JP3173189B2 - Inkjet head - Google Patents
Inkjet headInfo
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- JP3173189B2 JP3173189B2 JP30405692A JP30405692A JP3173189B2 JP 3173189 B2 JP3173189 B2 JP 3173189B2 JP 30405692 A JP30405692 A JP 30405692A JP 30405692 A JP30405692 A JP 30405692A JP 3173189 B2 JP3173189 B2 JP 3173189B2
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- JP
- Japan
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- flow path
- piezoelectric vibrator
- ink
- drive unit
- substrate
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- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、インク滴を飛翔させ被
記録媒体に記録を行うためのインクジェットヘッドに関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ink jet head for performing recording on a recording medium by flying ink droplets.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来の圧電アクチュエータを用いたオン
デマンド型インクジェットヘッドに於いては、特公平3
−73348号公報のように、積層圧電振動子をスリッ
ト状に加工した駆動ユニットと流路形成部を接合して、
高密度化、組み立て性の向上を達成したものがある。2. Description of the Related Art In an on-demand type ink jet head using a conventional piezoelectric actuator, Japanese Patent Publication No.
As described in JP-A-73348, a drive unit in which a laminated piezoelectric vibrator is processed into a slit shape is joined to a flow path forming unit,
Some have achieved higher density and improved assemblability.
【0003】ここで、前記従来例の構造を図16を用い
て説明する。弾性体の流路壁26、ベース基板52、接
合層42により流路21が形成されている(流路形成
部)。又、大判の積層圧電振動子が基板32に接着後ス
リット加工され、複数の圧電振動子30を形成している
(駆動ユニット)。この駆動ユニットと流路形成部が、
各圧電振動子30(圧電振動子30幅は、流路21幅よ
り大きい)と各流路21が対向するように接合されてい
る。そして、ノズル11を形成するノズルプレート10
が、図に示すように駆動ユニットと流路形成部の接合体
の端面に、ノズル11と流路21の位置を合わせて接合
されている。この構成に於て、流路21にインクを充填
し、圧電振動子30を駆動すると、流路21内に体積変
化が生じ、ノズル11よりインクを吐出する。Here, the structure of the conventional example will be described with reference to FIG. The flow path 21 is formed by the flow path wall 26 of the elastic body, the base substrate 52, and the bonding layer 42 (flow path forming portion). A large-sized laminated piezoelectric vibrator is bonded to the substrate 32 and then slit to form a plurality of piezoelectric vibrators 30 (drive unit). The drive unit and the flow path forming section are
Each piezoelectric vibrator 30 (the width of the piezoelectric vibrator 30 is larger than the width of the flow path 21) is joined to each flow path 21 so as to face each other. Then, the nozzle plate 10 forming the nozzle 11
However, as shown in the figure, the nozzle 11 and the flow path 21 are joined to the end surface of the joined body of the drive unit and the flow path forming portion so as to be aligned. In this configuration, when the flow path 21 is filled with ink and the piezoelectric vibrator 30 is driven, a volume change occurs in the flow path 21, and the ink is ejected from the nozzle 11.
【0004】又、図17はベース基板52の両面に流路
21を形成して多ノズル化し、高密度化、高速化を狙っ
た従来例である。ここでの90は駆動IC体である。FIG. 17 shows a conventional example in which the flow paths 21 are formed on both surfaces of a base substrate 52 to increase the number of nozzles and increase the density and speed. Here, 90 is a drive IC body.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来例の
構造では、流路21にインクが充填された状態で、圧電
振動子30を駆動すると、各構成体(圧電振動子30、
流路壁26、ベース基板52)は、実際には図18の点
線に示すような変形をする。図からも分かるように、圧
電振動子30の変形は流路21内に体積変化を起こすだ
けでなく、流路壁26を伝わって、ベース基板52にD
1量の変動を生じさせる。この変動量D1は駆動する圧
電振動子30の数が多ければ多いほど大きく。又、ベー
ス基板52と基板32の接合がノズルプレート10のみ
で成されているため、ノズルプレート10から離れれば
離れるほど変動量D1は大きい。当然、前記変動は駆動
エネルギーの非常に大きな損失となる。However, in the structure of the conventional example, when the piezoelectric vibrator 30 is driven in a state where the ink is filled in the flow path 21, each component (the piezoelectric vibrator 30,
The flow path wall 26 and the base substrate 52) are actually deformed as shown by a dotted line in FIG. As can be seen from the figure, the deformation of the piezoelectric vibrator 30 not only causes a volume change in the flow path 21 but also propagates along the flow path wall 26 and the D
Causes an amount of variation. The fluctuation amount D1 increases as the number of the driven piezoelectric vibrators 30 increases. Further, since the base substrate 52 and the substrate 32 are joined only by the nozzle plate 10, the further away from the nozzle plate 10, the greater the amount of variation D 1. Naturally, said fluctuations result in a very large loss of drive energy.
【0006】又、図19を用いて流路21内に発生する
非常に大きな圧力により生じる現象を説明する。(図と
しては説明上、流路21幅よりも圧電振動子30の幅が
小さい場合の構造を適用) 図19の実線は、圧電振動
子30がインク吐出のために、既に変形した状態を表わ
している。この状態に於て、流路内には非常に大きな圧
力が発生しており、この圧力はインクを介して流路21
を形成する各構成部材(流路壁26、ベース基板52、
接合層42)に瞬時に伝播し、流路21内の体積を膨張
させる方向に変形、変動を生じさせる。この圧力によ
り、図中の点線のように流路21の各構成部材は変形
し、結果として、ベース基板52にD2量の変動を生じ
させる。(ここでは説明上、圧電振動子30、基板32
は不動のものとした。) 即ち、流路21内に発生した
圧力は、インク吐出のためだけに有効に使われるのでは
なく、ベース基板52の変動として損失してしまう。A phenomenon caused by a very large pressure generated in the flow path 21 will be described with reference to FIG. (For the sake of illustration, a structure in which the width of the piezoelectric vibrator 30 is smaller than the width of the flow path 21 is applied.) The solid line in FIG. 19 indicates a state in which the piezoelectric vibrator 30 has already been deformed due to ink ejection. ing. In this state, a very large pressure is generated in the flow path, and this pressure is applied to the flow path 21 via the ink.
