JPWO2015163069A1 - Inkjet head and inkjet printer - Google Patents
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Abstract
インクジェットヘッド(21)は、圧力室(11a)を有する支持基板(11)を振動板(12)とノズル板(13)とで挟み込み、駆動素子(14)によって振動板(12)を振動させることにより、圧力室(11a)内のインクをノズル板(13)のノズル孔(13a)を介して外部に吐出させる。支持基板(11)は、圧力室(11a)を複数有しているとともに、振動板(12)およびノズル板(13)に沿った面内で各圧力室(11a)を略一定の厚みで囲む壁部(11b)を有している。壁部(11b)は、圧力室(11a)ごとに独立して、かつ、外形が同一の形状で設けられている。The ink jet head (21) sandwiches a support substrate (11) having a pressure chamber (11a) between a vibration plate (12) and a nozzle plate (13), and vibrates the vibration plate (12) by a drive element (14). Thus, the ink in the pressure chamber (11a) is ejected to the outside through the nozzle holes (13a) of the nozzle plate (13). The support substrate (11) has a plurality of pressure chambers (11a) and surrounds each pressure chamber (11a) with a substantially constant thickness within a plane along the diaphragm (12) and the nozzle plate (13). It has a wall (11b). The wall (11b) is provided independently for each pressure chamber (11a) and has the same outer shape.
Description
本発明は、圧力室内のインクを外部に吐出するインクジェットヘッドと、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 ink jet head that discharges ink in a pressure chamber to the outside, and an ink jet printer that includes the ink jet head.
従来から、インクを吐出する複数のチャネル(インク吐出部)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、インクの吐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。インクの吐出は、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 (ink ejection portions) for ejecting 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 an actuator (piezoelectric, electrostatic, thermal deformation, etc.) or by generating bubbles in the ink in 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.
また、圧電式のアクチュエータには、バルク状の圧電体を用いたものと、薄膜の圧電体(圧電薄膜)を用いたものとがある。前者は出力が大きいため、大きな液滴を吐出することができるが、大型でコストが高い。これに対して、後者は出力が小さいため、液滴量は大きくできないが、小型でコストが低い。高解像度(小液滴で良い)で小型、低コストのプリンタを実現するには、圧電薄膜を用いてアクチュエータを構成することが適していると言える。なお、圧電式のアクチュエータにおいて、圧電薄膜を用いるか、バルク状の圧電体を用いるかは、用途に応じて選択すればよい。 In addition, piezoelectric actuators include those using a bulk piezoelectric body and those using a thin film piezoelectric body (piezoelectric thin film). Since the former has a large output, large droplets can be discharged, but it is large and expensive. On the other hand, since the latter has a small output, the amount of droplets cannot be increased, but it is small in size and low in cost. In order to realize a small, low-cost printer with high resolution (small droplets may be sufficient), it can be said that it is suitable to configure an actuator using a piezoelectric thin film. In the piezoelectric actuator, whether to use a piezoelectric thin film or a bulk piezoelectric body may be selected depending on the application.
図14は、圧電式のアクチュエータを利用した従来の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、その断面図におけるB−B’ 線矢視断面図とを併せて示したものである。ただし、便宜上、平面図では、後述する駆動素子104の下部電極201および上部電極203の図示を省略している。このインクジェットヘッド100は、複数の圧力室101aを有する支持基板101を振動板102とノズル板103とで挟み込み、各圧力室101aの上方の振動板102上に、圧電体を含む駆動素子104を形成して構成されている。ノズル板103には、各圧力室101a内のインクを外部に吐出するためのノズル孔103aが形成されている。
FIG. 14 is a plan view showing a schematic configuration of a
支持基板101には、複数の圧力室101aのほかに、2本のインク流路101bが並列に形成されている。複数の圧力室101aは、2本のインク流路101b・101bの間で、千鳥状に2列形成されている。そして、一方の列の圧力室101aは、一方のインク流路101bと連通路101cを介して連通しており、他方の列の圧力室101aは、他方のインク流路101bと連通路101cを介して連通している。また、各インク流路101bの一端は、インク供給口105を介して図示しないインク収容部(インク貯留タンク)と連通しており、他端は、インク排出口106を介してインク収容部と連通している。
In addition to the plurality of
図15は、インクジェットヘッド100の1つのチャネルの概略の構成を示す断面図である。振動板102上には、絶縁層107を介して駆動素子104が形成されている。駆動素子104は、振動板102側から順に下部電極201、圧電体202、上部電極203を積層して構成されている。駆動回路108から下部電極201および上部電極203に電圧を印加すると、圧電体202が厚さ方向に垂直な方向に伸縮する。すると、圧電体202と振動板102との長さの違いにより、振動板102に曲率が生じ、振動板102が厚さ方向に変位(湾曲)する。このような振動板102の変位によって圧力室101a内に圧力が付与されることにより、圧力室101a内のインクがノズル孔103aを介して外部に液滴として吐出される。
FIG. 15 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of one channel of the
駆動素子104に用いられる圧電体202には、チタン酸バリウム(BaTiO3)やPZTと呼ばれるチタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Ti/Zr)O3)など、ペロブスカイト型の金属酸化物が広く用いられている。圧電体を圧電薄膜で構成する場合、基板上に例えばPZTを成膜によって形成する。PZTの成膜は、スパッタ法、CVD(Chemical Vapor Deposition)法、ゾルゲル法など、種々の方法を用いて行うことが可能である。なお、圧電材料の結晶化には高温が必要となるため、基板にはシリコン(Si)が良く用いられる。Perovskite metal oxides such as barium titanate (BaTiO 3 ) and lead zirconate titanate (Pb (Ti / Zr) O 3 ) called PZT are widely used for the
ところで、図16は、図14のC−C’線矢視断面図を示すとともに、駆動素子104の伸縮によって変形する振動板102の変形形状を示している。支持基板100において振動板102を支持する剛性(支持剛性)は、チャネルの周囲の支持基板100の構造によって変化する。例えば図16において、圧力室101aの左側では、支持基板101に掘り込み部が無いため、振動板102の支持剛性が高いが、圧力室101aの右側では、支持基板101に掘り込み部であるインク流路101bが形成されているため、振動板102の支持剛性が低い。
16 shows a cross-sectional view taken along the line C-C ′ of FIG. 14 and shows a deformed shape of the
