JP2008188882A - Inkjet head and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インクジェットヘッドおよびインクジェットヘッドの製造方法に関し、特に、プリンタなどに用いられるインクジェットヘッドおよびインクジェットヘッドの製造方法に関する。 The present invention relates to an inkjet head and an inkjet head manufacturing method, and more particularly to an inkjet head used in a printer or the like and an inkjet head manufacturing method.
近年プリンタにおいては、インパクト印字装置に代わって、カラー化、多階調化に対応しやすいインクジェット方式などのノンインパクト印字装置が急速に普及している。これに用いるインク吐出装置としてのインクジェットヘッドとしては、特に、印字に必要なインク滴のみを吐出するというドロップ・オン・デマンド型が、吐出効率の良さ、低コスト化の容易さなどから注目されている。ドロップ・オン・デマンド型としては、カイザー(Kyser)方式やサーマルジェット方式が主流となっている。 In recent years, in printers, non-impact printing apparatuses such as an ink jet system that can easily cope with colorization and multi-gradation are rapidly spreading instead of impact printing apparatuses. As an ink jet head as an ink discharge apparatus used for this, a drop-on-demand type that discharges only ink droplets necessary for printing is particularly noted because of its good discharge efficiency and ease of cost reduction. Yes. As the drop-on-demand type, a Kaiser method or a thermal jet method is mainly used.
しかし、カイザー方式は小型化が困難で高密度化に不向きであるという欠点を有していた。また、サーマルジェット方式は高密度化には適しているものの、ヒータでインクを加熱してインク内にバブル(泡)を生じさせて、そのバブルのエネルギーを利用して吐出させる方式であるため、インクの耐熱性が要求され、また、ヒーターの長寿命化も困難であり、エネルギー効率が悪いため消費電力も大きくなるという問題を有していた。 However, the Kaiser method has a drawback that it is difficult to reduce the size and is not suitable for high density. In addition, although the thermal jet method is suitable for increasing the density, the ink is heated with a heater to generate bubbles in the ink and discharged using the energy of the bubbles. Heat resistance of the ink is required, and it is difficult to extend the life of the heater, and there is a problem that power consumption increases due to poor energy efficiency.
このような各方式の欠点を解決するものとして、圧電材料のシェアモード変形を利用したインクジェット方式が提案されている。この方式は、圧電材料からなるインクチャンネルの壁(以下、「チャンネル壁」という。)の両側面に形成した電極を用いて、圧電材料の分極方向と直交する方向に電界を生じさせることで、シェアモードでチャンネル壁を変形させ、その際に生じる圧力波変動を利用してインク滴を吐出するものであり、ノズルの高密度化、低消費電力化、高駆動周波数化に適している。 In order to solve such drawbacks of each method, an ink jet method using shear mode deformation of a piezoelectric material has been proposed. This method uses an electrode formed on both sides of an ink channel wall made of piezoelectric material (hereinafter referred to as “channel wall”) to generate an electric field in a direction perpendicular to the polarization direction of the piezoelectric material. The channel wall is deformed in the share mode, and ink droplets are ejected by utilizing the pressure wave fluctuation generated at that time, which is suitable for increasing the density of the nozzles, reducing the power consumption, and increasing the driving frequency.
最近はこのシェアモード変形を利用したインクジェットヘッドで導電材料を吐出させ、配線を描画したり、R、G、Bのインクを吐出させカラーフィルタを作製するといったような産業用途として利用することが盛んに行われるようになり始めている。 Recently, it is widely used for industrial applications such as discharging conductive materials with an inkjet head using this shear mode deformation, drawing wiring, and discharging R, G, B ink to produce color filters. Is beginning to be done.
このような産業用途として利用する場合には、吐出チャンネルを増加させ、スループットを向上させるため、インクジェットヘッドサイズの長尺化が不可欠である。 When used for such industrial purposes, it is essential to increase the ink jet head size in order to increase the number of ejection channels and improve the throughput.
また、民生品のプリンタと異なる点として、指定されたアドレスに規定量の液滴を着弾させることが要求され、着弾精度、液滴量のコントロールを厳しく要求されるため、不吐出チャンネルは産業用途としてインクジェットヘッドを利用する際には大きな問題となっている。 Another difference from consumer printers is that it requires a specified amount of droplets to land at a specified address, and it is strictly required to control landing accuracy and droplet volume. When using an inkjet head, it becomes a big problem.
たとえば、図18および図19に示すように、特開2006−82342号公報に記載されたシェアモード変形を利用したインクジェットヘッド50は、複数のインク室5が形成されたベース部材1と、インク供給経路となる共通インク室12が形成されたカバー部材23と、異方性導電フィルム(以下、「ACF」という。)10と、外部電極が形成されたフレキシブルプリント基板11と、ノズル孔17が開口されたノズルプレート16とを備える。
For example, as shown in FIGS. 18 and 19, an
そして、インク流路は、ベース部材1とカバー部材23とを貼り合わせることで、形成されている。
The ink flow path is formed by bonding the
チャンネル壁5aの側面には、内部に電界を発生させるための駆動電極6がチャンネル壁5aの高さ方向全体にわたって形成されている。圧電材料で形成されたベース部材1は、図18における1Aと1Bに示すようにチャンネル壁5aの略中央で分極方向が相反するように分極処理が施されている。以下、ノズルプレート16が接合される端部を前端部27とし、これと反対側を後端部28とする。また、インクジェットヘッドにおいて、カバー部材23が配置される側を上側と定め、ベース部材1が配置される側を下側と向きを定める。
On the side surface of the
駆動電極6を含むインクジェットヘッド50内部全体には、駆動電極6をインクから絶縁、保護することを目的として図示しない有機保護膜が形成されている。有機保護膜はインク室5内部に対し均一な膜厚分布が得られるポリパラキシリレンがよいとされている。
An organic protective film (not shown) is formed on the entire interior of the
図19は、図18における矢印Cから見た側面図である。(なお、ノズルプレートは省略している)
インクの吐出に必要な圧力は、主にチャンネル壁5aの側面に駆動電極6が形成されている領域のうち、チャンネル壁5aの上面がカバー部材23と接着固定されている領域Aで発生する。このように、主にインク吐出に必要な圧力を発生するチャンネル壁5aがカバー部材23と接合されている領域A を「アクティブ領域」ということとする。領域Bにおいてもシェアモード変形が発生するが、領域Bにおけるインクチャンネルは比較的大きな空間である共通インク室12と連通しており、加圧されても共通インク室12に向かって圧力が分散される。このため、領域Bはあまりインク吐出に寄与しない部分である。外部より共通インク室12に供給されたインクは、共通インク室12に溜められてインク室5に随時インクを供給し、インク室5に流入したインクはシェアモード変形によってノズル孔17からインクが吐出される。
FIG. 19 is a side view seen from the arrow C in FIG. (The nozzle plate is omitted.)
