JP4281387B2

JP4281387B2 - Ink jet recording head and ink jet recording apparatus

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Publication number: JP4281387B2
Application number: JP2003081624A
Authority: JP
Inventors: 広和松崎; 虎彦神田
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2003-03-24
Filing date: 2003-03-24
Publication date: 2009-06-17
Anticipated expiration: 2023-03-24
Also published as: JP2004284290A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット記録ヘッドの圧電素子の形状に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット記録装置はインクジェット記録ヘッドを主走査方向に往復させ、同時に記録紙等を主走査方向に移送させながら、複数のノズルから選択的にインク滴を吐出させることで記録紙等に文字や画像を印刷する。インクジェット記録ヘッドには圧電素子の電歪作用を用いて、インクが充填された圧力室を加圧することで、圧力室に連通するノズルからインク滴を吐出する方法が知られている。
【０００３】
さて、近年、インクジェット記録装置は高速化の傾向が強まっている。このためインクジェット記録ヘッドのノズル数を増やし、より短時間で広い領域に画像形成できるようにしている。（例えば、特許文献１参照）
しかし、単にノズル数を増やすとインクジェット記録ヘッド全体のサイズが増大し、このためインクジェット記録ヘッドの製造コストも増大する。従って、インクジェット記録ヘッドの増大を招かないでノズル数を増加させる為に、高密度にノズルを配置することが重要となる。
【０００４】
高密度にノズルを多数配置するためには、圧力室の面積を小さくしたい。しかし、圧力室の面積を小さくすると、それに伴い圧電素子の面積が小さくなるため、圧電素子のたわみ変位量が小さくなる。このため駆動効率が低下し、良好で安定した圧電特性が得ることができない。
【０００５】
従って、圧電素子の面積が小さくても良好で安定した圧電特性が得ることができる圧力室の形状が検討されている。（例えば、特許文献２参照）
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−３３４６６１公報
【特許文献２】
特開２００２−２４８７６５公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の圧電素子の形状（例えば、四角形状、円形状、三角形状、等）では、良好で安定した圧電特性が得られる圧電素子を高密度に配置することができず、ノズルを高密度に多数配置するには限界があった。
【０００８】
本発明は、上記課題に対して成されたもので、良好で安定した圧電特性を得られるともに、圧電素子を高密度に配置することができる形状とすることで、更にノズルを高密度に多数配置することを目的とする。
【０００９】
また、このことにより、大型化することなく、短時間で広い領域に画像形成できるインクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明に係るインクジェット記録ヘッドは、圧電プレートに一定幅の溝部を形成することによってマトリックス状に配置された複数の同形状の圧電能動部と複数の同形状の残存ダミー部とが形成され、前記圧電能動部の電歪作用によって圧力室内のインクを加圧してインク滴をノズルから吐出させるインクジェット記録ヘッドにおいて、前記圧電能動部の形状が、２本の対角線の長さの比が１に近く前記圧力室に相当する領域に納まり前記圧力室と略同一形状の菱形形状と、前記菱形形状の前記２本の対角線の長い方の対角線の長さと略同じ長さの半径の略４分の１円の扇形状とが、前記菱形形状の中心部と前記扇形状の頂点部とが一致するように、且つ前記扇形状部の円弧の中心部が前記菱形形状の長い方の対角線の延長線上に交わるように組み合わさり、前記扇形状の円弧の両端部が凹んでいる凹み部を有する形状であり、前記残存ダミー部の四方が、前記圧電能動部の前記菱形形状の部分と、前記圧電能動部の前記扇形状の部分と、対向して配置された前記圧電能動部の前記凹み部と、で囲まれていることを特徴としている。
【００１１】
請求項１に記載のインクジェット記録ヘッドによれば、圧電能動部の形状が２本の対角線の長さの比が１に近く、圧力室に相当する領域に納まり、圧力室と略同一形状の菱形形状と、菱形形状の２本の対角線の長い方の対角線の長さと略同じ長さの半径の略４分の１円の扇形状とが、菱形形状の中心部と扇形状の頂点部とが一致するように、且つ扇形状部の円弧の中心部が菱形形状の長い方の対角線の延長線上に交わるように組み合わさり、扇形状の円弧の両端部が凹んでいる凹み部を有する形状をしている。
【００１２】
従って、扇形状の凹み部に合わせて菱形形状部分を配置することで、圧電能動部を高密度にマトリックス状に配置できる。つまり、ノズルを高密度に多数配置できる。
【００１３】
また、菱形形状部分は略同一形状の圧力室内のインクを加圧する駆動部となり、菱形形状部分を除いた扇形状部分は電気接続を行う電気パット部となる。圧電能動部は、菱形形状部分の２本の対角線の比、つまりアスペクト比が１に近く、且つ、菱形形状部分と扇形状部分との接続部分がくびれているので、特開２００２−２４８７６５公報に記載されているように、良好で安定した圧電特性を得られる。
【００１４】
従って、良好で安定した圧電特性を得られるともにノズルを高密度にマトリックス状に多数配置することができるので、大型化することなく、短時間で広い領域に画像形成できるインクジェット記録ヘッドを提供することができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明に係るインクジェット記録ヘッドは、請求項１に記載の構成において、前記圧電プレートに前記一定幅の溝部をサンドブラスト加工により形成することによって、複数の同形状の前記圧電能動部と複数の前記残存ダミー部とが形成されることを特徴としている。
【００１６】
請求項２に記載のインクジェット記録ヘッドによれば、圧電プレートに一定幅の溝部をサンドブラスト加工によって容易に短時間で精密に複雑な形状の圧電能動部と複数の残存ダミー部とを形成することができる。また、形成された圧電能動部によって請求項１と同様の作用を奏す。
【００１７】
請求項３に記載の発明に係るインクジェット記録ヘッドは、請求項２に記載の構成において、前記圧電能動部の側方加工形状が曲率半径０．５μｍから４０μｍであることを特徴としている。
【００１８】
請求項３に記載のインクジェット記録ヘッドによれば、請求項２と同様の作用を奏すが、圧電能動部の側方加工形状が曲率半径０．５μｍから４０μｍであるので、マトリックス状に配置された各圧電能動部毎の静電容量のばらつきが少ない。従って、良好で安定した、ばらつきの少ない圧電特性の圧電能動部を得ることができる。
【００１９】
尚、圧電プレートをサンドブラスト加工する際、ブラスト砥粒が圧電プレートの側面に対しても衝突する為、圧電プレートの厚さ方向に対する加工（垂直加工）の進行と平行して、圧電プレートの幅方向への加工も進行する。この事を本明細書では側方加工と言い、この側方加工により形成される形状を側方加工形状と言う。
【００２０】
請求項４に記載の発明に係るインクジェット記録ヘッドは、請求項２又は請求項３に記載の構成において、前記圧電プレートの厚み方向に対して４５°から−４５°であることを特徴としている。
【００２１】
請求項４に記載のインクジェット記録ヘッドによれば、請求項２又は請求項３と同様の作用を奏すが、圧電能動部の側方加工形状が圧電プレートの厚み方向に対して４５°から−４５°であるので、マトリックス状に配置された各圧電能動部毎の静電容量のばらつきが少ない。従って、良好で安定した、ばらつきの少ない圧電特性の圧電能動部を得ることができる。
【００２２】
