JP3964262B2

JP3964262B2 - Head chip

Info

Publication number: JP3964262B2
Application number: JP2002141894A
Authority: JP
Inventors: 修小関
Original assignee: SII Printek Inc
Current assignee: SII Printek Inc
Priority date: 2002-05-16
Filing date: 2002-05-16
Publication date: 2007-08-22
Anticipated expiration: 2022-05-16
Also published as: JP2003326715A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、プリンタ、ファックスなどに適用されるインクジェット式記録装置に搭載されるヘッドチップに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、インクを吐出する複数のノズルを有するインクジェットヘッドを用いて被記録媒体に文字や画像を記録するインクジェット式記録装置が知られている。かかるインクジェット式記録装置では、インクジェットヘッドのノズルが被記録媒体に対向するようにヘッドホルダに設けられ、このヘッドホルダはキャリッジに搭載され被記録媒体の搬送方向とは直交する方向に走査されるようになっている。
【０００３】
このようなインクジェットヘッドのヘッドチップの一例の分解概略を図８に、また、要部断面を図９に示す。図８及び図９に示すように、圧電セラミックプレート１０１には、複数の溝１０２が並設され、各溝１０２は、側壁１０３で分離されている。各溝１０２の長手方向一端部は圧電セラミックプレート１０１の一端面まで延設されており、他端部は、他端面までは延びておらず、深さが徐々に浅くなっている。また、各溝１０２内の両側壁１０３の開口側表面には、長手方向に亘って、駆動電圧印加用の電極１０５が形成されている。
【０００４】
また、圧電セラミックプレート１０１の溝１０２の開口側には、カバープレート１０７が接着剤１０９を介して接合されている。カバープレート１０７には、各溝１０２の浅くなった他端部と連通する凹部となる共通インク室１１１と、この共通インク室１１１の底部から溝１０２とは反対方向に貫通するインク供給口１１２とを有する。
【０００５】
また、圧電セラミックプレート１０１とカバープレート１０７との接合体の溝１０２が開口している端面には、ノズルプレート１１５が接合されており、ノズルプレート１１５の各溝１０２に対向する位置にはノズル開口１１７が形成されている。
【０００６】
なお、圧電セラミックプレート１０１のノズルプレート１１５とは反対側でカバープレート１０７とは反対側の面には、配線基板１２０が固着されている。配線基板１２０には、各電極１０５とボンディングワイヤ１２１等で接続された配線パターン１２２が形成され、この配線パターン１２２を介して電極１０５に駆動電圧を印加できるようになっている。
【０００７】
このように構成されるヘッドチップでは、インク供給口１１２から各溝１０２内にインクを充填し、所定の溝１０２の両側の側壁１０３に電極１０５を介して所定の駆動電界を作用させると、側壁１０３が変形して所定の溝１０２内の容積が変化し、これにより、溝１０２内のインクがノズル開口１１７から吐出する。
【０００８】
例えば、図１０に示すように、溝１０２ａに対応するノズル開口１１７からインクを吐出する場合には、その溝１０２ａ内の電極１０５ａ，１０５ｂに正の駆動電圧を印加すると共にそれぞれに対向する電極１０５ｃ，１０５ｄを接地するようにする。これにより、側壁１０３ａ，１０３ｂには溝１０２ａに向かう方向の駆動電界が作用し、これが圧電セラミックプレート１０１の分極方向と直交すれば、圧電厚みすべり効果により側壁１０３ａ，１０３ｂが溝１０２ａ方向に変形し、溝１０２ａ内の容積が減少して圧力が増加し、ノズル開口１１７からインクが吐出する。
【０００９】
このようなヘッドチップに水性インク等の導電性インクを使用した場合、一つの溝１０２ａ内の側壁１０３ａ，１０３ｂに設けられた隣り合う電極１０５ａ，１０５ｂが導通してしまい、電位差が無くなることによって側壁１０３ａ，１０３ｂが変形しなくなり、インクを吐出できないという問題がある。
【００１０】
このため、図１１に示すように、ノズル開口１３１に連通してインクの吐出に使用する溝を一つ置きとして、ノズル開口１３１に連通してインクの吐出に使用する溝をチャンバ１３２ａ、インク吐出に使用せずにインクを充填しない溝をダミーチャンバ１３２ｂとする。そして、チャンバ１３２ａの両側壁１３３の内面に設けられた電極を全てのチャンバ１３２ａで同電位とする共通電極１３４ａとすると共にチャンバ１３２ａの両側壁１３３の外面の電極をチャンバを選択的に駆動する個別電極１３４ｂとすることでチャンバ１３２ａの両側の側壁１３３に電界を印加してインクを吐出させるようにしている。
【００１１】
このように、チャンバ１３２ａ及びダミーチャンバ１３２ｂにインクを選択的に供給する場合には、圧電セラミックプレート１３５とインク室プレート１３６との間に、チャンバに対向する領域に貫通した連通孔１３７を有する仕切板１３８を設けることにより、チャンバ１３２ａのみにインクを供給するようにしていた。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、仕切板１３８によってチャンバ１３２ａ内に選択的にインクを供給する従来のヘッドチップでは、仕切板１３８を圧電セラミックプレート１３５に接合する際に連通孔１３７の位置合わせが非常に困難であり歩留まりが悪いという問題がある。
【００１３】
特に、高分解能のヘッドチップでは、チャンバ１３２ａ間の距離が例えば、２８２μｍと微少なため、厚さが１．０ｍｍ程度の仕切板１３８にチャンバ１３２ａと共通インク室１３９とを連通する連通孔１３７を例えば、幅が７０μｍで長さが２．５ｍｍと微少な長穴を形成しなくてはならず、高精度な形成が困難であると共に位置決めが特に困難であるという問題がある。
【００１４】
また、仕切板１３８と圧電セラミックプレート１３５とを接合する際に連通孔１３７の位置合わせがずれてしまうと、チャンバ１３２ａへのインク供給が正常に行われないという問題がある。
【００１５】
さらに、圧電セラミックプレート１３５と仕切板１３８とを接合する際に、接合に用いられる接着剤がはみ出してしまい、連通孔の開口を塞いでしまい、各チャンバ１３２ａへのインク供給不良が生じてしまうという問題がある。