The pressure required for ink ejection is generated mainly in the region A where the upper surface of the
このようなインクジェットヘッドのヘッドサイズの長尺化に伴い、以下のような問題点が生じる。 With the increase in the head size of such an ink jet head, the following problems occur.
インクジェットヘッドの、チャンネル壁5aが駆動すると、アクティブ領域Aで圧力波が発生し、この圧力波はノズル孔17からインクを吐出する役割を果たすと同時に、アクティブ領域Aからインク室5に沿って後端部28の向きにも伝播する。伝播した圧力波は、チャンネル壁5aに挟まれた空間と共通インク室12との界面で水撃作用により大部分が反射して、減衰せずに再びアクティブ領域Aに戻る。このため、後続するインク吐出のための圧力波と干渉して、インク吐出に悪影響を及ぼす場合があった。特に、駆動周波数を高くした場合には、残った圧力波が減衰しないうちに後続するインクが吐出されるため、後続のインクの吐出速度が大きく変動することや、場合によってはインクの吐出が止まってしまうことがあった。よって、残留振動が収まるまで次の吐出を待たなければならず、駆動周波数を落として印字速度を抑えざるを得なかった。
When the
そこで、残留振動がインク吐出に悪影響を及ぼすという問題に関しては、特開2004−136634号公報において、残留振動を抑制する方法として以下の方法が提案されている。 Therefore, regarding the problem that residual vibration adversely affects ink ejection, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-136634 proposes the following method as a method for suppressing residual vibration.
図20、図21を参照して、特開2004−136634号公報にて提案されているインクジェットヘッド50の構造について説明する。図20は従来の技術に基づくインクジェットヘッド50の側面図である。本ヘッド構造は、上記図18に示す、前述した特開2006−82342号公報におけるインクジェットヘッドの構造のベース部材1と、カバー部材23と、駆動電極6と、図示しない有機保護膜と、ノズルプレート16とを含んでいる。そして、アクティブ領域後端部において隣接するインク室間に一定の深さで間隙部80が設けられている。この領域をアクティブ領域Aに対し領域Cと呼ぶ。この領域を圧力波が通過して共通インク室へと向かう際に間隙部80を通過することで、インクの大きな粘性抵抗により吸収、減衰しながら共通インク室へと進行する。したがって、間隙部により圧力波の残留振動を抑制することができる。
上記特開2004−136634号公報に記載されたインクジェットヘッドは、インク室とは略直交方向にインク室を貫通するように形成された共通インク室を有すると共に、圧力波の残留振動を抑制する間隙部を有している。このようなインクジェットヘッドにおいて、駆動電極をインクから絶縁するために、電極保護膜を形成するには、インク供給口とインク排出口とから有機保護膜を形成するガスを供給する。 The ink jet head described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-136634 has a common ink chamber formed so as to penetrate the ink chamber in a direction substantially orthogonal to the ink chamber, and a gap for suppressing residual vibration of the pressure wave. Has a part. In such an ink jet head, in order to form the electrode protective film in order to insulate the drive electrode from the ink, a gas for forming the organic protective film is supplied from the ink supply port and the ink discharge port.
この際、インク供給口と、インク排出口とに近いインク室部分には所望の膜厚の有機保護膜を形成することができるが、その一方で、インクジェットヘッド中央部のインク室部分には所望の膜厚に到達しないという問題が生じる。 In this case, an organic protective film having a desired film thickness can be formed in the ink chamber portion close to the ink supply port and the ink discharge port. On the other hand, the desired ink chamber portion in the central portion of the inkjet head can be formed. This causes a problem that the film thickness is not reached.
このような問題は、インクジェットヘッド幅、すなわちチャンネル数が多いほど顕著である。そして、インクジェットヘッド中央部のインク室部分では、駆動電極をインクから絶縁することができない場合があった。 Such a problem becomes more conspicuous as the inkjet head width, that is, the number of channels increases. In some cases, the drive electrode cannot be insulated from the ink in the ink chamber portion at the center of the inkjet head.
他方で、インクジェットヘッド中央部のインク室部分が所望の膜厚となるように有機保護膜を形成しようとすると、インク供給口と、インク排出口とに近いインク室部分には所望の膜厚以上の有機保護膜が形成されることとなり、インク室の流路抵抗が増大したり、インク室開口部が狭まることによりノズル接着が困難になるといった問題が生じる。 On the other hand, if an organic protective film is formed so that the ink chamber portion in the central portion of the inkjet head has a desired film thickness, the ink chamber portion close to the ink supply port and the ink discharge port has a desired film thickness or more. As a result, a problem arises in that the flow path resistance of the ink chamber increases or the ink chamber opening narrows, making it difficult to bond the nozzle.
さらに、インク室内や共通インク室の内表面の略全面には、撥液性の高い有機保護膜が略全面に形成されているため、インクをインク室や共通インク室内に供給しようとしても、インクがインク室内や共通シンク室内に広がり難く、インクの充填に時間を要するという問題があった。 Furthermore, since an organic protective film with high liquid repellency is formed on substantially the entire surface of the ink chamber and the inner surface of the common ink chamber, the ink can be supplied to the ink chamber or the common ink chamber. However, it is difficult to spread in the ink chamber and the common sink chamber, and there is a problem that it takes time to fill the ink.
