JP3638293B2

JP3638293B2 - Inkjet head

Info

Publication number: JP3638293B2
Application number: JP1835793A
Authority: JP
Inventors: 茂夫野々山; 良樹長崎; 千佳子坂本; 正則上田; 高田　　昇; 義明坂本
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1993-02-05
Filing date: 1993-02-05
Publication date: 2005-04-13
Anticipated expiration: 2020-04-13
Also published as: JPH06226975A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、インクジェットプリンタに使用されるインクジェットヘッドに関するものである。
【０００２】
インクジェットプリンタは、効率が良く、小型で、解像度が高く、印字が静かに行われるという特徴があり、近年の普及は目覚ましいものがあるが、最近では、携帯用プリンタに代表される小型プリンタに対する需要が大きいため、さらに小型化，高効率化を図ることが急務になっている。
【０００３】
これらの要望に対応するため、インクジェットヘッドも、薄板状ヘッドの端面にノズルが設けられているいわゆるエッジシュート型だけでなく、薄板の平面上にノズルが設けられているいわゆるサイドシュート型が検討され、その中でも特に、ノズルのほぼ直下に圧力発生源を設けて小型化，高効率化を図ったもの（以下、直下型と呼ぶ）が開発され始めた。
【０００４】
【従来の技術】
この方式の従来の直下型インクジェットヘッドの例を図１８（Ａ）乃至図１８（Ｄ）に示す。これらの構成は次の通りである。図１８（Ａ）は、圧力発生源として圧電素子を用いたものであり、圧力発生部である圧力室１が２列のノズル２の両側に各ノズル２にそれぞれ連絡してほぼ円弧状に配列され、該各圧力室１に接する振動板上には該各圧力室１に対向する圧電素子３がそれぞれ取り付けられている。矢印Ａ方向はノズル２からのインク噴出方向で、矢印Ｂ方向はヘッド走査方向である。
【０００５】
図１８（Ｂ）は、走査方向に対し交差して斜めに配列された各ノズルに連絡する各圧力室が平行に配列されたものを示し、各圧力室に接する振動板上には圧電素子３がそれぞれ取り付けられている。図１８（Ｃ）は、ノズルが斜めに２列に配列され、各圧力室が２列に向き合わせて配列されたものを示している。
【０００６】
また、図１８（Ｄ）は、圧力発生源として電気熱変換素子４を用いたバブルジェット方式のもので、該電気熱変換素子４は、ノズル５のほぼ真下にある圧力室６の底面上に配置されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来構造は次の欠点を有していた。すなわち、図１８（Ａ）の場合は、ノズルの外側へいくほどヘッドの性能に寄与しない無駄なスペースが広くなるため、ヘッドが比較的大型になり、かつ圧力室の形状が複雑になるとともに、印字の直後に媒体を押さえると汚れるというインクジェットプリンタ特有の問題を解決するための媒体送り機構にかなりの工夫が必要になる。
【０００８】
また、図１８（Ｂ）の場合は、解像度を上げるためにノズル数を増やすとヘッドの横幅が大きくなり、ヘッド走査の際に媒体と接触して、媒体を汚したり破ったりする危険が増加するとともに、各ノズル毎に駆動タイミング制御を行わねばならず、制御方法が複雑化し、印字品位を保つのが困難になる。
【０００９】
また、図１８（Ｃ）の場合は、圧力室を２列に向き合わせることにより上記欠点の改善を図っているが、制御方法が複雑化し印字品位を保つのが困難になるという欠点は依然として残っている。
【００１０】
また、図１８（Ｄ）の場合は、駆動源のエネルギ密度が高いため、比較的小さな圧力室を用いることが可能で、図１８（Ａ）〜図１８（Ｃ）よりはかなり小型のヘッドが実現でき、欠点も少ない。しかし、この形状のままでは、解像度は３００ｄｐｉ程度が限界であり、それ以上の高解像度化を図るのが困難である。
【００１１】
本発明は、高解像度，かつ小型のインクジェットヘッドを低コストで生産することを可能にするインクジェットヘッドを提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、少なくとも１個以上のノズルから成るノズル列が２ｎ本（但し、ｎ≧２の整数）形成されたインクジェットヘッドにおいて、最上位のドットを印字するノズルを第一番目のノズルとして以下順に最下位のドットを印字するノズルまで番号を付けたとき、任意の第ｍ番目のノズルの属するノズル列と第（ｍ＋ｎ）番目のノズルの属するノズル列とが擬似的に１列として取り扱うことが可能なように間隔ａがドットピッチｐに対してｐ／２の整数倍となるように近接して配置されており、第ｍ番目のノズルの属するノズル列と第（ｍ＋１）番目のノズルの属するノズル列とが前記近接して配置された間隔よりも相対的に離れて配置されており、前記２ｎ本のノズル列に対応する圧力室が共通の部材に形成され、且つ、前記圧力室の平面形状が四角形状で、各圧力室におけるノズル位置とインク供給口とが四角形の角の互いに対角線の位置に配置されているとともに、前記近接して配置した２本のノズル列の印字タイミングを同期して擬似的に１列として駆動する手段を設けたことを特徴とする構成（第１の構成）とする。
【００１３】
また、上記第１の構成のインクジェットヘッドにおいて、ノズルを対向させて近接配置された２つのノズル列に対応する２つの圧力室列が、１つの圧力室群となるようにインク供給路によって全周をとりまかれていることを特徴とする構成（第２の構成）とする。
【００１４】
また、上記第２の構成のインクジェットヘッドにおいて、圧力室群が複数個あって、これらを取り囲むインク供給路が圧力室群ごとに分離され、分離された各インク供給路がそれぞれ異なる色のインクの供給を受けることを特徴とする構成（第３の構成）とする。
【００１５】
【作用】
第１の構成の場合は、圧力室が無駄な面積をとらずに無理なく配置できる。また、ノズル列は擬似的に１列として取り扱うことが可能なように間隔ａがドットピッチｐに対してｐ／２の整数倍となるように２列ずつ近接しているため、ヘッド駆動制御を行うときは該２列のノズル列の印字タイミングを同期して疑似的に１列として取り扱うことが可能となる、すなわち、制御は非常に容易になる。
また、圧力室の平面形状を四角形状とし、各圧力室におけるノズル位置とインク供給口とが四角形の角の互いに対角線の位置に配置することによって、インクの流れは淀み点がなくなり、インク注入時に気泡が残ることはなく、ヘッドの信頼性は一層向上する。
さらに、インクの噴射に寄与しない部分の面積がなくなって、結果的にヘッドをより小型化することができる。
【００１６】
第２の構成の場合は、インク供給路をこのような形状とすることで、各圧力室に対して上下のいずれからでもインクを供給でき、実質的なインク供給能力が増大する。これにより、インク噴射はより安定し、また高速印字も可能になる。
【００１７】
第３の構成の場合は、分離された各インク供給路にそれぞれ異なる色のインクが供給されて複数色の印字ができるようになっているため、色の数だけの微小改行によりカラー印字を行うことができる。
【００１８】
以上を要約すると、本発明によれば、高解像度かつ小型のインクジェットヘッドを低コストで得ることができる。
【００１９】
【実施例】
以下、図１乃至図１７に関連して本発明の実施例を説明する。
【００２０】
本発明は、圧力室を最小限の面積に無理なく配列させ、しかも従来例に挙げられた欠点を極力小さくできる構造を実現するものである。そのために、圧力室の縦方向は、仕切り壁を含めて、ヘッドの解像度ピッチの２ｎ倍（但し、２ｎは前述したノズル列の本数）が最大幅になるように分割されている必要がある。インクジェットヘッドの走査方向は、駆動源の性能に応じて必要最小限の幅となるように決定される。
【００２１】
図１乃至図４に実施例を示す。
【００２２】
図１は本実施例のインクジェットヘッドの構造説明図で、図１（Ａ）は各圧力室，ノズルの標準的な配置を示している。この図１（Ａ）のインクジェットヘッド１１は、複数のノズル１２を縦方向に並設して成るノズル列が２ｎ本（但し、ｎ≧２）形成され、各ノズル１２はそれぞれ圧力室１３に連結している。なお、本図ではｎ＝２の場合を示している。
【００２３】
各ノズル列は、最上位のドットを印字するノズル（一番左のノズル列の一番上のノズル）を第一番目のノズルとして以下順に最下位のドットを印字するノズル（一番右のノズル列の一番下のノズル）まで番号を付けたとき（図中、圧力室１３内に付した＜＞付の数字がノズル番号になる）、任意の第〈ｍ〉番目のノズルが属するノズル列と第（ｍ＋ｎ）番目のノズルの属するノズル列とが近接して配置されており、第ｍ番目のノズルの属する列と第（ｍ＋１）番目のノズルの属するノズル列とが離れて配置されている。
【００２４】
これらの配置を具体的に説明すると、例えば、第９番目のノズル１２が属するノズル列（一番左の列）と（９＋２）の第１１番目のノズル１２が属するノズル列（左から２番目の列）とが近接し、第９番目のノズル１２が属するノズル列と（９＋１）の第１０番目のノズル１２の属するノズル列（左から３番目の列）とが離れている。
【００２５】
このようなノズル及び圧力室の配置を行った場合、圧力室が無駄な面積をとらずに無理なく配置できる。また、ノズル列の数は４列あるが、２列ずつ間隔ａを介し近接しているため、ヘッド駆動制御を行うときには疑似的に２列として取り扱うことが可能となる。これは、４列制御を行う場合と比較して制御が非常に容易になる。
