JP2007331319A - Inkjet head unit and ink jet recorder - Google Patents

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明 行徳
Kenji Oshima
賢司 大島
Hisahiro Tanaka
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inkjet head unit which has a high reliability, and to provide an ink jet recorder. <P>SOLUTION: The inkjet head unit comprises an inkjet head substrate 1, a sealing member, and a hydrophilic liquid 9. The inkjet head substrate 1 includes both a head body part equipped with pressure chambers which eject supplied ink from openings by a pressure change, and piezoelectric vibrators which are set at one face side of the pressure chambers in the head body part and apply a pressure to the pressure chambers. The sealing member seals together with the inkjet head substrate 1 a space which includes the piezoelectric vibrators, thereby forming a sealed space. The hydrophilic liquid 9 is arranged in a state in touch with the piezoelectric vibrators in the sealed space. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、インクジェットヘッドユニット及びインクジェット式の記録装置に関し、特に、圧電振動子によって圧力室を変形させてインクを吐出する方式のインクジェットヘッドユニット及びこのインクジェットヘッドユニットを印字手段として備えたインクジェット式記録装置に関するものである。   The present invention relates to an ink jet head unit and an ink jet recording apparatus, and in particular, an ink jet head unit that discharges ink by deforming a pressure chamber using a piezoelectric vibrator, and an ink jet recording that includes the ink jet head unit as a printing unit. It relates to the device.

インクジェット式記録装置は、数十ミクロン径の多数のノズル孔を通して数十ピコリットルのインクを紙などの記録媒体に向かって吐出することにより印刷を行っている。そして、インク吐出部は、多数のノズル孔の開いたノズル板、各ノズル孔に通じる圧力室、圧力室にインクを供給するための共通液室、圧力室に圧力を発生させる手段から形成されている。   The ink jet recording apparatus performs printing by discharging several tens of picoliters of ink toward a recording medium such as paper through a large number of nozzle holes having a diameter of several tens of microns. The ink discharge section is formed from a nozzle plate having a large number of nozzle holes, a pressure chamber communicating with each nozzle hole, a common liquid chamber for supplying ink to the pressure chamber, and a means for generating pressure in the pressure chamber. Yes.

圧力室に圧力を発生させる方式は2種類あり、1つは、ジュール熱を利用することで圧力室内に気泡を発生させる方式、他の1つは、圧電振動子によって圧力室を変形させる方式であり、要求性能や用途に応じてこれら方式が使い分けられている。   There are two types of methods for generating pressure in the pressure chamber, one is a method for generating bubbles in the pressure chamber by using Joule heat, and the other is a method for deforming the pressure chamber by a piezoelectric vibrator. Yes, these methods are used according to the required performance and application.

圧電振動子は、機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換、あるいは電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換する性能を有しており、この基本構造は圧電体をその厚み方向に2つの電極で挟んでなる積層体である。この圧電振動子に用いる圧電体材料の代表的なものは、ペロブスカイト型結晶構造の酸化物であるチタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr、Ti)O3)(PZT)や、このPZTにマグネシウム、マンガン、ニッケル、ニオブなどを添加したものなどがある。特に、ペロブスカイト型結晶構造の正方晶系PZTの場合には<001>軸方向(C軸方向)に、菱面体晶系PZTの場合には<111>軸方向に、大きな圧電変位が得られる。 Piezoelectric vibrators have the ability to convert mechanical energy into electrical energy, or convert electrical energy into mechanical energy. This basic structure has a piezoelectric body sandwiched between two electrodes in the thickness direction. It is a laminated body. Typical examples of the piezoelectric material used for this piezoelectric vibrator include lead zirconate titanate (Pb (Zr, Ti) O 3 ) (PZT), which is an oxide having a perovskite crystal structure, and magnesium, There are those added with manganese, nickel, niobium and the like. In particular, a large piezoelectric displacement is obtained in the <001> axis direction (C-axis direction) in the case of tetragonal PZT having a perovskite crystal structure and in the <111> axis direction in the case of rhombohedral PZT.

しかし、多くの圧電体材料は、結晶粒子の集合体からなる多結晶体であり、各結晶軸はでたらめな方向を向いている。このため、自発分極Psもでたらめに配列しており、そのままでは大きな変異量が得られない。   However, many piezoelectric materials are polycrystalline bodies composed of aggregates of crystal grains, and each crystal axis faces a random direction. For this reason, spontaneous polarization Ps is also randomly arranged, and a large amount of mutation cannot be obtained as it is.

圧電素子の場合には、それらのベクトルの総和が、電界と平行方向になるように結晶構造を制御して作られている。そして、この圧電素子の1つの形態である圧電アクチュエータ(上記積層体に振動板を設ける)においては、両電極間に電圧を印加すると、その電圧の大きさに比例した機械的変位が得られる。   In the case of a piezoelectric element, the crystal structure is controlled so that the sum of these vectors is parallel to the electric field. In a piezoelectric actuator (a laminate is provided with a diaphragm) as one form of this piezoelectric element, when a voltage is applied between both electrodes, a mechanical displacement proportional to the magnitude of the voltage is obtained.

ところで、近年の電子機器の小型化に伴って、圧電素子に対しても小型化が強く要求されるようになってきた。また、同時に、より高い印字品質を求めての高精細化が必要となってきている。従来から多く使用されてきた焼結体を圧電振動子として用いるのではなく、焼結体に比べて著しく体積を小さくすることができる薄膜圧電振動子を用いることでこれら要求を満足させることが可能となる。   By the way, with recent miniaturization of electronic devices, miniaturization of piezoelectric elements has been strongly demanded. At the same time, higher definition is required for higher print quality. It is possible to satisfy these requirements by using a thin film piezoelectric vibrator that can significantly reduce the volume compared to a sintered body, rather than using a sintered body that has been widely used in the past as a piezoelectric vibrator. It becomes.

その理由は、焼結体で作製された圧電素子の膜厚は数十μmと薄膜圧電素子の3μm程度と比べて厚いため、フォトリソグラフィ技術を用いてのエッチングの精度に限界があるからである。所定のエッチングを精度良く行うには、線幅はその膜厚以下にしなければならず、膜厚の薄い薄膜圧電素子を用いることで精度の高い微細加工が可能となる。薄膜圧電素子、例えば、PZT膜を形成する方法としては、スパッタ法やCVD法、ゾルゲル法などがあり、成膜条件の調節や熱処理条件の工夫によって高性能の薄膜圧電素子が得られるようになってきた。   This is because the thickness of a piezoelectric element made of a sintered body is several tens of μm, which is thicker than about 3 μm of a thin film piezoelectric element, and therefore there is a limit to the accuracy of etching using a photolithography technique. . In order to perform predetermined etching with high accuracy, the line width must be equal to or less than the film thickness, and by using a thin film piezoelectric element having a thin film thickness, highly accurate fine processing is possible. As a method of forming a thin film piezoelectric element, for example, a PZT film, there are a sputtering method, a CVD method, a sol-gel method, and the like, and a high performance thin film piezoelectric element can be obtained by adjusting the film forming conditions and devising heat treatment conditions. I came.

ところが、上記圧電振動子を湿度の高い雰囲気に長時間さらされた状態で高電圧を印加すると、圧電振動子の電気絶縁性が低下して絶縁破壊が起こる。このような現象は、圧電振動子における信頼性上の大きな問題の1つとされてきた。特に、膜厚が薄いために異物の影響を受け易い薄膜圧電振動子を用いる方が、膜厚の厚い焼結体を圧電振動子に用いるよりも絶縁破壊が起こり易くなる。   However, when a high voltage is applied in a state where the piezoelectric vibrator is exposed to a humid atmosphere for a long time, the electrical insulation of the piezoelectric vibrator is lowered and dielectric breakdown occurs. Such a phenomenon has been regarded as one of the major problems in reliability in piezoelectric vibrators. In particular, the use of a thin film piezoelectric vibrator that is easily affected by foreign substances because of its thin film thickness is more likely to cause dielectric breakdown than when a thick sintered body is used for the piezoelectric vibrator.

そこで、この水分の影響を極力抑え、高い信頼性を確保する方法として、種々の方法が提案されている。例えば、乾燥した流体を圧電振動子が形成された流路基板と封止キャップ内で作る空間に封入する方法(例えば、特許文献1参照)、発熱手段を併用して圧電素子を含んだ密閉空間に乾燥剤を封入する方法(例えば、特許文献2参照)、圧電振動子を絶縁性液体が含浸されている保護部材で覆う方法(例えば、特許文献3参照)、などが提案されている。
特開平10−305578号公報 特開平11−300957号公報 特開2000−43258号公報
Therefore, various methods have been proposed as a method for suppressing the influence of moisture as much as possible and ensuring high reliability. For example, a method of enclosing a dried fluid in a space formed in a sealing cap and a flow path substrate on which a piezoelectric vibrator is formed (see, for example, Patent Document 1), and a sealed space including a piezoelectric element by using heat generation means in combination. For example, a method of encapsulating a desiccant in the substrate (for example, see Patent Document 2), a method of covering the piezoelectric vibrator with a protective member impregnated with an insulating liquid (for example, see Patent Document 3), and the like have been proposed.
JP-A-10-305578 JP-A-11-300957 JP 2000-43258 A

しかしながら、従来の封止方法では、長期信頼性に関して十分なインクジェットヘッドを提供できるとは言い難い。薄膜圧電振動子は、露点で−40℃以下の低湿度状態で動作させなければ絶縁破壊の発生を完全に抑えることはできないと言われており、上述した従来の封止方法ではこの露点−40℃以下の環境を長時間保つことはできず、最終的には絶縁破壊が起きる。そのため、このインクジェットヘッドを搭載した記録装置は、製品寿命が短く、信頼性の乏しいものになる。   However, it is difficult to say that the conventional sealing method can provide a sufficient inkjet head with respect to long-term reliability. It is said that a thin film piezoelectric vibrator cannot completely suppress the occurrence of dielectric breakdown unless it is operated in a low humidity state with a dew point of -40 ° C. or lower. In the conventional sealing method described above, this dew point −40 The environment below ℃ cannot be maintained for a long time, and eventually dielectric breakdown occurs. Therefore, a recording apparatus equipped with this inkjet head has a short product life and poor reliability.

乾燥流体を封入する封止方法を開示している(特許文献1)においては、封止初期は水分の影響を完全に取り除くことができるが、長期間その状態を維持することはできない。時間の経過と共に封止キャップを接続している接着樹脂から水分が浸入して来るため、初期の低湿度状態を保てなくなる。水分透湿率の低い樹脂を採用することで水分の透過量を低減することができるが、樹脂の水分透過率を完全に抑えることは難しく、結局は水分の影響を受けることとなり、絶縁破壊が起きてリーク電流が流れる。   In a sealing method for enclosing a dry fluid (Patent Document 1), the influence of moisture can be completely removed at the initial stage of sealing, but the state cannot be maintained for a long time. Since moisture enters from the adhesive resin connecting the sealing cap over time, the initial low humidity state cannot be maintained. By adopting a resin with low moisture permeability, it is possible to reduce the amount of moisture permeation, but it is difficult to completely suppress the moisture permeability of the resin, and eventually it will be affected by moisture, resulting in dielectric breakdown. Wake up and leak current flows.

