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JP2006347056A - Inkjet printhead - Google Patents

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JP2006347056A
JP2006347056A JP2005177732A JP2005177732A JP2006347056A JP 2006347056 A JP2006347056 A JP 2006347056A JP 2005177732 A JP2005177732 A JP 2005177732A JP 2005177732 A JP2005177732 A JP 2005177732A JP 2006347056 A JP2006347056 A JP 2006347056A
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JP
Japan
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ink
plate
diaphragm
pressure chamber
print head
Prior art date
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Pending
Application number
JP2005177732A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kunihiro Tamahashi
邦裕 玉橋
Akiyoshi Ouchi
明美 大内
Hidetoshi Fujii
秀俊 藤井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Printing Systems Ltd
Original Assignee
Ricoh Printing Systems Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Printing Systems Ltd filed Critical Ricoh Printing Systems Ltd
Priority to JP2005177732A priority Critical patent/JP2006347056A/en
Publication of JP2006347056A publication Critical patent/JP2006347056A/en
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
  • Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inkjet printhead at a low cost which can stably deliver an ink free of its bending due to the difference in thermal expansions of composing members or of the exfoliation of an adhered part in the range of using temperature. <P>SOLUTION: All or part of the composing members are composed of a β-type titanium alloy which is represented by the formula of Ti<SB>3</SB>(Nb, Ta, V)+(Zr, Hf)+O, wherein the principal component is titanium. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、高温に加熱されても構成部材の熱膨張差による反りや剥離がなく、製造工程が簡略化でき、かつ、耐食性を有するインクジェットプリントヘッドに関する The present invention relates to an ink jet print head that does not warp or peel due to a difference in thermal expansion of constituent members even when heated to a high temperature, can simplify the manufacturing process, and has corrosion resistance.