【００２６】
なお、図１（Ａ）の距離ａ（例えば９番目のノズルのあるノズル列と、９＋２番目のノズルのあるノズル列との列間距離）について説明を加えると、例えば解像度が３６０ｄｐｉの場合ドットピッチｐは７０．５μｍ（＝３６０／２５．４×１０００μｍ）であり、ａをｐの整数倍に設定すれば、２本のノズル列の印字タイミングは同期させることができる。従って、タイミング信号の数は１本ですみ、制御が簡単になる。
【００２７】
但し、一般にシリアルドットプリンタにおいては、斜め線のつながりを美しくするために、横方向について見かけ上２倍の解像度に相当する位置にドットを印字するということが行われている。これについても考慮した場合には、ａがｐ／２の整数倍に設定すれば良いことになる。
【００２８】
また、図１（Ａ）のｂ寸法（例えば第９番目のノズルのあるノズル列と、第（９＋１）番目のノズルのあるノズル列との距離）についても、内容及び効果は上記とほぼ同様である。
【００２９】
また、図１（Ｂ）のインクジェットヘッド２１は、図１（Ａ）のノズル列間の距離と、ノズル２２の縦方向の間隔（解像度に依存する）とが一定の比率となるように設定されたもので、各ノズル列に対応する圧力室２３の上下の仕切り壁が、横方向の２ｎ本の圧力室列にわたって、点線で示すように直線をなしている。このため各圧力室２３は図示のような形となっている。
【００３０】
この場合は、仕切り壁の決め方によっては、図１（Ａ）の場合よりも圧力室の面積が小さくなることもあるが、寸法検査が容易になるとともに、後述するように駆動源として圧電素子等を用いた場合に、駆動源を一体に形成した後分離する方法を採ることが可能となり、製造性が大幅に改善される。
【００３１】
また、図１（Ｃ）のインクジェットヘッド３１は、図１（Ｂ）の圧力室の面積を最大限に増やすために、上下の仕切り壁のつくる直線を平行として圧力室形状を平行四辺形にしたものである。図中、３２はノズル、３３は圧力室である。
【００３２】
この場合は、仕切り壁の幅がどこでも一定となることにより、インクの噴射に寄与しない部分の面積がなくなって、結果的にヘッドを図１（Ｂ）より小型化できる。
【００３３】
図２は図１（Ａ）のインクジェットヘッド１１のインク供給路の構造説明図で、図２（Ａ）に示すように、左から一番目の列の各圧力室１３はインク供給路４１ａに接続し、２番目と３番目の列の各圧力室１３は該両列の間を通るインク供給路４１ｂに接続し、４番目の列の各圧力室１３はインク供給路４１ｃに接続している。
【００３４】
ところで、管路の摩擦抵抗は、ダルシー・ワイズバッハの式として知られるように、断面積の４乗に反比例する。従って、図２（Ｂ）に示したような従来方式と比較すると、インク供給路の共通化により、インク供給路に要する横方向の幅を縮めることが可能になる。これもヘッドの小型化に有効な手段である。
【００３５】
インク供給路の他の例を図３に示す。
シリアルドットプリンタにおいては、全べた印字の場合を除いて、すべてのノズルが同時に駆動されることはまれである。従って、インク供給路４２を図３（Ａ）のような形状とする（ノズル同士が近接する２つのノズル列に対応する２つの圧力室列が、１つの圧力室群となるようにインク供給路４２によって全周をとりまかれている）ことで、各圧力室１３に対して共通のインク供給路４２の上下どちらからもインクを供給できることになり、実質的なインク供給能力が増大する。これによって、インク噴射はより安定化し、高速印字も可能になる。
【００３６】
図３（Ｂ）は、インク供給路を、各圧力室列にそれぞれ連絡するイエロー用のインク供給路４３ａ，シアン用のインク供給路４３ｂ，マゼンタ用のインク供給路４３ｃ，及びブラック用のインク供給路４３ｄに分離したものを示している。このヘッドでは１パスで４色の印字ができ、４回の微小改行によって文字を印字できる。勿論ブラックは３色の混合で印字することも可能で、その場合は圧力室群を３列に分離すれば良い。このようにすれば、小型で単一のカラーヘッドが実現できる。
【００３７】
上記のようにインク供給路から各圧力室にインクを供給する際に、インク供給路，ノズルの位置を適切に設定することが気泡の滞留をなくす上で重要で、図４はこれらの位置設定要領を示している。以下図４（Ａ）〜図４（Ｅ）を用いて詳細に説明する。
【００３８】
図４（Ｂ）のように、ノズル５１が圧力室５２の角部にないときは、インク供給路５３からの初期のインク注入時に圧力室５２内に気泡５４が残りやすく、また何かのタイミングでノズル５１から気泡を吸い込んだ場合にも、同じ位置に気泡５４が引っ掛かりやすくなる。この気泡は、インク排出操作を行っても、インクの流れの淀み点にあるため、なかなか排出されない。
【００３９】
圧力室内部に気泡が存在すると、駆動源による圧力波が大幅に減衰し、インク噴射が停止してしまう。これに対し、ノズル５１を図４（Ａ）に示すように圧力室５２の角部近傍に配置した場合には、気泡が存在しても、排出操作の際に矢印で示したインクの流れに乗るため、容易に排出でき、ヘッドの信頼性は向上する。
【００４０】
また、このようにインク室角部にノズルを設けても、インク供給路５３が圧力室５２の中央に接続する場合は、図４（Ｃ）に示すように、初期のインク注入時に圧力室５２内の右角部に気泡が残りやすい。この場所も、インク排出操作の際のインク流れの淀み点であり、気泡はなかなか排出されない。そこで、インク供給路５３を図４（Ｄ）に示すようにノズル５１と対角に配置すると、インクの流れは図中矢印線のようになって淀み点がなくなり、インク注入時に気泡が残ることはなく、ヘッドの信頼性は一層向上する。
【００４１】
さらに、図４（Ｅ）に示すように、図４（Ｄ）の構造のものを点対称に配置すると、個々の圧力室５２はインク供給路５３からノズル５１まで全く同じ形状とすることができる。これにより、ヘッド特性の確保が容易になる。
【００４２】
本発明のインクジェットヘッドの主要構成及び効果については以上の通りであるが、次にこのヘッドの動作，製造方法等について説明する。
【００４３】
図５は圧電素子を駆動源とするインクジェットヘッドの動作説明図で、図５（Ａ）は非動作時を示し、図５（Ｂ）は動作時を示している。図中、７１はノズル７１ａを備えたノズル板、７２は圧力室７２ａ及び該圧力室７２ａに連絡する図示しないインク供給路を備えた流路板、７３は振動板で、これらの３枚の板は接着等により積層されている。７４は圧電素子である。圧力室７２ａはノズル７１ａに連通し、圧電素子７４は振動板７３の表面に接着等により固定されて圧力室７２ａに対向している。
【００４４】
図５（Ａ）は圧電素子７４に電圧を印加していない状態であり、振動板７３はたわんでいない。図５（Ｂ）は圧電素子７４に電圧を印加した状態であり、圧電素子７４の変位力によって振動板７３がたわみ、インク粒子７５がノズル７１ａから噴射される。
【００４５】
図６は静電力利用インクジェットヘッドの動作説明図で、図６（Ａ）は非動作時を示し、図６（Ｂ）は動作時を示している。図中、８１はノズル８１ａを備えたノズル板、８２は圧力室８２ａ及び図示しないインク供給路を備えた流路板、８３は振動板、８４はエアギャップ８４ａを備えた絶縁層、８５は基板である。
【００４６】
図６（Ａ）は電圧を印加していない状態であり、振動板８３はたわんでいない。図６（Ｂ）は図示のように電圧を印加した状態であり、静電力によって振動板８３がたわみ、インク粒子８６がノズル８１ａから噴射される。
【００４７】
図７は電気熱変換素子使用インクジェットヘッドの動作説明図で、図７（Ａ）は非動作時を示し、図７（Ｂ）は動作時を示している。図中、９１はノズル９１ａを備えたノズル板、９２は圧力室９２ａ及び図示しないインク供給路を備えた流路板、９３は基板、９４は圧力室９２ａ内で基板９３上に配置された電気熱変換素子である。
【００４８】
図７（Ａ）は電気熱変換素子９４に通電していない状態である。図７（Ｂ）は電気熱変換素子９４に通電した状態であり、発生した熱エネルギによってインクの一部が瞬時に沸騰して気泡９６を形成する。この気泡の成長によって、ノズル９１ａからインク粒子９５が噴射される。
【００４９】
図８は圧電素子形成方法説明図である。通常、圧電素子は、前述（図５）のように、各圧力室に対応する位置で振動板上に接合されているが、図８の場合は、複数の圧力室を覆う大きさの圧電素子１０１を接合後、これを圧力室を仕切る仕切り壁の真上の位置で切断して、各圧力室にそれぞれ対応する圧力室を形成する。
【００５０】
切断用の機械としては、半導体等の切り離しに用いられる精密スライサーを用いるのが有効である。この場合には、切断溝幅は約５０μｍと非常に薄くできるため、取り除かれる部分が小さくなってヘッドが不必要に大きくなることを防げるとともに、切断の位置精度も±５μｍ程度の誤差に収まるため、個々の圧電素子の大きさのばらつきを非常に小さくすることができる。
【００５１】
図９は圧電素子の他の形成方法説明図で、すべての圧力室を覆うよりも大きい圧電素子１００を接合後、これを図８と同様の方法により切断して、各圧力室にそれぞれ対応する圧力室を形成する。これにより、圧電素子群の外周に不饗な部分（図中斜線記人部分）が残る。一般に圧電素子を振動板に接着する場合、接着剤の塗布量によっては、接着剤が素子の表面まではみ出して硬化することかある。
【００５２】
このはみ出した接着剤が素子表面の電極を覆ってしまうと、導通不良を引き起こす。この問題は、図９のように圧電素子群の外周に不要な部分を設けることによって解決できる。また、圧電素子を振動板に半田付けした場合には、一般に素子自身が薄いために、半田が圧電素子の外周で上下の電極間のブリッジとなり、絶縁不良を起こすことがある。絶縁不良がひどい場合には、装置そのものの破壊につながるため、大問題である。
