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JP2959056B2 - Inkjet print head - Google Patents

Inkjet print head

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Publication number
JP2959056B2
JP2959056B2 JP15941890A JP15941890A JP2959056B2 JP 2959056 B2 JP2959056 B2 JP 2959056B2 JP 15941890 A JP15941890 A JP 15941890A JP 15941890 A JP15941890 A JP 15941890A JP 2959056 B2 JP2959056 B2 JP 2959056B2
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JP
Japan
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piezoelectric element
cavity
substrate
piezoelectric
conductive
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俊夫 成田
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Seiko Epson Corp
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Publication date
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、印字データの入力を受けた時点で、液体状
インクを液滴又はミストとして飛翔させ、このインク滴
又はミストにより記録用紙にドットを形成するオンデマ
ンド型インクジェット式印字ヘッドに関する。この種の
ヘッドは、コンピュータの出力端末や、カラープリンタ
用として広く用いられている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a technique in which, when print data is received, liquid ink is caused to fly as droplets or mist, and the ink droplet or mist is used to print dots on recording paper. The present invention relates to an on-demand type ink jet print head for forming a print head. This type of head is widely used for an output terminal of a computer and a color printer.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

オンデマンド型インクジェット式印字ヘッドは、大き
く分けて3種類のものがある。第1のものはノズルの先
端にインクを瞬間的に気化させるヒータを設け、気化時
の膨張圧力によりインク滴を生成し、飛翔させる、いわ
ゆるバブルジェット型である。第2のものはインク溜部
を形成する容器に、信号により変形する圧電素子を設
け、変形時に生じる圧力によりインクを液滴として飛翔
させるものである。第3のものは、インク溜部内にノズ
ルに対向させて圧電素子を配設し、この圧電素子の伸縮
によりノズル領域に動圧を生じさせてインク滴を飛翔さ
せるものである。
On-demand type ink jet print heads are roughly classified into three types. The first type is a so-called bubble jet type in which a heater for instantaneously evaporating ink is provided at the tip of a nozzle, and ink droplets are generated by the expansion pressure at the time of vaporization and fly. In the second type, a piezoelectric element that is deformed by a signal is provided in a container that forms an ink reservoir, and ink is caused to fly as droplets by pressure generated during the deformation. In the third type, a piezoelectric element is provided in the ink reservoir so as to face the nozzle, and a dynamic pressure is generated in the nozzle region by the expansion and contraction of the piezoelectric element to cause the ink droplet to fly.

上記第3の形式のオンデマンド型インクジェット式印
字ヘッドは、日本特許公報特公昭60−8953号公報に示さ
れたように、インクタンクを構成する容器の壁面に複数
のノズル開口を形成するとともに、各ノズル開口と対向
するように伸縮方向を一致させて圧電素子を配設して構
成されている。
The on-demand type ink jet print head of the third type has a plurality of nozzle openings formed on a wall surface of a container constituting an ink tank, as shown in Japanese Patent Publication No. 60-8933. The piezoelectric element is arranged so that the expansion and contraction directions are matched so as to face each nozzle opening.

この印字ヘッドは、印字信号を圧電素子に印加して圧
電素子を伸長させ、このときに発生するインクの動圧に
よりノズルからインク滴を飛出させて印刷用紙にドット
を形成するものである。
In this print head, a print signal is applied to a piezoelectric element to expand the piezoelectric element, and ink droplets are ejected from nozzles by a dynamic pressure of ink generated at this time to form dots on printing paper.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

このような形式の印字ヘッドにおいては、液滴の形成
効率や飛翔力が大きいことが望ましい。しかしながら、
圧電素子の単位長さ、及び単位電圧当りの伸縮率は極め
て小さいため、印字に要求される飛翔力を得るには高い
電圧を印加することが必要となり、駆動回路や電気絶縁
対策が複雑化するという問題がある。
In a print head of this type, it is desirable that the droplet formation efficiency and the flying force be large. However,
Since the length of the piezoelectric element and the expansion / contraction ratio per unit voltage are extremely small, it is necessary to apply a high voltage to obtain the flying force required for printing, which complicates the drive circuit and measures for electrical insulation. There is a problem.

このような問題を解消するため、日本特許公報特開昭
63−295269号公報に示されているように、電極と圧電材
料を交互にサンドイッチ状に積層したインクジェット式
印字ヘッド用の圧電素子が提案されている。この圧電素
子によれば電極間距離を可及的に小さくすることができ
るため、駆動信号の電圧を下げることができるという効
果がある。
To solve such a problem, Japanese Patent Publication No.
As disclosed in JP-A-63-295269, there has been proposed a piezoelectric element for an ink jet print head in which electrodes and piezoelectric materials are alternately laminated in a sandwich form. According to this piezoelectric element, the distance between the electrodes can be made as small as possible, so that the voltage of the drive signal can be reduced.

