JP6359367B2

JP6359367B2 - インクジェットヘッド

Info

Publication number: JP6359367B2
Application number: JP2014146271A
Authority: JP
Inventors: 実古谷田
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Tec Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Tec Corp
Priority date: 2014-07-16
Filing date: 2014-07-16
Publication date: 2018-07-18
Anticipated expiration: 2034-07-16
Also published as: JP2016022597A

Description

この発明の実施形態は、インクジェットヘッドに関する。

従来の圧電駆動式インクジェットヘッドは、インク流路を形成する溝の内面に形成された電極およびこの電極への電圧印加にて駆動されるヘッド駆動部を備えたＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）基板と、溝に対応する位置にノズルが設けられたノズルプレートとを備えている。ノズルプレートは、ノズルプレートにエポキシ系接着剤等を形成した後、ノズルプレートのノズルを、インク流路に位置を合わせて、ノズルプレートをＰＺＴ基板およびインク流路をカバーするプレートの前面に圧接して取着されている。

しかし、ノズルプレートは、平滑に加工された積層圧電部材のインク吐出面に有機保護膜を介して接着剤を用いて取着されている。このため、ノズルプレートは積層圧電部材のインク吐出面が平滑であることから、インク吐出面端部から剥がれやすく、インクの吐出精度が低下してしまう、という課題がある。

特開２０１４−０８３６９４号公報

この発明が解決しようとする課題は、インク吐出面に取着されたノズルプレートの剥がれを防止することのできるインクジェットヘッドを提供することである。

実施形態のインクジェットヘッドは、互いの分極方向を逆向きにして貼り合わせ基板上に取着された長尺の積層圧電部材と、前記積層圧電部材の長手方向に直交するインク流路となる溝により形成された複数の圧力室と、前記圧力室内に形成された電極と、前記圧力室を囲み前記基板上に取着された枠部材と、前記インクを吐出するノズルが形成され、前記積層圧電部材の前記インクの吐出面上および前記枠部材上に、前記ノズルを前記圧力室に対応して取着されたノズルプレートと、を備え、前記積層圧電部材は、インク吐出面の粗さが前記圧力室の長手方向に関して前記ノズルが形成される部分よりノズルから離れた端部側を粗くした。

インクジェットヘッドにかかる第１の実施形態を示す斜視図である。インクジェットヘッドの要部を分解して示す斜視図である。図１要部の正面図である。図１要部を拡大するとともに一部切欠した状態を示す斜視図である。図４のＩａ−Ｉｂ線に沿った断面図である。図５要部を拡大して示す断面図である。図６のIIａ−IIｂ線に沿った断面図である。インク吐出面の平滑面部と粗面部の形成領域について説明するための図である。インクジェットヘッドにかかる第２の実施形態を示す要部の上面図である。

以下、実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１〜図３は、インクジェットヘッドにかかる第１の実施形態を示す。図１は斜視図である。図２は、インクジェットヘッド１００の要部を分解して示す斜視図である。図３は、図１要部の正面図である。

図１に示す１００は、いわゆるサイドシュータ型のインク循環式インクジェットヘッドである。インクジェットヘッド１００は、インク吐出部１１と、一対の回路モジュール１３と、カバー１２とを備えている。一対の回路モジュール１３は、それぞれインク吐出部１１に取着されている。

インク吐出部１１は、マニホールド２１と、基板２２と、枠部材２３と、ノズルプレート２４とを有している。さらに、インク吐出部１１は、内部にインク室２５を有している。枠部材２３とノズルプレート２４は、矩形状の基板２２上に重ねられている。インク室２５は、基板２２と、枠部材２３と、ノズルプレート２４とに囲まれており、印字用のインクが供給されている。

図２に示すように、マニホールド２１は、一対の第１の面２１１と、一対の第２の面２１２と、嵌合部２１３とを有している。一対の第１の面２１１と第２の面２１２とは、それぞれ平坦に形成されている。第２の面２１２は、対応する第１の面２１１の反対側にそれぞれ設けられている。平坦な嵌合部２１３は、一対の第１の面２１１の間に設けられており、第１の面２１１から基板２２の厚み分凹んでいる。嵌合部２１３には、基板２２が嵌め込まれる。

基板２２には、長手方向中央にインクを供給する複数のインク供給口２２１と、このインク供給口２２１の左右の位置にインク排出口２２２，２２３がそれぞれ形成されている（図３参照）。

