JP2009233903A - Liquid jet head and liquid jet apparatus - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid jet head can secure a sufficient liquid jetting amount even in the case of using high-viscosity liquid, and prevent components contained in the liquid from being deposited in the vicinity of a nozzle, thereby, satisfactorily jet the liquid, and to provide a liquid jet apparatus. <P>SOLUTION: The liquid jet head includes: a nozzle plate 14 with nozzle openings 13 formed in a liquid jet surface thereof, for jetting ink; a flow path forming substrate 12 bonded to the side opposite to the liquid jet surface of the nozzle plate 14, with liquid flow paths including pressure generation chambers 11 communicating with the nozzle openings 13; a piezoelectric element 16 that applies pressure into the pressure generation chamber 11; and a heat medium communicating with the heating path 40, for heating the ink in the liquid flow path. The nozzle plate 14 includes a first plate 14a bonded to the flow path forming substrate 12 and a second plate 14b bonded to the first plate 14a. The second plate 14b is composed of a material having heat-conductivity lower than that of the first plate 14a. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関し、特に高粘度の液体を用いる場合に適用して有用なものである。   The present invention relates to a liquid ejecting head and a liquid ejecting apparatus, and is particularly useful when applied to a liquid having a high viscosity.

液滴を吐出する液体噴射ヘッドの代表例としては、インク滴を噴射するインクジェット式記録ヘッドが挙げられる。インクジェット式記録ヘッドとしては、例えば、ノズルが穿設されたノズルプレートと、ノズルに連通する複数の圧力発生室を含む液体流路が形成された流路形成基板と、この流路形成基板の一方面側に形成される圧力発生手段とを具備するものがある。   A typical example of a liquid ejecting head that ejects droplets is an ink jet recording head that ejects ink droplets. As an ink jet recording head, for example, a nozzle plate having nozzles formed therein, a channel forming substrate on which a liquid channel including a plurality of pressure generating chambers communicating with the nozzles is formed, and one of the channel forming substrates are provided. Some have pressure generating means formed on the direction side.

最近では、紙だけでなく、プラスチックやガラス等の印刷対象に印刷する需要も増加している。このような印刷対象はインクの吸収性が低いため、印刷対象にインクを確実に定着させるべく高粘度のインクが用いられている。高粘度のインクは、常温においては粘度が高すぎるため、インクジェット式記録ヘッドでは、液体流路内のインクを加熱してインクの粘度を低下させている。インクの粘度を低下させることにより、インクは液体流路を安定して流通するため、良好なインクの吐出特性が得られるようになっている（例えば、特許文献１参照）。   Recently, there is an increasing demand for printing not only on paper but also on printing objects such as plastic and glass. Since such a print object has low ink absorbability, high-viscosity ink is used to reliably fix the ink to the print object. Ink jet recording heads reduce the viscosity of ink by heating the ink in the liquid flow path because high viscosity ink is too high at room temperature. By reducing the viscosity of the ink, the ink flows stably through the liquid flow path, so that good ink ejection characteristics can be obtained (see, for example, Patent Document 1).

特開２００３−１９７９０号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-19790

しかしながら、インクには、顔料のような粒子成分が含まれており、インクを加熱することで溶媒が蒸発すると粒子成分がノズル付近に析出する虞がある。ノズル付近に粒子成分が析出すると、インク滴がノズルからまっすぐ吐出されなくなったり、粒子成分でノズルが詰まってしまうという問題が生じる。   However, the ink contains a particle component such as a pigment, and when the solvent is evaporated by heating the ink, the particle component may be deposited in the vicinity of the nozzle. When the particle component is deposited in the vicinity of the nozzle, there arises a problem that ink droplets are not ejected straight from the nozzle or the nozzle is clogged with the particle component.

なお、このような問題は、インク滴を噴射するインクジェット式記録ヘッドだけでなく、勿論、インク滴以外の液滴を噴射する他の液体噴射ヘッドにおいても、同様に存在する。   Such a problem exists not only in an ink jet recording head that ejects ink droplets, but also in other liquid ejecting heads that eject droplets other than ink droplets.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、高粘度の液体を用いた場合でも十分な吐出量を確保し得るとともに、液体に含まれる成分がノズル付近に析出することを防止して良好に液体を吐出し得る液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and even when a high-viscosity liquid is used, a sufficient discharge amount can be ensured, and components contained in the liquid can be prevented from being deposited near the nozzle. It is an object of the present invention to provide a liquid ejecting head and a liquid ejecting apparatus that can discharge liquid satisfactorily.

