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JP2002361859A - Inkjet head - Google Patents

Inkjet head

Info

Publication number
JP2002361859A
JP2002361859A JP2001166445A JP2001166445A JP2002361859A JP 2002361859 A JP2002361859 A JP 2002361859A JP 2001166445 A JP2001166445 A JP 2001166445A JP 2001166445 A JP2001166445 A JP 2001166445A JP 2002361859 A JP2002361859 A JP 2002361859A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ink
communication groove
jet head
nozzle hole
diameter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001166445A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Nanjo
健 南條
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Priority to JP2001166445A priority Critical patent/JP2002361859A/en
Publication of JP2002361859A publication Critical patent/JP2002361859A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は高速化及び高密度・高解像の記録を行
うインクジェットヘッドを提供する。 【解決手段】インクジェットヘッド1は、共通インク液
室11からインク供給路12を通して圧力室10にイン
クを供給し、圧力室10内を振動板5の変位により加圧
して、圧力室10内のインクをインク連通溝13を通し
てノズル孔9からインク滴20として吐出・飛翔させ
る。そして、インク連通溝13のインクの流れ方向と直
交する方向の内接円の直径を30μm以上に形成し、ノ
ズル孔9の吐出側の開口の直径をインク連通溝13の内
接円の直径より小さく形成している。したがって、低電
圧駆動及び高集積化による高速動作を可能とすることが
できるとともに、高精細化な画像を形成することができ
る。
(57) Abstract: The present invention provides an ink jet head for performing high-speed, high-density, high-resolution recording. An ink jet head (1) supplies ink from a common ink liquid chamber (11) to a pressure chamber (10) through an ink supply path (12), pressurizes the inside of the pressure chamber (10) by displacement of a vibration plate (5), and causes the ink in the pressure chamber (10) to move. Are ejected and fly as ink droplets 20 from the nozzle holes 9 through the ink communication grooves 13. Then, the diameter of the inscribed circle of the ink communication groove 13 in the direction orthogonal to the ink flow direction is formed to be 30 μm or more, and the diameter of the opening on the ejection side of the nozzle hole 9 is determined by the diameter of the inscribed circle of the ink communication groove 13. It is formed small. Therefore, high-speed operation can be performed by low-voltage driving and high integration, and a high-definition image can be formed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェットヘ
ッドに関し、詳細には、高速化及び高密度・高解像のド
ロップオンディマンド(DOD)型のインクジェット記
録装置に搭載されるインクジェットヘッドに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ink-jet head, and more particularly, to an ink-jet head mounted on a high-speed, high-density, high-resolution drop-on-demand (DOD) type ink jet recording apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】インクジェットヘッドは、記録時の騒音
が極めて小さいこと、インクの自由度が高く安価な普通
紙を使用できること等多くの利点を有していることか
ら、近時普及している。
2. Description of the Related Art Ink-jet heads have recently become widespread because they have many advantages such as extremely low noise during recording and the use of inexpensive plain paper with a high degree of freedom of ink.

【0003】特に、必要なときにのみインクを吐出する
ドロップオンディマンド(DOD)型インクジェットヘ
ッドは、プリンタ、ファクシミリ、複写機等のインクジ
ェット記録装置に用いられ、このようなインクジェット
ヘッド記録装置は、例えば、インク滴を吐出する複数の
ノズル孔と、ノズル孔が接続されかつインクが加圧され
る圧力室と、圧力室内のインクを加圧するためのエネル
ギー発生手段(例えば、圧電素子や静電素子等の電気機
械変換素子、熱抵抗体(ヒータ)等の熱機械変換素子)を
備えたインクジェットヘッドを用いて、記録信号が入力
されたときにのみノズル孔からインク滴を吐出・飛翔さ
せて、高速・高解像度の記録を行う。
[0003] In particular, a drop-on-demand (DOD) type ink jet head that discharges ink only when necessary is used in an ink jet recording apparatus such as a printer, a facsimile, a copying machine, etc. A plurality of nozzle holes for ejecting ink droplets, a pressure chamber to which the nozzle holes are connected and the ink is pressurized, and energy generating means for pressurizing the ink in the pressure chamber (for example, a piezoelectric element, an electrostatic element, etc. By using an inkjet head equipped with an electromechanical transducer, a thermomechanical transducer such as a thermal resistor (heater), ink droplets are ejected and fly out of the nozzle holes only when a recording signal is input. Perform high-resolution recording.

【0004】このように、インクジェットヘッドは、熱
抵抗体や圧電素子等のエネルギー発生手段を任意の周波
数で駆動して、ノズル孔から液滴化したインク滴を吐出
・飛翔させて記録を行うため、ノズル孔形状及び吐出口
直径等がインク滴の噴射性能に影響を与える。
[0004] As described above, the ink jet head performs recording by driving the energy generating means such as the thermal resistor and the piezoelectric element at an arbitrary frequency to eject and fly the ink droplets formed from the nozzle holes. In addition, the shape of the nozzle hole and the diameter of the discharge port affect the ejection performance of the ink droplet.

【0005】近年、インクジェット記録装置により出力
される画像は、1200dpi以上の高精細なものが多
くなってきており、これは、1画素当たりのインク滴の
大きさが10ピコリットル以下の微小化が可能となった
ことによるところが大きい。このような微小なインク滴
を吐出・飛翔させるためには、エネルギー発生手段に与
える駆動パルスを変えたり、ノズル孔の吐出口直径を微
細化させる方法が取られている。
[0005] In recent years, many images output by an ink jet recording apparatus have a high definition of 1200 dpi or more. This is because the size of an ink droplet per pixel is reduced to 10 picoliter or less. This is largely due to the fact that it has become possible. In order to eject and fly such minute ink droplets, a method of changing a driving pulse applied to the energy generating means or reducing the diameter of the ejection opening of the nozzle hole has been adopted.

【0006】一方で、エネルギー発生手段としては、第
1に、熱抵抗体を搭載させた熱機械変換素子、すなわ
ち、電気エネルギーを熱抵抗体により熱エネルギーに変
換した後、圧力室内のインク溜り中に気泡を発生させ
て、インクを吐出するための機械エネルギーに変換する
素子がある。
On the other hand, as the energy generating means, first, a thermo-mechanical conversion element on which a thermal resistor is mounted, that is, after converting electric energy into thermal energy by the thermal resistor, the ink is stored in the ink chamber in the pressure chamber. There is an element that generates air bubbles and converts it into mechanical energy for discharging ink.

【0007】この熱機械変換素子は、一般的にインク溜
り中に気泡を発生させることを特徴としており、熱抵抗
体を既存のシリコン半導体プロセスにより作製すること
ができるため、インクジェットヘッド内の配列として、
600dpi程度の高密度な配置が可能である。また、
熱機械変換素子は、変換する熱エネルギーにより気泡の
大きさを任意に設定できるため、吐出エネルギーを増大
させることができ、電気機械変換素子に比較して、比較
的大きな吐出エネルギーを得ることができるという利点
を有している。
This thermo-mechanical conversion element is generally characterized in that bubbles are generated in an ink reservoir, and a thermal resistor can be manufactured by an existing silicon semiconductor process. ,
A high-density arrangement of about 600 dpi is possible. Also,
The thermomechanical conversion element can arbitrarily set the size of the bubble by the thermal energy to be converted, so that the discharge energy can be increased, and a relatively large discharge energy can be obtained as compared with the electromechanical conversion element. It has the advantage that.

【0008】ところが、反面、熱機械変換素子は、イン
ク吐出後の圧力室内のインク冷却及び熱抵抗体冷却に時
間を要するため、吐出ビットを高周波数で駆動させた
り、数百ビットを超える多数ビットを一度に駆動させる
ことが困難であるという欠点を有している。その結果、
熱機械変換素子は、高密度配置の利点が打ち消された状
態となるとともに、電気エネルギーを熱抵抗体により熱
エネルギーに変換するため、インクジェット記録装置の
発熱及び消費電力の増大が顕著であるという欠点を有し
ている。とくに、発熱及び消費電力の増大は、現在注目
されている環境問題の観点からも不利な点である。
On the other hand, the thermomechanical transducer requires a long time to cool the ink inside the pressure chamber and cool the thermal resistor after the ink is ejected, so that the ejection bit can be driven at a high frequency or a large number of bits exceeding several hundred bits can be obtained. Are difficult to drive at once. as a result,
The thermomechanical conversion element has a disadvantage that the advantage of high-density arrangement is negated, and electrical energy is converted into thermal energy by a thermal resistor, so that the heat generation and power consumption of the ink jet recording apparatus are remarkably increased. have. In particular, the increase in heat generation and power consumption is a disadvantage from the viewpoint of environmental issues that are currently attracting attention.

【0009】第2のエネルギー発生手段としては、ピエ
ゾ素子をエネルギー発生素子とする圧電変換素子と、電
極間の静電引力を利用した電気機械変換素子(以降、静
電変換素子ともいう。)とがある。圧電変換素子と電気
機械変換素子は、いずれも、圧力室の任意の一面に振動
板を有し、この振動板を振動させて圧力室内のインクに
エネルギーを伝搬させて、ノズル孔よりインク滴を吐出
・飛翔させる。そして、振動板に直接圧電素子を接続
(一般的には接着)させて圧電素子を電気的に変位さ
せ、駆動パルスに合せて振動板を振動させるのが圧電変
換素子であり、振動板を導電性の任意の電極として、対
向する状態で対向電極を配置して、両電極間に電位差
(一般的に駆動電圧)を発生させて、電極間に静電引力
及び/又は静電斥力を発生させ、パルス的に駆動電圧を
印可する(一般的に駆動パルス)ことにより、振動板を
振動させるのが静電変換素子である。
The second energy generation means includes a piezoelectric conversion element using a piezo element as an energy generation element, and an electromechanical conversion element utilizing electrostatic attraction between electrodes (hereinafter also referred to as an electrostatic conversion element). There is. Each of the piezoelectric conversion element and the electromechanical conversion element has a vibration plate on an arbitrary surface of the pressure chamber, and vibrates the vibration plate to transmit energy to ink in the pressure chamber, thereby causing ink droplets to be discharged from the nozzle holes. Discharge and fly. The piezoelectric element is directly connected (generally bonded) to the diaphragm to electrically displace the piezoelectric element and vibrate the diaphragm in accordance with a drive pulse. As an arbitrary electrode having opposite properties, an opposing electrode is arranged in an opposing state, a potential difference (generally a driving voltage) is generated between the two electrodes, and an electrostatic attraction and / or an electrostatic repulsion is generated between the electrodes. The electrostatic conversion element vibrates the diaphragm by applying a drive voltage in a pulsed manner (generally, a drive pulse).

【0010】圧電変換素子におけるピエゾ素子は、印刷
転写法で形成されたり、積層されたピエゾ素子の塊をダ
イシング法により分割されたりするのが一般的で、その
加工方法の限界により、ヘッド内の配列としては、20
0dpi程度の配置が現状の高密度配列の限界である。
A piezo element in a piezoelectric conversion element is generally formed by a print transfer method, or a lump of stacked piezo elements is divided by a dicing method. As an array, 20
The arrangement of about 0 dpi is the limit of the current high-density arrangement.

