JP2010253765A - Inkjet head and method for manufacturing same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inkjet head having the configuration in which the shapes and the volumes of members attached to sandwich a piezoelectric substrate are different, the inkjet head having stable jetting characteristics by reducing residual stress difference generated between the members when the members are cooled after being cured with heat. <P>SOLUTION: The inkjet head is of share mode type, and jets an ink by bonding together the piezoelectric substrate wherein a plurality of parallel grooves having electrodes provided on the inner walls are formed, and a nozzle plate provided with nozzle holes corresponding to the plurality of grooves of the piezoelectric substrate. The share mode type inkjet head is provided with: the piezoelectric substrate; the nozzle plate; and a first manifold wherein a common ink chamber and an ink channel for supplying the ink to the piezoelectric substrate are formed. The piezoelectric substrate, the nozzle plate and the first manifold are bonded to each other, and in the first manifold, a fine gap is formed in the vicinity of the bonded portion. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、インクジェットヘッドおよびその製造方法に関するものである。インクジェットヘッドはたとえば、指定アドレスへの着弾精度を有する産業用途や特殊用途などに用いられる。   The present invention relates to an inkjet head and a method for manufacturing the same. Ink jet heads are used, for example, for industrial applications or special applications having a landing accuracy at a specified address.

近年、プリンタにおいては、圧電材料のシェアモード変形を利用したインクジェット方式が提案されている。この方式は、圧電材料からなるインクチャンネルの壁(以下、「チャンネル壁」という。)の両側面に形成した電極を用いて、圧電材料の分極方向と直交する方向に電界を生じさせることで、シェアモードでチャンネル壁を変形させ、その際に生じる圧力波変動を利用してインク滴を吐出するものであり、ノズルの高密度化、低消費電力化、高駆動周波数化に適している。   In recent years, an inkjet method using a shear mode deformation of a piezoelectric material has been proposed for a printer. This method uses an electrode formed on both sides of an ink channel wall made of piezoelectric material (hereinafter referred to as “channel wall”) to generate an electric field in a direction perpendicular to the polarization direction of the piezoelectric material. The channel wall is deformed in the share mode, and ink droplets are ejected by utilizing the pressure wave fluctuation generated at that time, which is suitable for increasing the density of the nozzles, reducing the power consumption, and increasing the driving frequency.

最近はこのシェアモード変形を利用したインクジェットヘッドを産業用途に利用することが盛んに行われるようになり始めている。たとえば、インクとして導電材料を吐出させることによって配線を描画したり、R,G,Bの各色のインクを吐出させることによってカラーフィルタを作製したり、熱硬化性または紫外線(UV)硬化性のインクを吐出させることによって、マイクロレンズやスペーサなどのような3次元構造物を作製したり、といった応用が進められている。   Recently, the use of ink jet heads utilizing this shear mode deformation for industrial purposes has become active. For example, wiring is drawn by discharging a conductive material as ink, a color filter is manufactured by discharging inks of R, G, and B colors, or thermosetting or ultraviolet (UV) curable ink. The application of producing a three-dimensional structure such as a microlens or a spacer by discharging the liquid is being promoted.

産業用途へのインクジェット装置の利用形態として、基板へ塗布する用途に多く用いられ、大面積化、高速化および高精細化に対応する要求が強い。   As an application form of an inkjet device for industrial use, it is often used for application to a substrate, and there is a strong demand for increasing the area, speeding up, and increasing the definition.

そこで、大面積化、高速化に対する解決手段として、長尺化のインクジェットヘッドを利用することが考えられる。また、高精細化に対するインクジェットヘッドの要求は、再現性、位置ずれを高度に達成することが要求される。   Therefore, it is conceivable to use a long inkjet head as a means for solving an increase in area and speed. In addition, the requirement of an inkjet head for higher definition is required to achieve high reproducibility and positional deviation.

これらに関連する従来技術として、特許文献1では、板状のベース部材の両平面に、且つ対称な位置に略同寸法形状の支持基板を接着しており、支持基板をベース部材に接着した後に支持基板を分割するように切断し、ベース部材と支持基板の線膨張係数差に起因する圧電アクチュエータの変形を防止している。   As a related art related to these, in Patent Document 1, a support substrate having substantially the same dimensions is bonded to both planes of a plate-like base member at symmetrical positions, and the support substrate is bonded to the base member. The support substrate is cut so as to be divided to prevent deformation of the piezoelectric actuator due to a difference in linear expansion coefficient between the base member and the support substrate.

また、特許文献2では、インクジェットヘッドに対してFPCを熱圧着接続した際の圧電素子の熱収縮により、圧電素子が柱倒れする課題に対し、FPCの電極パターン配列方向の中央部にスリットを形成し、熱収縮による残留応力を低減している。   Also, in Patent Document 2, a slit is formed in the central portion of the FPC in the electrode pattern arrangement direction for the problem that the piezoelectric element collapses due to thermal contraction of the piezoelectric element when the FPC is thermocompression-bonded to the inkjet head. The residual stress due to heat shrinkage is reduced.

特開2003−25572号公報JP 2003-25572 A 特開2005−153321号公報JP 2005-153321 A

産業用途のインクジェットヘッドの利用と民生品のプリンタとしてのインクジェットヘッドの利用とを比較したとき、民生品のインクジェットヘッドは、紙等の被記録媒体に水溶性インクを複数のノズルにて複数回吐出し、着弾させることで文字や画像情報を記録する。また民生品のインクジェットヘッドは、使用されるインクにおいても水性インクなどを使用することから、高い耐薬品性を必要としない安価なプラスチック材料などが用いられる。一方で産業用途のインクジェットヘッドは民生よりもはるかに厳しい条件での使用と精度での動作を要求される。産業用途では、指定されたアドレスに規定量の液滴を着弾させることが要求され、着弾精度、液滴量のコントロールを厳しく要求される。したがって、1つのインクジェットヘッドの中において、本来吐出可能であるべきインクチャンネルが何らかの障害によって吐出不可能となってしまうことは、それが民生用途では問題にならないレベルの発生率であっても、産業用途としてインクジェットヘッドを利用する際には重大な問題となる。また、このように多岐にわたるインクジェット応用分野の発展に伴い、使用されるインクも多種多様になっている。たとえば、有機溶剤を含有して揮発性の高いインクや、強酸性・強アルカリ性のインク、顔料や樹脂成分を含むインク、ビーズなどの微粒子を含有するインク、さらにはこれらを複合したインクなどが挙げられる。インクジェットヘッドに使用される部材、特にインクと接する部材は、耐インク性が求められ、インクによる膨潤、溶解が生じないような材料選定が求められる。   Comparing the use of an inkjet head for industrial use with the use of an inkjet head as a consumer printer, a consumer inkjet head ejects water-soluble ink onto a recording medium such as paper multiple times with multiple nozzles. Then, characters and image information are recorded by landing. In addition, since consumer ink jet heads use water-based ink or the like as the ink used, inexpensive plastic materials that do not require high chemical resistance are used. On the other hand, an inkjet head for industrial use is required to be used under much severer conditions and to operate with higher accuracy than consumer use. In industrial applications, it is required to land a specified amount of droplets at a specified address, and control of landing accuracy and droplet amount is strictly required. Therefore, in an ink jet head, an ink channel that should be able to be ejected cannot be ejected due to some trouble, even if the occurrence rate is not a problem for consumer use. When an inkjet head is used as an application, it becomes a serious problem. In addition, with the development of such a wide variety of inkjet application fields, a variety of inks are used. For example, highly volatile ink containing an organic solvent, strongly acidic / strongly alkaline ink, ink containing pigments and resin components, ink containing fine particles such as beads, and ink combining these. It is done. A member used for an ink jet head, particularly a member in contact with ink, is required to have ink resistance, and a material selection is required so that swelling and dissolution by ink do not occur.

