JP2019111733A - Inkjet head, inkjet recording device and manufacturing method of inkjet head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インクジェットヘッド、インクジェット記録装置及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, an inkjet recording apparatus, and a method of manufacturing an inkjet head.
従来、インクジェットヘッドに設けられたノズルからインクを吐出させて画像などを形成するインクジェット記録装置がある。インクジェット記録装置のインクジェットヘッドとしては、変形に応じて内部に貯留されたインクの圧力を変動させる圧力室が設けられた圧力室基板と、圧力室基板に接着剤を介して接着され、圧力室に連通するノズルが設けられたノズル基板とを有するものがある。このようなインクジェットヘッドでは、圧力室内のインクの圧力を変動させることでノズルからインクを吐出させることができる。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is an inkjet recording apparatus that ejects ink from nozzles provided in an inkjet head to form an image or the like. The ink jet head of the ink jet recording apparatus is bonded to a pressure chamber substrate provided with a pressure chamber for changing the pressure of the ink stored therein according to the deformation, and the pressure chamber substrate via an adhesive, to the pressure chamber. And a nozzle substrate provided with a communicating nozzle. In such an inkjet head, the ink can be ejected from the nozzle by changing the pressure of the ink in the pressure chamber.
圧力室基板としては、セラミックスの圧電体からなる基材に圧力室が設けられ、当該圧力室の内壁面に電極が設けられたものが知られている。このような圧力室基板では、上記電極を介して圧力室の壁面に電圧を印加して当該壁面を変形させることで、圧力室内のインクの圧力を変動させることができる。また、基材の表面や圧力室の内壁面に保護膜を形成することで、基材や電極がインクにより腐食される不具合の発生を抑制する技術がある(例えば、特許文献1)。このような保護膜を有する圧力室基板をインクジェットヘッドに用いる場合には、基材の表面に設けられた上記の保護膜に対してノズル基板が接着される。 As the pressure chamber substrate, there is known one in which a pressure chamber is provided in a substrate made of ceramic piezoelectric material and an electrode is provided on the inner wall surface of the pressure chamber. In such a pressure chamber substrate, the pressure of the ink in the pressure chamber can be varied by applying a voltage to the wall surface of the pressure chamber through the electrode to deform the wall surface. In addition, there is a technology for suppressing the occurrence of a defect in which the substrate and the electrode are corroded by the ink by forming a protective film on the surface of the substrate and the inner wall surface of the pressure chamber (for example, Patent Document 1). When a pressure chamber substrate having such a protective film is used for an inkjet head, the nozzle substrate is adhered to the above-described protective film provided on the surface of the base material.
しかしながら、セラミックスの圧電体からなる基材は、表面に凹凸を有しており、当該表面に対して蒸着やCVD(Chemical Vapor Deposition)といった通常用いられる薄膜形成方法で保護膜を形成すると、形成された保護膜の表面が、基材の表面の凹凸よりも段差の大きな凹凸を有した状態となりやすい。このような凹凸を表面に有する保護膜に対して接着剤を介してノズル基板を接着すると、保護膜とノズル基板との間に混入した異物の周囲に接着剤の空隙が生じやすくなる。接着剤に空隙があると、ノズルに対するインクの供給経路から当該空隙へのインクの漏れが生じ得るという課題がある。このようなインクの漏れは、ノズルへのインク供給量を低減させたり、ノズル間での意図しないインクの流通経路を生じさせたりするため、ノズルへのインク供給に異常が生じてインク吐出不良の発生に繋がる。 However, a substrate made of ceramic piezoelectric material has irregularities on the surface, and is formed when a protective film is formed on the surface by a commonly used thin film forming method such as vapor deposition or CVD (Chemical Vapor Deposition). The surface of the protective film is likely to be in a state in which the unevenness of the step is larger than the unevenness of the surface of the base material. When the nozzle substrate is adhered to the protective film having such irregularities on the surface through an adhesive, voids of the adhesive are likely to be generated around foreign substances mixed between the protective film and the nozzle substrate. If the adhesive has a void, there is a problem that the ink may leak from the ink supply path to the nozzle to the void. Such a leak of ink reduces the amount of ink supplied to the nozzles or causes an unintended ink flow path between the nozzles, causing an abnormality in the ink supply to the nozzles and causing an ink discharge failure. It leads to the occurrence.
この発明の目的は、接着剤の層におけるインクの漏れの発生を抑制することができるインクジェットヘッド、インクジェット記録装置及びインクジェットヘッドの製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an ink jet head, an ink jet recording apparatus, and a method of manufacturing the ink jet head which can suppress the occurrence of ink leakage in the adhesive layer.
上記目的を達成するため、請求項1に記載のインクジェットヘッドの発明は、
ノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドであって、
セラミックスの圧電体からなる基材を有し、変形に応じて内部に貯留されたインクの圧力を変動させる圧力室が当該基材に設けられている圧力室基板と、
前記圧力室基板の表面のうち前記基材がなす所定の面に固着され、前記圧力室に連通するインク流路が設けられている中間基板と、
前記中間基板の前記圧力室基板側とは反対側の面に設けられた保護膜と、
前記保護膜の前記中間基板側とは反対側の面に接着剤を介して接着され、前記インク流路を介して前記圧力室に連通する前記ノズルが設けられているノズル基板と、
を備え、
前記中間基板の前記保護膜が設けられている面の表面は、前記圧力室基板の前記所定の面の表面よりも、表面粗さが小さい。
In order to achieve the above object, the invention of an ink jet head according to
An inkjet head that ejects ink from a nozzle,
A pressure chamber substrate having a base made of ceramic piezoelectric material and provided with a pressure chamber for changing the pressure of the ink stored therein according to the deformation;
An intermediate substrate fixed to a predetermined surface of the surface of the pressure chamber substrate and made by the base material and provided with an ink flow path communicating with the pressure chamber;
A protective film provided on the surface of the intermediate substrate opposite to the pressure chamber substrate side;
A nozzle substrate provided with the nozzle which is adhered to the surface of the protective film opposite to the intermediate substrate via an adhesive and which communicates with the pressure chamber through the ink flow path;
Equipped with
The surface of the surface of the intermediate substrate on which the protective film is provided has a smaller surface roughness than the surface of the predetermined surface of the pressure chamber substrate.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記中間基板は、Si、金属又はガラスからなる。
The invention according to claim 2 is the inkjet head according to
The intermediate substrate is made of Si, metal or glass.