【００１６】
また、チャンバ１３２ａにインクを供給し、ダミーチャンバ１３２ｂにインクを供給しないようにする仕切板１３８を別途設けなくてはならず、部品点数が増えて高コストになってしまうという問題がある。
【００１７】
本発明は、このような事情に鑑み、確実なインク供給を行うと共にインクを選択的に供給するための構造の加工を容易にし、さらに、歩留まりを向上してコストを低減することができるヘッドチップを提供することを課題とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、ノズル開口に連通するチャンバとインクの充填されないダミーチャンバとを基板の一方面に交互に並設すると共に、各チャンバ及びダミーチャンバの両側の側壁に電極を設け、当該チャンバ内の電極を共通電極とすると共に各ダミーチャンバ内の電極を個別電極として各チャンバの両側の側壁に駆動電界を印加するヘッドチップにおいて、前記チャンバが前記ダミーチャンバの深さよりも深く形成される一方、前記基板の他方面側には、前記チャンバの並設方向に亘って当該チャンバの深くなった底部に連通する共通溝が形成され、該共通溝を介して前記チャンバにインクが供給されることを特徴とするヘッドチップにある。
【００１９】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記基板の前記チャンバ及びダミーチャンバが開口する一端面には、前記ノズル開口を有するノズルプレートが接合され、前記基板の前記チャンバ及び前記ダミーチャンバが開口する前記一方面には、蓋部材が接合されていることを特徴とするヘッドチップにある。
【００２０】
本発明の第３の態様は、第２の態様において、前記基板が圧電セラミックプレートからなり、前記チャンバ及びダミーチャンバが前記圧電セラミックプレートに形成された溝であることを特徴とするヘッドチップにある。
【００２１】
かかる本発明では、チャンバをダミーチャンバの深さよりも深く形成して、基板の他方面側にチャンバの並設方向に亘ってそのチャンバの深くなった底部に連通する共通溝を形成することにより、この共通溝を介してチャンバにインクを確実に供給することができる。また、インクを選択的に供給するための構造の加工を容易にし、さらに、歩留まりを向上してコストを低減することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００２３】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係るヘッドチップユニットの分解斜視図であり、図２は、実施形態１に係るヘッドチップの分解斜視図であり、図３は、実施形態１に係るヘッドチップの要部拡大断面斜視図である。また、図４は、ヘッドチップの平面図及びそのＡ−Ａ′断面図とＢ−Ｂ′断面図である。
【００２４】
図示するように、本実施形態のヘッドチップユニット１０は、ヘッドチップ１１と、このヘッドチップ１１の一方面側に設けられるベースプレート１２と、ヘッドチップ１１の他方面側に設けられるヘッドカバー１３と、ヘッドチップ１１を駆動するための駆動回路１４が設けられた配線基板１５とを有する。
【００２５】
まず、ヘッドチップ１１について詳しく説明する。図２〜図４に示すように、ヘッドチップ１１を構成する圧電セラミックプレート１６は、分極方向が厚さ方向に向かって一方向の圧電セラミックプレート１６からなり、圧電セラミックプレート１６の一方面には、ノズル開口１７に連通してインクを吐出する圧力室であるチャンバ１８と、インクが充填されないダミーチャンバ１９とが側壁２０により区画されて交互に設けられている。
【００２６】
また、チャンバ１８及びダミーチャンバ１９の長手方向一端部は、圧電セラミックプレート１６の一端面まで延設されており、他端部は他端面まで延びておらず、深さが徐々に浅くなっている。
【００２７】
このチャンバ１８は、ダミーチャンバ１９の深さよりも深く形成されている。本実施形態では、例えば、チャンバ１８とダミーチャンバ１９との深さの差を１００μｍとしている。
【００２８】
このような深さの異なるチャンバ１８及びダミーチャンバ１９は、圧電セラミックプレート１６に円盤状のダイスカッターにより形成され、チャンバ１８及びダミーチャンバ１９の深さが徐々に浅くなった他端部は、ダイスカッターの形状により形成される。
【００２９】
また、チャンバ１８及びダミーチャンバ１９を区画する側壁２０には、チャンバ１８及びダミーチャンバ１９の内面に、開口側に長手方向に亘って駆動電圧印加用の電極２１が形成されている。
【００３０】
この電極２１の内、チャンバ１８の開口側の長手方向に亘って設けられた電極２１は、チャンバ１８内のインクが水性インク等の導電性インクの場合、チャンバ１８内の対向する電極がチャンバ１８内で導通してしまうと共に、電極材料の溶出及び腐食や、インクの電気分解による気泡の発生及び変質などを防止するために、各チャンバ１８内で同電位となる共通電極２１ａとなっている。
【００３１】
一方、電極２１の内、ダミーチャンバ１９の開口側の長手方向に亘って設けられた電極２１は、各チャンバ１８毎に独立した駆動信号を与えることができる個別電極２１ｂとなっている。
【００３２】
なお、このような共通電極２１ａ及び個別電極２１ｂからなる電極２１は、公知の斜め蒸着により形成することができる。
【００３３】
一方、圧電セラミックプレート１６のチャンバ１８及びダミーチャンバ１９が設けられた一方面側とは反対の他方面側には、チャンバ１８の並設方向に亘ってチャンバ１８の深くなった底部に連通する共通溝２２が形成されている。
【００３４】
このような共通溝２２を介して各チャンバ１８にインクが供給されるようになっている。すなわち、この共通溝２２は、各チャンバ１８に共通のインク室となる共通インク室の役割と、チャンバ１８のみに選択的にインクを供給する役割を果たす。
【００３５】
このように、チャンバ１８の深くなった底部と連通する共通溝２２からチャンバ１８のみに選択的にインクを供給するようにしたため、ダミーチャンバ１９内で個別電極２１ｂが導電性インクによって短絡することなく、チャンバ１８毎に個別に駆動することができる。
【００３６】
なお、この共通溝２２は、圧電セラミックプレート１６の一方面に深さの異なるチャンバ１８とダミーチャンバ１９とを形成後、圧電セラミックプレート１６の他方面側に所定深さの共通溝２２を円盤状のダイスカッターにより形成することで、チャンバ１８の底部のみに連通し、ダミーチャンバ１９に連通しないように形成することができる。
【００３７】
