JP3185434B2 - Inkjet print head - Google Patents

Inkjet print head

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JP3185434B2
JP3185434B2 JP00066293A JP66293A JP3185434B2 JP 3185434 B2 JP3185434 B2 JP 3185434B2 JP 00066293 A JP00066293 A JP 00066293A JP 66293 A JP66293 A JP 66293A JP 3185434 B2 JP3185434 B2 JP 3185434B2
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base plate
piezoelectric element
ink jet
ink
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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、インクジェットプリン
ターに用いる印字ヘッド及びその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a print head used for an ink jet printer and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のインクジェット式印字ヘッドは、
特公昭60−8953号公報に示されたように、インク
タンクを構成する容器の壁面に複数のノズル開口を形成
すると共に、各ノズル開口と対向するように伸縮方向を
一致させて圧電素子を配設して構成されている。この印
字ヘッドは、駆動信号を圧電素子に印加して圧電素子を
伸縮させ、この時に発生するインクの動圧によりインク
滴をノズル開口から吐出させて印刷用紙にドットを形成
するものである。
2. Description of the Related Art A conventional ink jet print head is:
As shown in Japanese Patent Publication No. 60-8953, a plurality of nozzle openings are formed on the wall surface of a container constituting an ink tank, and a piezoelectric element is arranged in such a manner that the direction of expansion and contraction is matched to each nozzle opening. It is configured to be installed. In this print head, a drive signal is applied to a piezoelectric element to expand and contract the piezoelectric element, and ink droplets are ejected from nozzle openings by dynamic pressure of ink generated at this time to form dots on printing paper.

【0003】このような形式の印字ヘッドに於いては、
液滴の形成効率や飛翔力が大きいことが望ましい。しか
しながら、圧電素子の単位長さ、及び単位電圧当りの伸
縮率は極めて小さいため、印字に要求される飛翔力を得
るには高い電圧を印加することが必要となり、駆動回路
や電気絶縁対策が複雑化するという問題がある。
[0003] In a print head of this type,
It is desirable that the droplet formation efficiency and the flying force be large. However, since the piezoelectric element has a very small unit length and expansion / contraction ratio per unit voltage, it is necessary to apply a high voltage to obtain the flying force required for printing, which complicates the drive circuit and measures for electrical insulation. There is a problem of becoming.

【0004】このような問題を解決するため、特開昭6
3−295269号公報に示されているように、電極と
圧電材料とを交互にサンドイッチ状に積層したインクジ
ェット式印字ヘッド用の圧電素子が提案されている。こ
の圧電素子によれば電極間距離を可及的に小さくするこ
とが出来るため、駆動信号の電圧を下げることが出来る
という効果がある。
To solve such a problem, Japanese Patent Laid-Open Publication No.
As disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-295269, a piezoelectric element for an ink jet print head in which electrodes and piezoelectric materials are alternately stacked in a sandwich shape has been proposed. According to this piezoelectric element, the distance between the electrodes can be reduced as much as possible, so that the voltage of the drive signal can be reduced.

【0005】しかしながら、いずれの圧電素子も焼成体
であり、特性バラツキ、焼成時のバルク状圧電体の反
り、うねり等の変形を考慮すると、焼成出来るバルク状
圧電体の長さは最大で30〜50mmが限界であり、バ
ルク状圧電体1枚で印字ヘッドを大型化(ラインヘッド
化)するのが困難であった。
However, any piezoelectric element is a fired body, and in consideration of characteristic variations and deformation such as warpage or undulation of the bulk piezoelectric body during firing, the length of the bulk piezoelectric body that can be fired is 30 to a maximum. The limit is 50 mm, and it has been difficult to increase the size of the print head (to a line head) with one bulk piezoelectric body.

【0006】この様な問題を回避できる構造として、特
公平3−58917号公報に、ラインヘッドを複数のヘ
ッドユニットで構成する印字ヘッド構造が考えられる。
As a structure that can avoid such a problem, Japanese Patent Publication No. 3-58917 discloses a print head structure in which a line head is composed of a plurality of head units.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ヘッド
ユニットを複数個配列してラインヘッドを構成しようと
すると、ヘッドユニット間のノズル位置精度を確保する
ことが困難となり、ユニット間の継目で印刷物に縦スジ
等のムラが発生する要因となっていた。
However, if it is attempted to form a line head by arranging a plurality of head units, it is difficult to ensure the nozzle position accuracy between the head units. This is a cause of unevenness such as streaks.

【0008】本発明の目的は、圧電素子を容易に高密度
に配列でき、特性バラツキの少ない高印字品質のインク
ジェット式印字ヘッドを安価に提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an ink jet print head of high print quality, in which piezoelectric elements can be easily arranged at a high density, and there is little characteristic variation, at a low cost.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明に於いては、インク滴を吐出するノズル開口が
複数穿設されたノズルプレートを有し、ノズル開口と連
通するインク室及びインク室と連通するインク流路を構
成する流路構成部材と、インク室に圧力を発生させる圧
電素子をベース板上にインク室に対応するように複数配
列させたベース板ユニットとを具備したインクジェット
式印字ヘッドにおいて、流路構成部材と複数のベース板
ユニットの位置を決め、且つ該ベース板ユニットを包囲
するケース状の基台を更に有しており、各ベース板に
は、圧電素子を駆動する圧電素子駆動用ICを備えてい
ることを特徴とする。
According to the present invention, there is provided an ink chamber having a nozzle plate provided with a plurality of nozzle openings for discharging ink droplets, and an ink chamber communicating with the nozzle openings. An ink jet apparatus comprising: a flow path forming member that forms an ink flow path communicating with an ink chamber; and a base plate unit in which a plurality of piezoelectric elements that generate pressure in the ink chamber are arranged on a base plate so as to correspond to the ink chamber. The type print head further includes a case-shaped base that determines the positions of the flow path constituent members and the plurality of base plate units, and surrounds the base plate units. And a piezoelectric element driving IC.