上記課題を解決する本発明は、液体を噴射する液体噴射面にノズル開口が設けられたノズルプレートと、該ノズルプレートの前記液体噴射面とは反対側の面に接合されて前記ノズル開口に連通する圧力発生室を含む液体流路を有する流路形成基板と、前記圧力発生室内に液滴を噴射するための圧力を付与する圧力発生手段と、前記液体流路内の前記液体を加熱する加熱手段とを具備し、前記ノズルプレートは、前記流路形成基板に接合された第１のプレートと、該第１のプレートに接合された第２のプレートとから構成され、前記第２のプレートは、前記第１のプレートの熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する材料からなることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる態様では、第２のプレートの熱伝導率が第１のプレートよりも低いため、液体流路の液体の熱が第２のプレートに伝達し難い。このため、第２のプレートの温度上昇が抑制される。これにより、ノズル開口付近で液体の蒸発が抑制されるため、該液体の粒子成分がノズル開口付近で析出し難くなり、粒子成分の析出によるノズル開口の目詰まりが防止される。このため、ノズル開口から液体を高精度にまっすぐに吐出し得る液体噴射ヘッドが提供される。また、完全な目詰まりによる吐出不良を防止した高信頼性を有する液体噴射ヘッドが提供される。 The present invention that solves the above-described problems includes a nozzle plate in which a nozzle opening is provided on a liquid ejecting surface that ejects liquid, and a surface that is opposite to the liquid ejecting surface of the nozzle plate and communicates with the nozzle opening. A flow path forming substrate having a liquid flow path including a pressure generating chamber, pressure generating means for applying a pressure for ejecting droplets into the pressure generating chamber, and heating for heating the liquid in the liquid flow path And the nozzle plate includes a first plate bonded to the flow path forming substrate and a second plate bonded to the first plate, and the second plate is The liquid ejecting head is made of a material having a thermal conductivity lower than that of the first plate.
In this aspect, since the thermal conductivity of the second plate is lower than that of the first plate, it is difficult for the heat of the liquid in the liquid flow path to be transmitted to the second plate. For this reason, the temperature rise of the second plate is suppressed. Thereby, since the evaporation of the liquid is suppressed in the vicinity of the nozzle opening, the particle component of the liquid is hardly precipitated in the vicinity of the nozzle opening, and the nozzle opening is not clogged due to the precipitation of the particle component. For this reason, a liquid ejecting head capable of ejecting a liquid straight from the nozzle opening with high accuracy is provided. In addition, a highly reliable liquid jet head that prevents ejection failure due to complete clogging is provided.

ここで、前記第２のプレートを冷却する冷却手段を具備することが好ましい。これによれば、第２のプレートのノズル開口付近の温度が冷却されるため、ノズル開口付近で液体の蒸発がより一層抑制され、粒子成分の析出を確実に防止できる。   Here, it is preferable to include a cooling means for cooling the second plate. According to this, since the temperature in the vicinity of the nozzle opening of the second plate is cooled, the evaporation of the liquid is further suppressed in the vicinity of the nozzle opening, and the precipitation of the particle component can be reliably prevented.

また、前記冷却手段は、前記第２のプレートの前記液体噴射面側に設けられた冷却素子であることが好ましい。これによれば、より確実に、粒子成分の析出を防止できる。   Moreover, it is preferable that the said cooling means is a cooling element provided in the said liquid ejection surface side of the said 2nd plate. According to this, precipitation of a particle component can be prevented more reliably.

また、前記加熱手段は、前記流路形成基板に配設された加熱用導線であることが好ましい。これによれば、液体の吐出側に近い圧力発生室に流通する液体を加熱することになるので、液体を確実に加熱してその粘度を低下させることができる。   Moreover, it is preferable that the said heating means is the conducting wire for heating arrange | positioned at the said flow-path formation board | substrate. According to this, since the liquid flowing through the pressure generating chamber close to the liquid discharge side is heated, it is possible to reliably heat the liquid and reduce its viscosity.

また、前記加熱手段は、前記流路形成基板に形成された加熱流路に循環する熱媒体であることが好ましい。これによれば、液体の吐出側に近い圧力発生室に流通する液体を加熱することになるので、液体を確実に加熱してその粘度を低下させることができる。   Moreover, it is preferable that the said heating means is a heat medium which circulates through the heating flow path formed in the said flow path formation board | substrate. According to this, since the liquid flowing through the pressure generating chamber close to the liquid discharge side is heated, it is possible to reliably heat the liquid and reduce its viscosity.

また、前記第２のプレートの前記液体噴射面には、撥水膜が設けられていることが好ましい。これによれば、ノズル開口からの液体が第２のプレートの表面に付着することを防止できる。   Further, it is preferable that a water repellent film is provided on the liquid ejection surface of the second plate. According to this, it can prevent that the liquid from a nozzle opening adheres to the surface of a 2nd plate.

さらに本発明の他の態様は、上記液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。
かかる態様では、信頼性を向上すると共に液体の吐出特性に優れた液体噴射装置を実現できる。 According to another aspect of the invention, there is provided a liquid ejecting apparatus including the liquid ejecting head.
According to this aspect, it is possible to realize a liquid ejecting apparatus that improves reliability and is excellent in liquid ejection characteristics.

以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態１に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドを示す概略断面図であり、図２は、インクジェット式記録ヘッドの要部断面図である。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an ink jet recording head that is an example of a liquid jet head according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part of the ink jet recording head.

図１及び図２に示すように、本実施形態のインクジェット式記録ヘッド１０は、複数の圧力発生室１１を有する流路形成基板１２と、各圧力発生室１１に連通する複数のノズル開口１３が穿設されたノズルプレート１４と、流路形成基板１２のノズルプレート１４とは反対側の面に設けられる振動板１５と、該振動板１５上の各圧力発生室１１に対応する領域に設けられる圧電素子１６を有する圧電素子ユニット１７と、振動板１５上に固定されて圧電素子ユニット１７が収容される収容部１８を有するヘッドケース１９とを有する。   As shown in FIGS. 1 and 2, the ink jet recording head 10 of this embodiment includes a flow path forming substrate 12 having a plurality of pressure generation chambers 11 and a plurality of nozzle openings 13 communicating with each pressure generation chamber 11. The nozzle plate 14 provided, the vibration plate 15 provided on the surface of the flow path forming substrate 12 opposite to the nozzle plate 14, and the region corresponding to each pressure generating chamber 11 on the vibration plate 15. A piezoelectric element unit 17 having a piezoelectric element 16 and a head case 19 having an accommodating portion 18 that is fixed on the vibration plate 15 and accommodates the piezoelectric element unit 17 are included.