インクジェットプリントヘッドにおける3次元形状のインク流路は、所定のパターンに開けられた複数のプレートを半田接合法、インサート材を用いた拡散接合法、インサート材なしの直接接合法・陽極接合法、あるいは接着剤を用いた接着法等を適宜選択して形成される。通常、コストの観点から接着剤を用いた接着法が多用されている。この接着法には、ワニスを用いてのスプレー法・転写法、あるいはシート状の接着剤を用いた転写法等がある。
近年、インク流路のピッチの微細化に伴い、インク流路を加工精度の高いシリコンウエハを用いてウェットエッチング法またはドライエッチング法で形成したインクジェットプリントヘッドが多く見られる。このようなインクジェットプリントヘッドでは、ノズルプレートの材質として、SUS304、SUS316L、電鋳Ni、Fe−42Ni等が選択されることが多い(例えば、特許文献1参照)。そして、その接合には接着技術が用いられている。
SUS304、SUS316L、電鋳Niの材料は、シリコン材と熱膨張係数が異なるため、部品接着には、弾性接着剤、または室温硬化の接着剤が用いられている。この場合、インクジェットプリントヘッドの動作環境が製造時とは異なり、高温あるいは低温となれば、構成部材の熱膨張差によるひずみが顕著に発生し、吐出されるインク滴が所定の着地位置からずれる、またはプレートの一部に剥離が生じる。したがって、通常、室温程度での使用に限定される。
他方、Fe−42Ni材は、シリコン材と熱膨張係数が近似するため、室温あるいは高温で硬化するタイプの幅広い接着剤を使用することができる(例えば、特許文献2参照)。
そして、高温または低温での熱膨張差に起因するひずみが小さいため、インクジェットプリントヘッドの使用温度範囲は拡がる。しかし、Fe−42Ni材は耐食性の観点から制約を受ける。インクに対する耐食性では、周知の如く、SUSは幅広い液体に耐食性を示すが、電鋳Ni、Fe−42Ni等は低pH溶液中では腐食するため、適用できる溶液が限定される。
従来、ノズルプレート、チャンバプレートの加工では、精力的に様々な加工法が検討され、工程の簡略化が達成されている。また、圧電素子を収容するハウジングに関しては、平坦度以外に精度を要求されないため、一般的に、機械加工が用いられている。ところが、振動板に関してはまだ検討の余地は残されている。例えば、圧電素子による加圧領域を規制することと、接合領域を一定に規制することのために必要とされる振動板の圧電素子に面する表面上に形成される突起部の形成法に関しては、SUS304、316Lを用いてエッチング工程を繰り返して作製する手法が主流で工程の簡略化あるいはコスト低減がまだ図られていない。(例えば、特許文献3参照)
以上のように、低熱膨張、高耐食性、および製造プロセスの簡略化によるコスト低減を同時に満足できるインクジェットプリントヘッドは見当たらない。
The ink flow path having a three-dimensional shape in the ink jet print head is composed of a plurality of plates opened in a predetermined pattern by a solder bonding method, a diffusion bonding method using an insert material, a direct bonding method / anodic bonding method without an insert material, or It is formed by appropriately selecting a bonding method using an adhesive. Usually, an adhesive method using an adhesive is frequently used from the viewpoint of cost. Examples of the bonding method include a spray method and a transfer method using a varnish, a transfer method using a sheet-like adhesive, and the like.
In recent years, along with the finer pitch of ink flow paths, there are many ink jet print heads in which ink flow paths are formed by a wet etching method or a dry etching method using a silicon wafer with high processing accuracy. In such an ink jet print head, SUS304, SUS316L, electroformed Ni, Fe-42Ni, or the like is often selected as the material of the nozzle plate (see, for example, Patent Document 1). And the adhesion technique is used for the joining.
Since the materials of SUS304, SUS316L, and electroformed Ni have a different thermal expansion coefficient from that of a silicon material, an elastic adhesive or a room temperature curing adhesive is used for component bonding. In this case, if the operating environment of the inkjet print head is different from that at the time of manufacture, distortion due to the difference in thermal expansion of the constituent members occurs significantly, and the ejected ink droplets deviate from a predetermined landing position. Or peeling occurs in a part of the plate. Therefore, it is usually limited to use at about room temperature.
On the other hand, since the thermal expansion coefficient of the Fe-42Ni material approximates that of a silicon material, a wide range of adhesives that cure at room temperature or high temperature can be used (for example, see Patent Document 2).
And since the distortion | strain resulting from the thermal expansion difference in high temperature or low temperature is small, the operating temperature range of an inkjet print head expands. However, the Fe-42Ni material is restricted from the viewpoint of corrosion resistance. As is well known, regarding corrosion resistance to ink, SUS exhibits corrosion resistance in a wide range of liquids, but electroformed Ni, Fe-42Ni and the like corrode in a low pH solution, so that applicable solutions are limited.
Conventionally, in the processing of nozzle plates and chamber plates, various processing methods have been energetically studied, and the simplification of the process has been achieved. In addition, regarding the housing that accommodates the piezoelectric element, since machining requires accuracy other than flatness, machining is generally used. However, there is still room for study on the diaphragm. For example, regarding the method of forming protrusions formed on the surface facing the piezoelectric element of the diaphragm required to regulate the pressure area by the piezoelectric element and to regulate the bonding area to a certain level , SUS304, 316L is used as a method of repeatedly producing the etching process, and the process has not been simplified or the cost has not been reduced yet. (For example, see Patent Document 3)
As described above, there is no ink jet print head that can simultaneously satisfy low thermal expansion, high corrosion resistance, and cost reduction by simplifying the manufacturing process.

特開2003−165226号公報JP 2003-165226 A

特開2003−191477号公報JP 2003-191477 A

特許第3508861号公報Japanese Patent No. 3508861

本発明では、使用温度範囲域で、構成部材の熱膨張差に起因するそりや接着部の剥離がなく、インクの吐出を安定にできるとともに、耐食性に優れ、部品の製造プロセズを簡易化して安価に製造できるインクジェットプリントヘッドを提供することを目的とする。 In the present invention, in the operating temperature range, there is no warpage or adhesion peeling due to the difference in thermal expansion of the constituent members, ink ejection can be stabilized, corrosion resistance is excellent, and the parts manufacturing process is simplified and inexpensive. It is an object of the present invention to provide an ink jet print head that can be manufactured.

