JP2004291515A - Inkjet head and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はインクジェットヘッドに関し、より詳細には、オンデマンド型のインクジェットヘッド記録装置の駆動源として圧電素子を用いたインクジェットヘッドにおいて、圧電素子と圧電素子を支持固定する基台の接合面の形状や基台の材質に関する。
【0002】
【従来の技術】
ドロップオンデマンド方式のインクジェットヘッドのひとつとして駆動源に積層型圧電素子を用いた方式がある。積層型圧電素子の種類として、縦振動や横振動など電界の方向と変位方向により分けられ、たとえばd33積層型圧電素子、d31積層型圧電素子などが一般的である。
【0003】
このうち駆動源にd33型の圧電素子を用いたインクジェットヘッドについては、門型の基台にバルク状の圧電素子を貼り付けた後、一端が自由端となるように櫛歯状の振動子を形成したものがある(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
また、電極パターンが形成されたセラミックの板に、バルク状の圧電素子を張り付け、ダイシングソーを用いてd33型の積層型圧電素子を短冊状に切り分けているものがある(例えば、特許文献2参照)。その際、基台表面部も同時に切り分けているため、個別の電極パターンを同時に形成出来、その後の配線が容易となる。
【0005】
【特許文献1】
特公平4−52213号公報
【特許文献2】
特開平8−142325号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、短冊状にダイシングする際に発生する問題点として、圧電素子を切断する際、圧電素子を支持する基台の材質によっては切断がうまくいかないことがある。このため、特許文献2に記載の発明では、ブレードに負担がかかるという理由で基台の材質をセラミックに限定している。金属のダイシングではダイシングブレードに磨耗し易いものを用いるため、ドレッシング期間が短くなり、効率が悪いという点がある。さらに金属の中でも防振材であるSUS430等、焼入れ出来ない基台と圧電素子を接合してダイシングを行なうと、図15に示すように、基台3となる金属側で捲れ37が発生し、歯割された振動子2に外力を加えることになる。これにより切り分けられた振動子2が剥がれてしまうことがある。ノズルピッチが細かいものになると、振動子2がダイシング時に吹き飛んでしまう場合もある。
【0007】
一方、基台をセラミックに限定し、流路をすべてステンレスなどで作製した場合、熱膨張係数が大きく違うため、駆動部と流路部の接合には高温をかけられない。また、インクジェットヘッドを使用する際にも、使用温度が高温になった場合、熱膨張により両端部がずれて不吐出状態になってしまう。また、セラミックは質量が金属に比べ低いため、インク吐出時の相互干渉(クロストーク)がやや大きくなり、吐出安定性に乏しい。
【0008】
更に、バルク状の圧電素子を櫛歯状に切断した場合は、切断するピッチにあわせて予め個別の電極パターンを形成しなければならないため、手間がかかる。また、圧電素子の電極パターンと基台の電極パターンを合わせなければならないため、短冊状に比べると工数が増えてしまう。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の特徴・製造方法を有するインクジェットヘッドを構成し、前述した課題を効果的に解決するものである。
(1)列状に並んだ複数のノズルと、前記ノズルと各々に対応し、かつ前記ノズルに連通する複数の圧力室と、前記圧力室の一部を形成する振動板と、からなるインク流路部に、前記圧力室列の周囲を囲むようにインク流路部を固定する孔ををもつ固定板を接合し、基台の一面に接合した圧電素子を一端が自由端となるように前記圧力室の並びに合わせて前記基台に到達する長さで歯割した振動子群からなる駆動部を、前記インク流路部に接合することにより、前記圧電素子の変位を前記振動板を介して圧力室に伝え、ノズルよりインクを吐出するインクジェットヘッドにおいて、
前記基台の前記圧電素子との接合面には、歯割する位置とほぼ同じ位置に溝を設けたこと
を特徴とするインクジェットヘッド。
(2)前記溝は歯割する際に、歯割する刃が触れない深さもしくは切削した際に発生する捲れが圧電素子に到達しない深さとす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。
(3)前記溝は、ダイシングまたは射出成型により作製することを特徴とする記求項1記載のインクジェットヘッド。
