JP3108775B2 - Ink jet recording head - Google Patents

Ink jet recording head

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JP3108775B2
JP3108775B2 JP17790192A JP17790192A JP3108775B2 JP 3108775 B2 JP3108775 B2 JP 3108775B2 JP 17790192 A JP17790192 A JP 17790192A JP 17790192 A JP17790192 A JP 17790192A JP 3108775 B2 JP3108775 B2 JP 3108775B2
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projection
protrusion
cavity
substrate
diaphragm
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宣昭 岡沢
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、インク吐出ノズルの高
密度化と、小型化を図った、インクジェット記録ヘッド
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ink jet recording head in which the density and size of ink discharge nozzles are increased.

【0002】[0002]

【従来の技術】微細なノズルより液滴を飛翔させて記録
を行う原理の一つとして、電気機械変換素子を用いるカ
イザー方式がある。この方式を用いて、ノズル3、キャ
ビティ4の間隔を狭少化し、かつ電気機械変換素子の発
生力を確実にキャビティ4に伝達するための手法が特開
平3−15555に提案されている。この手法の断面図
を図10に示す。図中の圧電素子7はバイモルフ型であ
る。ノズル3とキャビティ4が垂直に連通した方式で、
平面上に極めて多数のノズル3を形成し、キャビティ4
の極めて薄い(1.4μm)ダイヤフラム部の外側に突
起5を設け、この突起5の端面を圧電素子7で押圧させ
るという手法である。圧電素子7に電圧を印加すると、
圧電素子7がキャビティ4側に変位して、突起を押圧す
る。これに伴ってダイヤフラム部も変形して、キャビテ
ィ4の体積を変化させるので、この体積変化分の約1/
2(吐出効率50%の場合。通常、インクジェットヘッ
ドではキャビティの体積変化の約50%がノズルから吐
出する)に相当するインクがノズル2から吐出すること
になる。
2. Description of the Related Art As one of the principles of performing recording by causing droplets to fly from fine nozzles, there is a Kaiser system using an electromechanical transducer. Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-15555 proposes a method for narrowing the distance between the nozzle 3 and the cavity 4 and reliably transmitting the generated force of the electromechanical transducer to the cavity 4 using this method. A cross-sectional view of this technique is shown in FIG. The piezoelectric element 7 in the figure is of a bimorph type. Nozzle 3 and cavity 4 communicate vertically,
An extremely large number of nozzles 3 are formed on a plane,
In this method, a projection 5 is provided outside the extremely thin (1.4 μm) diaphragm portion, and the end face of the projection 5 is pressed by the piezoelectric element 7. When a voltage is applied to the piezoelectric element 7,
The piezoelectric element 7 is displaced toward the cavity 4 and presses the protrusion. Along with this, the diaphragm portion also deforms and changes the volume of the cavity 4, so that about 1 /
2 (in the case where the ejection efficiency is 50%; usually, about 50% of the change in the volume of the cavity is ejected from the nozzle in the ink jet head).

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術では、突起は第2基板2に対してエッチング等で形成
されているため、大きな位置ずれはないが、第1基板1
と第2基板2を接合する際にキャビティ4の中心軸と突
起5の中心軸は、ずれる可能性がある。ノズルを高密度
化し、キャビティ4の幅を狭めていけば、その位置ずれ
は僅かであってもインク吐出特性に大きな影響を与え
る。キャビティ4の中心軸と突起5の中心軸がずれる
と、第2基板2の変形能力が劣化するからである。
In the prior art, however, the projections are formed on the second substrate 2 by etching or the like.
The center axis of the cavity 4 and the center axis of the protrusion 5 may be deviated when joining the second substrate 2 with the second substrate 2. If the density of the nozzles is increased and the width of the cavity 4 is reduced, even a slight displacement will greatly affect the ink ejection characteristics. If the central axis of the cavity 4 and the central axis of the protrusion 5 are shifted, the deformability of the second substrate 2 is deteriorated.

【0004】また、ノズルの高密度化に伴いキャビティ
4を小型化していくと、所望のインク吐出量を得るため
には、必然的にノズル列(各ノズルを結んだ直線方向)
と直交する方向にキャビティ4を伸ばし、それと同時に
第2基板2上の突起5を伸ばして、キャビティ4上の第
2基板2の面積を稼ぎ、バイモルフ型圧電素子あるい
は、積層型圧電素子の変位をキャビティ4上の第2基板
2全体に伝えるようにしなければならない。
When the size of the cavity 4 is reduced in accordance with the increase in the density of the nozzles, it is inevitable to obtain a desired amount of ink to be ejected from the nozzle array (in the linear direction connecting the nozzles).
The cavity 4 is extended in a direction orthogonal to the direction of the arrow, and at the same time, the protrusion 5 on the second substrate 2 is extended to increase the area of the second substrate 2 on the cavity 4 and the displacement of the bimorph piezoelectric element or the laminated piezoelectric element is reduced. It must be transmitted to the entire second substrate 2 on the cavity 4.

