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JP3610987B2 - Multilayer ink jet recording head - Google Patents

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JP3610987B2
JP3610987B2 JP33587494A JP33587494A JP3610987B2 JP 3610987 B2 JP3610987 B2 JP 3610987B2 JP 33587494 A JP33587494 A JP 33587494A JP 33587494 A JP33587494 A JP 33587494A JP 3610987 B2 JP3610987 B2 JP 3610987B2
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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は印字データの入力を受けた時点で、インク滴を飛翔させて記録用紙にドットを形成させる、板材を積層して構成されたインクジェット式記録ヘッドに閉する。
【0002】
【従来の技術】
入力情報に応じて複数のノズルからインク滴を噴射して文字や図形を出力するオンデマンド型インクジェトヘドは、ワイヤドット式記録ヘッドに比較して印字品質が高く、かつ騒音が低く、さらにページプリンタに比較してランニングコストが低いため急速に普及している。
【0003】
このインクジェト式記録ヘッドの中で、プレートに複数のノズルを穿孔してプレートの面に垂直な方向にインク滴を吐出させる、所謂フェイスイジェクト式インクジェトヘドは、ノズル配置の自由度が高いことや、また積層構造であるため、製造が比較的簡単であるという特徴を備えている。
【0004】
図13は、このような積層構造を有するインクジェット式記録ヘッドの一例を示すもので、平面上に配列された細長い圧力発生室96を区画するチンネルプレート94は、その一方の面を圧力発生室96に対応して配置された圧電振動子97を持つ振動板95で封止され、他方の面を制限オリフィス98を有する制限プレート93で封止されて構成されている。
【0005】
制限プレート93の表面に積層されたマニフォールドプレート92には、制限オリフィス98を経由してそれぞれの圧力発生室96にインクを供給するリザーバ室99を区画する通孔が開けられいる。リザーバ室99は、インクタンクからのインクを供給するための流路100、101、102が、振動板95とチンネルプレート94と制限プレート93とを貫通して形成されている。
【0006】
またインクを吐出するノズル103は、振動板95と反対側に固定されるノズルプレート90に穿孔され、ノズルと各圧力発生室を接続するノズル連通孔104、105、106がそれぞれ制限プレート93とマニフールドプレート92とを貫通して形成されている。
【0007】
この積層型インクジェト式記録ヘッドは、典型的には各圧力発生室は、一列0.04インチから0.06インチの間隔で2列対向配置され、またノズルは、0.02インチから0.03インチの間隔で一列に配置されたノズルに交互に接続されている。
【0008】
ところで、このようなインクジェット式記録ヘドの記録品質を向上させるは、吐出するインク滴を微細化し、記録される画素の密度を高くすることが重要である。更に、画素の密度を上げたうえで記録速度を確保するには、インク滴を吐出するノズルの数を増やすことも必要となる。特に、カラー記録にあっては、一画素を3色乃至4色の画素で形成するため、必然的に多くのノズルと、それに至るまでの複雑な流路構成が必要となる。
【0009】
特に、記録される画素の密度を上げて記録品質を高めるには、ノズルの配列密度を高くする必要があり、インク収容部から個別のノズルに至る流路流路は極めて微細な構造となる。これは、平面的な寸法や配置のみならず、厚さに関しても同様である。平面寸法がより小さな通孔を板に加工するには、厚さも孔径と同程度にまで薄くする必要がある。
【0010】
このような問題を解消するため、複数の記録ヘッドを、ノズルの位置をずらせて複数取付けることも実際に行われているが、各記録ヘッド間の相対位置精度を維持するために極めて高い組み立て精度が要求される。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、比較的簡単な位置決め作業で、高い密度でノズルを形成できる新規な積層型インクジェット式記録ヘッドを提供することである。
本発明の他の目的は、金属材料とセラミック材料という異なる材料で構成される2つのユニットの特性を生かして、安価に製造することができる新規な積層型インクジェット式記録ヘッドを提供することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
このような問題を解消するために本発明においては、複数のグループに分けられるノズル列を一方の面に有し、他方の面に外部からインクの供給を受けるリザーバ口を有するとともに、前記リザーバ口に接続するリザーバ室を備えた単一の流路ユニットと、前記流路ユニットのノズル、及び前記リザーバ室にそれぞれに連通する複数の圧力発生室、前記圧力発生室の一方の面を封止する弾性変形可能な振動板、及び前記圧力発生室に対応して前記振動板の表面に形成された圧電振動子とからなる複数のアクチュエータユニットとを備え、前記アクチュエータユニットが、前記流路ユニットの前記ノズル列のグループのそれぞれに対応して前記流路ユニットの前記一方の面とは異なる他方の面に固定されている。
【0013】
【作用】
プレス加工等により比較的精度が出し易い金属により、アクチュエータユニットを固定する基板を兼ねる流路ユニットを構成し、また焼成により固着が可能であるセラミックスを使用してアクチュエータユニットを構成して、流路ユニットのノズルの精度を十分に生かす。
【0014】
【実施例】
そこで、以下に本発明の詳細を図示した実施例の基づいて説明する。
【0015】
図1は本発明の積層型インクジェト式記録ヘッドが搭載された記録装置の実施例を示すものであって、図中符号2は、印字機構部で、キジモータ81によって主走査方向(図中、矢印Aの方向)に移動するキャリッジ80に搭載されていて、プラテン83に位置決めされながら紙送りモータ84によって副走査方向(図中、矢印B方向)に移動する記録媒体82の幅方向に移動するようになっている。
【0016】
印字機構部2は、図2に示したように後述するインクジェット式記録ヘッド10と、インク収容部70と、これらを接合するヘッド固定部材20とから構成されていている。
【0017】
インク収容部70は、大気連通口76が形成された蓋体77により封止可能な容器にインク吸収部材74を収容するとともに、一端が記録ヘッド10に、他端がインク収容部70に延びるインク供給管72により形成される流路21を介してインクを記録ヘッド10に供給できるように構成されている。なお、図中符号71は、封止用のOリングを、また75は、インク供給管72に設けられたフィルタを示す。
【0018】
このような構成により、印字信号に応じて記録ヘッド10を主走査方向に移動させながらインク滴を吐出するとともに、インク収容部70からインクの供給を受け、1行印刷後に記録媒体の副走査方向に移動させ、もって2次元面上に画像を形成する。
【0019】
また、印字が一定時間以上行なわれない場合にはインク吸引手段85が設けられている待機位置86に移動する。インク吸引手段85は、キャップ87と、図示しないキャップ進退機構とを有し、記録ヘッド10のノズル面にキャップ87を当接させた状態で待機する。
【0020】
なお、上述の実施例においては、インク収容部70をキャリッジ80に搭載しているが、ケース等にインクタンクを配置し、チューブを介して記録ヘッド10にインクを供給するようにすることもできる。
【0021】
図3、図4は、それぞれ上述のインクジェト式記録ヘド10の一実施例を示すもので、記録ヘッド10は板状のアクチュエータユニット30を、これを実装するのに十分な面積を持つ同じく板状の流路ユニット40の表面に固定して構成されている。アクチュエータユニット30の一方の面には、後述する圧電振動子への駆動信号を印加するためのフレキシブルケーブル26の一端が接続されている。
【0022】
図5は、アクチュエータユニットの一実施例を示すものであって、アクチエータユニト30は、封止基板31と圧力発生室形成基板32と振動板33とを順次積層して構成されている。振動板33の表面にはそれぞれの圧力発生室5に対応して、個別に分離された下部電極35が形成されていて、この下部電極35の表面に対応して電歪材料からなる圧電振動子34の層が形成され、さらに圧電振動子34の表面には下部電極35とで圧電振動子34を挟むように上部電極36が複数の圧電振動子34に股がるように形成されている。
【0023】
すなわち、下部電極35には個別の圧電振動子34を選択的に駆動するための個別駆動信号が加えられる。共通電極として機能する上部電極36と個別電極である下部電極35は、振動板33上に形成された接続端子37とフレキシブルプリント基板(FP)26とで外部の駆動回路に接続される。インク滴吐出に必要なインク圧力を発生する圧力発生室5は、圧力発生室形成基板32に細長く形成された通孔により平面内の配列が規定され、通孔の周囲が側壁となり隣接する圧力発生室が区画、分離されている。
【0024】