【0011】これに対して、静電変換素子は、電極形成
がシリコン半導体プロセスにより行われるため、600
dpi程度の微細化された配列が可能である。また、圧
電変換素子及び静電変換素子は、いずれも、熱機械変換
素子に比較して、発熱が無視できる程度であるため、吐
出ビットを高周波数で駆動させたり、数百ビットを超え
る多数ビットを一度に駆動させることができる。さら
に、圧電変換素子及び静電変換素子は、消費電力に関し
ても、熱機械変換素子に比較して小さく、特に、静電変
換素子は、静電的な電位変化を行うのみであるため、電
流の消費が大幅に少ない。
On the other hand, in the electrostatic conversion element, since electrodes are formed by a silicon semiconductor process, 600
An array that is miniaturized to about dpi is possible. In addition, since both the piezoelectric conversion element and the electrostatic conversion element generate negligible heat as compared with the thermo-mechanical conversion element, the ejection bit can be driven at a high frequency or a large number of bits exceeding several hundred bits can be used. Can be driven at once. Furthermore, the piezoelectric conversion element and the electrostatic conversion element are also smaller in power consumption than the thermo-mechanical conversion element. In particular, since the electrostatic conversion element only changes the electrostatic potential, Significantly less consumption.

【0012】ところが、圧電変換素子の場合は、ピエゾ
素子の振動変位の限界により、静電変換素子の場合は、
電極間距離や振動板膜厚/強度の限界により、インク滴
を吐出させるエネルギーが、熱機械変換素子に比較し
て、小さいという問題がある。
However, in the case of a piezoelectric transducer, due to the limit of vibration displacement of a piezo element, in the case of an electrostatic transducer,
There is a problem that the energy for ejecting ink droplets is smaller than that of the thermo-mechanical transducer due to the limit of the distance between the electrodes and the thickness / strength of the diaphragm.

【0013】以上の検討結果は、図16のように表すこ
とができ、図16から分かるように、高速動作及び消費
電力の利点より、今後のドロップオンディマンド(DO
D)型のインクジェット記録装置に要求される性能、特
に、エネルギー損失が少ないこと、高速であること、高
精彩であることを考慮すると、インクジェットヘッド
は、微細なノズル孔直径を有し、かつ、電気機械変換素
子、特に、静電変換素子をエネルギー発生手段とするこ
とが望ましい。
The results of the above study can be represented as shown in FIG. 16. As can be seen from FIG. 16, due to the advantages of high-speed operation and power consumption, a future drop-on demand (DO)
In consideration of the performance required of the D) type ink jet recording apparatus, particularly, low energy loss, high speed, and high definition, the ink jet head has a fine nozzle hole diameter, and It is desirable that an electromechanical conversion element, in particular, an electrostatic conversion element be used as the energy generating means.

【0014】ところが、静電変換素子を用いたインクジ
ェットヘッドは、熱機械変換素子に比べ、吐出エネルギ
ーが相対的に小さく、特に、素子の配列が150dpi
以上の微細になった場合に顕著になる。
However, an ink jet head using an electrostatic conversion element has a relatively small ejection energy as compared with a thermomechanical conversion element, and in particular, the element arrangement is 150 dpi.
It becomes remarkable when it becomes finer than the above.

【0015】そして、従来のインクジェットヘッドとし
ては、特許第2607308号公報に記載されているエ
ッジシュータ形インクジェットヘッドがある。図17に
その側面断面を、図18にインク吐出側から見た正面図
を示すように、このインクジェットヘッド100は、圧
電体101により振動板102が振動し、圧力室103
内のインクを加圧して、(100)面を表面面方位とす
るシリコンにより形成されて断面形状が三角形を有する
インク連通溝105を通過させて、吐出口部106から
インクを吐出する。
As a conventional ink jet head, there is an edge shooter type ink jet head described in Japanese Patent No. 2607308. As shown in FIG. 17, a side cross-sectional view, and FIG. 18, a front view as viewed from the ink ejection side, in the inkjet head 100, the vibration plate 102 vibrates by the piezoelectric body 101, and the pressure chamber 103
The ink in the inside is pressurized, passed through an ink communication groove 105 formed of silicon having a (100) plane as a surface plane orientation, and having a triangular cross-section, and ejecting ink from an ejection port 106.

【0016】この従来技術は、エネルギー発生手段とし
て、圧電変換素子である圧電体101を用いているが、
他の従来技術として熱抵抗体を用いるものもある。
In this prior art, a piezoelectric body 101 which is a piezoelectric conversion element is used as an energy generating means.
Other prior art uses a thermal resistor.

【0017】また、特開平9−48126号公報には、
記録液に吐出エネルギーを発生させる吐出エネルギー発
生手段と、吐出口に向かって前記記録液を流動させる液
流路を形成する液流路形成基板を有し、該液流路形成基
板の表面と前記液流路の側面が、単結晶シリコンの(1
10)面とこれに垂直である一対の(111)面によっ
てそれぞれ構成されている液体噴射記録ヘッドが提案さ
れている。すなわち、この液体噴射記録ヘッドは、熱抵
抗体による熱機械変換素子をエネルギー発生手段として
用い、(110)面を表面面方位とするシリコンによ
り、天板が形成されている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-48126 discloses that
A discharge energy generating means for generating discharge energy in the recording liquid; and a liquid flow path forming substrate for forming a liquid flow path for flowing the recording liquid toward a discharge port. The side of the liquid flow path is made of single crystal silicon (1
A liquid jet recording head has been proposed which includes a 10) surface and a pair of (111) surfaces perpendicular to the 10) surface. That is, in this liquid jet recording head, a top plate is formed of silicon having a (110) plane as a surface plane direction, using a thermomechanical conversion element formed of a thermal resistor as an energy generating unit.

【0018】上記いずれのインクジェットヘッドも、イ
ンクが吐出する吐出口は、天板と同一部材により構成さ
れており、ノズル形成部材は設けられていない。
In each of the above-described ink jet heads, the ejection port from which ink is ejected is formed of the same member as the top plate, and no nozzle forming member is provided.

【0019】さらに、静電変換素子をエネルギー発生手
段として用いる従来技術として、特開平11−993号
公報には、複数のノズル孔と、該ノズル孔の各々に連通
する複数の独立した吐出室と、該吐出室の下面に形成さ
れた振動板と、該振動板に空隙をもって対向する個別電
極とを備え、前記振動板と前記個別電極との間に電圧を
印加して該振動板を変形させて、該ノズル孔よりインク
滴を吐出させるインクジェットヘッドにおいて、前記吐
出室の隔壁の高さを100μm〜160μmの範囲に設
定したインクジェットヘッドが提案されている。
Further, as a conventional technique using an electrostatic conversion element as an energy generating means, Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-999 discloses a plurality of nozzle holes and a plurality of independent discharge chambers communicating with each of the nozzle holes. A diaphragm formed on the lower surface of the discharge chamber, and an individual electrode facing the diaphragm with a gap, and applying a voltage between the diaphragm and the individual electrode to deform the diaphragm. As an inkjet head that ejects ink droplets from the nozzle holes, there has been proposed an inkjet head in which the height of the partition wall of the ejection chamber is set in the range of 100 μm to 160 μm.

【0020】すなわち、このインクジェットヘッドは、
振動板による加圧方向と吐出方向が同一方向のサイドシ
ュータ形であり、インク連通溝が存在しない。
That is, this ink jet head has:
It is a side shooter type in which the direction of pressurization by the diaphragm and the direction of ejection are the same, and there is no ink communication groove.

【0021】[0021]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のインクジェットヘッドにあっては、高密度
で、高速かつ高精度にインクを吐出して、画像品質の良
好な画像を高速に形成する上で、なお改良の必要があっ
た。
However, such a conventional ink jet head discharges ink at a high density, at a high speed and with a high degree of accuracy to form an image with good image quality at a high speed. Therefore, there was still a need for improvement.

【0022】すなわち、ヘッドの高速印字を行うために
は、素子列を150dpi以上の高集積配置する必要が
あり、また、画像を高精細化するためには、インク滴の
体積を10ピコリットル以下にすることが求められてい
る。
That is, in order to perform high-speed printing of the head, it is necessary to arrange the element rows in a highly integrated manner of 150 dpi or more, and to increase the definition of the image, the volume of the ink droplets must be 10 picoliters or less. It is required to be.

【0023】そして、上記エッジシュータ形の従来技術
の場合には、インク連通溝の幅及び高さを小さくするこ
とが必要となる。すなわち、インク連通溝の内接円を小
さくする必要がある。
In the case of the conventional edge shooter type, it is necessary to reduce the width and height of the ink communication groove. That is, it is necessary to reduce the inscribed circle of the ink communication groove.

【0024】ところが、上述のように、エネルギー発生
手段としては、高速動作及び消費電力の利点から静電変
換素子を用いることが求められるが、その吐出エネルギ
ーが相対的に低いため、インク連通溝をインクが通過す
る間の圧力損失が大きくなり、インクジェットヘッドの
駆動電圧が大きくなるという問題がある。
However, as described above, as the energy generating means, it is required to use an electrostatic conversion element from the advantages of high-speed operation and power consumption. There is a problem that the pressure loss during the passage of the ink increases and the driving voltage of the inkjet head increases.

【0025】また、特開平11−993号公報に記載さ
れているように、静電変換素子をエネルギー発生手段と
して用いる従来技術は、サイドシュータ形であるため、
エッジシュータ形に比較して、インクジェットヘッドの
大きさが大きくなるという問題がある。
Further, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-993, the conventional technique using an electrostatic conversion element as an energy generating means is a side shooter type.
There is a problem that the size of the ink jet head becomes larger than that of the edge shooter type.