【0005】しかし、突起をノズル列と直交する方向に
伸ばし、圧電素子7に変位を与えると、集中的な印加荷
重により、図11に示すごとく突起5はたわみ、第2基
板2全体に圧電素子の変位を効率よく伝達できなくな
る。積層型圧電素子の場合、積層数を増し、キャビティ
4の長手方向全域を押圧できるものにすれば良いが、極
端な圧電素子コストの上昇を招いてしまう。
However, when the projection is extended in a direction orthogonal to the nozzle row and the piezoelectric element 7 is displaced, the projection 5 bends as shown in FIG. Cannot be transmitted efficiently. In the case of a laminated piezoelectric element, the number of layers may be increased so that the entire area in the longitudinal direction of the cavity 4 can be pressed. However, an extreme increase in the cost of the piezoelectric element is caused.

【0006】そこで、集中的な荷重の印加による突起5
のたわみを小さくする方法が必要である。そのために
は、図12中のa寸法(幅)を大きくするか、b寸法
(高さ)を大きくすれば良いのであるが、a寸法は大き
くし過ぎると第2基板の反力が増大し変形しにくくな
る。そこで、b寸法を大きくすると、突起5の高さが高
くなり、突起の重心が高くなる。そうなると、圧電素子
7の中心軸が突起5の中心軸と僅かにずれただけで、圧
電素子7と突起5の接合時に突起5が傾き、突起5は傾
いたまま圧電素子7に接合されてしまう。この場合、突
起の中心軸がキャビティ4の中心軸と僅かにずれた場合
も同様である。また、エッチングによって突起を形成す
る場合は、突起の幅に対して高さは2倍程度でしか成形
できないので、ノズルの高密度化に伴い突起の剛性はさ
らに小さくなる。
In view of this, the projection 5 caused by the application of a concentrated load
Therefore, there is a need for a method for reducing the deflection. To that end, it is only necessary to increase the dimension a (width) or the dimension b (height) in FIG. 12. However, if the dimension a is too large, the reaction force of the second substrate increases and the deformation occurs. It becomes difficult to do. Therefore, when the dimension b is increased, the height of the protrusion 5 increases, and the center of gravity of the protrusion increases. In this case, the center axis of the piezoelectric element 7 is slightly displaced from the center axis of the projection 5, and the projection 5 is inclined when the piezoelectric element 7 and the projection 5 are joined, and the projection 5 is joined to the piezoelectric element 7 while being inclined. . In this case, the same applies to the case where the center axis of the projection slightly deviates from the center axis of the cavity 4. Further, when the projection is formed by etching, the height of the projection can be formed only about twice as large as the width of the projection. Therefore, the rigidity of the projection is further reduced as the density of the nozzle is increased.

【0007】そこで、インクジェット記録ヘッドの小型
化、及びノズル高密度化を実現するために、圧電素子の
変位を効率よく第2基板に伝達する方法として、突起の
位置合わせ精度の向上と、組立公差内で圧電素子と突起
を接合し、かつ突起の剛性を高める方法が必要となる。
In order to reduce the size of the ink jet recording head and increase the density of the nozzles, a method for efficiently transmitting the displacement of the piezoelectric element to the second substrate is to improve the alignment accuracy of the projections and to assemble the assembly. There is a need for a method for joining the piezoelectric element and the projection within the structure and increasing the rigidity of the projection.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】そのために、本発明で
は、 1.複数のインク吐出ノズルと、ノズルの各々に連通す
るキャビティと、ノズルから液滴を飛翔させるためにキ
ャビティに体積変化を付加する圧力発生部材が、キャビ
ティのダイヤフラムの外側に形成された第1の突起に接
続されているインクジェット式記録ヘッドにおいて、キ
ャビティ内側に第1突起に対応して第2突起がダイヤフ
ラムに形成されており、第2突起の剛性が第1突起の剛
性よりも大きいことを特徴とする。 2.複数のインク吐出ノズルと、ノズルの各々に連通す
るキャビティと、ノズルから液滴を飛翔させるためにキ
ャビティに体積変化を付加する圧力発生部材が、キャビ
ティのダイヤフラムの外側に形成された第1の突起に接
続されているインクジェット式記録ヘッドにおいて、キ
ャビティ内側に第1突起に対応して第2突起がダイヤフ
ラムに形成されており、第1突起のダイヤフラムに当接
する当接面積が、第2突起のダイヤフラムに当接する当
接面積より小さいことを特徴とする。 3.係るインクジェット式記録ヘッドにおいて、第1突
起のダイヤフラムに当接する当接面積は、圧力発生部材
に当接する部分のみ、第2突起のダイヤフラムに当接す
る当接面積より小さいことを特徴とする。 4.係るインクジェット式記録ヘッドにおいて、キャビ
ティ内側に、第2突起と、キャビティを形成する壁が、
同時に形成されることを特徴とする。
Means for Solving the Problems To this end, the present invention provides: A plurality of ink ejection nozzles, a cavity communicating with each of the nozzles, and a pressure generating member for applying a volume change to the cavity to cause droplets to fly from the nozzle, a first projection formed outside the diaphragm of the cavity. In the ink jet type recording head, the second projection is formed on the diaphragm corresponding to the first projection inside the cavity, and the rigidity of the second projection is larger than the rigidity of the first projection. I do. 2. A plurality of ink ejection nozzles, a cavity communicating with each of the nozzles, and a pressure generating member for applying a volume change to the cavity to cause droplets to fly from the nozzle, a first projection formed outside the diaphragm of the cavity. In the ink jet recording head connected to the second projection, the second projection is formed on the diaphragm inside the cavity corresponding to the first projection, and the contact area of the first projection that contacts the diaphragm is the diaphragm of the second projection. Characterized in that the contact area is smaller than the contact area where the contact is made. 3. In such an ink jet recording head, the contact area of the first projection in contact with the diaphragm is smaller than the contact area of the second projection in contact with the diaphragm only in the portion in contact with the pressure generating member. 4. In such an ink jet recording head, a second projection and a wall forming the cavity are formed inside the cavity,
It is characterized by being formed simultaneously.

