[go: up one dir, main page]

JP2007168352A - Droplet discharge head and droplet discharge apparatus - Google Patents

Droplet discharge head and droplet discharge apparatus Download PDF

Info

Publication number
JP2007168352A
JP2007168352A JP2005371647A JP2005371647A JP2007168352A JP 2007168352 A JP2007168352 A JP 2007168352A JP 2005371647 A JP2005371647 A JP 2005371647A JP 2005371647 A JP2005371647 A JP 2005371647A JP 2007168352 A JP2007168352 A JP 2007168352A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pressure chamber
droplet discharge
supply hole
substrate
ink
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.)
Withdrawn
Application number
JP2005371647A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasushi Matsuno
靖史 松野
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.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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 Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP2005371647A priority Critical patent/JP2007168352A/en
Publication of JP2007168352A publication Critical patent/JP2007168352A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

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

Abstract

【課題】インク流路内での流路抵抗を小さくしつつ、インク流路の途中でインクの流れをチョークさせないようにした液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置を提供する。
【解決手段】底壁が振動板8を形成し液滴を溜めて吐出させる圧力室7が形成されたキャビティ基板3と、振動板8に対向し振動板8を駆動する個別電極17が形成された電極基板4と、圧力室7に液滴を供給するリザーバ10、リザーバ10から圧力室7へ液滴を移送するための供給孔9、及び圧力室7からノズル孔5へ液滴を移送するノズル連通孔11を有するリザーバ基板2とが積層されて構成され、圧力室7の流路断面の面積をS0、供給孔9から圧力室7へ通じる連絡路の流路断面の面積をS1、供給孔7の流路断面の面積をS2としたとき、S2>S1>S0またはS2<S1<S0となるようにインク流路を形成した。
【選択図】図3
A droplet discharge head and a droplet discharge device are provided that reduce the flow resistance in an ink flow path and prevent choking of the ink flow in the middle of the ink flow path.
SOLUTION: A cavity substrate 3 on which a bottom wall forms a vibration plate 8 and a pressure chamber 7 in which droplets are collected and discharged, and an individual electrode 17 that faces the vibration plate 8 and drives the vibration plate 8 are formed. The electrode substrate 4, the reservoir 10 for supplying droplets to the pressure chamber 7, the supply hole 9 for transferring droplets from the reservoir 10 to the pressure chamber 7, and the droplets from the pressure chamber 7 to the nozzle hole 5 are transferred. The reservoir substrate 2 having the nozzle communication hole 11 is laminated, and the area of the cross section of the pressure chamber 7 is S0, and the area of the cross section of the communication path leading from the supply hole 9 to the pressure chamber 7 is S1. The ink flow path was formed so that S2>S1> S0 or S2 <S1 <S0, where S2 is the area of the cross-section of the hole 7.
[Selection] Figure 3

Description

本発明は、液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置に関し、特にリザーバから圧力室にインクを供給するインク供給口の構造を改良した液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置に関する。   The present invention relates to a droplet discharge head and a droplet discharge device, and more particularly to a droplet discharge head and a droplet discharge device with an improved ink supply port structure for supplying ink from a reservoir to a pressure chamber.

近年、静電駆動方式の液滴吐出ヘッドでは高印字性能を追求するために、液滴を吐出するためのノズル及び圧力室(吐出室ともいう)の高密度化が求められている。それに伴って、インクの流れるインク流路の断面が小さくなっている。インク流路の断面を小さくすると、音響抵抗とイナータンスとを同時に調整することが難しい。また、インク流路内に気泡が滞留し易くなってしまう。   In recent years, electrostatic drive type droplet discharge heads have been required to increase the density of nozzles and pressure chambers (also referred to as discharge chambers) for discharging droplets in order to pursue high printing performance. Along with this, the cross section of the ink flow path through which the ink flows becomes smaller. If the cross section of the ink flow path is reduced, it is difficult to simultaneously adjust the acoustic resistance and inertance. In addition, bubbles tend to stay in the ink flow path.

このような問題を解決するものとして、たとえば、「共通インク室と、インク圧力室と、このインク圧力室に連通しているインクノズルと、前記共通インク室から前記インク圧力室にインクを供給するためのインク供給口とを有し、前記インク圧力室の容積変動により前記インクノズルからインク液滴を吐出させるインクジェットヘッドにおいて、前記インク供給部は、少なくとも第1のインク供給口および第2のインク供給口を備え、前記第1のインク供給口の断面積は前記第2のインク供給口の断面積よりも大きいことを特徴とするインクジェットヘッド」が提案されている(たとえば、特許文献1参照)。   In order to solve such a problem, for example, “a common ink chamber, an ink pressure chamber, an ink nozzle communicating with the ink pressure chamber, and ink is supplied from the common ink chamber to the ink pressure chamber. And an ink supply port for ejecting ink droplets from the ink nozzles due to a change in the volume of the ink pressure chamber. The ink supply unit includes at least a first ink supply port and a second ink. There has been proposed an “inkjet head” including a supply port, wherein the first ink supply port has a cross-sectional area larger than that of the second ink supply port (see, for example, Patent Document 1). .

特開2002−301818号公報(第5頁及び第2図)JP 2002-301818 (page 5 and FIG. 2)

特許文献1に記載のインクジェットヘッドは、インク供給口のインク流路特性である音響抵抗を第2のインク供給口によって調整でき、そのイナータンスを第1および第2のインク供給口によって調整できるようになっている。したがって、インクジェットヘッドの応答性および印字品質を改善できるとともに、インク流路における断面積の急激な変化を防止できるので、気泡の滞留を抑制でき、これに起因する弊害を回避できるようになっている。   In the ink jet head described in Patent Document 1, the acoustic resistance that is the ink flow path characteristic of the ink supply port can be adjusted by the second ink supply port, and the inertance can be adjusted by the first and second ink supply ports. It has become. Accordingly, the responsiveness and print quality of the ink jet head can be improved, and a rapid change in the cross-sectional area in the ink flow path can be prevented, so that the retention of bubbles can be suppressed, and the adverse effects caused by this can be avoided. .

しかしながら、音響抵抗及びイナータンスを調整することはできるものの、インク流路内で発生する流路抵抗については考慮されていなかった。すなわち、インク流路での断面積の急激な変化を防止しているが、これだけではインク流路の途中でインクの流れがチョークするという問題を解決することはできない。このインクの流れがチョークするとは、インクの流れに急速な流速の変化点が生じるということである。   However, although the acoustic resistance and inertance can be adjusted, the flow path resistance generated in the ink flow path has not been considered. That is, a sudden change in the cross-sectional area in the ink flow path is prevented, but this alone cannot solve the problem of ink choking in the middle of the ink flow path. The choking of the ink flow means that a rapid flow velocity change point is generated in the ink flow.

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、インク流路内での流路抵抗を小さくしつつ、インク流路の途中でインクの流れをチョークさせないようにした液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置を提供することを目的とするものである。   The present invention has been made in order to solve the above-described problem, and is a droplet in which the flow of ink in the ink flow path is reduced while the flow of ink is not choked in the middle of the ink flow path. An object of the present invention is to provide a discharge head and a droplet discharge device.

本発明に係る液滴吐出ヘッドは、底壁が振動板を形成し液滴を溜めて吐出させる圧力室が形成されたキャビティ基板と、振動板に対向し振動板を駆動する個別電極が形成された電極基板と、圧力室に液滴を供給するリザーバ、リザーバから圧力室へ液滴を移送するための供給孔、及び圧力室からノズル孔へ液滴を移送するノズル連通孔を有するリザーバ基板とが積層されて構成される液滴吐出ヘッドであって、圧力室の流路断面の面積をS0、供給孔から圧力室へ通じる連絡路の流路断面の面積をS1、供給孔の流路断面の面積をS2としたとき、S2>S1>S0となるようにインク流路を形成したことを特徴とする。   The droplet discharge head according to the present invention includes a cavity substrate on which a bottom wall forms a vibration plate and a pressure chamber for collecting and discharging droplets, and an individual electrode that faces the vibration plate and drives the vibration plate. An electrode substrate, a reservoir for supplying droplets to the pressure chamber, a supply hole for transferring droplets from the reservoir to the pressure chamber, and a reservoir substrate having nozzle communication holes for transferring droplets from the pressure chamber to the nozzle holes; Is a droplet discharge head configured by stacking S0, the area of the cross section of the pressure chamber, S1, the area of the cross section of the communication path from the supply hole to the pressure chamber, S1, and the cross section of the supply hole The ink flow path is formed so that S2> S1> S0, where S2 is the area of the ink.

