JP4403438B2 - Inkjet head drive unit - Google Patents

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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Description

本発明はインクジェットヘッドに関し、より詳細には、オンデマンド型のインクジェットヘッド記録装置の駆動源として圧電素子を用いたインクジェットヘッドにおいて、圧電素子と圧電素子を支持固定する基台の接合面の形状や基台の材質に関する。   The present invention relates to an inkjet head, and more specifically, in an inkjet head using a piezoelectric element as a drive source for an on-demand inkjet head recording apparatus, the shape of the joint surface of a base that supports and fixes the piezoelectric element and the piezoelectric element, It relates to the material of the base.

ドロップオンデマンド方式のインクジェットヘッドのひとつとして駆動源に積層型圧電素子を用いた方式がある。積層型圧電素子の種類として、縦振動や横振動など電界の方向と変位方向により分けられ、たとえばd33積層型圧電素子、d31積層型圧電素子などが一般的である。 As one of drop-on-demand ink jet heads, there is a method using a laminated piezoelectric element as a drive source. The types of laminated piezoelectric elements are classified according to the direction of electric field such as longitudinal vibration and lateral vibration and the direction of displacement, and for example, d 33 laminated piezoelectric elements and d 31 laminated piezoelectric elements are generally used.

このうち駆動源にd33型の圧電素子を用いたインクジェットヘッドについては、門型の基台にバルク状の圧電素子を貼り付けた後、一端が自由端となるように櫛歯状の振動子を形成したものがある(例えば、特許文献1参照)。 For ink-jet head using a piezoelectric element of d 33 type in these drive source, after attaching a bulk piezoelectric element to the base of the gate-shaped, one end comb teeth-shaped so that the free ends vibrator (For example, see Patent Document 1).

また、電極パターンが形成されたセラミックの板に、バルク状の圧電素子を張り付け、ダイシングソーを用いてd33型の積層型圧電素子を短冊状に切り分けているものがある(例えば、特許文献2参照)。その際、基台表面部も同時に切り分けているため、個別の電極パターンを同時に形成出来、その後の配線が容易となる。 Further, the ceramic plate electrode pattern is formed, stuck bulk-shaped piezoelectric element, there is what is cut into strips of laminated piezoelectric element 33 type d using a dicing saw (e.g., Patent Document 2 reference). At that time, since the surface portion of the base is also cut at the same time, individual electrode patterns can be formed at the same time, and subsequent wiring becomes easy.

特公平4−52213号公報Japanese Examined Patent Publication No. 4-52213 特開平8−142325号公報JP-A-8-142325

しかし、短冊状にダイシングする際に発生する問題点として、圧電素子を切断する際、圧電素子を支持する基台の材質によっては切断がうまくいかないことがある。このため、特許文献2に記載の発明では、ブレードに負担がかかるという理由で基台の材質をセラミックに限定している。金属のダイシングではダイシングブレードに磨耗し易いものを用いるため、ドレッシング期間が短くなり、効率が悪いという点がある。さらに金属の中でも防振材であるSUS430等、焼入れ出来ない基台と圧電素子を接合してダイシングを行なうと、図15に示すように、基台3となる金属側で捲れ37が発生し、歯割された振動子2に外力を加えることになる。これにより切り分けられた振動子2が剥がれてしまうことがある。ノズルピッチが細かいものになると、振動子2がダイシング時に吹き飛んでしまう場合もある。   However, as a problem that occurs when dicing into strips, when cutting a piezoelectric element, cutting may not be successful depending on the material of the base that supports the piezoelectric element. For this reason, in the invention described in Patent Document 2, the material of the base is limited to ceramic because the blade is burdened. In metal dicing, since a dicing blade that easily wears is used, the dressing period is shortened and the efficiency is low. Furthermore, when a dicing is performed by joining a base that cannot be quenched, such as SUS430, which is an anti-vibration material, and a piezoelectric element, as shown in FIG. 15, a sag 37 occurs on the metal side that becomes the base 3, An external force is applied to the vibrator 2 that has been split. As a result, the separated vibrator 2 may be peeled off. If the nozzle pitch is small, the vibrator 2 may be blown off during dicing.

一方、基台をセラミックに限定し、流路をすべてステンレスなどで作製した場合、熱膨張係数が大きく違うため、駆動部と流路部の接合には高温をかけられない。また、インクジェットヘッドを使用する際にも、使用温度が高温になった場合、熱膨張により両端部がずれて不吐出状態になってしまう。また、セラミックは質量が金属に比べ低いため、インク吐出時の相互干渉(クロストーク)がやや大きくなり、吐出安定性に乏しい。   On the other hand, when the base is limited to ceramic and the flow paths are all made of stainless steel or the like, the coefficient of thermal expansion is greatly different, so that high temperature cannot be applied to the drive section and the flow path section. Also, when the ink jet head is used, if the use temperature becomes high, both ends are displaced due to thermal expansion, resulting in a non-ejection state. Further, since the mass of ceramic is lower than that of metal, mutual interference (crosstalk) at the time of ink ejection becomes slightly large, and the ejection stability is poor.

