JPH10100421A - Manufacture of ink jet head - Google Patents
Manufacture of ink jet headInfo
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- JPH10100421A JPH10100421A JP25648096A JP25648096A JPH10100421A JP H10100421 A JPH10100421 A JP H10100421A JP 25648096 A JP25648096 A JP 25648096A JP 25648096 A JP25648096 A JP 25648096A JP H10100421 A JPH10100421 A JP H10100421A
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- piezoelectric element
- substrate member
- ink jet
- jet head
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- Pending
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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】この発明は、インク液滴を画
像記録媒体上へ選択的に付着させるインクジェットプリ
ンタのヘッドの製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a head of an ink jet printer for selectively depositing ink droplets on an image recording medium.
【0002】[0002]
【従来の技術】今日、その市場を大きく拡大しつつある
ノンインパクト・プリンタの内で、原理が最も単純で、
かつカラー印刷に好適なものとしてインクジェット・プ
リンタがある。そのうちでも、ドット形成時にのみイン
ク液滴を吐出する、いわゆるドロップ・オンデマンド
(DOD)型のインクジェット・プリンタが主流となっ
ている。DOD型のインクジェット・プリンタにおける
代表的なヘッド方式としては、例えば、特公昭53−1
2138号公報に開示されているカイザー型のものや、
特公昭61−59914号公報に開示されているサーマ
ルジェット型のものがある。このうち、特公昭53−1
2138号公報に記載のカイザー型のインクジェットヘ
ッドは、小型化が難しく、また特公昭61−59911
4号公報に記載サーマルジェットヘッドは、高熱をイン
クに加えるためにインクが焦げ付くという困難な問題を
抱えていた。以上のような欠陥を同時に解決するインク
ジェットヘッドとして、圧電歪定数d33を有する圧電素
子を用いてもの(以下、「d33モード型」ともいう)が
ある。このd33モード型のインクジェットヘッドは、圧
電性素材の細片(圧電素子)を使用し、この圧電素子に
おける一面と、それに対向する面にそれぞれ電極を形成
するとともに、この圧電歪素子を電極間の電界方向と同
じ方向に分極させることにより圧電歪定数d33を持たせ
た概略構造となっている。そして、この圧電歪素子が電
極間に電界を発生して、厚さ方向(d33方向)に伸縮す
ることにより、インク圧力室を加圧するようになってい
る。従来のアクチュエータユニットは、バルク状の圧電
素子を異種材料の基板部材上に高温硬化型の接着剤にて
接着したのち各駆動素子単位に分割するように溝を加工
により形成するが、この際各駆動素子の幅が小さいので
物理的強度を確保するために、バルク状の圧電素子を完
全に分割せず圧電素子下層の非駆動層がつながった状態
に残していた。2. Description of the Related Art Among non-impact printers whose market is expanding today, the principle is the simplest.
An ink jet printer is suitable for color printing. Among them, a so-called drop-on-demand (DOD) type ink jet printer that discharges ink droplets only at the time of dot formation is in use. As a representative head system in a DOD type ink jet printer, for example, Japanese Patent Publication No. 53-1
Kaiser type disclosed in Japanese Patent No. 2138,
There is a thermal jet type disclosed in Japanese Patent Publication No. 61-59914. Of these, Tokiko 53-1
The Kaiser type ink jet head described in Japanese Patent No. 2138 is difficult to miniaturize, and the Japanese Patent Publication No. 61-59911
The thermal jet head described in Japanese Patent No. 4 has a difficult problem that the ink is scorched because high heat is applied to the ink. As an ink jet head that simultaneously solves the above-mentioned defects, there is a type using a piezoelectric element having a piezoelectric distortion constant d 33 (hereinafter, also referred to as “d 33 mode type”). The d 33 mode type ink jet head, use strips of piezoelectric material (the piezoelectric element), and one surface of the piezoelectric element, to form a respective electrode on opposite sides, between the electrodes of the piezoelectric strain element It has a general structure which gave piezoelectric strain constant d 33 by polarized in the same direction as the direction of electric field. Then, the piezoelectric strain element to generate an electric field between the electrodes, by stretching in the thickness direction (d 33 direction), so as to pressurize the ink pressure chamber. In a conventional actuator unit, a bulk-shaped piezoelectric element is bonded to a substrate member of a different material with a high-temperature curing type adhesive, and then grooves are formed so as to be divided into drive element units. Since the width of the driving element is small, in order to secure physical strength, the bulk piezoelectric element is not completely divided and the non-driving layer below the piezoelectric element is left connected.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た構造では圧電素子と基板部材の異種材料の高温接着時
の線膨張係数差による歪が発生し、内部応力の残存した
状態の品物になってしまう。内部応力が残存している
と、圧電素子の変位特性、絶縁抵抗特性などに影響し不
良率を高め、さらには信頼性を損なう結果となりかねな
い。However, in the above-described structure, distortion occurs due to a difference in linear expansion coefficient between different materials of the piezoelectric element and the substrate member at the time of high-temperature bonding, resulting in a product in which internal stress remains. . If the internal stress remains, it may affect the displacement characteristics, insulation resistance characteristics, and the like of the piezoelectric element, increase the defective rate, and may further impair reliability.