本発明は、上記目的を達成するために、インク滴を吐出させるノズル開口が複数形成されたノズルプレートと、前記ノズル開口に連通してインクを蓄える圧力室と前記圧力室にインクを供給するインク供給路が形成されたチャンバープレートと、前記ノズル開口と反対側で前記圧力室の壁面の一部を形成する振動板と、前記振動板に接合されて電気信号の印加により前記圧力室内のインクに圧力を発生させる圧電素子と、前記圧力室にインクを供給するインク供給路が形成されたハウジング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、前記ノズルプレート、前記チャンバプレート、前記振動板、及び前記ハウジングがチタンを主成分とするTi(Nb,Ta,V)+(Zr,Hf)+Oのβ型チタン合金からなることを特徴とする。
また、前記ノズルプレート、前記チャンバプレート、前記振動板、前記ハウジングのいずれかがチタンを主成分とするTi(Nb,Ta,V)+(Zr,Hf)+Oのβ型チタン合金からなることを特徴とする。
さらに、前記圧電素子と前記振動板が相対する部位にあって、該振動板の接着表面が塑性加工法で凹凸状に形成されていることを特徴とする。
ここで、β型チタン合金(以下本合金と呼ぶ)は、チタン合金が有する本来の耐食性の他に以下のような特性も有する。本合金は、まず、−77〜300℃の温度範囲で、2〜8ppm/℃とシリコン(Si)並みの熱膨張率であるため、発生する熱ひずみが小さい。次に、本合金は、ゴムメタル(登録商標)とも称され、従来のチタン合金と比較して1桁以上の弾性変形能を有して加工硬化しないため、断面減少率99.9%以上の冷間加工が可能である。
そこで、熱膨張差に起因するさまざまな課題は、上記する熱膨張率が小さい特性を用いて解決する。すなわち、構成部材間の熱膨張係数マッチングをして熱ひずみを低減させる。次に、振動板の製作コスト低減の課題は、本合金の1桁以上の弾性変形能の特性を用いて解決する。すなわち、圧電素子と振動板が相対する部位で、該振動板の接着表面が塑性加工法で1工程の製作プロセスにて凹凸状に形成させ、工程の簡略化を図る。
In order to achieve the above object, the present invention provides a nozzle plate having a plurality of nozzle openings for discharging ink droplets, a pressure chamber communicating with the nozzle openings for storing ink, and an ink for supplying ink to the pressure chambers A chamber plate in which a supply path is formed; a diaphragm that forms part of the wall surface of the pressure chamber on the opposite side of the nozzle opening; and an ink that is joined to the diaphragm and applied to the ink in the pressure chamber An ink jet print head comprising a piezoelectric element for generating pressure and a housing in which an ink supply path for supplying ink to the pressure chamber is formed. The nozzle plate, the chamber plate, the diaphragm, and the housing are made of titanium. It is characterized by comprising a β-type titanium alloy of Ti 3 (Nb, Ta, V) + (Zr, Hf) + O, whose main component is. To do.
Further, any of the nozzle plate, the chamber plate, the vibration plate, and the housing is made of a titanium type Ti 3 (Nb, Ta, V) + (Zr, Hf) + O β-type titanium alloy. It is characterized by.
Further, the piezoelectric element and the vibration plate are located at opposite portions, and the bonding surface of the vibration plate is formed in an uneven shape by a plastic working method.
Here, the β-type titanium alloy (hereinafter referred to as this alloy) has the following characteristics in addition to the inherent corrosion resistance of the titanium alloy. This alloy first has a thermal expansion coefficient of 2 to 8 ppm / ° C. and silicon (Si) in the temperature range of −77 to 300 ° C., so that the generated thermal strain is small. Next, this alloy is also called rubber metal (registered trademark), and has an elastic deformability of one digit or more compared with conventional titanium alloys and does not work harden. Therefore, the alloy has a cross-sectional reduction rate of 99.9% or more. Inter-processing is possible.
Therefore, various problems resulting from the difference in thermal expansion are solved by using the above-described characteristics having a small coefficient of thermal expansion. That is, the thermal distortion is reduced by matching the thermal expansion coefficient between the constituent members. Next, the problem of reducing the manufacturing cost of the diaphragm is solved by using the elastic deformability characteristics of this alloy of one digit or more. That is, at the portion where the piezoelectric element and the diaphragm are opposed to each other, the bonding surface of the diaphragm is formed in a concavo-convex shape by a one-step manufacturing process by a plastic working method, thereby simplifying the process.