請求項５に記載の発明に係るインクジェット記録ヘッドは、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の構成において、前記残存ダミー部の最小幅部が、０．１ｍｍから０．２ｍｍの範囲であることを特徴としている。
【００２３】
請求項５に記載のインクジェット記録ヘッドによれば、残存ダミー部の最小幅部が、０．１ｍｍから０．２ｍｍの範囲であるので、サンドブラスト加工中に残存ダミーが破損しにくい。従って、圧電能動部の側方加工が増幅し、圧電特性に影響が出るような形状になることを防止できる。
【００２４】
すなわち、側方加工の加工速度は、圧電プレートに形成する溝部の幅に依存する。つまり、溝部の幅が大きいほど、ブラスト粒子が圧電プレートの側面に衝突しやすくなるため、側方加工の加工速度が大きくなる。従って、サンドブラスト加工中に残存ダミーが破損すると、その影響で圧電能動部の側方加工が増幅し、圧電能動部の形状が変化する。圧電能動部の形状の変化は、圧電特性に影響を及ぼす。
【００２５】
しかしながら、本発明の残存ダミー部は、最小幅部が０．１ｍｍから０．２ｍｍの範囲であるので、サンドブラスト加工中に残存ダミーが破損しにくい。従って、圧電能動部の側方加工が増幅し、圧電特性に影響が出るような形状になることを防止できる。
【００２８】
このように、良好で安定した、ばらつきの少ない圧電特性の圧電能動部をサンドブラスト加工によって容易に得ることができ、また、サンドブラスト加工中に残存ダミーが破損しにくいので、圧電能動部の側方加工が増幅し、圧電特性に影響が出るような形状になることが防止される。
【００２９】
請求項６に記載の発明に係るインクジェット記録装置は、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッドを使用することを特徴としている。
【００３０】
請求項６に記載のインクジェット記録装置によれば、請求項１乃至は請求項６に記載のインクジェット記録ヘッドを使用しているので、安定した良好な画像形成が高速に行えるインクジェット記録装置を提供できる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態を図１〜図４に基づき説明する。
【００３２】
図１及び図２に示すように本実施の形態のインクジェット記録ヘッド１１２は、マトリックス状に複数開けられたインク滴を吐出するノズル１０、インクを加圧して連通するノズル１０からインク滴を吐出する圧力室１４、図示しないインク供給部材からインクが供給される共通インク室２０を備えている。そして、ノズル１０と圧力室１４とを連通するノズル連通室１２、共通インク室２０の開口部１８と圧力室１４とを連通するインク供給路１６を備えている。また、圧力室１４の上面には振動板３０が接着され、振動板３０の上面には圧電能動部４２と残存ダミー部４４とが接着されている。更に圧電能動部４２の上にはボール半田３４を介して電気基板３６が接合されている。
【００３３】
圧電能動部４２及び残存ダミー部４４は、後述する圧電プレート７２に一定幅の溝部４０を形成することによって形作られる。
【００３４】
圧電能動部４２は、その形状が、四隅が円弧で構成され２本の対角線の長さの比が１に近い菱形形状と、菱形形状の前記２本の対角線の長い方の対角線の長さと略同じ長さの半径の略４分の１円の扇形状とが、菱形形状の中心部と扇形状の頂点部とが一致するように、且つ扇形状の円弧の中心部が菱形形状の長い方の対角線上と交わるように組み合わさり、扇形状は、その円弧の両端部が凹んでいる凹み部４２Ｃを有する形状をしている。
【００３５】
この圧電能動部４２の菱形形状の部分を菱形形状部４２Ａ、菱形形状部４２Ａ以外の扇形状の部分を扇形状部４２Ｂとする。また、菱形形状部４２Ａは、圧力室１４に相当する領域に収まり、また圧力室１４と略同一形状である。この菱形形状部４２Ａは電歪作用によって圧力室１４内のインクを加圧する駆動部となる。また、扇形状部４２Ｂは電気接続を行う電気パット部となりボール半田３４を介して電気基板３６が接合する。
【００３６】
圧電能動部４２は、図３に示すように、扇形状部４２Ｂの凹み部４２Ｃに合わせて菱形形状部４２Ａを配置することで、高密度にマトリックス状に配置することができる。つまり、ノズル１０を高密度に多数配置することができる。
【００３７】
更に、圧電能動４２は、菱形形状部４２Ａの２本の対角線の比が１に近い形状、つまり、駆動部のアスペクト比が１に近い形状であり、且つ、電気パット部となる扇形状部４２Ｂとの接続部４２Ｄはくびれているため、駆動部となる菱形形状部４２Ｂの電歪作用によるたわみ変形を妨げにくい。従って、特開２００２−２４８７６５公報に記載されているように、高い単位面積当たりの駆動効率を得ることができる。換言すると良好で安定した圧電特性を得ることができる。
【００３８】
つまり、圧電能動部４２の形状は、高密度にマトリックス状に配置することができ、且つ、良好で安定した圧電特性を得られる形状となっている。尚、この圧電能動部４２の形状は本出願人が試行錯誤を繰り返した結果、得られた形状である。
【００３９】
また、残存ダミー部４４は、最小幅部が０．１ｍｍから０．２ｍｍになるように形成されている。最小幅部とは、略平行となる辺と辺、或いは曲線部分の接線との幅の最小幅を意味する。本実施の形態の場合であれば、図４に示すＤ１やＤ２が、これに該当する。尚、Ｄ１は０．１５ｍｍ、Ｄ２は０．１２ｍｍであり、いずれも０．１ｍｍから０．２ｍｍの範囲内に有る。
【００４０】
次に本実施の形態のインクジェット記録ヘッド１１２の製造方法について図５を用いて説明する。
【００４１】
ノズル１０が形成されるノズルプレート２１と、ノズル連通室１２と共通インク室２０とを形成するインクプールプレート２２、インクプールプレート２３と、共通インク室２０の開口部１８とノズル連通室１２とを形成するスループレート２４と、インク供給路１６が形成されたインク供給路プレート２６と、圧力室１４が形成された圧力室プレート２８と、を順番に積層し接合する。（図５（Ａ））
次にノズルプレート２１の表面に撥水コート膜を被覆すると共に、エキシマレーザ５０にてノズル１０を開ける。（図５（Ｂ））
そして、ノズル１０を形成後に圧力室プレート２８に振動板３０を接着する。（図５（Ｃ））
尚、ノズルプレート２１の材質はポリイミドであり、インクプールプレート２２、インクプールプレート２３、スループレート２４、インク供給路プレート２６、圧力室プレート２８、振動板３０の材質はＳＵＳである。また、これら、ノズルプレート２１、インクプールプレート２２、インクプールプレート２３、スループレート２４、インク供給路プレート２６、圧力室プレート２８、振動板３０が接着されたものを、以後、流路プレートユニット６０と言う。
【００４２】
次に別途、圧電能動部４２と残存ダミー部４４と後述する固定基板７０からなる圧電ユニット６２を作成する。
【００４３】
圧電ユニット６２の作成は、先ず後述する圧電プレート７２と固定基板７０とを接着剤を介して接着する。接着には、剥離可能な接着剤、例えば接着後に所定の温度で加熱されると、発泡して接着力が大幅に低下する性質を有する熱発泡性接着フィルムを用いる。接着固定後、後述するサンドブラスト加工を用いて、圧電プレート７２に一定幅の溝部４０を形成することで、マトリックス状に配列された圧電能動部４２と残存ダミー部４４とが形成された圧電ユニット６２が作成される。
【００４４】
この圧電ユニット６２の固定基板７０が接着された逆の面を、前述した接着接合しておいた流路プレートユニット６０の振動板３０と接着する（図５（Ｄ））。尚、接着の際の位置合わせは、流路プレートユニット６０に予め形成されているマーク（図示せず）と固定基板７０に予め開けられているマーカ孔（図示せず）とを、例えば光学顕微鏡などを用いて合わせることで高精度に接合できる。
【００４５】
また、圧電プレート７２の両面には、電極層として第１及び第２電極層がスパッタリングなどで予め形成されており、共通電極として兼用する振動板３０と接着剤で接着することで、第一電極層、すなわち圧電能動部４２と振動板３０とは電気的にも接続される。
【００４６】
続いて、固定基板７０を加熱して熱発泡性接着フィルムの接着力を低減させ、固定基板７０を剥離する。（図５（Ｅ））
剥離後、各圧電能動部４２毎にボール半田３４を形成し、その上に電気基板３６を接合する。（図５（Ｆ））。
【００４７】
尚、前述したように圧電プレート７２の両面には第１及び第２電極層が形成されているので、第２電極層、すなわち圧電能動部４２と電気基板３６とは電気的に接続されている。また、電気基板３６と振動板３０とは図示しない接点にて接続されている。
