JP2002331671A - Ink jet print head - Google Patents
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- JP2002331671A JP2002331671A JP2001141527A JP2001141527A JP2002331671A JP 2002331671 A JP2002331671 A JP 2002331671A JP 2001141527 A JP2001141527 A JP 2001141527A JP 2001141527 A JP2001141527 A JP 2001141527A JP 2002331671 A JP2002331671 A JP 2002331671A
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- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、オフィス用並びに
産業用インクジェットプリントヘッドに関する。FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to office and industrial ink jet printheads.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来から、積層圧電体素子によりインク
を押圧し、ノズルからインクを吐出させるインクジェッ
トプリントヘッドの公知技術としては、多種多様な方式
のものが知られている。例えば、特開平1−11563
8号公報では、積層型振動子をクシ歯状に形成し、この
積層型振動子の振動面をノズルに対向して配置したこと
を特徴としている。更に、例えば、特開昭60−907
70号公報に開示されているように、一端が基台に固定
された圧電素子の他端に圧力室を構成する振動板が当接
するように構成され、圧電素子の伸縮によって振動板を
変形させ、圧力室の圧力を高めて、圧力室内のインクを
ノズルから液滴として吐出させる構成が知られている。2. Description of the Related Art Conventionally, there have been known various techniques of an ink jet print head which presses ink by a laminated piezoelectric element and discharges ink from a nozzle. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-11563
Japanese Patent Application Laid-Open No. 8 (1996) -1995 is characterized in that the laminated vibrator is formed in a comb shape, and the vibration surface of the laminated vibrator is arranged to face the nozzle. Further, for example, see JP-A-60-907.
As disclosed in Japanese Patent Application Publication No. 70-210, a diaphragm constituting a pressure chamber is configured to abut on the other end of a piezoelectric element having one end fixed to a base, and the diaphragm is deformed by expansion and contraction of the piezoelectric element. There is known a configuration in which the pressure in a pressure chamber is increased to discharge ink in the pressure chamber as droplets from nozzles.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】インクジェットプリン
トヘッドによって良好な記録を行うには、複数のノズル
から吐出するインク滴の吐出速度、インク重量等のイン
ク吐出特性が均一であることが望ましい。各ノズルのイ
ンク吐出特性を揃えるためには、個々の部品を精度良く
製造することが重要であるが、加えて、個々の部品を組
み立てる際は、特に振動板と積層圧電体素子とを接着剤
で連結する工程が重要である。この連結部分は、積層圧
電体素子の変位を効率よく振動板に伝え、圧力室内に圧
力変動を発生させ、この結果として、ノズルからインク
を吐出させる働きを受け持つ。従って、振動板と積層圧
電体素子とを接着剤で連結する部分の組み立て上のばら
つきは、直ちにインク噴射特性のばらつきに反映する。
すなわち、振動板と積層圧電体素子とを連結する接着剤
は、個々の連結部で接着剤の量・硬さが均一なことが、
吐出特性安定化のために必要である。In order to perform good printing with an ink jet print head, it is desirable that the ink ejection characteristics such as the ejection speed and the ink weight of ink droplets ejected from a plurality of nozzles be uniform. It is important to manufacture the individual parts with high accuracy in order to make the ink ejection characteristics of each nozzle uniform.In addition, when assembling the individual parts, in particular, the diaphragm and the laminated piezoelectric element are bonded with an adhesive. The step of linking is important. The connecting portion efficiently transmits the displacement of the laminated piezoelectric element to the diaphragm, generates a pressure fluctuation in the pressure chamber, and as a result, has a function of discharging ink from the nozzle. Therefore, a variation in assembling of a portion connecting the vibration plate and the laminated piezoelectric element with an adhesive is immediately reflected in a variation in ink ejection characteristics.
In other words, the adhesive connecting the diaphragm and the laminated piezoelectric element has a uniform amount and hardness of the adhesive at each connection portion.
Necessary for stabilizing ejection characteristics.
【0004】更には、接着後に、振動板あるいは積層圧
電体素子を変形させるような応力が残ると、電圧を積層
圧電体素子に加えた時の積層圧電体素子及び振動板の変
位量に影響を及ぼし、結果として、インク噴射特性のば
らつきに反映する。特に、多ノズル化された長尺ヘッド
においては、振動板と支持基板との熱膨張係数が異なる
場合に、前記振動板と積層圧電体素子とを加熱硬化形接
着剤で接着すると、硬化後、室温に戻った時点で、熱膨
張係数の違いにより、振動板または積層圧電体素子に歪
みが残り、インク噴射特性が不安定となる。この不具合
は、特に最両端ノズルに発生し、印字品質を低下するの
みならず、最悪の場合は、積層圧電体素子や振動板の破
損、接着剤のはがれといった、ヘッドの寿命特性にも悪
影響を及ぼす。しかしながら、前述の従来技術において
は、振動板と圧電体素子とのばらつきのない接着方法
や、熱膨張係数の違いによる歪みを緩和する方法が、一
切開示されていなかった。Further, if a stress that deforms the diaphragm or the laminated piezoelectric element remains after bonding, the displacement of the laminated piezoelectric element and the diaphragm when a voltage is applied to the laminated piezoelectric element is affected. And, as a result, the variation in the ink ejection characteristics. In particular, in a multi-nozzle long head, when the vibration plate and the supporting substrate have different coefficients of thermal expansion, when the vibration plate and the laminated piezoelectric element are bonded with a thermosetting adhesive, after curing, When the temperature returns to room temperature, distortion remains in the vibration plate or the laminated piezoelectric element due to the difference in thermal expansion coefficient, and the ink ejection characteristics become unstable. This problem occurs especially at the nozzles at both ends, not only deteriorating the print quality, but in the worst case, adversely affecting the life characteristics of the head, such as damage to the laminated piezoelectric element and the diaphragm and peeling off of the adhesive. Exert. However, the above-mentioned prior art does not disclose a method of bonding the diaphragm and the piezoelectric element without variation or a method of alleviating distortion due to a difference in thermal expansion coefficient.