しかしながら、この様な圧電素子は小形に成形するこ
とが困難であるため、その用途が限定されるという問題
がある。
However, since it is difficult to form such a piezoelectric element into a small size, there is a problem that its use is limited.

本発明の第1の目的は、可及的に低い電圧で十分な飛
翔力を備えたインク滴を発生させ得る新規なオンデマン
ド型インクジェットヘッドを提供することにある。
A first object of the present invention is to provide a novel on-demand type ink jet head capable of generating ink droplets having a sufficient flying force at a voltage as low as possible.

本発明の第2の目的は、小型かつ高密度で、実用的な
インクジェット式印字ヘッドを提供することにある。
A second object of the present invention is to provide a small, high-density, practical ink jet print head.

本発明の第3の目的は、安価で量産性に優れたインク
ジェット式印字ヘッドを提供することにある。
A third object of the present invention is to provide an ink jet print head which is inexpensive and excellent in mass productivity.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明のインクジェット式印字ヘッドは、圧電材料と
導電材料を振動方向と同一方向に層状交互に複数積層し
た軸方向に振動する複数の圧電素子と、この複数の圧電
素子の一端が自由端となるよう他端部を固定した前記圧
電素子と同等のヤング率を有する基板と、前記自由端と
キャビティとなる空間を介して対向配置された仕切ブロ
ックと、前記キャビティと連通するように前記圧電素子
の振動方向と垂直な方向に配設されたノズル開口と、前
記圧電素子間に設けられた仕切部材と、前記基板に形成
された前記キャビティと連通するスリットと、前記基板
に形成された導通電極とを備え、前記圧電素子とノズル
開口と仕切部材が、前記仕切ブロックを挟んで同様に形
成されていることを特徴とする。
The ink jet print head of the present invention has a plurality of piezoelectric elements vibrating in the axial direction in which a plurality of piezoelectric materials and conductive materials are alternately laminated in the same direction as the vibration direction, and one end of the plurality of piezoelectric elements is a free end. A substrate having a Young's modulus equivalent to that of the piezoelectric element having the other end fixed thereto, a partition block disposed opposite to the free end via a space serving as a cavity, and the piezoelectric element of the piezoelectric element communicating with the cavity. A nozzle opening disposed in a direction perpendicular to the vibration direction, a partition member provided between the piezoelectric elements, a slit communicating with the cavity formed in the substrate, and a conductive electrode formed in the substrate. Wherein the piezoelectric element, the nozzle opening, and the partition member are similarly formed with the partition block interposed therebetween.

〔実 施 例〕〔Example〕

第1図は、本発明に於けるオンデマンド型インクジェ
ット式印字ヘッドを示すものであって、(a)図は断面
図、(b)はノズルプレート7をはずした状態で上部よ
り見た図である。圧電素子4は強固な接着剤又はろう付
け材8によって基板1及びハウジング2に固定されてい
る。圧電素子はd33方向に縦振動するよう、内部電極4
0、42が交互にキャビティ11と対向する方向に形成され
ている。圧電素子の外部電極47、48(第4図(II)参
照)は上下面に全面にわたって形成され、接着剤もしく
はろう付け材8、又は導電材を介して基板1上に形成さ
れたリード電極14、共通電極13と電気的に接続されてい
る。さらに圧電素子列はそのすき間を、ヤング率が圧電
素子のヤング率の1/5以下である仕切り部材(接着剤又
は充填剤)5で埋められている。又、キャビティ部は圧
電素子列のすき間を埋めた材料5と同等の材料で仕切ら
れ、各素子毎に独立したキャビティ11が形成されてい
る。キャビティ11の圧電素子4に対向する側面はセラミ
ック又はプラスチック、あるいは金属等の仕切りブロッ
ク3で形成されている。仕切りブロック3は、基板1に
固着されている。上述の如き構成を成すオンデマンド型
インクジェット式印字ヘッドについて、製造プロセスを
追いながら詳述する。
1A and 1B show an on-demand type ink jet print head according to the present invention. FIG. 1A is a sectional view, and FIG. 1B is a view seen from above with a nozzle plate 7 removed. is there. The piezoelectric element 4 is fixed to the substrate 1 and the housing 2 by a strong adhesive or brazing material 8. The piezoelectric element vibrates longitudinally in the d33 direction so that the internal electrodes 4
0 and 42 are alternately formed in a direction facing the cavity 11. The external electrodes 47 and 48 (see FIG. 4 (II)) of the piezoelectric element are formed over the entire upper and lower surfaces, and the lead electrodes 14 formed on the substrate 1 via an adhesive or brazing material 8 or a conductive material. Are electrically connected to the common electrode 13. Further, the piezoelectric element row is filled with a partition member (adhesive or filler) 5 whose Young's modulus is 1/5 or less of the Young's modulus of the piezoelectric element. Further, the cavity portion is partitioned by a material equivalent to the material 5 filling the gaps of the piezoelectric element row, and an independent cavity 11 is formed for each element. The side surface of the cavity 11 facing the piezoelectric element 4 is formed of a partition block 3 made of ceramic, plastic, metal, or the like. The partition block 3 is fixed to the substrate 1. The on-demand type ink jet print head having the above configuration will be described in detail while following the manufacturing process.