【００５３】
このような場合にも、不要な部分を素子の外周に設けておけば、半田ブリッジを生じても、実際に使用する部分は絶縁が確保されているために、使用上問題となることはない。さらに、圧電素子を切断する場合には、切り始めと切り終りにおいてチッピング（微小な欠け）が生じやすいが、不要な部分を外周に設けておけば、チッピングが起きた場合でも、実際に使用する部分には被害がないために不良品とならない。従って、ヘッドの歩留まりが良くなり、信頼性も向上する。
【００５４】
図１０は圧電素子と圧力室の位置合わせ手段説明図で、１０３₁，１０３₂は、圧電素子１０１の接着面上で接着範囲の外側に設けられた十字型の基準マークである。圧電素子を振動板に接着後切断する場合には、切断位置と圧力室の位置ずれが大きな問題となる。位置ずれが大きくなると、圧電素子の変位が振動板に有効に伝わらなくなると同時に、ある圧力室に対応した圧電素子を駆動した場合に、その素子の一部が隣接した別の圧力室にかかっていることになり、機械的干渉が起きるという問題を生じる。
【００５５】
従って、位置ずれをいかに小さくするかが重要になってくるが、圧電素子は不透明なため、素子を透かして圧力室と位置合わせをするのは不可能である。この問題は、流路板を形成する際に、圧力室の切断位置の基準となる基準マーク１０３を同時に形成することによって、切断位置決めを正確かつ容易にして解決することができる。
【００５６】
図１１はヘッドの組立工程図である。このヘッドは、ノズル１１１ａを備えたノズル板１１１と、圧力室１１２ａ及び該圧力室１１２ａに連絡するインク供給路（図示せず）を備えた流路板１１２（図５の流路板７２と振動板７３を一体化したものに相当）と、圧電素子１１３とを積層したもので、その組立工程は次の通りである。
【００５７】
まず、図１１（Ａ）に示すノズル板１１１，流路板１１２を作成する。ノズル板１１１は、感光性ガラス（品名：ＰＥＧ３，ホーヤ株式会社製）のエッチングにより製作する。なお、ノズル径は５０μｍ，板厚は２００μｍとした。また、ノズルの製造方法としては、この方法にこだわらず、電鋳法等を用いても良い。流路板１１２は、感光性ガラスをエッチングして製作した。板厚は１５０μｍ，エッチング深さは５０μｍとした。材料としては、シリコン，ステンレススチールを使用し、エッチングにより流路を形成しても良い。また、プレス加工により一枚の板に凹凸の加工を行って流路板を形成することもできる。
【００５８】
次に、この２枚を図１１（Ｂ）に示すように接合する。接合には、▲１▼使用中に部品の脱落が起きないと同時に、隣接圧力室とのクロストークが起こらないように、非常に細い仕切り壁の部分で漏れがなく強固に接合されていること、▲２▼接合用の接着剤やバインダが圧力室内にあふれて、ノズルを塞いだり、気泡がたまりやすくなったり、インクの流れを阻害したりすることのないようにすること、の２点を満足する必要がある。
【００５９】
そのため、各種接合実験を行ったところ、次の３種類の接合方法が有効であることが確認された。すなわち、エポキシ系接着剤を用いる方法、紫外線硬化型嫌気性接着剤を用いる方法、ろう接方法の３種類が有効である。次にそれぞれの場合について詳述する。
【００６０】
エポキシ系接着剤を用いる場合には、比較的高い粘度の二液混合タイプを用いるのが望ましく、その塗布は、ゴムローラまたはバーコータを用いて、少量の接着剤を流路板に薄く均一に行うようにする。その後ノズル板と合わせ、加圧しながら加熱，硬化させる。エポキシ接着剤としては、ＡＷ１０６，ＨＶ９５３Ｕチバガイギー製（８０℃，３時間硬化）を用いる。
【００６１】
紫外線硬化型嫌気性接着剤（ＬＩ２１０，ロックタイト）を用いる場合には、塗布方法はエポキシ系接着剤と同様だが、硬化させる場合に、加圧しながら紫外線を照射することが異なる。ノズル板または流路板のどちらかが透明な場合には、紫外線を直接接着剤に照射できるが、両方とも不透明な場合でも、端部に露出した接着剤が紫外線により硬化して、内部の接着剤は空気から遮断され、その後は嫌気性のために徐々に内部まで硬化が進む。
【００６２】
接着剤を用いる場合の特長は、流路板とノズル板の材質がかなり自由に選択することができることと、１００℃以下という比較的低い温度で作業できるために、寸法の狂いや反り，材質の変成が起きにくいという点である。
【００６３】
また、ろう接の場合は、流路板とノズル板が両方とも金属であることが必要となる。ろう接の手順は、流路板表面にバインダとしてはんだメッキやニッケルメツキ等を施し、ノズル板と合わせて強く加圧しながら、バインダ剤の融点以上に加熱して接合を行う。ろう付の特徴としては、強度が非常に高く、漏れやあふれが殆んど起こらず、インク内に強い溶媒が混ざっていても接合部分がダメージを受けることはない、ということが挙げられる。
【００６４】
次に、図１１（Ｃ）に示すように、流路板１１２の流路形成していない面に、銀ペースト（シルベスト，ＰＳ７０７，徳力化学研究所製）を塗布し、１６０℃，１時間で焼き付けて、電極１１４を形成する。なお、流路板としてステンレススチール板を使用すると、この電極形成は不要である。
【００６５】
次に、図１１（Ｄ）に示すように、トーキン製の圧電素子１１３を流路板１１２上に接合する。この接合については、▲１▼圧電素子の変位エネルギを振動板（流路板１１２の圧力室１１２ａに接する部分）に効率良く伝達すると同時に、繰り返し荷重に耐えるように強固に接合されていること、▲２▼圧電素子の下部電極と電極１１４の間に電気的な導通がとれていないと圧電素子が作動しないため、接合層に導電性があるか、または接合層が非常に薄く（１０μｍ以下程度）圧電素子の下部電極の一部が電極１１４と接していること、の２点を満足する必要がある。
【００６６】
そのため各種接合実験を行ったところ、次の各種の接合方法が有効であることが確認された。すなわち、エポキシ系接着剤を用いる方法、紫外線硬化型接着剤を用いる方法、導電性接着剤を用いる方法、はんだ付けによる方法が有効である。
【００６７】
エポキシ系接着剤を用いる場合は、使用接着剤，塗布方法については上述の場合（ノズル板と流路板の接合）と同様なので詳細説明を省略するが、気泡の残存が少なく接着状態は良好である。なお、接着剤塗布後真空槽内で脱泡処理を行うと、一層良い結果が得られる。
【００６８】
紫外線硬化型嫌気性接着剤を用いる場合には、上述の場合と同様に接着が行われるが、１００℃以下の比較的低い温度で作業できるために、圧電素子の劣化が起きにくい。
【００６９】
一方、はんだ付けの場合は、流路板が金属であることが必要となる。はんだ付けの手順は、流路板表面にはんだメッキを施し、圧電素子と合わせて強く加圧しながら、はんだの融点以上に加熱して接合を行う。はんだ付けの特徴としては、強度が非常に高く、導電性があるために導通不良が起きることはなく、はんだをメッキで振動板にのせるために、接合層は非常に薄くなる。なお、はんだ付けを行った場合は、圧電素子が高温にさらされるため、素子の再分極措置を行うのが望ましい。
【００７０】
その後、図１１（Ｅ）に示すように、ダイシングソー（ＤＡＤ２５Ｐ／６Ｔ，（株）ディスコ）により切断した後、図１１（Ｆ）に示すように供給口にジョイント１１５を取り付けてインクカートリッジ（図示せず）に接続する。そして、図１１（Ｇ）に示すように、圧電素子駆動源に接続するフレキシブルケーブル１１６を圧電素子直前まで引き回し、ワイヤボンディングで各圧電素子に接続する。
【００７１】
上記ワイヤボンディングによる接続部の詳細を図１２（Ａ）に示す。本図に明らかなように、フレキシブルケーブル１１６の導体１１６ａの露出面と圧電素子はワイヤボンディングにより接続される。１１６ｂ及び１１６ｃは、フレキシブルケーブル１１６のベースフィルム及びカバーフィルムである。この場合の特徴は、設備の汎用性があり、低コストなことである。但し、圧電素子が振動する構造のため、防湿効果を兼ねた接合強度の補強（シリコン塗布等）が必要である。
【００７２】
次に、上記ワイヤボンディング以外の接続方法について説明する。
【００７３】
図１２（Ｂ）は熱圧着方式で、フレキシブルケーブル１１６の導体露出面と圧電素子１１３の表面に厚さ数μｍ〜十数μｍのはんだ１１７を表面処理し、ヒータ１１８により熱加圧してはんだ付けするものである。その特徴は、安価で、接続強度の信頼度が高いことである。但し、隣同士の電極のショートを避けるため、ピッチとはんだ表面処理の厚さの管理を注意深く行う必要がある。
【００７４】
図１２（Ｃ),（Ｄ）はバンプボンダ方式で、まず図１２（Ｃ）に示すように圧電素子１１３上に数μｍ〜十数μｍ程度の外径のはんだバンプ（はんだボール）１１９を設け、これをヒータ１１８により熱加圧して図１２（Ｄ）に示すようにはんだ付けを行うものである。この方式の特徴は、熱圧着方式に比べ、隣同士のショートの可能性を低減できることである。
【００７５】
図１２（Ｅ）は異方導電ゴム方式で、図１２（Ｅ）に示すように、圧電素子１１３とフレキシブルケーブル１１６との間に異方導電ゴム１２０を挿入し、これを、導体露出部分にのみ凸部１２１ａを設けた弾性材１２１を介し加圧板１２２で加圧することにより導通をとるものである。この方式の特徴は、圧電素子を加熱する必要がないため、再分極処理が不要となることである。但し、圧電素子の振動を妨げないように、弾性材の硬度，加圧力を適切に設定する必要がある。
【００７６】
図１２（Ｆ）は異方導電フィルム方式で、異方導電ゴム方式を改善したものである。この場合は、圧電素子１１３とフレキシブルケーブル１１６との間に異方導電フィルム１２３を挿入し、導体露出部分をヒータ１１８で熱加圧することにより導通をとる方式である。異方導電フィルム（商品名：アニソルム等）は、熱硬化樹脂に導電性粉末を混練したものであり、その特徴は、熱加圧後に熱硬化樹脂が硬化するため、異方導電ゴムのように常加圧する必要がなく、加熱温度もはんだ付けに必要な温度よりも低く抑えることができることである。