(特許文献2)に開示されている方法は、(特許文献1)に開示されている方法と比べると、進入してきた水分を吸湿剤により除去できるので、その分長時間の信頼性を確保できる。しかし、乾燥剤と発熱手段との併用となるため、構造が複雑化し、小型化に対応できない。また、例として挙げられているシリカゲル、消石灰、MgF2等の吸湿剤では乾燥性能、乾燥能力共に性能が低い為、圧電振動子のリーク電流を完全に抑えることができる露点−40℃の環境を長時間保持することが難しい。 Compared with the method disclosed in (Patent Document 1), the method disclosed in (Patent Document 2) can remove the moisture that has entered by using a hygroscopic agent, and accordingly can ensure long-term reliability. . However, since the desiccant and the heat generating means are used in combination, the structure becomes complicated and it is impossible to cope with downsizing. In addition, the hygroscopic agents such as silica gel, slaked lime, and MgF 2 mentioned as examples have low performance in both drying performance and drying capacity, so that the environment with a dew point of −40 ° C. that can completely suppress the leakage current of the piezoelectric vibrator. Difficult to hold for a long time.

(特許文献3)に開示されている方法は、絶縁性液体が含浸されている保護部材で圧電振動子を覆うことで外部から進入する水分が圧電振動子を劣化させることを防いでおり、絶縁性液体として、疎水性のシリコンオイルやフッ素系不活性液体を例に挙げている。しかし、この構造においては、進入した水分は疎水性であるために絶縁性液体と分離する。この分離した水分は圧電振動子と液体の界面に集まる可能性があり、しかもその水分濃度は高いものになる。   The method disclosed in (Patent Document 3) prevents moisture entering from the outside from deteriorating the piezoelectric vibrator by covering the piezoelectric vibrator with a protective member impregnated with an insulating liquid, and insulating the piezoelectric vibrator. Examples of hydrophobic liquids include hydrophobic silicone oil and fluorine-based inert liquids. However, in this structure, the entering water is hydrophobic and therefore separates from the insulating liquid. The separated moisture may collect at the interface between the piezoelectric vibrator and the liquid, and the moisture concentration becomes high.

また、含浸する液体が水より重い場合には、進入した水分は圧電振動子とは離れた液面上部に溜まることとなるが、振動によって、分離した水分が圧電振動子に直接接する場合が生じる。このような場合には、絶縁破壊が起きてリーク電流が発生してしまう。   In addition, when the liquid to be impregnated is heavier than water, the water that has entered will accumulate on the upper surface of the liquid surface away from the piezoelectric vibrator, but the separated water may be in direct contact with the piezoelectric vibrator due to vibration. . In such a case, dielectric breakdown occurs and leak current occurs.

このように、これまでに提案された方法では、高信頼性を満足できるインクジェットヘッドを実現することは困難であった。   Thus, it has been difficult to realize an ink jet head that can satisfy high reliability by the methods proposed so far.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高い信頼性を有するインクジェットヘッドユニット及びこれを用いた記録装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide an ink jet head unit having high reliability and a recording apparatus using the same.

上記課題を解決するために本発明にかかるインクジェットヘッドユニットは、供給されたインクを圧力変化により開口部から吐出する圧力室を備えるヘッド本体部と、ヘッド本体部における圧力室の一面側に設けられて圧力室に圧力を付加する圧電振動子と、を備えたインクジェットヘッド基板と、インクジェットヘッド基板とともに、圧電振動子を含む空間を封止して密閉空間を形成する封止部材と、密閉空間内において、圧電振動子に接する状態で配された親水性の液体と、を備えるものである。   In order to solve the above problems, an ink jet head unit according to the present invention is provided on a side of a pressure body in a head main body portion including a pressure chamber for discharging supplied ink from an opening portion by pressure change. An inkjet head substrate including a piezoelectric vibrator that applies pressure to the pressure chamber; a sealing member that seals a space including the piezoelectric vibrator to form a sealed space together with the inkjet head substrate; And a hydrophilic liquid disposed in contact with the piezoelectric vibrator.

また、本発明にかかるインクジェットヘッドユニットは、供給されたインクを圧力変化により開口部から吐出する圧力室を備えるヘッド本体部と、ヘッド本体部における圧力室の一面側に設けられて圧力室に圧力を付加する圧電振動子と、を備えたインクジェットヘッド基板と、インクジェットヘッド基板とともに、圧電振動子を含む空間を封止して第1の密閉空間を形成する第1の封止部材と、第1の密閉空間の内部に、圧電振動子を含む空間を封止して第2の密閉空間を形成する第2の封止部材と、第1の密閉空間と第2の密閉空間との間の空間に配された親水性の液体と、を備えることを特徴とするものである。   An ink jet head unit according to the present invention includes a head main body having a pressure chamber that discharges supplied ink from an opening due to a pressure change, and a pressure chamber that is provided on one side of the pressure chamber in the head main body. An ink jet head substrate including the piezoelectric vibrator, a first sealing member that seals a space including the piezoelectric vibrator to form a first sealed space together with the ink jet head substrate, and a first sealing member. A space between the first sealed space and the second sealed space, and a second sealing member that forms a second sealed space by sealing the space including the piezoelectric vibrator in the sealed space. And a hydrophilic liquid disposed on the surface.

また、本発明にかかるインクジェット式記録装置は、上記のインクジェットヘッドユニットを搭載したものである。   An ink jet recording apparatus according to the present invention is equipped with the above ink jet head unit.

本発明によれば、圧電振動子の周りを囲う密閉空間内部に親水性を有する液体を配置することで、該密閉空間内部に進入してきた水分の濃度を絶縁破壊が起きない程度まで薄めることができる。また、親水性の液体を配置することで、圧電振動子の周りを囲う密閉空間内部に進入してきた水蒸気を液体状態に変化させることができるので圧電振動子へのダメージも低減することが可能となる。更に、従来の技術であるシリコンオイルやフッ素系不活性液等の疎水性液体の場合、浸入した水分は疎水性の液体と分離してしまい、圧電振動子と疎水性の液体の界面に水分濃度の高い状態で溜まるがこの問題も改善できる。これにより、圧電振動子への水分の影響を長時間抑えることが可能となり、電圧印可による圧電振動子の絶縁破壊を防止して、高い信頼性を有するインクジェットヘッドユニットが得られる。   According to the present invention, it is possible to reduce the concentration of moisture that has entered the sealed space to such an extent that dielectric breakdown does not occur by disposing a hydrophilic liquid inside the sealed space surrounding the piezoelectric vibrator. it can. In addition, by disposing a hydrophilic liquid, the water vapor that has entered the sealed space surrounding the piezoelectric vibrator can be changed to a liquid state, so that damage to the piezoelectric vibrator can be reduced. Become. Furthermore, in the case of conventional hydrophobic liquids such as silicon oil and fluorine-based inert liquid, the infiltrated water is separated from the hydrophobic liquid, and the moisture concentration is present at the interface between the piezoelectric vibrator and the hydrophobic liquid. However, this problem can also be improved. As a result, the influence of moisture on the piezoelectric vibrator can be suppressed for a long time, and the dielectric breakdown of the piezoelectric vibrator due to voltage application can be prevented, and an ink jet head unit having high reliability can be obtained.

また、本発明によれば、圧電振動子を含む空間を封止して第1の密閉空間を形成し、さらに該第1の密閉空間の内部に、圧電振動子を含む空間を封止した第2の密閉空間を形成し、該第1の密閉空間と第2の密閉空間との間の空間に親水性の液体を配することで、外部から侵入する水分は気体状態の水蒸気として圧電振動子を含む第2の密閉空間内部に直接進入するのではなく、気体から液体に変換されて親水性の液体に解けた液体の状態で進入するため、第2の密閉空間への水分の進入量を抑制することができる。これにより、圧電振動子への水分の影響を長時間抑えることが可能となり、電圧印可による圧電振動子の絶縁破壊を防止して、高い信頼性を有するインクジェットヘッドユニットが得られる。   Further, according to the present invention, the first sealed space is formed by sealing the space including the piezoelectric vibrator, and the space including the piezoelectric vibrator is sealed inside the first sealed space. 2 is formed, and a hydrophilic liquid is disposed in the space between the first sealed space and the second sealed space, so that moisture entering from the outside becomes gaseous water vapor as a piezoelectric vibrator. In order to enter in a liquid state that is converted from gas to liquid and dissolved in a hydrophilic liquid, instead of directly entering the inside of the second closed space containing Can be suppressed. As a result, the influence of moisture on the piezoelectric vibrator can be suppressed for a long time, and the dielectric breakdown of the piezoelectric vibrator due to voltage application can be prevented, and an ink jet head unit having high reliability can be obtained.

また、本発明によれば、上記のインクジェットヘッドユニットを備えることにより、高い信頼性を有するインクジェット式記録装置が得られる。   Further, according to the present invention, an ink jet recording apparatus having high reliability can be obtained by providing the ink jet head unit.

本発明の第1の発明のインクジェットヘッドユニットは、供給されたインクを圧力変化により開口部から吐出する圧力室を備えるヘッド本体部と、ヘッド本体部における圧力室の一面側に設けられて圧力室に圧力を付加する圧電振動子と、を備えたインクジェットヘッド基板と、インクジェットヘッド基板とともに、圧電振動子を含む空間を封止して密閉空間を形成する封止部材と、密閉空間内において、圧電振動子に接する状態で配された親水性の液体と、を備えることを特徴としたものであり、密閉空間内部に進入してくる水分濃度が親水性の液体によって薄められ、電圧を加えることによる圧電振動子の絶縁破壊が防止されるという作用を有する。   An ink jet head unit according to a first aspect of the present invention includes a head main body including a pressure chamber that discharges supplied ink from an opening by pressure change, and a pressure chamber provided on one side of the pressure chamber in the head main body. An inkjet head substrate including a piezoelectric vibrator that applies pressure to the substrate, a sealing member that seals a space including the piezoelectric vibrator to form a sealed space together with the inkjet head substrate, and a piezoelectric member in the sealed space. A hydrophilic liquid arranged in contact with the vibrator, and the moisture concentration entering the sealed space is diluted by the hydrophilic liquid, and a voltage is applied. It has the effect | action that the dielectric breakdown of a piezoelectric vibrator is prevented.

第2の発明のインクジェットヘッドユニットは、第1の発明において、圧電振動子の表面に保護膜が形成されていることを特徴としたものであり、密閉空間内部に進入してくる水分濃度を親水性の液体によって薄められ、更に、保護膜によっても水分の影響が抑えられるため、電圧を加えることによる圧電振動子の絶縁破壊が長時間にわたって防止されるという作用を有する。   The ink jet head unit of the second invention is characterized in that, in the first invention, a protective film is formed on the surface of the piezoelectric vibrator, and the moisture concentration entering the sealed space is made hydrophilic. Further, since the influence of moisture is suppressed by the protective liquid, the dielectric breakdown of the piezoelectric vibrator due to the application of voltage is prevented for a long time.