【0005】本発明は、上記した従来の問題点を解決す
るもので、その目的とするところは、インク吐出特性の
ばらつきを低減した、信頼性に優れるインクジェットプ
リントヘッドを提供することである。An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide an ink jet print head which is excellent in reliability and has reduced variations in ink ejection characteristics.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明では、インクを蓄
える複数の圧力室と、該圧力室に1対1で対応し、電気
信号の印加により前記圧力室内に圧力変動を発生させる
複数の積層圧電体素子と、前記圧力室の壁面の少なくと
も一部を形成して前記積層圧電体素子と接着剤で連結さ
れている振動板と、前記積層圧電体素子の端部が固定さ
れた支持基板と、前記複数の圧力室にインクを供給する
流路を形成するリストリクタと、リストリクタにインク
を供給する共通インク供給路が設けられたハウジング
と、前記圧力室からインク滴を吐出する複数個のノズル
が形成されたオリフィスプレートから構成されたインク
ジェットプリントヘッドにおいて、前記振動板の前記積
層圧電体素子が接着される面側に、前記接着剤の前記振
動板上の広がりを規定する複数の枠を設置し、振動板上
の接着剤と繋がらない様に構成されていることを特徴と
する。According to the present invention, a plurality of pressure chambers for storing ink and a plurality of pressure chambers which correspond to the pressure chambers on a one-to-one basis and generate pressure fluctuations in the pressure chambers by application of an electric signal. A piezoelectric element, a vibration plate that forms at least a part of the wall surface of the pressure chamber and is connected to the laminated piezoelectric element by an adhesive, and a support substrate to which an end of the laminated piezoelectric element is fixed. A restrictor forming a flow path for supplying ink to the plurality of pressure chambers, a housing provided with a common ink supply path for supplying ink to the restrictor, and a plurality of ink jetting ink droplets from the pressure chambers. In an ink jet print head including an orifice plate in which nozzles are formed, the spread of the adhesive on the vibration plate is defined on the surface of the vibration plate on which the laminated piezoelectric element is bonded. A plurality of frames are provided so as not to be connected to the adhesive on the diaphragm.
【0007】また、本発明では、前記接着剤は振動板の
枠内全面を覆うことを特徴とする。Further, in the present invention, the adhesive covers the entire inner surface of the frame of the diaphragm.
【0008】更に、本発明では、隣り合う枠の間には溝
が形成されていることを特徴とする。Further, the present invention is characterized in that a groove is formed between adjacent frames.
【0009】更に、本発明では、枠の一部には枠の高さ
よりも低い浅溝が形成され、該浅溝は枠と同一の高さを
有する溝に連通していることを特徴とする。Further, in the present invention, a shallow groove lower than the height of the frame is formed in a part of the frame, and the shallow groove communicates with a groove having the same height as the frame. .
【0010】更に、本発明では、インクを蓄える複数の
圧力室と、該圧力室に1対1で対応し、電気信号の印加
により前記圧力室内に圧力変動を発生させる複数の積層
圧電体素子と、前記圧力室の壁面の少なくとも一部を形
成して前記積層圧電体素子と接着剤で連結されている振
動板と、前記積層圧電体素子の端部が固定された支持基
板と、前記複数の圧力室にインクを供給する流路を形成
するリストリクタと、リストリクタにインクを供給する
共通インク供給路が設けられたハウジングと、前記圧力
室からインク滴を吐出する複数個のノズルが形成された
オリフィスプレートから構成されたインクジェットプリ
ントヘッドにおいて、前記振動板の前記積層圧電体素子
が接着される面側に、前記接着剤の前記振動板上の広が
りを規定する複数の枠を設置し、振動板上の接着剤と繋
がらない様に構成され、かつ、前記積層圧電体素子と前
記振動板は、室温硬化の接着剤で固定されていることを
特徴とする。Further, according to the present invention, there are provided a plurality of pressure chambers for storing ink, and a plurality of laminated piezoelectric elements which correspond to the pressure chambers on a one-to-one basis and generate pressure fluctuations in the pressure chambers by applying an electric signal. A diaphragm that forms at least a part of a wall surface of the pressure chamber and is connected to the laminated piezoelectric element by an adhesive, a support substrate to which an end of the laminated piezoelectric element is fixed, A restrictor forming a flow path for supplying ink to the pressure chamber, a housing provided with a common ink supply path for supplying ink to the restrictor, and a plurality of nozzles for ejecting ink droplets from the pressure chamber are formed. In the ink jet print head composed of the orifice plate, a plurality of the adhesives are provided on the side of the vibration plate on which the laminated piezoelectric element is bonded, the plurality of adhesives defining the spread of the adhesive on the vibration plate. A frame is provided so as not to be connected to the adhesive on the diaphragm, and the laminated piezoelectric element and the diaphragm are fixed by an adhesive cured at room temperature.
【0011】更に、本発明では、接着剤の硬度が80度
(ショア−A)以下であることを特徴とする。Further, in the present invention, the hardness of the adhesive is not more than 80 degrees (Shore-A).
【0012】[0012]
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に基づいて説
明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings.