したがって、供給孔から吐出室に至るインク流路の流路抵抗を低減することが可能となるために、高駆動周波数で駆動される液滴吐出ヘッドにおいてもインクの供給不足を解消することができる。また、供給孔から吐出室に至るインク流路を徐々に大きくするようにしたので、その部分でのチョークの発生を防止することができる。このために、気泡の滞留を抑制することができるとともに、これに起因する弊害を回避することができる。すなわち、均一で安定したインク液滴の吐出を行わせることができる液滴吐出ヘッドを提供することが可能となる。   Accordingly, since it is possible to reduce the flow path resistance of the ink flow path from the supply hole to the discharge chamber, it is possible to solve the shortage of ink supply even in a droplet discharge head driven at a high drive frequency. . In addition, since the ink flow path from the supply hole to the discharge chamber is gradually increased, it is possible to prevent the occurrence of choke at that portion. For this reason, while staying of a bubble can be suppressed, the harmful effect resulting from this can be avoided. That is, it is possible to provide a droplet discharge head that can discharge ink droplets uniformly and stably.

本発明に係る液滴吐出ヘッドは、底壁が振動板を形成し液滴を溜めて吐出させる圧力室が形成されたキャビティ基板と、振動板に対向し振動板を駆動する個別電極が形成された電極基板と、圧力室に液滴を供給するリザーバ、リザーバから圧力室へ液滴を移送するための供給孔、及び圧力室からノズル孔へ液滴を移送するノズル連通孔を有するリザーバ基板とが積層されて構成される液滴吐出ヘッドであって、圧力室の流路断面の面積をS0、供給孔から圧力室へ通じる連絡路の流路断面の面積をS1、供給孔の流路断面の面積をS2としたとき、S2<S1<S0となるようにインク流路を形成したことを特徴とする。   The droplet discharge head according to the present invention includes a cavity substrate on which a bottom wall forms a vibration plate and a pressure chamber for collecting and discharging droplets, and an individual electrode that faces the vibration plate and drives the vibration plate. An electrode substrate, a reservoir for supplying droplets to the pressure chamber, a supply hole for transferring droplets from the reservoir to the pressure chamber, and a reservoir substrate having nozzle communication holes for transferring droplets from the pressure chamber to the nozzle holes; Is a droplet discharge head configured by stacking S0, the area of the cross section of the pressure chamber, S1, the area of the cross section of the communication path from the supply hole to the pressure chamber, S1, and the cross section of the supply hole The ink flow path is formed so that S2 <S1 <S0, where S2 is the area.

したがって、供給孔から吐出室に至るインク流路の流路抵抗を低減することが可能となるために、高駆動周波数で駆動される液滴吐出ヘッドにおいてもインクの供給不足を解消することができる。また、供給孔から吐出室に至るインク流路を徐々に大きくするようにしたので、その部分でのチョークの発生を防止することができる。このために、気泡の滞留を抑制することができるとともに、これに起因する弊害を回避することができる。すなわち、均一で安定したインク液滴の吐出を行わせることができる液滴吐出ヘッドを提供することが可能となる。   Accordingly, since it is possible to reduce the flow path resistance of the ink flow path from the supply hole to the discharge chamber, it is possible to solve the shortage of ink supply even in a droplet discharge head driven at a high drive frequency. . In addition, since the ink flow path from the supply hole to the discharge chamber is gradually increased, it is possible to prevent the occurrence of choke at that portion. For this reason, while staying of a bubble can be suppressed, the harmful effect resulting from this can be avoided. That is, it is possible to provide a droplet discharge head that can discharge ink droplets uniformly and stably.

本発明に係る液滴吐出ヘッドは、リザーバ基板における供給孔の平面形状を圧力室の長辺方向に引き延ばして長穴形状としたことを特徴とする。こうすることによって、この供給孔の短辺方向の長さと同じ直径を有する円形状に比較して、断面積を大きくすることができる。したがって、供給孔における流路抵抗を低減することが可能となる。また、所定の面積を有しつつ、高密度で幅の狭いキャビティ基板に対応することが可能となる。   The droplet discharge head according to the present invention is characterized in that the planar shape of the supply hole in the reservoir substrate is elongated in the long side direction of the pressure chamber to form a long hole shape. By so doing, the cross-sectional area can be increased compared to a circular shape having the same diameter as the length of the supply hole in the short side direction. Therefore, it is possible to reduce the flow path resistance in the supply hole. In addition, it is possible to deal with a cavity substrate having a predetermined area and a high density and a narrow width.

本発明に係る液滴吐出ヘッドは、供給孔を、その供給孔から液滴を移送する圧力室に対して1つとしたことを特徴とする。すなわち、1つの供給孔で所定の断面積を確保するようにしているのである。こうすることで、供給孔を複数形成して断面積を確保するようにした場合に一方の供給孔にのみインクが流れてしまい均等に圧力室にインクが供給されないということを防止することができる。   The droplet discharge head according to the present invention is characterized in that one supply hole is provided for a pressure chamber for transferring a droplet from the supply hole. That is, a predetermined cross-sectional area is ensured by one supply hole. In this way, when a plurality of supply holes are formed to ensure a cross-sectional area, it is possible to prevent ink from flowing only into one of the supply holes and not being uniformly supplied to the pressure chamber. .

本発明に係る液滴吐出ヘッドは、供給孔から圧力室へ通じる流路の断面の面積S1が、圧力室の縦断面の面積S0の0.85倍よりも小さく、供給孔の長穴形状断面の面積S2の1.05倍よりも大きくして形成したことを特徴とする。このようにして、供給孔から圧力室へ通じる流路断面の面積S1を決定するので、流路抵抗を低減しつつ、チョークの発生を防止している。   In the droplet discharge head according to the present invention, the area S1 of the cross section of the flow path leading from the supply hole to the pressure chamber is smaller than 0.85 times the area S0 of the vertical cross section of the pressure chamber, and the long hole-shaped cross section of the supply hole It is characterized by being formed larger than 1.05 times the area S2. In this manner, the area S1 of the cross section of the flow path leading from the supply hole to the pressure chamber is determined, so that choke generation is prevented while reducing flow path resistance.

本発明に係る液滴吐出装置は、上述の液滴吐出ヘッドを備えたことを特徴とする。したがって、上述の液滴吐出ヘッドの効果をすべて有している。   A droplet discharge apparatus according to the present invention includes the above-described droplet discharge head. Therefore, it has all the effects of the above-described droplet discharge head.

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
図1は、本発明の実施の形態に係る液滴吐出ヘッド100を分解した状態を示す分解斜視図である。図2は、液滴吐出ヘッド100が組み立てられた状態のA−A’断面を示す縦断面図である。図1及び図2に基づいて、液滴吐出ヘッド100の構成及び動作について説明する。なお、図1を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、図の上側を上とし、下側を下として説明するものとする。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a state in which a droplet discharge head 100 according to an embodiment of the present invention is disassembled. FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a cross section AA ′ in a state where the droplet discharge head 100 is assembled. The configuration and operation of the droplet discharge head 100 will be described with reference to FIGS. In addition, in the following drawings including FIG. 1, the relationship of the size of each component may be different from the actual one. Also, the upper side of the figure will be described as the upper side, and the lower side will be described as the lower side.

なお、この液滴吐出ヘッド100は、静電気力により駆動される静電駆動方式の静電アクチュエータを搭載したデバイスの代表として、ノズル基板の表面側に設けられたノズル孔から液滴を吐出するフェイスイジェクトタイプの液滴吐出ヘッドを例に説明するものとする。なお、図1では、駆動電力を供給するためのFPC(Flexible Printed Circuit:フレキシブルプリント基板)の一部を含めて示している。また、個別電極17に駆動信号を供給するドライバIC15が設けられている。   The droplet discharge head 100 is a face that discharges droplets from nozzle holes provided on the surface side of a nozzle substrate as a representative of a device equipped with an electrostatic drive type electrostatic actuator driven by electrostatic force. An eject type droplet discharge head will be described as an example. In FIG. 1, a part of an FPC (Flexible Printed Circuit) for supplying drive power is shown. In addition, a driver IC 15 that supplies a drive signal to the individual electrode 17 is provided.