このように圧力室101aの左右で支持剛性に差があると、駆動素子104が面内で一様に伸縮しても、振動板102の変形形状が、圧力室101aの左右方向で非対称となる。その結果、圧力室101a内のインクに加わる圧力の分布が非対称となり、これによって、インクの吐出速度の低下や吐出角度の倒れなどが発生する。また、振動板102の支持剛性が変化すると、アクチュエータの共振周波数が変化するため、応答性も変化する。
Thus, if there is a difference in support rigidity between the left and right sides of the
また、インクの吐出速度、吐出角度および応答性は、隣り合うチャネルの駆動の有無によっても変化する。図17は、インクジェットヘッド100において、チャネルが3つ並んで形成されている場合の、中央のチャネルの振動板102の変形形状を示している。パターン1のように、中央のチャネルに対して左右両側のチャネルが駆動されない場合、中央のチャネルが駆動されると、そのチャネルの振動板102は左右方向に対称に変形し、かつ、その変形量も十分に得られる。
Further, the ejection speed, ejection angle, and responsiveness of ink change depending on whether or not adjacent channels are driven. FIG. 17 shows a deformed shape of the
しかし、あるチャネルが駆動されると、支持基板101やノズル板103などを介して、振動板102の変形や振動が周辺のチャネルにも伝わる。このため、パターン2のように、中央のチャネルの駆動時に左側のチャネルも駆動され、右側のチャネルは駆動されない場合、中央のチャネルの振動板102は左側に引っ張られるため、振動板102の変形形状が左右方向で非対称となる。その結果、中央のチャネルから吐出されるインクの吐出速度や吐出角度が変化する。また、パターン3のように、中央のチャネルに加えて左右両側のチャネルも駆動されると、中央のチャネルの振動板102は左側および右側の両方に引っ張られるため、振動板102の変形形状は左右方向で対称とはなるが、その変形量がパターン1に比べて減少する。その結果、インクの吐出速度が低下する。
However, when a certain channel is driven, deformation and vibration of the
また、振動板102が引っ張られると、隣り合うチャネルに応力が働くため、共振周波数が増大し、応答性が変化する。隣り合うチャネルの影響の仕方や程度は、振動板102の変形度合い、隣り合うチャネルとの距離、支持基板101の剛性や振動板102の支持の仕方などにより変化する。
Further, when the
上記のように、チャネルの周囲の形状や、隣り合うチャネルの影響により、インクの吐出速度、吐出角度、応答性が変化すると、各チャネルから吐出されるインクを記録媒体上の所望の位置に着弾させることができないため、画像品質が劣化する。特に、複数の圧力室101aを高密度に配置した場合は、吐出速度、吐出角度および応答性の変化の影響がより大きくなり、画像品質がより劣化する。
As described above, when the ink ejection speed, ejection angle, and responsiveness change due to the shape of the periphery of the channel and the influence of adjacent channels, the ink ejected from each channel reaches the desired position on the recording medium. Therefore, the image quality deteriorates. In particular, when a plurality of
そこで、従来、各チャネルのインクの吐出特性を均一にする手法が提案されている。例えば、特許文献1では、マトリクス状に配置される複数のチャネルのうち、外縁部に位置するチャネルの構造(例えば圧力室の形状や圧電素子の形状)を、その内側に位置するチャネルの構造と異ならせることにより、インクの吐出特性を各チャネルで均一にするようにしている。また、特許文献2および3では、インクを吐出する複数のチャネルをマトリクス状に配置するとともに、その周囲(外周部分)にインクを吐出しないダミーチャネルを配置することにより、インクの吐出特性を各チャネルで均一にするようにしている。
Thus, conventionally, a method for making the ink ejection characteristics of each channel uniform has been proposed. For example, in
ところが、特許文献1の方法では、外縁部のチャネルとその内側のチャネルとで構造を変えるため、設計や製作にコストが掛かる。また、特許文献2および3の方法では、ダミーチャネルを設けるスペースが必要となるため、ヘッドの小型化およびチャネルの高密度配置を実現することが困難となる。
However, in the method of
なお、上記の問題は、各チャネルを駆動する圧電体がバルクであっても薄膜であっても生ずる。 The above problem occurs regardless of whether the piezoelectric body that drives each channel is a bulk or a thin film.
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、低コストで、各チャネルにおけるインクの吐出特性の均一化を図りながら、ヘッドの小型化およびチャネルの高密度配置も実現することができるインクジェットヘッドと、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 in order to solve the above-described problems. The object of the present invention is to reduce the size of the head and arrange the channels at a high density while achieving uniform ink ejection characteristics in each channel at a low cost. It is another object of the present invention to provide an ink jet head that can also be realized, 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、圧力室を有する支持基板を振動板とノズル板とで挟み込み、駆動素子によって前記振動板を振動させることにより、前記圧力室内のインクを前記ノズル板のノズル孔を介して外部に吐出させるインクジェットヘッドであって、前記支持基板は、前記圧力室を複数有しているとともに、前記振動板および前記ノズル板に沿った面内で各圧力室を略一定の厚みで囲む壁部を有しており、前記壁部は、前記圧力室ごとに独立して、かつ、外形が同一の形状で設けられている。 An ink jet head according to one aspect of the present invention sandwiches a support substrate having a pressure chamber between a vibration plate and a nozzle plate, and vibrates the vibration plate by a driving element, thereby causing ink in the pressure chamber to flow through the nozzles of the nozzle plate. An inkjet head that discharges to the outside through a hole, wherein the support substrate has a plurality of pressure chambers, and each pressure chamber is substantially constant in a plane along the vibration plate and the nozzle plate. The wall portion is surrounded by a thickness, and the wall portion is provided independently for each of the pressure chambers and has the same outer shape.
低コストの構成で、インクの吐出特性を各チャネルで均一にすることができ、画像品質を向上させることができるとともに、ヘッドの小型化およびチャネルの高密度配置を実現することができる。 With a low-cost configuration, the ink ejection characteristics can be made uniform in each channel, the image quality can be improved, and the head can be downsized and the channels can be arranged at high density.
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
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
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に向けてインクを吐出させ、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
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
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によってインクが吐出された記録媒体Pを周面に巻き取る。
The take-
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