本発明によれば、構成部材間の熱膨張差を小さくして、組立時の加熱による残留熱ひずみを低減し、高耐食性で、かつ、振動板の製造プロセスを簡略化して、高精度で、安価なインクジェットプリントヘッドを提供できる。 According to the present invention, the difference in thermal expansion between the constituent members is reduced, the residual thermal strain due to heating during assembly is reduced, the corrosion resistance is high, and the manufacturing process of the diaphragm is simplified, with high accuracy. An inexpensive ink jet print head can be provided.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1に本発明のインクジェットプリントヘッドの断面を示す。図において、1はノズルプレート、2はノズル開口、3は圧電素子、4はインク供給路、5はチャンバプレート、6はハウジング、7は振動板、8は圧力室である。
本発明によるインクジェットプリントヘッドは、2次元に加工された複数のプレートの組み合せによる3次元構造のインク流路と、振動板7を変位してインクを吐出させる圧電素子3から構成される。インク流路は、ノズルプレート1、チャンバープレート5、振動板7、ハウジング6から形成される。いずれの部材も、ゴムメタル(登録商標)の超弾塑性型チタン合金からなり、合金の組成は、Ti−23%Nb−0.7%Ta−2.0%Zr−1.2%Oである。なお、圧電素子には、一般に、単板型と積層型があり、本発明では単板型を用いたが、積層型を用いてもかまわない。
FIG. 1 shows a cross section of the ink jet print head of the present invention. In the figure, 1 is a nozzle plate, 2 is a nozzle opening, 3 is a piezoelectric element, 4 is an ink supply path, 5 is a chamber plate, 6 is a housing, 7 is a diaphragm, and 8 is a pressure chamber.
The ink jet print head according to the present invention includes a three-dimensional ink flow path formed by a combination of a plurality of two-dimensionally processed plates, and a piezoelectric element 3 that displaces the diaphragm 7 and ejects ink. The ink flow path is formed from the nozzle plate 1, the chamber plate 5, the vibration plate 7, and the housing 6. Each member is made of a rubber metal (registered trademark) superelastic-plastic titanium alloy, and the composition of the alloy is Ti-23% Nb-0.7% Ta-2.0% Zr-1.2% O. . In general, the piezoelectric element includes a single plate type and a laminated type. In the present invention, a single plate type is used, but a laminated type may be used.