(The flow path wall 26, the base substrate 52,
It is instantaneously propagated to the bonding layer 42) and deforms and fluctuates in a direction to expand the volume in the flow path 21. Due to this pressure, each constituent member of the flow path 21 is deformed as shown by a dotted line in the figure, and as a result, the amount of D2 changes in the base substrate 52. (Here, for the sake of explanation, the piezoelectric vibrator 30 and the substrate 32
Was immovable. That is, the pressure generated in the flow path 21 is not effectively used only for ink discharge, but is lost as a fluctuation of the base substrate 52.
【0007】以上のように、前記従来例の構造では、流
路壁26を介して、機械的にベース基板52を変動させ
る損失分と、流路内に発生する圧力によりベース基板5
2を変動させる損失分が相まって、駆動エネルギーの莫
大な損失となる。従って、インク吐出効率は極端に劣悪
なものである。尚、前記2つのメカニズムのベース基板
52の変動(流路壁26を介する機械的なものと、流路
21内圧力によるもの)を、流路21幅に対する圧電振
動子30幅の大小でモデルを変えて説明したが、モデル
により、メカニズムが限定されるものではなく、影響力
の大小はあるものの、前記2つのメカニズムが複合され
ベース基板52が変動する。As described above, in the structure of the prior art, the loss caused by mechanically fluctuating the base substrate 52 via the flow path wall 26 and the pressure generated in the flow path by the base substrate 5.
2 together with the loss that causes the drive energy to fluctuate, an enormous loss of drive energy results. Therefore, the ink ejection efficiency is extremely poor. In addition, the fluctuation of the base substrate 52 of the above two mechanisms (mechanical one through the flow path wall 26 and one due to the pressure in the flow path 21) is modeled by the magnitude of the width of the piezoelectric vibrator 30 with respect to the width of the flow path 21. Although described in a different manner, the mechanism is not limited by the model, and although the magnitude of influence is large, the two mechanisms are combined and the base substrate 52 fluctuates.
【0008】又、前記ベース基板52の変動(ベース基
板52が最大振幅D1もしくはD2の減衰振動をする)
により、流路21内のインク流れに乱れ(ノズル11先
端に形成されるインクメニスカスが不安定となる)が生
じ、インク吐出は非常に不安定である。Further, the fluctuation of the base substrate 52 (the base substrate 52 oscillates with a damping vibration of the maximum amplitude D1 or D2).
As a result, the ink flow in the flow path 21 is disturbed (the ink meniscus formed at the tip of the nozzle 11 becomes unstable), and the ink ejection is very unstable.
【0009】加えて、図17のようにベース基板52の
両面に流路を形成した場合は、各面での駆動によるベー
ス基板52の変動が複雑に干渉し合い、面間での駆動状
態(例えば、駆動本数)の違いにより吐出特性が変動す
ると云った、面間クロストークが顕著に現われる。In addition, when flow paths are formed on both sides of the base substrate 52 as shown in FIG. 17, fluctuations of the base substrate 52 due to driving on each surface interfere with each other in a complicated manner, and the driving state between the surfaces (see FIG. 17). For example, inter-plane crosstalk, in which the ejection characteristics fluctuate due to the difference in the number of driving lines, appears.
【0010】そこで、本発明はこの様な課題を解決する
ものであって、その目的は、流路基板(前記ベース基板
と同機能のもの)の変動を抑制し、高効率で、インク吐
出安定性の高いインクジェットヘッドを提供することに
ある。Accordingly, the present invention is to solve such a problem, and an object of the present invention is to suppress fluctuation of a flow path substrate (having the same function as the base substrate), to achieve high efficiency and stable ink ejection. An object of the present invention is to provide an inkjet head having high performance.
【0011】加えて、本発明を両面流路対応ヘッドにも
適用し、多ノズル化により高密度で、且つ高効率でイン
ク吐出安定性の高く、面間クロストークのない高品位イ
ンクジェットヘッドを提供することも本発明の目的であ
る。In addition, the present invention is also applied to a head compatible with a double-sided flow path, and provides a high-quality ink jet head having high density, high efficiency, high ink ejection stability, and no inter-surface crosstalk by increasing the number of nozzles. It is also an object of the present invention.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明のインクジェットヘッドは、複数のインク流
路用の溝を表面に形成する流路基板上に、前記複数のイ
ンク流路に対応する位置に複数の圧電層と導電層を交互
に積層した積層型振動子が配列された駆動ユニットを有
するインクジェットヘッドにおいて、前記駆動ユニット
はさらに、前記インク流路と対向しない圧電振動子部を
有し、且つ前記流路基板と前記駆動ユニットを、前記流
路基板側の第1の固定板と前記駆動ユニット側の第2の
固定板とで挟持され、前記圧電振動子は狭持方向に振動
して前記インク流路に対向する振動板を押圧することを
特徴とする。更に好ましくは、前記インク流路と対向し
ない圧電振動子部の狭持方向に対する長さが前記インク
流路と対向する圧電振動子部の長さよりも長いことを特
徴とする。更に好ましくは、前記第2の固定板が、前記
駆動ユニットの前記圧電振動子を保持する部材であるこ
とを特徴とする。また、前記第1の固定板の両側に前記
流路基板が接合され、両側から第2の固定板で前記駆動
ユニットが挟持されることを特徴とする。In order to solve the above-mentioned problems, an ink jet head according to the present invention is provided in which a plurality of ink flow grooves are formed on a surface of a flow path substrate. Alternate multiple piezoelectric and conductive layers at corresponding locations
In the ink jet head having a drive unit in which the stacked vibrators stacked on each other are arranged, the drive unit further includes a piezoelectric vibrator portion that does not face the ink flow path, and the flow path substrate and the drive unit The piezoelectric vibrator is sandwiched between the first fixed plate on the flow path substrate side and the second fixed plate on the drive unit side, and the piezoelectric vibrator vibrates in the holding direction.