【００４８】
最後に図示しないインク供給部材等を取り付けることにより、本実施の形態のインクジェット記録ヘッド１１２が完成する。
【００４９】
このように完成したインクジェット記録ヘッド１１２に、図１（Ｂ）の矢印Ｙのように、インク供給部材から導入されたインクが、共通インク室２０、インク供給路１６、圧力室１４、ノズル連通室１２に充填される。インクが充填された状態で、例えばボール半田３４から振動板３０へと通電することで圧電能動部４２が歪み、振動板３０を介して圧力室１４内のインクが加圧され、ノズル１０からインク滴が吐出する。
【００５０】
さて、本実施の形態では、圧電プレート７２への圧電能動部４２と残存ダミー部４４との形成、つまり圧電プレート７２への一定幅の溝部４０の形成に際し、サンドブラスト加工を用いることにより、このような複雑な圧電能動部４２と残存ダミー部４４の形状の製造を可能にしている。そこで、サンドブラスト加工について以下に説明する。
【００５１】
図６に示すように、まず圧電材料ブロック（図示せず）にラップ加工を施し、圧電プレート７２を作成する。圧電プレートの厚さは、圧電能動部４２に必要な、たわみ変形量や駆動電圧を基に決められる。本実施の形態では３５μｍとしている。この圧電プレート７２に対し、その両面に電極層となる電極膜をスパッタリング等で形成する。尚、本実施の形態では、電極膜材料としてクロム、ニッケル、金を用いている。続いて、熱発泡性接着フィルムを介し、スパッタリング済みの圧電プレート７２を固定基板７０に仮固定する。この固定基板７０には、流路プレートユニット６０との接合位置合わせを行うためのマーカ孔（図示せず）が開けられている。
【００５２】
仮固定した圧電プレート７２の上に、感光性を有するフィルムレジスト７６を貼り付ける。本実施の形態では、厚さ５０μｍのウレタン系フィルムレジストを使用した。その後、圧電能動部４２及び残存ダミー部４４として残す部分にのみ紫外線（ＵＶ）が透過するパターンを有する露光マスク７８を別途作成し、上記のフィルムレジスト７６に貼り付ける。露光マスク７８は、固定基板７０のマーカ孔を基準にしてパターニングされている。この露光マスク７８を介してフィルムレジスト７６で被覆した圧電プレート７２へＵＶ照射を行い、その後エッチング８４を行う。エッチング８４の液には、ＵＶ照射された部分を除去せず、かつ、それ以外の部分を確実に除去できる特性を有するもの、例えば、炭酸ナトリウム水溶液を用いる。
【００５３】
以上のプロセスによって、圧電能動部４２及び残存ダミー部４４にのみフィルムレジスト７６が被覆され、それ以外の部分はフィルムレジスト７６が除去される。つまり、除去された部分が一定幅の溝部４０となる。続いて、サンドブラスト加工を行う。サンドブラスト加工では、圧電プレート７２のフィルムレジスト７６が除去されて露出した部分（溝部４０）は確実に研削除去され、かつ、フィルムレジスト７６が残った部分（圧電能動部４２と残存ダミー部４４）には研削が行われないような条件下で行う。
【００５４】
一般にサンドブラスト加工では、ブラスト砥粒が圧電プレート７２の側面に対しても衝突する為、圧電プレート７２の厚さ方向に対する加工（垂直加工）の進行と平行して、圧電プレート７２の幅方向への加工も進行する。この側方加工の加工速度は、圧電プレート７２に形成する溝部４０の幅に依存する。つまり、溝部４０の幅が大きいほど、ブラスト砥粒が圧電プレート７２の側面に衝突しやすくなるため、側方加工の加工速度が大きくなる。
【００５５】
しかし、本実施の形態では、溝幅４０は一定幅であるのでサイドエッチング量が同一となる。このため圧電能動部４２は均一な寸法とすることができ、高精度の加工が可能となる。
【００５６】
また、サンドブラスト加工中に残存ダミー４４が破損すると、その影響で圧電能動部４４の側方加工が増幅し圧電能動部４４の形状が変化する。圧電能動部４４の形状の変化は、圧電特性に影響をおよぼす。
【００５７】
しかしながら、本実施の形態の残存ダミー部４４は、最小幅部が０．１ｍｍから０．２ｍｍの範囲であるので、サンドブラスト加工中に残存ダミー４４が破損しにくい。このため圧電能動部４２の側方加工が増幅し圧電特性に影響が出るような形状になることを防止できる。
【００５８】
更に、この側方加工により形成される圧電能動部４２の側方加工形状は圧電特性に影響する。従って、本実施の形態では、その形状を以下のような形状にし、良好な圧電特性を得られるようにしている。
【００５９】
すなわち、図７に示すように、曲率半径Ｒを０．５μｍから４０μｍ、垂直方向（厚み方向）に対する角度θが４５°から−４５°になるように加工されている。尚、曲率半径Ｒが４０μｍ以上、角度θが４５°以上である場合、圧電能動部の体積が大きすぎ、静電容量が大きくなる。また、尚且つ、ばらつきも大きくなる。このため安定した圧電特性とならず、駆動効率がばらつく。
【００６０】
尚、本出願人の実験では、Ｒが４０μｍ以内、角度θが４５°以内であると、各圧電能動部の駆動効率のばらつきは±５％以内にすることができると言う結果を得ている。また、角度θが−４５°以下に側方加工が進行すると、圧電能動部の体積が小さくなりすぎ、場合によっては、やはり十分な駆動効率を得ることができない。
【００６１】
そしてサンドブラスト加工後、圧電プレート７２の表面に残ったフィルムレジスト７６を除去し洗浄を施す。
【００６２】
尚、このように上部のフィルムレジスト７６を除去し、前述したように固定基板７０と逆の面、すなわち、このフィルムレジスト７６を除去した面が振動板３０に貼りつけられる。従って、図７に示す側方加工形状は、インクジェット記録ヘッド１１２に組みつけられたときは、図８に示すようにサンドブラスト加工時の側方加工形状とは上下逆になる。
【００６３】
以上の工程により、固定基板７０の上に熱発泡性接着フィルムで貼り付けられ、両面に電極膜を有する圧電能動部４２と残存ダミー部４４を有する圧電ユニット６２が得られる。
【００６４】
このようにサンドブラスト加工によれば、本実施の形態のような複雑な形状の圧電能動部４２及び残存ダミー部４４であっても、簡易的かつ短時間で精密に加工を行うことができ、また、そのため低コスト化することができる。
【００６５】
次に本実施の形態のインクジェット記録ヘッド１１２の作用を説明する。
【００６６】
図９は、本実施の形態のインクジェット記録ヘッド１１２を備えたインクジェット記録装置１０２である。
【００６７】
インクジェット記録装置１０２はインクジェット記録ヘッド１１２を搭載するキャリッジ１０４、キャリッジ１０４を主走査方向Ｍに走査する為の主走査機構１０６、記録媒体としての記録紙Ｐを副走査方向Ｓに走査する為の副走査機構１０８、及びメンテナンスステーション１１０等を含んで構成されている。
【００６８】
インクジェット記録ヘッド１１２は、ノズル１０が形成されたノズルプレート２１（図１及び図２参照）が記録用紙Ｐと対向するようにキャリッジ１０４上に搭載されており、主走査機構１０６によって主走査方向Ｍに移動されながら記録用紙Ｐに対してインク滴を吐出することにより、一定のバンド領域ＢＥに対して画像の記録を行う。主走査方向への１回の移動が終了すると、副走査機構１０８によって記録用紙Ｐが副走査方向Ｓに搬送され、再びキャリッジ１０４を主走査方向Ｍに移動させながら次のバンド領域ＢＥを記録する。こうした動作を複数回繰り返すことにより、記録用紙Ｐの全面にわたって画像記録を行うことができる。
【００６９】
本実施の形態のインクジェット記録ヘッド１１２は、圧電能動部４２を高密度にマトリックス状に配置することができる形状であるので、インクジェット記録ヘッド１１２には高密度に多数のノズル１０を備えている。
【００７０】
従って、キャリッジ１０４の主走査方向Ｍの一回の移動で、広いバンド領域ＢＥに画像が形成できる。つまり、少ないキャリッジ１０４の移動回数で記録用紙Ｐの全面にわたって画像記録を行うことができるので、高速に印字できる。
【００７１】
また、圧電能動部４２の形状は、良好で安定した、ばらつきの少ない圧電特性を得られる形状となっているので、良好で安定した画像がえられる。
【００７２】
従って、良好で安定した画像形成が高速に行えるインクジェット記録装置１０２となっている。
【００７３】
尚、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。
【００７４】
