JP2019104236A - Inkjet head and inkjet printing device - Google Patents

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    • B41J2/1612Production of print heads with piezoelectric elements of stacked structure type, deformed by compression/extension and disposed on a diaphragm

Abstract

To provide an inkjet head that can form a pattern of an electronic device and an optical device at low cost, especially, form a pattern using ink having electric conductivity.SOLUTION: In an inkjet head, a nozzle plate having a plurality of nozzles, a flow channel formation substrate, a diaphragm and a piezoelectric element are laminated. The diaphragm has a laminated structure. An outermost layer nearest on a side of the flow channel formation substrate of the laminated structure is constituted of a resin. One of the layers other than the outermost layer is constituted of a metal.SELECTED DRAWING: Figure 1

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印刷装置に関するものである。   The present invention relates to an inkjet head and an inkjet printing apparatus.

電子デバイスや光学デバイスの製造工程の中で基材上に微細パターンを形成する工程が多用されている。微細パターンの形成方法としては、所望のパターンサイズにもよるが、例えば10〜数10ミクロン程度の場合、エッチングあるいはリフトオフといったフォトリソグラフィを用いる方法がある。しかし、フォトリソグラフィを用いる方法は高価なフォトマスクを必要とすることや材料効率や基材の耐薬品性などに課題がある。   In the process of manufacturing electronic devices and optical devices, a process of forming a fine pattern on a substrate is frequently used. As a method of forming a fine pattern, there is a method of using photolithography such as etching or lift-off, for example, in the case of about 10 to several tens of microns although it depends on the desired pattern size. However, the method using photolithography has problems in that it requires an expensive photomask, material efficiency, chemical resistance of a substrate, and the like.

そこで、低コストで微細パターンを形成する方法として、所望するパターンの材料をインク化して基材上に印刷を行う印刷法、とりわけ印刷版が不要なインクジェット法が注目されている。   Therefore, as a method of forming a fine pattern at low cost, a printing method in which a material of a desired pattern is inked and printing is performed on a substrate, in particular, an inkjet method which does not require a printing plate has attracted attention.

インクジェット法に用いられるインクジェットヘッドの従来例として、特許文献1が挙げられる。   Patent document 1 is mentioned as a prior art example of the inkjet head used for an inkjet method.

特許文献1では、インクジェット内部の構造にNi、Si等の材料を用いてダイヤフラムを作成し、圧電素子と接触したダイヤフラムを変位させることにより、ノズルから印刷用のCMYK(シアン、マゼンタ、イエロー、ブラック)等の色材インクを吐出させている。これらの色材インクは主に紙やフィルム上に画像を形成するための物で、色材インクは有機あるいは無機顔料の微粒子の表面を樹脂や分散材でコーティングし、水系、有機溶媒あるいはUV硬化型インクの場合、液状モノマーの分散媒などに分散させて作成する。顔料を分散させるための樹脂、分散材、分散媒といったビヒクル材料の選択肢は広いため、インクジェット印刷装置の耐薬品性やインク液滴の吐出特性を考慮したインク組成物を設計することができる。しかし電子デバイスや光学デバイスに形成される微細パターンはその特性への要求が厳しく、インク化した際にインクジェット印刷装置の耐薬品性やインク液滴の吐出特性まで考慮したインク組成の設計が難しい場合がある。   In Patent Document 1, a diaphragm is formed using a material such as Ni or Si for the internal structure of the ink jet, and the diaphragm in contact with the piezoelectric element is displaced to print CMYK (cyan, magenta, yellow, black from the nozzle) Etc.) are ejected. These color material inks are mainly for forming an image on paper or film, and the color material ink is coated with a resin or a dispersing agent on the surface of fine particles of organic or inorganic pigment, water-based, organic solvent or UV curing In the case of a mold ink, it is prepared by dispersing it in a liquid monomer dispersion medium or the like. Since there are a wide choice of vehicle materials such as resins, dispersants, and dispersion media for dispersing pigments, it is possible to design an ink composition in consideration of the chemical resistance of the ink jet printing apparatus and the ejection characteristics of ink droplets. However, fine patterns formed on electronic devices and optical devices have strict requirements for their characteristics, and when inked, it is difficult to design the ink composition considering the chemical resistance of the ink jet printing apparatus and the ejection characteristics of ink droplets. There is.

特開平8−164607号公報JP-A-8-164607

インクジェットヘッドに用いられている素材としては金属を機械加工やフォトリソグラフィによって構造体を形成したステンレス(例えばSUS303、SUS304)ニッケルなどの金属材料や、フォトリソグラフィによって構造体を形成したシリコンなどがある。   Examples of the material used for the ink jet head include metal materials such as stainless (for example, SUS303 and SUS304) nickel having a structure formed by machining a metal or photolithography, and silicon having a structure formed by photolithography.

このうち複数の金属材料を用いてインクジェットヘッドを構成し、そのインクジェットヘッドに導電性のインクを導入して、インクジェット印刷を行う場合、金属材料同士が導通しているとインクと金属材料とで局部的に電池を形成することでガルバニック腐食が発生し、金属材料のうちイオン化傾向の低い方の金属が酸化し、腐食してしまう。また、金属材料にイオン化傾向が小さく腐食しにくい貴な金属を使ったとしても、局部電池自体はなくならないので、今度は逆にインク材料側に酸化や還元による劣化が発生する。  When the ink jet head is configured using a plurality of metal materials and conductive ink is introduced to the ink jet head to perform ink jet printing, when the metal materials are conductive, the ink and the metal material locally By forming a battery, galvanic corrosion occurs, and the metal having a lower ionization tendency is oxidized and corroded. In addition, even if a noble metal having a small ionization tendency and not easily corroded is used as the metal material, the local battery itself does not disappear, so that the deterioration due to oxidation or reduction occurs on the ink material side.

特にインクジェットヘッドの構成材料のうち、圧力室部分がステンレス材料(例えばSUS303、SUS304)で構成され、ダイヤフラムが、ニッケル材料あるいは、ニッケルコバルト合金材料で構成されている場合、ステンレス材料と比較してニッケル、ニッケルコバルト材料がイオン化しやすいために導電性インクを用いるとガルバニック腐食が発生し、ニッケル、コバルトが溶出してしまう。   In particular, when the pressure chamber portion is made of a stainless material (for example, SUS303, SUS304) and the diaphragm is made of a nickel material or a nickel-cobalt alloy material among the constituent materials of the ink jet head, nickel is compared with stainless steel. Galvanic corrosion occurs when the conductive ink is used because the nickel-cobalt material is easily ionized, and nickel and cobalt are eluted.

また、インクの酸性が強い場合、異種金属接合によるガルバニック腐食ではなく、単に酸による金属の腐食が発生する場合もある。   In addition, when the ink is strongly acidic, corrosion of metal due to acid may occur instead of galvanic corrosion due to dissimilar metal bonding.

さらに、ダイヤフラムは機能上の必要性から数μm〜十数μmと非常に薄い部材であるため、僅かな腐食でもダイヤフラムを貫通するピンホールが発生し、インクが漏れて、圧電素子部に到達し、インクが導電性であるために圧電素子の電極をショートさせ、インクジェットヘッドの機能を喪失させてしまう。さらに、電子デバイスや光学デバイスに形成される微細パターンはその特性への要求が厳しく、パターン形成材料をインク化した際に吐出特性まで考慮したインク組成の設計、特にインク粘度の最適化が難しい場合がある。   Furthermore, because the diaphragm is a very thin member of several μm to several tens of μm due to functional needs, even slight corrosion generates pin holes that penetrate the diaphragm, and the ink leaks to reach the piezoelectric element portion. Since the ink is conductive, the electrodes of the piezoelectric element are shorted, and the function of the ink jet head is lost. Furthermore, the fine patterns formed on electronic devices and optical devices have strict requirements for their characteristics, and when the pattern forming material is made into ink, it is difficult to design the ink composition in consideration of the ejection characteristics, particularly, optimization of the ink viscosity is difficult There is.

よって本願発明の課題は、導電性のインクであってもヘッドの腐食あるいはインク材料の劣化を引き起こさず、吐出可能なインクの粘度範囲を拡大す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印刷装置を提供することである。   Therefore, an object of the present invention is to provide an inkjet head and an inkjet printing apparatus capable of expanding the viscosity range of a dischargeable ink without causing head corrosion or deterioration of the ink material even with a conductive ink. It is.

上記課題を解決するために、
複数のノズルを有するノズルプレートと流路形成基板とダイヤフラムと圧電素子とが積層されたインクジェットヘッドにおいて、
前記ダイヤフラムは積層構造であり、
前記積層構造のうち最も流路形成基板側の最外層は樹脂で構成されており、前記最外層以外の層のうち、1つの層は金属で構成されているインクジェットヘッドを用いる。
In order to solve the above problems,
In an inkjet head in which a nozzle plate having a plurality of nozzles, a flow path forming substrate, a diaphragm and a piezoelectric element are stacked,
The diaphragm is a laminated structure,
The outermost layer closest to the flow path forming substrate in the laminated structure is made of resin, and an ink jet head is used in which one of the layers other than the outermost layer is made of metal.