流路形成基板１２には、その一方面側の表層部分に、圧力発生室１１が隔壁によって区画されてその幅方向で複数並設されている。例えば、本実施形態では、流路形成基板１２には、複数の圧力発生室１１が並設され、各圧力発生室１１の列の外側には、各圧力発生室１１にインクを供給するためのリザーバ２１が、流路形成基板１２を厚さ方向に貫通して設けられている。そして、各圧力発生室１１とリザーバ２１とは、インク供給路２２を介して連通している。インク供給路２２は、本実施形態では、圧力発生室１１よりも狭い幅で形成されており、リザーバ２１から圧力発生室１１に流入するインクの流路抵抗を一定に保持する役割を果たしている。さらに、圧力発生室１１のリザーバ２１とは反対の端部側には、流路形成基板１２を貫通するノズル連通孔２３が形成されている。また、リザーバ２１は、ヘッドケース１９の厚さ方向に貫通して形成されたインク導入路４１と連通している。インク導入路４１は、インクカートリッジ（図示せず）からのインクをリザーバ２１に導く流路である。すなわち、リザーバ２１、インク供給路２２、圧力発生室１１及びノズル連通孔２３から構成される液体流路が流路形成基板１２に形成されている。   In the flow path forming substrate 12, a plurality of pressure generating chambers 11 are partitioned by a partition wall and arranged in parallel in the width direction on the surface layer portion on one side. For example, in the present embodiment, a plurality of pressure generation chambers 11 are arranged in parallel on the flow path forming substrate 12, and ink is supplied to each pressure generation chamber 11 outside the row of each pressure generation chamber 11. A reservoir 21 is provided penetrating the flow path forming substrate 12 in the thickness direction. Each pressure generating chamber 11 and the reservoir 21 communicate with each other via an ink supply path 22. In this embodiment, the ink supply path 22 is formed with a width narrower than that of the pressure generation chamber 11, and plays a role of maintaining a constant flow path resistance of ink flowing from the reservoir 21 into the pressure generation chamber 11. Further, a nozzle communication hole 23 penetrating the flow path forming substrate 12 is formed on the end side of the pressure generating chamber 11 opposite to the reservoir 21. The reservoir 21 communicates with an ink introduction path 41 formed so as to penetrate in the thickness direction of the head case 19. The ink introduction path 41 is a flow path that guides ink from an ink cartridge (not shown) to the reservoir 21. That is, a liquid flow path including the reservoir 21, the ink supply path 22, the pressure generation chamber 11, and the nozzle communication hole 23 is formed on the flow path forming substrate 12.

また、詳細は後述するが、液体流路内のインクを加熱する加熱手段の一例として、流路形成基板１２には、熱媒体が流通する加熱流路４０が形成されている。かかる熱媒体によりインクが加熱されてその粘度が低下するので、インクは圧力発生室１１等を安定して流通し、良好なインクの吐出特性が得られる。   As will be described in detail later, as an example of a heating unit that heats ink in the liquid flow path, a heating flow path 40 through which a heat medium flows is formed in the flow path forming substrate 12. Since the ink is heated by such a heat medium and the viscosity thereof is lowered, the ink can stably flow through the pressure generating chamber 11 and the like, and good ink ejection characteristics can be obtained.

このような流路形成基板１２は、本実施形態では、シリコン単結晶基板からなり、流路形成基板１２に設けられる上記圧力発生室１１等は、流路形成基板１２をエッチングすることによって形成されている。   In this embodiment, the flow path forming substrate 12 is made of a silicon single crystal substrate, and the pressure generating chamber 11 and the like provided in the flow path forming substrate 12 are formed by etching the flow path forming substrate 12. ing.

この流路形成基板１２の一方面側には、ノズル開口１３が穿設されたノズルプレート１４が接着剤や熱溶着フィルムを介して接着され、各ノズル開口１３は、流路形成基板１２に設けられたノズル連通孔２３を介して各圧力発生室１１と連通している。   On one surface side of the flow path forming substrate 12, a nozzle plate 14 having a nozzle opening 13 is bonded via an adhesive or a heat welding film, and each nozzle opening 13 is provided on the flow path forming substrate 12. The pressure generating chambers 11 communicate with each other through the nozzle communication holes 23.

ノズルプレート１４は、流路形成基板１２に接合された第１のプレート１４ａと、該第１のプレート１４ａに接合された第２のプレート１４ｂとから構成されており、第２のプレート１４ｂは、第１のプレート１４ａの熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する材料からなる。第２のプレート１４ｂの材料としては、例えばシリコンまたはガラスであることが好ましく、この場合の第１のプレート１４ａの材料としてはＳＵＳであることが好ましい。また、第１のプレート１４ａ及び第２のプレート１４ｂは、単一層から形成されていてもよいし、複数層から形成されていてもよい。複数層から形成される場合は、ノズルプレート１４の液体噴射面（第２のプレート１４ｂの流路形成基板１２とは反対側の面）側の層から流路形成基板１２側の層に向けて熱伝導率が高くなるように積層形成したノズルプレートを用いる。   The nozzle plate 14 is composed of a first plate 14a joined to the flow path forming substrate 12 and a second plate 14b joined to the first plate 14a. The first plate 14a is made of a material having a thermal conductivity lower than that of the first plate 14a. The material of the second plate 14b is preferably silicon or glass, for example, and the material of the first plate 14a in this case is preferably SUS. Moreover, the 1st plate 14a and the 2nd plate 14b may be formed from the single layer, and may be formed from the multiple layer. When formed from a plurality of layers, the layer on the liquid ejection surface of the nozzle plate 14 (the surface on the side opposite to the flow path forming substrate 12 of the second plate 14b) is directed toward the layer on the flow path forming substrate 12 side. A nozzle plate formed so as to have a high thermal conductivity is used.