一方で、コストダウンの要求から、耐インク性が高く、安価な材料の要求が高まっており、エンジニアリングプラスチックを用いた部材の出現が著しい。
産業用途のインクジェットヘッドには、印刷速度の高速化への要請が強まっており、それに応えるべく、インクジェットヘッドの長尺化が検討されている。長尺インクジェットヘッドは、民生品のインクジェットヘッドのヘッド長〜20mm程度に比べ、4〜5倍などのヘッド長を有する場合もあり、長尺化による吐出特性の均一化を実現するのは困難であった。
On the other hand, due to the demand for cost reduction, there is an increasing demand for materials with high ink resistance and low cost, and the appearance of members using engineering plastics is remarkable.
There is an increasing demand for an increase in printing speed for industrial inkjet heads, and in order to meet this demand, an increase in the length of the inkjet head is being studied. Long inkjet heads may have a head length that is 4 to 5 times longer than that of consumer inkjet heads of about 20 mm, making it difficult to achieve uniform discharge characteristics by increasing the length. there were.

圧電基板に対して熱膨張率の異なる材料を接着した場合、接着長さが長いほど熱膨張差の影響が大きく、温度変化に対して、反り、歪み、剥離等の問題が生じる。ここで、圧電基板は、通常2〜8×10−6/℃程度の熱膨張率を有しており、これに対し、エンジニアリングプラスチックは、20〜60×10−6/℃程度の熱膨張率を有している。そのため、長尺インクジェットヘッドの作製において、着弾精度が悪いという問題があった。 When materials having different coefficients of thermal expansion are bonded to the piezoelectric substrate, the longer the bonding length, the greater the influence of the difference in thermal expansion, and problems such as warping, distortion, and peeling occur with respect to temperature changes. Here, the piezoelectric substrate usually has a thermal expansion coefficient of about 2 to 8 × 10 −6 / ° C., whereas the engineering plastic has a thermal expansion coefficient of about 20 to 60 × 10 −6 / ° C. have. Therefore, there has been a problem that the landing accuracy is poor in the production of the long inkjet head.

具体的には、インクによる膨潤、溶解が生じないような材料として、エンジニアリングプラスチックを選定し、低熱膨張フィラーを添加した材料を使用し、圧電基板を挟み込むように部材を接着し構成において、圧電基板を挟み込むように接着された部材が異なる形状を有する構成のインクジェットヘッドで着弾精度を確認したところ、±20μm程度であり、指定されたアドレスに液滴を着弾させることが出来なかった。この着弾バラツキは、ノズル孔位置の曲がりが原因であり、熱膨張差,熱容量のバラツキに起因している。   Specifically, an engineering plastic is selected as a material that does not swell or dissolve due to ink, and a material to which a low thermal expansion filler is added is used, and members are bonded so as to sandwich the piezoelectric substrate. As a result of confirming the landing accuracy with an ink jet head having a configuration in which the members bonded so as to sandwich the shape are different, it was about ± 20 μm, and the droplet could not be landed at the designated address. This landing variation is caused by the bending of the nozzle hole position, and is caused by the difference in thermal expansion and the heat capacity.

まず、エンジニアリングプラスチックを用いて安価に部材を作製するためには、成型を行うのが好ましく、熱膨張率のバラツキに関しては、フィラーの充填状態を安定させることで熱膨張率のバラツキを抑えることが出来ることが確認できた。しかしながら、圧電基板を挟み込むように接着した部材を同形状にするために、大きな形状に統一すると、不要な材料コストの増大となるため、長尺インクジェットヘッドにおいて、圧電基板を挟み込むように接着した部材が異形状であってもノズル孔位置の曲がりのないインクジェットヘッドが求められている。   First, in order to produce a member at low cost using an engineering plastic, it is preferable to perform molding. Regarding the variation in the coefficient of thermal expansion, it is possible to suppress the variation in the coefficient of thermal expansion by stabilizing the filling state of the filler. I was able to confirm that it was possible. However, in order to make the members bonded so as to sandwich the piezoelectric substrate into the same shape, unifying them into a large shape increases unnecessary material cost. Therefore, in the long inkjet head, the member bonded so as to sandwich the piezoelectric substrate. There is a demand for an ink jet head in which the nozzle hole position is not bent even when the shape of the nozzle hole is irregular.

上記目的を達成するため、本発明に基づく請求項1に記載のインクジェットヘッドは、
内壁に電極を備えた複数の平行な溝を形成した圧電基板と、前記圧電基板の複数の溝に対応したノズル孔を備えたノズルプレートを接着してインクを吐出させるシェアモード形インクジェットヘッドにおいて、前記圧電基板と、前記ノズルプレートと、圧電基板へインクを供給するための共通インク室とインク流路とが形成された第一のマニホールドとを備え、前記圧電基板と前記ノズルプレートと前記第一のマニホールドがそれぞれ接着されるとともに、前記第一のマニホールドには、接着部近傍に細隙部が形成されていること特徴としている。この構成によれば、第一と第二のマニホールドの熱容量の違いにより、加熱、冷却を行った際に生じる、熱応力による反り、変形等の歪の影響を上記細隙部を設けることにより接着領域に伝えることを抑制することができる。したがって、マニホールドの接着領域の熱容量差を合わせこむことにより、圧電基板の反り、変形のないインクジェットヘッドを作製することが可能となり、指定されたアドレスに液滴を着弾させることが出来る。また、インクジェットヘッドを構成する圧電基板は、インクを吐出する駆動部分のみで構成することが可能であり、インク吐出に寄与しない領域は安価なエンジニアリングプラスチック等で作製することが可能である。これによりインクジェットヘッドのコストダウンが可能である。
In order to achieve the above object, an ink jet head according to claim 1 based on the present invention comprises:
In the share mode type inkjet head that discharges ink by bonding a piezoelectric substrate having a plurality of parallel grooves with electrodes on the inner wall and a nozzle plate having nozzle holes corresponding to the plurality of grooves of the piezoelectric substrate, The piezoelectric substrate, the nozzle plate, and a first manifold in which a common ink chamber for supplying ink to the piezoelectric substrate and an ink flow path are formed, the piezoelectric substrate, the nozzle plate, and the first manifold The first manifold is characterized in that a slit portion is formed in the vicinity of the bonded portion. According to this configuration, due to the difference in heat capacity between the first and second manifolds, the effect of distortion such as warpage and deformation caused by heating and cooling caused by heating and cooling is provided by providing the slit portion. It is possible to suppress the transmission to the area. Therefore, by adjusting the heat capacity difference in the bonded area of the manifold, it is possible to produce an ink jet head that does not warp or deform the piezoelectric substrate, and droplets can be landed at specified addresses. In addition, the piezoelectric substrate constituting the ink jet head can be constituted only by a drive portion that ejects ink, and the region that does not contribute to ink ejection can be made of an inexpensive engineering plastic or the like. Thereby, the cost of the inkjet head can be reduced.

請求項2に記載のインクジェットヘッドの前記共通インク室は、前記圧電基板と前記ノズルプレートと前記第一のマニホールドの接触部分の付近に形成されていることを特徴としている。この構成によれば、上記効果に加え、共通インク室が形成されたマニホールドにより、インクを循環させることにより、粘度が高いインク及びビーズなどの微粒子を含有するインクであっても、沈殿、浮遊が生じず、吐出した液滴内の微粒子数を安定にすることが可能である。   The common ink chamber of the ink jet head according to claim 2 is formed in the vicinity of a contact portion of the piezoelectric substrate, the nozzle plate, and the first manifold. According to this configuration, in addition to the above-described effects, the ink is circulated by the manifold in which the common ink chamber is formed. It does not occur and the number of fine particles in the discharged droplet can be stabilized.