本発明によって、導電性インクを用いてもダイヤフラムの腐食、あるいはインクの酸化や還元による劣化を抑制することが可能となる。また、ダイヤフラムの構成材料として、樹脂材料を用いることにより、ダイヤフラムの縦弾性係数を金属材料に比べて低くすることが可能となり、ダイヤフラムと接している圧電素子を駆動したときの応答性を向上させ、吐出することのできるインクの粘度範囲の拡大が可能となる。   According to the present invention, even if a conductive ink is used, it is possible to suppress the deterioration of the diaphragm due to the corrosion or the oxidation or reduction of the ink. In addition, by using a resin material as a constituent material of the diaphragm, it is possible to lower the longitudinal elastic modulus of the diaphragm compared to a metal material, and improve the response when driving the piezoelectric element in contact with the diaphragm. Thus, the viscosity range of the ink that can be discharged can be expanded.

本発明の実施の形態1のインクジェットヘッドの断面図Cross-sectional view of the ink jet head according to the first embodiment of the present invention 本発明の実施の形態2のインクジェットヘッドの断面図Sectional view of an ink jet head according to a second embodiment of the present invention 本発明の実施の形態2のダイヤフラムの平面図A plan view of the diaphragm of the second embodiment of the present invention 本発明の実施の形態3のダイヤフラムの平面図Top view of the diaphragm of the third embodiment of the present invention 本発明の実施の形態4のダイヤフラムの平面図The top view of the diaphragm of Embodiment 4 of this invention 本発明の実施の形態5のダイヤフラムの平面図Top view of diaphragm of Embodiment 5 of the present invention 本発明の実施の形態5の別例のダイヤフラムの平面図The top view of the diaphragm of another example of Embodiment 5 of this invention 図6AのB−B´断面図BB 'cross section of FIG. 6A 本発明の実施の形態7のダイヤフラムの平面図Top view of diaphragm of seventh embodiment of the present invention 本発明の実施の形態7のインクジェットヘッドの断面図Sectional view of an ink jet head according to Embodiment 7 of the present invention 本発明の実施の形態7の別例のダイヤフラムの平面図The top view of the diaphragm of another example of Embodiment 7 of this invention 実施の形態10のインクジェット印刷装置の側面図Side view of the ink jet printing apparatus according to the tenth embodiment

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
(実施の形態1)
図1は本願の実施の形態1を示している。
<インクジェットヘッド100>
図1は、本発明のインクジェットヘッド100の断面図(中央部と端部のみ図示)である。本発明のインクジェットヘッド100は少なくともノズルプレート1上の複数のノズル2と、このノズル2に連通し、隔壁によって圧力室3を画成する流路形成基板4と、流路形成基板4の圧力室3に対応する領域に設けられた圧電素子5の駆動部6と、流路形成基板4の隔壁に対応する領域に設けられた圧電素子5の柱部7と、圧力室3と圧電素子5とを隔てる位置に設けられたダイヤフラム8と、これらの部材の外周を保持し、流路形成基板へのインク供給のための流路を有する筐体(図示せず)とで構成される。なお、圧電素子5の駆動部6は、伸縮し、圧力室3を加圧する部分である。一方、圧電素子5の柱部7は、伸縮せず、固定部分あり、圧力室3の壁を支える。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
Embodiment 1
FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
<Inkjet head 100>
FIG. 1 is a cross-sectional view (only a central portion and an end portion are shown) of the inkjet head 100 of the present invention. The ink jet head 100 according to the present invention communicates with at least a plurality of nozzles 2 on the nozzle plate 1 and the nozzles 2, and a flow path forming substrate 4 defining pressure chambers 3 by partition walls, and pressure chambers of the flow path forming substrate 4 The driving portion 6 of the piezoelectric element 5 provided in the area corresponding to 3, the pillar 7 of the piezoelectric element 5 provided in the area corresponding to the partition of the flow path forming substrate 4, the pressure chamber 3 and the piezoelectric element 5 And a housing (not shown) having a flow passage for supplying ink to the flow passage forming substrate, which holds the outer periphery of these members. The driving portion 6 of the piezoelectric element 5 is a portion that expands and contracts to pressurize the pressure chamber 3. On the other hand, the pillar portion 7 of the piezoelectric element 5 does not expand and contract but has a fixed portion, and supports the wall of the pressure chamber 3.

さらにダイヤフラム8は、少なくとも2層以上であり、少なくとも樹脂層80と金属層81とを含む。図1では2層で表記しているが、2層以上であるのがよい。さらに、ダイヤフラム8と圧電素子5の駆動部6および柱部7との接着のために接着層9が形成されており、圧電素子5の下部には支えとなる基台10が設けられている。
<ノズルプレート1およびノズル2>
ノズルプレート1は、平板に複数のノズル2を所望の数と間隔で形成したものである。
Furthermore, the diaphragm 8 is at least two layers or more, and includes at least a resin layer 80 and a metal layer 81. Although two layers are shown in FIG. 1, two or more layers are preferable. Further, an adhesive layer 9 is formed to adhere the diaphragm 8 to the drive portion 6 and the pillar portion 7 of the piezoelectric element 5, and a base 10 serving as a support is provided below the piezoelectric element 5.
<Nozzle plate 1 and nozzle 2>
The nozzle plate 1 is a flat plate on which a plurality of nozzles 2 are formed with a desired number and intervals.

ノズルプレート1上に複数のノズル2を形成する方法としては、レーザ加工やドリル加工、プレス加工、エッチング法、電鋳法などによって形成する方法などがある。しかし、ノズル2のノズル形状の加工自由度や形状制御のし易さを考えると、ノズル2は、レーザ加工によって形成することが好ましい。また、ノズルプレート1の表面には撥水膜を形成してもよい。撥水膜は、インク吐出時にノズル近傍のノズルプレート1表面にわずかに染み出したインクを、ノズル2の内に戻す作用がある。ノズル2の近傍に染み出したインクが残ったままの場合、インク表面のメニスカスが崩れて次の液滴の吐出に悪影響を及ぼすため、撥水膜の形成は安定した吐出の維持に対して有効である。撥水膜を形成する方法としては、フッ素を有するアルコキシシランの溶液をノズルプレートに塗布し、焼成を行うことで形成する方法や、フッ素を有するモノマーの気層重合によって形成する方法などがあるが、これらに限定されるものではない。   As a method of forming the plurality of nozzles 2 on the nozzle plate 1, there is a method of forming by laser processing, drilling, press processing, etching method, electroforming method or the like. However, in view of the degree of freedom in processing of the nozzle shape of the nozzle 2 and ease of shape control, it is preferable to form the nozzle 2 by laser processing. Further, a water repellent film may be formed on the surface of the nozzle plate 1. The water repellent film has an effect of returning the ink slightly exuded to the surface of the nozzle plate 1 in the vicinity of the nozzle when the ink is discharged, into the nozzle 2. If the ink that has leaked out in the vicinity of the nozzle 2 remains, the meniscus on the ink surface collapses to adversely affect the discharge of the next droplet, so the formation of the water repellent film is effective for maintaining stable discharge. It is. As a method of forming a water repellent film, there is a method of forming a solution by applying a solution of alkoxysilane having fluorine to a nozzle plate and performing baking, or a method of forming by vapor layer polymerization of a monomer having fluorine. Not limited to these.

ノズルプレート1の材質には、例えば、ステンレスなどの金属やセラミックの薄板を用いることができるが、ノズルプレート1はインクジェットヘッド100で最も被印刷ワークに接近している部材であるため、ノズルプレート1をセラミックで作成した場合、何らかのトラブルでヘッドがワークに接触すると、セラミック基板が割れてしまう可能性がある。そのため、ステンレスなどの金属で形成する方が好ましい。   For example, a thin plate of metal or ceramic such as stainless steel can be used as the material of the nozzle plate 1, but since the nozzle plate 1 is a member closest to the printing work with the inkjet head 100, the nozzle plate 1 is If the head is in contact with the workpiece due to some trouble, the ceramic substrate may be broken. Therefore, it is more preferable to form with metals, such as stainless steel.

また、形成される複数のノズル2の数および間隔は作成したい電子デバイスや光学デバイスのパターン形状によって決まってくるが、電子デバイスや光学デバイス高性能化のためにそのパターン形状は微細化する傾向がある。その結果、インクジェットヘッド100に求められるノズル2の数は増大し、また間隔は小さくなり、ノズル2が高密度化する。特に、ノズル2が高密度化するとその間隔は0.1mmないし、0.2mm程度と非常に狭くなる。また、ノズル2の径も、小径化し、10ないし20ミクロンといった非常に小さいノズルが必要になってくる。   Also, the number and spacing of the plurality of nozzles 2 to be formed are determined by the pattern shape of the electronic device or optical device to be created, but the pattern shape tends to be miniaturized in order to improve the performance of the electronic device or optical device. is there. As a result, the number of nozzles 2 required for the ink jet head 100 is increased, the distance is reduced, and the density of the nozzles 2 is increased. In particular, when the density of the nozzles 2 is increased, the distance between the nozzles 2 becomes very narrow, about 0.1 mm to 0.2 mm. In addition, the diameter of the nozzle 2 is also reduced in diameter, and a very small nozzle of 10 to 20 microns is required.