【0004】この課題を解決するための本発明の目的
は、異種材料を接着して残存する内部応力を解放するこ
とである。[0004] It is an object of the present invention to solve this problem by adhering dissimilar materials to release residual internal stress.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成させるた
めに、本発明はバルク状の圧電素子を各駆動素子単位に
分割する溝を加工する際、圧電素子を完全に分割するよ
う接着層および基板部材の接着層側表層まで切り込むこ
とにした。これにより異種材料間の接着で発生していた
内部応力はほぼ完全に解放される。In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a method of forming a groove for dividing a bulk piezoelectric element into drive element units so that the adhesive layer and the adhesive layer are completely divided. It was decided to cut into the surface layer on the adhesive layer side of the substrate member. Thereby, the internal stress generated by the adhesion between the different materials is almost completely released.
【0006】[0006]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を示す。図
1は実施例のインクジェットヘッドの断面図を示す。圧
力室板30は、エポキシ系熱硬化型プラスチック製であ
り溝状の圧力室32を有する。この圧力室32は後述す
るダイヤフラム40と協働してインク液室を形成する。
20は圧電素子であり、電極の両端に電圧を印加する事
によりインクを吐出する機械的変位を発生する積層型圧
電素子である。40はダイヤフラムであり、ニッケル電
鋳製であり液室板10と協働してインク液室を形成する
と共に圧電素子20の変位を液室に伝える役割を有す
る。ノズル板10は、ニッケル電鋳製であり表面はポリ
テトラフルオロレチレンを含有する溌水メッキが施され
インクを吐出する複数のノズル穴12を有し、圧力室3
2の長手方向の延長線上に垂直に設けている。上記構成
のインクジェットヘッドの動作を簡単に述べる。駆動電
圧が圧電素子20に加わると、圧電素子20が変位し、
ダイヤフラム40を介して圧力室32内のインクに圧力
が加わる。これにより、ノズル穴12からインクが吐出
し、印字用紙に文字記号等を表出する。Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 is a sectional view of an ink jet head according to the embodiment. The pressure chamber plate 30 is made of an epoxy-based thermosetting plastic and has a groove-shaped pressure chamber 32. The pressure chamber 32 forms an ink liquid chamber in cooperation with a diaphragm 40 described later.
Reference numeral 20 denotes a piezoelectric element, which is a laminated piezoelectric element that generates a mechanical displacement for discharging ink by applying a voltage to both ends of the electrode. Reference numeral 40 denotes a diaphragm, which is made of nickel electroforming and has a role of forming an ink liquid chamber in cooperation with the liquid chamber plate 10 and transmitting displacement of the piezoelectric element 20 to the liquid chamber. The nozzle plate 10 is made of nickel electrocast, has a surface provided with water-repellent plating containing polytetrafluororetylene, and has a plurality of nozzle holes 12 for discharging ink.
2 is provided vertically on an extension line in the longitudinal direction. The operation of the ink jet head having the above configuration will be briefly described. When a drive voltage is applied to the piezoelectric element 20, the piezoelectric element 20 is displaced,
Pressure is applied to the ink in the pressure chamber 32 via the diaphragm 40. As a result, ink is ejected from the nozzle holes 12, and character symbols and the like are displayed on printing paper.