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記保護膜は、Ti、Al、Zr、Cr、Hf、Ni、Ta及びSiの少なくとも一つを含む無機酸化物若しくは無機窒化物、又はポリパラキシリレンである。
The invention according to claim 3 is the inkjet head according to
The protective film is an inorganic oxide or inorganic nitride containing at least one of Ti, Al, Zr, Cr, Hf, Ni, Ta and Si, or polyparaxylylene.
請求項4に記載の発明は、請求項1から3のいずれか一項に記載のインクジェットヘッドにおいて、
インクを外部に排出するインク排出口を備え、
前記圧力室基板には、前記インク排出口に連通する第1排出流路が設けられており、
前記インク流路は、前記圧力室から当該インク流路に供給されたインクの一部を前記圧力室基板の前記第1排出流路に導く第2排出流路を有する。
The invention according to claim 4 is the ink jet head according to any one of
Equipped with an ink outlet for discharging ink to the outside,
The pressure chamber substrate is provided with a first discharge flow passage communicating with the ink discharge port,
The ink flow path has a second discharge flow path for guiding a part of the ink supplied from the pressure chamber to the ink flow path to the first discharge flow path of the pressure chamber substrate.
請求項5に記載の発明は、請求項1から4のいずれか一項に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記中間基板の前記保護膜が設けられている面の表面は、前記圧力室基板の前記所定の面の表面よりも、対象の表面に沿った平面から当該表面までの高さの絶対値を二次元の範囲で平均した値を表す算術平均粗さSaが小さい。
The invention according to claim 5 is the ink jet head according to any one of
The surface of the surface on which the protective film of the intermediate substrate is provided has an absolute value of the height from the plane along the surface of the object to the surface of the surface of the predetermined surface of the pressure chamber substrate. Arithmetic mean roughness Sa representing values averaged over a range of dimensions is small.
また、上記目的を達成するため、請求項6に記載のインクジェット記録装置の発明は、
請求項1から5のいずれか一項に記載のインクジェットヘッドを備える。
In order to achieve the above object, the invention of an inkjet recording apparatus according to claim 6 is:
The inkjet head according to any one of
また、上記目的を達成するため、請求項7に記載のインクジェットヘッドの製造方法の発明は、
ノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドの製造方法であって、
セラミックスの圧電体からなる基材に、変形に応じて内部に貯留されたインクの圧力を変動させる圧力室を形成し、前記基材を有する圧力室基板を製造する工程、
前記圧力室基板の表面のうち前記基材がなす所定の面に対して、インク流路が設けられた所定の中間基板を、前記インク流路が前記圧力室に連通するように固着させる工程、
前記中間基板の前記圧力室基板側とは反対側の面に保護膜を形成する工程、
前記ノズルが設けられたノズル基板を、前記ノズルが前記インク流路を介して前記圧力室に連通するように、前記保護膜の前記中間基板側とは反対側の面に接着剤を介して接着する工程、
を含み、
前記中間基板の前記保護膜が設けられている面の表面は、前記圧力室基板の前記所定の面の表面よりも、表面粗さが小さい。
In order to achieve the above object, the invention of the method of manufacturing an ink jet head according to claim 7 is:
A method of manufacturing an ink jet head for discharging ink from a nozzle, comprising:
Forming a pressure chamber for changing the pressure of the ink stored therein according to the deformation on a substrate made of ceramic piezoelectric material, and manufacturing a pressure chamber substrate having the substrate;
Fixing a predetermined intermediate substrate provided with an ink flow passage to a predetermined surface of the pressure chamber substrate made by the base material so that the ink flow passage communicates with the pressure chamber;
Forming a protective film on the surface of the intermediate substrate opposite to the pressure chamber substrate side;
The nozzle substrate provided with the nozzle is adhered to the surface of the protective film opposite to the intermediate substrate via an adhesive so that the nozzle communicates with the pressure chamber via the ink flow path. The process to
Including
The surface of the surface of the intermediate substrate on which the protective film is provided has a smaller surface roughness than the surface of the predetermined surface of the pressure chamber substrate.
本発明に従うと、接着剤の層におけるインクの漏れの発生を抑制することができるという効果がある。 According to the present invention, there is an effect that the occurrence of ink leakage in the adhesive layer can be suppressed.
以下、本発明のインクジェットヘッド、インクジェット記録装置及びインクジェットヘッドの製造方法に係る実施の形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, an embodiment according to an inkjet head, an inkjet recording apparatus, and a method of manufacturing an inkjet head of the present invention will be described based on the drawings.