Then, a diaphragm facing the ink flow path is pressed . More preferably, the length of the piezoelectric vibrator portion not facing the ink flow path in the holding direction is longer than the length of the piezoelectric vibrator portion facing the ink flow path. More preferably, the second fixing plate is a member that holds the piezoelectric vibrator of the drive unit. Further, the flow path substrates are joined to both sides of the first fixed plate, and the drive unit is sandwiched between the second fixed plates from both sides.
【0013】[0013]
【0014】[0014]
【作用】以上の構成によれば、インク流路と対向しない
圧電振動子部(ダミー圧電振動子)を介して、剛体であ
る第1、第2の固定板で流路基板と駆動ユニットの接合
体を挟持しているため、前記流路基板と前記駆動ユニッ
トの接合部は初期的に変形することがない。そして、剛
体で挟持されているため、駆動ユニットの駆動持に、前
記接合体が、圧電振動子の駆動時に挟持方向に変動する
ことはない。According to the above construction, the first and second rigid fixing plates join the flow path substrate and the drive unit via the piezoelectric vibrator portion (dummy piezoelectric vibrator) which does not face the ink flow path. Since the body is sandwiched, the joint between the flow path substrate and the drive unit is not initially deformed. And since it is pinched by the rigid body, the said joined body does not fluctuate in the pinching direction when the piezoelectric vibrator is driven when the drive unit is driven.
【0015】[0015]
【実施例】以下に、本発明の実施例を図面を用い詳細に
説明する。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
【0016】図1、図2、図3は、本発明の第1の実施
例を説明するための構成図で、図1はインク吐出方向に
対する垂直断面図で、図2はインク吐出方向に沿った断
面図、図3は部分断面を有する斜視図である。FIGS. 1, 2 and 3 are structural views for explaining a first embodiment of the present invention. FIG. 1 is a sectional view perpendicular to the ink discharging direction, and FIG. FIG. 3 is a perspective view having a partial cross section.
【0017】高分子樹脂、セラミック、ガラス、金属等
からなる流路基板20の表面に、成形、エッチング、機
械加工等で流路21を形成する複数の溝が彫られてい
る。そして、その表面上に、弾性膜40(樹脂フィル
ム、金属薄膜等)が接合され、流路21を閉溝とし、全
体として流路形成部を構成している。A plurality of grooves for forming the flow path 21 are formed on the surface of the flow path substrate 20 made of a polymer resin, ceramic, glass, metal, or the like by molding, etching, machining, or the like. Then, an elastic film 40 (resin film, metal thin film, or the like) is bonded on the surface thereof, and the flow path 21 is closed, forming a flow path forming part as a whole.
【0018】また、大判の積層圧電振動子を基板32に
接着後、複数の圧電振動子30と、前記圧電振動子30
群の両端のダミー圧電振動子31に分割するようにスリ
ット加工し、全体として駆動ユニットを形成している。
当然、駆動用の圧電振動子30は流路21の配列ピッチ
と同一ピッチで分割されている。又、圧電振動子30の
積層状態は、流路21の長手方向の両端に、各層の共通
電極が配置される状態に設定されている。(図2参照)
ここで、駆動用の圧電振動子30とダミー圧電振動子3
1は一枚の積層振動子から形成されるため、積層方向の
高さ(図中に於て、上下方向)は均一である。しかし、
スリット加工前の積層振動子の厚み精度、あるいは接着
精度により、高さバラツキが想定される際は、大判の積
層振動子を基板32に接着後、ラップ、ポリッシュ加工
を施した後、スリット加工をすることが望まれる。尚、
このスリット加工は、ダイシング、ワイヤーソーによる
切削加工等の機械加工や、各種エッチング加工、レーザ
ー加工、放電加工、超音波加工などを単独又は組合せに
より成される。After bonding the large-sized laminated piezoelectric vibrator to the substrate 32, a plurality of piezoelectric vibrators 30 and the piezoelectric vibrator 30
Slitting is performed so as to divide the dummy piezoelectric vibrators 31 at both ends of the group to form a drive unit as a whole.
Naturally, the driving piezoelectric vibrator 30 is divided at the same pitch as the arrangement pitch of the flow paths 21. The stacked state of the piezoelectric vibrator 30 is set such that the common electrodes of each layer are arranged at both ends in the longitudinal direction of the flow path 21. (See Fig. 2)
Here, the driving piezoelectric vibrator 30 and the dummy piezoelectric vibrator 3
Since 1 is formed from a single laminated vibrator, the height in the laminating direction (vertical direction in the drawing) is uniform. But,
When the height variation is assumed due to the thickness accuracy or the adhesion accuracy of the laminated vibrator before the slit processing, after the large-sized laminated vibrator is bonded to the substrate 32, lapping and polishing are performed, and then the slit processing is performed. It is desired to do. still,
The slit processing is performed by machining such as dicing or cutting with a wire saw, various kinds of etching, laser processing, electric discharge machining, ultrasonic processing, etc., alone or in combination.