【0007】図3は従来の圧電素子20と基板部材2を
合わせたアクチュエータユニットの正面図である。この
状態では形状として反りで現される内部応力が残存して
いる。図2は本発明の圧電素子20を完全に分割したア
クチュエータユニットである。この状態では図3でみら
れる反りもなくなり内部応力がほぼ完全に解放されてい
る。物理的なストレスが少ないので圧電素子の変位特性
や絶縁抵抗特性などが低下しにくくなる。FIG. 3 is a front view of an actuator unit in which a conventional piezoelectric element 20 and a substrate member 2 are combined. In this state, the internal stress expressed by the warpage remains. FIG. 2 shows an actuator unit in which the piezoelectric element 20 of the present invention is completely divided. In this state, the warpage seen in FIG. 3 is eliminated, and the internal stress is almost completely released. Since there is little physical stress, the displacement characteristics, insulation resistance characteristics, and the like of the piezoelectric element are not easily reduced.
【0008】次に本発明におけるアクチュエータユニッ
トの製造工程を説明する。図4に基板部材2とバルク状
の圧電素子20の接着工程を示す。まず平坦度数μm以
下の基板部材2上に高温硬化型のエポキシ系接着剤をス
クリーン印刷法にて圧電素子20の接着面と同等の面積
で塗布する。次に基板部材2とやはり接着面の平坦度が
数μm以下の圧電素子20を、位置関係を決めなおかつ
両者を隙間なく接着するための荷重をかけられる治具に
て固定し、治具毎一定時間、一定温度の炉に入れて接着
剤を完全に硬化させる。すると基板部材2と圧電素子2
0の間には材料の違いによる線膨張係数差により反りが
発生する。このままでは両者には引っ張りおよび圧縮の
内部応力が残留することになる。これが本発明が解決す
べき課題であった。次に図5にワイヤソーによる溝加工
工程を示す。溝を加工することでバルク状の圧電素子2
0を複数の駆動素子単位に分割する。この時従来は分割
された駆動素子単位の圧電素子20が幅が小さいためそ
の接着層から剥がれたり、接着層近傍から折れたりして
しまうことを懸念して圧電素子20の下層の非駆動層で
溝を止めて物理的につなげていたが、これでは残留して
いる内部応力はそのまま残ることになる。本発明は接着
剤の接着力が圧電素子20を完全に分離しても充分使用
に耐えうることを確認した上で、溝を基板部材上層まで
加工し圧電素子20を完全に分割分離し、圧電素子20
および基板部材2内に残留する内部応力を除去する構造
とした。その後の工程は図6に示すように前工程で加工
された溝を基準に組立用の基準面2aを基板部材2を研
削して形成し、圧電素子20の分割された各駆動素子に
駆動のための電圧を印加する導線FPC60を圧電素子
20の両電極に半田付けする。この状態でアクチュエー
タユニットの完成となる。さらにヘッドにするために図
7に示す構成で各パーツおよびユニットを接着しヘッド
の完成となる。Next, the manufacturing process of the actuator unit according to the present invention will be described. FIG. 4 shows a process of bonding the substrate member 2 and the bulk piezoelectric element 20. First, a high-temperature curing type epoxy-based adhesive is applied on the substrate member 2 having a flatness of several μm or less by a screen printing method in an area equivalent to the bonding surface of the piezoelectric element 20. Next, the substrate member 2 and the piezoelectric element 20 having a flatness of the bonding surface of several μm or less are fixed with a jig capable of determining a positional relationship and applying a load for bonding the two without any gap. Place in oven at constant temperature for a time to completely cure the adhesive. Then, the substrate member 2 and the piezoelectric element 2
During 0, warpage occurs due to a difference in linear expansion coefficient due to a difference in material. In this state, the internal stresses of tension and compression remain in both. This is a problem to be solved by the present invention. Next, FIG. 5 shows a groove processing step using a wire saw. The bulk piezoelectric element 2 is formed by machining the groove.
0 is divided into a plurality of drive element units. At this time, in the conventional non-driving layer under the piezoelectric element 20, there is a concern that the divided piezoelectric element 20 in the unit of the driving element is separated from the adhesive layer because of its small width, or is broken from the vicinity of the adhesive layer. Although the grooves were stopped and physically connected, the remaining internal stress would remain as it is. The present invention confirms that the adhesive force of the adhesive can withstand use even if the piezoelectric element 20 is completely separated, and then processes the groove up to the upper layer of the substrate member to completely divide and separate the piezoelectric element 20 to obtain a piezoelectric element. Element 20
And a structure for removing internal stress remaining in the substrate member 2. In the subsequent steps, as shown in FIG. 6, a reference surface 2a for assembly is formed by grinding the substrate member 2 on the basis of the groove processed in the previous step, and the driving elements for driving the piezoelectric elements 20 are divided. FPC 60 to which a voltage for applying a voltage is applied is soldered to both electrodes of piezoelectric element 20. In this state, the actuator unit is completed. In order to further form a head, the parts and units are adhered by the configuration shown in FIG. 7 to complete the head.
