JP3108975B2 - Inkjet head - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、圧力発生手段によりイ
ンク圧力室内のインクに圧力を印加して、インク滴を吐
出させるインクジェットヘッドの構造に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure of an ink jet head which applies pressure to ink in an ink pressure chamber by a pressure generating means to discharge ink droplets.

【０００２】[0002]

【従来の技術】一端がインクタンクに連通するインク圧
力室にノズル開口を設けると共に、インク圧力室に圧力
を発生させる手段、例えばインク圧力室内にインクの一
部を気化させるべく設けられたヒータや、またインク圧
力室の一部をダイヤフラム状に形成して変形可能領域を
形成し、この領域を押圧する機械的変形手段を設けて、
ノズル開口からインク滴を発生させるように構成されて
いる。2. Description of the Related Art A nozzle opening is provided in an ink pressure chamber having one end communicating with an ink tank, and means for generating pressure in the ink pressure chamber, for example, a heater provided in the ink pressure chamber for vaporizing a part of ink, In addition, a part of the ink pressure chamber is formed in a diaphragm shape to form a deformable area, and mechanical deformation means for pressing this area is provided,
It is configured to generate ink droplets from the nozzle openings.

【０００３】特にインク圧力室の一部に変形可能領域を
形成して、この領域に縦振動モードの圧電素子を当接さ
せる方式によれば、熱によるインクの変質を招くことが
ないので、カラー印刷などに適している。In particular, according to a method in which a deformable region is formed in a part of the ink pressure chamber and a piezoelectric element in a longitudinal vibration mode is brought into contact with this region, the ink does not deteriorate due to heat. Suitable for printing etc.

【０００４】このような縦型振動モードを備えた圧電素
子によりインク圧力室を弾性変形させてインク滴を発生
させるインクジェットヘッドは、たわみ型振動モードの
圧電素子を用いたインクジェットヘッドに比べ大きな押
圧力を発生させることができる。さらに積層型の縦型振
動モードの圧電素子にすることによって低い駆動電圧で
大きな押圧力が得られる。従ってインク圧力室のノズル
開口の配列方向の間隔を極めて小さくすることができ、
高い解像度での印刷が可能となる。An ink jet head that generates ink droplets by elastically deforming an ink pressure chamber by a piezoelectric element having such a vertical vibration mode has a larger pressing force than an ink jet head using a flexural vibration mode piezoelectric element. Can be generated. Further, a large pressing force can be obtained with a low driving voltage by using a laminated piezoelectric element of a vertical vibration mode. Therefore, the interval in the arrangement direction of the nozzle openings of the ink pressure chamber can be made extremely small,
Printing at a high resolution becomes possible.

【０００５】その反面、解像度を向上させるために高密
度化を図れば図る程、インク圧力室の変形領域領域で発
生する容積変化が小さくなり、印字性能上で必要とされ
るインク滴の量が確保できないという問題が生じる。On the other hand, as the density is increased in order to improve the resolution, the volume change occurring in the deformation region of the ink pressure chamber becomes smaller, and the amount of ink droplet required for printing performance becomes smaller. There is a problem that it cannot be secured.

【０００６】このため、振動部材は圧電素子と当接する
先端部分に、圧電素子の先端の長さよりも長く、剛直な
厚肉部である、所謂アイランド状の突起が形成されてい
て、圧電素子の変位を振動部材の長手方向に拡大してマ
ッチングを取るように構成されている。For this reason, the vibrating member has a so-called island-shaped projection, which is a rigid thick portion, which is longer than the length of the tip of the piezoelectric element, formed at the tip of the piezoelectric element in contact with the piezoelectric element. The displacement is expanded in the longitudinal direction of the vibrating member so that matching is achieved.

【０００７】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら益々高密
度化が図られ、例えば１８０ＤＰＩ(dot par inch)を越
える密度のヘッドでは、前述の方策によっても充分に達
成できていない。However, higher densities have been attained. For example, a head having a density exceeding 180 DPI (dot par inch) has not been sufficiently achieved by the above-mentioned measures.

【０００８】すなわち、ノズル開口列を、相互のノズル
開口が千鳥状となるように１８０ＤＰＩの密度で２列配
列した、解像度３６０ＤＰＩ程度のインクジェットヘッ
ドでは、インク圧力室の長さが１乃至は２mm、幅が１０
０μｍ程度である。また、変形領域を構成する振動部材
の可撓性を備えた領域の厚さ、すなわち薄肉部の厚さは
１乃至は６μｍである。また圧電素子からの変位を受け
る領域の厚さ、すなわち厚肉部の厚さは４０μｍ程度で
ある。また、インク圧力室を変形させる縦振動モードの
積層型の圧電素子は、先端の大きさが７００μｍ×７０
μｍ程度で、作用部の長さが５mm、積層方向の積層間隔
が２０μｍである。That is, in an ink jet head having a resolution of about 360 DPI, in which two nozzle opening rows are arranged at a density of 180 DPI so that the nozzle openings are staggered, the length of the ink pressure chamber is 1 to 2 mm. Width 10
It is about 0 μm. The thickness of the flexible region of the vibrating member constituting the deformation region, that is, the thickness of the thin portion is 1 to 6 μm. The thickness of the region that receives the displacement from the piezoelectric element, that is, the thickness of the thick portion is about 40 μm. In addition, a vertical vibration mode laminated piezoelectric element that deforms the ink pressure chamber has a tip size of 700 μm × 70.
It is about μm, the length of the action part is 5 mm, and the lamination interval in the lamination direction is 20 μm.

【０００９】しかし、この様な構成によっては印字に必
要とされる０．０９μｇ程度のインク量を得ることは難
しい。However, with such a configuration, it is difficult to obtain an ink amount of about 0.09 μg required for printing.

