JP2010155377A - Inkjet head unit - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、ノズルからインク滴を吐出するインクジェットヘッドユニットに関する。 The present invention relates to an inkjet head unit that ejects ink droplets from nozzles.
近年、プリンタや産業用途おいて、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 recent years, an inkjet method using a shear mode deformation of a piezoelectric material has been proposed in printers and industrial applications. 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 mode, and ink droplets are ejected by using pressure wave fluctuations generated at that time, which is suitable for increasing the density of the nozzle, reducing the power consumption, and increasing the driving frequency.
近年は、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を産業用途に利用することが盛んに行われるようになり始めている。このような多岐にわたる用途への展開に応じて、インクジェットによる描画には、より高精細で高品質な画質が求められるとともに、高精度な印刷を行うために、ノズル孔から吐出されたインク液滴を精度よく被印刷体に着弾させることが必要である。 In recent years, the use of ink jet heads utilizing this shear mode deformation for industrial purposes has become active. In response to the development of such a wide range of applications, ink-jet drawing requires higher definition and higher quality image quality, and ink droplets ejected from nozzle holes for high-precision printing. Must be landed on the substrate with high accuracy.
従来のシェアモード変形を利用したインクジェットヘッドにおいては、図6に示すように、チャンネル壁により複数のインク室134が形成された圧電基板135と、共通インク室133が形成される天板の接着において、反りやうねりを低減するために、カバー基板136となる材料を、上記圧電基板135の材料と同じにすることで熱膨張係数を合わせ、反りやうねりを防止する。また、チャネル壁が形成された圧電基板135には、厚さ方向に分極処理が施されており、分極処理により処理された厚さ方向と、処理されていない方向で熱膨張係数が変化することから、カバー基板136となる圧電材料にも同様の分極処理を施し、熱膨張係数を合わせている(例えば、特開2001−10038号公報(特許文献1)参照)。
In the conventional ink jet head using the shear mode deformation, as shown in FIG. 6, the
一方、安定したインク吐出を実現するためには、吐出されるノズル孔や表面にインクの残留が無いように維持する必要があるため、インク吐出に合わせてメンテナンスが行われる。メンテナンスは、一般的にワイピングによる除去が用いられるために、インクジェットヘッドの周辺には、ヘッドを保護するための保護カバーが使用され、保護カバーとヘッドに発生した隙間を、樹脂で充填し封止する構成が用いられる。顔料インクなどの樹脂成分を有するインクの場合、残留インクの粘度が上昇し、増粘インクがワイピングによって、ノズル部に運ばれると着弾精度の劣化を招くことがあるため、上記隙間は、ワイピングで除去されたインクが残留することのないように、完全に封止されていることが重要である。 On the other hand, in order to realize stable ink ejection, it is necessary to maintain the ink so that there is no residual ink in the ejected nozzle holes and the surface, so that maintenance is performed in accordance with ink ejection. For maintenance, removal by wiping is generally used, so a protective cover for protecting the head is used around the inkjet head, and the gap generated in the protective cover and the head is filled with resin and sealed. A configuration is used. In the case of ink having a resin component such as pigment ink, the viscosity of the residual ink increases, and if the thickened ink is carried to the nozzle portion by wiping, the landing accuracy may be deteriorated. It is important that the ink is completely sealed so that the removed ink does not remain.
しかしながら、従来の構成では、以下のような問題があった。すなわち、従来構成のインクジェットヘッドを作成したところ、上記保持部材であるカバー部材と、固定部材であるヘッドの間に充填する樹脂と、ヘッドの界面、特にチャンネル列方向となるヘッド長手方向の端部あるいは長手方向端部に対向するカバー部材の端面で剥離が頻発した。この原因を本発明者らは以下のように推察した。上記隙間を樹脂で封止硬化するために、隙間に樹脂を充填した後、加熱処理が一般的に行われる。この加熱硬化後の冷却(常温復帰)において、各材料が持つ熱膨張係数に応じて収縮が発生する。 However, the conventional configuration has the following problems. That is, when an ink jet head having a conventional configuration was prepared, the cover member serving as the holding member and the resin filled between the head serving as the fixing member and the head interface, in particular, the end portion in the head longitudinal direction that is the channel row direction Alternatively, peeling frequently occurred on the end surface of the cover member facing the end portion in the longitudinal direction. The present inventors inferred this cause as follows. In order to seal and cure the gap with resin, heat treatment is generally performed after filling the gap with resin. In this cooling after heat curing (return to normal temperature), shrinkage occurs according to the thermal expansion coefficient of each material.
