JP2005262643A - Inkjet head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はインクジェットプリンタに用いるインクジェットヘッドに係り、特にオンデマンド式のインクジェットヘッドに関するものである。 The present invention relates to an inkjet head used in an inkjet printer, and more particularly to an on-demand inkjet head.
オンデマンド式インクジェットヘッドはインク吐出機構が簡素でコストも安いことから、さまざまな機種が開発されてきた。なかでもスティック状の圧電振動子によってインクチャンバーを加圧しインクを吐出させる方式は、圧電振動子の駆動制御によってインク量を調整でき、高精細な印刷ができるという特徴を有する。この方式のヘッドを作製するには、まず支持基板に角棒形状または板形状の圧電素子を張り付け、ダイシング加工により、各インク室に1対1で対応するように、圧電素子を複数のスティック形状の圧電振動子に分割する。分割された各圧電振動子は、各インク室に対応するように振動板と接着される。圧電振動子は通常、幅0.1mm×長さ1.5mm×高さ2.2mm程度のサイズで、ピッチ0.68mm程度で配列されている。 Various types of on-demand inkjet heads have been developed because the ink ejection mechanism is simple and the cost is low. In particular, the method of pressurizing the ink chamber with a stick-like piezoelectric vibrator and ejecting ink has a feature that the amount of ink can be adjusted by driving control of the piezoelectric vibrator and high-definition printing can be performed. In order to fabricate this type of head, first, a square bar-shaped or plate-shaped piezoelectric element is attached to a support substrate, and a plurality of stick-shaped piezoelectric elements are formed so as to correspond one-to-one to each ink chamber by dicing. Is divided into piezoelectric vibrators. Each of the divided piezoelectric vibrators is bonded to a vibration plate so as to correspond to each ink chamber. Piezoelectric vibrators are usually about 0.1 mm wide × 1.5 mm long × 2.2 mm high and are arranged at a pitch of about 0.68 mm.
しかし、近年、高集積化の傾向が見られ、ピッチ0.254mm以下のものも見られるようになった。また、高集積化されるにつれ、圧電振動子とインク室との位置精度がインク吐出速度のばらつきに大きく影響するようになった。この位置精度向上のため、例えば、圧電振動子の先端部にインク室と高精度に位置決めされた中継部材を接着することが提案されている(例えば、特許文献1参照)。この方法によれば、図11に示すように圧電振動子の位置が多少インク室とずれていても中継部材を介して振動板の同じ位置、同じ面積に圧力を印加できるので、インク吐出速度のばらつきを最小限に抑えることが可能である。 However, in recent years, there has been a trend toward higher integration, and a pitch of 0.254 mm or less has been seen. Further, as the integration becomes higher, the positional accuracy between the piezoelectric vibrator and the ink chamber greatly affects the variation in the ink ejection speed. In order to improve the positional accuracy, for example, it has been proposed to bond an ink chamber and a relay member positioned with high accuracy to the tip of the piezoelectric vibrator (see, for example, Patent Document 1). According to this method, as shown in FIG. 11, even if the position of the piezoelectric vibrator is slightly deviated from the ink chamber, pressure can be applied to the same position and the same area of the diaphragm via the relay member. Variations can be minimized.
また、高集積ヘッドの場合、ノズル間の相互干渉、すなわちクロストークの低減が必要となる。クロストークは圧電振動子の駆動時に発生する流路の振動に起因しており、この振動の低減のためには流路の剛性や振動板のコンプライアンスを上げる必要がある。そのため最近では高剛性のシリコンを加工して流路を形成したり弾性率の低い材料を振動板に使用したりすることが多い。振動板の材料としては、ポリサルフォン、ポリエステル、ポリイミド等が挙げられる。 In the case of a highly integrated head, it is necessary to reduce mutual interference between nozzles, that is, crosstalk. Crosstalk is caused by the vibration of the flow path that occurs when the piezoelectric vibrator is driven. To reduce this vibration, it is necessary to increase the rigidity of the flow path and the compliance of the diaphragm. Therefore, recently, high rigidity silicon is processed to form a flow path, and a material having a low elastic modulus is often used for the diaphragm. Examples of the material for the diaphragm include polysulfone, polyester, and polyimide.