【0026】そこで、請求項1記載の発明は、インクの
充填されている複数の圧力室の一面に、少なくとも各圧
力室にインクを供給するインク流路と当該各圧力室内の
インクを排出するインク連通溝が形成された天板部材が
接合され、各圧力室の一部に配設された振動板を静電変
換素子で、静電引力で振動させて圧力室内のインクを、
インク連通溝を通して、天板部材とは別部材で形成され
たノズル形成部材に形成されてインク連通溝と連通する
ノズル孔から吐出させるインクジェットヘッドのインク
連通溝のインクの流れ方向と直交する方向の内接円の直
径を、30μm以上に形成し、ノズル孔の吐出側の開口
の直径を、インク連通溝の内接円の直径より小さく形成
することにより、静電変換素子をエネルギー発生手段と
する場合に、十分なインク滴の噴射性能を得るための駆
動パルス電圧の増大を抑制して、低電圧駆動及び高集積
化による高速動作を可能とするとともに、吐出口を小さ
くして、体積の小さいインク滴を吐出させ、高精細化な
画像を形成することのできるインクジェットヘッドを提
供することを目的としている。
Therefore, according to the first aspect of the present invention, an ink flow path for supplying ink to at least each pressure chamber and an ink for discharging ink from each pressure chamber are provided on one surface of the plurality of pressure chambers filled with ink. The top plate member in which the communication groove is formed is joined, and the diaphragm provided in a part of each pressure chamber is vibrated by electrostatic attraction with an electrostatic conversion element, and ink in the pressure chamber is vibrated.
Through the ink communication groove, a direction perpendicular to the ink flow direction of the ink communication groove of the ink jet head, which is formed on a nozzle forming member formed as a member separate from the top plate member and is ejected from a nozzle hole communicating with the ink communication groove. The diameter of the inscribed circle is formed to be 30 μm or more, and the diameter of the opening on the discharge side of the nozzle hole is formed smaller than the diameter of the inscribed circle of the ink communication groove. In this case, it is possible to suppress the increase in the driving pulse voltage for obtaining the sufficient ink droplet ejection performance, to enable high-speed operation by low-voltage driving and high integration, and to make the ejection port small and small in volume. It is an object of the present invention to provide an ink jet head capable of ejecting ink droplets and forming a high-definition image.

【0027】請求項2記載の発明は、インク連通溝のイ
ンクの流れ方向と直交する方向の断面形状を略四角形状
に形成することにより、三角形形状に比較して、同一の
インク連通溝幅であってもインク連通溝の圧力損失をさ
らに低減し、低電圧駆動及び高集積化による高速動作を
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
としている。
According to a second aspect of the present invention, the cross section of the ink communication groove in a direction orthogonal to the ink flow direction is formed to be substantially square, so that the ink communication groove has the same ink communication groove width as that of the triangular shape. It is an object of the present invention to provide an ink-jet head that can further reduce the pressure loss of the ink communication groove, and can perform high-speed operation by low-voltage driving and high integration.

【0028】請求項3記載の発明は、ノズル形成部材
を、エレクトロフォーミング法により作製された金属部
材で形成し、ノズル孔を、インクの流れ方向と直交する
方向の断面形状がインクの吐出側から流入側に向けて、
当該ノズル孔の内壁面接線方向とインク吐出方向のなす
角度が連続的に増大する形状に形成することにより、ス
トレート形状に比較して、ノズル形成部材における圧力
損失を抑制し、静電変換素子をエネルギー発生手段とす
る場合に、十分なインク滴の噴射性能を得るための駆動
パルス電圧の増大を抑制して、低電圧駆動及び高集積化
による高速動作を可能とするとともに、吐出口を小さく
することで、体積の小さいインク滴を吐出させて、画像
を高精細化することのできるインクジェットヘッドを提
供することを目的としている。
According to a third aspect of the present invention, the nozzle forming member is formed of a metal member manufactured by an electroforming method, and the nozzle hole has a sectional shape in a direction perpendicular to the ink flow direction from the ink discharge side. Towards the inflow side,
By forming a shape in which the angle between the tangential direction of the inner wall surface of the nozzle hole and the ink ejection direction continuously increases, the pressure loss in the nozzle forming member is suppressed as compared with the straight shape, and the electrostatic conversion element is formed. In the case of using the energy generating means, it is possible to suppress the increase of the driving pulse voltage for obtaining sufficient ink droplet ejection performance, to enable high-speed operation by low voltage driving and high integration, and to make the ejection port small. Accordingly, it is an object of the present invention to provide an ink jet head capable of discharging an ink droplet having a small volume and improving the definition of an image.

【0029】[0029]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明のイ
ンクジェットヘッドは、インクの充填されている複数の
圧力室と、少なくとも前記各圧力室にインクを供給する
インク流路と当該各圧力室内のインクを排出するインク
連通溝が形成され前記各圧力室の一面に接合された天板
部材と、前記天板部材とは別部材で形成され前記インク
連通溝と連通するノズル孔の形成されたノズル形成部材
と、前記各圧力室の一部に配設された振動板を静電引力
で振動させて当該圧力室内のインクを前記インク連通溝
を通して前記ノズル孔から吐出させる静電変換素子と、
を備えたインクジェットヘッドであって、前記インク連
通溝は、そのインクの流れ方向と直交する方向の内接円
の直径が30μm以上であり、前記ノズル孔は、そのイ
ンク吐出側の開口の直径が前記インク連通溝の内接円の
直径より小さいことにより、上記目的を達成している。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an ink jet head comprising: a plurality of pressure chambers filled with ink; an ink flow path for supplying ink to at least each of the pressure chambers; A top plate member formed with an ink communication groove for discharging the ink and joined to one surface of each of the pressure chambers; and a nozzle hole formed of a member separate from the top plate member and communicating with the ink communication groove. A nozzle forming member, and an electrostatic conversion element that vibrates a diaphragm provided in a part of each of the pressure chambers by electrostatic attraction to discharge ink in the pressure chamber from the nozzle hole through the ink communication groove,
Wherein the ink communication groove has an inscribed circle having a diameter of 30 μm or more in a direction perpendicular to the ink flow direction, and the nozzle hole has an ink ejection side opening having a diameter of 30 μm or more. The above object is achieved by making the diameter smaller than the diameter of the inscribed circle of the ink communication groove.

【0030】上記構成によれば、インクの充填されてい
る複数の圧力室の一面に、少なくとも各圧力室にインク
を供給するインク流路と当該各圧力室内のインクを排出
するインク連通溝が形成された天板部材が接合され、各
圧力室の一部に配設された振動板を静電変換素子で、静
電引力で振動させて圧力室内のインクを、インク連通溝
を通して、天板部材とは別部材で形成されたノズル形成
部材に形成されてインク連通溝と連通するノズル孔から
吐出させるインクジェットヘッドのインク連通溝のイン
クの流れ方向と直交する方向の内接円の直径を、30μ
m以上に形成し、ノズル孔の吐出側の開口の直径を、イ
ンク連通溝の内接円の直径より小さく形成しているの
で、静電変換素子をエネルギー発生手段とする場合に、
十分なインク滴の噴射性能を得るための駆動パルス電圧
の増大を抑制して、低電圧駆動及び高集積化による高速
動作を可能とすることができるとともに、吐出口を小さ
くして、体積の小さいインク滴を吐出させることがで
き、高精細化な画像を形成することができる。
According to the above configuration, an ink flow path for supplying ink to at least each pressure chamber and an ink communication groove for discharging ink in each pressure chamber are formed on one surface of the plurality of pressure chambers filled with ink. The top plate member is joined, and the vibrating plate disposed in a part of each pressure chamber is vibrated by electrostatic attraction by an electrostatic conversion element, and ink in the pressure chamber is passed through the ink communication groove, and the top plate member is The diameter of an inscribed circle in a direction perpendicular to the direction of ink flow in the ink communication groove of the ink jet head, which is formed on a nozzle forming member formed as a member separate from the nozzle hole and is ejected from the nozzle hole communicating with the ink communication groove, is 30 μm.
m, and the diameter of the opening on the discharge side of the nozzle hole is formed smaller than the diameter of the inscribed circle of the ink communication groove.
An increase in the drive pulse voltage for obtaining sufficient ink droplet ejection performance can be suppressed, enabling high-speed operation by low-voltage drive and high integration, and a small ejection port to reduce the volume. Ink droplets can be ejected, and a high-definition image can be formed.

【0031】この場合、例えば、請求項2に記載するよ
うに、前記インク連通溝は、前記インクの流れ方向と直
交する方向の断面形状が略四角形状に形成されていても
よい。
In this case, for example, as described in claim 2, the ink communication groove may be formed to have a substantially quadrangular cross section in a direction orthogonal to the ink flow direction.

【0032】上記構成によれば、インク連通溝のインク
の流れ方向と直交する方向の断面形状を略四角形状に形
成しているので、三角形形状に比較して、同一のインク
連通溝幅であってもインク連通溝の圧力損失をさらに低
減することができ、より一層低電圧駆動及び高集積化に
よる高速動作を行うことができる。
According to the above configuration, since the cross-sectional shape of the ink communication groove in the direction orthogonal to the ink flow direction is formed in a substantially square shape, the ink communication groove has the same width as the triangular shape. However, the pressure loss in the ink communication groove can be further reduced, and the high-speed operation can be performed by lower voltage driving and higher integration.

【0033】また、例えば、請求項3に記載するよう
に、前記ノズル形成部材は、エレクトロフォーミング法
により作製された金属部材で形成され、前記ノズル孔
は、前記インクの流れ方向と直交する方向の断面形状が
インクの吐出側から流入側に向けて、当該ノズル孔の内
壁面接線方向とインク吐出方向のなす角度が連続的に増
大する形状に形成されていてもよい。
Further, for example, as set forth in claim 3, the nozzle forming member is formed of a metal member manufactured by an electroforming method, and the nozzle hole is formed in a direction orthogonal to the ink flow direction. The cross-sectional shape may be formed such that the angle between the tangential direction of the inner wall surface of the nozzle hole and the ink discharge direction continuously increases from the ink discharge side toward the inflow side.

【0034】上記構成によれば、ノズル形成部材を、エ
レクトロフォーミング法により作製された金属部材で形
成し、ノズル孔を、インクの流れ方向と直交する方向の
断面形状がインクの吐出側から流入側に向けて、当該ノ
ズル孔の内壁面接線方向とインク吐出方向のなす角度が
連続的に増大する形状に形成しているので、ストレート
形状に比較して、ノズル形成部材における圧力損失を抑
制することができ、静電変換素子をエネルギー発生手段
とする場合に、十分なインク滴の噴射性能を得るための
駆動パルス電圧の増大を抑制して、低電圧駆動及び高集
積化による高速動作を可能とすることができるととも
に、吐出口を小さくすることで、体積の小さいインク滴
を吐出させて、画像を高精細化することができる。
According to the above configuration, the nozzle forming member is formed of a metal member manufactured by the electroforming method, and the nozzle hole is formed such that a cross-sectional shape in a direction orthogonal to the ink flow direction is from the ink discharge side to the ink inflow side. In order to reduce the pressure loss in the nozzle forming member as compared with the straight shape, since the angle formed between the tangential direction of the inner wall surface of the nozzle hole and the ink ejection direction continuously increases. In the case where the electrostatic conversion element is used as the energy generating means, it is possible to suppress the increase in the driving pulse voltage for obtaining sufficient ink droplet ejection performance, thereby enabling high-speed operation by low voltage driving and high integration. In addition, by reducing the size of the ejection port, an ink droplet having a small volume can be ejected, and the image can be made high definition.

【0035】[0035]

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述
べる実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であるか
ら、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本
発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定す
る旨の記載がない限り、これらの態様に限られるもので
はない。
Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. It should be noted that the embodiments described below are preferred embodiments of the present invention, and therefore, various technically preferable limitations are added. However, the scope of the present invention is not limited to the following description. The embodiments are not limited to these embodiments unless otherwise specified.