【0009】[0009]

【実施例】以下に、図面に基づき本発明の実施例を説明
する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0010】図1は本発明の実施例の斜視断面図であ
る。射出成形によりノズル3、キャビティ4が形成され
た第1基板1に、高分子樹脂の薄膜である第2基板2が
接合されている。第2基板2は、キャビティ4部におい
てダイヤフラムとして作用している。第2基板2のキャ
ビティ4部の外側に金属製の第1突起5が形成されてお
り、キャビティ4の内側に第1突起5に対応する金属製
の第2突起が形成されている。第2基板2を第一基板1
に接合する際、第二突起6は必ずキャビティ4にはまる
ことになり、大まかな位置決めができ、微調整がしやす
くなる。同時に突起の剛性向上も図れる。第1突起5に
は、キャビティ4に体積変化を付加する部材である圧電
素子7が接合されており、圧電素子7に電圧を印加する
と、圧電素子7は変位し、第1突起5、第2突起6を変
位させ、第2基板2を変形させる。これによって、キャ
ビティ4に体積変化が生じ、ノズル3よりインク滴が飛
翔する。圧電素子7は従来公知である、バイモルフ型、
積層型の何れでも良い。本実施例においては電界方向に
垂直に変形する圧電横効果を用いた積層型圧電素子を使
用している。電界方向に平行に変形する圧電縦効果を用
いた変位を利用しても本発明の適用範囲に入る。
FIG. 1 is a perspective sectional view of an embodiment of the present invention. A second substrate 2 which is a thin film of a polymer resin is joined to a first substrate 1 having a nozzle 3 and a cavity 4 formed by injection molding. The second substrate 2 functions as a diaphragm in the cavity 4 portion. A first metal protrusion 5 is formed outside the cavity 4 of the second substrate 2, and a second metal protrusion corresponding to the first protrusion 5 is formed inside the cavity 4. The second substrate 2 is replaced with the first substrate 1
When joining, the second projection 6 always fits in the cavity 4 so that rough positioning can be performed and fine adjustment can be easily performed. At the same time, the rigidity of the projection can be improved. A piezoelectric element 7 that is a member that adds a volume change to the cavity 4 is joined to the first protrusion 5. When a voltage is applied to the piezoelectric element 7, the piezoelectric element 7 is displaced, and the first protrusion 5 and the second The projection 6 is displaced to deform the second substrate 2. As a result, a volume change occurs in the cavity 4, and an ink droplet flies from the nozzle 3. The piezoelectric element 7 is a conventionally known bimorph type,
Any of a stacked type may be used. In this embodiment, a laminated piezoelectric element using a piezoelectric transverse effect that deforms perpendicular to the direction of the electric field is used. The present invention can be applied to a displacement using a piezoelectric longitudinal effect that deforms in parallel to the direction of the electric field.

【0011】尚、第1基板1の流路(キャビティ4およ
びそれに連通する液体の流れる路)はガラス、金属、高
分子樹脂等のエッチング、または感光製樹脂によっても
形成できる。又、ノズル3は第1基板1にレーザー加
工、あるいは機械加工等で形成しても良い。加えて、ノ
ズル3を開けたノズル板を第1基板1に接合しても形成
できる。第2基板2の材質は耐インク性を有し、塑性変
形しにくく、変位能力の高い高分子樹脂フィルムであれ
ば良く、ポリサルホン,ポリイミド,ポリエーテルイミ
ド,ポリカーボネイト,ポリエーテルサルホン等が挙げ
られる。第2基板2の厚みは、第1突起5のみならず、
第2突起6が形成されていても、第2基板2の変形に伴
って発生する反力を極小にし、突起がたわみにくくなる
ように、できるだけ薄い方が良い。本実施例において
は、厚さ7.5μmのポリイミドフィルムを使用した。
また、第2基板の材質には耐インク性を有するニッケ
ル、ステンレス、チタン、シリコン、ガラス等の薄膜を
利用しても本発明の適用範囲に入る。
The flow path of the first substrate 1 (the flow path of the cavity 4 and the liquid communicating therewith) can also be formed by etching glass, metal, polymer resin or the like, or by photosensitive resin. The nozzle 3 may be formed on the first substrate 1 by laser processing, mechanical processing, or the like. In addition, it can be formed by joining the nozzle plate with the nozzle 3 opened to the first substrate 1. The material of the second substrate 2 may be a polymer resin film having ink resistance, being less likely to be plastically deformed, and having a high displacement capability, such as polysulfone, polyimide, polyetherimide, polycarbonate, and polyethersulfone. . The thickness of the second substrate 2 is not only the first protrusion 5 but also
Even if the second protrusion 6 is formed, it is preferable that the second protrusion 6 be as thin as possible so as to minimize the reaction force generated due to the deformation of the second substrate 2 and to make the protrusion difficult to bend. In this example, a 7.5 μm thick polyimide film was used.
Further, the material of the second substrate is within the applicable range of the present invention even if a thin film of nickel, stainless steel, titanium, silicon, glass or the like having ink resistance is used.