<圧力室3および流路形成基板4>
流路形成基板4は、平板にノズル2の配置に応じた隔壁が、等間隔で設けられた部材である。隔壁と隔壁の間の空間が圧力室3で、図1の紙面手前奥方向に配置される共通流路からインクが供給される。流路形成基板4もレーザ加工やエッチング法などにより形成することができる。また、流路形成基板4の構造によっては、別々に加工した複数の基板を重ね合わせて1枚の流路形成基板4を形成するという方法で製造してもよい。ノズルプレート1と流路形成基板4とは金属接合や接着材などによって接合することができる。接着材を用いる場合、種類は特に問わないが、熱硬化型接着材、2液混合型接着材、紫外線硬化型接着材、嫌気性接着材、あるいはこれらの併用効果により硬化する接着材などを用いることができる。流路形成基板4の材質はステンレスなどの金属やセラミックなどを用いることができるが、熱硬化接着材を用いる場合、熱膨張係数の差によるズレや反りを防ぐためにノズルプレート1と流路形成基板4は同一の材料であることが好ましく、ステンレス材料を用いることが好ましい。
<Pressure Chamber 3 and Channel Forming Substrate 4>
The flow path forming substrate 4 is a member in which partition walls corresponding to the arrangement of the nozzles 2 are provided at equal intervals on a flat plate. The space between the partition walls is the pressure chamber 3, and the ink is supplied from a common flow path disposed in the front of the paper surface of FIG. 1. The flow path forming substrate 4 can also be formed by laser processing, etching or the like. Further, depending on the structure of the flow path forming substrate 4, a plurality of separately processed substrates may be stacked to form one flow path forming substrate 4. The nozzle plate 1 and the flow path forming substrate 4 can be bonded by metal bonding, an adhesive, or the like. When using an adhesive, the type is not particularly limited, but a thermosetting adhesive, a two-component adhesive, a UV curable adhesive, an anaerobic adhesive, or an adhesive that cures due to the combined use of these is used. be able to. The material of the flow path forming substrate 4 may be metal such as stainless steel or ceramic, but in the case of using a thermosetting adhesive, the nozzle plate 1 and the flow path forming substrate are used to prevent deviation or warping due to a difference in thermal expansion coefficient. It is preferable that 4 is the same material, and it is preferable to use a stainless steel material.

<圧電素子5>
圧電素子5は、互いに噛み合う櫛歯状の2つの内部電極を形成したチタン酸ジルコン酸鉛などの圧電薄板(シート)を積層した後、積層した圧電体の層の側面のうち、2つの内部電極が対向して露出する両面(図1では紙面の表裏面側)に表面電極と裏面電極を形成したものである。内部電極は積層した圧電体の各層、1層ごとに互い違いに一部分が重ねられるように形成されており、交互に表面電極と裏面電極に接続するように配置される。
<Piezoelectric element 5>
The piezoelectric element 5 is formed by laminating a piezoelectric thin plate (sheet) such as lead zirconate titanate having two comb-like internal electrodes interengaging with each other, and then two internal electrodes among the side surfaces of the laminated piezoelectric layers. The front surface electrode and the back surface electrode are formed on both sides (front and back surface side of the paper surface in FIG. 1) which are exposed facing each other. The internal electrodes are formed so as to be alternately overlapped partially for each layer of the laminated piezoelectric material, and each layer is arranged to be alternately connected to the surface electrode and the back electrode.

表面電極に接続された内部電極と裏面電極に接続された内部電極とが交互に配置されているため、表面電極と裏面電極に電位差を発生させると、その電位差に応じて圧電素子5が図1の紙面上下方向に伸縮する。   Since the internal electrodes connected to the front surface electrode and the internal electrodes connected to the back surface electrode are alternately arranged, when a potential difference is generated between the front surface electrode and the back surface electrode, the piezoelectric element 5 is shown in FIG. Stretches in the vertical direction of the paper.

また、この圧電素子5には、ノズル2の配置に応じた複数のチャンネルが列設され、各々のチャンネルの間には溝が存在している。溝は圧電素子5を一体で形成した後、上記複数のチャンネルを分割するためにダイシング加工を行う際に形成されるものであり、各チャンネル間はこの溝により離間絶縁されている。また、このチャンネルはフレキシブルケーブルに接続され、入力信号に応じて振動する駆動部6と、隔壁の下に配置され、流路形成基板4を支えている柱部7とが交互に配置されている。この圧電素子5は、セラミックや金属製で土台となる基台10によって支えられている。   Further, in the piezoelectric element 5, a plurality of channels corresponding to the arrangement of the nozzles 2 are provided in a row, and a groove is present between the respective channels. The grooves are formed when dicing is performed to divide the plurality of channels after the piezoelectric element 5 is integrally formed, and the channels are separated and insulated by the grooves. Further, this channel is connected to a flexible cable, and a driving unit 6 that vibrates according to an input signal, and pillars 7 that are disposed under the partition wall and support the flow path forming substrate 4 are alternately disposed. . The piezoelectric element 5 is supported by a base 10 which is a base made of ceramic or metal.

<ダイヤフラム8>
ダイヤフラム8は、圧電素子5で発生した変位によって振動し、圧力室3の内部の容積を変動させる。このことで、インクに圧力を発生させ、ノズル2よりインクを吐出させる。また、ダイヤフラム8は、少なくとも2層以上の層の積層構造になっており、そのうち最も流路形成基板4側の樹脂層80(最外層であり、振動板である)は樹脂で構成されており、それ以外の層のうち、少なくとも1つの金属層81は金属で構成されている。他の層があってもよい。
<Diaphragm 8>
The diaphragm 8 vibrates due to the displacement generated by the piezoelectric element 5 to change the volume inside the pressure chamber 3. By this, pressure is generated in the ink, and the ink is ejected from the nozzle 2. The diaphragm 8 has a laminated structure of at least two or more layers, and the resin layer 80 (the outermost layer, which is the diaphragm) on the flow path forming substrate 4 side most of them is made of resin. Among the other layers, at least one metal layer 81 is made of metal. There may be other layers.

従前の構造の場合、ダイヤフラム8は、樹脂層80がなく、ニッケルないしニッケルコバルト合金を電鋳法によって形成したものを用いていた。この場合、インクに導電性のものを用いると、ダイヤフラム8と流路形成基板4と導電性のインクとで局部電池を形成し、ガルバニック腐食が発生し、ニッケル、コバルト材料が溶出してしまう。   In the case of the conventional structure, the diaphragm 8 does not have the resin layer 80, and has used what formed nickel or nickel cobalt alloy by electroforming. In this case, if a conductive ink is used, a local battery is formed by the diaphragm 8, the flow path forming substrate 4 and the conductive ink, galvanic corrosion occurs, and nickel and cobalt materials are eluted.

本実施の形態のダイヤフラム8は、樹脂層80が樹脂で形成されているため、ガルバニック腐食を起こさない。   In the diaphragm 8 of the present embodiment, since the resin layer 80 is formed of a resin, galvanic corrosion does not occur.

また、ダイヤフラム8の全体を樹脂で形成した場合、製造工程において部材洗浄や加熱乾燥により、樹脂材料が吸湿したり熱変形したりして、寸法精度が低下したり、反りが発生したりしてしまう。しかし、本実施の形態のダイヤフラム8の金属層81は、金属で形成されており、金属層81によって寸法が矯正されるため、製造工程おける負荷による寸法精度の低下や反りが少ない。   When the entire diaphragm 8 is formed of resin, the resin material absorbs moisture or thermally deforms in the manufacturing process due to member cleaning and heat drying, and dimensional accuracy decreases or warpage occurs. I will. However, since the metal layer 81 of the diaphragm 8 of the present embodiment is formed of metal and the dimensions thereof are corrected by the metal layer 81, the reduction in dimensional accuracy and warpage due to the load in the manufacturing process are small.

なお、本実施の形態におけるダイヤフラム8の最も流路形成基板4側の層である樹脂層80の上にさらに薄膜を形成してもよい。この膜はダイヤフラム8と流路形成基板4を接着する際の接着強度向上のための薄膜で、金属あるいは酸化膜、窒化膜などのスパッタ膜である。ただし、スパッタ層の膜厚は数十ナノメートルと非常に薄く、成膜時のパーティクルの影響で直径数ミクロンあるいは1ミクロン以下程度のピンホールが存在しており、樹脂層80を腐食から保護する役割を果たさない。従って、本実施の形態において、スパッタ層の薄膜はダイヤフラム8を構成する層としてはみなさない。
なお、実施の形態1のダイヤフラム8では、圧力室3に対応部分には、金属層81は形成されていない。この部分には、樹脂層80のみであるのが好ましい。
A thin film may be further formed on the resin layer 80 which is the layer closest to the flow path forming substrate 4 of the diaphragm 8 in the present embodiment. This film is a thin film for improving adhesion strength when bonding the diaphragm 8 and the flow path forming substrate 4 and is a sputtered film such as a metal or an oxide film or a nitride film. However, the film thickness of the sputtered layer is as thin as several tens of nanometers, and there are pinholes with a diameter of several microns or less than 1 micron due to the influence of particles at the time of film formation, thereby protecting the resin layer 80 from corrosion. Do not play a role. Therefore, in the present embodiment, the thin film of the sputtered layer is not regarded as a layer constituting the diaphragm 8.
In the diaphragm 8 of the first embodiment, the metal layer 81 is not formed in the portion corresponding to the pressure chamber 3. It is preferable that only the resin layer 80 be in this portion.