このような共通溝２２を形成時に、共通溝２２をチャンバ１８及びダミーチャンバ１９の並設方向に亘って圧電セラミックプレート１６の両端部側まで形成する場合は、共通溝２２の圧電セラミックプレート１６の両端部側を接着剤等の封止層２３で封止する必要がある。
【００３８】
また、本実施形態では、各チャンバ１８は、ブラック（Ｂ）、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）の各色のインクに対応したグループに分かれており、共通溝２２は色毎に封止層２３で４つに区画されている。
【００３９】
このような圧電セラミックプレート１６のチャンバ１８及びダミーチャンバ１９が開口する一方面には、チャンバ１８及びダミーチャンバ１９を封止する平板状の蓋部材２４が接着剤を介して接合されている。
【００４０】
また、この蓋部材２４と圧電セラミックプレート１６とを接合する接着剤によってチャンバ１８及びダミーチャンバ１９の浅くなった端部を封止している。
【００４１】
なお、蓋部材２４は、セラミックプレート、金属プレートなどで形成することができるが、圧電セラミックプレート１６との接合後の変形等を考えると、熱膨張率の近似したセラミックプレートを用いるのが好ましい。
【００４２】
また、圧電セラミックプレート１６と蓋部材２４との接合体のチャンバ１８及びダミーチャンバ１９が開口している端面にはノズルプレート２５が接合されており、ノズルプレート２５の各チャンバ１８に対向する位置にはノズル開口１７が形成されている。すなわち、このノズルプレート２５によってダミーチャンバ１９は封止されている。
【００４３】
本実施形態では、ノズルプレート２５は、圧電セラミックプレート１６と蓋部材２４との接合体のチャンバ１８及びダミーチャンバ１９が開口している端面の面積よりも大きくなっている。このノズルプレート２５は、ポリイミドフィルムなどに、例えば、エキシマレーザ装置を用いてノズル開口１７を形成したものである。また、図示しないが、ノズルプレート２５の被印刷物に対向する面には、インクの付着等を防止するために撥水性を有する撥水膜が設けられている。
【００４４】
なお、本実施形態では、圧電セラミックプレート１６と蓋部材２４との接合体のチャンバ１８及びダミーチャンバ１９が開口している端部の周囲には、ノズル支持プレート２６が配置されている。このノズル支持プレート２６は、ノズルプレート２５の接合体端面の外側と接合されて、ノズルプレート２５を安定して保持するためのものである。
【００４５】
このように、本実施形態のヘッドチップ１１は、各チャンバ１８をダミーチャンバ１９の深さよりも深く形成して、圧電セラミックプレート１６の各チャンバ１８及びダミーチャンバ１９が開口する一方面側とは反対側に、チャンバ１８の並設方向に亘ってチャンバ１８の深くなった底部に連通する共通溝２２を設けることにより、各チャンバ１８に選択的にインクを供給することができる。従って、仕切板等を設ける必要がないため、部品点数を少なくでき、コストの低減を図ることができる。また、各チャンバ１８に対して確実にインクを供給することができる。さらに、インクを選択的に供給するための構造の加工を容易にし、歩留まりを向上できる。
【００４６】
以下に、このようなヘッドチップ１１を用いた本実施形態のヘッドチップユニット１０について説明する。なお、図５は、ヘッドチップユニットの製造工程の一例を示す斜視図である。
【００４７】
図１及び図５に示すように、本実施形態のヘッドチップユニット１０は、ヘッドチップ１１を構成する圧電セラミックプレート１６のノズル開口１７側とは反対側の端部には共通電極２１ａ及び個別電極２１ｂからなる電極２１に接続される図示しない配線パターンが形成されている。そして、この配線パターンには異方性導接着膜を介してフレキシブルケーブル２７が接合される。
【００４８】
また、圧電セラミックプレート１６と蓋部材２４との接合体のノズル支持プレート２６の後端側には、蓋部材２４側にアルミニウム製のベースプレート１２と、圧電セラミックプレート１６側にヘッドカバー１３とが組み付けられる。ベースプレート１２とヘッドカバー１３とは、ベースプレート１２の係止孔１２ａにヘッドカバー１３の係止シャフト１３ａを係合することにより固定され、両者で圧電セラミックプレート１６と蓋部材２４との接合体を挟持する。なお、ヘッドカバー１３には、色毎に区画された各共通溝２２に連通するインク導入路２９が設けられている。
【００４９】
また、図５（ａ）に示すように、圧電セラミックプレート１６の後端側に突出したベースプレート１２上には配線基板１５が固着される。ここで、配線基板１５上にはヘッドチップ１１を駆動するための駆動ＩＣを有する駆動回路１４が搭載され、駆動回路１４とフレキシブルケーブル２７とが異方性導電接着膜２８を介して接続される。すなわち、圧電セラミックプレート１６の電極２１から引出された配線パターンと駆動回路１４とが、フレキシブルケーブル２７を介して接続される。これにより、図５（ｂ）のヘッドチップユニット１０が完成する。
【００５０】
このようなヘッドチップユニット１０は、インクカートリッジを保持するタンクホルダ３０に組み付けられてヘッドユニット４０が形成される。
【００５１】
このタンクホルダの一例を図６に示す。図６に示すタンクホルダ３０は、一方面が開口した略箱形形状をなし、インクカートリッジが着脱自在に保持可能なものである。また、底壁上面には、インクカートリッジの底部に形成された開口部であるインク供給口と連結する連結部３１が設けられている。連結部３１は、例えば、ブラック（Ｂ）、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）の各色のインク毎に設けられている。連結部３１内には図示しないインク流路が形成され、その開口となる連結部３１の先端には、フィルタ３２が設けられている。また、連結部３１内に形成されたインク流路は底壁の裏面側まで連通して形成され、各インク流路は、タンクホルダ３０の裏面側に設けられた流路基板３３内の図示しないインク流路を介して流路基板３３の側壁に開口するヘッド連結口３４に連通する。このヘッド連結口３４はタンクホルダ３０の側面側に開口し、当該側壁の底部には、上述したヘッドチップユニット１０を保持するヘッドチップユニット保持部３５が設けられている。ヘッドチップユニット保持部３５は、配線基板１５上に設けられた駆動回路１４を包囲する略コ字状に立設された包囲壁３６と、包囲壁３６内にあってヘッドチップユニット１０のベースプレート１２及び配線基板１５に設けられた係止孔１２ｂと係合する係合シャフト３７が立設されている。
【００５２】
