JP3674817B2

JP3674817B2 - Manufacturing method of on-demand type multi-nozzle inkjet head

Info

Publication number: JP3674817B2
Application number: JP20323498A
Authority: JP
Inventors: 徳政近藤; 信広黒澤
Original assignee: リコープリンティングシステムズ株式会社
Priority date: 1998-07-17
Filing date: 1998-07-17
Publication date: 2005-07-27
Anticipated expiration: 2018-07-17
Also published as: JP2000033699A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はインクジェットヘッドの性能向上、詳細にはノズルからの噴出インクの着地精度向上に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェットプリントヘッドをステンレスプレート等の薄板を積層して形成することは以前から行われており、以前はニッケル接合が主流であったが、ニッケルの接合温度が７００℃から９００℃と高いため、ノズルの位置精度を確保することが困難であった。
【０００３】
また、接着剤を用いてプレートを積層する方法もあるが、接着剤がインクに侵される、接着技術が不完全である等、接着による方法にも問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図３、図４は従来の接着技術による接着不良例である。
【０００５】
図３は接着剤が十分に塗布されなかった、あるいは加圧力不十分によりプレート間にエアーポケット３３が発生したものである。加圧室内にエアーポケットができると、ノズルをパージしても加圧室内の残留エアを除去することが極めて難しくなる。
【０００６】
図４はオリフィスプレートとチャンバプレートとの間の接着剤がはみ出して、オリフィス穴にかかったものである。この状態でインク液滴を発生させるとインク液滴がオリフィス穴からゆがんで飛び出すため、印字ドットが割れたり着紙位置精度が極端に悪くなったりする。
【０００７】
本発明は、上記の問題を解決し接着剤による薄板の積層化を可能にするための方法を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を達成するために、本発明は、加圧室を形成するチャンバプレートと、該チャンバプレートと共に加圧室を形成し、かつ加圧室にインクを供給するリストリクタ流路をも形成するリストリクタプレートと、電気信号の印加により加圧室内に圧力変動を発生させる圧電素子と、加圧室の壁面の少なくとも一部を形成して圧電素子と弾性材料で連結されているダイアフラムプレートと、前記リストリクタにインクを供給する共通インク供給路を形成するプレートと、インク液滴を加圧室から噴射するためのオリフィス穴を有するオリフィスプレートによって構成された複数のノズルを有するオンデマンド型マルチノズルインクジェットヘッドにおいて、少なくともオリフィスプレートとチャンバプレートとを接着剤で接着し、以下の条件を満たすことにより達成される。ここで、オリフィスプレートの入口穴直径をｄ１、接着剤のはみ出し量をＬ１、チャンバプレートの加圧室最短幅をＬ２とする。
【０００９】
【数２】