また、封止基板31には圧力発生室5を封止すべく側壁と気密的に接合され圧力発生室31の底壁を形成するとともに、各圧力発生室毎にアクチュエータユニット外からインクを供給するための第1の連通孔38と、インク滴を吐出するノズル3と接続するための第2の連通孔39とが形成されていて、各圧力発生室5の両端部近傍で圧力発生室5に接続している。
【0025】
流路ユニット40は、ノズルプレート41とリザーバ室形成基板42とインク供給口形成基板43とを順次積層して構成されている。リザーバ室形成基板42には、リザーバ室6を区画する通孔が形成されており、通孔の一方の面をノズルプレート41で、他方の面をインク供給口形成基板43で封止することで構成されている。リザーバ室6は、インク収容部74からのインクを各圧力発生室5に分岐させるマニフールドとしての機能を有し、基板面から見て、各圧力発生室5と平面的に重なる部分からアクチュータユニット30と平面的に重ならない部分に渡つて形成されている。
【0026】
このリザーバ室6にあって、各圧力発生室5と平面的に重なる部分のインク供給口形成基板43には、リザーバ室6から各圧力発生室5へ個別にインクを供給するインク供給口4が穿孔されており、アクチエータユニト30と平面的に重ならない領域には、インク収容部74からのインクをリザーバ室6に導くリザーバ口8が穿孔されている。また、ノズルプレート41にはインク滴を吐出するノズル3が、圧力発生室5に対応して穿孔されている。このノズル3と対応する圧力発生室5とを接続するため、インク供給口形成基板43とリザーバ形成基板42にはノズル3に対応してノズル連通孔44、45が形成されている。
【0027】
流路ユニット40の一方の面に開口するインク供給口4、及びノズル連通孔44は、それぞれ一対一に対応するアクチエータユニト30の第1の連通孔38、及び第2の連通孔39に重なる位置に形成されており、アクチエータユニト30と流路ユニット40との対応する開口を重ねて接合することにより、各ユニット間の流路が接続される。
【0028】
次に、流路ユニット40とアクチュエータユニット30からなるヘッドユニット10内のインク流れを細長い圧力発生室に沿つた断面構造を示す図6に基づいて説明する。
図6は、説明を簡素化するためにリザーバ8を圧力発生室5と同一断面に配置して示すもので、インク収容部から導かれたインクはリザーバ口8、リザーバ室6、インク供給口4、連通孔38を経由して圧力発生室5に供給される。インクの供給口は、流路へ初めてインクを充填する場合や流路内に気泡が発生したり、インクの粘度が大きくなった場合にはインク吸引手段85を用いて、ノズル3から吸引して強制的に排出される。
【0029】
また、印刷時には、ノズル3に形成されるメニスカスの毛細管力によってインク収容部から圧力発生室5にインクが流れ込む。圧電振動子34は、振動板33とともにユニモルフ振動子を構成しており、圧電振動子34への電圧印加により圧電振動子34は面内方向に収縮する。振動板33は圧力発生室5を収縮する方向にたわみ変形して、圧力発生室5に圧力を発生させる。この圧力により、圧力発生室5から連通路39、ノズル連通孔44、45を経てノズル3に至るインク流が発生し、ノズル3からインク滴が吐出する。
【0030】
ところでこの実施例においては、ノズルプレート41は、薄肉部41aと厚肉部41bとの2層構造になっていて、ノズル3と接続する連通孔45の近傍のみが薄肉部41aとして構成されている。
このノズルプレート41は、圧力発生室5からのインクの圧力で弾性変形可能な金属板にノズル3をプレス加工等で穿設した後、ノズル3の近傍以外の領域をクローム等を強度が確保できる厚さにメッキして厚肉部41bを形成して構成されている。
【0031】
このようにノズル3の近傍にのみ薄肉部41aを備え、 他の領域を厚肉部41bとすることにより、連通孔45の近傍における薄肉部41aが圧力発生室5の圧力を受けて弾性変形するため、インク滴吐出に必要なコンプライアンスを確保できる一方、特に後述する複数のアクチュエータユニットを複数固定した記録ヘッドを構成する場合には、その剛性を高めてたわみを可及的に小さくすることができる。そして、ノズル3が一段低い位置に存在するため、記録用紙等との接触を防止することもできる。
【0032】
この実施例においては一つのアクチエータユニト30に対向させて2列の圧力発生室5が形成されており、相互に圧力発生室配列間隔の2分の1だけ配列方向にずらして配置されている。また、対応するノズル3も相互にノズル配列間隔の2分の1だけずらして2列に配設されている。したがって主走査方向Aから見たノズル3の配列間隔は圧力発生室間隔の2分の1となり、ノズル3の配列密度が実質的に2倍になっている。
【0033】
一つのアクチエータユニト30には、1列あるいは3列以上に圧力発生室を配列することもできるが、2列の配列形態を採用すると、圧電振動子への給電線をアクチュエータユニット30の両側の空間に配置できるため、配線構造が簡素化できる。
【0034】
また、上述の実施例においては、2列の圧力発生室へV字あるいはU字型の共通のリザーバ室6を介してインクを供給するようにしているが、各列の圧力発生室に独立したリザーバ室を連通させることにより、各ノズル列から色の異なるインク滴を吐出させることが可能となる。
【0035】
次ぎに、上述した流路ユニット40の具体例について説明する。
厚さ50乃室150μmのステンレス板よりなるノズルプレート41には開口径30乃至50μmのテーパ孔からなるノズル3が、列内の間隔が564μmで、2列に形成されている。リザーバ形成基板42は厚さ150μmのステンレス板をプレス加工してリザーバ室6を区画する通孔と、ノズル連通孔45とが形成されている。
【0036】
ノズル連通孔45の直径は板材の厚みと同じ150μm程度が好ましい。インク供給口形成基板43は50乃室150μmのステンレス板をプレス加工してインク供給口4とノズル連通孔44が穿孔されている。インク供給孔4は圧力発生室5の圧力によって発生するインク流が、リザーバ室6側へ逃げるのを抑制してノズル3側へ向けるために、ノズルの流体インピーダンスと等しいか、大き目に設定するのが好ましい。
【0037】
この実施例においてはインク供給口4は、ノズル3と同じ寸法に選択され、断面が厚さ方向に拡大するテーパ部を持つよう形状が選択されている。テーパを持たせたため、最狭部の直径を板厚より小さくでき、また精度良く形成することができる。ノズル連通孔44の直径は、リザーバ室形成基板42のノズル連通孔45より大きく、圧力発生室5の幅よりは小さく、200乃至300μmに選択されている。このように設定することにより、圧力発生室5からノズル3への流路を漸次狭くなるように構成でき、流路中に気泡が滞留するのを防止できる。
【0038】
流路ユニットを構成するこれら3枚のプレートは、相互に関連付けられた通孔が連通するように積層されている。これらプレート相互は、ろう接合、拡散接合、接着剤、型抜きされた接着シート等が採用できるが、ここではインクに腐食されないエポキシ樹脂からなる接着剤により接合されている。
各プレートは、ステンレス板が用いられているが、インクに腐食されない素材であれば、セラミクス、硝子、シリコン等の無機材料や、ニッケル等の金属材料や、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリサルフン等のプラスチック材料から適宜各プレートの機能に合わせて材料を選択して組み合わせることができる。
【0039】
そして加工法としては、ノズルプレート41やインク供給口形成基板43は比較的基板が薄く、形成される穴の直径が小さく、高い精度を要求さえれるので、プラスチツクプレートをエキシマレーザで加工する方法や、ニッケルの電鋳で形成してもよい。
【0040】
本発明では、流路ユニット40は、アクチュエータユニット30の固定基板を兼ねているため、高い剛性が要求されるため、靱性と剛性を兼ね備えた金属材料が好適である。特にリザーバ室形成基板42は、形成される通孔のサイズが他のプレートの通孔よりも大きいため、他のプレートよりも厚いプレートを用いて剛性を確実に確保できる構造が好ましい。
【0041】
次に、アクチエータユニト30の具体例について説明する。圧力発生室形成基板32は、厚さ150μmのジルコニアの焼成体で、複数の圧力発生室5がノズル3と同じく列内の間隔が564μmで、2列に形成されている。圧力発生室5の幅は350乃至450μmで長さは1乃至3mmである。これらの寸法は、ドット形成に必要なインク滴量やノズル配列密度等により、最適な値に選択されている。
【0042】
封止基板31は厚さ150μmのジルニアの焼成体で、圧力発生室5の一方の表面を封止するように圧力発生室形成基板32の一方の面に接合される。封止基板31の1対の連通孔38、39の直径は共に300μmに選択されている。振動板33は厚さ10乃至20μmのジルニアの焼成体で、圧力発生室5の他方の面を封止するように接合される。振動板33上に圧力発生室5に対応して下部電極35を形成し、その表面に幅が圧力発生室5の幅の80乃室90%で、厚さが20乃至40μmのチタン酸ジルコン酸鉛等の圧電セラミクス材料を積層して圧電振動子34が形成されている。なお、ジルニアの代わりにアルミナ、窒化アルミ、チタン酸ジルコン酸鉛等の他のセラミック材料を用いることが出来る。
【0043】
次ぎに上述したアクチュエータユニットの製造方法について説明する。
図7(A)に示したように振動板33と、予め圧力発生室5を区画する通孔がプレスで打ち抜かれた圧力発生室形成基板32と、予めプレスで連通孔を打ち抜かれた封止基板とをグリーンシート、つまり粘土状の状態で圧着し、その後800℃から1000℃の温度で一体に焼成する。これにより各基板が接着剤を必要とすることなく接合される。
【0044】
