JP2005205752A - Ink-jet head and ink-jet head manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液体を吐出するインクジェットヘッドおよびインクジェットヘッド製造方法に関するものである。 The present invention relates to an inkjet head that ejects liquid and an inkjet head manufacturing method.
記録紙に対しインク滴を直接吹き付けるインクジェットプリンタが広く用いられている。インクジェットプリンタに用いるインクジェットヘッドには、サーマル方式、圧電方式等があるが、インク滴の吐出安定性・インク選択の自由度の観点では圧電方式が優れている。 Ink jet printers that spray ink droplets directly onto recording paper are widely used. Ink jet heads used in ink jet printers include a thermal method and a piezoelectric method, but the piezoelectric method is superior in terms of ink droplet ejection stability and flexibility in ink selection.
前記圧電方式のインクジェットヘッドは、例えば図10のような構造である。図10のインクジェットヘッドでは、ノズル板101を壁部材103の一端に接合し、振動板105を壁部材103の他端に接合することにより、圧力室106が形成されている。ここで、ノズル板101の中央部にはノズル102が形成されており、壁部材103にはインク供給口107が形成されている。
The piezoelectric inkjet head has a structure as shown in FIG. In the ink jet head of FIG. 10, the
圧力発生手段110は、圧電素子であり、電気歪みによる変位によって振動板105を撓ませる。この撓みによって、インクを満たした圧力室106の体積が減少し、ノズル102からインクが吐出する。インクの吐出後、圧力発生手段110への電圧の印加を停止して、圧力室106の体積を元に戻すことにより、インク供給口107から圧力室106内にインクが再充填される。
The pressure generating means 110 is a piezoelectric element and bends the
一方、近年、インクジェット技術を超微細配線の表面実装などへ応用する開発が行なわれており、さらなる小液滴吐出や高粘度インク吐出が求められている。小液滴吐出や高粘度インク吐出を実現するには、圧力室106内のインクに高い圧力を加える必要があり、そのためには、圧力発生手段110の発生する力を大きくする必要がある。しかし、インクは圧縮性であるため、圧力発生手段110の発生する力を大きくするだけでなく、圧力室106の体積が大きくなるに従って振動板105の撓み量も大きくしなければ、圧力室106内に大きな圧力を発生させることはできない。つまり、小液滴吐出や高粘度インク吐出を実現するには、振動板105から圧力室106内のインクに伝わる力を大きくし、且つ、圧力室106の体積変化率(体積変化量/元の体積)を大きくすることが重要である。
On the other hand, in recent years, development has been carried out in which inkjet technology is applied to surface mounting of ultrafine wiring, and further small droplet ejection and high viscosity ink ejection are required. In order to realize small droplet discharge and high viscosity ink discharge, it is necessary to apply a high pressure to the ink in the
しかし、図10の構成では、振動板105から圧力室106内のインクに伝わる力は、圧力発生手段110から振動板105に加えた力から、振動板105を撓ませるのに必要な力を差し引いた力である。そのため、振動板105を撓ませる力がロスとなり、インクに効率良く力を伝えることが困難な構造となっている。
However, in the configuration of FIG. 10, the force transmitted from the
さらに、図10の構成では、圧力室106の体積変化率を大きくしようとする場合、振動板105の撓みの曲率を大きくする必要があり、振動板105と壁部材103との接続部分に大きな応力が発生し、接続部分が破損し易い構造となっている。
Furthermore, in the configuration of FIG. 10, when the volume change rate of the
この課題を解決する方法は、特許文献1に提案されており、図11を用いてその内容を説明する。図10と異なる部分は、壁部材103の一部分に弾性部材104を有する構造としたことと、振動板105の膜厚を厚くして撓み難くしたことである。図11の構成では、圧力室106の主たる体積変化は、振動板105の撓みではなく、弾性部材104の圧縮により生じる。これにより、振動板105を撓ませる力が不要となり、圧力発生手段110により振動板105に加える力は、圧力室106内のインクに効率良く伝わる。また、圧力室106の体積変化率を大きくした場合でも、振動板105の撓みが小さいため、振動板105の破損等の心配はない。
しかし、さらに小液滴吐出や高粘度インク吐出を実現しようとする場合、圧力発生手段110によって振動板105に加える力をさらに増大させる必要があるが、図11の構成では実現が困難である。その理由を以下に説明する。
However, in order to achieve further small droplet ejection and high viscosity ink ejection, it is necessary to further increase the force applied to the
図11の構成にて振動板105に加える力を増大させる方法としては、1.圧力発生手段110に印加する電圧を増大させる方法、2.圧力発生手段110を図12(a)に示すような積層構造にして断面積を増大させる方法、3.圧力発生手段110を図12(b)に示すような積層構造にして積層枚数を増大させる方法、が考えられる。しかし、上記1の方法では、圧力発生手段110の印加電圧に上限があるため、圧力発生手段110に発生する力を自由に増大させることはできない。また、上記2および3の方法では、どちらの積層方法においても、実際には、発生する力は増加せず変位のみ増加してしまい効果がない。
As a method for increasing the force applied to the
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、圧力発生手段に発生する力を大きくし、かつ、振動板を破損させることなく、その発生した力を圧力室内のインクに効率良く伝えることを可能とし、それにより、さらなる小液滴吐出や高粘度インク吐出を可能とするインクジェットヘッドを提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and increases the force generated in the pressure generating means and efficiently transmits the generated force to the ink in the pressure chamber without damaging the diaphragm. It is an object of the present invention to provide an ink jet head that can perform further small droplet discharge and high viscosity ink discharge.