プロセス1 第2図は、基板の平面図である。図示のものは、同時
に多数個取りできるようにしたもので、図中の破線aで
切断することにより、1ユニット、すなわち1ヘッド分
の基板1を多数取ることができる。取り枚数は各ヘッド
のノズル数及び製造装置の能力によって決定される。こ
の基板は絶縁性材料より成り、アルミナ等のセラミッ
ク、あるいはガラス基板等が用いられる。図で21はイン
ク導入用のスルーホールで、レーザー又は型取りによっ
て裏面まで貫通している。22は焼成により作成した道通
電極用の導通ペーストで、一般にはAg/Pd系、Au/Pd系、
Pt/Pd系が用いられる。むろんその他の導通ペーストも
用いることができ、厚さは3μm〜20μmまでが好まし
い。
Process 1 FIG. 2 is a plan view of a substrate. In the illustrated example, a large number of substrates 1 can be taken at the same time. By cutting along a broken line a in the figure, a large number of substrates 1 for one unit, that is, one head can be taken. The number of sheets to be taken is determined by the number of nozzles of each head and the capacity of the manufacturing apparatus. This substrate is made of an insulating material, and a ceramic such as alumina or a glass substrate is used. In the figure, reference numeral 21 denotes a through hole for introducing ink, which penetrates to the back surface by laser or molding. Reference numeral 22 denotes a conductive paste for a through electrode made by firing, which is generally Ag / Pd-based, Au / Pd-based,
A Pt / Pd system is used. Of course, other conductive pastes can also be used, and the thickness is preferably from 3 μm to 20 μm.

プロセス2 このような基板を切断したユニットの基板1の上に仕
切りブロック3及び圧電素子ブロック34を接着する。接
着剤は、エポキシ系又はシリコン系等の樹脂系接着剤、
又はAgロウ等を用いる。
Process 2 The partition block 3 and the piezoelectric element block 34 are bonded on the substrate 1 of the unit obtained by cutting such a substrate. The adhesive is a resin-based adhesive such as an epoxy-based or silicone-based adhesive,
Alternatively, Ag wax or the like is used.

第3図は、1ユニットの基板1上にブロック3と圧電
素子ブロック34を接着した状態を示す図である。この時
点で圧電素子ブロック34は各圧電素子列には分割されて
おらずブロック状態である。この圧電素子ブロック34は
上下面に夫々外部電極47、48(第4図(II)参照)が表
面全体にカバーされている。又、図中31は、将来キャビ
ティ11を形成する空隙である。この空隙31にはレジスト
フィルム等の、後で除去可能な膜が張り付けられてい
る。又はフォトリソ用のレジストを流し込み固化されて
も良い。
FIG. 3 is a view showing a state in which the block 3 and the piezoelectric element block 34 are adhered on the substrate 1 of one unit. At this point, the piezoelectric element block 34 is not divided into the respective piezoelectric element rows and is in a block state. The piezoelectric element block 34 has external electrodes 47 and 48 (see FIG. 4 (II)) covering the entire upper and lower surfaces, respectively. In the figure, reference numeral 31 denotes a space for forming the cavity 11 in the future. A film that can be removed later, such as a resist film, is attached to the gap 31. Alternatively, a photolithographic resist may be poured and solidified.