更に、バルク状の圧電素子を櫛歯状に切断した場合は、切断するピッチにあわせて予め個別の電極パターンを形成しなければならないため、手間がかかる。また、圧電素子の電極パターンと基台の電極パターンを合わせなければならないため、短冊状に比べると工数が増えてしまう。   Further, when a bulk piezoelectric element is cut in a comb shape, it takes time and effort because an individual electrode pattern must be formed in advance according to the cutting pitch. In addition, since the electrode pattern of the piezoelectric element and the electrode pattern of the base must be matched, the number of man-hours increases compared to the strip shape.

本発明は、以下の特徴を有するインクジェットヘッド用駆動ユニットを構成し、前述した課題を効果的に解決するものである。
(1)一端が自由端となるように分割された圧電素子と、該圧電素子を保持する基台から構成され、前記基台には、前記圧電素子との接合面に予め分割する位置とほぼ同じ位置に溝が設けられると共に、前記圧電素子に電気信号を伝える個別電極用パターンと共通電極用パターンが側面に形成されている。
(2)前記溝はダイシングまたは射出成型により作製されている。
(3)前記基台は金属材料からなる。
The present invention constitutes an inkjet head drive unit having the following features, and effectively solves the above-described problems.
(1) A piezoelectric element that is divided so that one end is a free end and a base that holds the piezoelectric element. The base has a position that is divided in advance into a joint surface with the piezoelectric element. A groove is provided at the same position, and an individual electrode pattern and a common electrode pattern for transmitting an electric signal to the piezoelectric element are formed on the side surface.
(2) The groove is made by dicing or injection molding.
(3) The base is made of a metal material.

基台の圧電素子との接合面に溝を設けることにより、基台がステンレスなどの切削性の悪いものであっても、圧電素子をダイシングした際に発生する捲れが振動子にまで到達しない。また、基台を2枚の板に分けることにより、一枚は切削性の良いもの、2枚目は熱膨張係数が流路と同じものに分けることが出来、圧電素子と基台の1枚目を短冊状に切削することにより、圧電素子と基台の接合を強固にしたまま、熱膨張による伸びを流路にあわせることが出来る。   By providing a groove on the joint surface of the base with the piezoelectric element, even when the base is made of stainless steel or the like having poor cutting properties, the twist generated when the piezoelectric element is diced does not reach the vibrator. Also, by dividing the base into two plates, one can be divided into one with good machinability, the second with the same thermal expansion coefficient as the flow path, one piece of piezoelectric element and base By cutting the eyes into strips, the expansion due to thermal expansion can be adjusted to the flow path while the bonding between the piezoelectric element and the base is strengthened.

以上説明したように、列状に並んだ複数のノズルと、前記ノズルと各々に対応し、かつ前記ノズルに連通する複数の圧力室と、前記圧力室の一部を形成する振動板と、からなるインク流路部に、前記圧力室列の周囲を囲むようにインク流路部を固定する孔をもつ固定板を接合し、基台の一面に接合した圧電素子を一端が自由端となるように前記圧力室の並びに合わせて前記基台に到達する長さで歯割した振動子群からなる駆動部を、前記インク流路部に接合することにより、前記圧電素子の変位を、前記振動板を介して圧力室に伝え、ノズルよりインクを吐出するインクジェットヘッドにおいて、前記基台の前記圧電素子との接合面には、歯割する位置とほぼ同じ位置に溝を設けることにより、金属などの加工性の悪い材質で出来た基台と圧電素子を歯割りする際に、発生する捲れによる振動子の破損を防ぎ、安定した駆動部の作製を可能とすることが出来る。また、同時に溝と振動子の間にフィレットが出来る為、接合強度も高い。   As described above, a plurality of nozzles arranged in a row, a plurality of pressure chambers corresponding to each of the nozzles and communicating with the nozzles, and a diaphragm forming a part of the pressure chambers A fixing plate having a hole for fixing the ink flow path portion so as to surround the pressure chamber row is bonded to the ink flow path portion, and one end of the piezoelectric element bonded to one surface of the base becomes a free end. In addition, a drive unit composed of a group of vibrators divided by a length reaching the base together with the pressure chambers is joined to the ink flow path unit to thereby displace the piezoelectric element. In the ink jet head that conveys to the pressure chamber through the nozzle and ejects ink from the nozzle, a groove is provided on the joint surface of the base with the piezoelectric element at a position that is substantially the same as the position where the teeth are split. Base and pressure made of poorly workable material The element at the time of tooth split prevents damage to the vibrator caused by curling occurs can allow the production of stable driving unit. At the same time, since a fillet is formed between the groove and the vibrator, the bonding strength is high.

溝の深さを歯割する刃が触れない深さとすることにより、捲れ自体を発生させないことも出来る。   By setting the depth of the groove to such a depth that the blade that splits the teeth does not touch, it is possible to prevent wrinkling itself.