第3の発明のインクジェットヘッドユニットは、第1の発明において、圧電振動子の表面に撥水処理が施されていることを特徴としたものであり、密閉空間内部に進入してくる水分濃度が親水性の液体によって薄められ、更に、撥水処理によっても液体の水をはじき水分の影響が抑えられるため、電圧を加えることによる圧電振動子の絶縁破壊が長時間にわたって防止されるという作用を有する。   An ink jet head unit according to a third invention is characterized in that, in the first invention, the surface of the piezoelectric vibrator is subjected to a water repellent treatment, and the moisture concentration entering the inside of the sealed space is Since it is diluted with a hydrophilic liquid and the water repellent treatment repels the liquid water and the influence of moisture is suppressed, it has the effect of preventing the dielectric breakdown of the piezoelectric vibrator by applying voltage over a long period of time. .

第4の発明のインクジェットヘッドユニットは、第3の発明において、撥水処理がフッ素系材料により施されていることを特徴としたものであり、フッ素系の撥水処理材料はその性能が高く、撥水処理による水分の影響が長期間抑えられるため、電圧を加えることによる圧電振動子の絶縁破壊が長期間にわたって防止されるという作用を有する。   The inkjet head unit of the fourth invention is characterized in that, in the third invention, the water-repellent treatment is performed by a fluorine-based material, and the fluorine-based water-repellent material has high performance, Since the influence of moisture due to the water repellent treatment can be suppressed for a long time, the dielectric breakdown of the piezoelectric vibrator by applying a voltage is prevented for a long time.

第5の発明のインクジェットヘッドユニットは、第1の発明または第2の発明において、親水性の液体が、アルコール系液体であることを特徴としたものであり、アルコール系溶液は水分の溶解度が高いため、多量の水分が浸入しても液体に含まれる水分量を長期間薄めることができ、電圧を加えることによる圧電振動子の絶縁破壊が長期間防止されるという作用を有する。   An ink jet head unit of a fifth invention is characterized in that, in the first invention or the second invention, the hydrophilic liquid is an alcohol liquid, and the alcohol solution has a high water solubility. Therefore, even if a large amount of moisture permeates, the amount of moisture contained in the liquid can be reduced for a long period of time, and the dielectric breakdown of the piezoelectric vibrator due to the application of voltage can be prevented for a long period of time.

第6の発明のインクジェットヘッドユニットは、第3の発明または第4の発明において、親水性の液体が、水又はアルコール系液体のうち少なくとも1種類以上を含むことを特徴としたものであり、圧電振動子の表面には撥水処理が施されているため液体の水をはじき水分の影響が抑えられ、またアルコール系溶液は水分の溶解度が高いため多量の水分が浸入しても液体に含まれる水分量が長期間薄められるので電圧を加えることによる圧電振動子の絶縁破壊が長期間にわたって防止されるという作用を有する。   An ink jet head unit according to a sixth aspect of the present invention is the ink jet head unit according to the third or fourth aspect, wherein the hydrophilic liquid contains at least one of water and alcohol-based liquid. Since the surface of the vibrator is treated with water repellency, the effect of moisture is suppressed by repelling liquid water, and the alcoholic solution is highly soluble in water, so even if a large amount of moisture enters, it is included in the liquid. Since the amount of moisture is reduced for a long period of time, dielectric breakdown of the piezoelectric vibrator due to application of voltage is prevented for a long period of time.

第7の発明のインクジェットヘッドユニットは、第1の発明〜第6の発明において、親水性の液体に粉末状の乾燥剤が分散されていることを特徴としたものであり、親水性の液体が初期に含む水分が粉末状の乾燥剤により取り除かれると共に、後から浸入してきた水分も粉末状の乾燥剤により取り除かれるため、液体に含まれる水分量が長期間薄められ、電圧を加えることによる圧電振動子の絶縁破壊が長期間にわたって防止されるという作用を有する。   An ink jet head unit of a seventh invention is characterized in that, in the first to sixth inventions, a powdery desiccant is dispersed in a hydrophilic liquid. The moisture contained in the initial stage is removed by the powdery desiccant, and the moisture that has penetrated later is also removed by the powdery desiccant, so the amount of moisture contained in the liquid is reduced for a long period of time, and the piezoelectric is applied by applying voltage. The dielectric breakdown of the vibrator is prevented for a long period of time.

第8の発明のインクジェットヘッドユニットは、第7の発明において、粉末状の乾燥剤が、モレキュラーシーブであることを特徴としたものであり、モレキュラーシーブは水分を吸着することによる状態変化が少ないため液体中の水分を吸着させる乾燥剤として適しており、親水性の液体に含まれる水分を効率よく除去することができるため、電圧を加えることによる圧電振動子の絶縁破壊が長期間にわたって防止されるという作用を有する。   An ink jet head unit according to an eighth invention is the ink jet head unit according to the seventh invention, wherein the powdery desiccant is a molecular sieve, and the molecular sieve has little state change due to adsorption of moisture. Suitable as a desiccant that adsorbs moisture in the liquid and can efficiently remove moisture contained in the hydrophilic liquid, preventing dielectric breakdown of the piezoelectric vibrator by applying voltage over a long period of time. It has the action.

第9の発明のインクジェットヘッドユニットは、供給されたインクを圧力変化により開口部から吐出する圧力室を備えるヘッド本体部と、ヘッド本体部における圧力室の一面側に設けられて圧力室に圧力を付加する圧電振動子と、を備えたインクジェットヘッド基板と、インクジェットヘッド基板とともに、圧電振動子を含む空間を封止して第1の密閉空間を形成する第1の封止部材と、第1の密閉空間の内部に、圧電振動子を含む空間を封止して第2の密閉空間を形成する第2の封止部材と、第1の密閉空間と第2の密閉空間との間の空間に配された親水性の液体と、を備えることを特徴としたものであり、外部から侵入する水分は気体状態の水蒸気として圧電振動子を含む第2の密閉空間内部に直接進入するのではなく、気体から液体に変換されて親水性の液体に解けた液体の状態で進入するため、第2の密閉空間への水分の進入量が抑制され、電圧を加えることによる圧電振動子の絶縁破壊が長時間にわたって防止されるという作用を有する。   An ink jet head unit according to a ninth aspect of the present invention is a head main body having a pressure chamber that discharges supplied ink from an opening by pressure change, and is provided on one side of the pressure chamber in the head main body to apply pressure to the pressure chamber. An inkjet head substrate including a piezoelectric vibrator to be added; a first sealing member that seals a space including the piezoelectric vibrator to form a first sealed space together with the inkjet head substrate; In a space between the first sealed space and the second sealed space, a second sealing member that seals a space including the piezoelectric vibrator to form a second sealed space inside the sealed space. A hydrophilic liquid disposed, and moisture entering from the outside does not directly enter the second sealed space including the piezoelectric vibrator as water vapor in a gaseous state, From gas to liquid Since the liquid enters the liquid state after being converted into a hydrophilic liquid, the amount of moisture entering the second sealed space is suppressed, and dielectric breakdown of the piezoelectric vibrator due to application of voltage is prevented for a long time. Has the effect of

第10の発明のインクジェットヘッドユニットは、第9の発明において、親水性の液体が、水又はアルコール系液体のうち少なくとも1種類以上を含むことを特徴としたものであり、外部から侵入する水分は気体状態の水蒸気として圧電振動子を含む第2の密閉空間内部に直接進入するのではなく、気体から液体に変換されて親水性の液体に解けた液体の状態で進入するため、第2の密閉空間への水分の進入量が抑制され、また、アルコール系溶液は水分の溶解度が高いため、電圧を加えることによる圧電振動子の絶縁破壊が長期間にわたって防止されるという作用を有する。   An ink jet head unit of a tenth invention is characterized in that, in the ninth invention, the hydrophilic liquid contains at least one kind of water or an alcohol-based liquid, and moisture entering from the outside is Rather than directly entering the second sealed space including the piezoelectric vibrator as the vapor in the gaseous state, the second sealed is because the gas is converted from the liquid into the liquid and is dissolved into the hydrophilic liquid. The amount of moisture entering the space is suppressed, and the alcoholic solution has a high water solubility, so that dielectric breakdown of the piezoelectric vibrator due to application of voltage is prevented for a long period of time.

第11の発明のインクジェットヘッドユニットは、第9の発明または第10の発明において、第2の密閉空間に乾燥剤を備えることを特徴としたものであり、圧電振動子を含む第2の密閉空間に水分が侵入したとしても乾燥剤によってその水分が取り除かれるので、電圧を加えることによる圧電振動子の絶縁破壊が長時間にわたって防止されるという作用を有する。   An ink jet head unit according to an eleventh aspect is characterized in that, in the ninth aspect or the tenth aspect, the second sealed space is provided with a desiccant, and the second sealed space including a piezoelectric vibrator. Even if moisture enters the surface, the moisture is removed by the desiccant, so that the dielectric breakdown of the piezoelectric vibrator due to application of voltage is prevented for a long time.

第12の発明のインクジェットヘッドユニットは、請求項1〜11記載のインクジェットヘッドユニットを搭載したことを特徴としたものであり、印字品質が長時間安定するという作用を有する。   An ink jet head unit according to a twelfth aspect is characterized in that the ink jet head unit according to any one of claims 1 to 11 is mounted, and has an effect that the print quality is stable for a long time.

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、これらの図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。また、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In these drawings, the same members are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. Further, the present invention is not limited to the following description, and can be appropriately changed without departing from the gist of the present invention.

(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1にかかるインクジェットヘッド基板の全体構成を示す斜視図であり、図2は本発明の実施の形態1にかかる圧電アクチュエータ部及び圧力室部材の要部を示す斜視図である。以下、各構成部材について簡単に説明する。Aは、圧力室部材であって、この圧力室部材Aには、その厚み方向(上下方向)に貫通する圧力室開口部101が形成されている。Bは、上記圧力室開口部101の一端(図2においては上端)開口を覆うように配置された圧電アクチュエータ部であり、Cは、圧力室開口部101の他端(図2においては下端)開口を覆うように配置されたインク流路部材である。上記圧力室部材Aの圧力室開口部101は、その上下にそれぞれ位置する上記圧電アクチュエータ部B及びインク流路部材Cにより閉塞されることで圧力室102とされている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a perspective view showing the overall configuration of the inkjet head substrate according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view showing the main parts of the piezoelectric actuator section and the pressure chamber member according to the first embodiment of the present invention. FIG. Hereinafter, each component will be briefly described. A is a pressure chamber member, and a pressure chamber opening 101 penetrating in the thickness direction (vertical direction) is formed in the pressure chamber member A. B is a piezoelectric actuator part arranged so as to cover the opening of one end (the upper end in FIG. 2) of the pressure chamber opening 101, and C is the other end (the lower end in FIG. 2) of the pressure chamber opening 101. It is an ink flow path member arranged so as to cover the opening. The pressure chamber opening 101 of the pressure chamber member A is closed to the pressure actuator 102 by the piezoelectric actuator portion B and the ink flow path member C located above and below the pressure chamber opening A, respectively.

上記圧電アクチュエータ部Bは、上記各圧力室102の略真上に位置する第1の電極層103(個別電極)を有し、これら圧力室102及び第1の電極層103は千鳥状に多数配列されている。   The piezoelectric actuator portion B has a first electrode layer 103 (individual electrode) positioned almost directly above the pressure chambers 102, and the pressure chambers 102 and the first electrode layers 103 are arranged in a staggered manner. Has been.