構成部品の製作においては、ノズルプレート1のノズル開口2は、プレス加工で製作した。チャンバプレート5は切削加工法で形成した。そして、振動板は、ゴムメタルの加工性の良さを活かして、次ぎの2種類のものを製作した。まず、薄板状のもので、圧延法で厚み15μmに薄膜化した。次に、本発明の振動板で、圧電素子を固定する部分を凸形状にしたものを転造法で製作した。
図2は、本発明の振動板を作製する概要図である。図2に示すとおり、凸型の形状9になるように加工した。厚み20μmにまで圧延で薄膜化した後、ひずみとり焼鈍を600℃で1時間行った。その後、凸部の丈が5μmになるように、図示しない加圧機構を用いて、歯型形状の転造ローラ10を用いて凸型パターン9を形成した。本歯型形状の目的は、凸部と圧電素子の位置決めを正確に行うためである。なお、転造法は塑性加工法の1種類であるが、振動板の製作においては、プレス法等、適宜、工業的な見地から適当な手法を選択使用して構わない。
次に、インクジェットプリントヘッドの組み立ては、各プレート間を接着シートで接着して行った。プレート接着工程は、接着シートのパターン形成工程、仮接着工程、本接着の3工程から構成される。本発明においては、熱膨張係数マッチングを行っているので、各プレート間の接着(接合)は、常温硬化型でも高温硬化型接着剤でも、あるいは半田接合を用いても達成される。なお、接着プロセスは、著者の一人が出願している特許文献2に記載されている方法で進めた。ここでは、その概略を、ノズルプレート1とチャンバプレート5間の接着を例にとり説明するが、チャンバープレートと振動板間、振動板とハウジング間の接着についても同じ方法で接着した。なお、本接着シートは、図示しないが、キャリヤーシート(接着剤層片面保護シート)付き2層構造の接着シートである。
(1)接着シートのパターン形成工程
まず、キャリヤシート付き接着シートを用意し、この接着シートに、チャンバプレート5の流路パターン、すなわちノズルプレート1のノズル開口2に対応して開けられている開口穴の形状を考慮して、キャリアシート付の接着シートに機械的手法で打ち抜きを行った。なお、レーザ等による熱的手段もしくは化学的手段で,非接着個所を除去した抜き孔(パターン)を形成することも可能である。
(2)仮接着工程
図示しない接着装置を用いて、チャンバプレート5の流路パターンに合わせて接着シートをセットし、130℃、0.49MPa、5分の条件で仮接着する。一旦、仮接着したプレートを接着装置から取り外した後、キャリアシートを剥離する。なお、チャンバプレート5からキャリヤシートが剥離できればよく、前述の仮接着条件は,本例の条件にこだわらないことは言うまでもない。
(3)本接着
チャンバプレート5に接着するノズルプレート1の位置決めをして装置にセットし、接着装置を170℃に加熱し、0.49MPa、15分の条件で加圧接着する。上記条件で接着剤12は硬化し、プレート接着が完成する。
同様にして、接着されて一体化されたノズルプレートとチャンバープレートに、振動板、ハウジングも接着する。その結果、図1のようなインクジェットプリントヘッドを組み立てることができる。したがって、各部材が同種類のため、使用温度範囲域でそりや接着部の剥離がなく、インクの吐出を安定にできるとともに、耐食性に優れ、振動板の製造プロセズが簡易化されているため、安価なインクジェットプリントヘッドとすることができた。
In the production of the component parts, the nozzle openings 2 of the nozzle plate 1 were produced by press working. The chamber plate 5 was formed by a cutting method. And the following two types of diaphragms were manufactured by taking advantage of the good workability of rubber metal. First, it was thin and thinned to a thickness of 15 μm by a rolling method. Next, the vibration plate according to the present invention, in which the portion for fixing the piezoelectric element was formed in a convex shape, was manufactured by a rolling method.
FIG. 2 is a schematic view for producing the diaphragm of the present invention. As shown in FIG. 2, it processed so that it might become the convex shape 9. FIG. After thinning to a thickness of 20 μm by rolling, strain relief annealing was performed at 600 ° C. for 1 hour. Thereafter, the convex pattern 9 was formed using the tooth-shaped rolling roller 10 by using a pressure mechanism (not shown) so that the height of the convex portion was 5 μm. The purpose of this tooth shape is to accurately position the convex portion and the piezoelectric element. The rolling method is one type of plastic working method. However, in manufacturing the diaphragm, an appropriate method such as a pressing method may be selected and used from an industrial point of view as appropriate.