更には、金属プレートに樹脂をコーティングした後、金属をエッチングし、振動板を形成する方法が提案されている(例えば、特許文献2参照)。この方法によれば、振動板中央部に金属の突起を残すことにより圧電振動子との接合強度を向上させることが可能である。しかしがら、組立ての際、他の部品との熱膨張差によって上記突起がインク室中央から外れてしまい、インク速度以上や、ばらつきが生じてしまうという課題がある。 Furthermore, a method of forming a diaphragm by coating a metal plate with a resin and then etching the metal has been proposed (see, for example, Patent Document 2). According to this method, it is possible to improve the bonding strength with the piezoelectric vibrator by leaving a metal protrusion at the center of the diaphragm. However, when assembling, there is a problem that the protrusion is detached from the center of the ink chamber due to a difference in thermal expansion with other components, resulting in an ink speed or more.
上記の圧電振動子あるいは中継部材の振動板との接着面積は非常に小さく、接着強度の確保が困難であり、また、振動板を樹脂製にするとさらに接着強度が下がってしまい、ヘッドが短寿命となる。 The adhesion area of the piezoelectric vibrator or relay member to the diaphragm is very small, making it difficult to ensure the adhesion strength. If the diaphragm is made of resin, the adhesion strength is further reduced, and the head has a short life. It becomes.
特許第293368号公報や上記特許文献1に見られるように、中継部材や振動子に接着剤の逃げ穴を形成し接着面積を広くする方法もあるが、中継部材と振動板との間に厚い接着層、あるいは、空気層ができてしまい、圧電振動子の振動伝達を著しく阻害してしまう。
As can be seen in Japanese Patent No. 293368 and
また、特許3041952号(図22c)では振動子の周りに弾性材料を封入している図が見られるが、この場合、ヘッドの長寿命化は図れるものの、振動板のコンプライアンスが低くなり、クロストークが増大してしまう。 Further, in Japanese Patent No. 3041952 (FIG. 22c), there is a figure in which an elastic material is sealed around the vibrator. In this case, although the life of the head can be extended, the compliance of the diaphragm is lowered and the crosstalk is reduced. Will increase.
更には、上記特許文献2のような方法では、組立ての際、他の部品との熱膨張差によって上記突起がインク室中央から外れてしまい、インク速度以上や、ばらつきが生じてしまう。
Further, in the method as described in
本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、中継部材と振動板との固着強度を強固にし、長時間の振動に耐えうる長寿命インクジェットヘッドを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a long-life inkjet head capable of eliminating such drawbacks of the prior art, strengthening the fixing strength between the relay member and the diaphragm, and withstanding long-time vibration.
前記目的を達成するため、本発明は、インク流路に連通するインク室と、該インク室に連通する複数のノズルと、前記インク室の一部をなす振動板と、該振動板のインク室と対向した位置に設けられた圧電振動子よりなり、該圧電振動子の分極方向に対して平行な伸縮によりインク室内圧を変化させ、前記ノズルよりインクを吐出させるインクジェットヘッドにおいて、前記振動板は、有機物と無機物の複数層で構成されており、振動板の無機物層と前記圧電振動子とを固着することを特徴とする。 To achieve the above object, the present invention provides an ink chamber that communicates with an ink flow path, a plurality of nozzles that communicate with the ink chamber, a diaphragm that forms part of the ink chamber, and an ink chamber of the diaphragm. In the ink jet head that changes the pressure in the ink chamber by expansion and contraction parallel to the polarization direction of the piezoelectric vibrator and ejects ink from the nozzle, the diaphragm It is composed of a plurality of layers of an organic material and an inorganic material, and the inorganic material layer of the diaphragm is fixed to the piezoelectric vibrator.