図1は、本発明の実施形態であるインクジェット記録装置100の概略構成を示す図である。
インクジェット記録装置100は、搬送部80と、ヘッドユニット90などを備える。
FIG. 1 is a view showing a schematic configuration of an
The
搬送部80は、図1のX方向に延びる回転軸を中心に回転する2本の搬送ローラー81、82により内側が支持された輪状の搬送ベルト83を備える。搬送部80は、搬送ベルト83の搬送面上に記録媒体Mが載置された状態で搬送ローラー81が図示略の搬送モーターの動作に応じて回転して搬送ベルト83が周回移動することで記録媒体Mを搬送ベルト83の移動方向(搬送方向;図1のY方向)に搬送する。
The
記録媒体Mは、一定の寸法に裁断された枚葉紙とすることができる。記録媒体Mは、図示略の給紙装置により搬送ベルト83上に供給され、ヘッドユニット90からインクが吐出されて画像が記録された後に搬送ベルト83から所定の排紙部に排出される。なお、記録媒体Mとしては、ロール紙が用いられてもよい。また、記録媒体Mとしては、普通紙や塗工紙といった紙のほか、布帛又はシート状の樹脂等、表面に着弾したインクを定着させることが可能な種々の媒体を用いることができる。
The recording medium M can be a sheet that has been cut to size. The recording medium M is supplied onto the
ヘッドユニット90は、搬送部80により搬送される記録媒体Mに対して画像データに基づいて適切なタイミングでインクを吐出して画像を記録する。本実施形態のインクジェット記録装置100では、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の4色のインクにそれぞれ対応する4つのヘッドユニット90が記録媒体Mの搬送方向上流側からY,M,C,Kの色の順に所定の間隔で並ぶように配列されている。なお、ヘッドユニット90の数は3つ以下又は5つ以上であってもよい。
The
図2は、ヘッドユニット90の内部構成を示す斜視図である。
ヘッドユニット90は、保持基板91と、保持基板91に設けられた貫通孔に篏合した状態で固定部材92により保持基板91に固定された複数の(ここでは6つの)インクジェットヘッド1とを有する。インクジェットヘッド1は、外装部材40の内部に主要な構成要素が収容された構成を有している。また、インクジェットヘッド1は、ノズルの開口部が設けられたノズル開口面が保持基板91の貫通孔から下方に向けて露出した状態で保持基板91に固定されている。
FIG. 2 is a perspective view showing an internal configuration of the
The
インクジェットヘッド1では、インクを吐出する複数のノズル111(図3)が記録媒体Mの搬送方向と交差する方向(本実施形態では搬送方向と直交する幅方向、すなわちX方向)に配列されている。また、各インクジェットヘッド1では、X方向に一次元配列されたノズルからなるノズル列が2列設けられており、当該複数のノズル列は、ノズルの位置が互いにX方向にずれる位置関係で設けられている。なお、ノズル列の数は2列に限られず、1列又は3列以上であっても良い。
また、インクジェットヘッド1には、インクジェットヘッド1内に供給されるインクが流入するインレット41と、インクジェットヘッド1から排出されるインクが流出するアウトレット42(インク排出口)とが設けられている。
In the
Further, the
各ヘッドユニット90における6つのインクジェットヘッド1は、ノズルのX方向についての配置範囲が、搬送ベルト83上の記録媒体Mのうち画像が記録可能な領域のX方向についての幅をカバーするように千鳥格子状に配置されている。このようにインクジェットヘッド1が配置されたインクジェット記録装置100では、ヘッドユニット90を固定した状態でインクジェットヘッド1から画像データに応じた適切なタイミングでインクを吐出することで、搬送される記録媒体M上に画像を記録することができる。すなわち、インクジェット記録装置100は、シングルパス方式で画像を記録する。
The six
次に、インクジェットヘッド1の構成について説明する。
図3は、インクジェットヘッド1の主要部の分解斜視図である。
図3では、インクジェットヘッド1の構成部材のうち、外装部材40の内部に収容されている主要な構成部材が示されている。具体的には、図3では、ノズル111が設けられたノズル基板11を有するヘッドチップ10と、ヘッドチップ10に固着された配線基板20と、配線基板20に電気的に接続されたFPC30(Flexible Printed Circuit)とが示されている。図3では、ノズル基板11のノズル開口面が上方となるように、すなわち図2とは上下が反転されるように各部材が描かれている。以下では、各基板の−Z方向側の面を上面、+Z方向側の面を下面とも記す。
Next, the configuration of the
FIG. 3 is an exploded perspective view of the main part of the
In FIG. 3, among the constituent members of the
ヘッドチップ10は、X方向に長尺な略四角柱状の部材であり、ノズル基板11と、ノズル111に連通するインク流路121が設けられた流路基板12(中間基板)と、インク流路121を介してノズル111に連通する圧力室131等が設けられた圧力室基板13とが積層された構造を有している。
The
このうち圧力室基板13は、セラミックスの圧電体(電圧の印加に応じて変形する部材)からなる基材130を有している。具体的には、圧力室基板13は、直方体形状の板状の圧電体からなる基材130を加工して貫通孔や凹部を形成することで基材130に圧力室131及び共通インク排出流路132(第1排出流路)を設け、圧力室131の壁面等に金属の電極(駆動電極133及び接続電極135(図4))を形成することで得られた基板である。
ここで、セラミックスは、無機物を焼結して得られた材料である。このようなセラミックスからなる圧電体の例としては、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛などが挙げられる。本実施形態の圧力室基板13では、PZTからなる基材130が用いられている。
Among them, the
Here, the ceramic is a material obtained by sintering an inorganic substance. Examples of piezoelectrics made of such ceramics include PZT (lead zirconate titanate), lithium niobate, barium titanate, lead titanate, and lead metaniobate. In the