Next, the ink jet print head was assembled by bonding the plates with an adhesive sheet. The plate bonding process is composed of three processes of an adhesive sheet pattern forming process, a temporary bonding process, and a main bonding process. In the present invention, since the thermal expansion coefficient matching is performed, adhesion (bonding) between the plates can be achieved by using a room temperature curable adhesive, a high temperature curable adhesive, or using solder bonding. In addition, the adhesion process was advanced by the method described in Patent Document 2 filed by one of the authors. Here, the outline will be described by taking the bonding between the nozzle plate 1 and the chamber plate 5 as an example, but the bonding between the chamber plate and the vibration plate and between the vibration plate and the housing was also performed in the same manner. Although not shown, this adhesive sheet is a two-layered adhesive sheet with a carrier sheet (adhesive layer single-sided protective sheet).
(1) Adhesive sheet pattern forming step First, an adhesive sheet with a carrier sheet is prepared, and an opening formed in the adhesive sheet corresponding to the flow path pattern of the chamber plate 5, that is, the nozzle opening 2 of the nozzle plate 1. In consideration of the shape of the hole, the adhesive sheet with the carrier sheet was punched by a mechanical method. It is also possible to form a hole (pattern) from which non-adhered portions have been removed by thermal means such as laser or chemical means.
(2) Temporary Bonding Step Using an unillustrated bonding apparatus, an adhesive sheet is set in accordance with the flow path pattern of the chamber plate 5 and temporarily bonded under conditions of 130 ° C., 0.49 MPa, and 5 minutes. Once the temporarily bonded plate is removed from the bonding apparatus, the carrier sheet is peeled off. Needless to say, the provisional bonding condition described above does not stick to the conditions of this example as long as the carrier sheet can be peeled from the chamber plate 5.
(3) The nozzle plate 1 to be bonded to the bonding chamber plate 5 is positioned and set in the apparatus, and the bonding apparatus is heated to 170 ° C. and pressure bonded under the condition of 0.49 MPa for 15 minutes. Under the above conditions, the adhesive 12 is cured, and plate bonding is completed.
Similarly, the diaphragm and the housing are bonded to the nozzle plate and the chamber plate which are bonded and integrated. As a result, the ink jet print head as shown in FIG. 1 can be assembled. Therefore, because each member is of the same type, there is no warpage or peeling of the adhesive portion in the operating temperature range, ink ejection can be stabilized, corrosion resistance is excellent, and the diaphragm manufacturing process is simplified. An inexpensive inkjet print head could be obtained.