従って、このヘッドチップユニット保持部３５にヘッドチップユニット１０を搭載してヘッドユニット４０が完成する。このとき、ヘッドカバー１３に形成されたインク導入路２９が流路基板３３のヘッド連結口３４に連結される。これにより、タンクホルダ３０の連結部３１を介してインクカートリッジから導入されたインクは、流路基板３３内のインク流路を通ってヘッドチップユニット１０のインク導入路２９に導入され、共通溝２２を介してチャンバ１８内に充填される。
【００５３】
また、このように形成されたヘッドユニット４０は、例えば、インクジェット式記録装置のキャリッジに搭載されて使用される。この使用態様の一例の概略を図７に示す。
【００５４】
図７に示すように、キャリッジ５１は、一対のガイドレール５２ａ，５２ｂ上に軸方向に移動自在に搭載されており、ガイドレール５２ａ，５２ｂの一端側に設けられてキャリッジ駆動モータ５３に連結されたプーリ５４ａと、他端側に設けられたプーリ５４ｂとに掛け渡されたタイミングベルト５５を介して搬送される。キャリッジ５１の搬送方向と直交する方向の両側には、ガイドレール５２ａ，５２ｂに沿ってそれぞれ一対の搬送ローラ５６及び５７が設けられている。これらの搬送ローラ５６，５７は、キャリッジ５１の下方に当該キャリッジ５１の搬送方向とは直交する方向に被記録媒体Ｓを搬送するものである。
【００５５】
キャリッジ５１上には、上述したヘッドユニット４０が搭載され、このヘッドユニット４０には上述したインクカートリッジを着脱自在に取付可能である。
【００５６】
このようなインクジェット式記録装置によると、被記録媒体Ｓを送りつつキャリッジ５１をその送り方向とは直交方向に走査することにより、ヘッドチップ１１によって被記録媒体Ｓ上に文字及び画像を記録することができる。
【００５７】
（他の実施形態）
以上、実施形態１について説明したが、ヘッドチップの基本的な構成はこのようなものに限定されるものではない。
【００５８】
例えば、上述した実施形態１では、圧電セラミックプレート１６の蓋部材２４とは反対側の面に、チャンバ１８の底部に連通する共通溝２２を各チャンバ１８の並設方向に亘って設けるようにしたが、これに限定されず、例えば、このような共通溝２２をチャンバ１８の長手方向に亘って並設するようにしてもよい。これにより、各チャンバ１８へのインクの供給量を増大させることができる。
【００５９】
また、上述した実施形態１では、分極方向が厚さ方向に向かって一方向の圧電セラミックプレート１６を例示して説明したが、これに限定されず、側壁の厚さ方向の略中央で分極方向が異なる圧電セラミックプレートであってもよい。この場合には、側壁の高さ方向全体に亘って電極が設けられている。そして、この電極に電圧を印加することで側壁に電界を印加すると、側壁の全体が同一方向に撓み変形する。これにより、側壁にチャンバの深さの略中央となる深さに電極を設けるのに比べて側壁の変形量を大きくすることができると共に同一の変形量とするのに低い電圧で駆動することができる。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のヘッドチップでは、チャンバをダミーチャンバの深さよりも深く形成して、圧電セラミックプレートの他方面側にチャンバの並設方向に亘ってそのチャンバの深くなった底部に連通する共通溝を形成することにより、この共通溝を介してチャンバにインクを確実に供給することができる。また、インクを選択的に供給するための構造の加工を容易にし、さらに、歩留まりを向上してコストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係るヘッドチップユニットの分解斜視図である。
【図２】本発明の実施形態１に係るヘッドチップの分解斜視図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る圧電セラミックプレートの斜視図及び断面図である。
【図４】本発明の実施形態１に係る圧電セラミックプレートの概略図であって、（ａ）が平面図であり、（ｂ）がＡ−Ａ′断面図であり、（ｃ）がＢ−Ｂ′断面図である。
【図５】本発明の実施形態１に係るヘッドチップユニットの製造工程の一例を示す斜視図である。
【図６】本発明の実施形態１に係るヘッドユニットの組み立て工程を示す斜視図である。
【図７】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録装置の概略斜視図である。
【図８】従来技術に係るヘッドチップの概要を示す斜視図である。
【図９】従来技術に係るヘッドチップの概要を示す断面図である。
【図１０】従来技術に係るヘッドチップの概要を示す断面図である。
【図１１】従来技術に係る他のヘッドチップの概要を示す斜視図及び断面図である。
【符号の説明】
１０ヘッドチップユニット
１１ヘッドチップ
１２ベースプレート
１３ヘッドカバー
１４駆動回路
１５配線基板
１６圧電セラミックプレート
１７ノズル開口
１８チャンバ
１９ダミーチャンバ
２０側壁
２１電極
２１ａ共通電極
２１ｂ個別電極
２２共通溝
２３封止層
２４蓋部材
２５ノズルプレート
２６ノズル支持プレート
２７フレキシブルケーブル
２８異方性導電接着膜
３０タンクホルダ
４０ヘッドユニット[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a head chip mounted on an ink jet recording apparatus applied to, for example, a printer or a fax machine.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, an ink jet recording apparatus that records characters and images on a recording medium using an ink jet head having a plurality of nozzles that eject ink is known. In such an ink jet recording apparatus, the nozzle of the ink jet head is provided in the head holder so as to face the recording medium, and this head holder is mounted on the carriage so as to be scanned in a direction orthogonal to the transport direction of the recording medium. It has become.