【００１０】
なお、前記オリフィスプレートはエレクトロフォーミングで成形し、オリフィス穴の外側開口部に対し、加圧室側の開口部をラッパ状に広く加工するか、あるいはプレス加工で成形し、オリフィス穴の外側開口部に対し、加圧室側の開口部をテーパ状に広く加工するとよい。更に、オリフィスプレートとチャンバプレートの間の接着剤のはみ出し量は１０μｍ〜１００μｍに規制するとよい。そして、前記接着剤のはみ出し量を制御可能とするために、接着剤材料を有機溶剤で希釈し、その上で各々のプレートに塗布するようにするとよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明になるインクジェットヘッドの１個のノズルの断面図を図１に示す。
【００１２】
図において、１１はオリフィスプレート、１２は該オリフィスプレートに空けられたオリフィス穴、１３は加圧室１６を構成するチャンバプレート、１４はリストリクタ流路１７を構成するリストリクタプレート、１５はダイアフラムプレート、２０は圧電素子、２１は圧電素子２０の変位をダイアフラムプレート１５を介して加圧室１６に伝えるための弾性体、３１ａはオリフィスプレート１１とチャンバプレート１３との間に発生した接着層、３１ｂはチャンバプレートとリストリクタプレート１４との接着層、３１ｃはリストリクタプレートとダイアフラムプレート１５との接着層、３２は接着層３１ａからチャンバ室１６にはみ出した接着剤はみ出し部である。
【００１３】
ここで、オリフィス穴１２の加圧室１６側の開口部はラッパ状に開いており、その直径はｄ１となっており、一方、オリフィス穴１２の外側開口部の直径はｄ２であり、ｄ１＞ｄ２となっている。
【００１４】
オリフィスプレート１１をエレクトロフォーミング（電鋳）で製作する場合、オリフィス穴１２を製作するレジスト径が必要であり、その直径をｄ３とする。通常、レジスト部は製作時僅かに窪んだ形状となる。各室の大きさについて、加圧室１６の最短幅をＬ２、リストリクタ流路１７の最短幅をＬ３とする。加圧室１６の最短幅Ｌ２は、通常はリストリクタ流路１７の最短幅Ｌ３と同じか、やや小さめにしておく。また、接着剤のはみ出し部３２のオリフィスプレート１１に沿う方はみ出し量をＬ１とする。
【００１５】
図２はインクの流れを説明するためのインク流路斜視図である。
【００１６】
５１は共通インク通路を形成するインクマニホールド、１８は該インクマニホールドの前面にありダイアフラムプレート１５に形成され、インク異物を濾すためのフィルタである。なお、ノズルはフィルタ１８に接して複数個縦に配列されている。インクは、インクタンク（記載せず）から複数本配列されたインクマニホールド５１に分岐されている。インクマニホールド５１においても、フィルタ１８を通って個々のノズルに分岐されている。フィルタを通ったインクは、リストリクタ流路１７から加圧室１６、オリフィス穴１２を通って外部へと噴射される。ここで、インク液滴を各ノズルで夫々安定させるには、インク液滴速度が同じになるよう各ノズルの圧電素子２０の印加電圧を調整すればよい。しかし、インク液滴の曲がりによる着紙精度の低下については、製作時に不良を作り込まないようにするのが最良の方策である。
【００１７】
インク液滴がオリフィス穴１２から排出されるときに曲げられるのは、オリフィス穴１２のインク膜によるものと、オリフィス穴１２内部の穴形状不均一によるものとがある。このうち、オリフィス穴１２内部の不均一の原因には、オリフィス穴１２にこぶ等の欠陥が発生しているものと、接着作業の時に接着剤の流れ出しが発生したためによるものとがある。
【００１８】
接着剤の流れ出しを規制するためには、接着剤を有機溶剤（例えば、アセトン、メチルエチルケトン、エチルアルコール）等で希釈して、スプレー塗りで厚さを数ミクロンから数十ミクロンに塗る。そして、接着前に予備加熱をして流れ性を抑えてから貼り付けることが必要である。また、オリフィスプレート１１とチャンバプレート１３との貼付では、接着剤はチャンバプレート１３側にしか塗布しないようにするとよい。なぜなら、オリフィスプレート11に接着剤を塗布するためには、オリフィス穴12に接着剤が入り込まないようマスキングしなければならないうえ、オリフィスプレートに塗られる接着剤の量とチャンバプレートに塗られる接着量を、塗られる量のばらつきを考慮して置く必要があり、接着塗布作業を煩雑にする。
【００１９】
本例では、希釈接着剤をスプレー塗りにて、１回の塗り厚さを２〜５μｍとし、それを４から８回塗って厚さを１０〜４０μｍにしている。そして、接着時には接着剤の硬化温度より２０℃程度低い温度で１０分程度プレキュアしてからプレートを張り合わせ、負荷を掛けてから本硬化させる。この時の接着剤のオリフィスプレート側のはみ出し量を５０μｍを標準に試作を重ねたところ、はみ出し量は１０μｍ〜１００μｍにばらつく事が分かった。接着剤の量を抑え、荷重を高めて貼り付けることも考えられるが、プレートの加熱時の膨張量のばらつきが大きくなるのであまり高くしない方がよいと思われた。また、単に接着厚さを下げると従来例の図３に示すような接着剤の十分回り込まなかった部分にエアーポケット３３が発生した。
【００２０】
上述の結果をまとめると、以下のようになる。すなわち、チャンバプレート１３の加圧室１６の最短幅Ｌ２は、オリフィスプレート１１のオリフィス穴１２外側の直径ｄ１と接着剤のはみ出し量Ｌ１の２倍の和よりより大きければよく、下記の式にて表すことができる。
【００２１】
【数３】