次に図7(B)に示すように下部電極35として白金、パラジウム、銀一パラジウム、銀一白金、白金−パラジウムからなる合金のうち少なくとも1種類以上を主成分とする材料を印刷によって圧力発生室5に対応する部分に電極としてのパターンを形成し、これを焼成する。
その後、図7(C)に示すように圧電材料34を同じく印刷によって積層し、焼成してアクチュエータユニットに仕上げる。そして最後に複数の圧電振動子に股がってクロム、金、ニッケル、銅等からなる共通電極をスバッタリングで形成する。
【0045】
このように一体焼成によって構成されたアクチュエータ30は、非常に微細な構造を持つ圧力発生室形成基板32と薄い振動板33とが焼成で強固に接合されているため、気密性と耐インク腐食性に優れたものとなる上に、その製造過程は粘土版を重ねる作業や、印刷技術でぺースト状の電極あるいは圧電振動子となる材料を塗布し、これを焼成するだけであるから、極めて簡単にかつ高い精度で製造することができる。
【0046】
焼成によって一体に形成する上述の方法は非常に優れているが、従来行われているように、金属や樹脂からなる基板を接着や溶着や融着で接合する方法、硝子やシリコン基板をエッチングで加工する方法や、プラスチックの成型で形成する方法や、振動坂上にチップ状の圧電振動子を実装する方法等を組み合わせて、アクチエータユニトを形成できることは言うまでもない。
【0047】
なお、実施例では、圧力発生室5からリザーバ室6に戻るインクのインク流れを流路ユニット40に設けたインク供給口4で制限するようにしているが、アクチエータユニト30に形成されている第1の連通孔38を、インクの戻りを制限できるサイズに絞るようにしてもよい。
【0048】
図8は、アクチエータユニト30の他の実施例を示すもので、前述の封止基板31を設けること無く、アクチエータユニト30の一方の面に圧力発生室5を開口させ、流路ユニット40のインク供給口形成基板43によりこの開口を封止したものである。この実施例によれば、部品点数を削減でき、コストを抑さえることが可能となる。
【0049】
次に、上述のアクチュエータユニットを複数使用していろいろな記録ヘッドを構成する手法を図9、図10に基づいて説明する。
図中符号60は、流路ユニットで、2列のノズルからなるノズル群3a、3b、3cを、少なくとも3つのアクチュエータユニット30a、30b、30cが重なることなく配置できるサイズの金属の板材からなるノズルプレート61と、リザーバ室形成基板62、インク供給口形成基板63とを積層して構成されている。
【0050】
ノズルプレート61は、金属の板材にノズル3からなるノズル群3a、3b、3cを形成するとともに、前述の図6に示したようにノズル3の近傍にコンプライアンスを確保するための薄肉部41aが形成されている。
【0051】
リザーバ室形成基板62は、リザーバ室6a、6b、6cを区画する通孔が形成されており、通孔の一方の面をノズルプレート61で、他方の面をインク供給口形成基板63で封止することでリザーバ室6a、6b、6cが構成され、インク収容部74からのインクを各圧力発生室5に分岐させるマニフォールドとしての機能を有している。
【0052】
各アクチュエータユニット30a、30b、30cの圧力発生室5と平面的に重なる領域のインク供給口形成基板63には、リザーバ室6a、6b、6cから各アクチュエータユニット30a、30b、30cの圧力発生室5a、5b、5cにインクを供給するインク供給口4a、4b、4cが穿孔されており、アクチエータユニット30a、30b、30cが重ならない領域には、インク収容部74からのインクをリザーバ室6a、6b、6cに導くリザーバ口8a、8b、8cが設けられている。
【0053】
流路ユニット60の一方の面に開口するインク供給口4a、4b、4c、及びノズル連通孔64a、64b、64cは、それぞれ一対一に対応するアクチエータユニト30a、30b、30cの第1の連通孔38、及び第2の連通孔39に重なる位置に形成されており、アクチエータユニト30a、30b、30cと流路ユニット60とを対応する開口を重ねて接合することにより、1枚の流路ユニット60に3つのアクチュエータ30a、30b、30cの流路が接続できる。
【0054】
このように流路ユニット60は、前述したようにアクチエータユニト毎に独立したリザーバ室6a、6b、6cを持ち、各々のリザーバ室6a、6b、6cに対応して独立したリザーバ口8a、8b、8cが設けられているため、ノズル群3a、3b、3c毎に異なるインク、例えばシアン、マゼンタ、イエローの3色のインクを同一のヘッド供給して、同一流路ユニットから色の異なるインク滴を吐出させることができる。
【0055】
また、流路ユニット60は、簡単な加工法であるプレス加工等により高い位置精度でノズルの孔を形成できるとともに、比較的剛性の高い材料でもある金属を主体として構成することができる。一方、アクチュエータユニット30a、30b、30cは、焼成により固着が可能で、しかも本質的に電気絶縁性を備えるものの、大きくなると焼成時に反りやうねりが生じ易いセラミックで構成されている。
【0056】
このため、アクチュエータユニット30a、30b、30cを可及的に小型のものとして、製造の歩留まりを上げるとともに、これをノズルが高い位置精度で形成されている共通の流路ユニット60に貼着することにより、高い密度と精度のノズルを備えた大型の記録ヘッドを高い歩留まりで製造することが可能となる。
また、駆動信号が印加される圧電振動子34は、セラミックにより構成されて電気絶縁性を本質的に備えた振動板33に形成できるから、電極形成のための特別な絶縁前処理が不要となる。
【0057】
図11は、各色毎にアクチエータユニト30a、30b、30cをシアンマゼンタ、イエローの各色に対応してドットを形成する場合の一実施例を、ノズル3と圧力発生室5との相対位置で示すものである。
【0058】
この記録ヘッドは、各色のノズルは同一位置にインク像を生成できるよう、副走査方向Bの位置が同一に配置されている。一つの色に着目すると、ピッチP1で配置された圧力発生室が対向して2列有り、相互にピッチP1の半分であるピッチP2だけ副走査方向にずれて配置されている。このため、副走査方向の実質的ノズル密度はP2となっている。
【0059】
一般にインク毎に性質が異なるため、同一の流路構成では、最艮の画像を得ることが難しいが、本発明のインクジェト式記録ヘッドでは、流路ユニット60のノズル3の形状とインク供給口4a、4b、4cの形状とをインク毎に最適に調整するだけで、アクチュエータユニットを同一の構造に構成しても最艮の画像を得ることができる。これにより同一のアクチエータユニトを製造するだけで済むから、量産効果によるコストの引き下げが期待できる。
【0060】
また、流路ユニット60のノズル3の形状あるいはインク供給口4の形状を変えるだけで、各ノズル群3a、3b、3cから異なるインク滴量のインクを吐出するインクジェト式記録ヘドが構成できるため、やはり同一のアクチュエータユニットを用いても濃度を滑らかに変化させることができるインクジェト式記録ヘッドを得ることができる。
【0061】
図12は、複数のアクチエータユニト30a、30b、30cを用いて、ドット密度の高いインクジェット式記録ヘッドを構成する場合の実施例を示すもので、この実施例においては、一つのアクチエータユニト30a、30b、30cに対応する2列のノズルは、各々6pピッチで並んでおり、副走査方向Bにpだけずらして並置されている。対応する2列の圧力発生室は、副走査方向Bに3pピッチずらして並置されているため、各ノズルは圧力発生室の中心軸に対して片寄て配置される。
【0062】
3つのアクチュエータユニト30a、30b、30cと夫々に対応したノズル列は、副走査方向Bに2pピッチずつ相互にずれており、従つて、主走査方向Bから見るとpピッチ間隔でノズルが配置されることになる。すなわち、ピッチ6pで配置された圧力発生室5を用いて、その6倍の密度でドットを形成することができる。
【0063】
以上説明したように本発明においては、1つの共通の流路ユニット60に複数のアクチュエータユニットを取付けることにより、同一のアクチエータユニットの流路ユニットに対する固定する位置を変えるだけで、いろいろな用途に対応した記録ヘッドを簡単に構成することができる。
【0064】
また、アクチュエータユニトを同一の流路ユニット60に分散させて実装しているため、圧電振動子の熱を速やかに放散させることができるばかりでなく、金属等の比較的高い精度で通孔を形成できる流路ユニットでノズルの位置やサイズの精度を規定できる一方、大型になる程、焼成が困難になるアクチエータユニットを小型にすることができる。
【0065】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明においては、プレス加工等により比較的精度が出し易い金属により、アクチュエータユニットを固定する基板を兼ねる流路ユニットを構成できて、ノズルを高い位置精度で形成することができるばかりでなく、焼成により固着が可能であるセラミックスからなるアクチュエータユニットを小型にして、焼成の歩留まりを向上することができ、さらに同一のアクチュエータを用いても比較的設計変更が容易な流路ユニットの構造を変えるだけでいろいろな用途の記録ヘッドを構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のインクジェト記録ヘッドが適用される記録装置の一例を示す図である。
【図2】本発明のインクジェト式記録ヘッドの一例を示す断面図である。
【図3】流路ユニットに1つのアクチュエータユニットを固定して構成したインクジェット式記録ヘッドを示す図である。
【図4】同上記録ヘッドのアクチュータユニット側の構造を示す図である。