<効果>
前述のように電子デバイスや光学デバイス高性能化のため微細化するパターン形状を印刷するにはノズル2の径やノズル2の間隔はより小さくなり、インクジェットヘッド100の部材に求められる寸法精度はより厳しくなる。本実施の形態のインクジェットヘッド100のダイヤフラム8は、樹脂層80を樹脂で形成したとしても、製造工程おける負荷による寸法精度の低下や反りが少ないため、安定して高精細なインクジェットヘッド100を作成することができる。
<Effect>
As described above, in order to print the pattern shape to be miniaturized to improve the performance of the electronic device and the optical device, the diameter of the nozzle 2 and the distance between the nozzles 2 become smaller, and the dimensional accuracy required for the members of the inkjet head 100 is more It gets tougher. Even if the resin layer 80 is formed of a resin, the diaphragm 8 of the present embodiment stably forms a high-definition inkjet head 100 because the dimensional accuracy is reduced and warpage is small due to the load in the manufacturing process. can do.

さらに、電子デバイスや光学デバイスに形成される微細パターンはその特性への要求が厳しく、パターン形成材料をインク化した際に飛翔特性まで考慮したインク組成の設計、特にインク粘度の最適化が難しくなる。しかし、本実施の形態のように、樹脂層80を樹脂で形成した場合、樹脂材料の縦弾性係数は金属材料の縦弾性係数よりも小さいため、樹脂層80のうち、圧力室3に面した部分でかつ、裏面で圧電素子5と接合するための接着層9が無い部分(以降、自由端部82と記載する)の柔軟性があがり、ダイヤフラムの応答性が向上する。そのためインク粘度が高くなったとしてもインクの吐出特性が低下しにくく、高粘度のインクの吐出を行えるようになる。よってインクの材料選択性が広くなり、インクジェット印刷装置の耐薬品性やインク液滴の吐出特性を考慮したインク組成物を設計することができるという前記課題を満たすものである。樹脂で形成された樹脂層80の厚みは柔軟性を得るために1〜30μmが好ましく、さらには1〜20μmであるとより好ましい。   Furthermore, fine patterns formed on electronic devices and optical devices have strict requirements for their characteristics, and it becomes difficult to design the ink composition considering the flight characteristics, particularly the optimization of the ink viscosity, when the pattern forming material is made into ink . However, when the resin layer 80 is formed of a resin as in the present embodiment, the resin material has a longitudinal elastic coefficient smaller than that of the metal material, and thus, the resin layer 80 faces the pressure chamber 3. The flexibility of the portion (hereinafter referred to as the free end 82) in the portion without the adhesive layer 9 for bonding to the piezoelectric element 5 on the back surface is improved, and the responsiveness of the diaphragm is improved. Therefore, even if the viscosity of the ink is increased, the ejection characteristics of the ink are not easily deteriorated, and the ink of high viscosity can be ejected. Therefore, the material selectivity of the ink is broadened, and the above-mentioned problem is met that the ink composition can be designed in consideration of the chemical resistance of the ink jet printing apparatus and the ejection characteristics of the ink droplet. The thickness of the resin layer 80 formed of a resin is preferably 1 to 30 μm, and more preferably 1 to 20 μm in order to obtain flexibility.

(実施の形態2)
図2は、本発明のインクジェットヘッド100の実施の形態2を説明するための断面図(中央部のみ図示)である。また、図3は図2のダイヤフラム8のみを図2の紙面下方から見た図である。
Second Embodiment
FIG. 2 is a cross-sectional view (only the central portion is shown) for explaining the second embodiment of the ink jet head 100 of the present invention. 3 is a view of only the diaphragm 8 of FIG. 2 as viewed from the lower side of the sheet of FIG.

図2および図3のダイヤフラム8は、樹脂層80と金属層81からなる。樹脂層80は、接着層9を介して圧電素子5と接着されている。さらに、金属層81は、駆動部6に対応した位置に配置される駆動ゲタ部81aと、柱部7に対応した位置に配置される柱ゲタ部81bとが交互に配置されている。これらの点が実施の形態1と異なる。また、それ以外の構成要素は実施の形態1と同じである。   The diaphragm 8 shown in FIGS. 2 and 3 includes a resin layer 80 and a metal layer 81. The resin layer 80 is bonded to the piezoelectric element 5 via the bonding layer 9. Furthermore, in the metal layer 81, a drive gain portion 81a disposed at a position corresponding to the drive portion 6 and a column gutter portion 81b disposed at a position corresponding to the column portion 7 are alternately disposed. These points are different from the first embodiment. The other components are the same as in the first embodiment.

駆動ゲタ部81aと柱ゲタ部81bがそれぞれノズル2の位置に対応した位置に形成されているため、ダイヤフラム8と圧電素子5の駆動部6、柱部7との接着面積、接着位置を正確に規定することができる。   The drive gutter portion 81a and the pillar gutter portion 81b are formed at positions corresponding to the position of the nozzle 2, respectively, so the bonding area and bonding position between the diaphragm 8 and the drive portion 6 of the piezoelectric element 5 and the pillar portion 7 are accurately determined. It can be defined.

そのため、自由端部82の形状や面積を一定に保つことができる。前述のようにダイヤフラム8の自由端部82は対応するノズル2の吐出特性に大きく影響を与える。このため、自由端部82の形状や面積がばらつくと、特に高粘度インク、具体的には10mPa・sより粘度が高いインクの場合には、インクの吐出速度やインクの液滴体積がばらつき、印刷品質が安定しない。本発明の実施の形態2の構成にすることで、インクの材料選択性が広くなり、インクジェット印刷装置の耐薬品性やインク液滴の吐出特性を考慮したインク組成物を設計することができる。なお、駆動ゲタ部81aと柱ゲタ部81bとで形状が異なっていても構わない。   Therefore, the shape and the area of the free end 82 can be kept constant. As mentioned above, the free end 82 of the diaphragm 8 greatly influences the discharge characteristics of the corresponding nozzle 2. For this reason, if the shape or area of the free end 82 varies, particularly in the case of a high viscosity ink, specifically, an ink having a viscosity higher than 10 mPa · s, the discharge speed of the ink and the droplet volume of the ink vary. Print quality is not stable. According to the configuration of the second embodiment of the present invention, the material selectivity of the ink is broadened, and the ink composition can be designed in consideration of the chemical resistance of the ink jet printing apparatus and the ejection characteristics of the ink droplet. The shape may be different between the drive gain portion 81a and the column gain portion 81b.

また、駆動ゲタ部81aと柱ゲタ部81bとを、形成する方法としては、あらかじめ樹脂層80となるフィルムと、金属層81となる金属箔を貼り合わせ、その後、パターン形成精度の高いフォトリソグラフィによって、金属箔上にレジストパターンを形成し、エッチング加工で金属層81をパターニングする方法がある。また、フォトリソグラフィで樹脂層80に反転レジストパターンを形成し、めっき触媒処理後、無電解めっきによって金属層81を形成する方法などを挙げることができる。   In addition, as a method of forming the drive gutter portion 81a and the column gutter portion 81b, a film to be the resin layer 80 and a metal foil to be the metal layer 81 are bonded in advance, and then photolithography with high pattern formation accuracy There is a method of forming a resist pattern on metal foil and patterning the metal layer 81 by etching. Moreover, the reverse resist pattern is formed in the resin layer 80 by photolithography, and the method of forming the metal layer 81 by electroless-plating etc. can be mentioned after a plating catalyst process.

エッチング加工を用いる場合、樹脂層80と金属層81との間に接着層を挟んでもよく、あるいは、金属層81をエッチング加工した後に無電解めっきあるいは電解メッキによって金属層81の上にさらに金属層81を積層するなどしてもよい。   When the etching process is used, an adhesive layer may be sandwiched between the resin layer 80 and the metal layer 81, or after the metal layer 81 is etched, a metal layer is further formed on the metal layer 81 by electroless plating or electrolytic plating. 81 may be stacked.

また、めっきによって金属パターンを形成する場合、無電解めっき層の上に電解めっきの層を積層してもよい。ただし、この場合、駆動ゲタ部81aと柱ゲタ部81bとのパターンは、いずれかの位置で周囲の金属層81と接続している必要がある。   In the case of forming a metal pattern by plating, a layer of electrolytic plating may be laminated on the electroless plating layer. However, in this case, it is necessary to connect the pattern of the drive gutter portion 81 a and the pillar gutter portion 81 b with the surrounding metal layer 81 at any position.

また、接着層9に用いる接着材の種類は特に問わないが、熱硬化型接着材、2液混合型接着材、紫外線硬化型接着材、嫌気性接着材、あるいはこれらの併用効果により硬化する接着材などを用いることができる。また、接着材は金属層81面側、圧電素子5側のいずれに塗布しても構わない。塗布する方法としてはディスペンサやスクリーン印刷、接着材をベタ塗布したブランケットなどの平面から転写して写し取るなどの方法をとることができるがこれらに限定されるものではない。また、接着膜厚を安定させるために接着材にスペーサビーズを混合してもよい。   The type of adhesive used for the adhesive layer 9 is not particularly limited, but a thermosetting adhesive, a two-component adhesive, an ultraviolet curable adhesive, an anaerobic adhesive, or an adhesive that cures due to the combined use of these. A material etc. can be used. The adhesive may be applied to either the metal layer 81 surface side or the piezoelectric element 5 side. As a method of application, a method such as a dispenser, screen printing, transfer from a flat surface such as a blanket on which an adhesive material is applied solidly, and copying can be adopted, but it is not limited thereto. Also, spacer beads may be mixed with the adhesive to stabilize the adhesive film thickness.