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
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
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に吐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、吐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、吐出されたインクに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
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に対してインクが吐出される。その後、記録媒体Pに吐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吐出され、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
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(幅方向)にインクジェットヘッドを移動させてインクを吐出し、画像を形成する方式である。この場合、インクジェットヘッドは、キャリッジ等の構造体に支持された状態で、記録媒体の幅方向に移動する。
The
〔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、上述したインクジェットヘッド21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、その断面図におけるB−B’ 線矢視断面図とを併せて示したものである。ただし、便宜上、平面図では、後述する駆動素子14の下部電極および上部電極の図示を省略している。[Configuration of inkjet head]
Next, the configuration of the
本実施形態のインクジェットヘッド21は、複数の圧力室11aを有する支持基板11を、厚さ一定の振動板12とノズル板13とで挟み込み、各圧力室11aの上方の振動板12上に、駆動素子14を形成して構成されている。駆動素子14は、振動板12側から、下部電極、圧電薄膜、上部電極をこの順で積層して構成されている。下部電極および上部電極は、図示しない駆動回路と接続されている。圧電薄膜の厚さは、1μm〜10μmであり、薄膜の圧電体となっている。ノズル板13には、各圧力室11aに対応してノズル孔13aが形成されている。
The
支持基板11には、複数の圧力室101aと、壁部11bとが形成されている。各圧力室101aは、支持基板11において千鳥状に2列形成されている。壁部11bは、支持基板11において(振動板12とノズル板13との間で)圧力室11aの周囲の壁を構成する、いわゆる側壁であり、振動板12およびノズル板13に沿った面内(支持基板11の厚さ方向に垂直な面内)で各圧力室11aを略一定の厚みで囲むように設けられている。なお、壁部11bの厚みが略一定であるとは、壁部11bの厚みの変動幅が、基準厚みの±20%以内(より望ましくは±10%以内)に収まっていることを意味する。
The
各壁部11bは、圧力室11aごとに独立して(各圧力室11aと1対1に対応して)設けられている。「独立している」とは、隣りの圧力室11aの壁部11bを兼ねていないことが望ましいが、図12のように、壁部11bと壁部11bの一部が接続されているものも本願でいう「独立」に含まれるものとする。このとき、「一部」とは、壁部11bの表面積の10%以内、望ましくは5%以内である。
Each
また、各壁部11bは全て、外形が同一形状となっており、本実施形態では、振動板12およびノズル板13に沿った面内で例えば円形である。なお、振動板12およびノズル板13に沿った面内のことを、以下では「水平断面内」とも称する。
Further, all the
また、図2に示すような例の場合、支持基板11は、1枚の板ではなく、複数の円筒(壁部11b)を備えたものである。本願では、このようなものも「支持基板」と称する。
In the case of the example shown in FIG. 2, the
支持基板11において、各壁部11bの周囲(圧力室11aとは反対側)には、基板厚さ方向に支持基板11の一部が除去された穴部(支持基板11を基板厚さ方向に掘り込んだ掘り込み部)18が形成されている。この穴部18により、各壁部11bを、穴部18を介して互いに離れて(つながらないように)位置させることができ、各壁部11bを各圧力室11aに対応するように独立して配置することが可能となる。また、各壁部11bと周囲の構造体(例えばヘッドを支持するキャリッジ)とを離れて位置させることも可能となる。本実施形態では、穴部18は、支持基板11をその厚さ方向に貫通する貫通口であり、各圧力室11aにインクを供給するためのインク流路18aを構成している。
In the
上記した各壁部11bは、該壁部11bが囲む圧力室11aと該壁部11bの周囲のインク流路18aとを連通するための連通路11cを有している。連通路11cは、各圧力室11aを囲む壁部11bの1つにつき、複数設けられており、本実施形態では2個設けられている。これら2個の連通部11cは、水平断面内で、壁部11bが囲む圧力室11aに対して互いに反対側の位置に(水平断面内で圧力室11aの中心に対して点対称となる位置に)設けられている。また、各壁部11bは、複数の連通路11cが一方向(図2の水平断面図では左右方向)に沿って並ぶように、支持基板11に設けられている。
Each of the
また、支持基板11は、インク供給口11dおよびインク排出口11eをさらに有している。インク供給口11dは、インク収容部としての貯留タンク8(図1参照)からインク流路18aにインクを供給するための供給口であり、インク供給部19の内部の通路19aを介して貯留タンク8と連通している。インク排出口11eは、インク流路18aから貯留タンク8にインクを排出するための排出口であり、インク排出部20の内部の通路20aを介して貯留タンク8と連通している。
The
上記した各壁部11bは、水平断面内で、インク供給口11dとインク排出口11eとの間に位置している。そして、インク供給口11dは、連通路11cが並ぶ上記一方向における一方の側(図2の水平断面図では左側)に設けられており、インク排出口11eは、上記一方向における他方の側(図2の水平断面図では右側)に設けられている。
Each of the
インク供給口11dからインク流路18aにインクが導入されると、上記インクは各壁部11bの連通路11cを介して各圧力室11aの内部に供給される。そして、駆動素子14によって振動板12を振動させることにより、各圧力室11a内のインクがノズル孔13aを介して外部に吐出される。より詳しくは、図示しない駆動回路により、駆動素子14の下部電極および上部電極に電圧を印加すると、圧電薄膜が伸縮して振動板12が変形(振動)し、これによって圧力室11a内のインクに圧力が加わり、ノズル孔13aからインク滴が吐出される。インクの吐出後、振動板12が元の位置に戻ると、圧力室11a内が負圧となり、連通路11cを介してインクが圧力室11a内に流れ込む。以降、このような工程が繰り返される。
When ink is introduced into the
図3は、図2のD部、すなわち、1つのチャネル(インク吐出部)を拡大して示す断面図である。支持基板11において、各壁部11bの厚みは略一定であるので、各壁部11bで支持される振動板12の支持剛性は、水平断面内で圧力室11aの周囲のどの位置でもほぼ同じとなる。これにより、駆動素子14によって振動板12が振動するときに、振動板12に垂直などの面内でも、振動板12の変形形状を左右対称な形状とすることができ、これによって、圧力室11a内のインクに加わる圧力の分布を左右対称にすることができる。
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a portion D of FIG. 2, that is, one channel (ink ejection portion). In the
しかも、各壁部11bは、圧力室11aごとに独立して設けられているので、各壁部11bで支持される振動板12は、隣り合う圧力室11aの駆動の影響をほとんど受けることなく振動(変形)することが可能となる。また、各壁部11bは、外形が同一の形状で設けられているので、異なる形状で形成する場合のように、設計や製作にコストが掛かることもない。
In addition, since each
したがって、低コストの構成で、吐出速度、吐出角度、応答性などのインクの吐出特性を複数のチャネル間で均一にできるとともに、振動板12の変形量や共振周波数も各チャネル間で均一にでき、画像品質を向上させることができる。また、従来のようにダミーチャネルを設けることなく、インクの吐出特性を各チャネルで均一にできるので、ヘッドの小型化およびチャネルの高密度配置を実現することも可能となる。
Therefore, with a low-cost configuration, ink ejection characteristics such as ejection speed, ejection angle, and responsiveness can be made uniform among a plurality of channels, and the deformation amount and resonance frequency of the
なお、上記効果を得るためのヘッドの寸法の一例は、以下の通りである。つまり、下記の寸法でヘッドを構成した場合に、上記の効果が得られることが実験により確認されている。
圧力室の直径(水平断面内):500μm
振動板厚さ :10μm
圧電薄膜直径(水平断面内):400μm
圧電薄膜厚さ :10μm
壁部厚さ(水平断面内) :50μm
支持基板厚さ :300μmAn example of the size of the head for obtaining the above effect is as follows. That is, it has been confirmed by experiments that the above effects can be obtained when the head is configured with the following dimensions.