圧電素子ブロック34を基板1に固定する際、キャビテ
ィ側と反対側の端部は、高強度(圧電素子と同等のヤン
グ率)をもつ部材にて固定する。これにより、圧電素子
の伸縮量はキャビティ側の自由端側に有効に作用するこ
ととなる。本実施例ではハウジング2(第1図参照)を
セラミック等の高ヤング率材料として圧電素子の固定端
に密着するように配置し、基板1と圧電素子及びハウジ
ング2と圧電素子間の接着剤又はろう付け材8(第1図
参照)として高ヤング率の接着剤を使用した。例えばガ
ラスフリット材、セラミック系ペースト材等を使用し、
焼成により固着化した。ここで圧電素子について詳述す
る。第4図(b)は圧電素子ブロックを示すものであっ
て、図中符号40、40、40…は、それぞれ一方の内部電極
を構成する導電層である。また42、42、42…は他方の内
部電極を構成する導電層である。各導電層40、42は互い
に平行となるように交互に圧電材料44、44、…にサンド
イッチ状に配設されている。一方の内部電極となる導電
層40は一方の端部がブロックの裏面に露出され、また他
方の内部電極となる導電層42はその一端部がブロックの
表面に露出するように構成されている。これら内部電極
の露出している面には、外部電極47、48を構成する導電
層が形成されていて、各内部電極となる導電層40…、42
…が導電的にそれぞれ並列に接続されている。圧電素子
列は、このような圧電素子ブロックを後述するようにス
リット46、46、46により分離することで形成される。
When the piezoelectric element block 34 is fixed to the substrate 1, the end opposite to the cavity side is fixed by a member having high strength (the same Young's modulus as the piezoelectric element). Thereby, the amount of expansion and contraction of the piezoelectric element effectively acts on the free end side on the cavity side. In this embodiment, the housing 2 (see FIG. 1) is disposed as a high Young's modulus material such as ceramic so as to be in close contact with the fixed end of the piezoelectric element. A high Young's modulus adhesive was used as the brazing material 8 (see FIG. 1). For example, using glass frit material, ceramic paste material, etc.
It was fixed by firing. Here, the piezoelectric element will be described in detail. FIG. 4 (b) shows a piezoelectric element block, and reference numerals 40, 40, 40 ... in the figure denote conductive layers constituting one internal electrode, respectively. Are conductive layers constituting the other internal electrode. The conductive layers 40 and 42 are alternately arranged in parallel with each other so as to be parallel to each other in the piezoelectric materials 44, 44,. One end of the conductive layer 40 serving as an internal electrode is exposed on the back surface of the block, and the other end of the conductive layer 42 serving as the other internal electrode is exposed on the surface of the block. On the exposed surfaces of these internal electrodes, conductive layers constituting external electrodes 47 and 48 are formed, and conductive layers 40...
Are conductively connected in parallel. The piezoelectric element row is formed by separating such a piezoelectric element block by slits 46, 46, 46 as described later.

上述したような圧電素子ブロックの層構造は、次のよ
うにして得ることができる。先ず、適当なペースト状圧
電素子材料、例えばチタン酸・ジルコン酸鉛系複合ペロ
ブスカイトセラミックス材料をグリーンシート状とし、
この表面に印刷法により内部電極材料を印刷する。次い
でこのシートを交互に必要枚数重ねてラミネートする。
その後、予備乾燥及びシンタリングを行ない、燒結体と
する。この状態を第4図(a)に示す。この直方体状の
ものの内部電極42及び40が露出している面に夫々導電材
料47、48を塗布乾燥又は焼成して第4図(b)に示す状
態となる。これが圧電素子ブロックであり、最終的には
スリット46を入れて各圧電素子列に分割し使用する。
The layer structure of the piezoelectric element block as described above can be obtained as follows. First, a suitable paste-like piezoelectric element material, for example, a lead titanate / zirconate-based composite perovskite ceramic material is formed into a green sheet,
An internal electrode material is printed on this surface by a printing method. Next, the required number of sheets are alternately stacked and laminated.
Thereafter, preliminary drying and sintering are performed to obtain a sintered body. This state is shown in FIG. Conductive materials 47 and 48 are applied to the surfaces of the rectangular parallelepiped, on which the internal electrodes 42 and 40 are exposed, and dried or fired, respectively, to obtain a state shown in FIG. 4 (b). This is a piezoelectric element block, which is finally divided into each piezoelectric element row with slits 46 and used.