ノズルプレート２４は、例えばポリイミド製の矩形状のフィルムによって形成されている。ノズルプレート２４の厚みは、例えば３０μｍ〜１００μｍである。ノズルプレート２４には、長手方向にほぼ平行になるように配置された複数のノズル２４１が形成されている。ノズル２４１の径は、例えば２０μｍ〜５０μｍである。ノズルプレート２４は、接着剤６３（図６参照）によって枠部材２３、および圧電部材が積層された積層圧電部材３２上面のインクが吐出されるインク吐出面３７に隙間なく取着されている。ノズルプレート２４は、基板２２と対向配置されている。

図２に示すように、マニホールド２１の嵌合部２１３には、長手方向に一対のインク供給孔２６、一対のインク排出孔２７および一対のインク排出孔２８が形成されている。一対のインク供給孔２６との間には、インク供給溝２９が形成されている。一対のインク排出孔２７との間にはインク排出溝３０が、一対のインク排出孔２８との間にはインク排出溝３１がそれぞれ形成されている。インク供給孔２６は、図示しないインク供給路と結合されている。インク排出溝３０，３１は、図示しないインク排出路と結合されている。

インク供給口２２１とインク供給溝２９は対向する位置に形成されている。また、インク排出口２２２とインク排出溝３０は対向する位置に形成されている。インク排出口２２３とインク排出溝３１は対向する位置に形成されている。つまり、基板２２が嵌合部２１３に接合されたときに、インク供給口２２１とインク供給溝２９は、連通孔の形状となる。インク排出口２２２と排出溝３０は連通状態となり、インク排出口２２３とインク排出溝３１は連通孔の形状となる。

なお、インク供給路とインク排出路はインクタンクと結合することで、循環型のインクジェットヘッドを構成している。

基板２２は、例えばアルミナ等の板状のセラミックスによって矩形に形成されている。基板２２は、平坦な表面２２４を有している。基板２２がマニホールド２１の嵌合部２１３に嵌め込まれると、表面２２４はマニホールド２１の第１の面２１１と同一平面の状態に形成される。

図４は、図１要部を拡大するとともに一部切欠した状態を示す斜視図である。図５は、図４のＩａ−Ｉｂ線に沿った断面図である。図６は、図５の要部を拡大して示す断面図である。

図４に示すように、基板２２の表面２２４には、駆動部となる長尺の一対の積層圧電部材３２と複数の配線パターン３３とが取着されている。各積層圧電部材３２は、それぞれ例えばＰＺＴ製の２枚の圧電板３２１，３２２を互いの分極方向が逆向きになるように、貼り合わせて形成されている（図６参照）。

積層圧電部材３２は、断面が台形状で基板２２の表面２２４にそれぞれ取着され、基板２２の長手方向に平行に延びている。図５に示すように、一方の積層圧電部材３２は、インク供給口２２１とインク排出口２２２との間に配置されている。他方の積層圧電部材３２は、インク供給口２２１とインク排出口２２３との間に配置されている。

図５要部を拡大して示す図６のように、積層圧電部材３２は、断面を台形状とすることによって、圧電素子斜辺部６１が形成される。この時、圧電素子斜辺部６１の麓の基板２２の表面は、研磨され、凹状の滑らかな基板研磨面６２が形成される。

積層圧電部材３２には、基板２２に取着された反対面側から、その長手方向（主走査方向）と交差する方向（副走査方向）に延びた複数本の微細な溝が切削形成され、主走査方向に等間隔で並んだ複数の細長い圧力室３４が形成されている。例えば圧力室３４の幅は８０μｍ〜１００μｍ程度で、深さは３００μｍ程度である。

図６のIIａ−IIｂ線に沿った断面を示す図７のように、積層圧電部材３２には、複数の圧力室３４が形成されることで、主走査方向に隣接する圧力室３４を区画するとともに、駆動素子となる側壁３５が形成される。圧力室３４および側壁３５は、ノズル２４１に対応して形成されている。つまり、圧力室３４および側壁３５は、ノズル２４１と同じピッチで形成されている。