請求項3に記載のインクジェットヘッドの第一のマニホールドは、接着部近傍に形成された上記細隙部により、圧電基板に接触している供給部とフィルタユニットに接触しているフィルタ部に分離され、それらの結合部にはインクが流通する連通穴が設けられていることを特徴としている。この構成によれば、非接着領域の反り、変形等の歪の影響を接着領域に伝えることを抑制する細隙部を設け、圧電基板に対し接着領域と非接着領域を分離するが、接着領域に形成した共通インク室と非接着領域を連通させる必要がある場合は、接着部と非接着部の結合部分にインク流路を配置させることにより、インク供給、排出を行うことが可能となり、インク循環を可能とする。インクを循環させることにより、粘度が高いインク及びビーズなどの微粒子を含有するインクであっても、沈殿、浮遊が生じず、吐出した液滴内の微粒子数を安定にすることが可能となる。   The first manifold of the ink jet head according to claim 3 is separated into a supply portion in contact with the piezoelectric substrate and a filter portion in contact with the filter unit by the narrow gap portion formed in the vicinity of the adhesion portion. The connecting portion is provided with a communication hole through which ink flows. According to this configuration, the slit portion that suppresses the warping of the non-adhesion region and the effect of distortion such as deformation to the adhesion region is provided, and the adhesion region and the non-adhesion region are separated from the piezoelectric substrate. If it is necessary to communicate the common ink chamber formed on the non-adhesive region with the ink flow path, the ink supply and discharge can be performed by arranging the ink flow path at the joint portion between the adhesive portion and the non-adhesive portion. Enable circulation. By circulating the ink, even if the ink contains high viscosity ink and fine particles such as beads, precipitation and floating do not occur, and the number of fine particles in the discharged droplet can be stabilized.

請求項4に記載のインクジェットヘッドの第一のマニホールドのフィルタ部にはインク中の異物を除去するフィルタ部が形成されていることを特徴としている。この構成によれば、インク吐出時、インク循環時にノズル孔にゴミ等の異物が付着し、不吐出となる問題を排除することが可能となる。また、フィルタ部を形成することにより、非接着領域の熱容量が増大しても、加熱、冷却を行った際に生じる、熱応力による反り、変形等の歪の影響を上記細隙部を設けることにより接着領域に伝えることを抑制することができ、着弾精度を劣化させることがない。   The filter portion of the first manifold of the ink jet head according to claim 4 is characterized in that a filter portion for removing foreign matters in the ink is formed. According to this configuration, it is possible to eliminate the problem that foreign matter such as dust adheres to the nozzle holes during ink ejection or ink circulation and causes non-ejection. In addition, even if the heat capacity of the non-adhesive region is increased by forming the filter portion, the slit portion is provided with the effect of warping due to thermal stress, distortion such as deformation, which occurs when heating and cooling are performed. Therefore, it is possible to suppress transmission to the adhesion region, and the landing accuracy is not deteriorated.

請求項5に記載のインクジェットヘッドは、上記インクジェットの構成に、さらに、圧電基板からのインクを排出するための共通インク室とドレンとが形成された第二のマニホールドが形成され、上記圧電基板とノズルプレートに対し接着されていることを特徴としている。この構成によれば、インクジェットヘッドを構成する圧電基板は、インクを吐出する駆動部分のみで構成することが可能であり、インク吐出に寄与しない領域は安価なエンジニアリングプラスチック等で作製することが可能である。これによりインクジェットヘッドのコストダウンが可能である。また、共通インク室が形成されたマニホールドにより、インクを循環させることにより、ビーズなどの微粒子を含有するインクであっても、沈殿、浮遊が生じず、吐出した液滴内の微粒子数を安定にすることが可能である。   The inkjet head according to claim 5, wherein a second manifold in which a common ink chamber and a drain for discharging ink from the piezoelectric substrate are further formed is formed in the inkjet configuration, and the piezoelectric substrate and It is characterized by being bonded to the nozzle plate. According to this configuration, the piezoelectric substrate that constitutes the ink jet head can be configured only by the drive portion that ejects ink, and the region that does not contribute to ink ejection can be made of inexpensive engineering plastics or the like. is there. Thereby, the cost of the inkjet head can be reduced. In addition, by circulating ink through a manifold with a common ink chamber, even if the ink contains fine particles such as beads, precipitation and floating do not occur, and the number of fine particles in the discharged droplets can be stabilized. Is possible.

請求項6に記載のインクジェットヘッドの第一および第二のマニホールドは、フィラーが添加されたエンジニアリングプラスチックにて形成されていることを特徴としている。この構成によれば、エンジニアリングプラスチックは、機械的特性が良好であり、耐熱性に優れている。また、耐薬品性に優れ、インクと直接触れる部材として使用しても、インクに侵されることがなく、膨潤、溶解等の問題が無い。また、エンジニアリングプラスチックの熱膨張率を10×10−6/℃程度まで低減させることが可能となり、圧電基板との熱膨張差に起因する反り、歪み、剥離等の低減を図ることが可能である。 The first and second manifolds of the ink jet head according to claim 6 are characterized in that they are formed of an engineering plastic to which a filler is added. According to this configuration, the engineering plastic has good mechanical properties and excellent heat resistance. Moreover, even if it is excellent in chemical resistance and used as a member that comes into direct contact with ink, it is not affected by the ink and there are no problems such as swelling and dissolution. In addition, it is possible to reduce the thermal expansion coefficient of engineering plastics to about 10 × 10 −6 / ° C., and it is possible to reduce warpage, distortion, peeling, and the like due to differences in thermal expansion from the piezoelectric substrate. .

請求項7に記載のインクジェットヘッドの第一のマニホールドの供給部と第二のマニホールドは略同形状で、熱容量が略等しく形成されていることを特徴としている。この構成によれば、マニホールドを成型で作成することにより、コストダウンはもちろんのこと、部材間での熱膨張バラツキを抑えることができ、部材間での熱膨張差に起因する反り、歪み、剥離等の低減を図ることが可能である。また、フィルタつきのマニホールドにフィルタやドレンを付随するなど設計の自由度を向上でき、熱容量の異なる様々な形状を作り出すことができる。このためマニホールドの形状を略同形状とすることが可能で、接着領域近傍には細隙部を形成することも容易である。このことから、接着剤の加熱、冷却を行った際に生じる、熱応力による反り、変形等の歪の影響を接着領域に伝えることを抑制することができるため、熱容量差に起因する熱応力の影響を排除することが可能である。   The supply portion of the first manifold and the second manifold of the ink jet head according to claim 7 have substantially the same shape and are formed with substantially the same heat capacity. According to this configuration, by manufacturing the manifold by molding, not only cost reduction but also thermal expansion variation among members can be suppressed, and warpage, distortion, peeling due to difference in thermal expansion between members can be suppressed. Etc. can be reduced. In addition, the degree of freedom of design can be improved by attaching a filter and drain to a manifold with a filter, and various shapes with different heat capacities can be created. For this reason, the shape of the manifold can be made substantially the same, and it is easy to form a slit portion in the vicinity of the adhesion region. As a result, it is possible to suppress the effects of distortion such as warpage and deformation caused by thermal stress that occurs when the adhesive is heated and cooled, so that the thermal stress caused by the difference in heat capacity can be suppressed. It is possible to eliminate the influence.

請求項8に記載のインクジェットヘッドの圧電基板と上記ノズルプレートと上記第一および第二のマニホールドの接着は加熱硬化型の接着剤により接着されていることを特徴としている。この構成によれば、耐薬品性に優れた部材を使用するためには、耐薬品性に優れた接着剤を使用する必要があり、検討の結果エポキシ系の接着剤を使用し、80℃以上に加熱硬化を行うことにより、インクに対して膨潤、溶解等の問題が無い接着ができる。   The piezoelectric substrate of the ink jet head according to claim 8, the nozzle plate, and the first and second manifolds are bonded by a thermosetting adhesive. According to this configuration, in order to use a member with excellent chemical resistance, it is necessary to use an adhesive with excellent chemical resistance. By performing heat curing on the ink, it is possible to bond the ink without problems such as swelling and dissolution.

