JP4254144B2 - Ink jet head and manufacturing method thereof - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電セラミックスの隔壁により隔てられた互いに並行する複数のインクチャンネルを有し、前記インクチャンネルの内壁に形成された信号電極への印加電圧に応じて、前記隔壁を変形せしめ、その変形にともなって前記インクチャンネル内に充填されているインクをそのインクチャンネルに連通したノズル孔より選択的に突出せしめるインクジェットヘッド（国際特許分類Ｂ４１Ｊ ３／１０）に関するものであり、隣接インクチャンネルの相互干渉を抑えることを目的としたものである。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェットプリンタはＯＡ用途として広く普及しており、個人向けとしてはデジタルカメラの出力手段として用いられ写真印刷の目的から高画質、高精細が要求され、ヘッドの微細化や液滴制御性が求められている。一方、微粒子化されたインク液滴を噴出できるマイクロマシンとしての機能を生かし、ＦＡ用途としての注目を集めており、幅広い応用分野が期待されている。
【０００３】
図６ａはインクジェットヘッドの一例として、圧電形インクジェットヘッドの構成を示す斜視図である。また図６ｂは圧電形インクジェットヘッドのインクチャンネル４の長手方向の断面図である。圧電素子からなる基台１は、駆動隔壁３により形成されるインクの流路となるインクチャンネル４を有し、インクチャンネル４内に駆動隔壁３に電圧を加えるため基台１の後方にあるワイヤーボンディング領域８の電極部に至るまでの経路が接続されている電極２を有する。前記基台１と、硝子、セラミックス、樹脂材料または基台１と同一材料等からなりインクを供給する供給孔１１を有する頂部シート１０とを張り合わせることにより、インクチャンネル４を有するアクチュエータ部９を形成し、アクチュエータ部９の前端面７には樹脂材料やガラス材料などからなるノズル孔５を有するノズル板６を設けられ、インクジェットヘッドを形成する。
【０００４】
このようなインクジェットヘッドを用いて描画特にパターン印刷を行う場合、隣接するノズルからインク液滴を同時に吐出させることができないといった問題と、隣接するノズル間における相互干渉が発生するといった問題点があった。
【０００５】
このような問題点を解消する方法として、特開2000-３７7129号公報に開示のように隣接するノズル間にスペーシングと言われる空気室を設け、このスペーシングにインクを入れないことで、密度の低い空気が駆動隔壁の振動を吸収し、隣接ノズルに与える影響を低く抑える方法を提案している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来例では、空気室による相互干渉の抑制に対してしか有効でなく、実際に実験を行った結果としても、同駆動電圧下においては全インクチャンネル駆動と１つのインクチャンネル駆動で吐出速度が異なっていた。また、理論解析による駆動隔壁の変形に基づくインクチャンネル断面積の変形量も、全インクチャンネル駆動と、１つのインクチャンネル駆動において相違が認められ、１つのインクチャンネル駆動時において駆動隔壁変形量が小さくなることが証明された。
【０００７】
駆動隔壁は電圧を加えた場合に“く”の字状に変形し、頂部シートとチャンネル底部を引っ張るようになる。このとき同じ駆動電圧で全ノズルから吐出させる場合と１ノズルのみ吐出させる場合では隔壁の変形量に差が現れ、実際の液滴吐出速度の変化にも影響を与えていると考えられる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明のインクジェット記録装置は、隣接するインクチャンネル間の空気室内に駆動しない支柱を設けることと、前記空気室の基台側もしくは頂部シート側の面を開放することにより、同電圧下において駆動させるインクチャンネル数の変更に関係なく常に吐出速度を一定にすることを目的とした。本発明によれば、駆動インクチャンネル数の違いによる吐出速度の変化を効果的に抑えることができ、印字品質及び印字速度を向上せしめることを可能とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載のインクジェットヘッドは、インクを充填するために加えた電圧に応じて変形する駆動隔壁と前記駆動隔壁から構成された複数のインクチャンネルと前記インクチャンネルとの間に設けられた空気室とが一体に形成された圧電素子から成る基台と、前記基台の前記インクチャンネルの溝部を覆うための頂部シートを貼付して形成されたインクジェットヘッドにおいて、前記空気室は前記頂部シートと前記空気室の底部との間に前記基台から作製された前記頂部シートに達する長さの支柱を有することを特徴としたインクジェットヘッドであり、支柱を用いることにより同駆動電圧下における全インクチャンネル駆動と１つのインクチャンネル駆動時に駆動隔壁の動きを同等にすることにより吐出速度の速度変化及び吐出量変化を低減するものである。また、ヘッド製作において熱による材料間の歪が発生しないため精度良くインクジェットヘッドを製作することができる。
【００１１】