(実施の形態3)
図4Aは、本発明のインクジェットヘッド100の実施の形態3を説明するための断面図(中央部のみ図示)である。本発明のインクジェットヘッド100の実施の形態2を示す図3と比較すると、金属層81に形成される駆動ゲタ部81aと柱ゲタ部81bのうち、駆動ゲタ部81aの片方の端部が終端部81cになっている点が異なり、これ以外の構成要素は実施の形態2と同じである。
ここで、終端部81cとは、閉じられた部分を意味する。終端部81cは、金属層81を閉じている。
Third Embodiment
FIG. 4A is a cross-sectional view (only the central portion is shown) for explaining the third embodiment of the inkjet head 100 of the present invention. Compared with FIG. 3 showing Embodiment 2 of the inkjet head 100 of the present invention, one end of the drive gutter portion 81a of the drive gutter portion 81a and the column gutter portion 81b formed on the metal layer 81 is a termination portion The difference is in 81c, and the other components are the same as in the second embodiment.
Here, the end portion 81c means a closed portion. The end 81 c closes the metal layer 81.

駆動ゲタ部81aの一端を終端部とすることで駆動ゲタ部81aの両脇にある自由端部82が繋がり、この部分の柱ゲタ部81bの間の距離が長くなるため、この部分の断面の2次モーメントを低下させることができる。   By setting one end of the drive gutter portion 81a as a termination portion, the free ends 82 on both sides of the drive gutter portion 81a are connected, and the distance between the column gutter portions 81b in this portion is increased. The second moment can be reduced.

これにより駆動ゲタ部81aの応答性があがるため、インク粘度が高くなったとしてもインクの吐出特性が低下しにくく、高粘度のインクの吐出を行えるようになる。
(実施の形態4)
図4Bは、本発明のインクジェットヘッド100の実施の形態4を説明するための断面図(中央部のみ図示)である。本発明のインクジェットヘッド100の実施の形態2を示す図3と比較すると、金属層81に形成される駆動ゲタ部81aと柱ゲタ部81bのうち、駆動ゲタ部81aが孤立パターンになっている点が異なり、これ以外の構成要素は実施の形態2と同じである。
As a result, the responsiveness of the drive gear portion 81a is improved, so that even if the ink viscosity is high, the ejection characteristics of the ink are unlikely to be deteriorated, and the ink of high viscosity can be ejected.
Embodiment 4
FIG. 4B is a cross-sectional view (only the central portion is shown) for explaining the fourth embodiment of the inkjet head 100 of the present invention. Compared with FIG. 3 showing the second embodiment of the inkjet head 100 according to the present invention, of the drive gutter portion 81a and the column gutter portion 81b formed on the metal layer 81, the drive gutter portion 81a has an isolated pattern. The other components are the same as those of the second embodiment.

駆動ゲタ部81aを孤立パターンとすることで駆動ゲタ部81aの両脇にある自由端部82が2か所で繋がり、この部分の柱ゲタ部81bの間の距離が長くなるため、この部分の断面の2次モーメントを低下させることができる。これにより駆動ゲタ部81aの応答性がさらにあがるため、インク粘度が高くなったとしてもインクの吐出特性がより低下しにくく、高粘度のインクの吐出を行えるようになる。   The free ends 82 on both sides of the drive gain portion 81a are connected at two places by setting the drive gain portion 81a in an isolated pattern, and the distance between the column gain portions 81b in this portion is increased. The second moment of the cross section can be reduced. As a result, the responsiveness of the drive gear portion 81a is further improved, so that even if the ink viscosity is high, the ejection characteristics of the ink are less likely to be deteriorated, and high viscosity ink can be ejected.

ただし、駆動ゲタ部81aを孤立パターンとした場合、実施の形態2に示している金属層の形成方法のうち、駆動ゲタ部81aに電解めっきの層を積層する工法は用いることはできなくなる。
(実施の形態5)
図5は、本発明の実施の形態5のインクジェットヘッド100のダイヤフラム8の平面図で、図2の紙面下方の向きから見たものである。紙面奥方向に樹脂層80が、手前方向に金属層81が配置されている。
However, in the case where drive gutter portion 81a is an isolated pattern, it is impossible to use the method of laminating the layer of electrolytic plating on drive gutter portion 81a in the method of forming metal layers shown in the second embodiment.
Fifth Embodiment
FIG. 5 is a plan view of the diaphragm 8 of the ink jet head 100 according to the fifth embodiment of the present invention, as viewed from the lower side of the sheet of FIG. The resin layer 80 is disposed in the back direction of the drawing, and the metal layer 81 is disposed in the front direction.

実施の形態5は、上記実施の形態と異なり、ダイヤフラム8は少なくとも2層以上の積層構造であり、そのうち最も流路形成基板4側の層は樹脂層80で構成されており、それ以外の層のうち、少なくとも1つの層は金属層81で構成されており、かつこの金属層81は少なくとも、ダイヤフラム8の外周部の一部あるいは全部を除くほぼ全域にわたるベタ部分83を有している。   In the fifth embodiment, unlike the above embodiment, the diaphragm 8 has a laminated structure of at least two or more layers, and the layer closest to the flow path forming substrate 4 is composed of the resin layer 80, and the other layers are different. Of these, at least one layer is formed of a metal layer 81, and the metal layer 81 has at least a solid portion 83 covering substantially the entire area except a part or all of the outer peripheral part of the diaphragm 8.

図2においてインクの流れる圧力室3と圧電素子5を区切っているダイヤフラム8の外側は樹脂層80であり、金属層81は圧電素子5の駆動部6および柱部7がダイヤフラム8に接する面にのみ存在していればよい。本発明の実施の形態5においては、図5のように金属層81はダイヤフラム8のほぼ全域にわたるベタ部分83(破線で囲まれた領域)を有している。このため、柔軟性が高い樹脂層80の強度保持のための支持層の役割を果たすことができ、振動板層のみの場合に比べてハンドリング性が向上し、インクジェットヘッド100作成時の部材の取り扱いにおけるミスが発生しにくくなる。   In FIG. 2, the outside of the diaphragm 8 separating the pressure chamber 3 through which the ink flows and the piezoelectric element 5 is the resin layer 80, and the metal layer 81 is on the surface where the drive portion 6 of the piezoelectric element 5 and the column 7 contact the diaphragm 8. It only needs to exist. In the fifth embodiment of the present invention, as shown in FIG. 5, the metal layer 81 has a solid portion 83 (an area surrounded by a broken line) extending substantially the entire area of the diaphragm 8. Therefore, it can play a role of a support layer for maintaining the strength of the resin layer 80 having high flexibility, and the handling property is improved as compared with the case of using only the diaphragm layer, and the handling of members at the time of forming the ink jet head 100 Mistakes are less likely to occur.

さらに金属層81が支持層としての役割を維持できる範囲でベタ部分83の周囲の一部あるいは全周に図2の樹脂層のみの部分84を有している。金属層81がダイヤフラム8の端面ぎりぎりにまで形成されていた場合、インクジェットヘッド100の外面に金属層81の断面が露出することになるが、インクジェットヘッド100外面には印刷用のインクが付着する可能性があり、インクが外面に付着した場合、金属層81が露出しているとその部分からインクによって腐食が発生する恐れがあるが、本発明の実施の形態5の構成ではその問題は発生しない。   Further, the resin layer portion 84 of FIG. 2 is provided on a part or the entire periphery of the solid portion 83 within a range in which the metal layer 81 can maintain its role as a support layer. When the metal layer 81 is formed to the edge of the end face of the diaphragm 8, the cross section of the metal layer 81 is exposed on the outer surface of the ink jet head 100, but printing ink may adhere to the outer surface of the ink jet head 100. When the ink adheres to the outer surface, if the metal layer 81 is exposed, there is a risk that the ink may cause corrosion from that portion, but the problem does not occur in the configuration of the fifth embodiment of the present invention. .

またベタ部分83にはアライメントマークなどを有していてもよい。   The solid portion 83 may have an alignment mark or the like.

図6Aは本発明の実施の形態5の別の一例で、インクジェットヘッド100のダイヤフラム8に、スリット85がある場合について模式的に示す平面図である。上記図2のダイヤフラム8においてインク流路のうち、圧力室3の外側に対応する部分に図6のようにインクが通過するためのスリット85があり、この周囲の領域86は樹脂層のみで形成されている。スリット85を設けることで、ベタ部分83の一部がなくなるが、樹脂層80の強度保持のための支持層としての機能を失わない範囲でスリット85は設置されている。   FIG. 6A is a plan view schematically showing the case where a slit 85 is provided in the diaphragm 8 of the ink jet head 100, which is another example of the fifth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 6, there is a slit 85 for ink to pass through as shown in FIG. 6 in the portion corresponding to the outside of the pressure chamber 3 in the ink flow path in the diaphragm 8 of FIG. It is done. By providing the slits 85, a part of the solid portion 83 disappears, but the slits 85 are provided in such a range that the function as a support layer for maintaining the strength of the resin layer 80 is not lost.