[0003]
FIG. 8 shows an outline of an example of a head chip of such an ink jet head, and FIG. As shown in FIGS. 8 and 9, a plurality of grooves 102 are arranged in parallel in the piezoelectric ceramic plate 101, and each groove 102 is separated by a side wall 103. One end in the longitudinal direction of each groove 102 extends to one end surface of the piezoelectric ceramic plate 101, and the other end does not extend to the other end surface, and the depth gradually decreases. In addition, an electrode 105 for applying a driving voltage is formed on the opening side surface of both side walls 103 in each groove 102 over the longitudinal direction.
[0004]
A cover plate 107 is bonded to the opening side of the groove 102 of the piezoelectric ceramic plate 101 via an adhesive 109. The cover plate 107 includes a common ink chamber 111 serving as a recess communicating with the shallower other end of each groove 102, and an ink supply port 112 penetrating from the bottom of the common ink chamber 111 in a direction opposite to the groove 102. Have
[0005]
In addition, a nozzle plate 115 is joined to an end face where the groove 102 of the joined body of the piezoelectric ceramic plate 101 and the cover plate 107 is opened, and a nozzle opening is provided at a position facing each groove 102 of the nozzle plate 115. 117 is formed.
[0006]
A wiring substrate 120 is fixed to the surface of the piezoelectric ceramic plate 101 opposite to the nozzle plate 115 and opposite to the cover plate 107. A wiring pattern 122 connected to each electrode 105 by a bonding wire 121 or the like is formed on the wiring board 120, and a driving voltage can be applied to the electrode 105 through the wiring pattern 122.
[0007]
In the head chip configured as described above, when each groove 102 is filled with ink from the ink supply port 112 and a predetermined driving electric field is applied to the side walls 103 on both sides of the predetermined groove 102 via the electrodes 105, 103 is deformed and the volume in the predetermined groove 102 is changed, whereby the ink in the groove 102 is ejected from the nozzle opening 117.
[0008]
For example, as shown in FIG. 10, when ink is ejected from the nozzle opening 117 corresponding to the groove 102a, a positive drive voltage is applied to the electrodes 105a and 105b in the groove 102a and the electrodes 105c facing each other are applied. , 105d are grounded. As a result, a drive electric field in the direction toward the groove 102a acts on the side walls 103a and 103b. If this is perpendicular to the polarization direction of the piezoelectric ceramic plate 101, the side walls 103a and 103b are deformed in the direction of the groove 102a due to the piezoelectric thickness slip effect. The volume in the groove 102a decreases and the pressure increases, and ink is ejected from the nozzle opening 117.
[0009]
When conductive ink such as water-based ink is used for such a head chip, the adjacent electrodes 105a and 105b provided on the side walls 103a and 103b in one groove 102a become conductive and the potential difference is eliminated, thereby the side walls. There is a problem that the inks 103a and 103b are not deformed and ink cannot be discharged.
[0010]
For this reason, as shown in FIG. 11, every other groove that communicates with the nozzle opening 131 and is used for ejecting ink is provided, and the groove that communicates with the nozzle opening 131 and is used for ejecting ink is formed in the chamber 132a. A groove which is not used for filling and not filled with ink is defined as a dummy chamber 132b. The electrodes provided on the inner surfaces of both side walls 133a of the chamber 132a are used as the common electrode 134a having the same potential in all the chambers 132a, and the electrodes on the outer surfaces of the both side walls 133 of the chamber 132a are individually driven to selectively drive the chamber. By using the electrode 134b, an electric field is applied to the side walls 133 on both sides of the chamber 132a to eject ink.
[0011]
As described above, when ink is selectively supplied to the chamber 132a and the dummy chamber 132b, the partition having the communication hole 137 penetrating the region facing the chamber between the piezoelectric ceramic plate 135 and the ink chamber plate 136. By providing the plate 138, ink was supplied only to the chamber 132a.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional head chip that selectively supplies ink into the chamber 132a by the partition plate 138, when the partition plate 138 is joined to the piezoelectric ceramic plate 135, the alignment of the communication holes 137 is very difficult and the yield is high. There is a problem of being bad.
[0013]
In particular, in a high-resolution head chip, the distance between the chambers 132a is as small as 282 μm, for example, and therefore a communication hole 137 that connects the chamber 132a and the common ink chamber 139 to the partition plate 138 having a thickness of about 1.0 mm is provided. For example, a very long hole having a width of 70 μm and a length of 2.5 mm must be formed, and there is a problem that it is difficult to form with high accuracy and positioning is particularly difficult.
[0014]
Further, if the alignment of the communication hole 137 is shifted when the partition plate 138 and the piezoelectric ceramic plate 135 are joined, there is a problem that the ink supply to the chamber 132a is not normally performed.
[0015]
Furthermore, when the piezoelectric ceramic plate 135 and the partition plate 138 are bonded, the adhesive used for bonding protrudes, blocking the opening of the communication hole, and ink supply failure to each chamber 132a occurs. There's a problem.