【0013】図1は、第1の発明となるインクジェット
ヘッドの構造及び部品構成を説明する分解斜視図であ
り、図2は、図1のヘッドの組み立て状態を示す部分断
面図である。FIG. 1 is an exploded perspective view for explaining the structure and parts configuration of the ink jet head according to the first invention, and FIG. 2 is a partial sectional view showing an assembled state of the head of FIG.
【0014】2は複数のノズル1を形成したオリフィス
プレートである。ノズル1の開口形状の加工精度は、イ
ンクジェットプリントヘッドのインク吐出特性に大きな
影響を及ぼす。複数のノズル1間において、これらのノ
ズル精度ばらつきを低く押さえるため、オリフィスプレ
ート2の製法は高い加工精度が要求される。このためオ
リフィスプレート2は、ニッケルの電鋳加工、ステンレ
ス板等の精密プレス加工法またはレーザ加工法等により
形成される。Reference numeral 2 denotes an orifice plate on which a plurality of nozzles 1 are formed. The processing accuracy of the opening shape of the nozzle 1 has a great influence on the ink ejection characteristics of the inkjet print head. In order to suppress these variations in nozzle accuracy among the plurality of nozzles 1, high manufacturing accuracy is required for the method of manufacturing the orifice plate 2. For this reason, the orifice plate 2 is formed by electroforming of nickel, precision pressing of a stainless steel plate or the like, or laser processing.
【0015】4は圧力室3が形成されたチャンバプレー
トである。6は共通インク供給路12と圧力室3とを連
通し、圧力室3へのインク流入量を制御するリストリク
タ5を形成したリストリクタプレートである。チャンバ
プレート4、リストリクタプレート6は、ステンレス材
のエッチング加工法またはニッケル材の電鋳加工法等で
作られる。Reference numeral 4 denotes a chamber plate in which the pressure chamber 3 is formed. Reference numeral 6 denotes a restrictor plate which communicates the common ink supply path 12 with the pressure chamber 3 and forms a restrictor 5 for controlling the amount of ink flowing into the pressure chamber 3. The chamber plate 4 and the restrictor plate 6 are made by a stainless steel etching method or a nickel material electroforming method.
【0016】9は積層圧電体素子15の圧力を効率よく
圧力室に伝えるための振動板7と、共通インク通路12
からリストリクタ5に流入するインク中のゴミ等を取り
除くフィルタ部8を形成したダイアフラムプレートであ
る。ダイアフラムプレート9は、厚さ約10μmのステ
ンレス材で製造され、フィルタ部8は、ノズル1の穴径
よりも小さな無数の微細穴をレーザ加工により形成す
る。その他、ダイアフラムプレート9は、ニッケル電鋳
膜やポリイミド樹脂等の高分子樹脂フィルムからも同様
の性能のものを製造可能である。Reference numeral 9 denotes a vibration plate 7 for efficiently transmitting the pressure of the laminated piezoelectric element 15 to the pressure chamber, and a common ink passage 12.
This is a diaphragm plate on which a filter section 8 for removing dust and the like in ink flowing into the restrictor 5 from is formed. The diaphragm plate 9 is made of a stainless steel material having a thickness of about 10 μm, and the filter unit 8 forms innumerable fine holes smaller than the hole diameter of the nozzle 1 by laser processing. In addition, the diaphragm plate 9 can be manufactured with the same performance from a nickel electroformed film or a polymer resin film such as a polyimide resin.
【0017】11は振動板7と積層圧電体素子15とを
接着剤で固定する時に、接着箇所からはみ出た接着剤が
振動板7上で広がるのを規定する枠10が形成されたサ
ポートプレートである。サポートプレート11は、ステ
ンレス材のエッチング加工法またはニッケル材の電鋳加
工法等で作られる。Reference numeral 11 denotes a support plate on which a frame 10 is formed to regulate the spread of the adhesive protruding from the bonding portion when the diaphragm 7 and the laminated piezoelectric element 15 are fixed with the adhesive. is there. The support plate 11 is formed by an etching method of a stainless material or an electroforming method of a nickel material.
【0018】13は共通インク通路12を形成したハウ
ジングであり、金属または樹脂で作られ、外部インクタ
ンクから、インクを共通インク通路12まで導くインク
導入パイプ14が接合されている。Reference numeral 13 denotes a housing in which the common ink passage 12 is formed. The housing 13 is made of metal or resin, and is joined to an ink introduction pipe 14 for leading ink from an external ink tank to the common ink passage 12.
【0019】図1において、オリフィスプレート2と、
チャンバプレート4と、リストリクタプレート6と、ダ
イアフラムプレート9と、サポートプレート11及びハ
ウジング13とから構成される流路形成部材の組立方法
は次のように行う。ここで、前記各プレートは、基準ピ
ン21が嵌合する1個の基準穴22、及び長穴23を有
する。In FIG. 1, an orifice plate 2 and
A method of assembling the flow path forming member including the chamber plate 4, the restrictor plate 6, the diaphragm plate 9, the support plate 11, and the housing 13 is performed as follows. Here, each of the plates has one reference hole 22 into which the reference pin 21 fits, and an elongated hole 23.
【0020】まず、ハウジング13の2個の基準穴24
に、2個の基準ピン21を圧入する。その後、この2個
の基準ピン21を位置あわせとして、順次、エポキシ樹
脂等の接着剤を適量塗布した前記各プレートを重ね合わ
せて圧着する。First, two reference holes 24 of the housing 13 are provided.
Then, two reference pins 21 are press-fitted. Thereafter, the two reference pins 21 are aligned, and the respective plates coated with an appropriate amount of an adhesive such as an epoxy resin are sequentially overlaid and pressed.