このように第２のプレート１４ｂの熱伝導率が第１のプレート１４ａよりも低いと、圧力発生室１１等のインクの熱が第２のプレート１４ｂに伝達し難いため、第２のプレート１４ｂの温度上昇が抑制される。これにより、ノズル開口１３付近でインクの蒸発が抑制されるため、該インクの粒子成分がノズル開口１３付近で析出し難くなり、粒子成分の析出によるノズル開口１３の目詰まりが防止される。このため、ノズル開口１３からインクを高精度にまっすぐに吐出し得るインクジェット式記録ヘッドが提供される。また、完全な目詰まりによる吐出不良を防止した高信頼性を有するインクジェット式記録ヘッドが提供される。   Thus, if the thermal conductivity of the second plate 14b is lower than that of the first plate 14a, the heat of the ink in the pressure generating chamber 11 and the like is difficult to transfer to the second plate 14b. Temperature rise is suppressed. Thereby, since the evaporation of the ink is suppressed in the vicinity of the nozzle opening 13, the particle component of the ink is difficult to deposit in the vicinity of the nozzle opening 13, and the clogging of the nozzle opening 13 due to the precipitation of the particle component is prevented. For this reason, an ink jet recording head capable of ejecting ink straight from the nozzle opening 13 with high accuracy is provided. Further, there is provided an ink jet recording head having high reliability in which ejection failure due to complete clogging is prevented.

また、上記に説明した熱伝導率の違いから、第１のプレート１４ａの温度は、その熱が第２のプレート１４ｂに伝達され難いため、液体流路内のインクと同等の温度に保たれる。このため、第１のプレート１４ａのインクが直接触れる領域、例えば、第１のプレート１４ａのリザーバ２１に対向する領域Ａ１やノズル連通孔２３に対向する領域Ａ２では、リザーバ２１やノズル連通孔２３のインクの熱を奪うことなく当該インクの温度を保持することができる。これにより、インクの粘度を低下させて、液体流路におけるインクの安定した流通を確保できる。   Further, due to the difference in thermal conductivity described above, the temperature of the first plate 14a is kept at the same temperature as the ink in the liquid flow path because the heat is not easily transmitted to the second plate 14b. . For this reason, in the area | region which the ink of the 1st plate 14a touches directly, for example, area | region A1 which opposes the reservoir | reserver 21 of the 1st plate 14a, and area | region A2 which opposes the nozzle communicating hole 23, the reservoir | reserver 21 and the nozzle communicating hole 23 of The temperature of the ink can be maintained without taking the heat of the ink. As a result, the viscosity of the ink can be reduced, and a stable distribution of the ink in the liquid channel can be ensured.

なお、ノズルプレート１４の液体噴射面側の温度を低温度とすべく、インクジェット式記録ヘッドに第２のプレート１４ｂを冷却する冷却手段を設けてもよい。これによれば、ノズル開口１３付近をより確実に低温度に維持することができ、ノズル開口１３付近に粒子成分が析出することをより確実に防止できる。冷却手段の一例については後述する。   Note that a cooling means for cooling the second plate 14b may be provided in the ink jet recording head so that the temperature on the liquid ejection surface side of the nozzle plate 14 is low. According to this, the vicinity of the nozzle opening 13 can be more reliably maintained at a low temperature, and the precipitation of the particle component in the vicinity of the nozzle opening 13 can be more reliably prevented. An example of the cooling means will be described later.

また、本実施形態では、第２のプレート１４ｂの表面には撥水膜４２が設けられており、ノズル開口１３からのインクが第２のプレート１４ｂの表面に付着しないようになっている。   In this embodiment, a water repellent film 42 is provided on the surface of the second plate 14b so that ink from the nozzle openings 13 does not adhere to the surface of the second plate 14b.

また、流路形成基板１２の他方面側、すなわち、圧力発生室１１の開口面側には振動板１５が接合されて、各圧力発生室１１はこの振動板１５によって封止されている。   Further, a diaphragm 15 is bonded to the other surface side of the flow path forming substrate 12, that is, the opening surface side of the pressure generating chamber 11, and each pressure generating chamber 11 is sealed by the diaphragm 15.

この振動板１５は、例えば、樹脂フィルム等の弾性部材からなる弾性膜２４と、この弾性膜２４を支持する、例えば、金属材料等からなる支持板２５との複合板で形成されており、弾性膜２４側が流路形成基板１２に接合されている。例えば、本実施形態では、弾性膜２４は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）フィルムからなり、支持板２５は、ステンレス鋼板（ＳＵＳ）からなる。また、振動板１５の各圧力発生室１１に対向する領域内には、圧電素子１６の先端部が当接する島部２６が設けられている。すなわち、振動板１５の各圧力発生室１１の周縁部に対向する領域に他の領域よりも厚さの薄い薄肉部２７が形成されて、この薄肉部２７の内側にそれぞれ島部２６が設けられている。また、本実施形態では、振動板１５のリザーバ２１に対向する領域に、薄肉部２７と同様に、支持板２５がエッチングにより除去されて実質的に弾性膜２４のみで構成されるコンプライアンス部２８が設けられている。なお、このコンプライアンス部２８は、リザーバ２１内の圧力変化が生じた時に、このコンプライアンス部２８の弾性膜２４が変形することによって圧力変化を吸収し、リザーバ２１内の圧力を常に一定に保持する役割を果たす。   The diaphragm 15 is formed of a composite plate of an elastic film 24 made of an elastic member such as a resin film and a support plate 25 made of, for example, a metal material that supports the elastic film 24, and is elastic. The membrane 24 side is bonded to the flow path forming substrate 12. For example, in the present embodiment, the elastic film 24 is made of a PPS (polyphenylene sulfide) film, and the support plate 25 is made of a stainless steel plate (SUS). In addition, an island portion 26 with which the tip end portion of the piezoelectric element 16 abuts is provided in a region of the diaphragm 15 facing each pressure generating chamber 11. That is, a thin portion 27 thinner than other regions is formed in a region of the diaphragm 15 facing the peripheral edge of each pressure generating chamber 11, and an island portion 26 is provided inside each thin portion 27. ing. Further, in the present embodiment, in the region facing the reservoir 21 of the vibration plate 15, as in the case of the thin portion 27, the support portion 25 is removed by etching, and the compliance portion 28 configured substantially only by the elastic film 24 is provided. Is provided. The compliance portion 28 absorbs the pressure change when the elastic film 24 of the compliance portion 28 is deformed when the pressure change in the reservoir 21 occurs, and always keeps the pressure in the reservoir 21 constant. Fulfill.