また、前記振動板は、有機物のフィルム上に無機物層を蒸着したものであることを特徴とする。 The diaphragm is characterized by depositing an inorganic layer on an organic film.
本発明は前述のような構成になっており、無機物層と圧電振動子、あるいは中継部材を接着するから、接着強度が向上し、高品質、長寿命のインクジェットヘッドが得られる。 The present invention is configured as described above, and since the inorganic layer and the piezoelectric vibrator or the relay member are bonded, the bonding strength is improved, and a high-quality, long-life inkjet head can be obtained.
次に、本発明に係るインクジェットヘッドを実施するための最良の形態を図とともに説明する。 Next, the best mode for carrying out the ink jet head according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本実施形態に係るインクジェットヘッド1の斜視図、図2はそのインクジェットヘッドの分解斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view of an
インクジェットヘッド1は、図2に示したように、大きく分けて駆動部50と流路部51とから構成されている。
As shown in FIG. 2, the
流路部51は、ノズル10を有するオリフィスプレート5、インク室11を有するチャンバプレート6、振動板12を有するダイアフラムプレート7、流路を補強するための補強プレート2などから構成されている。
The flow path portion 51 includes an
駆動部50は、インク室11に対応した中継部材8と、圧電振動子9と支持基板3などから構成され、圧電振動子9は支持基板3の端部に接着されている。
The
このインクジェットヘッドは、インク流路に連通するインク室11と、そのインク室11に連通する複数のノズル10と、前記インク室11の一部をなす振動板12と、その振動板12のインク室11と対向した位置に設けられた圧電振動子9を備え、その圧電振動子9の分極方向に対して平行な伸縮によりインク室内圧を変化させて、前記ノズル10よりインクを吐出させる機構になっている。
The ink jet head includes an ink chamber 11 that communicates with an ink flow path, a plurality of
図3に、本実施形態のインクジェットヘッドにおける駆動部の斜視図を示す。支持基板3は、例えば、アルミナやジルコニアなどの電気絶縁性のセラミックからなっている。図3に示すように、圧電振動子9は、圧電定数d33を有する積層型圧電素子23に溝入れ加工して得られたものである。
FIG. 3 is a perspective view of a drive unit in the ink jet head of this embodiment. The
ここで、図4に、本発明に係るダイアフラムプレート7の振動板12付近の断面図を示す。
Here, FIG. 4 shows a sectional view of the vicinity of the diaphragm 12 of the
本実施の形態で使用したダイアフラムプレート7は、振動板12、肉厚部26、無機物層28の3つの層からなっている。本実施の形態では、振動板12にはポリイミドフィルム21、肉厚部26にはSUS304、無機物層28にはアルミを使用した。
The
ダイアフラムプレート7の製造方法を以下に述べる。
A method for manufacturing the
まず、熱可塑性ポリイミド層を片面に有する厚さ15μmのポリイミドフィルム21と圧延した厚さ25μmのステンレス板29を、図5に示すように、ラミネーター27を使って、約350℃の温度下で熱圧着する。この2層の板にマスキングをして、ステンレスの不要部をエッチングする。
First, a
このようにして得られたダイアフラムプレート7の振動板12の部分のみをマスキングで露出させ、スパッタ法により厚さ約500nmのアルミ層を蒸着した。
Only the diaphragm 12 portion of the
図6に、スパッタ蒸着を行う様子の状態図を示す。 FIG. 6 shows a state diagram of the sputter deposition.
スパッタ時の電力は約1kWであった。 The power during sputtering was about 1 kW.