さらに、積層圧電部材３２の各側壁３５の表面および圧力室３４の底部には、図７に示すように電極３６が設けられている。電極３６は、圧力室３４内で積層圧電部材３２に密に取着されている。電極３６は、圧力室３４内で積層圧電部材３２に密着するように設けられている。電極３６は、例えばニッケル薄膜によって形成されているが、これに限らず、例えば金や銅で形成されていてもよい。電極３６の厚さは、例えば０．５μｍ〜５μｍである。

また、電極３６は、圧電素子斜辺部６１、基板研磨面６２上、基板２２上に形成された配線パターン３３を経て、駆動用ＩＣ４０が搭載された回路モジュール１３（図１参照）との電気的な接続が行われている。さらに、電極３６上には、電着法により膜厚が例えば１０μｍ程度の電着膜３８を形成し、そして加熱されている。電着膜３８は、電極３６との密着性や絶縁特性に優れている。

図５に示すように、配線パターン３３とフレキシブル回路基板４１は、例えばＡＣＦ（異方導電性フィルム）により熱圧着接続されている。配線パターン３３とフレキシブル回路基板４１は、ＡＣＦに限らず、ＡＣＰ（異方導電ペースト）、ＮＣＦ（非導電性フィルム）、およびＮＣＰ（非導電性ペースト）のような他の手段によって接続されても良い。

駆動用ＩＣ４０は、インクジェットプリンタ１００の図示しない制御部から入力される信号に基づいて、配線パターン３３を介して電極３６に電圧を印加する。電極３６を介して電圧が印加されると積層圧電部材３２が変形し、圧力室３４の容積が膨張または縮小する。縮小することにより加圧されたインクは、圧力室３４と対応するノズル２４１から吐出される。

枠部材２３の内側領域では、圧力室３４、積層圧電部材３２、枠部材２３、電着膜３８、基板２２に、有機保護膜３９が形成されている。有機保護膜３９は、枠部材２３の外側で、切断されている（図６参照）。有機保護膜３９は絶縁性で、例えばＣＶＤ（化学気相成長）法で形成され、その厚さは、例えば３μｍ〜１０μｍである。

有機保護膜３９は、圧力室３４に供給されたインクから電極３６を保護する。有機保護膜３９は、例えばパラキシリレン系ポリマーによって形成される。パラキシリレン系ポリマーは、均一被覆性に優れている。有機保護膜３９は、水性インク中の腐食性成分から電極３６を保護する。

パラキシレン系ポリマーの具体例としては、ポリクロロパラキシリレン、ポリパラキシリレン、およびポリジクロロパラキシリレン等が考えられる。有機保護膜３９はこれに限らず、他の絶縁性の物質によって形成してもよい。

積層圧電部材３２のインク吐出面３７は、図６に示すように圧力室３４の長手方向の中間部の表面の粗さを平滑化した平滑面部３７ａが形成されている。平滑面部３７ａの両端のインク吐出面３７は、表面を粗く形成した粗面部３７ｂで形成されている。インク吐出面３７の長さは、せいぜい例えば２ｍｍ程度である。

図８は、ノズルプレート２４のノズル２４１に対する平滑面部３７ａおよび粗面部３７ｂの形成領域について説明するための図である。

平滑面部３７ａは、直線Ｌ１，Ｌ２で示す内側に配置されるノズル２４１より外の位置まで平滑領域８Ａとして形成されている。粗面部３７ｂは、平滑面部３７ａの外側に粗領域８Ｂとして形成されている。なお、平滑領域８Ａの粗さＲａは、例えば３μｍ以下とする。粗領域８Ｂの粗さＲａは、例えば１０μｍ〜３０μｍとする。

ノズルプレート２４は、積層圧電部材３２の平滑面部３７ａ、粗面部３７ｂそれに枠部材２３に成膜された有機保護膜３９上に接着剤６３によって取着されている。粗面部３７ｂでの接着剤６３は、面が粗い分だけ、接着面積が増加し、接着力が向上することになる。なお、粗面部３７ｂでの有機保護膜３９は、粗面部３７ｂの形状に沿った状態で成膜される。

このように、ミクロンオーダーの厚みしかないノズルプレート２４は、粗さＲａが３μｍ以下の平滑面部３７ａに対して歪みなく接着剤６３による取着することが可能となる。これにより、ノズルプレート２４を取り付け精度を維持することができ、所望の印字精度を得ることができる。