溝をダイシング又は射出成型で作製することにより、セラミックから金属、樹脂など様々な材料で容易に溝形状を得ることが出来る。   By producing the groove by dicing or injection molding, it is possible to easily obtain the groove shape from various materials such as ceramic, metal and resin.

また、切削性の良い材質からなる第1基台を流路形成部材と同じ材質の第2基台に接合した後、圧電素子と前記第1基台に接合し、前記圧電素子の一端が自由端となるように前記圧電素子、及び前記第1基台を圧力室形状に合わせて短冊状に切断して複数の振動子を形成することにより、ヘッドを加熱して使用する際、第2基台が流路形成部材と同じ材質であるので、熱膨張による位置ズレなどの発生を防ぐことが出来る。   In addition, after joining the first base made of a material with good machinability to the second base made of the same material as the flow path forming member, the piezoelectric element and the first base are joined, and one end of the piezoelectric element is free. When the head is heated and used by forming a plurality of vibrators by cutting the piezoelectric element and the first base into a strip shape in accordance with the shape of the pressure chamber so as to be at the end, the second base Since the base is made of the same material as the flow path forming member, it is possible to prevent the occurrence of misalignment due to thermal expansion.

第1基台にはセラミック、または焼入れしたステンレス鋼を用いることにより、圧電素子と同じよう刃で切断できる為、加工が容易となる。   Since the first base is made of ceramic or hardened stainless steel, it can be cut with a blade in the same manner as the piezoelectric element, so that the processing becomes easy.

第1基台の材質には非導電性のものが用いられ、圧電素子の当接面及びその反対側の面以外には電極が蒸着されているものを用い、また前記第2基板には導電性の有る材質を用いることにより、第1基台が個別に分けられる為、個別電極として用い、第2基台は第1基台の一端側と接合して連結しているので共通電極として使用することが出来、電極の配線が容易である。   A non-conductive material is used for the first base, and a material on which electrodes are deposited other than the contact surface of the piezoelectric element and the opposite surface is used. Since the first base is individually divided by using a material having a property, it is used as an individual electrode, and the second base is joined and connected to one end side of the first base, so it is used as a common electrode. And wiring of the electrodes is easy.

図1は、本発明による第一の例となるインクジェットヘッドの構造を示す分解斜視図であり、図2は組み上げた状態における側面図、図3は図2の断面図である。   FIG. 1 is an exploded perspective view showing a structure of an ink jet head as a first example according to the present invention, FIG. 2 is a side view in an assembled state, and FIG. 3 is a cross-sectional view of FIG.

本ヘッドは大きく分けて、駆動ユニットと流路ユニットの2つに分けられる。   This head is roughly divided into two, a drive unit and a flow path unit.

駆動ユニットは、変位発生源である圧電素子1、圧電素子1を保持する基台3、基台3に貼り付けられ個別電気経路と共通電気経路を形成するShortFPC4と、ShortFPC4と電気信号のコントロール部とを接続するLongFPC5からなる。   The drive unit includes a piezoelectric element 1 that is a displacement generation source, a base 3 that holds the piezoelectric element 1, a ShortFPC4 that is attached to the base 3 to form an individual electric path and a common electric path, and a control unit for the ShortFPC4 and the electric signal It consists of LongFPC5 to connect with.

圧電素子1は、電極と圧電体を交互に積層して作製されており、細長い板状のバルク材として生成される。積層型圧電素子1は分極方向によりd31型やd33型がありいずれを使用してもよい。なお、本例ではd33型を用いている。 The piezoelectric element 1 is produced by alternately laminating electrodes and piezoelectric bodies, and is produced as an elongated plate-like bulk material. The laminated piezoelectric element 1 has a d 31 type and a d 33 type depending on the polarization direction, and any of them may be used. In this embodiment uses a 33-inch d.

基台3は圧電素子の一端を接着剤等により接合して固定する役割を持ち、接合面である板の外周部は高い平面度で加工されている。また、圧電素子1の当接面6と反対側の面を加圧面7として組立時に駆動部を加圧する基準面として使用するため、平行度も非常に高い。基台3の材質は、圧電素子1を強固に固定する高い強度と、振動が他に伝播しないようなものが求められ、ここではSUS430を用いている。SUS430は導電性であるため、基台3との絶縁を保ちながら、圧電素子から個別の電気信号線を接続する工夫が必要である。   The base 3 has a role of bonding and fixing one end of the piezoelectric element with an adhesive or the like, and the outer peripheral portion of the plate, which is a bonding surface, is processed with high flatness. In addition, since the surface opposite to the contact surface 6 of the piezoelectric element 1 is used as a pressure surface 7 as a reference surface for pressing the drive unit during assembly, the parallelism is also very high. The material of the base 3 is required to have a high strength for firmly fixing the piezoelectric element 1 and to prevent vibrations from being propagated elsewhere. Here, SUS430 is used. Since SUS430 is conductive, it is necessary to devise a way to connect individual electric signal lines from the piezoelectric element while maintaining insulation from the base 3.