【0012】第1突起5、第2突起6は、樹脂フィルム
にニッケルを鍍金し、パターンエッチングを施すことに
よって、フィルムの両面に形成した。この突起の材質
は、樹脂フィルムに鍍金でき、エッチングし易く、耐イ
ンク性を有するものであれば本発明の適用範囲に入る。
The first protrusions 5 and the second protrusions 6 were formed on both surfaces of the resin film by plating the resin film with nickel and performing pattern etching. The material of the projections falls within the applicable range of the present invention as long as they can be plated on a resin film, are easily etched, and have ink resistance.

【0013】第1突起5の幅(図2中b)は第2突起6
の幅(図2中a)より狭い。その理由は、両面に突起を
設けることにより、必ず両面間の位置ずれが僅かながら
も生ずることと、圧電素子7と第1突起5の接合に接着
剤を用いた場合は、接着剤が第2基板2上にたれる恐れ
があるからである。第1突起と第2突起の位置がずれる
と実際の第2基板2のダイヤフラムとして作用する面積
は減少して、第2基板2の変形能力は極度に落ちる。ま
た、図9に示すように、第1突起5と第2突起6の幅が
正確に一致している場合でも、圧電素子7と第1突起5
の接合時に接着剤が第2基板2上にたれると(図9中イ
部)見かけ上、第1突起5の幅が広くなり、第2基板2
の剛性を上げてしまい、第2基板2の変形能力が極度に
落ちる。第2基板2は変形能力を高めるために極端に薄
くしてあるので、僅かな接着剤の付着が第2基板2の変
形を阻害するのである。
The width of the first projection 5 (b in FIG. 2) is
2 (a in FIG. 2). The reason for this is that the provision of the projections on both surfaces always causes a slight displacement between the two surfaces, and that when the adhesive is used to join the piezoelectric element 7 and the first projection 5, the adhesive becomes the second adhesive. This is because there is a risk of leaning on the substrate 2. If the positions of the first projection and the second projection are shifted, the actual area of the second substrate 2 acting as a diaphragm is reduced, and the deformability of the second substrate 2 is extremely reduced. Further, as shown in FIG. 9, even when the widths of the first protrusion 5 and the second protrusion 6 exactly match, the piezoelectric element 7 and the first protrusion
When the adhesive drops on the second substrate 2 at the time of bonding (part (a) in FIG. 9), the width of the first protrusion 5 becomes apparently wider, and the second substrate 2
And the deformability of the second substrate 2 is extremely reduced. Since the second substrate 2 is extremely thin in order to enhance the deformability, the slight adhesion of the adhesive inhibits the deformation of the second substrate 2.

【0014】尚、本実施例においては、図3に示す様
に、両面エッチングを実施したときに生ずる両面の突起
間の位置ずれを許容できる範囲で、第1突起の第2基板
2に当接する当接面積が、第2突起の第2基板に当接す
る当接面積より小さくなるようにしてある。これは、両
面の突起が長さ方向(図3中a)にずれたとき、見かけ
上の突起の長さは長くなり、突起はよりたわみ易くなっ
てしまい、突起の幅方向(図3中b)に両面の突起がず
れた場合と合わせて、ヘッドとして組み立てたときにイ
ンク吐出特性のバラツキとして現れ、製造歩留まり不良
の一因となるからである。
In this embodiment, as shown in FIG. 3, the first protrusion comes into contact with the second substrate 2 within a range in which the positional deviation between the protrusions on both surfaces caused by the double-sided etching can be tolerated. The contact area is made smaller than the contact area of the second protrusion contacting the second substrate. This is because when the projections on both sides are displaced in the length direction (a in FIG. 3), the apparent length of the projections becomes longer, the projections are more easily bent, and the width direction of the projections (b in FIG. 3). In addition to the case where the projections on both sides are displaced in (2), when the head is assembled, it appears as a variation in ink discharge characteristics, which causes a poor production yield.

【0015】また、図4(第2基板2をキャビティ4方
向に見た図、圧電素子は図中斜線部)に示すように、第
1突起5の圧電素子7を接着する部分のみ、くびれさせ
ても、本実施例の効果は期待できる。第2突起6はくび
れていないので、第1突起5のくびれた部分に、応力集
中が発生する度合は極めて少なく、接着剤のたれによる
第2基板2の変形能力の低下を防止できる。
Further, as shown in FIG. 4 (a view of the second substrate 2 in the direction of the cavity 4, the piezoelectric element is shaded in the figure), only the portion of the first projection 5 to which the piezoelectric element 7 is bonded is narrowed. However, the effect of this embodiment can be expected. Since the second protrusions 6 are not constricted, the degree of stress concentration at the constricted portions of the first protrusions 5 is extremely small, and a decrease in the deformability of the second substrate 2 due to the dripping of the adhesive can be prevented.

