JPH0431053A

JPH0431053A - インクジェットヘッド及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0431053A
Application number: JP13897790A
Authority: JP
Inventors: Sayuri Miyasaka; 宮坂　さゆり; Tsutomu Miyamoto; 勉宮本; Ryukichi Mizuno; 隆吉水野; Kazuhiko Miura; 和彦三浦
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1990-05-29
Filing date: 1990-05-29
Publication date: 1992-02-03

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、インク滴を飛翔させ記録紙等の記録媒体上に
インク像を形成するプリンタ等に使用するインクジェッ
トヘッド及びその製造方法に関する。

〔従来の技術〕

特公昭６０−８９５３号公報に開示されている従来のイ
ンクジェットヘッドの構造例を第５図に示す。上記構造
は、複数のノズル１０３を有するノズル形成部材１０２
と、その背後に配置され記録インク１０９と直接接触す
る圧電変換器１０１を有するものである。圧電変換器は
、棒状金属部材１０５と棒状圧電セラミック部材１０４
とが接合されて成り、スペーサ１０７を介して取り付は
ネジ１０８によってノズル形成部材１０２に固定される
。この構造例では、圧電変換器の衝撃特性の改良のため
に金属からなる衝撃棒片１０６を有する。圧電変換器１
０１は、ノズル形成部材１０２と概ね直交する方向に変
位するごとく振動する。

従来のインクジェットヘッドの製造方法では、ノズル形
成部材と圧電変換器との固定は、これら両者の間隔を規
定するために金属薄板より成るスペーサ１０７を介して
行っていた。この固定方法は、第５図に示す取り付はネ
ジによる締め付は固定、ビーム溶接あるいは超音波溶接
等による接合、はんだなどの金属ろう接合、金属粉を混
入した導電性接着剤による接合等があった。これらの方
法は、圧電変換器１０１のノズル形成部材１０２側の電
極を共通電極とするためで、圧電変換器１０１をノズル
形成部材１０２に機械的固定を行うと共に電気的接続を
行っていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、取り付はネジで締め付は固定した場合で
は、締め付は力の不均一が避けられず、安定した固定が
困難であった。溶接により接合すると、溶接時の衝撃エ
ネルギーで間隔規制部材、圧電変換器、ノズル形成部材
の変形、更に著しい場合には破壊を生ずる恐れがあった
。特に、圧電変換器を構成している圧電体は、通常非常
に薄く脆いため、これを破壊させずに接合をすることが
困難であった。

接着剤や金属ろうによる接合では、接合層の厚さ制御が
困難であるため、梁状に張り出した圧電変換器の梁部分
とノズル形成部材との間隙の制御も困難となる。即ち、
ノズル形成部材と、これに対峙する圧電変換器の可動部
分との間隙はインク吐出特性に影響するため、微小な間
隙を高精度に制御する必要があるが、インク滴の吐出特
性の再現性や精度が得られないという課題を有していた
。

金属ろう接合では、圧電変換器の破壊やフラックスによ
る漏洩電流が発生してしまう。ノズル形成部材と圧電変
換器との電気的接続を行うには、金属ろう付は作業が製
造工程を煩雑にしていた。

金属粉を分散混入した導電性接着剤によって接合した場
合、充分な接合強度が得られないため回路オーブンが発
生する等、その信頼性は充分満足できるものではなかっ
た。

そこで、本発明の目的とするところは、これらの課題を
解決して、特性の安定したインクジェットヘッド及びそ
の製造方法を提案することにある。

〔課題を解決するための手段〕

問題点を解決するために本発明は、熱膨張率がα■なる
導電性間隔規制部材と、熱膨張率がα■なる接着剤とが
　α■〈　α■　であり、前記導電性間隔規制部材を前
記接着剤に分散混入した接合材により、少なくともノズ
ル形成部材と圧電変換器と、を接合することを特徴とす
る。

〔実施例〕

以下に本発明の詳細を実施例に基づいて説明するが、こ
れに限定されるものではない。

第１図は、本発明によるインクジェットヘッドを用いた
プリンタの斜視図で、図中符号１は記録媒体でプラテン
４に巻き付けられ送りローラ２゜３によって押圧される
。ガイド軸６．７に案内されプラテン軸と平行方向１０
に移動可能なキャリッジ８上にインクジェットヘッド９
が托載されて構成される。インクジェットヘッド９は外
部からの駆動電圧を印加することによって独立にインク
滴を吐出制御可能な複数のノズル開口を有している。イ
ンクジェットヘッド９は、プラテン軸方向１０に走査さ
れ、ノズル開口から選択的にインク滴を吐出し、記録媒
体１上にインク像を形成する。