そして、圧電素子ユニット１７を構成する各圧電素子１６は、その活性領域の先端が振動板１５の島部２６に当接した状態で固定されている。   Each piezoelectric element 16 constituting the piezoelectric element unit 17 is fixed in a state where the tip of the active region is in contact with the island portion 26 of the diaphragm 15.

ここで、圧力発生室１１内にインク滴を吐出するための圧力を発生する圧力発生手段である圧電素子１６は、本実施形態では、一つの圧電素子ユニット１７において一体的に形成されている。すなわち、圧電材料２９と電極形成材料３０，３１とを縦に交互にサンドイッチ状に挟んで積層した圧電素子形成部材３２を形成し、この圧電素子形成部材３２を各圧力発生室１１に対応して櫛歯上に切り分けることによって各圧電素子１６が形成されている。すなわち、本実施形態では、複数の圧電素子１６が一体的に形成されている。そして、この圧電素子１６（圧電素子形成部材３２）の振動に寄与しない不活性領域、すなわち、圧電素子１６の基端部側が固定基板３３に固着されている。そして、圧電素子１６の基端部近傍には、固定基板３３とは反対側の面に、各圧電素子１６を駆動するための信号を供給する配線３４を有する回路基板３５が接続され、本実施形態では、これら圧電素子１６（圧電素子形成部材３２）と固定基板３３と回路基板３５とで圧電素子ユニット１７が構成されている。   Here, the piezoelectric element 16 which is a pressure generating means for generating a pressure for ejecting ink droplets into the pressure generating chamber 11 is integrally formed in one piezoelectric element unit 17 in this embodiment. That is, a piezoelectric element forming member 32 is formed by laminating piezoelectric materials 29 and electrode forming materials 30 and 31 alternately in a sandwich shape, and the piezoelectric element forming members 32 correspond to the respective pressure generating chambers 11. Each piezoelectric element 16 is formed by cutting on the comb teeth. That is, in this embodiment, the plurality of piezoelectric elements 16 are integrally formed. An inactive region that does not contribute to the vibration of the piezoelectric element 16 (piezoelectric element forming member 32), that is, the base end side of the piezoelectric element 16 is fixed to the fixed substrate 33. A circuit board 35 having a wiring 34 for supplying a signal for driving each piezoelectric element 16 is connected to the surface opposite to the fixed board 33 in the vicinity of the base end portion of the piezoelectric element 16. In the embodiment, the piezoelectric element unit 17 is configured by the piezoelectric element 16 (piezoelectric element forming member 32), the fixed substrate 33, and the circuit substrate 35.

そして、このような圧電素子ユニット１７は、圧電素子１６の先端部が上述した振動板１５の島部２６に当接された状態で固定されている。例えば、本実施形態では、上述したように振動板１５上にヘッドケース１９が固定されており、圧電素子ユニット１７は、このヘッドケース１９の収容部１８内に収容されて、圧電素子１６が固定された固定基板３３が、圧電素子１６とは反対側の面でヘッドケース１９に固定されている。   Such a piezoelectric element unit 17 is fixed in a state where the tip of the piezoelectric element 16 is in contact with the island part 26 of the diaphragm 15 described above. For example, in the present embodiment, the head case 19 is fixed on the diaphragm 15 as described above, and the piezoelectric element unit 17 is accommodated in the accommodating portion 18 of the head case 19 and the piezoelectric element 16 is fixed. The fixed substrate 33 thus fixed is fixed to the head case 19 on the surface opposite to the piezoelectric element 16.

ヘッドケース１９には、圧電素子ユニット１７が収容される収容部１８が複数設けられている。   The head case 19 is provided with a plurality of accommodating portions 18 in which the piezoelectric element units 17 are accommodated.

収容部１８は、本実施形態では、３つ並設されており、１つの収容部１８に１つの圧電素子ユニット１７が配置されている。すなわち、本実施形態のインクジェット式記録ヘッド１０は、圧電素子ユニット１７が合計３個設けられている。そして、本実施形態のインクジェット式記録ヘッド１０では、各圧電素子ユニット１７に対してノズル開口１３の列が設けられているため、３列のノズル開口１３の列が設けられていることになる。   In the present embodiment, three accommodating portions 18 are provided side by side, and one piezoelectric element unit 17 is disposed in one accommodating portion 18. That is, the ink jet recording head 10 of the present embodiment is provided with a total of three piezoelectric element units 17. In the ink jet recording head 10 of the present embodiment, since the rows of nozzle openings 13 are provided for each piezoelectric element unit 17, three rows of nozzle openings 13 are provided.

また、ヘッドケース１９上には、回路基板３５の各配線３４がそれぞれ接続される複数の導電パッド３６が設けられた配線基板３７が固定されており、ヘッドケース１９の収容部１８は、この配線基板３７によって実質的に塞がれている。配線基板３７には、ヘッドケース１９の収容部１８に対向する領域にスリット状の開口部３８が形成されており、回路基板３５はこの配線基板３７の開口部３８から収容部１８の外側に引き出されている。   On the head case 19, a wiring board 37 provided with a plurality of conductive pads 36 to which the wirings 34 of the circuit board 35 are connected is fixed. The substrate 37 is substantially blocked. The wiring board 37 is formed with a slit-like opening 38 in a region facing the housing part 18 of the head case 19, and the circuit board 35 is drawn out of the housing part 18 from the opening 38 of the wiring board 37. It is.

