JP2008149617A - Liquid jet head and liquid ejection device equipped with this - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid jet head which can discharge a droplet in a higher frequency and to provide a liquid ejection device with this. <P>SOLUTION: A channel unit 10 comprises a nozzle plate 26 in which a nozzle aperture 8 is opened, a reservoir plate 25 in which a reservoir 23 and a first interconnecting port 24 are opened, and a supply plate 22 in which a supply port 20 and a second interconnecting port 21 are opened. An actuator unit 9 includes an interconnecting plate 15 in which a supply side interconnecting port 14 and a third interconnecting port 13 are opened, the inner diameter ϕrs of the supply side interconnecting port and the inner diameterϕr of the third interconnecting port in the interconnecting port plate are set to satisfy ϕrs<ϕrn(2/3), the thickness tr of the interconnecting port and the inner diameter ϕrs of the supply side interconnecting port are set to satisfy tr/ϕrs>2, and the inner diameter ϕrs of the supply side interconnecting port and the inner diameter ϕs of the supply port are set to satisfy ϕrs>ϕs. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば、インクジェット式記録ヘッドなどの液体噴射ヘッド、および、液体噴射装置に関し、特に、高周波駆動に好適な液体噴射ヘッド、および、これを備えた液体噴射装置に関する。   The present invention relates to a liquid ejecting head such as an ink jet recording head and a liquid ejecting apparatus, and more particularly to a liquid ejecting head suitable for high-frequency driving and a liquid ejecting apparatus including the same.

例えば、インクジェット式記録ヘッド（以下、単に記録ヘッドという）を代表とする液体噴射ヘッドには、リザーバから圧力室を経てノズル開口に至る一連の液体流路をノズル開口に対応して複数備え、圧力発生手段の駆動によって圧力室内の液体に生じた圧力変動を利用してノズル開口から液滴を吐出させるように構成されたものがある。   For example, a liquid ejecting head typified by an ink jet recording head (hereinafter simply referred to as a recording head) includes a plurality of liquid flow paths corresponding to the nozzle openings from the reservoir to the nozzle openings through the pressure chambers. There is a configuration in which droplets are ejected from a nozzle opening using a pressure fluctuation generated in a liquid in a pressure chamber by driving a generating unit.

上記の液体噴射ヘッドは複数の構成部品（プレート部材）を積層して構成されている。例えば、特許文献１に開示されている記録ヘッドは、圧力発生手段としてのアクチュエータユニットと、液体流路を形成する流路ユニットとから成り、アクチュエータユニットと流路ユニットとを重ね合わせた状態で一体化して構成されている。   The liquid ejecting head is configured by stacking a plurality of components (plate members). For example, the recording head disclosed in Patent Document 1 includes an actuator unit as pressure generating means and a flow path unit that forms a liquid flow path, and is integrated in a state where the actuator unit and the flow path unit are overlapped. It is structured.

アクチュエータユニットは、複数の圧力室を形成した圧力室プレート（スペーサ）、ノズル連通口や供給側連通口を形成した連通口プレート（第２の蓋体）、及び、圧電振動子を実装した振動板（第１の蓋板）とを積層し、焼成等により一体化することで構成されている。上記流路ユニットは、インク供給口を形成した供給口プレート（インク供給口形成基板）、リザーバ（共通液室）を形成したリザーバプレート（リザーバ形成基板）、及び、複数のノズル開口を列設してノズル列が形成されたノズルプレートから成るプレート部材を積層して一体化することで構成されている。   The actuator unit includes a pressure chamber plate (spacer) in which a plurality of pressure chambers are formed, a communication port plate (second lid) in which a nozzle communication port and a supply-side communication port are formed, and a diaphragm mounted with a piezoelectric vibrator (First cover plate) is laminated and integrated by firing or the like. The flow path unit includes a supply port plate (ink supply port forming substrate) in which an ink supply port is formed, a reservoir plate (reservoir forming substrate) in which a reservoir (common liquid chamber) is formed, and a plurality of nozzle openings. Thus, the plate members are formed by laminating and integrating the plate members each including the nozzle plate in which the nozzle rows are formed.

上記構成の記録ヘッドによってインク滴を吐出する場合、インク滴を吐出するのに先だって圧力室を予備的に膨張させたときにはリザーバ側からインク供給口を通じて圧力室内にインクが供給され、また、予備膨張の後に圧力室を急激に収縮させるとノズル開口からインク滴が吐出されると共に圧力室内のインクの一部がインク供給口を通じてリザーバ側に移動する。   When ink droplets are ejected by the recording head configured as described above, when the pressure chamber is preliminarily expanded prior to ejection of the ink droplet, ink is supplied from the reservoir side to the pressure chamber through the ink supply port, and preliminary expansion is performed. Thereafter, when the pressure chamber is rapidly contracted, an ink droplet is ejected from the nozzle opening and a part of the ink in the pressure chamber moves to the reservoir side through the ink supply port.

特開平１１−２７７７４３号公報JP-A-11-277743

ここで、上記インク供給口を円筒形状の穴とすると、このインク供給口の流路抵抗ＲとイナータンスＭは、それぞれ以下の式（Ａ），（Ｂ）によって表される。   Here, if the ink supply port is a cylindrical hole, the flow path resistance R and inertance M of the ink supply port are represented by the following equations (A) and (B), respectively.