【００１０】この様な課題を解決するだけならば、駆動
電圧を高め、また圧電素子の作用部の長さを延ばす手法
も考えられるが、一方で圧電素子の伸縮動作によって発
生する過度のインク圧力や振動部材の厚肉部の応力が薄
肉部に集中することによって振動部材に破損が生じた
り、駆動回路の価格上昇やヘッドの小型化に反してしま
う。他方において振動部材の厚肉部の厚さを厚くするこ
とも有効な方策の一つであるが、高密度化に伴い容易に
達成することは困難である。In order to solve such a problem only, a method of increasing the driving voltage and extending the length of the working portion of the piezoelectric element is conceivable. On the other hand, excessive ink pressure generated by the expansion and contraction of the piezoelectric element is considered. When the stress of the thick portion of the vibration member is concentrated on the thin portion, the vibration member may be damaged, or the cost of the drive circuit may be increased or the head may be downsized. On the other hand, increasing the thickness of the thick portion of the vibrating member is one of the effective measures, but it is difficult to easily achieve it with the increase in density.

【００１１】そこで本発明の目的とするところは、これ
らの課題を解決して印字品質とインク吐出効率の向上
と、振動部材と圧電素子とが当接する当接部の耐久性
と、振動部材の耐久性とを兼備する新規なインクジェッ
トヘッドを提供することにある。Therefore, it is an object of the present invention to solve these problems and improve printing quality and ink ejection efficiency, durability of a contact portion where a vibration member and a piezoelectric element are in contact with each other, and improvement of the vibration member. An object of the present invention is to provide a novel inkjet head having both durability and durability.

【００１２】[0012]

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、この
ような課題を解決するためのインクジェットヘッドとし
て、インク圧力室と、該インク圧力室に連通するノズル
開口及びインク供給路と、前記インク圧力室の一壁面を
構成する振動部材と、該振動部材と当接し前記インク圧
力室の容積を変化させる圧力発生手段とを具備するイン
クジェットヘッドにおいて、前記振動部材は少なくとも
厚肉部と薄肉部とから成り、前記圧力発生手段が当接す
る前記厚肉部の部位の幅は広く、該厚肉部の非当接部位
の幅は狭く形成されていることを特徴とする。That is, the present invention provides an ink jet head for solving the above-mentioned problems, an ink pressure chamber, a nozzle opening and an ink supply path communicating with the ink pressure chamber, and the ink pressure chamber. In an ink jet head including a vibration member that forms one wall surface of the chamber, and pressure generating means that abuts the vibration member and changes the volume of the ink pressure chamber, the vibration member includes at least a thick portion and a thin portion. The width of the thick part where the pressure generating means abuts is wide, and the width of the non-contact part of the thick part is narrow.

【００１３】また、前記振動部材は、前記厚肉部と薄肉
部とを囲繞する枠部を有し、前記厚肉部が前記インク供
給路に沿って延びて前記枠部と連結していることを特徴
とする。The vibration member has a frame surrounding the thick portion and the thin portion, and the thick portion extends along the ink supply path and is connected to the frame. It is characterized by.

【００１４】また前記振動部材は、金属から成る前記厚
肉部と、高分子樹脂から成る前記薄肉部材とを直接固着
することを特徴とする。Further, the vibrating member is characterized in that the thick portion made of metal and the thin member made of polymer resin are directly fixed.

【００１５】[0015]

【実施例】本発明をより詳細に説述するために、添付の
図面に従ってこれを説明する。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which: FIG.

【００１６】本実施例では印字解像度３６０ＤＰＩ(dot
par inch)のプリンタを実現すべく、複数のノズル開口
を１８０ＤＰＩの密度に２列並べたものである。In this embodiment, the printing resolution is 360 DPI (dot)
In order to realize a printer of (par inch), a plurality of nozzle openings are arranged in two rows at a density of 180 DPI.

【００１７】図１と図２は、本実施例を適用した縦振動
モードの圧電素子を用いたインクジェットヘッドの概要
を示すものであり、図１はインクジェットヘッドの要部
の断面を示す図であり、図２はこのヘッドの概要を示す
を分解図である。図中符号１は圧電素子ユニットで、図
３に示すように縦振動モードを備えた圧電素子２，２‥
‥が１８０ＤＰＩの配列間隔、すなわち略１４０μｍ間
隔でユニット基材３上に拘持されている。FIGS. 1 and 2 show an outline of an ink jet head using a piezoelectric element of a longitudinal vibration mode to which this embodiment is applied, and FIG. 1 is a view showing a cross section of a main part of the ink jet head. FIG. 2 is an exploded view showing the outline of this head. In the drawing, reference numeral 1 denotes a piezoelectric element unit, which is a piezoelectric element 2 having a longitudinal vibration mode as shown in FIG.
‥ are held on the unit substrate 3 at an arrangement interval of 180 DPI, that is, at an interval of approximately 140 μm.

【００１８】これら圧電素子２，２‥‥は、厚さ７００
μｍ程度の圧電板の一端をユニット基材３に拘持させ、
幅が７０μｍのスリット４，４‥‥を１４０μｍの間隔
で深さ数mm程度に切り込むことによって形成される。ま
た、このスリット４，４‥‥は加工精度、圧電素子２，
２‥‥へのダメージの軽減からダイシングソーやワイヤ
ーソーなどのダイヤモンド砥石によって加工するのが好
適である。These piezoelectric elements 2, 2 # have a thickness of 700
One end of the piezoelectric plate of about μm is held by the unit base material 3,
It is formed by cutting slits 4, 4 ‥‥ having a width of 70 μm to a depth of several mm at intervals of 140 μm. The slits 4 and 4 are provided with processing accuracy, piezoelectric elements 2 and
In order to reduce the damage to 2 mm, it is preferable to perform processing with a diamond grindstone such as a dicing saw or a wire saw.

