JP2009160822A - Inkjet head and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数のノズルからインクを吐出させることが可能な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 capable of ejecting ink from a plurality of nozzles, and a method for manufacturing the inkjet head.
例えばインクジェットヘッドとして、ヘッド内の流路でインクが循環するタイプのものが知られている。このインクジェットヘッドは、ヘッドベースの一端に設けられた数個の供給口と、ヘッドベースの他端に設けられた数個の回収口と、供給口と回収口との間に設けられる多数のノズルと、ノズルの近傍に設けられノズルからインクを吐出させる圧電素子と、圧電素子を駆動するドライバICと、ドライバICと圧電素子とを接続する配線とを備えている。圧電素子は、チタン酸ジルコン酸鉛で形成されている。このようなインクジェットヘッドでは、線膨張係数の小さい圧電素子との間で熱膨張率をそろえるため、ヘッドベースに線膨張係数の小さいセラミックスを用いることが多い。 For example, as an inkjet head, a type in which ink circulates in a flow path in the head is known. This inkjet head has several supply ports provided at one end of the head base, several recovery ports provided at the other end of the head base, and a number of nozzles provided between the supply port and the recovery port. And a piezoelectric element that is provided in the vicinity of the nozzle and ejects ink from the nozzle, a driver IC that drives the piezoelectric element, and a wiring that connects the driver IC and the piezoelectric element. The piezoelectric element is made of lead zirconate titanate. In such an ink jet head, ceramics having a low linear expansion coefficient are often used for the head base in order to align the thermal expansion coefficient with piezoelectric elements having a low linear expansion coefficient.
このインクジェットヘッドでは、供給口から流入したインクは、多数のノズルに供給され、圧電素子の駆動によりノズルからインク滴として吐出される。ノズルで使用されなかったインクは、回収口において回収される。このように、インクを供給口から回収口まで循環させることにより、ノズルに気泡やインク塊が詰まってしまうことを防いでいる(例えば、特許文献1参照)。
ところで、セラミックス製のヘッドベースを焼成した後に、機械加工によって供給口や回収口といった孔を開けることは、製造コストが高くなり実用に適さない。一方、セラミックスは、焼成時に水分が揮発してしまう関係上、焼成時の収縮率が大きい。このため、セラミックスを焼成する前にプレス成形や射出成形によってヘッドベースに孔を形成すると、当該孔の径の精度が出ないという実情がある。 By the way, it is not suitable for practical use to make holes such as a supply port and a recovery port by machining after firing a ceramic head base. On the other hand, ceramics have a large shrinkage rate during firing because of the volatilization of moisture during firing. For this reason, if a hole is formed in the head base by press molding or injection molding before firing the ceramic, there is a situation that the accuracy of the diameter of the hole does not come out.
本発明の目的は、製造コストを低廉に維持しつつ、基板に形成された孔の径の精度を向上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にある。 An object of the present invention is to provide an ink jet head capable of improving the accuracy of the diameter of a hole formed in a substrate while maintaining a low manufacturing cost.
本発明の一つの形態に係るインクジェットヘッドは、インクの供給口となる孔を有する基板と、前記基板に接着される枠部材と、前記枠部材に接着されるノズルプレートと、前記ノズルプレートに形成されるとともに、それぞれ複数のノズルを含む一対のノズル列と、前記複数のノズルに対応する複数の駆動素子を有し、前記一対のノズル列にそれぞれ対応するように前記基板に接着された一対の圧電部材と、を具備し、前記一対の圧電部材は、互いの距離が一定に維持された状態で、前記孔の一部を塞ぐように前記基板に接着される。 An inkjet head according to an aspect of the present invention is formed on a substrate having a hole serving as an ink supply port, a frame member bonded to the substrate, a nozzle plate bonded to the frame member, and the nozzle plate. And a pair of nozzle rows each including a plurality of nozzles and a plurality of drive elements corresponding to the plurality of nozzles, and a pair of substrates bonded to the substrate so as to correspond to the pair of nozzle rows, respectively. A piezoelectric member, and the pair of piezoelectric members are bonded to the substrate so as to block a part of the hole in a state in which a distance from each other is maintained constant.