図7A〜図7Cは、従来のインクジェットヘッド構造において、本発明者らが推察したヘッド端部と接着剤界面で剥離するメカニズムを示している。 FIGS. 7A to 7C show a mechanism in which the conventional ink jet head structure peels off at the head end portion and the adhesive interface inferred by the present inventors.
図7Aは、インクジェットヘッドであるヘッドチップ111周辺に保護カバー部材106が形成され、ヘッドチップ111と保護カバー部材106との隙間に接着剤108を充填した状態を示した図である。この隙間に接着剤108が充填された後、接着剤108を硬化するために加熱処理が行われ、上記加熱後の冷却において、図7Bに示すように、各材料の熱膨張係数に応じた収縮が発生する。各材料の熱膨張係数として、保護カバー部材106はα≒11ppm、接着剤108はα≒25〜40ppm、圧電基板135およびカバー基板136は、分極方向でα≒0.5ppm、分極方向に対して直交する方向でα≒7ppmの値を持つ構成である。
FIG. 7A is a diagram showing a state in which a
上記構成のため、接着剤108を硬化するための加熱状態から、インクジェットヘッドを使用する常温まで冷却したとき、保護カバー部材106の接着剤108との当接面の収縮より、接着剤108の収縮量が大きくなる。すなわち、接着剤108は冷却によって収縮するのだが、保護カバー部材106の方が収縮量が小さいため、保護カバー部材106との界面でピニング(付着)された形となる。つまり、保護カバー部材106によって樹脂の収縮が阻害される形となって剥離力182が発生する。一方で、ヘッドチップ111端部も冷却によって矢印183の方向に縮もうとするために、接着剤108は、保護カバー部材106とヘッドチップ111端部に引っ張られる形となり、剥離力184が発生する。
Due to the above configuration, when the
ヘッドチップ111の収縮量は、長手方向のほうが大きいため、図7Cに示すように、ヘッド収縮量の多い長手方向の端部181あるいは長手方向端部に対向する保護カバー部材106の端面180において剥離が生じやすくなる。
Since the contraction amount of the
上記のような剥離が発生した場合、ヘッド吐出面においてインクたまりができやすくなり、増粘インクのワイピングによるノズルへの付着による吐出不良や、増粘インクのノズル面への固着によるワイプブレードの損傷といった問題があった。 When peeling occurs as described above, it becomes easy to collect ink on the head ejection surface, ejection failure due to adhesion of the thickened ink to the nozzle, and damage to the wipe blade due to adhesion of the thickened ink to the nozzle surface There was a problem.
上記のような剥離は、インクジェットヘッドの収縮量が大きいほど、すなわちヘッドの長手方向の熱膨張係数が大きいほど大きくなる。
そこで、この発明の課題は、分極処理に対して増大する熱膨張係数の影響を低減して、ヘッド全体の熱膨張係数を抑えることにより、加熱硬化による接着剤とヘッド端部の界面剥離を防止できるインクジェットヘッドユニットを提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to prevent the peeling of the interface between the adhesive and the head end due to heat-curing by reducing the influence of the thermal expansion coefficient that increases on the polarization treatment and suppressing the thermal expansion coefficient of the entire head. An object of the present invention is to provide an inkjet head unit that can be used.
上記課題を解決するため、この発明のインクジェットヘッドユニットは、
ベース層とアクチュエーター層とが積層され、上記アクチュエーター層の上記ベース層の反対側に、隔壁で分離された複数の溝が形成されたアクチュエーター基板と、上記アクチュエーター基板の上記隔壁の上部面に接合され、上記アクチュエーター層の上記複数の溝とでインク室を形成するカバー基板とを有するインクジェットヘッドと、
上記インクジェットヘッドを保持するための保持部材と、
上記インクジェットヘッドの少なくとも上記アクチュエーター層の分極方向に対して直交する方向の側の端部と上記保持部材とを固定する固定部材と
を備え、
上記アクチュエーター基板の上記アクチュエーター層は、厚さ方向に分極されて電界により形状変化する圧電材料からなり、
上記アクチュエーター基板の上記アクチュエーター層の分極方向に対して直交する方向の熱膨張係数よりも上記ベース層の熱膨張係数が小さく、かつ、
上記アクチュエーター基板の上記アクチュエーター層の分極方向に対して直交する方向の熱膨張係数よりも上記カバー基板の熱膨張係数が小さいことを特徴とする。
In order to solve the above problems, an inkjet head unit of the present invention is
A base layer and an actuator layer are laminated, and an actuator substrate having a plurality of grooves separated by a partition wall formed on the opposite side of the actuator layer to the base layer, and an upper surface of the partition wall of the actuator substrate are bonded. An inkjet head having a cover substrate that forms an ink chamber with the plurality of grooves of the actuator layer;
A holding member for holding the inkjet head;
A fixing member for fixing the holding member and the end of the ink jet head on the side orthogonal to the polarization direction of the actuator layer;
The actuator layer of the actuator substrate is made of a piezoelectric material that is polarized in the thickness direction and changes its shape by an electric field,
The thermal expansion coefficient of the base layer is smaller than the thermal expansion coefficient in the direction perpendicular to the polarization direction of the actuator layer of the actuator substrate, and
The thermal expansion coefficient of the cover substrate is smaller than the thermal expansion coefficient in a direction orthogonal to the polarization direction of the actuator layer of the actuator substrate.