ここで、λはインクの粘度、Ｌはインク供給口の流路長、ｒはインク供給口の半径、ρはインクの密度である。流路抵抗Ｒはインクの体積速度に対する抵抗であり、このＲの値が大きいほど、インクの流れに対する抵抗が大きくなる。これに対し、イナータンスＭはインクの体積加速度に対する抵抗であり、このイナータンスＭが大きいほどインクの比較的急峻な流速変化に対する抵抗が大きくなる。つまり、インク供給口におけるインクの流動性（流動のしやすさ）に関し、比較的穏やかな圧力変化によるインクの流速ではイナータンスＭよりも流路抵抗Ｒの影響がより強く表れ、逆に急峻な圧力変化によるインクの流速では流路抵抗ＲよりもイナータンスＭの影響が強く表れる。   Here, λ is the viscosity of the ink, L is the flow path length of the ink supply port, r is the radius of the ink supply port, and ρ is the density of the ink. The flow path resistance R is a resistance to the volume velocity of the ink, and the resistance to the ink flow increases as the value of R increases. On the other hand, the inertance M is a resistance against the volume acceleration of the ink, and as the inertance M is larger, the resistance against a relatively steep change in the flow velocity of the ink is larger. In other words, regarding the fluidity (easy to flow) of the ink at the ink supply port, the influence of the flow path resistance R appears more strongly than the inertance M at the flow velocity of the ink due to a relatively gentle pressure change. The influence of inertance M appears more strongly than the flow path resistance R at the ink flow velocity due to the change.

そして、インク供給口における流路抵抗Ｒが大きすぎると、例えば数十ｋＨｚの周波数で連続的にインク滴を吐出する場合にはリザーバ側から圧力室側へのインクの供給が間に合わなくなる虞がある。その一方で、流路抵抗Ｒを小さくするべくインク供給口の径を単に大きくしただけでは、これに伴ってイナータンスＭも小さくなってしまうため、吐出のために圧力室を急激に収縮させたときに圧力室からリザーバ側にインクが逆流し易くなる。このため、ノズル開口からインク滴が正常に吐出されない虞がある。   If the flow path resistance R at the ink supply port is too large, for example, when ink droplets are continuously ejected at a frequency of several tens of kHz, the supply of ink from the reservoir side to the pressure chamber side may not be in time. . On the other hand, if the diameter of the ink supply port is simply increased in order to reduce the flow path resistance R, the inertance M is also reduced accordingly, so that the pressure chamber is rapidly contracted for ejection. In addition, the ink easily flows back from the pressure chamber to the reservoir side. For this reason, there is a possibility that ink droplets are not normally ejected from the nozzle openings.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、より高い周波数での駆動においても液滴を正常に吐出することが可能な液体噴射ヘッド、および、これを備えた液体噴射装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a liquid ejecting head capable of normally ejecting liquid droplets even when driven at a higher frequency, and the same. The object is to provide a liquid ejecting apparatus.

本発明の液体噴射ヘッドは、上記目的を達成するために提案されたものであり、アクチュエータユニットと流路ユニットとから構成され、リザーバから圧力室を通ってノズル開口に至る一連の液体流路をノズル開口毎に形成した液体噴射ヘッドであって、
前記流路ユニットは、ノズル開口が開設されたノズルプレートと、リザーバおよびノズル連通口の一部となる第１連通口が開設されたリザーバプレートと、リザーバの液体を圧力室側に供給するための供給口およびノズル連通口の一部となる第２連通口が開設された供給口プレートとを積層状態で一体化することで作製され、
前記アクチュエータユニットは、前記供給口と圧力室とを連通する供給側連通口およびノズル連通口の一部となる第３連通口が開設され、前記供給口プレートに積層される連通口プレートを有し、
前記連通口プレートにおける供給側連通口の内径φｒｓおよび第３連通口の内径φｒｎが、以下の式（１）を満たすように設定されたことを特徴とする。
φｒｓ＜φｒｎ（２／３） …（１） The liquid jet head of the present invention has been proposed in order to achieve the above-described object, and is composed of an actuator unit and a flow path unit, and includes a series of liquid flow paths from a reservoir to a nozzle opening through a pressure chamber. A liquid ejecting head formed for each nozzle opening,
The flow path unit is configured to supply a nozzle plate having a nozzle opening, a reservoir plate having a first communication port serving as a part of the reservoir and the nozzle communication port, and a liquid in the reservoir to the pressure chamber side. It is produced by integrating the supply port plate with the supply port and the second communication port that is a part of the nozzle communication port in a stacked state,
The actuator unit has a communication port plate in which a supply side communication port that connects the supply port and the pressure chamber and a third communication port that is a part of the nozzle communication port are opened and stacked on the supply port plate. ,
An inner diameter φrs of the supply side communication port and an inner diameter φrn of the third communication port in the communication port plate are set to satisfy the following expression (1).
φrs <φrn (2/3) (1)

上記構成において、前記連通口プレートの厚さｔｒおよび前記供給側連通口の内径φｒｓを、以下の式（２）を満たすように設定することが望ましい。
ｔｒ／φｒｓ＞２ …（２） In the above configuration, it is desirable to set the thickness tr of the communication port plate and the inner diameter φrs of the supply side communication port so as to satisfy the following expression (2).
tr / φrs> 2 (2)

上記構成において、前記供給側連通口の内径φｒｓおよび前記供給口の内径φｓを、以下の式（３）を満たすように設定することが望ましい。
φｒｓ＞φｓ …（３） In the above configuration, it is desirable that the inner diameter φrs of the supply side communication port and the inner diameter φs of the supply port are set so as to satisfy the following expression (3).
φrs> φs (3)

また、本発明の液体噴射装置は、上記各構成の液体噴射ヘッドを備えることを特徴とする。   According to another aspect of the invention, a liquid ejecting apparatus includes the liquid ejecting head having the above-described configuration.