本実施例では、部材の一部に、近年長足の進歩を遂げているマイクロマシーン技術(MEMS)で精密に流路を形成できるシリコン材料を用いた。シリコン材料を用いると精密でかつ再現性が良いのが特徴であるが、製造コストが割高になるため、通常は本実施例のように一部の部材にしか用いられない。このよう場合、相手材の組み合わせには熱膨張係数の小さいゴムメタルが最適である。本実施例のように、シリコンをメインに考えて流路を形成しようとする場合、適用する流路形成部品としては、精密でかつ寸法の再現性を要求されるチャンバプレート5、あるいはノズルプレート1が考えられる。本実施例では、チャンバープレート5にシリコン材料を用いたが、ノズルプレート1にシリコン材料を適用してもかまわず、その場合においても、製作性、インク吐出性能は同じである。
そこで、インクジェットプリントヘッドの組立において、チャンバプレート5の流路はMEMS技術で形成し、その他の部材は実施例1と同様な方法で製作し、各部材間の接着は実施例1と同様にして行った。なお、本実施例では低熱膨張材としてシリコンを用いたが、意図するところは各構成部材の熱膨張係数を一致させることにあるので、特にシリコン材に限定されるわけではない。
このようにして作製したインクジェットプリントヘッドについて、本発明の目的である「熱膨張係数マッチング」による熱変形の抑制効果を検証した。
熱変形が発生する場合として、2つの要因がある。第一は、接着工程で、本実施例のように高温で接着する場合である。第二は、インクジェットプリントヘッドの使用環境温度である。高温または低温で使用すると熱膨張差によりひずみが発生する。
まず、接着工程の熱変形に関しては、製作後のインクジェットプリントヘッドのノズルプレート面上のそりを3次元形状測定器で測定したが、問題ないことを確認した。
次に、使用温度に関しては、インクジェットプリントヘッドの温度によるノズルプレート面のそりと、インク吐出特性を調べた。高温側では、固体インクを使用すれば150℃まで加熱される場合がある。一方、低温側では、これまで室温以下に冷却された例は少ないが、本例では−77℃まで冷却した。
150℃で1時間、−77℃で1時間のヒートサイクルを5万回繰り返した結果、熱膨張差に起因するそり、接着部での剥離は生じなかった。本実施例により、各部材の熱膨張係数を一致させることにより、熱ひずみを抑えることが可能であることが実証された。
インク吐出特性は以下の手順で調べた。図3は、本発明のインクジェットプリントヘッドによるインク吐出の状態を示す断面図である。図において、図1と重複する各部位の番号は記載していない。室温で、インク供給口4から液体インクを充填して、圧電素子3に駆動信号パルスを印加して高速で伸縮運動をさせ、インク滴11をノズル2から吐出させたところ、全てのノズルで、インク滴の吐出速度にばらつきがなく、高速でインク滴が飛ぶことを確認できた。なお、接着層に剥離が生じると、インクリークが発生し、ノズル間のインク吐出速度がばらつくが、本実施例では、そのような場合は発生しなかった。
In this example, a silicon material capable of forming a flow path precisely by using a micromachine technology (MEMS), which has been making great progress in recent years, was used as a part of the member. The use of a silicon material is characterized by precision and good reproducibility. However, since the manufacturing cost is expensive, it is usually used only for some members as in this embodiment. In such a case, rubber metal having a small coefficient of thermal expansion is optimal for the combination of the counterpart materials. As in the present embodiment, when the flow path is to be formed mainly considering silicon, the applied flow path forming component is a chamber plate 5 or nozzle plate 1 that requires precise and dimensional reproducibility. Can be considered. In this embodiment, a silicon material is used for the chamber plate 5, but a silicon material may be applied to the nozzle plate 1, and in this case, the manufacturability and the ink ejection performance are the same.
Therefore, in assembling the inkjet print head, the flow path of the chamber plate 5 is formed by MEMS technology, the other members are manufactured by the same method as in the first embodiment, and the bonding between each member is the same as in the first embodiment. went. In the present embodiment, silicon is used as the low thermal expansion material. However, the intended purpose is to make the thermal expansion coefficients of the respective constituent members coincide with each other, so that the present invention is not particularly limited to the silicon material.
With respect to the ink jet print head thus produced, the effect of suppressing thermal deformation by “thermal expansion coefficient matching” which is the object of the present invention was verified.
There are two factors when thermal deformation occurs. The first is a case of bonding at a high temperature as in this embodiment in the bonding process. The second is the use environment temperature of the ink jet print head. When used at high or low temperatures, distortion occurs due to the difference in thermal expansion.
First, regarding the thermal deformation in the bonding process, the warpage on the nozzle plate surface of the manufactured inkjet print head was measured with a three-dimensional shape measuring instrument, and it was confirmed that there was no problem.
Next, regarding the operating temperature, the warpage of the nozzle plate surface due to the temperature of the ink jet print head and the ink ejection characteristics were examined. On the high temperature side, if solid ink is used, it may be heated to 150 ° C. On the other hand, on the low temperature side, there have been few examples of cooling to room temperature or below, but in this example, it was cooled to -77 ° C.
As a result of repeating the heat cycle of 1 hour at 150 ° C. and 1 hour at −77 ° C. 50,000 times, warpage due to the difference in thermal expansion and peeling at the bonded portion did not occur. This example demonstrates that thermal distortion can be suppressed by matching the thermal expansion coefficients of the members.
The ink ejection characteristics were examined by the following procedure. FIG. 3 is a sectional view showing a state of ink ejection by the ink jet print head of the present invention. In the figure, the number of each part overlapping with FIG. 1 is not described. At room temperature, liquid ink was filled from the ink supply port 4, and a drive signal pulse was applied to the piezoelectric element 3 to expand and contract at high speed, and ink droplets 11 were ejected from the nozzles 2. It was confirmed that there was no variation in the ejection speed of the ink droplets and that the ink droplets were flying at a high speed. When peeling occurs in the adhesive layer, ink leakage occurs and the ink discharge speed varies between the nozzles. However, in this embodiment, such a case did not occur.