上記構成によれば、インクジェットヘッドのアクチュエーター層の分極方向に対して直交する方向の側の端部は、固定部材を介して保持部材に固定されているため、固定部材の加熱硬化後の常温までの冷却過程における熱収縮により、固定部材とインクジェットヘッドの界面には引張り応力が作用する。上記アクチュエーター基板の上記アクチュエーター層の分極方向に対して直交する方向の熱膨張係数よりもベース層の熱膨張係数が小さく、かつ、アクチュエーター基板のアクチュエーター層の分極方向に対して直交する方向の熱膨張係数よりもカバー基板の熱膨張係数が小さいという本構成によって、従来構成に比べてインクジェットヘッド自身の熱収縮が小さくなるため、インクジェットヘッドと固定部材の界面に生じる引張り応力を低減することができ、クラック発生の危険性が少ない、信頼性の高いインクジェットヘッドユニットを作成することができる。 According to the above configuration, the end of the inkjet head in the direction orthogonal to the polarization direction of the actuator layer is fixed to the holding member via the fixing member. Due to thermal contraction during the cooling process, a tensile stress acts on the interface between the fixing member and the inkjet head. The thermal expansion coefficient of the base layer is smaller than the thermal expansion coefficient of the actuator substrate in the direction orthogonal to the polarization direction of the actuator layer, and the thermal expansion in the direction orthogonal to the polarization direction of the actuator layer of the actuator substrate is performed. By this configuration that the thermal expansion coefficient of the cover substrate is smaller than the coefficient, the thermal contraction of the inkjet head itself is smaller than the conventional configuration, so that the tensile stress generated at the interface between the inkjet head and the fixing member can be reduced, A highly reliable ink jet head unit with a low risk of cracking can be produced.
また、一実施形態のインクジェットヘッドユニットでは、
上記保持部材は、上記インクジェットヘッドを取り囲むように、かつ、上記インクジェットヘッドのノズル面と吐出側の面が略同一平面上になるように配置され、
上記インクジェットヘッドと上記保持部材との間隙が上記固定部材で封止されている。
Moreover, in the inkjet head unit of one embodiment,
The holding member is disposed so as to surround the inkjet head, and the nozzle surface and the ejection side surface of the inkjet head are substantially on the same plane,
A gap between the inkjet head and the holding member is sealed with the fixing member.
上記実施形態によれば、インクジェットヘッドのノズル面は、保持部材の吐出側の面と略同一平面上となっており、そのインクジェットヘッドと保持部材との隙間に固定部材を充填しているため、ノズル面のワイプやインクジェットヘッド内の気泡除去等のメンテナンス動作によって、インクジェットヘッドのノズル面にインクが残留するということがなく、信頼性の高い描画動作を長時間維持することができる。 According to the above embodiment, the nozzle surface of the inkjet head is substantially flush with the discharge-side surface of the holding member, and the fixing member is filled in the gap between the inkjet head and the holding member. A maintenance operation such as wiping the nozzle surface or removing bubbles in the inkjet head does not leave ink on the nozzle surface of the inkjet head, and a highly reliable drawing operation can be maintained for a long time.
また、一実施形態のインクジェットヘッドユニットでは、
上記固定部材は、樹脂材料を主成分とする。
Moreover, in the inkjet head unit of one embodiment,
The fixing member includes a resin material as a main component.
上記実施形態によれば、固定部材を樹脂材料で構成するため、簡単な工程でインクジェットヘッドと保持部材との隙間を再現性良く充填することができるため、インクジェットヘッドの信頼性を向上することができる。 According to the above embodiment, since the fixing member is made of a resin material, the gap between the ink jet head and the holding member can be filled with high reproducibility through a simple process, so that the reliability of the ink jet head can be improved. it can.