【0016】また、第1突起5の剛性が落ちた分、第2
突起6の高さ(図2中c)を増して補強することも有効
である。第2突起6の高さを高くして突起の剛性を上げ
ても圧電素子7と、第1突起5の公差内の位置ずれが起
きることによる圧電素子7と第1突起5の接合面およ
び、第2基板2と第1突起5の境界面に応力集中がかか
る心配はないからである。
Further, the rigidity of the first projection 5 is reduced, and
It is also effective to increase the height (c in FIG. 2) of the projection 6 to reinforce it. Even if the rigidity of the projections is increased by increasing the height of the second projections 6, a joining surface between the piezoelectric element 7 and the first projections 5 due to a displacement within the tolerance of the first projections 5, and This is because there is no fear that stress concentration will be applied to the boundary surface between the second substrate 2 and the first protrusion 5.

【0017】図5は本発明の第2実施例を示す断面図で
ある。本発明が第1実施例と異なる点は、第2突起が二
段形状になっている点である。突起の剛性を高め、かつ
第2基板2の変形を阻害しないように、第2突起が第2
基板2に接合している部分を単位圧力を加えたときに最
大体積変化する幅に設定し、二段目はそれより広い幅に
するのである。本実施例によれば、キャビティ4の最大
変化体積を得ることのできる突起幅にすると、突起の剛
性が足りなくなるということはない。本実施例において
は、金属の電鋳法によって図5に示す形状を得た。
FIG. 5 is a sectional view showing a second embodiment of the present invention. The present invention is different from the first embodiment in that the second protrusion has a two-step shape. The second protrusion is formed of the second protrusion so as to increase the rigidity of the protrusion and not to hinder the deformation of the second substrate 2.
The portion bonded to the substrate 2 is set to have a width at which the maximum volume changes when a unit pressure is applied, and the second stage has a wider width. According to the present embodiment, if the projection width is such that the maximum change volume of the cavity 4 can be obtained, the rigidity of the projection does not become insufficient. In this example, the shape shown in FIG. 5 was obtained by metal electroforming.

【0018】図6は本発明の、第3実施例を示す断面図
である。本実施例が第1実施例と異なる点は、第2基板
2を両面エッチングすることで、第1突起5、第2基板
2のダイヤフラム部、第2突起6を形成する点である。
第2基板2の材質はエッチングできるもので、耐インク
性を持つものであれば、金属、非金属を問う必要はな
い。例を挙げると、ニッケル、ステンレス,金,銀,チ
タン,シリコンおよび、ポリイミド,ポリサルホン,ポ
リエーテルイミド,ポリカーボネイト,ポリエーテルサ
ルホン等がある。本実施例においては腐食に強く、エッ
チングに最適であるニッケル(Ni)を用いた。本実施
例の方法によれば、Niの片面にエッチングを施して、
第2基板2のダイヤフラム部と第1突起5のみ形成する
場合と比べて、第1突起5、第2基板2のダイヤフラム
部、第2突起6を両面エッチングによって同時に形成す
ると突起部分のエッチング時間は大幅に削減でき、作業
工程時間を短縮できるという利点がある。加えて、第1
突起5と第2突起6が一体で成形されるがゆえに、第2
基板2との境界面はなくなり、それぞれを接合して形成
したものの突起と第2基板2の境界面と比べ、飛躍的に
信頼性が向上する。
FIG. 6 is a sectional view showing a third embodiment of the present invention. The present embodiment is different from the first embodiment in that the first substrate 5, the diaphragm portion of the second substrate 2, and the second projection 6 are formed by etching the second substrate 2 on both sides.
The material of the second substrate 2 can be etched, and if it has ink resistance, there is no need to ask whether it is metal or nonmetal. Examples include nickel, stainless steel, gold, silver, titanium, silicon, and polyimide, polysulfone, polyetherimide, polycarbonate, polyethersulfone, and the like. In this embodiment, nickel (Ni), which is resistant to corrosion and optimal for etching, is used. According to the method of the present embodiment, one side of Ni is etched,
Compared to the case where only the diaphragm portion of the second substrate 2 and the first protrusion 5 are formed, when the first protrusion 5, the diaphragm portion of the second substrate 2, and the second protrusion 6 are simultaneously formed by double-sided etching, the etching time of the protrusion portion is reduced. There is an advantage that it is possible to greatly reduce the work process time. In addition, the first
Since the projections 5 and the second projections 6 are integrally formed, the second
There is no boundary surface with the substrate 2, and the reliability is dramatically improved as compared with the boundary surface between the projection and the second substrate 2 although they are formed by joining them.

【0019】その他の効果として、第2基板2を金属に
することにより、キャビティ4から外部への水蒸気透過
を防止することができる。これにより、高湿に対して信
頼性の乏しい(高湿時に電極間が導通してしまうマイグ
レーション等の不良が発生する。)圧電素子7、および
接着部の膨潤等による接着力の劣化に対する完全なる保
護となる。
As another effect, when the second substrate 2 is made of metal, it is possible to prevent water vapor from permeating from the cavity 4 to the outside. As a result, the piezoelectric element 7 has a poor reliability against high humidity (a defect such as migration occurs between the electrodes when the humidity is high). It becomes protection.