【0021】次に、複数の積層圧電体素子15と、該積
層圧電体素子を固定する支持基板16とからなる圧力発
生手段18の組み立て方法を示す。Next, a method of assembling the pressure generating means 18 comprising a plurality of laminated piezoelectric elements 15 and a support substrate 16 for fixing the laminated piezoelectric elements will be described.
【0022】まず、支持基板16に、棒状の積層圧電体
素子を複数本並べて接着固定する。支持基板16には、
積層圧電体素子15の変位を振動板7に効率よく伝える
目的で、剛性の高い、又はヤング率の高い素材としてセ
ラミック基板を用いた。その後、複数の棒状の積層圧電
体素子を、ダイシングソー、ワイヤソー等を利用した切
断により分割する。この時、分割された各々の積層圧電
体素子15は、圧力室の1つずつに対応する。更に、外
部駆動回路から各々の積層圧電体素子15に、独立した
電気信号を送る目的で、複数の電極17が支持基板16
に形成される。電極17は、フレキシブルケーブル19
と一括して接続される。First, a plurality of rod-shaped laminated piezoelectric elements are aligned and fixed to the support substrate 16. The support substrate 16 includes
In order to efficiently transmit the displacement of the laminated piezoelectric element 15 to the diaphragm 7, a ceramic substrate was used as a material having high rigidity or high Young's modulus. Thereafter, the plurality of rod-shaped laminated piezoelectric elements are divided by cutting using a dicing saw, a wire saw, or the like. At this time, each of the divided laminated piezoelectric elements 15 corresponds to one of the pressure chambers. Further, in order to send an independent electric signal from the external drive circuit to each laminated piezoelectric element 15, a plurality of electrodes 17
Formed. The electrode 17 is a flexible cable 19
Are connected together.
【0023】フレキシブルケーブル19の端末は、外部
駆動回路に接続されている。選択的な電気信号が、外部
駆動回路から積層圧電体素子15に印加されることによ
り、積層圧電体素子15はひずみを生じる。積層圧電体
素子15は、高剛性の支持基板16上に接合されている
ため、振動板7に優先的に変位を与え、圧力室3の圧力
を高める。The terminal of the flexible cable 19 is connected to an external drive circuit. When a selective electric signal is applied to the laminated piezoelectric element 15 from an external drive circuit, the laminated piezoelectric element 15 is distorted. Since the laminated piezoelectric element 15 is bonded to the high-rigidity support substrate 16, the diaphragm 7 is preferentially displaced to increase the pressure in the pressure chamber 3.
【0024】本例にて説明するインクジェットプリント
ヘッドは、こうした原理により、ノズル1からインクを
吐出して、記録媒体上にインク画像を形成する装置に用
いられる。なお、本例では、配列ピッチを100分の1
インチ、約254μmとしたが、ノズル数、列数及びユ
ニット構成は、どの様な組み合わせでも限定されるもの
ではない。The ink jet print head described in this embodiment is used in an apparatus that discharges ink from the nozzles 1 and forms an ink image on a recording medium based on such a principle. In this example, the arrangement pitch is 1/100.
Inches and about 254 μm are used, but the number of nozzles, the number of rows, and the unit configuration are not limited to any combination.
【0025】図2を用いて、組立方法をより詳細に説明
する。The assembling method will be described in more detail with reference to FIG.
【0026】流路形成部材の振動板7と、圧力発生手段
18の積層圧電体素子15の自由端とを、自由端に接着
剤が塗布された状態で、最適な位置に合わせ、圧着す
る。ここで、接着剤を積層圧電体素子15の自由端に塗
布する方法は、転写法または印刷法で行った。組立は、
通常、図2に示す状態で、接着剤の硬化前に行われる。The vibrating plate 7 of the flow path forming member and the free end of the laminated piezoelectric element 15 of the pressure generating means 18 are adjusted to an optimum position with an adhesive applied to the free end, and are crimped. Here, the method of applying the adhesive to the free end of the laminated piezoelectric element 15 was performed by a transfer method or a printing method. Assembly is
Usually, it is performed before the adhesive is cured in the state shown in FIG.
【0027】図3は、この状態を示した図2の部分拡大
図である。図3において、振動板7には、接着剤の広が
りを規定する枠10が、各圧力室に対応して設置されて
いるため、接着剤30は、振動板7上の各々の枠10内
に収まり、硬化する。実用的な接着剤の量は、枠10の
幅や高さ、及び、枠10と積層圧電体素子15との間隔
により、決定することが出来る。FIG. 3 is a partially enlarged view of FIG. 2 showing this state. In FIG. 3, a frame 10 for defining the spread of the adhesive is provided on the diaphragm 7 so as to correspond to each pressure chamber, so that the adhesive 30 is placed in each frame 10 on the diaphragm 7. Settles and hardens. The practical amount of the adhesive can be determined by the width and height of the frame 10 and the distance between the frame 10 and the laminated piezoelectric element 15.
【0028】ここで、図4に、従来の積層圧電体素子1
5と振動板7との接着状態の一例を示す。FIG. 4 shows a conventional laminated piezoelectric element 1.
5 shows an example of an adhesion state between the diaphragm 5 and the diaphragm 7.
【0029】図4では、振動板7の積層圧電体素子15
と接合する面側に、枠10が無いため、接着剤は振動板
上の接着剤と繋がる。このような場合、接着剤の表面張
力や毛管現象により、接着剤は硬化前に移動し、偏りが
発生する。特に、積層圧電体素子15が高密度に配置さ
れている場合、接着剤は中央部に集まり易く、外周部で
は接着剤が薄くなる。この結果、振動板7上にある接着
剤量に、ばらつきが発生し、結果として、振動板7の変
位特性が変化し、インクの吐出特性も各ノズルで不均一
なものとなる。更に、この場合、積層圧電体素子15の
駆動時に生じる振動が、弾性体である接着剤を伝わる事
で、積層圧電体素子15同士でクロストークを発生する
という問題があった。In FIG. 4, the laminated piezoelectric element 15 of the diaphragm 7 is shown.