【0019】又、駆動ユニットのその他の部品として、
それぞれの圧電振動子30に信号を伝達する電気信号ラ
イン80(FFC、FPC等)が必要であり、基板32
上に形成される電極パターンに接着、半田付け、ワイヤ
ーボンディング、機械的押圧等により電気的に接続され
ている。Further, as other parts of the drive unit,
An electric signal line 80 (FFC, FPC, etc.) for transmitting a signal to each piezoelectric vibrator 30 is required, and a substrate 32
It is electrically connected to the electrode pattern formed thereon by bonding, soldering, wire bonding, mechanical pressing, or the like.
【0020】前記流路形成部と前記駆動ユニットを圧電
振動子30と弾性膜40が対向し、各々の駆動用の圧電
振動子30と流路21が位置的に対応するように接合さ
れている。この状態に於て、ダミー圧電振動子31は流
路21と対応せず、弾性膜40を介して流路基板20の
剛体部と接合されていることとなる。The piezoelectric vibrator 30 and the elastic film 40 oppose the flow path forming portion and the drive unit, and the driving piezoelectric vibrators 30 and the flow paths 21 are joined so as to correspond in position. . In this state, the dummy piezoelectric vibrator 31 does not correspond to the flow channel 21 and is joined to the rigid portion of the flow channel substrate 20 via the elastic film 40.
【0021】そして、図に示すように流路形成部側の第
1の固定板50と駆動ユニット側の第2の固定板60と
で前記流路形成部と駆動ユニットの接合体をネジ70を
用いて挟持している。ここで、第1の固定板50と第2
の固定板60はネジ70による締め付けで変形等がない
ように、剛体である必要がある。そのため、材質的には
金属、セラミック、ガラス等の弾性率の高い材質が好ま
しい。又、弾性率の低い材質であれば厚みを厚くして対
応することが望まれる。尚、図に於ては第1の固定板5
0に雌メジを形成しネジ70に対応しているが、第1の
固定板50にはただの穴を形成し、第1の固定板50の
裏面(図中で下側)からナットで対応しても構わない。
又、この挟持方法はネジ固定だけに限定されるものでは
なく、バネによる固定や、第1、第2の固定板50、6
0の形状を工夫して両者間の接着等で対応しても構わな
い。Then, as shown in the figure, the first fixed plate 50 on the side of the flow path forming section and the second fixed plate 60 on the side of the driving unit are used to screw the joined body between the flow path forming section and the driving unit to a screw 70. It is pinched by using. Here, the first fixed plate 50 and the second
The fixing plate 60 needs to be rigid so as not to be deformed by tightening with the screw 70. Therefore, as the material, a material having a high elastic modulus such as metal, ceramic, and glass is preferable. In addition, if the material has a low elastic modulus, it is desired to increase the thickness. The first fixing plate 5 is shown in the drawing.
0 is formed with a female thread and corresponds to the screw 70, but a simple hole is formed in the first fixing plate 50, and a nut is formed from the back surface (the lower side in the figure) of the first fixing plate 50. It does not matter.
Further, the clamping method is not limited to the screw fixing, but may be fixed by a spring, the first and second fixing plates 50 and 6 may be used.
The shape of 0 may be devised to cope with the adhesion between the two.
【0022】そして、複数のノズル11を形成するノズ
ルプレート10が、図に示すように駆動ユニットと流路
形成部の接合体の端面に、各ノズル11と各流路21の
位置を合わせて接合されている。ここで、ノズルプレー
ト10と前記接合体の接合領域は、第1の固定板50と
第2の固定板60までおよぶ状態のものを示したが、製
造工程等を考慮し、基板32、流路基板20までの領域
であっても構わない。以上の構成では、ダミー圧電振動
子31により基板32と弾性膜40間の高さ寸法を機械
的に規制しているため、剛体である第1、第2の固定板
50、60で流路形成部と駆動ユニットの接合体を押
圧、挟持しても、流路21上の弾性膜40に初期変形、
初期応力(応力の掛かった状態で保持)を与えることは
ない。従って、圧電振動子30の入力エネルギーに対す
る流路21内の体積変化効率が非常に高く、高効率なイ
ンク飛行が達成される。Then, the nozzle plate 10 forming the plurality of nozzles 11 is joined to the end surface of the joined body of the drive unit and the flow passage forming portion by aligning the positions of the nozzles 11 and the flow passages 21 as shown in FIG. Have been. Here, the joint area between the nozzle plate 10 and the joined body extends to the first fixed plate 50 and the second fixed plate 60. However, the substrate 32, the flow path, The region up to the substrate 20 may be used. In the above configuration, since the height dimension between the substrate 32 and the elastic film 40 is mechanically regulated by the dummy piezoelectric vibrator 31, the flow path is formed by the first and second fixing plates 50 and 60 which are rigid bodies. Even if the joined body of the unit and the drive unit is pressed and sandwiched, the elastic film 40 on the flow path 21 is initially deformed,
It does not give an initial stress (maintained in a stressed state). Accordingly, the volume change efficiency in the flow path 21 with respect to the input energy of the piezoelectric vibrator 30 is extremely high, and highly efficient ink flight is achieved.
【0023】又、各圧電振動子30の高さは均一である
ため、各流路21に於ける圧電振動子30の接合状態も
均一である。従って、複数のノズル11に渡って特性バ
ラツキの無いインク飛行が達成される。Since the height of each piezoelectric vibrator 30 is uniform, the bonding state of the piezoelectric vibrators 30 in each flow path 21 is also uniform. Accordingly, ink flight without variation in characteristics over the plurality of nozzles 11 is achieved.