(4)圧電素子を支持する基台の前記圧電素子当接面に溝を設け、前記圧電素子に接着剤を塗布する工程と、前記基台と接合し、前記溝を接着剤で埋めて硬化させる工程と、ダイシングまたはワイヤーソーなどによりノズルピッチに合わせて前記圧電素子を歯割する工程と、からなるインクジェットヘッドの駆動部の製造方法。
(5)切削性の良い材質からなる第1基台を流路形成部材と同じ材質の第2基台に接合した後、圧電素子と前記第1基台に接合し、前記圧電素子の一端が自由端となるように前記圧電素子、及び前記第1基台を圧力室形状に合わせて短冊状に切断して複数の振動子を形成してなるインクジェットヘッドの駆動部。
(6)前記第1基台にはセラミック、または焼入れしたステンレス鋼を用いることを特徴とする請求項5記載のインクジェットヘッドの駆動部。
(7)前記第1基台の材質には非導電性のものが用いられ、圧電素子の当接面及びその反対側の面以外には電極が蒸着されているものを用い、また前記第2基板には導電性の有る材質を用いることを特徴とする請求項5記載のインクジェットヘッドの駆動部。
(8)切削性の良い材質からなる第1基台を流路形成部材と同じ材質の第2基台に接合する工程と、圧電素子と前記第1基台を接合する工程と、前記圧電素子の一端が自由端となるように前記圧電素子、及び前記第1基台を圧力室形状に合わせて短冊状に切断して複数の振動子を形成する工程と、かならるインクジェットヘッドの駆動部の製造方法。
(9)圧電素子を固定する第1基台の材質には非導電性のものが用い、圧電素子の当接面及びその反対側の面以外に電極を蒸着する工程と、第1基台と接合する第2基板には導電性の有る材質を用い、前記第1の基盤と接合する工程と、前記圧電素子の一面と前記第1基台の電極面、及び前記圧電素子のもう一面と前記第2基台、及び前記第1基台の両端と前記第2基台を導電性接着剤で導通する工程と、からなるインクジェットヘッドの駆動部の製造方法。
【0010】
基台の圧電素子との接合面に溝を設けることにより、基台がステンレスなどの切削性の悪いものであっても、圧電素子をダイシングした際に発生する捲れが振動子にまで到達しない。また、基台を2枚の板に分けることにより、一枚は切削性の良いもの、2枚目は熱膨張係数が流路と同じものに分けることが出来、圧電素子と基台の1枚目を短冊状に切削することにより、圧電素子と基台の接合を強固にしたまま、熱膨張による伸びを流路にあわせることが出来る。
【0011】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明による第一の例となるインクジェットヘッドの構造を示す分解斜視図であり、図2は組み上げた状態における側面図、図3は図2の断面図である。
【0012】
本ヘッドは大きく分けて、駆動ユニットと流路ユニットの2つに分けられる。
【0013】
駆動ユニットは、変位発生源である圧電素子1、圧電素子1を保持する基台3、基台に貼り付けられ個別電気経路と共通電気経路を形成するShortFPC4と、ShortFPC4と電気信号のコントロール部とを接続するLongFPC5からなる。
【0014】
圧電素子1は、電極と圧電体を交互に積層して作製されており、細長い板状のバルク材として生成される。積層型圧電素子1は分極方向によりd31型やd33型がありいずれを使用してもよい。なお、本例ではd33型を用いている。
【0015】
基台3は圧電素子の一端を接着剤等により接合して固定する役割を持ち、接合面である板の外周部は高い平面度で加工されている。また、圧電素子1の当接面6と反対側の面を加圧面7として組立時に駆動部を加圧する基準面として使用するため、平行度も非常に高い。基台3の材質は、圧電素子1を強固に固定する高い強度と、振動が他に伝播しないようなものが求められ、ここではSUS430を用いている。SUS430は導電性であるため、基台3との絶縁を保ちながら、圧電素子から個別の電気信号線を接続する工夫が必要である。
【0016】
駆動ユニットの組立方法を順を追って説明する。まず、SUS430の基台の四辺を高平面度加工し、圧電素子1の接合面6と加圧面7を高平行度加工した後、溝加工を施す。溝8を形成するための加工としてダイシングを行なった。図4に、ダイシングを行なって溝8を形成した基台3の状態を示す。ダイシングの際、表面に捲れが発生する為、仕上げ研磨を加工後に行なう。
【0017】
なお、溝8の作製方法としては、他にメタルインジェクションがある。この場合、射出成型した段階でほぼ形状が整っているので、多少の後加工をするだけで、目標仕様を満たす基台3を作製することが出来る。
【0018】
次に、圧電素子1と基台3との接合を行なう。この接合は接着剤によりなされる。図5に、圧電素子1と基台3とを接合した状態を示す。接着剤にはエポキシ系接着剤などの高強度なものを用い、圧電素子1側に塗布する。塗布方法としては、フィルムなどに均一な接着層を作製して、被接着部材に押し付ける転写法を用いる。本例で用いた接着剤は、常温硬化型接着剤であるバンティコ社製のアラルダイトである。なお、溝8側にも接着剤を塗布して接着剤の量を調整し、溝8を接着剤で埋める方法もある。この場合は、ダイシングしても柔らかい接着剤が捲れるだけなので接合強度を向上しつつ、加工性もよい。
