JP2007090521A - Diaphragm, diaphragm assembly, liquid drop ejection head, and liquid drop ejector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、振動板、振動板組立体、液滴吐出ヘッド、および液滴吐出装置にかかり、特に、液滴吐出ヘッドにおいて圧力室が小さな場合においても大きな変形量の得られる振動板、前記振動板を包含する振動板組立体、前記振動板を供える液滴吐出ヘッド、および前記液滴吐出ヘッドを備える液滴吐出装置に関する。 The present invention relates to a vibration plate, a vibration plate assembly, a droplet discharge head, and a droplet discharge device, and in particular, a vibration plate capable of obtaining a large amount of deformation even when a pressure chamber is small in the droplet discharge head, and the vibration The present invention relates to a diaphragm assembly including a plate, a droplet discharge head provided with the diaphragm, and a droplet discharge device including the droplet discharge head.
インクジェット記録ヘッドとしては、たとえば、アクチュエータユニットの振動板側にインク供給部を配置し、前記アクチュエータユニットの振動板を、複数の圧力発生室が形成されたキャビティ形成基板上で各圧力発生室よりも外側へ延在させ、この振動板の複数の圧力発生室外の領域部分を各圧力発生室に対応する毎に貫いて各圧力発生室に連通するインク供給口を形成し、このインク供給口を前記インク供給部に連通したものが提案された(特許文献1)。 As an ink jet recording head, for example, an ink supply unit is arranged on the vibration plate side of the actuator unit, and the vibration plate of the actuator unit is placed on the cavity forming substrate on which a plurality of pressure generation chambers are formed. An ink supply port that extends outward and penetrates the region outside the plurality of pressure generation chambers of the diaphragm corresponding to each pressure generation chamber and communicates with each pressure generation chamber is formed. A communication with the ink supply unit has been proposed (Patent Document 1).
また、振動板が樹脂フィルムとSUS材との積層体であり、前記樹脂フィルムの厚さTが液室の短手方向幅Wに対し、
略0.035W<T<0.065W
の範囲内にあり、圧電素子と振動板との当接面の幅W2が、前記液室の短手方向幅Wに対し、
略0.035W<W2<0.045W
の範囲内にあるインクジェット記録ヘッドも提案された(特許文献2)。なお、前記特許文献では、前記振動板の例としてSUS材の厚みが30μmであり、ポリイミド樹脂フィルムの厚みが4μmのものが例示されている。
Approximately 0.035W <T <0.065W
The width W2 of the contact surface between the piezoelectric element and the diaphragm is within the range W in the short direction of the liquid chamber.
About 0.035W <W2 <0.045W
Ink jet recording heads in the range of (2) have also been proposed (Patent Document 2). In the patent document, as an example of the diaphragm, a SUS material having a thickness of 30 μm and a polyimide resin film having a thickness of 4 μm is exemplified.
インクジェット記録ヘッドの振動板としては、これまでSUS(ステンレス鋼)材が広く使用されてきたが、近年、印字画質を向上させるために、印字密度を高密度化して印字画質を向上させたいとの要求が強まり、それに伴って圧力室を小型化して印字ヘッドの高密度化が図られてきた。 In the past, SUS (stainless steel) material has been widely used as a vibration plate for ink jet recording heads. However, in recent years, in order to improve printing image quality, it is desired to increase printing density to improve printing image quality. With the increasing demand, the pressure chamber has been miniaturized to increase the density of the print head.
しかし、圧力室を小型化すると振動板の面積も小さくなるから、SUS材のようなヤング率の大きな材料を振動板に用いた場合、十分な変形量が得られず、したがってインクの排出体積効率が低下するという問題がある。 However, if the pressure chamber is reduced in size, the area of the diaphragm is also reduced. Therefore, when a material having a large Young's modulus such as SUS material is used for the diaphragm, a sufficient amount of deformation cannot be obtained. There is a problem that decreases.
本発明は、上記問題を解決すべく成されたものであり、面積が小さい場合においても十分な変形量が得られ、小さな圧力室に使用しても高い排出体積効率が達成できる振動板、前記振動板を包含する振動板組立体、前記振動板を供える液滴吐出ヘッド、および前記液滴吐出ヘッドを備える液滴吐出装置の提供を目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problem. A diaphragm capable of obtaining a sufficient amount of deformation even when the area is small and achieving high discharge volume efficiency even when used in a small pressure chamber, It is an object of the present invention to provide a diaphragm assembly including a diaphragm, a droplet discharge head provided with the diaphragm, and a droplet discharge apparatus including the droplet discharge head.
請求項1に記載の発明は、ノズルに連通する圧力室の壁面の少なくとも一部が振動板によって形成され、前記振動板を振動させて前記ノズルから液滴を吐出する液滴吐出ヘッドに使用される振動板であって、金属層と樹脂層とからなると共に、前記樹脂層の厚みは前記金属層の厚みよりも大きいことを特徴とする振動板に関する。
The invention according to
前記振動板は、面積が小さな場合においても大きな変形量が得られるから、圧力室の小さな高密度の液滴吐出ヘッドに使用した場合においても、高い排出効率で液滴を吐出できる。 Since the diaphragm can obtain a large amount of deformation even when the area is small, droplets can be ejected with high discharge efficiency even when used in a high-density droplet ejection head having a small pressure chamber.