この圧電アクチュエータ部Bの構成について、図3に基づいて説明する。この図3は、図1に示したインク供給方向(矢印X)と直交する方向のインクジェットヘッド基板の要部断面図である。図3では、上記直交方向に並ぶ4個の圧力室102を持つ圧力室部材Aおよび圧電アクチュエータ部Bが参照的に描かれている。   The structure of this piezoelectric actuator part B is demonstrated based on FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view of the main part of the inkjet head substrate in a direction orthogonal to the ink supply direction (arrow X) shown in FIG. In FIG. 3, the pressure chamber member A and the piezoelectric actuator portion B having the four pressure chambers 102 arranged in the orthogonal direction are drawn for reference.

図3において103は、上記の如く各圧力室102の略真上にそれぞれ位置する第1の電極層である。110は、この第1の電極層103の一面上(図3中では下側)に設けられた圧電体層である。112は、この圧電体層110の一面上(図3中では下側)に設けられ、全圧電体層110に共通となる第2の電極層(共通電極)である。   In FIG. 3, reference numeral 103 denotes a first electrode layer positioned substantially directly above each pressure chamber 102 as described above. Reference numeral 110 denotes a piezoelectric layer provided on one surface (lower side in FIG. 3) of the first electrode layer 103. Reference numeral 112 denotes a second electrode layer (common electrode) which is provided on one surface (lower side in FIG. 3) of the piezoelectric layer 110 and is common to all the piezoelectric layers 110.

111は、この第2の電極層112の一面上(図3中では下側)に設けられ、上記圧電体層110の圧電効果により層厚方向に変位し振動する振動層である。113は、この振動層111の一面上(図3中では下側)に設けられ、各圧力室102の相互を区画する区画壁102aの上方に位置する中間層(縦壁)である。   Reference numeral 111 denotes a vibration layer which is provided on one surface (lower side in FIG. 3) of the second electrode layer 112 and which is displaced in the layer thickness direction due to the piezoelectric effect of the piezoelectric layer 110 and vibrates. Reference numeral 113 denotes an intermediate layer (vertical wall) provided on one surface (lower side in FIG. 3) of the vibration layer 111 and positioned above the partition wall 102a that partitions the pressure chambers 102 from each other.

そして、第1の電極層103、圧電体層110及び第2の電極層112は、これらが順に積層されてなる圧電素子を構成することになる。また、振動層111は、第2の電極層112側の面に設けられていることになる。そして、これら構成素子の全体を覆うように保護膜10が形成されている。   And the 1st electrode layer 103, the piezoelectric material layer 110, and the 2nd electrode layer 112 comprise the piezoelectric element by which these are laminated | stacked in order. In addition, the vibration layer 111 is provided on the surface on the second electrode layer 112 side. And the protective film 10 is formed so that the whole of these component elements may be covered.

なお、図3において、114は圧力室部材Aと圧電アクチュエータ部Bとを接着する接着剤であり、上記各中間層113は、この接着剤114を用いた接着時に、その一部の接着剤114が区画壁102aの外方にはみ出した場合でも、この接着剤114が振動層111に付着しないで振動層111が所期通りの変位及び振動を起こすように、圧力室102の上面と振動層111の下面との距離を拡げる役割を有している。   In FIG. 3, reference numeral 114 denotes an adhesive that bonds the pressure chamber member A and the piezoelectric actuator portion B, and each of the intermediate layers 113 is part of the adhesive 114 when bonded using the adhesive 114. Even if it protrudes outward from the partition wall 102a, the adhesive layer 114 does not adhere to the vibration layer 111, and the vibration layer 111 causes the desired displacement and vibration. It has the role of expanding the distance from the lower surface of the.

このように圧電アクチュエータ部Bの振動層111における第2の電極層112とは反対側面に中間層113を介して圧力室部材Aを接合するのが好ましいが、振動層111における第2の電極層112とは反対側面に直接圧力室部材Aを接合するようにしてもよい。   As described above, the pressure chamber member A is preferably bonded to the side surface of the vibration layer 111 of the piezoelectric actuator portion B opposite to the second electrode layer 112 via the intermediate layer 113, but the second electrode layer of the vibration layer 111 The pressure chamber member A may be directly joined to the side surface opposite to 112.

上記インク流路部材Cは、インク供給方向(図1における矢印X方向)に並ぶ圧力室102間で共用する共通液室104と、この共通液室104のインクを上記圧力室102に供給するための供給口105と、圧力室102内のインクを吐出させるためのインク流路106と、を有している。   The ink flow path member C is used for the common liquid chamber 104 shared between the pressure chambers 102 arranged in the ink supply direction (the arrow X direction in FIG. 1), and for supplying the ink in the common liquid chamber 104 to the pressure chamber 102. Supply port 105 and an ink flow path 106 for discharging the ink in the pressure chamber 102.

Dは、ノズル板であって、このノズル板Dには、上記インク流路106に連通するノズル孔107が形成されている。また、EはICチップであって、このICチップEから上記各第1の電極層(個別電極)103に対してボンディングワイヤBWを介して電圧をそれぞれ供給するようになっている。   D is a nozzle plate, and a nozzle hole 107 communicating with the ink flow path 106 is formed in the nozzle plate D. Further, E is an IC chip, and a voltage is supplied from the IC chip E to each of the first electrode layers (individual electrodes) 103 via bonding wires BW.

この様な構成のインクジェットヘッド基板を用いて実施の形態1にかかるインクジェットヘッドユニットを構成した。以下、図面に基づいて詳細に説明する。   The inkjet head unit according to the first embodiment was configured using the inkjet head substrate having such a configuration. Hereinafter, it demonstrates in detail based on drawing.

図4は本発明の実施の形態1にかかるインクジェットヘッドユニットを正面側から見た断面図であり、図5は本発明の実施の形態1にかかるインクジェットヘッドユニットを側面側からみた断面図である。   4 is a cross-sectional view of the inkjet head unit according to the first embodiment of the present invention as viewed from the front side, and FIG. 5 is a cross-sectional view of the inkjet head unit according to the first embodiment of the present invention as viewed from the side. .

図4及び図5において、1は上記で説明した多数のノズル、圧力室、圧電アクチュエータが形成されたインクジェットヘッド基板、2はインクジェットヘッド基板1と接合されてインクジェットヘッド基板1を支持する為のヘッドベース、3はインクジェットヘッド基板1に接続され圧電アクチュエータを駆動するためのフレキシブルプリント基板、4はフレキシブルプリント基板3に接続された駆動IC、5は印字するためのインクが供給されるインク室、6は印字するためのインクをインク室5に供給するためのインクチューブである。7は封止キャップ、8はヘッドベース2と封止キャップ7とを接着する接着樹脂である。9は封止された空間の水分を吸着するための親水性の液体である。   4 and 5, reference numeral 1 denotes an inkjet head substrate on which a number of nozzles, pressure chambers, and piezoelectric actuators described above are formed, and 2 denotes a head that is bonded to the inkjet head substrate 1 to support the inkjet head substrate 1. The base 3 is connected to the inkjet head substrate 1 and is a flexible printed circuit board for driving the piezoelectric actuator, 4 is a drive IC connected to the flexible printed circuit board 3, 5 is an ink chamber to which ink for printing is supplied, 6 Is an ink tube for supplying ink for printing to the ink chamber 5. 7 is a sealing cap, and 8 is an adhesive resin for bonding the head base 2 and the sealing cap 7 together. Reference numeral 9 denotes a hydrophilic liquid for adsorbing moisture in the sealed space.

図4では、ヘッドベース2はインクジェットヘッド基板1上に配置される。また、図5では、ヘッドベース2はインクジェットヘッド基板1の側面に配置される。   In FIG. 4, the head base 2 is disposed on the inkjet head substrate 1. In FIG. 5, the head base 2 is disposed on the side surface of the inkjet head substrate 1.

インクジェットヘッド基板1とフレキシブルプリント基板3とは、例えば、異方性導電フィルムによって電気的に接続される。印字するためのインクはインク室5及びインクチューブ6によって供給される。そして、インクジェットヘッド基板1に接続されたフレキシブルプリント基板3が駆動IC4の信号をインクジェットヘッド基板1に伝え、信号に応じて圧電アクチュエータが振動し印字する。   The inkjet head substrate 1 and the flexible printed circuit board 3 are electrically connected by, for example, an anisotropic conductive film. Ink for printing is supplied by the ink chamber 5 and the ink tube 6. Then, the flexible printed circuit board 3 connected to the inkjet head substrate 1 transmits the signal of the drive IC 4 to the inkjet head substrate 1, and the piezoelectric actuator vibrates and prints according to the signal.

インクジェットヘッド基板1に配置されている圧電アクチュエータを水分から保護するため、ヘッドベース2と封止キャップ7とは接着樹脂8によって接着することで密閉、封止され、その密閉空間内には親水性の液体9が充填された構造となっている。圧電振動子の周りは親水性の液体9により覆われている。   In order to protect the piezoelectric actuator arranged on the inkjet head substrate 1 from moisture, the head base 2 and the sealing cap 7 are sealed and sealed by bonding with an adhesive resin 8, and the sealed space is hydrophilic. The liquid 9 is filled. The periphery of the piezoelectric vibrator is covered with a hydrophilic liquid 9.

ここで用いる接着樹脂8は特に限定される物ではなく、紫外線(UV)によって硬化・接着させるタイプ、加熱や常温放置によって硬化・接着させるタイプ、のどちらでも構わないが、接着樹脂8の水分透湿性は低いほど好ましい。   The adhesive resin 8 used here is not particularly limited, and may be either a type that is cured / adhered by ultraviolet rays (UV) or a type that is cured / adhered by heating or standing at room temperature. The lower the wetness, the better.

ヘッドベース2や封止キャップ7には、低い水分透湿性を示す材料を用いることが好ましい。ヘッドベース2は、一般的には接液性や加工性が優れた高分子樹脂、例えば、変性ポリエチレンオキシド樹脂が用いられているが、シクロオレフィンポリマー等の、より水分湿性の低い有高分子樹脂を用いても構わない。   For the head base 2 and the sealing cap 7, it is preferable to use a material exhibiting low moisture permeability. The head base 2 is generally made of a polymer resin having excellent wettability and processability, for example, a modified polyethylene oxide resin, but a polymer resin having a lower moisture wettability such as a cycloolefin polymer. May be used.

更には、インクとの接液性に優れたニッケル(Ni)膜、チタン(Ti)膜等や、これらの合金膜、シリコン酸化膜(SiO2膜)、窒化シリコン(SiN)膜、アルミナ(Al23)膜等の酸化物をスパッタリング法やメッキ法を用いて高分子樹脂表面に数μmから数十μmの厚さでコーティングすることで水分透湿性を改善したヘッドベースを用いても構わない。また、封止キャップ7はインクと直接接する可能性が少ないので、接液性を加味する必要は無く、金属や硝子等の水分を完全に遮断する材質を用いることが好ましい。 Furthermore, nickel (Ni) film, titanium (Ti) film, etc. excellent in liquid contact property with ink, alloy films thereof, silicon oxide film (SiO 2 film), silicon nitride (SiN) film, alumina (Al A head base having improved moisture permeability can be used by coating an oxide such as a 2 O 3 ) film on the surface of a polymer resin with a thickness of several μm to several tens of μm by sputtering or plating. Absent. Further, since there is little possibility that the sealing cap 7 is in direct contact with the ink, it is not necessary to consider liquid contact properties, and it is preferable to use a material that completely blocks moisture such as metal and glass.