Pressure chamber diameter (within horizontal section): 500 μm
Diaphragm thickness: 10 μm
Piezoelectric thin film diameter (within horizontal section): 400 μm
Piezoelectric thin film thickness: 10 μm
Wall thickness (within horizontal section): 50 μm
Support substrate thickness: 300 μm
また、支持基板11には、穴部18が形成されているので、隣り合う壁部11b・11b同士を穴部18を介して互いに離して位置させることができる。これにより、各壁部11bで支持されて各圧力室11aを駆動する振動板12の変形が、隣り合う圧力室11aの駆動の影響を受けて乱れるのを確実に抑えることができる。
Further, since the
また、支持基板11に穴部18が形成されておらず、各壁部11bが各圧力室11aに対応して独立して形成されていない場合、振動板12の支持剛性は、隣り合うチャネルの個数や位置、インク供給口11dおよびインク排出口11eなどの周辺部分と圧力室11aとの距離、ヘッドを支持するキャリッジなどの構造体(図示せず)と圧力室11aとの距離、などによっても変化する。しかし、上記した穴部18の形成により、壁部11bとその周囲の構造体等とが直接つながらないようにできるため、これらの影響も確実に排除しながら、振動板12の支持剛性を各チャネル間で確実に均一にすることができる。
Further, when the
また、穴部18はインク流路18aを構成しているので、穴部18によって形成された空間を有効活用することができ、インク流路を支持基板11の別の位置に形成する構成に比べて、ヘッドをさらに小型化することが可能となる。
Further, since the
また、各壁部11bは連通路11cを有しているので、インク流路18aを流れるインクを、連通路11cを介して圧力室11aに確実に供給することが可能となる。特に、本実施形態のように、連通路11cは、圧力室11aを囲む壁部11bの1個あたり、複数(例えば2つ)設けられているので、圧力室11a内のインクを外部との間で循環させることが可能となる。
Moreover, since each
図4は、インクジェットヘッド21において、インク循環時のインクの流れを模式的に示す断面図であり、図5は、1個のチャネルにおけるインクの流れを示す断面図である。1個の壁部11bに、連通路11cとして2個の連通路11c1・11c2を設けた場合、インク流路18aを流れるインクは、一方の連通路11c1を介して圧力室11a内に供給され、他方の連通路c2を介して圧力室11aから排出されて、インク流路18aに戻る。4 is a cross-sectional view schematically showing the flow of ink during ink circulation in the
このように、一方の連通路11c1を圧力室11aへのインク供給用として用い、他方の連通路11c2を圧力室11aからのインク排出用として用いることができるので、圧力室11aの内部と外部とでインクを循環させて、圧力室11a内に溜まった気泡や異物(沈殿物を含む)を除去することが可能となり、気泡等に起因してインクの吐出異常(吐出速度や吐出角度の不良、インクの不吐出など)が生じるの確実に低減することができる。Thus, since one
特に、2個の連通路11c(11c1・11c2)が水平断面内で圧力室11aに対して互いに反対側の位置に設けられていることで、圧力室11a内のインクが、2個の連通路11cを通る一方向に流れやすくなるため、インクの循環効率を向上させることができる。In particular, the two
また、図2の水平断面図で示すように、各壁部11bは、各壁部11bの連通路11cが一方向に沿って並ぶように、支持基板11に設けられている。これにより、各圧力室11aを直列に流れるようにインクを循環させることが可能となり、複数の圧力室11a内のインクを同時に循環させることが可能となる。
Further, as shown in the horizontal sectional view of FIG. 2, each
また、支持基板11において、インク供給口11dは、複数の連通路11cが並ぶ一方向の一方の側に設けられており、インク排出口11eは、上記一方向の他方の側に設けられているので、インク供給口11dからインク流路18aに供給されるインクは、各圧力室11aを、連通路11cを介して直列に流れてインク排出口11eに向かう。したがって、インク供給口11dおよびインク排出口11eを介して、複数の圧力室11a内のインクを貯留タンク8との間で効率よく循環させることができる。
In the
ところで、図6は、インクジェットヘッド21の1個のチャネルの他の構成を模式的に示す断面図である。同図に示すように、同じ壁部11bに設けられた複数の連通部11cの少なくとも1つ(例えば連通路11c2)は、支持基板11の基板厚さと同じ深さを有していてもよい。この場合、圧力室11aの上部に溜まった気泡や異物を連通路11c2を介して効率よく排出することができる。特に、同じ壁部11bに設けられた複数の連通路11cのうち、インク循環時に、インク供給口11dから圧力室11aを介してインク排出口11eに向かってインクが流れる方向の最も下流側に位置する連通路11c2の深さを、支持基板11の基板厚さと同じにすることにより、インク循環時に連通路11c2がインク排出用の連通路となるため、圧力室11aの上部に溜まった気泡や異物を排出する上記の効果を確実に得ることができる。FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing another configuration of one channel of the
〔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21の製造方法について以下に説明する。図7は、インクジェットヘッド21の製造工程を示す断面図である。[Inkjet head manufacturing method]
Next, the manufacturing method of the
まず、基板31を用意する。基板31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31bを介して2枚のSi基板31a・31cが接合されたSOI構造のものを用いている。基板31の厚みは規格等で決められており、例えば6インチサイズの場合、基板31の厚さは600μm程度である。
First, the
基板31を加熱炉に入れ、1500℃程度に所定時間保持して、Si基板31a・31cの表面にSiO2からなる熱酸化膜32a・32bをそれぞれ形成する。次に、一方の熱酸化膜32b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33を形成する。The
続いて、基板31を600℃程度に再加熱し、例えばPZTからなる層34aをスパッタ法で成膜する。次に、基板31に感光性樹脂41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41の不要な部分を除去し、形成する圧電薄膜34の形状を転写する。その後、感光性樹脂41をマスクとして、反応性イオンエッチング法を用いて層34aの形状を加工し、圧電薄膜34とする。
Subsequently, the
次に、圧電薄膜34を覆うように下部電極33上に、チタン、白金層をスパッタ法で順に成膜し、層35aを形成する。続いて、層35a上に感光性樹脂42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42の不要な部分を除去し、形成する上部電極35の形状を転写する。その後、感光性樹脂42をマスクとして、反応性イオンエッチング法を用いて層35aの形状を加工し、上部電極35を形成する。
Next, a titanium layer and a platinum layer are sequentially formed by sputtering on the
次に、基板31の裏面(熱酸化膜32a側)に感光性樹脂43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43の不要な部分を除去し、形成しようとする圧力室51a、壁部51b、穴部52(インク流路52a)、連通路(図示せず)などの形状を転写する。そして、感光性樹脂43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31の除去加工を行い、圧力室51aなどを形成する。
Next, a
その後、基板31と、ノズル孔36aを有するノズル板36とを、接着剤等を用いて接合する。これにより、インクジェットヘッド21が完成する。なお、ノズル孔36aに対応する位置に貫通孔を有する中間ガラスを用い、熱酸化膜32aを除去して、基板31と中間ガラス、および中間ガラスとノズル板36とをそれぞれ陽極接合するようにしてもよい。この場合は、接着剤を用いずに3者(基板31、中間ガラス、ノズル板36)を接合することができる。
Then, the board |
なお、図7のSi基板31aおよび酸化膜31bは、図1等の支持基板11に対応し、Si基板31cが振動板12に対応し、ノズル板36がノズル板13に対応し、下部電極33、圧電薄膜34、上部電極35が、駆動素子14に対応している。また、圧力室51a、壁部51b、穴部52(インク流路52a)は、それぞれ圧力室11a、壁部11b、穴部18(インク流路18a)に対応している。
The
〔インク循環のタイミングについて〕
上述したインクの循環は、例えば以下のタイミングで行うことができる。図8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。[Ink circulation timing]
The above-described ink circulation can be performed, for example, at the following timing. FIG. 8 is a flowchart showing an operation flow including an ink circulation process in the
まず、インクジェットプリンタ1の電源をONにすると(S1)、図示しないポンプ等により、インクの循環動作が行われ(S2)、続いて、印字枚数NをN=1とし(S3)、インクの吐出動作が行われる(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
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、吐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.