前記従来の課題を解決するために、本発明のインクジェットヘッドは、ノズルを有する壁部材と、壁部材に弾性部材を介して押圧される振動板と、壁部材と弾性部材と振動板とで形成され、インクを貯留し、かつノズルと連通する圧力室と、振動板を壁部材に対して相対移動させ、圧力室の体積を変化させる圧力発生部材とから構成され、振動板の変位方向に垂直な断面に関し、圧力発生部材の断面積を圧力室の断面積よりも大きくしたものである。 In order to solve the above-described conventional problems, an ink jet head according to the present invention includes a wall member having a nozzle, a diaphragm pressed against the wall member via an elastic member, a wall member, the elastic member, and the diaphragm. A pressure chamber that stores ink and communicates with the nozzle, and a pressure generating member that moves the diaphragm relative to the wall member to change the volume of the pressure chamber, and is perpendicular to the displacement direction of the diaphragm. With respect to a simple cross-section, the cross-sectional area of the pressure generating member is made larger than the cross-sectional area of the pressure chamber.
本構成では、圧力室の主たる体積変化は、振動板の撓みではなく、弾性部材の圧縮により生じる。これにより、振動板を撓ませる力が極小となり、圧力発生手段が振動板に加えた力は、圧力室のインクに効率良く伝わる。また、振動板の撓みが極小となるため、振動板の破損等の心配がなくなる。さらに、振動板の変位方向に垂直な断面に関し、圧力発生部材の断面積を圧力室の断面積よりも大きくしたため、振動板の壁部材に対する相対変位を大きくすることなく発生する力を大きくすることができる。したがって、圧力発生手段に発生する力を大きくし、かつ、振動板を破損することなく、その発生した力を圧力室内のインクに効率良く伝える事ができるインクジェットヘッドを提供でき、これにより、さらなる小液滴吐出と高粘度インク吐出が可能になる。 In this configuration, the main volume change of the pressure chamber is not caused by the vibration of the diaphragm but by the compression of the elastic member. As a result, the force that bends the diaphragm is minimized, and the force applied by the pressure generating means to the diaphragm is efficiently transmitted to the ink in the pressure chamber. Further, since the bending of the diaphragm is minimized, there is no need to worry about damage to the diaphragm. Further, regarding the cross section perpendicular to the displacement direction of the diaphragm, the cross-sectional area of the pressure generating member is made larger than the cross-sectional area of the pressure chamber, so that the generated force is increased without increasing the relative displacement of the diaphragm with respect to the wall member. Can do. Accordingly, it is possible to provide an ink jet head capable of increasing the force generated in the pressure generating means and efficiently transmitting the generated force to the ink in the pressure chamber without damaging the diaphragm. Droplet ejection and high viscosity ink ejection are possible.
前記インクジェットヘッドにおいて、振動板は、弾性部材に接触する面に、壁部材の振動板側開口部の形状に対応した凸部を備えたものである。 In the inkjet head, the diaphragm includes a convex portion corresponding to the shape of the diaphragm-side opening of the wall member on the surface in contact with the elastic member.
本構成では、この凸部によって、開口部周辺の弾性部材と振動板との接触圧力が高くなり、圧力室の密封性が向上する。したがって、インク漏れが発生しにくいインクジェットヘッドを提供することができる。 In this configuration, the convex portion increases the contact pressure between the elastic member around the opening and the diaphragm, and improves the sealing performance of the pressure chamber. Therefore, it is possible to provide an ink jet head in which ink leakage hardly occurs.
また、前記インクジェットヘッドにおいて、壁部材の振動板側の開口部の形状に対応した凸部は、この開口部を内部に包含する閉曲線の形状としたものである。 In the ink jet head, the convex portion corresponding to the shape of the opening on the diaphragm side of the wall member has a closed curve shape including the opening.
本構成においても、開口部周辺の弾性部材と振動板との接触圧力が高くなり、圧力室の密封性が向上する。したがって、インク漏れが発生しにくいインクジェットヘッドを提供することができる。 Also in this configuration, the contact pressure between the elastic member around the opening and the diaphragm is increased, and the sealing performance of the pressure chamber is improved. Therefore, it is possible to provide an ink jet head in which ink leakage hardly occurs.
