喷墨打印头的制作方法_2

文档序号:9255903阅读:来源:国知局
机的控制部对喷墨头11输出印字信号至喷头驱动用IC16。接收到印刷信号的 喷头驱动用IC16经由电气配线29而将驱动脉冲电压施加于柱部25。由此,最初左右一对 柱部25进行剪切模式变形而以变形(弯曲)为"〈"字状的方式背离。此时,如图3的(B) 所示使压力室24减压(使压力室24扩大)。接着,如图3的(C)所示,通过使这些柱部恢 复到初始位置而使压力室24内的压力变高(使压力室24收缩)。由此,压力室24内的油 墨经由盖部27的连通孔28而被供给至喷嘴板14的喷嘴22,进而从喷嘴22强有力地吐出 墨滴。
[0033] 在这种喷墨头11中,盖部27构成压力室24的一个壁面,因此对压力室24的刚性 带来影响。盖部27的刚性越强(越坚硬、越厚),则压力室24的刚性变得越强,因而压电部 件15所产生的压力被高效地用于油墨吐出,并且油墨内的压力传播速度也变快,能够以高 速驱动。在此,在盖部27上,由于必须设置连通于喷嘴22的连通孔28的开口,因而如果盖 部27的厚度过厚,则到达喷嘴22的流体阻力变大,吐出效率下降。相反,如果使盖部27的 连通孔28的开口变大以免吐出效率下降,则压力室24的刚性下降,压力室24也变大,因而 导致压力传播速度降低。因此,可以认为,盖部27的厚度与连通孔28的孔的大小存在最优 值。
[0034] 本实施方式的喷墨头11将盖部27的连通孔28的沿着压力室24的长度方向的 方向上的长度(参照图2的L6)与压力室24的长度方向的长度(参照图2的L3)的长度 比,设定为以从喷嘴22吐出的油墨的吐出电压和该长度比的关系为最小的长度比(参照图 4的(A2)的最小值Xl以及图5的(B2)的最小值Yl)为中心的上下的10%~25%的范围 内。
[0035] (喷墨头11的试制)
[0036] 按照下表1的组合试制成喷墨头11。
[0037] 【表1】
[0038]
[0039] 喷头11大致分为两种,试制成压力室密度150dpi和300dpi这样的代表性的两 种。在表1中,在样品No. 1~60中,压力室24的间距(LI)为169 μπι,宽度(L2)为80 μπι, 长度(L3)为2000 μm,深度(L4)为300 μm。另外,在样品No. 61~120中,压力室24的间 距(LI)为 84. 5 μ m,宽度(L2)为 40 μ m,长度(L3)为 1500 μ m,深度(L4)为 150 μ m。而且, 盖部27的杨氏模量(Gpa)、厚度(L5)以及连通孔28的开口长度(L6)分别如表1所示进行 设定。在此,盖部27的材料使用杨氏模量为大约50Gpa的PZT、为大约150Gpa的Ni-Fe合 金(42A1 Ioy)、为大约250Gpa的92氧化铝,盖部27的连通孔28的宽度与压力室24的宽度 (L2)大致相等。
[0040] (试验)
[0041] 对上述样品No. 1~120的每一个喷头11评价了吐出电压(以规定的驱动速度使 一定量的墨滴吐出所需要的电压)、压力传播时间(压力在压力室内传播的时间,与压力传 播速度成反比)。试验结果示于下表2。
[0042] 【表2】
[0043]
[0044] 另外,对盖部27的每个参数汇总后的结果示于下图4的(Al)~(A6)、图5的 (BI)~(B6)中。图4的(Al)~(A6)是表示压力室密度为150dpi的情况下的吐出电压 Vl (V)和压力传播时间Tl ( μ sec)的评价实验结果的特性图。在此,图4的(Al)是表示Tl 和盖部27的连通孔28的沿着压力室24的长度方向的方向上的长度(L6)与压力室24的 长度方向的长度(L3)的长度比X(% )的关系的特性图。图4的(A2)是表示吐出电压Vl 与X的关系的特性图。图4的(A3)是表示Tl与盖部27的厚度L5的关系的特性图。图4 的(A4)是表示吐出电压Vl与L5的关系的特性图。图4的(A5)是表示Tl与盖部27的杨 氏模量的关系的特性图。图4的(A6)是表示吐出电压Vl与盖部27的杨氏模量的关系的 特性图。