【0024】そして、剛体である第1、第2の固定板5
0、60で挟持され、剛体的の保持されているため、駆
動ユニットの駆動時に、前記接合体(流路基板20)
が、圧電振動子30の駆動時に挟持方向に変動すること
はない。従って、流路基板20の変動による入力エネル
ギー損失及び、流路21内のインク流の乱れ(不安定メ
ニスカス)が無く、高効率で、安定したインク吐出が達
成される。The first and second fixing plates 5 which are rigid bodies
The joint body (the flow path substrate 20) is sandwiched between 0 and 60 and held rigidly when the drive unit is driven.
However, it does not fluctuate in the holding direction when the piezoelectric vibrator 30 is driven. Accordingly, there is no input energy loss due to the fluctuation of the flow path substrate 20 and no disturbance of the ink flow in the flow path 21 (unstable meniscus), and high-efficiency and stable ink ejection is achieved.
【0025】次に、圧電振動子30と弾性膜40との接
合部の詳細について図を用いて説明する。Next, the details of the joint between the piezoelectric vibrator 30 and the elastic film 40 will be described with reference to the drawings.
【0026】図4は弾性膜40の各流路21、各圧電振
動子30に対応する位置に島部41(流路21形状に対
応する形状の突起)を配置したものである。この島部4
1は弾性膜40にパターンエッチング等で形成すること
ができ、島部41の位置精度に関しても非常に高精度に
形成できる。又、エッチング性能、島部形成手段の要因
によって、島部41の部分だけ材質を変えても問題無
い。ただし、島部41高さ(図中の上下方向)は、ダミ
ー圧電振動子31と弾性膜40との接合面と同一高さに
する必要がある。FIG. 4 shows an arrangement in which island portions 41 (projections having a shape corresponding to the shape of the flow path 21) are arranged at positions corresponding to the flow paths 21 and the piezoelectric vibrators 30 of the elastic film 40. This island part 4
1 can be formed on the elastic film 40 by pattern etching or the like, and the position accuracy of the island portion 41 can be formed with very high accuracy. Further, there is no problem even if the material is changed only in the portion of the island portion 41 due to the etching performance and the factors of the island portion forming means. However, the height of the island portion 41 (the vertical direction in the figure) needs to be the same as the joint surface between the dummy piezoelectric vibrator 31 and the elastic film 40.
【0027】この構成に於ては、圧電振動子30の位置
が島部41に対してずれていても、島部41と流路21
の位置関係が正常であれば、弾性膜40の変形状態およ
び内部応力状態は変化無く均一である。従って、駆動ユ
ニットと流路形成部の接合時に位置ずれが生じても、イ
ンク吐出特性に関して支障をきたすことが無い。In this configuration, even if the position of the piezoelectric vibrator 30 is shifted with respect to the island portion 41, the island portion 41 and the flow path 21
Is normal, the deformed state and the internal stress state of the elastic film 40 are uniform without change. Therefore, even if a displacement occurs when the drive unit and the flow path forming portion are joined, there is no problem with respect to the ink ejection characteristics.
【0028】尚、圧電振動子30と弾性膜40との接合
部に関しては、図18、図19で示した構成(圧電振動
子30幅に対して、流路21幅の大小の組合せ)や、図
5で示す(弾性膜40が無く弾性体である充填材42で
流路21を閉溝とする)構成等も、本発明の適用範囲に
属する。Regarding the joint between the piezoelectric vibrator 30 and the elastic film 40, the structure shown in FIGS. 18 and 19 (combination of the width of the flow path 21 with respect to the width of the piezoelectric vibrator 30), The configuration shown in FIG. 5 (the flow channel 21 is closed with a filler 42 that is an elastic body without the elastic film 40) and the like also belong to the applicable range of the present invention.
【0029】ところで、第1の実施例に於ては、ノズル
プレート10を接合し、流路21とノズル11とを連結
する例を示した。しかし、前記構成だけでなく、図6に
示すように流路基板20自体に初期からノズル12を形
成したり、図7に示すように流路基板20にレーザー加
工等によりノズル13を形成するような構成も本発明の
適用範囲に属する。In the first embodiment, an example has been shown in which the nozzle plate 10 is joined and the flow path 21 and the nozzle 11 are connected. However, in addition to the above-described configuration, the nozzle 12 may be formed on the flow path substrate 20 from the beginning as shown in FIG. 6, or the nozzle 13 may be formed on the flow path substrate 20 by laser processing or the like as shown in FIG. Such a configuration also falls within the scope of the present invention.
【0030】続いて、本発明の第2の実施例を図8を用
いて説明する。Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
【0031】構成として第1の実施例との違いは、駆動
ユニットを第2の固定板60と積層圧電振動子(駆動用
の圧電振動子30、ダミー圧電振動子31)だけで構成
し、基板32を削減した点にある。この構成は、基板3
2の排除により、部品点数の削減、及び工程の簡易化に
よるコスト低減を狙ったものである。The difference from the first embodiment is that the drive unit is composed of only the second fixed plate 60 and the laminated piezoelectric vibrators (the driving piezoelectric vibrator 30 and the dummy piezoelectric vibrator 31). 32. This configuration corresponds to substrate 3
The purpose of the invention is to reduce the number of parts by eliminating 2, and to reduce costs by simplifying the process.
【0032】以上、第1、第2の実施例では、流路基板
20と第1の固定板50を別体のものとして説明した
が、流路基板20を樹脂成形で形成し、第1の固定板5
0をインサート成形(一体成形)すれば、工程上の実質
的な部品削減となり、工程削減によるコスト低減につな
がる。この第1の固定板50は金属、セラミック、ガラ
ス等の異材質であっても構わない。As described above, in the first and second embodiments, the flow path substrate 20 and the first fixing plate 50 have been described as being separate bodies. However, the flow path substrate 20 is formed by resin molding, Fixing plate 5
If insert molding of 0 is performed (integral molding), the number of parts in the process is substantially reduced, and the cost is reduced by reducing the number of processes. The first fixing plate 50 may be made of a different material such as metal, ceramic, glass and the like.