また、金属層は薄くなるとピンホールが生じやすいが、樹脂層にはピンホールが生じにくいから、前記振動板全体としてもピンホールが生じ難い。 In addition, pinholes are likely to occur when the metal layer is thin, but pinholes are unlikely to occur in the resin layer, so pinholes are unlikely to occur in the entire diaphragm.
請求項2に記載の発明は、前記金属層が銅層であり、前記樹脂層がポリイミド樹脂層である請求項1に記載の振動板に関する。
The invention according to
銅は、箔などに容易に加工できる。一方、ポリイミドもp−クロロフェノールやN−メチルピドリドンなどの極性溶媒に溶解するものであれば、ポリイミドを前記極性溶媒に溶解したドープを金属ベルト等に流延して乾燥する流延法によってピンホールなどの欠陥のないフィルムを容易に作製できる。また、得られたフィルムは、ガラス転移点以上に加熱することにより、銅箔と容易に貼り合わせることができる。 Copper can be easily processed into foil and the like. On the other hand, if the polyimide is also soluble in a polar solvent such as p-chlorophenol or N-methylpyridone, a pinhole is formed by a casting method in which a dope obtained by dissolving polyimide in the polar solvent is cast on a metal belt or the like and dried. A film having no defects such as can be easily produced. Moreover, the obtained film can be easily bonded to the copper foil by heating to the glass transition point or higher.
また、銅は電気伝導性が高いから、圧電素子に駆動電圧を印加する駆動電極として利用することもできる。 Further, since copper has high electrical conductivity, it can be used as a drive electrode for applying a drive voltage to the piezoelectric element.
更に、ポリイミド樹脂は、樹脂としてはヤング率が高いから、前記振動板は、変形量が大きく取れるにもかかわらず、共振周波数が高い故に応答性が良好であり、微小滴の吐出や高周波吐出に有利である。 Furthermore, since polyimide resin has a high Young's modulus as a resin, the diaphragm has a high response frequency because of its high resonance frequency, although it can take a large amount of deformation. It is advantageous.
請求項3に記載の発明は、銅箔とポリイミド樹脂フィルムとを加熱、圧着して前記銅層と前記ポリイミド樹脂層とを形成してなる請求項2に記載の振動板に関する。
The invention according to claim 3 relates to the diaphragm according to
前述のように、前記振動板は、ポリイミド樹脂フィルムと銅箔とを加熱圧着するだけで容易に作製でき、接着剤等を用いることなくポリイミド樹脂フィルムと銅箔とを貼り合わせることができる。 As described above, the diaphragm can be easily manufactured by simply heat-pressing a polyimide resin film and a copper foil, and the polyimide resin film and the copper foil can be bonded together without using an adhesive or the like.
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3の何れか1項に記載の振動板と、前記振動板における金属層に接合された圧電素子と、前記圧電素子に駆動電圧を印加する駆動電極とを備え、前記駆動電極のうち、駆動電極の一方は前記圧電素子の一方の面に、駆動電極の他方は前記圧電素子の他方の面に接合されてなることを特徴とする振動板組立体に関する。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the diaphragm according to any one of the first to third aspects, a piezoelectric element joined to a metal layer of the diaphragm, and driving for applying a driving voltage to the piezoelectric element. An electrode assembly, wherein one of the drive electrodes is bonded to one surface of the piezoelectric element and the other of the drive electrodes is bonded to the other surface of the piezoelectric element. Concerning solids.
前記振動板組立体においては、振動板の圧電素子が接合された側と反対側を、圧力室およびノズルを形成した支持体に接合することにより、液滴吐出ヘッドを作製できる。したがって、振動板に圧電素子を接合し、前記圧電素子に駆動電極を設ける手間を省略することができる。 In the diaphragm assembly, a droplet discharge head can be manufactured by joining the opposite side of the diaphragm to the side where the piezoelectric elements are joined to a support body on which a pressure chamber and a nozzle are formed. Therefore, it is possible to omit the trouble of joining the piezoelectric element to the diaphragm and providing the driving electrode on the piezoelectric element.
請求項5に記載の発明は、前記駆動電極の一方が前記振動板における金属層によって形成されてなる請求項4に記載の振動板組立体に関する
前記振動板組立体においては、前記振動板における金属層を駆動電極のうちの一方、たとえば共通電極として利用しているから、共通電極を別に設ける必要がない。したがって、前記組立体は、構成が簡略である。
The invention according to
請求項6に記載の発明は、樹脂フィルムと前記駆動電極の他方とを積層してなる電極組立体を備え、前記駆動電極の他方は、前記電極組立体が前記圧電素子を挟んで前記振動板に接合されることにより、前記圧電素子に電気的に接合される請求項5に記載の振動板組立体に関する。
The invention according to
前記振動板組立体においては、前記振動板の圧電素子を接合した側の面に前記電極組立体を接合することにより、駆動電極のうちの他方、たとえば個別電極を圧電素子に接合できる。したがって、個々の個別電極を圧電素子に接合する手間を省略できる。 In the diaphragm assembly, the other of the drive electrodes, for example, the individual electrode can be joined to the piezoelectric element by joining the electrode assembly to the surface of the diaphragm where the piezoelectric element is joined. Therefore, it is possible to omit the trouble of joining each individual electrode to the piezoelectric element.