例えば、上記実施の形態では、インクジェット記録ヘッド１１２をキャリッジ１０４によって搬送しながら記録を行ったが、これに限定されるものではない。例えば、ノズルを記録媒体の全般にわたって配置したインクジェット記録ヘッドを用い、インクジェット記録ヘッドは固定して、記録媒体のみを搬送しながら記録を行っても良い。
【００７５】
また、例えば、上記の製造方法に限定されない。圧電能動部４２及び残存ダミー部４４が、上記実施の形態の形状であれば、その他の製造方法でも可能である。例えば、振動板の上に圧電プレートを接着した状態でサンドブラスト加工を行い、振動板上に直接圧電ユニットを形成することも可能である。
【００７６】
また、本明細書におけるインクジェット記録とは、記録紙上への文字や画像の記録に限定されるものではない。すなわち、記録媒体は紙に限定されるものでなく、また吐出する液体もインクに限定されるものではない。例えば、高分子フィルムやガラス上にインクを吐出してディスプレイ用カラーフィルターを作成したり、溶接状態の半田を基板上に吐出して部品実装用のバンプを形成したりするなど、工業用的に用いられる液滴噴射装置全般に対して本発明を利用することが可能である。
【００７７】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、良好で安定した圧電特性を得られるともに、圧電能動部を高密度にマトリックス状に配置にすることができる形状とすることで、ノズルを高密度に多数配置することを実現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態のインクジェット記録ヘッドを示す断面斜視図である。尚、（Ｂ）図は、（Ａ）図のＸ部の拡大図である。
【図２】本実施の形態のインクジェット記録ヘッドを示す断面図である。尚、（Ｂ）図は、（Ａ）図のＡ−Ａ断面の図を表す。
【図３】本実施の形態のインクジェット記録ヘッドの圧電能動部及び残存ダミー部がマトリックス状に配置された状態を表す図である。
【図４】本実施の形態のインクジェット記録ヘッドの圧電能動部、残存ダミー部、溝部を表す図３の拡大図である。
【図５】本実施の形態のインクジェット記録ヘッドの製造工程を模式的に表す工程図である。
【図６】本実施の形態のインクジェット記録ヘッドの圧電プレートへのサンドブラスト加工の工程を模式的に表す工程図である。
【図７】本実施の形態のインクジェット記録ヘッドの側方加工形状を示す断面図である。
【図８】本実施の形態のインクジェット記録ヘッドの側方加工形状を示し、流路ユニットに接着された状態を示す断面図である。
【図９】本実施の形態のインクジェット記録ヘッドを使用したインクジェット記録装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０ノズル
１４圧力室
４０溝部
４２圧電能動部
４２Ｃ凹み部
４４残存ダミー部
７２圧電プレート
１０２インクジェット記録装置
１１２インクジェット記録ヘッド[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to the shape of a piezoelectric element of an ink jet recording head.
[0002]
[Prior art]
An ink jet recording apparatus reciprocates an ink jet recording head in the main scanning direction, and simultaneously ejects ink droplets from a plurality of nozzles while simultaneously transferring the recording paper in the main scanning direction, thereby printing characters and images on the recording paper. Print. A method for ejecting ink droplets from a nozzle communicating with a pressure chamber by pressurizing a pressure chamber filled with ink using an electrostrictive action of a piezoelectric element is known for an ink jet recording head.
[0003]
In recent years, there has been an increasing trend toward higher speed in ink jet recording apparatuses. Therefore, the number of nozzles of the ink jet recording head is increased so that an image can be formed in a wide area in a shorter time. (For example, see Patent Document 1)
However, simply increasing the number of nozzles increases the overall size of the ink jet recording head, which increases the manufacturing cost of the ink jet recording head. Accordingly, in order to increase the number of nozzles without increasing the number of ink jet recording heads, it is important to arrange the nozzles at a high density.
[0004]
In order to arrange a large number of nozzles at high density, it is desirable to reduce the area of the pressure chamber. However, if the area of the pressure chamber is reduced, the area of the piezoelectric element is reduced accordingly, so that the deflection displacement amount of the piezoelectric element is reduced. For this reason, driving efficiency is lowered, and good and stable piezoelectric characteristics cannot be obtained.
[0005]
Therefore, the shape of a pressure chamber that can obtain good and stable piezoelectric characteristics even when the area of the piezoelectric element is small has been studied. (For example, see Patent Document 2)
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2001-334661 A
[Patent Document 2]
JP 2002-248765 A
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional piezoelectric element shape (for example, a square shape, a circular shape, a triangular shape, etc.) cannot arrange piezoelectric elements that provide good and stable piezoelectric characteristics at a high density, and has a high density of nozzles. There was a limit to how many can be placed.