【００２２】
また、オリフィスプレート１１をエレクトロフォーミング（電鋳）で製作すると、オリフィス穴はラッパ形状になって穴の開口部を規定することが難しいが、電鋳で製作する場合にはレジスト位置が出口側で窪みとなっており、穴径はこれとほぼ一致することを確認している。すなわち、ｄ１＝ｄ３である。よって、電鋳時の条件は下記の通りとなる。
【００２３】
【数４】

【００２４】
オリフィスプレートは、電鋳の他にもプレス加工でテーパ形状の穴を開けることが可能である。加工方法としては、ストレートの穴を開けてから、所定量をザグリ加工によりテーパを形成する方法が一般的である。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によればプレート間にエアポケットの発生がなく、かつ接着剤のはみ出しによるインク液滴の吐出不良を生じないように接着剤のはみ出し量を規制したので、接着剤による薄板の積層化インクジェットヘッドを可能とすることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になるインクジェットヘッドのノズルの断面図である。
【図２】インク流路の斜視図
【図３】従来技術によるノズル断面図
【図４】従来技術によるノズル断面図
【符号の説明】
１１はオリフィスプレート、１２はオリフィス穴、１３はチャンバプレート、１６は加圧室、３１は接着層、３２は接着剤はみ出し部である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an improvement in performance of an ink jet head, and more particularly to an improvement in landing accuracy of ink ejected from a nozzle.
[0002]
[Prior art]
Ink jet print heads have been formed by laminating thin plates such as stainless steel plates. Previously, nickel bonding was the mainstream, but since the bonding temperature of nickel is as high as 700 ° C to 900 ° C, nozzles It was difficult to ensure the positional accuracy.
[0003]
There is also a method of laminating plates using an adhesive, but there are also problems with the method of adhesion, such as the adhesive being attacked by ink or the inadequate adhesion technique.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
3 and 4 show examples of adhesion failure by the conventional adhesion technique.
[0005]
FIG. 3 shows that air pockets 33 are generated between the plates due to insufficient application of the adhesive or insufficient pressure. If an air pocket is formed in the pressurizing chamber, it becomes extremely difficult to remove residual air in the pressurizing chamber even if the nozzle is purged.
[0006]
In FIG. 4, the adhesive between the orifice plate and the chamber plate protrudes and is applied to the orifice hole. When ink droplets are generated in this state, the ink droplets are distorted and ejected from the orifice holes, so that the printed dots are broken or the paper landing position accuracy is extremely deteriorated.
[0007]
It is an object of the present invention to provide a method for solving the above problems and enabling lamination of thin plates with an adhesive.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, the present invention forms a chamber plate forming a pressurizing chamber, a pressurizing chamber together with the chamber plate, and a restrictor flow path for supplying ink to the pressurizing chamber. A restrictor plate, a piezoelectric element that generates a pressure fluctuation in the pressurizing chamber by application of an electric signal, a diaphragm plate that forms at least a part of a wall surface of the pressurizing chamber and is connected to the piezoelectric element by an elastic material, An on-demand type multi-nozzle having a plurality of nozzles configured by a plate forming a common ink supply path for supplying ink to the restrictor and an orifice plate having an orifice hole for ejecting ink droplets from a pressurizing chamber In the inkjet head, at least the orifice plate and the chamber plate are bonded with an adhesive, and the following conditions are satisfied. It is achieved by satisfying. Here, the inlet hole diameter of the orifice plate is d1, the protruding amount of the adhesive is L1, and the minimum pressure chamber width of the chamber plate is L2.
[0009]
[Expression 2]