圧力室基板13の圧力室131は、基材130のうちZ方向から見てノズル111と重なる位置に各々設けられた貫通孔であり、X−Y平面に沿った断面がY方向に長い矩形をなしている。本実施形態の圧力室基板13では、複数の圧力室131がX方向に沿って2つの列をなすように配置されている。また、各圧力室131のX方向の位置が互いに異なるように、圧力室131がなす2つの列のX方向の位置がずらされている。すなわち、圧力室基板13では、複数の圧力室131が千鳥格子状に配列されている。
各圧力室131には、配線基板20に設けられたインク供給口201を介してインクが供給される。また、各圧力室131は、流路基板12のインク流路121を介してノズル111に連通している。
The
Ink is supplied to each
図4は、圧力室基板13の拡大平面図である。図4は、圧力室基板13のうち圧力室131の近傍部分を図3の下方から(+Z方向側から)見た平面図である。
図4に示されるように、各圧力室131は、X方向に隣り合う圧力室131との間が圧電体の隔壁134により仕切られている。各圧力室131の隔壁134の内壁面には、金属の駆動電極133が設けられている。また、基材130の表面のうち圧力室131の開口部の−Y方向側の近傍領域には、駆動電極133に電気的に接続された金属の接続電極135が設けられている。接続電極135は、図3に示される配線基板20の配線203、及びFPC30の配線31を介して外部の駆動回路に電気的に接続される。
FIG. 4 is an enlarged plan view of the
As shown in FIG. 4, each
圧力室基板13では、接続電極135を介して駆動電極133に印加された駆動信号に応じて隔壁134がシェアモード型の変位を繰り返すことで、圧力室131内のインクの圧力が変動する。この圧力の変動に応じて、圧力室131内のインクがインク流路121を介してノズル111から吐出される。
なお、図4におけるX方向について一つ置きの圧力室131の形成位置に、圧力室131に代えて、インクが供給されない空気室を設けても良い。このような構成とすることで、一の圧力室131に隣接する隔壁134が変形した際に、他の圧力室131に当該変形の影響が及ばないようにすることができる。
In the
Note that, instead of the
図3に示されるように、圧力室基板13には、圧力室131から流路基板12のインク流路121に供給されたインクのうちノズル111から吐出されなかったインクの一部が戻入する共通インク排出流路132が設けられている。共通インク排出流路132は、Y方向について複数の圧力室131を挟む位置に一つずつ設けられている。共通インク排出流路132は、Y方向の端部近傍で、基材130の流路基板12側の表面に沿ってX方向に延びる溝状の水平共通排出流路132aと、水平共通排出流路132aの+X方向の端部で水平共通排出流路132aに接続され基材130をZ方向に貫通する垂直共通排出流路132bと、からなる。流路基板12のインク流路121から水平共通排出流路132aに戻入したインクは、垂直共通排出流路132b、及び配線基板20に設けられた排出孔202を通ってアウトレット42からインクジェットヘッド1の外部に排出される。
As shown in FIG. 3, in the
流路基板12は、平面視で圧力室基板13と略同等の大きさを有する直方体形状の板状部材である。流路基板12は、圧力室基板13の表面のうち基材130がなす上面(所定の面)に接着剤を介して接着(固着)されている。本実施形態の流路基板12は、シリコン(Si)の基板からなる。流路基板12の厚さは、特には限られないが、数百μm程度とされる。
The
流路基板12に設けられたインク流路121は、Z方向から見て圧力室131の形成位置と重なる位置において流路基板12を貫通する貫通流路122と、貫通流路122から分岐する個別インク排出流路123(第2排出流路)と、を有している。
貫通流路122のX−Y平面に平行な断面形状は、圧力室131の断面形状と略同一の矩形となっている。貫通流路122は、圧力室基板13側の開口部が圧力室131に接続され、ノズル基板11側の開口部がノズル111に接続されている。
個別インク排出流路123は、貫通流路122のノズル基板11側の開口部から流路基板12の表面に沿ってY方向の端部側に延びる溝状の水平個別排出流路123aと、当該水平個別排出流路123aの端部から流路基板12を貫通するように設けられた垂直個別排出流路123bとを有する。垂直個別排出流路123bの圧力室基板13側の開口部は、共通インク排出流路132の水平共通排出流路132aに接続されている。したがって、個別インク排出流路123は、貫通流路122から水平個別排出流路123aに流入したインクを垂直個別排出流路123bを介して共通インク排出流路132に導く。
The
A cross-sectional shape parallel to the X-Y plane of the through
The individual
このように、流路基板12に設けられた個別インク排出流路123、及び圧力室基板13に設けられた共通インク排出流路132により、圧力室131内のインクのうちノズル111から吐出されなかったインクを排出するためのインク排出流路が構成される。
Thus, the ink in the
ノズル基板11は、厚さ方向(Z方向)に貫通する孔であるノズル111が千鳥格子状の配置で2列設けられているシリコン基板である。各ノズル111は、Z方向から見て、流路基板12のインク流路121のうち貫通流路122と重なる位置に設けられている。ノズル基板11の平面形状は、流路基板12及び圧力室基板13とほぼ同一である。ノズル基板11の厚さは、例えば数十μmから数百μm程度である。
なお、ノズル111の内壁面は、Z方向に垂直な断面積が、インク吐出側の開口部に近いほど小さくなるようなテーパー形状を有していても良い。また、ノズル基板11は、ポリイミド等の樹脂や、金属などにより構成されていても良い。
The
The inner wall surface of the
配線基板20は、接着剤を介してヘッドチップ10の下面に接着されている。配線基板20は、ヘッドチップ10との接合領域を確保する観点からヘッドチップ10(圧力室基板13)の面積よりも大きな面積を有する平板状の基板とされている。配線基板20としては、例えばガラス、セラミックス、シリコン、プラスチックなどの基板を用いることができる。
The
配線基板20には、Z方向から見て圧力室基板13の複数の圧力室131と重なる位置に複数のインク供給口201が設けられており、また、一対の垂直共通排出流路132bと重なる位置に一対の排出孔202が設けられている。また、配線基板20の圧力室基板13との接着面には、複数のインク供給口201の各々の端部から配線基板20の端部に向かって−Y方向に延びる複数の配線203が設けられている。
配線基板20の下面には、図示しないインクマニホールド(共通インク室)が接続されており、当該インクマニホールドからインク供給口201にインクが供給される。
The
An ink manifold (common ink chamber) (not shown) is connected to the lower surface of the
ヘッドチップ10(圧力室基板13)と配線基板20とは、導電性粒子を含有させた導電性接着剤を介して接着される。これにより、圧力室基板13の表面の接続電極135と、配線基板20上の配線203とが、導電性粒子を介して電気的に接続される。