【0010】また、係るインクジェット式印字ヘッドに
おいて、ベース板ユニットは、圧電素子の変位特性がユ
ニット毎に分類され、同等の変位特性を有するベース板
ユニットが複数個配列されている事を特徴とする。
In the ink jet print head, the displacement characteristics of the piezoelectric elements are classified by unit, and a plurality of base plate units having equivalent displacement characteristics are arranged in the base plate unit. .

【0011】また、係るインクジェット式印字ヘッドに
おいて、圧電素子は積層型圧電素子であり、ノズル開口
部側の最外層圧電材料、或は、ノズル開口部側及び圧電
素子固定部側の両方の最外層圧電材料の厚みが内部圧電
材料層厚みより厚くなっていることを特徴とする。
In the ink jet print head, the piezoelectric element is a laminated piezoelectric element, and the outermost layer of the piezoelectric material on the nozzle opening side or the outermost layer on both the nozzle opening side and the piezoelectric element fixing section side. The thickness of the piezoelectric material is greater than the thickness of the internal piezoelectric material layer.

【0012】また、係るインクジェット式印字ヘッドに
おいて、積層型圧電素子の最外層圧電材料厚みは、内部
圧電材料層厚みの整数倍になっていることを特徴とす
る。
In the ink jet print head, the thickness of the outermost piezoelectric material of the laminated piezoelectric element is an integral multiple of the thickness of the inner piezoelectric material layer.

【0013】また、係るインクジェット式印字ヘッドに
おいて、インクジェット式印字ヘッドは、記録媒体の記
録幅とほぼ同じ長さを有するラインヘッドであることを
特徴とする。
In the ink jet print head, the ink jet print head is a line head having a length substantially equal to a recording width of a recording medium.

【0014】[0014]

【実施例】図1は本発明に於けるインクジェット式印字
ヘッドの上面図で、図2は、図1に於けるA−A断面
図、図3は、図2に於けるC部拡大図、図4は、図1に
於けるB−B断面図である。
FIG. 1 is a top view of an ink jet print head according to the present invention, FIG. 2 is a sectional view taken along line AA in FIG. 1, FIG. 3 is an enlarged view of a portion C in FIG. FIG. 4 is a sectional view taken along the line BB in FIG.

【0015】図1〜図4に於いて、インク流路板10
6、振動板103、隔壁板104、及びノズルプレート
105とで流路構成部材を構成し、圧電素子101、ベ
ース板107とでベース板ユニットを構成している。上
記流路構成部材において、インク流路板106に形成さ
れたインク供給孔113よりインク流路110を通って
隔壁板104とノズルプレート105と振動板103に
より構成された各インク室302に供給される。
In FIG. 1 to FIG.
6, the vibration plate 103, the partition plate 104, and the nozzle plate 105 constitute a flow path constituting member, and the piezoelectric element 101 and the base plate 107 constitute a base plate unit. In the above-mentioned flow path constituting member, the ink is supplied from the ink supply holes 113 formed in the ink flow path plate 106 to the respective ink chambers 302 formed by the partition plate 104, the nozzle plate 105 and the vibration plate 103 through the ink flow path 110. You.

【0016】各インク室302に対応して圧電素子10
1と、インク開口部102が配置されており、圧電素子
101はベース板107上に配置され、FPC108を
介したプリンタ本体からの電気信号により伸縮運動を繰
り返しノズル開口部102よりインクを吐出する。
The piezoelectric elements 10 corresponding to each ink chamber 302
1 and an ink opening 102 are arranged, and the piezoelectric element 101 is arranged on a base plate 107 and repeatedly expands and contracts by an electric signal from the printer main body via the FPC 108 to eject ink from the nozzle opening 102.

【0017】まず、圧電素子の製造方法を説明する。First, a method for manufacturing a piezoelectric element will be described.

【0018】図5に於て、定板501の上にグリーンシ
ート状、又は、ペースト状に調製したチタン酸ジルコン
酸鉛系複合ペロブスカイトセラミック等の圧電材料50
2を塗布して、この表面に図6に示すように一方の電極
となる第1の内部電極材料601を、Ag、Pd等を調
整した導電ペーストを厚膜印刷法を用いて形成する。さ
らに図7に於てこの内部電極材料層601の表面に圧電
材料502を塗布し、この上面に図8のように他方の電
極となる内部電極材料701を前記の方法で塗布する。
後は、前記の方法で内部電極材料層と圧電材料を必要な
積層数だけ繰り返し塗布し、所望の厚みに積層した状
態、図9で乾燥させる。
In FIG. 5, a piezoelectric material 50 such as a lead zirconate titanate-based composite perovskite ceramic prepared in the form of a green sheet or a paste is placed on a plate 501.
6, a first internal electrode material 601 serving as one electrode is formed on the surface of the first internal electrode material 601 by using a thick film printing method using a conductive paste in which Ag, Pd, and the like are adjusted. Further, in FIG. 7, a piezoelectric material 502 is applied to the surface of the internal electrode material layer 601 and an internal electrode material 701 to be the other electrode is applied to the upper surface by the above-described method as shown in FIG.
Thereafter, the internal electrode material layer and the piezoelectric material are repeatedly applied by the required number of layers by the above-described method, and the layers are dried to have a desired thickness and dried in FIG.