[0010]
The orifice plate is formed by electroforming, and the opening on the pressurizing chamber side is broadly processed into a trumpet shape with respect to the outer opening of the orifice hole, or is formed by pressing, and the outer opening of the orifice hole is formed. On the other hand, the opening on the pressurizing chamber side may be processed widely in a tapered shape. Furthermore, the amount of the adhesive protruding between the orifice plate and the chamber plate may be regulated to 10 μm to 100 μm. In order to make it possible to control the amount of protrusion of the adhesive, the adhesive material may be diluted with an organic solvent and then applied to each plate.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A cross-sectional view of one nozzle of the ink jet head according to the present invention is shown in FIG.
[0012]
In the figure, 11 is an orifice plate, 12 is an orifice hole formed in the orifice plate, 13 is a chamber plate constituting a pressurizing

chamber

16, 14 is a restrictor plate constituting a

restrictor flow path

17, and 15 is a diaphragm plate. , 20 is a piezoelectric element, 21 is an elastic body for transmitting the displacement of the piezoelectric element 20 to the pressurizing chamber 16 via the

diaphragm plate

15, 31a is an adhesive layer generated between the orifice plate 11 and the chamber plate 13, 31b Is an adhesive layer between the chamber plate and the restrictor plate 14, 31 c is an adhesive layer between the restrictor plate and the

diaphragm plate

15, and 32 is an adhesive protruding from the adhesive layer 31 a into the chamber chamber 16.
[0013]
Here, the opening on the pressure chamber 16 side of the orifice hole 12 is open in a trumpet shape, and its diameter is d1, while the diameter of the outer opening of the orifice hole 12 is d2, and d1> d2.
[0014]
When the orifice plate 11 is manufactured by electroforming (electroforming), a resist diameter for manufacturing the orifice hole 12 is necessary, and the diameter is d3. Usually, the resist portion has a slightly depressed shape during manufacture. Regarding the size of each chamber, the shortest width of the pressurizing chamber 16 is L2, and the shortest width of the restrictor channel 17 is L3. The shortest width L2 of the pressurizing chamber 16 is usually the same as or slightly smaller than the shortest width L3 of the restrictor channel 17. The amount of protrusion of the adhesive protruding portion 32 along the orifice plate 11 is L1.
[0015]
FIG. 2 is a perspective view of the ink flow path for explaining the flow of ink.
[0016]
Reference numeral 51 denotes an ink manifold that forms a common ink passage. Reference numeral 18 denotes a filter that is formed on the diaphragm plate 15 in front of the ink manifold and filters out ink foreign matter. A plurality of nozzles are arranged vertically in contact with the filter 18. The ink is branched from an ink tank (not shown) into a plurality of ink manifolds 51 arranged. The ink manifold 51 is also branched into individual nozzles through the filter 18. The ink that has passed through the filter is ejected from the restrictor flow path 17 through the pressure chamber 16 and the orifice hole 12 to the outside. Here, in order to stabilize the ink droplets at each nozzle, the applied voltage of the piezoelectric element 20 of each nozzle may be adjusted so that the ink droplet velocity is the same. However, the best way to prevent the deterioration of the paper receiving accuracy due to the bending of ink droplets is to prevent defects during production.
[0017]
The ink droplets are bent when discharged from the orifice hole 12 due to the ink film in the orifice hole 12 and due to non-uniform hole shape inside the orifice hole 12. Among these, the non-uniformity in the orifice hole 12 includes a defect such as a bump in the orifice hole 12 and a flow of adhesive during the bonding operation.
[0018]
In order to regulate the flow of the adhesive, the adhesive is diluted with an organic solvent (for example, acetone, methyl ethyl ketone, ethyl alcohol) or the like, and is applied by spray coating to a thickness of several microns to several tens of microns. And it is necessary to affix it after carrying out preliminary heating and suppressing flowability before adhesion | attachment. In addition, when the orifice plate 11 and the chamber plate 13 are attached, the adhesive may be applied only to the chamber plate 13 side. This is because in order to apply the adhesive to the orifice plate 11, it must be masked so that the adhesive does not enter the orifice hole 12, and the amount of adhesive applied to the orifice plate and the amount of adhesive applied to the chamber plate are determined. Therefore, it is necessary to take into account variations in the amount to be applied, which complicates the adhesive application work.
[0019]
In this example, the diluted adhesive is sprayed to a thickness of 2 to 5 μm at one time, and is applied 4 to 8 times to a thickness of 10 to 40 μm. Then, at the time of bonding, pre-curing is performed at a temperature lower by about 20 ° C. than the curing temperature of the adhesive for about 10 minutes, and then the plates are bonded together and subjected to main curing after applying a load. At this time, when the trial production was repeated with the amount of protrusion of the adhesive on the orifice plate side set to 50 μm as a standard, it was found that the amount of protrusion varied from 10 μm to 100 μm. Although it is possible to suppress the amount of adhesive and increase the load, it is thought that it is better not to increase it too much because the variation in expansion during heating of the plate increases. Further, when the adhesive thickness was simply lowered, the air pocket 33 was generated in the portion where the adhesive did not sufficiently wrap around as shown in FIG.
[0020]
The above results are summarized as follows. That is, the shortest width L2 of the pressurizing chamber 16 of the chamber plate 13 only needs to be larger than the sum of the diameter d1 outside the orifice hole 12 of the orifice plate 11 and the amount L1 of protrusion of the adhesive. Can be represented.
[0021]
[Equation 3]