また、前記インクジェットヘッドにおいて、壁部材には、その壁部材の振動板側の開口部の周辺部に凸部を備え、かつ、この開口部を内部に包含する閉曲線の形状としたものである。 Further, in the inkjet head, the wall member is provided with a convex portion around the opening on the diaphragm side of the wall member, and has a closed curve shape including the opening.
本構成においても、開口部周辺の弾性部材と壁部材との接触圧力が高くなり、圧力室の密封性が向上する。したがって、インク漏れが発生しにくいインクジェットヘッドを提供することができる。 Also in this configuration, the contact pressure between the elastic member around the opening and the wall member is increased, and the sealing performance of the pressure chamber is improved. Therefore, it is possible to provide an ink jet head in which ink leakage hardly occurs.
また、前記インクジェットヘッドにおいて、ノズルと圧力室とは、どちらも軸対称の形状であり、かつ、それらの軸は略同一の軸上にあるものである。 In the ink jet head, both the nozzle and the pressure chamber have an axisymmetric shape, and their axes are on substantially the same axis.
本構成では、ノズルの軸と圧力室の軸とが略同一軸上にあるため、インクの流れが非常にスムーズであり、インクの充填性が良い。また、軸対称であるため、残留振動の影響によりインクの直進性が乱れる事の少ないインクジェットヘッドを提供することができる。 In this configuration, since the nozzle axis and the pressure chamber axis are substantially on the same axis, the ink flow is very smooth and the ink filling property is good. In addition, since it is axially symmetric, it is possible to provide an ink jet head in which the straightness of the ink is not disturbed by the influence of residual vibration.
また、前記インクジェットヘッドにおいて、ノズルは圧力室を兼ねたものである。 In the ink jet head, the nozzle also serves as a pressure chamber.
本構成では、ノズルが圧力室を兼ねているため、圧力発生部材により圧力が加えられる部分の体積が非常に小さい。そのため、インク圧縮量の絶対値を小さくすることができ、圧縮による影響を小さくすることが可能となる。したがって、本構成により、小液滴吐出と高粘度インク吐出が容易となるインクジェットヘッドを提供することができる。なお、本構成ではノズルが圧力室を兼ねているため、壁部材の厚さが薄く、圧力発生部材により加えられた圧力で壁部材が変形し易い。そのため、壁部材の変形をなくす目的で、壁部材の少なくとも一方の面に補強部材を設けることが好ましい。 In this configuration, since the nozzle also serves as the pressure chamber, the volume of the portion to which pressure is applied by the pressure generating member is very small. Therefore, the absolute value of the ink compression amount can be reduced, and the influence of compression can be reduced. Therefore, with this configuration, it is possible to provide an inkjet head that facilitates small droplet ejection and high viscosity ink ejection. In this configuration, since the nozzle also serves as the pressure chamber, the wall member is thin, and the wall member is easily deformed by the pressure applied by the pressure generating member. Therefore, for the purpose of eliminating the deformation of the wall member, it is preferable to provide a reinforcing member on at least one surface of the wall member.
また、前記インクジェットヘッドにおいて、弾性部材はOリングを用いたものである。 In the ink jet head, the elastic member uses an O-ring.
本構成では、弾性部材として、密封性、耐荷重性等の良好なOリングを使用する。したがって、インク漏れ等の発生し難い信頼性の高いインクジェットヘッドを提供することができる。なお、Oリングには、市販品を使用することが可能であり、壁部材に弾性部材を形成する構成に比べて、安価となり得る。 In this configuration, an O-ring having good sealing performance and load resistance is used as the elastic member. Therefore, it is possible to provide a highly reliable inkjet head that is unlikely to cause ink leakage or the like. Note that a commercially available product can be used for the O-ring, which can be cheaper than a configuration in which an elastic member is formed on the wall member.
また、前記インクジェットヘッドにおいて、圧力室に連通するインク供給口が振動板に設けられたものである。 Further, in the ink jet head, an ink supply port communicating with the pressure chamber is provided in the vibration plate.
本構成では、振動板に対して平行な圧力発生手段の断面積を、インクに接触する振動板の面積よりも大きくしたため、圧力室に連通するインク供給口の配置に工夫が必要となる。振動板に対して平行な方向にインク供給口を配置しようとした場合、そのインク供給口の長さが長くなり、流路抵抗が大きくなってしまう。しかしながら、本構成では、インク供給口を振動板に設けたため、インク供給口の流路抵抗を所望の値に容易に設定でき、かつ、圧力室の体積が小さい状態にてインクの流れをスムーズにすることができる。これにより、吐出性能の高い、不吐出等が生じ難いインクジェットヘッドを提供することができる。 In this configuration, since the cross-sectional area of the pressure generating means parallel to the vibration plate is made larger than the area of the vibration plate in contact with the ink, it is necessary to devise arrangement of the ink supply port communicating with the pressure chamber. When an ink supply port is arranged in a direction parallel to the diaphragm, the length of the ink supply port becomes long and the flow path resistance increases. However, in this configuration, since the ink supply port is provided in the diaphragm, the flow resistance of the ink supply port can be easily set to a desired value, and the flow of ink can be smoothly performed in a state where the volume of the pressure chamber is small. can do. Accordingly, it is possible to provide an ink jet head that has high ejection performance and is less likely to cause non-ejection.