上記の各発明によれば、供給側連通口の寸法を各式（１）〜（３）に基づいて適切に設計することにより、供給側連通口および供給口からなる液体供給口におけるイナータンスを最適値に維持しつつ流路抵抗を小さくすることができる。これにより、より高い周波数で連続的に液滴を吐出させる高周波駆動においても、液滴の吐出特性を低下させることなくリザーバ側から圧力室への液体の供給を追従させることができる。その結果、高周波駆動に対応することが可能となる。   According to each of the above-described inventions, the inertance at the liquid supply port including the supply-side communication port and the supply port is optimized by appropriately designing the dimensions of the supply-side communication port based on the formulas (1) to (3). The flow path resistance can be reduced while maintaining the value. Accordingly, even in high frequency driving in which droplets are continuously discharged at a higher frequency, it is possible to follow the supply of liquid from the reservoir side to the pressure chamber without deteriorating the droplet discharge characteristics. As a result, it is possible to cope with high frequency driving.

以下、本発明を実施するための最良の形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、以下の説明は、本発明における液体噴射ヘッドとして、インクジェット式記録装置（液体噴射装置の一種。以下、単にプリンタという。）に搭載されるインクジェット式記録ヘッド（以下、単に記録ヘッドという。）を例に挙げて行う。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In the embodiments described below, various limitations are made as preferred specific examples of the present invention. However, the scope of the present invention is not limited to the following description unless otherwise specified. However, the present invention is not limited to these embodiments. In the following description, an ink jet recording head (hereinafter simply referred to as a recording head) mounted on an ink jet recording apparatus (a type of liquid ejecting apparatus; hereinafter simply referred to as a printer) is used as the liquid ejecting head in the present invention. As an example.

図１は、記録ヘッド６を備えるヘッドユニット１を記録ヘッド６のノズルプレート側から見た斜視図、図２は記録ヘッド６をアクチュエータユニット側から見た斜視図、図３は記録ヘッド６の要部断面図である。   1 is a perspective view of the head unit 1 including the recording head 6 as viewed from the nozzle plate side of the recording head 6, FIG. 2 is a perspective view of the recording head 6 as viewed from the actuator unit side, and FIG. FIG.

図１に示すように、ヘッドユニット１はフレーム２を備えており、フレーム２におけるベース板部３の上面にはインクカートリッジ等の液体供給源が取り付け可能なホルダ部５が形成されている。一方、ホルダ部５とは反対側となるベース板部３の底面側には、記録ヘッド６が取り付けられている。この記録ヘッド６と、ホルダ部５に保持された液体供給源とはインク供給路７によって連通される。従って、記録ヘッド６には、インク供給路７を通じてインク（液体の一種）が供給される。そして、記録ヘッド６に供給されたインクは、記録ヘッド６の外側表面に複数形成されたノズル開口８から吐出される。このノズル開口８はドット形成密度に対応したピッチで列状に穿設されており、本実施形態においてはノズル列が２列横並びに形成されている。本実施形態におけるノズル開口８の内径は、２０（μｍ）に設定されている。   As shown in FIG. 1, the head unit 1 includes a frame 2, and a holder portion 5 to which a liquid supply source such as an ink cartridge can be attached is formed on the upper surface of the base plate portion 3 in the frame 2. On the other hand, a recording head 6 is attached to the bottom surface side of the base plate portion 3 on the side opposite to the holder portion 5. The recording head 6 and the liquid supply source held by the holder unit 5 are communicated with each other through an ink supply path 7. Accordingly, ink (a kind of liquid) is supplied to the recording head 6 through the ink supply path 7. The ink supplied to the recording head 6 is ejected from a plurality of nozzle openings 8 formed on the outer surface of the recording head 6. The nozzle openings 8 are formed in rows at a pitch corresponding to the dot formation density. In this embodiment, two nozzle rows are formed side by side. The inner diameter of the nozzle opening 8 in this embodiment is set to 20 (μm).

図２に示すように、記録ヘッド６は、アクチュエータユニット９と流路ユニット１０とから構成されており、これらを重ね合わせた状態で一体化してある。アクチュエータユニット９は、圧力室１１を区画するための圧力室プレート１２、第３連通口１３や供給側連通口１４を形成した連通口プレート１５、及び、圧電振動子１６を実装した振動板１７とを積層し、焼成等により一体化することで構成されている。また、流路ユニット１０は、供給口２０や第２連通口２１を形成した供給口プレート２２、リザーバ２３や第１連通口２４を形成したリザーバプレート２５、及び、ノズル開口８が形成されたノズルプレート２６からなるプレート部材（ヘッド構成部材）を積層状態で接着することで構成されている。   As shown in FIG. 2, the recording head 6 is composed of an actuator unit 9 and a flow path unit 10, which are integrated in a state where they are overlapped. The actuator unit 9 includes a pressure chamber plate 12 for partitioning the pressure chamber 11, a communication port plate 15 in which a third communication port 13 and a supply side communication port 14 are formed, and a diaphragm 17 on which a piezoelectric vibrator 16 is mounted. Are laminated and integrated by firing or the like. The flow path unit 10 includes a supply port plate 22 having a supply port 20 and a second communication port 21, a reservoir plate 25 having a reservoir 23 and a first communication port 24, and a nozzle having a nozzle opening 8. A plate member (head constituent member) made of the plate 26 is bonded in a laminated state.

圧力室プレート１２は、圧力室を形成するのに適した厚さのセラミックス材の薄板、例えばアルミナやジルコニア等によって構成され、圧力室を区画するための空部がプレートの厚さ方向に貫通した状態で形成されている。圧力室１１は、ノズルプレート２６のノズル開口８のピッチと同じ一定のピッチで列状に開設され、列設方向と直交する左右方向に細長い長孔である。   The pressure chamber plate 12 is made of a thin ceramic material plate, for example, alumina or zirconia, having a thickness suitable for forming the pressure chamber, and an empty portion for partitioning the pressure chamber penetrates in the plate thickness direction. It is formed in a state. The pressure chambers 11 are elongated holes that are formed in a row at a constant pitch that is the same as the pitch of the nozzle openings 8 of the nozzle plate 26 and that are elongated in the left-right direction orthogonal to the row direction.