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、その第1目的は、インク室および共通インク室の表面に保護膜を均一に形成するインクジェットヘッドの製造方法を提供することである。また、第2の目的は、インク室および共通インク室にインクを短時間内で充填することができるインクジェットヘッドを提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and a first object thereof is to provide an ink jet head manufacturing method in which a protective film is uniformly formed on the surfaces of an ink chamber and a common ink chamber. is there. A second object is to provide an ink jet head that can fill ink chambers and common ink chambers within a short time.
本発明に係るインクジェットヘッドは、ベース部材と、ベース部材の上面に間隔を隔てて複数形成されたチャンネル壁と、チャンネル壁の側面に形成され、チャンネル壁を駆動可能な駆動電極とを備える。そして、このインクジェットヘッドは、上記駆動電極の表面上に形成された保護膜と、チャンネル壁の上面に接合されたカバー部材と、チャンネル壁間にそれぞれ設けられた複数のインク室と、カバー部材内に形成され、複数のインク室と連通する共通インク室とを備える。さらに、インクジェットヘッドは、共通インク室を規定するカバー部材の内表面に設けられ、複数のインク室にわたって延在し、保護膜より撥液性の低い低撥液部とを備える。 The inkjet head according to the present invention includes a base member, a plurality of channel walls formed on the upper surface of the base member with a space therebetween, and a drive electrode formed on a side surface of the channel wall and capable of driving the channel wall. The inkjet head includes a protective film formed on the surface of the drive electrode, a cover member bonded to the upper surface of the channel wall, a plurality of ink chambers provided between the channel walls, And a common ink chamber that communicates with the plurality of ink chambers. Further, the inkjet head includes a low liquid repellency portion that is provided on the inner surface of the cover member that defines the common ink chamber, extends over the plurality of ink chambers, and has lower liquid repellency than the protective film.
好ましくは、上記カバー部材は、共通インク室内にインクを供給可能なインク供給部と、共通インク室内のインクを排出可能なインク排出部とを含む。 Preferably, the cover member includes an ink supply unit capable of supplying ink into the common ink chamber and an ink discharge unit capable of discharging ink in the common ink chamber.
好ましくは、上記カバー部材は、チャンネル壁の上面と対向する表面に形成され、チャンネル壁の上面から離れて、チャンネル壁の上面とカバー部材との間に隙間を形成する間隙部を含む。 Preferably, the cover member includes a gap portion formed on a surface facing the upper surface of the channel wall, and spaced apart from the upper surface of the channel wall to form a gap between the upper surface of the channel wall and the cover member.
好ましくは、上記低撥液部は、ガラスで構成され、保護膜は、ポリパラキシリレン(Poly-para-Xylylene)およびその誘導体で構成される。好ましくは、上記保護膜の厚みが3〜15μmとされる。 Preferably, the low liquid repellency portion is made of glass, and the protective film is made of poly-para-xylylene and derivatives thereof. Preferably, the thickness of the protective film is 3 to 15 μm.
本発明に係るインクジェットヘッド部の製造方法は、ベース部材の上面に複数のチャンネル壁を間隔を隔てて形成する工程と、チャンネル壁を覆うようにベース部材の表面に金属膜を形成する工程と、チャンネル壁の上面に位置する金属膜を除去して、チャンネル壁の側面にチャンネル壁を駆動可能な駆動電極を形成する工程とを備える。さらに、このインクジェットヘッド部の製造方法は、上記チャンネル壁間にそれぞれ設けられる複数のインク室と連通するように、チャンネル壁の配列方向に延在する開口部を有するカバー部材を、チャンネル壁の上面に形成する工程と、開口部から被膜材料を供給して、駆動電極の表面上に保護膜を形成する工程とを備える。 A method of manufacturing an inkjet head unit according to the present invention includes a step of forming a plurality of channel walls at an interval on the upper surface of the base member, a step of forming a metal film on the surface of the base member so as to cover the channel walls, Removing a metal film located on an upper surface of the channel wall, and forming a drive electrode capable of driving the channel wall on a side surface of the channel wall. Further, the method for manufacturing the ink jet head portion includes a cover member having an opening extending in the arrangement direction of the channel walls so as to communicate with the plurality of ink chambers provided between the channel walls. Forming a protective film on the surface of the drive electrode by supplying a film material from the opening.
好ましくは、上記保護膜より撥液性が低い閉塞部材で開口部を閉塞して、共通インク室を規定する工程をさらに備える。 Preferably, the method further includes a step of defining the common ink chamber by closing the opening with a closing member having a lower liquid repellency than the protective film.
好ましくは、上記カバー部材を形成する工程は、チャンネル壁の配列方向に延びる板状部材をチャンネル壁の上面に取付ける工程と、板状部材に開口部を形成する工程とを含む。 Preferably, the step of forming the cover member includes a step of attaching a plate-like member extending in the arrangement direction of the channel walls to the upper surface of the channel wall, and a step of forming an opening in the plate-like member.
好ましくは、上記開口部を形成する工程は、チャンネル壁の配列方向の一方端に位置するインク室から配列方向の他方端に位置するインク室まで延びるように開口部を形成する工程を含む。 Preferably, the step of forming the opening includes a step of forming the opening so as to extend from the ink chamber located at one end in the arrangement direction of the channel walls to the ink chamber located at the other end in the arrangement direction.
本発明に係るインクジェットヘッドによれば、インク室および共通インク室内にインクを短時間で充填することができる。本発明に係るインクジェットヘッドの製造方法によれば、各インク室および共通インク室の内壁面に略均一な所望膜厚の保護膜を形成することができる。 According to the inkjet head of the present invention, ink can be filled in the ink chamber and the common ink chamber in a short time. According to the method for manufacturing an ink jet head according to the present invention, a protective film having a substantially uniform desired film thickness can be formed on the inner wall surface of each ink chamber and the common ink chamber.
図1から図17を用いて、本実施の形態に係るインクジェットヘッドおよびその製造方法について説明する。なお、同一または相当する構成には、同一の符号を付してその説明を省略する場合がある。 The inkjet head and the manufacturing method thereof according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. In addition, the same code | symbol may be attached | subjected to the structure which is the same or it corresponds, and the description may be abbreviate | omitted.