駆動ユニットの組立方法について順を追って説明する。まず、SUS430の基台の四辺を高平面度加工し、圧電素子1の接合面6と加圧面7を高平行度加工した後、溝加工を施す。溝8を形成するための加工としてダイシングを行なった。図4に、ダイシングを行なって溝8を形成した基台3の状態を示す。ダイシングの際、表面に捲れが発生する為、仕上げ研磨を加工後に行なう。   The assembly method of the drive unit will be described step by step. First, the four sides of the base of SUS430 are processed with high flatness, and the bonding surface 6 and the pressure surface 7 of the piezoelectric element 1 are processed with high parallelism, and then groove processing is performed. Dicing was performed as a process for forming the groove 8. FIG. 4 shows a state of the base 3 on which grooves 8 are formed by dicing. When dicing, the surface is wrinkled, so finish polishing is performed after processing.

なお、溝8の作製方法としては、他にメタルインジェクションがある。この場合、射出成型した段階でほぼ形状が整っているので、多少の後加工をするだけで、目標仕様を満たす基台3を作製することが出来る。   Another method for producing the groove 8 is metal injection. In this case, since the shape is almost ready at the stage of injection molding, the base 3 satisfying the target specification can be produced by performing only some post-processing.

次に、圧電素子1と基台3との接合を行なう。この接合は接着剤によりなされる。図5に、圧電素子1と基台3とを接合した状態を示す。接着剤にはエポキシ系接着剤などの高強度なものを用い、圧電素子1側に塗布する。塗布方法としては、フィルムなどに均一な接着層を作製して、被接着部材に押し付ける転写法を用いる。本例で用いた接着剤は、常温硬化型接着剤であるバンティコ社製のアラルダイトである。なお、溝8側にも接着剤を塗布して接着剤の量を調整し、溝8を接着剤で埋める方法もある。この場合は、ダイシングしても柔らかい接着剤が捲れるだけなので接合強度を向上しつつ、加工性もよい。   Next, the piezoelectric element 1 and the base 3 are joined. This joining is performed by an adhesive. FIG. 5 shows a state in which the piezoelectric element 1 and the base 3 are joined. A high-strength adhesive such as an epoxy-based adhesive is used as the adhesive and is applied to the piezoelectric element 1 side. As a coating method, a transfer method is used in which a uniform adhesive layer is produced on a film or the like and pressed against a member to be bonded. The adhesive used in this example is Araldite manufactured by Bantico, which is a room temperature curable adhesive. There is also a method in which an adhesive is applied to the groove 8 side to adjust the amount of the adhesive, and the groove 8 is filled with the adhesive. In this case, even if dicing is performed, only a soft adhesive is drawn, so that the bonding strength is improved and the workability is good.

圧電素子1は予め分極処理を行なっているため、反りが発生している。よって、接合時には反りを強制するように、適度に接合する面に倣うように加圧して行なわれる。接合位置として、基台3の側面と同一平面上に揃うように配置する。   Since the piezoelectric element 1 has been previously polarized, warping has occurred. Therefore, pressurization is performed so as to follow the surfaces to be joined appropriately so as to force warpage during joining. As a joining position, it arrange | positions so that it may align with the side surface of the base 3 on the same plane.

接合後、基台位置の加圧面7と圧電素子1の自由端側を同一面となるように、研磨を行なう。ここでは、圧電素子を加圧面より若干飛び出るように設計しているので、圧電素子を研磨していった。研磨後、図6に示すように、ShortFPC4を基台3側面に取り付ける。ShortFPC4はポリイミド9−銅線10−ポリイミド9の3層からなり、銅線10はノズルピッチにあわせてパターニングされている。中央部には個別電極用パターン11が並び、その両端には共通電極用パターン12が形成されている。ポリイミド9は銅線10のカバーであり、基台3と接触する面は完全に被覆し、他面は両端で銅線部を露出させている。これにより、基台3と銅線10は完全に絶縁した状態となり、他面では圧電素子1やLongFPCとの接続を容易にしている。ShortFPC4と基台との取り付けは接着剤で行なう。これも圧電素子1と基台3の接続と同様に転写法により行い、ここではShortFPC4に接着剤を転写して接続する。接着剤も同様にアラルダイトを用いる。しかし、ShortFPC4が基台3からはみだすと、ShortFPC4が捲れた場合に、接着剤が割れてしまう可能性があるため、弾性接着剤であるセメダイン社製のEP001を用いてもよい。EP001は多少の伸びは耐えることができる接着剤のため、形状や用途によって使い分ける。   After joining, polishing is performed so that the pressing surface 7 at the base position and the free end side of the piezoelectric element 1 are the same surface. Here, the piezoelectric element was designed to protrude slightly from the pressure surface, so the piezoelectric element was polished. After polishing, as shown in FIG. 6, the Short FPC 4 is attached to the side surface of the base 3. ShortFPC4 consists of three layers of polyimide 9-copper wire 10-polyimide 9, and the copper wire 10 is patterned according to the nozzle pitch. Individual electrode patterns 11 are arranged in the center, and common electrode patterns 12 are formed at both ends thereof. The polyimide 9 is a cover of the copper wire 10, and the surface in contact with the base 3 is completely covered, and the other surface exposes the copper wire portion at both ends. As a result, the base 3 and the copper wire 10 are completely insulated, and the other surface facilitates connection to the piezoelectric element 1 and the LongFPC. ShortFPC4 and base are attached with adhesive. This is also performed by the transfer method in the same manner as the connection between the piezoelectric element 1 and the base 3, and here, the adhesive is transferred and connected to the ShortFPC4. Araldite is also used as the adhesive. However, if the Short FPC 4 protrudes from the base 3, the adhesive may be broken when the Short FPC 4 is rolled. Therefore, EP001 made by Cemedine, which is an elastic adhesive, may be used. EP001 is an adhesive that can withstand some elongation.