また、一実施形態のインクジェットヘッドユニットでは、
上記アクチュエーター基板の上記ベース層は、分極処理が施されていない圧電材料からなる。
Moreover, in the inkjet head unit of one embodiment,
The base layer of the actuator substrate is made of a piezoelectric material that has not been polarized.
上記実施形態によれば、ベース層は分極処理されていないので、アクチュエーター層の分極方向に対して直交する方向の熱膨張係数が、アクチュエーター層よりも小さくすることができる。これによってインクジェットヘッド全体の熱膨張係数を低減することができるので、インクジェットヘッドと固定部材の剥離の危険性を低減することができ、インクジェットヘッドユニットの信頼性を高めることができる。また、アクチュエーター層とベース層が圧電材料であって、分極と非分極の区別だけであるので、アクチュエーター基板の作成が容易となり、インクジェットヘッドの作成コストを低減することができる。 According to the embodiment, since the base layer is not polarized, the thermal expansion coefficient in the direction orthogonal to the polarization direction of the actuator layer can be made smaller than that of the actuator layer. As a result, the thermal expansion coefficient of the entire inkjet head can be reduced, so that the risk of peeling between the inkjet head and the fixing member can be reduced, and the reliability of the inkjet head unit can be increased. In addition, since the actuator layer and the base layer are piezoelectric materials and only the distinction between polarization and non-polarization is made, the actuator substrate can be easily created, and the cost of creating the inkjet head can be reduced.
また、一実施形態のインクジェットヘッドユニットでは、
上記カバー基板は、上記アクチュエーター基板の上記ベース層と略同じ熱膨張係数を有する。
Moreover, in the inkjet head unit of one embodiment,
The cover substrate has substantially the same thermal expansion coefficient as the base layer of the actuator substrate.
上記実施形態によれば、カバー基板とベース層が略同じ熱膨張係数を有しているため、インクジェットヘッドの加工工程による熱履歴によるストレスの印加や、これに伴う変形が極めて少ないため、構造的な信頼性を向上することができ、応力による液滴吐出特性の劣化を防止することができる。 According to the above-described embodiment, since the cover substrate and the base layer have substantially the same thermal expansion coefficient, there is very little application of stress due to the thermal history due to the processing process of the inkjet head and the accompanying deformation is extremely small. Reliability can be improved, and deterioration of droplet discharge characteristics due to stress can be prevented.
また、一実施形態のインクジェットヘッドユニットでは、
上記カバー基板は、分極処理が施されていない圧電材料からなる。
Moreover, in the inkjet head unit of one embodiment,
The cover substrate is made of a piezoelectric material that has not been polarized.
上記実施形態によれば、カバー基板は分極処理されていないので、アクチュエーター層の分極方向に対して直交する方向の熱膨張係数が、アクチュエーター層よりも小さくすることができる。これによってインクジェットヘッド全体の熱膨張係数を低減することができるので、インクジェットヘッドと固定部材の剥離の危険性を低減することができ、インクジェットヘッドユニットの信頼性を高めることができる。また、カバー基板とアクチュエーター層が圧電材料であって、分極と非分極の区別だけであるので、カバー基板とアクチュエーター基板の作成が容易となり、インクジェットヘッドの作成コストを低減することができる。 According to the above embodiment, since the cover substrate is not polarized, the thermal expansion coefficient in the direction orthogonal to the polarization direction of the actuator layer can be made smaller than that of the actuator layer. As a result, the thermal expansion coefficient of the entire inkjet head can be reduced, so that the risk of peeling between the inkjet head and the fixing member can be reduced, and the reliability of the inkjet head unit can be increased. In addition, since the cover substrate and the actuator layer are piezoelectric materials, and only a distinction is made between polarization and non-polarization, it is easy to create the cover substrate and the actuator substrate, and it is possible to reduce the cost of creating the inkjet head.
以上より明らかなように、この発明のインクジェットヘッドユニットによれば、分極処理に対して増大する熱膨張係数の影響を低減して、ヘッド全体の熱膨張係数を抑えることによって、加熱硬化による接着剤とヘッド端部の界面剥離を防止でき、構造的欠陥のないインクジェットヘッドユニットを実現することができる。 As is clear from the above, according to the ink jet head unit of the present invention, the influence of the thermal expansion coefficient that increases with respect to the polarization treatment is reduced, and the thermal expansion coefficient of the entire head is suppressed, whereby the adhesive by heat curing is used. Can be prevented, and an ink jet head unit free from structural defects can be realized.
以下、この発明のインクジェットヘッドユニットを図示の実施の形態により詳細に説明する。 Hereinafter, the ink jet head unit of the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.