【0009】[0009]
【発明の効果】本発明のアクチュエータユニットの各駆
動素子の完全分離構造をとることで、異種材料の接着に
よる内部応力の極めて少ない、言い替えれば圧電素子の
性能を充分引き出すことのできるアクチュエータユニッ
トを提供することが可能になる。According to the present invention, the actuator unit of the present invention has a completely separated structure of the driving elements so that the internal stress due to the adhesion of different kinds of materials is extremely small, in other words, an actuator unit which can sufficiently bring out the performance of the piezoelectric element. It becomes possible to do.
【図1】この発明によるインクジェットヘッドの一実施
例断面図である。FIG. 1 is a sectional view of an embodiment of an ink jet head according to the present invention.
【図2】この発明によるアクチュエータユニットの基本
構造を示す。FIG. 2 shows a basic structure of an actuator unit according to the present invention.
【図3】従来のアクチュエータユニットの基本構造を示
す。FIG. 3 shows a basic structure of a conventional actuator unit.
【図4】この発明による圧電素子と基板材料の接着工程
を示す図である。FIG. 4 is a view showing a bonding step between a piezoelectric element and a substrate material according to the present invention.
【図5】ワイヤソーによる溝加工を示す図である。FIG. 5 is a view showing groove processing by a wire saw.
【図6】組立基準面加工とFPC半田付け工程を示す図
である。FIG. 6 is a diagram showing an assembly reference plane processing and an FPC soldering process.
【図7】この発明によるヘッドの構成を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a head according to the present invention.
2 基板部材 10 ノズル板 12 ノズル穴 20 圧電素子 30 圧力室板 32 圧力室 40 ダイヤフラム 50 フレーム 60 FPC 2 Substrate member 10 Nozzle plate 12 Nozzle hole 20 Piezoelectric element 30 Pressure chamber plate 32 Pressure chamber 40 Diaphragm 50 Frame 60 FPC
Claims (1)
ユニットと該アクチュエータユニットと結合して選択的
にインク滴を吐出する流路ユニットから成るインクジェ
ットヘッドの製造方法において、バルク状の圧電素子を
基板部材上に高温硬化型のエポキシ系接着剤により接着
したのち各駆動素子単位に溝を加工して分割する際、接
着層および基板部材の接着層側表層まで溝を入れ圧電素
子がその溝により各駆動素子単位に完全に分割分離する
ことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。1. A method for manufacturing an ink jet head comprising an actuator unit having a plurality of driving elements and a flow path unit which is coupled to the actuator unit and selectively discharges ink droplets, wherein a bulk piezoelectric element is formed on a substrate member. After bonding with a high-temperature curing type epoxy-based adhesive, when processing and dividing into grooves for each drive element, grooves are formed up to the adhesive layer and the surface layer on the adhesive layer side of the board member, and the piezoelectric element is A method for manufacturing an ink jet head, which is completely divided and separated into units.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25648096A JPH10100421A (en) | 1996-09-27 | 1996-09-27 | Manufacture of ink jet head |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25648096A JPH10100421A (en) | 1996-09-27 | 1996-09-27 | Manufacture of ink jet head |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10100421A true JPH10100421A (en) | 1998-04-21 |
Family
ID=17293231
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP25648096A Pending JPH10100421A (en) | 1996-09-27 | 1996-09-27 | Manufacture of ink jet head |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH10100421A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7101026B2 (en) | 1997-11-25 | 2006-09-05 | Seiko Epson Corporation | Ink jet recording head and ink jet recorder having a compression film with a compressive stress and removal part incorporated therein |
-
1996
- 1996-09-27 JP JP25648096A patent/JPH10100421A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7101026B2 (en) | 1997-11-25 | 2006-09-05 | Seiko Epson Corporation | Ink jet recording head and ink jet recorder having a compression film with a compressive stress and removal part incorporated therein |
US7651201B2 (en) | 1997-11-25 | 2010-01-26 | Seiko Epson Corporation | Ink jet recording head and ink jet recorder |
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