本発明では、内壁に電極を備えた複数の平行な溝を形成した圧電基板と、前記圧電基板の複数の溝に対応したノズル孔を備えたノズルプレートを接着してインクを吐出させるシェアモード形インクジェットヘッドにおいて、前記圧電基板と、前記ノズルプレートと、圧電基板へインクを供給するための共通インク室とインク流路とが形成された第一のマニホールドとを備え、前記圧電基板と前記ノズルプレートと前記第一のマニホールドがそれぞれ接着されるとともに、前記第一のマニホールドには、接着部近傍に細隙部が形成されていること特徴としている。この構成によれば、第一と第二のマニホールドの熱容量の違いにより、加熱、冷却を行った際に生じる、熱応力による反り、変形等の歪の影響を上記細隙部を設けることにより接着領域に伝えることを抑制することができる。したがって、マニホールドの接着領域の熱容量差を合わせこむことにより、圧電基板の反り、変形のないインクジェットヘッドを作製することが可能となり、指定されたアドレスに液滴を着弾させることが出来る。また、インクジェットヘッドを構成する圧電基板は、インクを吐出する駆動部分のみで構成することが可能であり、インク吐出に寄与しない領域は安価なエンジニアリングプラスチック等で作製することが可能である。これによりインクジェットヘッドのコストダウンが可能である。   In the present invention, a shear mode type in which ink is ejected by bonding a piezoelectric substrate having a plurality of parallel grooves provided with electrodes on the inner wall and a nozzle plate having nozzle holes corresponding to the plurality of grooves of the piezoelectric substrate. The inkjet head includes the piezoelectric substrate, the nozzle plate, a first manifold in which a common ink chamber for supplying ink to the piezoelectric substrate and an ink flow path are formed, and the piezoelectric substrate and the nozzle plate And the first manifold are bonded to each other, and a slit portion is formed in the vicinity of the bonded portion of the first manifold. According to this configuration, due to the difference in heat capacity between the first and second manifolds, the effect of distortion such as warpage and deformation caused by heating and cooling caused by heating and cooling is provided by providing the slit portion. It is possible to suppress the transmission to the area. Therefore, by adjusting the heat capacity difference in the bonded area of the manifold, it is possible to produce an ink jet head that does not warp or deform the piezoelectric substrate, and droplets can be landed at specified addresses. In addition, the piezoelectric substrate constituting the ink jet head can be constituted only by a drive portion that ejects ink, and the region that does not contribute to ink ejection can be made of an inexpensive engineering plastic or the like. Thereby, the cost of the inkjet head can be reduced.

そのため、産業用途へのインクジェット装置の利用、すなわち基板へ塗布する用途に用いることができ、大面積化、高速化および高精細化に対応することができる。また、長尺化のインクジェットヘッドを製造することが可能となり、信頼性、位置ずれを高度に達成することができる。   Therefore, it can be used for the use of an inkjet device for industrial use, that is, for application to a substrate, and can cope with large area, high speed and high definition. In addition, it is possible to manufacture an elongated inkjet head, and it is possible to achieve high reliability and positional deviation.

本発明に基づく実施の形態におけるインクジェットヘッドの斜視図である。It is a perspective view of the ink jet head in an embodiment based on the present invention. 本発明に基づく実施の形態におけるインクジェットヘッドのノズルプレートを外した状態の斜視図である。It is a perspective view in the state where a nozzle plate of an ink jet head in an embodiment based on the present invention was removed. は図2におけるマニホールドを除去した状態の斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing a state in which the manifold in FIG. 2 is removed. 本発明に基づくインク供給側のマニホールドとフィルタユニットを形成した部材の分解斜視図である。FIG. 3 is an exploded perspective view of a member on which an ink supply side manifold and a filter unit are formed according to the present invention. 本発明に基づく実施形態における細隙部を有するインクジェットヘッドの着弾ずれを示す結果である。It is a result which shows the landing deviation of the inkjet head which has a slit part in embodiment based on this invention. 図5における比較例として、本発明に基づく実施形態における細隙部を有しないインクジェットヘッドの着弾ずれを示す結果である。As a comparative example in FIG. 5, it is the result which shows the landing deviation of the inkjet head which does not have a slit part in embodiment based on this invention.

(実施の形態1)
図1〜図4を参照して、本発明に基づく実施形態におけるインクジェットヘッドについて説明する。
(構成)
図1に本実施の形態におけるインクジェットヘッド25を示す。インクジェットヘッド25のノズルプレート21を外したところを図2に示す。図3は図2における第一のマニホールド11、12を除去した状態の斜視図である。図4は、インク供給側のマニホールド11を形成した第一のマニホールド18の分解斜視図である。
(Embodiment 1)
With reference to FIGS. 1-4, the inkjet head in embodiment based on this invention is demonstrated.
(Constitution)
FIG. 1 shows an ink jet head 25 in the present embodiment. The place where the nozzle plate 21 of the inkjet head 25 is removed is shown in FIG. FIG. 3 is a perspective view showing a state in which the first manifolds 11 and 12 in FIG. 2 are removed. FIG. 4 is an exploded perspective view of the first manifold 18 in which the ink supply side manifold 11 is formed.

インクジェットヘッド25は、図2、図3に示すように、ベース15とこのベース15上に取り付けられた圧電基板1とノズル孔20を有するノズルプレート21と圧電基板1を挟み込むように取り付けられたインク供給側のマニホールド11を形成した第一のマニホールド18とインク排出側のドレン7bを有する第二のマニホールド12を備えている。   As shown in FIGS. 2 and 3, the ink jet head 25 includes a base 15, a piezoelectric substrate 1 attached on the base 15, a nozzle plate 21 having nozzle holes 20, and ink attached so as to sandwich the piezoelectric substrate 1. A first manifold 18 having a supply-side manifold 11 and a second manifold 12 having an ink discharge-side drain 7b are provided.

ベース15は、図1、図2、図3における奥、手前の方向(長手方向)に延在している。ベース15の長手方向の両端にはフランジ部15e、15fが一体に形成されている。フランジ部15e、15fを上下に貫通して固定穴14が形成されている。この固定穴14は、このインク吐出装置50を例えば図示しない生産装置へ搭載する場合に、インク吐出装置50を生産装置にネジで固定するのに利用可能になっている。この例では、ベース15上に圧電基板1が接着して取り付けられている。   The base 15 extends in the back and front direction (longitudinal direction) in FIGS. 1, 2, and 3. Flange portions 15e and 15f are integrally formed at both ends of the base 15 in the longitudinal direction. A fixing hole 14 is formed through the flange portions 15e and 15f in the vertical direction. The fixing hole 14 can be used to fix the ink ejection device 50 to the production device with screws when the ink ejection device 50 is mounted on a production device (not shown), for example. In this example, the piezoelectric substrate 1 is attached on the base 15 by bonding.

圧電基板1は、溝加工により互いに平行に形成された複数の溝状のインク室2を有する圧電材料からなり、圧電基板1の側面にインク室2が開口したように形成されている。インク室2同士はそれぞれ隔壁3で分離されている。インク室2の内壁には電極4が形成されている。   The piezoelectric substrate 1 is made of a piezoelectric material having a plurality of groove-shaped ink chambers 2 formed in parallel to each other by groove processing, and is formed such that the ink chambers 2 are opened on the side surfaces of the piezoelectric substrate 1. The ink chambers 2 are separated from each other by a partition wall 3. An electrode 4 is formed on the inner wall of the ink chamber 2.

電極4はAl、Cu等の金属材料を、蒸着、スパッタなどの成膜により形成している。電極4は圧電基板1の側面まで延長され、外部引き出し用電極4aを形成している。
外部引き出し用電極4aには異方性導電フィルム(以下「ACF」という。)を介して配線基板10が接続されている。
The electrode 4 is formed of a metal material such as Al or Cu by film formation such as vapor deposition or sputtering. The electrode 4 is extended to the side surface of the piezoelectric substrate 1 to form an external extraction electrode 4a.
A wiring substrate 10 is connected to the external lead electrode 4a through an anisotropic conductive film (hereinafter referred to as “ACF”).