〔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の他の構成を示す垂直断面図および水平断面図を併せて示したものである。なお、図9の垂直断面図は、水平断面図におけるA−A’線矢視断面図に対応しており、水平断面図は、垂直断面図におけるB−B’線矢視断面図に対応している。各壁部11bは、水平断面内で、縦横比が異なる形状であってもよい。ここで、縦横比が異なるとは、縦の長さをa(μm)とし、横の長さをb(μm)とした場合に、a≠bであることを指す。図9では、壁部11bの外形が、水平断面内で縦横比の異なる楕円形となっている。そして、連通路11cは、壁部11bの長径方向に2か所設けられている。なお、楕円形状の壁部11bの短径方向の長さは、図2等で示した断面円形の壁部11bの直径と同じとする。[Other configurations of inkjet head]
FIG. 9 shows a vertical sectional view and a horizontal sectional view showing another configuration of the
この構成では、振動板12に垂直な面内での振動板12の変形形状は、振動板12に垂直な面の選択の仕方によって変わってくる。例えば、振動板12に垂直な面であって、壁部11bの長径方向に沿った面内と、壁部11bの短径方向に沿った面内とでは、振動板12の変形形状は異なる。しかし、上記2つの面内のいずれにおいても、振動板12の変形形状を左右対称にできることに変わりはない。したがって、このような構成であっても、各チャネル間でインクの吐出特性を均一にすることができる。
In this configuration, the deformation shape of the
また、図9の構成では、図2等で示した構成(壁部11bの外形が円形)よりも、壁部11bが長径方向に長い分だけ、振動板12の変位体積が増えることになるため、インクの吐出量を増加することができる。また、壁部11bの短径は図2等の構成と変わらないため、共振周波数の変化は少なく、インクを高速に吐出することが可能となる。また、連通路11cは、壁部11bの長径方向に並んで形成されているので、インク循環時に圧力室11a内の気泡や異物が抜けやすくなる。
Further, in the configuration of FIG. 9, the displacement volume of the
図10は、壁部11bの外形形状のバリエーションを示す水平断面図である。同図のように、壁部11bの水平断面内での形状は、正方形、長方形、菱形などの形状であってもよい。壁部11bの外形が正方形の場合は、円形の場合と同様に、水平面内での縦横比が同じであり、外形が長方形や菱形の場合は、水平面内での縦横比が異なることになる。
FIG. 10 is a horizontal sectional view showing variations in the outer shape of the
特に、水平面内での壁部11bの縦横比が同じ場合(円形、正方形)、振動板12に垂直などの面内でも、振動板12の変形形状を同じまたはほぼ同じにすることができるため、各チャネル間でインクの吐出特性をより均一にすることが可能となる。
In particular, when the aspect ratio of the
〔インクジェットヘッドのさらに他の構成〕
図11は、インクジェットヘッド21のさらに他の構成を示す水平断面図である。同図のように、支持基板11において、複数の壁部11bが一方向(図11では左右方向)に並ぶ列を少なくとも1列有するグループGが複数並列に形成されていてもよい。そして、隣り合うグループ同士で、各壁部11bは、上記一方向に所定ピッチP(μm)ずつずれて位置していてもよい。この場合、支持基板11において、各壁部11bおよび各圧力室11aが高密度で配置されることにより、より高解像度の画像形成(インク吐出)が可能となる。[Still other configurations of inkjet head]
FIG. 11 is a horizontal cross-sectional view showing still another configuration of the
特に、図11のように、各グループGは、複数の壁部11bが一方向に並ぶ列を複数並列に有しており、同じグループG内の隣り合う列同士で、各壁部11bは、上記一方向に所定ピッチQ(μm)ずつずれて位置している場合は、各グループG内でも圧力室11aの高密度配置が実現されるため、より高解像度の画像を形成することが可能となる。なお、図11では、支持基板11におけるグループGの数が4つであるため、所定ピッチQ=4Pに設定されているが、このピッチに限定されるわけではない。
In particular, as shown in FIG. 11, each group G has a plurality of rows in which a plurality of
また、図11において、太線の矢印は、インク循環時のインクの流れを示している。同図のように、各インク供給口11dからインク流路18aに供給されるインクは、各圧力室11aを、連通路11cを介して直列に流れてインク排出口11eに向かうため、インクを効率よく循環させることができる。
In FIG. 11, thick arrows indicate the flow of ink during ink circulation. As shown in the figure, the ink supplied from the
図12は、インクジェットヘッド21のさらに他の構成を示す水平断面図である。支持基板11は、各壁部11bの外側でインク流路18aを仕切るための仕切り板22をさらに有していてもよい。この構成について、より具体的に説明すると以下の通りである。なお、支持基板11における各壁部11bの配置ピッチについては、図11の構成と同様であるため、その説明を省略する。
FIG. 12 is a horizontal sectional view showing still another configuration of the
支持基板11において、各壁部11bは、水平断面内で、複数のインク供給口11dと複数のインク排出口11eとの間に位置している。各インク供給口11dは、連通路11cが並ぶ一方向(図12では上下方向)に垂直な方向(図12では左右方向)の一方の側(図12では左側)に設けられており、各インク排出口11eは他方の側(図12では右側)に設けられている。そして、支持基板11に形成されるインク流路18aは、仕切り板22によって、各壁部11bの一方の連通路11c1と連通する第1のインク流路18a1と、他方の連通路11c2と連通する第2のインク流路18a2とに仕切られている。インク供給口11dは、第1のインク流路18a1と連通しており、インク排出口11eは、第2のインク流路18a2と連通している。なお、上記の仕切り板22は、支持基板11において、各壁部11bの周囲の一部を基板厚さ方向に掘り込む(除去する)ことによって形成される。したがって、図12では、穴部18は、各壁部11bの周囲全体を囲むように形成されるわけではない。In the
この構成では、インク供給口11dから第1のインク流路18a1に供給されるインクは、各圧力室11aを並列に流れて、第2のインク流路18a2を介してインク排出口11eに向かう。より詳しくは、奇数行に位置する第1のインク流路18a1からのインクは、連通路11c1を介して圧力室11a内に入り、連通路11c2を介して偶数行に位置する第2のインク流路18a2に流れ、排出される。したがって、この構成でも、各圧力室11a内のインクを外部との間で循環させることができる。In this configuration, the ink supplied from the
なお、図12の構成では、例えば第3行目の第1のインク流路18a1を流れるインクは、第2行目の流路と第3行目の流路との間の各圧力室11aを通って、第2行目に位置する第2のインク流路18a2を通ることもできるし、第3行目の流路と第4行目の流路との間の各圧力室11aを通って、第4行目に位置する第2のインク流路18a2を通ることもできる。In the configuration of FIG. 12, for example, the ink flowing through the first
また、第1のインク流路18a1と第2のインク流路18a2とは、各壁部11bの外側で仕切り板22によって仕切られているため、第1のインク流路18a1と第2のインク流路18a2との間でのインクの行き来は、必ずいずれかの圧力室11aを介して行われることになる。これにより、インク供給口11dから供給されるインクを、各圧力室11a内のインクの循環に全て利用することができる。また、上記のように仕切り板22を設けることにより、連通路11c1・11c2間に差圧が生じるため、圧力室11a内をインクが流れやすくなり、圧力室11a内の気泡や異物を排出しやすくなる効果もある。The first
図13は、インクジェットヘッド21のさらに他の構成を示す断面図である。支持基板11に形成される穴部18は、インク流路18aを構成せずに単なる空間であってもよい。この場合でも、隣り合う壁部11b同士を、空間を介して互いに離して位置させることができるため、各圧力室11aを駆動する振動板12の変形が、隣り合う圧力室11aの駆動の影響を受けて乱れるのを確実に抑えることができる。
FIG. 13 is a cross-sectional view showing still another configuration of the
ただし、この場合、圧力室11a内にインクを供給するためのインク流路をヘッドのどこかに別途設けるとともに、上記インク流路と連通するインク供給口およびインク排出口を、各圧力室11aに設ける必要がある。例えば、圧力室11aの上方の振動板12にインク供給口およびインク排出口を形成したり、インク流路を有する基板を支持基板11とノズル板13との間に設けるなどの工夫が必要となる。
However, in this case, an ink channel for supplying ink into the
〔その他〕
本実施形態では、駆動素子14の圧電体を圧電薄膜34(図7参照)で構成する場合について説明したが、圧電体はバルクであってもよい。この場合でも、本実施形態の構成を採用することにより、各チャネル間でインクの吐出特性を均一にすることができる。[Others]
In the present embodiment, the case where the piezoelectric body of the
本実施形態で説明した構成を適宜組み合わせてインクジェットヘッド21を構成することも可能である。例えば、連通路11c2の深さを支持基板11の厚さと同じにする図6の構成を、図9〜図12の構成と組み合わせたり、図9および図10で示した壁部11bの形状を、図11や図12の壁部11bの配置に適用したり、図13に適用してインクジェットヘッド21を構成することも勿論可能である。The
以上で説明した本実施形態のインクジェットヘッドおよびインクジェットプリンタは、以下のように表現することができ、これによって以下の作用効果を奏する。 The ink jet head and ink jet printer of the present embodiment described above can be expressed as follows, and thereby have the following effects.
