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JP2008137255A - Inkjet head - Google Patents

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JP2008137255A
JP2008137255A JP2006325272A JP2006325272A JP2008137255A JP 2008137255 A JP2008137255 A JP 2008137255A JP 2006325272 A JP2006325272 A JP 2006325272A JP 2006325272 A JP2006325272 A JP 2006325272A JP 2008137255 A JP2008137255 A JP 2008137255A
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JP
Japan
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head
inkjet head
longitudinal direction
temperature gradient
pressure chamber
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2006325272A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Atsushi Kitabayashi
厚史 北林
Hidetaka Hanaoka
英孝 花岡
Kanji Hayashi
寛二 林
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.)
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Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
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Publication of JP2008137255A publication Critical patent/JP2008137255A/en
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To control a decline in pattern accuracy caused by the distortion of a head. <P>SOLUTION: An inkjet head 10 is divided by bulkheads, and two or more pressure chambers communicating with a liquid material source by a common channel are arranged in the longitudinal direction. The surface of one side of the inkjet head is the 1st plate-like element which has a nozzle for discharging the liquid material filling the pressure chamber, and the surface of the other side is the 2nd plate-like elastically-deformable element wherein a pressure generating element 60 is arranged at the side opposite to each pressure chamber. The inkjet head has a Peltier element 300 which is used as a temperature gradient giving means for making the temperature of the end of the longitudinal direction lower than the one of the center part of the longitudinal direction. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、ピエゾ素子等の圧力発生素子を用いて、インク等の液材からなる液滴を吐出して記録媒体上にパターンを形成するインクジェット装置のインクジェットヘッドに関する。   The present invention relates to an ink jet head of an ink jet apparatus that forms a pattern on a recording medium by ejecting droplets made of a liquid material such as ink using a pressure generating element such as a piezo element.

従来の圧力発生素子を用いてインクを吐出するインクジェットヘッドは、例えば特許文献1に示すように、複数のノズルを長手方向に配列したノズルプレートと、圧力発生素子を当該ノズルと同様に長手方向に配列した振動板、および上記ノズルプレートと上記振動板との間に配列される、各々が隔壁で区画された圧力室と、で形成されている。圧力発生素子の作用により振動板を撓ませて圧力室内を加圧し、当該圧力により、ノズルからインク等の液材からなる液滴(以下、「液滴」と称する。)を吐出する。   An ink jet head that ejects ink using a conventional pressure generating element includes, for example, a nozzle plate in which a plurality of nozzles are arranged in the longitudinal direction and a pressure generating element in the longitudinal direction, as in the case of the nozzle, as disclosed in Patent Document 1. The diaphragms are arranged, and pressure chambers arranged between the nozzle plate and the diaphragm, each partitioned by a partition wall. The diaphragm is bent by the action of the pressure generating element to pressurize the pressure chamber, and a droplet made of a liquid material such as ink (hereinafter referred to as “droplet”) is discharged from the nozzle by the pressure.

特開2002−234157号公報JP 2002-234157 A

しかし上記構成のインクジェットヘッド(以下、「ヘッド」と称する。)においては、振動板を撓ませて圧力室内を加圧すると、ノズルプレートも撓むことが有り得る。ノズルプレートが撓むと、圧力室の容積変化が抑制されるため、液滴の吐出量が減少する。
ヘッドの、上記長手方向における端部は、圧力室等の空洞部が形成されていないので、比較的高い剛性を有している。一方、中央部では、ノズルプレートと振動板との間は空洞部(圧力室)の占める領域が多いため、剛性が低く撓み易い構造となっている。したがって、上述する吐出量の減少はヘッドの端部に比べて中央部の方が大きくなり、ヘッドの長手方向における吐出量のばらつきが生じ得る。そして当該ばらつきは、記録媒体上に形成されるパターンの精度(品質)等の低下要因となっていた。
However, in the ink jet head having the above configuration (hereinafter referred to as “head”), if the diaphragm is bent and the pressure chamber is pressurized, the nozzle plate may also be bent. When the nozzle plate is bent, the volume change of the pressure chamber is suppressed, so that the discharge amount of the droplet is reduced.
The end of the head in the longitudinal direction has a relatively high rigidity because a cavity such as a pressure chamber is not formed. On the other hand, in the central part, since there are many areas occupied by the cavity (pressure chamber) between the nozzle plate and the diaphragm, the structure is low in rigidity and easily bent. Therefore, the above-described decrease in the discharge amount is greater in the central portion than in the end portion of the head, and the discharge amount may vary in the longitudinal direction of the head. The variation has been a cause of a decrease in the accuracy (quality) of the pattern formed on the recording medium.