連通口プレート１５は、圧力室プレート１２と同様のジルコニア等のセラミックス材であって、第３連通口１３と供給側連通口１４とをポンチなどを用いて開設した薄板によって構成されている。本実施形態における連通口プレート１５の厚さｔｒは、１５０（μｍ）に設定されている。第３連通口１３は、圧力室１１のノズル開口８側の一端部に連通し、ノズル開口８よりも十分に大きい寸法（本実施形態では１３０（μｍ））に設定された貫通孔である。そして、この第３連通口１３は、後述する第２連通口２１及び第１連通口２４と一連となってノズル連通口として機能する。また、供給側連通口１４は、第３連通口１３とは反対側の圧力室１１の他端部に連通し、板厚方向を貫通する円形の孔である。この供給側連通口１４は、供給口２０と共にリザーバ２３と圧力室１１を連通するインク供給口（液体供給口）として機能する。本発明に係る記録ヘッド６は、この供給側連通口１４の寸法の設定に特徴を有している。この点の詳細については後述する。   The communication port plate 15 is a ceramic material such as zirconia similar to the pressure chamber plate 12, and is configured by a thin plate in which the third communication port 13 and the supply side communication port 14 are opened using a punch or the like. The thickness tr of the communication port plate 15 in this embodiment is set to 150 (μm). The third communication port 13 is a through-hole that communicates with one end portion of the pressure chamber 11 on the nozzle opening 8 side and is set to a dimension sufficiently larger than the nozzle opening 8 (130 (μm) in the present embodiment). The third communication port 13 functions as a nozzle communication port in series with a second communication port 21 and a first communication port 24 described later. The supply side communication port 14 is a circular hole that communicates with the other end portion of the pressure chamber 11 on the side opposite to the third communication port 13 and penetrates the plate thickness direction. The supply side communication port 14 functions as an ink supply port (liquid supply port) that communicates the reservoir 23 and the pressure chamber 11 together with the supply port 20. The recording head 6 according to the present invention is characterized by setting the dimensions of the supply side communication port 14. Details of this point will be described later.

振動板１７は、弾性を有するセラミックス材の薄板で構成されている。圧力室１１とは反対側となる振動板１７の外側表面には、各圧力室１１に対応した状態で複数の圧電振動子１６が配設される。例示した圧電振動子１６は撓み振動モードの振動子であり、駆動電極１６ａと共通電極１６ｂとによって圧電体１６ｃを挟んで構成されている。そして、圧電振動子１６の駆動電極に駆動信号が印加されると、駆動電極と共通電極との間には電位差に応じた電場が発生する。この電場は圧電体に付与され、圧電体が付与された電場の強さに応じて変形する。即ち、駆動電極の電位を高くする程、圧電体層は電場と直交する方向に収縮し、圧力室１１の容積を少なくするように振動板１７を変形させる。   The diaphragm 17 is composed of a thin ceramic material plate. A plurality of piezoelectric vibrators 16 are disposed on the outer surface of the diaphragm 17 on the side opposite to the pressure chambers 11 in a state corresponding to the pressure chambers 11. The illustrated piezoelectric vibrator 16 is a vibrator in a flexural vibration mode, and includes a piezoelectric body 16c sandwiched between a drive electrode 16a and a common electrode 16b. When a drive signal is applied to the drive electrode of the piezoelectric vibrator 16, an electric field corresponding to the potential difference is generated between the drive electrode and the common electrode. This electric field is applied to the piezoelectric body and deforms according to the strength of the electric field applied with the piezoelectric body. That is, as the potential of the drive electrode is increased, the piezoelectric layer contracts in a direction orthogonal to the electric field, and the diaphragm 17 is deformed so as to reduce the volume of the pressure chamber 11.

供給口プレート２２は、ステンレス材等の金属材料によって作製されており、本実施形態においては厚さ３５（μｍ）の板材に構成されている。この供給口プレート２２には、板厚方向を貫通する供給口２０を上記の供給側連通口１４に対応させて形成し、また、板厚方向を貫通する第２連通口２１を上記の第３連通口１３に対応させて形成している。この第２連通口２１は、第３連通口１３と同じ直径の円形の孔である。この供給口２０の内径は、供給側連通口１４の内径（後述）よりも絞られており、本実施形態においては、３５（μｍ）となっている。   The supply port plate 22 is made of a metal material such as a stainless material, and is configured as a plate material having a thickness of 35 (μm) in the present embodiment. The supply port plate 22 is formed with a supply port 20 penetrating in the plate thickness direction so as to correspond to the supply side communication port 14, and a second communication port 21 penetrating in the plate thickness direction is formed in the third port. It is formed corresponding to the communication port 13. The second communication port 21 is a circular hole having the same diameter as the third communication port 13. The inner diameter of the supply port 20 is narrower than the inner diameter (described later) of the supply-side communication port 14 and is 35 (μm) in the present embodiment.

リザーバプレート２５は、ステンレス材等の金属材料によって構成された板状部材である。このリザーバプレート２５には、リザーバ２３を区画するための空部が板厚方向を貫通した状態で形成されている。これらのリザーバ２３は、共通液室として機能する部分であり、インクの種類（色）毎に設けられる。また、リザーバプレート２５には、板厚方向を貫通する第１連通口２４が上記の第２連通口２１に対応させて複数形成されている。   The reservoir plate 25 is a plate-like member made of a metal material such as stainless steel. The reservoir plate 25 is formed with an empty portion for partitioning the reservoir 23 in a state of penetrating in the plate thickness direction. These reservoirs 23 function as a common liquid chamber, and are provided for each ink type (color). The reservoir plate 25 is formed with a plurality of first communication ports 24 penetrating in the plate thickness direction so as to correspond to the second communication ports 21.