本実施形態のインクジェットヘッドは、圧力室を有する支持基板を振動板とノズル板とで挟み込み、駆動素子によって前記振動板を振動させることにより、前記圧力室内のインクを前記ノズル板のノズル孔を介して外部に吐出させるインクジェットヘッドであって、前記支持基板は、前記圧力室を複数有しているとともに、前記振動板および前記ノズル板に沿った面内で各圧力室を略一定の厚みで囲む壁部を有しており、前記壁部は、前記圧力室ごとに独立して、かつ、外形が同一の形状で設けられている。 The ink jet head of this embodiment sandwiches a support substrate having a pressure chamber between a vibration plate and a nozzle plate, and vibrates the vibration plate by a driving element, thereby causing ink in the pressure chamber to pass through the nozzle holes of the nozzle plate. The support substrate has a plurality of pressure chambers and surrounds each pressure chamber with a substantially constant thickness in a plane along the vibration plate and the nozzle plate. It has a wall part, and the said wall part is independently provided for every said pressure chamber, and the external shape is provided in the same shape.
支持基板において、振動板およびノズル板に沿った面内で各圧力室を囲む壁部の厚みは略一定であるので、支持基板の壁部で支持される振動板の支持剛性は、圧力室の周囲のどの位置でも(壁部の周方向のどの位置でも)ほぼ同じとなる。これにより、駆動素子によって振動板が振動するときに、振動板に垂直などの面内でも、振動板の変形形状を左右対称な形状として、圧力室内のインクに加わる圧力の分布を左右対称にすることができる。 In the support substrate, since the thickness of the wall portion surrounding each pressure chamber in the plane along the diaphragm and the nozzle plate is substantially constant, the support rigidity of the diaphragm supported by the wall portion of the support substrate is It is almost the same at any position around the periphery (any position in the circumferential direction of the wall). Thereby, when the diaphragm is vibrated by the drive element, the deformation shape of the diaphragm is made symmetrical in the plane perpendicular to the diaphragm, and the distribution of pressure applied to the ink in the pressure chamber is made symmetrical. be able to.
しかも、各圧力室を囲む壁部は、圧力室ごとに独立して設けられているので(複数の圧力室で共通の壁部を持たないので)、各圧力室の壁部で支持される振動板は、隣り合う圧力室の駆動の影響をほとんど受けることなく振動(変形)することが可能となる。また、各圧力室の壁部は全て、外形が同一の形状(断面円形、断面楕円形など)で設けられているので、異なる形状で形成する場合のように、設計や製作にコストが掛かることもない。 In addition, since the wall surrounding each pressure chamber is provided independently for each pressure chamber (since the plurality of pressure chambers do not have a common wall), the vibration supported by the wall of each pressure chamber The plate can vibrate (deform) almost without being affected by the drive of the adjacent pressure chambers. In addition, the walls of each pressure chamber are all provided with the same external shape (circular cross section, elliptical cross section, etc.), so that the design and production costs are high, as in the case of forming with different shapes. Nor.
したがって、上記構成によれば、低コストで、インクの吐出特性(吐出速度、吐出角度、応答性など)を各圧力室間で、つまり、インクを吐出する複数のチャネル間で均一にすることができ、画像品質を向上させることができる。 Therefore, according to the above configuration, it is possible to make the ink ejection characteristics (ejection speed, ejection angle, responsiveness, etc.) uniform between the pressure chambers, that is, between the plurality of channels ejecting ink, at low cost. Image quality can be improved.
また、インクの吐出特性を各圧力室で均一にするにあたって、従来のように、インクを吐出しないダミーチャネルをヘッドに設ける必要もないので、ヘッドの小型化および圧力室(チャネル)の高密度配置(インク吐出により形成される画像の高解像度化)を実現することも可能となる。 Further, in order to make the ink ejection characteristics uniform in each pressure chamber, it is not necessary to provide a head with a dummy channel that does not eject ink as in the prior art. It is also possible to realize (higher resolution of an image formed by ink ejection).
前記支持基板において、前記壁部の周囲の少なくとも一部には、基板厚さ方向に該支持基板の一部が除去された穴部が形成されていてもよい。この場合、隣り合う壁部同士を穴部を介して互いに離して位置させることができるため、各圧力室を駆動する振動板の変形が、隣り合う圧力室の駆動の影響を受けて乱れるのを確実に抑えることができる。 In the support substrate, a hole from which a part of the support substrate is removed may be formed in at least a part of the periphery of the wall portion in the substrate thickness direction. In this case, since the adjacent wall portions can be positioned apart from each other through the hole portion, the deformation of the diaphragm driving each pressure chamber is disturbed by the influence of the driving of the adjacent pressure chamber. It can be surely suppressed.
前記穴部は、各圧力室にインクを供給するためのインク流路を構成していてもよい。この場合、穴部によって形成された空間をインク流路として有効利用することができる。また、インク流路を支持基板の別の位置に形成する構成に比べて、ヘッドをさらに小型化することが可能となる。 The hole portion may constitute an ink flow path for supplying ink to each pressure chamber. In this case, the space formed by the hole can be effectively used as the ink flow path. Further, the head can be further reduced in size as compared with the configuration in which the ink flow path is formed at another position of the support substrate.
前記支持基板において、各圧力室を囲む壁部は、該壁部が囲む圧力室と該壁部の周囲の前記インク流路とを連通するための連通路を有していてもよい。この場合、インク流路を流れるインクを、連通路を介して圧力室に確実に供給することが可能となる。 In the support substrate, the wall portion surrounding each pressure chamber may have a communication path for communicating the pressure chamber surrounded by the wall portion and the ink flow path around the wall portion. In this case, it is possible to reliably supply the ink flowing through the ink flow path to the pressure chamber via the communication path.
前記連通路は、各圧力室を囲む壁部1つあたり、複数設けられていてもよい。この場合、複数の連通路の一部を、圧力室へのインク供給用として用い、残りを圧力室からのインク排出用として用いることができる。これにより、圧力室の内部と外部とでインクを循環させて、圧力室内に溜まった気泡や異物を除去することが可能となる。 A plurality of the communication passages may be provided per one wall portion surrounding each pressure chamber. In this case, some of the plurality of communication paths can be used for supplying ink to the pressure chamber, and the rest can be used for discharging ink from the pressure chamber. Thereby, it is possible to circulate ink between the inside and outside of the pressure chamber to remove bubbles and foreign matters accumulated in the pressure chamber.
前記壁部が有する複数の前記連通路は、前記振動板および前記ノズル板に沿った面内で、前記壁部が囲む圧力室に対して互いに反対側の位置に設けられていてもよい。この場合、圧力室内のインクが、複数の連通路を通る一方向に流れやすくなり、インクの循環効率が向上する。 The plurality of communication passages included in the wall portion may be provided in positions opposite to each other with respect to the pressure chamber surrounded by the wall portion in a plane along the vibration plate and the nozzle plate. In this case, the ink in the pressure chamber easily flows in one direction passing through the plurality of communication paths, and the ink circulation efficiency is improved.