[0016]
Further, it is necessary to separately provide a partition plate 138 for supplying ink to the chamber 132a and preventing ink from being supplied to the dummy chamber 132b, resulting in an increase in the number of parts and high cost.
[0017]
In view of such circumstances, the present invention facilitates processing of a structure for supplying ink reliably and selectively supplying ink, and further, improves the yield and reduces the cost. It is an issue to provide.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention for solving the above problems, a chamber communicating with a nozzle opening and a dummy chamber not filled with ink are alternately arranged on one side of a substrate, and side walls on both sides of each chamber and the dummy chamber are provided. In the head chip that applies electrodes to the side walls on both sides of each chamber using the electrodes in the chamber as a common electrode and the electrodes in each dummy chamber as individual electrodes, the chamber has a depth of the dummy chamber. On the other side of the substrate, a common groove is formed on the other surface side of the substrate. The common groove communicates with the deepened bottom of the chamber over the direction in which the chambers are juxtaposed. The ink is supplied to the head chip.
[0019]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, a nozzle plate having the nozzle opening is joined to one end surface of the substrate where the chamber and the dummy chamber are opened, and the chamber and the dummy of the substrate are joined. In the head chip, a lid member is joined to the one surface where the chamber is opened.
[0020]
According to a third aspect of the present invention, in the head chip according to the second aspect, the substrate is made of a piezoelectric ceramic plate, and the chamber and the dummy chamber are grooves formed in the piezoelectric ceramic plate. .
[0021]
In the present invention, the chamber is formed deeper than the depth of the dummy chamber, and a common groove communicating with the deeper bottom portion of the chamber is formed on the other side of the substrate in the side-by-side direction of the chamber, Ink can be reliably supplied to the chamber through the common groove. In addition, the structure for selectively supplying ink can be easily processed, and the yield can be improved and the cost can be reduced.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments.
[0023]
(Embodiment 1)
1 is an exploded perspective view of the head chip unit according to the first embodiment, FIG. 2 is an exploded perspective view of the head chip according to the first embodiment, and FIG. 3 is a schematic diagram of the head chip according to the first embodiment. FIG. FIG. 4 is a plan view of the head chip and its AA ′ and BB ′ sectional views.
[0024]
As shown in the figure, a head chip unit 10 of this embodiment includes a head chip 11, a base plate 12 provided on one side of the head chip 11, a head cover 13 provided on the other side of the head chip 11, and a head. And a wiring board 15 provided with a drive circuit 14 for driving the chip 11.
[0025]
First, the head chip 11 will be described in detail. As shown in FIGS. 2 to 4, the piezoelectric ceramic plate 16 constituting the head chip 11 is composed of a piezoelectric ceramic plate 16 whose polarization direction is unidirectional in the thickness direction, and on one surface of the piezoelectric ceramic plate 16. The chamber 18 which is a pressure chamber communicating with the nozzle opening 17 and ejecting ink and the dummy chamber 19 which is not filled with ink are partitioned by the side wall 20 and provided alternately.
[0026]
Further, one end in the longitudinal direction of the chamber 18 and the dummy chamber 19 extends to one end surface of the piezoelectric ceramic plate 16, and the other end does not extend to the other end surface, and the depth gradually decreases. .
[0027]
The chamber 18 is formed deeper than the depth of the dummy chamber 19. In the present embodiment, for example, the difference in depth between the chamber 18 and the dummy chamber 19 is 100 μm.
[0028]
The chamber 18 and the dummy chamber 19 having different depths are formed on the piezoelectric ceramic plate 16 by a disk-shaped die cutter, and the other end portion where the depth of the chamber 18 and the dummy chamber 19 is gradually reduced is the die. It is formed by the shape of the cutter.
[0029]
Further, on the side wall 20 that divides the chamber 18 and the dummy chamber 19, an electrode 21 for applying a driving voltage is formed on the inner surface of the chamber 18 and the dummy chamber 19 on the opening side in the longitudinal direction.
[0030]
Among the electrodes 21, the electrode 21 provided over the longitudinal direction on the opening side of the chamber 18 is such that when the ink in the chamber 18 is a conductive ink such as aqueous ink, the opposing electrode in the chamber 18 is the chamber 18. In order to prevent elution and corrosion of the electrode material and the generation and alteration of bubbles due to ink electrolysis, the common electrode 21a has the same potential in each chamber 18.
[0031]
On the other hand, among the electrodes 21, the electrodes 21 provided over the longitudinal direction on the opening side of the dummy chamber 19 are individual electrodes 21 b that can give independent drive signals to the respective chambers 18.
[0032]
In addition, the electrode 21 which consists of such a common electrode 21a and the individual electrode 21b can be formed by well-known diagonal vapor deposition.
[0033]
On the other hand, the other side of the piezoelectric ceramic plate 16 opposite to the one side where the chamber 18 and the dummy chamber 19 are provided communicates with the deepened bottom of the chamber 18 over the direction in which the chambers 18 are arranged side by side. A groove 22 is formed.
[0034]
Ink is supplied to each chamber 18 through such a common groove 22. In other words, the common groove 22 serves as a common ink chamber serving as an ink chamber common to the chambers 18 and serves to selectively supply ink only to the chambers 18.
[0035]
As described above, since ink is selectively supplied only to the chamber 18 from the common groove 22 communicating with the deepened bottom portion of the chamber 18, the individual electrode 21 b is not short-circuited by the conductive ink in the dummy chamber 19. Each chamber 18 can be driven individually.
[0036]
The common groove 22 is formed in a disk shape by forming a chamber 18 and a dummy chamber 19 having different depths on one surface of the piezoelectric ceramic plate 16 and then forming a common groove 22 having a predetermined depth on the other surface side of the piezoelectric ceramic plate 16. By using this die cutter, it can be formed so as to communicate only with the bottom of the chamber 18 and not communicate with the dummy chamber 19.