また、前記電極組立体は、樹脂フィルムと前記駆動電極の他方と電気配線とを積層して形成されているから、厚さを薄くできる。したがって、前記振動板組立体全体としても薄型にできる。 Moreover, since the electrode assembly is formed by laminating the resin film, the other of the drive electrodes, and the electrical wiring, the thickness can be reduced. Therefore, the entire diaphragm assembly can be made thin.
請求項7に記載の発明は、液滴が吐出されるノズルと、前記ノズルに連通する圧力室と、前記圧力室の壁面の少なくとも一部を形成する請求項1〜3の何れか1項に記載の振動板と、前記振動板を振動させる圧電素子とを備え、前記圧電素子が、前記振動板の金属層の側に接合されてなることを特徴とする液滴吐出ヘッドに関する。
The invention described in claim 7 is the nozzle according to any one of
前記液滴吐出ヘッドに使用される振動板は、面積が小さな場合においても大きな変形量が得られるから、前記液滴吐出ヘッドは、圧力室を小型化した場合においても高い排出効率で液滴を吐出できる。 Since the diaphragm used for the droplet discharge head can obtain a large amount of deformation even when the area is small, the droplet discharge head can discharge droplets with high discharge efficiency even when the pressure chamber is downsized. Can be discharged.
また、前記振動板全体としてピンホールが生じ難いから、ピンホールに由来する吐出液の漏れもない。 In addition, since it is difficult for pinholes to occur in the entire diaphragm, there is no leakage of the discharge liquid derived from the pinholes.
請求項8に記載の発明は、前記ノズルおよび圧力室が形成された支持体と、前記支持体における圧力室が形成された側の面に接合された請求項4〜6の何れか1項に記載の振動板組立体とを備え、前記振動板組立体が、前記振動板における圧電素子が接合された側とは反対側の面において前記支持体に接合されてなる請求項7に記載の液滴吐出ヘッドに関する。
Invention of
前記液滴吐出ヘッドは、振動板組立体を、前記支持体における圧力室が形成された側の面に接合して形成しているから、構成が簡略化できる。 Since the droplet discharge head is formed by joining the diaphragm assembly to the surface of the support on the side where the pressure chamber is formed, the configuration can be simplified.
請求項9に記載の発明は、前記振動板の金属層における前記圧電素子に接合される領域が金鍍金されてなる請求項8に記載の液滴吐出ヘッドに関する。 A ninth aspect of the present invention relates to the droplet discharge head according to the eighth aspect of the present invention, wherein a region bonded to the piezoelectric element in the metal layer of the diaphragm is plated with gold.
本発明の液滴吐出ヘッドにおいて、金属層として銅層を有する振動板を用いると、銅は加熱により表面が容易に酸化されるから、前記金属層を圧電素子の共通電極として使用する場合に接触不良が生じる可能性がある。 In the liquid droplet ejection head of the present invention, when a diaphragm having a copper layer is used as a metal layer, the surface of copper is easily oxidized by heating. Therefore, when the metal layer is used as a common electrode of a piezoelectric element, contact is made. Defects can occur.
しかしながら、前記請求項の液滴吐出ヘッドにおいては、前記振動板の金属層における前記圧電素子に接合される領域は金鍍金されているから、加熱により金属層の表面が酸化されて圧電素子との間に接触不良が生じることが防止される。 However, in the liquid droplet ejection head according to the above claims, since the region bonded to the piezoelectric element in the metal layer of the diaphragm is plated with gold, the surface of the metal layer is oxidized by heating, and the piezoelectric element It is possible to prevent poor contact between them.
請求項10に記載の発明は、前記振動板の金属層の領域が、前記圧力室よりも大きな面積を有し、しかも前記圧力室の内側から外側に亘って形成されてなる請求項8または9に記載の液滴吐出ヘッドに関する。 According to a tenth aspect of the present invention, the region of the metal layer of the diaphragm has a larger area than the pressure chamber, and is formed from the inside to the outside of the pressure chamber. The droplet discharge head described in 1.
前記液滴吐出ヘッドにおいては、振動板における金属層の領域の外縁は前記圧力室の外側に存在しているから、振動板の変形ストレスが圧力室の縁部に集中して前記部分において振動板が破損することが防止される。 In the droplet discharge head, since the outer edge of the metal layer region of the vibration plate exists outside the pressure chamber, the deformation stress of the vibration plate is concentrated on the edge of the pressure chamber, and the vibration plate Is prevented from being damaged.
請求項11に記載の発明は、請求項7〜10の何れか1項に記載の液滴吐出ヘッドと、前記液滴吐出ヘッドの備える圧電素子を駆動する駆動ICと、前記液滴吐出ヘッドの有するノズルから吐出される吐出液を前記圧力室に供給する吐出液供給手段とを備えてなることを特徴とする液滴吐出装置に関する。 According to an eleventh aspect of the present invention, there is provided the liquid droplet ejection head according to any one of the seventh to tenth aspects, a driving IC that drives a piezoelectric element included in the liquid droplet ejection head, and the liquid droplet ejection head. The present invention relates to a droplet discharge device comprising discharge liquid supply means for supplying a discharge liquid discharged from a nozzle having the pressure chamber to the pressure chamber.