各圧力室を構成する各壁部は、各壁部の前記連通路が一方向に沿って並ぶように、前記支持基板に設けられていてもよい。この場合、各圧力室を直列に流れるようにインクを循環させたり、各圧力室を並列に流れるようにインクを循環させることが可能となる。 Each wall part which comprises each pressure chamber may be provided in the said support substrate so that the said communicating path of each wall part may be located in a line along one direction. In this case, it is possible to circulate the ink so that it flows in series in each pressure chamber, or to circulate the ink so that it flows in parallel in each pressure chamber.
前記支持基板は、インク収容部から前記インク流路にインクを供給するためのインク供給口と、前記インク流路から前記インク収容部にインクを排出するためのインク排出口とを有しており、前記支持基板において、各圧力室を構成する各壁部は、前記振動板および前記ノズル板に沿った面内で、前記インク供給口と前記インク排出口との間に位置しており、前記インク供給口は、前記連通路が並ぶ前記一方向の一方の側に設けられており、前記インク排出口は、前記一方向の他方の側に設けられていてもよい。 The support substrate has an ink supply port for supplying ink from an ink containing part to the ink flow path, and an ink discharge port for discharging ink from the ink flow path to the ink containing part. In the support substrate, each wall portion constituting each pressure chamber is located between the ink supply port and the ink discharge port in a plane along the vibration plate and the nozzle plate, The ink supply port may be provided on one side of the one direction in which the communication paths are arranged, and the ink discharge port may be provided on the other side of the one direction.
インク供給口からインク流路に供給されるインクは、各圧力室を連通路を介して直列に流れてインク排出口に向かう。したがって、インク収容部と各圧力室との間で、インク供給口およびインク排出口を介して、インクを効率よく循環させることができる。 The ink supplied from the ink supply port to the ink flow path flows in series through the pressure chambers via the communication path and travels toward the ink discharge port. Therefore, ink can be efficiently circulated between the ink storage portion and each pressure chamber via the ink supply port and the ink discharge port.
前記支持基板は、インク収容部から前記インク流路にインクを供給するためのインク供給口と、前記インク流路から前記インク収容部にインクを排出するためのインク排出口と、各壁部の外側で前記インク流路を仕切るための仕切り板とを有しており、前記支持基板において、各圧力室を構成する各壁部は、前記振動板および前記ノズル板に沿った面内で、前記インク供給口と前記インク排出口との間に位置しており、前記インク供給口は、前記連通路が並ぶ前記一方向に垂直な方向の一方の側に設けられており、前記インク排出口は、前記一方向に垂直な方向の他方の側に設けられており、前記インク流路は、前記仕切り板によって、各壁部の一方の連通路と連通する第1のインク流路と、他方の連通路と連通する第2のインク流路とに仕切られており、前記インク供給口は、前記第1のインク流路と連通しており、前記インク排出口は、前記第2のインク流路と連通していてもよい。 The support substrate includes: an ink supply port for supplying ink from an ink containing portion to the ink flow channel; an ink discharge port for discharging ink from the ink flow channel to the ink containing portion; A partition plate for partitioning the ink flow path on the outside, and in the support substrate, each wall portion constituting each pressure chamber is within the plane along the vibration plate and the nozzle plate, The ink supply port is located between the ink supply port and the ink discharge port, and the ink supply port is provided on one side in a direction perpendicular to the one direction in which the communication paths are arranged. The ink flow path is provided on the other side in a direction perpendicular to the one direction, and the ink flow path includes a first ink flow path communicating with one communication path of each wall portion by the partition plate, and the other The second ink flow path communicating with the communication path is processed. Is and said ink supply port is communicated with the first ink flow path, the ink discharge port may be in communication with the second ink channel.
インク供給口から第1のインク流路に供給されるインクは、各圧力室を連通路を介して並列に流れ、第2のインク流路を介してインク排出口に向かう。したがって、この構成でも、インク収容部と各圧力室との間で、インク供給口およびインク排出口を介して、インクを循環させることができる。また、第1のインク流路と第2のインク流路とは、各壁部の外側で仕切り板によって仕切られているため、第1のインク流路と第2のインク流路との間でのインクの行き来は、必ずいずれかの圧力室を介して行われることになる(圧力室以外でのインクの行き来を無くすことができる)。これにより、インク供給口から供給されるインクを、各圧力室内のインクの循環に全て利用することができる。 The ink supplied from the ink supply port to the first ink flow path flows in parallel through the pressure chambers via the communication path, and travels toward the ink discharge port via the second ink flow path. Accordingly, even with this configuration, it is possible to circulate ink between the ink storage portion and each pressure chamber via the ink supply port and the ink discharge port. In addition, since the first ink flow path and the second ink flow path are partitioned by a partition plate outside each wall portion, the first ink flow path and the second ink flow path are between the first ink flow path and the second ink flow path. The ink is always transferred through one of the pressure chambers (the ink can be transferred outside the pressure chamber). Thereby, all the ink supplied from the ink supply port can be used for the circulation of the ink in each pressure chamber.
同じ壁部に設けられた前記複数の連通部の少なくとも1つは、前記支持基板の基板厚さと同じ深さを有していてもよい。この場合、圧力室の上部に溜まった気泡や異物を、支持基板の基板厚さと同じ深さの連通路を介して効率よく排出することができる。 At least one of the plurality of communicating portions provided on the same wall portion may have the same depth as the substrate thickness of the support substrate. In this case, bubbles and foreign matters accumulated in the upper portion of the pressure chamber can be efficiently discharged through the communication path having the same depth as the substrate thickness of the support substrate.
同じ壁部に設けられた前記複数の連通路のうち、前記インク供給口から前記圧力室を介して前記インク排出口に向かってインクが流れる方向の最も下流側に位置する連通路が、前記支持基板の基板厚さと同じ深さを有していてもよい。この場合、インク循環時に、最も下流側に位置する連通路がインク排出用の連通路となるため、圧力室の上部に溜まった気泡や異物を、上記連通路を介して効率よく、かつ、確実に排出することができる。 Of the plurality of communication paths provided on the same wall, the communication path located on the most downstream side in the direction in which ink flows from the ink supply port to the ink discharge port via the pressure chamber is the support It may have the same depth as the substrate thickness of the substrate. In this case, when the ink is circulated, the communication path located on the most downstream side is the communication path for discharging the ink, so that bubbles and foreign matter accumulated in the upper part of the pressure chamber can be efficiently and reliably removed through the communication path. Can be discharged.
前記穴部は、空間であってもよい。この場合でも、隣り合う壁部同士を空間(穴部)を介して互いに離して位置させることができるため、各圧力室を駆動する振動板の変形が、隣り合う圧力室の駆動の影響を受けて乱れるのを確実に抑えることができる。 The hole may be a space. Even in this case, since the adjacent wall portions can be positioned apart from each other through the space (hole portion), the deformation of the diaphragm driving each pressure chamber is affected by the drive of the adjacent pressure chamber. Can be reliably suppressed.
前記各壁部は、前記振動板および前記ノズル板に沿った面内で、縦横比が同じ形状(例えば円形、正方形)であってもよい。この場合、振動板に垂直などの面内でも、振動板の変形形状を同じまたはほぼ同じにすることができ、各チャネル間でインクの吐出特性をより均一にすることが可能となる。 Each of the wall portions may have a shape (for example, a circle or a square) having the same aspect ratio in a plane along the diaphragm and the nozzle plate. In this case, the deformation shape of the diaphragm can be the same or substantially the same even in a plane perpendicular to the diaphragm, and the ink ejection characteristics can be made more uniform between the channels.