図1に示すように、液滴吐出ヘッド100は、電極基板4、キャビティ基板3、リザーバ基板2及びノズル基板1の4つの基板が順に積層されるように接合された4層構造として構成されている。つまり、リザーバ基板2の一方(上)の面にはノズル基板1が接合されており、リザーバ基板2の他方(下)の面にはキャビティ基板3が接合されており、キャビティ基板3のリザーバ基板2が接合された面の反対面には、電極基板4が接合されて構成されている。なお、電極基板4とキャビティ基板3とは陽極接合により接合するものとし、キャビティ基板3とリザーバ基板2、リザーバ基板2とノズル基板1とはエポキシ樹脂等の接着剤を用いて接合するものとして説明する。   As shown in FIG. 1, the droplet discharge head 100 is configured as a four-layer structure in which four substrates of an electrode substrate 4, a cavity substrate 3, a reservoir substrate 2 and a nozzle substrate 1 are joined in order. Yes. That is, the nozzle substrate 1 is bonded to one (upper) surface of the reservoir substrate 2, and the cavity substrate 3 is bonded to the other (lower) surface of the reservoir substrate 2. An electrode substrate 4 is bonded to the opposite surface of the surface where 2 is bonded. The electrode substrate 4 and the cavity substrate 3 are bonded by anodic bonding, and the cavity substrate 3 and the reservoir substrate 2 and the reservoir substrate 2 and the nozzle substrate 1 are bonded by using an adhesive such as an epoxy resin. To do.

[電極基板4]
電極基板4は、たとえば、厚さ1mmのホウ珪酸ガラス等のガラスを主要な材料として形成するとよい。ここでは、電極基板4がホウ珪酸ガラスで形成されている場合を例に示すが、これに限定するものではない。たとえば、電極基板4を単結晶シリコンで形成してもよい。この電極基板4には、後述するキャビティ基板3の圧力室7に合わせて複数の凹部(溝)12が、形成されている。この凹部12は、たとえば深さ0.3μmで形成するとよい。
[Electrode substrate 4]
For example, the electrode substrate 4 may be formed of glass such as borosilicate glass having a thickness of 1 mm as a main material. Here, a case where the electrode substrate 4 is formed of borosilicate glass is shown as an example, but the present invention is not limited to this. For example, the electrode substrate 4 may be formed of single crystal silicon. A plurality of recesses (grooves) 12 are formed in the electrode substrate 4 in accordance with a pressure chamber 7 of the cavity substrate 3 described later. The recess 12 may be formed with a depth of 0.3 μm, for example.

また、この凹部12の内部(特に底部)には、固定電極となる個別電極17が、一定の間隔を有して後述のキャビティ基板3の各圧力室7(振動板8)と対向するように作製されている。そして、凹部12は、その一部が個別電極17を装着できるように、これらの形状に類似したやや大きめの形状にパターン形成されている。この個別電極17は、たとえばITO(Indium Tin Oxide:インジウム錫酸化物)を0.1μmの厚さでスパッタして作製するとよい。   In addition, inside the recess 12 (particularly at the bottom), the individual electrodes 17 serving as fixed electrodes are opposed to respective pressure chambers 7 (vibrating plates 8) of the cavity substrate 3 to be described later with a certain interval. Have been made. And the recessed part 12 is pattern-formed by the slightly large shape similar to these shapes so that the one part can mount | wear with the separate electrode 17. FIG. The individual electrode 17 may be manufactured by sputtering ITO (Indium Tin Oxide) with a thickness of 0.1 μm, for example.

さらに、個別電極17は、リード部17a及び端子部17bが一体となって作製されている。そして、個別電極17は、その一端(端子部17b)がドライバIC15と接続されており、そのドライバIC15から個別電極17に駆動信号が供給されるようになっている。なお、特に区別する必要がない限り、リード部17aと端子部17bとを組み合わせて個別電極17として説明するものとする。   Further, the individual electrode 17 is produced by integrating the lead portion 17a and the terminal portion 17b. One end (terminal portion 17 b) of the individual electrode 17 is connected to the driver IC 15, and a drive signal is supplied from the driver IC 15 to the individual electrode 17. It should be noted that unless specifically distinguished, the lead portion 17a and the terminal portion 17b are combined to be described as the individual electrode 17.

電極基板4とキャビティ基板3とを接合し積層すると、振動板8と個別電極17との間には、振動板8が撓む(変位する)ことができる一定のギャップ(空隙)13が、電極基板4の凹部12により形成されるようになっている。このギャップ13は、たとえば深さ0.2μmとなるように形成するとよい。なお、電極基板4には、図示省略の外部のインクタンクから供給される液体を取り入れるインク供給孔11が設けられている。   When the electrode substrate 4 and the cavity substrate 3 are bonded and laminated, a certain gap (gap) 13 that allows the vibration plate 8 to bend (displace) is formed between the vibration plate 8 and the individual electrode 17. It is formed by the recess 12 of the substrate 4. The gap 13 is preferably formed to have a depth of 0.2 μm, for example. The electrode substrate 4 is provided with ink supply holes 11 for taking in liquid supplied from an external ink tank (not shown).

この液滴吐出ヘッド100は、複数の個別電極17が長辺及び短辺を有する長方形状に形成されており、この個別電極17が、互いの長辺が平行になるように配置されている。そして、図1では、個別電極17の短辺方向に伸びる1つの電極列を示している。なお、個別電極17の短辺が長辺に対して斜めに形成されており、個別電極17が細長い平行四辺形状になっている場合には、長辺方向に直角方向に伸びる電極列を形成するようにすればよい。   In the droplet discharge head 100, a plurality of individual electrodes 17 are formed in a rectangular shape having long sides and short sides, and the individual electrodes 17 are arranged so that their long sides are parallel to each other. FIG. 1 shows one electrode row extending in the short side direction of the individual electrode 17. In addition, when the short side of the individual electrode 17 is formed obliquely with respect to the long side and the individual electrode 17 has an elongated parallelogram shape, an electrode array extending in a direction perpendicular to the long side direction is formed. What should I do?

また、液滴吐出ヘッド100は、ドライバIC15が個別電極17の2つの電極列の間に設けられ、両方の電極列に接続されるようになっている。したがって、ドライバIC15から2つの電極列に駆動信号を供給することが可能となり、電極列の多列化が容易となる。さらに、ドライバIC15の個数を少なくすることが可能なため、製造に要するコストを削減することができ、液滴吐出ヘッド100の小型化も可能となる。   In the droplet discharge head 100, the driver IC 15 is provided between the two electrode rows of the individual electrode 17, and is connected to both electrode rows. Therefore, it becomes possible to supply drive signals from the driver IC 15 to the two electrode rows, and it is easy to increase the number of electrode rows. Furthermore, since the number of driver ICs 15 can be reduced, the cost required for manufacturing can be reduced, and the droplet discharge head 100 can be downsized.

電極基板4には、FPC30からドライバIC15を駆動する入力信号を供給するための配線(IC入力実装部20)及びFPC実装部21が形成されており、FPC30とドライバIC15とを接続するようになっている。なお、電極基板4とキャビティ基板3とを接合した後に、ギャップ13を封止するための封止部材14が形成される(図2参照)。また、駆動信号を供給するためのドライバIC15は、個別電極17の個数に応じて搭載する個数を決定するとよい。   On the electrode substrate 4, wiring (IC input mounting unit 20) for supplying an input signal for driving the driver IC 15 from the FPC 30 and the FPC mounting unit 21 are formed, and the FPC 30 and the driver IC 15 are connected. ing. In addition, after joining the electrode substrate 4 and the cavity substrate 3, the sealing member 14 for sealing the gap 13 is formed (refer FIG. 2). Further, the number of driver ICs 15 for supplying drive signals may be determined according to the number of individual electrodes 17.

[キャビティ基板3]
キャビティ基板3は、たとえば厚さ約50μm(マイクロメートル)のシリコン単結晶基板(以下、単にシリコン基板と称する)を主要な材料として構成されている。このキャビティ基板3には、底壁が振動板8となる圧力室(または、吐出室)7が複数形成されている。この圧力室7は、個別電極17の電極列に対応して形成されるようになっている。また、キャビティ基板3には、電極列の間にキャビティ基板3を貫通するように第1の穴部22が形成されている。なお、圧力室7のインク流路については、後に詳述する(図3参照)。
[Cavity substrate 3]
The cavity substrate 3 is composed of, for example, a silicon single crystal substrate (hereinafter simply referred to as a silicon substrate) having a thickness of about 50 μm (micrometer) as a main material. The cavity substrate 3 is formed with a plurality of pressure chambers (or discharge chambers) 7 whose bottom wall is the diaphragm 8. The pressure chambers 7 are formed corresponding to the electrode rows of the individual electrodes 17. In addition, a first hole 22 is formed in the cavity substrate 3 so as to penetrate the cavity substrate 3 between the electrode arrays. The ink flow path in the pressure chamber 7 will be described in detail later (see FIG. 3).