ノズルプレート２６は、ステンレス材等の金属材料によって構成された薄い板状部材である。このノズルプレート２６には、複数のノズル開口８を列設してノズル列（ノズル群）が横並びに形成されており、本実施形態では、ノズル列は一定のピッチ（例えば、３６０ｄｐｉ）で開設された３６０個のノズル開口８によって構成されている。本実施形態におけるノズルプレート２６の厚さは５０（μｍ）である。   The nozzle plate 26 is a thin plate member made of a metal material such as stainless steel. In this nozzle plate 26, a plurality of nozzle openings 8 are arranged in a row to form nozzle rows (nozzle groups). In this embodiment, the nozzle rows are opened at a constant pitch (eg, 360 dpi). Further, 360 nozzle openings 8 are formed. The thickness of the nozzle plate 26 in this embodiment is 50 (μm).

そして、各プレート部材は、アクチュエータユニット９と供給口プレート２２との間、供給口プレート２２とリザーバプレート２５との間、およびリザーバプレート２５とノズルプレート２６との間にそれぞれ接着剤を介在させた状態で積層して一体化される。これにより、図３に示すように、リザーバ２３と圧力室１１の他端部とが、供給口２０および供給側連通口１４からなるインク供給口を通じて連通する。また、圧力室１１の一端部とノズル開口８とが、リザーバプレート２５の第１連通口２４、供給口プレート２２の第２連通口２１、および連通口プレート１５の第３連通口１３からなるノズル連通口を通じて連通する。そして、リザーバ２３から圧力室１１を通ってノズル開口８に至る一連のインク流路（液体流路）がノズル開口８毎に形成される。   Each plate member has an adhesive interposed between the actuator unit 9 and the supply port plate 22, between the supply port plate 22 and the reservoir plate 25, and between the reservoir plate 25 and the nozzle plate 26, respectively. It is laminated and integrated in a state. As a result, as shown in FIG. 3, the reservoir 23 and the other end of the pressure chamber 11 communicate with each other through the ink supply port including the supply port 20 and the supply side communication port 14. Further, one end of the pressure chamber 11 and the nozzle opening 8 are nozzles formed by the first communication port 24 of the reservoir plate 25, the second communication port 21 of the supply port plate 22, and the third communication port 13 of the communication port plate 15. Communicate through the communication port. A series of ink flow paths (liquid flow paths) from the reservoir 23 through the pressure chamber 11 to the nozzle openings 8 are formed for each nozzle opening 8.

上記構成の記録ヘッド６では、圧電振動子１６を変形させることで対応する圧力室１１が収縮或いは膨張し、圧力室１１内のインクに圧力変動が生じる。このインク圧力を制御することで、ノズル開口８からインク滴（液滴）を吐出させることができる。インク滴を吐出するのに先だって定常容積の圧力室１１を予備的に膨張させるとリザーバ２３側からインク供給口（供給口２０および供給側連通口１４）を通じて圧力室１１内にインクが供給される。また、予備膨張の後に圧力室１１を急激に収縮させるとノズル開口８からインク滴が吐出されると共に、圧力室１１内のインクの一部がインク供給口を通じてリザーバ２３側に移動する。   In the recording head 6 having the above-described configuration, the corresponding pressure chamber 11 contracts or expands by deforming the piezoelectric vibrator 16, and pressure fluctuation occurs in the ink in the pressure chamber 11. By controlling the ink pressure, ink droplets (droplets) can be ejected from the nozzle openings 8. When the pressure chamber 11 having a constant volume is preliminarily expanded prior to ejecting ink droplets, ink is supplied into the pressure chamber 11 from the reservoir 23 side through the ink supply port (supply port 20 and supply side communication port 14). . Further, when the pressure chamber 11 is rapidly contracted after the pre-expansion, an ink droplet is ejected from the nozzle opening 8 and a part of the ink in the pressure chamber 11 moves to the reservoir 23 side through the ink supply port.

ところで、この種の記録ヘッドでは、近年の駆動波形の工夫などにより、より高い周波数での連続的なインク滴の吐出が可能となってきた。しかし、このような高周波駆動を行うと、インク供給口における流路抵抗Ｒｘ（供給口２０の流路抵抗Ｒｓと供給側連通口１４の流路抵抗Ｒｒｓの合成抵抗）が大きすぎると、上記のような高い周波数で連続的にインク滴を吐出する場合にはリザーバ２３側から圧力室１１側へのインクの供給が間に合わなくなる虞がある。このような不具合を防止すべく、例えばインク供給口全体の内径を単に大きくして流路抵抗Ｒｘを小さくすると、これに伴ってインク供給口のイナータンスＭｘ（供給口２０のイナータンスＭｓと供給側連通口１４のイナータンスＭｒｓの合成イナータンス）も小さくなってしまうため、吐出のために圧力室１１を急激に収縮させたときに圧力室１１からリザーバ２３側にインクが逆流し易くなる。このため、圧力室１１内の昇圧が不足してノズル開口８から吐出されるインク滴の量や飛翔速度が低下してしまい、最悪の場合にはインク滴が吐出されない虞がある。   By the way, with this type of recording head, it has become possible to eject ink droplets continuously at a higher frequency due to recent improvements in driving waveforms. However, when such high frequency driving is performed, if the flow path resistance Rx at the ink supply port (the combined resistance of the flow path resistance Rs of the supply port 20 and the flow path resistance Rrs of the supply side communication port 14) is too large, When ink droplets are continuously ejected at such a high frequency, there is a possibility that the supply of ink from the reservoir 23 side to the pressure chamber 11 side may not be in time. In order to prevent such a problem, for example, when the inner diameter of the entire ink supply port is simply increased to decrease the flow path resistance Rx, the inertance Mx of the ink supply port (the inertance Ms of the supply port 20 and the supply side communication) Therefore, when the pressure chamber 11 is suddenly contracted for ejection, the ink easily flows back from the pressure chamber 11 to the reservoir 23 side. For this reason, the pressure increase in the pressure chamber 11 is insufficient, the amount of ink droplets ejected from the nozzle openings 8 and the flying speed are lowered, and in the worst case, there is a possibility that the ink droplets are not ejected.