マニホールド11、12は、圧電基板1の長手方向(図1、図2における奥、手前の方向)の寸法と同等程度の寸法を有し、圧電基板1のインク室2が開口した両側面に接着して取り付けられている。マニホールド11、12の上面は、圧電基板1の隔壁3の上面とほぼ面一、または面一より後退しているように位置調整が行われている。マニホールド11、12の上部には、圧電基板1のインク室2に連通するように、略円弧状に窪んだ段差5a、5bが形成されている。圧電基板1の側面、マニホールド11、12の段差5a、5b、およびノズルプレート21の下面によって囲まれた空間が、マニホールドとしての共通インク室(簡単のため、段差と同じ符号5a、5bで呼ぶ。)を形成している。なお、圧電基板1内には共通インク室が形成されていない。   The manifolds 11 and 12 have dimensions comparable to the longitudinal dimensions of the piezoelectric substrate 1 (the back and front directions in FIGS. 1 and 2), and are bonded to both side surfaces of the piezoelectric substrate 1 where the ink chambers 2 are open. Attached. Position adjustment is performed so that the upper surfaces of the manifolds 11 and 12 are substantially flush with the upper surface of the partition wall 3 of the piezoelectric substrate 1 or are flush with the upper surface. On the tops of the manifolds 11 and 12, steps 5 a and 5 b that are recessed in a substantially arc shape are formed so as to communicate with the ink chamber 2 of the piezoelectric substrate 1. A space surrounded by the side surface of the piezoelectric substrate 1, the steps 5 a and 5 b of the manifolds 11 and 12, and the lower surface of the nozzle plate 21 is called a common ink chamber as a manifold (referred to by the same reference numerals 5 a and 5 b as the steps for simplicity). ) Is formed. A common ink chamber is not formed in the piezoelectric substrate 1.

第一のマニホールド11は、共通インク室5aを有するインク供給部11aとフィルタ部11bによって構成されており、圧電基板1のインク室2が開口した側面に接着されるマニホールド11を供給部11a、フィルタユニット80を付加している部分をフィルタ部11bと言う。   The first manifold 11 includes an ink supply unit 11a having a common ink chamber 5a and a filter unit 11b. The manifold 11 bonded to the side surface of the piezoelectric substrate 1 where the ink chamber 2 is opened is connected to the supply unit 11a and the filter. The part to which the unit 80 is added is called a filter unit 11b.

マニホールド11の供給部11aとフィルタ部11bとは、細隙部であるスリット90により大半が分離されており、結合部には共通インク室5aとフィルタユニット80を連結するインク流路となる連通穴7a部が形成されている。   The supply part 11a and the filter part 11b of the manifold 11 are mostly separated by a slit 90, which is a narrow gap part, and a communication hole serving as an ink flow path for connecting the common ink chamber 5a and the filter unit 80 to the joint part. 7a part is formed.

インク排出側のドレン7bとなる連結孔を有する第二のマニホールド12は、共通インク室、5bと第二のマニホールド12の裏面とを連通するドレン7bが形成されており、部材12のドレン7bには、下方からインクチューブ(図示せず)の一端が接続されている。   The second manifold 12 having a connecting hole that becomes the drain 7b on the ink discharge side is formed with a drain 7b that communicates the common ink chamber 5b with the back surface of the second manifold 12, and the drain 7b of the member 12 is connected to the drain 7b. Is connected to one end of an ink tube (not shown) from below.

ノズルプレート21は、圧電基板1の隔壁3上とマニホールド11、12とに跨るように接着して取り付けられている。ノズルプレート21は、圧電基板1上の各インク室2にそれぞれ対応するように配置された複数のノズル孔20を有する。   The nozzle plate 21 is attached by being bonded so as to straddle the partition wall 3 of the piezoelectric substrate 1 and the manifolds 11 and 12. The nozzle plate 21 has a plurality of nozzle holes 20 arranged so as to correspond to the respective ink chambers 2 on the piezoelectric substrate 1.

続いて、図4にて第一のマニホールド11について説明する。フィルタユニット80は、インクタンクから供給されたインクが流入するハウジング部分を、第一のマニホールドのフィルタ部11bのハウジング部分に接合されている。第一のマニホールドのインク供給部11aとフィルタ部11bには、インク流路となる連通部を残し、細隙部であるスリット90が形成され、第一のマニホールドのインク供給部11aとフィルタ部11bを分離している。これにより、スリット90により分離された第一のマニホールド11は、圧電基板1を挟んで対向するインク排出側のドレン7bを有する第二のマニホールド12と略同等の形状、体積を有する構成となっている。フィルタユニット80のハウジングの内部には、フィルタプレート81が設置され、ハウジング80aに供給されたインク中の異物(固形物)を除去し、第一のマニホールドのフィルタ部11bへインクを流入する。フィルタプレート81は、フィルタユニットのハウジングの内部に限定されるものではなく、第一のマニホールド11への異物(固形物)の浸入を防止できる位置であればよい。   Next, the first manifold 11 will be described with reference to FIG. In the filter unit 80, the housing portion into which the ink supplied from the ink tank flows is joined to the housing portion of the filter portion 11b of the first manifold. The ink supply part 11a and the filter part 11b of the first manifold are formed with slits 90, which are slits, leaving a communication part as an ink flow path. The ink supply part 11a and the filter part 11b of the first manifold are formed. Are separated. Thus, the first manifold 11 separated by the slit 90 has a configuration and volume substantially the same as the second manifold 12 having the ink discharge side drain 7b opposed to each other with the piezoelectric substrate 1 interposed therebetween. Yes. A filter plate 81 is installed inside the housing of the filter unit 80 to remove foreign matters (solid matter) in the ink supplied to the housing 80a, and the ink flows into the filter portion 11b of the first manifold. The filter plate 81 is not limited to the inside of the housing of the filter unit, and may be a position where foreign matter (solid matter) can be prevented from entering the first manifold 11.

図1、図2を参照して、インクの流れについて説明する。図示しない第1のインクタンクから供給されたインクは、インクチューブ(図示しない)を通ってニップル開口部19からフィルタユニット80の内部へと供給され、フィルタユニット80の内部に設置されたフィルタプレート81を通過し、第一のマニホールドのフィルタ部11bへ供給される。続いて、連通穴7aを通過して第1共通インク室5aへと流入する。第1共通インク室5aに至ったインクは、引き続き、圧電基板1に形成された複数の個別インク室2のいずれかを通過し、第2共通インク室5bへと流れ込む。さらに、第2共通インク室5bに至ったインクは、ドレン7bからインクチューブ(図示せず)を通過して、図示しない第2のインクタンクへと排出される。   The ink flow will be described with reference to FIGS. Ink supplied from a first ink tank (not shown) is supplied from the nipple opening 19 to the inside of the filter unit 80 through an ink tube (not shown), and a filter plate 81 installed inside the filter unit 80. Is supplied to the filter portion 11b of the first manifold. Subsequently, it passes through the communication hole 7a and flows into the first common ink chamber 5a. The ink that has reached the first common ink chamber 5a continues to pass through one of the plurality of individual ink chambers 2 formed on the piezoelectric substrate 1 and flows into the second common ink chamber 5b. Further, the ink that has reached the second common ink chamber 5b passes through an ink tube (not shown) from the drain 7b and is discharged to a second ink tank (not shown).

したがって、本実施の形態におけるインクジェットヘッド25の構成によれば、図示しない第1のインクタンクから供給されたインクは、先ずインクチューブを通ってニップル開口部19から第一のマニホールドのフィルタ部11bに供給されるため、供給されたインクに異物などが混入していた場合においても、フィルタプレート81により除去される。このため、第一のマニホールドのフィルタ部11bを通り、第1共通インク室5aからインク室2へ供給されたインクにおいて、吐出によるノズルへの異物詰まりによる不吐の防止や、インク流路におけるインク流動が円滑に行うことが可能となる。したがって、ノズル孔20の直近の空間であるインク室2の内部においても通過するインク流れを積極的に形成することが可能となる。このことにより、インク中にフィルタプレート81にて除去されなかった微粒子が含まれている場合であっても、その微粒子が沈殿または浮遊することが抑制され、吐出時の液滴中に含まれる微粒子数を安定させることができる。   Therefore, according to the configuration of the inkjet head 25 in the present embodiment, the ink supplied from the first ink tank (not shown) first passes through the ink tube to the filter portion 11b of the first manifold from the nipple opening 19. Since the ink is supplied, it is removed by the filter plate 81 even when foreign matter is mixed in the supplied ink. For this reason, in the ink supplied to the ink chamber 2 from the first common ink chamber 5a through the filter portion 11b of the first manifold, non-discharge due to foreign matter clogging to the nozzle due to ejection is prevented, and ink in the ink flow path is used. The flow can be performed smoothly. Accordingly, it is possible to positively form an ink flow that passes through the interior of the ink chamber 2, which is the space immediately adjacent to the nozzle hole 20. As a result, even if the fine particles that have not been removed by the filter plate 81 are contained in the ink, the fine particles are suppressed from being settled or floated, and the fine particles contained in the droplets at the time of ejection. The number can be stabilized.