The head chip 10 (pressure chamber substrate 13) and the
また、配線基板20のうち配線203が設けられている端部には、FPC30が、例えばACF(Anisotropic Conductive Film:異方性導電フィルム)を介して接続される。この接続により、配線基板20の複数の配線203と、FPC30上の複数の配線31とが、一対一で対応するようにそれぞれ電気的に接続される。
Further, the
図5は、ヘッドチップ10及び配線基板20の拡大断面図である。図5は、複数の圧力室131を通る位置におけるヘッドチップ10及び配線基板20のY方向に垂直な断面が示されている。
FIG. 5 is an enlarged sectional view of the
図5に示されるように、本実施形態のインクジェットヘッド1では、接着剤を介して接着された流路基板12、圧力室基板13及び配線基板20からなる積層基板の表面に保護膜14が設けられている。以下では、流路基板12、圧力室基板13及び配線基板20からなる積層基板を保護膜形成対象積層基板と記す。
保護膜14は、流路基板12の上面と、配線基板20の下面と、保護膜形成対象積層基板の内部においてインクが通る流路の内壁面と、保護膜形成対象積層基板における側面と、に設けられている。ここで、保護膜形成対象積層基板においてインクが通る流路は、インク流路121(貫通流路122及び個別インク排出流路123)と、圧力室131と、共通インク排出流路132と、インク供給口201と、排出孔202である。
また、ノズル基板11は、保護膜形成対象積層基板のうち流路基板12の上面に設けられた保護膜14に対して接着剤を介して接着されている。
As shown in FIG. 5, in the
The
Further, the
保護膜14としては、特には限られないが、例えばポリパラキシリレンといった有機保護膜や、Ti、Al、Zr、Cr、Hf、Ni、Ta及びSiの少なくとも一つを含む無機酸化物又は無機窒化物からなる保護膜を用いることができる。
このような保護膜14を設けることで、上記の積層構造においてインクが通る流路がインクにより腐食したり、上記の積層構造の外面に付着したインクがヘッドチップ10内に侵入して流路を侵食したりする不具合の発生を抑制することができる。
The
By providing such a
このように、流路基板12の上面に保護膜14を設けた上で保護膜14にノズル基板11を接着することで、当該接着剤の層に空隙が生じるのを抑えることができる。以下では、この点について詳しく説明する。
As described above, by providing the
図6は、本実施形態のインクジェットヘッド1の構成により得られる効果を説明する図である。図6(a)は、本実施形態のヘッドチップ10の模式断面図であって、図5における領域Rを拡大して示したものである。図6(b)は、流路基板12を設けずに圧力室基板13の上面に直接保護膜14を形成した比較例の模式断面図である。
FIG. 6 is a view for explaining the effects obtained by the configuration of the
図6(b)に示されるように、セラミックスの圧電体からなる基材130が露出した圧力室基板13の上面は、凹凸を有している。このため、圧力室基板13の表面を下地として蒸着やCVD(Chemical Vapor Deposition)といった通常用いられる薄膜形成方法で保護膜14を設けると、図6(b)に示されるように、形成された保護膜14の表面が、圧力室基板13の表面の凹凸よりも段差(高低差)の大きな凹凸を有した状態となりやすい。
また、このような凹凸を有する比較例の保護膜14に対して接着剤16を介してノズル基板11を接着すると、保護膜14とノズル基板11との間に異物Aが混入した場合に、異物Aの周囲に接着剤16が回り込みにくいため、異物Aの周囲に接着剤16の空隙Bが生じやすくなる。このように接着剤16に空隙Bがあると、ノズル111へのインクの供給経路から当該空隙Bにインクが漏れてしまう場合がある。このようなインクの漏れは、ノズル111へのインク供給量を低減させたり、接着剤16の層においてノズル間での意図しないインクの流通経路(インクのリーク経路)を生じさせたりするため、ノズル111へのインク供給に異常が生じてインク吐出不良に繋がる。
As shown in FIG. 6B, the upper surface of the
Further, when the
これに対し、図6(a)に示される本実施形態のヘッドチップ10では、圧力室基板13に対して接着剤15を介して流路基板12が接着され、流路基板12上に保護膜14が形成され、当該保護膜14に対して接着剤16を介してノズル基板11が接着されている。
図6(a)に示されるように、シリコン基板からなる流路基板12の上面は、凹凸を有していないか、凹凸がごく僅かである。したがって、流路基板12の上面の表面は、圧力室基板13の上面の表面よりも表面粗さより小さくなっている。表面粗さのパラメーターの一つである算術平均粗さSaを用いた場合、本実施形態のヘッドチップ10では、流路基板12の上面の算術平均粗さSaは0.004μmであり、圧力室基板13の上面の算術平均粗さSaは0.336μmとなっている。ここで、算術平均粗さSaは、対象の表面に沿った平面から当該表面までの高さの絶対値を二次元の範囲で平均した値を表す。
On the other hand, in the
As shown in FIG. 6A, the upper surface of the
図6(a)に示される本実施形態のヘッドチップ10では、このように表面粗さが圧力室基板13の表面粗さより小さい流路基板12の上面に保護膜14が設けられた結果、保護膜14の表面の表面粗さが、図6(b)における保護膜14の表面の表面粗さよりも小さくなっている。
In the
図7は、シリコン基板の表面、PZT基板の表面、及びこれらの各基板上に保護膜を形成した場合の当該保護膜の表面をそれぞれ撮影した写真である。
図7の左上及び左下の写真にそれぞれ示されるように、シリコン基板(本実施形態の流路基板12に相当)の表面や、シリコン基板上に形成した保護膜(図6(a)における保護膜14に相当)の表面には、ほとんど凹凸が観察されない。
一方、図7の右上及び右下の写真にそれぞれ示されるように、PZT基板(圧力室基板13の基材130に相当)の表面や、PZT基板上に設けた保護膜(図6(b)における保護膜14に相当)の表面には、多数の凹凸が観察される。特に、PZT基板上に設けた保護膜の表面には、PZT基板の表面における凹凸よりも大きな凹凸が生じているのが分かる。
FIG. 7 is a photograph of the surface of the silicon substrate, the surface of the PZT substrate, and the surface of the protective film when the protective film is formed on each of these substrates.