本発明の請求項２に記載のインクジェットヘッドの製造方法は、前記基台をダイシングソーにより成形す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の製造方法であり、基台部を同一材料、同一工程で成形できるため寸法精度の良い基台部を成形することが可能である。
【００１２】
本発明の請求項３記載のインクジェットヘッドの製造方法は、前記基台をサンドブラストにより成形す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製造方法であり、ダイサー加工による成形方法よりも短時間で大量に基台を成形することが可能である。
【００１３】
本発明の請求項４記載のインクジェットヘッドは、前記支柱を、基台の材料である圧電材とは異なる材料により構成す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であり、ノズルの配列方向に対する垂直方向の動きを効果的に抑制することができる。
【００１９】
（実施の形態１）
以下に、本発明の第１の発明の実施の形態について、図１、図２ａ、図２ｂ、図２ｃ、図５ａ、図５ｂ、図６ａ、図６ｂ、図６ｃを用いて説明する。なお図５ａと同様の部材については同じ番号を用いた。
【００２０】
図５ａに示す 従来型のインクジェットヘッドにおける駆動インクチャンネル数の違いによる液滴吐出速度の相違を図６ａ〜ｃを用いて説明する。なおここでは前端面におけるインクチャンネル４、駆動隔壁３等の位置関係を判りやすくするため、実際には存在しないノズル孔５もあわせて示した。図６ａ〜図６ｃは従来型インクジェットヘッドの前端面７における駆動状態の理論解析結果を示すもので、図６ａは従来型のインクジェットヘッド前端面７の静止状態を示すものである。
【００２１】
図６ｂは全インクチャンネル駆動時のヘッド状態で、図中破線部は図６ａのヘッド静止状態３６を示すものである。図６ｂに示すように全インクチャンネル駆動時に駆動隔壁３は全て“く”の字状に変形し、かつ頂部シート１０とインクチャンネル４底部の距離が相対的に縮まっている。図６ｃは同ヘッドにおいて１つのインクチャンネル駆動のヘッドの状態を示したものであり、図中一点鎖線は図６ｂに示す全インクチャンネル駆動３７のヘッドの状態を示したものである。全インクチャンネル駆動時３７に比較し、吐出しないチャンネルの隔壁は駆動しないため全インクチャンネル駆動時３７に比べ頂部シート１０とインクチャンネル４底部の相対距離は縮まらない。このように従来のヘッドにおいては全インクチャンネル駆動と１つのインクチャンネル駆動において駆動隔壁３の変形及び頂部シート１０とインクチャンネル４底部の相対距離の変化が異なってしまい液滴吐出に影響を与える吐出圧力の変化を引き起こし吐出速度の変化が生じる。
【００２２】
図１は本発明のインクジェットヘッドの斜視図である。基台１は、インクチャンネル４及び空気室１２を形成する駆動隔壁３、インク流路となるインクチャンネル４と、空気室１２となる溝、空気室１２内に形成される支柱１３から構成され、それらの配列は一部分を切り出してみると空気室１２、支柱１３、空気室１２、駆動隔壁３、インクチャンネル４、駆動隔壁３の順に繰り返し配列されている。
【００２３】
図２ａ〜ｃは請求項１から請求項５に記載した本発明のインクジェットヘッドの前端面７における静止状態、全インクチャンネル駆動、１つのインクチャンネル駆動の状態を示したイメージである。なおここでは前端面におけるインクチャンネル４、駆動隔壁３等の位置関係を判りやすくするため、実際には存在しないノズル孔５もあわせて示した。
【００２４】
図２ａは本発明のインクジェットヘッド前端面７の一例であり支柱１３の両脇に形成される空気室１２の幅とインクチャンネル４の幅の比率を１対１とした例であり、インクジェットヘッドの静止状態を示すものである。図２ｂは全インクチャンネル駆動時のヘッドの状態であり、図中破線部はヘッド静止状態１６を示した。図２ｃは１つのインクチャンネル駆動時のヘッドの様子を示したものであり、図中一点鎖線は全インクチャンネル駆動１７のヘッドの状態を示したものである。
【００２５】
本発明のヘッドにおいては、インクチャンネル４間に支柱１３が形成されているため、全インクチャンネル駆動させた場合において、１つのインクチャンネル４が頂部シート１０とインクチャンネル４の底部を引きつけようとする力がインクチャンネル間にある支柱１３により隣接するインクチャンネルには伝播しない。よって駆動するインクチャンネル数が異なる場合でも駆動隔壁３の変形及び頂部シート１０とインクチャンネル４底部の相対距離の変化がほぼ一定となり吐出速度及び吐出量が常に安定する。実際に空気室１２に支柱１３を形成しその他の寸法は変更せず本発明のヘッドを製作し、従来型との比較を行った。実験方法は全インクチャンネルを駆動させ、全ノズルから4ｍ/ｓで液滴を吐出させたときの電圧値を測定し、同電圧下で全インクチャンネルにおいて１つおきにインクチャンネル４を駆動(隔チャンネル駆動)させ液滴を吐出させたときの速度変化率と、１つのインクチャンネル４のみ駆動させた場合での速度変化率を本発明のインクジェットヘッド、従来型のインクジェットヘッドともに各２個のヘッドにおいて測定した。このときの結果を表１に示す。
【００２６】
【表１】

【００２７】