このように構成した各圧電素子列の一方の内部電極40
を接続している外部電極48には、第6図に示すようにそ
れぞれ独立のリード電極14を接続し、また他方の内部電
極42を接続している外部電極47には共通電極13を接続す
る。これにより、独立のリード電極14と共通電極13との
間に電気信号を印加すると、独立のリード電極14により
選択的に信号が印加された圧電素子は、外部電極47、48
を介して内部電極40、42間に同一の電圧を同時に印加さ
れることになるから、内部電極間の圧電材料が同時に伸
長し、各層の変位が足し合わされて自由端側が軸方向へ
変位する。もとより、各内部電極間の圧電材料は、極め
て薄く形成されているから、最大限の伸長を行わせるた
めの電圧は極めて小さな値で済むことになる。
One internal electrode 40 of each piezoelectric element row thus configured
As shown in FIG. 6, an independent lead electrode 14 is connected to the external electrode 48 connecting the electrodes, and a common electrode 13 is connected to the external electrode 47 connecting the other internal electrode 42. . Accordingly, when an electric signal is applied between the independent lead electrode 14 and the common electrode 13, the piezoelectric element to which the signal is selectively applied by the independent lead electrode 14 is applied to the external electrodes 47 and 48.
, The same voltage is simultaneously applied between the internal electrodes 40 and 42, so that the piezoelectric material between the internal electrodes expands at the same time, the displacement of each layer is added, and the free end side is displaced in the axial direction. Of course, since the piezoelectric material between the internal electrodes is formed to be extremely thin, the voltage for performing the maximum elongation requires an extremely small value.

圧電素子ブロック34を、導電剤により基板1上の電極
と導通させる導通方式は種々あるが、一般にはAgロウ材
や導電ペーストを用いる。又、金属ボウルを基板と圧電
素子の間で押しつぶして用いる場合もある。導電スペー
スは電極面全体である必要はなく、ある部分がきちんと
導通されていればよい。ただし前述したように圧電素子
ブロック34はカッティングして使用される為、各圧電素
子列毎に導通しているよう配慮する必要はある。
There are various conduction methods for conducting the piezoelectric element block 34 to the electrodes on the substrate 1 with a conductive agent, but generally, an Ag brazing material or a conductive paste is used. In some cases, a metal bowl is used by being crushed between a substrate and a piezoelectric element. The conductive space does not need to be the entire surface of the electrode, and it is sufficient if a certain portion is properly conducted. However, since the piezoelectric element block 34 is used by cutting as described above, it is necessary to take care that each piezoelectric element row is electrically connected.

プロセス3 プロセス2により得られた第3図に示す状態のものを
第5図の一点鎖線A−A′の方向に、ダイシングソーや
ワイヤーソーを用いてスリットを入れる。この時、基板
1の表面電極22も分割される様、基板表面から10〜50μ
mの深さまでカッティングを行なう。ピッチは所望の数
値で良い。例えば300DPIのヘッドを作るのであれば片側
150DPIで169.3μmピッチとなる。こうしてカットされ
た圧電素子ブロック34の周囲を囲い込むように第1図に
示したハウジング2を設置する。ハウジング2は基板1
及び各圧電素子列のキャビティ側と逆の端面と強力に固
着する。ここで用いる接着剤はヤング率ができるだけ大
きいことが望ましい。
Process 3 A slit obtained by the process 2 shown in FIG. 3 is cut in the direction of the dashed line AA 'in FIG. 5 using a dicing saw or a wire saw. At this time, the surface electrode 22 of the substrate 1 is divided by 10 to 50 μm from the substrate surface so that the surface electrode 22 is also divided.
Perform cutting to a depth of m. The pitch may be a desired value. For example, if you want to make a 300DPI head, one side
At 150 DPI, the pitch becomes 169.3 μm. The housing 2 shown in FIG. 1 is installed so as to surround the piezoelectric element block 34 thus cut. Housing 2 is board 1
And, it is firmly fixed to the end face opposite to the cavity side of each piezoelectric element row. It is desirable that the adhesive used here has as large a Young's modulus as possible.

プロセス4 ワイヤーソー等によりカッティングしてできたスリッ
ト空間に樹脂系材料を充填し硬化する。樹脂系材料はエ
ポキシ系、シリコン系等が適当であるが、硬化膜が適度
な硬度と密着性及び強度をもっていればこれにこだわる
必要はない。
Process 4 A resin material is filled into a slit space formed by cutting with a wire saw or the like and cured. The resin-based material is suitably epoxy-based, silicon-based, or the like. However, if the cured film has appropriate hardness, adhesion, and strength, there is no need to stick to this.

プロセス5 各圧電素子列の上面に形成されている電極を導通させ
共通電極を取り出す。既に基板側と各圧電素子列下面の
電極はプロセス3によるカッティングで個別リード電極
として構成されている。上面は例えばハウジング外壁を
利用する等して基板側共通電極13に導通させる。第6図
はその1例を示すものであり、ハウジング2の表面に導
通ペーストで導電路61を形成している。導電路61は、圧
電素子列の上面電極47と導電ペースト62で導通してい
る。又、導電路61は基板上の共通電極13とも導電ペース
ト63で導通している。この電気的接合方式はいろいろと
あり、例えばフレキシブルケーブルを利用したり、ワイ
ヤボンディングする等が可能である。
Process 5 The electrodes formed on the upper surface of each piezoelectric element row are made conductive to take out the common electrode. The electrodes on the substrate side and the lower surface of each piezoelectric element row have already been formed as individual lead electrodes by cutting in process 3. The upper surface is electrically connected to the substrate-side common electrode 13 by using, for example, an outer wall of the housing. FIG. 6 shows an example of this, in which a conductive path 61 is formed on the surface of the housing 2 with a conductive paste. The conductive path 61 is electrically connected to the upper electrode 47 of the piezoelectric element row by the conductive paste 62. The conductive path 61 is also electrically connected to the common electrode 13 on the substrate by the conductive paste 63. There are various types of this electrical bonding method, and for example, a flexible cable can be used or wire bonding can be performed.