前記液滴吐出装置の備える振動板は、面積が小さな場合においても大きな変形量が得られるから、前記液滴吐出吐出装置は、圧力室を小型にした場合においても高い排出効率で液滴を吐出できる。したがって、前記液滴吐出吐出装置は、液滴吐出ヘッドの小型化および高密度化に容易に対応できる。 Since the diaphragm provided in the droplet discharge device can obtain a large amount of deformation even when the area is small, the droplet discharge and discharge device discharges droplets with high discharge efficiency even when the pressure chamber is downsized. it can. Accordingly, the droplet discharge / discharge apparatus can easily cope with the reduction in size and density of the droplet discharge head.
請求項12に記載の発明は、前記液滴吐出ヘッドが、前記ノズルおよび圧力室が形成された支持体と、前記支持体における圧力室が形成された側の面に接合された請求項6に記載の振動板組立体とを備え、前記振動板組立体は、前記振動板における圧電素子が接合された側とは反対側の面において前記支持体に接合されてなるとともに、前記駆動ICが、前記振動板組立体における前記支持体に接合される側とは反対側の面に実装されてなる請求項11に記載の液滴吐出装置に関する。 According to a twelfth aspect of the present invention, in the droplet discharge head, the droplet discharge head is bonded to a support body on which the nozzle and the pressure chamber are formed, and a surface of the support body on which the pressure chamber is formed. The diaphragm assembly is bonded to the support on the surface of the diaphragm opposite to the side on which the piezoelectric element is bonded, and the drive IC is The droplet discharge device according to claim 11, wherein the droplet assembly device is mounted on a surface of the diaphragm assembly opposite to a side bonded to the support.
前述のように、請求項6に記載の振動板組立体は薄型であるから、支持体を薄型に形成することにより、前記液滴吐出装置も薄型にできる。また、前記駆動ICと駆動電極とを接続する電気配線を電極組立体に埋包すれば、前記駆動ICを前記振動板組立体における前記支持体に接合される側とは反対側の面に実装するだけで、前記駆動ICと前記駆動電極とが電気的に接続される。
As described above, since the diaphragm assembly according to
したがって、駆動ICの配線が大幅に簡略化できる。 Therefore, the wiring of the driving IC can be greatly simplified.
請求項13に記載の発明は、前記液滴吐出ヘッドが、前記液滴吐出装置において液滴が吐出され、印字される幅である印字幅の全幅に亘って設けられてなる請求項11または12に記載の液滴吐出装置に関する。 According to a thirteenth aspect of the present invention, the droplet discharge head is provided over the entire width of the print width that is a width in which droplets are discharged and printed by the droplet discharge device. It relates to the droplet discharge device described in 1.
前記液滴吐出装置においては、前記吐出ヘッドは幅方向に固定されているから、前記吐出ヘッドを幅方向に移動させる機構が不要である。 In the droplet discharge device, since the discharge head is fixed in the width direction, a mechanism for moving the discharge head in the width direction is unnecessary.
請求項14に記載の発明は、前記吐出液供給手段は、前記振動板組立体における前記支持体に接合される側とは反対側に隣接して設けられた吐出液供給室と、前記振動板組立体を貫通して前記吐出液供給室および圧力室を連通する吐出液供給流路とを備える請求項12または13に記載の液滴吐出装置に関する。
According to a fourteenth aspect of the present invention, the discharge liquid supply means includes a discharge liquid supply chamber provided adjacent to a side of the diaphragm assembly opposite to a side bonded to the support, and the diaphragm. The droplet discharge device according to
液滴吐出ヘッドが小型化すると、液滴吐出ヘッドに実装される駆動ICの集積度を高くする必要があるので、駆動ICの発熱が増大する。 When the droplet discharge head is reduced in size, it is necessary to increase the degree of integration of the drive IC mounted on the droplet discharge head, so that the heat generation of the drive IC increases.
しかし、前記液滴吐出装置においては、前記振動板組立体における前記支持体に接合される側とは反対側、言い換えれば駆動ICが実装される側に吐出液供給室を設けているから、駆動ICで生じた熱は吐出液で効果的に除去される。 However, in the droplet discharge device, since the discharge liquid supply chamber is provided on the side opposite to the side bonded to the support in the diaphragm assembly, in other words, on the side where the drive IC is mounted, The heat generated in the IC is effectively removed by the discharge liquid.
請求項15に記載の発明は、前記吐出液がインクである請求項11〜14の何れか1項に記載の液滴吐出装置に関する。
The invention described in
前記液滴吐出装置は、本発明の液滴吐出装置をインクジェット記録に適用した例である。 The droplet discharge device is an example in which the droplet discharge device of the present invention is applied to ink jet recording.
以上説明したように本発明によれば、面積が小さい場合においても十分な変形量が得られ、小さな圧力室に使用しても高い排出体積効率が達成できる振動板、前記振動板を包含する振動板組立体、前記振動板を供える液滴吐出ヘッド、および前記液滴吐出ヘッドを備える液滴吐出装置が提供される。 As described above, according to the present invention, a sufficient amount of deformation can be obtained even when the area is small, and a diaphragm that can achieve high discharge volume efficiency even when used in a small pressure chamber, and a vibration including the diaphragm. A plate assembly, a droplet discharge head provided with the diaphragm, and a droplet discharge device including the droplet discharge head are provided.