【００７７】
図１１に関連して説明したノズル板，流路板の各種製造方法を詳細に補足説明すると次の通りである。
【００７８】
ノズル板は、電鋳，感光性ガラスエッチング，シリコンエッチング，マイクロプレス等で製造される。電鋳方式の場合は、図１３（Ａ）に示すように、基板１３１上にパターン１３２を形成した上に、図示形状のＮｉ１３３を付け、これを成長させてノズル板１３４を形成する。１３４ａはノズルである。この電鋳品を基板１３１からはがして製品が得られる。この方式の特徴は、安価で量産性に優れていることである。
【００７９】
感光性ガラスエッチング方弐の場合は、図１３（Ｂ）に示すように、感光性ガラス１３５の上にマスクパターン１３６を重ね、露光，エッチングを行って、ノズル１３７ａを備えたノズル板１３７を得る。この方式の特徴は、ノズルの長さを長くすることが可能で、インク粒子の飛翔方向の精度を高くするとともに、噴射の安定性を確保しやすいということである。また、透明なため、ヘッド組立後も外部からの検査等が可能である。
【００８０】
シリコンエッチング方式の場合は、図１３（Ｃ）に示すように、シリコン板１３８の上にレジスト１３９を塗布してマスクパターン１４１を重ね、露光，現像，エッチングを行って、ノズル１４１ａを備えたノズル板１４１を得る。この方式の特徴は、エッチング速度が低く寸法管理がしやすいため、加工精度が高いことである。
【００８１】
マイクロプレス方式の場合は、図１３（Ｄ）に示すように、基板にエンボス加工，プレス抜き加工，ラップ仕上げを行って、ノズル１４２ａを備えたノズル板１４２を得る。この方式の特徴は、ノズル長さを長くできることと、加工精度が高いことである。
【００８２】
流路板は、ステンレスエッチングまたはガラスエッチング，シリコンエッチング，感光性ガラスエッチング，プラスチックモールド等で製造される。ステンレスエッチングまたはガラスエッチング方式の場合は、図１４（Ａ）に示すように、ステンレスまたはガラスの基板１４３上にレジスト１４４を塗布してマスクパターン１４５を重ね、露光，エッチング液によるエッチングを行ってレジストを除去し、流路１４６ａを備えた流路板１４６を得る。この方式の特徴は、材料費が安く、加工が容易なことである。
【００８３】
シリコンエッチング方式の場合は、図１４（Ｂ）に示すように、４インチ厚さのＳｉ（１００）の基板１４７の上にＳｉＯ２等のレジスト１４８を塗布し、露光，現像及びエッチング（ＫＯＨ（１０％）水溶液を用いて５０℃，４０分）を行って流路１４９ａを備えた流路板１４９を得る。この方式の特徴は、エッチング速度が低く寸法管理がしやすいため、加工精度が高いことである。
【００８４】
感光性ガラスエッチング方式の場合は、図１４（Ｃ）に示すように、感光性ガラス１５０の上にマスクパターン１５１を重ね、露光，エッチングを行って、ノズル１５２ａを備えた流路板１５２を得る。この方式の特徴は、加工精度が比較的高く、透明なため外部からも検査等ができることである。
【００８５】
プラスチックモールド方式の場合は、図１４（Ｄ）に示すように、左側に示す工程で型を製作する。まず、ガラス基板１５３にフォトレジスト１５４を所定のパターンで塗布し、その表面にスパッタによりＮｉ１５５を形成し、さらに電鋳によりＮｉ１５６を付ける。次に、その表面に基板１５７を張り付け、ガラス基板１５３から剥離して型１５８が得られる。製品成形時には、右側に示すように、この型を平板状の下型１５９上にセットし、２Ｐ材を注型後ＵＶ照射を行うことによって、流路１６０ａを備えた流路板１６０が得られる。この方式の特徴は、量産性に優れていることである。
【００８６】
上述の図１１以降の説明では一体型の流路板について述べたが、その外観を、図１１の流路板１１２を例にとり示すと図１５に示す通りで、その特徴は、部品点数，加工工数が少ないという点である。流路板は一体型だけでなく張り付け型にしても良く、その一例を図１６に示す。
【００８７】
この張り付け型流路板は、振動板１６１の上に感光性樹脂１６２をラミネート加工により形成した後、フォトマスクを通してパターンを感光させ、不要部分を溶剤で除去することにより得られる。１６３は圧力室、１６４はインク供給路である。この方式の特徴は、振動板と仕切り壁に、それぞれに要求される性能に最適な材料を選択できることと、仕切り壁の高さの精度管理が容易にできることである。
【００８８】
ヘッドを構成する各板接合時の位置合わせ方式を図１７に示す。本図は図１１に示したものに適用する場合を示しており、２本のガイドピンを用いるものである。一般に、ピンガイド方式での位置合わせ精度は±１０μｍ程度と言われており、ノズル相互の位置をピンガイドで決定しようとすると、解像度が高いヘッドにおいては、印字精度に問題がでる。
【００８９】
しかし、本図のヘッドのような形状の場合は、ノズル相互の位置精度はノズル板そのもので確保されており、流路とノズルの相対位置の±１０μｍ程度のずれは、特性上問題とならない。その場合に、ピンガイド方式は簡単かつ有効な組立手段である。本図の場合の組立手順は次の通りである。
【００９０】
１６５は２本のガイドピン１６６を備えた位置合わせ治具である。ノズル板１１１，流路板１１２，圧電素子１１３，及びフレキシブルケーブル１１６の各部材にはそれぞれ２本のガイドピン１６６に対応するガイド穴が設けられており、これらのガイド穴をガイドピン１６６に嵌合させることによって、各部材は位置決めされる。
【００９１】
上記のようなヘッド構造において、流路板の圧電素子接合面の接合領域外の外部から見える位置に、ヘッド解像度や部品番号等のデータを彫り込んでおけば、類似のヘッドの判別を容易化することができ、部品の取り違え等をなくすことができる。しかも、そのためにコストアップすることもない。
【００９２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、高解像度かつ小型のインクジェットヘッドを低コストで大量生産することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例のインクジェットヘッドの構造説明図で、図１（Ａ）は各圧力室，ノズルの標準的な配置を示し、図１（Ｂ）及び図１（Ｃ）はそれぞれ仕切り壁の配置を示している。
【図２】本発明の実施例のインク供給路の構造説明図で、図２（Ａ）は本発明のものを示し、図２（Ｂ）は従来のものを示している。
【図３】本発明の実施例の他のインク供給路の構造説明図で、図３（Ａ）は共通インク供給路の場合を示し、図３（Ｂ）はインク供給路分離型の場合を示している。
【図４】本発明の実施例のノズル，インク供給路の位置設定要領説明図で、図４（Ａ）〜（Ｃ）はインク供給路が圧力室の中央に接続する場合を示し、図４（Ｄ),（Ｅ）はインク供給路がノズルと対角の位置に接続する場合を示している。
【図５】圧電素子使用インクジェットヘッドの動作説明図で、図５（Ａ）は非動作時を示し、図５（Ｂ）は動作時を示している。
【図６】静電力利用インクジェットヘッドの動作説明図で、図６（Ａ）は非動作時を示し、図６（Ｂ）は動作時を示している。
【図７】電気熱変換素子使用インクジェットヘッドの動作説明図で、図７（Ａ）は非動作時を示し、図７（Ｂ）は動作時を示している。
【図８】圧電素子の形成方法説明図である。
【図９】圧電素子の他の形成方法説明図である。
【図１０】圧電素子と圧力室の位置合わせ手段説明図である。
【図１１】ヘッドの組立工程図で、図１１（Ａ）〜（Ｇ）は各工程を順に示している。
【図１２】フレキシブルケーブルと圧電素子の各種接続方式説明図で、図１２（Ａ）はワイヤボンディング方式を示し、図１２（Ｂ）は熱圧着方式を示し、図１２（Ｃ ), （Ｄ）はバンプボンダ方弐を示し、図１２（Ｅ）は異方導電ゴム方式を示し、図１２（Ｆ）は異方導電フィルム方式を示している。
【図１３】ノズル板の各種製造方法説明図で、図１３（Ａ）は電鋳方式の場合を示し、図１３（Ｂ）は感光性ガラスエッチング方式の場合を示し、図１３（Ｃ）はシリコンエッチング方式の場合を示し、図１３（Ｄ）はマイクロプレス方式の場合を示している。
【図１４】流路板の各種製造方法説明図で、図１４（Ａ）はステンレスまたはガラスエッチング方式を示し、図１４（Ｂ）はシリコンエッチング方式を示し、図１４（Ｃ）は感光性ガラスエッチング方式を示し、図１４（Ｄ）はプラスチックモールド方式を示す。
【図１５】図１１の流路板の実際の形状を示す斜視図である。
【図１６】張り付け型流路板の形状を示す斜視図である。
【図１７】各板の接合方式を示す斜視図である。
【図１８】従来の各種直下型インクジェットヘッドの構造概要を示す斜視図で、図１８（Ａ）〜（Ｄ）は圧力発生源，圧力室の各種配置をそれぞれ示している。
【符号の説明】
１１，２１，３１インクジェットヘッド
１２，２２，５１，７１ａ，８１ａ，９１ａ，１１１ａ，１３４ａ，１３７ａ，１４１ａ，１４２ａノズル
１３，２３，５２，７２ａ，８２ａ，
９２ａ，１１２ａ，１６３圧力室
４１ａ〜４１ｃ，４２，５３，１６４インク供給路
７１，８１，９１，１１１，１３４，１３７，
１４１，１４２ノズル板
７２，８２，９２，１１２，１４６，１４９，
１６０流路板
７３，８３，１０４，１６１振動板
７４，１０１，１０２，１１３圧電素子
９４電気熱変換素子[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to an ink jet head used in an ink jet printer.