【0019】これに圧力を加えた状態で焼成し、導電層
601、701が露出している面に図10に示す様に外
部電極1001を形成して乾燥することで、直方体状の
バルク状圧電体1101が形成される。ここでの外部電
極の形成方法は、厚膜プロセスでも薄膜プロセスでも良
いが、膜厚の均一性、密着強度の点で薄膜プロセスの方
が適している。又、ここで、印刷時厚み寸法は、焼成時
に収縮する為、予め収縮率を加味して各層を所望の寸法
より厚く印刷しなくてはならない。この収縮率は、選定
する内部電極材料、圧電材料、焼成条件により異なる
が、約10〜50%程度である。
This is baked under pressure, and the external electrodes 1001 are formed on the surfaces where the conductive layers 601 and 701 are exposed as shown in FIG. A body 1101 is formed. The method for forming the external electrodes may be a thick film process or a thin film process, but the thin film process is more suitable in terms of uniformity of film thickness and adhesion strength. Further, since the thickness dimension at the time of printing shrinks at the time of firing, each layer must be printed thicker than the desired dimension in consideration of the shrinkage rate in advance. The shrinkage rate varies depending on the selected internal electrode material, piezoelectric material, and firing conditions, but is about 10 to 50%.

【0020】ここで、バルク状圧電体1101は、焼成
時の収縮バラツキ等により反り、うねり等の変形が発生
してしまい次工程でベース板107に加圧、接着する際
の割れ、クラックの原因となる。この為、バルク状圧電
体1101の長さは30〜50mmが限界となる。本発
明では30〜50mmのバルク状圧電体1101を配置
したベース板ユニットを複数個配列する事でラインヘッ
ドを構成することを特徴としている。
Here, the bulk piezoelectric body 1101 is deformed such as warpage or undulation due to shrinkage variation during firing or the like, and causes cracks and cracks when pressed and bonded to the base plate 107 in the next step. Becomes Therefore, the length of the bulk piezoelectric body 1101 is limited to 30 to 50 mm. The present invention is characterized in that a line head is constituted by arranging a plurality of base plate units on which a bulk piezoelectric body 1101 of 30 to 50 mm is arranged.

【0021】以下、ラインヘッドの製造工程を説明す
る。まず、図11と、図11の断面図である図12に示
すように、ノズル開口部ピッチと同じピッチで形成した
ドライバーICから圧電素子101への駆動信号を与え
る圧電素子駆動用配線パターン1102と、プリンタ本
体からドライバーICに駆動信号を与える為のIC駆動
用配線パターン1103と、共通電極1201を形成し
たベース板107上のIC実装部1101に図13と図
13の断面図である図14に示すようにドライバーIC
202をワイヤーボンディング方式、フリップチップ方
式等で実装した後、モールド材1401で保護をする。
Hereinafter, the manufacturing process of the line head will be described. First, as shown in FIG. 11 and FIG. 12 which is a cross-sectional view of FIG. 11, a piezoelectric element driving wiring pattern 1102 for providing a driving signal from the driver IC to the piezoelectric element 101 formed at the same pitch as the nozzle opening pitch. FIG. 13 is a sectional view of FIG. 13 and FIG. 14 is a cross-sectional view of FIG. 13 and FIG. Driver IC as shown
After mounting the wire 202 by a wire bonding method, a flip chip method or the like, it is protected by a molding material 1401.

【0022】この後、図15と図15の断面図である図
16に示すように、ベース板107上にバルク状圧電体
1101を配設、接着固定した後バルク状圧電体110
1とベース板上の配線パターンとを電気的に接続する為
に導電材料1502を塗布する。ここで、ベース板10
7の材質は、圧電素子101の振動特性を劣化させない
材質、即ち、材料のヤング率Eと材料の密度ρとの積の
1/2乗で表される固有音響インピーダンス (ρ×E)^1/2 が圧電素子の固有音響インピーダンスより大きい事が望
ましい。
Thereafter, as shown in FIG. 15 and FIG. 16 which is a cross-sectional view of FIG. 15, a bulk piezoelectric body 1101 is disposed on a base plate 107, and is fixed by bonding.
A conductive material 1502 is applied in order to electrically connect 1 to the wiring pattern on the base plate. Here, the base plate 10
The material No. 7 does not deteriorate the vibration characteristics of the piezoelectric element 101, that is, the specific acoustic impedance (ρ × E) ^ 1 expressed by the square of the product of the Young's modulus E of the material and the density ρ of the material. / 2 is preferably larger than the specific acoustic impedance of the piezoelectric element.