【0036】図1〜図13は、本発明のインクジェット
ヘッドの一実施の形態を示す図であり、図1は、本発明
のインクジェットヘッドの一実施の形態を適用したイン
クジェットヘッド1の側面断面図、図2は、図1のイン
クジェットヘッド1のインク吐出側の正面図、図3は、
図1のインクジェットヘッド1のA−A矢視断面図であ
る。
FIGS. 1 to 13 are views showing an embodiment of the ink jet head of the present invention. FIG. 1 is a side sectional view of the ink jet head 1 to which the embodiment of the ink jet head of the present invention is applied. , FIG. 2 is a front view of the ink ejection side of the inkjet head 1 of FIG. 1, and FIG.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the inkjet head 1 of FIG.

【0037】図1において、インクジェットヘッド1
は、エネルギー発生手段として静電変換素子を用いたも
のであり、低導電性のシリコン半導体基板で形成された
基板2上に、電極3が各素子毎に形成され、電極3と所
定の間隙4を空けて振動板5が配設されている。振動板
5は、導電性を有する金属または金属化合物、例えば、
シリコン、ITO(インジウムと錫の酸化膜)等で形成
されており、共通の電位、例えば、接地電位に接続され
ている。
In FIG. 1, the ink jet head 1
Uses an electrostatic conversion element as an energy generating means. An electrode 3 is formed for each element on a substrate 2 formed of a low-conductivity silicon semiconductor substrate. The diaphragm 5 is disposed with a space therebetween. The diaphragm 5 is made of a conductive metal or metal compound, for example,
It is formed of silicon, ITO (an oxide film of indium and tin) or the like, and is connected to a common potential, for example, a ground potential.

【0038】振動板5の上部には、液室部材6が積層さ
れ、液室部材6の上部に天板部材7が積層されている。
これら基板2、振動板3、液室部材6及び天板部材7の
正面側側面にノズル形成部材8が接合されており、ノズ
ル形成部材8には、図1及び図2に示すように、ノズル
孔9が形成されている。
A liquid chamber member 6 is stacked on the upper portion of the diaphragm 5, and a top plate member 7 is stacked on the liquid chamber member 6.
A nozzle forming member 8 is joined to the front side surface of the substrate 2, the vibration plate 3, the liquid chamber member 6, and the top plate member 7, and the nozzle forming member 8 has a nozzle as shown in FIGS. A hole 9 is formed.

【0039】そして、液室部材6は、圧力室10の形成
されている部材であり、通常、(110)面方位を表面
とするシリコンが用いられている。天板部材7は、共通
インク液室11、インク供給路12及びインク連通溝1
3の形成される部材であり、通常、(100)面方位を
表面とするシリコン、樹脂、または、シリコン酸化膜等
が用いられている。なお、天板部材7として、(10
0)面方位を表面とするシリコンを用いた場合、インク
連通溝13は、KOH液によるウェットエッチング法に
より形成されるのが一般的であり、その場合、インク連
通溝13は、図3に示すような三角形形状に形成され
る。
The liquid chamber member 6 is a member in which the pressure chamber 10 is formed, and is usually made of silicon whose surface has a (110) plane orientation. The top plate member 7 includes a common ink chamber 11, an ink supply path 12, and an ink communication groove 1.
The member is formed of silicon, resin, or a silicon oxide film having a (100) plane orientation as a surface. Note that (10)
0) In the case where silicon having the surface orientation as the surface is used, the ink communication groove 13 is generally formed by a wet etching method using a KOH solution. In this case, the ink communication groove 13 is formed as shown in FIG. It is formed in such a triangular shape.

【0040】ノズル形成部材8は、エレクトロフォーミ
ング法により形成されたニッケルやニッケル−コバルト
合金等の金属、または、樹脂、ステンレス合金等が用い
られている。ノズル形成部材8が、エレクトロフォーミ
ング法により形成されたニッケルやニッケル-コバルト
合金等の金属で形成される場合には、レジスト型をリソ
グラフィ技術により形成してノズル孔9が形成されるの
が一般的であり、樹脂で形成される場合には、エキシマ
レーザー法やYAGレーザー法による開孔でノズル孔9
が形成されるのが一般的であり、たま、ステンレス合金
で形成される場合には、プレス加工法によりノズル孔9
が形成されるのが一般的である。ノズル形成部材8のイ
ンク吐出側表面には、図示しないが、撥インク性の表面
層が形成されている。
The nozzle forming member 8 is made of a metal such as nickel or a nickel-cobalt alloy formed by an electroforming method, a resin, a stainless steel alloy, or the like. When the nozzle forming member 8 is formed of a metal such as nickel or a nickel-cobalt alloy formed by an electroforming method, it is general to form a nozzle hole 9 by forming a resist type by a lithography technique. When formed of resin, the nozzle hole 9 is formed by an excimer laser method or a YAG laser method.
Is generally formed, and when it is occasionally formed of a stainless alloy, the nozzle hole 9 is formed by a press working method.
Is generally formed. Although not shown, an ink-repellent surface layer is formed on the ink ejection side surface of the nozzle forming member 8.

【0041】このインクジェットヘッド1は、共通イン
ク液室11からインク供給路12を通して圧力室10に
インクが供給され、圧力室10内を振動板5の変位で加
圧することで、圧力室10内のインクをインク連通溝1
3を通して、ノズル孔9の吐出口からインク滴20とし
て吐出・飛翔させる。このインク滴20の吐出・飛翔
は、電極3と振動板5との間に印加される電位差により
発生する静電引力により、振動板5が振動して、圧力室
10内のインクを加圧することにより、ノズル孔9内に
圧力が伝搬することにより発生する。
In the ink jet head 1, ink is supplied to the pressure chamber 10 from the common ink liquid chamber 11 through the ink supply path 12, and the inside of the pressure chamber 10 is pressurized by the displacement of the vibration plate 5. Ink communication groove 1
The ink droplet 20 is ejected from the ejection opening of the nozzle hole 9 through the nozzle hole 9 and flies. The ejection and flying of the ink droplets 20 are performed by vibrating the diaphragm 5 due to an electrostatic attraction generated by a potential difference applied between the electrode 3 and the diaphragm 5 to pressurize the ink in the pressure chamber 10. As a result, pressure is propagated in the nozzle hole 9 to generate the pressure.

【0042】なお、上記図1〜図3では、インクジェッ
トヘッド1の天板部材7として、(100)面方位を表
面とするシリコンを用いており、インク連通溝13を、
KOH液によるウェットエッチング法により形成して、
インク連通溝13が、図3に示したように、三角形形状
に形成されているが、インク連通溝を、CF4/O2ガス
によるドライエッチング法等により形成してもよく、こ
の場合、図4〜図6、特に、図6に示すように、インク
連通溝30が、四角形形状に形成される。なお、図4〜
図6において、図1〜図3と同様の構成部分には、同一
の符号を付している。
In FIGS. 1 to 3, the top plate member 7 of the ink jet head 1 is made of silicon having the (100) plane orientation as the surface.
Formed by a wet etching method using a KOH solution,
Ink communication groove 13, as shown in FIG. 3, but is formed in a triangular shape, the ink communication groove may be formed by a dry etching method using a CF 4 / O 2 gas, in this case, FIG. 4 to 6, particularly, as shown in FIG. 6, the ink communication groove 30 is formed in a square shape. In addition, FIG.
6, the same components as those in FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals.

【0043】次に、本実施の形態の作用を説明する。本
実施の形態のインクジェットヘッド1は、図7に矢印で
示すようにインクの流れが発生する。すなわち、図7
は、電極3間に印加された電位差(以下、駆動電圧とい
う。)により発生するインクを加圧する力F1が、イン
クの吐出に至るまでに圧力損失を受けて減衰し、インク
吐出力F2となる過程を、模式的に示している。
Next, the operation of the present embodiment will be described. In the ink jet head 1 of the present embodiment, ink flows occur as shown by arrows in FIG. That is, FIG.
The force F1 for pressurizing the ink generated by the potential difference (hereinafter referred to as a driving voltage) applied between the electrodes 3 is attenuated due to the pressure loss until the ink is discharged, and becomes the ink discharging force F2. The process is shown schematically.

【0044】図7において、インクジェットヘッド1
は、駆動電圧Vにより発生した静電力を受けて振動板5
に力F1が発生すると、まず、振動板5の材質及び強度
及び膜厚などにより、R1で示す圧力損失が発生する。
さらに、インクの密度及び粘性などに起因して圧力室1
0内においても、R3で示す圧力損失が発生し、また、
インク供給路12に逆流する方向でインクが流れようと
することに起因して、R2の圧力損失が発生する。そし
て、インク連通溝13の寸法及び形状に起因して、R4
で示す圧力損失が発生する。なお、ノズル形成部材8を
有しない従来技術のインクジェットヘッドは、インクジ
ェットヘッドの素子配列が、高集積化、特に、150d
pi以上に高集積化された場合、または、インク滴の小
滴化のために吐出部の寸法を小さくした場合、圧力損失
R4が顕著に噴射性能に悪影響を及ぼす。
In FIG. 7, the ink jet head 1
Receives the electrostatic force generated by the drive voltage V and
When the force F1 is generated, a pressure loss indicated by R1 occurs first due to the material, strength, and film thickness of the diaphragm 5.
Further, due to the density and viscosity of the ink, the pressure chamber 1
Even within 0, a pressure loss represented by R3 occurs, and
A pressure loss of R2 occurs due to the ink flowing in the direction of flowing backward to the ink supply path 12. Due to the size and shape of the ink communication groove 13, R4
The pressure loss shown by occurs. It should be noted that the prior art inkjet head having no nozzle forming member 8 has a high integration, particularly, 150 d
When the density is higher than pi, or when the size of the ejection part is reduced to reduce the size of the ink droplet, the pressure loss R4 significantly affects the ejection performance.

【0045】そして、インクジェットヘッド1は、ノズ
ル孔9内部及びノズル孔9の近傍において、ノズル孔9
の形状及び寸法に起因して、圧力損失R5が発生する。
このノズル孔9での圧力損失R5は、ノズル孔9の吐出
口径が、例えば、25μm以下に小さくなった場合に顕
著となり、インク吐出性能を向上させるためには、この
圧力損失R5を抑制することも重要である。なお、天板
部材7及び圧力室10を構成する液室部材6における圧
力損失は、これらの天板部材7と液室部材6がシリコン
等の金属で構成されている場合には、力F1を受けて変
形しない剛性を有しており、無視できる程小さいと考え
られため、省略した。
The ink jet head 1 has a nozzle hole 9 inside the nozzle hole 9 and in the vicinity of the nozzle hole 9.
, A pressure loss R5 occurs.
The pressure loss R5 in the nozzle hole 9 becomes remarkable when the discharge port diameter of the nozzle hole 9 is reduced to, for example, 25 μm or less. In order to improve the ink discharge performance, the pressure loss R5 must be suppressed. It is also important. The pressure loss in the top plate member 7 and the liquid chamber member 6 forming the pressure chamber 10 is expressed by a force F1 when the top plate member 7 and the liquid chamber member 6 are made of a metal such as silicon. Since it has rigidity that does not deform upon receiving and is considered to be negligibly small, it is omitted.