図1A, 図1Bにこの発明のインクジェットヘッドユニットの実施の一形態を示している。 1A and 1B show an embodiment of an ink jet head unit according to the present invention.
このインクジェットヘッドユニット1は、保持部材の一例としての保護カバー部材6、ベースユニット2およびフィルタユニット3を備えている。上記保護カバー部材6は、互いに結合されたベースユニット2およびフィルタユニット3で構成されるヘッドチップ支持部4のインク吐出側の面を覆うように配置されている。
The inkjet head unit 1 includes a
インクジェットヘッドの一例としてのヘッドチップ11は、保護カバー部材6に設けられた開口部6aを貫通するように配置されている。上記保護カバー部材6とヘッドチップ11との隙間に、固定部材の一例としての接着剤8が充填されている。上記接着剤8により、保護カバー部材6とヘッドチップ11の隙間にインクが溜まったり、更に溜まったインクが不用意に落下したりするのを防止している。なお、図1Aでは、ベースユニット2およびフィルタユニット3から構成されるヘッドチップ支持部4に保護カバー部材6が取り付けられた状態を示しており、図1Bでは、ヘッドチップ支持部4から保護カバー部材6が取り外された状態を示している。
A
続いて、図2を用いて、ベースユニット2およびフィルタユニット3の構成を示す。
Then, the structure of the
上記ベースユニット2は、ヘッドベース13と、チップマウント12と、ヘッドチップ11と、フレキシブル基板26と、ドライバ基板9と、マニホールド14A,14Bを備えている。
The
上記ヘッドチップ11は、外周面および内部に保護膜10としてポリパラキシリレン膜が形成されている。また、ヘッドチップ11の吐出側端面に、複数の吐出口が直線上に所定の間隔をあけて設けられたノズルプレート7を接着している。
The
上記フィルタユニット3は、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)からなる2つのハウジング161,162を備えている。ハウジング161,162の内部に形成された液室を隔てるように、液体を濾過するフィルタプレート(図示せず)が配置されている。ハウジング161の液室に、インクを供給する第1の液体収容部(図示せず)から液体が導入される導入口を形成している。ハウジング162の液室内に、マニホールド14Aにおける第1の開口57Aに連通されるべき流路を形成している。さらに、ハウジング162に、マニホールド14Bの第1の開口56Aに連通されるべき図示しないベント流路を形成している。なお、このベント流路は、ハウジング161に形成されたベント流路を介して、排出したインクを蓄積する第2の液体収容部に接続されている。
The
図2に示すように、マニホールド14A,14Bに溝16A,16Bをそれぞれ形成している。溝16A,16Bには、マニホールド14A,14Bとフィルタユニット6との取り付け時に接着剤が充填される。溝16A,16Bには、フィルタユニット6やマニホールド14A,14Bの素材と近い線膨張係数の接着剤を用いるのが好ましい。本実施形態では、溝16A,16Bにエポキシ系接着剤を充填している。フィルタユニット3とマニホールド14A,14Bとが接着剤によって接着された状態を図1Bに示している。
As shown in FIG. 2,
続いて図3に、この発明のヘッドチップ11の実施形態を示す。
Next, FIG. 3 shows an embodiment of the
図3に示すように、ヘッドチップ11は、チタン酸ジルコン亜鉛(PZT)を材料として用いたアクチュエーター基板29が形成され、そのアクチュエーター基板29は、分極処理を施していないベース層30と、その上面に厚さ方向に分極処理されたアクチュエーター層31とが積層されている。アクチュエーター層31に、複数の溝35による隔壁が形成され、その溝35の側壁には駆動用の電極膜(図示しない)が成膜されており、上記隔壁によりインク室34を形成している。アクチュエーター層31は、上記インク室34を形成する隔壁の高さと同等の高さ(厚さ)で構成されている。本実施形態において、アクチュエーター層31は、隔壁の高さである240μmの厚さで形成されている。
As shown in FIG. 3, the
この発明の課題でも述べたように、図4に示す構成において、圧電材料では分極方向に対して直交する方向51において、熱膨張係数が増大することから、アクチュエーター層31は、短辺端部と接着剤8の界面81で、剥離が発生する要因となるため、可能な限りアクチュエーター層31を薄くすることが望ましい。また、ヘッドチップ11の内部と外部の略全面にポリパラキシリレンまたはその誘導体による絶縁層を形成している。
As described in the subject of the present invention, in the configuration shown in FIG. 4, in the piezoelectric material, the coefficient of thermal expansion increases in the
本実施形態において、分極を施していないPZTの熱膨張係数は、α≒2の値であり、分極処理されたPZTの熱膨張係数は、分極方向でα≒0.5、分極方向に対して直交する方向でα≒7の値となっている。 In this embodiment, the thermal expansion coefficient of unpolarized PZT is α≈2, and the thermal expansion coefficient of PZT subjected to polarization is α≈0.5 in the polarization direction, with respect to the polarization direction. The value is α≈7 in the orthogonal direction.