[0022]
In addition, when the orifice plate 11 is manufactured by electroforming (electroforming), the orifice hole has a trumpet shape and it is difficult to define the opening of the hole. However, in the case of manufacturing by electroforming, the resist position is on the outlet side. It is a depression, and it has been confirmed that the hole diameter almost coincides with this. That is, d1 = d3. Therefore, the conditions during electroforming are as follows.
[0023]
[Expression 4]

[0024]
In addition to electroforming, the orifice plate can be formed with a tapered hole by pressing. As a processing method, a method of forming a taper by counterboring a predetermined amount after making a straight hole is common.
[0025]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the amount of protrusion of the adhesive is regulated so that there is no occurrence of air pockets between the plates and ink droplets are not discharged properly due to the protrusion of the adhesive. It was possible to make a laminated inkjet head with a thin plate.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of a nozzle of an inkjet head according to the present invention.
2 is a perspective view of an ink flow path. FIG. 3 is a sectional view of a nozzle according to the prior art. FIG. 4 is a sectional view of a nozzle according to the prior art.
11 is an orifice plate, 12 is an orifice hole, 13 is a chamber plate, 16 is a pressurizing chamber, 31 is an adhesive layer, and 32 is an adhesive protruding portion.

Claims

Pressurizing by applying an electric signal, a chamber plate that forms a pressurizing chamber, a restrictor plate that forms a pressurizing chamber together with the chamber plate, and also forms a restrictor channel that supplies ink to the pressurizing chamber. A piezoelectric element that generates pressure fluctuation in the chamber, a diaphragm plate that forms at least part of the wall surface of the pressurizing chamber and is connected to the piezoelectric element by an elastic material, and a common ink supply path that supplies ink to the restrictor And a method for producing an on-demand type multi-nozzle inkjet head having a plurality of nozzles constituted by an orifice plate having an orifice hole for ejecting ink droplets from a pressurizing chamber.
When the chamber plate and the orifice plate are bonded, the amount of adhesive protruding from the chamber plate portion is L1, the diameter of the orifice hole of the orifice plate on the side of the pressure chamber is d1, and the pressure chamber shortest of the chamber plate When the width is L2, d1 + 2 × L1 <L2 is satisfied,
Further, a coating thickness of 1 μm to 5 μm is applied to one side of the chamber plate by spraying a diluted adhesive obtained by diluting an adhesive material with an organic solvent so that the protruding amount L1 of the adhesive satisfies 10 μm to 100 μm. The manufacturing method of the on-demand type multi-nozzle ink jet head, wherein the orifice plate and the chamber plate are bonded by applying the adhesive agent so that the thickness of the adhesive is 10 μm to 40 μm.