【００１９】これら圧電素子２，２‥‥は、その対向し
合うそれぞれの面に電極５，５‥‥と電極６，６‥‥と
が形成されていて、一方の面の電極５，５‥‥はユニッ
ト基材３のリード電極７，７‥‥と、他方の面の電極
６，６‥‥は接続部材８により短絡されいて両側のダミ
ー素子１０，１０に形成された電極１１，１１を介して
リード電極１２，１２に接続されている。これらリード
電極７，７‥‥、並びに１２，１２は、接続手段１４を
介して駆動回路に接続されている。In these piezoelectric elements 2, 2 #, electrodes 5, 5 # and electrodes 6, 6 # are formed on opposing surfaces, and electrodes 5, 5 # on one surface. ‥ is the lead electrodes 7, 7 の of the unit base material 3, and the electrodes 6, 6 の on the other surface are short-circuited by the connecting member 8 to the electrodes 11, 11 formed on the dummy elements 10, 10 on both sides. It is connected to the lead electrodes 12 and 12 via the same. These lead electrodes 7, 7 # and 12, 12 are connected to a drive circuit via connection means 14.

【００２０】振動部材２０は、図４に示すように薄肉部
２１と厚肉部２２，２２‥‥と枠部２４とを有し、薄肉
部２１の中に長手方向の両端部が半円となるアイランド
状の厚肉部２２，２２‥‥が形成されている。さらに厚
肉部２２，２２‥‥の圧電素子２，２‥‥が当接する部
位２２ａ，２２ａ‥‥の幅Ｗａは、圧電素子２，２‥‥
が当接しない部位２２ｂ，２２ｂ‥‥の幅Ｗｂよりも広
く形成されている。この厚肉部２２，２２‥‥の形成密
度は、圧電素子２，２‥‥の形成密度である１８０ＤＰ
Ｉに対応する１４０μｍの間隔であり、圧電素子２，２
‥‥先端が、それぞれの厚肉部２２，２２‥‥に対応し
て当接している。また枠部２４は、薄肉部２１と厚肉部
２２，２２‥‥とを囲繞して、薄肉部２１の補強と振動
部材２０全体の剛性とを得ている。As shown in FIG. 4, the vibrating member 20 has a thin portion 21, thick portions 22, 22 ', and a frame portion 24. Both ends in the longitudinal direction of the thin portion 21 are semicircular. Island-shaped thick portions 22, 22 # are formed. Further, the width Wa of the portions 22a, 22a # of the thick portions 22, 22 # with which the piezoelectric elements 2, 2 # abut is determined by the piezoelectric elements 2, 2 #.
Are formed wider than the width Wb of the portions 22b, 22b # that do not abut. The formation density of the thick portions 22, 22 ‥‥ is 180 DP, which is the formation density of the piezoelectric elements 2, 2 ‥‥.
140 μm interval corresponding to the piezoelectric elements 2, 2
The {tips} are in contact with the respective thick portions 22, 22}. Further, the frame portion 24 surrounds the thin portion 21 and the thick portions 22, 22 ′ to obtain reinforcement of the thin portion 21 and rigidity of the entire vibration member 20.

【００２１】再び図１、図２に戻って、図中符号３０は
スペーサで、ノズル基材４０と振動部材２０との間に介
在してインク圧力室３１，３１‥‥とリザーバ３２を形
成するとともに、各インク圧力室３１，３１‥‥とリザ
ーバ３３とを接続するインク供給路３３を形成するため
に、通孔３５，３５‥‥、３６、３７，３７‥‥を備え
ている。Referring again to FIGS. 1 and 2, reference numeral 30 denotes a spacer, which is interposed between the nozzle base material 40 and the vibration member 20 to form the ink pressure chambers 31, 31 # and the reservoir 32. In addition, through holes 35, 35 #, 36, 37, 37 # are provided for forming an ink supply path 33 connecting the ink pressure chambers 31, 31 # and the reservoir 33.

【００２２】これら振動部材２０、スペーサ３０、並び
にノズル基材４０は、それぞれ相互間での位置合せをし
た上で、気密性（インクの遺漏性）を保持するように流
路構成部材として一体的にまとめ上げられている。そし
て振動部材２０の厚肉部２２，２２‥‥を圧電素子２，
２‥‥の先端に当接させて位置決めした後、ユニット基
材３を接着剤５５により固定し、インクジェットヘッド
を構成している。The vibration member 20, the spacer 30, and the nozzle substrate 40 are aligned with each other, and are integrally formed as flow path constituent members so as to maintain airtightness (leakage of ink). It is put together in. Then, the thick portions 22, 22 # of the vibration member 20 are connected to the piezoelectric elements 2,
After positioning by contacting the tip of 2 ‥‥, the unit base material 3 is fixed with an adhesive 55 to constitute an ink jet head.

【００２３】かかる構成において、インク滴生成の原理
は図５に示すとおりである。圧電素子２，２‥‥に、こ
れを収縮させる方向の駆動信号が印加されると、振動部
材２０を引っ張りながらインク圧力室３１の容積を増大
させ、リザーバ３３からインク供給口３２を介してイン
ク圧力室３１にインクが流入する（図５（ａ）、図５
（ｂ））。In such a configuration, the principle of ink droplet generation is as shown in FIG. When a drive signal in the direction of contracting the piezoelectric element 2, 2 # is applied, the volume of the ink pressure chamber 31 is increased while pulling the vibrating member 20, and the ink is supplied from the reservoir 33 through the ink supply port 32. The ink flows into the pressure chamber 31 (FIG. 5A, FIG.
(B)).

【００２４】次いで圧電素子２，２‥‥を伸長させる駆
動信号を圧電素子２，２‥‥に印加すると、厚肉部２２
を押圧しインク圧力室３３の容積は急激に復原する。厚
肉部２２，２２‥‥は、インク圧力室３１の長手方向に
延びているため、圧電素子２，２‥‥の長さＬｚがイン
ク圧力室３１の長さＬ’に略同等でないとしても、イン
ク圧力室３１は、厚肉部２２，２２‥‥の剛性により広
い範囲で容積変化が生じる。このインク圧力室３１の容
積の増大、復原過程でインク圧力室３１内には高い圧力
が発生し、ノズル開口４１よりインクが押し出されイン
ク滴３４としてが放出される（図５（ｃ））。Next, when a drive signal for expanding the piezoelectric elements 2, 2 # is applied to the piezoelectric elements 2, 2 #, the thick portion 22
, And the volume of the ink pressure chamber 33 recovers rapidly. Since the thick portions 22 and 22 # extend in the longitudinal direction of the ink pressure chamber 31, even if the length Lz of the piezoelectric elements 2, 2 # is not substantially equal to the length L 'of the ink pressure chamber 31. The volume of the ink pressure chamber 31 varies over a wide range due to the rigidity of the thick portions 22, 22 #. During the process of increasing and restoring the volume of the ink pressure chamber 31, a high pressure is generated in the ink pressure chamber 31, and the ink is pushed out from the nozzle opening 41 and ejected as an ink droplet 34 (FIG. 5C).