本発明のヘッドではいずれの吐出条件下においても速度変化は＋３％程度となっており速度変化率が極めて少ないことが判る。従来型のヘッドは隔チャンネル駆動時の速度変化率が−１２％と大きく変化しており、１つのインクチャンネル駆動時においては約−１５％程度速度が低下し速度変化が非常に大きいことが判る。このように、本発明の空気室内に支柱を有するタイプのインクジェットヘッドは駆動させるインクチャンネル数によるクロストークの影響を受けにくく、インク液滴吐出速度を安定させることができる。
【００２８】
なおここで例として取り上げた本発明のインクジェットヘッドでは支柱形状が空気室を二つに分断する形としたが、支柱は空気室内に何箇所かに分散させる形でも良い。
【００２９】
支柱１３を形成する方法としては、ダイサーを用いインクチャンネル４や空気室１２を形成するとともに同工程中に基台材料を用い支柱１３を形成することができる。ダイサーで基台１を一体成形することで精度の高い基台１部を形成することを可能としている。
【００３０】
またサンドブラスト加工によりインクチャンネル４と空気室１２を形成すると同時に支柱１３を形成することも可能であり、短時間に大量に形成することを可能とする。
【００３１】
基台１材料である圧電材料とは異なる材料による支柱１３を形成する方法の一例としては頂部シート１０側に支柱１３を形成し、基台１と張り合わせることにより空気室１２内に支柱１３を形成することも可能である。このとき、基台１圧電材料より弾性率の高い材料を用いることにより基台１側に支柱１３を一体成形するよりも幅の狭い支柱１３を用いることが可能となり、ヘッドのノズル間隔の狭ピッチ化が必要とされる場合に有効である。
【００３２】
（実施の形態２）
以下に、本発明の第２の発明の実施の形態について、図３、図４ａ、図４ｂ、図４ｃ、図５ａ、図５ｂを用いて説明する。なお前記記載の同様な部材については同じ番号を用いた。
【００３３】
図３は本発明の一例であるインクジェットヘッドの斜視図である。本発明におけるインクジェットヘッドは、基台１部をインクチャンネル４、空気室１２及び駆動隔壁３から構成され、空気室１２は頂部シート１０側もしくは基台１側の少なくとも一方を外面まで開放する開放部１５を有するものである。ここではその一例として、基台１側に開放部１５を有する形とした。
【００３４】
図４ａ〜ｃは本発明のインクジェットヘッドの前端面７における静止状態、全インクチャンネル駆動、１つのインクチャンネル駆動の状態を示したイメージである。なおここでは前端面におけるインクチャンネル４、駆動隔壁３等の位置関係を判りやすくするため、実際には存在しないノズル孔５もあわせて示した。図４ａは本発明におけるインクジェットヘッド静止状態の前端面７の拡大図である。図４ｂは全インクチャンネル駆動時のヘッドの状態であり、図中破線部はヘッド静止状態２６を示した。図４ｃは１つのインクチャンネル駆動のヘッドの様子を示したものであり、図中一点鎖線は全インクチャンネル駆動２７のヘッドの状態を示したものである。
【００３５】
本発明のヘッドにおいては、インクチャンネル間に開放部１５を有するため、１つのインクチャンネル４を形成する一対の駆動隔壁３とインクチャンネル４が夫々独立した形状となり、全インクチャンネル駆動させた状態でも１つのインクチャンネル駆動させた状態でも、１つのインクチャンネル４を形成する駆動隔壁３が頂部シート１０とインクチャンネル４底部を引っ張ろうとする力は常に一定となる。よって全インクチャンネル駆動と１つのインクチャンネル駆動において駆動隔壁３の変形及び頂部シート１０とインクチャンネル４底部の相対距離の変化がほぼ一定となり吐出ノズル数が変更される場合でも速度が常に安定する。実際に空気室１２を基台１面側に開放することにより本発明のヘッドを製作し、空気室の形状を除くノズル孔５の径、ノズル間ピッチ、駆動隔壁３の幅、インクチャンネル４の幅、深さ、及び長さ等全ての寸法を全て同じとした従来型のインクジェットヘッドとの比較を行った。
【００３６】
実験方法は全ノズルから4ｍ/ｓで液滴を吐出させたときの電圧値を測定し、同電圧下で全インクチャンネルにおいて１つおきにインクチャンネル４を駆動(隔チャンネル駆動)させ液滴を吐出させたときの速度変化率と、１つのインクチャンネル４のみ駆動させた場合での速度変化率を本発明のインクジェットヘッド、従来型のインクジェットヘッドともに各２個のヘッドにおいて測定した。このときの結果を表２に示す。
【００３７】
【表２】

【００３８】
本発明のヘッドではいずれの吐出条件下においても速度変化は＋５％以内となっており速度変化率が極めて少ないことが判る。一方従来型のヘッドは隔チャンネル駆動時における速度変化率が−１２％と大きく変化しており、１つのインクチャンネル駆動時においては約−１５％程度速度が低下し速度変化が非常に大きいことが判る。このように、請求項６記載の本発明のインクジェットヘッドは駆動させるインクチャンネル数によるクロストークの影響を受けにくくインク液滴吐出速度を安定させることができる。
【００３９】
開放部１５の成形手順としては、あらかじめ開放する部分を成形した基台１、頂部シート１０を用意し夫々を貼付することも可能であるが、前もって開放部１５を基台１側、頂部シート１０側両面に成形し夫々を貼付する場合は高い位置合わせ制度が要求される。このため基台１と頂部シート１０を貼付した後に、ダイサーやサンドブラストにより所定の位置を加工する方法を取ることにより基台１と頂部シート１０貼付において高精度な位置合わせを要求すること無く開放部１５を形成することができる。