[0008]
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems. In addition to obtaining good and stable piezoelectric characteristics, the present invention has a shape in which piezoelectric elements can be arranged at a high density, thereby further increasing the number of nozzles at a high density. The purpose is to place.
[0009]
It is another object of the present invention to provide an ink jet recording head and an ink jet recording apparatus that can form an image in a wide area in a short time without increasing the size.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
An ink jet recording head according to a first aspect of the present invention includes a plurality of piezoelectric active portions having the same shape and a plurality of piezoelectric active portions arranged in a matrix by forming a groove portion having a constant width in the piezoelectric plate. Same shape In the ink jet recording head in which the remaining dummy portion is formed and the ink in the pressure chamber is pressurized by the electrostrictive action of the piezoelectric active portion and ink droplets are ejected from the nozzle, the shape of the piezoelectric active portion is two diagonal lines. The ratio of the length is close to 1 and fits in a region corresponding to the pressure chamber, the rhombus shape having substantially the same shape as the pressure chamber, and the length approximately the same as the length of the longer diagonal of the two diagonal lines of the rhombus shape The fan shape of approximately one-fourth of the radius of the circle is such that the central portion of the rhombus shape coincides with the apex portion of the fan shape, and the central portion of the arc of the fan shape portion is the rhomboid shape. A shape having a concave portion in which both ends of the fan-shaped arc are recessed, which are combined so as to intersect with the extended line of the longer diagonal line The four sides of the remaining dummy part are the rhombus-shaped part of the piezoelectric active part, the fan-shaped part of the piezoelectric active part, and the recess part of the piezoelectric active part arranged to face each other. That is surrounded by It is a feature.
[0011]
According to the ink jet recording head of claim 1, the shape of the piezoelectric active portion has a ratio of the lengths of the two diagonal lines close to 1, and is in a region corresponding to the pressure chamber, and is a rhombus having substantially the same shape as the pressure chamber. The shape and the fan shape of approximately a quarter of the radius of the longer diagonal of the two diagonals of the rhombus shape are the center of the rhombus shape and the apex portion of the fan shape. Combined so that the center of the arc of the fan-shaped part intersects the extended line of the longer diagonal of the rhombus, and has a shape with a recessed part where both ends of the fan-shaped arc are recessed. ing.
[0012]
Therefore, by arranging the rhombus-shaped portions in accordance with the fan-shaped recesses, the piezoelectric active portions can be arranged in a matrix at high density. That is, a large number of nozzles can be arranged with high density.
[0013]
The rhombus-shaped portion serves as a drive unit that pressurizes ink in a pressure chamber having substantially the same shape, and the fan-shaped portion excluding the rhombus-shaped portion serves as an electric pad unit that performs electrical connection. Since the piezoelectric active portion has a ratio of two diagonal lines of the rhombus-shaped portion, that is, an aspect ratio close to 1, and the connection portion between the rhombus-shaped portion and the fan-shaped portion is constricted, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-248765 discloses As described, good and stable piezoelectric characteristics can be obtained.
[0014]
Accordingly, it is possible to provide an ink jet recording head that can obtain good and stable piezoelectric characteristics and can form a large area in a short time without increasing the size because a large number of nozzles can be arranged in a matrix at high density. Can do.
[0015]
An ink jet recording head according to a second aspect of the present invention is the ink jet recording head according to the first aspect, wherein a plurality of the piezoelectric active portions having the same shape are formed on the piezoelectric plate by forming the groove portion having the constant width by sandblasting. And a plurality of the remaining dummy portions are formed.
[0016]
According to the ink jet recording head of the second aspect, it is possible to easily form a piezoelectric active portion having a complicated shape and a plurality of remaining dummy portions in a short time in a short time by sandblasting a groove having a constant width on the piezoelectric plate. it can. Further, the formed piezoelectric active portion has the same effect as that of the first aspect.
[0017]
An ink jet recording head according to a third aspect of the present invention is the ink jet recording head according to the second aspect, characterized in that a laterally processed shape of the piezoelectric active portion has a radius of curvature of 0.5 μm to 40 μm.
[0018]
According to the ink jet recording head of the third aspect, the same effect as that of the second aspect is achieved, but the laterally processed shape of the piezoelectric active portion has a radius of curvature of 0.5 μm to 40 μm, and thus is arranged in a matrix. There is little variation in the capacitance of each piezoelectric active part. Therefore, it is possible to obtain a piezoelectric active portion having good and stable piezoelectric characteristics with little variation.
[0019]
In addition, when sandblasting the piezoelectric plate, the blasting abrasive grains also collide with the side surface of the piezoelectric plate, so the width direction of the piezoelectric plate is parallel to the progress of the processing (vertical processing) in the thickness direction of the piezoelectric plate. Processing into the process proceeds. In this specification, this is called side processing, and the shape formed by this side processing is called a side processing shape.
[0020]
An ink jet recording head according to a fourth aspect of the invention is characterized in that, in the configuration of the second or third aspect, the angle is 45 ° to −45 ° with respect to the thickness direction of the piezoelectric plate.
[0021]
According to the ink jet recording head of the fourth aspect, the same effect as in the second or third aspect is obtained, but the laterally processed shape of the piezoelectric active portion is 45 ° to −45 with respect to the thickness direction of the piezoelectric plate. Therefore, there is little variation in capacitance among the piezoelectric active portions arranged in a matrix. Therefore, it is possible to obtain a piezoelectric active portion having good and stable piezoelectric characteristics with little variation.
[0022]
An ink jet recording head according to the invention of claim 5 is: The configuration according to any one of claims 1 to 4, wherein a minimum width portion of the remaining dummy portion is in a range of 0.1 mm to 0.2 mm. It is a feature.
[0023]
According to the ink jet recording head of the fifth aspect, since the minimum width portion of the remaining dummy portion is in the range of 0.1 mm to 0.2 mm, the remaining dummy is not easily damaged during sandblasting. Therefore, it is possible to prevent the lateral processing of the piezoelectric active part from being amplified and to have a shape that affects the piezoelectric characteristics.
[0024]
That is, the processing speed of the side processing depends on the width of the groove formed in the piezoelectric plate. That is, the larger the width of the groove portion, the easier it is for the blast particles to collide with the side surface of the piezoelectric plate, and thus the side processing speed increases. Therefore, when the remaining dummy is broken during the sandblasting, the side processing of the piezoelectric active part is amplified by the influence, and the shape of the piezoelectric active part changes. The change in the shape of the piezoelectric active part affects the piezoelectric characteristics.
[0025]
However, since the remaining dummy portion of the present invention has a minimum width in the range of 0.1 mm to 0.2 mm, the remaining dummy is not easily damaged during sandblasting. Therefore, it is possible to prevent the lateral processing of the piezoelectric active part from being amplified and to have a shape that affects the piezoelectric characteristics.
[0028]
Like this, good The piezoelectric active part with stable and small piezoelectric characteristics can be easily obtained by sandblasting, and the remaining dummy is not easily damaged during sandblasting, so the side processing of the piezoelectric active part is amplified and the piezoelectric It is possible to prevent the shape from affecting the characteristics.
[0029]
Claim 6 An ink jet recording apparatus according to the described invention Use of the ink jet recording head according to any one of claims 1 to 5. It is a feature.