また、前記インクジェットヘッドにおいて、インク供給口上部にはインク供給口に連通する予備液室を備えた予備液室構造体を備え、かつ、圧力発生部材は予備液室構造体に接合されるものである。 The ink jet head includes a preliminary liquid chamber structure including a preliminary liquid chamber communicating with the ink supply port at an upper portion of the ink supply port, and the pressure generating member is joined to the preliminary liquid chamber structure. is there.
本構成により、インク供給口と予備液室とをスムーズに連通することができる。 With this configuration, the ink supply port and the auxiliary liquid chamber can be smoothly communicated with each other.
また、前記インクジェットヘッドにおいて、インク供給口上部にはインク供給口に連通する予備液室を備えた予備液室構造体を備え、かつ、圧力発生部材は振動板に直接接合されるものである。 In the ink jet head, a preliminary liquid chamber structure including a preliminary liquid chamber communicating with the ink supply port is provided above the ink supply port, and the pressure generating member is directly joined to the diaphragm.
本構成によっても、インク供給口と予備液室とをスムーズに連通することができる。 Also with this configuration, the ink supply port and the preliminary liquid chamber can be smoothly communicated.
また、前記インクジェットヘッドにおいて、予備液室構造体は弾性部材を介して振動板と接続したものである。 In the ink jet head, the preliminary liquid chamber structure is connected to the diaphragm via an elastic member.
本構成では、圧力発生手段により振動板を振動させる場合、予備液室構造体と振動板とを一体として動作させる必要がなく、予備液室構造体と振動板とを別々に動作させることが可能である。そのため、圧力発生手段に発生した力を、振動板を動作させることに効率良く使うことが可能となる。これにより、吐出性能の高いインクジェットヘッドを提供することができる。 In this configuration, when the diaphragm is vibrated by the pressure generating means, it is not necessary to operate the preliminary liquid chamber structure and the diaphragm as one body, and the preliminary liquid chamber structure and the diaphragm can be operated separately. It is. Therefore, it is possible to efficiently use the force generated in the pressure generating means for operating the diaphragm. Thereby, an inkjet head with high ejection performance can be provided.
また、前記インクジェットヘッドにおいて、予備液室構造体と圧力発生部材とは同一の加圧部材により、振動板に加圧されたものである。 In the ink jet head, the preliminary liquid chamber structure and the pressure generating member are pressed against the diaphragm by the same pressing member.
本構成により、予備液室構造体と圧力発生手段とを振動板に加圧する手段が一つで済むため、インクジェットヘッドのコスト低減と小型化とが可能となる。 With this configuration, since only one means for pressurizing the preliminary liquid chamber structure and the pressure generating means to the diaphragm is required, the cost and size of the inkjet head can be reduced.
また、本発明によるインクジェットヘッド製造方法は、前記インクジェットヘッドにおいて、壁部材の片面に弾性部材を形成する工程と、壁部材の弾性部材が形成された面から圧力室を形成する工程とを有するものである。 Moreover, the inkjet head manufacturing method by this invention has the process of forming an elastic member in the single side | surface of a wall member in the said inkjet head, and the process of forming a pressure chamber from the surface in which the elastic member of the wall member was formed. It is.
本製造方法により、圧力室の開口部のエッジ部に正確に弾性部材を設ける事ができ、インク漏れの生じ難いインクジェットヘッドを製造することができる。 With this manufacturing method, an elastic member can be accurately provided at the edge of the opening of the pressure chamber, and an ink jet head that is less likely to cause ink leakage can be manufactured.
また、本発明によるインクジェットヘッド製造方法は、前記インクジェットヘッドにおいて、基板の片面に弾性部材を形成する工程と、基板の弾性部材が形成された面からノズルを形成する工程とを有するものである。 Moreover, the inkjet head manufacturing method by this invention has the process of forming an elastic member in the single side | surface of a board | substrate, and the process of forming a nozzle from the surface in which the elastic member of the board | substrate was formed in the said inkjet head.
本製造方法により、ノズルの開口部のエッジ部に正確に弾性部材を設ける事ができ、インク漏れの生じ難いインクジェットヘッドを製造することができる。 By this manufacturing method, an elastic member can be accurately provided at the edge of the opening of the nozzle, and an ink jet head that is unlikely to cause ink leakage can be manufactured.