【0019】
圧電素子1は予め分極処理を行なっているため、反りが発生している。よって、接合時には反りを強制するように、適度に接合する面に倣うように加圧して行なわれる。接合位置として、基台3の側面と同一平面上に揃うように配置する。
【0020】
接合後、基台位置の加圧面7と圧電素子1の自由端側を同一面となるように、研磨を行なう。ここでは、圧電素子を加圧面より若干飛び出るように設計しているので、圧電素子を研磨していった。研磨後、図6に示すように、ShortFPC4を基台3側面に取り付ける。ShortFPC4はポリイミド9−銅線10−ポリイミド9の3層からなり、銅線10はノズルピッチにあわせてパターニングされている。中央部には個別電極用パターン11が並び、その両端には共通電極用パターン12が形成されている。ポリイミド9は銅線10のカバーであり、基台3と接触する面は完全に被覆し、他面は両端で銅線部を露出させている。これにより、基台3と銅線10は完全に絶縁した状態となり、他面では圧電素子1やLongFPCとの接続を容易にしている。ShortFPC4と基台との取り付けは接着剤で行なう。これも圧電素子1と基台3の接続と同様に転写法により行い、ここではShortFPC4に接着剤を転写して接続する。接着剤も同様にアラルダイトを用いる。しかし、ShortFPC4が基台3からはみだすと、ShortFPC4が捲れた場合に接着剤が割れてしまう可能性があるため、弾性接着剤であるセメダイン社製のEP001を用いてもよい。EP001は多少の伸びは耐える接着剤ことが出来るので、形状や用途によって使い分ける。
【0021】
ShortFPC4の先端部は、圧電素子1と基台3との接合部よりも圧電素子1側に位置するように接続する。これは、銅線10が基台3と接触することを防ぐためである。そして、ShortFPC4を接続した後に、圧電素子1の一方の外部電極13aとShortFPC4、及び他方の外部電極13bと基台3とを導電性接着剤14で夫々結合する。また、最外部の共通電極パターン12を基台3と導電性接着剤14で導通させることにより、導電性の基台を介して他方の外部電極との導通を図る。
【0022】
その後、図7に示すように、圧電素子1をノズルピッチにあわせてダイシングし、複数の振動子2に分割する。ここではダイシング深さを溝部に接触しない深さに設定して行なった。なお、両端にはインクの吐出に寄与しない、ダミー振動子15が残る。
【0023】
図8に、(a)にメタルインジェクションで溝8形成した基台3、(b)にダイシングで溝8形成した基台3、それぞれのダイシング部分の拡大図を示す。メタルインジェクションの場合、ダイシング加工に比べ安定した溝幅、深さを実現できる。ダイシングの場合、歯の磨耗により深さなどが変わってしまう。
【0024】
ダイシング後、図9に示すように、LongFPC5をShottFPC4に貼り付ける。貼り付けは、LongFPC5に貼り付けた異方性導電シートにより行なう。以上の工程により駆動ユニットが形成される。
【0025】
続いて、流路ユニットの製造方法について説明する。図10に示すように、流路ユニットは、ノズルプレート18、チャンバープレート20、ダイアフラムプレート24からなるインク流路部29と、インク流路部29を固定する固定板30(図11参照)から形成される。各プレートはそれぞれに設けられている流路ユニット位置決め穴17(a)〜(c)により位置決めされる。
【0026】
ノズルプレート18は、インク吐出口であるノズル19を有し、インク吐出面には撥インク処理が施されている。材質はSUS303が好ましく、プレス加工により個々のノズル19が作製される。
【0027】
チャンバープレート20は、ノズル19に連通する圧力室21と、インク溜めであるマニホールド23、圧力室21とマニホールド23を結ぶリストリクタ22が形成されている。材質にはシリコンが用いられており、ウェットエッチング、またはドライエッチングにより夫々の部位を形成する。
【0028】
ダイアフラムプレート24は、圧力室21の一側壁をなす振動板25と、ダミー振動子15が当接するダミー振動子接合部26、マニホールド23へインクを導入するインク導入孔27、マニホールド23内のインク変動を吸収するダンパー28が形成されている。ダイアフラムプレート24は金属と樹脂を張り合わせて形成し、金属にはSUS303、樹脂にはポリイミドフィルムが用いられている。金属と樹脂を張り合わせた後、金属面の所定部分をエッチングにより取り除き、金属の枠部に囲まれた振動板25やダンパー28を形成する。