図1は、本実施の形態に係るインクジェットヘッド50の斜視図であり、各構成部分を分解した斜視図である。また、図2は、インクジェットヘッド50の側断面図である。図1に示す例においては、インクジェットヘッド50は、ベース部材1と、このベース部材1の上面に設けられたカバー部材60とを備えている。
FIG. 1 is a perspective view of an
ベース部材1は、圧電材料から形成されており、PZT(ジルコン酸チタン酸鉛)基板1A、1Bを貼り合わせて形成されている。そして、このベース部材1は、厚み方向に分極されており、たとえば約0.9mmの厚みとされている。
The
このベース部材1の上面には、間隔を隔てて配列する複数のチャンネル壁5aと、このチャンネル壁5a間にそれぞれ位置する複数のインク室5とが形成されている。
On the upper surface of the
このインク室5の一方の端部側には、インク室5から外方に向けてインクが吐出する吐出口5bが位置している。そして、この吐出口5bの前方には、各吐出口5bに対応するノズル孔17が形成されたノズルプレート16が設けられている。
On one end side of the
図2に示すように、インク室5の底面を規定するベース部材1の内表面は、吐出口5bからインク室5の延在方向に向かうに従って、チャンネル壁5aの上面に近接するように上方に変位する。そして、吐出口5bと反対側に位置する端部側には、電極引出部9が形成されている。この電極引出部9は、吐出口5bと反対側に位置するベース部材1の端部から、たとえば、2mmの範囲に亘って延びている。この電極引出部9の上面は、隣り合うチャンネル壁5aの上面より、たとえば、10μm程度低くなっている。
As shown in FIG. 2, the inner surface of the
このような電極引出部9には、ACF10を挟んでフレキシブルプリント基板11が電気的に接続されている。
A flexible printed
カバー部材60は、ベース部材1のうち、ベース部材1の吐出口5bから電極引出部9よりも僅かに吐出口5b側に位置する部分を覆うように形成されている。そして、このカバー部材60の内表面には、各インク室5に連通する共通インク室12が規定されている。この共通インク室12には、インクが供給され、各インク室5にインクを供給可能とされている。
The
このカバー部材60は、吐出口5bおよびその近傍に位置するチャンネル壁5aの上面に接合(接着)された吐出口側壁部2と、この吐出口側壁部2に対してインク室5の延在方向に離間した引出部側壁部3と、この引出部側壁部3の上面と吐出口側壁部2の上面とに亘って設けられた蓋部材4とを備えている。
The
そして、このカバー部材60には、共通インク室12内にインクを供給するインク供給口(インク供給部)13と、共通インク室12内に充填されたインクを外部に排出するインク排出口(インク排出部)14とが形成されている。
The
図3は、吐出部5b付近におけるインクジェットヘッド50の断面図である。この図3に示すように、各インク室5を規定するチャンネル壁5aの両側面と、インク室5の底面を規定するベース部材1の内表面とには、チャンネル壁5aをシェアモード変形(駆動)させるための駆動電極6が形成されている。なお、この駆動電極6は、各チャンネル壁5aの上面には、形成されておらず、各インク室5間で短絡しないようにされている。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the
この駆動電極6は、1つのインク室5を規定する2つのチャンネル壁5aの2つの対向する側面と、インク室5の底面を規定するベース部材1の内表面に亘って形成されている。
The
ここで、チャンネル壁5aの高さ方向の略中央で分極方向が相反するように分極処理が施されており、駆動電極6に電圧が印加されるとチャンネル壁5aのうち駆動電極6に挟まれた領域が自発的にシェアモード変形可能とされている。
Here, the polarization process is performed so that the polarization directions are opposite to each other at the approximate center in the height direction of the
そして、選択されたインク室5に対して隣り合う2つのインク室5の内表面に形成された駆動電極6と、選択されたインク室5の内表面に形成された駆動電極6との間で異なる電圧を印加して、選択されたインク室5の容積が小さくなるように、チャンネル壁5aを変形させる。これにより、選択されたインク室5内に充填されたインクが吐出口5bおよびノズル孔17から外部に吐出される。なお、変形の向きは、チャンネル壁5a内部の電界の向きと圧電材料の分極の向きとに依存する。
Then, between the
そして、インク室5内にインクを充填するときには、インク室5の容積が大きくなるように、選択されたインク室5を規定するチャンネル壁5aが互いに離間するように変形させる。
When the
駆動電極6は、インク室5の内壁面に蒸着、スパッタまたはメッキ法などにより形成されており、アルミニウムや銅などが適用可能である。
The
そして、この駆動電極6の上面には、有機保護膜(保護膜)7が形成されている。これにより、インク室5内にインクが充填されても、インクと駆動電極6とが直接接触することを抑制することができ、駆動電極の腐食などを抑制することができる。さらに、インクと駆動電極6との間の絶縁を確保することができる。なお、有機保護膜7としては、たとえば、インクジェットヘッド50内部への付きまわりのよさなどからポリパラキシリレン、及びその誘導体が好ましい。
An organic protective film (protective film) 7 is formed on the upper surface of the
この有機保護膜7は、図2に示す共通インク室12を規定する吐出口側壁部2の内表面および引出部側壁部3の内表面にも形成されている。その一方で、カバー部材60の蓋部材4の表面には、有機保護膜7が形成されていない。
The organic
この蓋部材4は、有機保護膜7より撥液性の低い材料、たとえば、ガラスから構成されており、その表面が、共通インク室12内に露出している。
The
すなわち、有機保護膜7の表面の濡れ性よりも、共通インク室12に位置する蓋部材4の表面の濡れ性の方がよく、インクに対する有機保護膜7の水との接触角度よりも蓋部材4の表面の接触角度が小さくなっている。たとえば、有機保護膜7の接触角度は、約60度とされており、蓋部材4の表面の水との接触角度は、約10度程度とされている。このため、インクは、有機保護膜7の表面よりも蓋部材4の表面上を広がりやすくなっている。
That is, the wettability of the surface of the
さらに、蓋部材4をガラス基板とすることで、蓋部材4と、吐出口側壁部2および引出部側壁部3との熱膨張率を一致または近似させることができる。蓋部材4の厚みは、例えば、0.5mm程度とされている。
Furthermore, by using the
なお、本実施の形態においては、蓋部材4を吐出口側壁部2および引出部側壁部3と別体としているが、これに限られない。たとえば、蓋部材4と、吐出口側壁部2と引出部側壁部3とが一体とされたカバー部材60として、共通インク室12を規定するカバー部材60の内表面に有機保護膜7より濡れ性がよく、撥液性が有機保護膜7よりも低い低撥液部をインク室5の配列方向に断続的または連続的に形成してもよい。
In the present embodiment, the
図4は、インク供給口13からインクの供給を開始したときにインクの状態を模式的に示す模式図である。