親水性の液体9を充填する方法として、この親水性の液体9を充填した後、封止キャップ7を接着樹脂8により固定して密閉するが、例えば、封止キャップ7の一部に親水性の液体9を充填するための穴を開けておき、封止キャップ7を接着樹脂8で固定した後、この穴を使って親水性の液体9を密閉内部に充填し、最後にその穴を接着剤で塞いでも構わない。   As a method of filling the hydrophilic liquid 9, after filling the hydrophilic liquid 9, the sealing cap 7 is fixed and sealed with the adhesive resin 8. For example, a part of the sealing cap 7 is hydrophilic. A hole for filling the liquid 9 is made, the sealing cap 7 is fixed with the adhesive resin 8, the hydrophilic liquid 9 is filled into the sealed interior using this hole, and finally the hole is bonded. It may be occluded with an agent.

なお、図4には密閉空間内部に気体が残っている場合を示しているが、密閉空間内部全てが親水性の液体に充填されても同様の効果があることを確認している。   FIG. 4 shows a case where gas remains in the sealed space, but it has been confirmed that the same effect can be obtained even when the entire sealed space is filled with a hydrophilic liquid.

以上のように構成された本実施の形態にかかるインクジェットヘッドユニットにおいては、密閉空間内部に進入してくる水分濃度を親水性の液体によって薄めることができるため、電圧を加えることによる圧電振動子の絶縁破壊を防止することが可能になる。   In the inkjet head unit according to the present embodiment configured as described above, the moisture concentration entering the sealed space can be diluted with a hydrophilic liquid. It becomes possible to prevent dielectric breakdown.

圧電振動子の周りを密閉空間となるように封止したとしても、外気からの水分の浸入を完全に抑えることは不可能であり、時間の経過と共に密閉空間内にはある程度の水分が存在する。インクジェットヘッドに用いる圧電振動子は極微量の水分であっても絶縁破壊を起こしてしまう。そこで、本実施の形態にかかるインクジェットヘッドユニットにおいては、この密閉空間内部に親水性の液体9を充填することで、進入してきた水分の濃度を圧電振動子の絶縁破壊が起きない程度まで薄めることができる。   Even if the periphery of the piezoelectric vibrator is sealed so as to be a sealed space, it is impossible to completely suppress the ingress of moisture from the outside air, and there is a certain amount of moisture in the sealed space over time. . The piezoelectric vibrator used in the ink jet head causes dielectric breakdown even with a very small amount of moisture. Therefore, in the ink jet head unit according to the present embodiment, by filling the inside of this sealed space with the hydrophilic liquid 9, the concentration of the moisture that has entered is reduced to such an extent that dielectric breakdown of the piezoelectric vibrator does not occur. Can do.

また、密閉空間内部に進入する水分は液体ではなく、水蒸気つまり気体の状態で浸入するが、水蒸気は液体状態の水分と比べると微細な空隙から進入しやすく、しかも進入速度が早い。このため、圧電振動子へのダメージも大きい。しかし、密閉空間内部に親水性の液体9を充填することで、進入してきた水蒸気を液体状態に変化させることができるので圧電振動子へのダメージも低減することが可能となる。   In addition, the moisture that enters the sealed space is not liquid but enters water vapor, that is, in the form of gas, but the water vapor is likely to enter from a fine gap and has a higher entry speed than the liquid moisture. For this reason, the damage to the piezoelectric vibrator is also great. However, by filling the inside of the sealed space with the hydrophilic liquid 9, it is possible to change the water vapor that has entered into a liquid state, thereby reducing damage to the piezoelectric vibrator.

更に、従来の技術であるシリコンオイルやフッ素系不活性液等の疎水性液体の場合、浸入した水分は疎水性の液体と分離してしまい、圧電振動子と疎水性の液体の界面に水分濃度の高い状態で溜まるがこの問題も改善できる。   Furthermore, in the case of conventional hydrophobic liquids such as silicon oil and fluorine-based inert liquid, the infiltrated water is separated from the hydrophobic liquid, and the moisture concentration is present at the interface between the piezoelectric vibrator and the hydrophobic liquid. However, this problem can also be improved.

したがって、本実施の形態にかかるインクジェットヘッドユニットによれば、圧電振動子の周りを親水性の液体で覆う本実施の形態にかかる封止構成により、従来と比べて圧電振動子への水分の影響を低減することができるので、圧電振動子の絶縁破壊の起こらない、高い信頼性を有したインクジェットヘッドユニットが実現可能であり、このインクジェットヘッドを搭載することにより、長時間安定した印字品質を維持することが可能なインクジェット式記録装置を実現することが可能である。   Therefore, according to the ink jet head unit according to the present embodiment, the sealing configuration according to the present embodiment in which the periphery of the piezoelectric vibrator is covered with a hydrophilic liquid, the influence of moisture on the piezoelectric vibrator compared to the conventional case. Therefore, it is possible to realize a highly reliable inkjet head unit that does not cause dielectric breakdown of the piezoelectric vibrator. By installing this inkjet head, stable print quality can be maintained for a long time. It is possible to realize an ink jet recording apparatus capable of performing the above.

(実施例1)
実施例1では、上述した本発明にかかる封止構成を有するインクジェットヘッドユニットを作製し、従来の構成のインクジェットヘッドユニット(比較例)と本発明にかかるヘッドユニット(実施例)との信頼性を比較した。電圧印加時間とリーク電流との関係を表す特性図を図6に示す。信頼性の評価は、温度・湿度が40℃・60%の環境下で行い、30Vの電圧を印加し続けて流れる電流を測定した。
Example 1
In Example 1, an inkjet head unit having the above-described sealing configuration according to the present invention is manufactured, and the reliability of the inkjet head unit having a conventional configuration (comparative example) and the head unit according to the present invention (example) is improved. Compared. A characteristic diagram showing the relationship between the voltage application time and the leakage current is shown in FIG. Reliability was evaluated in an environment where the temperature and humidity were 40 ° C. and 60%, and the current flowing while applying a voltage of 30 V was measured.

本発明にかかるインクジェットヘッドユニット(実施例)では、ヘッドベース2には変性ポリエチレンオキシド樹脂封止を使用し、封止キャップ7にはアルミニウム(Al)金属を使用し、これらを固定する接着樹脂8には熱硬化型のフッ素系樹脂を用いた。また、密閉空間内部に充填する親水性の液体9にはグリセリンを用いた。グリセリンの充填方法としては、穴の開いた封止キャップ7をヘッドベース2に固定した後、この穴を通して密閉空間内部にグリセリンを充填し、最後に穴を紫外線(UV)樹脂で塞いだ。   In the ink jet head unit (example) according to the present invention, a modified polyethylene oxide resin seal is used for the head base 2, and an aluminum (Al) metal is used for the sealing cap 7, and an adhesive resin 8 for fixing them. For this, a thermosetting fluorine resin was used. In addition, glycerin was used for the hydrophilic liquid 9 filled in the sealed space. As a method for filling glycerin, the sealing cap 7 with a hole was fixed to the head base 2, and then the glycerin was filled into the sealed space through this hole, and finally the hole was closed with ultraviolet (UV) resin.

比較のために作製した従来のインクジェットヘッドユニット(比較例)としては、密閉空間内部に何も充填しない構成の比較例1と、ジメチルポリシロキサン構造を持ったシリコンオイルを密閉空間内部に充填した構成の比較例2と、を準備した。なお、これらの比較例における他の構成部品及び作製方法は上記で説明した本発明にかかるインクジェットヘッドユニット(実施例)と同じとした。   As a conventional inkjet head unit (comparative example) produced for comparison, a comparative example 1 in which nothing is filled in the sealed space and a structure in which silicon oil having a dimethylpolysiloxane structure is filled in the sealed space Comparative Example 2 was prepared. The other components and manufacturing methods in these comparative examples were the same as those of the inkjet head unit (example) according to the present invention described above.

図6において、実施例と比較例1および比較例2との信頼性評価結果を比べてみると、本発明の構成のインクジェットヘッドユニット(実施例)は、長期間に渡ってリーク電流の増加が観測されていないことがわかる。一方、シリコンオイルを充填した比較例2のインクジェットヘッドユニットは何も充填しない比較例1のインクジェットヘッドユニットと比べると信頼性は改善されているが、実施例と比べると、その信頼性はかなり劣ったものになっている。つまり、本発明の構成により作製されたインクジェットヘッドユニット(実施例)は高温高湿の環境下であっても、圧電振動子への水分の影響を無くし、良質な印字品質を長時間維持することが可能である、と言える。   In FIG. 6, when comparing the reliability evaluation results between the example and the comparative example 1 and the comparative example 2, the inkjet head unit (example) of the configuration of the present invention has an increase in leakage current over a long period of time. It turns out that it is not observed. On the other hand, the reliability of the inkjet head unit of Comparative Example 2 filled with silicone oil is improved as compared with the inkjet head unit of Comparative Example 1 that is not filled with anything, but the reliability is considerably inferior to the Example. It has become a thing. In other words, the ink jet head unit (example) manufactured by the configuration of the present invention eliminates the influence of moisture on the piezoelectric vibrator and maintains good print quality for a long time even in a high temperature and high humidity environment. It can be said that this is possible.

本実施例においては、密閉空間内部に充填する親水性の液体9としてアルコール系液体であるグリセリンについてのみ記載したが、他のアルコール系液体、例えば、エタノール、メタノール、イソプロピルアルコール等についてもグリセリンと同等の性能が得られた。また、本発明においては、密閉空間内部に充填する親水性の液体9はアルコール系以外の親水性液体として、例えば、アセトン、ジクロロベンゼン等の溶媒を用いても良い。本発明において密閉空間内部に充填する液体に求められる特性としては、親水性の液体であれば良く、極性基を有する極性溶媒であれば、上述したような本発明の効果を発揮することができる。   In the present embodiment, only glycerin, which is an alcoholic liquid, is described as the hydrophilic liquid 9 filled in the sealed space, but other alcoholic liquids such as ethanol, methanol, isopropyl alcohol, and the like are also equivalent to glycerin. Performance was obtained. In the present invention, the hydrophilic liquid 9 filled in the sealed space may use a solvent such as acetone or dichlorobenzene as a hydrophilic liquid other than alcohol. In the present invention, the liquid required to fill the inside of the sealed space may be a hydrophilic liquid, and the polar solvent having a polar group can exert the effects of the present invention as described above. .

なお、上記においては、温度・湿度が40℃・60%の環境下における連続通電時の信頼性を評価したが、より劣悪な環境下で長時間保存した後にリーク電流を評価する保存試験においても、本発明のインクジェットヘッドユニットは従来の構成と比べて高い信頼性が得られることを確認している。   In the above, the reliability during continuous energization in an environment where the temperature and humidity are 40 ° C. and 60% was evaluated, but also in a storage test for evaluating leakage current after storing for a long time in a worse environment. It has been confirmed that the inkjet head unit of the present invention can obtain high reliability as compared with the conventional configuration.