図7に示すように、スパッタ蒸着は、ポリイミドフィルム21とアルミ層31との間に混合層30を形成するので、アルミ層31の密着強度は非常に高い。
As shown in FIG. 7, the sputter deposition forms a
図8に、振動板12と圧電振動子9の接着部の断面図を示す。
FIG. 8 is a cross-sectional view of the bonding portion between the diaphragm 12 and the
図9に、振動板12と中継部材8との接着部の断面図を示す。 FIG. 9 is a cross-sectional view of the bonding portion between the diaphragm 12 and the relay member 8.
ポリイミドフィルム21は様々なインクに対する耐食性に優れているが、接着剤との密着強度が弱く、接着剥れの起点となっていた。
The
図8、図9の構成によれば、アルミ層31と圧電素子9あるいは中継部材8が接着されるので、接着強度が飛躍的に向上する。接着時にシランカップリング剤等を使用すれば、接着剤と被接着材料とのなじみがさらに向上し効果的である。
8 and 9, since the aluminum layer 31 and the
図10は、従来のダイアフラムプレート7、すなわち、無機物層28を有しないものと本発明の実施の形態によるダイアフラムプレート7、すなわち、無機物層28としてアルミ層31を有するものの、中継部材との接着強度を比較した図である。図10に示す通り、ピール強度はそれぞれ、アルミ層有りは0.40kg/cm、アルミ層無しは0.14kg/cmであった。アルミ層31を有することにより、2倍以上の接着強度を得ることができた。
FIG. 10 shows the
1:インクジェットヘッド、2:補強プレート、3:支持基板、4:FPC、5:オリフィスプレート、6:チャンバープレート、7:ダイアフラムプレート、8:中継部材、9:圧電振動子、10:ノズル、11:インク室、12:振動板、13a:個別電極、14:導電性部材、21:ポリイミドフィルム、22:接着剤、23:積層型圧電素子、26:肉厚部、27:ラミネータ、28:無機物層、29:ステンレス板、30:混合層、31:アルミ層、50:駆動部、51:流路部、104:支持台、105:圧電振動子、107:中継部材、107a:突起部、110:ダイアフラムプレート、111:チャンバプレート、112:オリフィスプレート、113:基準ピン、123:基準穴、124:インク室、125:振動板、126:接着剤逃げ穴、127:ダイアフラムの肉厚部、128:接着剤、129:ノズルである。
1: inkjet head, 2: reinforcing plate, 3: support substrate, 4: FPC, 5: orifice plate, 6: chamber plate, 7: diaphragm plate, 8: relay member, 9: piezoelectric vibrator, 10: nozzle, 11 : Ink chamber, 12: diaphragm, 13a: individual electrode, 14: conductive member, 21: polyimide film, 22: adhesive, 23: laminated piezoelectric element, 26: thick part, 27: laminator, 28: inorganic substance Layer: 29: stainless steel plate, 30: mixed layer, 31: aluminum layer, 50: drive unit, 51: flow channel unit, 104: support base, 105: piezoelectric vibrator, 107: relay member, 107a: protrusion, 110 : Diaphragm plate, 111: Chamber plate, 112: Orifice plate, 113: Reference pin, 123: Reference hole, 124: Ink chamber, 125: Vibration plate, 26: adhesive escape hole, 127: thick portion of the diaphragm, 128: adhesive 129: a nozzle.
Claims (2)
前記振動板は、有機物と無機物の複数層で構成されており、振動板の無機物層と前記圧電振動子とを固着することを特徴とするインクジェットヘッド。 An ink chamber communicating with the ink flow path, a plurality of nozzles communicating with the ink chamber, a vibration plate forming a part of the ink chamber, and a piezoelectric vibrator provided at a position facing the ink chamber of the vibration plate An ink jet head that changes ink chamber pressure by expansion and contraction parallel to the polarization direction of the piezoelectric vibrator, and discharges ink from the nozzle.
The diaphragm is composed of a plurality of layers of an organic material and an inorganic material, and the inorganic layer of the diaphragm and the piezoelectric vibrator are fixed to each other.
2. The ink jet head according to claim 1, wherein the diaphragm is formed by depositing an inorganic layer on an organic film.
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