次に本発明の実施形態を用いた場合の、インクジェットヘッド25の特性を説明する。
図1に示すように、本実施の形態では、圧電基板1のインク室2が開口した両側面を挟み込むように第一のマニホールド11および12が取り付けられ、圧電基板1の上部にノズルプレート21が接着される。
Next, characteristics of the inkjet head 25 when the embodiment of the present invention is used will be described.
As shown in FIG. 1, in the present embodiment, first manifolds 11 and 12 are attached so as to sandwich both side surfaces of the piezoelectric substrate 1 where the ink chambers 2 are opened, and a nozzle plate 21 is disposed on the piezoelectric substrate 1. Glued.

第一のマニホールド11は、インク供給部11aとフィルタ部11bが一体成型されている。成型を行うことにより、コストダウンはもちろんのこと、部材間での熱膨張バラツキを抑えることができ、部材間での熱膨張差に起因する反り、歪み、剥離等の低減を図ることが可能である。また、インク供給の際にインク中に含まれる異物や、供給チューブより発生した異物などをインク室近傍で除去できる効果があり、インクジェットヘッド25の吐出安定性の向上を図ることが可能となる。   In the first manifold 11, an ink supply part 11a and a filter part 11b are integrally formed. By molding, not only cost reduction but also thermal expansion variation between members can be suppressed, and it is possible to reduce warpage, distortion, peeling, etc. due to thermal expansion difference between members. is there. Further, there is an effect that foreign matters contained in the ink at the time of ink supply or foreign matters generated from the supply tube can be removed in the vicinity of the ink chamber, and the ejection stability of the inkjet head 25 can be improved.

また、第一のマニホールド11のインク供給部11aと第二のマニホールド12を同様の材料を用いて略同等の形状を有するようにすることで、第一のマニホールド11に対するフィルタ部11bの熱容量の影響を無くすことができ、加熱、接着した第一のマニホールド11、第二のマニホールド12が室温に冷却されていくときの残留応力差が無くなり、圧電基板1の上部に接着されたノズルプレート21のうねりが低減され、ノズル孔20の曲がりの低減を可能とすることができる。   In addition, the ink supply part 11a of the first manifold 11 and the second manifold 12 are made of substantially the same shape using the same material, so that the heat capacity of the filter part 11b on the first manifold 11 is affected. The residual stress difference when the heated and bonded first manifold 11 and second manifold 12 are cooled to room temperature is eliminated, and the undulation of the nozzle plate 21 bonded to the upper portion of the piezoelectric substrate 1 is eliminated. And the bending of the nozzle hole 20 can be reduced.

さらに圧電基板1とノズルプレート21と第一のマニホールド11および第二のマニホールド12のそれぞれの部品の取り付けには接着剤による接着を行い、加熱硬化を用いている。   Further, the piezoelectric substrate 1, the nozzle plate 21, and the first manifold 11 and the second manifold 12 are attached by bonding with an adhesive and using heat curing.

本実施形態では、エポキシ系接着剤を使用し、80℃にて加熱硬化を実施している。耐薬品性に優れた部材を使用するためには、耐薬品性に優れた接着剤を使用する必要があり、検討の結果エポキシ系の接着剤を使用し、80℃以上に加熱硬化を行うことにより、インクに対して膨潤、溶解等の問題が無い接着条件を見つけることが出来た。   In this embodiment, an epoxy adhesive is used and heat curing is performed at 80 ° C. In order to use a member with excellent chemical resistance, it is necessary to use an adhesive with excellent chemical resistance. As a result of investigation, use an epoxy adhesive and heat cure to 80 ° C or higher. As a result, it was possible to find an adhesion condition free from problems such as swelling and dissolution with respect to the ink.

また、第一のマニホールド11と第二のマニホールド12とは、同材料のエンジニアリングプラスチックを使用しており、第一のマニホールド11のインク供給部11aと第二のマニホールド12の熱容量は略同一の体積、同一の材料を用いることにより、同程度に合わせこむように設定を行なうとよい。   The first manifold 11 and the second manifold 12 use engineering plastics of the same material, and the heat capacity of the ink supply part 11a of the first manifold 11 and the second manifold 12 is substantially the same volume. By using the same material, it is preferable to set so as to be adjusted to the same degree.

圧電基板1に対して第一のマニホールド11と第二のマニホールド12を80℃にて加熱硬化した場合、冷却時に発生する残留応力が、第一のマニホールド11側で大きくなるが、残留応力の差分は、第一のマニホールドのフィルタ部11bの熱容量によって発生したものであり、細隙部であるスリット90により、第一のマニホールドのフィルタ部11bの残留応力はマニホールド11aには影響せず、ノズル孔20の曲がりを引き起こすことは無い。   When the first manifold 11 and the second manifold 12 are heated and cured at 80 ° C. with respect to the piezoelectric substrate 1, the residual stress generated during cooling increases on the first manifold 11 side. Is generated by the heat capacity of the filter portion 11b of the first manifold, and the residual stress of the filter portion 11b of the first manifold does not affect the manifold 11a due to the slit 90 which is a narrow gap portion, and the nozzle hole It does not cause 20 bends.

また、本実施形態においては、マニホールド11、12及びフィルタユニット80の材料としてエンジニアリングプラスチックを用いるのが好ましい。エンジニアプラスチックは、機械的特性が良好であり、耐熱性に優れている。また、耐薬品性に優れ、インクと直接触れる部材として使用しても、インクに侵されることがなく、膨潤、溶解等の問題が無い。また、エンジニアプラスチックに適度にフィラーを混入させることで熱伝導率が増し、圧電基板1の熱伝導率に近づけることができるため、ノズルプレートの変形が少なくなり、着弾精度が良好となる。   In the present embodiment, it is preferable to use engineering plastics as materials for the manifolds 11 and 12 and the filter unit 80. Engineer plastics have good mechanical properties and excellent heat resistance. Moreover, even if it is excellent in chemical resistance and used as a member that comes into direct contact with ink, it is not affected by the ink and there are no problems such as swelling and dissolution. Further, by appropriately mixing the filler with the engineer plastic, the thermal conductivity can be increased and brought close to the thermal conductivity of the piezoelectric substrate 1, so that the deformation of the nozzle plate is reduced and the landing accuracy is improved.

上記実施の形態に示したインクジェットヘッドの装置構成において吐出着弾精度を評価した。その結果を図5示す。評価結果は、ノズル直交方向(図1に示すY方向)の着弾結果を示したものである。   The discharge landing accuracy was evaluated in the apparatus configuration of the ink jet head shown in the above embodiment. The result is shown in FIG. The evaluation results show the landing results in the nozzle orthogonal direction (Y direction shown in FIG. 1).

図5は、本発明の実施形態に示す、第一のマニホールドのインク供給部11aとフィルタ部11bとの間に、細隙部であるスリット90を形成し、第一のマニホールド11を一体成型して作製したインクジェットヘッド25の吐出着弾精度の結果を示したものである。   FIG. 5 shows a slit 90, which is a slit portion, formed between the ink supply portion 11a and the filter portion 11b of the first manifold shown in the embodiment of the present invention, and the first manifold 11 is integrally molded. 3 shows the result of the discharge and landing accuracy of the inkjet head 25 manufactured as described above.