1.実施形態1
本発明に係る液滴吐出ヘッドの一例であるインクジェット記録ヘッド100について以下に説明する。
1.
An ink
図1に示すように、実施形態1に係るインクジェット記録ヘッド100は、圧電素子6および振動板4が組み込まれた振動板組立体40と、圧力室8およびノズル10が形成された流路組立体20とを積層した構成を有する。
As shown in FIG. 1, an ink
振動板組立体40は、ポリイミド樹脂フィルム4Aと銅箔4Bとを貼り合わせた振動板4と、振動板4における銅箔4Bの表面にエポキシ樹脂接着剤14で接合された圧電素子6と、振動板4における銅箔4Bの側に接合されて圧電素子6を覆う電極組立体42とから構成されている。
The
振動板4においては、ポリイミド樹脂フィルム4Aは銅箔4Bよりも厚い。たとえば銅箔4Bの厚さが9μmのとき、ポリイミド樹脂フィルム4Aの厚さは9μmより大きく30μm以下、具体的には、ポリイミド樹脂フィルム4Aの厚さを11μm、13μm、または15μmとすることができる。また、銅箔4Bの厚さが11μmのときは、ポリイミド樹脂フィルム4Aの厚さを13μまたは25μmとすることができる。ポリイミド樹脂フィルム4Aとして熱可塑性ポリイミド樹脂のフィルムを用いれば、ポリイミド樹脂フィルム4Aをガラス転移点以上に加熱して銅箔4Bと圧着することにより貼り合わせることができるから好ましい。銅箔4Bは、複数の圧電素子6が接続される共通電極として使用される。
In the
電極組立体42は、ポリイミド樹脂フィルム42Bの一方の面に圧電素子6に個別に接続される個別電極42Aが形成された構成を有する。個別電極42Aは、ポリイミド樹脂フィルム42Bの一方の面に銅箔を貼り合わせ、これをパターニングすることにより、形成される。ポリイミド樹脂フィルム42Bは、振動板4を構成するポリイミド樹脂フィルム4Aと同様である。ポリイミド樹脂フィルム42Bの個別電極42Aが形成された側は、圧電素子6が位置する部分以外はレジスト樹脂層42Cで被覆されている。レジスト樹脂層42Cは、光硬化性レジスト樹脂により形成できる。
The
電極組立体42は、レジスト樹脂層42Cの側が振動板4の銅箔4Bの側に臨むように、異方導電性フィルム12で接着されている。また、電極組立体42における個別電極42Aも、異方導電性フィルム12によって圧電素子6の振動板4に接合された側とは反対側の面に接合されている。
The
なお、駆動IC(図示せず。)は、電極組立体42の個別電極42Aが形成された側とは反対側の面、換言すれば振動板組立体40の外側の面に実装される。
The drive IC (not shown) is mounted on the surface of the
流路組立体20は、圧力室8とノズル10とを連通する連通路27と、圧力室8の上流側に設けられたインク一時貯留室29と、インク一時貯留室29を通して圧力室8にインクを供給するインク供給流路(図示せず。)とを有する。圧力室8とインク一時貯留室29とは連通路29Aで連通されている。インク一時貯留室29のノズルプレート21側に隣接してエアダンパ30が設けられている。エアダンパ30は、大気連通路31を通して外界に連通している。
The
流路組立体20は、ノズルプレート21、第1貯留室プレート22A,ダンパープレート23、第2貯留室プレート22B、第3貯留室プレート22C、第4貯留室プレート22D、第1連通孔プレート24A,分離プレート25、第2連通孔プレート24B、および圧力室プレート26を積層し、接合して形成される。ノズルプレート21等はSUS材によって形成されている。
The
流路組立体20は、圧力室8が形成された側の面、言い換えれば圧力室プレート26の表面においてポリイミド樹脂接着剤によって振動板組立体40が備える振動板4のポリイミド樹脂フィルム4Aの側に接着されている。
The
振動板組立体40は、以下の手順に従って作製できる。
The
最初に、図2において(A)に示すように、振動板4の銅箔4Bの表面を、表面粗さRaが0.1以上になるように適宜の手段によって粗面化する。
First, as shown in FIG. 2A, the surface of the
次に、同図において(B)および(C)に示すように、エポキシ樹脂接着剤14によって銅箔4Bの表面に圧電素子6を接着する。このとき、圧電素子表面の凹凸はRa=3μm程度であり、エポキシ接着剤を介しても凸部にて電気的な接合が確保できる。
Next, as shown in FIGS. 2B and 2C, the
一方、図3において(A)に示すようにポリイミド樹脂フィルム42Bと銅箔42Aとを貼り合わせ、同図において(B)に示すように、銅箔をパターニングし、次いでエッチングして個別電極42Aを作製する。そして、同図において(C)に示すように、個別電極42Aの上から液状のレジスト樹脂を塗布し、パターニングしてレジスト樹脂層42Cを形成する。
On the other hand, as shown in FIG. 3A, the
このようにして作製された電極組立体42を、図4において(A)に示すように、レジスト樹脂層42Cが振動板4の銅箔4Bの側を向くように、異方導電性フィルム12を介して振動板4に圧着する。このとき、ポリイミド樹脂フィルム42Bおよび個別電極42Aのうち、レジスト樹脂層42Cに覆われないで露出している部分が、振動板4上に接着された圧電素子6に重なるようにする。これにより、同図において(B)に示すように、個別電極42Aの露出した部分が圧電素子6に異方導電性フィルム12を介して接着される。ここで、異方導電性フィルム12は、所定の押圧力を加えることにより、接着性とともに、厚さ方向に導電性を発現する接着性フィルムである。したがって、個別電極42Aは圧電素子6に電気的に接続される。なお、電極組立体42における銅箔42Aと圧電素子6とは、異方導電性フィルム12による接着に代え、バンプ形成した電極の圧接や半田ボールによっても電気的に接続できる。