ShortFPC4の先端部は、圧電素子1と基台3との接合部よりも圧電素子1側に位置するように接続する。これは、銅線10が基台3と接触することを防ぐためである。そして、ShortFPC4を接続した後に、圧電素子1の一方の外部電極13aとShortFPC4、及び他方の外部電極13bと基台3とを導電性接着剤14で夫々結合する。また、最外部の共通電極パターン12を基台3と導電性接着剤14で導通させることにより、導電性の基台を介して他方の外部電極との導通を図る。   The front end portion of the ShortFPC 4 is connected so as to be positioned closer to the piezoelectric element 1 than the joint between the piezoelectric element 1 and the base 3. This is to prevent the copper wire 10 from coming into contact with the base 3. Then, after the ShortFPC 4 is connected, the one external electrode 13a and the ShortFPC4 of the piezoelectric element 1 and the other external electrode 13b and the base 3 are coupled by the conductive adhesive 14, respectively. In addition, the outermost common electrode pattern 12 is electrically connected to the base 3 by the conductive adhesive 14, thereby achieving electrical connection to the other external electrode via the conductive base.

その後、図7に示すように、圧電素子1をノズルピッチにあわせてダイシングし、複数の振動子2に分割する。ここではダイシング深さを溝部に接触しない深さに設定して行なった。なお、両端にはインクの吐出に寄与しない、ダミー振動子15が残る。   Thereafter, as shown in FIG. 7, the piezoelectric element 1 is diced according to the nozzle pitch and divided into a plurality of vibrators 2. Here, the dicing depth was set so as not to contact the groove. Note that dummy vibrators 15 that do not contribute to ink ejection remain at both ends.

図8に、(a)にメタルインジェクションで溝8形成した基台3、(b)にダイシングで溝8形成した基台3、それぞれのダイシング部分の拡大図を示す。メタルインジェクションの場合、ダイシング加工に比べ安定した溝幅、深さを実現できる。ダイシングの場合、歯の磨耗により深さなどが変わってしまう。   8A and 8B are enlarged views of the dicing portion of the base 3 in which the groove 8 is formed by metal injection in (a), and the base 3 in which the groove 8 is formed by dicing in (b). In the case of metal injection, stable groove width and depth can be realized compared to dicing. In the case of dicing, the depth changes due to wear of the teeth.

ダイシング後、図9に示すように、LongFPC5をShottFPC4に貼り付ける。貼付は、LongFPC5に貼り付けた異方性導電シートにより行なう。以上の工程により駆動ユニットが形成される。   After dicing, as shown in FIG. 9, LongFPC5 is stuck on ShotFPC4. Affixing is performed with an anisotropic conductive sheet affixed to LongFPC5. The drive unit is formed by the above steps.

続いて、流路ユニットの製造方法について説明する。図10に示すように、流路ユニットは、ノズルプレート18、チャンバープレート20、ダイアフラムプレート24からなるインク流路部29と、インク流路部29を固定する固定板30(図11参照)から形成される。各プレートはそれぞれに設けられている流路ユニット位置決め穴17(a)〜(c)により位置決めされる。   Then, the manufacturing method of a flow path unit is demonstrated. As shown in FIG. 10, the flow path unit is formed of an ink flow path portion 29 including a nozzle plate 18, a chamber plate 20, and a diaphragm plate 24, and a fixing plate 30 (see FIG. 11) for fixing the ink flow path portion 29. Is done. Each plate is positioned by the flow path unit positioning holes 17 (a) to (c) provided in each plate.

ノズルプレート18は、インク吐出口であるノズル19を有し、インク吐出面には撥インク処理が施されている。材質はSUS303が好ましく、プレス加工により個々のノズル19が作製される。   The nozzle plate 18 has a nozzle 19 that is an ink discharge port, and the ink discharge surface is subjected to ink repellent treatment. The material is preferably SUS303, and the individual nozzles 19 are produced by pressing.

チャンバープレート20は、ノズル19に連通する圧力室21と、インク溜めであるマニホールド23、圧力室21とマニホールド23を結ぶリストリクタ22が形成されている。材質にはシリコンが用いられており、ウェットエッチング、またはドライエッチングにより夫々の部位を形成する。   The chamber plate 20 is formed with a pressure chamber 21 communicating with the nozzle 19, a manifold 23 serving as an ink reservoir, and a restrictor 22 connecting the pressure chamber 21 and the manifold 23. Silicon is used as a material, and each part is formed by wet etching or dry etching.