図5に示すように、本発明の実施形態である第一のマニホールドのインク供給部11aとフィルタ部11bとの間に、細隙部であるスリット90を形成し、第一のマニホールド11を一体成型して作製したインクジェットヘッド25においては、吐出着弾精度は±5μm以下という着弾精度であった。このインクジェットヘッドのノズル孔20の位置を確認したところ、3μm湾曲したような配列となっていた。
(比較例1)
As shown in FIG. 5, a slit 90 which is a slit portion is formed between the ink supply portion 11a and the filter portion 11b of the first manifold according to the embodiment of the present invention, and the first manifold 11 is integrated. The ink jet head 25 produced by molding had a landing accuracy of ± 5 μm or less. When the positions of the nozzle holes 20 of the ink jet head were confirmed, the arrangement was as if curved by 3 μm.
(Comparative Example 1)

図6は、本発明の実施形態に示す、第一のマニホールドのインク供給部11aとフィルタ部11bとの間に、細隙部であるスリット90を形成せずに、第一のマニホールド11を一体成型して作製したインクジェットヘッド25の吐出着弾精度の結果を示したものである。   FIG. 6 shows an embodiment of the present invention, in which the first manifold 11 is integrated without forming a slit 90 that is a slit portion between the ink supply portion 11a and the filter portion 11b of the first manifold. The result of the discharge landing accuracy of the inkjet head 25 produced by molding is shown.

図6に示すように、細隙部であるスリット90を形成せずに作製したインクジェットヘッド25の吐出着弾精度は±20μm程度と大きく着弾ばらつきが発生する結果となった。   As shown in FIG. 6, the ejection landing accuracy of the inkjet head 25 manufactured without forming the slit 90 which is the narrow gap portion is as large as about ± 20 μm, resulting in a large variation in landing.

このインクジェットヘッドのノズル孔20の位置を確認したところ、30μm湾曲したような配列となっていた。これは、上述したように部材11、12の熱容量差に起因する残留応力差によって生じたものである。   When the position of the nozzle hole 20 of this inkjet head was confirmed, it was an array that was curved by 30 μm. This is caused by the difference in residual stress caused by the difference in heat capacity between the members 11 and 12 as described above.

これは、第一のマニホールドのインク供給部11aとフィルタ部11bを、スリット90にてインク流路となる部分を残し分離することにより、分離により形成される部材11が、ハウジング80bと連通する部分を除いて、圧電基板1を挟み込むように対向する部材12と同程度の熱容量を有した効果であるといえる。   This is because the member 11 formed by the separation communicates with the housing 80b by separating the ink supply part 11a and the filter part 11b of the first manifold, leaving a part that becomes an ink flow path at the slit 90. It can be said that it is the effect which has the heat capacity comparable as the member 12 which opposes so that the piezoelectric substrate 1 may be inserted | pinched.

すなわち、熱容量差に起因する残留応力が、スリット90を形成することにより、マニホールド部へは影響しないことが確認できた。   In other words, it was confirmed that the residual stress caused by the difference in heat capacity does not affect the manifold portion by forming the slit 90.

実施例1と比較例1とを比較するとノズルchが64ch以下であると、スリット部がないマニホールドの場合でも、インクの着弾精度が要求精度である±5μmに収まる。しかしながら、ヘッド長が4〜5倍程度あるいは、それ以上の長尺インクジェットヘッドの場合は、±15μm以上の着弾ずれとなる。本実施の形態で示した構成によると着弾ずれが±5μm以下という結果となり、高速化に十分適応できるヘッドを作成することができ、十分な着弾位置ずれの精度であった。   Comparing Example 1 and Comparative Example 1, when the nozzle ch is 64 ch or less, the ink landing accuracy is within the required accuracy of ± 5 μm even in the case of a manifold having no slit portion. However, in the case of a long inkjet head having a head length of about 4 to 5 times or more, the landing deviation is ± 15 μm or more. According to the configuration shown in the present embodiment, the result is that the landing deviation is ± 5 μm or less, a head that can be sufficiently adapted to high speed can be created, and the landing position deviation accuracy is sufficient.

以上のことから本発明の構成では熱膨張率のバラツキや、残留応力差によるノズル孔位置の曲がりをなくすことができ、また使用するインク材料も民生用の水溶性インクとは異なり、粘度が数十CP程度のインクやトルエン、キシレンなどの耐薬品性に優れ、かつ剛性および信頼性も高いインクジェットヘッドが可能となる。
(実施の形態2)
さらに、着弾のばらつきを、このノズル孔位置の曲がりが生じるメカニズムを解明するため、以下の実験を実施した。
From the above, in the configuration of the present invention, it is possible to eliminate variations in the coefficient of thermal expansion and the bending of the nozzle hole position due to the difference in residual stress. An ink jet head having excellent chemical resistance such as ink of about 10 CP, toluene and xylene, and high rigidity and reliability is possible.
(Embodiment 2)
In addition, the following experiment was conducted in order to clarify the mechanism of the variation in landing and the bending of the nozzle hole position.

実施の形態1で示したインクジェットヘッドにおいて、圧電基板1には、チタン酸ジルコン亜鉛(PZT)を使用しており、熱膨張係数は8×10−6/℃程度を有する。また、第一のマニホールド11、第二のマニホールド12およびフィルタユニット80には、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)低熱膨張フィラーを添加し、熱膨張係数を20×10−6/℃程度に低減させたものを使用し、圧電基板を挟み込むように接着した部材間の熱膨張バラツキの有無によるノズル孔位置の曲がりを確認した。 In the ink jet head shown in the first embodiment, zircon zinc titanate (PZT) is used for the piezoelectric substrate 1, and the thermal expansion coefficient is about 8 × 10 −6 / ° C. In addition, polyether ether ketone (PEEK) low thermal expansion filler was added to the first manifold 11, the second manifold 12 and the filter unit 80 to reduce the thermal expansion coefficient to about 20 × 10 −6 / ° C. The nozzle hole was bent by the presence or absence of thermal expansion variation between the members bonded so as to sandwich the piezoelectric substrate.

今回の実験では、80℃で硬化する接着剤(耐インク性をクリアしたもの)を使用した。その結果を表1に示す。   In this experiment, an adhesive that cured at 80 ° C. (having cleared ink resistance) was used. The results are shown in Table 1.

実施例2によれば、ベース基板の両平面に対して対称な位置に略同寸法形状の支持基板を接着する構成であるため、残留応力差によるノズル孔位置の曲がりは発生し難いと考えられ、実験においても同形状部材を用いた結果では、ノズル孔位置の曲がりは発生していない。   According to the second embodiment, since the support substrate having substantially the same size and shape is bonded to a position symmetrical with respect to both planes of the base substrate, it is considered that the bending of the nozzle hole position due to the residual stress difference hardly occurs. Also in the experiment, as a result of using the same shape member, the nozzle hole position is not bent.

実施例3によれば、フィルム状のFPCを圧電基板の片側に80℃で接着した場合においては、実験においてノズル孔位置の曲がりの発生を確認したが、ノズル孔位置の曲がりは生じていない。FPCはフィルム状であり、剛性が低く、熱容量も小さくため、ノズル孔位置の曲がりを生じさせるほどの硬化収縮は生じないと考えられる。   According to Example 3, when the film-like FPC was bonded to one side of the piezoelectric substrate at 80 ° C., it was confirmed in the experiment that the nozzle hole position was bent, but the nozzle hole position was not bent. The FPC is in the form of a film, has low rigidity, and has a small heat capacity. Therefore, it is considered that curing shrinkage that causes bending of the nozzle hole position does not occur.