なお、配線基板３７の開口部３８は、各収容部１８に対して１つ、すなわち、本実施形態では、３つ設けられており、１つの収容部１８に設けられた１つの圧電素子ユニット１７に接続された１つの回路基板３５は、１つの開口部３８から引き出されている。   Note that one opening 38 of the wiring board 37 is provided for each accommodating portion 18, that is, three openings are provided in the present embodiment, and one piezoelectric element unit 17 provided in one accommodating portion 18 is provided. One circuit board 35 connected to is pulled out from one opening 38.

圧電素子ユニット１７を構成する回路基板３５は、本実施形態では、圧電素子１６を駆動するための駆動ＩＣ（図示なし）が搭載されたフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）、例えば、テープキャリアパッケージ（ＴＣＰ）やチップオンフィルム（ＣＯＦ）やフレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ）などからなる。そして、回路基板３５の各配線３４は、その基端部側では、例えば、半田、異方性導電材等によって圧電素子１６を構成する電極形成材料３０，３１に接続されている。一方、先端部側では、各配線３４は配線基板３７の各導電パッド３６に接合されている。具体的には、配線基板３７の開口部３８から収容部１８の外側に引き出された回路基板３５の先端部が配線基板３７の表面に沿って折り曲げられた状態で、各配線３４は配線基板３７の各導電パッド３６に半田（図示せず）を介して接合されている。   In this embodiment, the circuit board 35 constituting the piezoelectric element unit 17 is a flexible printed circuit board (FPC) on which a driving IC (not shown) for driving the piezoelectric element 16 is mounted, for example, a tape carrier package (TCP). And chip-on-film (COF), flexible flat cable (FFC), and the like. And each wiring 34 of the circuit board 35 is connected to the electrode forming materials 30 and 31 which comprise the piezoelectric element 16 by the solder | pewter, anisotropic conductive material, etc. in the base end part side, for example. On the other hand, on the tip end side, each wiring 34 is joined to each conductive pad 36 of the wiring board 37. Specifically, each wiring 34 is connected to the wiring board 37 in a state where the front end of the circuit board 35 drawn out of the housing portion 18 from the opening 38 of the wiring board 37 is bent along the surface of the wiring board 37. The conductive pads 36 are joined via solder (not shown).

このようなインクジェット式記録ヘッド１０では、インク滴を吐出する際に、圧電素子１６及び振動板１５の変形によって各圧力発生室１１の容積を変化させて所定のノズル開口１３からインク滴を吐出させるようになっている。具体的には、図示しないインクカートリッジからリザーバ２１にインクが供給されると、インク供給路２２を介して各圧力発生室１１にインクが分配される。実際には、圧電素子１６に電圧を印加することにより圧電素子１６を収縮させる。これにより、振動板１５が圧電素子１６と共に変形されて圧力発生室１１の容積が広げられ、圧力発生室１１内にインクが引き込まれる。そして、ノズル開口１３に至るまで内部にインクを満たした後、配線基板３７を介して供給される記録信号に従い、圧電素子１６の電極形成材料３０及び３１に印加していた電圧を解除する。これにより、圧電素子１６が伸張されて元の状態に戻ると共に振動板１５も変位して元の状態に戻る。結果として圧力発生室１１の容積が収縮して圧力発生室１１内の圧力が高まりノズル開口１３からインク滴が吐出される。   In such an ink jet recording head 10, when ejecting ink droplets, the volume of each pressure generating chamber 11 is changed by deformation of the piezoelectric element 16 and the diaphragm 15 to eject ink droplets from a predetermined nozzle opening 13. It is like that. Specifically, when ink is supplied to the reservoir 21 from an ink cartridge (not shown), the ink is distributed to each pressure generating chamber 11 via the ink supply path 22. Actually, the piezoelectric element 16 is contracted by applying a voltage to the piezoelectric element 16. As a result, the diaphragm 15 is deformed together with the piezoelectric element 16 to expand the volume of the pressure generating chamber 11, and ink is drawn into the pressure generating chamber 11. Then, after the ink is filled up to the nozzle opening 13, the voltage applied to the electrode forming materials 30 and 31 of the piezoelectric element 16 is released according to a recording signal supplied via the wiring substrate 37. As a result, the piezoelectric element 16 is expanded to return to the original state, and the diaphragm 15 is also displaced to return to the original state. As a result, the volume of the pressure generation chamber 11 contracts, the pressure in the pressure generation chamber 11 increases, and ink droplets are ejected from the nozzle openings 13.

ここで、図３を用いて、加熱手段の一例である加熱流路について説明する。図３は、図２のＡ−Ａ’線断面図である。   Here, the heating flow path which is an example of a heating means is demonstrated using FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line A-A ′ of FIG. 2.

図示するように、流路形成基板１２には、圧力発生室１１を区画する隔壁４３におけるリザーバ２１及び圧力発生室１１の外側、並びに各圧力発生室１１の間に連続して設けられた溝部からなる加熱流路４０が設けられている。加熱流路４０には、図示しない熱媒体供給手段により、例えば所定温度に加熱された水などの熱媒体が流通しており、その熱媒体の熱が、隔壁４３を介してインクを加熱している。   As shown in the figure, the flow path forming substrate 12 includes a reservoir 21 in the partition wall 43 that defines the pressure generation chamber 11, the outside of the pressure generation chamber 11, and a groove portion that is continuously provided between the pressure generation chambers 11. A heating flow path 40 is provided. A heating medium such as water heated to a predetermined temperature is circulated through the heating channel 40 by a heating medium supply means (not shown), and the heat of the heating medium heats the ink via the partition wall 43. Yes.