ダイアフラムプレート24は、圧力室21の一側壁をなす振動板25と、ダミー振動子15が当接するダミー振動子接合部26、マニホールド23へインクを導入するインク導入孔27、マニホールド23内のインク変動を吸収するダンパー28が形成されている。ダイアフラムプレート24は金属と樹脂を張り合わせて形成し、金属にはSUS303、樹脂にはポリイミドフィルムが用いられている。金属と樹脂を張り合わせた後、金属面の所定部分をエッチングにより取り除き、金属の枠部に囲まれた振動板25やダンパー28を形成する。   The diaphragm plate 24 includes a diaphragm 25 that forms one side wall of the pressure chamber 21, a dummy vibrator joint 26 that contacts the dummy vibrator 15, an ink introduction hole 27 that introduces ink into the manifold 23, and ink fluctuations in the manifold 23. The damper 28 which absorbs is formed. The diaphragm plate 24 is formed by bonding a metal and a resin, and SUS303 is used for the metal and a polyimide film is used for the resin. After the metal and the resin are bonded together, a predetermined portion of the metal surface is removed by etching to form the diaphragm 25 and the damper 28 surrounded by the metal frame.

インク流路部29の組立では、ノズルプレート18、チャンバープレート20、ダイアフラムプレート24をそれぞれシート状の接着剤で接合する。それぞれの接着層は2〜3μm程度である。   In assembling the ink flow path portion 29, the nozzle plate 18, the chamber plate 20, and the diaphragm plate 24 are joined together with a sheet-like adhesive. Each adhesive layer is about 2 to 3 μm.

続いて、図11に示すように、インク流路部29を形成した後、固定板30を接合する。固定板30はインク供給路31と駆動ユニット15が貫通する貫通孔32を有し、インク流路部29と接合する面は高平面度加工が施されている。材質はSUS430であり、インク流路部29に比べ非常に厚い形状のため、高い剛性を有している。よって、インク流路部29との接合時に、インク流路部29に発生する反りやうねりは固定板30の剛性により矯正される。貫通孔32の大きさは駆動ユニット16が接触しない程度の大きさである。これは、駆動ユニット16と固定板30が接触又は接合することにより傾きが発生し、インク吐出特性を著しく低下させるためである。以上の工程により流路ユニットが形成される。   Subsequently, as shown in FIG. 11, after forming the ink flow path portion 29, the fixing plate 30 is joined. The fixed plate 30 has a through hole 32 through which the ink supply path 31 and the drive unit 15 penetrate, and a surface joined to the ink flow path portion 29 is subjected to high flatness processing. The material is SUS430, which is very thick compared to the ink flow path 29, and therefore has high rigidity. Therefore, the warp and undulation generated in the ink flow path 29 at the time of joining with the ink flow path 29 is corrected by the rigidity of the fixing plate 30. The size of the through hole 32 is such that the drive unit 16 does not contact. This is because when the drive unit 16 and the fixed plate 30 are contacted or joined, an inclination is generated, and the ink ejection characteristics are remarkably deteriorated. A flow path unit is formed by the above process.

駆動ユニットと流路ユニットはそれぞれ別々の工程で組み立てられるため、組立順序はどちらが先でも構わない。   Since the drive unit and the flow path unit are assembled in separate steps, either one may be assembled first.

続いて、各ユニットの接合を行なう。接合は接着剤を用いて転写法により行なわれる。接着剤には、ここでは高強度の弾性接着剤であるEP001を用いている。接着剤の転写は、ここでは高平面な板に接着剤を塗布して振動子を突き当てるように行なっている。   Subsequently, each unit is joined. Joining is performed by a transfer method using an adhesive. Here, EP001, which is a high-strength elastic adhesive, is used as the adhesive. Here, the transfer of the adhesive is performed by applying the adhesive to a flat plate and abutting the vibrator.

転写後、図12に示すように、駆動ユニット16を流路ユニット33に接合する。位置決めには治具(図示せず)を用いて、画像処理により行なう。位置決め後、流路ユニット33内に駆動ユニット16を挿入して((a)の工程)、突き当たった後、加圧面7を押圧して加熱硬化する((b)の工程)。以上によりヘッドが完成する。   After the transfer, the drive unit 16 is joined to the flow path unit 33 as shown in FIG. Positioning is performed by image processing using a jig (not shown). After positioning, the drive unit 16 is inserted into the flow path unit 33 (step (a)), and after hitting, the pressure surface 7 is pressed and cured by heating (step (b)). Thus, the head is completed.

以上のような工程でインクジェットヘッドを組み立てることにより、圧電素子1の歯割時に発生する不良(捲れによる倒れや破損)を防ぐことが出来、加工性の悪い基台でも安定した切断が行なえる。   By assembling the inkjet head in the above-described process, it is possible to prevent defects (falling or breaking due to twisting) that occur when the piezoelectric element 1 is split, and stable cutting can be performed even on a base with poor workability.