本発明によれば、圧力発生手段に発生する力を大きくし、かつ、振動板を破損することなく、その発生した力を圧力室内のインクに効率良く伝えることができるインクジェットヘッドを提供でき、これにより、さらなる小液滴吐出と高粘度インク吐出が可能になる。 According to the present invention, it is possible to provide an ink jet head capable of increasing the force generated in the pressure generating means and efficiently transmitting the generated force to the ink in the pressure chamber without damaging the diaphragm. Thus, further small droplet discharge and high viscosity ink discharge are possible.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1は、本実施の形態1に係るインクジェットヘッドの概略構成を示している。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a schematic configuration of the ink jet head according to the first embodiment.
ノズル板1は、厚さ50μmのステンレス製プレートであり、プレートの略中央部にはノズル2が形成されている。ノズル2は、出口側の口径がφ10μm、入口側の口径がφ50μmのテーパ形状となっている。
The nozzle plate 1 is a stainless steel plate having a thickness of 50 μm, and a
壁部材3は、ステンレス製であり、略中央部にはφ200μmの円筒状の穴が形成されている。壁部材3の出口側の面は、ノズル板1の入口側の面と接合されている。
The
弾性部材4は、シリコーンゴム・フッ素ゴム等のゴム材料であり、その厚さは約10μmである。弾性部材4は、まず、穴のあいていない壁部材3の面上に、スピンコート・キャスティング等により、形成される。その後、弾性部材4側から、レーザ加工・ドリル加工等により、弾性部材4と壁部材3とに同一工程で貫通穴を形成する。
The
振動板5は、ステンレス製であり、予備液室構造体8によって押さえつけられることにより、弾性部材4に押圧されている。振動板5は、弾性部材4側の圧力室に対向する部分に凸部を有しており、弾性部材の押圧力はこの凸部に集中する。このように、振動板5と弾性部材4との接触圧力を高めることにより、圧力室6の密封性を向上している。また、振動板5は、圧力室6と予備液室9との間を連通したインク供給口7を備えている。
The
圧力室6は、ノズル板1と壁部材3と弾性部材4と振動板5とにより形成されている。
The
予備液室構造体8は、インク供給口7を覆うように振動板5と接着されており、振動板5とで予備液室9を形成している。予備液室9は、図示なきインク供給部へと連通している。
The preliminary
圧力発生手段10は、圧電素子であり、電界がかかるように電極(図示せず)が形成されている。振動板の変位方向に垂直な断面に関し、圧力発生手段の断面積を圧力室の断面積よりも大きくしている。具体的には、圧力発生手段は、断面積が1mm2であり、その厚みを30μmとしている。また、圧力発生手段10には、30Vの電圧が印加される。
加圧部材11は、図1における上方向へ圧力発生手段10が移動することを抑制することにより、予備液室構造体8を介して、振動板5を壁部材3側へ変位させる。加圧部材11は、圧力発生手段10を介して、予備液室構造体8に接続している。
The pressure generating means 10 is a piezoelectric element, and an electrode (not shown) is formed so that an electric field is applied. Regarding the cross section perpendicular to the displacement direction of the diaphragm, the cross sectional area of the pressure generating means is made larger than the cross sectional area of the pressure chamber. Specifically, the pressure generating means has a cross-sectional area of 1 mm 2 and a thickness of 30 μm. Further, a voltage of 30 V is applied to the pressure generating means 10.
The pressurizing
次に、動作について説明する。まず、インクは、インク供給部(図示せず)→予備液室9→インク供給口7→圧力室6→ノズル2へと充填される。次に、圧力発生手段10に電圧を加えると、圧力発生手段10は図1の垂直方向に伸張する。ここで、圧力発生手段10は、図1における上方向への移動が加圧部材11により抑制されているため、加圧部材11側へ伸張することができない。そのため、予備液室構造体8と振動板5は、弾性部材4を圧縮しながら、壁部材3側へ移動する。この移動により、圧力室6の体積が減少し、圧力室6内に保持されたインクに圧力がかかり、インクがノズル2から吐出する。そして、圧力発生手段10への電界印加を解除すると、伸張していた圧力発生手段10が元にもどり、圧力室6の体積も元に戻る。この時、インク供給口7から圧力室6にインクが補充され、次のインク吐出の準備が完了する。
Next, the operation will be described. First, the ink is filled in an ink supply section (not shown) → the reserve liquid chamber 9 → the
実際にインクを吐出させ、その液滴の量と吐出速度とを測定した。インクの粘度が50cPというインクジェットの分野では非常に高粘度のインクを用いても、吐出量0.3ピコリットル、吐出速度8m/sという結果であった。この結果より、一般的なプリンタに用いられるインクジェットヘッドから吐出する液滴(数ピコリットル)と比較して、かなり小さな液滴を吐出することが可能であることが分かった。なお、吐出速度は、ノズルから1mmの距離の平均飛翔速度で定義した。 Ink was actually ejected, and the amount and ejection speed of the droplets were measured. In the ink jet field where the viscosity of the ink is 50 cP, even when a very high viscosity ink was used, the discharge amount was 0.3 picoliter and the discharge speed was 8 m / s. From this result, it was found that it is possible to discharge a considerably small droplet as compared with a droplet discharged from an inkjet head used in a general printer (several picoliters). The discharge speed was defined as the average flying speed at a distance of 1 mm from the nozzle.