【0020】第2基板2にSiを使用した場合は、前記
効果の他に、その表面を酸化しSiO2皮膜を形成する
ことにより、濡れ性が向上する。ここで、濡れ性とは、
固体表面に液滴が付着した時の接触面積の度合であり、
接触面積が大きいほど濡れが良いという。SiO2 の濡
れが良いということは、圧力室4内に気泡が浸入して
も、気泡が付着することはなく、気泡排出性の向上を図
れる。また、第1突起5に対する接着剤の濡れが良くな
り、圧電素子7と第1突起5の接着性向上につながる。
When Si is used for the second substrate 2, in addition to the above effects, the surface is oxidized to form a SiO2 film, thereby improving the wettability. Here, the wettability is
The degree of the contact area when the droplet adheres to the solid surface,
It is said that the larger the contact area, the better the wetting. The good wettability of SiO2 means that even if air bubbles enter the pressure chamber 4, the air bubbles do not adhere to the pressure chamber 4 and the air bubble discharging property can be improved. In addition, the wetting of the adhesive on the first protrusion 5 is improved, which leads to an improvement in the adhesion between the piezoelectric element 7 and the first protrusion 5.

【0021】また、Ni等の金属ではその弾性係数が大
きいため、圧電素子7の変位を効率よく変形に変換する
ために、極めて薄くしなければならず、厚み管理の困難
さ、ピンホール等の不良の発生が危虞されるが。第2基
板2にPi(ポリイミド)等の高分子樹脂を用いれば、
弾性係数がNi等と比べ、極めて小さいため、厚みを厚
くでき、フィルムの厚みを管理し易くなる。
Since a metal such as Ni has a large elastic coefficient, it must be made extremely thin in order to efficiently convert the displacement of the piezoelectric element 7 into a deformation. There is a danger of failure. If a polymer resin such as Pi (polyimide) is used for the second substrate 2,
Since the elastic modulus is extremely small as compared with Ni or the like, the thickness can be increased, and the thickness of the film can be easily controlled.

【0022】次に、本発明の第4実施例を述べる。本実
施例が第1実施例と異なる点は、第2突起6が流路壁8
と一体成形もしくは、同時成形される点である。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. This embodiment is different from the first embodiment in that the second protrusion 6 is
This is a point that they are integrally molded or are molded at the same time.

【0023】図7(a)に示すように、Si(シリコ
ン)板を流路壁8の途中までエッチングし、次に流路壁
8と第2突起6を2度目のエッチングによって形成する
(図7(b))。尚、2度目のエッチングの時は、同時
に第1突起5と、第2基板2をもエッチングする。この
ように流路壁8と第2突起6を一体成形する。第2基板
2、第1突起5、第2突起6を形成する材料は、第2実
施例で記述したエッチングできる材料は、すべて適用で
きる。
As shown in FIG. 7A, the Si (silicon) plate is etched partway along the flow path wall 8, and then the flow path wall 8 and the second protrusion 6 are formed by a second etching (FIG. 7A). 7 (b)). At the time of the second etching, the first protrusion 5 and the second substrate 2 are simultaneously etched. Thus, the flow path wall 8 and the second projection 6 are integrally formed. As the material for forming the second substrate 2, the first protrusion 5, and the second protrusion 6, all of the materials which can be etched described in the second embodiment can be applied.

【0024】また、別の方法として図8に示すように、
流路壁8の形成に感光性樹脂を使用し、第2基板2側に
流路壁8と同時に第2突起6を感光性樹脂で形成する。
ニッケル薄膜に第1突起を予め電鋳法によって形成した
第2基板2を用いた。第2基板2は高分子樹脂、金属等
の薄膜で予め、第1突起5が形成されていればよい。ま
た、第1突起5は、エッチング、もしくは電鋳法により
形成される。
As another method, as shown in FIG.
The photosensitive resin is used to form the flow path wall 8, and the second protrusion 6 is formed of the photosensitive resin on the second substrate 2 side simultaneously with the flow path wall 8.
The second substrate 2 in which the first protrusion was formed on the nickel thin film by electroforming in advance was used. The second substrate 2 may be a thin film of a polymer resin, a metal, or the like, as long as the first protrusions 5 are formed in advance. The first protrusion 5 is formed by etching or electroforming.

【0025】あるいは、高分子樹脂、金属等の薄膜第2
基板2の、両面に感光性樹脂をラミネートし、第1突起
5、流路壁8、第2突起6を形成すると言う手法も挙げ
られる。
Alternatively, a thin film of polymer resin, metal, etc.
There is also a method of laminating a photosensitive resin on both surfaces of the substrate 2 to form the first protrusion 5, the flow path wall 8, and the second protrusion 6.

【0026】本発明の実施例によれば、流路壁8と、第
2突起6を同時に形成することにより、流路壁8と第2
突起6の位置精度が極めて正確になり、加えて第1実施
例で記述した効果と合わせて、ヘッド組立によるヘッド
個体間のインク吐出特性バラツキが抑えられ、歩留まり
が向上するという効果がある。
According to the embodiment of the present invention, the flow path wall 8 and the second protrusion 6 are formed at the same time, so that the flow path wall 8
The position accuracy of the projections 6 is extremely accurate, and in addition to the effects described in the first embodiment, there is an effect that variations in ink ejection characteristics between individual heads due to head assembly are suppressed, and the yield is improved.