次に、本発明の他の例について説明する。本例では、材質の異なる2種類の部材にて基台3を形成している。このうち、圧電素子1と接合されている第1の基台は切削性の高い材料を用いることにより、圧電素子のダイシング加工時に発生する捲れを防止でき、かつ第2の基台はヘッドの高温使用時における熱膨張による伸びを防止できるという効果がある。   Next, another example of the present invention will be described. In this example, the base 3 is formed of two types of members having different materials. Of these, the first base bonded to the piezoelectric element 1 can be prevented from wrinkling that occurs during dicing processing of the piezoelectric element by using a material having high cutting ability, and the second base is the high temperature of the head. There is an effect of preventing elongation due to thermal expansion during use.

本発明の基台の製造は、圧電素子1を第1基台34に固定し、さらに第1基台34を第2基台35と接合することにより行なう。図13にその状態を示す。第1基台34にはセラミック(アルミナ)を用い、第2基台35には金属であるSUS304を用いている。第2基台35の材質を選定するポイントは、流路ユニットに用いられている材質と、ほぼ同等の熱膨張係数のものの中から選択するということである。   The base of the present invention is manufactured by fixing the piezoelectric element 1 to the first base 34 and further joining the first base 34 to the second base 35. FIG. 13 shows the state. The first base 34 is made of ceramic (alumina), and the second base 35 is made of SUS304, which is a metal. The point of selecting the material of the second base 35 is that it is selected from those having a thermal expansion coefficient substantially equal to that of the material used for the flow path unit.

具体的には、まず、第1基台34の第2基台35との接合面及びその反対側の面に予めベタ電極36を蒸着しておく。次に、第1基台と第2基台を接着剤で固定する。その後、圧電素子1と第1基台34を接合する。これらの接着には、常温硬化型の接着剤を用いた。次に圧電素子の外部電極両面をそれぞれ第1基台34の電極面両面と導電性接着剤14で導通を取る。また、第2基台35と第1基台の第2基台34との接合面側の電極を同様に導通を取る。導通を取る面は圧電素子の固定面と反対側の面、及びその両側面である。これにより第2基台は導電性であるので、第2基台と圧電素子の、外部電極の一面の導通を取ることが出来る。   Specifically, first, a solid electrode 36 is vapor-deposited in advance on the joint surface of the first base 34 with the second base 35 and the opposite surface. Next, the first base and the second base are fixed with an adhesive. Thereafter, the piezoelectric element 1 and the first base 34 are joined. A room-temperature curable adhesive was used for these adhesions. Next, both the external electrode surfaces of the piezoelectric element are electrically connected to both the electrode surface surfaces of the first base 34 by the conductive adhesive 14. Similarly, the electrodes on the joint surface side of the second base 35 and the second base 34 of the first base are electrically connected. The surfaces that conduct electricity are the surface opposite to the fixed surface of the piezoelectric element, and both side surfaces thereof. Thereby, since the second base is conductive, conduction between the second base and the piezoelectric element on one surface of the external electrode can be established.

圧電素子1と基台34,35の接合と、それぞれの部品の導通を取った後、圧電素子1の切り分けを行なう。この場合、圧電素子1と第1基台34を短冊状になる深さで切断していく。このように切断した後、LongFPC5を貼り付けることにより、図14に示すような駆動ユニットを完成させることが出来る。   After joining the piezoelectric element 1 and the bases 34 and 35 and establishing conduction between the respective components, the piezoelectric element 1 is separated. In this case, the piezoelectric element 1 and the first base 34 are cut to a strip-like depth. After cutting in this way, the LongFPC5 is pasted to complete the drive unit as shown in FIG.

上記製法で作製した駆動ユニットを適用するインクジェットヘッドは、加熱して使用する場合に有効である。すなわち、インクジェットヘッドを加熱して使用する場合、流路の構成部品がばらばらであると、熱膨張により流路に反り・ウネリが発生し、最悪の場合壊れてしまうため、熱膨張係数を合わせて組み立てる必要がある。しかし、材料の熱膨張係数を考慮せず作製した駆動ユニットでは基台は、累積した反りやたわみを発生することがあり、最悪の場合、両端部で不吐出となる可能性が高い。一方、本例の構成では、ノズル毎には熱膨張の差が発生するが、累積においてはほぼその影響が無いため、長尺の駆動部の作製に有効である。   The ink jet head to which the drive unit manufactured by the above manufacturing method is applied is effective when heated and used. That is, when the inkjet head is heated and used, if the flow path components are disjoint, the thermal expansion causes warpage and undulation in the flow path, and in the worst case breaks. It needs to be assembled. However, in a drive unit manufactured without considering the coefficient of thermal expansion of the material, the base may generate accumulated warpage and deflection, and in the worst case, there is a high possibility of non-ejection at both ends. On the other hand, in the configuration of this example, a difference in thermal expansion occurs for each nozzle, but since there is almost no influence on the accumulation, it is effective for manufacturing a long drive unit.