かかる構成によれば、圧力室6の主たる体積変化は、振動板5の撓みではなく、弾性部
材4の圧縮により生じる。これにより、圧力発生手段10により振動板5に加えた力は、圧力室6内のインクに効率良く伝わる。また、振動板5の撓みが極小となるため、振動板5の破損等の心配がない。さらに、振動板の変位方向に垂直な断面に関し、圧力発生手段の断面積を圧力室の断面積よりも大きくしたため、振動板5の壁部材3に対する相対変位を大きくすることなく発生する力を大きくすることができる。したがって、圧力発生手段10に発生する力を大きくし、かつ、振動板を破損することなく、その発生した力を圧力室6内のインクに効率良く伝える事ができるインクジェットヘッドを提供でき、これにより、小液滴吐出と高粘度インク吐出が可能となる。
According to such a configuration, the main volume change of the
また、かかる構成によれば、振動板5は、弾性部材4に接触する面に、壁部材3の開口部形状に対応した凸部を備えている。そのため、開口部周辺の弾性部材4と振動板5との接触圧力が高くなり、圧力室6の密封性を向上させることが可能となり、インク漏れが発生し難くなる。
Further, according to such a configuration, the
また、かかる構成によれば、ノズル2と圧力室6とは、どちらも軸対称の形状であり、かつ、それらの軸は略同一の軸上にある。そのため、インクの流れが非常にスムーズとなり、これにより、インクの充填性が良く、また、残留振動の影響によりインクの直進性が乱れる事の少ないインクジェットヘッドを提供することができる。
Moreover, according to this structure, both the
一方、振動板の変位方向に垂直な断面に関し、圧力発生手段の断面積を圧力室の断面積よりも大きくしたため、振動板5の変位方向に対して垂直な方向にインク供給口7を配置しようとした場合、そのインク供給口7の長さが長くなり、流路抵抗が大きくなってしまう。
On the other hand, regarding the cross section perpendicular to the displacement direction of the diaphragm, the
しかし、かかる構成によれば、インク供給口7を振動板5に設けたため、インク供給口7の流路抵抗を所望の値に容易に設定でき、かつ、圧力室6の体積が小さい状態にてインクの流れをスムーズにすることができる。これにより、吐出性能が高く、吐出不良等が生じにくいインクジェットヘッドを提供することができる。
However, according to this configuration, since the
また、かかる構成によれば、インク供給口7の上部に、インク供給口7に連通する予備液室9を備えた予備液室構造体8を配置し、予備液室構造体8を介して圧力発生部材10により振動板5を移動させるものであり、インク供給口7と予備液室9とをスムーズに連通することができる。これにより、インク充填時に混入する気泡等を除去しやすく、吐出不良の発生しにくいインクジェットヘッドを提供することができる。
In addition, according to this configuration, the preliminary
また、本実施の形態の製造方法によれば、壁部材3の片面に弾性部材4を形成し、その後、壁部材3と弾性部材4とに同一工程で貫通穴を形成することにより、圧力室6の開口部のエッジ部に正確に弾性部材4を設ける事ができ、インク漏れの発生しにくいインクジェットヘッドを製造することができる。
Further, according to the manufacturing method of the present embodiment, the
なお、本実施の形態において、振動板5は壁部材3の入口開口部の形状に対応した凸部を備えているが、この凸部は、図2に示すように、壁部材3の開口部を内部に包含する閉曲線の形状としたものでも構わない。なお、図2では、図の理解を容易にするため、振動板5より上部の構成の図示を省略している。この構成においても、壁部材3の開口部周辺の弾性部材4と振動板5との接触圧力を高くし、圧力室6の密封性を向上させることが可能となる。
In the present embodiment, the
また、本実施の形態において、圧力発生手段10には、単層の圧電素子を用いたが、積層構成の圧電素子を用いても良い。さらに、圧力発生手段10として、静電気力を用いたいわゆる静電アクチュエータや、磁力による磁歪素子を用いてもよい。 In the present embodiment, a single layer piezoelectric element is used for the pressure generating means 10, but a piezoelectric element having a laminated structure may be used. Furthermore, as the pressure generating means 10, a so-called electrostatic actuator using electrostatic force or a magnetostrictive element using magnetic force may be used.