【0029】
インク流路部29の組立では、ノズルプレート18、チャンバープレート20、ダイアフラムプレート24をそれぞれシート状の接着剤で接合する。それぞれの接着層は2〜3μm程度である。
【0030】
続いて、図11に示すように、インク流路部29を形成した後、固定板30を接合する。固定板30はインク供給路31と駆動ユニット15が貫通する貫通孔32を有し、インク流路部29と接合する面は高平面度加工が施されている。材質はSUS430であり、インク流路部29に比べ非常に厚い形状のため、高い剛性を有している。よって、インク流路部29との接合時に、インク流路部29に発生する反りやうねりは固定板30の剛性により矯正される。貫通孔32の大きさは駆動ユニット16が接触しない程度の大きさである。これは、駆動ユニット16と固定板30が接触又は接合することにより傾きが発生し、インク吐出特性を著しく低下させるためである。以上の工程により流路ユニットが形成される。
【0031】
駆動ユニットと流路ユニットはそれぞれ別々の工程で組立られるため、組立順序はどちらが先でも構わない。
【0032】
続いて、各ユニットの接合を行なう。接合は接着剤を用いて転写法により行なわれる。接着剤には、ここでは高強度の弾性接着剤であるEP001を用いている。接着剤の転写は、ここでは高平面な板に接着剤を塗布して振動子を突き当てるように行なっている。
【0033】
転写後、図12に示すように、駆動ユニット16を流路ユニット33に接合する。位置決めには治具(図示せず)を用いて、画像処理により行なう。位置決め後、流路ユニット33内に駆動ユニット16を挿入して((a)の工程)、突き当たった後、加圧面7を押圧して加熱硬化する((b)の工程)。以上によりヘッドが完成する。
【0034】
以上のような工程でインクジェットヘッドを組立てることにより、圧電素子1の歯割時に発生する不良(捲れによる倒れや破損)を防ぐことが出来、加工性の悪い基台でも安定した切断が行なえる。
【0035】
次に、本発明の他の例について説明する。本例では、材質の異なる2種類の部材にて基台3を形成している。このうち、圧電素子1と接合されている第1の基台は切削性の高い材料を用いることにより、圧電素子のダイシング加工時に発生する捲れを防止でき、かつ第2の基台はヘッドの高温使用時における熱膨張による伸びを防止できるという効果がある。
【0036】
本発明の基台の製造は、圧電素子1を第1基台34に固定し、さらに第1基台34を第2基台35と接合することにより行なう。図13にその状態を示す。第1基台34にはセラミック(アルミナ)を用い、第2基台35には金属であるSUS304を用いている。第2基台35の材質を選定するポイントは、流路ユニットに用いられている材質とほぼ同等の熱膨張係数のものの中から選択するということである。
【0037】
具体的には、まず、第1基台34の第2基台35との接合面及びその反対側の面に予めベタ電極36を蒸着しておく。次に、第1基台と第2基台を接着剤で固定する。その後、圧電素子1と第1基台34を接合する。これらの接着には、常温硬化型の接着剤を用いた。次に圧電素子の外部電極両面をそれぞれ第1基台34の電極面両面と導電性接着剤14で導通を取る。また、第2基台35と第1基台の第2基台34との接合面側の電極を同様に導通を取る。導通を取る面は圧電素子の固定面と反対側の面、及びその両側面である。これにより第2基台は導電性であるので、第2基台と圧電素子の外部電極の一面の導通を取ることが出来る。
【0038】
圧電素子1と基台34,35の接合と、それぞれの部品の導通を取った後、圧電素子1の切り分けを行なう。この場合、圧電素子1と第1基台34を短冊状になる深さで切断していく。このように切断した後、LongFPC5を貼り付けることにより、図14に示すような駆動ユニットを完成させることが出来る。
【0039】
上記製法で作製した駆動ユニットを適用するインクジェットヘッドは、加熱して使用する場合に有効である。すなわち、インクジェットヘッドを加熱して使用する場合、流路の構成部品がばらばらであると、熱膨張により流路に反り・ウネリが発生し、最悪の場合壊れてしまうため、熱膨張係数を合わせて組み立てる必要がある。しかし、材料の熱膨張係数を考慮せず作製した駆動ユニットでは基台は、累積した反りやたわみを発生することがあり、最悪の場合、両端部で不吐出となる可能性が高い。一方、本例の構成では、ノズル毎には熱膨張の差が発生するが、累積においてはほぼその影響が無いため、長尺の駆動部の作製に有効である。
【0040】
【発明の効果】