The adhesive is connected to the adhesive on the diaphragm because there is no frame 10 on the surface to be joined. In such a case, the adhesive moves before curing due to the surface tension or capillary action of the adhesive, causing a bias. In particular, when the laminated piezoelectric elements 15 are arranged at a high density, the adhesive tends to gather at the center and the adhesive becomes thinner at the outer periphery. As a result, the amount of the adhesive on the vibration plate 7 varies, and as a result, the displacement characteristics of the vibration plate 7 change, and the ink ejection characteristics become non-uniform for each nozzle. Further, in this case, there is a problem that crosstalk occurs between the laminated piezoelectric elements 15 due to the vibration generated when the laminated piezoelectric elements 15 are driven being transmitted through the adhesive, which is an elastic body.
【0030】本発明においては、振動板7上に枠10を
設けた結果、接着剤を媒体とする上記振動が、枠10で
遮断されることになり、その結果、積層圧電体素子15
のクロストークを防止することが出来る。In the present invention, as a result of providing the frame 10 on the diaphragm 7, the above-described vibration using the adhesive as a medium is cut off by the frame 10.
Crosstalk can be prevented.
【0031】図5に、従来の積層圧電体素子15と振動
板7との接着状態の他の例を示す。FIG. 5 shows another example of the state of adhesion between the conventional laminated piezoelectric element 15 and the vibration plate 7.
【0032】接着剤の量を減らした図5の場合でも、接
着剤は、積層圧電体素子と振動板との当接面の範囲か
ら、完全にはみ出さないことは実用上出来ず、若干の接
着剤が振動板7上にはみ出し、結果として振動板のコン
プライアンスに差が生じて、インクの吐出特性も各ノズ
ルで不均一であった。Even in the case of FIG. 5 in which the amount of the adhesive is reduced, it is practically impossible that the adhesive does not completely protrude from the range of the contact surface between the laminated piezoelectric element and the diaphragm. The adhesive protruded onto the vibrating plate 7, resulting in a difference in the compliance of the vibrating plate, and the ink ejection characteristics were non-uniform in each nozzle.
【0033】本発明において、接着剤の量を、枠10内
全体を覆う程度とした場合には、該接着剤は該枠内で全
体に一様に広がり、各振動板7上の接着剤厚さは均一と
なるので、振動板7におけるコンプライアンス等の圧力
に対する変位特性は、それぞれの圧力室に対し均一とな
り、インクの吐出特性も、ばらつきが少なくなる。In the present invention, when the amount of the adhesive is such that it covers the entire inside of the frame 10, the adhesive spreads uniformly throughout the frame, and the thickness of the adhesive on each diaphragm 7 is large. Therefore, the displacement characteristics of the diaphragm 7 with respect to pressure, such as compliance, are uniform with respect to each pressure chamber, and the ink ejection characteristics have less variation.
【0034】以上より、本発明の構成は、従来の枠が無
い構成に比べ、吐出特性を向上させる事が可能となる。As described above, the configuration of the present invention makes it possible to improve the discharge characteristics as compared with the conventional configuration having no frame.
【0035】図6は、第1の発明の第1変形例となるイ
ンクジェットヘッドの部分拡大図、図7は、枠10と溝
101が形成されたサポートプレート11を積層圧電体
素子の接着方向から見た斜視図である。FIG. 6 is a partially enlarged view of an ink jet head according to a first modified example of the first invention. FIG. 7 is a view showing a support plate 11 having a frame 10 and a groove 101 formed thereon in a direction in which the laminated piezoelectric elements are bonded. It is the perspective view seen.
【0036】図6で示すように、隣り合う枠10の間に
溝101を配置することにより、枠10の上面を越える
量の接着剤を積層圧電体素子15に塗布して、枠内に収
まらない余剰分の接着剤を、枠10の上面を越えた後に
溝101に流し込むことにより、振動板上の他の枠内の
接着剤と直接繋がることを防止することが出来るばかり
か、振動板7上の接着剤の厚さは、枠10の高さで規定
され、各流路間で均一となり、インク吐出特性も格段に
向上させることが可能となる。実用的な接着剤の量は、
溝101の幅や長さにより決定することが出来る。As shown in FIG. 6, by arranging the groove 101 between the adjacent frames 10, an amount of adhesive exceeding the upper surface of the frame 10 is applied to the laminated piezoelectric element 15 so that the piezoelectric element 15 can be accommodated in the frame. By flowing the excess surplus adhesive into the groove 101 after passing over the upper surface of the frame 10, not only can it be prevented from directly connecting to the adhesive in another frame on the diaphragm, but also the diaphragm 7 can be prevented. The thickness of the upper adhesive is determined by the height of the frame 10, becomes uniform between the flow paths, and the ink discharge characteristics can be significantly improved. The amount of practical adhesive is
It can be determined by the width and length of the groove 101.
【0037】図8と図9に、第1の発明の第2変形例及
び第3変形例として、サポートプレート11を積層圧電
体素子の接着方向からみた斜視図を示す。FIGS. 8 and 9 are perspective views showing a second modification and a third modification of the first invention, in which the support plate 11 is viewed from the bonding direction of the laminated piezoelectric element.