また、本実施の形態において、加圧部材11は壁部材3に接着しているが、これは、ノズル板1に接着したものでも構わない。
In this embodiment, the
なお、壁部材3にノズル2を形成することにより、ノズル板1を省略しても良い。
Note that the nozzle plate 1 may be omitted by forming the
(実施の形態2)
図3に示すように、本実施の形態2におけるインクジェットヘッドは、壁部材3の振動板5側の開口部周辺に凸部を備えたものである。なお、図の理解を容易にするため、振動板5より上部の構成の図示は省略している。実施の形態1と異なるのは、開口部周辺の凸部を振動板5でなく壁部材3に備えたことと、弾性部材4を振動板5側に形成したことである。
(Embodiment 2)
As shown in FIG. 3, the inkjet head according to the second embodiment is provided with a convex portion around the opening of the
凸部の形成方法を図4を用いて説明する。まず、エッチング等により、圧力室6が形成されていない壁部材3の略中央部に、凸部を形成する。その後、放電加工・レーザ加工等により、凸部の内側領域に圧力室6を形成すると同時に、圧力室6の開口部周辺に凸部を形成する。
The formation method of a convex part is demonstrated using FIG. First, a convex part is formed in the approximate center part of the
本実施の形態2においても、実施の形態1と同様、開口部周辺の弾性部材4と壁部材3との接触圧力を高くし、圧力室6の密封性を向上させることが可能となり、インク漏れが発生しにくいインクジェットヘッドを提供することができる。
Also in the second embodiment, as in the first embodiment, the contact pressure between the
なお、壁部材3にノズル2を形成することにより、ノズル板1を省略しても良い。
Note that the nozzle plate 1 may be omitted by forming the
(実施の形態3)
図5に示すように、本実施の形態3におけるインクジェットヘッドは、ノズル板1と壁部材3とが同一部材から形成されており、ノズル2が圧力室6を兼ねる構成としたものである。なお、図の理解を容易にするため、振動板5より上部の構成の図示は省略している。
(Embodiment 3)
As shown in FIG. 5, in the ink jet head according to the third embodiment, the nozzle plate 1 and the
弾性部材4の形成方法について説明する。まず、穴のあいていない壁部材3の略中央部に、スピンコート・キャスティング等により、弾性部材4を形成する。その後、弾性部材4側から、レーザ加工・ドリル加工等により、圧力室を兼ねるノズル2を形成する。
A method for forming the
本構成では、ノズル2が圧力室を兼ねているため、圧力発生手段10により圧力が加えられる部分の体積が非常に小さくなる。そのため、インク圧縮量の絶対値を小さくでき、圧縮による影響を小さくすることが可能となる。また、高粘度インクを吐出する場合は、圧力室に加える圧力を高くする必要があり、これにより、インクの圧縮の影響が大きくなるため、この場合も、圧力室の体積は極力小さい方がよい。したがって、本構成により、小液滴吐出と高粘度インク吐出が容易となるインクジェットヘッドを提供することができる。
In this configuration, since the
また、本製造方法により、ノズル2の開口部のエッジ部に正確に弾性部材4を設ける事ができ、インク漏れの生じ難いインクジェットヘッドを製造することができる。
Further, according to the present manufacturing method, the
なお、本実施の形態3では、ノズル2が圧力室を兼ねているため、壁部材3の厚さが薄く、圧力発生部材により加えられた圧力で壁部材が変形し易い。そのため、図6に示すように、壁部材3の変形をなくす目的で、圧力発生手段とは反対の面に補強部材12を設けることが好ましい。
In the third embodiment, since the
(実施の形態4)
図7に示すように、実施の形態4におけるインクジェットヘッドは、弾性部材4として、Oリングを用いたものである。なお、図の理解を容易にするため、振動板5より上部の構成の図示は省略している。実施の形態1と異なるのは、弾性部材4としてOリングを用いたことと、壁部材3にOリングを保持する段差を設けたことである。
(Embodiment 4)
As shown in FIG. 7, the ink jet head in the fourth embodiment uses an O-ring as the
Oリングは、液体、気体に対する密封性、耐荷重性が良好であり、さらには、材質を選択すれば、耐溶剤性にも優れている。また、Oリングを使用することにより、弾性部材4を形成する必要もなくなる。
The O-ring has good sealing properties against liquids and gases, and load resistance, and further has excellent solvent resistance if a material is selected. Moreover, it is not necessary to form the
したがって、弾性部材4としてOリングを用いることにより、インク漏れ等の発生し難く信頼性の高いインクジェットヘッドを提供することができる。
Therefore, by using an O-ring as the
(実施の形態5)
図8に示すように、本実施の形態5におけるインクジェットヘッドは、インク供給口7の上部に予備液室9を備えた予備液室構造体8を備え、かつ、圧力発生手段10を振動板5に接合したものである。実施の形態1と異なるのは、圧力発生手段10が、予備液室構造体8を介さずに、振動板5に直接接続していることである。
(Embodiment 5)
As shown in FIG. 8, the ink jet head according to the fifth embodiment includes a preliminary
本実施の形態5によっても、実施の形態1と同様、インク供給口7と予備液室9とをスムーズに連通することができる。これにより、インク充填時に発生する気泡等を除去しやすく、吐出不良の発生しにくいインクジェットヘッドを提供することができる。
According to the fifth embodiment, as in the first embodiment, the
(実施の形態6)
図9に示すように、本実施の形態6におけるインクジェットヘッドは、実施の形態5に対し、予備液室構造体8を弾性体13を介して振動板5と接続し、また、加圧部材11により、圧力発生手段10と予備液室構造体9とを同時に振動板5に押圧したものである。
(Embodiment 6)
As shown in FIG. 9, the inkjet head according to the sixth embodiment is different from the fifth embodiment in that the preliminary
本構成では、圧力発生手段10により振動板5を振動させる場合、予備液室構造体8を振動板5と一体として動作させる必要がないため、実施の形態5に対して、実質質量が小さいものを圧力発生手段10により駆動する形になる。これにより、圧力発生手段10により発生させた力を効率良く圧力室6のインクに伝えることが可能となる。これにより、吐出性能の高いインクジェットヘッドを提供することができる。