以上説明したように、列状に並んだ複数のノズルと、前記ノズルと各々に対応し、かつ前記ノズルに連通する複数の圧力室と、前記圧力室の一部を形成する振動板と、からなるインク流路部に、前記圧力室列の周囲を囲むようにインク流路部を固定する孔ををもつ固定板を接合し、基台の一面に接合した圧電素子を一端が自由端となるように前記圧力室の並びに合わせて前記基台に到達する長さで歯割した振動子群からなる駆動部を、前記インク流路部に接合することにより、前記圧電素子の変位を前記振動板を介して圧力室に伝え、ノズルよりインクを吐出するインクジェットヘッドにおいて、前記基台の前記圧電素子との接合面には、歯割する位置とほぼ同じ位置に溝を設けることにより、金属などの加工性の悪い材質で出来た基台と圧電素子を歯割りする際に、発生する捲れによる振動子の破損を防ぎ、安定した駆動部の作製を可能とすることが出来る。また、同時に溝と振動子の間にフィレットが出来る為、接合強度も高い。
【0041】
溝の深さを歯割する刃が触れない深さとすることにより、捲れ自体を発生させないことも出来る。
【0042】
溝をダイシング又は射出成型で作製することにより、セラミックから金属、樹脂など様々な材料で容易に溝形状を得ることが出来る。
【0043】
また、切削性の良い材質からなる第1基台を流路形成部材と同じ材質の第2基台に接合した後、圧電素子と前記第1基台に接合し、前記圧電素子の一端が自由端となるように前記圧電素子、及び前記第1基台を圧力室形状に合わせて短冊状に切断して複数の振動子を形成することにより、ヘッドを加熱して使用する際、第2基台が流路形成部材と同じ材質であるので、熱膨張による位置ズレなどの発生を防ぐことが出来る。
【0044】
第1基台にはセラミック、または焼入れしたステンレス鋼を用いることにより、圧電素子と同じよう刃で切断できる為、加工が容易となる。
【0045】
第1基台の材質には非導電性のものが用いられ、圧電素子の当接面及びその反対側の面以外には電極が蒸着されているものを用い、また前記第2基板には導電性の有る材質を用いることにより、第1基台が個別に分けられる為、個別電極として用い、第2基台は第1基台の一端側と接合して連結しているので共通電極として使用することが出来、電極の配線が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一例となるインクジェトヘッドの分解図。
【図2】本発明のインクジェットヘッドの正面断面図。
【図3】本発明のインクジェットヘッドの側面断面図。
【図4】ダイシングを行なって溝を形成した基台の状態を示す斜視図。
【図5】圧電素子と基台とを接合した状態を示す斜視図及び断面図。
【図6】ShortFPCを基台側面に取り付けた状態を示す斜視図及び断面図。
【図7】圧電素子を所定ピッチにあわせてダイシングした状態を示す斜視図。
【図8】ダイシング加工部分の拡大図。
【図9】本発明の駆動ユニットの斜視図。
【図10】本発明のインク流路部の分解斜視図及び斜視図。
【図11】本発明の流路ユニットの斜視図
【図12】駆動ユニットと流路ユニットとを組み立てる様子を示す断面図。
【図13】本発明の他の例となる圧電素子と基台とを接合した状態を示す斜視図及び断面図。
【図14】本発明の他の例において圧電素子を所定ピッチにあわせてダイシングした状態を示す斜視図。
【図15】従来の圧電素子と基台の接合の問題点を示す説明図。
【符号の説明】
1は圧電素子、2は振動子、3は基台、4はShortFPC、5はLongFPC、6は当接面、7は加圧面、8は溝、9はポリイミド、10は銅線、11は個別電極パターン、12は共通電極パターン、13は外部電極、14は導電性接着剤、15はダミー振動子、16は駆動ユニット、17は流路ユニット位置決め穴、18はノズルプレート、19はノズル、20はチャンバープレート、21は圧力室、22はリストリクタ、23はマニホールド、24はダイアフラムプレート、25は振動板、26は基台接合部、27はインク導入口、28はダンパー、29はインク流路部、30は補強板、31はインク供給路、32は貫通孔、33は流路ユニット、34は第1基台、35は第2基台、36はベタ電極、37は捲れである。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an ink-jet head, and more specifically, in an ink-jet head using a piezoelectric element as a drive source of an on-demand type ink-jet head recording apparatus, a shape of a bonding surface of a base supporting and fixing the piezoelectric element and the piezoelectric element, The material of the base.