FIG. 4 is a schematic diagram schematically showing the state of ink when ink supply is started from the
この図4に示されるように、インク供給口13から供給されたインクは、まず、蓋部材4の表面を流れ始める。これは、有機保護膜7の表面より、蓋部材4の表面の方がインクが広がりやすいためである。
As shown in FIG. 4, the ink supplied from the
そして、図5および図6に示すように、供給されたインクがインク排出口14側に達するころに、インク供給口13側に位置するインク室5内にインクが充填されていく。さらに、インクが供給されると、図7に示すように、各インク室5内にインクが充填されると共に、共通インク室12内にインクが充填され、インクの供給が完了する。
As shown in FIGS. 5 and 6, when the supplied ink reaches the
このように、共通インク室12内にインクが広がりやすい領域をインク室5の配列方向に延在させることで、インクが共通インク室12内に入り込みやすくすることができ、インクの供給を短時間で完了することができる。
In this way, by extending the region in which the ink easily spreads in the
ここで、各インク室5内にインクが充填される過程において、インクの供給スピードが遅ければ、インク供給口13に近い側のインク室5がインクで充填された後に、隣のインク室5へインクが移動する。その一方で、インクの供給スピードが速ければ、インク供給口13に近い側のインク室5内がインクが充填される前に、チャンネル壁2aを乗り越えて隣のインク室5内にインクが供給される場合がある。このため、インク室5内にインクを完全に充填できない場合がある。そして、インクで充填できていないインク室5内には空気が入り込むことになる。この際、インクを供給している過程においては、インク室5内は正圧がかかった状態となり、エアーが共通インク室12部分に浮上せずに、インク室5内にとどまる。
Here, if the ink supply speed is slow in the process of filling each
このようにインク室5内に入り込んだ空気は、インク充填終了後に、共通インク室12内に浮上する。そして、一定量のインクをインク排出口14より排出することによって、共通インク室12内に混入した気泡をインクと共に排出し不吐出状態から吐出状態へ回復動作を行うことができる。
Thus, the air that has entered the
このような回復運動を行なうことができるので、インク充填直後に不吐チャンネルが多発することを抑制することができる。 Since such a recovery motion can be performed, it is possible to suppress frequent occurrence of undischarge channels immediately after ink filling.
図1、図2において、上記のように各インク室5内にインクが供給された状態で、上記のように選択されたインク室5を規定するチャンネル壁5aが変形することで、インクがノズル孔17から対象物に向けて吐出され、印刷が行なわれる。
In FIG. 1 and FIG. 2, the
ここで、吐出口側壁部2の下面には、吐出口5bおよびこの吐出口5bからインク室5の延在方向に延びるチャンネル壁5aの上面と密着している密着部2aと、この密着部2aに対してチャンネル壁5aの上面から離れるようにへこまされ、チャンネル壁5aの上面との間に隙間を形成する間隙部8とが形成されている。
Here, on the lower surface of the discharge port
ここで、吐出口側壁部2の密着部2a下に位置するインク室5は、チャンネル壁5aが変形することで、インク室5内の容積が変動し、インク室5内に充填されたインクが吐出口5bから外部に吐出する。
Here, the volume of the
ここで、選択されたインク室5を規定する2つのチャンネル壁2aがインク室5内の容積を小さくするように変形すると、インク室5内の圧力が上昇する。そして、この圧力変動は、吐出口5b側から、共通インク室12側に向けて圧力波として伝達される。
Here, when the two
そして、この圧力波が吐出口5b側から共通インク室12側に向かう過程において、圧力波は、間隙部8とチャンネル壁5aの上面の間に形成された隙間部に差し掛かる。この際、圧力波は、間隙部8と、チャンネル壁5aの上面との間に形成された隙間を通過する際に、インクの大きな粘性抵抗によって吸収、減衰しながら共通インク室12へと進行する。これにより、共通インク室12の内表面で、圧力波が反射して、再度インク室5内に入り込むことを抑制することができると共に、仮に、反射した圧力波が再度インク室5内に入り込んだとしても、大きく減衰した状態とすることができる。
Then, in the process in which this pressure wave travels from the
このため、反射した圧力波が再度インク室5内に入り込んだときに、新たに、チャンネル壁5aが駆動して、インクを外部に吐出させようとしても、共通インク室12の内表面で反射した圧力波と干渉等して、インクが吐出されなかったり、吐出量が不十分となることを抑制することができる。
For this reason, when the reflected pressure wave enters the
このように残留振動を抑制することで、共通インク室12を規定するカバー部材60の内壁面等で反射した圧力波と、新たに、チャンネル壁5aが駆動することにより生じる圧力波とが干渉することを抑制することができ、各チャンネルの高周波における吐出特性を安定化させることができる。これにより、印字データに忠実な高速かつ高品質な印字が可能となる。
By suppressing the residual vibration in this way, the pressure wave reflected by the inner wall surface of the
上記のように構成されたインクジェットヘッドの製造方法について説明する。図8は、ベース部材1の製造工程の第1工程を示す斜視図である。この図8に示す例においては、まず、圧電部材からなる板状部材1Cと、板状部材1Cの上面上に配置される板状部材1Dとからベース部材1wを形成する。
A method of manufacturing the ink jet head configured as described above will be described. FIG. 8 is a perspective view showing a first step of the manufacturing process of the
そして、ダイシングブレード30をベース部材1wの上面を一方向に向けて進行させると共に、所定の位置で上下方向にも移動させることで、ベース部材1wの上面上にチャンネル壁5aと、電極引出部9とをそれぞれ複数形成する。
Then, the
具体的には、複数のチャンネル壁5aを等間隔に複数形成して、各チャンネル壁5a間にインク室5を規定する。さらに、各チャンネル壁5a間に間隔を空けて複数の電極引出部9を形成する。
Specifically, a plurality of
その後、チャンネル壁5aおよび電極引出部9が形成されたベース部材1wの上面上に向けて蒸着、スパッタリングまたはメッキ法などによってアルミニウムや銅等の金属膜を形成する。
Thereafter, a metal film such as aluminum or copper is formed on the upper surface of the