具体的には、温度・湿度が60℃・90%の環境下に保存した場合には、何も充填しない従来のインクジェットヘッドユニット(比較例1)においては約10時間後、シリコンオイルを充填した従来のインクジェットヘッドユニット(比較例2)においては約200時間後に電流リークが発生した。一方、本発明の構成により作製され、グリセリンを充填したインクジェットヘッドユニット(実施例)では、500時間保存した後に評価してもリーク電流の増加は観測されなかった。   Specifically, when stored in an environment where the temperature and humidity are 60 ° C. and 90%, in a conventional inkjet head unit (Comparative Example 1) in which nothing is filled, silicon oil is filled after about 10 hours. In the conventional inkjet head unit (Comparative Example 2), current leakage occurred after about 200 hours. On the other hand, in the ink jet head unit (Example) produced by the configuration of the present invention and filled with glycerin, no increase in leakage current was observed even after evaluation after storage for 500 hours.

(実施例2)
実施例2では、親水性の液体に乾燥剤の粉末を加えた場合の実施例について説明する。実施例2では、親水性の液体9となるグリセリンにモレキュラーシーブ3Aの粉末を加えて圧電振動子を含む密閉空間に充填したインクジェットヘッドユニットを作製した。なお、他の構成部品及び作製方法は(実施例1)で説明した本発明にかかるインクジェットヘッドユニット(実施例)と同じとした。このように構成したインクジェットヘッドユニットの信頼性を評価した。この実施例2にかかるインクジェットヘッドユニットは、実施例1にかかるインクジェットヘッドユニットと比べて同等以上の信頼性が得られ、親水性の液体9に粉末の乾燥剤を添加しても問題なく、本発明の効果を得られることが確認できた。
(Example 2)
In Example 2, an example in which a desiccant powder is added to a hydrophilic liquid will be described. In Example 2, an ink jet head unit was prepared by adding molecular sieve 3A powder to glycerin, which is a hydrophilic liquid 9, and filling a sealed space containing a piezoelectric vibrator. The other components and the manufacturing method were the same as those of the inkjet head unit (Example) according to the present invention described in (Example 1). The reliability of the ink jet head unit configured as described above was evaluated. The ink jet head unit according to the second example has the same or higher reliability than the ink jet head unit according to the first example, and there is no problem even if a powder desiccant is added to the hydrophilic liquid 9. It was confirmed that the effects of the invention can be obtained.

親水性の液体に添加する乾燥剤の種類は特に限定されるものではないが、水分が吸着することによって状態が変化しないことが好ましい。その意味では、水分吸着による潮解性や体積膨張が起きる化学的な作用によって水分を吸着させる乾燥剤よりは、物理的に水分を吸着する乾燥剤が好ましい。モレキュラーシーブは物理的作用によって水分を吸収する代表的な乾燥剤であり、気体の乾燥は当然のこと、液体の乾燥にも適している。   The type of desiccant added to the hydrophilic liquid is not particularly limited, but it is preferable that the state does not change due to the adsorption of moisture. In that sense, a desiccant that physically adsorbs moisture is preferable to a desiccant that adsorbs moisture by a chemical action that causes deliquescence and volume expansion due to moisture adsorption. Molecular sieve is a typical desiccant that absorbs moisture by physical action, and naturally gas drying is also suitable for liquid drying.

また、親水性の液体に添加する乾燥剤の大きさは細かい方が好ましい。その理由は、密閉空間内に充填する親水性の液体に直接添加するため、圧電振動子と乾燥剤とが直接接する可能性があるからである。親水性の液体に添加する乾燥剤の大きさが大きくなると圧電振動子の変位を妨げ、インクの吐出に悪影響を起こす。圧電振動子の大きさは、圧電性能や記録密度によって異なるが、数十μm〜数百μm程度であるので、乾燥剤がこれ以下の大きさであれば吐出性能に影響を及ぼさないことを確認している。   The size of the desiccant added to the hydrophilic liquid is preferably fine. The reason is that the piezoelectric vibrator and the desiccant may be in direct contact with each other because they are directly added to the hydrophilic liquid filled in the sealed space. When the size of the desiccant added to the hydrophilic liquid is increased, the displacement of the piezoelectric vibrator is hindered, which adversely affects ink ejection. Although the size of the piezoelectric vibrator varies depending on the piezoelectric performance and recording density, it is about several tens of μm to several hundreds of μm. is doing.

(実施の形態2)
図7は、本発明の実施の形態2にかかるインクジェットヘッドユニットを側面側からみた断面図である。本実施の形態では、上記の実施の形態1で示した場合と異なり、フレキシブルプリント基板3は圧電アクチュエータが形成されたインクジェットヘッド基板1を封止密閉した外側においてインクジェットヘッド基板1と電気的に接続されている。この電気的接続は、例えば、異方性導電フィルムを用いての熱圧着により行う。
(Embodiment 2)
FIG. 7 is a cross-sectional view of the ink jet head unit according to the second embodiment of the present invention as seen from the side surface side. In the present embodiment, unlike the case of the first embodiment, the flexible printed circuit board 3 is electrically connected to the ink jet head substrate 1 outside the sealed head of the ink jet head substrate 1 on which the piezoelectric actuator is formed. Has been. This electrical connection is performed by, for example, thermocompression bonding using an anisotropic conductive film.

なお、本実施の形態にかかるインクジェットヘッドユニットは、フレキシブルプリント基板3と密閉空間とが完全に分断された構造となっていること以外は、前述した実施の形態1と同様の構成を有し、親水性の液体9が圧電振動子を覆った構成となっている。   The inkjet head unit according to the present embodiment has the same configuration as that of the first embodiment described above except that the flexible printed circuit board 3 and the sealed space are completely separated. A hydrophilic liquid 9 covers the piezoelectric vibrator.

以上のように構成された本実施の形態にかかるインクジェットヘッドユニットにおいても、上述した実施の形態1にかかるインクジェットヘッドユニットと同様の効果が得られ、本封止を施したインクジェットヘッドユニットは高い信頼性を有する。すなわち、本実施の形態にかかるインクジェットヘッドユニットにおいても、従来と比べて圧電振動子への水分の影響を低減することができるので、圧電振動子の絶縁破壊の起こらない、高い信頼性を有したインクジェットヘッドユニットが実現可能であり、このインクジェットヘッドを搭載することにより、長時間安定した印字品質を維持することが可能なインクジェット式記録装置を実現することが可能である。   Also in the ink jet head unit according to the present embodiment configured as described above, the same effect as that of the ink jet head unit according to the first embodiment described above can be obtained, and the ink jet head unit subjected to the main sealing is highly reliable. Have sex. That is, in the ink jet head unit according to the present embodiment, since the influence of moisture on the piezoelectric vibrator can be reduced as compared with the conventional case, the piezoelectric vibrator has high reliability without causing dielectric breakdown. An ink jet head unit can be realized. By mounting this ink jet head, it is possible to realize an ink jet recording apparatus capable of maintaining a stable print quality for a long time.

また、本実施の形態にかかるインクジェットヘッドユニットは、実施の形態1で示した構成と比べてフレキシブルプリント基板3やこれを含む界面からの水分の浸入が少なくなっているため、親水性の液体9に含まれる水分濃度は低く保たれる。したがって、本実施の形態にかかるインクジェットヘッドユニットは、実施の形態1で示した封止構成と比べると長期的な信頼性がさらに向上する、という効果を奏する。   Further, since the ink-jet head unit according to the present embodiment has less intrusion of moisture from the flexible printed circuit board 3 and the interface including the ink-jet head unit as compared with the configuration shown in the first embodiment, the hydrophilic liquid 9 The water concentration contained in is kept low. Therefore, the inkjet head unit according to the present embodiment has an effect that long-term reliability is further improved as compared with the sealing configuration shown in the first embodiment.

(実施の形態3)
実施の形態3で説明するインクジェットヘッドユニットは、実施の形態1にかかるインクジェットヘッドユニットと比べて、圧電振動子の表面に保護膜を形成することのみが異なっている。この構成について、図8に基づいて説明する。この図8は、図1に示したインク供給方向と直交する方向のインクジェットヘッド基板の要部断面図である。図8では、上記直交方向に並ぶ4個の圧力室102を持つ圧力室部材Aおよび圧電アクチュエータ部Bが参照的に描かれている。
(Embodiment 3)
The ink jet head unit described in the third embodiment is different from the ink jet head unit according to the first embodiment only in forming a protective film on the surface of the piezoelectric vibrator. This configuration will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a cross-sectional view of the main part of the inkjet head substrate in a direction orthogonal to the ink supply direction shown in FIG. In FIG. 8, the pressure chamber member A and the piezoelectric actuator portion B having the four pressure chambers 102 arranged in the orthogonal direction are drawn for reference.

図8において103は、上記の如く各圧力室102の略真上にそれぞれ位置する第1の電極層である。110は、この第1の電極層103の一面上(図8中では下側)に設けられた圧電体層である。112は、この圧電体層110の一面上(図8中では下側)に設けられ、全圧電体層110に共通となる第2の電極層(共通電極)である。   In FIG. 8, reference numeral 103 denotes a first electrode layer positioned almost directly above each pressure chamber 102 as described above. Reference numeral 110 denotes a piezoelectric layer provided on one surface (lower side in FIG. 8) of the first electrode layer 103. Reference numeral 112 denotes a second electrode layer (common electrode) which is provided on one surface (lower side in FIG. 8) of the piezoelectric layer 110 and is common to all the piezoelectric layers 110.

111は、この第2の電極層112の一面上(図8中では下側)に設けられ、上記圧電体層110の圧電効果により層厚方向に変位し振動する振動層である。113は、この振動層111の一面上(図8中では下側)に設けられ、各圧力室102の相互を区画する区画壁102aの上方に位置する中間層(縦壁)である。   Reference numeral 111 denotes a vibration layer that is provided on one surface (lower side in FIG. 8) of the second electrode layer 112 and that is displaced in the layer thickness direction and vibrates due to the piezoelectric effect of the piezoelectric layer 110. Reference numeral 113 denotes an intermediate layer (vertical wall) provided on one surface (lower side in FIG. 8) of the vibration layer 111 and positioned above the partition wall 102a that partitions the pressure chambers 102 from each other.

そして、第1の電極層103、圧電体層110及び第2の電極層112は、これらが順に積層されてなる圧電素子を構成することになる。また、振動層111は、第2の電極層112側の面に設けられていることになる。そして、これら構成素子の全体を覆うように保護膜10が形成されている。   And the 1st electrode layer 103, the piezoelectric material layer 110, and the 2nd electrode layer 112 comprise the piezoelectric element by which these are laminated | stacked in order. In addition, the vibration layer 111 is provided on the surface on the second electrode layer 112 side. And the protective film 10 is formed so that the whole of these component elements may be covered.