上記課題を解決するために、本発明のヘッドは、隔壁により区切られ、共通流路で液材供給源と連通する複数の圧力室が長手方向に配列されており、一方の面は上記圧力室に充填されている液材を吐出するノズルが形成された第1の板状部材であり、他方の面は各々の上記圧力室の対面に圧力発生素子が配置されている弾性変形可能な第2の板状部材であるヘッドであって、上記長手方向の端部の温度を、当該方向の中央部の温度に比べて低くする温度勾配付与手段を有することを特徴とする。   In order to solve the above problems, the head of the present invention is partitioned by a partition, and a plurality of pressure chambers communicating with a liquid material supply source are arranged in a longitudinal direction in a common flow path, and one surface is the pressure chamber Is a first plate-like member in which a nozzle for discharging the liquid material filled therein is formed, and the other surface is an elastically deformable second member in which a pressure generating element is arranged opposite to each of the pressure chambers. The head is a plate-like member having a temperature gradient applying means for lowering the temperature at the end in the longitudinal direction as compared with the temperature at the center in the direction.

上記圧力素子により上記圧力室が加圧されると、上記第1の板状部材は端部を支点として加圧される方向に撓む傾向にある。そのため、中央部の圧力室は容積の変化量が低下して吐出量も低下する。
一方、液材は一般的に温度が低下すると粘度が上昇する。そのため、上記液材の温度を低下させると、上記圧力素子の加圧量に対する吐出量の比率が低下する。したがって、上述するようにヘッドの端部の温度を中央部の温度に比べて低くすることにより、上記第1の板状部材の撓みによる吐出量の差を補填して上記長手方向における吐出量のばらつきを抑制し、記録媒体上に形成するパターンの精度を向上できる。
When the pressure chamber is pressurized by the pressure element, the first plate-shaped member tends to bend in the direction of being pressurized with the end portion as a fulcrum. For this reason, the amount of change in the volume of the pressure chamber in the central portion is reduced and the discharge amount is also reduced.
On the other hand, the viscosity of the liquid material generally increases as the temperature decreases. Therefore, when the temperature of the liquid material is lowered, the ratio of the discharge amount to the pressurization amount of the pressure element is lowered. Therefore, as described above, by lowering the temperature of the end of the head as compared with the temperature of the central portion, the difference in the discharge amount due to the bending of the first plate-like member is compensated, and the discharge amount in the longitudinal direction is compensated. Variations can be suppressed and the accuracy of the pattern formed on the recording medium can be improved.

好ましくは、上記温度勾配付与手段は、上記端部を冷却する冷却手段と上記中央部を加熱する加熱手段の少なくともどちらか一方を含むことを特徴とする。
かかる構成により上記端部の冷却と上記中央部の加熱のどちらか一方は可能となるため、ヘッドの長手方向に温度勾配を付与できる。また上記端部の冷却と上記中央部の加熱の双方を同時に実施して急な勾配をつけることもできるため、上記第1の板状部材の剛性が不足している場合にも対処できる。
Preferably, the temperature gradient applying means includes at least one of a cooling means for cooling the end portion and a heating means for heating the center portion.
With this configuration, either the cooling of the end portion or the heating of the central portion can be performed, so that a temperature gradient can be applied in the longitudinal direction of the head. In addition, since both the cooling of the end portion and the heating of the central portion can be performed simultaneously to form a steep gradient, it is possible to cope with the case where the rigidity of the first plate member is insufficient.

また、好ましくは、上記冷却手段および/または上記加熱手段がペルチェ素子である。
ペルチェ素子は通電により作動するため、冷媒用の配管等を別途設けることなく冷却および/または加熱が可能である。したがって、構成を複雑化せずにヘッドに温度勾配を付与できる。
Preferably, the cooling means and / or the heating means is a Peltier element.
Since the Peltier element operates by energization, it can be cooled and / or heated without providing a refrigerant pipe or the like separately. Therefore, a temperature gradient can be applied to the head without complicating the configuration.

また、上記加熱手段は電熱ヒータでも良い。
電熱ヒータも通電により作動するため、構成を複雑化せずにヘッドに温度勾配を付与できる。
The heating means may be an electric heater.
Since the electric heater also operates by energization, a temperature gradient can be applied to the head without complicating the configuration.

また、好ましくは、上記端部における上記ノズルから吐出される液材の量、および上記中央部における上記ノズルから吐出される液材の量を測定する吐出量測定手段をさらに有し、上記双方の吐出量が略同一となるように上記温度勾配を設定することを特徴とする。
上記第1の板状部材の撓みによる吐出量の変化に合せてヘッドの冷却および/または加熱を行えるため、より一層吐出量のばらつきを抑制し、記録媒体上に形成するパターンを向上できる。
Preferably, the apparatus further comprises discharge amount measuring means for measuring the amount of liquid material discharged from the nozzle at the end portion and the amount of liquid material discharged from the nozzle at the center portion. The temperature gradient is set so that the discharge amounts are substantially the same.
Since the head can be cooled and / or heated in accordance with the change in the ejection amount due to the bending of the first plate member, the variation in the ejection amount can be further suppressed and the pattern formed on the recording medium can be improved.

また、好ましくは、上記温度勾配付与手段が、ヘッドの長手方向の全域に渡り配置されている。
かかる構成により、ヘッドの長手方向の全域に渡り上記第1の板状部材の撓みによる吐出量の差を補填できる。したがって、吐出量のばらつきをより一層抑制し、記録媒体上に形成するパターンをより一層向上できる。
Preferably, the temperature gradient applying means is arranged over the entire area in the longitudinal direction of the head.
With such a configuration, it is possible to compensate for the difference in the discharge amount due to the bending of the first plate-like member over the entire area in the longitudinal direction of the head. Therefore, it is possible to further suppress the variation in the ejection amount and further improve the pattern formed on the recording medium.