[0002]
[Prior art]
As one of the drop-on-demand type ink jet heads, there is a method using a laminated piezoelectric element as a drive source. As the type of multilayer piezoelectric element, the direction of the electric field, such as the longitudinal vibration and lateral vibration divided by the displacement direction, for example, d 33 laminated piezoelectric element, such as d 31 stacked piezoelectric element is generally used.
[0003]
For ink-jet head using a piezoelectric element of d 33 type in these drive source, after attaching a bulk piezoelectric element to the base of the gate-shaped, one end comb teeth-shaped so that the free ends vibrator (For example, see Patent Document 1).
[0004]
Further, the ceramic plate electrode pattern is formed, stuck bulk-shaped piezoelectric element, there is what is cut into strips of laminated piezoelectric element 33 type d using a dicing saw (e.g.,
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Publication No. 4-52213 [Patent Document 2]
JP-A-8-142325
[Problems to be solved by the invention]
However, as a problem that occurs when dicing in a strip shape, when the piezoelectric element is cut, the cutting may not be successful depending on the material of the base supporting the piezoelectric element. For this reason, in the invention described in
[0007]
On the other hand, when the base is limited to ceramic and all the channels are made of stainless steel or the like, a high temperature cannot be applied to the joining of the driving unit and the channel because the coefficients of thermal expansion are greatly different. Also, when the ink jet head is used, if the operating temperature becomes high, both ends are displaced due to thermal expansion, resulting in a non-ejection state. In addition, since the mass of ceramic is lower than that of metal, mutual interference (crosstalk) at the time of ink ejection is slightly increased, and the ejection stability is poor.
[0008]
Furthermore, when the bulk-shaped piezoelectric element is cut into a comb-like shape, individual electrode patterns must be formed in advance in accordance with the cutting pitch, which is troublesome. In addition, since the electrode pattern of the piezoelectric element and the electrode pattern of the base must be matched, the number of steps is increased as compared with a rectangular shape.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention constitutes an inkjet head having the following features and manufacturing method, and effectively solves the above-mentioned problems.
(1) An ink flow including a plurality of nozzles arranged in a row, a plurality of pressure chambers respectively corresponding to the nozzles and communicating with the nozzles, and a diaphragm forming a part of the pressure chambers. A fixing plate having a hole for fixing an ink flow path portion is formed so as to surround the periphery of the pressure chamber row, and the piezoelectric element bonded to one surface of the base is formed such that one end is a free end. By joining a drive unit composed of a group of vibrators divided by the length reaching the base together with the pressure chambers to the ink flow path unit, the displacement of the piezoelectric element is changed via the vibration plate. In the ink jet head that transmits to the pressure chamber and discharges ink from the nozzle,
An ink jet head, characterized in that a groove is provided at a position substantially the same as a position at which a tooth is to be cut on a joining surface of the base with the piezoelectric element.
(2) The ink jet head according to (1), wherein the groove has a depth at which the blade to be divided does not come into contact at the time of splitting or a depth at which a curl generated when cutting is performed does not reach the piezoelectric element. .
(3) The inkjet head according to
(4) A step of providing a groove on the piezoelectric element contact surface of the base supporting the piezoelectric element and applying an adhesive to the piezoelectric element, and joining the base with the base, filling the groove with an adhesive, and curing. A method for manufacturing a driving unit of an ink jet head, comprising: a step of dicing or dividing the piezoelectric element in accordance with a nozzle pitch using a dicing machine or a wire saw.
(5) After joining the first base made of a material having good machinability to the second base made of the same material as the flow path forming member, the first base is joined to the piezoelectric element and the first base. A drive unit of an ink jet head comprising a plurality of vibrators formed by cutting the piezoelectric element and the first base into strips so as to be free ends in conformity with the shape of a pressure chamber.
(6) The drive unit of the inkjet head according to (5), wherein the first base is made of ceramic or hardened stainless steel.
(7) A non-conductive material is used for the material of the first base, and a material on which electrodes are deposited other than the contact surface of the piezoelectric element and the surface on the opposite side is used. 6. The driving unit for an ink jet head according to
(8) a step of joining a first base made of a material having good machinability to a second base made of the same material as the flow path forming member, a step of joining a piezoelectric element and the first base, and a step of joining the piezoelectric element Forming a plurality of vibrators by cutting the piezoelectric element and the first base into strips so that one end of the first base is a free end, and forming a plurality of vibrators. Manufacturing method.