As shown in the upper left and lower left photographs of FIG. 7, respectively, the surface of the silicon substrate (corresponding to the
On the other hand, as shown in the upper right and lower right photographs of FIG. 7, respectively, a protective film provided on the surface of the PZT substrate (corresponding to the
図7の左下の写真や、図6(a)に示されるように、本実施形態におけるシリコン基板からなる流路基板12上に形成された保護膜14の表面には、ほとんど凹凸が生じない。このため、このような保護膜14に対して接着剤16を介してノズル基板11を接着した場合に、保護膜14とノズル基板11との間に異物Aが混入したとしても、異物Aの周囲に接着剤16が回り込みやすく、空隙Bが生じにくい。この結果、接着剤16の層にインクが侵入しにくく、当該接着剤16の層を介したノズル間のインクの漏れの発生を抑制することができる。
As shown in the lower left picture of FIG. 7 and FIG. 6A, the surface of the
なお、図6(a)及び図7では、流路基板12の材質がシリコンである場合を例に挙げて説明したが、流路基板12としては、圧電体からなる基材130よりも表面粗さが小さい種々の材質のものを用いることができる。例えば、流路基板12としてステンレス鋼や42アロイといった金属、又はガラスなどを用いても良い。
6A and 7, the case where the material of the
次に、インクジェットヘッド1の製造方法について説明する。
図8は、インクジェットヘッド1の製造方法を説明する模式断面図である。
Next, a method of manufacturing the
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view for explaining the method of manufacturing the
当該製造方法では、まず、流路基板12、圧力室基板13及び配線基板20を製造する(図8のステップS1)。すなわち、シリコン基板にインク流路121を形成して流路基板12を製造する。また、圧電体からなる基材130に圧力室131及び共通インク排出流路132を形成し、基材130に駆動電極133及び接続電極135を形成して圧力室基板13を製造する。また、所定の材質の基板にインク供給口201、排出孔202及び配線203を形成して配線基板20を製造する。
In the manufacturing method, first, the
次に、接着剤を介して流路基板12、圧力室基板13及び配線基板20を接着して積層させ、保護膜形成対象積層基板を製造する(図8のステップS2)。
Next, the
次に、保護膜形成対象積層基板の表面、及び保護膜形成対象積層基板の内部においてインクが通る流路の内壁面に、公知の気相成長法などにより保護膜14を形成する(図8のステップS3)。このステップでは、例えば、保護膜14としてポリパラキシリレンを用いる場合には、蒸着法を用いることができる。また、保護膜14としてTi、Al、Zr、Cr、Hf、Ni、Ta及びSiの少なくとも一つを含む無機酸化物又は無機窒化物を用いる場合には、CVD法やスパッタリング法などを用いることができる。
Next, the
次に、保護膜形成対象積層基板のうち流路基板12の上面に形成された保護膜14に対し、接着剤を介して、予め製造されたノズル基板11を接着する(図8のステップS4)。
以降、配線基板20にFPC30を接合し、ヘッドチップ10、配線基板20及びFPC30を他の構成部材とともに外装部材40内に組み込んでインクジェットヘッド1が完成する。
Next, the
Thereafter, 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1は、ノズル111からインクを吐出するインクジェットヘッド1であって、セラミックスの圧電体からなる基材130を有し、変形に応じて内部に貯留されたインクの圧力を変動させる圧力室131が当該基材130に設けられている圧力室基板13と、圧力室基板13の表面のうち基材130がなす所定の面に固着され、圧力室131に連通するインク流路121が設けられている流路基板12と、流路基板12の圧力室基板13側とは反対側の面に設けられた保護膜14と、保護膜14の流路基板12側とは反対側の面に接着剤16を介して接着され、インク流路121を介して圧力室131に連通するノズル111が設けられているノズル基板11と、を備え、流路基板12の保護膜14が設けられている面の表面は、圧力室基板13の上記所定の面の表面よりも、表面粗さが小さい。
このような構成によれば、圧電体からなる基材130上に直接保護膜14を形成する構成と比較して、保護膜14の表面における凹凸の段差を小さくすることができる。このような保護膜14の表面に対して接着剤16を介してノズル基板11を接着することで、保護膜14とノズル基板11との間に異物が混入した場合においても、異物の周囲に接着剤16が回り込みやすくなり、接着剤16中に空隙が生じにくくなる。これにより、接着剤16の層にインクが侵入しにくくなり、当該接着剤16の層におけるインクの漏れの発生を抑制することができる。この結果、ノズル111へのインク供給量が低減したり、接着剤16の層においてノズル間での意図しないインクの流通経路が生じたりして、ノズル111への所望のインク供給ができなくなる不具合の発生を抑制することができる。