さらにスリット85の周囲に配置され、スリット85を通過するインクが金属で形成された金属層81に触れないようにするために、樹脂層80のみの領域86を有していてもよい。
図6Aのダイヤフラム8にノズルプレート1、流路形成基板4、筐体4aを貼り合わせ、B−B断面を取ったものが図6Bである。図6Bにおいて、ダイヤフラム8のスリット85によって圧力室3に連通する流路形成基板4の共通流路4cと筐体4aに形成された共通流路4bとが連通し、外部から筐体4aの共通流路4bに供給されるインクの供給流路を形成することができる。
また、ダイヤフラム8と筐体4aとの接着を行う接着材86aが、領域86にはみ出すように接着することでスリット85側に面した金属層81の側面を接着材86aが覆い、金属層81がインクに触れないようにすることができる。
Furthermore, in order to prevent the ink passing through the slit 85 from touching the metal layer 81 formed of metal, it may have a region 86 of only the resin layer 80, which is disposed around the slit 85.
The nozzle plate 1, the flow path forming substrate 4, and the housing 4a are attached to the diaphragm 8 of FIG. 6A, and the BB cross section is taken as FIG. 6B. In FIG. 6B, the common flow path 4c of the flow path forming substrate 4 communicating with the pressure chamber 3 and the common flow path 4b formed in the housing 4a communicate with each other by the slits 85 of the diaphragm 8; It is possible to form a supply flow path of the ink supplied to the flow path 4b.
Further, the adhesive 86a for bonding the diaphragm 8 and the housing 4a adheres to the region 86 so that the adhesive 86a covers the side surface of the metal layer 81 facing the slit 85, and the metal layer 81 It is possible not to touch the ink.

(実施の形態6)
本発明の実施の形態6のインクジェットヘッド100では、ダイヤフラム8は少なくとも2層以上の積層構造であり、そのうち最も流路形成基板4側の層は樹脂層80で構成されており、それ以外の層のうち、少なくとも1つの層は厚さ2ミクロン以上の金属層81で構成されている。
Sixth Embodiment
In the inkjet head 100 according to the sixth embodiment of the present invention, the diaphragm 8 has a laminated structure of at least two or more layers, and the layer closest to the flow path forming substrate 4 is composed of the resin layer 80 among them. Of these, at least one layer is composed of a metal layer 81 having a thickness of 2 microns or more.

本実施の形態において、ダイヤフラム8の金属層81は、非常に柔軟でハンドリングしにくい樹脂である樹脂層80の強度保持の機能とともに、駆動ゲタ部81a、柱ゲタ部81bを形成するための層である。駆動ゲタ部81aおよび柱ゲタ部81bは接着剤によって接着層9が形成され圧電素子と接合している。しかし、接着剤の塗布工程において金属層81の厚さが小さすぎると接着剤がプロセスばらつきによってはみ出した場合、金属層81を越えて樹脂層80に付着してしまう。樹脂層80に接着剤が付着した場合、その部分は振動の状態が他と異なるようになり、インクジェットヘッド100の吐出特性のばらつきを引き起こす。しかし本発明の実施の形態6の構成により、金属層81は十分な厚みを持つため、接着剤がはみ出したとしても樹脂層80に到達することを防止し、吐出特性の安定性を高くできる、と同時に部材取り扱い時のハンドリング性も十分に確保することができる。厚さ2ミクロンより薄い金属層81の場合、ダイヤフラム8を取り扱いにくい。   In the present embodiment, the metal layer 81 of the diaphragm 8 is a layer for forming the drive gutter portion 81a and the column gutter portion 81b, together with the function of maintaining the strength of the resin layer 80 which is a resin that is very flexible and difficult to handle. is there. An adhesive layer 9 is formed by an adhesive and the drive gutter portion 81a and the column gutter portion 81b are joined to the piezoelectric element. However, if the thickness of the metal layer 81 is too small in the step of applying the adhesive, the adhesive will stick to the resin layer 80 beyond the metal layer 81 if the adhesive overflows due to process variations. When the adhesive adheres to the resin layer 80, the state of vibration of that portion becomes different from the other, causing variation in the ejection characteristics of the ink jet head 100. However, according to the configuration of the sixth embodiment of the present invention, since the metal layer 81 has a sufficient thickness, the metal layer 81 can be prevented from reaching the resin layer 80 even if the adhesive overflows, and the stability of the ejection characteristics can be enhanced. At the same time, the handleability at the time of member handling can be sufficiently secured. In the case of the metal layer 81 thinner than 2 microns in thickness, the diaphragm 8 is difficult to handle.

(実施の形態7)
図8は、本発明の実施の形態7のインクジェットヘッド100のダイヤフラム8の平面図であり、図2の紙面下方の向きから見たものである。ダイヤフラム8では、紙面奥方向に樹脂層80が、手前方向に金属層81が配置されている。 また、図8は、図2と同様の方向から見た複数のノズル2のなす列の端部付近の断面模式図で、図8に示すダイヤフラム8は、図7のA−A’線付近での断面になる。
Seventh Embodiment
FIG. 8 is a plan view of the diaphragm 8 of the ink jet head 100 according to the seventh embodiment of the present invention, as viewed from the lower side of the paper surface of FIG. In the diaphragm 8, the resin layer 80 is disposed in the back direction in the drawing, and the metal layer 81 is disposed in the front direction. 8 is a schematic cross-sectional view of the vicinity of the end of the row of the plurality of nozzles 2 viewed from the same direction as FIG. 2, and the diaphragm 8 shown in FIG. It becomes the cross section of.

本発明の実施の形態7のインクジェットヘッド100では、圧電素子5と流路形成基板4とダイヤフラム8と複数のノズル2を有するノズルプレート1とを有するインクジェットヘッド100である。流路形成基板4とノズルプレート1には圧電素子5と位置合わせするための貫通穴21,31がそれぞれある。さらに、ダイヤフラム8の樹脂層80は光透過性を有し、樹脂層80は、さらに、貫通穴21,31を塞いでいる。さらに、金属層81は、貫通穴21,31を塞がない構造になっている。説明しない事項は、上記実施の形態と同様である。   The inkjet head 100 according to the seventh embodiment of the present invention is the inkjet head 100 having the piezoelectric element 5, the flow path forming substrate 4, the diaphragm 8, and the nozzle plate 1 having the plurality of nozzles 2. The flow path forming substrate 4 and the nozzle plate 1 have through holes 21 and 31 for aligning with the piezoelectric element 5 respectively. Furthermore, the resin layer 80 of the diaphragm 8 has light transparency, and the resin layer 80 further blocks the through holes 21 and 31. Furthermore, the metal layer 81 does not block the through holes 21 and 31. Matters not described are the same as those in the above embodiment.

本発明の実施の形態7においてノズルプレート1には圧電素子5と位置合わせするためのノズルプレート1の貫通穴21が設けられ、流路形成基板4には圧電素子5と位置合わせするための流路形成基板4の貫通穴31が設けられ、金属層81には圧電素子5と位置合わせするための金属層81の貫通穴11(図7、図8)が設けられ、その貫通穴11の位置に対応する位置の樹脂層80には貫通穴11が開いていない。   In the seventh embodiment of the present invention, the nozzle plate 1 is provided with the through holes 21 of the nozzle plate 1 for aligning with the piezoelectric element 5, and the flow path forming substrate 4 is a flow for aligning with the piezoelectric element 5. The through holes 31 of the passage forming substrate 4 are provided, and the through holes 11 (FIG. 7 and FIG. 8) of the metal layer 81 for aligning with the piezoelectric element 5 are provided in the metal layer 81. The through hole 11 is not opened in the resin layer 80 at the position corresponding to.

本発明のインクジェットヘッド100では、ノズルプレート1、流路形成基板4、ダイヤフラム8、圧電素子5を正確に位置合わせして貼り合わせて作成するために、樹脂層80を除く各部材には位置合わせのための貫通穴11,21,31が開いている。また、基台10は圧電素子5の外側部分に上側に張り出させるような形状に加工されている。つまり基台10は、全体では凹型ある。基台10に位置合わせのための穴51がある。基台10の形状は薄板状ではないため、穴51は貫通穴ではない。あるいは、基台10を用いず、圧電素子5をこの位置合わせ部まで延長し、圧電素子5上に位置合わせの穴51を形成してもよい。   In the ink jet head 100 according to the present invention, in order to form the nozzle plate 1, the flow path forming substrate 4, the diaphragm 8 and the piezoelectric element 5 in precise alignment and bonding, alignment is performed on each member except the resin layer 80. Through holes 11, 21 and 31 are open. Further, the base 10 is processed into a shape that causes the outer side portion of the piezoelectric element 5 to project upward. That is, the base 10 is concave as a whole. The base 10 has holes 51 for alignment. Since the shape of the base 10 is not a thin plate, the hole 51 is not a through hole. Alternatively, without using the base 10, the piezoelectric element 5 may be extended to the alignment portion to form the alignment hole 51 on the piezoelectric element 5.