このような加熱流路４０を流れる熱媒体によれば、液体流路のうち、インクの吐出側に近いリザーバ２１からノズル連通孔２３に至る部分に流れるインクを加熱することになるので、インクを確実に加熱してその粘度を低下させることができる。   According to such a heat medium flowing through the heating flow path 40, the ink flowing from the reservoir 21 near the ink ejection side to the nozzle communication hole 23 in the liquid flow path is heated. It can be reliably heated to lower its viscosity.

もちろん、リザーバ２１からノズル連通孔２３のインクを加熱する場合のみならず、インクカートリッジ、インク導入路４１に流通するインクを加熱してもよい。また、加熱手段は、加熱流路４０に流通する熱媒体に限定されない。例えば、ＳＵＳからなる流路形成基板を用いる場合は、この流路形成基板に電圧を印加して流路形成基板全体を加熱させ、その熱をもってインクを加熱してもよい。更に、加熱流路４０と同様に、圧力発生室１１を区画する隔壁４３におけるリザーバ２１及び圧力発生室１１の外側、並びに各圧力発生室１１の間に加熱用導線を配設し、この導線に電流を流して生じる熱をもって液体流路のインクを加熱してもよい。   Of course, not only when the ink in the nozzle communication hole 23 is heated from the reservoir 21, but also the ink flowing through the ink cartridge and the ink introduction path 41 may be heated. Further, the heating means is not limited to the heat medium flowing through the heating flow path 40. For example, when a flow path forming substrate made of SUS is used, a voltage may be applied to the flow path forming substrate to heat the entire flow path forming substrate, and the heat may be used to heat the ink. Further, similarly to the heating flow path 40, heating conductors are disposed outside the reservoir 21 and the pressure generation chamber 11 in the partition wall 43 defining the pressure generation chamber 11 and between the pressure generation chambers 11. You may heat the ink of a liquid flow path with the heat which arises by sending an electric current.

ここで、図４を用いて、冷却手段の一例である冷却素子について説明する。図４は、ノズルプレートの液体噴射面側の平面図及びＡ−Ａ’線断面図である。図示するように、第２のプレート１４ｂの表面（液体噴射面）上には、ノズル開口１３のノズル列を取り囲むように、冷却素子４４が配設されている。冷却素子４４としては、例えば、ペルチェ素子が用いられる。かかる冷却素子４４は、第２のプレート１４ｂが冷却されるように構成されており、これにより、第２のプレート１４ｂのノズル列近傍が冷却され、ノズル開口１３付近でインクが蒸発することが更に抑制され、ノズル開口１３にインクの粒子成分が析出することが一層抑制できる。このため、より高精度にインクを吐出し得ると共に、ノズル開口１３の目詰まりを確実に防止し得るインクジェット式記録ヘッドが提供される。   Here, the cooling element which is an example of a cooling means is demonstrated using FIG. 4A and 4B are a plan view and a cross-sectional view taken along the line A-A ′ of the liquid ejection surface side of the nozzle plate. As illustrated, a cooling element 44 is disposed on the surface (liquid ejection surface) of the second plate 14b so as to surround the nozzle row of the nozzle openings 13. As the cooling element 44, for example, a Peltier element is used. The cooling element 44 is configured such that the second plate 14b is cooled, whereby the vicinity of the nozzle row of the second plate 14b is cooled and the ink is evaporated near the nozzle opening 13. It is possible to suppress the precipitation of the ink particle component in the nozzle opening 13. For this reason, an ink jet recording head capable of ejecting ink with higher accuracy and reliably preventing clogging of the nozzle openings 13 is provided.

なお、冷却手段は、冷却素子４４に限定されない。例えば、冷却手段は、第２のプレート１４ｂに設けた冷媒流路を流通して、加熱されたインクよりも低温度の冷媒であってもよい。   The cooling means is not limited to the cooling element 44. For example, the cooling means may be a refrigerant having a temperature lower than that of the heated ink through the refrigerant flow path provided in the second plate 14b.

また、これらのインクジェット式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図５は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。   These ink jet recording heads constitute a part of a recording head unit including an ink flow path communicating with an ink cartridge or the like, and are mounted on the ink jet recording apparatus. FIG. 5 is a schematic view showing an example of the ink jet recording apparatus.

図５に示すように、インクジェット式記録ヘッドを有する記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ及び２Ｂが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。   As shown in FIG. 5, in the recording head units 1A and 1B having the ink jet recording head, cartridges 2A and 2B constituting ink supply means are detachably provided, and a carriage 3 on which the recording head units 1A and 1B are mounted. Is provided on a carriage shaft 5 attached to the apparatus body 4 so as to be movable in the axial direction. The recording head units 1A and 1B, for example, are configured to eject a black ink composition and a color ink composition, respectively.

そして、駆動モータ６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ローラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８に巻き掛けられて搬送されるようになっている。   The driving force of the driving motor 6 is transmitted to the carriage 3 via a plurality of gears and timing belt 7 (not shown), so that the carriage 3 on which the recording head units 1A and 1B are mounted is moved along the carriage shaft 5. The On the other hand, the apparatus body 4 is provided with a platen 8 along the carriage shaft 5, and a recording sheet S which is a recording medium such as paper fed by a paper feed roller (not shown) is wound around the platen 8. It is designed to be transported.