【0038】図8は、共通溝104が枠10を取り巻い
ているような形状であり、この形状においても、同様な
効果を得ることが出来る。FIG. 8 shows a shape in which the common groove 104 surrounds the frame 10, and a similar effect can be obtained with this shape.
【0039】図9は、枠10の一部に、枠10の高さよ
りも低い浅溝102が各インク流路に均一な形状で形成
され、他の枠10と同一の連通溝103を介して連通し
ている本発明の他の例である。このような構造でも、過
剰な接着剤は浅溝102を通って連通溝103に流れ込
み、結果として、個々の枠内の接着剤が振動板上の他の
枠内の接着剤と、連通溝103を介さずに直接繋がって
しまうことを防止することが出来るばかりか、振動板7
上の接着剤厚さが、より均一になり、インク吐出特性も
向上する。FIG. 9 shows that a shallow groove 102 having a height lower than the height of the frame 10 is formed in a part of the frame 10 in a uniform shape in each ink flow path. 7 is another example of the present invention in communication. Even in such a structure, the excess adhesive flows into the communication groove 103 through the shallow groove 102, and as a result, the adhesive in each frame is separated from the adhesive in another frame on the diaphragm by the communication groove 103. Not only can be prevented from being directly connected without passing through the
The thickness of the upper adhesive becomes more uniform, and the ink ejection characteristics are also improved.
【0040】次に、第2の発明について、図10〜11
及び表1を用いて説明する。本発明は、特に、端部近傍
のノズルの吐出特性を向上させ、ばらつきを低減するた
めのものである。Next, the second invention will be described with reference to FIGS.
And Table 1 below. The present invention is particularly intended to improve the ejection characteristics of the nozzles near the ends and reduce variations.
【0041】図10は、積層圧電体素子15と振動板7
とを固定する接着剤として、150℃で加熱硬化する1
液性エポキシ接着剤、または、室温硬化型の2液性エポ
キシ接着剤を用いて組み立てたインクジェットプリント
ヘッドの、インク吐出速度ばらつきをを比較したもので
ある。FIG. 10 shows the laminated piezoelectric element 15 and the vibrating plate 7.
Heat-cured at 150 ° C as an adhesive to fix
This is a comparison of ink ejection speed variations of an ink jet print head assembled using a liquid epoxy adhesive or a room temperature curing type two-liquid epoxy adhesive.
【0042】150℃で加熱硬化する接着剤を用いたも
のでは、両端のノズルにおいて、吐出速度が低下してい
る。これは、ダイアフラムプレート9等からなる流路形
成部材が、インクとの耐食性、加工の容易性等の理由
で、ステンレス等の金属材料を用いており、一方、積層
圧電体素子15と、それを固定する支持基板16とから
なる圧力発生手段18は、セラミックが主体の無機材料
を用いているため、両者の熱膨張係数の差により、接着
加熱硬化後、残留応力と残留ひずみとが発生することが
原因である。In the case of using an adhesive which is cured by heating at 150 ° C., the discharge speed of the nozzles at both ends is reduced. This is because the flow path forming member composed of the diaphragm plate 9 and the like uses a metal material such as stainless steel for reasons such as corrosion resistance with ink and ease of processing. On the other hand, the laminated piezoelectric element 15 and the Since the pressure generating means 18 composed of the fixing substrate 16 and the fixing substrate 16 is made of an inorganic material mainly composed of ceramic, a residual stress and a residual strain are generated after bonding and heat curing due to a difference in thermal expansion coefficient between the two. Is the cause.
【0043】例えば、0.254mmピッチ、128ノ
ズルであるインクジェットプリントヘッドの場合、積層
圧電体素子の最大間隔は32.5mmとなり、ステンレ
ス及びアルミナセラミックの熱膨張係数は、各々17×
10-6、8×10-6である。従って、150℃で加熱硬
化する接着剤を用いた組立では、組立後、両端の積層圧
電体素子15または振動板7には、約15μmのひずみ
が生じる。For example, in the case of an ink jet print head having a pitch of 0.254 mm and 128 nozzles, the maximum interval between the laminated piezoelectric elements is 32.5 mm, and the thermal expansion coefficients of stainless steel and alumina ceramic are each 17 ×.
10 -6 and 8 × 10 -6 . Therefore, in the assembly using an adhesive which is cured by heating at 150 ° C., a strain of about 15 μm is generated in the laminated piezoelectric element 15 or the vibration plate 7 at both ends after the assembly.
【0044】このため、図11に示すヘッド端部の部分
断面図のように、積層圧電体素子15または振動板7
は、熱膨張係数の差に起因するひずみにより配列方向に
変形し、積層圧電体素子の駆動効率、及び振動板の変位
特性を悪化させ、結果として吐出特性を落とすことにな
った。これを解決するために、室温硬化の接着剤を用い
ることにより、熱膨張係数の差に起因する問題は無くな
り、良好な吐出特性を達成することが出来る。For this reason, as shown in the partial cross-sectional view of the head end shown in FIG.
Has been deformed in the arrangement direction due to the strain caused by the difference in the thermal expansion coefficient, thereby deteriorating the drive efficiency of the laminated piezoelectric element and the displacement characteristics of the diaphragm, and as a result, the ejection characteristics have been lowered. In order to solve this problem, by using an adhesive cured at room temperature, the problem due to the difference in the coefficient of thermal expansion is eliminated, and good ejection characteristics can be achieved.
【0045】表1は、室温硬化形2液性エポキシ接着剤
であるセメダイン社製のEP001を用い、主剤と硬化
剤の混合比を種々変化させ、結果として、硬化後の硬度
を変化させた時の、インク吐出速度のばらつきを調査し
た結果である。Table 1 shows that the mixing ratio of the base resin and the curing agent was varied using EP001 manufactured by Cemedine Co., Ltd., which is a room-temperature curing two-part epoxy adhesive, and as a result, the hardness after curing was varied. 5 is a result of investigating variations in ink ejection speed.