【0046】次に、インク連通溝13及びインク連通溝
30での圧力損失R4について、図8〜図10に基づい
て説明する。なお、図8は、図1〜図3のインクジェッ
トヘッド1のインク連通溝13の断面形状を示してお
り、図9は、図4〜図6のインクジェットヘッド1のイ
ンク連通溝30の断面形状を示している。
Next, the pressure loss R4 in the ink communication groove 13 and the ink communication groove 30 will be described with reference to FIGS. 8 shows a cross-sectional shape of the ink communication groove 13 of the ink-jet head 1 of FIGS. 1 to 3, and FIG. 9 shows a cross-sectional shape of the ink communication groove 30 of the ink-jet head 1 of FIGS. Is shown.

【0047】そして、図8は、天板部材7として、上述
のように、(100)面方位を表面とするシリコンを用
いた場合であり、インク連通溝13は、KOH液による
ウェットエッチング法により形成されて、面方位による
エッチング速度の違いにより三角形形状に形成されてい
る。インク連通溝13の幅Yと内接円直径Xは、X=
(61/2−21/2)Y/2により表わされる。
FIG. 8 shows a case where silicon having the (100) plane orientation as the surface is used as the top plate member 7 as described above, and the ink communication groove 13 is formed by a wet etching method using a KOH solution. It is formed into a triangular shape due to the difference in etching rate depending on the plane orientation. The width Y of the ink communication groove 13 and the diameter X of the inscribed circle are represented by X =
Represented by (6 1/2 -2 1/2) Y / 2.

【0048】また、図9は、天板部材7として、上述の
ように、シリコンまたはシリコン酸化膜を用いた場合で
あり、インク連通溝30は、ドライエッチング法により
形成されて、ほぼ正四角形形状に形成されている。イン
ク連通溝30の幅Yと内接円直径Xは、X=Yにより表
わされる。
FIG. 9 shows a case where silicon or a silicon oxide film is used as the top plate member 7 as described above. The ink communication groove 30 is formed by a dry etching method and has a substantially square shape. Is formed. The width Y and the inscribed circle diameter X of the ink communication groove 30 are represented by X = Y.

【0049】図8及び図9において、圧力損失R4は、
インク連通溝13、30の寸法に起因する圧力損失であ
り、ほぼインク連通溝13、30の内接円の円管中を流
れるインク流体としての抵抗値で規定することができ
る。
In FIGS. 8 and 9, the pressure loss R4 is
This is a pressure loss caused by the dimensions of the ink communication grooves 13 and 30, and can be substantially defined by a resistance value as an ink fluid flowing in a circular tube of an inscribed circle of the ink communication grooves 13 and 30.

【0050】円管中を流れる流体の流量Qは、図10に
示すように、円管の長さをL(圧力損失R4において
は、インク連通溝13、30の長さLに相当する。)、
円管の半径をr0(圧力損失R4においては、インク連
通溝13、30の内接円の直径Xの1/2に相当す
る。)、粘性係数をμ(圧力損失R4では、インクの粘
度に相当する。)、圧力降下をΔPとすると、以下に示
すハーゲン・ポアズイユの式で算出することができる。
なお、図10において、円形となっているのは、図8の
インク連通溝13の破線の円管及び図9のインク連通溝
30の破線の円管を示している。
As shown in FIG. 10, the flow rate Q of the fluid flowing in the circular tube is L (the pressure loss R4 corresponds to the length L of the ink communication grooves 13, 30 in the pressure loss R4). ,
The radius of the circular tube is r 0 (corresponding to 1/2 of the diameter X of the inscribed circle of the ink communication grooves 13 and 30 in the pressure loss R4), and the viscosity coefficient is μ (in the pressure loss R4, the viscosity of the ink is If the pressure drop is ΔP, it can be calculated by the Hagen-Poiseuille equation shown below.
In FIG. 10, circles indicate the broken pipes of the ink communication grooves 13 in FIG. 8 and the broken pipes of the ink communication grooves 30 in FIG. 9.

【0051】[0051]

【数1】 そして、このハーゲン・ポアズイユの式のπr0 4/8μ
Lの逆数が、円管中の抵抗を表わし、圧力損失R4に相
当する。このハーゲン・ポアズイユの式から、内接円直
径Xが小さくなるにつれて、圧力損失R4が急激に増大
することが分かる。
(Equation 1) Then, πr 0 4 / 8μ of expression of the Hagen-Poiseuille
The reciprocal of L represents the resistance in the circular pipe and corresponds to the pressure loss R4. From the Hagen-Poiseuille equation, it can be seen that the pressure loss R4 increases rapidly as the inscribed circle diameter X decreases.

【0052】そして、インク連通溝13、30の内接円
直径Xに対する計算上のインク流体としての抵抗値は、
図11に示すようになり、この抵抗値は、インク連通溝
13、30での圧力損失R4に相当する。インク連通溝
13、30は、インクジェットヘッド1がシリコンウェ
ハよりダイシング法により分割されるのが一般的である
ため、ダイシング法の精度により、インク連通溝13、
30の長さができるだけ長い方が、圧力損失R4のイン
クジェットヘッド1での間のばらつきを抑制することが
できる。そのため、通常、インク連通溝13、30は、
100μm以上の長さで形成されるのが一般的である。
そして、図11では、インク連通溝13、30の長さを
100μmとし、インクとして一般的なインクの平均粘
度である2.5mPa・secの粘度の顔料インクを使
用した場合を示しており、インク連通溝13、30の内
接円直径が30μm未満とすることにより、インク連通
溝13、30部分での圧力損失R4が急激に上昇するこ
とが図11から分かる。
The calculated resistance value of the ink fluid with respect to the inscribed circle diameter X of the ink communication grooves 13 and 30 is as follows:
As shown in FIG. 11, this resistance value corresponds to the pressure loss R4 in the ink communication grooves 13 and 30. The ink communication grooves 13 and 30 are generally divided by a dicing method from the silicon wafer of the ink jet head 1.
The longer the length of 30 is, the more the variation of the pressure loss R4 between the inkjet heads 1 can be suppressed. Therefore, usually, the ink communication grooves 13 and 30 are
It is generally formed with a length of 100 μm or more.
FIG. 11 shows a case where the length of the ink communication grooves 13 and 30 is 100 μm, and a pigment ink having a viscosity of 2.5 mPa · sec, which is the average viscosity of a general ink, is used as the ink. It can be seen from FIG. 11 that when the inscribed circle diameter of the communication grooves 13 and 30 is less than 30 μm, the pressure loss R4 in the ink communication grooves 13 and 30 rapidly increases.

【0053】したがって、本実施の形態のインクジェッ
トヘッド1のように、静電変換素子である振動板3をエ
ネルギー発生手段として用い、かつ、素子配列を高集積
化して圧力を発生させる面積が小さい場合には、振動板
3により発生した力F1が低下するため、圧力損失R4
は、上述のように、特にインク連通溝13、30の内接
円の直径が30μm以下の場合に、噴射性能への悪影響
が顕著となる。その結果、インク連通溝13、30の内
接円の直径は、30μm以上が望ましい。
Therefore, as in the case of the ink jet head 1 of the present embodiment, when the vibration plate 3 which is an electrostatic conversion element is used as energy generating means and the area for generating pressure by integrating the element array is small. The force F1 generated by the diaphragm 3 decreases, so that the pressure loss R4
As described above, especially when the diameter of the inscribed circle of the ink communication grooves 13 and 30 is 30 μm or less, the adverse effect on the ejection performance becomes remarkable. As a result, the diameter of the inscribed circle of the ink communication grooves 13 and 30 is desirably 30 μm or more.

【0054】次に、図12及び図13に基づいて、ノズ
ル孔9内部及びノズル孔9近傍での圧力損失R5につい
て説明する。なお、図12は、本実施の形態のインクジ
ェットヘッド1のノズル孔9の断面図であり、図13
は、従来のインクジェットヘッドのノズル孔の断面図で
ある。
Next, the pressure loss R5 inside the nozzle hole 9 and in the vicinity of the nozzle hole 9 will be described with reference to FIGS. FIG. 12 is a sectional view of the nozzle hole 9 of the ink jet head 1 according to the present embodiment, and FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a nozzle hole of a conventional inkjet head.

【0055】まず、図12に示す本実施の形態のインク
ジェットヘッド1では、ノズル孔9のインクの吐出口側
から流入口側に向かって、ノズル孔9の内壁面接線方向
とインク吐出方向のなす角θ1が連続的に増大する形状
に形成されている。そして、圧力損失R5は、ノズル孔
9の寸法及び形状に起因する圧力損失であり、インク流
体としての抵抗値Raやインク流れのスムーズさで代表
される。
First, in the ink jet head 1 according to the present embodiment shown in FIG. 12, the tangential direction of the inner wall surface of the nozzle hole 9 and the ink discharge direction are formed from the ink discharge port side of the nozzle hole 9 to the inflow side. The angle θ1 is formed in a shape that continuously increases. The pressure loss R5 is a pressure loss caused by the size and shape of the nozzle hole 9, and is represented by the resistance value Ra as an ink fluid and the smoothness of ink flow.

【0056】したがって、図12に示すように、ノズル
孔9の形状、すなわちノズル孔9の断面形状が、インク
の吐出口から流入口に向けて、ノズル孔9の内壁面接線
方向とインク吐出方向のなす角θ1が連続的に増大する
ように形成されていると、インク流れの急激な変化がな
く、かつ、インクの流入口が大きくなり、インク流体と
しての抵抗が低減する。
Therefore, as shown in FIG. 12, the shape of the nozzle hole 9, that is, the cross-sectional shape of the nozzle hole 9 is such that the inner wall surface tangential direction of the nozzle hole 9 and the ink discharge direction from the ink discharge port toward the inflow port. When the angle θ1 is formed so as to increase continuously, there is no rapid change in the ink flow, the ink inlet increases, and the resistance as the ink fluid decreases.

【0057】一方、図13に示す従来のノズル孔200
は、インクの流入口から吐出口に向かってストレートに
形成されており、インク連通溝201からノズル孔20
0に流入するインクは、急激にその流れが変化し、イン
ク流体としての抵抗が急激に増加する。なお、図13に
おいて、202は、ノズル孔200の形成されているノ
ズル形成部材、203は、天板部材、204は、液室部
材である。
On the other hand, the conventional nozzle hole 200 shown in FIG.
Is formed straight from the ink inlet to the discharge port, and extends from the ink communication groove 201 to the nozzle hole 20.
The flow of the ink flowing into 0 changes rapidly, and the resistance as an ink fluid rapidly increases. In FIG. 13, reference numeral 202 denotes a nozzle forming member in which the nozzle holes 200 are formed, 203 denotes a top plate member, and 204 denotes a liquid chamber member.