なお、図8において、114は圧力室部材Aと圧電アクチュエータ部Bとを接着する接着剤であり、上記各中間層113は、この接着剤114を用いた接着時に、その一部の接着剤114が区画壁102aの外方にはみ出した場合でも、この接着剤114が振動層111に付着しないで振動層111が所期通りの変位及び振動を起こすように、圧力室102の上面と振動層111の下面との距離を拡げる役割を有している。   In FIG. 8, reference numeral 114 denotes an adhesive that bonds the pressure chamber member A and the piezoelectric actuator portion B, and each of the intermediate layers 113 is part of the adhesive 114 when bonded using the adhesive 114. Even if it protrudes outward from the partition wall 102a, the adhesive layer 114 does not adhere to the vibration layer 111, and the vibration layer 111 causes the desired displacement and vibration. It has the role of expanding the distance from the lower surface of the.

このように圧電アクチュエータ部Bの振動層111における第2の電極層112とは反対側面に中間層113を介して圧力室部材Aを接合するのが好ましいが、振動層111における第2の電極層112とは反対側面に直接圧力室部材Aを接合するようにしてもよい。   As described above, the pressure chamber member A is preferably bonded to the side surface of the vibration layer 111 of the piezoelectric actuator portion B opposite to the second electrode layer 112 via the intermediate layer 113, but the second electrode layer of the vibration layer 111 The pressure chamber member A may be directly joined to the side surface opposite to 112.

このようなインクジェットヘッド基板を用いて、図1にて説明した封止構成を有するインクジェットヘッドユニットを作製した。   Using such an ink jet head substrate, an ink jet head unit having the sealing configuration described in FIG. 1 was produced.

保護膜10の材料としては、圧電振動子の動きを阻害しないようにヤング率の低い柔らかい材料が好ましいが、圧電振動子の特性や保護膜10の膜厚によっては、酸化物、窒化物等のヤング率の高いものも用いることができる。この場合、膜厚としてはせいぜい1μm程度であり、例えば、酸化マグネシウム(MgO)、一酸化ゲルマニウム(GeO)、アルミナ(Al23)、酸化ニッケル(NiO)、酸化カルシウム(CaO)、一酸化シリコン(SiO)、二酸化シリコン(SiO2)、窒化アルミニウム(AlN)、窒化ボロン(BN)、窒化シリコン(Si34)等の材料があげられる。 The material of the protective film 10 is preferably a soft material having a low Young's modulus so as not to hinder the movement of the piezoelectric vibrator. However, depending on the characteristics of the piezoelectric vibrator and the film thickness of the protective film 10, oxides, nitrides, etc. A material having a high Young's modulus can also be used. In this case, the film thickness is about 1 μm at most. For example, magnesium oxide (MgO), germanium monoxide (GeO), alumina (Al 2 O 3 ), nickel oxide (NiO), calcium oxide (CaO), monoxide Examples thereof include silicon (SiO), silicon dioxide (SiO 2 ), aluminum nitride (AlN), boron nitride (BN), and silicon nitride (Si 3 N 4 ).

これらの保護膜10は、スパッタ法、電子ビーム蒸着法、抵抗加熱蒸着法、イオンプレーティング法等によって作製することができる。   These protective films 10 can be produced by sputtering, electron beam vapor deposition, resistance heating vapor deposition, ion plating, or the like.

また、柔らかい材料としてはゴム等のエラストマー材料が適しており、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、ブチルゴム等があげられ、熱やUV照射によって硬化させることができる。これらエラストマー材料では、その材料の持つヤング率にもよるが、数百μm程度形成したとしても圧電振動子の動きに影響をあたえない場合もある。また、圧電振動子にエラストマー材料を形成した後に酸化物、窒化物等のヤング率の高い材料を形成した2層構造としても何ら問題は無く、同様の効果がある。   As the soft material, an elastomer material such as rubber is suitable, and examples thereof include silicone resin, fluororesin, and butyl rubber, which can be cured by heat or UV irradiation. In these elastomer materials, depending on the Young's modulus of the material, even if it is formed about several hundred μm, the movement of the piezoelectric vibrator may not be affected. In addition, there is no problem with the two-layer structure in which a material having a high Young's modulus such as an oxide or nitride is formed after forming an elastomer material on the piezoelectric vibrator, and there is a similar effect.

以上のように構成された本実施の形態にかかるインクジェットヘッドユニットにおいても、上述した実施の形態1にかかるインクジェットヘッドユニットと同様の効果が得られ、本封止を施したインクジェットヘッドユニットは高い信頼性を有する。すなわち、本実施の形態にかかるインクジェットヘッドユニットにおいても、従来と比べて圧電振動子への水分の影響を低減することができるので、圧電振動子の絶縁破壊の起こらない、高い信頼性を有したインクジェットヘッドユニットが実現可能であり、このインクジェットヘッドを搭載することにより、長時間安定した印字品質を維持することが可能なインクジェット式記録装置を実現することが可能である。   Also in the ink jet head unit according to the present embodiment configured as described above, the same effect as that of the ink jet head unit according to the first embodiment described above can be obtained, and the ink jet head unit subjected to the main sealing is highly reliable. Have sex. That is, in the ink jet head unit according to the present embodiment, since the influence of moisture on the piezoelectric vibrator can be reduced as compared with the conventional case, the piezoelectric vibrator has high reliability without causing dielectric breakdown. An ink jet head unit can be realized. By mounting this ink jet head, it is possible to realize an ink jet recording apparatus capable of maintaining a stable print quality for a long time.

また、本実施の形態においては、保護膜10が圧電振動子の表面を覆う構成となっているので、親水性の液体9と保護膜10との相乗効果によって、圧電振動子に対する水分の影響を、より効果的に低減することができる。したがって、本実施の形態にかかる構成を有するインクジェットヘッドにおいては、圧電振動子の絶縁破壊による電流リークが発生しないので、良好な印字品質をより長時間維持することができる。   In the present embodiment, since the protective film 10 covers the surface of the piezoelectric vibrator, the synergistic effect of the hydrophilic liquid 9 and the protective film 10 affects the influence of moisture on the piezoelectric vibrator. Can be reduced more effectively. Therefore, in the ink jet head having the configuration according to the present embodiment, current leakage due to dielectric breakdown of the piezoelectric vibrator does not occur, so that good print quality can be maintained for a long time.

また、上述したように親水性の液体9に粉末状の乾燥剤を分散させても良い。この場合においても上述した本実施の形態にかかる効果を得ることができる。この場合の、粉末状の乾燥剤としては、実施例2において説明したものを用いることができる。また、この場合の親水性の液体9としては、実施例1において説明したものを用いることができる。   Further, as described above, a powdery desiccant may be dispersed in the hydrophilic liquid 9. Even in this case, the effect according to the present embodiment described above can be obtained. In this case, as the powdery desiccant, those described in Example 2 can be used. In addition, as the hydrophilic liquid 9 in this case, the liquid described in Example 1 can be used.

また、保護膜10の代わりに圧電振動子の表面に撥水処理を施しても、親水性の液体9と撥水処理との相乗効果によって、圧電振動子に対する水分の影響をより効果的に低減することができる。したがって、圧電振動子の絶縁破壊による電流リークが発生しないので、良好な印字品質を長時間維持することができる。   Even if the surface of the piezoelectric vibrator is subjected to water repellent treatment instead of the protective film 10, the influence of moisture on the piezoelectric vibrator is more effectively reduced by the synergistic effect of the hydrophilic liquid 9 and the water repellent treatment. can do. Therefore, current leakage due to dielectric breakdown of the piezoelectric vibrator does not occur, and good print quality can be maintained for a long time.

この場合には、例えば撥水膜主骨格を形成するアルコキシシラン化合物と高撥水機能を付与するフルオロアルキルアルコキシシランとを最適な比率で混合した原料溶媒に水及び塩酸を含有する溶液を添加し、攪拌、重合を行い、ゾル状態のコーティング液を作製した。このコーティング液をスピンコート法によりヘッド構成素子を覆うように塗布した後、200℃程度で焼成することにより撥水薄膜を形成することができる。   In this case, for example, a solution containing water and hydrochloric acid is added to a raw material solvent in which an alkoxysilane compound that forms the main skeleton of the water-repellent film and a fluoroalkylalkoxysilane that imparts a high water-repellent function are mixed in an optimal ratio. Then, stirring and polymerization were performed to prepare a sol coating solution. A water-repellent thin film can be formed by applying this coating solution so as to cover the head component by spin coating and then baking at about 200 ° C.

また、フッ素系材料を用いて圧電振動子の表面に撥水処理を施しても良い。フッ素系の撥水処理材料はその性能が高く、撥水効果を長期間維持することができるため、電圧を加えることによる圧電振動子の絶縁破壊を長期間防止することが可能である。   Further, the surface of the piezoelectric vibrator may be subjected to water repellent treatment using a fluorine-based material. Since the fluorine-based water-repellent treatment material has high performance and can maintain the water-repellent effect for a long period of time, it is possible to prevent dielectric breakdown of the piezoelectric vibrator by applying a voltage for a long period of time.

また、このとき、上述したように親水性の液体9に粉末状の乾燥剤を分散させても良い。この場合においても上述した本実施の形態にかかる効果を得ることができる。この場合の、粉末状の乾燥剤としては、実施例2において説明したものを用いることができる。また、この場合の親水性の液体9としては、実施例1において説明したものを用いることができる。   At this time, a powdery desiccant may be dispersed in the hydrophilic liquid 9 as described above. Even in this case, the effect according to the present embodiment described above can be obtained. In this case, as the powdery desiccant, those described in Example 2 can be used. In addition, as the hydrophilic liquid 9 in this case, the liquid described in Example 1 can be used.

(実施の形態4)
図9は、本発明の実施の形態4にかかるインクジェットヘッドユニットを側面側からみた断面図である。本実施の形態では、実施の形態1及び実施の形態2の場合と異なり、2重封止の構造となっている。圧電振動子は内部封止キャップ11によって密閉されており、その外側に封止構造が設けられている。そして、圧電振動子を含む界面に親水性の液体を充填するのではなく、内部封止キャップ11とその外側に封止構造との間の密閉空間に親水性の液体を充填する構造となっている。また、圧電振動子を密閉した空間には乾燥剤12が封入されている。
(Embodiment 4)
FIG. 9 is a cross-sectional view of the ink jet head unit according to the fourth embodiment of the present invention as seen from the side surface side. Unlike the case of Embodiment 1 and Embodiment 2, this embodiment has a double-sealed structure. The piezoelectric vibrator is sealed with an internal sealing cap 11, and a sealing structure is provided on the outside thereof. Then, the hydrophilic liquid is not filled in the interface including the piezoelectric vibrator, but the hydrophilic space is filled in the sealed space between the inner sealing cap 11 and the sealing structure on the outer side. Yes. A desiccant 12 is sealed in the space where the piezoelectric vibrator is sealed.

なお、充填する親水性の液体9、乾燥剤12、封止するための接着剤、内部封止キャップ11の部材は実施の形態1で説明したものと同じものが使用できる。   The hydrophilic liquid 9 to be filled, the desiccant 12, the adhesive for sealing, and the members of the internal sealing cap 11 can be the same as those described in the first embodiment.