これにより、チャンネル壁5aの表面を覆うと共に、インク室5の底面を規定するベース部材1wの表面にも金属膜が形成され、さらに、電極引出部9の表面にも金属膜が形成される。
As a result, a metal film is formed on the surface of the
図9は、ベース部材の製造工程の第2工程を示す斜視図である。この図9に示す例においては、チャンネル壁5aの上面に位置する金属膜と、チャンネル壁5aおよびインク室5と隣り合うベース部材1wの上面に形成された金属膜を除去する。
FIG. 9 is a perspective view showing a second step of the manufacturing process of the base member. In the example shown in FIG. 9, the metal film located on the upper surface of the
これにより、チャンネル壁5aの両側面およびインク室5の底面を規定するベース部材1wの表面に金属膜が残留して、駆動電極6が形成される。さらに、電極引出部9の上面上にも金属膜が残留する。
As a result, the metal film remains on the surface of the
ここで、電極引出部9の上面上に形成された金属膜と、駆動電極6とは一体とされており、電極引出部9に電圧が印加されることで、駆動電極6に所定電圧を印加可能とされている。
Here, the metal film formed on the upper surface of the electrode lead-out
図10は、カバー部材60を製造する工程を模式的に示す斜視図である。この図10に示す例においては、板状部材60Aの表面に、一方の端部側から他方の端部側に向けて延びる溝部12Aを形成すると共に、溝部12Aに対して隣り合う位置に溝部12Aより深さの浅い間隙部8を形成する。
FIG. 10 is a perspective view schematically showing a process of manufacturing the
板状部材60Aは、ベース部材1に接着されるため、板状部材60Aの熱膨張率とカバー部材60と熱膨張率とは、一致しているのが好ましい。このため、板状部材60Aは、ベース部材1と同様の圧電部材で構成する。
Since the plate-
溝部12Aの形成工程は、板状部材に幅1mmのダイシングブレードで共通インク室12の一部となる溝加工を行なう。溝加工の深さは、板状部材の厚さの約半分の深さとし、溝幅は、2mmとした。
In the step of forming the
板状部材60Aの厚みに関しては、インクジェットヘッド50の幅、すなわちチャンネル数と共通インク室12の溝幅により決定するのが望ましく、本発明においては、チャンネル数300ch、溝幅は2mm、カバー部材は厚み2mmとした。
The thickness of the
次に、同一のダイシングブレードで間隙部8の浅溝加工を行う。間隙部8は共通インク室12の一部を構成する溝に連通するように形成されており、加工はダイシングブレード30を上下動させるチョッパー加工で、板状部材60A端部に間隙部8が開口しないように加工を行う。
Next, shallow groove processing of the
なお、この図10に示す例においては、間隙部8と溝部12Aが1つずつ形成されているが、これら間隙部8と溝部12Aは、それぞれ間隔をあけて複数形成する。
In the example shown in FIG. 10, one
図11は、板状部材60Aと、ベース部材1wとを接着させる工程を模式的に示す斜視図である。
FIG. 11 is a perspective view schematically showing a step of bonding the plate-
この図11において、板状部材60Aには、間隔を隔てて複数の溝部12Aが形成されており、さらに、図示されない複数の間隙部8も形成されている。
In FIG. 11, the plate-
また、ベース部材1wの表面上にも、複数のチャンネル壁5a、インク室5、電極引出部9および駆動電極6が形成されている。
A plurality of
そして、図10に示す板状部材60Aの上面のうち、間隙部8および溝部12Aに対して隣り合う部分に接着剤を塗布し、図9に示すベース部材1wの上面上にもエポキシ系の接着剤を塗布し、板状部材60Aとベース部材1wとを接着させる。
Then, an adhesive is applied to a portion of the upper surface of the plate-
このようにベース部材1wと板状部材60Aとを接着させることで、複数のインクジェットヘッド単位であるインクジェットヘッドチップが連結したベース部材1wを得ることができる。そして、インクジェットヘッドチップごとにベース部材1wおよび板状部材60Aを分割する。
Thus, the
図12は、板状部材60Aとベース部材1wとを接着させ、インクジェットヘッドチップごとに分割した後の工程を示す斜視図である。この図12に示す工程においては、複数のチャンネル壁5aと、インク室5と電極引出部9と駆動電極6とが形成されたベース部材1の上面上に、内表面に溝部12Aが形成されたカバー部材60Bが設けられている。
FIG. 12 is a perspective view showing a process after the plate-
カバー部材60Bは、天面部4Aと、この天面部4Aの一辺に連設された壁部2Aと、この壁部2Aに対してインク室5の延在方向に対向する壁部3Aとを備えている。なお、壁部2Aは、吐出口5b側に位置する天面部4Aの辺部に連設され、壁部3Aは、電極引出部9側の辺部に連設されている。そして、ダイシングブレード30を用いて、天面部4Aに開口部を形成する。
The
図13は、カバー部材60Bの天面部4Aに開口部150Aを形成したときの断面図である。この図13に示すように、開口部150Aを形成することで、吐出口側壁部2と、引出部側壁部3とが形成され、この吐出口側壁部2と引出部側壁部3との間に位置するベース部材1の上面が外方に露出する。
FIG. 13 is a cross-sectional view when the
この図13に示す例においては、開口部150Aは、図12に示す天面部4Aの一方の端部からインク室5の配列方向に向けて延在し、他方の端部に達するように形成されている。この開口部150Aは、インク室5の配列方向に向けて延在している。そして、天面部4Aのうち、一方の端部からインク室5の配列方向に延び、他方の端部に達するように形成されている。
In the example shown in FIG. 13, the
この図12および図13に示す例においては、天面部4Aの一方の端部から他方の端部に達するように形成されているが、これに限られない。
In the example shown in FIGS. 12 and 13, the
たとえば、図12に示すように、開口部150Aは、天面部4Aのうち、インク室5の配列方向の中央部に位置する位置するインク室5の上方に位置する領域150A1を含み、天面部4Aの両端部に達しないような開口部であってもよい。さらには、天面部4Aに開口部150Aを形成することに限定されず、図12に示す壁部3Aなどに開口部150を形成するようにしてもよい。
For example, as shown in FIG. 12, the
また、本実施の形態においては、カバー部材を分断することで、吐出口側壁部2と引出部側壁部3と、開口部150Aを形成しているが、吐出口側壁部2と引出部側壁部3とを別個にチャンネル壁5aの上面に間隔を隔てて配置するようにしてもよい。