以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。本発明の実施形態はヘッドに温度勾配を付与する手段を別途組み込むものであり、ヘッドの内部構成は従来のものと実質的に異なる点はない。そこで、まず図1〜図2を用いて、ヘッドの構成とヘッドの撓みについて述べる。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to the drawings. The embodiment of the present invention separately incorporates a means for imparting a temperature gradient to the head, and the internal configuration of the head is not substantially different from the conventional one. First, the configuration of the head and the deflection of the head will be described with reference to FIGS.

図1は、本実施形態の対象のヘッド10の一部を、当該ヘッドを構成する主要部材である第1の板状部材としてのノズルプレート20、圧力室基板30、および第2の板状部材としての振動板40に分けて示す斜視図である。圧力室52および共通流路54等が形成された圧力室基板30の上面および下面には、振動板40およびノズルプレート20がそれぞれ接合されてヘッド10となる。圧力室52等の数はX軸方向に120個ないし360個連続している。そして、図示する構造が中心線56を挟んで対称となるように連続して形成されている。したがって、実際の圧力室52等の数は240個ないし720個である。なお、上記X軸方向が長手方向である。   FIG. 1 shows a part of a target head 10 according to the present embodiment, a nozzle plate 20, a pressure chamber substrate 30, and a second plate member as a first plate member which is a main member constituting the head. It is a perspective view divided and shown in the diaphragm 40 as. The vibration plate 40 and the nozzle plate 20 are joined to the upper surface and the lower surface of the pressure chamber substrate 30 in which the pressure chamber 52, the common flow path 54, and the like are formed to form the head 10. The number of pressure chambers 52 and the like is 120 to 360 in the X-axis direction. The illustrated structure is continuously formed so as to be symmetric with respect to the center line 56. Accordingly, the actual number of pressure chambers 52 is 240 to 720. The X-axis direction is the longitudinal direction.

圧力室基板30は、所定の厚さのシリコン基板であり、一部の領域が裏面まで貫通するように選択的にエッチング除去され、残る部分が隔壁50となっている。そして当該領域が、後述する振動板40、およびノズルプレート20で上下から挟まれて圧力室52、共通流路54等となっている。   The pressure chamber substrate 30 is a silicon substrate having a predetermined thickness. The pressure chamber substrate 30 is selectively removed by etching so that a portion of the pressure chamber substrate 30 penetrates to the back surface, and the remaining portion is the partition wall 50. The region is sandwiched from above and below by a diaphragm 40 and a nozzle plate 20, which will be described later, and serves as a pressure chamber 52, a common channel 54, and the like.

振動板40は弾性変形可能な板状部材であり、弾性膜42と、圧力発生素子としてのピエゾ素子60の下電極膜62を電気的に絶縁するための絶縁体膜44とを積層して形成されている。そして、各々の圧力室52に対応する位置に共通電極である下電極膜62を介してピエゾ素子60が配置されている。   The vibration plate 40 is an elastically deformable plate member, and is formed by laminating an elastic film 42 and an insulator film 44 for electrically insulating the lower electrode film 62 of the piezoelectric element 60 as a pressure generating element. Has been. Piezo elements 60 are arranged at positions corresponding to the respective pressure chambers 52 via lower electrode films 62 that are common electrodes.

ピエゾ素子60は、強誘電体薄膜64および上部電極66等からなり、上部電極66からはリード電極68が引き出されている。リード電極68は、図示しないヘッド制御機構と導通しており、個々のピエゾ素子60に独立して電圧を印加できる。ピエゾ素子60に電圧を印加して振動板40を圧力室52の容積を小さくする方向に撓ませることができ、また、反対方向に電圧を印加して、振動板40を圧力室52の容積を大きくする方向に撓ませることもできる。   The piezo element 60 includes a ferroelectric thin film 64, an upper electrode 66, and the like, and a lead electrode 68 is drawn from the upper electrode 66. The lead electrode 68 is electrically connected to a head control mechanism (not shown), and can apply a voltage independently to each piezo element 60. A voltage can be applied to the piezo element 60 to bend the diaphragm 40 in the direction of decreasing the volume of the pressure chamber 52, and a voltage can be applied in the opposite direction to reduce the volume of the diaphragm 40 to the pressure chamber 52. It can be bent in the direction of increasing.

ノズルプレート20は、各々の圧力室52に対応するようにノズル21が配列された板状部材である。振動板40が圧力室52の容積を小さくする方向に撓むと、圧力室52内に充填されている液材としてのインクが、当該ノズルから液滴として吐出される。また、振動板40が圧力室52の容積を大きくする方向に撓むと、共通流路を介して図示しないインクタンクから圧力室52内にインクが充填される。   The nozzle plate 20 is a plate-like member in which the nozzles 21 are arranged so as to correspond to the respective pressure chambers 52. When the vibration plate 40 bends in a direction to reduce the volume of the pressure chamber 52, ink as a liquid material filled in the pressure chamber 52 is ejected as droplets from the nozzle. Further, when the vibration plate 40 bends in the direction of increasing the volume of the pressure chamber 52, ink is filled into the pressure chamber 52 from an ink tank (not shown) via the common flow path.