[0030]
Claim 6 According to the ink jet recording apparatus described above, since the ink jet recording head according to any one of claims 1 to 6 is used, it is possible to provide an ink jet recording apparatus capable of performing stable and good image formation at high speed.
[0031]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to FIGS.
[0032]
As shown in FIGS. 1 and 2, the ink jet recording head 112 according to the present embodiment ejects ink droplets from a nozzle 10 that ejects a plurality of ink droplets that are opened in a matrix, and from a nozzle 10 that pressurizes and communicates with ink. A pressure chamber 14 and a common ink chamber 20 to which ink is supplied from an ink supply member (not shown) are provided. The nozzle communication chamber 12 communicates the nozzle 10 and the pressure chamber 14, and the ink supply path 16 communicates the opening 18 of the common ink chamber 20 and the pressure chamber 14. The vibration plate 30 is bonded to the upper surface of the pressure chamber 14, and the piezoelectric active portion 42 and the remaining dummy portion 44 are bonded to the upper surface of the vibration plate 30. Further, an electric substrate 36 is bonded on the piezoelectric active portion 42 via a ball solder 34.
[0033]
The piezoelectric active part 42 and the remaining dummy part 44 are formed by forming a groove 40 having a constant width in a piezoelectric plate 72 described later.
[0034]
The piezoelectric active portion 42 has a rhombus shape in which the corners of the four corners are arcs and the ratio of the lengths of the two diagonal lines is close to 1, and the length of the longer diagonal line of the two diagonal lines of the rhombus shape. The longer fan shape of approximately one-quarter of the same radius radius so that the center of the rhombus shape coincides with the apex of the fan shape, and the center of the fan-shaped arc has a rhombus shape. The fan shape is combined so as to intersect with the diagonals of each other, and has a concave portion 42C in which both ends of the arc are recessed.
[0035]
The rhombus-shaped part of the piezoelectric active part 42 is a rhombus-shaped part 42A, and the fan-shaped part other than the rhombus-shaped part 42A is a fan-shaped part 42B. The rhombus shaped portion 42 </ b> A fits in a region corresponding to the pressure chamber 14 and has substantially the same shape as the pressure chamber 14. The diamond-shaped portion 42A serves as a drive unit that pressurizes the ink in the pressure chamber 14 by electrostriction. The fan-shaped part 42B becomes an electric pad part for electrical connection, and the electric board 36 is joined via the ball solder 34.
[0036]
As shown in FIG. 3, the piezoelectric active portions 42 can be arranged in a matrix at high density by arranging the rhombus-shaped portions 42 </ b> A according to the recessed portions 42 </ b> C of the fan-shaped portions 42 </ b> B. That is, a large number of nozzles 10 can be arranged with high density.
[0037]
Further, the piezoelectric active 42 has a shape in which the ratio of the two diagonal lines of the rhombus-shaped portion 42A is close to 1, that is, a shape in which the aspect ratio of the drive portion is close to 1, and a fan-shaped portion 42B that serves as an electric pad portion. Since the connecting portion 42D is constricted, it is difficult to prevent the deformation due to the electrostrictive action of the rhombus-shaped portion 42B serving as the driving portion. Therefore, as described in JP-A-2002-248765, a high driving efficiency per unit area can be obtained. In other words, good and stable piezoelectric characteristics can be obtained.
[0038]
In other words, the shape of the piezoelectric active portion 42 is a shape that can be arranged in a matrix at high density and that can obtain good and stable piezoelectric characteristics. The shape of the piezoelectric active portion 42 is a shape obtained as a result of repeated trial and error by the applicant.
[0039]
Further, the remaining dummy portion 44 is formed so that the minimum width portion is 0.1 mm to 0.2 mm. The minimum width portion means the minimum width of the sides that are substantially parallel to each other or the tangent to the curved portion. In the case of the present embodiment, D1 and D2 shown in FIG. 4 correspond to this. Note that D1 is 0.15 mm and D2 is 0.12 mm, both of which are in the range of 0.1 mm to 0.2 mm.
[0040]
Next, a method for manufacturing the ink jet recording head 112 of the present embodiment will be described with reference to FIG.
[0041]
The nozzle plate 21 in which the nozzles 10 are formed, the ink pool plate 22 and the ink pool plate 23 that form the nozzle communication chamber 12 and the common ink chamber 20, the opening 18 of the common ink chamber 20, and the nozzle communication chamber 12. The through plate 24 to be formed, the ink supply path plate 26 in which the ink supply path 16 is formed, and the pressure chamber plate 28 in which the pressure chamber 14 is formed are sequentially stacked and joined. (Fig. 5 (A))
Next, the surface of the nozzle plate 21 is covered with a water repellent coating film, and the nozzle 10 is opened with the excimer laser 50. (Fig. 5 (B))
Then, after the nozzle 10 is formed, the vibration plate 30 is bonded to the pressure chamber plate 28. (Fig. 5 (C))
The material of the nozzle plate 21 is polyimide, and the material of the ink pool plate 22, the ink pool plate 23, the through plate 24, the ink supply path plate 26, the pressure chamber plate 28, and the vibration plate 30 is SUS. The nozzle plate 21, the ink pool plate 22, the ink pool plate 23, the through plate 24, the ink supply path plate 26, the pressure chamber plate 28, and the vibration plate 30 are bonded to each other. Say.
[0042]
Next, separately, a piezoelectric unit 62 including a piezoelectric active portion 42, a remaining dummy portion 44, and a fixed substrate 70 described later is formed.
[0043]
The piezoelectric unit 62 is created by first bonding a later-described piezoelectric plate 72 and the fixed substrate 70 with an adhesive. For bonding, a peelable adhesive, for example, a heat-foamable adhesive film having a property of foaming and greatly reducing the adhesive strength when heated at a predetermined temperature after bonding is used. After bonding and fixing, the piezoelectric unit 62 in which the piezoelectric active portions 42 and the remaining dummy portions 44 arranged in a matrix are formed by forming the groove portions 40 of a certain width in the piezoelectric plate 72 by using sand blast processing described later. Is created.
[0044]
The opposite surface of the piezoelectric unit 62 to which the fixed substrate 70 is bonded is bonded to the vibration plate 30 of the flow path plate unit 60 that has been bonded as described above (FIG. 5D). The alignment at the time of bonding is performed by using a mark (not shown) formed in advance in the flow path plate unit 60 and a marker hole (not shown) previously formed in the fixed substrate 70, for example, an optical microscope. Etc. can be joined with high accuracy.
[0045]
Further, first and second electrode layers as electrode layers are formed in advance on both surfaces of the piezoelectric plate 72 by sputtering or the like, and the first electrode is bonded to the diaphragm 30 that also serves as a common electrode with an adhesive. The layers, that is, the piezoelectric active part 42 and the diaphragm 30 are also electrically connected.
[0046]
Subsequently, the fixed substrate 70 is heated to reduce the adhesive force of the thermally foamable adhesive film, and the fixed substrate 70 is peeled off. (Fig. 5 (E))
After the peeling, the ball solder 34 is formed for each piezoelectric active portion 42, and the electric substrate 36 is bonded thereon. (FIG. 5F).
[0047]
Since the first and second electrode layers are formed on both surfaces of the piezoelectric plate 72 as described above, the second electrode layer, that is, the piezoelectric active portion 42 and the electric substrate 36 are electrically connected. . Further, the electric board 36 and the diaphragm 30 are connected by a contact (not shown).