【００４０】
インクジェットヘッドを長時間駆動させる場合また基台１及び頂部シート１０に形成される開放部にインク液滴が進入しインクが溜まり、結果吐出速度が低下することや、描画中に溜まったインクが滴下し被印字物記録面を汚してしまうことが考えられる。そのため開放部１５にヘッドを構成する部材の弾性率以下の弾性率を有する保護シート１４を貼付することにより空気室１２内へのインクの侵入を防ぐことを可能とする。保護シート１４は接着剤によって容易に貼付することが可能であるが、完全にインク液滴が入らないようにするためには保護シート１４としてノズル板６を利用し、ノズル板を延長させることにより確実にインクの侵入を防ぐことを可能とするとともに保護シート材１４貼付の工程を簡略化し本発明のインクジェットヘッドを製造することも可能である。加えて、ヘッド前端面７から開放部へノズル板６を連続的に貼付する場合は、コーナーの部分において折り曲げる必要性があるのでこの部分にＲ処理もしくはＣ面取り加工を施すことによりノズル板の追従性を高め確実に貼付することを可能とする。
【００４１】
通常のインクジェットヘッドは電気信号を送るためにＰ板等の部材に貼付したり、ヘッド部の強度を保持するために補強材等に貼付されるが、開放部を有する部分には直接貼付しない方が好ましい。ただしこのときＰ板や補強材の弾性率が基台形成材料よりも低い場合は、保護シート１４を兼ねることは可能である。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように、本発明のインクジェットヘッドによれば、隣接するノズル間の空気室に支柱を設けること、または空気室を頂部シート側もしくは基台側の外面までの少なくともどちらか一方を開放することにより、同駆動電圧下における全インクチャンネル駆動と１つのインクチャンネル駆動時の吐出速度を安定させることが可能であり、隣接ノズル間での相互干渉を低減したヘッドを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１におけるインクジェットヘッドの斜視図
【図２】（ａ）本発明の実施の形態１におけるインクジェットヘッド前端面部の静止状態を示す図
（ｂ）本発明の実施の形態１におけるインクジェットヘッド前端部の全インクチャンネル駆動状態を示す図
（ｃ）本発明の実施の形態１におけるインクジェットヘッド前端部の１つのインクチャンネル駆動状態を示す図
【図３】本発明の実施の形態２におけるインクジェットヘッドのアクチュエータ部斜視図
【図４】（ａ）本発明の実施の形態２におけるインクジェットヘッド前端面部の静止状態を示す図
（ｂ）本発明の実施の形態２におけるインクジェットヘッド前端部の全インクチャンネル駆動状態を示す図
（ｃ）本発明の実施の形態２におけるインクジェットヘッド前端部の１つのインクチャンネル駆動状態を示す図
【図５】（ａ）従来のインクジェットヘッドの構成を示す図
（ｂ）従来のインクジェットヘッドインクチャンネル長手方向断面図
【図６】（ａ）従来型インクジェットヘッド前端面部の静止状態を示す図
（ｂ）従来型インクジェットヘッド前端部の全インクチャンネル駆動状態を示す図
（ｃ）従来型インクジェットヘッド前端部の１つのインクチャンネル駆動状態を示す図
【符号の説明】
１ 基台
２ 電極
３ 駆動隔壁
４ インクチャンネル
５ ノズル孔
６ ノズル板
７ 前端面
８ ワイヤーボンディング部
１０ 頂部シート
１１ 供給孔
１２ 空気室
１３ 支柱
１４ 保護シート
１５ 開放部
１６ ヘッド静止状態
１７ 全インクチャンネル駆動状態
２６ ヘッド静止状態
２７ 全インクチャンネル駆動状態
３６ ヘッド静止状態
３７ 全インクチャンネル駆動状態[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention has a plurality of parallel ink channels separated by a partition wall of piezoelectric ceramics, and deforms the partition wall according to a voltage applied to a signal electrode formed on the inner wall of the ink channel. Accordingly, the present invention relates to an ink jet head (International Patent Classification B41J 3/10) which selectively causes ink filled in the ink channel to protrude from a nozzle hole communicating with the ink channel, and mutual interference between adjacent ink channels. The purpose is to suppress the above.