プロセス6 キャビティを形成する為に充填してあったスペース
(第3図の空隙31)の可溶性樹脂を除去する。ポジ系の
フォトレジストであれば、アセトン又はアンモニア水に
て除去するのが好適であり、ネガ系フォトレジストフィ
ルムであれば強酸系の水溶液を加温して吹きつけて除去
する。これにより第7図に示す如きキャビティ11を形成
することができる。図では仕切ブロック3も圧電素子と
同時にカッティングし、樹脂材料5をそのスペースに流
してキャビティ11を形成した場合を示している。
Process 6 The soluble resin in the space (the void 31 in FIG. 3) filled to form the cavity is removed. In the case of a positive photoresist, it is preferable to remove it with acetone or ammonia water. In the case of a negative photoresist film, a strong acid aqueous solution is heated and sprayed to remove. Thus, the cavity 11 as shown in FIG. 7 can be formed. The drawing shows a case where the partition block 3 is also cut at the same time as the piezoelectric element, and the resin material 5 is caused to flow into the space to form the cavity 11.

プロセス7 こうして形成したヘッドユニットの表面は、圧電素子
の上面まで樹脂材料5が被覆していても良い。しかし、
この状態では表面が凸凹となっており、上面にノズルプ
レートをきっちりと固着することができない。従ってハ
ウジング2も含んだ樹脂の上面を研削して平滑にする。
研削は表面研削盤やラッピング装置、又はダイシングソ
ーを用いて行なう。その後、ノズルプレート7を樹脂材
料5の上面全体及び仕切りブロック3の表面に接着剤又
は溶融接着で固定する。キャビティ11の上部穴とノズル
プレート7のノズル9(第1図(a)参照)は1対1に
対応している。
Process 7 The surface of the head unit thus formed may be covered with the resin material 5 up to the upper surface of the piezoelectric element. But,
In this state, the surface is uneven, and the nozzle plate cannot be firmly fixed on the upper surface. Therefore, the upper surface of the resin including the housing 2 is ground to be smooth.
Grinding is performed using a surface grinder, a lapping device, or a dicing saw. Thereafter, the nozzle plate 7 is fixed to the entire upper surface of the resin material 5 and the surface of the partition block 3 with an adhesive or a melt adhesive. The upper hole of the cavity 11 and the nozzle 9 of the nozzle plate 7 (see FIG. 1A) correspond one to one.

本実施例では仕切りブロック3をはさんでキャビティ
11を対向させる方式について記述してきたが、4列化す
ることも容易である。
In this embodiment, the cavity is sandwiched between the partition blocks 3.
Although the method in which 11 are opposed to each other has been described, it is easy to form four rows.

このように構成された印字ヘッド(第1図)は、ケー
ブル12を介して電気信号が圧電素子4に印加すると、圧
電素子4は電極の積層方向に伸長するから、圧電素子の
自由端は前面のキャビティ11内にあるインクを仕切ブロ
ック3に向けて押出すことになる。これにより、インク
は、動圧を受けてノズル9に突入し、インク滴となって
外部空間を飛翔し、印刷用紙にドットを形成する。
In the print head (FIG. 1) configured as described above, when an electric signal is applied to the piezoelectric element 4 via the cable 12, the piezoelectric element 4 extends in the direction in which the electrodes are stacked. The ink in the cavity 11 is extruded toward the partition block 3. As a result, the ink enters the nozzle 9 under the dynamic pressure, flies as ink droplets in the external space, and forms dots on the printing paper.

電気信号の印加がなくなると、圧電素子は元の状態に
縮小し、仕切ブロック3と圧電素子の間のキャビティ11
にインクがスルーホール21を通じて流入して次のインク
滴発生に備えることになる。
When the application of the electric signal is stopped, the piezoelectric element is reduced to the original state, and the cavity 11 between the partition block 3 and the piezoelectric element is reduced.
Ink flows through the through hole 21 to prepare for the next ink droplet generation.