[0045] 图5的(BI)~(B6)是表示压力室密度为300dpi的情况下的吐出电压V2 (V)和压 力传播时间T2 ( μ sec)的评价实验结果的特性图。在此,图5的(BI)是表示T2和盖部27 的连通孔28的沿着压力室24的长度方向的方向上的长度(L6)与压力室24的长度方向的 长度(L3)的长度比Y(%)的关系的特性图。图5的(B2)是表示吐出电压V2与Y的关系 的特性图。图5的(Β3)是表示Τ2与盖部27的厚度L5的关系的特性图。图5的(Β4)是 表示吐出电压V2与L5的关系的特性图。图5的(Β5)是表示Τ2与盖部27的杨氏模量的 关系的特性图。图5的(Β6)是表示吐出电压V2与盖部27的杨氏模量的关系的特性图。
[0046] (作用、效果)
[0047] 正如观察上述图4的(Al)~(Α6)以及图5的(BI)~(Β6)的各特性图可知的那 样,发现了如下情况:对特性带来最大影响的参数是盖部27的连通孔28的沿着压力室24 的长度方向的方向上的长度(L6),两种喷墨头11都优选使用压力室24的长度比X和Y在 10%~25%的范围内。
[0048] 盖部27的厚度(L5)越薄越合适,由于比连通孔28的孔的长度(L6)的影响小,因 而可以根据操作性、制造性、成本等适当选择。关于盖部27的杨氏模量,虽然越大(越坚硬) 越合适,但是在制造上如果太过于坚硬,则加工变得困难,因而具有150GPa左右就足够。
[0049] 并且,在喷墨头11中,由于使用各种油墨,因而考虑到耐油墨性,通过热固化性的 粘接剂粘接盖部27。因此,盖部27的热膨胀率接近于压电部件15时,喷头11的翘曲变小, 最理想。可以认为,即使可以通过常温固化粘接剂进行粘接,但是由于使用中喷头11的温 度上升,因此使变为高温后而低粘度化的油墨吐出。因此,热膨胀率与压电部件15接近的 最理想,因而优选42AIIoy、因瓦合金、可伐合金等。
[0050] 此外,在为这些导电性的盖部27的情况下,由于经由粘接剂而与压力室24的电极 26接触,因而在接合面形成SiO 2等绝缘薄膜。
[0051] 因此,在为上述构成的喷墨头中,取得以下的效果。即,在喷墨头11中,发现了如 下情况:在盖部27的厚度(L5)、杨氏模量、连通孔28的开口长度(L6)的大小的各参数中, 连通孔28的开口长度(L6)的大小对喷墨头11的特性影响最大。在本实施方式的喷墨头11 中,将盖部27的连通孔28的沿着压力室24的长度方向的方向上的长度(参照图2的L6) 与压力室24的长度方向的长度(参照图2的L3)的长度比,设定为以从喷嘴22吐出的油 墨的吐出电压和该长度比的关系为最小的长度比(参照图4的(A2)的Xl以及图5的(B2) 的Yl)为中心的上下的10%~25%的范围内。由此,通过使连通孔28的开口长度(L6)的 大小最优化,从而能够提尚油墨吐出效率,使驱动电压变小,使驱动频率尚速化。
[0052] 根据上述实施方式,能够提供可使吐出效率最优化的喷墨打印头。
[0053] 另外,也可以是不层叠压电部件15并将电极26设置到一半的结构。
[0054] 第二实施方式
[0055] (结构)
[0056] 图6至图10的(BI)~(B6)示出本发明的第二实施方式。对与第一实施方式相 同的部分赋予相同符号。本实施方式的喷墨头11是所谓的剪切模式共享壁方式的油墨循 环式的喷墨头,是被称为侧喷式的结构。如图6和图7所示,喷墨头11具有:基板12、与基 板12粘接的框部件13、与框部件13粘接的喷嘴板14、在框部件13的内侧的位置上与基板 12粘接的压电部件15以及用于驱动压电部件15的喷头驱动用IC16。
[0057] 喷嘴板14由厚度25 μ m~75 μ m的树脂材料例如方形的聚酰亚胺制的膜形成。喷 嘴板14具有一对喷嘴列21。各喷嘴列21包括多个喷嘴22。
[0058] 压电部件15通过将例如PZT (锆钛酸铅)制的两块压电板23以使彼此的极化方 向相对的方式贴合而形成。压电部件15形成截面为梯形的棒状。压电部件15具有:在表 面上切削为槽状而形成的多个压力室24、设置于各压力室24的两侧部的作为驱动元件的 柱部25、以及形成于各柱部25的侧面以及压力室24的底部的电极26。
[0059] 而且,喷嘴板14经由由金属、陶瓷等刚性强的材料形成的盖部27而与压电部件15 的柱部25接合。在此,压电部件15以对应于喷嘴板14上的喷嘴列21的方式而与基板12 粘接。压力室24以及柱部25与喷嘴22对应地形成。
[0060] 另外,在盖部27形成有与
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