As shown in FIG. 4A, the
振動板組立体40においては、また、図5において(A)に示すように、振動板4の銅箔4Bの表面を粗面化すると共に、パターニングおよびエッチングを行って所定のパターンを形成し、次いで同図の(B)および(C)に示すように、所定のパターンを形成した銅箔4Bにエポキシ樹脂接着剤14で圧電素子6を接着してもよい。
In the
次いで、図6において(A)および(B)に示すように、振動板4と、図3に示す構成を有する電極組立体42とを異方導電性フィルム12で貼り合わせる。
Next, as shown in FIGS. 6A and 6B, the
なお、銅箔4Bおよび個別電極42Aの表面を金鍍金してから、圧電素子6の接合、および振動板4と電極組立体42との接着を行えば、銅箔4Bおよび個別電極42Aの表面が熱で酸化することが防止できるから、表面の酸化に伴う接触不良も防止できる。
If the surfaces of the
実施形態1に係るインクジェット記録ヘッド100は、振動板4がポリイミド樹脂フィルム4Aと銅箔4Bとを貼り合わせて形成され、しかもポリイミド樹脂フィルム4Aの方が銅箔4Bよりも厚みが大きいから、圧力室8が小さな場合においても大きな変形量が得られるから、インクの吐出効率が高い。したがって、流路組立体20において圧力室8およびノズル10を高密度に配置することができ、高い印字画質が得られる。また、ポリイミド樹脂フォルム4Bには殆どピンホールがないから、銅箔4Bを薄くした場合においても、ピンホールに起因する故障が生じることはない。
In the
また、振動板組立体40は、電極組立体42と振動板4とを貼り合わせて形成されるから、全体的に厚さを薄くできる。また、圧電素子6は、振動板4と電極組立体42のポリイミド樹脂フィルム42Bとの間に密閉されるから、外部環境から効果的に保護される。
Moreover, since the
更に、流路組立体においては、インク供給流路(図示せず。)と圧力室8との間にインク一時貯留室29が設けられているから、インク供給流路からのインクの供給量が変動しても、前記変動はインク一時貯留室29で吸収され、ノズル10からは安定にインク滴が吐出される。
Further, in the flow path assembly, since the ink
以下、具体的なデータを用いてインクジェット記録ヘッド100の特長について説明する。
Hereinafter, features of the
圧力室8の縦横比を1.8とし、大きさを600dpi相当、800dpi相当、1200dpi相当としたときの振動板4の共振周波数および変位量を計算した結果を図12〜図14に示す。
The resonance frequency and displacement amount of the
図12〜図14から明らかなように、厚さ9μmの銅箔に厚さ13μmのポリイミド膜を貼り合わせた振動板4は、厚さ9μmまたは20μmのステンレス箔に厚さ1μmのポリイミド膜を貼り合わせた振動板や、厚さ9μmまたは20μmの銅箔に厚さ1μmのポリイミド膜を貼り合わせた振動板に比較して、圧力室8の大きさが600dpi相当から1200dpi相当へと小さくなったときの共振周波数の上昇の度合いおよび変位量の減少の度合いが小さかった。ここで、共振周波数が高くなれば応答性がよくなるから、微小滴の吐出や高周波吐出に有利になるが、通常は500kHz以上あれば十分であると考えられる。厚さ9μmの銅箔に厚さ13μmのポリイミド膜を貼り合わせた振動板4においても、圧力室8の大きさが600dpi相当と最も大きな場合にも共振周波数は500kHzが確保されていた。
As apparent from FIGS. 12 to 14, the
次に、銅箔の厚さは9μmとし、貼り合わせるポリイミド膜の厚さを1μから25μmまで変化させて最大変位量および共振周波数の変化を調べた結果を図15および図16に示す。 Next, the thickness of the copper foil is 9 μm, and the thickness of the polyimide film to be bonded is changed from 1 μm to 25 μm, and the results of examining the change in the maximum displacement and the resonance frequency are shown in FIGS. 15 and 16.
図15および図16から明らかなように、貼り合わせるポリイミド膜の厚さが厚くなると最大変位量は低下するが、低下量は少ない。共振周波数については、極小値を有する曲線を描くが、やはりポリイミド膜の厚さが厚くなることによる変化は少ない。 As is clear from FIGS. 15 and 16, the maximum displacement amount decreases as the thickness of the polyimide film to be bonded increases, but the decrease amount is small. As for the resonance frequency, a curve having a minimum value is drawn, but the change due to the increase in the thickness of the polyimide film is small.