[0002]
Inkjet printers are characterized by high efficiency, small size, high resolution, and quiet printing. In recent years, there has been remarkable spread, but recently there has been a demand for small printers typified by portable printers. Therefore, there is an urgent need for further miniaturization and higher efficiency.
[0003]
In order to meet these demands, not only the so-called edge chute type in which the nozzle is provided on the end face of the thin plate-like head but also the so-called side chute type in which the nozzle is provided on the plane of the thin plate is considered. Of these, in particular, a pressure generator was installed almost directly under the nozzle to reduce the size and increase the efficiency (hereinafter referred to as the direct type).
[0004]
[Prior art]
An example of a conventional direct ink jet head using this method18(A) thru | or figure18Shown in (D). These configurations are as follows. Figure18(A) uses a piezoelectric element as a pressure generation source, and pressure chambers 1 as pressure generation units are arranged in a substantially arc shape in communication with the nozzles 2 on both sides of the nozzles 2 in two rows, On the diaphragm in contact with each pressure chamber 1, a piezoelectric element 3 facing each pressure chamber 1 is attached. The arrow A direction is the ink ejection direction from the nozzle 2, and the arrow B direction is the head scanning direction.
[0005]
Figure18(B) shows the pressure chambers connected in parallel to the nozzles arranged obliquely intersecting the scanning direction, and the piezoelectric elements 3 are respectively arranged on the diaphragms in contact with the pressure chambers. It is attached. Figure18(C) shows a configuration in which the nozzles are diagonally arranged in two rows and the pressure chambers are arranged facing each other in two rows.
[0006]
Also figure18(D) is a bubble jet type using an electrothermal conversion element 4 as a pressure generation source, and the electrothermal conversion element 4 is disposed on the bottom surface of the pressure chamber 6 almost directly below the nozzle 5. .
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional structure has the following drawbacks. That is, figure18In the case of (A), since the useless space that does not contribute to the performance of the head becomes wider as it goes to the outside of the nozzle, the head becomes relatively large and the shape of the pressure chamber becomes complicated, and immediately after printing. Considerable ingenuity is required for the medium feeding mechanism for solving the problem peculiar to the ink jet printer that the medium is soiled when pressed.
[0008]
Also figure18In the case of (B), if the number of nozzles is increased in order to increase the resolution, the width of the head increases, and the risk of soiling or tearing the medium increases due to contact with the medium during head scanning. Drive timing control must be performed every time, and the control method becomes complicated, making it difficult to maintain print quality.
[0009]
Also figure18In the case of (C), the above-mentioned drawbacks are improved by facing the pressure chambers in two rows, but the disadvantage that the control method becomes complicated and it becomes difficult to maintain the print quality still remains.
[0010]
Also figure18In the case of (D), since the energy density of the drive source is high, a relatively small pressure chamber can be used.18(A) to Figure18A considerably smaller head than (C) can be realized, and there are few defects. However, with this shape as it is, the resolution is limited to about 300 dpi, and it is difficult to achieve higher resolution.
[0011]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an ink jet head that makes it possible to produce a high-resolution, small-sized ink jet head at low cost.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the present invention, in the ink jet head in which 2n nozzle rows each including at least one nozzle are formed (where n ≧ 2 is an integer), the nozzle that prints the uppermost dot is the first nozzle. When numbers are assigned to the nozzles that print the lowest dot in the following order as the first nozzle, the nozzle row to which an arbitrary mth nozzle belongs and the nozzle row to which the (m + n) th nozzle belongs are simulated. The intervals a are arranged so as to be an integral multiple of p / 2 with respect to the dot pitch p so that they can be handled as one row, and the (m + 1) th nozzle row to which the mth nozzle belongs. ) The nozzle row to which the No. 1 nozzle belongs is arranged relatively far from the closely arranged interval, and pressure chambers corresponding to the 2n nozzle rows are formed in a common member.In addition, the planar shape of the pressure chamber is a square shape, and the nozzle position and the ink supply port in each pressure chamber are arranged at diagonal positions of the square corner.In addition, a configuration (first configuration) is provided in which means for driving the two nozzle rows arranged close to each other in synchronism with each other is driven in a pseudo manner.
[0013]
Further, in the ink jet head having the first configuration, the entire circumference of the ink supply path may be such that two pressure chamber rows corresponding to two nozzle rows arranged close to each other with the nozzles facing each other form one pressure chamber group. It is set as the structure (2nd structure) characterized by being surrounded.
[0014]
Further, in the ink jet head having the second configuration, there are a plurality of pressure chamber groups, and the ink supply passages surrounding them are separated for each pressure chamber group, and the separated ink supply passages have different color inks. A configuration (third configuration) is characterized by receiving supply.
[0015]
[Action]
In the case of the first configuration, the pressure chamber can be arranged without difficulty without taking up a useless area. Further, since the nozzle rows are close to each other so that the interval a is an integral multiple of p / 2 with respect to the dot pitch p so that the nozzle rows can be handled as one row in a pseudo manner, the head drive control is performed. When performing, it becomes possible to handle the printing timing of the two nozzle rows synchronously as one row, that is, the control becomes very easy.
In addition, the pressure chamber has a square shape, and the nozzle position and the ink supply port in each pressure chamber are arranged at diagonal positions with respect to the square corner. Air bubbles do not remain, and the reliability of the head is further improved.
Further, the area of the portion that does not contribute to ink ejection is eliminated, and as a result, the head can be further downsized.
[0016]
In the case of the second configuration, by forming the ink supply path in such a shape, ink can be supplied from above and below to each pressure chamber, and the substantial ink supply capability is increased. As a result, ink ejection is more stable and high-speed printing is possible.
[0017]
In the case of the third configuration, a plurality of colors can be printed by supplying different colors of ink to the separated ink supply paths, so that color printing is performed by minute line feeds corresponding to the number of colors. be able to.
[0018]
In summary, according to the present invention, a high-resolution and small-sized inkjet head can be obtained at low cost.
[0019]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0020]
The present invention realizes a structure in which the pressure chambers can be arranged in a minimum area without difficulty, and the defects listed in the prior art can be minimized. For this purpose, the longitudinal direction of the pressure chambers, including the partition walls, needs to be divided so that the maximum width is 2n times the resolution pitch of the head (where 2n is the number of nozzle rows described above). The scanning direction of the inkjet head is determined so as to have the minimum necessary width according to the performance of the drive source.Ru.
[0021]
1 to 4ActuallyAn example is shown.
[0022]
FIG. 1 is an explanatory view of the structure of the ink jet head of this embodiment, and FIG. 1 (A) shows a standard arrangement of each pressure chamber and nozzle. In the ink jet head 11 of FIG. 1A, 2n nozzle rows (where n ≧ 2) are formed by arranging a plurality of nozzles 12 in the vertical direction, and each nozzle 12 is connected to a pressure chamber 13. doing. In the figure, the case of n = 2 is shown.
[0023]
Each nozzle row uses the nozzle that prints the highest dot (the top nozzle in the leftmost nozzle row) as the first nozzle, and the nozzle that prints the lowest dot in the following order (the rightmost nozzle) Nozzle row to which any <m> -th nozzle belongs, when numbers are assigned to the nozzles at the bottom of the row (in the figure, the number with <> in the pressure chamber 13 is the nozzle number). And the nozzle row to which the (m + n) th nozzle belongs are arranged close to each other, and the row to which the mth nozzle belongs and the nozzle row to which the (m + 1) th nozzle belongs are arranged apart from each other. .
[0024]
Specifically, these arrangements will be described. For example, the nozzle row to which the ninth nozzle 12 belongs (leftmost row) and the nozzle row to which the eleventh nozzle 12 of (9 + 2) belongs (second from the left) The nozzle row to which the ninth nozzle 12 belongs and the nozzle row to which the (9 + 1) th tenth nozzle 12 belongs (the third row from the left) are separated.
[0025]
When such a nozzle and a pressure chamber are arranged, the pressure chamber can be arranged without difficulty without taking up a useless area. Further, although there are four nozzle rows, the two rows are close to each other with an interval a, so that it is possible to handle them as two rows in a pseudo manner when performing head drive control. This is very easy to control as compared to the case where four-row control is performed.
[0026]
Note that the distance a in FIG. 1A (for example, the inter-column distance between the nozzle row with the ninth nozzle and the nozzle row with the 9 + 2 nozzle) will be described. For example, when the resolution is 360 dpi, the dot pitch p is 70.5 μm (= 360 / 25.4 × 1000 μm), and if a is set to an integral multiple of p, the print timings of the two nozzle arrays can be synchronized. Therefore, the number of timing signals is only one, and the control becomes simple.
[0027]
However, in general, in a serial dot printer, in order to make the connection of diagonal lines beautiful, dots are printed at positions corresponding to an apparently double resolution in the horizontal direction. When this is also taken into consideration, a may be set to an integer multiple of p / 2.
[0028]
Further, the contents and effects of the dimension b in FIG. 1A (for example, the distance between the nozzle array having the ninth nozzle and the nozzle array having the (9 + 1) th nozzle) are substantially the same as described above. is there.
[0029]
In addition, the inkjet head 21 in FIG. 1B is set such that the distance between the nozzle rows in FIG. 1A and the vertical interval (depending on the resolution) of the nozzles 22 are a constant ratio. Thus, the upper and lower partition walls of the pressure chambers 23 corresponding to each nozzle row form a straight line as shown by dotted lines over the 2n pressure chamber rows in the lateral direction. For this reason, each pressure chamber 23 has a shape as shown in the figure.
[0030]
In this case, the area of the pressure chamber may be smaller than in the case of FIG. 1A depending on how the partition wall is determined. However, the dimensional inspection is facilitated and a piezoelectric element or the like is used as a drive source as will be described later. Can be used, the drive source can be integrally formed and then separated, and the manufacturability is greatly improved.
[0031]
In addition, the inkjet head 31 in FIG. 1C has a parallelogram shape with the straight lines formed by the upper and lower partition walls in parallel in order to maximize the area of the pressure chamber in FIG. Is. In the figure, 32 is a nozzle and 33 is a pressure chamber.