本発明の実施の形態7のインクジェットヘッド100では、位置合わせのための貫通穴11があいているが、樹脂層80は、その貫通穴11を塞いでいるために、このインクジェットヘッド100で印刷を行う時に、導電性のインクが貫通穴11に入ったとしてもこの樹脂層80でせき止められ、金属層81を腐食したり、圧電素子5側に侵入してショートを引き起こしたりすることがない。   In the inkjet head 100 according to the seventh embodiment of the present invention, the through holes 11 for alignment are provided, but since the resin layer 80 blocks the through holes 11, printing is performed with this inkjet head 100. Even when the conductive ink enters the through hole 11 at this time, it is blocked by the resin layer 80 and neither corrodes the metal layer 81 nor penetrates into the piezoelectric element 5 to cause a short circuit.

また、このインクジェットヘッド100の製造工程では、ノズルプレート1、流路形成基板4、ダイヤフラム8を接着した後に圧電素子5を接着する工程において、図8のカメラ12を用いて位置合わせを行う。この時、ダイヤフラム8の樹脂層80は、光透過性があるため、樹脂層80ごしに圧電素子5側の位置合わせの穴51をカメラ12で認識して位置合わせを行うことができる。よって本発明の実施の形態7の構成により、圧電素子5上に位置合わせの穴51を形成した場合であっても、金属層を腐食したり、ショートを引き起こしたりしないため、課題は解決される。   Further, in the process of manufacturing the ink jet head 100, in the process of bonding the piezoelectric element 5 after bonding the nozzle plate 1, the flow path forming substrate 4 and the diaphragm 8, alignment is performed using the camera 12 of FIG. At this time, since the resin layer 80 of the diaphragm 8 is light transmissive, it is possible to perform alignment by recognizing the alignment holes 51 on the side of the piezoelectric element 5 in the resin layer 80 with the camera 12. Therefore, according to the configuration of the seventh embodiment of the present invention, even when the alignment holes 51 are formed on the piezoelectric element 5, the metal layer is not corroded or a short circuit is caused, so the problem is solved. .

<変形例>
実施の形態7の変形例を図9に示す。図9のダイヤフラム8では、樹脂層80は、ノズルプレート1と流路形成基板4と圧電素子5とを位置合わせする穴の位置に貫通穴11が開いておらず、金属層81は、この位置に貫通穴11が開いており、かつ、金属層81の一部がこの位置で貫通穴11を塞いでいる箇所であるゲタマーク部13がある。
<Modification>
A modification of the seventh embodiment is shown in FIG. In the diaphragm 8 of FIG. 9, the resin layer 80 does not have the through holes 11 at the positions of the holes for aligning the nozzle plate 1, the flow path forming substrate 4 and the piezoelectric element 5, and the metal layer 81 is The through hole 11 is open, and there is a play mark portion 13 which is a part where the metal layer 81 blocks the through hole 11 at this position.

ゲタマーク部13は駆動ゲタ部81aおよび柱ゲタ部81bと同時にフォトリソグラフィによって形成されるために、駆動ゲタ部81a、柱ゲタ部81bに対する相対位置が正確になっている。   Since the play mark portion 13 is formed by photolithography simultaneously with the drive gain portion 81a and the column gain portion 81b, the relative position with respect to the drive gain portion 81a and the column gain portion 81b is accurate.

このダイヤフラム8を用いて、ノズルプレート1、流路形成基板4、ダイヤフラム8を接着した後に、圧電素子5を接着する工程では、図8のカメラ12を用いて位置合わせを行う。ダイヤフラム8の樹脂層80を構成する樹脂層80は、光透過性があるため、この樹脂層80ごしに樹脂層80の奥の圧電素子5側の位置合わせの穴51を認識して位置合わせを行うことができる。さらに、樹脂層80ごしに樹脂層80の奥のゲタマーク部13の位置をも確認して位置合わせを行うことができるため、より位置合わせの精度を向上させることができる。   In the step of bonding the piezoelectric element 5 after bonding the nozzle plate 1, the flow path forming substrate 4 and the diaphragm 8 by using the diaphragm 8, alignment is performed using the camera 12 of FIG. Since the resin layer 80 constituting the resin layer 80 of the diaphragm 8 is light transmissive, the resin layer 80 recognizes the positioning hole 51 on the piezoelectric element 5 side of the resin layer 80 at the back and aligns the position It can be performed. Further, since the position alignment can be performed by confirming the position of the getter mark portion 13 at the back of the resin layer 80 across the resin layer 80, the alignment accuracy can be further improved.

ゲタマーク部13の形状は、位置合わせに使えるものであれば特に制限はなく、任意の形状を取ることができる。また、ゲタマーク部13は金属層81と連なっていても、孤立していてもよい。また、数も1つでも複数でもよい。   The shape of the play mark portion 13 is not particularly limited as long as it can be used for alignment, and can be any shape. Also, the play mark portion 13 may be continuous with the metal layer 81 or may be isolated. Also, the number may be one or more.

前述のように電子デバイスや光学デバイス高性能化により微細化するパターン形状の印刷を行うためにノズル径やノズル間隔はより小さくなり、インクジェットヘッド100の部材に求められる寸法精度はより厳しくなるが、実施の形態8のダイヤフラムを用いることにより位置合わせの要求精度を満たすものにすることができる。   As described above, the nozzle diameter and the nozzle interval become smaller to print the pattern shape which is miniaturized as the electronic device and the optical device become more sophisticated, and the dimensional accuracy required for the member of the inkjet head 100 becomes stricter. By using the diaphragm of Embodiment 8, the required accuracy of alignment can be satisfied.

(実施の形態8)
本発明の実施の形態8におけるインクジェットヘッド100では、ダイヤフラム8は少なくとも2層以上の積層構造であり、そのうち最も流路形成基板4側の層は樹脂層80で構成されており、それ以外の層のうち、少なくとも1つの層は金属層81で構成されており、かつ、樹脂層80はポリイミドである。
Eighth Embodiment
In the inkjet head 100 according to the eighth embodiment of the present invention, the diaphragm 8 has a laminated structure of at least two or more layers, and the layer closest to the flow path forming substrate 4 is composed of the resin layer 80 among them. Among them, at least one layer is composed of the metal layer 81, and the resin layer 80 is polyimide.

樹脂層80を耐薬品性の高いポリイミドで形成することにより、インク材料の適応範囲をより広くすることが可能になり、様々な電子デバイスや光学デバイスを作成することができるようになる。   By forming the resin layer 80 with polyimide having high chemical resistance, the application range of the ink material can be broadened, and various electronic devices and optical devices can be produced.

(実施の形態9)
本発明の実施の形態9のインクジェットヘッドでは、圧電素子と流路形成基板とダイヤフラムと複数のノズルを有するノズルプレートとを有し、ダイヤフラムは少なくとも2以上の層を有する積層構造であり、2以上の層のうち最も流路形成基板側の層は樹脂で構成されており、それ以外の層のうち、少なくとも1つの層は金属で構成されており、かつ、金属の層のうち、最も樹脂層側の層は銅である。
(Embodiment 9)
The ink jet head according to the ninth embodiment of the present invention has a piezoelectric element, a flow path forming substrate, a diaphragm, and a nozzle plate having a plurality of nozzles, and the diaphragm has a laminated structure having at least two or more layers. Of the layers, the layer closest to the flow path forming substrate is made of resin, and at least one of the other layers is made of metal, and the resin layer of the metal layers is the most. The layer on the side is copper.

金属層をエッチング特性に優れた銅で形成することにより、駆動ゲタ部および柱ゲタ部のパターン形状をエッチング加工で形成する際の加工寸法精度をより高くすることができる。   By forming the metal layer with copper excellent in etching characteristics, it is possible to further increase the processing dimensional accuracy in forming the pattern shapes of the drive gutter portion and the column gutter portion by etching.

前述のように、インクジェットヘッド100の部材に求められる寸法精度はより厳しくなるが、実施の形態9の寸法精度の高いダイヤフラムを用いることでノズル毎の吐出特性をより安定化させることができる。   As described above, although the dimensional accuracy required for the members of the inkjet head 100 becomes stricter, the use of the diaphragm having the high dimensional accuracy of the ninth embodiment can further stabilize the ejection characteristics for each nozzle.

(実施の形態10)インクジェット印刷装置200
本発明の実施の形態10のインクジェット印刷装置200を図10に示す。インクジェット印刷装置200は、枠体105にインクジェットヘッド100が配置されている。インクジェットヘッド100の下部を、被対象物101を保持した搬送具102が移動する。搬送具102は、レール103上を移動する。レール103は、基台104上に固定されている。
インクジェット印刷装置200は、上記実施の形態1ないし10のいずれかに記載のインクジェットヘッド100を搭載している。
(Embodiment 10) Inkjet printing apparatus 200
An ink jet printing apparatus 200 according to a tenth embodiment of the present invention is shown in FIG. In the inkjet printing apparatus 200, the inkjet head 100 is disposed in the frame 105. The transport tool 102 holding the object 101 moves in the lower part of the ink jet head 100. The transfer tool 102 moves on the rail 103. The rails 103 are fixed on the base 104.
The ink jet printing apparatus 200 mounts the ink jet head 100 according to any one of the first to tenth embodiments.