[0037]
When such a common groove 22 is formed, when the common groove 22 is formed to both ends of the piezoelectric ceramic plate 16 across the parallel direction of the chamber 18 and the dummy chamber 19, It is necessary to seal both ends with a sealing layer 23 such as an adhesive.
[0038]
In the present embodiment, the chambers 18 are divided into groups corresponding to black (B), yellow (Y), magenta (M), and cyan (C) inks, and the common groove 22 is provided for each color. It is divided into four by the sealing layer 23.
[0039]
A flat lid member 24 that seals the chamber 18 and the dummy chamber 19 is bonded to one surface of the piezoelectric ceramic plate 16 where the chamber 18 and the dummy chamber 19 are opened via an adhesive.
[0040]
Further, the shallow ends of the chamber 18 and the dummy chamber 19 are sealed with an adhesive that joins the lid member 24 and the piezoelectric ceramic plate 16.
[0041]
The lid member 24 can be formed of a ceramic plate, a metal plate, or the like, but considering the deformation after joining with the piezoelectric ceramic plate 16, it is preferable to use a ceramic plate having an approximate thermal expansion coefficient.
[0042]
In addition, a nozzle plate 25 is joined to the end face of the joined body of the piezoelectric ceramic plate 16 and the lid member 24 where the chamber 18 and the dummy chamber 19 are open, and the nozzle plate 25 faces the chambers 18. A nozzle opening 17 is formed. That is, the dummy chamber 19 is sealed by the nozzle plate 25.
[0043]
In this embodiment, the nozzle plate 25 is larger than the area of the end surface where the chamber 18 and the dummy chamber 19 of the joined body of the piezoelectric ceramic plate 16 and the lid member 24 are opened. The nozzle plate 25 is formed by forming a nozzle opening 17 in a polyimide film or the like using, for example, an excimer laser device. Although not shown, a water repellent film having water repellency is provided on the surface of the nozzle plate 25 facing the substrate to prevent ink adhesion.
[0044]
In this embodiment, a nozzle support plate 26 is disposed around the end of the bonded body of the piezoelectric ceramic plate 16 and the lid member 24 where the chamber 18 and the dummy chamber 19 are open. The nozzle support plate 26 is joined to the outside of the joined body end face of the nozzle plate 25 to stably hold the nozzle plate 25.
[0045]
As described above, in the head chip 11 of the present embodiment, each chamber 18 is formed deeper than the depth of the dummy chamber 19 and is opposite to the one surface side where each chamber 18 and the dummy chamber 19 of the piezoelectric ceramic plate 16 are opened. By providing a common groove 22 that communicates with the deeper bottom portion of the chamber 18 over the side-by-side direction of the chamber 18, ink can be selectively supplied to each chamber 18. Accordingly, since it is not necessary to provide a partition plate or the like, the number of parts can be reduced, and the cost can be reduced. Further, ink can be reliably supplied to each chamber 18. Furthermore, the structure for selectively supplying ink can be easily processed, and the yield can be improved.
[0046]
Hereinafter, the head chip unit 10 of this embodiment using such a head chip 11 will be described. FIG. 5 is a perspective view showing an example of the manufacturing process of the head chip unit.
[0047]
As shown in FIGS. 1 and 5, the head chip unit 10 of the present embodiment has a common electrode 21 a and individual electrodes at the end opposite to the nozzle opening 17 side of the piezoelectric ceramic plate 16 constituting the head chip 11. A wiring pattern (not shown) connected to the electrode 21 made of 21b is formed. The flexible cable 27 is joined to the wiring pattern via an anisotropic conductive adhesive film.
[0048]
Further, on the rear end side of the nozzle support plate 26 of the joined body of the piezoelectric ceramic plate 16 and the lid member 24, the aluminum base plate 12 is assembled on the lid member 24 side, and the head cover 13 is assembled on the piezoelectric ceramic plate 16 side. . The base plate 12 and the head cover 13 are fixed by engaging the locking shafts 13a of the head cover 13 with the locking holes 12a of the base plate 12, and sandwich the joined body of the piezoelectric ceramic plate 16 and the lid member 24 therebetween. The head cover 13 is provided with an ink introduction path 29 communicating with each common groove 22 partitioned for each color.
[0049]
As shown in FIG. 5A, the wiring board 15 is fixed on the base plate 12 protruding to the rear end side of the piezoelectric ceramic plate 16. Here, a drive circuit 14 having a drive IC for driving the head chip 11 is mounted on the wiring board 15, and the drive circuit 14 and the flexible cable 27 are connected via an anisotropic conductive adhesive film 28. . That is, the wiring pattern drawn from the electrode 21 of the piezoelectric ceramic plate 16 and the drive circuit 14 are connected via the flexible cable 27. Thereby, the head chip unit 10 shown in FIG. 5B is completed.
[0050]
Such a head chip unit 10 is assembled to a tank holder 30 that holds an ink cartridge to form a head unit 40.
[0051]
An example of this tank holder is shown in FIG. The tank holder 30 shown in FIG. 6 has a substantially box shape with one side opened, and the ink cartridge can be detachably held. In addition, a connecting portion 31 is provided on the upper surface of the bottom wall to connect to an ink supply port that is an opening formed in the bottom portion of the ink cartridge. For example, the connecting portion 31 is provided for each color ink of black (B), yellow (Y), magenta (M), and cyan (C). An ink flow path (not shown) is formed in the connecting portion 31, and a filter 32 is provided at the tip of the connecting portion 31 serving as the opening. In addition, the ink flow path formed in the connecting portion 31 is formed to communicate with the back side of the bottom wall, and each ink flow path is not shown in the flow path substrate 33 provided on the back side of the tank holder 30. It communicates with the head connection port 34 that opens in the side wall of the flow path substrate 33 via the ink flow path. The head connection port 34 opens to the side surface side of the tank holder 30, and a head chip unit holding portion 35 that holds the head chip unit 10 described above is provided at the bottom of the side wall. The head chip unit holding portion 35 includes a surrounding wall 36 erected in a substantially U shape surrounding the driving circuit 14 provided on the wiring substrate 15, and the base plate 12 of the head chip unit 10 in the surrounding wall 36. And the engagement shaft 37 which engages with the locking hole 12b provided in the wiring board 15 is erected.