[0002]
[Prior art]
Inkjet printers are widely used for OA applications, and are used as output means for digital cameras for personal use. High image quality and high definition are required for the purpose of photographic printing, and head miniaturization and droplet controllability are required. ing. On the other hand, taking advantage of its function as a micromachine capable of ejecting fine ink droplets, it has attracted attention as an FA application, and a wide range of application fields are expected.
[0003]
FIG. 6A is a perspective view showing a configuration of a piezoelectric inkjet head as an example of the inkjet head. FIG. 6B is a longitudinal sectional view of the ink channel 4 of the piezoelectric inkjet head. The base 1 made of a piezoelectric element has an ink channel 4 serving as an ink flow path formed by the drive partition 3, and a wire behind the base 1 for applying a voltage to the drive partition 3 in the ink channel 4. It has the electrode 2 to which the path | route to the electrode part of the bonding area | region 8 is connected. The actuator 1 having the ink channel 4 is formed by bonding the base 1 and the top sheet 10 made of glass, ceramics, resin material, or the same material as the base 1 and having the supply holes 11 for supplying ink. The nozzle plate 6 having the nozzle holes 5 made of a resin material or a glass material is provided on the front end surface 7 of the actuator portion 9 to form an ink jet head.
[0004]
When drawing using such an inkjet head, particularly pattern printing, there are problems that ink droplets cannot be ejected simultaneously from adjacent nozzles, and that mutual interference occurs between adjacent nozzles. .
[0005]
As a method for solving such a problem, an air chamber called spacing is provided between adjacent nozzles as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-377129, and no ink is put into the spacing, thereby reducing the density. A method has been proposed in which low-pressure air absorbs vibrations of the drive partition wall and suppresses the influence on adjacent nozzles.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described conventional example is effective only for suppressing mutual interference due to the air chamber. As a result of actual experiments, all ink channel driving and one ink channel driving are performed under the same driving voltage. The discharge speed was different. Also, the deformation amount of the ink channel cross-sectional area based on the deformation of the driving partition wall by theoretical analysis is different between all ink channel driving and one ink channel driving, and the driving partition deformation amount is small during one ink channel driving. Proved to be.
[0007]
When a voltage is applied, the driving partition is deformed into a "<" shape and pulls the top sheet and the channel bottom. At this time, it is considered that there is a difference in the amount of deformation of the partition wall between the case of ejecting from all nozzles and the case of ejecting only one nozzle at the same drive voltage, and the change in actual droplet ejection speed is also affected.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the ink jet recording apparatus of the present invention is provided with a non-driven support column in an air chamber between adjacent ink channels, and opens the base side or top sheet side surface of the air chamber. Accordingly, the object is to always make the ejection speed constant irrespective of the change in the number of ink channels driven under the same voltage. According to the present invention, it is possible to effectively suppress a change in ejection speed due to a difference in the number of drive ink channels, and it is possible to improve printing quality and printing speed.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
According to a first aspect of the present invention, an ink jet head is provided between a drive partition that deforms according to a voltage applied to fill ink, a plurality of ink channels that are configured by the drive partition, and the ink channel. In the inkjet head formed by pasting a base made of a piezoelectric element integrally formed with the formed air chamber and a top sheet for covering the groove of the ink channel of the base, the air chamber is An inkjet head characterized in that it has a column having a length reaching the top sheet made from the base between the top sheet and the bottom of the air chamber. By making the movement of the driving partition equal when driving all ink channels and one ink channel, the change in discharge speed and discharge It is intended to reduce the amount change. In addition, since the distortion between materials due to heat does not occur in the manufacture of the head, the ink jet head can be manufactured with high accuracy.
[0011]
Method for manufacturing an ink jet head according to claim 2 of the present invention is a method for producing an ink jet head according to claim 1, wherein the molding by a dicing saw to the base, the same material the base portion, Since it can be molded in the same process, it is possible to mold a base portion with good dimensional accuracy.
[0012]
The method for producing an ink jet head according to claim 3 of the present invention is the ink jet head producing method according to claim 1 , characterized in that the base is formed by sandblasting, and the time is shorter than a forming method by dicer processing. It is possible to mold the base in large quantities.