【0023】又、この時のバルク状圧電体1101のノ
ズル配列方向の長さLは、1個のドライバーICの出力
ビット数nと、ドライバーICの個数mと、圧電素子1
01配列ピッチPとすると、 L=P×n×m とするのが望ましい。
At this time, the length L of the bulk piezoelectric body 1101 in the nozzle array direction is the number of output bits n of one driver IC, the number m of driver ICs, and the number of piezoelectric elements 1
Assuming that the arrangement pitch is 01, it is preferable that L = P × n × m.

【0024】これは、1ベース板上のドライバーIC出
力ビット数nと圧電素子数が異なるとベース板間で各圧
電素子への電気的導通の確保が必要になる為で、この時
のベース板間での電気的な導通は、配線が高密度になっ
てしまい困難なものとなる。
This is because if the number n of driver IC output bits on one base plate and the number of piezoelectric elements are different, it is necessary to ensure electrical continuity between the base plates and each piezoelectric element. Electrical continuity between them becomes difficult because the wiring becomes dense.

【0025】この為、本実施例では、ノズルピッチ8/
300インチ、512ノズルのラインヘッドを1ドライ
バーICで64ビットずつ8個配置する事とした。
For this reason, in this embodiment, the nozzle pitch 8 /
Eight line heads of 300 inches and 512 nozzles are arranged in 64 bits by one driver IC.

【0026】ここで、ベース板107とバルク状圧電体
1101の張り合わせ精度を考慮し、1バルク状圧電体
の長さLは、 L>8/300×25.4×64 =43.349(mm) を満たすL=50mmとし、後工程で、図19に示すよ
うにベース板107とバルク状圧電体1101の両端を
圧電素子列形成時に同時にカットする事でベース板10
7の端面からの圧電素子101の位置精度を確保してい
る。即ち、カット後の長さLは、L=43.349mm
となっている。
Here, in consideration of the bonding accuracy between the base plate 107 and the bulk piezoelectric body 1101, the length L of one bulk piezoelectric body is L> 8/300 × 25.4 × 64 = 43.349 (mm) In the subsequent step, as shown in FIG. 19, both ends of the base plate 107 and the bulk piezoelectric body 1101 are simultaneously cut when forming the piezoelectric element rows, so that the base plate 10
7, the positional accuracy of the piezoelectric element 101 from the end face is ensured. That is, the length L after cutting is L = 43.349 mm.
It has become.

【0027】又、ベース板107上の各バルク状圧電体
1101は接着時の接着層厚みバラツキ、バルク状圧電
体1101の初期的形状等によりバルクが斜めに接着さ
れ、圧電素子101を形成した時に高さバラツキ(段
差)を生じる恐れがある。この高さバラツキは、インク
の飛翔特性を左右するノズル開口部102と圧電素子1
01とのギャップがバラつく原因になる。
The bulk piezoelectric members 1101 on the base plate 107 are bonded obliquely due to variations in the thickness of the adhesive layer at the time of bonding, the initial shape of the bulk piezoelectric members 1101, and the like. There is a risk of height variations (steps). This height variation is caused by the nozzle opening 102 and the piezoelectric element 1 that affect the ink flying characteristics.
This causes the gap with 01 to vary.

【0028】この問題を回避する為に、本実施例ではバ
ルク状圧電素子1101の上面をダイヤモンドブレード
を利用したダイシングソーで上面を研削し高さを均一に
した。他に、高さを均一にする方法としては、上面研削
の他に、上面ラッピングが有効である。
In order to avoid this problem, in the present embodiment, the upper surface of the bulk piezoelectric element 1101 is ground with a dicing saw using a diamond blade to make the height uniform. In addition, as a method of making the height uniform, top lapping is effective in addition to top grinding.

【0029】ここで、積層型圧電素子の変位量は内部電
極1層にかかる電界強度に比例する為、低電圧で大きな
変位を得る為には、内部圧電材料層厚みを薄くすること
が有効である。しかしながら、最外層も内部電極層と同
様に薄くしていってしまうと各バルク状圧電素子の高さ
バラツキを最外層の厚み以下に抑えていないと上面研削
時に内部電極が露出してしまう。この為、この時のバル
ク状圧電素子1101は研削時、或は、ラッピング時に
内部電極601、701が露出しないように、予め高さ
バラツキ分以上を加味して図17に示すように、バルク
状圧電体1101のノズル開口部側(上部最外層)17
01を、或は、図18に示すようにバルク状圧電体11
01の上部最外層1701及び圧電素子固定部側180
1(下部最外層)を内部圧電材料層より厚くしておくこ
とが望ましい。
Here, since the displacement of the laminated piezoelectric element is proportional to the electric field strength applied to one internal electrode layer, it is effective to reduce the thickness of the internal piezoelectric material layer in order to obtain a large displacement at a low voltage. is there. However, if the outermost layer is also made thinner like the internal electrode layer, the internal electrode is exposed during grinding of the upper surface unless the height variation of each bulk piezoelectric element is kept below the thickness of the outermost layer. For this reason, the bulk piezoelectric element 1101 at this time is adjusted to a bulk shape as shown in FIG. 17 by taking into account the height variation in advance so that the internal electrodes 601 and 701 are not exposed at the time of grinding or lapping. Nozzle opening side (uppermost outer layer) 17 of piezoelectric body 1101
01 or, as shown in FIG.
01 and the piezoelectric element fixing portion side 1801
1 (the lowermost outer layer) is desirably thicker than the inner piezoelectric material layer.