[0048]
Finally, an ink supply member or the like (not shown) is attached to complete the ink jet recording head 112 of the present embodiment.
[0049]
As shown by the arrow Y in FIG. 1B, the ink introduced from the ink supply member into the inkjet recording head 112 completed in this way is supplied to the common ink chamber 20, the ink supply path 16, the pressure chamber 14, and the nozzle communication chamber. 12 is filled. In a state where ink is filled, for example, when the ball solder 34 is energized to the diaphragm 30, the piezoelectric active portion 42 is distorted, and the ink in the pressure chamber 14 is pressurized via the diaphragm 30, and the ink from the nozzle 10 Drops are ejected.
[0050]
In the present embodiment, when the piezoelectric active portion 42 and the remaining dummy portion 44 are formed on the piezoelectric plate 72, that is, when the groove portion 40 having a constant width is formed on the piezoelectric plate 72, the sand blasting process is used. Thus, it is possible to manufacture complicated shapes of the piezoelectric active portion 42 and the remaining dummy portion 44. Therefore, sandblasting will be described below.
[0051]
As shown in FIG. 6, a piezoelectric material block (not shown) is first lapped to produce a piezoelectric plate 72. The thickness of the piezoelectric plate is determined based on the amount of deflection deformation and the driving voltage required for the piezoelectric active part 42. In this embodiment, the thickness is 35 μm. Electrode films to be electrode layers are formed on both surfaces of the piezoelectric plate 72 by sputtering or the like. In this embodiment, chromium, nickel, and gold are used as the electrode film material. Subsequently, the sputtered piezoelectric plate 72 is temporarily fixed to the fixed substrate 70 through the thermally foamable adhesive film. The fixed substrate 70 is provided with marker holes (not shown) for aligning the bonding position with the flow path plate unit 60.
[0052]
A photosensitive film resist 76 is attached on the temporarily fixed piezoelectric plate 72. In this embodiment, a urethane film resist having a thickness of 50 μm is used. Thereafter, an exposure mask 78 having a pattern through which ultraviolet rays (UV) are transmitted only in the portions to be left as the piezoelectric active portion 42 and the remaining dummy portion 44 is separately prepared and attached to the film resist 76. The exposure mask 78 is patterned with reference to the marker hole of the fixed substrate 70. Via this exposure mask 78, UV irradiation is performed on the piezoelectric plate 72 covered with the film resist 76, and then etching 84 is performed. As the etchant 84, a solution that does not remove the UV-irradiated portion and can reliably remove other portions, for example, an aqueous sodium carbonate solution is used.
[0053]
By the above process, the film resist 76 is covered only on the piezoelectric active portion 42 and the remaining dummy portion 44, and the film resist 76 is removed at the other portions. That is, the removed portion becomes a groove 40 having a constant width. Subsequently, sandblasting is performed. In the sandblasting process, the exposed portion (groove portion 40) of the piezoelectric plate 72 from which the film resist 76 has been removed is surely ground and removed, and the remaining portion of the film resist 76 (the piezoelectric active portion 42 and the remaining dummy portion 44) is removed. Is performed under conditions that prevent grinding.
[0054]
Generally, in sandblasting, blasting abrasive grains collide with the side surface of the piezoelectric plate 72, so that the processing (vertical processing) in the thickness direction of the piezoelectric plate 72 is parallel to the progress of the piezoelectric plate 72 in the width direction. Processing also proceeds. The processing speed of this side processing depends on the width of the groove portion 40 formed in the piezoelectric plate 72. That is, the larger the width of the groove portion 40, the easier it is for the blast abrasive grains to collide with the side surface of the piezoelectric plate 72, and the processing speed of the side processing increases.
[0055]
However, in this embodiment, since the groove width 40 is constant, the side etching amount is the same. For this reason, the piezoelectric active part 42 can be made into a uniform dimension, and a highly accurate process is attained.
[0056]
Further, when the remaining dummy 44 is broken during the sandblasting process, the side processing of the piezoelectric active part 44 is amplified by the influence, and the shape of the piezoelectric active part 44 changes. The change in the shape of the piezoelectric active portion 44 affects the piezoelectric characteristics.
[0057]
However, since the remaining dummy portion 44 of the present embodiment has a minimum width in the range of 0.1 mm to 0.2 mm, the remaining dummy 44 is not easily damaged during sandblasting. For this reason, it is possible to prevent the lateral processing of the piezoelectric active portion 42 from being amplified and having a shape that affects the piezoelectric characteristics.
[0058]
Further, the side machining shape of the piezoelectric active portion 42 formed by this side machining affects the piezoelectric characteristics. Therefore, in the present embodiment, the shape is as follows to obtain good piezoelectric characteristics.
[0059]
That is, as shown in FIG. 7, the radius of curvature R is processed from 0.5 μm to 40 μm, and the angle θ with respect to the vertical direction (thickness direction) is changed from 45 ° to −45 °. When the radius of curvature R is 40 μm or more and the angle θ is 45 ° or more, the volume of the piezoelectric active part is too large and the capacitance becomes large. In addition, the variation also increases. For this reason, the piezoelectric characteristics are not stable, and the driving efficiency varies.
[0060]
In the experiment of the present applicant, when R is within 40 μm and the angle θ is within 45 °, it is obtained that the variation in driving efficiency of each piezoelectric active part can be within ± 5%. . Further, when the side machining proceeds to an angle θ of −45 ° or less, the volume of the piezoelectric active portion becomes too small, and in some cases, sufficient drive efficiency cannot be obtained.
[0061]
Then, after sandblasting, the film resist 76 remaining on the surface of the piezoelectric plate 72 is removed and washed.
[0062]
The upper film resist 76 is removed in this way, and the surface opposite to the fixed substrate 70, that is, the surface from which the film resist 76 is removed is attached to the diaphragm 30 as described above. Accordingly, when the side processed shape shown in FIG. 7 is assembled to the ink jet recording head 112, the side processed shape at the time of sandblasting is reversed upside down as shown in FIG.
[0063]
Through the above-described steps, the piezoelectric unit 62 having the piezoelectric active part 42 and the remaining dummy part 44 that are attached to the fixed substrate 70 with a heat-foamable adhesive film and have electrode films on both sides is obtained.
[0064]
As described above, according to the sandblasting, even the piezoelectric active portion 42 and the remaining dummy portion 44 having complicated shapes as in the present embodiment can be processed easily and accurately in a short time. Therefore, the cost can be reduced.
[0065]
Next, the operation of the ink jet recording head 112 of this embodiment will be described.
[0066]
FIG. 9 shows an ink jet recording apparatus 102 provided with the ink jet recording head 112 of the present embodiment.
[0067]
The ink jet recording apparatus 102 includes a carriage 104 on which an ink jet recording head 112 is mounted, a main scanning mechanism 106 for scanning the carriage 104 in the main scanning direction M, and a sub scanning direction for scanning recording paper P as a recording medium in the sub scanning direction S. The scanning mechanism 108 and the maintenance station 110 are included.
[0068]
The ink jet recording head 112 is mounted on the carriage 104 so that the nozzle plate 21 on which the nozzles 10 are formed (see FIGS. 1 and 2) faces the recording paper P, and the main scanning mechanism 106 performs the main scanning direction M. By ejecting ink droplets onto the recording paper P while being moved, the image is recorded on a certain band region BE. When one movement in the main scanning direction is completed, the recording paper P is conveyed in the sub scanning direction S by the sub scanning mechanism 108, and the next band area BE is recorded while moving the carriage 104 in the main scanning direction M again. . By repeating such an operation a plurality of times, image recording can be performed over the entire surface of the recording paper P.