【００２５】図６は、図４に示した振動部材２０を、圧
電素子２，２‥‥が当接する面より示した図である。FIG. 6 is a diagram showing the vibrating member 20 shown in FIG. 4 from a surface where the piezoelectric elements 2, 2 # come into contact.

【００２６】振動部材２０は、これを構成する材料によ
り厚肉部２２，２２‥‥や薄肉部２１の厚さが変わる
が、例えばニッケル等の金属で一体的に形成した場合に
は、厚肉部２２，２２‥‥はその厚みを２５μｍ程度
に、また薄肉部２１はその厚みを１乃至は３μｍ程度に
選択され、その長さＬ’がせいぜい１〜３mmに，また幅
Ｗ’が１００〜１２０μｍに選択され、さらに厚肉部２
１の長さＬは数１００μｍ〜２mm程度に、幅Ｗｂがせい
ぜい２０〜４０μｍに選ばれている。このような厚肉部
２２，２２‥‥と薄肉部２１とを備えた振動部材２０に
は、ニッケルなどの金属に対しては電気反応によって金
属を析出させる電鋳（エレクトロフォーミング）技術
や、シリコンやガラスなどに対してはエッチング技術
を、さらに高分子樹脂に対しては射出成形を適用するこ
とにより工業レベルで容易に加工することができる。The thickness of the thick portions 22, 22 # and the thin portion 21 of the vibrating member 20 varies depending on the material constituting the vibrating member 20. For example, when the vibrating member 20 is integrally formed of a metal such as nickel, The portion 22, 22 # is selected to have a thickness of about 25 μm, the thin portion 21 is selected to have a thickness of about 1 to 3 μm, the length L ′ is at most 1 to 3 mm, and the width W ′ is 100 to 100 μm. 120 μm and thicker part 2
The length L of one is selected to be about several 100 μm to 2 mm, and the width Wb is selected to be at most 20 to 40 μm. The vibrating member 20 having such thick portions 22, 22 # and the thin portion 21 may be formed by an electroforming technique for depositing a metal such as nickel by an electrical reaction, By applying an etching technique to glass or glass and an injection molding to a polymer resin, it can be easily processed on an industrial level.

【００２７】なお最も好適な構成は、金属からなる厚肉
部２２，２２‥‥と高分子樹脂からなる薄肉部２１とを
直接固着させることである。金属と高分子樹脂とを組合
わせることによって、高分子樹脂が本質的に有している
柔軟性によって変形しやすく、且つ金属が本質的に有し
ている剛直性によって広い範囲に変形を拡大できるた
め、大きなインク滴の量が得られる。The most preferable structure is to directly fix the thick portions 22, 22 # made of metal and the thin portion 21 made of a polymer resin. By combining a metal and a polymer resin, it is easy to deform due to the flexibility inherent in the polymer resin, and the deformation can be expanded to a wide range due to the rigidity inherent in the metal. Therefore, a large amount of ink droplet can be obtained.

【００２８】また、これは本発明者が、幾種もの構成の
試作実験を重ねた上で判明したことであるが、薄肉部２
１と厚肉部２２，２２‥‥との間に接着剤等を介在させ
ると、その界面から剥離が生じ信頼性を損なうと共に、
その接着剤の厚みにより変位の伝達効率が激動して、イ
ンク滴の飛翔速度や重量等の特性のばらつきを抑えるこ
とが極めて困難であることが判った。したがって厚肉部
２２，２２‥‥と薄肉部２１とを直接固着させることが
肝要である。Also, this has been found by the present inventor through repeated trial production experiments of various configurations.
When an adhesive or the like is interposed between the first portion and the thick portion 22, 22 #, peeling occurs from the interface, thereby deteriorating reliability and
It has been found that the displacement transmission efficiency fluctuates due to the thickness of the adhesive, and it is extremely difficult to suppress variations in characteristics such as the flying speed and weight of ink droplets. Therefore, it is important that the thick portions 22, 22 'and the thin portion 21 are directly fixed.

【００２９】そもそも振動部材２０は、圧電素子２，２
‥‥が発生した変位（押圧力）に対して、より多くのイ
ンク滴（つまり吐出させたインク滴の重量、或いは体積
が大きいこと）を吐出させることが主な働きである。First, the vibration member 20 is composed of the piezoelectric elements 2 and 2.
The main function is to discharge more ink droplets (that is, the weight or volume of the discharged ink droplets is large) with respect to the displacement (pressing force) in which ‥‥ occurs.

【００３０】したがって、 薄肉部２１は可及的に柔軟であり、 厚肉部２２，２２‥‥は可及的に剛直であって、 インク圧力室３１を押圧し、振動部材２０の変形する
面積を広くする、 ことによって、より多くのインク滴を吐出することがで
きる。Therefore, the thin portion 21 is as flexible as possible, and the thick portions 22, 22 剛 are as rigid as possible, and press the ink pressure chamber 31 to deform the vibrating member 20. By increasing the width, more ink droplets can be ejected.

【００３１】しかしながらは、薄肉部２１がピンホー
ルなどの欠陥によって発生するインクの遺漏や、薄膜化
によって機械的強度の低下が生じるため、容易に薄くで
きない。However, the thin portion 21 cannot be easily thinned because the ink leaks due to a defect such as a pinhole or the mechanical strength decreases due to the thinning.