【図5】同上記録ヘッドの内部構造を示す分解斜視図である。
【図6】同上記録ヘッドの断面構造を示す図である。
【図7】同図(A)、(B)、(C)は、それぞれ本発明の記録ヘッドに使用するアクチュエータユニットの製造方法を示す図である。
【図8】同上記録ヘッドの他の実施例を示す図である。
【図9】本発明のインクジェット式記録ヘッドの一実施例を示す分解斜視図である。
【図10】本発明のインクジェット式記録ヘッドをアクチュエータユニットが取付けられている側の構造を示す図である。
【図11】本発明のインクジェット式記録ヘッドの他の実施例を、圧力発生室とノズルの配列形態で示す図である。
【図12】本発明のインクジェット式記録ヘッドの他の実施例を、圧力発生室とノズルの配列形態で示す図である。
【図13】従来の積層型インクジェット式記録ヘッドの一実施例を示す図である。
【符号の説明】
3 ノズル
4 インク供給孔
5 圧力発生室
6 リザーバ室
26 フレキシブルケーブル
30 アクチエータユニ
30a、30b、30c アクチュエータユニット
31 封止基板
32 圧力発生室形成基板
33、53 振動板
34 圧電振動子
35 下部電極
36 上部電極
38 第1の連通孔
39 第2の連通孔
40 流路ユニット
43 インク供給口形成基板
60 流路ユニット
61 ノズルプレート
62 リザーバ室形成基板
63 インク供給口形成基板
[0001]
[Industrial application fields]
In the present invention, when print data is input, the ink jet recording head is formed by laminating plate members that eject ink droplets to form dots on recording paper.
[0002]
[Prior art]
On-demand ink jet that ejects ink droplets from multiple nozzles according to input information and outputs characters and figures Tsu Toje Tsu Since the printing quality is higher than that of the wire dot type recording head, the noise is lower, and the running cost is lower than that of the page printer, the printing speed is rapidly spreading.
[0003]
This ink Tsu A so-called face-eject ink jet, in which a plurality of nozzles are perforated in a plate-type recording head to eject ink droplets in a direction perpendicular to the surface of the plate. Tsu Toje Tsu Since the nozzle has a high degree of freedom in nozzle arrangement and has a laminated structure, it has a feature that it is relatively easy to manufacture.
[0004]
FIG. 13 shows an example of an ink jet recording head having such a layered structure. The ink jet recording head 96 divides the elongated pressure generating chambers 96 arranged on a plane. Turbocharger One surface of the tunnel plate 94 is sealed with a vibration plate 95 having a piezoelectric vibrator 97 disposed corresponding to the pressure generating chamber 96, and the other surface is sealed with a restriction plate 93 having a restriction orifice 98. Has been configured.
[0005]
The manifold plate 92 laminated on the surface of the restriction plate 93 has a through hole that divides a reservoir chamber 99 that supplies ink to each pressure generation chamber 96 via the restriction orifice 98. The reservoir chamber 99 has channels 100, 101, and 102 for supplying ink from the ink tank, and the diaphragm 95 and the channel. Turbocharger It is formed through the tunnel plate 94 and the limiting plate 93.
[0006]
Further, the nozzle 103 for ejecting ink is perforated in a nozzle plate 90 fixed on the opposite side of the vibration plate 95, and nozzle communication holes 104, 105, 106 connecting the nozzle and each pressure generating chamber are respectively provided in the restriction plate 93 and the manifold. O It is formed through the mold plate 92.
[0007]
This laminated ink jet Tsu In a G type recording head, typically, each pressure generating chamber is arranged in two rows facing each other at intervals of 0.04 inch to 0.06 inch, and nozzles are spaced at intervals of 0.02 inch to 0.03 inch. Are alternately connected to the nozzles arranged in a row.
[0008]
By the way, such ink jet recording Tsu Improve recording quality In It is important to make the discharged ink droplets finer and increase the density of the recorded pixels. Furthermore, in order to ensure the recording speed after increasing the pixel density, it is necessary to increase the number of nozzles that eject ink droplets. In particular, in color recording, since one pixel is formed by pixels of three to four colors, a large number of nozzles and a complicated flow path configuration up to that are inevitably required.
[0009]
In particular, in order to increase the density of recorded pixels and improve the recording quality, it is necessary to increase the nozzle arrangement density, and the flow path from the ink containing portion to the individual nozzles has an extremely fine structure. This applies not only to the planar dimensions and arrangement but also to the thickness. In order to process a through-hole having a smaller planar dimension into a plate, it is necessary to make the thickness as thin as the hole diameter.