振動板40の動作(上下動)を正確に圧力室52の容積変化に置き換えるために、圧力室基板30、およびノズルプレート20は振動板40とは異なり非弾性材料で形成されている。しかし、連続して多数の液滴を吐出する場合は、ノズルプレート20も若干撓み得る。そして当該撓みの程度は、ヘッド10の中央部と端部とで異なる。図2に、ノズルプレート20が撓む態様を示す。   Unlike the diaphragm 40, the pressure chamber substrate 30 and the nozzle plate 20 are made of an inelastic material in order to accurately replace the operation (vertical movement) of the diaphragm 40 with the volume change of the pressure chamber 52. However, when a large number of droplets are ejected continuously, the nozzle plate 20 may be slightly bent. The degree of the bending differs between the central portion and the end portion of the head 10. FIG. 2 shows a state in which the nozzle plate 20 is bent.

図2(a)〜(d)は、ヘッド10を長手方向(図1に示すX軸方向)に沿ってY軸(図1参照、以下も同様)に垂直な面で切断した模式断面図である。図2(a)に示すように、上面が振動板40、下面がノズルプレート20、そして側面が隔壁50で形成される圧力室52が等間隔で配置されている。そして、各々の圧力室52の上面にはピエゾ素子60が配置され、下面にはノズル21が形成されている。ノズル21は11個図示しているが、実際には上述したように240個ないし720個形成されている。圧力室基板端部206も隔壁50として機能しているが、他の領域(例えば中央部)の隔壁50と比べて、幅広く(長手方向に長く)形成されており、ノズルプレート20と振動板40とを、圧力室基板30に強く結合している。   2A to 2D are schematic cross-sectional views in which the head 10 is cut along a longitudinal direction (X-axis direction shown in FIG. 1) along a plane perpendicular to the Y-axis (see FIG. 1, the same applies hereinafter). is there. As shown in FIG. 2A, pressure chambers 52 having an upper surface formed of the diaphragm 40, a lower surface formed of the nozzle plate 20, and a side surface formed of the partition walls 50 are arranged at equal intervals. A piezo element 60 is disposed on the upper surface of each pressure chamber 52, and the nozzle 21 is formed on the lower surface. Although 11 nozzles 21 are illustrated, 240 to 720 nozzles are actually formed as described above. The pressure chamber substrate end portion 206 also functions as the partition wall 50, but is formed wider (longer in the longitudinal direction) than the partition wall 50 in other regions (for example, the central portion), and the nozzle plate 20 and the diaphragm 40. Are strongly coupled to the pressure chamber substrate 30.

図2(b)は、ヘッド中央部202に形成された一群のノズル21から液滴200を吐出するときの、ノズルプレート20に加わる力を示すものである。振動板40が、ピエゾ素子60によりに圧力室52を圧縮する方向に撓むと、充填されているインクにより、ノズルプレート20の中央部を矢印の方向に撓ませる力が働く。その結果、ノズルプレート20は隔壁50から剥離しない範囲で下向きに撓む。   FIG. 2B shows the force applied to the nozzle plate 20 when the droplet 200 is ejected from the group of nozzles 21 formed in the head central portion 202. When the diaphragm 40 is bent in the direction in which the pressure chamber 52 is compressed by the piezo element 60, a force is applied to bend the central portion of the nozzle plate 20 in the direction of the arrow by the filled ink. As a result, the nozzle plate 20 bends downward as long as it does not peel from the partition wall 50.

次に、図2(c)に、ヘッド端部204に形成された一群のノズル21から液滴200を吐出するときの、ノズルプレート20に加わる力を示す。上述の中央部から液滴200を吐出したときと同様に、ヘッド端部204を矢印の方向に撓ませる力が働く。しかし、同じ力が加えられても、ヘッド中央部202とヘッド端部204ではノズルプレート20が撓む程度は異なる。圧力室基板端部206は、上記3枚の基板が広い面積で結合されているため、剛性が高く変形しにくい。したがって、ヘッド端部204ではノズルプレート20の撓みかたが少ない。   Next, FIG. 2C shows the force applied to the nozzle plate 20 when the droplet 200 is ejected from the group of nozzles 21 formed on the head end portion 204. Similar to the case where the droplet 200 is ejected from the central portion described above, a force acts to deflect the head end portion 204 in the direction of the arrow. However, even when the same force is applied, the degree of deflection of the nozzle plate 20 at the head center portion 202 and the head end portion 204 is different. The pressure chamber substrate end portion 206 has a high rigidity and is difficult to be deformed because the three substrates are combined in a wide area. Therefore, the head end portion 204 has little deflection of the nozzle plate 20.