最後に、厚さ9μmの銅箔に厚さ13μmのポリイミド膜を貼り合わせた本発明の振動板4と、厚さ20μmのステンレス箔に厚さ1μmまたは6μmのポリイミド膜を貼り合わせた振動板とについて、圧電素子6(ピエゾ素子)の位置が正規の位置からずれたときの最大変位量の変化を図17に示す。図17において、縦軸の数字は、圧電素子6が正規の位置にあるとき、即ち圧電素子6のズレ量が0のときの振動板の最大変位量に対する圧電素子6が所定の位置からずれたときの振動板の最大変位量の割合を示す。
Finally, the
図17から明らかなように、厚さ9μmの銅箔に厚さ13μmのポリイミド膜を貼り合わせた振動板4は、圧電素子6のズレ量が25μmのときの最大変位量は、ズレ量が0のときの0.97倍であった。これに対し、厚さ20μmのステンレス箔に厚さ1μmのポリイミド膜を貼り合わせた振動板においては、圧電素子6のズレ量が25μmのときの最大変位量は、ズレ量が0のときの0.91倍まで低下していた。
As is clear from FIG. 17, the
このように、振動板4を用いれば圧力室8が小さな場合においても大きな変形量が得られることは、上述のデータからも示される。更に、振動板4を用いることにより、圧電素子が正規の位置からずれたときの最大変位量への影響を緩和できることも上述のデータから明らかである。
Thus, it can be seen from the above-mentioned data that a large deformation amount can be obtained even when the
2.実施形態2
本発明に係る液滴吐出ヘッドに包含されるインクジェット記録ヘッドの別の例について以下に説明する。
2.
Another example of the ink jet recording head included in the droplet discharge head according to the present invention will be described below.
図7に示すように、実施形態2に係るインクジェット記録ヘッド200は、圧電素子6および振動板4が組み込まれた振動板組立体40と、圧力室8が形成された圧力室板50と、連通路27が形成された流路板52と、ノズル10が形成されたノズルプレート54とを厚さ方向に積層した構成を有する。また、振動板組立体40を挟んで圧力室8の反対側には、複数のインクジェット記録ヘッド200にインクを供給するインク供給液室60が設けられ、圧力室8とはインク供給流路28によって連通している。インク供給液室60およびインク供給流路28は、夫々本発明における吐出液供給室および吐出液供給流路に相当する。
As shown in FIG. 7, the ink
以下、振動板組立体40を作製する手順について説明する。
Hereinafter, a procedure for manufacturing the
先ず、図8において(A)に示すように、SUS板材である圧力室板50に振動板4のポリイミド樹脂フィルム4Aの側を接着する。本実施形態で使用されるポリイミド樹脂フィルム4Aは自己融着タイプであり、加熱圧着にて接着される。
First, as shown to (A) in FIG. 8, the
次に、同図において(B)に示すように、振動板4の銅箔4Bの側にエポキシ樹脂接着剤14で圧電素子6を接着する。
Next, as shown in FIG. 2B, the
圧電素子6を接着したら、同図において(C)に示すように、圧力室板50を振動板4に達する深さにエッチングして圧力室8を形成する。
When the
圧力室8が形成されたら、図9において(A)に示すように、異方導電性フィルム12を介して電極組立体42を振動板4の銅箔4Bの側に接着して振動板組立体40を作製する。電極組立体42の構成、および振動板4に接着する手順は実施形態1のところで述べたとおりである。
When the
電極組立体42を振動板4に接着したら、図9において(B)に示すように振動板組立体40を貫通するようにレーザでインク供給流路28を穿設する。このとき、振動板4の銅箔4Bにおけるインク供給流路28を形成する領域は、予めパターニングにより除去しておくことが好ましい。これにより、レーザ下降でインク供給流路28を精度よく形成することが可能で、インクと銅箔4Bとの接触が無く、信頼性を高くすることができる。
When the
振動板組立体40にインク供給流路28を穿設したら、圧力室板50の振動板組立体40が接着された側とは反対側に流路板52を接着し、更にノズルプレート54を接着する。なお、ノズルプレート54の外側の面には、予め撥水膜56を形成しておく。撥水膜56は適宜の方法で形成でき、具体的にはフッ素系樹脂等の疏水性樹脂を蒸着法等で成膜すればよい。
After the
振動板組立体40においては、図10において(A)〜(D)に示すように、振動板4を圧力室板50に接着した後、銅箔4Bを所定のパターンにパターニングおよびエッチングし、次いで圧電素子6を接着してから圧力室8を形成することができる。なお、銅箔4Bをパターニングおよびエッチングするときは、銅箔4Bの領域が圧力室8よりも大きな面積を有し、しかも前記圧力室の内側から外側に亘って存在するようにする。これにより、銅箔4Bの領域の周縁は、圧力室8の外側に位置するから、圧電素子6が駆動電圧によって変形すると、振動板4全体が変形する。
In the
また、図11において(A)〜(C)に示すように、振動板4を圧力室板50に接着し、銅箔4Bを所定のパターンにパターニングおよびエッチングした後、銅箔4Bに金鍍金層4Cを設け、次に同図において(D)に示すように、金鍍金層4C表面の圧電素子6を形成しない部分をマスキングして(E)に示すように、圧電セラミックスをスパッタリングし、前記マスキングを除去して圧電素子6を形成してもよい。スパッタリングにより圧電素子6を形成することにより、従来よりも薄い圧電素子6や形状の複雑な圧電素子6を容易に作製できる。
In addition, as shown in FIGS. 11A to 11C, the
実施形態2にかかるインクジェット記録ヘッド200は、実施形態1にかかるインクジェット記録ヘッドの有する特徴に加え、圧力室板50および流路板52が簡易な構造となるため、部品点数および工程数を減らすことにより、低コスト化が容易であるという特徴を有する。
In addition to the features of the ink jet recording head according to the first embodiment, the ink
更に、駆動ICは、通常、電極組立体42におけるポリイミド樹脂フィルム42B側に実装されるが、前記駆動ICをインク供給液室60に隣接させた構成をとることができるから、駆動ICの発熱量が大きな場合においても、インク供給液室60内を流通するインクによって駆動ICを効果的に冷却できる。
Furthermore, the drive IC is usually mounted on the
本発明の液滴吐出装置は、用紙にインクを吐出して印字するインクジェット記録装置として使用できるのみならず、基板上に回路を印刷する回路印刷装置としても使用できる。 The liquid droplet ejection apparatus of the present invention can be used not only as an ink jet recording apparatus that ejects ink onto a sheet of paper but also as a circuit printing apparatus that prints a circuit on a substrate.