本発明の一つの形態に係るインクジェットヘッド製造方法は、一対のノズル列にそれぞれ対応する一対の圧電部材を有し、前記ノズル列に含まれる複数のノズルに対応する複数の駆動素子を前記圧電部材に作りこんだインクジェットヘッドの製造方法であって、未焼成のセラミックス基板にインクの供給口となる孔を形成し、前記孔を形成した前記セラミックス基板を焼成し、焼成された前記セラミックス基板に対して、前記一対の圧電部材を互いの距離を一定に維持した状態で、前記孔の一部を塞ぐように接着する。 An inkjet head manufacturing method according to an aspect of the present invention includes a pair of piezoelectric members corresponding to a pair of nozzle rows, and a plurality of driving elements corresponding to a plurality of nozzles included in the nozzle rows. An ink-jet head manufacturing method, comprising: forming a hole serving as an ink supply port in an unfired ceramic substrate; firing the ceramic substrate formed with the hole; and firing the ceramic substrate. Then, the pair of piezoelectric members are bonded so as to block a part of the hole while maintaining a constant distance from each other.
本発明の他の形態に係るインクジェットヘッド製造方法は、一対のノズル列に対応する一対の圧電部材を有し、前記ノズル列に含まれる複数のノズルに対応する複数の駆動素子を前記圧電部材に作りこんだインクジェットヘッドの製造方法であって、未焼成のセラミックス基板にインクの供給口となる孔を形成し、前記孔を形成した前記セラミックス基板を焼成し、焼成された前記セラミックス基板に対して、一対の圧電部材が連結された圧電ブロックを前記孔の一部を塞ぐように接着し、前記セラミックス基板に接着された前記圧電ブロックに加工して、前記圧電ブロックを一対の圧電部材として分断する。 An inkjet head manufacturing method according to another aspect of the present invention includes a pair of piezoelectric members corresponding to a pair of nozzle rows, and a plurality of drive elements corresponding to a plurality of nozzles included in the nozzle rows are used as the piezoelectric members. A method for manufacturing an inkjet head, wherein a hole serving as an ink supply port is formed in an unfired ceramic substrate, the ceramic substrate formed with the hole is fired, and the fired ceramic substrate is Bonding a piezoelectric block to which a pair of piezoelectric members are connected so as to block a part of the hole, processing the piezoelectric block bonded to the ceramic substrate, and dividing the piezoelectric block as a pair of piezoelectric members .
本発明によれば、製造コストを低廉に維持しつつ、基板に形成された孔の径の精度を向上することができるインクジェットヘッドを提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the inkjet head which can improve the precision of the diameter of the hole formed in the board | substrate can be provided, maintaining manufacturing cost low.
以下、図面を参照しながらこの発明の第1の実施形態について説明する。
インクジェットヘッドは、いわゆるインク循環式のインクジェットヘッドである。図1と図2に示すように、インクジェットヘッド11は、基板12と、基板12に接着された枠部材13と、枠部材13に接着されたノズルプレート14と、枠部材13の内側の位置で基板12に接着された圧電部材15と、圧電部材15を駆動するためのヘッド駆動用のIC16と、を有している。
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
The ink jet head is a so-called ink circulation type ink jet head. As shown in FIGS. 1 and 2, the
ノズルプレート14は、方形のポリイミド製のフィルムで形成されている。ノズルプレート14は、一対のノズル列21を有している。各ノズル列21は、複数のノズル22を含んでいる。
The
圧電部材15は、例えば、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)製の2枚の圧電板23を互いの分極方向を対向させるように張り合わせて形成されている。圧電部材15は、断面台形状で、棒状に形成されている。圧電部材15は、表面に溝状に切削形成される複数の圧力室24と、各圧力室24の両側部に設けられる駆動素子である支柱25と、各支柱25の側面および圧力室24の底部に形成される電極26とを有している。圧電部材は、ノズルプレート14上のノズル列21に対応するように基板12に接着される。圧力室24および支柱25は、ノズル22に対応して形成されている。また、基板12上には、複数の電気配線27が設けられている。各電気配線27は、その一端で電極26に接続されるとともに、他端でヘッド駆動用のIC16に接続されている。
The
基板12は、例えばアルミナなどのセラミックスによって、方形の板状に形成されている。基板12は、孔でそれぞれ構成される供給口31および排出口32を有している。図3に示すように、供給口31である孔は、円形をなしている。基板12は、供給口31の孔の周囲を規定する縁部33を有している。この縁部33は、孔の中心Cを間に挟んで対向する一対の円弧33Aを含んでいる。一対の圧電部材15は、円弧33Aにオーバーラップしてそれぞれ配置されており、孔の一部を塞ぐように基板12に接着されている。
The
図3に示すように、本実施形態では、供給口31の孔の面積は、例えば、約a×b=abである。このとき、bの寸法は、圧電部材15を保持する治具によって、例えば、±10μmの誤差の範囲で管理されている。一方、aの寸法は、セラミックスを焼成する際の収縮にばらつきがあるため、孔の直径が例えば1mmである場合に、例えば±30μmの誤差を生ずる。
As shown in FIG. 3, in the present embodiment, the area of the hole of the
一方、孔の直径をいずれも管理しない場合には、孔の面積は、πa2/4である。このため、精度の出ていない寸法aについて2乗された値となり、孔の面積の管理が難しくなる。本実施形態では、精度のでていないaという値が孔の面積に関係するものの、孔の径を管理しない場合に比して、孔の面積の精度を向上することができる。また、コストも極端に上昇することがなく、製造コストと孔径の精度とのバランスとることができる。 On the other hand, if neither the diameter of the pores do not manage, the area of the holes is? Pa 2/4. For this reason, it becomes the value squared about the dimension a which does not come out of accuracy, and management of the area of a hole becomes difficult. In this embodiment, although the value of a which is not accurate is related to the area of the hole, the accuracy of the area of the hole can be improved as compared with the case where the diameter of the hole is not managed. In addition, the cost does not increase excessively, and the manufacturing cost and the accuracy of the hole diameter can be balanced.