さらに、キャビティ基板3の下面(電極基板4と対向する面)には、振動板8と個別電極17との間を電気的に絶縁するためのTEOS膜(ここでは、Tetraethyl orthosilicate Tetraethoxysilane:テトラエトキシシラン(珪酸エチル)を用いてできるSiO2 膜をいう)である図示省略の絶縁膜をプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition:TEOS−pCVDともいう)法を用いて、0.1μm成膜している。これは、振動板8の駆動時における絶縁破壊及びショートを防止するためと、インク等の液滴によるキャビティ基板3のエッチングを防止するためのものである。   Further, a TEOS film (here, tetraethylsilane: tetraethoxysilane) for electrically insulating the diaphragm 8 and the individual electrodes 17 is formed on the lower surface of the cavity substrate 3 (the surface facing the electrode substrate 4). An insulating film (not shown), which is (referred to as a SiO2 film formed using ethyl silicate), is formed to a thickness of 0.1 μm by using a plasma CVD (also referred to as Chemical Vapor Deposition: TEOS-pCVD) method. This is for preventing dielectric breakdown and short-circuit when the diaphragm 8 is driven, and for preventing etching of the cavity substrate 3 by droplets of ink or the like.

ここでは、絶縁膜がTEOS膜である場合を示しているが、これに限定するものではなく、絶縁性能が向上する物質であればよい。たとえば、Al23(酸化アルミニウム(アルミナ))を用いてもよい。また、キャビティ基板3にも、インク供給孔11が設けられている(電極基板4に設けられたインク供給孔11と連通するようになっている)。さらに、図示省略の外部の電力供給手段から振動板8に個別電極17と反対の極性の電荷を供給する際の端子となる共通電極16を備えている。 Although the case where the insulating film is a TEOS film is shown here, the present invention is not limited to this, and any material that improves the insulating performance may be used. For example, Al 2 O 3 (aluminum oxide (alumina)) may be used. The cavity substrate 3 is also provided with an ink supply hole 11 (in communication with the ink supply hole 11 provided in the electrode substrate 4). Furthermore, a common electrode 16 is provided as a terminal for supplying charges having a polarity opposite to that of the individual electrode 17 from the external power supply means (not shown) to the diaphragm 8.

なお、振動板8は、高濃度のボロンドープ層で形成するようにしてもよい。水酸化カリウム水溶液等のアルカリ溶液による単結晶シリコンのエッチングにおけるエッチングレートは、ドーパントがボロンの場合、約5×1019atoms/cm3 以上の高濃度の領域において、非常に小さくなる。このため、振動板8の部分を高濃度のボロンドープ層とし、アルカリ溶液による異方性エッチングによって圧力室7を形成する際に、ボロンドープ層が露出してエッチングレートが極端に小さくなる、いわゆるエッチングストップ技術を用いることにより、振動板8を所望の厚さに形成することができる。 The diaphragm 8 may be formed of a high concentration boron doped layer. The etching rate in etching single crystal silicon with an alkaline solution such as an aqueous potassium hydroxide solution is very small in a high concentration region of about 5 × 10 19 atoms / cm 3 or more when the dopant is boron. For this reason, when the diaphragm 8 is made of a high-concentration boron-doped layer and the pressure chamber 7 is formed by anisotropic etching with an alkaline solution, the boron-doped layer is exposed and the etching rate becomes extremely small, so-called etching stop. By using the technique, the diaphragm 8 can be formed in a desired thickness.

[リザーバ基板2]
リザーバ基板2は、たとえば単結晶シリコンを主要な材料としており、各圧力室7にインク等の液滴を供給するためのリザーバ10が形成されている。このリザーバ10の底面には、リザーバ10から圧力室7へ液滴を移送するための供給孔9が各圧力室7の位置に合わせて形成されている。この供給孔9は、長穴形状または略長方形状に形成されており、圧力室7と連通するようになっている。なお、供給孔9から圧力室7に移送されるインク流路(図2で示すA部分)については、図3で詳細に説明する。
[Reservoir substrate 2]
The reservoir substrate 2 is made of, for example, single crystal silicon as a main material, and a reservoir 10 for supplying droplets such as ink to the pressure chambers 7 is formed. A supply hole 9 for transferring a droplet from the reservoir 10 to the pressure chamber 7 is formed on the bottom surface of the reservoir 10 according to the position of each pressure chamber 7. The supply hole 9 is formed in a long hole shape or a substantially rectangular shape, and communicates with the pressure chamber 7. The ink flow path (portion A shown in FIG. 2) transferred from the supply hole 9 to the pressure chamber 7 will be described in detail with reference to FIG.

また、リザーバ10の底面には、リザーバ10の底面を貫通するインク供給孔11が形成されている。このリザーバ基板2に形成されたインク供給孔11と、キャビティ基板3に形成されたインク供給孔11及び電極基板4に形成されたインク供給孔11は、リザーバ基板2、キャビティ基板3及び電極基板4が接合された状態において互いに連通するようになっており、外部のインクタンクから液滴が供給されるようになっている。   An ink supply hole 11 that penetrates the bottom surface of the reservoir 10 is formed on the bottom surface of the reservoir 10. The ink supply hole 11 formed in the reservoir substrate 2, the ink supply hole 11 formed in the cavity substrate 3, and the ink supply hole 11 formed in the electrode substrate 4 are the reservoir substrate 2, the cavity substrate 3, and the electrode substrate 4. Are connected to each other in a joined state, and droplets are supplied from an external ink tank.

さらに、リザーバ基板2には、各圧力室7とノズル基板1に設けられたノズル孔5との間のインク流路となり、圧力室7で加圧された液滴をノズル孔5に移送する流路となる複数のノズル連通孔6が各ノズル孔5(各圧力室7)に合わせて設けられている。なお、リザーバ基板2には、リザーバ基板2を貫通する第2の穴部23が形成されている。この第2の穴部23は、キャビティ基板3の第1の穴部22と連通するようになっており、ドライバIC15が収容可能になっている。   Further, the reservoir substrate 2 becomes an ink flow path between each pressure chamber 7 and the nozzle hole 5 provided in the nozzle substrate 1, and a flow for transferring the liquid droplet pressurized in the pressure chamber 7 to the nozzle hole 5. A plurality of nozzle communication holes 6 serving as paths are provided in accordance with the respective nozzle holes 5 (each pressure chamber 7). The reservoir substrate 2 is formed with a second hole 23 that penetrates the reservoir substrate 2. The second hole portion 23 communicates with the first hole portion 22 of the cavity substrate 3 so that the driver IC 15 can be accommodated.

[ノズル基板1]
ノズル基板1は、たとえば厚さ100μmのシリコン基板を主要な材料としており、各々のノズル連通孔6と連通する複数のノズル孔5が形成されている。各ノズル孔5は、各ノズル連通孔6から移送された液滴を外部に吐出するようになっている。なお、ノズル孔5を複数段(たとえば、2段)で形成すると、液滴を吐出する際の直進性の向上が期待できる。また、ノズル基板1には、振動板8によりリザーバ10側の液体に加わる圧力を緩衝するためのダイヤフラムを設けるようにしてもよい。
[Nozzle substrate 1]
The nozzle substrate 1 is made of, for example, a silicon substrate having a thickness of 100 μm as a main material, and a plurality of nozzle holes 5 communicating with the respective nozzle communication holes 6 are formed. Each nozzle hole 5 discharges the liquid droplets transferred from each nozzle communication hole 6 to the outside. In addition, when the nozzle hole 5 is formed in a plurality of stages (for example, two stages), it can be expected that straightness is improved when a droplet is ejected. The nozzle substrate 1 may be provided with a diaphragm for buffering the pressure applied to the liquid on the reservoir 10 side by the vibration plate 8.

図2に示すように、キャビティ基板3に設けられた第1の穴部22と、リザーバ基板2に設けられた第2の穴部23とが連通して収容部24を形成するようになっている。そして、この収容部24の内部には、ドライバIC15が収容されるようになっている。また、ノズル連通孔6は、リザーバ基板2を貫通しており、圧力室7の供給孔9が連通する一端の反対側の一端に連通している。   As shown in FIG. 2, the first hole portion 22 provided in the cavity substrate 3 and the second hole portion 23 provided in the reservoir substrate 2 communicate with each other to form the accommodating portion 24. Yes. The driver IC 15 is accommodated in the accommodating portion 24. Further, the nozzle communication hole 6 penetrates the reservoir substrate 2 and communicates with one end on the opposite side of one end with which the supply hole 9 of the pressure chamber 7 communicates.

この液滴吐出ヘッド100では、ドライバIC15が収容部24の内部に収容されており、収容部24がノズル基板1、リザーバ基板2、キャビティ基板3及び電極基板4によって閉塞されている。すなわち、ノズル基板1が収容部24の上面を、電極基板4が収容部24の下面を、キャビティ基板3及びリザーバ基板2が収容部24の側面を形成することにより、収容部24が閉塞されるようになっている。なお、収容部24は、液滴や外気からドライバIC15を保護するために密閉するのが望ましい。   In this droplet discharge head 100, the driver IC 15 is accommodated in the accommodating portion 24, and the accommodating portion 24 is closed by the nozzle substrate 1, the reservoir substrate 2, the cavity substrate 3 and the electrode substrate 4. That is, the nozzle substrate 1 forms the upper surface of the housing portion 24, the electrode substrate 4 forms the lower surface of the housing portion 24, and the cavity substrate 3 and the reservoir substrate 2 form the side surfaces of the housing portion 24, thereby closing the housing portion 24. It is like that. In addition, it is desirable that the accommodating portion 24 be sealed in order to protect the driver IC 15 from liquid droplets and outside air.