本発明の実施例では、吐出させる液体にインクを用いたが、特に限定するものではなく、飛翔時に所定の液体になっていれば、その目的は達せられるので、薄膜形成装置、分注器等にも利用できる。 In the embodiments of the present invention, ink is used as the liquid to be ejected. However, the present invention is not particularly limited, and the purpose can be achieved if the liquid is a predetermined liquid at the time of flight. Can also be used.

本発明のインクジェットプリントヘッドの断面図Sectional view of the inkjet printhead of the present invention 本発明で用いた振動板の作製を示した概要図Schematic showing production of diaphragm used in the present invention 本発明のインクジェットプリントヘッドによるインク吐出の状態を示す断面図Sectional drawing which shows the state of the ink discharge by the inkjet print head of this invention

符号の説明Explanation of symbols

1 ノズルプレート
2 ノズル
3 圧電素子
4 インク供給路
5 チャンバプレート
6 ハウジング
7 振動板
8 圧力室
9 加工により成形された振動板の凸部
10 転造ローラ
11 インク滴
12 接着層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Nozzle plate 2 Nozzle 3 Piezoelectric element 4 Ink supply path 5 Chamber plate 6 Housing 7 Vibration plate 8 Pressure chamber 9 The convex part 10 of the vibration plate shape | molded by processing Rolling roller 11 Ink droplet 12 Adhesive layer

Claims (3)

インク滴を吐出させるノズル開口が複数形成されたノズルプレートと、前記ノズル開口に連通してインクを蓄える圧力室と前記圧力室にインクを供給するインク供給路が形成されたチャンバープレートと、前記ノズル開口と反対側で前記圧力室の壁面の一部を形成する振動板と、前記振動板に接合されて電気信号の印加により前記圧力室内のインクに圧力を発生させる圧電素子と、前記圧力室にインクを供給するインク供給路が形成されたハウジング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、前記ノズルプレート、前記チャンバプレート、前記振動板、及び前記ハウジングがチタンを主成分とするTi(Nb,Ta,V)+(Zr,Hf)+Oのβ型チタン合金からなることを特徴とするインクジェットプリントヘッド。 A nozzle plate having a plurality of nozzle openings for discharging ink droplets; a pressure chamber communicating with the nozzle openings for storing ink; a chamber plate having an ink supply path for supplying ink to the pressure chamber; and the nozzles A diaphragm that forms part of the wall surface of the pressure chamber on the opposite side of the opening; a piezoelectric element that is bonded to the diaphragm and generates pressure in the ink in the pressure chamber by applying an electrical signal; and In an ink jet print head including a housing in which an ink supply path for supplying ink is formed, the nozzle plate, the chamber plate, the vibration plate, and the housing have Ti 3 (Nb, Ta, An ink jet print head comprising a β-type titanium alloy of V) + (Zr, Hf) + O. インク滴を吐出させるノズル開口が複数形成されたノズルプレートと、前記ノズル開口に連通してインクを蓄える圧力室と前記圧力室にインクを供給するインク供給路が形成されたチャンバープレートと、前記ノズル開口と反対側で前記圧力室の壁面の一部を形成する振動板と、前記振動板に接合されて電気信号の印加により前記圧力室内のインクに圧力を発生させる圧電素子と、前記圧力室にインクを供給するインク供給路が形成されたハウジング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、前記ノズルプレート、前記チャンバプレート、前記振動板、前記ハウジングのいずれかがチタンを主成分とするTi(Nb,Ta,V)+(Zr,Hf)+Oと表わされるβ型チタン合金からなることを特徴とするインクジェットプリントヘッド。 A nozzle plate having a plurality of nozzle openings for discharging ink droplets; a pressure chamber communicating with the nozzle openings for storing ink; a chamber plate having an ink supply path for supplying ink to the pressure chamber; and the nozzles A diaphragm that forms part of the wall surface of the pressure chamber on the opposite side of the opening; a piezoelectric element that is bonded to the diaphragm and generates pressure in the ink in the pressure chamber by applying an electrical signal; and In an inkjet print head including a housing in which an ink supply path for supplying ink is formed, any one of the nozzle plate, the chamber plate, the diaphragm, and the housing has Ti 3 (Nb, An inkjet printer comprising a β-type titanium alloy represented by Ta, V) + (Zr, Hf) + O. Lint head. 前記圧電素子と前記振動板が相対する部位で、該振動板の接着表面が塑性加工法で凹凸状に形成されていることを特徴とする請求項1または及び2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 the piezoelectric element and the vibration plate are opposed to each other, and an adhesive surface of the vibration plate is formed in an uneven shape by a plastic working method.
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