【００３２】またの剛直な、つまり剛性が高く且つ圧
電素子２，２‥‥の変位方向に対して厚く厚肉部２２，
２２‥‥を形成することは、インクジェットヘッドの高
密度化によって制約を受けるため容易に厚くできない。Further, the rigid portion, that is, the thick portion 22, which has high rigidity and is thick in the displacement direction of the piezoelectric elements 2, 2 #,
Forming 22 ° cannot be easily made thick because it is limited by the high density of the ink jet head.

【００３３】そのためは、もっとも効果的にインク滴
の量を増加させる手段である。しかしながら、薄肉部２
２の幅を大きく押し広げることは、インクジェットヘッ
ドの高密度化、小型化と密接な関係があり、１８０ＤＰ
Ｉのインクジェットヘッドでは、前述の１００〜１２０
μｍ程度（幅Ｗ’）にほぼ固定されてしまう。また、同
様に厚肉部２２，２２‥‥の幅を拡幅することは、実質
的に薄肉部２１が変形しにくくなり、インク圧力室３１
に大きな容積変化が生じない。This is the most effective means for increasing the amount of ink droplets. However, thin part 2
2 has a close relationship with the high density and miniaturization of the inkjet head.
In the inkjet head of I, the above-described 100 to 120
It is almost fixed to about μm (width W ′). Similarly, increasing the width of the thick portions 22, 22 # makes the thin portion 21 substantially difficult to deform, and the ink pressure chamber 31
No large change in volume occurs.

【００３４】そこで圧電素子２，２‥‥が当接し、圧電
素子２，２‥‥が直接押圧する厚肉部２２，２２‥‥の
部位２２ａ，２２ａ‥‥（図中の斜線部）の幅Ｗａを、
非当接部２２ｂ，２２ｂ‥‥の幅Ｗｂよりも広くするこ
とによって、薄肉部２１の反力に屈せずに大きな容積変
化を得ることができる。Then, the widths of the portions 22a, 22a '(shaded portions in the figure) of the thick portions 22, 22' which the piezoelectric elements 2, 2 'abut against and which the piezoelectric elements 2, 2' directly press. Wa,
By increasing the width Wb of the non-contact portions 22b, 22b #, a large change in volume can be obtained without yielding to the reaction force of the thin portion 21.

【００３５】つまり、圧電素子２，２‥‥の伸縮動作の
中で、圧電素子２，２‥‥の収縮動作は厚肉部２２，２
２‥‥に伝達される。このとき厚肉部２２，２２‥‥
は、薄肉部２１の弾性と協動してインク圧力室３１の容
積を減少させ、また厚肉部２２，２２‥‥の周囲の薄肉
部２１を弾性変形させてインク圧力室３１の容積を減少
させる。That is, in the expansion and contraction operation of the piezoelectric elements 2, 2 #, the contraction operation of the piezoelectric elements 2, 2 #
It is transmitted to 2 ‥‥. At this time, the thick portion 22, 22 ‥‥
Reduces the volume of the ink pressure chamber 31 by cooperating with the elasticity of the thin portion 21 and elastically deforms the thin portion 21 around the thick portions 22, 22 #. Let it.

【００３６】さらに、このときの厚肉部２２，２２‥‥
では、圧電素子２，２‥‥が当接しない部位２２ｂ，２
２ｂ‥‥が、前記非当接部位２２ｂ，２２ｂ‥‥の弾性
とその周囲の薄肉部２１の弾性とを合わせた弾性と、イ
ンク圧力による反力との釣り合いによって弾性変形して
いる。Further, at this time, the thick portions 22, 22 #
Then, the parts 22b, 2 where the piezoelectric elements 2, 2 # do not abut.
2b # is elastically deformed by the balance between the elasticity of the non-contact portions 22b, 22b # and the elasticity of the thin portion 21 around the non-contact portions 22b # and the reaction force due to the ink pressure.

【００３７】一方、厚肉部２２，２２‥‥の、圧電素子
２，２‥‥が当接する部位２２ａ，２２ａ‥‥では、直
接圧電素子２，２‥‥の押圧力が伝達されるため、その
幅がＷａであってもインクの圧力による反力に屈するこ
とがなく、拡幅した幅の量に見合ったインク圧力室３１
の容積変化が得られ、この結果インク滴の増加に寄与す
る。On the other hand, at the portions 22a, 22a # of the thick portions 22, 22 # where the piezoelectric elements 2, 2 # abut, the pressing force of the piezoelectric elements 2, 2 # is directly transmitted. Even if the width is Wa, the ink pressure chamber 31 does not succumb to the reaction force due to the pressure of the ink and matches the amount of the widened width.
Is obtained, thereby contributing to an increase in the number of ink droplets.

【００３８】本実施例では厚肉部２２，２２‥‥の、圧
電素子２，２‥‥が当接しない部位２２ｂ，２２ｂ‥‥
の幅Ｗｂを３０μｍとし、当接する部位２２ａ，２２ａ
‥‥の長さＬ７００μｍに渡って、その幅Ｗａを５０μ
ｍに拡幅した。この結果、印字性能上で必要な０．０９
μｇのインク滴を吐出でき、厚肉部の幅が３０μｍのま
まの振動部材を用いたインクジェットヘッドに比べ１０
％近いインク滴の重量の増加が達成できた。In this embodiment, portions 22b, 22b of the thick portions 22, 22 # where the piezoelectric elements 2, 2 # do not abut.
Is set to 30 μm, and the contact portions 22a, 22a
‥‥ The width Wa is 50 μm over the length L700 μm.
m. As a result, 0.09 required for printing performance was obtained.
μg of ink droplets, and the width of the thick portion is 30 μm.
% Increase in ink drop weight could be achieved.

【００３９】また、微少な面積であっために信頼性に乏
しく、不確実であった圧電素子２，２‥‥と厚肉部２
２，２２‥‥との当接部を、図中斜線で示した面積に拡
大できたため、信頼性に富み、確実に接合できた。Further, the piezoelectric elements 2, 2 # and the thick-walled portions 2, which were unreliable due to their small area and poor reliability,
Since the contact portion with 2,22 ° could be enlarged to the area shown by oblique lines in the figure, the connection was rich and reliable.