【0033】又、このインサート成形により、流路基板
20と第1の固定板50との初期的な位置出しが非常に
容易となり、且つ、長期的な位置関係の保持が可能とな
るため、印字媒体に対する初期的、長期的な印字位置精
度の向上につながる。Also, by this insert molding, the initial positioning of the flow path substrate 20 and the first fixing plate 50 becomes very easy, and the positional relationship can be maintained for a long time. This leads to an improvement in the initial and long-term printing position accuracy on the medium.
【0034】加えて、流路基板20と第1の固定板50
が無負荷で接合(位置関係の確保)されているため、必
要以上に駆動ユニットで押圧しなくてよい。従って、流
路基板20内部には前記押圧による残留応力が非常に微
量であり、耐インク性を含めた流路基板20の信頼性が
飛躍的に向上し、インクジェットヘッド完品としての耐
久性及び、信頼性の向上につながる。In addition, the flow path substrate 20 and the first fixing plate 50
Are joined without any load (the positional relationship is ensured), so that it is not necessary to press the drive unit more than necessary. Therefore, the residual stress due to the pressure is very small inside the flow path substrate 20, and the reliability of the flow path substrate 20 including the ink resistance is greatly improved, and the durability and the durability as a complete ink jet head are improved. , Leading to improved reliability.
【0035】以下に、流路基板20と第1の固定板50
とのインサート成形体について図面を用いて説明する。Hereinafter, the flow path substrate 20 and the first fixing plate 50
Will be described with reference to the drawings.
【0036】図9は流路基板20と第1の固定板50の
ノズル側端面を揃えた実施例である。この異部材間に渡
る均一な端面は、インサート成形時に形成されることが
望ましいが、インサート成形後、後加工(ダイシング、
ラッピング等による機械加工、レーザー加工等)により
形成しても構わない。ここで、22は各流路21にイン
クを供給する共通インク室、23は共通インク室と同機
能のインク供給孔、51は第1の固定板に形成されたネ
ジ部である。尚、インサート成形に於ける流路基板20
と第1の固定板50との接合力を向上さすために、第1
の固定板50の表面には、複数の微細溝加工や微細なデ
ィンプル加工等を施し、表面を荒した状態にすることが
望まれる。又、複数の穴を形成しておくことでも大きな
効果が望める。FIG. 9 shows an embodiment in which the nozzle-side end surfaces of the flow path substrate 20 and the first fixing plate 50 are aligned. It is desirable that the uniform end face between the different members be formed at the time of insert molding, but after insert molding, post-processing (dicing,
It may be formed by mechanical processing such as lapping or laser processing. Here, reference numeral 22 denotes a common ink chamber for supplying ink to each flow path 21, reference numeral 23 denotes an ink supply hole having the same function as the common ink chamber, and reference numeral 51 denotes a screw portion formed on the first fixing plate. In addition, the flow path substrate 20 in the insert molding is used.
In order to improve the joining force between the first fixing plate 50 and
It is desired that the surface of the fixing plate 50 is subjected to a plurality of fine groove processing, fine dimple processing, and the like to make the surface rough. Also, a great effect can be expected by forming a plurality of holes.
【0037】図10はノズル側端面を流路基板20の先
端部24で形成した実施例である。この構成では、ノズ
ル先端面に第1の固定板50が介在しないため、均一で
非常にきれいな面が形成できる。又、流路基板20と第
1の固定板50との接合面がノズル側端面に露出しない
ために、後工程に於ける前記面の加工信頼性が向上す
る。FIG. 10 shows an embodiment in which the end face on the nozzle side is formed by the front end portion 24 of the flow path substrate 20. In this configuration, since the first fixing plate 50 does not intervene on the nozzle tip surface, a uniform and very clean surface can be formed. In addition, since the joint surface between the flow path substrate 20 and the first fixing plate 50 is not exposed to the nozzle-side end surface, the processing reliability of the surface in a later step is improved.
【0038】図11、図12、図13は第1の固定板5
0の反流路形成側に流路側と同厚の部材25(材質は流
路基板20と同一)を、インサート成形時に同時に形成
した実施例である。尚、ノズル側端面の形成に関して
は、図9の実施例と図11の実施例が同一の思想のもの
であり、図10の実施例と図12の実施例とが同一の思
想である。又、図13は、図11、図12両実施例のイ
ンク吐出方向に対する垂直断面図である。この構成は第
1の固定板50の両面にインサート成形されているため
に、接合領域の大幅な拡大に伴い、接合力が飛躍的に向
上している。加えて、インサート成形時に加わる高温
で、流路基板20と第1の固定板50との熱膨張率の差
により生ずる流路基板20の反り(成形後、常温に戻っ
たときに発生)を、部材25の導入により防止すること
ができる。これは、流路側と反流路側の成形肉の収縮に
より第1の固定板50に掛かる応力が同等であるため、
お互いにキャンセルし合い、結果として反りの無い平坦
度の高い流路面が形成できる。従って、前記インサート
成形体を用いたインクジェットヘッドに於ては、平坦度
の高い流路面に接合された弾性膜40と圧電振動子30
の接合部は、全ての流路21に渡って均一な状態であ
り、より一層バラツキの無い整ったインク吐出が達成で
きる。FIGS. 11, 12 and 13 show the first fixing plate 5.