【0030】本実施例では、内部の圧電材料502の厚
み35μmで、最外層上部1701及び、最外層下部1
801の厚みは35μmのグリーンシートを3枚積層し
105μmとした。この様にグリーンシート製造工程の
簡略化を図るため、内部の圧電材料502を積層する事
が出来る様に、最外層1701、及び、1801の厚み
は内部の圧電材料層厚みの整数倍に設定する事が望まし
い。
In this embodiment, the inner piezoelectric material 502 has a thickness of 35 μm and the outermost upper layer 1701 and the outermost lower layer 1
The thickness of 801 was 105 μm by stacking three 35 μm green sheets. In order to simplify the manufacturing process of the green sheet, the thickness of the outermost layers 1701 and 1801 is set to an integral multiple of the thickness of the inner piezoelectric material layer so that the inner piezoelectric material 502 can be laminated. Things are desirable.

【0031】この後、図19と図19のD部拡大図であ
る図20に示すように、配線パターン1102に合わせ
てバルク状圧電体を加工して圧電素子101、ダミー圧
電素子115を形成する事でベース板ユニット1901
を得る。又、ベース板107を50〜100μm切り込
むことで導電材料1502を完全に電気的に分離する事
が出来た。ここで、本実施例では、先にも述べたがベー
ス板107の端面から各圧電素子101の位置精度を確
保する為、加工方法としてダイヤモンドブレードを利用
したダイシングソーでベース板端面とバルク状圧電体端
面を同時に加工し基準面1902を設けた。ここで、ダ
イシング加工の切込み可能深さL2には限界があるの
で、基準面1902を作るベース板両端は図19に示す
ように凸形状とした。
Thereafter, as shown in FIG. 19 and FIG. 20, which is an enlarged view of a portion D in FIG. 19, the bulk piezoelectric body is processed in accordance with the wiring pattern 1102 to form the piezoelectric element 101 and the dummy piezoelectric element 115. By the base plate unit 1901
Get. Also, by cutting the base plate 107 by 50 to 100 μm, the conductive material 1502 could be completely electrically separated. Here, in this embodiment, as described above, in order to secure the positional accuracy of each piezoelectric element 101 from the end face of the base plate 107, the base plate end face and the bulk piezoelectric The body end face was simultaneously processed to provide a reference plane 1902. Here, since there is a limit to the depth L2 that can be cut by dicing, both ends of the base plate forming the reference plane 1902 are formed in a convex shape as shown in FIG.

【0032】本実施例では、ノズルピッチ8/300イ
ンチ、512ノズルのラインヘッドを1ドライバーIC
で64ビットずつ、即ち、ベース板ユニットを8個配置
する事とした。ここで、後工程での振動板103、隔壁
板104、ノズルプレート105と各圧電素子101と
の位置精度を確保する為、図24に示すように8個配列
したベース板ユニットの両端に来るユニット2101、
2201に、図21、図22に示す様にバルク状圧電体
及び、ベース板加工時に同時に基準柱材料を加工するこ
とで基準柱114を形成した。
In this embodiment, a line head having a nozzle pitch of 8/300 inches and 512 nozzles is connected to one driver IC.
, 64 bits, that is, eight base plate units are arranged. Here, in order to secure the positional accuracy between the vibration plate 103, the partition plate 104, the nozzle plate 105 and each of the piezoelectric elements 101 in the post-process, the units which come to both ends of the base plate unit arranged as shown in FIG. 2101,
As shown in FIGS. 21 and 22, a reference column 114 was formed by simultaneously processing the bulk piezoelectric material and the reference column material at the time of processing the base plate.

【0033】上記の様にして得られたベース板ユニット
1901、2101、2201を図23に示す様にイン
ク流路板106に各ユニットに形成されている基準面を
接触させながら挿入する。その後、図24に示す様に基
台2401に押し付け、インク流路板106の上面と圧
電素子101の上面が均一になる様に接着し、図24、
図25に示す様な流路板ユニット2402を得る。
The base plate units 1901, 2101 and 2201 obtained as described above are inserted into the ink flow path plate 106 while the reference surfaces formed on the respective units are brought into contact with each other as shown in FIG. Thereafter, as shown in FIG. 24, the substrate is pressed against the base 2401 and adhered so that the upper surface of the ink flow path plate 106 and the upper surface of the piezoelectric element 101 become uniform.
A flow path plate unit 2402 as shown in FIG. 25 is obtained.

【0034】ここで、圧電素子101は先にも述べたよ
うに、内部電極を厚膜印刷した焼成体であるため内部電
極印刷精度、焼成状態、製造ロットにより特性にバラツ
キを生じる。この為、ベース板ユニット毎に、バルク状
圧電体を加工した後の各圧電素子101の変位特性を測
定し、予め設定された数段階のクラスに変位特性別に分
類した。この後、同じクラスのベース板ユニットを配列
する事で1つのヘッドを構成した。この事で、従来、静
電容量等の代用値で行っていた事前検査が、ベース板に
固定された圧電素子の変位という、インク吐出特性を左
右する直接的な要因で管理出来た。
Here, as described above, since the piezoelectric element 101 is a fired body in which the internal electrodes are printed with a thick film, the characteristics vary depending on the internal electrode printing accuracy, firing state, and manufacturing lot. For this reason, for each base plate unit, the displacement characteristics of each piezoelectric element 101 after processing the bulk-shaped piezoelectric body were measured, and the piezoelectric elements 101 were classified according to the displacement characteristics into several preset classes. Thereafter, one head was formed by arranging base plate units of the same class. As a result, the prior inspection, which was conventionally performed using a substitute value such as capacitance, could be managed by the displacement of the piezoelectric element fixed to the base plate, which is a direct factor that affects the ink ejection characteristics.