[0013]
The inkjet head according to claim 4 of the present invention is the inkjet head according to claim 1 , wherein the support column is made of a material different from a piezoelectric material that is a material of a base. It is possible to effectively suppress the vertical movement with respect to.
[0019]
(Embodiment 1)
The first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1, 2a, 2b, 2c, 5a, 5b, 6a, 6b, and 6c. In addition, the same number was used about the member similar to FIG. 5a.
[0020]
Differences in the droplet discharge speed due to differences in the number of drive ink channels in the conventional inkjet head shown in FIG. 5A will be described with reference to FIGS. Here, in order to make it easy to understand the positional relationship between the ink channel 4 and the drive partition 3 on the front end surface, the nozzle hole 5 which does not actually exist is also shown. 6A to 6C show the theoretical analysis results of the driving state of the front end surface 7 of the conventional ink jet head, and FIG. 6A shows the stationary state of the front end surface 7 of the conventional ink jet head.
[0021]
FIG. 6B shows the head state when all ink channels are driven, and the broken line portion in the drawing shows the head stationary state 36 of FIG. 6A. As shown in FIG. 6b, when all the ink channels are driven, the driving partition walls 3 are all deformed into a "<" shape, and the distance between the top sheet 10 and the bottom of the ink channel 4 is relatively reduced. FIG. 6c shows the state of one ink channel drive head in the head, and the alternate long and short dash line in the figure shows the state of the head of all ink channel drives 37 shown in FIG. 6b. Compared to when all ink channels are driven 37, the partition walls of the non-ejection channels are not driven, so the relative distance between the top sheet 10 and the bottom of the ink channels 4 is not reduced compared to when all ink channels are driven 37. As described above, in the conventional head, the ejection that influences the droplet ejection is affected by the deformation of the driving partition 3 and the change in the relative distance between the top sheet 10 and the bottom of the ink channel 4 in all ink channel driving and one ink channel driving. This causes a change in pressure and a change in discharge speed.
[0022]
FIG. 1 is a perspective view of an ink jet head of the present invention. The base 1 includes a drive partition wall 3 that forms an ink channel 4 and an air chamber 12, an ink channel 4 that serves as an ink flow path, a groove that serves as an air chamber 12, and a column 13 that is formed in the air chamber 12. When a part of them is cut out, the air chamber 12, the support column 13, the air chamber 12, the driving partition 3, the ink channel 4, and the driving partition 3 are repeatedly arranged in this order.
[0023]
2A to 2C are images showing a stationary state, all ink channel driving, and one ink channel driving state on the front end surface 7 of the ink jet head according to the first to fifth aspects of the present invention. Here, in order to make it easy to understand the positional relationship between the ink channel 4 and the drive partition 3 on the front end surface, the nozzle hole 5 which does not actually exist is also shown.
[0024]
FIG. 2A is an example of the front end face 7 of the ink jet head of the present invention, which is an example in which the ratio of the width of the air chamber 12 formed on both sides of the support column 13 and the width of the ink channel 4 is 1: 1. It shows a stationary state. FIG. 2B shows the state of the head when all the ink channels are driven, and the broken line portion in the drawing shows the head stationary state 16. FIG. 2c shows the state of the head when one ink channel is driven, and the alternate long and short dash line in the figure shows the state of the head of all ink channel drives 17. FIG.
[0025]
In the head of the present invention, since the struts 13 are formed between the ink channels 4, one ink channel 4 tries to attract the top sheet 10 and the bottom of the ink channel 4 when all the ink channels are driven. Force does not propagate to adjacent ink channels due to the struts 13 between the ink channels. Accordingly, even when the number of ink channels to be driven is different, the deformation of the driving partition 3 and the change in the relative distance between the top sheet 10 and the bottom of the ink channel 4 become substantially constant, and the discharge speed and the discharge amount are always stable. Actually, the support 13 was formed in the air chamber 12, the other dimensions were not changed, the head of the present invention was manufactured, and compared with the conventional type. In the experiment method, all ink channels are driven, and the voltage value when droplets are ejected from all nozzles at 4 m / s is measured. Under the same voltage, every other ink channel 4 is driven (separated). The speed change rate when the liquid droplets are ejected by channel driving) and the speed change rate when only one ink channel 4 is driven are two heads for each of the ink jet head of the present invention and the conventional ink jet head. Measured in The results are shown in Table 1.
[0026]
[Table 1]

[0027]
In the head of the present invention, the speed change is about + 3% under any discharge condition, and it can be seen that the speed change rate is extremely small. In the conventional head, the speed change rate when driving the separate channel is greatly changed to -12%, and when the speed of one ink channel is driven, the speed is reduced by about -15% and the speed change is very large. . As described above, the ink jet head having a support in the air chamber of the present invention is less susceptible to crosstalk due to the number of ink channels to be driven, and can stabilize the ink droplet discharge speed.