上記構成のインクジェットヘッド11をプリンタに搭載して、このプリンタで印刷処理を行うには、プリンタのインクタンクからインクジェットヘッド11にインクを供給する必要がある。インクの供給は、供給口31を介して行われ、インクタンクから流出したインクは、供給口31を経由して圧力室24内に満たされる。圧力室24内で使用されなかったインクは、排出口32によってインクタンクに回収される。
In order to mount the
また、この状態で、ユーザがプリンタに対して印刷を指示すると、プリンタの制御部は、インクジェットヘッド11に対して印字信号をヘッド駆動用のIC16に出力する。印刷信号を受けたヘッド駆動用のIC16は、電気配線27を介して駆動パルス電圧を支柱25に印加する。これにより、左右一対の支柱25は、シェアモード変形を行って湾曲するように離反する。そして、これらを初期位置に復帰させて圧力室24内の圧力を高くすることで、ノズル22からインク滴が勢い良く吐出される。
In this state, when the user instructs the printer to print, the control unit of the printer outputs a print signal to the
続いて、図4を参照して、本実施形態のインクジェットヘッド11の製造工程について説明する。まず、焼成前のセラミックスシート(セラミックスグリーンシート)で構成される基板12に対して、ステップS1において、プレス成形によって供給口31および排出口32を形成する。続いて、ステップS2において、この基板12を焼成する。続いて、ステップS3において、基板12に対して一対の圧電部材15を接着する。このとき、一対の圧電部材15は、図示しない治具によって互いの距離が一定に維持されている。また、圧電部材15は、当該治具を介して基板12に位置決めされ、基板12に対して接着されて、図5に示すような状態になる。
Then, with reference to FIG. 4, the manufacturing process of the
ステップS4において、基板12に接着された圧電部材15に対して、角部に研削加工ないし切削加工を行ういわゆるテーパ加工を行う。これによって、圧電部材15は、図6に示すような状態になる。ステップS5において、この圧電部材15に対して圧力室24となる溝を形成する。この溝加工は、例えば、ICウェハーの切断等に用いられているダイシングソーのダイヤモンドホイールを用いる。続いて、ステップS6において、溝の内面に電極26を形成するとともに、基板12上に電気配線27を形成する。電極26および電気配線27は、無電解メッキによって形成された例えばニッケル薄膜で構成されている。
In step S <b> 4, so-called taper machining is performed on the corners of the
ステップS7において、レーザを照射してパターニングを行って、電極26、および電気配線27の以外の部位からニッケル薄膜を除去する。ステップS8において、基板12に枠部材13を接着する。ステップS9において、枠部材13にノズルプレート14を接着する。ステップS10において、このノズルプレート14にレーザを照射してノズル22を形成する。さらにステップS11において、基板12上の電気配線27に接続するように駆動回路(ヘッド駆動用のIC16)を基板12に固定する。ステップS12において、基板12に対して図示しないインクケースを接着して、インクジェットヘッド11の製造工程が終了する。
In step S <b> 7, patterning is performed by irradiating a laser to remove the nickel thin film from portions other than the
なお、本実施形態では、供給口31および排出口32をプレス成形で形成するようにしているが、基板12を射出成形で作成し、予め基板12に供給口31および排出口32を形成するようにしてもよい。また、供給口31に対して圧電部材15を一部オーバーラップさせて、供給口31の径を管理しているが、排出口32に対して圧電部材15を一部オーバーラップさせて、排出口32の径を管理するようにしてもよい。
In this embodiment, the
第1の実施形態によれば、インクジェットヘッド11は、インクの供給口31となる孔を有する基板12と、基板12に接着される枠部材13と、枠部材13に接着されるノズルプレート14と、ノズルプレート14に形成されるとともに、それぞれ複数のノズル22を含む一対のノズル列21と、複数のノズル22に対応する複数の駆動素子を有し、一対のノズル列21にそれぞれ対応するように基板12に接着された一対の圧電部材15と、を具備し、一対の圧電部材15は、互いの距離が一定に維持された状態で、孔の一部を塞ぐように基板12に接着される。
According to the first embodiment, the
また、インクジェットヘッドの製造方法は、一対のノズル列21にそれぞれ対応する一対の圧電部材15を有し、ノズル列21に含まれる複数のノズル22に対応する複数の駆動素子を圧電部材15に作りこんだインクジェットヘッドに関し、未焼成のセラミックス基板12にインクの供給口31となる孔を形成し、孔を形成したセラミックス基板12を焼成し、焼成されたセラミックス基板12に対して、一対の圧電部材15を互いの距離を一定に維持した状態で、孔の一部を塞ぐように接着する。
In addition, the inkjet head manufacturing method includes a pair of
これらの構成によれば、圧電部材15で孔の一部を塞ぐことにより、孔の径の精度を向上することができる。これによって、インクの流れる量を各孔間でばらつかないようにできる。その結果、ノズル22から吐出されるインクの液量を均一化できる。また、機械加工で孔を開ける場合などに比して、製造コストを低廉に維持しつつ、孔の径の精度を向上することができる。これによって、製造コストと孔の径の精度とのバランスをとることができる。