4 振動板
4A ポリイミド樹脂フィルム
4B 銅箔
4C 金鍍金層
6 圧電素子
8 圧力室
10 ノズル
12 異方導電性フィルム
14 エポキシ樹脂接着剤
20 流路組立体
21 ノズルプレート
22A 貯留室プレート
23 ダンパープレート
24A 連通孔プレート
24B 連通孔プレート
25 分離プレート
26 圧力室プレート
27 連通路
28 インク供給流路
29 インク一時貯留室
30 エアダンパ
40 振動板組立体
42 電極組立体
42A 個別電極
42B ポリイミド樹脂フィルム
42C レジスト樹脂層
50 圧力室板
52 流路板
54 ノズルプレート
56 撥水膜
60 インク供給液室
100 インクジェット記録ヘッド
200 インクジェット記録ヘッド
4
Claims (15)
金属層と樹脂層とからなると共に、前記樹脂層の厚みは前記金属層の厚みよりも大きいことを特徴とする振動板。 A vibration plate used in a droplet discharge head for forming at least a part of a wall surface of a pressure chamber communicating with a nozzle by a vibration plate and vibrating the vibration plate to discharge a droplet from the nozzle,
A diaphragm comprising a metal layer and a resin layer, wherein the thickness of the resin layer is larger than the thickness of the metal layer.
前記振動板における金属層に接合された圧電素子と、
前記圧電素子に駆動電圧を印加する駆動電極と
を備え、
前記駆動電極のうち、駆動電極の一方は前記圧電素子の一方の面に、駆動電極の他方は前記圧電素子の他方の面に接合されてなる
ことを特徴とする振動板組立体。 The diaphragm according to any one of claims 1 to 3,
A piezoelectric element bonded to a metal layer in the diaphragm;
A drive electrode for applying a drive voltage to the piezoelectric element;
Among the drive electrodes, one of the drive electrodes is bonded to one surface of the piezoelectric element, and the other of the drive electrodes is bonded to the other surface of the piezoelectric element.
前記圧電素子は、前記振動板の金属層の側に接合されてなることを特徴とする液滴吐出ヘッド。 The diaphragm according to any one of claims 1 to 3, which forms at least a part of a wall surface of the nozzle, a pressure chamber communicating with the nozzle, a pressure chamber communicating with the nozzle, and the diaphragm. And a piezoelectric element that vibrates
The droplet discharge head, wherein the piezoelectric element is bonded to a metal layer side of the diaphragm.
前記振動板組立体は、前記振動板における圧電素子が接合された側とは反対側の面において前記支持体に接合されてなる
請求項7に記載の液滴吐出ヘッド。 The support body in which the said nozzle and the pressure chamber were formed, and the diaphragm assembly of any one of Claims 5-7 joined to the surface of the said support body in which the pressure chamber was formed. ,
The droplet ejection head according to claim 7, wherein the diaphragm assembly is joined to the support on a surface of the diaphragm opposite to a side to which a piezoelectric element is joined.
前記振動板組立体は、前記振動板における圧電素子が接合された側とは反対側の面において前記支持体に接合されてなるとともに、
前記駆動ICは、前記振動板組立体における前記支持体に接合される側とは反対側の面に実装されてなる請求項11に記載の液滴吐出装置。 The droplet discharge head includes a support body on which the pressure chamber is formed, and a diaphragm assembly according to claim 6 joined to a surface of the support body on which the pressure chamber is formed.
The diaphragm assembly is joined to the support on the surface of the diaphragm opposite to the side on which the piezoelectric element is joined,
The droplet discharge device according to claim 11, wherein the driving IC is mounted on a surface of the diaphragm assembly opposite to a side bonded to the support.
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