図2(d)は、全てのピエゾ素子60に同時に電圧を印加して振動板40を動作させ、全てのノズル21から同時に液滴200を吐出したときの、ノズルプレート20の撓む態様を模式的に示すものである。各々の圧力室52内に生じる力を矢印で示している。   FIG. 2D schematically shows a state in which the nozzle plate 20 bends when a voltage is simultaneously applied to all the piezo elements 60 to operate the diaphragm 40 and the droplets 200 are simultaneously ejected from all the nozzles 21. It is shown as an example. The force generated in each pressure chamber 52 is indicated by an arrow.

上記の力の大きさは、ヘッド中央部202もヘッド端部204も同一であるが、ノズルプレート20の変形の度合いはヘッド中央部202の方が大きい。したがって、ノズルプレート20は、下向きに円弧状に撓む。そのため、ピエゾ素子60に同一の電圧を印加した場合でも、ヘッド中央部202の圧力室容積の変動は低下して、液滴200の吐出量も低下する。つまり、ヘッド中央部202とヘッド端部204で吐出量のばらつきが生じ得る。本発明は、ヘッド10に温度勾配を付与し、インク粘度の温度依存性を利用して上記のばらつきを抑制するものである。   The magnitude of the force is the same in the head central portion 202 and the head end portion 204, but the degree of deformation of the nozzle plate 20 is larger in the head central portion 202. Therefore, the nozzle plate 20 bends downward in an arc shape. Therefore, even when the same voltage is applied to the piezo element 60, the variation in the pressure chamber volume of the head central portion 202 is reduced, and the ejection amount of the droplet 200 is also reduced. That is, the ejection amount may vary between the head center portion 202 and the head end portion 204. In the present invention, a temperature gradient is applied to the head 10 and the above-described variation is suppressed by utilizing the temperature dependence of the ink viscosity.

(第1の実施形態)
図3に、本発明の第1の実施形態にかかるヘッド10を示す。Y軸方向から見た外観を模式的に示す図である。本実施形態にかかるヘッド10は、端部の側面(Y軸に垂直な面)に温度勾配付与手段としてのペルチェ素子300が貼付(配置)されていることが特徴である。ペルチェ素子300は、通電すると、一方の面(以下、「表面」と称する。)で吸収した熱を他方の面(以下、「裏面」と称する。)から放熱する。したがって、表面を貼付すると、当該貼付領域を冷却できる。
(First embodiment)
FIG. 3 shows the head 10 according to the first embodiment of the present invention. It is a figure which shows typically the external appearance seen from the Y-axis direction. The head 10 according to the present embodiment is characterized in that a Peltier element 300 as a temperature gradient applying unit is attached (arranged) to a side surface (a surface perpendicular to the Y axis) of the end portion. When energized, the Peltier element 300 dissipates heat absorbed by one surface (hereinafter referred to as “front surface”) from the other surface (hereinafter referred to as “back surface”). Therefore, when the surface is stuck, the sticking area can be cooled.

図示するようにヘッド10の両方の端部にペルチェ素子300の表面を貼付して、パターン形成時には当該素子に電源302から通電して当該端部を冷却する。ヘッド10を形成する部材の熱伝導によりヘッド10全体に温度勾配が生じる。すなわち、ヘッド中央部からヘッド端部にかけて緩やかに温度が低下する状態となる。そして、ペルチェ素子300は電気的に駆動されるため精密な温度制御が可能であり、インクジェット装置に設けた電源と導通する配線304を設けるのみで、任意の温度勾配を設定できる。   As shown in the drawing, the surface of the Peltier element 300 is attached to both ends of the head 10, and when the pattern is formed, the element is energized from the power supply 302 to cool the end. A temperature gradient is generated in the entire head 10 due to heat conduction of the members forming the head 10. That is, the temperature gradually decreases from the center of the head to the end of the head. Since the Peltier element 300 is electrically driven, precise temperature control is possible, and an arbitrary temperature gradient can be set only by providing the wiring 304 that is electrically connected to the power source provided in the ink jet apparatus.

ノズル21から吐出されるインクは、揮発性の溶媒にパターン形成材料を溶解若しくは分散している。上記溶媒の粘度は一般的に液温と負の相関関係にあり、液温が低下すると粘度は増加する。そして液滴を同一のノズル21から同一の力で吐出させる場合、粘度が高いほど吐出量も低下する。したがって、上述するような温度勾配を付与すると、パターン形成時に生じるノズルプレート20の撓みによるヘッド中央部の吐出量の低下を補填する(打ち消す)ことにより、ヘッドの長手方向に置ける吐出量のばらつきを抑制し、高精度のパターンを形成できる。   The ink ejected from the nozzles 21 has a pattern forming material dissolved or dispersed in a volatile solvent. The viscosity of the solvent generally has a negative correlation with the liquid temperature, and the viscosity increases as the liquid temperature decreases. When droplets are discharged from the same nozzle 21 with the same force, the discharge amount decreases as the viscosity increases. Therefore, when the temperature gradient as described above is applied, the discharge amount variation in the longitudinal direction of the head is compensated by compensating (canceling) the decrease in the discharge amount at the center of the head due to the deflection of the nozzle plate 20 that occurs during pattern formation. It can suppress and can form a highly accurate pattern.