なお、液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを挙げて説明したが、本発明は、広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものであり、インク滴以外の液滴を噴射する液体噴射ヘッドの製造方法にも勿論適用することができる。その他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、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ディスプレー、ＦＥＤ（電界放出ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。   Although an ink jet recording head has been described as an example of a liquid ejecting head, the present invention is intended for a wide range of liquid ejecting heads in general and manufactures a liquid ejecting head that ejects liquid droplets other than ink droplets. Of course, the method can also be applied. Other liquid ejecting heads include, for example, various recording heads used in image recording apparatuses such as printers, color material ejecting heads used in the manufacture of color filters such as liquid crystal displays, organic EL displays, and FEDs (field emission displays). Examples thereof include an electrode material ejection head used for electrode formation, a bioorganic matter ejection head used for biochip production, and the like.

実施形態に係る記録ヘッドの概略断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a recording head according to an embodiment. 実施形態に係る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 according to the embodiment. 実施形態に係る流路形成基板の断面図である。It is sectional drawing of the flow-path formation board | substrate which concerns on embodiment. 実施形態に係るノズルプレートの平面図及び断面図である。It is the top view and sectional view of a nozzle plate concerning an embodiment. 実施形態に係るインクジェット式記録装置の概略図である。1 is a schematic view of an ink jet recording apparatus according to an embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１０ 記録ヘッド、 １１ 圧力発生室、 １２ 流路形成基板、 １３ ノズル開口、 １４ ノズルプレート、 １５ 振動板、 １６ 圧電素子、 １７ 圧電素子ユニット、 １８ 収容部、 １９ ヘッドケース、 ２１ リザーバ、 ２２ インク供給路、 ２３ ノズル連通孔、 ２４ 弾性膜、 ２５ 支持板、 ２６ 島部、 ２７ 薄肉部、 ２８ コンプライアンス部、 ２９ 圧電材料、 ３０，３１ 電極形成材料、 ３２ 圧電素子形成部材、 ３３ 固定基板、 ３４ 配線、 ３５ 回路基板、 ３６ 導電パッド、 ３７ 配線基板、 ３８ 開口部、 ４０ 加熱流路、 ４１ インク導入路、 ４２ 撥水膜、 ４３ 隔壁、 ４４ 冷却素子   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Recording head, 11 Pressure generating chamber, 12 Flow path formation board, 13 Nozzle opening, 14 Nozzle plate, 15 Diaphragm, 16 Piezoelectric element, 17 Piezoelectric element unit, 18 accommodating part, 19 Head case, 21 Reservoir, 22 Ink supply Path, 23 nozzle communication hole, 24 elastic film, 25 support plate, 26 island part, 27 thin part, 28 compliance part, 29 piezoelectric material, 30, 31 electrode forming material, 32 piezoelectric element forming member, 33 fixed substrate, 34 wiring 35 circuit board, 36 conductive pad, 37 wiring board, 38 opening, 40 heating flow path, 41 ink introduction path, 42 water repellent film, 43 partition wall, 44 cooling element

Claims (7)

液体を噴射する液体噴射面にノズル開口が設けられたノズルプレートと、
該ノズルプレートの前記液体噴射面とは反対側の面に接合されて前記ノズル開口に連通する圧力発生室を含む液体流路を有する流路形成基板と、
前記圧力発生室内に液滴を噴射するための圧力を付与する圧力発生手段と、
前記液体流路内の前記液体を加熱する加熱手段とを具備し、
前記ノズルプレートは、前記流路形成基板に接合された第１のプレートと、該第１のプレートに接合された第２のプレートとから構成され、
前記第２のプレートは、前記第１のプレートの熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する材料からなる
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。 A nozzle plate provided with nozzle openings on a liquid ejection surface for ejecting liquid;
A flow path forming substrate having a liquid flow path including a pressure generating chamber joined to a surface of the nozzle plate opposite to the liquid ejection surface and communicating with the nozzle opening;
Pressure generating means for applying pressure for ejecting droplets into the pressure generating chamber;
Heating means for heating the liquid in the liquid flow path,
The nozzle plate includes a first plate joined to the flow path forming substrate and a second plate joined to the first plate,
The liquid ejecting head according to claim 1, wherein the second plate is made of a material having a thermal conductivity lower than that of the first plate. 請求項１に記載する液体噴射ヘッドにおいて、
前記第２のプレートを冷却する冷却手段を具備する
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。 The liquid ejecting head according to claim 1,
A liquid ejecting head comprising cooling means for cooling the second plate. 請求項２に記載する液体噴射ヘッドにおいて、
前記冷却手段は、前記第２のプレートの前記液体噴射面側に設けられた冷却素子である
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。 The liquid ejecting head according to claim 2,
The liquid ejecting head, wherein the cooling means is a cooling element provided on the liquid ejecting surface side of the second plate. 請求項１〜請求項３の何れか一項に記載する液体噴射ヘッドにおいて、
前記加熱手段は、前記流路形成基板に配設された加熱用導線である
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。 In the liquid jet head according to any one of claims 1 to 3,
The liquid ejecting head according to claim 1, wherein the heating means is a heating wire disposed on the flow path forming substrate. 請求項１〜請求項３の何れか一項に記載する液体噴射ヘッドにおいて、
前記加熱手段は、前記流路形成基板に形成された加熱流路に循環する熱媒体である
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。 In the liquid jet head according to any one of claims 1 to 3,
The liquid ejecting head according to claim 1, wherein the heating unit is a heat medium that circulates in a heating flow path formed on the flow path forming substrate. 請求項１〜請求項５の何れか一項に記載する液体噴射ヘッドにおいて、
前記第２のプレートの前記液体噴射面には、撥水膜が設けられている
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。 In the liquid jet head according to any one of claims 1 to 5,
A liquid ejecting head, wherein a water repellent film is provided on the liquid ejecting surface of the second plate. 請求項１〜請求項６の何れか一項に記載する液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置。   A liquid ejecting apparatus comprising the liquid ejecting head according to claim 1.

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