また、封止部材14は、振動板8と個別電極17との間のギャップ13を封止するようになっている。この封止部材14は、たとえば水分透過性の低い酸化シリコン(SiO2 )、酸化アルミニウム(Al23)、酸窒化シリコン(SiON)、窒化シリコン(SiN)、ポリパラキシリレン等で形成するとよい。なお、ポリパラキシリレンは、結晶性ポリマー樹脂であり水分透過防止性及び耐薬品性に優れている性質を有している。 The sealing member 14 seals the gap 13 between the diaphragm 8 and the individual electrode 17. The sealing member 14 is formed of, for example, silicon oxide (SiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), silicon oxynitride (SiON), silicon nitride (SiN), polyparaxylylene, or the like having low moisture permeability. Good. In addition, polyparaxylylene is a crystalline polymer resin and has properties that are excellent in moisture permeation prevention and chemical resistance.

次に、液滴吐出ヘッド100の動作について簡単に説明する。
リザーバ10には、インク供給孔11を介して外部からインク等の液滴が供給されている。また、圧力室7には、供給孔9を介してリザーバ10から液滴が供給されている。ドライバIC15には、FPC30のFPC内配線(IC入力)32及び電極基板4に設けられたIC入力実装部20を介して図示省略の制御部から駆動信号(パルス電圧)が供給されている。
Next, the operation of the droplet discharge head 100 will be briefly described.
A droplet such as ink is supplied to the reservoir 10 from the outside through the ink supply hole 11. In addition, droplets are supplied from the reservoir 10 to the pressure chamber 7 through the supply hole 9. A drive signal (pulse voltage) is supplied to the driver IC 15 from a control unit (not shown) via the FPC internal wiring (IC input) 32 of the FPC 30 and the IC input mounting unit 20 provided on the electrode substrate 4.

そして、ドライバIC15によって選択された個別電極17には0V〜40V程度のパルス電圧が印加され、その個別電極17をプラスに帯電させる。このとき、FPC内配線31(COM)及び共通電極16を介してキャビティ基板3にはマイナスの極性を有する駆動信号(パルス電圧)が供給され、プラスに帯電された個別電極17に対応する振動板8を相対的にマイナスに帯電させる。そのため、選択された個別電極17と振動板8との間では静電気力が発生することになる。そうすると、振動板8は、静電気力によって個別電極17側に吸引されて撓むことになる。これにより、圧力室7の容積は広がる。   A pulse voltage of about 0 V to 40 V is applied to the individual electrode 17 selected by the driver IC 15 to charge the individual electrode 17 positively. At this time, a drive signal (pulse voltage) having a negative polarity is supplied to the cavity substrate 3 through the FPC internal wiring 31 (COM) and the common electrode 16, and the diaphragm corresponding to the positively charged individual electrode 17 is supplied. 8 is relatively negatively charged. Therefore, an electrostatic force is generated between the selected individual electrode 17 and the diaphragm 8. If it does so, the diaphragm 8 will be attracted | sucked by the individual electrode 17 side by an electrostatic force, and will be bent. Thereby, the volume of the pressure chamber 7 is expanded.

次に、このパルス電圧の供給を止めると、振動板8と個別電極17との間の静電気力がなくなり、振動板8は元の状態に復元する。このとき、圧力室7の内部の圧力が急激に上昇し、圧力室7内の液滴がノズル連通孔6を通過してノズル孔5から吐出されることになる。その後、液滴がリザーバ10から供給孔9を通じて圧力室7内に補給され、初期状態に戻る。   Next, when the supply of the pulse voltage is stopped, the electrostatic force between the diaphragm 8 and the individual electrode 17 disappears, and the diaphragm 8 is restored to the original state. At this time, the pressure inside the pressure chamber 7 rises rapidly, and the droplets in the pressure chamber 7 pass through the nozzle communication hole 6 and are discharged from the nozzle hole 5. Thereafter, the droplet is replenished from the reservoir 10 into the pressure chamber 7 through the supply hole 9 and returns to the initial state.

なお、液滴吐出ヘッド100のリザーバ10への液滴の供給は、たとえばインク供給孔11に接続された図示省略の液滴供給管により行われている。また、FPC30が、FPC30の長手方向が電極列を形成する個別電極17の短辺方向と平行となるようにドライバIC15と接続されている。たとえば、個別電極17の短辺が長辺に対して斜めになっており、個別電極17が細長い平行四辺形状になっている場合には、個別電極17の長辺と直角方向にFPC30を接続すればよい。   The supply of droplets to the reservoir 10 of the droplet discharge head 100 is performed by, for example, a droplet supply tube (not shown) connected to the ink supply hole 11. The FPC 30 is connected to the driver IC 15 so that the longitudinal direction of the FPC 30 is parallel to the short side direction of the individual electrodes 17 forming the electrode array. For example, when the short side of the individual electrode 17 is inclined with respect to the long side and the individual electrode 17 has an elongated parallelogram shape, the FPC 30 is connected in a direction perpendicular to the long side of the individual electrode 17. That's fine.

ここで、この実施の形態に係る液滴吐出ヘッド100の特徴部分である、供給孔9から圧力室7に移送されるインクのインク流路について説明する。図3は、供給孔9と圧力室7との関係を説明するための説明図である。図3(a)は、図2で示したA部分を上面から見た拡大平面図を示している。また、図3(b)は、図2で示したA部分の拡大断面図を示している。   Here, an ink flow path of ink transferred from the supply hole 9 to the pressure chamber 7, which is a characteristic part of the droplet discharge head 100 according to this embodiment, will be described. FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the relationship between the supply hole 9 and the pressure chamber 7. FIG. 3A shows an enlarged plan view of the portion A shown in FIG. 2 as viewed from above. FIG. 3B shows an enlarged cross-sectional view of a portion A shown in FIG.

図3(a)に示すように、供給孔9は、長穴形状として作製されている。こうすることで、短辺方向の長さと同じ直径を有する円形状に比較して流路断面(c−c’断面)の面積を大きくすることができる。このように、供給孔9の流路断面の面積を大きくすれば、圧力室7へ移送されるインクの流路抵抗を小さくすることが可能になる。換言すれば、長穴形状と同じ流路断面の面積を円形状で確保しようとすると、その円の直径を長くしなければならないのである。その結果、高密度で幅の狭いキャビティ基板3に対応できなくなってしまうことになる。   As shown to Fig.3 (a), the supply hole 9 is produced as a long hole shape. By so doing, the area of the channel cross section (c-c ′ cross section) can be increased compared to a circular shape having the same diameter as the length in the short side direction. As described above, if the area of the cross section of the flow path of the supply hole 9 is increased, the flow path resistance of the ink transferred to the pressure chamber 7 can be decreased. In other words, in order to secure the same cross-sectional area of the flow path as that of the long hole shape in a circular shape, the diameter of the circle must be increased. As a result, it becomes impossible to cope with the cavity substrate 3 having a high density and a narrow width.

また、各基板を積層させるウエハ間のアライメントが困難となってしまう。そうすると、不良品の発生率が高くなり、歩留まりの低いものとなってしまう。したがって、供給孔9の流路断面を長穴形状とすることにより、効率的にインクの流路抵抗を小さくし、各基板を積層させるウエハ間のアライメントを容易としているのである。なお、長穴形状とは、円形状を長辺方向に引き延ばした形状である。ここでは、供給孔9を長穴形状として形成している場合を例に説明するが、これに限定するものではない。たとえば、長円(楕円)形状として形成してもよく、略長方形状として形成してもよい。   In addition, alignment between the wafers on which the substrates are stacked becomes difficult. If it does so, the incidence rate of inferior goods will become high and it will become a thing with a low yield. Therefore, by making the cross section of the flow path of the supply hole 9 into a long hole shape, the flow path resistance of the ink is efficiently reduced, and the alignment between the wafers on which the substrates are stacked is facilitated. The elongated hole shape is a shape obtained by extending a circular shape in the long side direction. Here, a case where the supply hole 9 is formed in a long hole shape will be described as an example, but the present invention is not limited to this. For example, it may be formed as an oval (ellipse) shape or a substantially rectangular shape.