また、基板上に多数の液滴を吐出して比較的広いパターンを形成する場合において、着弾した液滴は液滴群の外側の液滴から自然乾燥が進むが、ヘッド10から吐出された液滴群の外側に比べてヘッド中央部の液滴の温度が相対的に高いことから、着弾した液滴群の自然乾燥がより均一に進む。したがって、膜厚の均一性が向上したパターンを得ることができる。
さらに、将来的に起こり得る、ヘッド10の高密度化によるノズル間隔(ピッチ)の縮小と、それに伴う圧力室基板30に占める隔壁50の割合の低下、及びヘッド10の剛性の低下にも対応できる。
Further, when a relatively wide pattern is formed by discharging a large number of droplets on the substrate, the landed droplets naturally dry from the droplets outside the droplet group, but the liquid discharged from the head 10 Since the temperature of the droplet at the center of the head is relatively higher than the outside of the droplet group, the natural drying of the landed droplet group proceeds more uniformly. Therefore, a pattern with improved film thickness uniformity can be obtained.
Furthermore, it is possible to cope with the reduction in the nozzle interval (pitch) due to the higher density of the head 10, the lowering of the ratio of the partition wall 50 in the pressure chamber substrate 30 and the lowering of the rigidity of the head 10 that may occur in the future. .

なお、図3では、ヘッド10の側面の一方を図示しているが、反対側にもペルチェ素子300を貼付して両面から冷却しても良い。また、ペルチェ素子300をそれぞれ個別の電源302と接続しているが、1つの電源302で双方のペルチェ素子300を動作させても良い。   In FIG. 3, one of the side surfaces of the head 10 is illustrated, but a Peltier element 300 may be attached to the opposite side to cool from both sides. Further, although each Peltier element 300 is connected to an individual power source 302, both Peltier elements 300 may be operated by one power source 302.

(第2の実施形態)
図4に、本発明の第2の実施形態にかかるヘッド10を示す。上記第1の実施形態と同様に、Y軸方向から見た外観を模式的に示す図である。
本実施形態にかかるヘッド10は、ヘッド端部の側面(Y軸に垂直な面)にペルチェ素子300が貼付されていると共に、ヘッド中央部にもペルチェ素子300が貼付されている。ヘッド端部のペルチェ素子300は第1の実施形態と同様に表面が貼付され、貼付された領域を冷却している。一方、ヘッド中央部のペルチェ素子300は裏面が貼付され、貼付された領域を加熱している。つまり本実施形態のヘッド10はヘッド端部を冷却しつつヘッド中央部を加熱することができるため、ヘッド端部の冷却のみを行うヘッド10に比べてより一層急な傾斜の温度勾配を設定できる。その結果、より一層高密度化したヘッド10を用いる場合においてもノズルプレート20の撓みを補正でき、より一層高精細なパターンを形成できる。
(Second Embodiment)
FIG. 4 shows a head 10 according to a second embodiment of the present invention. It is a figure which shows typically the external appearance seen from the Y-axis direction similarly to the said 1st Embodiment.
In the head 10 according to the present embodiment, the Peltier element 300 is attached to the side surface (surface perpendicular to the Y axis) of the head end portion, and the Peltier element 300 is also attached to the center of the head. The surface of the Peltier element 300 at the head end is affixed similarly to the first embodiment, and the affixed area is cooled. On the other hand, the back surface of the Peltier element 300 at the center of the head is affixed to heat the affixed area. In other words, since the head 10 of the present embodiment can heat the center of the head while cooling the head end, it is possible to set a steeper temperature gradient than the head 10 that only cools the head end. . As a result, even when the head 10 having a higher density is used, the deflection of the nozzle plate 20 can be corrected, and a higher definition pattern can be formed.

(第3の実施形態)
図5に、本発明の第3の実施形態にかかるヘッド10を示す。上記第1の実施形態と同様に、Y軸方向から見た外観を模式的に示す図である。
本実施形態のヘッド10は、ヘッド端部以外の領域にもペルチェ素子300を貼付していることが特徴である。ヘッド10の側面を長手方向に7ブロックに分割して、中央のブロックを除く6ブロックにペルチェ素子300を貼付している。そして、中央を挟んで対象の位置にあるペルチェ素子300毎に組み合わせて、それぞれ独立に制御(駆動)している。
(Third embodiment)
FIG. 5 shows a head 10 according to a third embodiment of the present invention. It is a figure which shows typically the external appearance seen from the Y-axis direction similarly to the said 1st Embodiment.
The head 10 of the present embodiment is characterized in that the Peltier element 300 is attached to an area other than the head end. The side surface of the head 10 is divided into seven blocks in the longitudinal direction, and the Peltier element 300 is attached to six blocks excluding the central block. In addition, each Peltier element 300 at the target position across the center is combined and controlled (driven) independently.