本発明の一例となるインクジェトヘッドの分解図。FIG. 2 is an exploded view of an inkjet head as an example of the present invention. 本発明のインクジェットヘッドの正面断面図。1 is a front sectional view of an ink jet head of the present invention. 本発明のインクジェットヘッドの側面断面図。FIG. 3 is a side cross-sectional view of the inkjet head of the present invention. ダイシングを行なって溝を形成した基台の状態を示す斜視図。The perspective view which shows the state of the base which performed the dicing and formed the groove | channel. 圧電素子と基台とを接合した状態を示す斜視図及び断面図。The perspective view and sectional drawing which show the state which joined the piezoelectric element and the base. ShortFPCを基台側面に取り付けた状態を示す斜視図及び断面図。The perspective view and sectional drawing which show the state which attached ShortFPC to the base side. 圧電素子を所定ピッチにあわせてダイシングした状態を示す斜視図。The perspective view which shows the state which diced the piezoelectric element according to the predetermined pitch. ダイシング加工部分の拡大図。The enlarged view of a dicing process part. 本発明の駆動ユニットの斜視図。The perspective view of the drive unit of this invention. 本発明のインク流路部の分解斜視図及び斜視図。FIG. 3 is an exploded perspective view and a perspective view of an ink flow path portion of the present invention. 本発明の流路ユニットの斜視図The perspective view of the channel unit of the present invention 駆動ユニットと流路ユニットとを組み立てる様子を示す断面図。Sectional drawing which shows a mode that a drive unit and a flow-path unit are assembled. 本発明の他の例となる圧電素子と基台とを接合した状態を示す斜視図及び断面図。The perspective view and sectional drawing which show the state which joined the piezoelectric element and base which become other examples of this invention. 本発明の他の例において圧電素子を所定ピッチにあわせてダイシングした状態を示す斜視図。The perspective view which shows the state which diced the piezoelectric element according to the predetermined pitch in the other example of this invention. 従来の圧電素子と基台の接合の問題点を示す説明図。Explanatory drawing which shows the problem of joining of the conventional piezoelectric element and a base.

符号の説明Explanation of symbols

1は圧電素子、2は振動子、3は基台、4はShortFPC、5はLongFPC、6は当接面、7は加圧面、8は溝、9はポリイミド、10は銅線、11は個別電極パターン、12は共通電極パターン、13は外部電極、14は導電性接着剤、15はダミー振動子、16は駆動ユニット、17は流路ユニット位置決め穴、18はノズルプレート、19はノズル、20はチャンバープレート、21は圧力室、22はリストリクタ、23はマニホールド、24はダイアフラムプレート、25は振動板、26は基台接合部、27はインク導入口、28はダンパー、29はインク流路部、30は補強板、31はインク供給路、32は貫通孔、33は流路ユニット、34は第1基台、35は第2基台、36はベタ電極、37は捲れである。 1 is a piezoelectric element, 2 is a vibrator, 3 is a base, 4 is a ShortFPC, 5 is a LongFPC, 6 is a contact surface, 7 is a pressure surface, 8 is a groove, 9 is a polyimide, 10 is a copper wire, and 11 is an individual Electrode pattern, 12 is a common electrode pattern, 13 is an external electrode, 14 is a conductive adhesive, 15 is a dummy vibrator, 16 is a drive unit, 17 is a channel unit positioning hole, 18 is a nozzle plate, 19 is a nozzle, 20 Is a chamber plate, 21 is a pressure chamber, 22 is a restrictor, 23 is a manifold, 24 is a diaphragm plate, 25 is a diaphragm, 26 is a base joint, 27 is an ink inlet, 28 is a damper, 29 is an ink flow path , 30 is a reinforcing plate, 31 is an ink supply path, 32 is a through hole, 33 is a flow path unit, 34 is a first base, 35 is a second base, 36 is a solid electrode, and 37 is a flange.

Claims (3)

一端が自由端となるように分割された圧電素子と、該圧電素子を保持する基台から構成されるインクジェットヘッド用駆動ユニットにおいて、前記基台には、前記圧電素子との接合面に予め分割する位置とほぼ同じ位置に溝が設けられると共に、前記圧電素子に電気信号を伝える個別電極用パターンと共通電極用パターンが側面に形成されていることを特徴とするインクジェットヘッド用駆動ユニット。 A piezoelectric element having one end divided so that the free end, the kinematic unit driving a composed inkjet head from the base to hold the piezoelectric element, wherein the base in advance on the bonding surface of said piezoelectric element A drive unit for an ink-jet head , wherein grooves are provided at substantially the same positions as the positions to be divided, and individual electrode patterns and common electrode patterns for transmitting electrical signals to the piezoelectric elements are formed on side surfaces. 前記溝は、ダイシングまたは射出成型により作製され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ヘッド用駆動ユニット。 2. The ink jet head drive unit according to claim 1, wherein the groove is formed by dicing or injection molding. 前記基台は金属材料からなることを特徴とする請求項1記載のインクジェットヘッド用駆動ユニット。 2. The ink jet head drive unit according to claim 1, wherein the base is made of a metal material.
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