このため、本発明に係る記録ヘッド６では、従来においては供給口２０と圧力室１１を連通するための単なる連通口としての機能しか与えられていなかった供給側連通口１４に着目し、この供給側連通口１４の寸法を供給口２０の寸法と併せて適切に設計することにより、イナータンスＭｘを最適値に維持しつつ流路抵抗Ｒｘを小さくするようにしている。なお、イナータンスＭｘの最適値は、ノズル開口８から吐出されるインク滴の量や飛翔速度が目標値（設計値）となるような値であり、ノズル開口８側のイナータンスＭｚに基づいて定められる。   For this reason, in the recording head 6 according to the present invention, attention is paid to the supply-side communication port 14 that has conventionally been provided only with a function as a communication port for communicating the supply port 20 and the pressure chamber 11. By appropriately designing the size of the side communication port 14 together with the size of the supply port 20, the flow resistance Rx is reduced while maintaining the inertance Mx at an optimum value. Note that the optimum value of the inertance Mx is a value such that the amount of ink droplets ejected from the nozzle opening 8 and the flying speed become target values (design values), and is determined based on the inertance Mz on the nozzle opening 8 side. .

ここで、先述した円筒状流路に関する流路抵抗ＲとイナータンスＭの各式（Ａ），（Ｂ）に基づくと、流路抵抗Ｒは流路半径ｒの４乗に反比例し、イナータンスＭは流路半径ｒの２乗に反比例する。つまり、流路径は、イナータンスＭに対してよりも流路抵抗Ｒに対してより大きく影響する。一方で、流路抵抗ＲとイナータンスＭは何れも流路長Ｌに比例し、流路抵抗ＲとイナータンスＭに対する流路長Ｌの影響は同程度である。したがって、流路径と流路長を適切に設計すれば、イナータンスの値を維持しつつ流路抵抗を小さくすることができる。基本的には、インク供給口全体の流路径をより大きく、且つ、インク供給口全体の流路長をより長くすることを前提としつつ、以下に示す各条件を満たすように供給側連通口１４の寸法を設定している。   Here, based on the equations (A) and (B) of the channel resistance R and inertance M relating to the cylindrical channel described above, the channel resistance R is inversely proportional to the fourth power of the channel radius r, and the inertance M is It is inversely proportional to the square of the channel radius r. That is, the flow path diameter has a greater influence on the flow path resistance R than on the inertance M. On the other hand, the channel resistance R and the inertance M are both proportional to the channel length L, and the influence of the channel length L on the channel resistance R and the inertance M is about the same. Therefore, if the channel diameter and the channel length are appropriately designed, the channel resistance can be reduced while maintaining the inertance value. Basically, on the premise that the flow path diameter of the entire ink supply port is larger and the flow path length of the entire ink supply port is longer, the supply side communication port 14 satisfies the following conditions. The dimensions are set.

まず、供給側連通口１４の内径φｒｓを、第３連通口の内径（ノズル連通口の流路径）φｒｎを基準として以下の式（１）を満たすように設定している。
φｒｓ＜φｒｎ（２／３） …（１）
つまり、供給側連通口１４の内径φｒｓを、少なくとも第３連通口の内径φｒｎの２／３よりも小さく設定している。本実施形態においては、供給側連通口１４の内径φｒｓを、第３連通口の内径φｒｎ（＝１３０（μｍ））の２／３である約８７（μｍ）よりも小さく設定する。なお、ノズル連通口（連通口１３，２１，２４）の流路径は、吐出特性に影響を及ぼさない範囲でノズル開口８の寸法よりも十分に大きく設定される。 First, the inner diameter φrs of the supply side communication port 14 is set so as to satisfy the following formula (1) with the inner diameter of the third communication port (the channel diameter of the nozzle communication port) φrn as a reference.
φrs <φrn (2/3) (1)
That is, the inner diameter φrs of the supply side communication port 14 is set to be at least smaller than 2/3 of the inner diameter φrn of the third communication port. In the present embodiment, the inner diameter φrs of the supply side communication port 14 is set to be smaller than about 87 (μm) which is 2/3 of the inner diameter φrn (= 130 (μm)) of the third communication port. The flow path diameter of the nozzle communication port (communication ports 13, 21, 24) is set sufficiently larger than the size of the nozzle opening 8 within a range that does not affect the discharge characteristics.

また、供給側連通口１４の内径φｒｓと供給口プレート１５の厚さｔｒ（即ち、供給側連通口１４の流路長Ｌｒｓ）に関し、以下の式（２）を満たすようにそれぞれ定めている。
ｔｒ／φｒｓ＞２ …（２）
つまり、内径φｒｓに対する厚さｔｒの比が２よりも大きいということである。これは、供給側連通口１４の穴径に比べて供給口プレート１５の厚さを大きく設定するということである。本実施形態においては、ｔｒ（＝Ｌｒｓ）＝１５０（μｍ）であるので、内径φｒｓを７５（μｍ）よりも小さく設定する。 Further, the inner diameter φrs of the supply side communication port 14 and the thickness tr of the supply port plate 15 (that is, the flow path length Lrs of the supply side communication port 14) are determined so as to satisfy the following expression (2).
tr / φrs> 2 (2)
That is, the ratio of the thickness tr to the inner diameter φrs is larger than 2. This means that the thickness of the supply port plate 15 is set larger than the hole diameter of the supply side communication port 14. In the present embodiment, since tr (= Lrs) = 150 (μm), the inner diameter φrs is set to be smaller than 75 (μm).