This is an embodiment in which a member 25 (the material is the same as that of the flow path substrate 20) having the same thickness as the flow path side is formed at the same time as the insert molding on the side opposite to the flow path formation side of No. 0. The embodiment of FIG. 9 and the embodiment of FIG. 11 have the same idea regarding the formation of the nozzle-side end surface, and the embodiment of FIG. 10 and the embodiment of FIG. 12 have the same idea. FIG. 13 is a cross-sectional view perpendicular to the ink ejection direction of both the embodiments of FIGS. In this configuration, since the first fixing plate 50 is insert-molded on both surfaces, the joining force is dramatically improved with a large expansion of the joining area. In addition, at a high temperature applied during insert molding, warpage of the flow path substrate 20 caused by a difference in the coefficient of thermal expansion between the flow path substrate 20 and the first fixing plate 50 (occurs when the temperature returns to normal temperature after molding) This can be prevented by introducing the member 25. This is because the stress applied to the first fixed plate 50 due to the contraction of the molded meat on the flow path side and the opposite flow path side is equal,
The channels cancel each other, and as a result, a flow path surface having a high flatness without warpage can be formed. Therefore, in the ink jet head using the insert molded body, the elastic film 40 and the piezoelectric vibrator 30 joined to the channel surface having high flatness are provided.
Is in a uniform state over all the flow paths 21, and a more uniform ink discharge without variation can be achieved.
【0039】次に、第1、第2の実施例を多ノズル化を
目的として、両面流路対応ヘッドに適用した第3の実施
例を図14を用いて説明する。Next, a description will be given of a third embodiment in which the first and second embodiments are applied to a double-sided flow path compatible head for the purpose of increasing the number of nozzles, with reference to FIG.
【0040】基本的に片側(図に於いて、上方あるいは
下方)の構成は、前記の第1、第2の実施例のいずれか
と同様であり、第1の固定板50の両面に流路基板20
が配置され、第2の固定板60により両側から駆動ユニ
ットが挟持されている。この構成によれば、第1、第2
の実施例と同様な効果が望めるだけでなく、各面で挟持
方向(図中で上下方向)の流路基板20の変動を完全に
抑制しているため、面間クロストークが発生することは
ない。The structure of one side (upper or lower in the figure) is basically the same as that of either of the first and second embodiments. 20
Are arranged, and the drive unit is sandwiched by the second fixing plate 60 from both sides. According to this configuration, the first and second
In addition to the effect similar to that of the embodiment, the variation of the flow path substrate 20 in the holding direction (vertical direction in the drawing) is completely suppressed on each surface, so that cross-talk between the surfaces can be prevented. Absent.
【0041】尚、図14では、両側の流路を同一ピッチ
で、面間でずれなく配置しているが、高速対応、高密度
対応等の目的によって、このずらし量は選定すればよ
い。In FIG. 14, the flow paths on both sides are arranged at the same pitch without any deviation between the surfaces. However, the amount of this deviation may be selected depending on the purpose such as high-speed operation and high-density operation.
【0042】又、図15は両面の流路基板20と第1の
固定板50とをインサート成形した実施例であり、図1
1、図12で示した実施例と同様の効果が得られ、且つ
両面流路同時形成ができる。FIG. 15 shows an embodiment in which the flow path substrates 20 on both sides and the first fixing plate 50 are insert-molded.
1, the same effect as that of the embodiment shown in FIG. 12 can be obtained, and the double-sided flow path can be formed simultaneously.
【0043】[0043]
【発明の効果】以上説明したように、本発明は流路基板
の変動を抑制し、高効率で、インク吐出安定性の高いイ
ンクジェットヘッドを提供することができる。As described above, the present invention can provide an ink jet head which suppresses fluctuation of the flow path substrate, is highly efficient, and has high ink ejection stability.
【0044】加えて、本発明を両面流路対応ヘッドにも
適用し、多ノズル化により高密度で、且つ高効率でイン
ク吐出安定性の高く、面間クロストークのない高品位イ
ンクジェットヘッドを提供することができる。In addition, the present invention is also applied to a double-sided flow path compatible head, and provides a high-quality ink jet head having high density, high efficiency, high ink ejection stability and no inter-surface crosstalk by increasing the number of nozzles. can do.
【図1】本発明の第1の実施例のインク吐出方向に対す
る垂直断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view perpendicular to the ink ejection direction of a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第1の実施例のインク吐出方向に沿っ
た断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the first embodiment of the present invention, taken along an ink ejection direction.
【図3】本発明の第1の実施例の部分断面を有する斜視
図である。FIG. 3 is a perspective view with a partial cross section of the first embodiment of the present invention.
【図4】本発明に係る圧電振動子の接合部の詳細図であ
る。FIG. 4 is a detailed view of a joint portion of the piezoelectric vibrator according to the present invention.
【図5】本発明に係る圧電振動子の接合部の詳細図であ
る。FIG. 5 is a detailed view of a joined portion of the piezoelectric vibrator according to the present invention.
【図6】本発明に係る流路基板のノズル側先端部の斜視
詳細図である。FIG. 6 is a detailed perspective view of a nozzle-side tip portion of a flow path substrate according to the present invention.
【図7】本発明に係る流路基板のノズル側先端部の斜視
詳細図である。FIG. 7 is a detailed perspective view of a nozzle-side tip portion of a flow path substrate according to the present invention.
【図8】本発明の第2の実施例のインク吐出方向に対す
る垂直断面図である。FIG. 8 is a sectional view perpendicular to the ink ejection direction of a second embodiment of the present invention.
【図9】本発明に係る流路基板と第1の固定板とのイン
サート成形体の斜視図である。FIG. 9 is a perspective view of an insert molded body of the flow path substrate and the first fixing plate according to the present invention.