[0032]
In this case, since the width of the partition wall is constant everywhere, the area of the portion that does not contribute to the ink ejection is eliminated, and as a result, the head can be made smaller than that in FIG.
[0033]
FIG. 2 is an explanatory view of the structure of the ink supply path of the inkjet head 11 in FIG. 1A. As shown in FIG. 2A, each pressure chamber 13 in the first row from the left is connected to the ink supply path 41a. The pressure chambers 13 in the second and third rows are connected to the ink supply path 41b passing between the two rows, and the pressure chambers 13 in the fourth row are connected to the ink supply passage 41c.
[0034]
By the way, the frictional resistance of the pipe is inversely proportional to the fourth power of the cross-sectional area, as is known as the Darcy-Weissbach equation. Therefore, as compared with the conventional method as shown in FIG. 2B, the width in the horizontal direction required for the ink supply path can be reduced by sharing the ink supply path. This is also an effective means for reducing the size of the head.
[0035]
Another example of the ink supply path is shown in FIG.
In a serial dot printer, it is rare that all nozzles are driven simultaneously except in the case of full printing. Accordingly, the ink supply path 42 is shaped as shown in FIG. 3A (the ink supply path so that two pressure chamber rows corresponding to two nozzle rows in which the nozzles are close to each other constitute one pressure chamber group. 42), the ink can be supplied from above and below the common ink supply path 42 to each pressure chamber 13, and the substantial ink supply capability is increased. As a result, ink ejection is further stabilized and high-speed printing is possible.
[0036]
FIG. 3B shows a yellow ink supply path 43a, a cyan ink supply path 43b, a magenta ink supply path 43c, and a black ink supply that communicate the ink supply paths with the respective pressure chamber rows. A separated road 43d is shown. With this head, four colors can be printed in one pass, and characters can be printed with four minute line feeds. Of course, black can be printed by mixing three colors. In that case, the pressure chamber group may be divided into three rows. In this way, a small and single color head can be realized.
[0037]
As described above, when ink is supplied from the ink supply path to each pressure chamber, it is important to appropriately set the positions of the ink supply path and the nozzle in order to eliminate the retention of bubbles. It shows the point. This will be described in detail below with reference to FIGS. 4 (A) to 4 (E).
[0038]
As shown in FIG. 4B, when the nozzle 51 is not at the corner of the pressure chamber 52, the bubbles 54 are likely to remain in the pressure chamber 52 at the time of initial ink injection from the ink supply path 53, and there is a certain timing. Thus, even when bubbles are sucked from the nozzle 51, the bubbles 54 are easily caught at the same position. Even when the ink discharging operation is performed, these bubbles are not easily discharged because they are at the stagnation point of the ink flow.
[0039]
If bubbles exist in the pressure chamber, the pressure wave from the driving source is greatly attenuated, and ink ejection stops. On the other hand, when the nozzle 51 is arranged near the corner of the pressure chamber 52 as shown in FIG. 4A, even if bubbles are present, the ink flow indicated by the arrow during the discharge operation is performed. Since it rides, it can be easily discharged and the reliability of the head is improved.
[0040]
Even when the nozzles are provided at the corners of the ink chamber as described above, when the ink supply path 53 is connected to the center of the pressure chamber 52, as shown in FIG. Air bubbles tend to remain in the right corner inside. This place is also a stagnation point of the ink flow during the ink discharging operation, and bubbles are not easily discharged. Therefore, if the ink supply path 53 is arranged diagonally to the nozzle 51 as shown in FIG. 4D, the ink flow becomes as indicated by the arrow in the figure, and there is no stagnation point, and bubbles remain when ink is injected. The reliability of the head is further improved.
[0041]
Furthermore, as shown in FIG. 4E, when the structure shown in FIG. 4D is arranged symmetrically, each pressure chamber 52 can have the same shape from the ink supply path 53 to the nozzle 51. . This makes it easy to ensure head characteristics.
[0042]
About main composition and effect of the inkjet head of the present inventionAs above,nextthisThe operation and manufacturing method of the head will be described.
[0043]
Figure5Is an operation explanatory diagram of an ink jet head using a piezoelectric element as a drive source.5(A) shows the non-operating state,5(B) shows the time of operation. In the figure, 71 is a nozzle plate provided with a nozzle 71a, 72 is a pressure chamber 72a and a flow path plate provided with an ink supply path (not shown) connected to the pressure chamber 72a, 73 is a vibration plate, and these three plates Are laminated by bonding or the like. 74 is a piezoelectric element. The pressure chamber 72a communicates with the nozzle 71a, and the piezoelectric element 74 is fixed to the surface of the diaphragm 73 by adhesion or the like and faces the pressure chamber 72a.
[0044]
Figure5(A) is a state in which no voltage is applied to the piezoelectric element 74, and the diaphragm 73 is not bent. Figure5(B) shows a state in which a voltage is applied to the piezoelectric element 74. The diaphragm 73 is deflected by the displacement force of the piezoelectric element 74, and ink particles 75 are ejected from the nozzle 71a.
[0045]
Figure6Is an explanatory diagram of the operation of an inkjet head using electrostatic force.6(A) shows the non-operating state,6(B) shows the time of operation. In the figure, 81 is a nozzle plate having a nozzle 81a, 82 is a pressure plate 82a and a flow path plate having an ink supply path (not shown), 83 is a vibration plate, 84 is an insulating layer having an air gap 84a, and 85 is a substrate. It is.
[0046]
Figure6(A) is a state in which no voltage is applied, and the diaphragm 83 is not bent. Figure6(B) shows a state in which a voltage is applied as shown in the figure. The diaphragm 83 is deflected by an electrostatic force, and ink particles 86 are ejected from the nozzle 81a.
[0047]
Figure7Is an operation explanatory diagram of an inkjet head using an electrothermal conversion element.7(A) shows the non-operating state,7(B) shows the time of operation. In the figure, 91 is a nozzle plate having a nozzle 91a, 92 is a pressure chamber 92a and a channel plate having an ink supply path (not shown), 93 is a substrate, and 94 is an electric circuit disposed on the substrate 93 in the pressure chamber 92a. It is a thermal conversion element.
[0048]
Figure7(A) is a state in which the electrothermal transducer 94 is not energized. Figure7(B) is a state in which the electrothermal conversion element 94 is energized, and a part of the ink boils instantaneously due to the generated thermal energy to form bubbles 96. As the bubbles grow, ink particles 95 are ejected from the nozzle 91a.
[0049]
Figure8These are explanatory drawings of a piezoelectric element forming method. Usually, the piezoelectric element is5As shown in the figure, the plate is joined on the diaphragm at a position corresponding to each pressure chamber.8In this case, after joining the piezoelectric elements 101 having a size covering a plurality of pressure chambers, the piezoelectric elements 101 are cut at positions directly above the partition walls that partition the pressure chambers to form pressure chambers corresponding to the respective pressure chambers. .
[0050]
As a cutting machine, it is effective to use a precision slicer used for separating semiconductors and the like. In this case, since the width of the cutting groove can be made very thin, about 50 μm, the portion to be removed can be reduced and the head can be prevented from becoming unnecessarily large, and the cutting position accuracy can be kept within an error of about ± 5 μm. The variation in size of the individual piezoelectric elements can be made extremely small.
[0051]
Figure9Is an explanatory diagram of another method for forming a piezoelectric element, which is illustrated after bonding a piezoelectric element 100 larger than covering all the pressure chambers.8The pressure chamber corresponding to each pressure chamber is formed by cutting in the same manner as described above. Thereby, an inferior part (shaded part in the figure) remains on the outer periphery of the piezoelectric element group. In general, when a piezoelectric element is bonded to a vibration plate, the adhesive may protrude to the surface of the element and be cured depending on the amount of adhesive applied.
[0052]
When this protruding adhesive covers the electrode on the surface of the element, conduction failure occurs. The problem is the figure9This can be solved by providing an unnecessary portion on the outer periphery of the piezoelectric element group. In addition, when the piezoelectric element is soldered to the diaphragm, the element itself is generally thin, so that the solder becomes a bridge between the upper and lower electrodes on the outer periphery of the piezoelectric element, which may cause insulation failure. When the insulation defect is severe, it leads to destruction of the device itself, which is a serious problem.
[0053]
Even in such a case, if an unnecessary part is provided on the outer periphery of the element, even if a solder bridge is generated, since the part actually used is ensured to be insulated, there is no problem in use. . Furthermore, when cutting a piezoelectric element, chipping (minute chipping) is likely to occur at the beginning and end of cutting, but if an unnecessary portion is provided on the outer periphery, it is actually used even when chipping occurs. Because there is no damage to the part, it will not be defective. Therefore, the yield of the head is improved and the reliability is improved.
[0054]
Figure10Is an explanatory view of the positioning means of the piezoelectric element and the pressure chamber, 103₁, 103₂Is a cross-shaped fiducial mark provided on the bonding surface of the piezoelectric element 101 outside the bonding range. In the case of cutting after bonding the piezoelectric element to the vibration plate, the displacement between the cutting position and the pressure chamber becomes a serious problem. When the displacement increases, the displacement of the piezoelectric element is not effectively transmitted to the diaphragm. At the same time, when a piezoelectric element corresponding to a certain pressure chamber is driven, a part of the element is applied to another adjacent pressure chamber. This causes a problem that mechanical interference occurs.
[0055]
Therefore, it is important how to reduce the positional shift. However, since the piezoelectric element is opaque, it is impossible to align with the pressure chamber through the element. This problem can be solved with accurate and easy cutting positioning by simultaneously forming the reference mark 103 as a reference for the cutting position of the pressure chamber when forming the flow path plate.
[0056]
Figure11FIG. 4 is an assembly process diagram of the head. The head includes a nozzle plate 111 having a nozzle 111a, a flow channel plate 112 (not shown) having a pressure chamber 112a and an ink supply path (not shown) communicating with the pressure chamber 112a.5And the piezoelectric element 113 are laminated. The assembly process is as follows.