【0027】[0027]

【発明の効果】本発明のインクジェット式記録ヘッド
は、複数のインク吐出ノズルと、ノズルの各々に連通す
るキャビティと、ノズルから液滴を飛翔させるためにキ
ャビティに体積変化を付加する圧力発生部材が、キャビ
ティのダイヤフラムの外側に形成された第1の突起に接
続されているインクジェット式記録ヘッドにおいて、キ
ャビティ内側に第1突起に対応して第2突起がダイヤフ
ラムに形成されており、第2突起の剛性が第1突起の剛
性よりも大きいことにより、第1突起の重心を低くする
ために高さを低くすることで剛性が落ちてしまい、圧力
発生部材と第1突起の公差内の位置ずれが生じた場合で
も、圧力発生部材と第1突起の接合面、及び第2基板と
第1突起の境界面において応力集中を起こさずに圧力発
生部材の変位を第2基板全体に伝えることができるとい
う効果を有する。
The ink jet recording head according to the present invention comprises a plurality of ink discharge nozzles, a cavity communicating with each of the nozzles, and a pressure generating member for applying a volume change to the cavity to cause droplets to fly from the nozzles. In an ink jet recording head connected to a first projection formed outside a diaphragm of a cavity, a second projection is formed on the diaphragm inside the cavity corresponding to the first projection, and the second projection is formed on the diaphragm. Since the rigidity is greater than the rigidity of the first protrusion, the rigidity is lowered by lowering the height in order to lower the center of gravity of the first protrusion, and the displacement between the pressure generating member and the first protrusion within the tolerance is reduced. Even when this occurs, the displacement of the pressure generating member is reduced to the second level without causing stress concentration at the joint surface between the pressure generating member and the first projection and at the interface between the second substrate and the first projection. An effect that can be transmitted to the whole plate.

【0028】また、本発明のインクジェット式記録ヘッ
ドは、複数のインク吐出ノズルと、ノズルの各々に連通
するキャビティと、ノズルから液滴を飛翔させるために
キャビティに体積変化を付加する圧力発生部材が、キャ
ビティのダイヤフラムの外側に形成された第1の突起に
接続されているインクジェット式記録ヘッドにおいて、
キャビティ内側に第1突起に対応して第2突起がダイヤ
フラムに形成されており、第1突起のダイヤフラムに当
接する当接面積が、第2突起のダイヤフラムに当接する
当接面積より小さいことにより、両面エッチングを実施
したときに、第1突起と第2突起が長さ方向において位
置ずれが生じたとしても、許容範囲内においては突起の
剛性を保つことが可能になる。また、圧力発生部材と第
1突起の接合に接着剤を用い、第1突起から第2基板上
に接着剤のたれが生じた場合、第2基板のダイヤフラム
として作用する面積を減少させないため、接着剤の付着
による第2基板の変形阻害を防ぐことができるという効
果を有する。
Further, the ink jet recording head of the present invention comprises a plurality of ink discharge nozzles, a cavity communicating with each of the nozzles, and a pressure generating member for applying a volume change to the cavity to cause droplets to fly from the nozzles. An inkjet recording head connected to a first projection formed outside the diaphragm of the cavity,
A second projection is formed on the diaphragm corresponding to the first projection inside the cavity, and a contact area of the first projection contacting the diaphragm is smaller than a contact area of the second projection contacting the diaphragm. Even when the first projection and the second projection are displaced in the length direction when the double-sided etching is performed, the rigidity of the projection can be maintained within an allowable range. Further, an adhesive is used for joining the pressure generating member and the first protrusion, and when the adhesive is dripped on the second substrate from the first protrusion, the area of the second substrate acting as a diaphragm is not reduced, so that the bonding is performed. This has the effect that deformation inhibition of the second substrate due to the adhesion of the agent can be prevented.

【0029】また、係るインクジェット式記録ヘッドに
おいて、第1突起のダイヤフラムに当接する当接面積
は、圧力発生部材に当接する部分のみ、第2突起のダイ
ヤフラムに当接する当接面積より小さいことにより、圧
力発生部材と第1突起の接合に接着剤を用い、第1突起
から第2基板上に接着剤のたれが生じた場合、第2基板
のダイヤフラムとして作用する面積を減少させないた
め、接着剤の付着による第2基板の変形阻害を防ぐこと
ができるという効果を有する。
In the ink jet type recording head, the contact area of the first projection in contact with the diaphragm is smaller than the contact area of the second projection in contact with the diaphragm. An adhesive is used for joining the pressure generating member and the first protrusion, and when the adhesive drips from the first protrusion onto the second substrate, the area of the second substrate acting as a diaphragm is not reduced, so that the adhesive is used. This has the effect of preventing deformation inhibition of the second substrate due to adhesion.

【0030】また、係るインクジェット式記録ヘッドに
おいて、キャビティ内側に、第2突起と、キャビティを
形成する壁が、同時に形成されることにより、流路壁
と、第2突起の位置精度が極めて正確になり、ヘッド組
立によるヘッド個体間のインク吐出特性バラツキが抑え
られ、歩留まりが向上するという効果を有する。
In the ink jet recording head, since the second projection and the wall forming the cavity are formed at the same time inside the cavity, the positional accuracy of the flow path wall and the second projection is extremely accurate. Therefore, variations in ink ejection characteristics between individual heads due to head assembly are suppressed, and the yield is improved.