ところで、インクジェットプリンタ用インクは絶縁性
の場合もあれば、導電性をもつ場合もある。特に導電性
インクを使用する場合は、圧電素子4の電極はインクか
ら完全にシーリングされていなければならない。こうし
た点をクリアする為に第8図のb層のように圧電素子4
の両端に圧電作用に関与しない層を圧電材料で形成して
おくのが望ましい。さらに、樹脂材料5をスリットに流
し込む前に圧電素子列全体を絶縁性樹脂液、例えばポリ
イミド溶液中にディッピングし、薄い絶縁膜を圧電素子
表面にコーティングするのも良い方法である。
By the way, the ink for an ink jet printer may be insulative or conductive. Particularly when using conductive ink, the electrodes of the piezoelectric element 4 must be completely sealed from the ink. In order to clear these points, the piezoelectric element 4 as shown in the layer b of FIG.
It is desirable to form a layer that does not participate in the piezoelectric action with a piezoelectric material at both ends. Further, it is also a good method that the entire piezoelectric element array is dipped in an insulating resin liquid, for example, a polyimide solution before the resin material 5 is poured into the slit, and a thin insulating film is coated on the surface of the piezoelectric element.

第9図は第2の実施例を示す部分斜視図である。この
実施例では各キャビティの仕切り部材たる樹脂材料5が
仕切りブロック3まで延設されていない。第1の実施例
は高密度形ヘッドである為、クロストークの問題があ
る。本実施例は比較的、隣接するノズル開口部の密度が
高くない場合は有効であり、十分に実用性がある。図は
ノズルプレート7を透視しており、圧電素子間は樹脂材
料5により埋められている。この実施例の場合は、第3
図の空隙31を設ける必要はなく、仕切りブロック3と圧
電素子ブロック34は密着して接着し、樹脂を埋めた後、
ダイシングソー等で空隙31に相当する部分を切断し、ス
リット状のキャビティ91を形成することができる。又、
仕切りブロック3は圧電素子ブロックの圧電作用に寄与
しない層を延設して、その層を後でカットし、仕切りブ
ロック3として使用することも可能である。
FIG. 9 is a partial perspective view showing the second embodiment. In this embodiment, the resin material 5 as a partition member of each cavity does not extend to the partition block 3. Since the first embodiment is a high-density head, there is a problem of crosstalk. This embodiment is relatively effective when the density of adjacent nozzle openings is not high, and is sufficiently practical. In the figure, the nozzle plate 7 is seen through, and the space between the piezoelectric elements is filled with a resin material 5. In the case of this embodiment, the third
It is not necessary to provide the void 31 shown in the figure, and the partition block 3 and the piezoelectric element block 34 are adhered and adhered, and after filling the resin,
A portion corresponding to the gap 31 can be cut with a dicing saw or the like to form a slit-shaped cavity 91. or,
The partition block 3 can be used as the partition block 3 by extending a layer that does not contribute to the piezoelectric action of the piezoelectric element block, and then cutting that layer later.

第7図の各キャビティ11の巾、すなわちwが十分に狭
い場合は、ノズルプレート7を必要とせず、キャビティ
11の上部開口がそのままノズルの役めを果たすこともで
き、実施例の第3例として確認できた。
If the width of each cavity 11 in FIG. 7, that is, w is sufficiently small, the nozzle plate 7 is not required,
The upper opening of 11 can also serve as a nozzle as it is, which was confirmed as the third example of the embodiment.

これまで述べてきたような、d33方向振動を利用した
インクジェットヘッドは、30V以下の電圧で十分な飛翔
力を備えたインク滴を発生させることができる。これは
圧電素子の内部電極積層数にもよるが、積層数を増すほ
どに電圧は下げることができる。
The ink jet head using the d33 direction vibration as described above can generate ink droplets having a sufficient flying force at a voltage of 30 V or less. This depends on the number of laminated internal electrodes of the piezoelectric element, but as the number of laminated layers increases, the voltage can be reduced.