図5に、アクチュエーター基板29の構成において、アクチュエーター層31の積層比率により、ヘッドチップ11の短辺端部と接着剤8での界面81剥離結果を示している。図5に示すように、アクチュエーター層31を40%以下の積層比率とすることで、界面81剥離を防止できている。ただし、この積層比率は、この発明の実施形態に用いた圧電材料による検証結果であり、他の圧電材料においては、上記比率に限定されるものではない。
FIG. 5 shows a result of peeling of the
カバー基板32には、アクチュエーター基板29と同種のPZTを用いており、分極処理は施されていない。カバー基板32に、インク室34と連通するように共通インク室33を形成しており、アクチュエーター層31に形成された上記隔壁の上壁面に、カバー基板32を接着剤により接着している。本実施形態では、接着剤にエポキシ系接着剤を使用し、加熱硬化により接着している。
The
また、図4に示すように、ヘッドチップ11は、図3で説明したように、アクチュエーター層31とベース層30で構成されたアクチュエーター基板29に、カバー基板32が接着されており、インク室33を形成する構成となっている。そのヘッドチップ11の表面にノズルプレート7を接着している。ノズルプレート7には、インク室33に対応する位置にインク室33と連通するようにノズル孔40を配置されている。ヘッドチップ11の周辺には保護カバー部材6が形成されており、ヘッドチップ11と保護カバー部材6により生じた隙間に、接着剤8が充填されて隙間を封止している。この保護カバー部材6の材料には、SUS316が使用され、ワイピングによるインク除去性を向上するためにPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)などのフッ素樹脂が表面にコーティングされている。上記隙間を封止する接着剤8には、エポキシ系接着剤が使用されており、充填後に加熱することで接着剤8が硬化する。本実施形態では、75℃で所定時間加熱している。本構成により、ノズルプレート7表面のメンテナンス時に、ヘッドチップ11を保護すると共に、ワイピングによるインク液滴の除去を可能としている。
As shown in FIG. 4, the
以上のように、本実施形態に係るインクジェットヘッドユニットによれば、ヘッドチップ11を形成するアクチュエーター基板29において、アクチュエーター層31とベース層30で構成し、インク室34を形成する隔壁の高さと同等の厚さでアクチュエーター層31をベース層30上に積層することで、分極処理により増大した分極方向に対して直交する方向51の熱膨張係数の影響を小さくすることが可能となり、接着剤8を用いた周辺封止構造において、ヘッドチップ11と接着剤8の界面81剥離を防止し、安定した封止工程の実現を可能とする。また、メンテナンスにおけるワイピングにおいて、インク残留を発生させない構造となり、確実なメンテナンスを実現できる。
As described above, according to the ink jet head unit according to the present embodiment, the
また、上記のように本実施の形態においては、カバー基板および、アクチュエーター基板を構成するアクチュエーター層ならびにベース層を、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電材料を使用しているため、機械加工性が類似しており、このため、ヘッドチップの切断加工や、研磨加工において偏磨耗が発生せず、切断面、研磨面に段差が発生しない。このため、ノズル接着を行ったとき、ノズルプレートを歪ませることなく接着することができ、これによって高い着弾精度を実現することができる。 Further, as described above, in the present embodiment, the cover substrate and the actuator layer and the base layer constituting the actuator substrate are made of a piezoelectric material mainly composed of lead zirconate titanate. Therefore, uneven wear does not occur in the cutting process and polishing process of the head chip, and no step is generated on the cut surface and the polished surface. For this reason, when nozzle bonding is performed, the nozzle plate can be bonded without being distorted, and thereby high landing accuracy can be realized.