[0028]
In the ink jet head of the present invention taken as an example here, the support column shape divides the air chamber into two, but the support column may be dispersed in several places in the air chamber.
[0029]
As a method of forming the column 13, the ink channel 4 and the air chamber 12 can be formed using a dicer, and the column 13 can be formed using a base material during the same process. It is possible to form the base 1 with high accuracy by integrally molding the base 1 with a dicer.
[0030]
Further, it is possible to form the support columns 13 simultaneously with the formation of the ink channels 4 and the air chambers 12 by sandblasting, which makes it possible to form a large amount in a short time.
[0031]
As an example of a method of forming the support 13 made of a material different from the piezoelectric material that is the base 1 material, the support 13 is formed on the top sheet 10 side and bonded to the base 1 so that the support 13 is placed in the air chamber 12. It is also possible to form. At this time, by using a material having a higher elastic modulus than that of the base 1 piezoelectric material, it is possible to use the struts 13 having a narrower width than the case where the struts 13 are integrally formed on the base 1 side. This is effective when it is necessary to make it easier.
[0032]
(Embodiment 2)
The second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 3, 4a, 4b, 4c, 5a, and 5b. In addition, the same number was used about the same member of the said description.
[0033]
FIG. 3 is a perspective view of an ink jet head which is an example of the present invention. In the ink jet head of the present invention, a base part is composed of an ink channel 4, an air chamber 12, and a driving partition wall 3, and the air chamber 12 is an open part that opens at least one of the top sheet 10 side or the base 1 side to the outer surface. 15. Here, as an example, the opening 1 15 is provided on the base 1 side.
[0034]
4A to 4C are images showing a stationary state, all ink channel driving, and one ink channel driving state on the front end surface 7 of the ink jet head of the present invention. Here, in order to make it easy to understand the positional relationship between the ink channel 4 and the drive partition 3 on the front end surface, the nozzle hole 5 which does not actually exist is also shown. FIG. 4 a is an enlarged view of the front end surface 7 of the inkjet head in a stationary state according to the present invention. FIG. 4 b shows the state of the head when all ink channels are driven, and the broken line portion in the drawing shows the head stationary state 26. FIG. 4 c shows the state of one ink channel drive head, and the alternate long and short dash line in the figure shows the state of the head of all ink channel drives 27.
[0035]
In the head of the present invention, since the open portion 15 is provided between the ink channels, the pair of drive partition walls 3 and the ink channels 4 forming one ink channel 4 have independent shapes, and even when all the ink channels are driven. Even when one ink channel is driven, the force with which the driving partition 3 forming one ink channel 4 pulls the top sheet 10 and the bottom of the ink channel 4 is always constant. Therefore, the deformation of the driving partition 3 and the change of the relative distance between the top sheet 10 and the bottom of the ink channel 4 are almost constant in all ink channel driving and one ink channel driving, and the speed is always stable even when the number of ejection nozzles is changed. The head of the present invention is manufactured by actually opening the air chamber 12 to the surface of the base 1, and the diameter of the nozzle holes 5 excluding the shape of the air chamber, the pitch between the nozzles, the width of the drive partition 3, and the ink channel 4 Comparison was made with a conventional inkjet head in which all dimensions such as width, depth, and length were all the same.
[0036]
The experimental method measures the voltage value when droplets are ejected from all nozzles at 4 m / s, and every other ink channel 4 is driven (separate channel drive) in every ink channel under the same voltage. The rate of change in velocity when ejected and the rate of change in velocity when only one ink channel 4 was driven were measured for each of the two heads for both the inkjet head of the present invention and the conventional inkjet head. The results at this time are shown in Table 2.
[0037]
[Table 2]

[0038]
In the head of the present invention, the speed change is within + 5% under any discharge conditions, and it can be seen that the speed change rate is extremely small. On the other hand, in the conventional head, the rate of change in speed when driving the remote channel is greatly changed to -12%, and when the speed of one ink channel is driven, the speed is reduced by about -15% and the change in speed is very large. I understand. Thus, the ink jet head according to the sixth aspect of the present invention is less susceptible to crosstalk due to the number of ink channels to be driven and can stabilize the ink droplet ejection speed.
[0039]
As a forming procedure of the opening part 15, it is possible to prepare the base 1 and the top sheet 10 in which the part to be opened is formed in advance and affix each of them. However, the opening part 15 is set in advance on the base 1 side and the top sheet 10 in advance. A high alignment system is required when molding on both sides and sticking each. For this reason, after sticking the base 1 and the top sheet 10, the open part can be obtained without requiring high-precision alignment in the base 1 and the top sheet 10 by applying a method of processing a predetermined position by a dicer or sandblast. 15 can be formed.