[0052]
Therefore, the head chip unit 10 is mounted on the head chip unit holding portion 35 to complete the head unit 40. At this time, the ink introduction path 29 formed in the head cover 13 is connected to the head connection port 34 of the flow path substrate 33. As a result, the ink introduced from the ink cartridge via the connecting portion 31 of the tank holder 30 is introduced into the ink introduction path 29 of the head chip unit 10 through the ink flow path in the flow path substrate 33, and the common groove 22. The chamber 18 is filled via
[0053]
Further, the head unit 40 formed in this way is used by being mounted on, for example, a carriage of an ink jet recording apparatus. An outline of an example of this use mode is shown in FIG.
[0054]
As shown in FIG. 7, the carriage 51 is mounted on a pair of guide rails 52 a and 52 b so as to be movable in the axial direction. The carriage 51 is provided on one end side of the guide rails 52 a and 52 b and is connected to the carriage drive motor 53. The pulley 54a and the pulley 54b provided on the other end are conveyed via a timing belt 55. A pair of transport rollers 56 and 57 are provided along guide rails 52a and 52b on both sides in the direction orthogonal to the transport direction of the carriage 51, respectively. These transport rollers 56 and 57 transport the recording medium S below the carriage 51 in a direction perpendicular to the transport direction of the carriage 51.
[0055]
The above-described head unit 40 is mounted on the carriage 51, and the above-described ink cartridge can be detachably attached to the head unit 40.
[0056]
According to such an ink jet recording apparatus, characters and images are recorded on the recording medium S by the head chip 11 by scanning the carriage 51 in a direction orthogonal to the feeding direction while feeding the recording medium S. Can do.
[0057]
(Other embodiments)
Although the first embodiment has been described above, the basic configuration of the head chip is not limited to this.
[0058]
For example, in the first embodiment described above, the common groove 22 that communicates with the bottom of the chamber 18 is provided on the surface of the piezoelectric ceramic plate 16 opposite to the lid member 24 over the parallel direction of the chambers 18. However, the present invention is not limited to this. For example, such a common groove 22 may be arranged in parallel along the longitudinal direction of the chamber 18. Thereby, the amount of ink supplied to each chamber 18 can be increased.
[0059]
In the first embodiment described above, the piezoelectric ceramic plate 16 whose polarization direction is one direction toward the thickness direction has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the polarization direction is approximately at the center in the thickness direction of the side wall. May be different piezoelectric ceramic plates. In this case, the electrode is provided over the entire height direction of the side wall. And if an electric field is applied to a side wall by applying a voltage to this electrode, the whole side wall will bend and deform in the same direction. This makes it possible to increase the amount of deformation of the side wall as compared with the case where the electrode is provided on the side wall at a depth that is approximately the center of the depth of the chamber, and it is possible to drive with a low voltage to achieve the same amount of deformation. it can.
[0060]
【The invention's effect】
As described above, in the head chip of the present invention, the chamber is formed deeper than the depth of the dummy chamber, and communicated with the deeper bottom portion of the chamber across the direction in which the chambers are arranged on the other side of the piezoelectric ceramic plate. By forming the common groove, the ink can be reliably supplied to the chamber through the common groove. In addition, the structure for selectively supplying ink can be easily processed, and the yield can be improved and the cost can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of a head chip unit according to a first embodiment of the invention.
FIG. 2 is an exploded perspective view of the head chip according to the first embodiment of the invention.
FIGS. 3A and 3B are a perspective view and a sectional view of the piezoelectric ceramic plate according to the first embodiment of the present invention. FIGS.
4A and 4B are schematic views of the piezoelectric ceramic plate according to the first embodiment of the present invention, in which FIG. 4A is a plan view, FIG. 4B is a cross-sectional view along AA ′, and FIG. It is B 'sectional drawing.
FIG. 5 is a perspective view showing an example of a manufacturing process of the head chip unit according to the first embodiment of the invention.
FIG. 6 is a perspective view showing an assembly process of the head unit according to the first embodiment of the invention.
FIG. 7 is a schematic perspective view of the ink jet recording apparatus according to the first embodiment of the invention.
FIG. 8 is a perspective view showing an outline of a head chip according to a conventional technique.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing an outline of a head chip according to a conventional technique.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing an outline of a head chip according to a conventional technique.
FIGS. 11A and 11B are a perspective view and a cross-sectional view illustrating an outline of another head chip according to the related art. FIGS.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Head chip unit 11 Head chip 12 Base plate 13 Head cover 14 Drive circuit 15 Wiring board 16 Piezoelectric ceramic plate 17 Nozzle opening 18 Chamber 19 Dummy chamber 20 Side wall 21 Electrode 21a Common electrode 21b Individual electrode 22 Common groove 23 Sealing layer 24 Cover member 25 Nozzle plate 26 Nozzle support plate 27 Flexible cable 28 Anisotropic conductive adhesive film 30 Tank holder 40 Head unit

Claims

A filled non dummy chamber of the chamber and the ink communicating with the nozzle openings as well as arranged alternately on one side of a substrate made of a piezoelectric ceramic plate, an electrode is provided above the side walls of each side of each chamber and the dummy chamber, the chamber In the head chip that applies the drive electric field to the side walls on both sides of each chamber using the electrodes in the common electrode and the electrodes in each dummy chamber as individual electrodes,
While the chamber is formed deeper than the depth of the dummy chamber, on the other surface side of the substrate, a common groove is formed which communicates with the deepened bottom of the chamber over the side-by-side direction of the chamber,
The common groove is divided into a plurality of portions by a sealing layer, and a plurality of colors of ink corresponding to the division are supplied to the chamber through the common groove.