上記構成のインクジェットヘッドユニットによれば、分極処理に対して増大する熱膨張係数の影響を低減して、ヘッドチップ11全体の熱膨張係数を抑えることによって、加熱硬化による接着剤とヘッド端部の界面剥離を防止でき、構造的欠陥のないインクジェットヘッドユニットを実現することができる。
According to the inkjet head unit having the above-described configuration, the influence of the thermal expansion coefficient that increases with respect to the polarization process is reduced, and the thermal expansion coefficient of the
また、上記ヘッドチップ11のノズル面は、保護カバー部材6の吐出側の面と略同一平面上となっており、そのヘッドチップ11と保護カバー部材6との隙間に接着剤8を充填しているため、ノズル面のワイプやヘッドチップ11内の気泡除去等のメンテナンス動作によって、ヘッドチップ11のノズル面にインクが残留するということがなく、信頼性の高い描画動作を長時間維持することができる。
The nozzle surface of the
また、上記接着剤8を樹脂材料で構成するため、簡単な工程でヘッドチップ11と保護カバー部材6との隙間を再現性良く充填することができるため、ヘッドチップ11の信頼性を向上することができる。
In addition, since the adhesive 8 is made of a resin material, the gap between the
また、上記アクチュエーター層31が実際に液滴の吐出動作に寄与する隔壁の高さと同程度の厚さにすることによって、アクチュエーター層31の厚さを必要最小限にすることができ、これによって、アクチュエーター層31の大きな熱膨張係数のヘッドチップ11全体の熱膨張係数に対する影響を最低限に抑えることができる。
In addition, by making the
また、上記ベース層30は分極処理されていないので、アクチュエーター層31の分極方向に対して直交する方向の熱膨張係数が、アクチュエーター層31よりも小さくすることができる。これによってヘッドチップ11全体の熱膨張係数を低減することができるので、ヘッドチップ11と接着剤8の剥離の危険性を低減することができ、インクジェットヘッドユニットの信頼性を高めることができる。また、アクチュエーター層31とベース層30が圧電材料であって、分極と非分極の区別だけであるので、アクチュエーター基板29の作成が容易となり、ヘッドチップ11の作成コストを低減することができる。
Further, since the
また、上記アクチュエーター層31とベース層30が同じ主成分の圧電材料で構成されているため、ヘッドチップ11の切断や研磨の加工において、アクチュエーター層31とベース層30を同様に加工することができ、これによって偏磨耗などによる段差が発生しないため、ヘッドチップ11の形状安定性やノズル接着面の平坦性を維持することができ、着弾特性の優れたインクジェットヘッドユニットを製作することができる。
In addition, since the
また、上記カバー基板32とベース層30が略同じ熱膨張係数を有しているため、ヘッドチップ11の加工工程による熱履歴によるストレスの印加や、これに伴う変形が極めて少ないため、構造的な信頼性を向上することができ、応力による液滴吐出特性の劣化を防止することができる。
In addition, since the
また、上記カバー基板32は分極処理されていないので、アクチュエーター層31の分極方向に対して直交する方向の熱膨張係数が、アクチュエーター層31よりも小さくすることができる。これによってヘッドチップ11全体の熱膨張係数を低減することができるので、ヘッドチップ11と接着剤8の剥離の危険性を低減することができ、インクジェットヘッドユニットの信頼性を高めることができる。また、カバー基板32とアクチュエーター層31が圧電材料であって、分極と非分極の区別だけであるので、カバー基板32とアクチュエーター基板29の作成が容易となり、ヘッドチップ11の作成コストを低減することができる。
Further, since the
また、上記カバー基板32がアクチュエーター層31と同じ主成分の圧電材料で構成されているため、ヘッドチップ11の切断や研磨の加工において、アクチュエーター層31とカバー基板32を同様に加工することができ、これによって偏磨耗などによる段差が発生しないため、ヘッドチップ11の形状安定性やノズル接着面の平坦性を維持することができ、着弾特性の優れたインクジェットヘッドユニットを製作することができる。
Further, since the
また、上記カバー基板32がアクチュエーター基板29(アクチュエーター層31とベース層30)と同じ主成分の圧電材料で構成されているため、ヘッドチップ11の切断や研磨の加工において、アクチュエーター基板29とカバー基板32を同様に加工することができ、これによって偏磨耗などによる段差が発生しないため、ヘッドチップ11の形状安定性やノズル接着面の平坦性を維持することができ、着弾特性の優れたインクジェットヘッドユニットを製作することができる。
In addition, since the
上記実施形態では、ベース層30とカバー基板32の材料にチタン酸ジルコン亜鉛(PZT)を用いたが、ベース層とカバー基板の材料はこれに限らず、アクチュエーター基板のアクチュエーター層の分極方向に対して直交する方向の熱膨張係数よりもベース層の熱膨張係数が小さい材料であればよく、アクチュエーター基板のアクチュエーター層の分極方向に対して直交する方向の熱膨張係数よりもカバー基板の熱膨張係数が小さい材料であればよい。
In the above embodiment, zircon zinc titanate (PZT) is used as the material of the
上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではない。この発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。 The description of the above-described embodiment is an example in all respects and is not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above-described embodiments but by the claims.