[0057]
First, figure11A nozzle plate 111 and a flow path plate 112 shown in FIG. The nozzle plate 111 is manufactured by etching photosensitive glass (product name: PEG3, manufactured by Hoya Co., Ltd.). The nozzle diameter was 50 μm and the plate thickness was 200 μm. Moreover, as a manufacturing method of the nozzle, an electroforming method or the like may be used regardless of this method. The flow path plate 112 was manufactured by etching photosensitive glass. The plate thickness was 150 μm and the etching depth was 50 μm. As a material, silicon or stainless steel may be used, and the flow path may be formed by etching. Further, the flow path plate can also be formed by processing unevenness on a single plate by pressing.
[0058]
Next, these two sheets11Join as shown in (B). For joining, (1) parts are not dropped off during use, and at the same time, they are joined firmly without leakage at the very thin partition wall so that crosstalk with the adjacent pressure chamber does not occur. (2) Make sure that the bonding adhesive and binder do not overflow into the pressure chamber, block the nozzle, make it easy for air bubbles to collect, and prevent ink flow. Need to be satisfied.
[0059]
Therefore, when various joining experiments were conducted, it was confirmed that the following three kinds of joining methods were effective. That is, a method using an epoxy adhesive, a method using an ultraviolet curable anaerobic adhesive, and a brazing method are effective. Next, each case will be described in detail.
[0060]
When using an epoxy-based adhesive, it is desirable to use a two-component mixed type with a relatively high viscosity, and the application is carried out using a rubber roller or bar coater so that a small amount of adhesive is applied thinly and evenly to the flow path plate. To. Then, it is combined with the nozzle plate and heated and cured while applying pressure. As an epoxy adhesive, AW106, made by HV953U Ciba Geigy (cured at 80 ° C. for 3 hours) is used.
[0061]
In the case of using an ultraviolet curable anaerobic adhesive (LI210, Loctite), the application method is the same as that of the epoxy-based adhesive, but in the case of curing, ultraviolet rays are irradiated while applying pressure. If either the nozzle plate or the flow channel plate is transparent, the adhesive can be directly irradiated with ultraviolet rays, but even if both are opaque, the adhesive exposed at the end is cured by the ultraviolet rays, and the internal adhesive The agent is shielded from the air, and thereafter the curing gradually proceeds to the inside due to anaerobic properties.
[0062]
The advantage of using adhesives is that the material of the flow path plate and nozzle plate can be selected quite freely, and the work can be done at a relatively low temperature of 100 ° C or less. Metamorphosis is difficult to occur.
[0063]
In the case of brazing, both the flow path plate and the nozzle plate must be made of metal. In the soldering procedure, solder plating, nickel plating or the like is applied to the surface of the flow path plate as a binder, and the pressure is applied together with the nozzle plate, and heating is performed above the melting point of the binder agent to perform bonding. The characteristic of brazing is that the strength is very high, leakage and overflow hardly occur, and even if a strong solvent is mixed in the ink, the bonded portion is not damaged.
[0064]
Next, figure11As shown in (C), a silver paste (Sylvest, PS707, manufactured by Tokuri Chemical Laboratory) is applied to the surface of the flow path plate 112 where the flow path is not formed, and baked at 160 ° C. for 1 hour. Form. If a stainless steel plate is used as the flow path plate, this electrode formation is unnecessary.
[0065]
Next, figure11As shown in (D), a Tokin piezoelectric element 113 is joined onto the flow path plate 112. About this joining, (1) the piezoelectric element displacement energy is efficiently transmitted to the vibration plate (the portion of the flow path plate 112 in contact with the pressure chamber 112a), and at the same time, the piezoelectric element is firmly joined to withstand repeated loads; (2) Since the piezoelectric element does not operate unless electrical conduction is established between the lower electrode of the piezoelectric element and the electrode 114, the bonding layer is conductive or the bonding layer is very thin (about 10 μm or less). It is necessary to satisfy the following two points: a part of the lower electrode of the piezoelectric element is in contact with the electrode 114.
[0066]
Therefore, when various joining experiments were performed, it was confirmed that the following various joining methods were effective. That is, a method using an epoxy adhesive, a method using an ultraviolet curable adhesive, a method using a conductive adhesive, and a soldering method are effective.
[0067]
When an epoxy adhesive is used, the adhesive used and the coating method are the same as in the above case (joining of the nozzle plate and the flow path plate), so detailed explanations are omitted, but there are few bubbles remaining and the adhesive state is good. is there. In addition, if a defoaming process is performed in a vacuum chamber after adhesive application, a better result is obtained.
[0068]
When an ultraviolet curable anaerobic adhesive is used, adhesion is performed in the same manner as described above. However, since the operation can be performed at a relatively low temperature of 100 ° C. or less, the piezoelectric element is hardly deteriorated.
[0069]
On the other hand, in the case of soldering, the flow path plate needs to be a metal. In the soldering procedure, the surface of the flow path plate is subjected to solder plating, and is heated to a melting point of the solder or higher while being strongly pressed together with the piezoelectric element. As a feature of soldering, since the strength is very high and there is electrical conductivity, no conduction failure occurs, and since the solder is plated on the vibration plate, the joining layer becomes very thin. When soldering is performed, the piezoelectric element is exposed to a high temperature, and therefore it is desirable to take a repolarization measure for the element.
[0070]
Then figure11As shown in (E), after cutting with a dicing saw (DAD25P / 6T, Disco Inc.)11As shown in (F), a joint 115 is attached to the supply port and connected to an ink cartridge (not shown). And figure11As shown in (G), the flexible cable 116 connected to the piezoelectric element drive source is routed to just before the piezoelectric element and connected to each piezoelectric element by wire bonding.
[0071]
Detail of connection part by wire bonding12Shown in (A). As is apparent from this drawing, the exposed surface of the conductor 116a of the flexible cable 116 and the piezoelectric element are connected by wire bonding. Reference numerals 116b and 116c denote a base film and a cover film of the flexible cable 116, respectively. The feature in this case is the versatility of the equipment and the low cost. However, since the piezoelectric element vibrates, it is necessary to reinforce the bonding strength (silicon coating or the like) that also serves as a moisture-proof effect.
[0072]
Next, a connection method other than the wire bonding will be described.
[0073]
Figure12(B) is a thermocompression bonding method in which a solder 117 having a thickness of several μm to several tens of μm is surface-treated on the conductor exposed surface of the flexible cable 116 and the surface of the piezoelectric element 113 and soldered by heat pressing with a heater 118. It is. Its features are low cost and high reliability of connection strength. However, in order to avoid short-circuiting between adjacent electrodes, it is necessary to carefully manage the pitch and the thickness of the solder surface treatment.
[0074]
Figure12(C) and (D) are bump bonders.12As shown in (C), a solder bump (solder ball) 119 having an outer diameter of about several μm to several tens of μm is provided on the piezoelectric element 113, and this is thermally pressed by a heater 118.12Soldering is performed as shown in (D). The feature of this method is that it is possible to reduce the possibility of a short circuit between adjacent ones as compared with the thermocompression bonding method.
[0075]
Figure12(E) is an anisotropic conductive rubber system.12As shown in (E), an anisotropic conductive rubber 120 is inserted between the piezoelectric element 113 and the flexible cable 116, and this is inserted into the pressure plate 122 via an elastic material 121 provided with a convex portion 121a only on the exposed portion of the conductor. Conductivity is obtained by pressurizing with. The feature of this method is that it is not necessary to heat the piezoelectric element, so that repolarization processing is not necessary. However, it is necessary to appropriately set the hardness and pressure of the elastic material so as not to hinder the vibration of the piezoelectric element.
[0076]
Figure12(F) is an anisotropic conductive film system, which is an improvement of the anisotropic conductive rubber system. In this case, the anisotropic conductive film 123 is inserted between the piezoelectric element 113 and the flexible cable 116, and the conductor exposed portion is thermally pressed by the heater 118 to establish conduction. Anisotropic conductive film (trade name: Anisolum, etc.) is made by kneading a conductive powder in a thermosetting resin, and its feature is that the thermosetting resin hardens after hot pressing, so that it is like an anisotropic conductive rubber. There is no need to pressurize normally, and the heating temperature can be kept lower than the temperature required for soldering.
[0077]
Figure11The following is a detailed supplementary explanation of the various manufacturing methods of the nozzle plate and flow path plate described in connection with the above.
[0078]
The nozzle plate is manufactured by electroforming, photosensitive glass etching, silicon etching, micro press, or the like. For the electroforming method,13As shown in FIG. 5A, after a pattern 132 is formed on a substrate 131, Ni 133 having a shape shown in the figure is attached and grown to form a nozzle plate 134. Reference numeral 134a denotes a nozzle. The electroformed product is peeled from the substrate 131 to obtain a product. The feature of this method is that it is inexpensive and excellent in mass productivity.
[0079]
In case of photosensitive glass etching method,13As shown in (B), a mask pattern 136 is overlaid on the photosensitive glass 135, and exposure and etching are performed to obtain a nozzle plate 137 having nozzles 137a. The feature of this method is that it is possible to increase the length of the nozzle, to increase the accuracy of the flying direction of the ink particles, and to easily ensure the stability of ejection. Moreover, since it is transparent, it is possible to inspect from the outside even after the head is assembled.
[0080]
For the silicon etching method,13As shown in (C), a resist 139 is applied on a silicon plate 138, a mask pattern 141 is overlaid, and exposure, development, and etching are performed to obtain a nozzle plate 141 provided with a nozzle 141a. The feature of this method is that the processing accuracy is high because the etching rate is low and dimensional control is easy.
[0081]
For the micro press method,13As shown in (D), the substrate is embossed, stamped, and lapped to obtain a nozzle plate 142 having a nozzle 142a. The feature of this method is that the nozzle length can be increased and the processing accuracy is high.