【0046】[0046]
【表1】 [Table 1]
【0047】表1から、接着剤硬度は、高くなるほど速
度ばらつきが大きくなる傾向にある。これは、振動板7
上に同じ厚さばらつきの接着剤が形成されていても、硬
度が高い接着剤ほど、厚さのばらつきに対して振動板の
コンプライアンスに与える影響が大きいためである。接
着剤30の硬度は80度以下にすることにより、ほぼ一
定となり、インクジェットプリントヘッドの実用上の速
度ばらつき限度である、±10%以内が達成出来る。From Table 1, it can be seen that the higher the adhesive hardness, the greater the speed variation. This is the diaphragm 7
This is because even if the adhesive having the same thickness variation is formed thereon, the adhesive having a higher hardness has a greater effect on the compliance of the diaphragm with respect to the thickness variation. By setting the hardness of the adhesive 30 to 80 degrees or less, it becomes almost constant, and the practical speed limit of the ink jet print head, that is, ± 10% or less can be achieved.
【0048】[0048]
【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、振動板と積層圧電体素子とを連結する接着剤が、振
動板上に広がることを、振動板に設置された枠で規定す
る様にしたので、振動板の変位特性を均一化出来て、イ
ンク吐出速度、インク吐出体積等の特性が安定し、寿命
が向上し、結果として、印字品質が向上したインクジェ
ットヘッドを提供出来る。As described above, according to the present invention, the spread of the adhesive connecting the diaphragm and the laminated piezoelectric element on the diaphragm is defined by the frame installed on the diaphragm. As a result, the displacement characteristics of the diaphragm can be made uniform, the characteristics such as the ink discharge speed and the ink discharge volume are stabilized, the life is improved, and as a result, an ink jet head with improved print quality can be provided.
【0049】更には、積層圧電体素子と振動板とは室温
硬化の接着剤で結合され、硬度が80度(ショア−A)
以下であることにより、端部ノズルの速度ばらつきをほ
ぼ一定とする事ができ、結果として、印字品質が向上し
たインクジェットヘッドを提供出来る。Further, the laminated piezoelectric element and the diaphragm are bonded with an adhesive cured at room temperature, and have a hardness of 80 degrees (Shore-A).
Due to the following conditions, the speed variation of the end nozzles can be made substantially constant, and as a result, an ink jet head with improved print quality can be provided.
【図1】 第1の発明の例を示すインクジェットプリン
トヘッドの構造及び部品構成を説明する斜視図である。FIG. 1 is a perspective view illustrating the structure and component configuration of an ink jet print head showing an example of the first invention.
【図2】 第1の発明の例の組み立て状態を示す断面図
である。FIG. 2 is a sectional view showing an assembled state of the example of the first invention.
【図3】 第1の発明の例の組み立て状態を示す部分断
面拡大図である。FIG. 3 is an enlarged partial sectional view showing an assembled state of the example of the first invention.
【図4】 従来のインクジェットプリントヘッドの組み
立て状態を示す部分断面拡大図である。FIG. 4 is an enlarged partial cross-sectional view showing an assembled state of a conventional inkjet print head.
【図5】 従来のインクジェットプリントヘッドの組み
立て状態を示す部分断面拡大図である。FIG. 5 is an enlarged partial cross-sectional view showing an assembled state of a conventional inkjet print head.
【図6】 第1の発明の第1変形例での組み立て状態を
示す部分断面拡大図である。FIG. 6 is an enlarged partial cross-sectional view showing an assembled state in a first modified example of the first invention.
【図7】 第1の発明の第1変形例になるサポートプレ
ートの構造を説明する斜視図である。FIG. 7 is a perspective view illustrating a structure of a support plate according to a first modification of the first invention.
【図8】 第1の発明の第2変形例になるサポートプレ
ートの構造を説明する斜視図である。FIG. 8 is a perspective view illustrating a structure of a support plate according to a second modification of the first invention.
【図9】 第1の発明の第3変形例になるサポートプレ
ートの構造を説明する斜視図である。FIG. 9 is a perspective view illustrating the structure of a support plate according to a third modification of the first invention.
【図10】 第2の発明と従来とのインクジェットプリ
ントヘッドインク吐出速度のばらつき測定を比較したグ
ラフである。FIG. 10 is a graph comparing the measurement of the variation in the ink ejection speed of the ink jet print head according to the second invention and the conventional ink jet print head.
【図11】 従来のインクジェットプリントヘッドの組
み立て状態を示す部分断面拡大図である。FIG. 11 is an enlarged partial cross-sectional view showing an assembled state of a conventional inkjet print head.