さらに、供給側連通口１４の内径φｒｓおよび供給口２０の内径φｓを、以下の式（３）を満たすように設定している。
φｒｓ＞φｓ …（３）
即ち、供給側連通口１４の内径φｒｓを供給口２０の内径φｓよりも大きく設定している。本実施形態においては、φｓ＝３５（μｍ）であるため、これによりもφｒｓを大きく設定する。なお、供給側連通口１４の内径φｒｓよりも供給口２０の内径φｓを小さくするようにしたのは、供給口２０の方が寸法精度良く形成できるからである。即ち、供給側連通口１４は、セラミックの板材からなる連通口プレート１５に開設された後、焼成を経ることによって寸法が変動する可能性があるのに対し、供給口２０は、ステンレス材等の金属材料から成る供給口プレート２２に開設されているので、供給側連通口１４に比べて寸法の変動の虞が少ない。したがって、供給側連通口１４の内径φｒｓよりも供給口２０の内径φｓを小さくする構成する方が、両者の内径を同一に揃える構成または逆に供給側連通口１４の内径φｒｓよりも供給口２０の内径φｓを大きくする構成と比較してインク供給口全体の寸法精度をより高めることができる。 Further, the inner diameter φrs of the supply side communication port 14 and the inner diameter φs of the supply port 20 are set so as to satisfy the following expression (3).
φrs> φs (3)
That is, the inner diameter φrs of the supply side communication port 14 is set larger than the inner diameter φs of the supply port 20. In this embodiment, since φs = 35 (μm), φrs is also set to be large. The reason why the inner diameter φs of the supply port 20 is made smaller than the inner diameter φrs of the supply side communication port 14 is that the supply port 20 can be formed with higher dimensional accuracy. That is, the supply-side communication port 14 is opened in the communication port plate 15 made of a ceramic plate material, and then the size may change due to firing, whereas the supply port 20 is made of stainless steel or the like. Since it is established in the supply port plate 22 made of a metal material, there is less possibility of variation in dimensions compared to the supply side communication port 14. Accordingly, when the inner diameter φs of the supply port 20 is made smaller than the inner diameter φrs of the supply side communication port 14, the inner diameter φrs of both the supply side communication ports 14 is conversely arranged. Compared with the configuration in which the inner diameter φs of the ink supply is increased, the dimensional accuracy of the entire ink supply port can be further increased.

このように、供給側連通口１４の寸法を、供給口２０の寸法と併せて適切に設計することにより、インク供給口におけるイナータンスＭｘを最適値に維持しつつ流路抵抗Ｒｘを小さくすることができる。これにより、記録ヘッド６を高周波駆動させた場合においても、インク滴の吐出特性を低下させることなく、リザーバ２３側から圧力室１１へのインクの供給を追従させることができる。本実施形態においては、各条件（１）〜（３）を満たすべく、供給側連通口１４の内径φｒｓを７０（μｍ）に設定している。そして、本実施形態において、ノズル開口８のイナータンスＭｎｚ、ノズル開口８の流路抵抗Ｒｎｚ、供給側連通口１４のイナータンスＭｒｓ、供給側連通口１４の流路抵抗Ｒｒｓ、供給口２０のイナータンスＭｓ、供給口２０の流路抵抗Ｒｓは、それぞれ以下のようになる。
Ｍｎｚ＝１．４ｅ＋８（ｋｇ／ｍ^４） …（４）
Ｒｎｚ＝１．５ｅ＋１３（Ｐａ・ｓ／ｍ^３）…（５）
Ｍｒｓ＝１．２ｅ＋８（ｋｇ／ｍ^４） …（６）
Ｒｒｓ＝３．７ｅ＋１２（Ｐａ・ｓ／ｍ^３）…（７）
Ｍｓ ＝５．５ｅ＋７（ｋｇ／ｍ^４） …（８）
Ｒｓ ＝３．４ｅ＋１２（Ｐａ・ｓ／ｍ^３）…（９）
なお、ノズル連通口（連通口１３，２１，２４）のイナータンスと流路抵抗は、（４）〜（９）に比べて無視できる程度に小さい。 Thus, by appropriately designing the size of the supply side communication port 14 together with the size of the supply port 20, the flow resistance Rx can be reduced while maintaining the inertance Mx at the ink supply port at an optimum value. it can. Thereby, even when the recording head 6 is driven at a high frequency, it is possible to follow the supply of ink from the reservoir 23 side to the pressure chamber 11 without deteriorating the ink droplet ejection characteristics. In the present embodiment, the inner diameter φrs of the supply side communication port 14 is set to 70 (μm) in order to satisfy the conditions (1) to (3). In this embodiment, the inertance Mnz of the nozzle opening 8, the flow resistance Rnz of the nozzle opening 8, the inertance Mrs of the supply side communication port 14, the flow resistance Rrs of the supply side communication port 14, the inertance Ms of the supply port 20, The flow path resistance Rs of the supply port 20 is as follows.
Mnz = 1.4e + 8 (kg / m ⁴ ) (4)
Rnz = 1.5e + 13 (Pa · s / m ³ ) (5)
Mrs = 1.2e + 8 (kg / m ⁴ ) (6)
Rrs = 3.7e + 12 (Pa · s / m ³ ) (7)
Ms = 5.5e + 7 (kg / m ⁴ ) (8)
Rs = 3.4e + 12 (Pa · s / m ³ ) (9)
The inertance and flow path resistance of the nozzle communication ports (communication ports 13, 21, 24) are small enough to be ignored compared to (4) to (9).