この印刷装置は耐薬品性が高く、導電性のインクにも対応し、高粘度のインクを正確に吐出することが可能であり、電子デバイスや光学デバイスのパターンを低コストで形成するためのインクに適した印刷機である。   This printing apparatus has high chemical resistance and is compatible with conductive ink, and can discharge high viscosity ink accurately, and is an ink for forming patterns of electronic devices and optical devices at low cost. Printing machine suitable for

本印刷装置で形成するパターンの機能としては、導電体層、抵抗体層、誘電体層、絶縁体層、遮光層、着色層、反射層、反射防止層、太陽電池の受光層、色素層、有機EL素子の発光層、有機EL素子や太陽電池のホール輸送・注入層、電子輸送・注入層、生産工程で用いる認識用のマーク類などを例示することができるが、これらに限定されるものではない。
(効果)
本願発明では、導電性かつ高粘度のインクであってもヘッドの腐食あるいはインク材料の劣化を引き起こさず、安定して吐出可能なインクジェットヘッド100を提供することができる。さらに、低コストで電子デバイスや光学デバイスのパターンを形成するためのインクジェット印刷装置を提供することができる。
(全体として)
実施の形態は、組み合わせできる。
As a function of the pattern formed with this printing apparatus, a conductor layer, a resistor layer, a dielectric layer, an insulator layer, a light shielding layer, a colored layer, a reflective layer, a reflection preventing layer, a light receiving layer of a solar cell, a dye layer, The light emitting layer of the organic EL element, the hole transport / injection layer of the organic EL element or solar cell, the electron transport / injection layer, the recognition marks used in the production process, and the like can be exemplified, but are limited thereto is not.
(effect)
According to the present invention, it is possible to provide an ink jet head 100 capable of stably discharging even a conductive and highly viscous ink without causing head corrosion or deterioration of ink material. Furthermore, the inkjet printing apparatus for forming the pattern of an electronic device or an optical device at low cost can be provided.
(as a whole)
The embodiments can be combined.

本発明は、低コストで電子デバイスや光学デバイスのパターンを形成するためのインクジェットヘッドに有用である。   The present invention is useful for an inkjet head for forming a pattern of an electronic device or an optical device at low cost.

1 ノズルプレート
2 ノズル
3 圧力室
4 流路形成基板
4a 筐体
4b 共通流路
4c 共通流路
5 圧電素子
6 駆動部
7 柱部
8 ダイヤフラム
9 接着層
10 基台
11 貫通穴
12 カメラ
13 ゲタマーク部
21 貫通穴
31 貫通穴
51 穴
80 樹脂層
81 金属層
81a 駆動ゲタ部
81b 柱ゲタ部
81c 終端部
82 自由端部
83 ベタ部分
84 樹脂層のみの部分
85 スリット
86 領域
86a 接着材
EL 有機
100 インクジェットヘッド
101 被対象物
102 搬送具
103 レール
104 基台
105 枠体
200 インクジェット印刷装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 nozzle plate 2 nozzle 3 pressure chamber 4 flow path formation substrate 4a housing 4b common flow path 4 c common flow path 5 piezoelectric element 6 drive portion 7 column portion 8 diaphragm 9 adhesive layer 10 base 11 through hole 12 camera 13 getter mark 21 Through hole 31 through hole 51 hole 80 resin layer 81 metal layer 81 a drive portion 81 b column end portion 81 c end portion 82 free end portion 83 solid portion 84 portion only of resin layer 85 slit 86 area 86 a adhesive EL organic 100 inkjet head 101 Object 102 Transport tool 103 Rail 104 Base 105 Frame 200 Ink jet printing apparatus

Claims (13)

複数のノズルを有するノズルプレートと流路形成基板とダイヤフラムと圧電素子とが積層されたインクジェットヘッドにおいて、
前記ダイヤフラムは積層構造であり、
前記積層構造のうち最も流路形成基板側の最外層は樹脂層で構成されており、前記最外層以外の層のうち、1つの層は金属層で構成されているインクジェットヘッド。
In an inkjet head in which a nozzle plate having a plurality of nozzles, a flow path forming substrate, a diaphragm and a piezoelectric element are stacked,
The diaphragm is a laminated structure,
The outermost layer by the side of a flow-path formation board among the above-mentioned lamination structure is constituted by a resin layer, and an ink jet head by which one layer is constituted by a metal layer among layers other than the outermost layer.
前記金属層は前記複数のノズルの配置に対応したパターンを形成している請求項1記載のインクジェットヘッド。 The inkjet head according to claim 1, wherein the metal layer forms a pattern corresponding to the arrangement of the plurality of nozzles. 前記樹脂層には、前記金属層と流路形成基板とが存在しない自由端がある請求項1または2記載のインクジェットヘッド。 The ink jet head according to claim 1 or 2, wherein the resin layer has a free end where the metal layer and the flow path forming substrate do not exist. 前記金属層は前記複数のノズルの配置に対応したパターンを形成しており、さらに、そのパターンのうち、少なくとも前記圧電素子の駆動する部分に接している複数の駆動ゲタ部は、前記複数のノズルのなす列の方向および前記ダイヤフラムの積層方向と直交する方向の両端で繋がっている請求項1〜3のいずれか1項に記載のインクジェットヘッド。 The metal layer forms a pattern corresponding to the arrangement of the plurality of nozzles, and further, among the patterns, a plurality of drive gutter portions in contact with at least a portion to be driven of the piezoelectric element are the plurality of nozzles The ink jet head according to any one of claims 1 to 3, wherein the ink jet head is connected at both ends in the direction of the row of and the direction orthogonal to the laminating direction of the diaphragm. 前記金属層は前記複数のノズルの配置に対応したパターンを形成しており、さらに、そのパターンのうち、少なくとも前記圧電素子の駆動する部分に接している駆動ゲタ部は、前記複数のノズルのなす列の方向および前記ダイヤフラムの積層方向と直交する方向のうち、1つの方向に前記ダイヤフラムで遮られる終端部有している請求項1〜3のいずれか1項に記載のインクジェットヘッド。 The metal layer forms a pattern corresponding to the arrangement of the plurality of nozzles, and in the pattern, at least a drive gain portion in contact with a portion to be driven of the piezoelectric element is formed by the plurality of nozzles. The ink jet head according to any one of claims 1 to 3, further comprising an end portion intercepted by the diaphragm in one direction out of the direction of the row and the direction orthogonal to the stacking direction of the diaphragm. 前記金属層は複数のノズルの配置に対応したパターンを形成しており、さらに、そのパターンのうち、少なくとも前記圧電素子の駆動する部分に接している駆動ゲタ部は、孤立パターンである請求項1〜3のいずれか1項に記載のインクジェットヘッド。 The metal layer forms a pattern corresponding to the arrangement of a plurality of nozzles, and further, of the pattern, at least a drive gain portion in contact with a portion to be driven of the piezoelectric element is an isolated pattern. The inkjet head of any one of -3. 前記金属層は少なくとも、ダイヤフラムの外周部の一部あるいは全部を除く領域にわたるベタ部分を有している請求項1〜6のいずれかに1項に記載のインクジェットヘッド。 The ink jet head according to any one of claims 1 to 6, wherein the metal layer has a solid portion covering at least a region excluding a part or all of the outer peripheral portion of the diaphragm. 前記ダイヤフラムの2以上の層のうち最も前記流路形成基板側の最外層は樹脂層で構成されており、前記最外層以外の層のうち、1つの層は厚さ2ミクロン以上の金属層で構成されている請求項1〜7のいずれかに1項に記載のインクジェットヘッド。 Of the two or more layers of the diaphragm, the outermost layer closest to the flow path forming substrate is made of a resin layer, and one of the layers other than the outermost layer is a metal layer having a thickness of 2 microns or more The ink jet head according to any one of claims 1 to 7, which is configured. 前記流路形成基板と前記ノズルプレートには前記圧電素子と位置合わせするための貫通穴があいており、かつ、前記ダイヤフラムにおける前記樹脂層は光透過性を有し、かつ、前記貫通穴を塞いでおり、かつ、前記金属層は前記貫通穴を塞がない構造になっている請求項1〜8のいずれかに1項に記載のインクジェットヘッド。 The flow path forming substrate and the nozzle plate have through holes for aligning with the piezoelectric element, and the resin layer in the diaphragm is light transmissive and blocks the through holes. The ink jet head according to any one of claims 1 to 8, wherein the metal layer does not close the through hole. 前記流路形成基板と前記ノズルプレートには圧電素子と位置合わせするための貫通穴があいており、かつ前記ダイヤフラムの樹脂層は光透過性を有し、かつ、前記貫通穴を塞いでおり、
前記金属層の少なくとも一部は前記貫通穴を塞がない構造になっている請求項1〜9のいずれかに1項に記載のインクジェットヘッド。
The flow path forming substrate and the nozzle plate have through holes for aligning with the piezoelectric element, and the resin layer of the diaphragm has light transparency and closes the through holes.
The ink jet head according to any one of claims 1 to 9, wherein at least a part of the metal layer is configured not to close the through hole.
前記樹脂の層はポリイミドである請求項1〜10のいずれかに1項に記載のインクジェットヘッド。 The ink jet head according to any one of claims 1 to 10, wherein the layer of the resin is a polyimide. 前記金属の層のうち、最も前記樹脂の層側の層は銅の層であることを特徴とする請求項1ないし11のいずれか1項に記載のインクジェットヘッド。   The ink jet head according to any one of claims 1 to 11, wherein the layer closest to the resin layer among the metal layers is a copper layer. 請求項1ないし12のいずれかに1項に記載のインクジェットヘッドを搭載したインクジェット印刷装置。
An inkjet printing apparatus equipped with the inkjet head according to any one of claims 1 to 12.
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