また、粗面部３７ｂでのノズルプレート２４は、粗さＲａが１０μｍ〜３０μｍであることから、平滑領域８Ａよりも接着剤６３の面積が増えて接着力が向上する。粗面部３７ｂでは、接着剤６３の接着面積が増えた分だけ接着力が向上し、ノズルプレート２４のがれを防止することができる。従って、ノズルプレート２４は、ノズル２４１から確実にインクの吐き出しが実現できるとともに、確実な取着が可能となる。

この実施形態は、積層圧電部材の上面の粗さを、ノズルプレートのノズルに遠い位置を粗くしたことにより、ノズルからのインク吐き出しを確実にできるとともに、ノズルプレートのがれを防止することができる。

（第２の実施形態）
図９は、インクジェットヘッドにかかる第２の実施形態を示す要部の上面図である。

この実施形態は、粗領域３７ｂを、平滑領域８Ａに近い側の第１粗面領域８Ｂ１を第１粗面部３７ｂ１とし、平滑領域８Ａに遠い側の第２粗面領域８Ｂ２を第２粗面部３７ｂ２とした。

そして、第２粗面部３７ｂ２の粗さは、第１粗面部３７ｂ１の粗さよりも粗くした。第２粗面部３７ｂ２の粗さａは、例えば、第１の実施形態の粗面部３７ｂと同様に１０μｍ〜３０μｍとする。第１粗面部３７ｂ１の粗さａは、例えば、粗さａが３μｍ以下である平滑面部３７ａと粗さａが１０μｍ〜３０μｍである第２粗面部３７ｂ２との間とした。

このように、第１粗面部３７ｂ１の粗さは、平滑面部３７ａに近い状態の粗さで形成されている。このため、第１粗面部３７ｂ１の位置に取着されたノズルプレート２４の形状は、第１粗面部３７ｂ１の粗さによる変形の影響を受けにくい。また、第１粗面部３７ｂ１の粗さは、平滑面部３７ａよりもやや粗いことから、接着剤６３による接着の確実性を向上させることができる。

さらに、第１の実施形態では、取着されたノズルプレート２４がインク吐出面３７の粗さによる変形を抑えるために、平滑面部３７ａの平滑面部３７ａは比較的広くとってある。これに対し、この実施形態では、粗さが平滑面部３７ａに近い第１粗面部３７ｂ１を、平滑面部３７ａに隣接して形成した。このため平滑面部３７ａの平滑領域８Ａを広くせずともノズルプレート２４を変形することなく平滑面部３７ａに取着することができる。加えて、第１粗面領域８Ｂ１と第２粗面領域８Ｂ２を広くすることができることから、ノズルプレート２４に対する接着剤６３の接着効果を向上させることができる。

この実施形態では、積層圧電部材の上面の粗さを、ノズルプレートのノズルに遠い位置を段階的に粗くしたことにより、ノズル近傍に近い位置までやや粗い上面とした。これにより、ノズルからのインク吐き出しを確実にできるとともに、ノズルプレートのがれ防止をより確実なものとすることができる。

いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、組み合わせ、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

２３枠部材
２４ノズルプレート
３２積層圧電部材
３４圧力室
３８電着膜

Claims

互いの分極方向を逆向きにして貼り合わせ基板上に取着された長尺の積層圧電部材と、
前記積層圧電部材の長手方向に直交し、インクの流路となる溝により形成された複数の圧力室と、
前記圧力室内に形成された電極と、
前記圧力室を囲み前記基板上に取着された枠部材と、
前記インクを吐出するノズルが形成され、前記積層圧電部材の前記インクの吐出面上および前記枠部材上に、前記ノズルを前記圧力室に対応して取着されたノズルプレートと、
を備え、
前記積層圧電部材は、インク吐出面の粗さが前記圧力室の長手方向に関して前記ノズルが形成される部分よりノズルから離れた端部側を粗くした、インクジェットヘッド。
前記ノズルが形成される中央部分を平滑面部とし、ノズルから離れた端部部分を粗面部とし、
前記平滑面部は、直線上に配置される前記ノズル位置より外側の位置まで形成した、請求項１記載のインクジェットヘッド。
前記粗面部は、前記平滑面側の粗さを小さくし、反対側を大きくした、請求項２記載のインクジェットヘッド。
前記圧力室内および前記インク吐出面を含む前記枠部材の内側の一部を覆い、前記粗面部の粗さにそって成膜された保護膜を備えた、請求項２または３記載のインクジェットヘッド。