In the present embodiment, the cover member is divided to form the discharge port
図14は、個別化されたインクジェットヘッド50Aを形成した後に、フレキシブルプリント基板11を電極引出部9に接続する工程を示す断面図である。この図14に示すように、ベース部材1のうち、後端部28より2mm程度の範囲には、電極引出部9が形成されており、この電極引出部9の上面は、チャンネル壁5aの上面から約10μm程度の一定の深さになっている。そして、約10μm程度の深さを有する電極引出部9に対してフレキシブルプリント基板11を接続する。
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a process of connecting the flexible printed
フレキシブルプリント基板11はポリイミド等の柔軟性を有するフィルム上に金属配線を形成したものであり、電極引出部9に接続されるフレキシブルプリント基板11の電極部11aは、インク室5の幅よりも細く、10μm以上の厚みを有している。
The flexible printed
インクジェットヘッドの電極引出部9とフレキシブルプリント基板11の電極部とをACF10を介して加圧し、加熱することにより、ACF10の加圧された部分のみ導通させることができる。これにより、電極引出部9の表面上に形成された金属膜と、フレキシブルプリント基板11の電極部11aとを電気的に接続することができる。そして、各インク室5の内表面に位置する各駆動電極6が同電位になるように電気的な接続が行なわれる。これにより、駆動電極6に外部から電圧を印加して、インクジェットヘッドを駆動することが可能となる。本実施例においてはACFとしてCP9742KS(ソニーケミカル社製)を用い、120N、150℃、70secの条件にて圧着した。
By pressing and heating the electrode lead-out
図15は、フレキシブルプリント基板11を電極引出部9に接続した後に、有機保護膜を形成する工程を示す断面図である。有機保護膜を形成する前に、フレキシブルプリント基板11の配線部にはマスキングテープ等でマスクし付着を防止する。そして、各チャンネル壁5aの上面の幅(チャンネル壁5aの配列方向の幅)は、30mm〜150mm程度とされている。
FIG. 15 is a cross-sectional view showing a step of forming an organic protective film after connecting the flexible printed
形成される有機保護膜7としては耐薬品性、インクジェットヘッド50内部への付きまわりのよさなどからポリパラキシリレン、及びその誘導体が好ましい。本実施例においては、ダイマーであるジクロロジパラキシリレンを材料としてポリモノクロロパラキシリレン(化4)を成膜した。有機材料(被覆材料)はこれに限ったものではなく、ダイマーの各種誘導体を用いても本発明による効果が得られる。例を挙げると、ダイマーであるジパラキシリレン(化1)を材料としたポリパラキシリレン(化3)、さらには他の誘導体を用いたポリパラキシリレン膜の一種として(化5)にポリジクロロパラキシリレン、その他、(化6、7)に示すものなどがある。
As the organic
そして、有機保護膜の成膜方法を図16に基づいて説明する。図16を参照して成膜装置の説明をする。気化加熱ヒーター39を具備した気化室40と、熱分解加熱ヒーター41を具備した熱分解炉42と、図示しない試料ホルダーを具備した成膜チャンバー43と、未反応のモノマーガスをトラップする液体窒素44で冷却されたコールドトラップ45と、真空排気するロータリーポンプ46とから構成されている成膜装置を用いる。まず、気化室40に対しダイマーを設置し、次にロータリーポンプ46を稼動させ20mTorr以下の真空度まで排気すると同時に熱分解炉42の熱分解加熱ヒーター41に通電して約700℃まで昇温させて成膜の準備を行う。次いで、成膜中に成膜には寄与しなかったモノマーガスを排気せずにトラップするため、またバックグラウンド真空度を良くするためにコールドトラップ45に液体窒素44を投入する。次いで、気化加熱ヒーターに通電して気化室40を110℃から160℃までステップ的に温度を変化させ気化させダイマーガスの状態にする。このとき、熱分解炉42まで拡散して流れたダイマーガスは、熱分解および熱励起されてモノマーガス(化2)が生成され、さらに成膜チャンバー43まで拡散して、インクジェットヘッド本体の被着体表面に衝突して吸着および重合反応を起こすことで有機保護膜7を形成する。本実施例においてはポリモノクロロパラキシリレンを前端部27表面に対し7μmを形成した。有機保護膜7を成膜する時のインクジェットヘッド50の構造は図15に示すように、吐出口側壁部2と引出部側壁部3との間には、開口部150Aが形成されており、吐出口側壁部2と引出部側壁部3との間に位置するベース部材1の上面は外方に露出した状態で、有機保護膜が成膜される。有機保護膜7を形成するガスが開口部150Aを通じて各インク室5へと均一に供給されることにより膜厚分布の無い均一な有機保護膜7を成膜することができる。ここで、開口部150Aは、インク室5の配列方向の中央部に位置するインク室5の上方に位置する領域を含むように開口している。このため、開口部150Aと各インク室5との間の距離にばらつきが生じることが抑制されており、各インク室5を規定するチャンネル壁5aの内表面および駆動電極6の表面に形成される有機保護膜7の膜厚にばらつきが生じることを抑制することができる。
A method for forming the organic protective film will be described with reference to FIG. The film forming apparatus will be described with reference to FIG. A
また、間隙部8の表面に形成される有機保護膜7の膜厚も、位置によってばらつきが生じることを抑制することができ、位置によって、圧力波の減衰特性が異なることを抑制することができる。
Further, the film thickness of the organic
さらに、開口部150Aは、インク室5の配列方向に延びており、かつ、インク室5の配列方向の端部に位置するインク室5から他方の端部に位置するインク室5にまでわたって延びているため、たとえば、図17に示されるように、全てのインク室5と開口部150Aとの間の距離にばらつきがなく、各インク室5および間隙部8の表面に形成される有機保護膜7の膜厚を均一化させることができる。
Furthermore, the
具体的には、有機保護膜7の厚みの範囲は、3〜15μmとすることができる。このような範囲の有機保護膜7を形成することで、インクジェットヘッド中央部側で耐薬品性、絶縁性に必要な最低限の有機保護膜厚みを満たしつつ、材料コスト、成膜時間における無駄を防止した有機保護膜の構成にて、各チャンネルの高周波における吐出特性に差が発生することを防止したインクジェットヘッドを得ることができる。
Specifically, the thickness range of the organic
そして、図2に示されるように、有機保護膜7を成膜した後に、吐出口側壁部2の上面と、引出部側壁部3の上面とに跨る蓋部材150Aを設けて、共通インク室12を規定する。また、これにより、共通インク室12にインクを供給可能なインク供給口13および共通インク室12内のインクを排出可能なインク排出口14も規定される。
As shown in FIG. 2, after forming the organic