【図10】本発明に係る流路基板と第1の固定板とのイ
ンサート成形体の斜視図である。FIG. 10 is a perspective view of an insert molded body of the flow path substrate and the first fixing plate according to the present invention.
【図11】本発明に係る流路基板と第1の固定板とのイ
ンサート成形体の斜視図である。FIG. 11 is a perspective view of an insert molded body of the flow path substrate and the first fixing plate according to the present invention.
【図12】本発明に係る流路基板と第1の固定板とのイ
ンサート成形体の斜視図である。FIG. 12 is a perspective view of an insert molded body of the flow path substrate and the first fixing plate according to the present invention.
【図13】本発明に係る流路基板と第1の固定板とのイ
ンサート成形体の断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view of an insert molded body of the flow path substrate and the first fixing plate according to the present invention.
【図14】本発明の第3の実施例のインク吐出方向に対
する垂直断面図である。FIG. 14 is a vertical sectional view with respect to an ink ejection direction according to a third embodiment of the present invention.
【図15】本発明に係る流路基板と第1の固定板とのイ
ンサート成形体の断面図である。FIG. 15 is a cross-sectional view of an insert molded body of the flow path substrate and the first fixing plate according to the present invention.
【図16】従来例のノズル近傍の斜視図である。FIG. 16 is a perspective view of the vicinity of a conventional nozzle.
【図17】従来例の主要概略断面図である。FIG. 17 is a main schematic sectional view of a conventional example.
【図18】従来例の主要断面詳細図である。FIG. 18 is a detailed sectional view of a conventional example.
【図19】従来例の主要断面詳細図である。FIG. 19 is a detailed view of a main section of a conventional example.
10 ノズルプレート 11、12、13 ノズル 20 流路基板 21 流路 22 共通インク室 23 インク供給孔 24 流路基板先端部 25 流路基板同厚部材 26 流路壁 30 圧電振動子 31 ダミー圧電振動子 32 基板 40 弾性膜 41 弾性膜の島部 42 接合層 50 第1の固定板 51 第1の固定板のネジ部 52 ベース基板 60 第2の固定板 70 ネジ 80 電気信号ライン 90 駆動IC体 D1 変動量 D2 変動量 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Nozzle plate 11, 12, 13 Nozzle 20 Flow path board 21 Flow path 22 Common ink chamber 23 Ink supply hole 24 Flow path board tip part 25 Flow path board same thickness member 26 Flow path wall 30 Piezoelectric vibrator 31 Dummy piezoelectric vibrator Reference Signs List 32 substrate 40 elastic film 41 elastic film island portion 42 bonding layer 50 first fixing plate 51 first fixing plate screw portion 52 base substrate 60 second fixing plate 70 screw 80 electric signal line 90 drive IC body D1 fluctuation Quantity D2 Fluctuation
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−2042(JP,A) 特開 平4−247944(JP,A) 特開 昭55−42862(JP,A) 特開 平1−186330(JP,A) 特開 昭62−70052(JP,A) 特開 昭61−144360(JP,A) 特開 平3−221457(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B41J 2/045 B41J 2/055 Continuation of front page (56) References JP-A-3-2042 (JP, A) JP-A-4-247944 (JP, A) JP-A-55-42862 (JP, A) JP-A-1-186330 (JP) JP-A-62-10052 (JP, A) JP-A-61-144360 (JP, A) JP-A-3-221457 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB Name) B41J 2/045 B41J 2/055
Claims (4)
る流路基板上に、前記複数のインク流路に対応する位置
に複数の圧電層と導電層を交互に積層した積層型振動子
が配列された駆動ユニットを有するインクジェットヘッ
ドにおいて、 前記駆動ユニットはさらに、前記インク流路と対向しな
い圧電振動子部を有し、且つ前記流路基板と前記駆動ユ
ニットを、前記流路基板側の第1の固定板と前記駆動ユ
ニット側の第2の固定板とで挟持され、前記圧電振動子は狭持方向に振動して前記インク流路に
対向する振動板を押圧する ことを特徴とするインクジェ
ットヘッド。1. A laminated vibration in which a plurality of piezoelectric layers and conductive layers are alternately laminated at positions corresponding to the plurality of ink flow paths on a flow path substrate having a plurality of ink flow path grooves formed on a surface thereof. In the ink jet head having a drive unit in which the elements are arranged, the drive unit further has a piezoelectric vibrator portion that does not face the ink flow path, and the flow path substrate and the drive unit, The piezoelectric vibrator is sandwiched between the first fixed plate on the flow path substrate side and the second fixed plate on the drive unit side, and the piezoelectric vibrator vibrates in the holding direction to be in the ink flow path.
An ink jet head characterized by pressing an opposing diaphragm .
部の狭持方向に対する長さが前記インク流路と対向する
圧電振動子部の長さよりも長いことを特徴とする請求項
1に記載のインクジェットヘッド。2. The piezoelectric vibrator portion not facing the ink flow path, the length in the holding direction of the piezoelectric vibrator portion being longer than the length of the piezoelectric vibrator portion facing the ink flow path. Inkjet head.
の前記圧電振動子を保持する部材であることを特徴とす
る請求項1又は請求項2に記載のインクジェットヘッ
ド。3. The ink jet head according to claim 1, wherein the second fixing plate is a member that holds the piezoelectric vibrator of the drive unit.
が接合され、両側から第2の固定板で前記駆動ユニット
が挟持されることを特徴とする請求項1から請求項3い
ずれか一項に記載のインクジェットヘッド。4. The apparatus according to claim 1, wherein the flow path substrates are joined to both sides of the first fixed plate, and the drive unit is sandwiched between the second fixed plates from both sides. An inkjet head according to any one of the preceding claims.
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