【0035】これにより、ユニット間での変位特性を精
度良く揃える事が出来た為、インク吐出特性が1ヘッド
内で安定し、印字品質に優れたインクジェット式印字ヘ
ッドを得ることが出来た。
As a result, since the displacement characteristics between the units could be precisely adjusted, the ink ejection characteristics were stabilized in one head, and an ink jet print head having excellent print quality could be obtained.

【0036】次に、図26に示すように基台2601に
上面に接着剤を塗布した流路板ユニット2102を固定
し、基準柱114に振動板103に予め設けた基準穴を
挿入し位置合わせする。この後、重り2602で加圧し
必要に応じて高温雰囲気で接着固定する。ここで、ダミ
ー圧電素子115は隔壁板104の受けとして残してい
る。この作業を、隔壁板104、ノズル開口部102を
形成したノズルプレート101を繰り返し積層、接着す
ることで、流路構成部材、ベース板ユニット、及び両者
の位置を決め、且つベース板ユニットを包囲する基台と
を有するインクジェット式印字ヘッドを得る。
Next, as shown in FIG. 26, a flow path plate unit 2102 having an adhesive applied to the upper surface thereof is fixed to the base 2601 and a reference hole provided in the diaphragm 103 is inserted into the reference column 114 to align the position. I do. Thereafter, pressure is applied with a weight 2602 and, if necessary, adhesively fixed in a high-temperature atmosphere. Here, the dummy piezoelectric element 115 is left as a receiver for the partition plate 104. This operation is performed by repeatedly laminating and bonding the partition plate 104 and the nozzle plate 101 having the nozzle openings 102 formed therein, thereby determining the flow path constituent member, the base plate unit, the positions of both, and surrounding the base plate unit. An ink jet print head having a base is obtained.

【0037】又、本実施例では、ヘッドの小型化、電気
回路の簡素化(遅延回路等を必要としない)を図る為に
図27に示すようにノズル列2701を1列配列とした
が図28に示すようにベース板ユニット毎に第1のノズ
ル列2801、第2のノズル列2802と千鳥配列にす
る事も可能である。この構造であっても、本発明はノズ
ルプレートを1枚で構成している為、ベース板ユニット
の境目のノズル位置精度はノズルプレート製造時に保証
される為、縦筋の発生しない高印字品質のインクジェッ
トヘッドを得る事が出来る。
In this embodiment, the nozzle rows 2701 are arranged in a single row as shown in FIG. 27 in order to reduce the size of the head and simplify the electric circuit (no need for a delay circuit or the like). As shown in FIG. 28, the first nozzle row 2801 and the second nozzle row 2802 can be arranged in a staggered arrangement for each base plate unit. Even with this structure, the present invention uses a single nozzle plate, so that the nozzle position accuracy at the boundary of the base plate unit is guaranteed at the time of manufacturing the nozzle plate. An inkjet head can be obtained.

【0038】本実施例では、1枚のベース板に1個のド
ライバーICを搭載した例を示した。しかし、ドライバ
ーICの出力ビット数、バルク状圧電体の製造可能長さ
に応じて、特性バラツキを許容できる限り1枚のベース
板に複数のドライバーICを実装する事も可能である。
In this embodiment, an example is shown in which one driver IC is mounted on one base plate. However, depending on the number of output bits of the driver IC and the length of the bulk piezoelectric body that can be manufactured, it is possible to mount a plurality of driver ICs on a single base plate as long as characteristic variations can be tolerated.

【0039】又、本実施例ではベース板上へのIC実装
方法としてワイヤーボンディング方式、フリップチップ
方式を紹介したが、図29、図30に示すようにTAB
(Tape Automated Bonding)方
式で実装したTABユニット2901をベース板107
に接続する構造をとっても良い。TAB方式はIC実装
時点での検査が容易な為、製造歩留まりの向上が期待で
きる。
In this embodiment, a wire bonding method and a flip chip method are introduced as a method of mounting an IC on a base plate. However, as shown in FIGS.
(Tape Automated Bonding) type TAB unit 2901 is mounted on the base plate 107.
May be connected. Since the inspection at the time of mounting the IC is easy in the TAB method, an improvement in manufacturing yield can be expected.