[0010]
In order to solve such problems, it is actually practiced to install multiple recording heads by shifting the nozzle position, but extremely high assembly accuracy is required to maintain the relative positional accuracy between the recording heads. Is required.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a novel multilayer ink jet recording head capable of forming nozzles at a high density by a relatively simple positioning operation. It is to be.
Another object of the present invention is to provide a novel multilayer ink jet recording head that can be manufactured at low cost by taking advantage of the characteristics of two units composed of different materials, ie, a metal material and a ceramic material. .
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve such a problem, in the present invention, a nozzle row divided into a plurality of groups is provided on one surface, a reservoir port for receiving ink supply from the outside is provided on the other surface, and the reservoir port A single flow path unit including a reservoir chamber connected to the nozzle, a nozzle of the flow path unit, a plurality of pressure generation chambers communicating with the reservoir chamber, and one surface of the pressure generation chamber are sealed A plurality of actuator units each including an elastically deformable diaphragm and a piezoelectric vibrator formed on a surface of the diaphragm corresponding to the pressure generation chamber, and the actuator unit includes the flow path unit. The one surface of the flow path unit corresponding to each of the groups of nozzle rows The other side different from It is fixed to.
[0013]
[Action]
A flow path unit that also serves as a substrate for fixing the actuator unit is made of a metal that is relatively easy to obtain by pressing or the like, and an actuator unit is formed using ceramics that can be fixed by firing. Make full use of the unit's nozzle accuracy.
[0014]
【Example】
Therefore, details of the present invention will be described below based on the illustrated embodiments.
[0015]
FIG. 1 shows a multilayer ink jet according to the present invention. Tsu 1 shows an embodiment of a recording apparatus equipped with a G type recording head. In FIG. Turbocharger Re Tsu It is mounted on a carriage 80 that moves in the main scanning direction (the direction of arrow A in the figure) by the dimotor 81, and moves in the sub-scanning direction (the direction of arrow B in the figure) by the paper feed motor 84 while being positioned on the platen 83. The recording medium 82 is moved in the width direction.
[0016]
As shown in FIG. 2, the printing mechanism unit 2 includes an ink jet recording head 10 described later, an ink storage unit 70, and a head fixing member 20 that joins these.
[0017]
The ink storage unit 70 stores the ink absorbing member 74 in a container that can be sealed by a lid 77 in which an air communication port 76 is formed, and has one end extending to the recording head 10 and the other end extending to the ink storage unit 70. Ink is supplied to the recording head 10 through the flow path 21 formed by the supply pipe 72. In the figure, reference numeral 71 denotes a sealing O-ring, and 75 denotes a filter provided in the ink supply pipe 72.
[0018]
With such a configuration, ink droplets are ejected while moving the recording head 10 in the main scanning direction in accordance with the print signal, and ink is supplied from the ink storage unit 70, and the sub-scanning direction of the recording medium is printed after one line is printed. To form an image on a two-dimensional surface.
[0019]
Further, when printing is not performed for a certain period of time or longer, it moves to the standby position 86 where the ink suction means 85 is provided. The ink suction unit 85 includes a cap 87 and a cap advance / retreat mechanism (not shown), and stands by with the cap 87 in contact with the nozzle surface of the recording head 10.
[0020]
In the above-described embodiment, the ink storage unit 70 is mounted on the carriage 80. However, an ink tank may be disposed in a case or the like, and ink may be supplied to the recording head 10 through a tube. .
[0021]
3 and 4 show the above-described ink jets, respectively. Tsu G type recording Tsu The recording head 10 is configured by fixing a plate-like actuator unit 30 to the surface of a plate-like channel unit 40 having an area sufficient for mounting the same. ing. One surface of the actuator unit 30 is connected to one end of a flexible cable 26 for applying a drive signal to a piezoelectric vibrator described later.
[0022]
FIG. 5 shows an embodiment of the actuator unit. The Eta Uni Tsu The groove 30 is configured by sequentially laminating a sealing substrate 31, a pressure generation chamber forming substrate 32, and a diaphragm 33. Separately separated lower electrodes 35 are formed on the surface of the vibration plate 33 corresponding to the respective pressure generating chambers 5. A piezoelectric vibrator made of an electrostrictive material is formed on the surface of the lower electrode 35. 34 is formed, and an upper electrode 36 is formed on the surface of the piezoelectric vibrator 34 such that the piezoelectric vibrator 34 is sandwiched between the lower electrode 35 and the piezoelectric vibrator 34.
[0023]
That is, an individual drive signal for selectively driving individual piezoelectric vibrators 34 is applied to the lower electrode 35. The upper electrode 36 that functions as a common electrode and the lower electrode 35 that is an individual electrode are connected to an external drive circuit through a connection terminal 37 formed on the diaphragm 33 and a flexible printed circuit board (FP) 26. The pressure generation chambers 5 that generate ink pressure necessary for ink droplet ejection are arranged in a plane by elongated holes formed in the pressure generation chamber forming substrate 32, and the pressure generation chambers adjacent to each other are formed with side walls around the through holes. The chamber is divided and separated.
[0024]
Further, the sealing substrate 31 is hermetically bonded to the side wall to seal the pressure generating chamber 5 to form a bottom wall of the pressure generating chamber 31 and supplies ink from outside the actuator unit for each pressure generating chamber. A first communication hole 38 for connecting to the nozzle 3 for discharging ink droplets and a second communication hole 39 for connecting to the nozzle 3 for discharging ink droplets are formed. Connected.
[0025]
The flow path unit 40 is configured by sequentially laminating a nozzle plate 41, a reservoir chamber forming substrate 42, and an ink supply port forming substrate 43. The reservoir chamber forming substrate 42 is formed with through holes that define the reservoir chamber 6. One surface of the through holes is sealed with the nozzle plate 41, and the other surface is sealed with the ink supply port forming substrate 43. It is configured. The reservoir chamber 6 is a manifold that branches the ink from the ink storage portion 74 to each pressure generating chamber 5. O It has a function as a field, and it is actuated from a portion overlapping each pressure generating chamber 5 in plan view when viewed from the substrate surface. D It is formed across a portion that does not overlap the data unit 30 in plan view.
[0026]
In the reservoir chamber 6, an ink supply port 4 that supplies ink individually from the reservoir chamber 6 to each pressure generation chamber 5 is provided in a portion of the ink supply port formation substrate 43 that overlaps each pressure generation chamber 5 in plan view. Perforated and acti The Eta Uni Tsu A reservoir port 8 that guides ink from the ink storage portion 74 to the reservoir chamber 6 is perforated in a region that does not overlap the planar surface 30. A nozzle 3 for ejecting ink droplets is perforated in the nozzle plate 41 so as to correspond to the pressure generation chamber 5. In order to connect the pressure generation chambers 5 corresponding to the nozzles 3, nozzle communication holes 44 and 45 corresponding to the nozzles 3 are formed in the ink supply port forming substrate 43 and the reservoir forming substrate 42.
[0027]
The ink supply ports 4 and the nozzle communication holes 44 that open on one surface of the flow path unit 40 are each in a one-to-one correspondence. The Eta Uni Tsu Formed in a position overlapping the first communication hole 38 and the second communication hole 39 of the actuator 30. The Eta Uni Tsu The flow paths between the units are connected by overlapping and joining the corresponding openings of the channel 30 and the flow path unit 40.
[0028]
Next, the ink flow in the head unit 10 including the flow path unit 40 and the actuator unit 30 will be described with reference to FIG. 6 showing a cross-sectional structure along the elongated pressure generation chamber.
FIG. 6 shows the reservoir for simplicity of explanation. mouth 8 is arranged in the same cross section as the pressure generating chamber 5, and the ink guided from the ink containing portion passes through the reservoir port 8, the reservoir chamber 6, the ink supply port 4, and the communication hole 38, and the pressure generating chamber 5. To be supplied. The ink supply port sucks from the nozzle 3 using the ink suction means 85 when the flow channel is filled with ink for the first time, bubbles are generated in the flow channel, or the viscosity of the ink increases. It is forcibly discharged.