【００４０】図７は、金属と高分子樹脂からなる振動部
材２０の一実施例を示す断面図であり、厚肉部２２，２
２‥‥は、化学エッチングによって成されている。FIG. 7 is a sectional view showing an embodiment of the vibration member 20 made of metal and a polymer resin.
2 ‥‥ is made by chemical etching.

【００４１】本実施例の製造工程を説明すると、後に厚
肉部２２，２２‥‥に形成される金属箔上に、薄肉部２
１となる高分子樹脂を塗布する。つぎに金属箔を選択的
に化学エッチングすると、厚肉部２２，２２‥‥が形成
される。The manufacturing process of this embodiment will be described. A thin portion 2 is formed on a metal foil to be formed later on the thick portion 22, 22 #.
The polymer resin which becomes 1 is applied. Next, when the metal foil is selectively chemically etched, thick portions 22, 22 # are formed.

【００４２】なお金属箔には、ステンレス、ニッケル及
びその合金、銅及びその合金が好適であり、中でもＳＵ
Ｓ３０４鋼とＳＵＳ４３０鋼とは、材料の剛性と、エッ
チング精度と、インク成分への耐性と、箔材への加工性
とを兼備する最も好ましい材料である。For the metal foil, stainless steel, nickel and its alloys, and copper and its alloys are preferable.
S304 steel and SUS430 steel are the most preferable materials having both the rigidity of the material, the etching accuracy, the resistance to the ink component, and the workability to the foil material.

【００４３】また高分子樹脂は、ポリイミド樹脂とアラ
ミド樹脂とが、エッチング液とインク成分への耐性と、
樹脂自身が発現する接着性とを兼備する好ましい材料で
ある。In the polymer resin, a polyimide resin and an aramid resin have resistance to an etching solution and an ink component, and
It is a preferable material having both the adhesiveness exhibited by the resin itself.

【００４４】図８は、金属と高分子樹脂からなる振動部
材２０の他の実施例を示す断面図であり、厚肉部２２，
２２‥‥として金属を析出して形成している。FIG. 8 is a sectional view showing another embodiment of the vibration member 20 made of a metal and a polymer resin.
22 ° is formed by depositing a metal.

【００４５】本実施例の製造工程を説明すると、薄肉部
２１となる高分子樹脂にニッケル、金、クロムなど金属
を析出するための析出電極２５を真空成膜する。The manufacturing process of this embodiment will be described. A deposition electrode 25 for depositing a metal such as nickel, gold or chromium on a polymer resin to be a thin portion 21 is formed by vacuum deposition.

【００４６】つぎに半硬化状態の固体レジスト、所謂ド
ライフィルムフォトレジストを高分子樹脂に貼着し、露
光と現像とによってパターニングする。ただしこのレジ
ストは液体のフォトレジストよっても差し支えないが、
液体フォトレジストは厚肉部２２，２２‥‥の形成密度
によって析出できる金属の厚さが制約されるため、より
厚い厚肉部２２，２２‥‥が形成できるドライフィルム
フォトレジストの方が好ましい。Next, a semi-cured solid resist, a so-called dry film photoresist, is adhered to a polymer resin and patterned by exposure and development. However, this resist can be a liquid photoresist,
Since the thickness of the metal that can be deposited in the liquid photoresist is limited by the formation density of the thick portions 22, 22 #, a dry film photoresist capable of forming the thicker portions 22, 22 # is more preferable.

【００４７】このレジストが選択的に除去され、析出電
極２５が露出した部分に金属を析出させ、厚肉部２２，
２２‥‥を形成する。The resist is selectively removed, and a metal is deposited on a portion where the deposition electrode 25 is exposed.
22 ° is formed.

【００４８】最後に前記レジストを全て除去して振動部
材２０を形成している。Finally, the vibration member 20 is formed by removing all the resist.

【００４９】また、この後に析出電極２５を除去しても
差し支えない。After that, the deposition electrode 25 may be removed.

【００５０】なお、高分子樹脂には延伸された高分子フ
ィルムが好適で、ポリエーテルイミド樹脂、ポリアミド
イミド樹脂、ポリパラバン酸樹脂、ポリサルフォン樹
脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリエーテルケトン
樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリオレフィ
ン樹脂が好適ある。中でもポリイミド樹脂、アラミド樹
脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリフェニレンサ
ルファイド樹脂がインク成分への耐性と薄膜性とを兼備
する最も好適な材料である。The polymer resin is preferably a stretched polymer film, and is preferably a polyetherimide resin, a polyamideimide resin, a polyparabanic acid resin, a polysulfone resin, a polyethersulfone resin, a polyetherketone resin, or a polyetherether resin. Ketone resins and polyolefin resins are preferred. Among them, a polyimide resin, an aramid resin, a polyethylene naphthalate resin, and a polyphenylene sulfide resin are the most preferable materials having both the resistance to the ink component and the thin film property.

【００５１】また、厚肉部２２，２２‥‥の金属には、
金、クロム、パラジウム、白金、銅などによって形成で
きるが、価格とインク成分への耐性に優れたニッケル及
びその合金が好ましい。The metal of the thick portions 22, 22 # includes
Although it can be formed of gold, chromium, palladium, platinum, copper, or the like, nickel and its alloy which are excellent in price and resistance to ink components are preferable.

【００５２】さらに析出電極２５には、真空成膜できる
金属であれば何れの金属でも差し支えないが、クロム、
ニッケル、ニッケル-クロム合金、チタン、プラチナ、
パラジウム、タングステンが好適である。最も好ましく
は、前述した好適な金属を高分子フィルム側に成膜し、
その上層に金を成膜した２層構造が、高分子フィルムと
の密着性と、析出した金属、すなわち厚肉部２２，２２
‥‥の析出性と、インク成分への耐性とを兼備できる組
合わせである。Further, any metal can be used for the deposition electrode 25 as long as it can form a vacuum film.
Nickel, nickel-chromium alloy, titanium, platinum,
Palladium and tungsten are preferred. Most preferably, the above-mentioned suitable metal is formed on the polymer film side,
The two-layer structure in which gold is formed on the upper layer has a high adhesion to the polymer film and the deposited metal, that is, the thick portions 22,22.
This is a combination that can have both the precipitation property of と and the resistance to ink components.