次に、供給孔9から圧力室7に移送されるインクのインク流路について説明する。図3(b)では、圧力室7の流路断面(a−a’断面)の面積をS0、供給孔9から圧力室7へ通じる連絡路の流路断面(b−b’断面)の面積をS1、供給孔9の流路断面(c−c’断面)の面積をS2として示している。ここでは、これらの面積がS2<S1<S0の関係になるように形成されている。それは、インク流路(S2からS0まで)でインクの流れにチョーク(急激な流速の変化点)が発生するのを防止するためである。   Next, the ink flow path of the ink transferred from the supply hole 9 to the pressure chamber 7 will be described. In FIG. 3B, the area of the flow passage cross section (aa ′ cross section) of the pressure chamber 7 is S0, and the area of the flow passage cross section (bb ′ cross section) of the communication path that leads from the supply hole 9 to the pressure chamber 7. Is shown as S1, and the area of the flow path cross section (cc ′ cross section) of the supply hole 9 is shown as S2. Here, these areas are formed such that S2 <S1 <S0. This is to prevent choking (sudden change point of flow velocity) in the ink flow in the ink flow path (from S2 to S0).

つまり、S2からS0に至るまでの断面積が大きくなったり小さくなったりすると、それに伴いインクの流れにチョークが発生してしまい、圧力室7に初期のインクを充填する際にインクが充填されなかったり、気泡が残留し易くなったりしてしまうのである(図4参照)。したがって、インク流路(S2からS0まで)を徐々に拡大させることで、チョークの発生を防止しているのである。ここでは、S2<S1<S0として徐々に面積を拡大させた場合を例に説明したが、S2>S1>S0として徐々に面積を減少させてチョークの発生を防止してもよい。   That is, when the cross-sectional area from S2 to S0 increases or decreases, choke is generated in the ink flow, and the ink is not filled when the pressure chamber 7 is filled with the initial ink. Or bubbles are likely to remain (see FIG. 4). Therefore, the ink flow path (from S2 to S0) is gradually expanded to prevent the occurrence of choke. Here, the case where the area is gradually expanded as S2 <S1 <S0 has been described as an example. However, the area may be gradually decreased as S2> S1> S0 to prevent generation of choke.

なお、1つの圧力室7に対して複数の供給孔9を形成し面積を確保することも考えられるが、一方の供給孔9にのみインクの流れが生じてしまい各供給孔9から均等に圧力室7にインクが供給されないということが発生する。つまり、各供給孔9でインクの供給に偏りが生じ、他方の供給孔9にはインクが充填されずに気泡が残ってしまうことになるのである(図7参照)。この現象は、高密度でキャビティ基板3の断面が狭いときに顕著に発生することが分かっている。したがって、1つの圧力室7に対して1つの供給孔9を形成することが望ましい。   Although it is conceivable to form a plurality of supply holes 9 for one pressure chamber 7 to secure an area, an ink flow occurs only in one supply hole 9 and pressure is evenly supplied from each supply hole 9. It occurs that ink is not supplied to the chamber 7. That is, the supply of ink in each supply hole 9 is biased, and air bubbles remain in the other supply hole 9 without being filled with ink (see FIG. 7). It has been found that this phenomenon occurs remarkably when the cavity substrate 3 has a high density and a narrow cross section. Therefore, it is desirable to form one supply hole 9 for one pressure chamber 7.

図4は、インク流路の断面積と流路抵抗との関係を調査した結果を示す説明図である。図4に基づいて、インク流路の断面積(S0、S1及びS2)とインクの流速との関係を詳細に説明する。ここでは、インクがS0を通過する際の平均速度をV0、インクがS1を通過する際の平均速度をV1、インクがS2を通過する際の平均速度をV2として説明するものとする。   FIG. 4 is an explanatory diagram showing the results of investigating the relationship between the cross-sectional area of the ink flow path and the flow path resistance. Based on FIG. 4, the relationship between the cross-sectional area (S0, S1, and S2) of the ink flow path and the ink flow velocity will be described in detail. Here, it is assumed that the average speed when the ink passes through S0 is V0, the average speed when the ink passes through S1 is V1, and the average speed when the ink passes through S2 is V2.

インクの流量の連続性により、S0×V0=S1×V1=S2×V2という関係が成立する。インク流路(S2からS0まで)で、チョークを発生させないようにするためには、上述したようにS2<S1<S0、または、S2>S1>S0となるようにすることが有効である。このときの流速の関係は、S2<S1<S0とした場合はV2>V1>V0と、S2>S1>S0とした場合はV2<V1<V0となっている。すなわち、流速を徐々に早くしたり、徐々に遅くしたりすればインク流路の途中におけるチョークの発生を防止できる。   The relationship of S0 × V0 = S1 × V1 = S2 × V2 is established by the continuity of the ink flow rate. In order to prevent the occurrence of choke in the ink flow path (from S2 to S0), it is effective to satisfy S2 <S1 <S0 or S2> S1> S0 as described above. The relationship between the flow velocities at this time is V2> V1> V0 when S2 <S1 <S0 and V2 <V1 <V0 when S2> S1> S0. That is, if the flow velocity is gradually increased or decreased gradually, the generation of choke in the middle of the ink flow path can be prevented.

この実施の形態に係る液滴吐出ヘッド100は、図3に示したように、インク流路がS2<S1<S0となる関係になっている。そして、流速の関係をV2>V1>V0とするには、S1とS0との断面積比率(S1/S0)及びS2とS1との断面積比率(S2/S1)が所定の値より小さいことが要求される。それは、図4に示した調査結果から導き出すことができる。図4は、S1/S0及びS2/S1を種々変化させた際の、流路抵抗(図で示すR比)を示している。   In the droplet discharge head 100 according to this embodiment, as shown in FIG. 3, the ink flow path has a relationship of S2 <S1 <S0. In order to make the relationship between the flow rates V2> V1> V0, the cross-sectional area ratio (S1 / S0) between S1 and S0 and the cross-sectional area ratio (S2 / S1) between S2 and S1 must be smaller than predetermined values. Is required. It can be derived from the survey results shown in FIG. FIG. 4 shows the channel resistance (R ratio shown in the figure) when S1 / S0 and S2 / S1 are variously changed.

図4の境界線Xは、チョークの発生する境界を示している。つまり、境界線Xで分割されている領域αがチョーク(急激な流速の変化点)の発生しない領域を、領域βがチョークの発生する領域を示している。ここでは、点ア〜点ウが領域αに存在し、点エ〜点キが領域βに存在することを示している。したがって、点ア〜点ウの値を得ることができるようにS0〜S2を設定すれば、チョークの発生を防止することが可能になる。   A boundary line X in FIG. 4 indicates a boundary where choke occurs. That is, the region α divided by the boundary line X indicates a region where choke (abrupt flow velocity change point) does not occur, and the region β indicates a region where choke occurs. Here, it is shown that the points a to u exist in the region α, and the points d to k exist in the region β. Therefore, if S0 to S2 are set so that the values of points a to c can be obtained, the occurrence of choke can be prevented.

また、チョークの発生を防止しつつインクの流路抵抗を低減させるためには、点イ及び点ウの値を得ることができるようにS0〜S2を設定することが望ましい。この点イ及び点ウは、S1をS0の0.85倍より小さく(S1<0.85×S0)、S1をS2の1.05倍より大きく(S1>1.05×S2)する範囲でS2<S1<S0を満たすようにすれば、実現することができる。   Further, in order to reduce the ink flow path resistance while preventing the occurrence of choke, it is desirable to set S0 to S2 so that the values of point i and point u can be obtained. The points A and U are within a range in which S1 is smaller than 0.85 times S0 (S1 <0.85 × S0) and S1 is larger than 1.05 times S2 (S1> 1.05 × S2). This can be realized by satisfying S2 <S1 <S0.

図5〜図7は、インク流路(S2からS0まで)内を流れるインクの流速を示すシミュレーション図である。図5は、チョークが発生している場合の例を示すものである。この図5に示す流速のシミュレーションは、図4で示した点エに対応するものである。つまり、S2<S1<S0、または、S2>S1>S0という関係を満たすものの、S1<0.85×S0及びS1>1.05×S2という関係を満たしておらず、チョークが発生してしまっている。   5 to 7 are simulation diagrams showing the flow velocity of ink flowing in the ink flow path (from S2 to S0). FIG. 5 shows an example when choke is generated. The flow velocity simulation shown in FIG. 5 corresponds to the point d shown in FIG. That is, although the relationship of S2 <S1 <S0 or S2> S1> S0 is satisfied, the relationship of S1 <0.85 × S0 and S1> 1.05 × S2 is not satisfied, and choke is generated. ing.