[0029]
Further, at the time of printing, ink flows from the ink containing portion into the pressure generating chamber 5 by the capillary force of the meniscus formed in the nozzle 3. The piezoelectric vibrator 34 forms a unimorph vibrator together with the vibration plate 33, and the piezoelectric vibrator 34 contracts in the in-plane direction when a voltage is applied to the piezoelectric vibrator 34. The diaphragm 33 bends and deforms in a direction in which the pressure generating chamber 5 contracts, and generates pressure in the pressure generating chamber 5. Due to this pressure, an ink flow from the pressure generating chamber 5 to the nozzle 3 through the communication path 39 and the nozzle communication holes 44 and 45 is generated, and ink droplets are ejected from the nozzle 3.
[0030]
By the way, in this embodiment, the nozzle plate 41 has a two-layer structure of a thin portion 41a and a thick portion 41b, and only the vicinity of the communication hole 45 connected to the nozzle 3 is configured as the thin portion 41a. .
The nozzle plate 41 can ensure the strength of chrome and the like in the area other than the vicinity of the nozzle 3 after the nozzle 3 is punched by pressing or the like in a metal plate that can be elastically deformed by the pressure of ink from the pressure generating chamber 5. The thick portion 41b is formed by plating to a thickness.
[0031]
As described above, the thin portion 41a is provided only in the vicinity of the nozzle 3 and the other portion is the thick portion 41b, so that the thin portion 41a in the vicinity of the communication hole 45 is elastically deformed under the pressure of the pressure generating chamber 5. Therefore, it is possible to ensure the compliance required for ink droplet ejection, while increasing the rigidity and reducing the deflection as much as possible, particularly when configuring a recording head in which a plurality of actuator units described later are fixed. . And since the nozzle 3 exists in the position one step lower, contact with a recording paper etc. can also be prevented.
[0032]
In this embodiment, one act The Eta Uni Tsu Two rows of pressure generating chambers 5 are formed so as to oppose each other 30 and are shifted from each other in the arrangement direction by a half of the pressure generating chamber arrangement interval. Corresponding nozzles 3 are also arranged in two rows with a shift of one half of the nozzle arrangement interval. Therefore, the arrangement interval of the nozzles 3 viewed from the main scanning direction A is ½ of the pressure generation chamber interval, and the arrangement density of the nozzles 3 is substantially doubled.
[0033]
One acti The Eta Uni Tsu The pressure generating chambers can be arranged in one row or three or more rows in the first row 30, but if a two-row arrangement form is adopted, the power supply line to the piezoelectric vibrator can be arranged in the space on both sides of the actuator unit 30. Therefore, the wiring structure can be simplified.
[0034]
In the above-described embodiment, ink is supplied to the two pressure generation chambers via the V-shaped or U-shaped common reservoir chamber 6, but the pressure generation chambers in each row are independent of each other. By connecting the reservoir chambers, it is possible to eject ink droplets of different colors from each nozzle row.
[0035]
Next, a specific example of the above-described flow path unit 40 will be described.
A nozzle plate 41 made of a stainless plate having a thickness of 50 μm and a thickness of 150 μm is formed with two nozzles 3 each having a taper hole having an opening diameter of 30 to 50 μm with an interval in the row of 564 μm. The reservoir forming substrate 42 is formed with a through hole for partitioning the reservoir chamber 6 and a nozzle communication hole 45 by pressing a 150 μm thick stainless steel plate.
[0036]
The diameter of the nozzle communication hole 45 is preferably about 150 μm, which is the same as the thickness of the plate material. The ink supply port forming substrate 43 is formed by pressing a stainless plate of 50 μm and 150 μm, and the ink supply port 4 and the nozzle communication hole 44 are perforated. The ink supply hole 4 is set equal to or larger than the fluid impedance of the nozzle so that the ink flow generated by the pressure in the pressure generation chamber 5 is prevented from escaping to the reservoir chamber 6 side and directed to the nozzle 3 side. Is preferred.
[0037]
In this embodiment, the ink supply port 4 is selected to have the same size as the nozzle 3, and the shape is selected so as to have a tapered portion whose cross section expands in the thickness direction. Since the taper is provided, the diameter of the narrowest portion can be made smaller than the plate thickness and can be formed with high accuracy. The diameter of the nozzle communication hole 44 is larger than the nozzle communication hole 45 of the reservoir chamber forming substrate 42, smaller than the width of the pressure generation chamber 5, and is selected to be 200 to 300 μm. By setting in this way, the flow path from the pressure generating chamber 5 to the nozzle 3 can be configured to be gradually narrowed, and bubbles can be prevented from staying in the flow path.
[0038]
These three plates constituting the flow path unit are laminated so that the mutually associated through holes communicate with each other. These plates can be bonded to each other by brazing, diffusion bonding, an adhesive, a die-cut adhesive sheet, or the like, but here they are bonded by an adhesive made of an epoxy resin that is not corroded by ink.
Each plate uses a stainless steel plate, but if it is a material that does not corrode with ink, it can be an inorganic material such as ceramics, glass, or silicon, a metal material such as nickel, polyimide, polycarbonate, polysulfur. O It is possible to select and combine materials appropriately from plastic materials such as plastics according to the function of each plate.
[0039]
As a processing method, since the nozzle plate 41 and the ink supply port forming substrate 43 are relatively thin, the diameter of the hole to be formed is small, and high accuracy is required, a method of processing the plastic plate with an excimer laser, Alternatively, nickel electroforming may be used.
[0040]
In the present invention, since the flow path unit 40 also serves as a fixed substrate of the actuator unit 30, high rigidity is required. Therefore, a metal material having both toughness and rigidity is suitable. In particular, the reservoir chamber forming substrate 42 has a structure in which the size of the through hole to be formed is larger than the through hole of the other plate, and thus a structure that can ensure rigidity by using a thicker plate than the other plate is preferable.
[0041]
Then act The Eta Uni Tsu A specific example of the group 30 will be described. The pressure generating chamber forming substrate 32 is a zirconia fired body having a thickness of 150 μm, and the plurality of pressure generating chambers 5 are formed in two rows at intervals of 564 μm as in the nozzle 3. The width of the pressure generating chamber 5 is 350 to 450 μm and the length is 1 to 3 mm. These dimensions are selected to be optimum values depending on the ink droplet amount necessary for dot formation, the nozzle arrangement density, and the like.
[0042]
The sealing substrate 31 has a thickness of 150 μm Co The near fired body is bonded to one surface of the pressure generating chamber forming substrate 32 so as to seal one surface of the pressure generating chamber 5. The diameters of the pair of communication holes 38 and 39 of the sealing substrate 31 are both selected to be 300 μm. The diaphragm 33 has a thickness of 10 to 20 μm. Co The near fired body is joined so as to seal the other surface of the pressure generating chamber 5. A lower electrode 35 is formed on the vibration plate 33 corresponding to the pressure generating chamber 5, and its surface is 90% of the width of the pressure generating chamber 5, and the thickness thereof is 20 to 40 μm zirconate titanate. A piezoelectric vibrator 34 is formed by laminating piezoelectric ceramic materials such as lead. Jill Co Other ceramic materials such as alumina, aluminum nitride, and lead zirconate titanate can be used instead of the near.
[0043]
Next, a method for manufacturing the above-described actuator unit will be described.
As shown in FIG. 7A, the diaphragm 33, the pressure generating chamber forming substrate 32 in which the through holes defining the pressure generating chamber 5 have been punched out in advance by the press, and the sealing in which the communication holes have been punched out in advance by the press. The substrate is pressed in a green sheet, that is, in a clay state, and then integrally fired at a temperature of 800 ° C. to 1000 ° C. Thereby, each board | substrate is joined, without requiring an adhesive agent.