さらに、上述した製造方式は同時多数個取りが可能で
あり、非常に安価なインクジェットヘッドを製造するこ
とができる。かつ、高密度化にも優れた方式で、小型化
と低コスト化が同時に実現できる。
Furthermore, the above-described manufacturing method enables simultaneous multi-cavity production, so that a very inexpensive inkjet head can be manufactured. In addition, with a method that is also excellent in high density, miniaturization and cost reduction can be realized at the same time.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれぱ、圧電材料と導電材料を振動方向と同
一方向に層状に交互に複数積層した軸方向に振動する複
数の圧電素子と、この複数の圧電素子の軸方向の一端が
自由端となるよう他端部を固定した前記圧電素子と同等
のヤング率を有する基板と、前記自由端とキャビティと
なる空間を介して対向配置された仕切ブロックと、前記
キャビティと連通する様に前記圧電素子の振動方向と垂
直な方向に配設されたノズル開口と、前記圧電素子間に
設けられた仕切部材と、前記基板に形成された前記キャ
ビティと連通するスリットと、前記基板に形成された導
通電極とを備えたことにより、小型高密度で大きな飛翔
力でインク滴を飛翔させることか可能な印字ヘッドを提
供することができる。さらに、圧電素子とノズル開口と
仕切部材が、前記仕切ブロックを挟んで同様に形成され
ているため、2列のノズルを効率良く製造できる。
According to the present invention, a plurality of piezoelectric elements vibrating in the axial direction in which a plurality of piezoelectric materials and conductive materials are alternately stacked in layers in the same direction as the vibration direction, and one end in the axial direction of the plurality of piezoelectric elements is a free end. A substrate having a Young's modulus equivalent to that of the piezoelectric element having the other end fixed thereto, a partition block facing the free end via a space serving as a cavity, and the piezoelectric element communicating with the cavity. A nozzle opening disposed in a direction perpendicular to the vibration direction of the piezoelectric element, a partition member provided between the piezoelectric elements, a slit communicating with the cavity formed in the substrate, and a conductive electrode formed in the substrate. With this arrangement, it is possible to provide a print head that can fly ink droplets with high flying power and small size, high density. Further, since the piezoelectric element, the nozzle opening, and the partition member are similarly formed with the partition block interposed therebetween, two rows of nozzles can be manufactured efficiently.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図(a)、第1図(b)は、それぞれ本発明の第1
の実施例によるオンデマンド型インクジェット式印字ヘ
ッドの構成を示す断面図と部分省略平面図である。 第2図は製造過程における基板の部分平面図である。 第3図は製造過程を示す斜視図である。 第4図(a)(b)は圧電素子の製造方法を示す説明図
である。 第5図は圧電素子列のカッティング方法を示す説明図で
ある。 第6図は圧電素子への電気的接続方法を示す実施例の説
明図であり、第7図はキャビティ付近の斜視図である。 第8図は圧電素子の他の実施例を示す説明図である。 第9図は他の実施例に於けるキャビティ付近の斜視図で
ある。
FIGS. 1 (a) and 1 (b) show a first embodiment of the present invention, respectively.
2A and 2B are a cross-sectional view and a partially omitted plan view showing a configuration of an on-demand type ink jet print head according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a partial plan view of the substrate in a manufacturing process. FIG. 3 is a perspective view showing a manufacturing process. 4 (a) and 4 (b) are explanatory views showing a method for manufacturing a piezoelectric element. FIG. 5 is an explanatory view showing a method of cutting a piezoelectric element row. FIG. 6 is an explanatory view of an embodiment showing a method of electrically connecting to a piezoelectric element, and FIG. 7 is a perspective view near a cavity. FIG. 8 is an explanatory view showing another embodiment of the piezoelectric element. FIG. 9 is a perspective view of the vicinity of a cavity in another embodiment.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】圧電材料と導電材料を振動方向と同一方向
に層状交互に複数積層した軸方向に振動する複数の圧電
素子と、この複数の圧電素子の一端が自由端となるよう
他端部を固定した前記圧電素子と同等のヤング率を有す
る基板と、前記自由端とキャビティとなる空間を介して
対向配置された仕切ブロックと、前記キャビティと連通
するように前記圧電素子の振動方向と垂直な方向に配設
されたノズル開口と、前記圧電素子間に設けられた仕切
部材と、前記基板に形成された前記キャビティと連通す
るスリットと、前記基板に形成された導通電極とを備
え、前記圧電素子とノズル開口と仕切部材が、前記仕切
ブロックを挟んで同様に形成されていることを特徴とす
るインクジェット式印字ヘッド。
1. A plurality of piezoelectric elements vibrating in the axial direction in which a plurality of piezoelectric materials and conductive materials are alternately stacked in layers in the same direction as the vibration direction, and the other end such that one end of the plurality of piezoelectric elements is a free end. A substrate having a Young's modulus equivalent to that of the piezoelectric element, a partition block facing the free end and a space serving as a cavity, and a direction perpendicular to the vibration direction of the piezoelectric element so as to communicate with the cavity. Nozzle openings disposed in different directions, a partition member provided between the piezoelectric elements, a slit communicating with the cavity formed in the substrate, and a conductive electrode formed in the substrate, An ink jet print head, wherein a piezoelectric element, a nozzle opening, and a partition member are similarly formed with the partition block interposed therebetween.
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