一般的にFPCを用いて製造される民生品のインクジェットヘッドは、ヘッド長が〜20mm程度と短いために、熱膨張率のバラツキや、部材の残留応力差は小さくなるために、ノズル孔位置の曲がりは発生し難いと考えられる。しかし、熱膨張係数が圧電素子と異なりすぎるため熱による接着ができないため、高精度の長尺インクジェットヘッドが作製できない。また、インクによる膨潤、溶解が発生しやすいという問題点もある。   In general, consumer inkjet heads manufactured using FPC have a short head length of about 20 mm, so that the variation in thermal expansion coefficient and the difference in residual stress between members are small. Bending is unlikely to occur. However, since the thermal expansion coefficient is too different from that of the piezoelectric element, it cannot be bonded by heat, so that a highly accurate long inkjet head cannot be manufactured. In addition, there is a problem that swelling and dissolution with ink are likely to occur.

比較例2,3によれば、ノズル孔位置の曲がりは、部材の熱膨張率のバラツキと圧電基板を挟み込むように接着した部材が異形状の場合に発生する結果となった。熱膨張バラツキがあると、圧電基板を挟み込むように加熱、接着した部材が室温に冷却されていくときの部材の収縮状態が異なるためにノズル孔位置の曲がりが生じたと考えられる。熱膨張率のバラツキが無くても、圧電基板を挟み込むように接着した部材が異形状の場合は、圧電基板を挟み込むように加熱、接着した部材が室温に冷却されていくときの部材の残留応力差によりノズル孔位置の曲がりが生じた結果となった。   According to Comparative Examples 2 and 3, the bending of the nozzle hole position was caused when the member that was bonded so as to sandwich the piezoelectric substrate and the variation in the coefficient of thermal expansion of the member were irregular. If there is variation in thermal expansion, it is considered that the nozzle hole position is bent because the contracted state of the member when the member heated and bonded so as to sandwich the piezoelectric substrate is cooled to room temperature is different. Even if there is no variation in the coefficient of thermal expansion, if the member bonded to sandwich the piezoelectric substrate has an irregular shape, the residual stress of the member when the bonded and heated member is cooled to room temperature to sandwich the piezoelectric substrate As a result, the nozzle hole was bent due to the difference.

具体的には、比較例2のインクジェットヘッドで着弾精度を確認したところ、±20μm程度であり、指定されたアドレスに液滴を着弾させることが出来なかった。   Specifically, when the landing accuracy was confirmed with the ink jet head of Comparative Example 2, it was about ± 20 μm, and the droplet could not be landed at the designated address.

以上の実施例と比較例の比較検討から、熱膨張のばらつきを押さえ、マニホールドの形状を略同形状にすると、着弾精度が良好になることがわかった。   From the comparative study of the above examples and comparative examples, it has been found that the landing accuracy is improved when the variation in thermal expansion is suppressed and the manifolds are formed in substantially the same shape.

また、産業用途の長尺のインクジェットヘッドを作製する場合には、マニホールドにインクによる膨潤、溶解が生じないような材料として、エンジニアリングプラスチックを選定し、低熱膨張フィラーを添加した材料を使用するのが好ましいことがわかった。   When manufacturing a long inkjet head for industrial use, engineering plastic is selected as a material that does not swell and dissolve due to ink in the manifold, and a material added with a low thermal expansion filler is used. It turned out to be preferable.

なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。   In addition, the said embodiment disclosed this time is an illustration in all the points, Comprising: It is not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and includes all modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

1 圧電基板
2 個別インク室
3 隔壁
4 電極
4a 電極引出し部
5a 第1共通インク室
5b 第2共通インク室
7a 連通穴
7b ドレン連通穴
11 第一のマニホールド
11a 第一のマニホールドのインク供給部
11b 第一のマニホールドのフィルタ部
12 第二のマニホールド
14 固定穴
15 ベース
15e、15f フランジ部
19 ニップル開口部
20 ノズル穴
21 ノズルプレート
25 インクジェットヘッド
80 フィルタユニット
90 スリット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piezoelectric substrate 2 Individual ink chamber 3 Partition 4 Electrode 4a Electrode extraction part 5a First common ink chamber 5b Second common ink chamber 7a Communication hole 7b Drain communication hole 11 First manifold 11a Ink supply part 11b of first manifold Filter portion 12 of one manifold Second manifold 14 Fixing hole 15 Base 15e, 15f Flange portion 19 Nipple opening portion 20 Nozzle hole 21 Nozzle plate 25 Inkjet head 80 Filter unit 90 Slit

Claims (8)

内壁に電極を備えた複数の平行な溝を形成した圧電基板と、前記圧電基板の複数の溝に対応したノズル孔を備えたノズルプレートを接着してインクを吐出させるシェアモード形インクジェットヘッドにおいて、
前記圧電基板と、前記ノズルプレートと、圧電基板へインクを供給するための共通インク室とインク流路とが形成された第一のマニホールドとを備え、
前記圧電基板と前記ノズルプレートと前記第一のマニホールドがそれぞれ接着されるとともに、
前記第一のマニホールドには、接着部近傍に細隙部が形成されていること特徴とするインクジェットヘッド。
In the share mode type inkjet head that discharges ink by bonding a piezoelectric substrate having a plurality of parallel grooves with electrodes on the inner wall and a nozzle plate having nozzle holes corresponding to the plurality of grooves of the piezoelectric substrate,
The piezoelectric substrate, the nozzle plate, and a first manifold in which a common ink chamber and an ink flow path for supplying ink to the piezoelectric substrate are formed,
The piezoelectric substrate, the nozzle plate and the first manifold are respectively bonded,
The inkjet head according to claim 1, wherein a slit portion is formed in the vicinity of the bonding portion in the first manifold.
上記共通インク室は、前記圧電基板と前記ノズルプレートと前記第一のマニホールドの接触部分の付近に形成されていることを特徴とする請求項1記載のインクジェットヘッド。   2. The inkjet head according to claim 1, wherein the common ink chamber is formed in the vicinity of a contact portion of the piezoelectric substrate, the nozzle plate, and the first manifold. 上記第一のマニホールドは、接着部近傍に形成された上記細隙部により、圧電基板に接触している供給部とフィルタユニットに接触しているフィルタ部に分離され、それらの結合部にはインクが流通する連通穴が設けられていることを特徴とする請求項1あるいは2いずれかに記載のインクジェットヘッド。   The first manifold is separated into a supply part that is in contact with the piezoelectric substrate and a filter part that is in contact with the filter unit by the slit part formed in the vicinity of the adhesive part, and an ink is connected to the joint part between them. The ink-jet head according to claim 1, further comprising a communication hole through which the gas flows. 上記第一のマニホールドのフィルタ部にはインク中の異物を除去するフィルタ部が形成されていることを特徴とする請求項3記載のインクジェットヘッド。   4. The ink jet head according to claim 3, wherein a filter portion for removing foreign matters in the ink is formed in the filter portion of the first manifold. 請求項1〜4いずれかに記載のインクジェットヘッドに、さらに、圧電基板からのインクを排出するための共通インク室とドレンとが形成された第二のマニホールドが形成され、上記圧電基板とノズルプレートに対し接着されていることを特徴とするインクジェットヘッド。   5. The ink jet head according to claim 1, further comprising a second manifold in which a common ink chamber and a drain for discharging ink from the piezoelectric substrate are formed, and the piezoelectric substrate and the nozzle plate. An ink jet head which is adhered to the ink jet head. 第一および第二のマニホールドは、フィラーが添加されたエンジニアリングプラスチックにて形成されていることを特徴とする請求項1〜5いずれかに記載のインクジェットヘッド。   6. The ink jet head according to claim 1, wherein the first and second manifolds are formed of an engineering plastic to which a filler is added. 上記第一のマニホールドの供給部と第二のマニホールドは略同形状で、熱容量が略等しく形成されていることを特徴とする請求項1〜6いずれかに記載のインクジェットヘッド。   The inkjet head according to claim 1, wherein the supply portion of the first manifold and the second manifold have substantially the same shape and are formed with substantially the same heat capacity. 上記圧電基板と上記ノズルプレートと上記第一および第二のマニホールドの接着は加熱硬化型の接着剤により接着されていることを特徴とする請求項1〜7記載のインクジェットヘッド。   8. The ink jet head according to claim 1, wherein the piezoelectric substrate, the nozzle plate, and the first and second manifolds are bonded by a thermosetting adhesive.
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