[0044]
Next, as shown in FIG. 7B, pressure is generated by printing a material mainly composed of at least one of platinum, palladium, silver-palladium, silver-platinum, and platinum-palladium as a lower electrode 35. A pattern as an electrode is formed in a portion corresponding to the chamber 5 and is baked.
After that, as shown in FIG. 7C, the piezoelectric material 34 is similarly laminated by printing and fired to finish the actuator unit. Finally, a common electrode made of chromium, gold, nickel, copper or the like is formed by sputtering by crawling over a plurality of piezoelectric vibrators.
[0045]
In the actuator 30 configured by integral firing in this way, the pressure generating chamber forming substrate 32 having a very fine structure and the thin vibration plate 33 are firmly bonded by firing, so that airtightness and ink corrosion resistance are achieved. In addition to being excellent, the manufacturing process is extremely simple, as it only involves the application of clay plates and the application of paste-like electrodes or piezoelectric vibrators using printing technology and firing them. And can be manufactured with high accuracy.
[0046]
The above-mentioned method of integrally forming by firing is very excellent. However, as has been done in the past, a method of bonding substrates made of metal or resin by bonding, welding or fusion, or etching a glass or silicon substrate by etching. A combination of a processing method, a plastic molding method, a chip-shaped piezoelectric vibrator on a vibration slope, etc. The Eta Uni Tsu Needless to say, it can be formed.
[0047]
In the embodiment, the ink flow of the ink returning from the pressure generating chamber 5 to the reservoir chamber 6 is restricted by the ink supply port 4 provided in the flow path unit 40. The Eta Uni Tsu The first communication hole 38 formed in the web 30 may be narrowed to a size that can limit the return of ink.
[0048]
Figure 8 shows the acti The Eta Uni Tsu In this embodiment, the actuating member 30 is shown in FIG. The Eta Uni Tsu The pressure generating chamber 5 is opened on one surface of the channel 30, and this opening is sealed by the ink supply port forming substrate 43 of the flow path unit 40. According to this embodiment, the number of parts can be reduced and the cost can be suppressed.
[0049]
Next, a method for constructing various recording heads using a plurality of the above-described actuator units will be described with reference to FIGS.
Reference numeral 60 in the figure denotes a flow path unit, which is a nozzle made of a metal plate having a size that allows the nozzle groups 3a, 3b, and 3c made up of two rows of nozzles to be arranged without overlapping at least three actuator units 30a, 30b, and 30c. The plate 61, the reservoir chamber forming substrate 62, and the ink supply port forming substrate 63 are stacked.
[0050]
In the nozzle plate 61, nozzle groups 3a, 3b, and 3c including nozzles 3 are formed on a metal plate material, and a thin portion 41a for ensuring compliance is formed in the vicinity of the nozzle 3 as shown in FIG. Has been.
[0051]
The reservoir chamber forming substrate 62 has through holes that define the reservoir chambers 6a, 6b, and 6c. One surface of the through holes is sealed with the nozzle plate 61 and the other surface is sealed with the ink supply port forming substrate 63. Thus, the reservoir chambers 6a, 6b, and 6c are configured, and have a function as a manifold for branching the ink from the ink storage portion 74 to each pressure generating chamber 5.
[0052]
In the ink supply port forming substrate 63 in a region overlapping the pressure generation chamber 5 of each actuator unit 30a, 30b, 30c, the pressure generation chamber 5a of each actuator unit 30a, 30b, 30c is provided from the reservoir chamber 6a, 6b, 6c. Ink supply ports 4a, 4b and 4c for supplying ink to 5b and 5c are perforated. The In areas where the eta units 30a, 30b, 30c do not overlap, reservoir ports 8a, 8b, 8c that guide ink from the ink storage portion 74 to the reservoir chambers 6a, 6b, 6c are provided.
[0053]
The ink supply ports 4a, 4b, 4c and the nozzle communication holes 64a, 64b, 64c that open on one surface of the flow path unit 60 correspond to each one-to-one. The Eta Uni Tsu Formed in positions overlapping the first communication hole 38 and the second communication hole 39 of the first and second communication holes 30a, 30b and 30c. The Eta Uni Tsu The flow paths of the three actuators 30a, 30b, and 30c can be connected to one flow path unit 60 by overlapping the corresponding openings with the corresponding openings 30a, 30b, and 30c and the flow path unit 60.
[0054]
As described above, the flow path unit 60 is actuated as described above. The Eta Uni Tsu Each has a separate reservoir chamber 6a, 6b, 6c, and independent reservoir ports 8a, 8b, 8c are provided corresponding to the respective reservoir chambers 6a, 6b, 6c, so that the nozzle groups 3a, 3b, Different inks, for example, three colors of cyan, magenta, and yellow, can be supplied to the same head every 3c, and ink droplets of different colors can be ejected from the same flow path unit.
[0055]
In addition, the flow path unit 60 can form nozzle holes with high positional accuracy by press working or the like, which is a simple processing method, and can be mainly composed of a metal that is a relatively rigid material. On the other hand, the actuator units 30a, 30b, and 30c are made of a ceramic that can be fixed by firing and is essentially electrically insulating, but tends to warp and swell when fired.
[0056]
For this reason, the actuator units 30a, 30b, and 30c are made as small as possible to increase the manufacturing yield, and the nozzles are attached to the common flow path unit 60 in which the nozzles are formed with high positional accuracy. Accordingly, it is possible to manufacture a large recording head having high density and high accuracy nozzles with a high yield.
Further, since the piezoelectric vibrator 34 to which the drive signal is applied can be formed on the diaphragm 33 made of ceramic and essentially having electrical insulation, no special insulation pretreatment for electrode formation is required. .
[0057]
Fig. 11 shows the acti The Eta Uni Tsu An example in which dots 30a, 30b, and 30c are formed corresponding to cyan, magenta, and yellow colors is shown by relative positions of the nozzle 3 and the pressure generating chamber 5.
[0058]
In this recording head, the nozzles of the respective colors are arranged at the same position in the sub-scanning direction B so that an ink image can be generated at the same position. Focusing on one color, there are two rows of pressure generating chambers arranged at a pitch P1, facing each other, and are shifted in the sub-scanning direction by a pitch P2, which is half the pitch P1. For this reason, the substantial nozzle density in the sub-scanning direction is P2.
[0059]
In general, since the properties are different for each ink, it is difficult to obtain the best image with the same flow path configuration. Tsu In the G type recording head, the shape of the nozzle 3 of the flow path unit 60 and the shape of the ink supply ports 4a, 4b, and 4c are adjusted optimally for each ink. Due Even if the data units are configured in the same structure, the most suitable image can be obtained. This ensures the same acti The Eta Uni Tsu The cost can be reduced by mass production.
[0060]
Further, by simply changing the shape of the nozzle 3 of the flow path unit 60 or the shape of the ink supply port 4, an ink jet that ejects ink with different ink droplet amounts from the nozzle groups 3 a, 3 b, and 3 c. Tsu G type recording Tsu In other words, the ink density can be changed smoothly even if the same actuator unit is used. Tsu G-type recording head can be obtained.
[0061]
FIG. 12 shows a plurality of The Eta Uni Tsu In this embodiment, an ink jet recording head having a high dot density is configured by using one of the actuators 30a, 30b, and 30c. The Eta Uni Tsu The two rows of nozzles corresponding to the heads 30a, 30b, and 30c are arranged at a pitch of 6p, and are juxtaposed in the sub-scanning direction B by being shifted by p. Since the corresponding two rows of pressure generating chambers are juxtaposed at a pitch of 3p in the sub-scanning direction B, each nozzle is offset with respect to the central axis of the pressure generating chamber. Tsu Arranged.
[0062]
3 actuator units Tsu The nozzle rows corresponding to the nozzles 30a, 30b, and 30c are shifted from each other by 2p pitch in the sub-scanning direction B. Therefore, when viewed from the main scanning direction B, the nozzles are arranged at p-pitch intervals. Become. That is, using the pressure generating chambers 5 arranged at a pitch of 6p, dots can be formed with a density six times that of the pressure generating chambers 5.