一方、図6は、チョークが発生していない場合の例を示すものである。この図6に示す流速のシミュレーションは、図4で示す点ウに対応するものである。つまり、S2<S1<S0、または、S2>S1>S0という関係を満たしており、S1<0.85×S0及びS1>1.05×S2という関係も満たしているために、チョークが発生しないようになっている。   On the other hand, FIG. 6 shows an example when no choke is generated. The flow velocity simulation shown in FIG. 6 corresponds to the point c shown in FIG. In other words, choke is not generated because the relationship of S2 <S1 <S0 or S2> S1> S0 is satisfied, and the relationship of S1 <0.85 × S0 and S1> 1.05 × S2 is also satisfied. It is like that.

図7は、供給孔9が2つ形成されている場合のインクの流速を示すシミュレーション図である。流路抵抗を軽減するために、供給孔9の断面積を大きくする方法として、1つの圧力室7に対して複数の供給孔9(ここでは2つ)を形成することが考えられる。しかしながら、図7に示すように、一方の供給孔9にのみインクの流れが生じてしまい全部の供給孔9から均等に圧力室7にインクが供給されない。つまり、各供給孔9でインクの供給に偏りが生じ、他方の供給孔9にはインクが充填されずに気泡が残ってしまうことになるのである。したがって、上述したように、1つの圧力室7に対して1つの供給孔9を形成することが望ましい。   FIG. 7 is a simulation diagram showing the flow rate of ink when two supply holes 9 are formed. In order to reduce the flow path resistance, it is conceivable to form a plurality of supply holes 9 (two in this case) for one pressure chamber 7 as a method of increasing the cross-sectional area of the supply holes 9. However, as shown in FIG. 7, the ink flows only in one supply hole 9, and the ink is not uniformly supplied from all the supply holes 9 to the pressure chamber 7. That is, the supply of ink is biased in each supply hole 9, and air bubbles remain in the other supply hole 9 without being filled with ink. Therefore, as described above, it is desirable to form one supply hole 9 for one pressure chamber 7.

図8は、上述した液滴吐出ヘッド100を搭載した液滴吐出装置150の一例を示した斜視図である。また、図9は、液滴吐出装置150の主要な構成手段の一例を表す図である。この液滴吐出装置150は、液滴吐出方式(インクジェット方式)による印刷を目的とする、いわゆる一般的なシリアル型のインクジェットプリンタである。また、搭載される液滴吐出ヘッド100は、上述したようにインク流路(S2〜S0まで)での、流路抵抗が小さく、かつ、チョークの発生を防止しているので、液滴吐出装置150も同様の効果を得ることができる。   FIG. 8 is a perspective view showing an example of a droplet discharge device 150 on which the above-described droplet discharge head 100 is mounted. FIG. 9 is a diagram illustrating an example of main components of the droplet discharge device 150. The droplet discharge device 150 is a so-called general serial type inkjet printer for printing by a droplet discharge method (inkjet method). Further, as described above, the mounted droplet discharge head 100 has a small flow channel resistance in the ink flow channel (from S2 to S0) and prevents the occurrence of choke. 150 can also obtain the same effect.

液滴吐出装置150は、被印刷物であるプリント紙110が支持されるドラム101と、プリント紙110にインクを吐出し、記録を行う液滴吐出ヘッド100とで主に構成される。また、液滴吐出ヘッド100にインクを供給するための図示省略のインク供給手段がある。プリント紙110は、ドラム101の軸方向に平行に設けられた紙圧着ローラ103により、ドラム101に圧着して保持されるようになっている。このドラム101の軸方向に平行に設けられている送りネジ104によって液滴吐出ヘッド100が保持されるようになっている。   The droplet discharge device 150 is mainly composed of a drum 101 on which a print paper 110 that is a printing object is supported, and a droplet discharge head 100 that discharges ink to the print paper 110 and performs recording. In addition, there is an ink supply unit (not shown) for supplying ink to the droplet discharge head 100. The print paper 110 is held by being pressed against the drum 101 by a paper press roller 103 provided parallel to the axial direction of the drum 101. The droplet discharge head 100 is held by a feed screw 104 provided parallel to the axial direction of the drum 101.

そして、この送りネジ104が回転することによって液滴吐出ヘッド100がドラム101の軸方向に移動する。一方、ドラム101は、ベルト105等を介してモータ106により回転駆動されるようになっている。また、プリント制御手段107は、印画データ及び制御信号に基づいて送りネジ104及びモータ106を駆動させるようになっている。さらに、プリント制御手段107は、図示省略の発振駆動回路を駆動させて振動板4を制御しながらプリント紙110に印刷を行わせるようになっている。   The droplet discharge head 100 moves in the axial direction of the drum 101 by rotating the feed screw 104. On the other hand, the drum 101 is rotated by a motor 106 via a belt 105 or the like. The print control means 107 drives the feed screw 104 and the motor 106 based on the print data and the control signal. Further, the print control unit 107 is configured to print on the print paper 110 while driving the oscillation drive circuit (not shown) to control the diaphragm 4.

ここでは、液体をインクとしてプリント紙110に吐出するようにしている場合を例に説明したが、これに限定するものではない。たとえば、カラーフィルタとなる基板に吐出させる用途においては、カラーフィルタ用の顔料を含む液体であってもよい。また、有機化合物等の電界発光素子を用いた表示パネル(OLED等)の基板に吐出させる用途においては、発光素子となる化合物を含む液体であってもよい。さらに、基板上に配線する用途においては、導電性金属を含む液体であってもよい。   Here, a case where liquid is ejected as ink onto the print paper 110 has been described as an example, but the present invention is not limited to this. For example, in an application for discharging to a substrate to be a color filter, a liquid containing a color filter pigment may be used. Moreover, in the use discharged to the board | substrate of the display panel (OLED etc.) using electroluminescent elements, such as an organic compound, the liquid containing the compound used as a light emitting element may be sufficient. Furthermore, in the use for wiring on a substrate, a liquid containing a conductive metal may be used.

一方、液滴吐出ヘッド100をディスペンサとし、生体分子のマイクロアレイとなる基板に吐出する用途に用いる場合では、DNA(Deoxyribo Nucleic Acids:デオキシリボ核酸)や、RNA(Ribo Nucleic Acid:リボ核酸)、PNA(Peptide Nucleic Acids:ペプチド核酸)等のタンパク質プローブを含む液体を吐出させるようにしてもよい。その他、布等の染料の吐出等にも利用することができる。   On the other hand, when the droplet discharge head 100 is used as a dispenser and is used for discharging onto a substrate that is a microarray of biomolecules, DNA (Deoxyribo Nucleic Acids), RNA (Ribo Nucleic Acid), PNA (Phosphorus Nucleic Acid). You may make it discharge the liquid containing protein probes, such as Peptide Nucleic Acids (peptide nucleic acid). In addition, it can also be used for discharging dyes such as cloth.

この実施の形態では、液滴吐出ヘッド100が電極基板4、キャビティ基板3、リザーバ基板2及びノズル基板1の4つの基板が積層されて構成されている場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。たとえば、圧力室7とリザーバ10とを同一基板に形成し、3つの基板が積層されて構成される液滴吐出ヘッドについても適用することができる。   In this embodiment, the case where the droplet discharge head 100 is configured by stacking four substrates of the electrode substrate 4, the cavity substrate 3, the reservoir substrate 2, and the nozzle substrate 1 has been described as an example. Is not to be done. For example, the present invention can also be applied to a droplet discharge head in which the pressure chamber 7 and the reservoir 10 are formed on the same substrate and three substrates are stacked.