前記各壁部は、前記振動板および前記ノズル板に沿った面内で、縦横比が異なる形状(例えば楕円形、長方形、菱形)であってもよい。この場合、振動板に垂直な面内での振動板の変形形状は、振動板に垂直な面の選択の仕方によって変わってくるが、振動板に垂直な面内で振動板の変形形状を左右対称にできることに変わりはない。したがって、このような構成であっても、各チャネル間でインクの吐出特性を均一にすることができる。 Each of the wall portions may have a shape (for example, an ellipse, a rectangle, or a rhombus) having different aspect ratios in a plane along the diaphragm and the nozzle plate. In this case, the deformed shape of the diaphragm in the plane perpendicular to the diaphragm varies depending on how the plane perpendicular to the diaphragm is selected, but the deformed shape of the diaphragm in the plane perpendicular to the diaphragm There is no change in being symmetric. Therefore, even with such a configuration, it is possible to make the ink ejection characteristics uniform between the channels.
前記支持基板において、複数の壁部が一方向に並ぶ列を少なくとも1列有するグループが複数並列に形成されており、隣り合うグループ同士で、各壁部は、前記一方向に所定ピッチずつずれて位置していてもよい。この場合、各壁部および各圧力室の高密度配置により、より高解像度の画像形成が可能となる。特に、各グループは、複数の壁部が一方向に並ぶ列を複数並列に有しており、同じグループ内の隣り合う列同士で、各壁部は、前記一方向に所定ピッチずつずれて位置している場合、各グループ内でも各圧力室が高密度で配置されるため、上記の効果がより高くなる。 In the support substrate, a plurality of groups having at least one row in which a plurality of wall portions are arranged in one direction are formed in parallel, and in adjacent groups, each wall portion is shifted by a predetermined pitch in the one direction. May be located. In this case, a higher-resolution image can be formed by arranging each wall portion and each pressure chamber at a high density. In particular, each group has a plurality of rows in which a plurality of wall portions are arranged in one direction in parallel, and adjacent wall portions in the same group are positioned at a predetermined pitch in the one direction. In this case, the pressure chambers are arranged with high density even in each group, and thus the above-described effect becomes higher.
前記駆動素子は、圧電薄膜を含んでいてもよい。この場合、駆動素子の薄型の構成で、上述の効果を得ることができる。 The driving element may include a piezoelectric thin film. In this case, the above-described effect can be obtained with a thin configuration of the drive element.
前記圧電薄膜の厚さは、1μm〜10μmであってもよい。この場合、薄膜の圧電体(圧電薄膜)を用いた構成で、上述の効果を得ることができる。 The piezoelectric thin film may have a thickness of 1 μm to 10 μm. In this case, the above-described effects can be obtained with a configuration using a thin film piezoelectric body (piezoelectric thin film).
本実施形態の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吐出させる。この構成では、小型、低コストでありながら、高品位、かつ、高解像度の画像を記録媒体上に形成することができる。 The ink jet printer of the present embodiment includes the above-described ink jet head, and ejects ink from the ink jet head toward a recording medium. With this configuration, a high-quality and high-resolution image can be formed on a recording medium while being small in size and low in cost.
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
8 貯留タンク(インク収容部)
11 支持基板
11a 圧力室
11b 壁部
11c 連通路
11c1 連通路
11c2 連通路
11d インク供給口
11e インク排出口
12 振動板
13 ノズル板
13 ノズル孔
14 駆動素子
18 穴部
18a インク流路
18a1 第1のインク流路
18a2 第2のインク流路
21 インクジェットヘッド
22 仕切り板
34 圧電薄膜1
DESCRIPTION OF
Claims (19)
前記支持基板は、前記圧力室を複数有しているとともに、前記振動板および前記ノズル板に沿った面内で各圧力室を略一定の厚みで囲む壁部を有しており、
前記壁部は、前記圧力室ごとに独立して、かつ、外形が同一の形状で設けられている、インクジェットヘッド。An inkjet head that sandwiches a support substrate having a pressure chamber between a vibration plate and a nozzle plate and causes the vibration plate to vibrate by a drive element, thereby discharging ink in the pressure chamber to the outside through the nozzle holes of the nozzle plate. There,
The support substrate has a plurality of the pressure chambers, and has a wall portion surrounding each pressure chamber with a substantially constant thickness in a plane along the vibration plate and the nozzle plate,
The said wall part is an inkjet head provided with the same external shape independently for every said pressure chamber.
前記支持基板において、
各圧力室を構成する各壁部は、前記振動板および前記ノズル板に沿った面内で、前記インク供給口と前記インク排出口との間に位置しており、
前記インク供給口は、前記連通路が並ぶ前記一方向の一方の側に設けられており、
前記インク排出口は、前記一方向の他方の側に設けられている、請求項7に記載のインクジェットヘッド。The support substrate has an ink supply port for supplying ink from an ink containing part to the ink flow path, and an ink discharge port for discharging ink from the ink flow path to the ink containing part. ,
In the support substrate,
Each wall portion constituting each pressure chamber is located between the ink supply port and the ink discharge port in a plane along the vibration plate and the nozzle plate,
The ink supply port is provided on one side of the one direction in which the communication paths are arranged,
The ink jet head according to claim 7, wherein the ink discharge port is provided on the other side in the one direction.
前記支持基板において、
各圧力室を構成する各壁部は、前記振動板および前記ノズル板に沿った面内で、前記インク供給口と前記インク排出口との間に位置しており、
前記インク供給口は、前記連通路が並ぶ前記一方向に垂直な方向の一方の側に設けられており、
前記インク排出口は、前記一方向に垂直な方向の他方の側に設けられており、
前記インク流路は、前記仕切り板によって、各壁部の一方の連通路と連通する第1のインク流路と、他方の連通路と連通する第2のインク流路とに仕切られており、
前記インク供給口は、前記第1のインク流路と連通しており、
前記インク排出口は、前記第2のインク流路と連通している、請求項7に記載のインクジェットヘッド。The support substrate includes: an ink supply port for supplying ink from an ink containing portion to the ink flow channel; an ink discharge port for discharging ink from the ink flow channel to the ink containing portion; A partition plate for partitioning the ink flow path on the outside;
In the support substrate,
Each wall portion constituting each pressure chamber is located between the ink supply port and the ink discharge port in a plane along the vibration plate and the nozzle plate,
The ink supply port is provided on one side in a direction perpendicular to the one direction in which the communication paths are arranged,
The ink discharge port is provided on the other side in a direction perpendicular to the one direction;
The ink flow path is partitioned by the partition plate into a first ink flow path communicating with one communication path of each wall and a second ink flow path communicating with the other communication path,
The ink supply port communicates with the first ink flow path;
The inkjet head according to claim 7, wherein the ink discharge port communicates with the second ink flow path.
複数の壁部が一方向に並ぶ列を少なくとも1列有するグループが複数並列に形成されており、
隣り合うグループ同士で、各壁部は、前記一方向に所定ピッチずつずれて位置している、請求項1から14のいずれかに記載のインクジェットヘッド。In the support substrate,
A plurality of groups having at least one row in which a plurality of wall portions are arranged in one direction are formed in parallel,
The inkjet head according to claim 1, wherein in adjacent groups, each wall portion is located at a predetermined pitch in the one direction.
同じグループ内の隣り合う列同士で、各壁部は、前記一方向に所定ピッチずつずれて位置している、請求項15に記載のインクジェットヘッド。Each group has a plurality of parallel rows with a plurality of walls arranged in one direction,
The inkjet head according to claim 15, wherein each wall portion is positioned with a predetermined pitch shifted in the one direction between adjacent rows in the same group.
Applications Claiming Priority (3)
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