According to these configurations, the accuracy of the diameter of the hole can be improved by blocking a part of the hole with the
この場合、孔は、円形をなしており、基板12は、孔の周囲を規定する縁部33を有し、縁部33は、孔の中心を間に挟んで対向する一対の円弧33Aを含み、圧電部材15は、円弧33Aにオーバーラップしてそれぞれ配置される。この構成によれば、孔の縦方向および横方向の直径のうち、いずれか一方について、圧電部材15の間の寸法によって規定することができる。これによって、孔の縦方向および横方向の直径のうち、いずれか一方を誤差の小さい寸法とすることができ、孔の面積を精度よく管理することができる。
In this case, the hole has a circular shape, and the
続いて、図7を参照して、インクジェットヘッドの第2の実施形態について説明する。第2の実施形態に係るインクジェットヘッド11は、圧電部材15の接着方法が第1の実施形態のものと異なっているが、他の部分は第1の実施形態と共通している。このため、主として異なる部分について説明し、共通する部分については共通の符号を付して説明を省略する。
Next, a second embodiment of the inkjet head will be described with reference to FIG. The
第2の実施形態のインクジェットヘッド11の構成は、第1の実施形態と同様である。しかしながら、第2の実施形態のインクジェットヘッド11は、その製造工程が第1の実施形態の製造工程と異なっている。
The configuration of the
第2の実施形態では、焼成前のセラミックスシート(セラミックスグリーンシート)で構成される基板12に対して、ステップS1において、プレス成形によって供給口31および排出口32を形成する。続いて、ステップS2において、この基板12を焼成する。続いて、ステップS3において、基板12に対して圧電ブロック41を接着する。圧電ブロック41は、第1の実施形態で示した圧電部材15を、2つ連結した形状をなしている。言い換えると、圧電ブロック41は、中央部に溝部42を有する厚板形状をなしている。
In the second embodiment, the
ステップS4において、基板12に接着された圧電ブロック41に対して、研削加工ないし切削加工を加えて2つの圧電部材15に分断する。この研削加工は、図7に示す2点鎖線に沿って行われ、第1の実施形態と同じ形状の圧電部材15が形成される。このとき、各圧電部材15の角部にはテーパ加工がなされる。これによって、圧電部材15は、図6に示すような状態になる。これ以後の工程は、第1の実施形態と同様である。
In step S4, the
なお、第2の実施形態では、孔の面積は、例えば、約a×b=abである。このとき、一対の圧電部材15が機械加工で製造されるため、孔の横方向の径であるbの寸法は、例えば、±5μmの誤差範囲で管理される。
In the second embodiment, the area of the hole is, for example, about a × b = ab. At this time, since the pair of
第2の実施形態によれば、インクジェットヘッド製造方法は、一対のノズル列21に対応する一対の圧電部材15を有し、ノズル列21に含まれる複数のノズル22に対応する複数の駆動素子を圧電部材15に作りこんだインクジェットヘッドの製造方法であって、未焼成のセラミックス基板12にインクの供給口31となる孔を形成し、孔を形成したセラミックス基板12を焼成し、焼成されたセラミックス基板12に対して、一対の圧電部材15が連結された圧電ブロック41を孔の一部を塞ぐように接着し、セラミックス基板12に接着された圧電部材15に加工して、圧電ブロック41を一対の圧電部材15として分断する。
According to the second embodiment, the inkjet head manufacturing method includes a pair of
この構成によれば、圧電ブロック41を加工して圧電部材15を形成しているため、一対の圧電部材15の間の隙間の寸法を、さらに精度よく管理することができる。
According to this configuration, since the
この場合、圧電部材15は、孔の中心を挟んだ両側に一対に接着される。この構成によれば、孔の縦方向および横方向の直径うち、一方について、高い精度で寸法を管理することができる。
In this case, the
本発明は、前記実施の形態に限定されるものではない。このほか、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。 The present invention is not limited to the embodiment described above. Of course, various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
11…インクジェットヘッド、12…基板、13…枠部材、14…ノズルプレート、15…圧電部材、21…ノズル列、22…ノズル、31…供給口、32…排出口、33…縁部、33A…円弧、41…圧電ブロック
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記基板に接着される枠部材と、
前記枠部材に接着されるノズルプレートと、
前記ノズルプレートに形成されるとともに、それぞれ複数のノズルを含む一対のノズル列と、
前記複数のノズルに対応する複数の駆動素子を有し、前記一対のノズル列にそれぞれ対応するように前記基板に接着された一対の圧電部材と、
を具備し、
前記一対の圧電部材は、互いの距離が一定に維持された状態で、前記孔の一部を塞ぐように前記基板に接着されることを特徴とするインクジェットヘッド。 A substrate having holes serving as ink supply ports;
A frame member bonded to the substrate;