以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。さらに、上記数値などは、例示であり、上記数値および範囲にかぎられない。 Although the embodiment of the present invention has been described above, it should be considered that the embodiment disclosed this time is illustrative and not restrictive in all respects. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims. Furthermore, the above numerical values are examples, and are not limited to the above numerical values and ranges.
本発明は、インクジェットヘッドおよびインクジェットヘッドの製造方法に利用可能であり、特に、プリンタなどに用いられるインクジェットヘッドおよびインクジェットヘッドの製造方法に好適である。 The present invention can be used in an inkjet head and an inkjet head manufacturing method, and is particularly suitable for an inkjet head used in a printer or the like and an inkjet head manufacturing method.
1 ベース部材、2a チャンネル壁、2 吐出口側壁部、3 引出部側壁部、4 蓋部材、5 インク室、5a チャンネル壁、5b 吐出口、6 駆動電極、7 有機保護膜、8 間隙部、9 電極引出部、11 フレキシブルプリント基板、11a 電極部、12 共通インク室、13 インク供給口、14 インク排出口、16 ノズルプレート、
17 ノズル孔、23 カバー部材、60 カバー部材。
DESCRIPTION OF
17 nozzle hole, 23 cover member, 60 cover member.
Claims (9)
前記ベース部材の上面に間隔を隔てて複数形成されたチャンネル壁と、
前記チャンネル壁の側面に形成され、前記チャンネル壁を駆動可能な駆動電極と、
前記駆動電極の表面上に形成された保護膜と、
前記チャンネル壁の上面に接合されたカバー部材と、
前記チャンネル壁間にそれぞれ設けられた複数のインク室と、
前記カバー部材内に形成され、前記複数のインク室と連通する共通インク室と、
前記共通インク室を規定する前記カバー部材の内表面に設けられ、前記複数のインク室にわたって延在し、前記保護膜より撥液性の低い低撥液部と、
を備えた、インクジェットヘッド。 A base member;
A plurality of channel walls formed at intervals on the upper surface of the base member;
A drive electrode formed on a side surface of the channel wall and capable of driving the channel wall;
A protective film formed on the surface of the drive electrode;
A cover member joined to the upper surface of the channel wall;
A plurality of ink chambers respectively provided between the channel walls;
A common ink chamber formed in the cover member and communicating with the plurality of ink chambers;
A low liquid repellency portion provided on an inner surface of the cover member defining the common ink chamber, extending over the plurality of ink chambers and having a lower liquid repellency than the protective film;
An ink jet head comprising:
前記チャンネル壁を覆うように前記ベース部材の表面に金属膜を形成する工程と、
前記チャンネル壁の上面に位置する前記金属膜を除去して、前記チャンネル壁の側面に前記チャンネル壁を駆動可能な駆動電極を形成する工程と、
前記チャンネル壁間にそれぞれ設けられる複数のインク室と連通するように、前記チャンネル壁の配列方向に延在する開口部を有するカバー部材を、前記チャンネル壁の上面に形成する工程と、
前記開口部から被膜材料を供給して、前記駆動電極の表面上に保護膜を形成する工程と、
を備えた、インクジェットヘッドの製造方法。 Forming a plurality of channel walls on the upper surface of the base member at intervals;
Forming a metal film on the surface of the base member so as to cover the channel wall;
Removing the metal film located on the upper surface of the channel wall, and forming a drive electrode capable of driving the channel wall on a side surface of the channel wall;
Forming a cover member having an opening extending in the arrangement direction of the channel walls on the upper surface of the channel walls so as to communicate with a plurality of ink chambers respectively provided between the channel walls;
Supplying a coating material from the opening to form a protective film on the surface of the drive electrode;
A method for manufacturing an inkjet head, comprising:
前記板状部材に前記開口部を形成する工程とを含む、請求項6または請求項7に記載のインクジェットヘッドの製造方法。 The step of forming the cover member includes attaching a plate-like member extending in the arrangement direction of the channel walls to the upper surface of the channel wall;
The method for manufacturing an ink jet head according to claim 6, further comprising a step of forming the opening in the plate-like member.
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