ヘッド10の熱伝導性を利用するのではなく、長手方向全域に温度勾配付与手段を設けることで、ヘッド端部のみ冷却を行うヘッドに比べてより一層細かく温度勾配を設定できる。その結果、ノズルプレート20の撓みによる液滴の吐出量の変動をより一層抑制でき、より一層高精細なパターンを形成できる。   Rather than using the thermal conductivity of the head 10, the temperature gradient can be set more finely than the head that cools only the head end portion by providing a temperature gradient applying means in the entire longitudinal direction. As a result, it is possible to further suppress fluctuations in the discharge amount of the droplets due to the deflection of the nozzle plate 20, and to form a higher definition pattern.

(第4の実施形態)
図6に、本発明の第4の実施形態にかかるヘッド10を、インクジェット装置を構成する他の要素を含めて示す。ヘッド10はヘッド駆動軸602に沿って移動して、任意の位置で液滴を吐出できる。少なくともヘッド端部にはペルチェ素子が配置されており、上述第1〜第3の実施形態と同様に温度勾配を付与できる。
記録媒体搬送ユニット604は、記録媒体606を載置して、搬送ユニット駆動軸608に沿ってヘッド駆動軸602の垂直方向に移動する。液滴重量測定ユニット610は、ヘッド10から吐出する液滴の重量を測定できる。
(Fourth embodiment)
FIG. 6 shows a head 10 according to a fourth embodiment of the present invention including other elements constituting the ink jet apparatus. The head 10 moves along the head driving shaft 602 and can eject droplets at an arbitrary position. A Peltier element is disposed at least at the head end, and a temperature gradient can be applied in the same manner as in the first to third embodiments.
The recording medium transport unit 604 mounts the recording medium 606 and moves in the vertical direction of the head drive shaft 602 along the transport unit drive shaft 608. The droplet weight measurement unit 610 can measure the weight of droplets ejected from the head 10.

本実施形態のヘッド10は記録媒体606上に液滴を吐出する直前に、ヘッド10を長手方向にいくつかのブロックに分割して、当該ブロックに配置されているノズルから吐出される液滴量を測定し、当該測定結果の基づいて、ペルチェ素子300に印加する電圧を制御して温度勾配を設定する。実測値に基づいて温度勾配を付与するため、ノズルプレートの撓みによる液滴の吐出量の変動をより一層抑制でき、より一層高精細なパターンを形成できる。   The head 10 of the present embodiment divides the head 10 into several blocks in the longitudinal direction immediately before ejecting droplets onto the recording medium 606, and the amount of droplets ejected from the nozzles arranged in the blocks. , And a temperature gradient is set by controlling the voltage applied to the Peltier device 300 based on the measurement result. Since the temperature gradient is applied based on the actually measured values, fluctuations in the droplet discharge amount due to the deflection of the nozzle plate can be further suppressed, and a higher definition pattern can be formed.

(変形例1)
上記各実施形態では、ペルチェ素子300をヘッド10の(Y軸に垂直な面)に貼付している。しかし、ペルチェ素子300を配置可能な面は上述の面に限定されるものではない。図7に、他の面に配置した態様を示す。
(Modification 1)
In each of the embodiments described above, the Peltier element 300 is attached to the head 10 (a surface perpendicular to the Y axis). However, the surface on which the Peltier element 300 can be arranged is not limited to the above-described surface. FIG. 7 shows a mode of arrangement on another surface.

図7(a)は、ペルチェ素子300をヘッド10のZ軸に垂直な面に配置(貼付)した態様を示すものである。また、図7(b)は、X軸に垂直な面に配置(貼付)した態様を示すものである。上述各実施形態と同様にペルチェ素子300は配線304を介して電源302と接続され、当該貼付面を冷却する。
上述したようにヘッド10を構成する各基板は熱伝導性を有するので、上記の面に配置した場合でも、ヘッド10に温度勾配を付与し、液滴の吐出量の変動を抑制できる。また、上記のY軸に垂直な面を含む3つの面のうちの2面、あるいは3面の全てに配置して、冷却能力を向上させることも可能である。
FIG. 7A shows a mode in which the Peltier element 300 is arranged (attached) on a surface perpendicular to the Z-axis of the head 10. FIG. 7 (b) shows a mode of arrangement (pasting) on a plane perpendicular to the X-axis. As in the above-described embodiments, the Peltier device 300 is connected to the power supply 302 via the wiring 304, and cools the sticking surface.
As described above, since each substrate constituting the head 10 has thermal conductivity, even when arranged on the above-described surface, a temperature gradient is imparted to the head 10 and fluctuations in the discharge amount of droplets can be suppressed. Further, it is possible to improve the cooling capacity by arranging on two or all three of the three surfaces including the surface perpendicular to the Y axis.

(変形例2)
上記各実施形態では、温度勾配を付与する手段としてペルチェ素子300を用いている。しかし、当該手段はペルチェ素子に限定されるものではなく、他の手段を用いてもよい。冷却手段としては、ヘッド端部に冷媒を循環させる態様、あるいは冷風を吹き付ける態様も可能である。また加熱手段としては、電熱ヒータをヘッド中央部に配置する態様も可能である。
(Modification 2)
In each of the above embodiments, the Peltier element 300 is used as means for providing a temperature gradient. However, the means is not limited to the Peltier element, and other means may be used. As a cooling means, a mode in which a refrigerant is circulated around the head end portion or a mode in which cold air is blown is also possible. Moreover, as a heating means, the aspect which arrange | positions an electric heater in the center part of a head is also possible.