なお、以上では、本発明に係る液体噴射ヘッドとして、プリンタ（液体噴射装置の一種）に搭載される記録ヘッド６を例示したが、本発明は、圧力室とリザーバとを連通する供給口および供給側連通口を有する他の液体噴射ヘッドにも適用することができる。例えば、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレー、ＦＥＤ（面発光ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材噴射ヘッド、バイオチップ（生物化学素子）の製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等にも本発明を適用することができる。   In the above, the recording head 6 mounted on a printer (a kind of liquid ejecting apparatus) has been exemplified as the liquid ejecting head according to the present invention. However, the present invention is not limited to the supply port and the supply that connect the pressure chamber and the reservoir. The present invention can also be applied to other liquid jet heads having side communication ports. For example, a color material ejecting head used for manufacturing a color filter such as a liquid crystal display, an electrode material ejecting head used for forming an electrode such as an organic EL (Electro Luminescence) display, an FED (surface emitting display), a biochip (biochemical element) The present invention can also be applied to bioorganic matter ejecting heads and the like used in the production of

ヘッドユニットをノズルプレート側から見た斜視図である。It is the perspective view which looked at the head unit from the nozzle plate side. 記録ヘッドをアクチュエータユニット側から見た斜視図である。FIG. 4 is a perspective view of the recording head as viewed from the actuator unit side. 記録ヘッドの要部断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part of the recording head.

符号の説明Explanation of symbols

６…記録ヘッド，８…ノズル開口，９…アクチュエータユニット，１０…流路ユニット，１１…圧力室，１２…圧力室プレート，１３…第３連通口，１４…供給側連通口，１５…連通口プレート，１６…圧電振動子，１７…振動板，２０…供給口，２１…第２連通口，２２…供給口プレート，２３…リザーバ，２４…第１連通口，２５…リザーバプレート，２６…ノズルプレート   DESCRIPTION OF SYMBOLS 6 ... Recording head, 8 ... Nozzle opening, 9 ... Actuator unit, 10 ... Flow path unit, 11 ... Pressure chamber, 12 ... Pressure chamber plate, 13 ... 3rd communication port, 14 ... Supply side communication port, 15 ... Communication port Plate, 16 ... Piezoelectric vibrator, 17 ... Vibrating plate, 20 ... Supply port, 21 ... Second communication port, 22 ... Supply port plate, 23 ... Reservoir, 24 ... First communication port, 25 ... Reservoir plate, 26 ... Nozzle plate

Claims (4)

アクチュエータユニットと流路ユニットとから構成され、リザーバから圧力室を通ってノズル開口に至る一連の液体流路をノズル開口毎に形成した液体噴射ヘッドであって、
前記流路ユニットは、ノズル開口が開設されたノズルプレートと、リザーバおよびノズル連通口の一部となる第１連通口が開設されたリザーバプレートと、リザーバの液体を圧力室側に供給するための供給口およびノズル連通口の一部となる第２連通口が開設された供給口プレートとを積層状態で一体化することで作製され、
前記アクチュエータユニットは、前記供給口と圧力室とを連通する供給側連通口およびノズル連通口の一部となる第３連通口が開設され、前記供給口プレートに積層される連通口プレートを有し、
前記連通口プレートにおける供給側連通口の内径φｒｓおよび第３連通口の内径φｒｎが、以下の式（１）を満たすように設定されたことを特徴とする液体噴射ヘッド。
φｒｓ＜φｒｎ（２／３） …（１） A liquid ejecting head comprising an actuator unit and a flow path unit, and forming a series of liquid flow paths from the reservoir to the nozzle openings through the pressure chambers for each nozzle opening,
The flow path unit is configured to supply a nozzle plate having a nozzle opening, a reservoir plate having a first communication port serving as a part of the reservoir and the nozzle communication port, and a liquid in the reservoir to the pressure chamber side. It is produced by integrating the supply port plate with the supply port and the second communication port that is a part of the nozzle communication port in a stacked state,
The actuator unit has a communication port plate in which a supply side communication port that connects the supply port and the pressure chamber and a third communication port that is a part of the nozzle communication port are opened and stacked on the supply port plate. ,
The liquid ejecting head, wherein an inner diameter φrs of a supply side communication port and an inner diameter φrn of a third communication port in the communication port plate are set to satisfy the following expression (1).
φrs <φrn (2/3) (1) 前記連通口プレートの厚さｔｒおよび前記供給側連通口の内径φｒｓが、以下の式（２）を満たすように設定されたことを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
ｔｒ／φｒｓ＞２ …（２） 2. The liquid jet head according to claim 1, wherein a thickness tr of the communication port plate and an inner diameter φrs of the supply side communication port are set so as to satisfy the following expression (2).
tr / φrs> 2 (2) 前記供給側連通口の内径φｒｓおよび前記供給口の内径φｓが、以下の式（３）を満たすように設定されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液体噴射ヘッド。
φｒｓ＞φｓ …（３） 3. The liquid jet head according to claim 1, wherein an inner diameter φrs of the supply-side communication port and an inner diameter φs of the supply port are set so as to satisfy the following expression (3).
φrs> φs (3) 請求項１から請求項３の何れか１項に記載の液体噴射ヘッドを備える液体噴射装置。   A liquid ejecting apparatus comprising the liquid ejecting head according to claim 1.

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