A nozzle plate bonded to the frame member;
A pair of nozzle rows each formed on the nozzle plate and including a plurality of nozzles;
A pair of piezoelectric members having a plurality of drive elements corresponding to the plurality of nozzles and bonded to the substrate so as to correspond to the pair of nozzle rows,
Comprising
The pair of piezoelectric members is bonded to the substrate so as to close a part of the hole in a state where the distance between the pair of piezoelectric members is kept constant.
前記基板は、前記供給口の周囲を規定する縁部を有し、
前記縁部は、前記孔の中心を間に挟んで対向する一対の円弧を含み、
前記圧電部材は、前記円弧にオーバーラップしてそれぞれ配置されることを特徴とする請求項1に記載のインクジェットヘッド。 The hole has a circular shape,
The substrate has an edge that defines the periphery of the supply port;
The edge includes a pair of arcs facing each other with the center of the hole in between,
The inkjet head according to claim 1, wherein the piezoelectric members are respectively disposed so as to overlap the arc.
未焼成のセラミックス基板にインクの供給口となる孔を形成し、
前記孔を形成した前記セラミックス基板を焼成し、
焼成された前記セラミックス基板に対して、前記一対の圧電部材を互いの距離を一定に維持した状態で、前記孔の一部を塞ぐように接着することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。 A method of manufacturing an ink jet head having a pair of piezoelectric members respectively corresponding to a pair of nozzle rows, wherein a plurality of drive elements corresponding to a plurality of nozzles included in the nozzle row are formed in the piezoelectric members,
Form a hole to serve as an ink supply port in an unfired ceramic substrate,
Firing the ceramic substrate having the holes formed therein;
A method for manufacturing an ink jet head, comprising: bonding the pair of piezoelectric members to the fired ceramic substrate so as to close a part of the holes while maintaining a constant distance from each other.
未焼成のセラミックス基板にインクの供給口となる孔を形成し、
前記孔を形成した前記セラミックス基板を焼成し、
焼成された前記セラミックス基板に対して、一対の圧電部材が連結された圧電ブロックを前記孔の一部を塞ぐように接着し、
前記セラミックス基板に接着された前記圧電ブロックに加工して、前記圧電ブロックを前記一対の圧電部材として分断することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。 An inkjet head manufacturing method comprising a pair of piezoelectric members corresponding to a pair of nozzle rows, and a plurality of drive elements corresponding to a plurality of nozzles included in the nozzle rows formed in the piezoelectric members,
Form a hole to serve as an ink supply port in an unfired ceramic substrate,
Firing the ceramic substrate having the holes formed therein;
Adhering a piezoelectric block having a pair of piezoelectric members connected to the fired ceramic substrate so as to close a part of the hole;
A method of manufacturing an ink jet head, comprising: processing the piezoelectric block bonded to the ceramic substrate to divide the piezoelectric block as the pair of piezoelectric members.
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