[0040]
When the inkjet head is driven for a long time, ink droplets enter the open portions formed on the base 1 and the top sheet 10 to collect ink, resulting in a decrease in ejection speed and dripping of ink collected during drawing. Then, it is conceivable that the recording surface of the printed material is soiled. Therefore, it is possible to prevent the ink from entering the air chamber 12 by sticking the protective sheet 14 having an elastic modulus equal to or lower than that of the member constituting the head to the opening portion 15. The protective sheet 14 can be easily attached with an adhesive, but in order to prevent ink droplets from entering completely, the nozzle plate 6 is used as the protective sheet 14 and the nozzle plate is extended. It is possible to reliably prevent the ink from entering, and to simplify the process of attaching the protective sheet material 14 to manufacture the ink jet head of the present invention. In addition, when the nozzle plate 6 is continuously pasted from the head front end surface 7 to the open portion, it is necessary to bend the corner portion, so that R portion or C chamfering is applied to this portion to follow the nozzle plate. It is possible to improve the property and reliably stick.
[0041]
Ordinary inkjet heads are affixed to members such as P-plates to send electrical signals, or affixed to reinforcing materials to maintain the strength of the head, but not directly to areas with open parts Is preferred. However, at this time, if the elastic modulus of the P plate or the reinforcing material is lower than that of the base forming material, it can also serve as the protective sheet 14.
[0042]
【The invention's effect】
As described above, according to the inkjet head of the present invention, the support is provided in the air chamber between adjacent nozzles, or at least one of the air chamber is opened to the outer surface of the top sheet side or the base side. As a result, it is possible to stabilize the ejection speed during all ink channel driving and one ink channel driving under the same driving voltage, and it is possible to provide a head in which mutual interference between adjacent nozzles is reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of an ink jet head according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2A is a diagram showing a stationary state of a front end surface portion of the ink jet head according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 3C is a diagram showing a state in which all ink channels are driven at the front end of the inkjet head in the first embodiment. FIG. 3C is a diagram showing a state in which one ink channel is driven in the front end of the inkjet head in the first embodiment of the present invention. 4 is a perspective view of an actuator portion of the ink jet head in the second embodiment. FIG. 4A is a diagram showing a stationary state of the front end surface portion of the ink jet head in the second embodiment of the present invention. FIG. 4B is a front end portion of the ink jet head in the second embodiment of the present invention. FIG. 4C is a diagram showing a state in which all ink channels are driven (c) Inkjet head in Embodiment 2 of the present invention FIG. 5A is a diagram showing a driving state of one ink channel at an end portion. FIG. 5A is a diagram showing a configuration of a conventional inkjet head. FIG. 6B is a longitudinal sectional view of a conventional inkjet head. FIG. 4B is a diagram showing a stationary state of the front end surface portion of the inkjet head, FIG. 4B is a diagram showing an all ink channel driving state of the front end portion of the conventional inkjet head, and FIG. Explanation】
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Base 2 Electrode 3 Drive partition 4 Ink channel 5 Nozzle hole 6 Nozzle plate 7 Front end surface 8 Wire bonding part 10 Top sheet 11 Supply hole 12 Air chamber 13 Strut 14 Protection sheet 15 Opening part 16 Head stationary state 17 All ink channel drive State 26 Head still state 27 All ink channel drive state 36 Head still state 37 All ink channel drive state

Claims (4)

インクを充填するために加えた電圧に応じて変形する駆動隔壁と前記駆動隔壁から構成された複数のインクチャンネルと前記インクチャンネルとの間に設けられた空気室とが一体に形成された圧電素子から成る基台と、前記基台の前記インクチャンネルの溝部を覆うための頂部シートを貼付して形成されたインクジェットヘッドにおいて、前記空気室は前記頂部シートと前記空気室の底部との間に前記基台から作製された前記頂部シートに達する長さの支柱を有することを特徴としたインクジェットヘッド。 A piezoelectric element in which a driving partition deformed according to a voltage applied to fill ink, a plurality of ink channels composed of the driving partition, and an air chamber provided between the ink channels are integrally formed And an ink jet head formed by attaching a top sheet for covering the groove of the ink channel of the base, wherein the air chamber is between the top sheet and the bottom of the air chamber. An ink jet head comprising a support column having a length reaching the top sheet manufactured from a base. 前記基台をダイシングソーにより成形す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の製造方法。2. The method of manufacturing an ink jet head according to claim 1, wherein the base is formed by a dicing saw. 前記基台をサンドブラストにより成形す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の製造方法。The method of manufacturing an ink jet head according to claim 1, wherein the base is formed by sandblasting. 前記支柱を、基台の材料である圧電材とは異なる材料により構成す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 ink jet head according to claim 1 , wherein the column is made of a material different from a piezoelectric material that is a material of a base.

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