[0063]
As described above, in the present invention, by attaching a plurality of actuator units to one common flow path unit 60, the same actuator is obtained. The Etayu Nick The recording head corresponding to various uses can be easily configured simply by changing the fixing position of the head with respect to the flow path unit.
[0064]
In addition, the actuator unit Tsu In addition to being able to dissipate heat of the piezoelectric vibrator quickly, a flow path that can form a through hole with relatively high accuracy, such as metal. While the unit can specify the accuracy of the nozzle position and size, the larger the actuator, the more difficult it is to fire. The The eta unit can be reduced in size.
[0065]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, , With a metal that is relatively easy to get precision with less processing, etc., it is possible to configure a flow path unit that also serves as a substrate to fix the actuator unit, not only can the nozzle be formed with high positional accuracy, but also can be fixed by firing. A ceramic actuator unit can be reduced in size to improve firing yield, and various applications can be recorded just by changing the structure of the flow path unit, which is relatively easy to change even if the same actuator is used. The head can be configured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an ink jet according to the present invention. Tsu FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a recording apparatus to which a recording head is applied.
FIG. 2 is an ink jet of the present invention. Tsu FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating an example of a G-type recording head.
FIG. 3 is a diagram illustrating an ink jet recording head configured by fixing one actuator unit to a flow path unit.
[Fig. 4] Actuation of recording head D It is a figure which shows the structure by the side of a data unit.
FIG. 5 is an exploded perspective view showing the internal structure of the recording head.
FIG. 6 is a diagram showing a cross-sectional structure of the recording head.
FIGS. 7A, 7B, and 7C are views showing a method for manufacturing an actuator unit used in the recording head of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing another embodiment of the recording head.
FIG. 9 is an exploded perspective view showing an embodiment of the ink jet recording head of the present invention.
FIG. 10 is a view showing the structure of the ink jet recording head of the present invention on the side where an actuator unit is attached.
FIG. 11 is a view showing another embodiment of the ink jet recording head of the present invention in the form of an arrangement of pressure generating chambers and nozzles.
FIG. 12 is a diagram showing another embodiment of the ink jet recording head of the present invention in the form of an arrangement of pressure generating chambers and nozzles.
FIG. 13 is a diagram showing an example of a conventional multilayer ink jet recording head.
[Explanation of symbols]
3 nozzles
4 Ink supply hole
5 Pressure generation chamber
6 Reservoir chamber
26 Flexible cable
30 Acti The Eta Uni Tsu G
30a, 30b, 30c Actuator unit
31 Sealing substrate
32 Pressure generation chamber forming substrate
33, 53 Diaphragm
34 Piezoelectric vibrator
35 Lower electrode
36 Upper electrode
38 First communication hole
39 Second communication hole
40 Channel unit
43 Ink supply port forming substrate
60 channel unit
61 Nozzle plate
62 Reservoir chamber forming substrate
63 Ink supply port forming substrate

Claims (8)

複数のグループに分けられるノズル列を一方の面に有し、他方の面に外部からインクの供給を受けるリザーバ口を有するとともに、前記リザーバ口に接続するリザーバ室を備えた単一の流路ユニットと、
前記流路ユニットのノズル、及び前記リザーバ室にそれぞれに連通する複数の圧力発生室、前記圧力発生室の一方の面を封止する弾性変形可能な振動板、及び前記圧力発生室に対応して前記振動板の表面に形成された圧電振動子とからなる複数のアクチュエータユニットとを備え、
前記アクチュエータユニットが、前記流路ユニットの前記ノズル列のグループのそれぞれに対応して前記流路ユニットの前記一方の面とは異なる他方の面に固定されている積層型インクジェット式記録ヘッド。
A single flow path unit having a nozzle row divided into a plurality of groups on one surface, a reservoir port for receiving ink supply from the outside on the other surface, and a reservoir chamber connected to the reservoir port When,
Corresponding to the nozzle of the flow path unit, a plurality of pressure generation chambers communicating with the reservoir chamber, an elastically deformable diaphragm for sealing one surface of the pressure generation chamber, and the pressure generation chamber A plurality of actuator units composed of piezoelectric vibrators formed on the surface of the diaphragm;
A multi-layer ink jet recording head in which the actuator unit is fixed to the other surface different from the one surface of the flow channel unit corresponding to each group of the nozzle rows of the flow channel unit.
複数のグループに分けられるノズル列が形成されたノズルプレートと、前記各グループのノズルに対応する複数のリザーバ室、及び前記ノズルに連通する連通孔を備えたリザーバ室形成基板と、前記リザーバ室形成基板の他面に固定され、第1、第2の連通孔を備えたインク供給口形成基板とを積層した単一の流路ユニットと、
側壁により区画された複数の圧力発生室を形成する圧力発生室形成基板と、該圧力発生室形成基板の一方の面に固定される振動板と、前記圧力発生室に対応して前記振動板の表面に形成された圧電振動子とからなり、前記グループに対応する複数のアクチュエータユニットとを備え、前記第1、第2の連通孔が前記圧力発生室に接続するように前記アクチュエータユニットを前記流路ユニットの前記ノズル列のグループのそれぞれに対応させて固定してなる積層型インクジェット式記録ヘッド。
Nozzle plate in which nozzle rows divided into a plurality of groups are formed, a plurality of reservoir chambers corresponding to the nozzles of each group, a reservoir chamber forming substrate having a communication hole communicating with the nozzles, and the reservoir chamber formation A single flow path unit that is fixed to the other surface of the substrate and is laminated with an ink supply port forming substrate having first and second communication holes;
A pressure generation chamber forming substrate forming a plurality of pressure generation chambers partitioned by side walls; a vibration plate fixed to one surface of the pressure generation chamber formation substrate; and the vibration plate corresponding to the pressure generation chamber A plurality of actuator units corresponding to the group, and the actuator unit is connected to the pressure generating chamber so that the first and second communication holes are connected to the pressure generating chamber. A multi-layer ink jet recording head fixed in correspondence with each group of the nozzle rows of the path unit.
前記流路ユニットが金属板により構成され、また前記アクチュエータユニットがセラミックにより構成されている請求項1または請求項2に記載の積層型インクジェット式記録ヘッド。The multilayer ink jet recording head according to claim 1, wherein the flow path unit is made of a metal plate, and the actuator unit is made of ceramic. 前記流路ユニットに外部からインクの供給を受けるリザーバ口が形成され、前記アクチュエータユニットが前記リザーバ口の形成領域外に配置されている請求項1または請求項2に記載の積層型インクジェット式記録ヘッド。3. The multilayer ink jet recording head according to claim 1, wherein a reservoir port for receiving ink supply from the outside is formed in the flow path unit, and the actuator unit is disposed outside a region where the reservoir port is formed. . 前記ノズルがグループ毎に一定ピッチずれを有し、前記ずれに対応し前記アクチュエータユニットが相互にずれて配置されている請求項1または請求項2に記載のインクジェット式記録ヘッド。3. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the nozzles have a certain pitch deviation for each group, and the actuator units are arranged to be deviated from each other corresponding to the deviation. 各グループに属するリザーバにそれぞれ色の異なるインクが供給される請求項1または請求項2に記載のインクジェット式記録ヘッド。The ink jet recording head according to claim 1, wherein inks of different colors are supplied to the reservoir chambers belonging to each group. 前記複数のアクチュエータユニットに共通のフレキシブルケーブルが接続されている請求項1または請求項2に記載の積層型インクジェット式記録ヘッド。The multilayer ink jet recording head according to claim 1, wherein a common flexible cable is connected to the plurality of actuator units. 前記ノズルプレートは、ノズルの近傍が薄肉部となるように他の領域に層を形成して構成されている請求項1または請求項2に記載の積層型インクジェット式記録ヘッド。3. The multilayer ink jet recording head according to claim 1, wherein the nozzle plate is configured by forming a layer in another region so that the vicinity of the nozzle becomes a thin portion. 4.
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