【0058】この従来のように、静電変換素子をエネル
ギー発生手段として用い、素子列を150dpi以上の
高集積配列化した場合、インク連通溝201の内接円直
径を30μm以上として、インク連通溝201の圧力損
失R4を低減させないと、噴射性能を低下させてしま
う。したがって、インク連通溝201の内接円直径を3
0μm以上として、インク連通溝201の端部を吐出口
としてインク滴を吐出させた場合、インク滴の体積は、
10ピコリットル以上となり、小滴化が困難となり、画
像の高精細化が困難となる。
When the electrostatic conversion elements are used as energy generating means and the element rows are arranged in a highly integrated array of 150 dpi or more as in the prior art, the diameter of the inscribed circle of the ink communication groove 201 is set to 30 μm or more, and the ink communication groove 201 is formed. If the pressure loss R4 of 201 is not reduced, the injection performance will be reduced. Therefore, the diameter of the inscribed circle of the ink communication groove 201 is set to 3
When the ink droplet is ejected with the end of the ink communication groove 201 as the ejection port, the volume of the ink droplet is 0 μm or more,
When it is 10 picoliters or more, it is difficult to reduce the size of droplets, and it is difficult to increase the definition of an image.

【0059】ところが、本実施の形態のインクジェット
ヘッド1のように、インク連通溝13、30の内接円直
径を30μm以上としてインク連通溝13、30の圧力
損失R4を低減し、かつ、インク連通溝13、30の端
面に、インクを吐出するノズル孔9の形成されたノズル
形成部材8を天板部材7とは別部材で設け、ノズル孔9
の吐出口の直径がインク連通溝13、30の内接円の直
径より小さくすると、10ピコリットル以下のインク滴
を吐出させることができ、高精彩な画像出力を行うこと
ができる。
However, as in the ink jet head 1 of the present embodiment, the diameter of the inscribed circle of the ink communication grooves 13 and 30 is set to 30 μm or more to reduce the pressure loss R4 of the ink communication grooves 13 and 30 and to reduce the ink loss. A nozzle forming member 8 having a nozzle hole 9 for discharging ink is formed on an end surface of each of the grooves 13 and 30 as a separate member from the top plate member 7.
If the diameter of the discharge port is smaller than the diameter of the inscribed circle of the ink communication grooves 13 and 30, an ink droplet of 10 picoliters or less can be discharged, and high-definition image output can be performed.

【0060】すなわち、インク連通溝13、30部分で
の圧力損失R4が増大すると、駆動周波数にかかわら
ず、目的とする吐出速度vを得るための駆動電圧が増大
する。この駆動電圧は、その電位を供給するための駆動
制御回路により上限値が決まっており、上限値の決まっ
ている駆動電圧のために、目的とする吐出速度vを得る
ことができない。この駆動電圧が増大する理由は、図7
に示したインクが吐出するための力F2が低下し、この
力F2を目的とする吐出速度vが得られる力とするため
には、インクを加圧する力F1を上昇させる必要があ
る。そして、インクを加圧する力F1を上昇させるため
には、駆動電圧を上昇させる必要が生じるのである。ま
た、圧力損失R4の増大による噴射性能の低下に関して
は、10kHz以上の高周波動作時に、圧力損失R4の
増大に合せて、インピーダンスが増大するため、流体抵
抗(インク供給路12における圧力損失R2に対応)と
のバランスが崩れ、噴射速度が低下するおそれもある。
That is, when the pressure loss R4 in the ink communication grooves 13 and 30 increases, the drive voltage for obtaining the target ejection speed v increases regardless of the drive frequency. An upper limit value of the drive voltage is determined by a drive control circuit for supplying the potential, and a target discharge speed v cannot be obtained because of the drive voltage having the determined upper limit value. FIG.
The force F2 for ejecting the ink shown in (1) decreases, and in order to make this force F2 a force at which the desired ejection speed v is obtained, it is necessary to increase the force F1 for pressurizing the ink. Then, in order to increase the force F1 for pressing the ink, it is necessary to increase the driving voltage. Regarding the decrease in the ejection performance due to the increase in the pressure loss R4, the impedance increases in accordance with the increase in the pressure loss R4 at the time of high frequency operation of 10 kHz or more, so that the fluid resistance (corresponding to the pressure loss R2 in the ink supply path 12). ) May be lost and the injection speed may be reduced.

【0061】したがって、特に、インク連通溝13、3
0の内接円直径を30μm以上とすることが重要であ
る。なお、圧力損失R4は、インクの粘性により異なる
が、現在一般的に用いられているインクの粘度は、約
1.5〜3.5mPa・secであり、この範囲におい
て、インク連通溝13、30の内接円直径を30μm以
上とすることにより、噴射性能の低下を低減することが
できる。
Therefore, particularly, the ink communication grooves 13, 3
It is important that the diameter of the inscribed circle of 0 is 30 μm or more. The pressure loss R4 varies depending on the viscosity of the ink, but the viscosity of the ink generally used at present is about 1.5 to 3.5 mPa · sec. By setting the diameter of the inscribed circle to 30 μm or more, it is possible to reduce the deterioration of the injection performance.

【0062】[0062]

【実施例】次に、本発明のインクジェットヘッドの実施
例について説明する。なお、以下の実施例1及び実施例
2のノズル形成部材は、エレクトロフォーミング法によ
り作製されたニッケル製である。
Next, an embodiment of the ink jet head of the present invention will be described. Note that the nozzle forming members of Examples 1 and 2 described below are made of nickel manufactured by an electroforming method.

【0063】〈実施例1〉図1〜図3に示したインクジ
ェットヘッド1と同様のインクジェットヘッドを、天板
部材として、(100)面方位を表面とするシリコンを
用い、インク連通溝をKOH液によるウェットエッチン
グ法により三角形形状に形成した。この場合、インク連
通溝の幅Yと内接円直径Xは、X=(61/2−21/2)Y
/2により表わされ、インク連通溝の長さLは、100
μmである。
<Example 1> An ink jet head similar to the ink jet head 1 shown in FIGS. 1 to 3 was used. The top plate member was made of silicon having a (100) plane as the surface, and the ink communication groove was formed of a KOH liquid. Was formed into a triangular shape by a wet etching method. In this case, the width Y of the ink communication groove and the diameter X of the inscribed circle are X = ( 61 / 2-21 / 2) Y
/ 2, and the length L of the ink communication groove is 100
μm.

【0064】インク連通溝のインク吐出方向から見た断
面形状は、図8と同様であり、インク連通溝の幅Yを3
0〜100μmに変えて、150dpi配列(素子間ピ
ッチ約169μm)で素子列を配置した。
The sectional shape of the ink communication groove viewed from the ink ejection direction is the same as that shown in FIG.
The element rows were arranged in a 150 dpi array (inter-element pitch of about 169 μm) instead of 0 to 100 μm.

【0065】ノズル孔の形状として、従来と同様に、吐
出口を正面よりみて円形で、断面形状がストレート形状
を有する場合と、吐出口を正面よりみて円形で、断面形
状が吐出口側から流入口側に向けて、ノズル孔の内壁面
接線方向とインク吐出方向のなす角θ1が連続的に増大
する形状の場合と、の両方を作成し、吐出口の直径を、
20μm及び25μmとした。ノズル形成部材の膜厚L
としては、30μmのノズル形成部材を用いた。なお、
図17及び図18に示した従来との比較のために、ノズ
ル形成部材を有しないインクジェットヘッドも作製し
た。
As in the conventional case, the shape of the nozzle hole is circular when viewed from the front and the cross-sectional shape is straight, and the shape of the nozzle hole is circular when viewed from the front and the cross-sectional shape flows from the discharge port side. Toward the inlet side, a case where the angle θ1 between the tangential direction of the inner wall surface of the nozzle hole and the ink discharge direction continuously increases, and both are created, and the diameter of the discharge port is
20 μm and 25 μm. Thickness L of nozzle forming member
Used a 30 μm nozzle forming member. In addition,
For comparison with the conventional example shown in FIGS. 17 and 18, an ink jet head having no nozzle forming member was also manufactured.

【0066】上記本実施の形態の図1〜図3のインクジ
ェットヘッド1と同様のインクジェットヘッド及び図1
7及び図18に示した従来のインクジェットヘッドで噴
射性能を評価した。なお、インクは、一般的なインクの
平均粘度である2.5mPa・secの粘度の顔料イン
クを使用した。
An ink jet head similar to the ink jet head 1 shown in FIGS.
7 and the conventional inkjet heads shown in FIG. 18 were evaluated for ejection performance. The ink used was a pigment ink having a viscosity of 2.5 mPa · sec, which is the average viscosity of a general ink.

【0067】〈実施例2〉図4〜図6に示したインクジ
ェットヘッド1と同様のインクジェットヘッドを、天板
部材として、シリコン酸化膜を用いて、インク連通溝を
CF4/O2ガスによるドライエッチング法により形成
し、インク連通溝をほぼ正四角形形状に形成した。この
場合、インク連通溝の幅Yと内接円直径Xは、X=Yに
より表わされ、インク連通溝の長さLは、100μmで
ある。
<Embodiment 2> An ink jet head similar to the ink jet head 1 shown in FIGS. 4 to 6 was formed by using a silicon oxide film as a top plate member, and drying the ink communication grooves with CF 4 / O 2 gas. The ink communication groove was formed in an approximately square shape by etching. In this case, the width Y of the ink communication groove and the diameter X of the inscribed circle are represented by X = Y, and the length L of the ink communication groove is 100 μm.

【0068】インク連通溝のインク吐出方向から見た断
面形状は、図9と同様であり、インク連通溝の幅Yを2
0〜60μmと変えて、300dpi配列(素子間ピッ
チ約84.5μm)で素子列を配置した。
The sectional shape of the ink communication groove viewed from the ink ejection direction is the same as that shown in FIG.
The element rows were arranged in a 300 dpi array (inter-element pitch of about 84.5 μm) instead of 0 to 60 μm.

【0069】ノズル孔の形状として、従来と同様に、吐
出口を正面よりみて円形で、断面形状がストレート形状
を有する場合と、吐出口を正面よりみて円形で、断面形
状が吐出口から流入口に向けて、ノズル孔の内壁面接線
方向とインク吐出方向のなす角θ1が連続的に増大する
形状の場合と、の両方を作成し、吐出口の直径を、20
μm及び25μmとした。ノズル形成部材の膜厚Lとし
ては、20μmのノズル形成部材を用いた。なお、図1
7及び図18に示した従来との比較のために、ノズル形
成部材を有しないインクジェットヘッドも作成した。
As in the conventional case, the shape of the nozzle hole is a circular shape when the discharge port is viewed from the front and the cross-sectional shape is straight, and the shape of the nozzle hole is circular when viewed from the front and the cross-sectional shape is from the discharge port to the inlet. And the case where the angle θ1 formed between the tangential direction of the inner wall surface of the nozzle hole and the ink discharge direction continuously increases, and the diameter of the discharge port is set to 20
μm and 25 μm. As the film thickness L of the nozzle forming member, a 20 μm nozzle forming member was used. FIG.
For comparison with the related art shown in FIGS. 7 and 18, an ink jet head having no nozzle forming member was also prepared.