As described above, the
According to such a configuration, as compared with the configuration in which the
また、流路基板12として、Si、金属又はガラスからなる基板を用いることで、流路基板12の保護膜14が設けられる面の表面粗さを、より確実に圧力室基板13の上記所定の面の表面粗さよりも小さくすることができる。また、流路基板12の表面状態によっては、流路基板12上に形成された保護膜14の表面にほとんど凹凸が生じないようにすることができる。このため、保護膜14とノズル基板11との間の接着剤16において空隙をより生じにくくすることができる。
Further, by using a substrate made of Si, metal or glass as the
また、保護膜14として、Ti、Al、Zr、Cr、Hf、Ni、Ta及びSiの少なくとも一つを含む無機酸化物若しくは無機窒化物、又はポリパラキシリレンを用いることで、圧力室基板13の基材130がインクにより浸食される不具合の発生を効果的に抑制することができる。
Further, by using an inorganic oxide or inorganic nitride containing at least one of Ti, Al, Zr, Cr, Hf, Ni, Ta, and Si, or polyparaxylylene as the
また、上記実施形態のインクジェットヘッド1は、インクを外部に排出するアウトレット42を備え、圧力室基板13には、アウトレット42に連通する共通インク排出流路132が設けられており、インク流路121は、圧力室131から当該インク流路121に供給されたインクの一部を圧力室基板13の共通インク排出流路132に導く個別インク排出流路123を有する。このような構成によれば、圧力室131内のインクのうちノズル111から吐出されなかったインクの一部を気泡や異物とともにアウトレット42から排出することができる。これにより、圧力室131内のインクに適正な圧力が印加できない不具合や、ノズル111が異物で詰まる不具合の発生を抑制することができる。
Further, the
また、流路基板12の保護膜14が設けられている面の表面は、圧力室基板13の上記所定の面の表面よりも、対象の表面に沿った平面から当該表面までの高さの絶対値を二次元の範囲で平均した値を表す算術平均粗さSaが小さい。このように、算術平均粗さSaを用いることで、的確に表面粗さの比較を行うことができる。すなわち、算術平均粗さSaでは、二次元の範囲の平均値を用いるため、表面の微小な傷や異物などによる影響を抑えて、表面の粗さを正確に反映した信頼性の高い値を得ることができる。
Further, the surface of the surface on which the
また、上記実施形態のインクジェット記録装置100は、上記のインクジェットヘッド1を備えるので、インクジェットヘッド1の接着剤16の層におけるインクの漏れの発生を抑制することができる。これによって、インク吐出不良の発生を抑制することができる。
Moreover, since the
また、上記実施形態のインクジェットヘッド1の製造方法は、セラミックスの圧電体からなる基材130に、変形に応じて内部に貯留されたインクの圧力を変動させる圧力室131を形成し、基材130を有する圧力室基板13を製造する工程(図8のステップS1)、圧力室基板13の表面のうち基材130がなす所定の面に対して、インク流路121が設けられた所定の流路基板12を、インク流路121が圧力室131に連通するように固着させる工程(図8のステップS2)、流路基板12の圧力室基板13側とは反対側の面に保護膜14を形成する工程(図8のステップS3)、ノズル111が設けられたノズル基板を、ノズルがインク流路121を介して圧力室131に連通するように、保護膜14の流路基板12側とは反対側の面に接着剤16を介して接着する工程(図8のステップS4)、を含み、流路基板12の保護膜14が設けられている面の表面は、圧力室基板13の上記所定の面の表面よりも、表面粗さが小さい。
このような方法によれば、圧電体からなる基材130上に直接保護膜14を形成する構成と比較して、保護膜14の表面における凹凸の段差を小さくすることができる。これにより、保護膜14とノズル基板11との間に異物が混入した場合においても、接着剤16中に空隙が生じにくくなり、当該接着剤16の層におけるインクの漏れの発生を抑制することができる。この結果、ノズル111へのインク供給量が低減したり、接着剤16の層においてノズル間での意図しないインクの流通経路が生じたりして、ノズル111への所望のインク供給ができなくなる不具合の発生を抑制することができる。
Further, in the method of manufacturing the
According to such a method, as compared with the configuration in which the
なお、本発明は、上記実施形態及び各変形例に限られるものではなく、様々な変更が可能である。
例えば、上記実施形態では、中間基板として、個別インク排出流路123を含むインク流路121が設けられた流路基板12を例に挙げて説明したが、中間基板の構成はこれに限られない。例えば、圧力室131とノズル111とを連通させる貫通流路122(貫通孔)のみからなるインク流路121が設けられた有孔基板を中間基板として用いても良い。
The present invention is not limited to the above embodiment and each modification, and various modifications are possible.