(9) A non-conductive material is used as the material of the first base for fixing the piezoelectric element, and a step of depositing an electrode on the surface other than the contact surface of the piezoelectric element and the surface on the opposite side; The second substrate to be joined is made of a conductive material, and is joined to the first base, and one surface of the piezoelectric element and the electrode surface of the first base, and another surface of the piezoelectric element and A second base, and a step of conducting both ends of the first base and the second base with a conductive adhesive, the method comprising the steps of:
[0010]
By providing a groove on the joint surface of the base with the piezoelectric element, even if the base is made of stainless steel or the like, which has poor machinability, the turn generated when dicing the piezoelectric element does not reach the vibrator. Also, by dividing the base into two plates, one can be divided into one having good machinability and the second can be divided into one having the same coefficient of thermal expansion as the flow path. By cutting the eyes into strips, the expansion due to thermal expansion can be adjusted to the flow path while the bonding between the piezoelectric element and the base is strengthened.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is an exploded perspective view showing the structure of a first example of an ink jet head according to the present invention, FIG. 2 is a side view in an assembled state, and FIG. 3 is a sectional view of FIG.
[0012]
This head is roughly divided into a driving unit and a channel unit.
[0013]
The drive unit includes a
[0014]
The
[0015]
The
[0016]
The assembling method of the drive unit will be described step by step. First, the four sides of the base of SUS430 are processed with high flatness, and the bonding surface 6 and the
[0017]
In addition, there is another metal injection as a method of manufacturing the
[0018]
Next, the
[0019]
Since the
[0020]
After joining, polishing is performed so that the
[0021]
The distal end of the
[0022]
Thereafter, as shown in FIG. 7, the
[0023]
8A and 8B are enlarged views of the
[0024]
After dicing, Long FPC5 is attached to ShotFPC4, as shown in FIG. The attachment is performed using an anisotropic conductive sheet attached to Long FPC5. A drive unit is formed by the above steps.
[0025]
Subsequently, a method of manufacturing the channel unit will be described. As shown in FIG. 10, the flow channel unit is formed of an ink
[0026]
The
[0027]
The
[0028]
The
[0029]
In assembling the ink
[0030]
Subsequently, as shown in FIG. 11, after forming the ink
[0031]
Since the drive unit and the flow path unit are assembled in separate processes, the order of assembly may be either.
[0032]
Subsequently, the units are joined. Joining is performed by a transfer method using an adhesive. Here, EP001, which is a high-strength elastic adhesive, is used as the adhesive. Here, the transfer of the adhesive is performed such that the adhesive is applied to a high flat plate and the vibrator is abutted.
[0033]
After the transfer, the
[0034]
By assembling the ink jet head in the above-described steps, it is possible to prevent a defect (falling or breakage due to curling) occurring when the
[0035]
Next, another example of the present invention will be described. In this example, the
[0036]
The base of the present invention is manufactured by fixing the
[0037]
Specifically, first, a
[0038]
After joining the
[0039]
The ink jet head to which the drive unit manufactured by the above manufacturing method is applied is effective when heated and used. In other words, when the inkjet head is used while being heated, if the components of the flow path are disjointed, the flow path will be warped or undulated due to thermal expansion, and will be broken in the worst case. Need to assemble. However, in a drive unit manufactured without considering the coefficient of thermal expansion of the material, the base may generate accumulated warpage or deflection, and in the worst case, there is a high possibility that non-discharge will occur at both ends. On the other hand, in the configuration of the present example, a difference in thermal expansion occurs for each nozzle, but there is almost no effect on the accumulation, so that it is effective for manufacturing a long drive unit.
[0040]
【The invention's effect】
As described above, a plurality of nozzles arranged in a row, a plurality of pressure chambers respectively corresponding to the nozzles and communicating with the nozzles, and a diaphragm forming a part of the pressure chambers, A fixing plate having a hole for fixing the ink flow passage section is formed so as to surround the periphery of the pressure chamber row, and one end of the piezoelectric element bonded to one surface of the base becomes a free end. As described above, a drive unit including a vibrator group divided by a length reaching the base together with the pressure chambers is joined to the ink flow path unit, so that the displacement of the piezoelectric element is reduced by the vibration plate. In the ink jet head that transmits ink to the pressure chamber through a nozzle and ejects ink from a nozzle, a groove is provided at a position substantially equal to a position at which the base is joined to the piezoelectric element, so that metal or the like is formed. Base and pressure made of poor workability material The element at the time of tooth split prevents damage to the vibrator caused by curling occurs can allow the production of stable driving unit. Also, since a fillet is formed between the groove and the vibrator at the same time, the joining strength is high.