[0069]
Since the inkjet recording head 112 according to the present embodiment has a shape in which the piezoelectric active portions 42 can be arranged in a matrix at high density, the inkjet recording head 112 includes a large number of nozzles 10 at high density.
[0070]
Accordingly, an image can be formed in a wide band region BE by one movement of the carriage 104 in the main scanning direction M. That is, since the image can be recorded on the entire surface of the recording paper P with a small number of movements of the carriage 104, printing can be performed at high speed.
[0071]
In addition, the shape of the piezoelectric active portion 42 is a good and stable shape that can obtain piezoelectric characteristics with little variation, so that a good and stable image can be obtained.
[0072]
Therefore, the ink jet recording apparatus 102 can perform good and stable image formation at high speed.
[0073]
In addition, this invention is not limited to said embodiment.
[0074]
For example, in the above embodiment, recording is performed while the inkjet recording head 112 is conveyed by the carriage 104, but the present invention is not limited to this. For example, an inkjet recording head in which nozzles are arranged over the entire recording medium may be used, and the inkjet recording head may be fixed and recording may be performed while only the recording medium is being conveyed.
[0075]
For example, it is not limited to said manufacturing method. Other manufacturing methods are possible as long as the piezoelectric active portion 42 and the remaining dummy portion 44 have the shapes of the above-described embodiments. For example, it is also possible to form a piezoelectric unit directly on the diaphragm by performing sandblasting with the piezoelectric plate adhered to the diaphragm.
[0076]
In addition, the inkjet recording in the present specification is not limited to recording characters and images on recording paper. That is, the recording medium is not limited to paper, and the liquid to be ejected is not limited to ink. For example, industrial applications such as creating color filters for displays by discharging ink onto polymer films or glass, and forming bumps for mounting components by discharging solder in a welded state onto a substrate. The present invention can be applied to all droplet ejecting apparatuses used.
[0077]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, good and stable piezoelectric characteristics can be obtained, and the nozzles can be formed with high density by forming the piezoelectric active portions into a matrix shape with high density. It is possible to arrange a large number in
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional perspective view showing an ink jet recording head of an embodiment. Incidentally, FIG. (B) is an enlarged view of a portion X in FIG.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the ink jet recording head of the present embodiment. In addition, (B) figure represents the figure of the AA cross section of (A) figure.
FIG. 3 is a diagram illustrating a state in which piezoelectric active portions and remaining dummy portions of the ink jet recording head according to the present embodiment are arranged in a matrix.
4 is an enlarged view of FIG. 3 showing a piezoelectric active portion, a remaining dummy portion, and a groove portion of the ink jet recording head of the present embodiment.
FIG. 5 is a process diagram schematically showing a manufacturing process of the ink jet recording head of the present embodiment.
FIG. 6 is a process diagram schematically illustrating a process of sandblasting the piezoelectric plate of the ink jet recording head according to the present embodiment.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a laterally processed shape of the ink jet recording head of the present embodiment.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a laterally processed shape of the ink jet recording head of the present embodiment and a state where it is bonded to a flow path unit.
FIG. 9 is a perspective view showing an ink jet recording apparatus using the ink jet recording head of the present embodiment.
[Explanation of symbols]
10 nozzles
14 Pressure chamber
40 groove
42 Piezoelectric active part
42C recess
44 Remaining dummy part
72 Piezoelectric plate
102 Inkjet recording apparatus
112 Inkjet recording head

Claims

圧電プレートに一定幅の溝部を形成することによってマトリックス状に配置された複数の同形状の圧電能動部と複数の同形状の残存ダミー部とが形成され、前記圧電能動部の電歪作用によって圧力室内のインクを加圧してインク滴をノズルから吐出させるインクジェット記録ヘッドにおいて、
前記圧電能動部の形状が、２本の対角線の長さの比が１に近く前記圧力室に相当する領域に納まり前記圧力室と略同一形状の菱形形状と、前記菱形形状の前記２本の対角線の長い方の対角線の長さと略同じ長さの半径の略４分の１円の扇形状とが、前記菱形形状の中心部と前記扇形状の頂点部とが一致するように、且つ前記扇形状部の円弧の中心部が前記菱形形状の長い方の対角線の延長線上に交わるように組み合わさり、前記扇形状の円弧の両端部が凹んでいる凹み部を有する形状であり、
前記残存ダミー部の四方が、前記圧電能動部の前記菱形形状の部分と、前記圧電能動部の前記扇形状の部分と、対向して配置された前記圧電能動部の前記凹み部と、で囲まれていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。By forming grooves of a certain width in the piezoelectric plate, a plurality of piezoelectric active portions having the same shape and a plurality of remaining dummy portions having the same shape are formed in a matrix, and pressure is generated by the electrostrictive action of the piezoelectric active portions. In an inkjet recording head that pressurizes ink in a room and ejects ink droplets from a nozzle,
The shape of the piezoelectric active portion is a rhombus shape having a ratio of lengths of two diagonal lines close to 1 and corresponding to the pressure chamber, substantially the same shape as the pressure chamber, and the two diamond-shaped shapes. The fan shape of approximately a quarter of a radius having the same length as the diagonal of the longer diagonal is such that the center of the rhombus shape and the apex of the fan shape coincide with each other, and Combined so that the central part of the arc of the fan-shaped part intersects the extended line of the longer diagonal of the rhombus shape, and has a shape having a recessed part where both ends of the fan-shaped arc are recessed ,
Four sides of the remaining dummy portion are surrounded by the rhombus-shaped portion of the piezoelectric active portion, the fan-shaped portion of the piezoelectric active portion, and the concave portion of the piezoelectric active portion arranged to face each other. An ink jet recording head.

前記圧電プレートに前記一定幅の溝部をサンドブラスト加工により形成することによって、マトリックス状に配置された複数の同形状の前記圧電能動部と複数の前記残存ダミー部とが形成されることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。 A plurality of the piezoelectric active portions having the same shape and a plurality of the remaining dummy portions arranged in a matrix are formed by forming the groove portion having the constant width on the piezoelectric plate by sandblasting. The ink jet recording head according to claim 1.

前記圧電能動部の側方加工形状が、曲率半径０．５μｍから４０μｍであることを特徴とする請求項２に記載のインクジェット記録ヘッド。 3. The ink jet recording head according to claim 2, wherein the laterally processed shape of the piezoelectric active portion has a curvature radius of 0.5 to 40 [mu] m.

前記圧電能動部の側方加工形状が、前記圧電プレートの厚み方向に対して４５°から−４５°であることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のインクジェット記録ヘッド。 4. The ink jet recording head according to claim 2, wherein a side processing shape of the piezoelectric active portion is 45 ° to −45 ° with respect to a thickness direction of the piezoelectric plate.

前記残存ダミー部の最小幅部が、０．１ｍｍから０．２ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。 The inkjet recording head according to any one of claims 1 to 4, wherein a minimum width portion of the remaining dummy portion is in a range of 0.1 mm to 0.2 mm .

請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッドを使用することを特徴とするインクジェット記録装置。 An ink jet recording apparatus using the ink jet recording head according to any one of claims 1 to 5.