【0040】本実施例では、圧電素子101は電界方向
と同じ方向の変位を利用したd33方向の積層型圧電素
子を使用した例を示したが、図31に示すように電界方
向と垂直方向の変位を利用したd31方向圧電素子31
01を使用しても良い。
In this embodiment, an example is shown in which the piezoelectric element 101 is a laminated piezoelectric element in the d33 direction utilizing displacement in the same direction as the electric field direction. However, as shown in FIG. D31 direction piezoelectric element 31 using displacement
01 may be used.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上説明してきたように、インク滴を吐
出するノズル開口が複数穿設されたノズルプレートを有
し、ノズル開口と連通するインク室及びインク室と連通
するインク流路を構成する流路構成部材と、インク室に
圧力を発生させる圧電素子をベース板上にインク室に対
応するように複数配列させたベース板ユニットとを具備
したインクジェット式印字ヘッドにおいて、流路構成部
材と複数のベース板ユニットの位置を決め、且つ該ベー
ス板ユニットを包囲するケース状の基台を更に有してお
り、各ベース板には、圧電素子を駆動する圧電素子駆動
用ICを備えていることにより、特性バラツキの少ない
長尺のヘッドを得ることができるばかりでなく、流路構
成部材とベース板ユニットの位置合わせが容易であり、
さらに精密な駆動回路である圧電素子駆動用ICを基台
により外乱から保護することができる。
As described above, a nozzle plate having a plurality of nozzle openings for ejecting ink droplets is provided, and an ink chamber communicating with the nozzle openings and an ink flow path communicating with the ink chamber are formed. In an ink jet print head comprising a flow path component, and a base plate unit in which a plurality of piezoelectric elements for generating pressure in an ink chamber are arranged on a base plate so as to correspond to the ink chambers, the flow path component and the plurality of Further comprising a case-shaped base for determining the position of the base plate unit and surrounding the base plate unit, and each base plate is provided with a piezoelectric element driving IC for driving a piezoelectric element. Thereby, not only can a long head having little characteristic variation be obtained, but also it is easy to align the flow path constituent member and the base plate unit,
Further, the piezoelectric element driving IC, which is a precise driving circuit, can be protected from disturbance by the base.

【0042】従って、多ノズルであるライン型ヘッドに
おいても、長期で信頼性が高く、特性バラツキの少ない
高印字品質のインクジェット式印字ヘッドを安価に提供
することができるという効果を有する。
Therefore, even with a line type head having a large number of nozzles, there is an effect that an ink jet print head of high print quality, which has high reliability over a long period of time and little characteristic variation, can be provided at low cost.

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

【図1】本発明のインクジェット式印字ヘッドの構造を
示す上面図。
FIG. 1 is a top view showing the structure of an ink jet print head of the present invention.

【図2】本発明のインクジェット式印字ヘッドの構造を
示す図1のA−A断面図。
FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA of FIG. 1 showing the structure of the ink jet print head of the present invention.

【図3】本発明のインクジェット式印字ヘッドの構造を
示す図2のC部拡大図。
FIG. 3 is an enlarged view of a portion C in FIG. 2 showing the structure of the ink jet print head of the present invention.

【図4】本発明のインクジェット式印字ヘッドの構造を
示す図1のB−B断面図。
FIG. 4 is a sectional view taken along line BB of FIG. 1 showing the structure of the ink jet print head of the present invention.

【図5】本発明のインクジェット式印字ヘッドの製造工
程を示す断面図。
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the ink jet print head of the present invention.

【図6】本発明のインクジェット式印字ヘッドの製造工
程を示す断面図。
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the ink jet print head of the present invention.

【図7】本発明のインクジェット式印字ヘッドの製造工
程を示す断面図。
FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the ink jet print head of the present invention.

【図8】本発明のインクジェット式印字ヘッドの製造工
程を示す断面図。
FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the ink jet print head of the present invention.

【図9】本発明のインクジェット式印字ヘッドの製造工
程を示す断面図。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the ink jet print head of the present invention.

【図10】本発明のインクジェット式印字ヘッドの製造
工程を示す断面図。
FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the ink jet print head of the present invention.

【図11】本発明のインクジェット式印字ヘッドの製造
工程を示す図。
FIG. 11 is a diagram showing a manufacturing process of the ink jet print head of the present invention.

【図12】本発明のインクジェット式印字ヘッドの製造
工程を示す断面図。
FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the ink jet print head of the present invention.

【図13】本発明のインクジェット式印字ヘッドの製造
工程を示す断面図。
FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the ink jet print head of the present invention.

【図14】本発明のインクジェット式印字ヘッドの製造
工程を示す断面図。
FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the ink jet print head of the present invention.

【図15】本発明のインクジェット式印字ヘッドの製造
工程を示す図。
FIG. 15 is a diagram showing a manufacturing process of the ink jet print head of the present invention.

【図16】本発明のインクジェット式印字ヘッドの製造
工程を示す断面図。
FIG. 16 is a sectional view showing a manufacturing process of the ink jet print head of the present invention.

【図17】本発明のインクジェット式印字ヘッドの実施
例を示す断面図。
FIG. 17 is a sectional view showing an embodiment of the ink jet print head of the present invention.

【図18】本発明のインクジェット式印字ヘッドの実施
例を示す断面図。
FIG. 18 is a sectional view showing an embodiment of the ink jet print head of the present invention.

【図19】本発明のインクジェット式印字ヘッドの製造
工程を示す図。
FIG. 19 is a diagram showing a manufacturing process of the ink jet print head of the present invention.

【図20】本発明のインクジェット式印字ヘッドの製造
工程を示す図。
FIG. 20 is a diagram showing a manufacturing process of the ink jet print head of the present invention.

【図21】本発明のインクジェット式印字ヘッドの製造
工程を示す図。
FIG. 21 is a diagram showing a manufacturing process of the ink jet print head of the present invention.