実施の形態に係る液滴吐出ヘッド分解した状態を示す分解斜視図である。FIG. 3 is an exploded perspective view showing a state in which the droplet discharge head according to the embodiment is disassembled. 液滴吐出ヘッドが組み立てられた状態のA−A’断面図である。It is A-A 'sectional view in the state where a droplet discharge head was assembled. 供給孔と圧力室との関係を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the relationship between a supply hole and a pressure chamber. インク流路の断面積と流路抵抗との関係の調査結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the investigation result of the relationship between the cross-sectional area of an ink flow path, and flow path resistance. インク流路内を流れるインクの流速を示すシミュレーション図である。It is a simulation figure which shows the flow velocity of the ink which flows through the inside of an ink flow path. インク流路内を流れるインクの流速を示すシミュレーション図である。It is a simulation figure which shows the flow velocity of the ink which flows through the inside of an ink flow path. インク流路内を流れるインクの流速を示すシミュレーション図である。It is a simulation figure which shows the flow velocity of the ink which flows through the inside of an ink flow path. 液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置の一例を示した斜視図である。It is the perspective view which showed an example of the droplet discharge apparatus carrying a droplet discharge head. 液滴吐出装置の主要な構成手段の一例を表す図である。It is a figure showing an example of the main structural means of a droplet discharge apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1 ノズル基板、2 リザーバ基板、3 キャビティ基板、4 電極基板、5 ノズル孔、6 ノズル連通孔、7 圧力室、8 振動板、9 供給孔、10 リザーバ、11 インク供給孔、12 凹部(ガラス溝)、13 ギャップ(振動室)、14 封止部材、15 ドライバIC、16 共通電極、17 個別電極、17a リード部、17b 端子部、20 IC入力実装部、21 FPC実装部、22 第1の穴部、23 第2の穴部、24 収容部、100 液滴吐出ヘッド、101 ドラム、103 紙圧着ローラ、104 送りネジ、105 ベルト、106 モータ、107 プリント制御手段、110 プリント紙、150 液滴吐出装置。
1 nozzle substrate, 2 reservoir substrate, 3 cavity substrate, 4 electrode substrate, 5 nozzle hole, 6 nozzle communication hole, 7 pressure chamber, 8 diaphragm, 9 supply hole, 10 reservoir, 11 ink supply hole, 12 recess (glass groove) ), 13 Gap (vibration chamber), 14 Sealing member, 15 Driver IC, 16 Common electrode, 17 Individual electrode, 17a Lead part, 17b Terminal part, 20 IC input mounting part, 21 FPC mounting part, 22 First hole Part, 23 second hole part, 24 container part, 100 droplet discharge head, 101 drum, 103 paper pressure roller, 104 feed screw, 105 belt, 106 motor, 107 print control means, 110 print paper, 150 droplet discharge apparatus.

Claims (6)

底壁が振動板を形成し液滴を溜めて吐出させる圧力室が形成されたキャビティ基板と、
前記振動板に対向し前記振動板を駆動する個別電極が形成された電極基板と、
前記圧力室に液滴を供給するリザーバ、前記リザーバから前記圧力室へ液滴を移送するための供給孔、及び前記圧力室からノズル孔へ液滴を移送するノズル連通孔を有するリザーバ基板とが積層されて構成される液滴吐出ヘッドであって、
前記圧力室の流路断面の面積をS0、
前記供給孔から前記圧力室へ通じる連絡路の流路断面の面積をS1、
前記供給孔の流路断面の面積をS2としたとき、
S2>S1>S0となるようにインク流路を形成した
ことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
A cavity substrate on which a bottom wall forms a vibration plate and a pressure chamber for storing and discharging droplets is formed;
An electrode substrate formed with individual electrodes facing the diaphragm and driving the diaphragm;
A reservoir substrate having a reservoir for supplying droplets to the pressure chamber, a supply hole for transferring droplets from the reservoir to the pressure chamber, and a nozzle communication hole for transferring droplets from the pressure chamber to the nozzle holes; A droplet discharge head configured by being laminated,
The area of the flow passage cross section of the pressure chamber is S0,
The area of the cross section of the communication path that leads from the supply hole to the pressure chamber is S1,
When the area of the cross section of the flow path of the supply hole is S2,
An ink flow path is formed so as to satisfy S2>S1> S0.
底壁が振動板を形成し液滴を溜めて吐出させる圧力室が形成されたキャビティ基板と、
前記振動板に対向し前記振動板を駆動する個別電極が形成された電極基板と、
前記圧力室に液滴を供給するリザーバ、前記リザーバから前記圧力室へ液滴を移送するための供給孔、及び前記圧力室からノズル孔へ液滴を移送するノズル連通孔を有するリザーバ基板とが積層されて構成される液滴吐出ヘッドであって、
前記圧力室の流路断面の面積をS0、
前記供給孔から前記圧力室へ通じる連絡路の流路断面の面積をS1、
前記供給孔の流路断面の面積をS2としたとき、
S2<S1<S0となるようにインクの流路を形成した
ことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
A cavity substrate on which a bottom wall forms a vibration plate and a pressure chamber for storing and discharging droplets is formed;
An electrode substrate formed with individual electrodes facing the diaphragm and driving the diaphragm;
A reservoir substrate having a reservoir for supplying droplets to the pressure chamber, a supply hole for transferring droplets from the reservoir to the pressure chamber, and a nozzle communication hole for transferring droplets from the pressure chamber to the nozzle holes; A droplet discharge head configured by being laminated,
The area of the flow passage cross section of the pressure chamber is S0,
The area of the cross section of the communication path that leads from the supply hole to the pressure chamber is S1,
When the area of the cross section of the flow path of the supply hole is S2,
A liquid droplet ejection head, wherein an ink flow path is formed so that S2 <S1 <S0.
前記リザーバ基板における前記供給孔の平面形状を前記圧力室の長辺方向に引き延ばして長穴形状とした
ことを特徴とする請求項1または2に記載の液滴吐出ヘッド。
3. The droplet discharge head according to claim 1, wherein a planar shape of the supply hole in the reservoir substrate is elongated in a long side direction of the pressure chamber to have a long hole shape.
前記供給孔を、
その供給孔から液滴を移送する圧力室に対して1つとした
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
The supply hole,
The droplet discharge head according to any one of claims 1 to 3, wherein the number of the pressure chambers is one for the droplets transferred from the supply hole.
前記供給孔から前記圧力室へ通じる連絡路の流路断面の面積S1が、
前記圧力室の流路断面の面積S0の0.85倍よりも小さく、
前記供給孔の流路断面の面積S2の1.05倍よりも大きくして形成した
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
The area S1 of the cross-section of the communication path that leads from the supply hole to the pressure chamber is:
Smaller than 0.85 times the area S0 of the flow path cross section of the pressure chamber,
The droplet discharge head according to claim 1, wherein the droplet discharge head is formed to be larger than 1.05 times the area S2 of the flow path cross section of the supply hole.
前記請求項1〜5のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを備えた
ことを特徴とする液滴吐出装置。
A droplet discharge apparatus comprising the droplet discharge head according to claim 1.
JP2005371647A 2005-12-26 2005-12-26 Droplet discharge head and droplet discharge apparatus Withdrawn JP2007168352A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005371647A JP2007168352A (en) 2005-12-26 2005-12-26 Droplet discharge head and droplet discharge apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005371647A JP2007168352A (en) 2005-12-26 2005-12-26 Droplet discharge head and droplet discharge apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2007168352A true JP2007168352A (en) 2007-07-05

Family

ID=38295542

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005371647A Withdrawn JP2007168352A (en) 2005-12-26 2005-12-26 Droplet discharge head and droplet discharge apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2007168352A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016137677A (en) * 2015-01-29 2016-08-04 セイコーエプソン株式会社 Liquid jet head and liquid jet device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016137677A (en) * 2015-01-29 2016-08-04 セイコーエプソン株式会社 Liquid jet head and liquid jet device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101391808B1 (en) Piezoelectric inkjet head
KR100738117B1 (en) Piezoelectric inkjet printheads
JP4367499B2 (en) Droplet discharge head, manufacturing method thereof, and droplet discharge apparatus
CN101164783A (en) Droplet discharging head and droplet discharging apparatus
CN103660577B (en) Liquid ejecting head and liquid ejecting apparatus
JP2007168352A (en) Droplet discharge head and droplet discharge apparatus
JP2001010040A (en) Inkjet head
JP6307890B2 (en) Flow path unit, liquid ejecting head, liquid ejecting apparatus
JP2007331167A (en) Droplet discharge head, droplet discharge device, method for manufacturing droplet discharge head, and method for manufacturing droplet discharge device
JP2008207493A (en) Droplet discharge head, method for manufacturing droplet discharge head, and droplet discharge apparatus
JP2005153248A (en) Droplet discharge head and droplet discharge apparatus
JP2009269331A (en) Liquid droplet discharge head, liquid droplet discharge device and method for manufacturing liquid droplet discharge head
JP2007137015A (en) Droplet discharge head, droplet discharge device, method for manufacturing droplet discharge head, and method for manufacturing droplet discharge device
JP2009226905A (en) Liquid droplet discharging head and liquid droplet discharging apparatus
JP2009285931A (en) Droplet ejecting head and droplet ejector
JP4151226B2 (en) Inkjet head
JP2007021988A (en) Droplet discharge head, manufacturing method thereof, and droplet discharge apparatus
JP2010036466A (en) Liquid droplet discharging head, apparatus for discharging liquid droplet and method for producing liquid droplet discharging head
JP2017128098A (en) Inkjet head
JP2009285984A (en) Droplet ejecting head, droplet ejector, and manufacturing method of droplet ejecting head
JP2009012446A (en) Droplet discharge head and droplet discharge apparatus
JPH10193600A (en) Inkjet head
JP2006103167A (en) Droplet discharge head, manufacturing method thereof, and droplet discharge apparatus
JP2008044170A (en) Droplet discharge head and droplet discharge apparatus
JP2007223190A (en) Droplet discharge head and droplet discharge apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20090303