ヘッドを示す斜視図。The perspective view which shows a head. ノズルプレートが撓む態様を示す図。The figure which shows the aspect which a nozzle plate bends. 本発明の第1の実施形態にかかるヘッドを示す図。1 is a diagram showing a head according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態にかかるヘッドを示す図。The figure which shows the head concerning the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態にかかるヘッドを示す図。The figure which shows the head concerning the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態にかかるヘッドを示す図。The figure which shows the head concerning the 4th Embodiment of this invention. 変形例におけるペルチェ素子の配置の態様を示す図。The figure which shows the aspect of arrangement | positioning of the Peltier device in a modification.

符号の説明Explanation of symbols

10…ヘッド、20…ノズルプレート、21…ノズル、30…圧力室基板、40…振動板、42…弾性膜、44…絶縁体膜、50…隔壁、52…圧力室、54…共通流路、56…ヘッドの中心線、60…ピエゾ素子、62…下電極膜、64…強誘電体薄膜、66…上部電極、68…リード電極、200…液滴、202…ヘッド中央部、204…ヘッド端部、206…圧力室基板端部、300…ペルチェ素子、302…電源、304…配線、602…ヘッド駆動軸、604…記録媒体搬送ユニット、606…記録媒体、608…搬送ユニット駆動軸、610…液滴重量測定ユニット。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Head, 20 ... Nozzle plate, 21 ... Nozzle, 30 ... Pressure chamber substrate, 40 ... Diaphragm, 42 ... Elastic film, 44 ... Insulator film, 50 ... Partition, 52 ... Pressure chamber, 54 ... Common flow path, 56 ... head center line, 60 ... piezo element, 62 ... lower electrode film, 64 ... ferroelectric thin film, 66 ... upper electrode, 68 ... lead electrode, 200 ... droplet, 202 ... head central portion, 204 ... head end 206, pressure chamber substrate end, 300 ... Peltier element, 302 ... power supply, 304 ... wiring, 602 ... head drive shaft, 604 ... recording medium transport unit, 606 ... recording medium, 608 ... transport unit drive shaft, 610 ... Droplet weight measurement unit.

Claims (6)

隔壁により区切られ、共通流路で液材供給源と連通する複数の圧力室が長手方向に配列されており、一方の面は前記圧力室に充填されている液材を吐出するノズルが形成された第1の板状部材であり、他方の面は各々の前記圧力室の対面に圧力発生素子が配置されている弾性変形可能な第2の板状部材であるインクジェットヘッドであって、
前記長手方向の端部の温度を、当該方向の中央部の温度に比べて低くする温度勾配付与手段を有することを特徴とするインクジェットヘッド。
A plurality of pressure chambers, which are separated by a partition wall and communicate with a liquid material supply source in a common flow path, are arranged in the longitudinal direction, and a nozzle for discharging the liquid material filled in the pressure chamber is formed on one surface. An ink jet head that is an elastically deformable second plate member in which a pressure generating element is disposed on the opposite side of each of the pressure chambers.
An ink jet head, comprising: a temperature gradient imparting unit configured to lower a temperature at an end portion in the longitudinal direction as compared with a temperature at a central portion in the direction.
前記温度勾配付与手段は、前記端部を冷却する冷却手段と前記中央部を加熱する加熱手段の少なくともどちらか一方を含むことを特徴とする請求項1に記載のインクジェットヘッド。   The inkjet head according to claim 1, wherein the temperature gradient applying unit includes at least one of a cooling unit that cools the end portion and a heating unit that heats the central portion. 前記冷却手段および/または前記加熱手段がペルチェ素子であることことを特徴とする請求項1または2に記載のインクジェットヘッド。   The inkjet head according to claim 1, wherein the cooling unit and / or the heating unit is a Peltier element. 前記加熱手段が電熱ヒータであることを特徴とする請求項1または2に記載のインクジェットヘッド。   The inkjet head according to claim 1, wherein the heating unit is an electric heater. 前記端部における前記ノズルから吐出される液材の量、および前記中央部における前記ノズルから吐出される液材の量を測定する吐出量測定手段をさらに有し、前記双方の吐出量が略同一となるように温度勾配を設定することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のインクジェットヘッド。   There is further provided a discharge amount measuring means for measuring the amount of the liquid material discharged from the nozzle at the end portion and the amount of the liquid material discharged from the nozzle at the center portion, and both the discharge amounts are substantially the same. The inkjet head according to claim 1, wherein a temperature gradient is set so that 前記温度勾配付与手段が、インクジェットヘッドの長手方向の全域に渡り配置されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のインクジェットヘッド。   The inkjet head according to claim 1, wherein the temperature gradient applying unit is disposed over the entire area in the longitudinal direction of the inkjet head.
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