[0082]
The flow path plate is manufactured by stainless steel etching or glass etching, silicon etching, photosensitive glass etching, plastic mold or the like. For stainless steel etching or glass etching method,14As shown in (A), a resist 144 is applied on a stainless steel or glass substrate 143, a mask pattern 145 is overlaid, the resist is removed by exposure and etching with an etching solution, and a flow path provided with a flow path 146a. A plate 146 is obtained. The feature of this method is that the material cost is low and the processing is easy.
[0083]
For the silicon etching method,14As shown in (B), a resist 148 such as SiO2 is applied on a 4-inch-thick Si (100) substrate 147, exposed to light, developed and etched (50 ° C. using an aqueous KOH (10%) solution). 40 minutes) to obtain a flow path plate 149 having a flow path 149a. The feature of this method is that the processing accuracy is high because the etching rate is low and dimensional control is easy.
[0084]
For the photosensitive glass etching method,14As shown in (C), a mask pattern 151 is overlaid on the photosensitive glass 150, and exposure and etching are performed to obtain a flow path plate 152 having a nozzle 152a. The feature of this method is that the processing accuracy is relatively high and the inspection is possible from the outside because it is transparent.
[0085]
For the plastic mold method,14As shown to (D), a type | mold is manufactured in the process shown on the left side. First, a photoresist 154 is applied to the glass substrate 153 in a predetermined pattern, Ni155 is formed on the surface by sputtering, and Ni156 is further applied by electroforming. Next, a substrate 157 is attached to the surface and peeled from the glass substrate 153 to obtain a mold 158. At the time of product molding, as shown on the right side, this mold is set on a flat lower mold 159, and a 2P material is cast and then irradiated with UV, whereby a flow path plate 160 having a flow path 160a is obtained. . The feature of this method is that it is excellent in mass productivity.
[0086]
Figure above11In the following description, the integrated flow path plate was described.11An example of the flow path plate 112 is shown in FIG.15As shown in Fig. 4, the feature is that the number of parts and the number of processing steps are small. The flow path plate may be not only an integral type but also a pasted type, an example of which is shown in the figure.16Shown in
[0087]
This pasted type flow path plate is obtained by forming a photosensitive resin 162 on the vibration plate 161 by laminating, exposing the pattern through a photomask, and removing unnecessary portions with a solvent. Reference numeral 163 denotes a pressure chamber, and 164 denotes an ink supply path. The feature of this method is that materials optimal for the performance required for the diaphragm and the partition wall can be selected, and the accuracy control of the height of the partition wall can be easily performed.
[0088]
Figure shows the alignment method when joining each plate constituting the head17Shown in This figure is a figure11In this case, two guide pins are used. In general, it is said that the alignment accuracy in the pin guide method is about ± 10 μm, and when trying to determine the position between the nozzles with the pin guide, there is a problem in the printing accuracy in a head with high resolution.
[0089]
However, in the case of the shape like the head in this figure, the positional accuracy between the nozzles is ensured by the nozzle plate itself, and a deviation of about ± 10 μm between the relative position of the flow path and the nozzle does not cause a problem in characteristics. In that case, the pin guide system is a simple and effective assembly means. The assembly procedure for this figure is as follows.
[0090]
Reference numeral 165 denotes an alignment jig provided with two guide pins 166. Each member of the nozzle plate 111, the flow path plate 112, the piezoelectric element 113, and the flexible cable 116 is provided with guide holes corresponding to the two guide pins 166, and these guide holes are fitted into the guide pins 166. By joining, each member is positioned.
[0091]
In the head structure as described above, it is easy to discriminate similar heads by engraving data such as the head resolution and part number at a position that can be seen from outside the bonding area of the piezoelectric element bonding surface of the flow path plate. It is possible to eliminate mistakes in parts. Moreover, there is no cost increase for that purpose.
[0092]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a high-resolution and small-sized inkjet head can be mass-produced at low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows the present invention.The fruitFIG. 1 (A) shows the standard arrangement of each pressure chamber and nozzle, and FIG. 1 (B) and FIG. 1 (C) show the arrangement of partition walls, respectively. Yes.
FIG. 2 shows the present invention.The fruitFIG. 2A shows the structure of the ink supply path of the embodiment, FIG. 2A shows the present invention, and FIG. 2B shows the conventional one.
FIG. 3 shows the present invention.The fruitFIG. 3A illustrates the case of a common ink supply path, and FIG. 3B illustrates the case of an ink supply path separation type.
FIG. 4 shows the present invention.The fruitFIG. 4A to FIG. 4C show the case where the ink supply path is connected to the center of the pressure chamber, and FIG. 4D and FIG. Indicates a case where the ink supply path is connected to a position diagonal to the nozzle.
[Figure 5]FIG. 5A shows a non-operating state, and FIG. 5B shows an operating state of an inkjet head using a piezoelectric element.
[Fig. 6]FIG. 6A shows a non-operating state and FIG. 6B shows an operating state of the electrostatic force-based inkjet head.
[Fig. 7]FIG. 7A shows a non-operating state and FIG. 7B shows an operating state of the ink jet head using an electrothermal conversion element.
[Fig. 8]It is explanatory drawing of the formation method of a piezoelectric element.
FIG. 9It is explanatory drawing of the other formation method of a piezoelectric element.
FIG. 10It is explanatory drawing of the alignment means of a piezoelectric element and a pressure chamber.
FIG. 11FIG. 11A to FIG. 11G show the respective steps in order in the assembly process diagram of the head.
FIG.FIG. 12A illustrates a wire bonding method, FIG. 12B illustrates a thermocompression bonding method, and FIG. ), (D) shows a bump bonder, FIG. 12 (E) shows an anisotropic conductive rubber system, and FIG. 12 (F) shows an anisotropic conductive film system.
FIG. 13FIG. 13A shows the case of the electroforming method, FIG. 13B shows the case of the photosensitive glass etching method, and FIG. 13C shows the silicon etching method. FIG. 13D shows the case of the micro press method.
FIG. 14FIG. 14 (A) shows a stainless steel or glass etching method, FIG. 14 (B) shows a silicon etching method, and FIG. 14 (C) shows a photosensitive glass etching method. FIG. 14D shows a plastic mold method.
FIG. 15It is a perspective view which shows the actual shape of the flow-path board of FIG.
FIG. 16It is a perspective view showing the shape of a pasting type channel board.
FIG. 17It is a perspective view which shows the joining system of each board.
FIG. 18FIGS. 18A to 18D are perspective views showing an outline of the structure of various conventional direct ink jet heads, and FIGS. 18A to 18D show various arrangements of pressure generation sources and pressure chambers, respectively.
[Explanation of symbols]
11, 21, 31 Inkjet head
12, 22,51, 71a, 81a, 91a, 111a, 134a, 137a, 141a, 142a Nozzle
13, 23,52, 72a, 82a,
92a, 112a, 163 Pressure chamber
41a-41c, 42,53,164 Ink supply path
71, 81, 91, 111, 134, 137,
141, 142 Nozzle plate
72, 82, 92, 112, 146, 149,
160 Channel plate
73, 83, 104, 161 Diaphragm
74, 101, 102, 113 Piezoelectric element
94 electrothermal transducer

Claims

少なくとも１個以上のノズルから成るノズル列が２ｎ本（ｎは２以上の整数）形成されたインクジェットヘッドにおいて、
最上位のドットを印字するノズルを第１番目として以下順に最下位のドットを印字するノズルまで番号を付けたとき、任意の第ｍ番目のノズルの属するノズル列と第（ｍ＋ｎ）番目のノズルの属するノズル列とが擬似的に１列として取り扱うことが可能なように間隔ａがドットピッチｐに対してｐ／２の整数倍となるように近接して配置されており、第ｍ番目のノズルの属するノズル列と第（ｍ＋１）番目のノズルの属するノズル列とが前記近接して配置された間隔よりも相対的に離れて配置されており、前記２ｎ本のノズル列に対応する圧力室が共通の部材に形成され、且つ、前記圧力室の平面形状が四角形状で、各圧力室におけるノズル位置とインク供給口とが四角形の角の互いに対角線の位置に配置されているとともに、前記近接して配置した２本のノズル列の印字タイミングを同期して擬似的に１列として駆動する手段を設けたことを特徴とするインクジェットヘッド。In an inkjet head in which 2n nozzle rows each including at least one nozzle are formed (n is an integer of 2 or more),
When the nozzle that prints the highest dot is numbered first and the nozzles that print the lowest dot are numbered in order, the nozzle row to which an arbitrary mth nozzle belongs and the (m + n) th nozzle The m-th nozzle is arranged so that the interval a is an integral multiple of p / 2 with respect to the dot pitch p so that the nozzle row to which the nozzle belongs can be treated as one row in a pseudo manner. And the nozzle row to which the (m + 1) th nozzle belongs are disposed relatively apart from the adjacently arranged interval, and pressure chambers corresponding to the 2n nozzle rows are provided. The pressure chamber is formed in a common shape, and the planar shape of the pressure chamber is a quadrangle, and the nozzle position and the ink supply port in each pressure chamber are arranged at diagonal positions with respect to the square corner, and are adjacent to each other. The Ink jet head, characterized in that a means for driving the print timing of the two nozzle rows that location as synchronization with pseudo first column.

請求項１記載のインクジェットヘッドにおいて、
ノズルを対向させて近接配置された２つのノズル列に対応する２つの圧力室列が、１つの圧力室群となるようにインク供給路によって全周をとりまかれていることを特徴とするインクジェットヘッド。The inkjet head according to claim 1,
An ink jet characterized in that two pressure chamber rows corresponding to two nozzle rows arranged close to each other with the nozzles facing each other are surrounded by an ink supply path so as to form one pressure chamber group head.

請求項２記載のインクジェットヘッドにおいて、
圧力室群が複数個あって、これらを取り囲むインク供給路が圧力室群ごとに分離され、分離された各インク供給路がそれぞれ異なる色のインクの供給を受けることを特徴とするインクジェットヘッド。The inkjet head according to claim 2, wherein
An ink jet head, comprising: a plurality of pressure chamber groups, wherein ink supply paths surrounding the pressure chamber groups are separated for each pressure chamber group, and each separated ink supply path is supplied with ink of a different color.