For example, in the above embodiment, the
また、上記実施形態では、流路基板12、圧力室基板13及び配線基板20からなる保護膜形成対象積層基板に対して保護膜14を形成したが、これに限られない。例えば、流路基板12及び圧力室基板13からなる保護膜形成対象積層基板に対して保護膜14を形成し、配線基板20には、保護膜14とは別個の保護膜を形成しても良い。また、単体の流路基板12に対して保護膜14を形成してから他の基板と接着しても良い。
In the above embodiment, the
また、上記実施形態では、中間基板としての流路基板12の表面粗さと、圧力室基板13の表面粗さとの比較に算術平均粗さSaを用いたが、これに限定する趣旨ではない。表面粗さとしては、例えば、二次元の範囲での最大高さSz、最大山高さSp、最大谷深さSv、二乗平均平方根粗さSqなどを用いても良いし、流路基板12や圧力室基板13の所定の断面における一次元方向についての算術平均粗さRa、最大高さRz、最大山高さRp、最大谷深さRv、二乗平均平方根粗さRqなどを用いても良い。
Moreover, although arithmetic mean roughness Sa was used for the comparison with the surface roughness of the flow-path board |
また、上記実施形態では、搬送ベルト83を備える搬送部80により記録媒体Mを搬送する例を用いて説明したが、これに限定する趣旨ではなく、搬送部80は、例えば回転する搬送ドラムの外周面上で記録媒体Mを保持して搬送するものであっても良い。
In the above embodiment, although the example in which the recording medium M is conveyed by the
また、上記実施形態では、シングルパス形式のインクジェット記録装置100を例に挙げて説明したが、インクジェットヘッド1を走査させながら画像の記録を行うインクジェット記録装置に本発明を適用しても良い。
Although the single-pass type
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、本発明の範囲は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲とその均等の範囲を含む。 Although some embodiments of the present invention have been described, the scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, but includes the scope of the invention described in the claims and the equivalents thereof. .
1 インクジェットヘッド
10 ヘッドチップ
11 ノズル基板
111 ノズル
12 流路基板
121 インク流路
122 貫通流路
123 個別インク排出流路
123a 水平個別排出流路
123b 垂直個別排出流路
13 圧力室基板
130 基材
131 圧力室
132 共通インク排出流路
132a 水平共通排出流路
132b 垂直共通排出流路
133 駆動電極
134 隔壁
135 接続電極
14 保護膜
15、16 接着剤
20 配線基板
201 インク供給口
202 排出孔
203 配線
30 FPC
31 配線
40 外装部材
41 インレット
42 アウトレット
80 搬送部
90 ヘッドユニット
100 インクジェット記録装置
M 記録媒体
Claims (7)
セラミックスの圧電体からなる基材を有し、変形に応じて内部に貯留されたインクの圧力を変動させる圧力室が当該基材に設けられている圧力室基板と、
前記圧力室基板の表面のうち前記基材がなす所定の面に固着され、前記圧力室に連通するインク流路が設けられている中間基板と、
前記中間基板の前記圧力室基板側とは反対側の面に設けられた保護膜と、
前記保護膜の前記中間基板側とは反対側の面に接着剤を介して接着され、前記インク流路を介して前記圧力室に連通する前記ノズルが設けられているノズル基板と、
を備え、
前記中間基板の前記保護膜が設けられている面の表面は、前記圧力室基板の前記所定の面の表面よりも、表面粗さが小さいインクジェットヘッド。 An inkjet head that ejects ink from a nozzle,
A pressure chamber substrate having a base made of ceramic piezoelectric material and provided with a pressure chamber for changing the pressure of the ink stored therein according to the deformation;
An intermediate substrate fixed to a predetermined surface of the surface of the pressure chamber substrate and made by the base material and provided with an ink flow path communicating with the pressure chamber;
A protective film provided on the surface of the intermediate substrate opposite to the pressure chamber substrate side;
A nozzle substrate provided with the nozzle which is adhered to the surface of the protective film opposite to the intermediate substrate via an adhesive and which communicates with the pressure chamber through the ink flow path;
Equipped with
An inkjet head having a surface roughness smaller than a surface of the predetermined surface of the pressure chamber substrate, wherein the surface of the intermediate substrate on which the protective film is provided;
前記圧力室基板には、前記インク排出口に連通する第1排出流路が設けられており、
前記インク流路は、前記圧力室から当該インク流路に供給されたインクの一部を前記圧力室基板の前記第1排出流路に導く第2排出流路を有する請求項1から3のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。 Equipped with an ink outlet for discharging ink to the outside,
The pressure chamber substrate is provided with a first discharge flow passage communicating with the ink discharge port,
The ink flow path according to any one of claims 1 to 3, wherein the ink flow path has a second discharge flow path for guiding a part of the ink supplied from the pressure chamber to the ink flow path to the first discharge flow path of the pressure chamber substrate. An inkjet head according to any one of the preceding claims.
セラミックスの圧電体からなる基材に、変形に応じて内部に貯留されたインクの圧力を変動させる圧力室を形成し、前記基材を有する圧力室基板を製造する工程、
前記圧力室基板の表面のうち前記基材がなす所定の面に対して、インク流路が設けられた所定の中間基板を、前記インク流路が前記圧力室に連通するように固着させる工程、
前記中間基板の前記圧力室基板側とは反対側の面に保護膜を形成する工程、
前記ノズルが設けられたノズル基板を、前記ノズルが前記インク流路を介して前記圧力室に連通するように、前記保護膜の前記中間基板側とは反対側の面に接着剤を介して接着する工程、
を含み、
前記中間基板の前記保護膜が設けられている面の表面は、前記圧力室基板の前記所定の面の表面よりも、表面粗さが小さいインクジェットヘッドの製造方法。 A method of manufacturing an ink jet head for discharging ink from a nozzle, comprising:
Forming a pressure chamber for changing the pressure of the ink stored therein according to the deformation on a substrate made of ceramic piezoelectric material, and manufacturing a pressure chamber substrate having the substrate;
Fixing a predetermined intermediate substrate provided with an ink flow passage to a predetermined surface of the pressure chamber substrate made by the base material so that the ink flow passage communicates with the pressure chamber;
Forming a protective film on the surface of the intermediate substrate opposite to the pressure chamber substrate side;
The nozzle substrate provided with the nozzle is adhered to the surface of the protective film opposite to the intermediate substrate via an adhesive so that the nozzle communicates with the pressure chamber via the ink flow path. The process to
Including
A surface of the surface of the intermediate substrate on which the protective film is provided has a smaller surface roughness than a surface of the predetermined surface of the pressure chamber substrate.
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