本実施の形態にかかるインクジェットヘッドユニットの構成によれば、外部から進入する水分は、先ず、親水性の液体9によって薄められ、且つ、液体状態となることで圧電振動子を含む空間に達し難くなる。そして、仮に圧電振動子を含む空間に達したとしても、乾燥剤12によってその水分は除去されるので圧電振動子の絶縁破壊は起きず、リーク電流も発生しなくなる。   According to the configuration of the ink jet head unit according to the present embodiment, moisture entering from the outside is first diluted with the hydrophilic liquid 9 and is difficult to reach the space including the piezoelectric vibrator by being in a liquid state. Become. Even if the space including the piezoelectric vibrator is reached, the moisture is removed by the desiccant 12, so that the dielectric breakdown of the piezoelectric vibrator does not occur, and no leakage current occurs.

なお、内部封止キャップ11の周りは親水性の液体で囲まれているため、気体の状態で水分の浸入は起き難いので、内部封止キャップ11の構成材料は金属等の透湿性の低いものに限定するものではない。   Since the inner sealing cap 11 is surrounded by a hydrophilic liquid, it is difficult for moisture to enter in a gaseous state. Therefore, the constituent material of the inner sealing cap 11 is low in moisture permeability such as metal. It is not limited to.

以上のように構成された本実施の形態にかかるインクジェットヘッドユニットにおいても、上述した実施の形態1にかかるインクジェットヘッドユニットと同様の効果が得られ、本封止を施したインクジェットヘッドユニットは高い信頼性を有する。すなわち、本実施の形態にかかるインクジェットヘッドユニットにおいても、従来と比べて圧電振動子への水分の影響を低減することができるので、圧電振動子の絶縁破壊の起こらない、高い信頼性を有したインクジェットヘッドユニットが実現可能であり、このインクジェットヘッドを搭載することにより、長時間安定した印字品質を維持することが可能なインクジェット式記録装置を実現することが可能である。   Also in the ink jet head unit according to the present embodiment configured as described above, the same effect as that of the ink jet head unit according to the first embodiment described above can be obtained, and the ink jet head unit subjected to the main sealing is highly reliable. Have sex. That is, in the ink jet head unit according to the present embodiment, since the influence of moisture on the piezoelectric vibrator can be reduced as compared with the conventional case, the piezoelectric vibrator has high reliability without causing dielectric breakdown. An ink jet head unit can be realized. By mounting this ink jet head, it is possible to realize an ink jet recording apparatus capable of maintaining a stable print quality for a long time.

また、本実施の形態においては、上述したように2重封止の構造となっているため、外部から侵入する水分は気体状態の水蒸気として圧電振動子を含む密閉空間内部に直接進入するのではなく、気体から液体に変換されて親水性の液体に解けた液体の状態で進入するため、圧電振動子を含む密閉空間への水分の進入量を抑制することができ、電圧を加えることによる圧電振動子の絶縁破壊を効果的に長時間防止することができる。   In the present embodiment, since the double sealing structure is used as described above, moisture entering from the outside does not directly enter the sealed space including the piezoelectric vibrator as vapor in the gaseous state. In addition, since the liquid enters the liquid state after being converted from gas to liquid and dissolved into a hydrophilic liquid, the amount of moisture entering the sealed space including the piezoelectric vibrator can be suppressed, and piezoelectricity is generated by applying a voltage. The dielectric breakdown of the vibrator can be effectively prevented for a long time.

以上のように、本発明にかかるインクジェットヘッドユニットは、圧電振動子の変位を利用してインクを吐出し画像を形成するインクジェット式記録装置の分野に有用である。   As described above, the ink jet head unit according to the present invention is useful in the field of an ink jet recording apparatus that forms an image by ejecting ink using the displacement of a piezoelectric vibrator.

本発明の実施の形態1にかかるインクジェットヘッド基板の全体構成を示す斜視図1 is a perspective view showing an overall configuration of an inkjet head substrate according to a first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態1にかかる圧電アクチュエータ部及び圧力室部材の要部を示す斜視図The perspective view which shows the principal part of the piezoelectric actuator part and pressure chamber member concerning Embodiment 1 of this invention. インクジェットヘッド基板の要部断面図Cross-sectional view of main parts of inkjet head substrate 本発明の実施の形態1にかかるインクジェットヘッドユニットを正面側から見た断面図Sectional drawing which looked at the inkjet head unit concerning Embodiment 1 of this invention from the front side 本発明の実施の形態1にかかるインクジェットヘッドユニットを側面側から見た断面図Sectional drawing which looked at the inkjet head unit concerning Embodiment 1 of this invention from the side surface side 本発明の実施の形態1にかかるインクジェットヘッドユニットと従来のインクジェットヘッドユニットの信頼性を示す特性図FIG. 3 is a characteristic diagram showing reliability of the inkjet head unit according to the first embodiment of the present invention and the conventional inkjet head unit. 本発明の実施の形態2にかかるインクジェットヘッドユニットを側面側から見た断面図Sectional drawing which looked at the inkjet head unit concerning Embodiment 2 of this invention from the side surface side 本発明の実施の形態3にかかるインクジェットヘッド基板をインク供給方向と直交する方向から見た要部断面図Sectional drawing of the principal part which looked at the inkjet head board | substrate concerning Embodiment 3 of this invention from the direction orthogonal to an ink supply direction. 本発明の実施の形態4にかかるインクジェットヘッドユニットを側面側から見た断面図Sectional drawing which looked at the inkjet head unit concerning Embodiment 4 of this invention from the side surface side

符号の説明Explanation of symbols

1 インクジェットヘッド基板
2 ヘッドベース
3 フレキシブルプリント基板
4 駆動IC
5 インク室
6 インクチューブ
7 封止キャップ
8 接着樹脂
9 親水性の液体
10 保護膜
11 内部封止キャップ
12 乾燥剤
101 圧力室開口部
102 圧力室
102a 区画壁
103 第1の電極層
104 共通液室
105 供給口
106 インク流路
107 ノズル孔
110 圧電体層
111 振動層
112 第2の電極層
113 中間層
114 接着剤
A 圧力室部材
B 圧電アクチュエータ部
C インク流路部材
D ノズル板
E ICチップ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Inkjet head board 2 Head base 3 Flexible printed circuit board 4 Drive IC
DESCRIPTION OF SYMBOLS 5 Ink chamber 6 Ink tube 7 Sealing cap 8 Adhesive resin 9 Hydrophilic liquid 10 Protective film 11 Internal sealing cap 12 Desiccant 101 Pressure chamber opening 102 Pressure chamber 102a Partition wall 103 First electrode layer 104 Common liquid chamber 105 Supply Port 106 Ink Flow Channel 107 Nozzle Hole 110 Piezoelectric Layer 111 Vibration Layer 112 Second Electrode Layer 113 Intermediate Layer 114 Adhesive A Pressure Chamber Member B Piezoelectric Actuator Section C Ink Flow Channel Member D Nozzle Plate E IC Chip

Claims (12)

供給されたインクを圧力変化により開口部から吐出する圧力室を備えるヘッド本体部と、前記ヘッド本体部における前記圧力室の一面側に設けられて前記圧力室に圧力を付加する圧電振動子と、を備えたインクジェットヘッド基板と、
前記インクジェットヘッド基板とともに、前記圧電振動子を含む空間を封止して密閉空間を形成する封止部材と、
前記密閉空間内において、前記圧電振動子に接する状態で配された親水性の液体と、
を備えることを特徴とするインクジェットヘッドユニット。
A head main body having a pressure chamber that discharges the supplied ink from the opening by pressure change; a piezoelectric vibrator that is provided on one side of the pressure chamber in the head main body and applies pressure to the pressure chamber; An inkjet head substrate comprising:
A sealing member that forms a sealed space by sealing the space including the piezoelectric vibrator together with the inkjet head substrate;
A hydrophilic liquid disposed in contact with the piezoelectric vibrator in the sealed space; and
An inkjet head unit comprising:
前記圧電振動子の表面に保護膜が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ユニット。 The inkjet head unit according to claim 1, wherein a protective film is formed on a surface of the piezoelectric vibrator. 前記圧電振動子の表面に撥水処理が施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ユニット。 2. The ink jet head unit according to claim 1, wherein a surface of the piezoelectric vibrator is subjected to water repellent treatment. 前記撥水処理がフッ素系材料により施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ユニット。 4. The ink jet head unit according to claim 3, wherein the water repellent treatment is performed with a fluorine-based material. 前記親水性の液体が、アルコール系液体であることを特徴とする請求項1または2記載のインクジェットヘッドユニット。 The inkjet head unit according to claim 1, wherein the hydrophilic liquid is an alcohol liquid. 前記親水性の液体が、水又はアルコール系液体のうち少なくとも1種類以上を含むことを特徴とする請求項3または4記載のインクジェットヘッドユニット。 The inkjet head unit according to claim 3 or 4, wherein the hydrophilic liquid includes at least one of water and alcohol-based liquids. 前記親水性の液体に粉末状の乾燥剤が分散されていることを特徴とする請求項1〜6記載のインクジェットヘッドユニット。 The inkjet head unit according to claim 1, wherein a powdery desiccant is dispersed in the hydrophilic liquid. 前記粉末状の乾燥剤が、モレキュラーシーブであることを特徴とする請求項7記載のインクジェットヘッドユニット。 8. The ink jet head unit according to claim 7, wherein the powdery desiccant is a molecular sieve. 供給されたインクを圧力変化により開口部から吐出する圧力室を備えるヘッド本体部と、前記ヘッド本体部における前記圧力室の一面側に設けられて前記圧力室に圧力を付加する圧電振動子と、を備えたインクジェットヘッド基板と、
前記インクジェットヘッド基板とともに、前記圧電振動子を含む空間を封止して第1の密閉空間を形成する第1の封止部材と、
前記第1の密閉空間の内部に、前記圧電振動子を含む空間を封止して第2の密閉空間を形成する第2の封止部材と、
前記第1の密閉空間と前記第2の密閉空間との間の空間に配された親水性の液体と、
を備えることを特徴とするインクジェットヘッドユニット。
A head main body having a pressure chamber that discharges the supplied ink from the opening by pressure change; a piezoelectric vibrator that is provided on one side of the pressure chamber in the head main body and applies pressure to the pressure chamber; An inkjet head substrate comprising:
A first sealing member that seals a space including the piezoelectric vibrator together with the inkjet head substrate to form a first sealed space;
A second sealing member that seals a space including the piezoelectric vibrator to form a second sealed space inside the first sealed space;
A hydrophilic liquid disposed in a space between the first sealed space and the second sealed space;
An inkjet head unit comprising:
前記親水性の液体が、水又はアルコール系液体のうち少なくとも1種類以上を含むことを特徴とする請求項9記載のインクジェットヘッドユニット。 The inkjet head unit according to claim 9, wherein the hydrophilic liquid includes at least one of water and an alcohol-based liquid. 前記第2の密閉空間に乾燥剤を備えることを特徴とする請求項9または10に記載のインクジェットヘッドユニット。 The inkjet head unit according to claim 9 or 10, wherein a desiccant is provided in the second sealed space. 請求項1〜11記載のインクジェットヘッドユニットを搭載したことを特徴とするインクジェット式記録装置。 An ink jet recording apparatus comprising the ink jet head unit according to claim 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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