1…インクジェットヘッドユニット
2…ベースユニット
3…フィルタユニット
6…保護カバー部材
7…ノズルプレート
8…周辺封止接着剤
9…ドライバ基板
10…保護膜
11…ヘッドチップ(インクジェットヘッド)
12…チップマウント
13…ヘッドベース
14A,14B…マニホールド
16A,16B…溝
26…フレキシブル基板
29…アクチュエーター基板
30…ベース層
31…アクチュエーター層
32…カバー基板
33…共通インク室
34…インク室
35…溝
40…ノズル孔
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
DESCRIPTION OF
Claims (6)
上記インクジェットヘッドを保持するための保持部材と、
上記インクジェットヘッドの少なくとも上記アクチュエーター層の分極方向に対して直交する方向の側の端部と上記保持部材とを固定する固定部材と
を備え、
上記アクチュエーター基板の上記アクチュエーター層は、厚さ方向に分極されて電界により形状変化する圧電材料からなり、
上記アクチュエーター基板の上記アクチュエーター層の分極方向に対して直交する方向の熱膨張係数よりも上記ベース層の熱膨張係数が小さく、かつ、
上記アクチュエーター基板の上記アクチュエーター層の分極方向に対して直交する方向の熱膨張係数よりも上記カバー基板の熱膨張係数が小さいことを特徴とするインクジェットヘッドユニット。 A base layer and an actuator layer are laminated, and an actuator substrate having a plurality of grooves separated by a partition wall formed on the opposite side of the actuator layer to the base layer, and an upper surface of the partition wall of the actuator substrate are bonded. An inkjet head having a cover substrate that forms an ink chamber with the plurality of grooves of the actuator layer;
A holding member for holding the inkjet head;
A fixing member for fixing the holding member and the end of the ink jet head on the side orthogonal to the polarization direction of the actuator layer;
The actuator layer of the actuator substrate is made of a piezoelectric material that is polarized in the thickness direction and changes its shape by an electric field,
The thermal expansion coefficient of the base layer is smaller than the thermal expansion coefficient in the direction perpendicular to the polarization direction of the actuator layer of the actuator substrate, and
The ink jet head unit according to claim 1, wherein a thermal expansion coefficient of the cover substrate is smaller than a thermal expansion coefficient in a direction orthogonal to a polarization direction of the actuator layer of the actuator substrate.
上記保持部材は、上記インクジェットヘッドを取り囲むように、かつ、上記インクジェットヘッドのノズル面と吐出側の面が略同一平面上になるように配置され、
上記インクジェットヘッドと上記保持部材との間隙が上記固定部材で封止されていることを特徴とするインクジェットヘッドユニット。 The inkjet head unit according to claim 1,
The holding member is disposed so as to surround the inkjet head, and the nozzle surface and the ejection side surface of the inkjet head are substantially on the same plane,
A gap between the inkjet head and the holding member is sealed with the fixing member.
上記固定部材は、樹脂材料を主成分とすることを特徴とするインクジェットヘッドユニット。 The inkjet head unit according to claim 1 or 2,
The fixing member includes a resin material as a main component, and an ink jet head unit.
上記アクチュエーター基板の上記ベース層は、分極処理が施されていない圧電材料からなることを特徴とするインクジェットヘッドユニット。 In the inkjet head unit according to any one of claims 1 to 3,
The ink jet head unit according to claim 1, wherein the base layer of the actuator substrate is made of a piezoelectric material not subjected to polarization treatment.
上記カバー基板は、上記アクチュエーター基板の上記ベース層と略同じ熱膨張係数を有することを特徴とするインクジェットヘッドユニット。 In the inkjet head unit according to any one of claims 1 to 4,
The inkjet head unit, wherein the cover substrate has substantially the same thermal expansion coefficient as the base layer of the actuator substrate.
上記カバー基板は、分極処理が施されていない圧電材料からなることを特徴とするインクジェットヘッドユニット。 In the inkjet head unit according to claim 5,
The ink jet head unit according to claim 1, wherein the cover substrate is made of a piezoelectric material not subjected to polarization treatment.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008334564A JP2010155377A (en) | 2008-12-26 | 2008-12-26 | Inkjet head unit |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2016203642A (en) * | 2016-08-10 | 2016-12-08 | 株式会社リコー | Liquid discharge head, liquid discharge device, and image formation device |
-
2008
- 2008-12-26 JP JP2008334564A patent/JP2010155377A/en active Pending
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