【００５３】また上記構成によれば、薄肉部２１に絶縁
性物質である高分子樹脂を使用しているため、剛性が要
求される厚肉部２２，２２‥‥に金属を用いても、圧電
素子２，２‥‥の表面露出する電極６，６‥‥（図３参
照）との絶縁を容易にとることができた。Further, according to the above configuration, since the thin portion 21 is made of a polymer resin which is an insulating material, even if a metal is used for the thick portions 22, 22 #, which require rigidity, the piezoelectric portion can be used. The insulation from the electrodes 6, 6 # (see FIG. 3) exposed on the surfaces of the elements 2, 2 # could be easily obtained.

【００５４】図９には、図６に示した厚肉部２２，２２
‥‥とは別の形状の厚肉部２２，２２‥‥を形成した振
動部材２０の実施例を示す。FIG. 9 shows the thick portions 22, 22 shown in FIG.
An embodiment of the vibrating member 20 in which thick portions 22, 22 # having a shape different from that of {circle around (2)} are formed is shown.

【００５５】圧電素子２，２‥‥の伸縮動作に伴い、厚
肉部２２，２２‥‥の長手方向の両端部付近の薄肉部２
１には応力が集中しやすく、亀裂や破れなどの破損Ｋ，
Ｋが発生しやすい。この様な破損Ｋ，Ｋを防止するため
に、厚肉部２２，２２‥‥の長手方向の端部２２ｃ、２
２ｃの大きさを大きく設定することは有効な方策であ
る。With the expansion and contraction of the piezoelectric elements 2, 2 #, the thin portions 2 near the both ends in the longitudinal direction of the thick portions 22, 22 #.
1 is easy for stress to concentrate and damage K such as crack or tear
K easily occurs. In order to prevent such damages K, K, the longitudinal ends 22c,
It is an effective measure to increase the size of 2c.

【００５６】また、周知の如くインク滴の吐出効率を高
めるためにインク供給口３２の流体抵抗はノズル開口４
１の流体抵抗よりも大きく設定されており、通常インク
供給口３２側には大きなインクの圧力が作用する（図５
参照）。この結果、インク供給口３２側の厚肉部２２，
２２‥‥端部付近の薄肉部２１では、とりわけ破損が発
生しやすい。この様な課題に対し、特にインク供給口３
２側の厚肉部２２，２２‥‥の端部をなくし、厚肉部２
２，２２‥‥と枠部２４とをブリッジ状に連結する（図
中符号２３）ことで破損が防止される。Also, as is well known, the fluid resistance of the ink supply port 32 is increased by the nozzle opening 4 in order to increase the ejection efficiency of the ink droplet.
1 is set to be larger than the fluid resistance of FIG. 1, and a large ink pressure acts on the normal ink supply port 32 side (FIG. 5).
reference). As a result, the thick portion 22 on the ink supply port 32 side,
The thin portion 21 near the 22 ° end is particularly susceptible to breakage. In order to solve such a problem, in particular, the ink supply port 3
The end of the thick portion 22, 22 # on the second side is eliminated, and the thick portion 2
By connecting the 2, 22 ° and the frame portion 24 in a bridge shape (reference numeral 23 in the figure), breakage is prevented.

【００５７】つまり、厚肉部２２，２２‥‥の、インク
供給口３２側の一端を枠部２４に支持され片持ち梁状と
なって、薄肉部２１の弾性と協動してインク圧力室３１
を収縮させ、また厚肉部２２，２２‥‥は周囲の薄肉部
２１を弾性変形させてインク圧力室３１を収縮させる。
このインク圧力室３１の収縮によって発生するインク圧
力は、ノズル開口４１近傍のインクをノズル開口４１か
ら液滴として飛翔させ、また一部が厚肉部２２，２２‥
‥周辺の薄肉部２１を弾性変形させて過度なインク圧力
を減少させる。一方、インク供給口３２側のインク圧力
は、厚肉部２２，２２‥‥を変形させるように作用する
が、インク供給口３２側の端部が枠部２４に連結してい
るため、この領域の変形はほとんど発生しない。That is, one end of the thick portions 22, 22 # on the ink supply port 32 side is supported by the frame portion 24 to form a cantilever shape, and the ink pressure chambers cooperate with the elasticity of the thin portion 21. 31
And the thick portions 22, 22 # elastically deform the surrounding thin portions 21 to cause the ink pressure chamber 31 to contract.
The ink pressure generated by the contraction of the ink pressure chamber 31 causes the ink in the vicinity of the nozzle opening 41 to fly as droplets from the nozzle opening 41, and a part of the ink flows into the thick portions 22, 22.
(4) The excessive thin ink portion 21 is elastically deformed to reduce excessive ink pressure. On the other hand, the ink pressure on the ink supply port 32 side acts to deform the thick portions 22, 22 #, but since the end on the ink supply port 32 side is connected to the frame portion 24, this region Almost no deformation occurs.

【００５８】これにより、圧電素子２，２‥‥の変位を
妨げることなく、しかもインク供給口３２側の薄肉部２
１の疲労を防止することができる。Thus, the thin portion 2 on the ink supply port 32 side is not hindered from disturbing the displacement of the piezoelectric elements 2, 2 #.
1 can be prevented from being fatigued.

【００５９】なお、このブリッジ２３は、可及的のその
幅Ｗｃを狭く設定することによって、効果的に圧電素子
２，２‥‥の押圧力の損失をなくし、且つ過度のインク
圧力を減少させることに有効である。By setting the width Wc as narrow as possible, the bridge 23 effectively eliminates the loss of the pressing force of the piezoelectric elements 2, 2 # and reduces the excessive ink pressure. It is especially effective.