【0070】上記本実施の形態の図4〜図6のインクジ
ェットヘッド1と同様のインクジェットヘッド及び図1
7及び図18に示した従来のインクジェットヘッドで噴
射性能を評価した。なお、インクは、一般的なインクの
平均粘度である2.5mPa・secの粘度の顔料イン
クを使用した。また、実施例2において、振動板の大き
さが実施例1に比べ小さくなっているため、エネルギー
発生手段である静電変換素子より得られる力F1は、比
較的小さくなっている。
An ink jet head similar to the ink jet head 1 shown in FIGS.
7 and the conventional inkjet heads shown in FIG. 18 were evaluated for ejection performance. The ink used was a pigment ink having a viscosity of 2.5 mPa · sec, which is the average viscosity of a general ink. Further, in the second embodiment, since the size of the diaphragm is smaller than that of the first embodiment, the force F1 obtained from the electrostatic conversion element as the energy generating means is relatively small.

【0071】〈評価結果〉実施例1及び実施例2におい
て、各構造のインクジェットヘッドのインク連通溝部の
インク流体としての圧力損失R4の算出値、吐出したイ
ンク滴の体積、正常噴射が得られる駆動電圧及び噴射性
能の総合評価は、図14及び図15に示すような結果と
なった。
<Evaluation Results> In the first and second embodiments, the calculated value of the pressure loss R4 as the ink fluid in the ink communication groove portion of the ink jet head of each structure, the volume of the ejected ink droplet, and the drive for obtaining normal ejection Comprehensive evaluation of voltage and injection performance resulted in the results shown in FIGS.

【0072】図14及び図15において、駆動電圧は、
目的の吐出速度を達成するための駆動電圧が、設計許容
値内に収まるか否かで示し、収まる場合を◎(許容
大)、○(許容小)で、収まらない場合を×で示してい
る。また、噴射性能は、インク滴の大きさが少なくとも
10〜20ピコリットルであり、駆動電圧が、◎または
○の場合に、○とし、インク滴の大きさが少なくとも1
0ピコリットル以下であり、駆動電圧が◎または○の場
合に、◎とした。
In FIGS. 14 and 15, the driving voltage is
The drive voltage for achieving the target ejection speed is indicated by whether or not it falls within a design allowable value, and if it is, it is indicated by ◎ (large allowance) and ((small allowance), and if not, it is indicated by x. . The ejection performance is as follows: when the size of the ink droplet is at least 10 to 20 picoliters and the driving voltage is ◎ or ○,
When it was 0 picoliter or less and the driving voltage was ◎ or ○, it was marked as ◎.

【0073】図14及び図15から分かるように、イン
ク連通溝が三角形形状の場合には、幅が60μmより小
さいと、すなわち、インク連通溝の内接円が30μm以
下であると、インク連通溝部の抵抗が大きくなり、圧力
損失R4が大きくなって、正常な噴射が得られない。ま
た、ノズル形状が、本実施の形態のインクジェットヘッ
ドのノズル孔9の形状の方が、ストレート形状に比較し
て圧力損失が少ないため、正常な噴射が得られやすい。
さらに、図17及び図18に示した従来のインクジェッ
トヘッドの場合、インク連通溝の幅を狭くすると、イン
ク連通溝部での圧力損失R4により正常な噴射が得られ
ず、インク連通溝の幅を広くすると、インク滴が大きく
なってしまい、正常な噴射を行うことができない。
As can be seen from FIGS. 14 and 15, when the ink communication groove has a triangular shape, if the width is smaller than 60 μm, that is, if the inscribed circle of the ink communication groove is 30 μm or less, the ink communication groove portion is formed. , The pressure loss R4 increases, and normal injection cannot be obtained. Further, since the nozzle shape of the nozzle hole 9 of the ink jet head of the present embodiment has a smaller pressure loss than that of the straight shape, normal ejection can be easily obtained.
Further, in the case of the conventional ink jet head shown in FIGS. 17 and 18, if the width of the ink communication groove is reduced, normal ejection cannot be obtained due to the pressure loss R4 in the ink communication groove, and the width of the ink communication groove is increased. Then, the ink droplet becomes large, and normal ejection cannot be performed.

【0074】また、インク連通溝の形状は、四角形形状
の方が三角形形状に比較して、同一のインク連通溝の幅
での内接円を大きくすることができ、圧力損失4を低減
することができるとともに、インクジェットヘッドの微
細化を行うことができる。
Further, as for the shape of the ink communication groove, the inscribed circle with the same width of the ink communication groove can be made larger in the case of the square shape than in the case of the triangle shape, and the pressure loss 4 can be reduced. And miniaturization of the ink jet head.

【0075】このように、本実施の形態のインクジェッ
トヘッド1は、インク連通溝13、30のインクの流れ
方向と直交する方向の内接円の直径を、30μm以上に
形成し、ノズル孔9の吐出側の開口の直径を、インク連
通溝13、30の内接円の直径より小さく形成してい
る。
As described above, in the ink jet head 1 of the present embodiment, the diameter of the inscribed circle in the direction perpendicular to the ink flow direction of the ink communication grooves 13 and 30 is formed to be 30 μm or more. The diameter of the opening on the ejection side is smaller than the diameter of the inscribed circle of the ink communication grooves 13 and 30.

【0076】したがって、静電変換素子である電極3と
振動板5をエネルギー発生手段とする場合に、十分なイ
ンク滴の噴射性能を得るための駆動パルス電圧の増大を
抑制して、低電圧駆動及び高集積化による高速動作を可
能とすることができるとともに、ノズル孔9のインク吐
出口を小さくして、体積の小さいインク滴を吐出させる
ことができ、高精細化な画像を形成することができる。
Therefore, when the electrode 3 and the vibration plate 5 which are electrostatic conversion elements are used as energy generating means, an increase in driving pulse voltage for obtaining a sufficient ink droplet ejection performance is suppressed, and a low voltage driving is performed. In addition, high-speed operation can be realized by high integration, and the ink ejection port of the nozzle hole 9 can be made small, so that a small-volume ink droplet can be ejected, and a high-definition image can be formed. it can.

【0077】また、本実施の形態のインクジェットヘッ
ド1は、図4から図6の場合、インク連通溝30のイン
クの流れ方向と直交する方向の断面形状を略四角形状に
形成している。
In the ink jet head 1 of the present embodiment, the cross section of the ink communication groove 30 in the direction perpendicular to the ink flow direction is formed in a substantially square shape in FIGS.

【0078】したがって、図1から図3のインクジェッ
トヘッド1の場合のインク連通溝13の三角形形状に比
較して、同一のインク連通溝幅であってもインク連通溝
の圧力損失をさらに低減することができ、より一層低電
圧駆動及び高集積化による高速動作を行うことができ
る。
Therefore, as compared with the triangular shape of the ink communication groove 13 in the case of the ink jet head 1 shown in FIGS. 1 to 3, the pressure loss of the ink communication groove can be further reduced even with the same ink communication groove width. Accordingly, high-speed operation can be performed by lower voltage driving and higher integration.

【0079】さらに、本実施の形態のインクジェットヘ
ッド1は、ノズル形成部材8を、エレクトロフォーミン
グ法により作製された金属部材で形成し、ノズル孔9
を、インクの流れ方向と直交する方向の断面形状がイン
クの吐出側から流入側に向けて、当該ノズル孔9の内壁
面接線方向とインク吐出方向のなす角度が連続的に増大
する形状に形成している。
Further, in the ink jet head 1 of the present embodiment, the nozzle forming member 8 is formed of a metal member manufactured by the electroforming method, and the nozzle hole 9 is formed.
Is formed so that the cross-sectional shape in the direction perpendicular to the ink flow direction is such that the angle between the tangential direction of the inner wall surface of the nozzle hole 9 and the ink discharge direction continuously increases from the ink discharge side to the inflow side. are doing.

【0080】したがって、ストレート形状に比較して、
ノズル形成部材8における圧力損失を抑制することがで
き、静電変換素子である電極3と振動板5をエネルギー
発生手段とする場合に、十分なインク滴の噴射性能を得
るための駆動パルス電圧の増大を抑制して、低電圧駆動
及び高集積化による高速動作を可能とすることができる
とともに、吐出口を小さくすることで、体積の小さいイ
ンク滴を吐出させて、画像を高精細化することができ
る。
Therefore, compared to the straight shape,
The pressure loss in the nozzle forming member 8 can be suppressed, and when the electrode 3 and the vibration plate 5 which are electrostatic conversion elements are used as energy generating means, a driving pulse voltage for obtaining sufficient ink droplet ejection performance is obtained. It is possible to suppress the increase and enable high-speed operation by low-voltage driving and high integration, and to make the ejection port small, thereby ejecting small-sized ink droplets to achieve high-definition images. Can be.

【0081】以上、本発明者によってなされた発明を好
適な実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は
上記のものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱
しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもな
い。
As described above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the preferred embodiments. However, the present invention is not limited to the above, and various modifications can be made without departing from the gist of the invention. It goes without saying that it is possible.

【0082】[0082]

【発明の効果】請求項1記載の発明のインクジェットヘ
ッドによれば、インクの充填されている複数の圧力室の
一面に、少なくとも各圧力室にインクを供給するインク
流路と当該各圧力室内のインクを排出するインク連通溝
が形成された天板部材が接合され、各圧力室の一部に配
設された振動板を静電変換素子で、静電引力で振動させ
て圧力室内のインクを、インク連通溝を通して、天板部
材とは別部材で形成されたノズル形成部材に形成されて
インク連通溝と連通するノズル孔から吐出させるインク
ジェットヘッドのインク連通溝のインクの流れ方向と直
交する方向の内接円の直径を、30μm以上に形成し、
ノズル孔の吐出側の開口の直径を、インク連通溝の内接
円の直径より小さく形成しているので、静電変換素子を
エネルギー発生手段とする場合に、十分なインク滴の噴
射性能を得るための駆動パルス電圧の増大を抑制して、
低電圧駆動及び高集積化による高速動作を可能とするこ
とができるとともに、吐出口を小さくして、体積の小さ
いインク滴を吐出させることができ、高精細化な画像を
形成することができる。
According to the ink jet head of the first aspect of the present invention, at least one surface of the plurality of pressure chambers filled with ink is provided with an ink flow path for supplying ink to at least each pressure chamber and the inside of each pressure chamber. A top plate member formed with an ink communication groove for discharging ink is joined, and a vibration plate provided in a part of each pressure chamber is vibrated by an electrostatic attraction by an electrostatic conversion element to discharge ink in the pressure chamber. A direction orthogonal to the direction of ink flow in the ink communication groove of the ink jet head, which is formed on a nozzle forming member formed as a member separate from the top plate member through the ink communication groove and is ejected from a nozzle hole communicating with the ink communication groove. The diameter of the inscribed circle of 30 μm or more,
Since the diameter of the opening on the ejection side of the nozzle hole is formed smaller than the diameter of the inscribed circle of the ink communication groove, sufficient ejection performance of ink droplets is obtained when the electrostatic conversion element is used as energy generating means. The increase of the drive pulse voltage for
High-speed operation by low-voltage driving and high integration can be enabled, and the ejection openings can be made small to eject small-sized ink droplets, whereby a high-definition image can be formed.