【0031】以上の構成により、圧力発生部材と突起を
組立公差内で、かつ第2基板への接着剤付着による変形
阻害を起こさず接合し、さらに突起の剛性を高めること
が可能となり、ノズルの高密度化、及びインクジェット
記録ヘッドの小型化が実現できる。
With the above arrangement, the pressure generating member and the projection can be joined within the assembly tolerance and without causing deformation inhibition due to the adhesion of the adhesive to the second substrate, and the rigidity of the projection can be further increased. It is possible to realize high density and downsizing of the inkjet recording head.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 第1実施例の斜視断面図。FIG. 1 is a perspective sectional view of a first embodiment.

【図2】 第1実施例のA−A断面図。FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of the first embodiment.

【図3】 第1実施例の上面及び側面図。FIG. 3 is a top view and a side view of the first embodiment.

【図4】 第1実施例の鳥観図。FIG. 4 is a bird view of the first embodiment.

【図5】 第2実施例の断面図。FIG. 5 is a sectional view of a second embodiment.

【図6】 第3実施例の断面図。FIG. 6 is a sectional view of a third embodiment.

【図7】 第4実施例の工程毎断面図。FIG. 7 is a sectional view of each step of the fourth embodiment.

【図8】 第4実施例の断面図。FIG. 8 is a sectional view of a fourth embodiment.

【図9】 第1実施例の比較断面図。FIG. 9 is a comparative sectional view of the first embodiment.

【図10】 従来例の分解斜視図。FIG. 10 is an exploded perspective view of a conventional example.

【図11】 別の従来例の断面図。FIG. 11 is a sectional view of another conventional example.

【図12】 別の従来例の断面図。FIG. 12 is a sectional view of another conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 第1基板 2 第2基板 3 ノズル 4 キャビティ 5 第1突起 6 第2突起 7 圧電素子 8 流路壁 9 インク連絡流路 10 インク供給路 11 インク供給準備室 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st board | substrate 2 2nd board | substrate 3 Nozzle 4 Cavity 5 1st protrusion 6 2nd protrusion 7 Piezoelectric element 8 Flow path wall 9 Ink communication flow path 10 Ink supply path 11 Ink supply preparation chamber

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 複数のインク吐出ノズルと、前記ノズル
の各々に連通するキャビティと、前記ノズルから液滴を
飛翔させるために前記キャビティに体積変化を付加する
圧力発生部材が、前記キャビティのダイヤフラムの外側
に形成された第1の突起に接続されているインクジェッ
ト式記録ヘッドにおいて、 前記キャビティ内側に前記第1突起に対応して第2突起
が前記ダイヤフラムに形成されており、前記第2突起の
剛性が前記第1突起の剛性よりも大きいことを特徴とす
るインクジェット式記録ヘッド。
1. A plurality of ink discharge nozzles, a cavity communicating with each of the nozzles, and a pressure generating member for applying a volume change to the cavity for causing droplets to fly from the nozzles, the pressure generating member comprising a diaphragm of the cavity. In the ink jet recording head connected to a first protrusion formed on the outside, a second protrusion is formed on the diaphragm inside the cavity corresponding to the first protrusion, and the rigidity of the second protrusion is formed. Is larger than the rigidity of the first projection.
【請求項2】 複数のインク吐出ノズルと、前記ノズル
の各々に連通するキャビティと、前記ノズルから液滴を
飛翔させるために前記キャビティに体積変化を付加する
圧力発生部材が、前記キャビティのダイヤフラムの外側
に形成された第1の突起に接続されているインクジェッ
ト式記録ヘッドにおいて、 前記キャビティ内側に前記第1突起に対応して第2突起
が前記ダイヤフラムに形成されており、前記第1突起の
前記ダイヤフラムに当接する当接面積が、前記第2突起
の前記ダイヤフラムに当接する当接面積より小さいこと
を特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
2. A plurality of ink ejection nozzles, a cavity communicating with each of the nozzles, and a pressure generating member for applying a volume change to the cavity to cause droplets to fly from the nozzles, wherein the pressure generating member is a diaphragm of the cavity. In an ink jet recording head connected to a first protrusion formed on the outside, a second protrusion is formed on the diaphragm inside the cavity corresponding to the first protrusion, and the second protrusion is formed on the diaphragm. 2. An ink jet recording head according to claim 1, wherein the contact area in contact with the diaphragm is smaller than the contact area of the second projection in contact with the diaphragm.
【請求項3】前記第1突起の前記ダイヤフラムに当接す
る当接面積は、前記第2突起の前記ダイヤフラムに当接
する当接面積より小さいことを特徴とする請求項2記載
のインクジェット式記録ヘッド。
3. An ink jet recording head according to claim 2, wherein the contact area of said first projection in contact with said diaphragm is smaller than the contact area of said second projection in contact with said diaphragm.
【請求項4】 前記キャビティ内側に、前記第2突起
と、前記キャビティを形成する壁が、同時に形成される
ことを特徴とする請求項1または請求項2記載のインク
ジェット式記録ヘッド。
4. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the second projection and a wall forming the cavity are formed simultaneously inside the cavity.
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