount of ink ejected from the main chamber by driving the main chamber and the sub chamber when ink is ejected from the main chamber. The inkjet head according to any one of 8. 前記駆動部は、互いに同位相または逆位相の駆動信号に基づいて、前記主室および前記副室をそれぞれ駆動することを特徴とする請求項2又は9に記載のインクジェットヘッド。10. The inkjet head according to claim 2, wherein the drive unit drives the main chamber and the sub chamber based on drive signals having the same phase or opposite phase. 該ヘッドの使用状態を示す入力信号に応じて前記副室の駆動信号を制御して、前記駆動部に供給する駆動回路をさらに備えていることを特徴とする請求項9又は10に記載のインクジェットヘッド。11. The inkjet according to claim 9, further comprising a drive circuit that controls a drive signal of the sub chamber according to an input signal indicating a use state of the head and supplies the drive signal to the drive unit. head. 前記入力信号は、前記主室内のインク残量、該ヘッドの向き、該ヘッドを一方向に移動させながらインクを射出する際の移動加速度のいずれかを示す信号であることを特徴とする請求項11に記載のインクジェットヘッド。The input signal is a signal indicating any one of a remaining amount of ink in the main chamber, a direction of the head, and a moving acceleration when ejecting ink while moving the head in one direction. The inkjet head of 11. 前記連通部の流路抵抗は、前記インク供給口および前記ノズル孔の流路抵抗以上であることを特徴とする請求項1から12のいずれかに記載のインクジェットヘッド。13. The inkjet head according to claim 1, wherein a flow path resistance of the communication portion is equal to or greater than a flow path resistance of the ink supply port and the nozzle hole. 前記主室は、前記基板に複数形成されており、A plurality of the main chambers are formed on the substrate,
前記副室は、前記基板において、複数の前記主室に共通して形成されていることを特徴とする請求項1、2、4から13のいずれかに記載のインクジェットヘッド。The inkjet head according to claim 1, wherein the sub chamber is formed in common with a plurality of the main chambers in the substrate.
前記駆動部は、前記主室に対して設けられて前記主室を駆動する第1の駆動部と、前記副室に対して設けられて前記副室を駆動する第2の駆動部とで構成されていることを特徴とする請求項1、2、3、5から14のいずれかに記載のインクジェットヘッド。The drive unit includes a first drive unit that is provided for the main chamber and drives the main chamber, and a second drive unit that is provided for the sub chamber and drives the sub chamber. The inkjet head according to claim 1, wherein the inkjet head is formed. 前記副室は、前記主室に対して個別に設けられ、The sub chamber is individually provided for the main chamber,
前記副室の容積は、前記主室の容積よりも小さいことを特徴とする請求項1、2、4のいずれかに記載のインクジェットヘッド。The inkjet head according to claim 1, wherein a volume of the sub chamber is smaller than a volume of the main chamber.
前記連通部は、前記主室と前記副室を接続するとともに前記インクの流路とは別に設けられていることを特徴とする請求項1から16のいずれかに記載のインクジェットヘッド。The ink jet head according to claim 1, wherein the communication portion connects the main chamber and the sub chamber and is provided separately from the ink flow path. 前記主室を介さずに前記インク供給口と前記副室を連通する連通路を有していないことを特徴とする請求項1から17のいずれかに記載のインクジェットヘッド。18. The ink jet head according to claim 1, wherein the ink jet head does not have a communication path that connects the ink supply port and the sub chamber without passing through the main chamber. 請求項1から18のいずれかに記載のインクジェットヘッドを備え、前記インクジェットヘッドから記録媒体に向けてインクを射出させることを特徴とするインクジェットプリンタ。An ink jet printer comprising the ink jet head according to claim 1, wherein ink is ejected from the ink jet head toward a recording medium. インク供給口と連通する主室と、A main room communicating with the ink supply port;
前記インク供給口から前記主室を介してノズル孔に向かうインクの流路から離間して設けられ、前記主室と独立して駆動される副室と、A sub chamber provided separately from the ink flow path from the ink supply port to the nozzle hole through the main chamber, and driven independently of the main chamber;
前記主室と前記副室とを連通する連通部とを、第1の基板に形成する工程と、Forming a communication portion for communicating the main chamber and the sub chamber on the first substrate;
前記ノズル孔を有する第2の基板を、前記ノズル孔と前記主室とが連通するように前記第1の基板に貼り合わせる工程とを有していることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。A method for manufacturing an ink jet head, comprising: bonding a second substrate having the nozzle hole to the first substrate so that the nozzle hole and the main chamber communicate with each other.
前記第1の基板に、前記主室および前記副室を同時に形成することを特徴とする請求項20に記載のインクジェットヘッドの製造方法。21. The method of manufacturing an ink jet head according to claim 20, wherein the main chamber and the sub chamber are simultaneously formed on the first substrate.
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