1はノズル、2はオリフィスプレート、3は圧力室、4
はチャンバプレート、5はリストリクタ、6はリストリ
クタプレート、7は振動板、8はフィルタ部、9はダイ
アフラムプレート、10は枠、101は溝、102は浅
溝、103は連通溝、104は共通溝、11はサポート
プレート、12は共通インク供給路、13はハウジン
グ、14はインク導入パイプ、15は積層圧電体素子、
16は支持基板、17は電極、18は圧力発生手段、1
9はフレキシブルケーブル、21は基準ピン、22は基
準穴、23は長穴、24は基準穴、30は接着剤1 is a nozzle, 2 is an orifice plate, 3 is a pressure chamber, 4
Is a chamber plate, 5 is a restrictor, 6 is a restrictor plate, 7 is a diaphragm, 8 is a filter section, 9 is a diaphragm plate, 10 is a frame, 101 is a groove, 102 is a shallow groove, 103 is a communication groove, and 104 is a communication groove. A common groove, 11 a support plate, 12 a common ink supply path, 13 a housing, 14 an ink introduction pipe, 15 a laminated piezoelectric element,
16 is a support substrate, 17 is an electrode, 18 is a pressure generating means, 1
9 is a flexible cable, 21 is a reference pin, 22 is a reference hole, 23 is a long hole, 24 is a reference hole, and 30 is an adhesive.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 能登 信博 茨城県ひたちなか市武田1060番地 日立工 機株式会社内 (72)発明者 久貝 健一 茨城県ひたちなか市武田1060番地 日立工 機株式会社内 Fターム(参考) 2C057 AF23 AF93 AG53 AP02 AP25 BA04 BA14 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Nobuhiro Noto 1060 Takeda, Hitachinaka-city, Ibaraki Prefecture Inside Hitachi Koki Co., Ltd. Reference) 2C057 AF23 AF93 AG53 AP02 AP25 BA04 BA14
Claims (6)
に1対1で対応し、電気信号の印加により前記圧力室内
に圧力変動を発生させる複数の積層圧電体素子と、前記
圧力室の壁面の少なくとも一部を形成して前記積層圧電
体素子と接着剤で連結されている振動板と、前記積層圧
電体素子の端部が固定された支持基板と、前記複数の圧
力室にインクを供給する流路を形成するリストリクタ
と、リストリクタにインクを供給する共通インク流路が
設けられたハウジングと、前記圧力室からインク滴を吐
出する複数個のノズルが形成されたオリフィスプレート
から構成されたインクジェットプリントヘッドにおい
て、前記振動板の前記積層圧電体素子が接着される面側
に、前記接着剤の前記振動板上での広がりを規定する複
数の枠を設置することを特徴とするインクジェットプリ
ントヘッド。1. A plurality of pressure chambers for storing ink, a plurality of laminated piezoelectric elements corresponding to the pressure chambers on a one-to-one basis, and generating pressure fluctuations in the pressure chambers by applying an electric signal; A vibrating plate that forms at least a part of the wall surface of the laminated piezoelectric element and that is connected to the laminated piezoelectric element with an adhesive, a support substrate to which an end of the laminated piezoelectric element is fixed, and ink on the plurality of pressure chambers Restrictor forming a flow path for supplying ink, a housing provided with a common ink flow path for supplying ink to the restrictor, and an orifice plate formed with a plurality of nozzles for discharging ink droplets from the pressure chamber. In the configured ink jet print head, a plurality of frames that regulate the spread of the adhesive on the vibration plate are provided on the surface of the vibration plate on which the laminated piezoelectric element is bonded. Characteristic inkjet print head.
覆うことを特徴とする請求項1に記載のインクジェット
プリントヘッド。2. The ink jet print head according to claim 1, wherein the adhesive covers the entire surface of the diaphragm in the frame.
ることを特徴とする請求項1に記載のインクジェットプ
リントヘッド。3. The ink jet print head according to claim 1, wherein a groove is formed between adjacent frames.
浅溝が形成され、該浅溝は枠の近傍に設けられた連通溝
に繋がっていることを特徴とする請求項1に記載のイン
クジェットプリントヘッド。4. The frame according to claim 1, wherein a shallow groove lower than the height of the frame is formed in a part of the frame, and the shallow groove is connected to a communication groove provided near the frame. 3. The inkjet print head according to claim 1.
に1対1で対応し、電気信号の印加により前記圧力室内
に圧力変動を発生させる複数の積層圧電体素子と、前記
圧力室の壁面の少なくとも一部を形成して前記積層圧電
体素子と接着剤で連結されている振動板と、前記積層圧
電体素子の端部が固定された支持基板と、前記複数の圧
力室にインクを供給する流路を形成するリストリクタ
と、リストリクタにインクを供給する共通インク流路が
設けられたハウジングと、前記圧力室からインク滴を吐
出する複数個のノズルが形成されたオリフィスプレート
から構成されたインクジェットプリントヘッドにおい
て、前記振動板の前記積層圧電体素子が接着される面側
に、前記接着剤の前記振動板上での広がりを規定する複
数の枠を設置し、かつ、前記積層圧電体素子と前記振動
板は、室温硬化の接着剤で固定されていることを特徴と
するインクジェットプリントヘッド。5. A plurality of pressure chambers for storing ink, a plurality of laminated piezoelectric elements corresponding to the pressure chambers on a one-to-one basis, and generating pressure fluctuations in the pressure chambers by applying an electric signal; A vibrating plate that forms at least a part of the wall surface of the laminated piezoelectric element and that is connected to the laminated piezoelectric element with an adhesive, a support substrate to which an end of the laminated piezoelectric element is fixed, and ink on the plurality of pressure chambers Restrictor forming a flow path for supplying ink, a housing provided with a common ink flow path for supplying ink to the restrictor, and an orifice plate formed with a plurality of nozzles for discharging ink droplets from the pressure chamber. In the configured inkjet print head, a plurality of frames that define the spread of the adhesive on the vibration plate are provided on the surface of the vibration plate on which the laminated piezoelectric element is bonded, and The inkjet print head, wherein the laminated piezoelectric element and the diaphragm are fixed with an adhesive that is cured at room temperature.
A)以下であることを特徴とする請求項5に記載のイン
クジェットプリントヘッド。6. The adhesive has a hardness of 80 degrees (Shore-hardness).
A) The ink jet print head according to claim 5, wherein:
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