【0083】請求項2記載の発明のインクジェットヘッ
ドによれば、インク連通溝のインクの流れ方向と直交す
る方向の断面形状を略四角形状に形成しているので、三
角形形状に比較して、同一のインク連通溝幅であっても
インク連通溝の圧力損失をさらに低減することができ、
より一層低電圧駆動及び高集積化による高速動作を行う
ことができる。
According to the ink jet head of the second aspect of the invention, since the cross-sectional shape of the ink communication groove in the direction perpendicular to the ink flow direction is formed to be substantially quadrangular, it is the same as the triangular shape. Even if the ink communication groove width is, the pressure loss of the ink communication groove can be further reduced,
High-speed operation can be performed by lower voltage driving and higher integration.

【0084】請求項3記載の発明のインクジェットヘッ
ドによれば、ノズル形成部材を、エレクトロフォーミン
グ法により作製された金属部材で形成し、ノズル孔を、
インクの流れ方向と直交する方向の断面形状がインクの
吐出側から流入側に向けて、当該ノズル孔の内壁面接線
方向とインク吐出方向のなす角度が連続的に増大する形
状に形成しているので、ストレート形状に比較して、ノ
ズル形成部材における圧力損失を抑制することができ、
静電変換素子をエネルギー発生手段とする場合に、十分
なインク滴の噴射性能を得るための駆動パルス電圧の増
大を抑制して、低電圧駆動及び高集積化による高速動作
を可能とすることができるとともに、吐出口を小さくす
ることで、体積の小さいインク滴を吐出させて、画像を
高精細化することができる。
According to the third aspect of the present invention, the nozzle forming member is formed of a metal member manufactured by an electroforming method, and the nozzle hole is formed.
The cross-sectional shape in a direction orthogonal to the ink flow direction is formed so that the angle between the tangential direction of the inner wall surface of the nozzle hole and the ink discharge direction continuously increases from the ink discharge side to the inflow side. Therefore, compared to the straight shape, it is possible to suppress the pressure loss in the nozzle forming member,
When the electrostatic conversion element is used as the energy generating means, it is possible to suppress the increase in the driving pulse voltage for obtaining sufficient ink droplet ejection performance, and to enable high-speed operation by low-voltage driving and high integration. In addition, by reducing the size of the ejection port, a small-volume ink droplet can be ejected, and the image can be made high definition.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のインクジェットヘッドの一実施の形態
を適用したインクジェットヘッドの側面断面図。
FIG. 1 is a side cross-sectional view of an inkjet head to which an embodiment of an inkjet head of the present invention is applied.

【図2】図1のインクジェットヘッドのインク吐出側の
正面図。
FIG. 2 is a front view of an ink ejection side of the inkjet head of FIG.

【図3】図1のインクジェットヘッド1のA−A矢視断
面図。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the inkjet head 1 of FIG.

【図4】図1のインクジェットヘッドのインク連通溝が
四角形の場合のインクジェットヘッドの側面断面図。
FIG. 4 is a side cross-sectional view of the ink-jet head in a case where the ink communication groove of the ink-jet head of FIG. 1 is rectangular.

【図5】図4のインクジェットヘッドのインク吐出側の
正面図。
FIG. 5 is a front view of the ink ejection side of the inkjet head of FIG. 4;

【図6】図4のインクジェットヘッド1のA−A矢視断
面図。
FIG. 6 is a cross-sectional view of the inkjet head 1 of FIG.

【図7】図1及び図4のインクジェットヘッドのインク
の流れと発生する圧力損失を示すインクジェットヘッド
の側面断面図。
FIG. 7 is a side cross-sectional view of the ink jet head of FIG. 1 and FIG. 4, showing ink flow and generated pressure loss.

【図8】図1〜図3のインクジェットヘッドのインク連
通溝の断面図。
FIG. 8 is a cross-sectional view of the ink communication groove of the ink jet head of FIGS.

【図9】図4〜図6のインクジェットヘッドのインク連
通溝の断面図。
FIG. 9 is a sectional view of an ink communication groove of the ink jet head of FIGS. 4 to 6;

【図10】図8及び図9のインク連通溝の内接円の円間
中を流れる流体の模式図。
FIG. 10 is a schematic diagram of a fluid flowing between circles inscribed in the ink communication grooves of FIGS. 8 and 9;

【図11】インク連通溝の内接円直径に対する計算上の
インク流体としての抵抗値を示す図。
FIG. 11 is a diagram illustrating a calculated resistance value of an ink fluid with respect to a diameter of an inscribed circle of an ink communication groove.

【図12】図1〜図3及び図4〜図6のインクジェット
ヘッドのノズル孔の断面図。
FIG. 12 is a sectional view of a nozzle hole of the inkjet head of FIGS. 1 to 3 and FIGS. 4 to 6;

【図13】従来のインクジェットヘッドのノズル孔の断
面図。
FIG. 13 is a sectional view of a nozzle hole of a conventional inkjet head.

【図14】実施例1と実施例2及び従来のインクジェッ
トヘッドのインク連通溝のインク流体の圧力損失の算出
値、吐出したインク滴の体積、吐出したインク滴の体
積、正常噴射が得られる駆動電圧及び噴射性能の総合評
価結果を示す図。
FIG. 14 is a diagram showing a calculated value of the pressure loss of the ink fluid in the ink communication groove, the volume of the ejected ink droplet, the volume of the ejected ink droplet, and the drive for obtaining the normal ejection of the ink communication grooves of the ink jet heads of the first and second embodiments and the conventional ink jet head. The figure which shows the comprehensive evaluation result of voltage and injection performance.

【図15】実施例1と実施例2及び従来のインクジェッ
トヘッドのインク連通溝のインク流体の圧力損失の算出
値、吐出したインク滴の体積、吐出したインク滴の体
積、正常噴射が得られる駆動電圧及び噴射性能の総合評
価結果の続きを示す図。
FIG. 15 shows a calculated value of the pressure loss of the ink fluid in the ink communication groove, the volume of the ejected ink droplet, the volume of the ejected ink droplet, and the drive for obtaining the normal ejection of the ink communication grooves of the ink jet heads according to the first and second embodiments. The figure which shows the continuation of the comprehensive evaluation result of voltage and injection performance.

【図16】従来の熱機械変換素子及び電気機械変換素子
の圧電変換素子と静電変換素子における高密度配置、高
速動作、消費電力及び吐出エネルギーの比較結果を示す
図。
FIG. 16 is a diagram showing a comparison result of high-density arrangement, high-speed operation, power consumption, and discharge energy in a piezoelectric conversion element and an electrostatic conversion element of a conventional thermo-mechanical conversion element and an electro-mechanical conversion element.

【図17】従来のエッジシュータ形インクジェットヘッ
ドの側面断面図。
FIG. 17 is a side sectional view of a conventional edge shooter type ink jet head.

【図18】図17のインクジェットヘッドのインク吐出
側から見た正面図。
18 is a front view of the inkjet head of FIG. 17 as viewed from the ink ejection side.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 インクジェットヘッド 2 基板 3 電極 4 間隙 5 振動板 6 液室部材 7 天板部材 8 ノズル形成部材 9 ノズル孔 10 圧力室 11 共通インク液室 12 インク供給路 13、30 インク連通溝 20 インク滴 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ink-jet head 2 Substrate 3 Electrode 4 Gap 5 Vibration plate 6 Liquid chamber member 7 Top plate member 8 Nozzle forming member 9 Nozzle hole 10 Pressure chamber 11 Common ink liquid chamber 12 Ink supply path 13, 30 Ink communication groove 20 Ink droplet

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】インクの充填されている複数の圧力室と、
少なくとも前記各圧力室にインクを供給するインク流路
と当該各圧力室内のインクを排出するインク連通溝が形
成され前記各圧力室の一面に接合された天板部材と、前
記天板部材とは別部材で形成され前記インク連通溝と連
通するノズル孔の形成されたノズル形成部材と、前記各
圧力室の一部に配設された振動板を静電引力で振動させ
て当該圧力室内のインクを前記インク連通溝を通して前
記ノズル孔から吐出させる静電変換素子と、を備えたイ
ンクジェットヘッドであって、前記インク連通溝は、そ
のインクの流れ方向と直交する方向の内接円の直径が3
0μm以上であり、前記ノズル孔は、そのインク吐出側
の開口の直径が前記インク連通溝の内接円の直径より小
さいことを特徴とするインクジェットヘッド。
A plurality of pressure chambers filled with ink;
The top plate member formed with an ink flow path for supplying ink to at least each of the pressure chambers and an ink communication groove for discharging ink in each of the pressure chambers and joined to one surface of each of the pressure chambers, and the top plate member A nozzle forming member formed of a separate member and having a nozzle hole communicating with the ink communication groove, and a diaphragm provided in a part of each of the pressure chambers are vibrated by electrostatic attraction to form ink in the pressure chamber. And an electrostatic conversion element for discharging the ink from the nozzle hole through the ink communication groove, wherein the ink communication groove has an inscribed circle having a diameter of 3 in a direction orthogonal to the ink flow direction.
An ink jet head, wherein the diameter of the nozzle hole is smaller than the diameter of an inscribed circle of the ink communication groove.
【請求項2】前記インク連通溝は、前記インクの流れ方
向と直交する方向の断面形状が略四角形状に形成されて
いることを特徴とする請求項1記載のインクジェットヘ
ッド。
2. An ink jet head according to claim 1, wherein said ink communication groove has a substantially quadrangular cross section in a direction orthogonal to a flow direction of said ink.
【請求項3】前記ノズル形成部材は、エレクトロフォー
ミング法により作製された金属部材で形成され、前記ノ
ズル孔は、前記インクの流れ方向と直交する方向の断面
形状がインクの吐出側から流入側に向けて、当該ノズル
孔の内壁面接線方向とインク吐出方向のなす角度が連続
的に増大する形状に形成されていることを特徴とする請
求項1または請求項2記載のインクジェットヘッド。
3. The nozzle forming member is formed of a metal member manufactured by an electroforming method, and the nozzle hole has a cross-sectional shape in a direction orthogonal to a flow direction of the ink from an ink discharge side to an ink inflow side. 3. The ink jet head according to claim 1, wherein an angle between a tangential direction of an inner wall surface of the nozzle hole and an ink ejection direction is continuously increased.
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