[0041]
By setting the depth of the groove to such a depth that the cutting blade does not touch, it is possible to prevent the curling itself.
[0042]
By forming the groove by dicing or injection molding, the groove shape can be easily obtained from various materials such as ceramic, metal and resin.
[0043]
Also, after joining the first base made of a material having good cutting properties to the second base made of the same material as the flow path forming member, the first base is joined to the piezoelectric element and the first base, and one end of the piezoelectric element is free. When the piezoelectric element and the first base are cut into strips in accordance with the shape of the pressure chamber so as to form ends and a plurality of vibrators are formed, the second base is used when the head is heated and used. Since the base is made of the same material as that of the flow path forming member, it is possible to prevent the occurrence of positional displacement or the like due to thermal expansion.
[0044]
By using ceramic or quenched stainless steel for the first base, it can be cut with a blade in the same manner as a piezoelectric element, so that processing becomes easy.
[0045]
A non-conductive material is used for the material of the first base, and a material on which electrodes are deposited other than the contact surface of the piezoelectric element and the surface on the opposite side is used, and a conductive material is used for the second substrate. Since the first base is separated individually by using a material having properties, it is used as an individual electrode, and the second base is used as a common electrode because it is joined to and connected to one end of the first base. And wiring of the electrodes is easy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded view of an ink jet head as an example of the present invention.
FIG. 2 is a front sectional view of the ink jet head of the present invention.
FIG. 3 is a side sectional view of the ink jet head of the present invention.
FIG. 4 is a perspective view showing a state of a base on which a groove is formed by performing dicing.
5A and 5B are a perspective view and a cross-sectional view illustrating a state where the piezoelectric element and the base are joined.
FIGS. 6A and 6B are a perspective view and a cross-sectional view illustrating a state in which a Short FPC is attached to a side surface of a base.
FIG. 7 is a perspective view showing a state where the piezoelectric elements are diced at a predetermined pitch.
FIG. 8 is an enlarged view of a dicing portion.
FIG. 9 is a perspective view of a drive unit according to the present invention.
FIG. 10 is an exploded perspective view and a perspective view of an ink flow path section according to the present invention.
FIG. 11 is a perspective view of a channel unit of the present invention. FIG. 12 is a cross-sectional view showing a state where the drive unit and the channel unit are assembled.
FIG. 13 is a perspective view and a cross-sectional view showing a state in which a piezoelectric element and a base according to another example of the present invention are joined.
FIG. 14 is a perspective view showing a state where a piezoelectric element is diced at a predetermined pitch in another example of the present invention.
FIG. 15 is an explanatory diagram showing a problem of joining a conventional piezoelectric element and a base.
[Explanation of symbols]
1 is a piezoelectric element, 2 is a vibrator, 3 is a base, 4 is a Short FPC, 5 is a Long FPC, 6 is an abutment surface, 7 is a pressing surface, 8 is a groove, 9 is a polyimide, 10 is a copper wire, and 11 is an individual. Electrode pattern, 12 is a common electrode pattern, 13 is an external electrode, 14 is a conductive adhesive, 15 is a dummy vibrator, 16 is a drive unit, 17 is a channel unit positioning hole, 18 is a nozzle plate, 19 is a nozzle, 20 Is a chamber plate, 21 is a pressure chamber, 22 is a restrictor, 23 is a manifold, 24 is a diaphragm plate, 25 is a diaphragm, 26 is a base joint, 27 is an ink inlet, 28 is a damper, and 29 is an ink flow path.
Claims (9)
前記駆動部は、前記基台の前記圧電素子当接面に溝を設ける工程と、前記圧電素子に接着剤を塗布する工程と、前記基台と圧電素子とを接合する工程と、敏活手段により前記圧電素子を分割する工程とからなることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。The inkjet head according to claim 1,
A step of providing a groove in the piezoelectric element contact surface of the base, a step of applying an adhesive to the piezoelectric element, a step of joining the base and the piezoelectric element, And a step of dividing the piezoelectric element.
前記駆動部は、第1の基台と第2基台とを接合する工程と、前記圧電素子と前記第1の基台とを接合する工程と、前記圧電素子の一端が自由端となるように前記圧電素子及び前記第1の基台を分割して複数の振動子を形成する工程とかならるインクジェットヘッドの製造方法。The inkjet head according to claim 5,
The driving unit includes a step of joining a first base and a second base, a step of joining the piezoelectric element and the first base, and one end of the piezoelectric element being a free end. Forming a plurality of vibrators by dividing the piezoelectric element and the first base.
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