【図22】本発明のインクジェット式印字ヘッドの製造
工程を示す図。
FIG. 22 is a diagram showing a manufacturing process of the ink jet print head of the present invention.

【図23】本発明のインクジェット式印字ヘッドの製造
工程を示す斜視図。
FIG. 23 is a perspective view illustrating a manufacturing process of the ink jet print head of the present invention.

【図24】本発明のインクジェット式印字ヘッドの製造
工程を示す断面図。
FIG. 24 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the ink jet print head of the present invention.

【図25】本発明のインクジェット式印字ヘッドの製造
工程を示す図。
FIG. 25 is a diagram showing a manufacturing process of the ink jet print head of the present invention.

【図26】本発明のインクジェット式印字ヘッドの製造
工程を示す断面図。
FIG. 26 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the ink jet print head of the present invention.

【図27】本発明のインクジェット式印字ヘッドの実施
例を示す図。
FIG. 27 is a diagram showing an embodiment of the ink jet print head of the present invention.

【図28】本発明のインクジェット式印字ヘッドの実施
例を示す図。
FIG. 28 is a diagram showing an embodiment of the ink jet print head of the present invention.

【図29】本発明のインクジェット式印字ヘッドの実施
例を示す図。
FIG. 29 is a diagram showing an embodiment of the ink jet print head of the present invention.

【図30】本発明のインクジェット式印字ヘッドの実施
例を示す断面図。
FIG. 30 is a sectional view showing an embodiment of the ink jet print head of the present invention.

【図31】本発明のインクジェット式印字ヘッドの実施
例を示す断面図。
FIG. 31 is a sectional view showing an embodiment of the ink jet print head of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 圧電素子 102 ノズル開口部 103 振動板 104 隔壁板 105 ノズルプレート 106 インク流路板 107 ベース板 108 FPC 109 電極 110 インク流路 Reference Signs List 101 piezoelectric element 102 nozzle opening 103 diaphragm 104 partition plate 105 nozzle plate 106 ink flow plate 107 base plate 108 FPC 109 electrode 110 ink flow passage

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B41J 2/045 B41J 2/055 B41J 2/16 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) B41J 2/045 B41J 2/055 B41J 2/16

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 インク滴を吐出するノズル開口が複数穿
設されたノズルプレートを有し、前記ノズル開口と連通
するインク室及び前記インク室と連通するインク流路を
構成する流路構成部材と、前記インク室に圧力を発生さ
せる圧電素子をベース板上に前記インク室に対応するよ
うに複数配列させたベース板ユニットとを具備したイン
クジェット式印字ヘッドにおいて、 前記流路構成部材と複数のベース板ユニットの位置を決
め、且つ該ベース板ユニットを包囲するケース状の基台
を更に有しており、 前記各ベース板には、前記圧電素子を駆動する圧電素子
駆動用ICを備えていることを特徴とするインクジェッ
ト印字ヘッド。
A plurality of nozzle openings for discharging ink droplets are provided.
A nozzle plate provided and communicates with the nozzle opening
And an ink passage communicating with the ink chamber.
A flow path constituting member, and a pressure generated in the ink chamber.
The piezoelectric element to be moved is placed on the base plate corresponding to the ink chamber.
With a plurality of base plate units
In a jet type print head, the positions of the flow path constituting member and the plurality of base plate units are determined.
And a case-shaped base for surrounding the base plate unit
A piezoelectric element for driving the piezoelectric element on each of the base plates.
An ink jet device comprising a driving IC.
Print head.
【請求項2】 前記ベース板ユニットは、前記圧電素子
の変位特性がユニット毎に分類され、同等の変位特性を
有するベース板ユニットが複数個配列されている事を特
徴とする請求項1記載のインクジェット式印字ヘッド。
2. The base plate unit according to claim 1, wherein the displacement characteristics of the piezoelectric elements are classified for each unit, and a plurality of base plate units having equivalent displacement characteristics are arranged. Ink jet print head.
【請求項3】 前記圧電素子は積層型圧電素子であり、
ノズル開口部側の最外層圧電材料、或は、ノズル開口部
側及び圧電素子固定部側の両方の最外層圧電材料の厚み
が内部圧電材料層厚みより厚くなっていることを特徴と
する請求項1記載のインクジェット式印字ヘッド。
3. The piezoelectric element is a laminated piezoelectric element,
The thickness of the outermost layer piezoelectric material on the nozzle opening side, or the thickness of the outermost layer piezoelectric material on both the nozzle opening side and the piezoelectric element fixing section side is larger than the thickness of the internal piezoelectric material layer. 2. The ink jet print head according to 1.
【請求項4】 前記積層型圧電素子の最外層圧電材料厚
みは、前記内部圧電材料層厚みの整数倍になっているこ
とを特徴とする請求項3記載のインクジェット式印字ヘ
ッド。
4. The ink jet print head according to claim 3, wherein the thickness of the outermost piezoelectric material of the multilayer piezoelectric element is an integral multiple of the thickness of the internal piezoelectric material layer.
【請求項5】 前記インクジェット式印字ヘッドは、記
録媒体の記録幅とほぼ同じ長さを有するラインヘッドで
あることを特徴とする請求項1記載のインクジェット式
印字ヘッド。
5. The ink jet print head according to claim 1, wherein the ink jet print head is a line head having a length substantially equal to a recording width of a recording medium.
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