In this configuration, when the
また、予備液室構造体8と圧力発生手段10とを振動板5に加圧する加圧部材11が一つで済むため、インクジェットヘッドのコスト低減と小型化とが可能となる。
Further, since only one pressurizing
本発明にかかるインクジェットヘッドは、高粘度液滴、かつ、小液滴の吐出が可能である。そのため、本発明にかかるインクジェットヘッドは、記録紙にインクを吐出して文字や画像を記録するだけでなく、例えば、各種金属インクを吐出することによる配線パターンの形成・カラーフィルター材料を吐出することによるカラーフィルター形成・EL(エレクトロルミネッセンス)発光を行うための各種材料の吐出・有機TFT作成のための各種材料の吐出等、工業用の用途にも適用可能である。 The ink jet head according to the present invention can eject high viscosity droplets and small droplets. Therefore, the inkjet head according to the present invention not only ejects ink onto recording paper to record characters and images, but also, for example, forms wiring patterns by ejecting various metal inks and ejects color filter materials. It can also be applied to industrial applications such as color filter formation by, discharge of various materials for EL (electroluminescence) emission, and discharge of various materials for organic TFT creation.
1 ノズル板
2 ノズル
3 壁部材
4 弾性部材
5 振動板
6 圧力室
7 インク供給口
8 予備液室構造体
9 予備液室
10 圧力発生手段
11 加圧部材
12 補強部材
13 弾性体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (14)
前記壁部材に弾性部材を介して押圧される振動板と、
前記壁部材と前記弾性部材と前記振動板とで形成され、インクを貯留し、かつ前記ノズルと連通する圧力室と、
前記振動板を前記壁部材に対して相対移動させ、前記圧力室の体積を変化させる圧力発生部材とを備え、
前記振動板の変位方向に垂直な断面に関し、前記圧力発生部材の断面積が前記圧力室の断面積よりも大きいことを特徴とするインクジェットヘッド。 A wall member having a nozzle;
A diaphragm pressed against the wall member via an elastic member;
A pressure chamber formed of the wall member, the elastic member and the diaphragm, storing ink and communicating with the nozzle;
A pressure generating member that moves the diaphragm relative to the wall member and changes a volume of the pressure chamber;
An ink-jet head, wherein a cross-sectional area of the pressure generating member is larger than a cross-sectional area of the pressure chamber with respect to a cross section perpendicular to the displacement direction of the diaphragm.
弾性部材に接触する面に、壁部材の振動板側開口部の形状に対応した凸部を備える、
ことを特徴とする請求項1に記載のインクジェットヘッド。 The diaphragm is
Provided with a convex portion corresponding to the shape of the diaphragm side opening of the wall member on the surface contacting the elastic member,
The inkjet head according to claim 1.
前記開口部を内部に包含する閉曲線の形状である、
ことを特徴とする請求項2に記載のインクジェットヘッド。 The convex portion is
It is a shape of a closed curve that includes the opening inside.
The inkjet head according to claim 2.
振動板側の開口部周辺に凸部を備え、かつ、前記開口部を内部に包含する閉曲線の形状である、
ことを特徴とする請求項1に記載のインクジェットヘッド。 The wall member is
It is a shape of a closed curve that includes a convex portion around the diaphragm side opening and includes the opening inside.
The inkjet head according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のインクジェットヘッド。 Both the nozzle and the pressure chamber have an axisymmetric shape, and their axes are on substantially the same axis.
The inkjet head according to any one of claims 1 to 4, wherein
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のインクジェットヘッド。 The nozzle also serves as a pressure chamber;
The inkjet head according to any one of claims 1 to 5, wherein
ことを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のインクジェットヘッド。 The wall member is provided with a reinforcing member on a surface opposite to the pressure generating means.
The inkjet head according to claim 1, wherein
前記壁部材の弾性部材が形成された面から圧力室を形成する工程とを有することを特徴とする請求項1〜3、5のいずれかに記載のインクジェットヘッド製造方法。 Forming an elastic member on one side of the wall member;
The method of manufacturing an ink jet head according to claim 1, further comprising: forming a pressure chamber from a surface of the wall member on which the elastic member is formed.
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