【００６０】また、厚肉部２２，２２‥‥の両端を枠部
２４に連結しても差し支えないが、本実施例では、より
効果的にインク滴を安定して吐出でき、しかもインク圧
力が最も高まるインク供給口３２側にブリッジ部２５を
設け厚肉部２２，２２‥‥と枠部２４とを連結させた。Although both ends of the thick portions 22 and 22 # may be connected to the frame portion 24, in this embodiment, ink droplets can be more effectively and stably ejected, and the ink pressure is reduced. A bridge portion 25 is provided on the side of the ink supply port 32 which is the highest, and the thick portions 22, 22 # and the frame portion 24 are connected.

【００６１】[0061]

【発明の効果】以上述べたように本発明の構成によれ
ば、圧電素子の伸縮動作をインク圧力室に効率よく伝達
し、微小な圧電素子との当接面積を拡大してインク圧力
室の押圧力を増幅する厚肉部と薄肉部とを有した振動部
材によって、圧電素子と厚肉部との当接部の信頼性が高
くインク滴の吐出特性に優れたインクジェットヘッドを
提供することができる。As described above, according to the structure of the present invention, the expansion / contraction operation of the piezoelectric element is efficiently transmitted to the ink pressure chamber, and the contact area with the minute piezoelectric element is enlarged to increase the size of the ink pressure chamber. By providing a vibrating member having a thick portion and a thin portion for amplifying a pressing force, it is possible to provide an ink jet head in which a contact portion between a piezoelectric element and a thick portion has high reliability and excellent ink droplet ejection characteristics. it can.

【００６２】また、圧電素子の伸縮動作によって発生す
る過度のインク圧力や厚肉部の応力が薄肉部に集中によ
って、耐久性が乏しかった振動部材の信頼性を高めるこ
とができる。In addition, since the excessive ink pressure and the stress of the thick portion generated by the expansion and contraction operation of the piezoelectric element concentrate on the thin portion, the reliability of the vibration member having poor durability can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明の一実施例を示すインクジェットヘッド
の断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of an inkjet head according to an embodiment of the present invention.

【図２】本発明のインクジェットヘッドの概要を示す組
み立て斜視図である。FIG. 2 is an assembled perspective view showing an outline of an ink jet head of the present invention.

【図３】同上のヘッドに使用する圧電素子ユニットの一
実施例を示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing one embodiment of a piezoelectric element unit used for the head.

【図４】振動部材と圧電素子の配置関係を示す説明図で
ある。FIG. 4 is an explanatory diagram showing an arrangement relationship between a vibration member and a piezoelectric element.

【図５】本発明のインクジェットヘッドの動作を示す説
明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing the operation of the inkjet head of the present invention.

【図６】本発明の第１の実施例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図７】本発明の第２の実施例を示す断面図である。FIG. 7 is a sectional view showing a second embodiment of the present invention.

【図８】本発明の第３の実施例を示す断面図である。FIG. 8 is a sectional view showing a third embodiment of the present invention.

【図９】本発明の第４の実施例を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a fourth embodiment of the present invention.

【図１０】本発明の第５の実施例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a fifth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ 圧電素子ユニット ２ 圧電素子 ２０ 振動部材 ２１ 薄肉部 ２２ 厚肉部 ２２ａ 厚肉部における圧電素子が当接する部位 ２２ｂ 厚肉部における圧電素子の非当接部位 ２２ｃ 厚肉部の長手方向の端部 ２３ ブリッジ部 ２４ 枠部 ２５ 析出電極 ３０ スペーサ ３１ インク圧力室 ３２ インク供給口 ３３ リザーバ ３４ インク滴 ４０ ノズル基板 ４１ ノズル開口 ５０ 基台 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piezoelectric element unit 2 Piezoelectric element 20 Vibration member 21 Thin part 22 Thick part 22a Part where thick part touches piezoelectric element 22b Non-contact part of piezoelectric element in thick part 22c End part in the longitudinal direction of thick part Reference Signs List 23 bridge part 24 frame part 25 deposition electrode 30 spacer 31 ink pressure chamber 32 ink supply port 33 reservoir 34 ink droplet 40 nozzle substrate 41 nozzle opening 50 base

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/045 B41J 2/055 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. ⁷ , DB name) B41J 2/045 B41J 2/055

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】 インク圧力室と、該インク圧力室に連通
するノズル開口及びインク供給路と、前記インク圧力室
の一壁面を構成する振動部材と、該振動部材と当接し前
記インク圧力室の容積を変化させる圧力発生手段とを具
備するインクジェットヘッドにおいて、前記振動部材は
少なくとも厚肉部と薄肉部とからなり、前記圧力発生手
段が当接する前記厚肉部の部位の幅は広く、該厚肉部の
非当接部位の幅は狭く形成されていることを特徴とする
インクジェットヘッド。An ink pressure chamber; a nozzle opening and an ink supply path communicating with the ink pressure chamber; a vibrating member forming one wall surface of the ink pressure chamber; In the ink jet head having a pressure generating means for changing a volume, the vibrating member includes at least a thick part and a thin part, and a part of the thick part where the pressure generating means abuts has a wide width and a large thickness. An ink jet head characterized in that the width of a non-contact portion of a flesh portion is formed narrow. 【請求項２】 前記振動部材は、前記厚肉部と薄肉部と
を囲繞する枠部を有し、前記厚肉部が前記インク供給路
に沿って延びて前記枠部と連結していることを特徴とす
る請求項１記載のインクジェットヘッド。2. The vibration member has a frame portion surrounding the thick portion and the thin portion, and the thick portion extends along the ink supply path and is connected to the frame portion. The ink jet head according to claim 1, wherein: 【請求項３】 前記振動部材は、金属から成る前記厚肉
部と、高分子樹脂から成る前記薄肉部とから形成されて
いることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘ
ッド。3. The ink jet head according to claim 1, wherein said vibrating member is formed of said thick portion made of metal and said thin portion made of a polymer resin.