記録媒体１は、プラテン４．送りローラ２，３の回転に
より走査方向と直交する副走査方向５に搬送され、記録
媒体１上への印字が行われる。

第２図は本発明によるインクジェットヘッドの一実施例
を示す断面図である。第３図は同じく要部断面斜視図で
ある。第４図は同じく要部断面図である。しかし、本発
明はこれに限定されるものではない。フレーム２０には
、ベース材２５を介して圧電変換器２１とノズル形成部
材２２とが積層され固定されている。ノズル形成部材２
２は、複数のノズル２３を有する金属薄板から構成され
ている。圧電変換器２１とノズル２３の近傍がインク２
８で充される。

圧電変換器２１は圧電セラミックなどの圧電体３２と、
圧電体３２の上面に設けられた金などの薄膜金属から成
る電極層３３と、電極層３３の反対面に設けられた金属
層３１と、からなる積層構造である。本実施例では、前
記圧電体３２にチタン酸ジルコン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３−
ＰｂＺｒＯ３系固溶体）薄板を使用しているが、この他
にチタン酸バリウム（ＢａＴｉ０３）、ニオブ酸リチウ
ム（ＬｉＮｂ０３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａ０
３）等を使用しても良い。

前記電極層３３は蒸着、スパッタリング、及びメツキ等
の方法で形成する。本実施例での構成を示すと、圧電材
３２上にクロム０．１μｍ、ニッケル０．１μｍ、金０
．１μｍの順に蒸着により形成した。また、金属層３１
に鉄とニッケルの合金（Ｆｅ−Ｎｉ合金）を用いるのは
、圧電変換器２１梁部の温度変化による変動の改善を目
的としたためである。圧電体３２の熱膨張率と一致する
ようにＦｅとＮｉの合金組成比率を決めることでバイメ
タル効果による変動は低減される。

平行に複数本配設された圧電変換器２１と、圧電変換器
２１に対向するノズル形成部材２２と、を接合材４１で
接合する。接合材４１は、熱膨張率が　α■なる導電性
間隔規制部材４０を、熱膨張率が　α■なる接着剤２４
中に混合して成る。

このとき、　α５〈　α■となるように導電性間隔規制
部材４０と接着剤２４を選択する。導電性間隔規制部材
４０は、粒子表面にニッケルや金等の金属皮膜処理を施
したもの、又は粒子自体が導電性を有したものである。

ベース材２５の表面には電極パターン３５が、圧電変換
器２１に対応するように形成されている。

本実施例では、セラミックより成るベース材２５の表面
に電極膜を蒸着した後、エツチングによって電極パター
ン３５を形成した。この他に、金属板などの導電性部材
に絶縁処理を施した後、電極を形成したものを用いても
よい。ベース電極３５には、それに対応する配線パター
ンを有したフレキシブル基板２７（第２図参照）が接続
されている。

次に本実施例のインクジェットヘッドの製造工程をノズ
ル形成部材２２と圧電変換器２１の接合工程によって工
程順に説明するが、これに限定されるものではない。

（ａ）熱膨張率が　ａ、　＝　０．　８　Ｘ　１０−５
／’Ｃである導電性間隔規制部材４０を、硬化物の熱膨
張率が　α■　＝　５．　１　ｘ　１０−５／°Ｃであ
る接着剤２４に、均一に分散するよう混合撹拌して、接
合材４１を得る。導電性間隔規制部材４０の混入量は接
合材４１の１〜１０重量％が好ましい。又、導電性間隔
規制部材４０の形状は球状、円柱状、長球状などが好ま
しいが、特に球状が最も好ましい。

導電性間隔規制部材４０の材質は、剛性の高いガラスや
セラミックなどが適しているが、これに限定されるもの
ではない。本実施例（第３図）では、直径がＱ、０２ｍ
ｍのガラス繊維にニッケルメッキを施した、熱膨張率が
　α■＝０．８ｘｌＯ−５／°Ｃである導電性間隔規制
部材４０を１重量％混合した。

加えて述べると、接着剤を加熱硬化させるので、導電性
間隔規制部材として硬化時に軟化する樹脂あるいは樹脂
繊維等を用いることは、本来目的とする一定間隔を確保
できない為、避けなければならない。

本実施例では、前記接着剤２４にポリイミド系接着剤を
用いてい゛るが、これに限定されるものではなく、エポ
キシ、シリコン、ポリエステル、アクリル系等の合成樹
脂接着剤、または、セラミック系無機接着剤、等の加熱
硬化型接着剤が使用できる。また、加熱硬化と、紫外線
硬化と、を併用する接着剤を用いることもできる。

（ｂ）圧電変換器２１の金属層３１面と、ノズル形成部
材２２の被接合面の両面、あるいはどちらか片面に前記
接合材４１を所定の形状に精密塗布する。本実施例では
、スクリーン印刷方式により塗布を行ったが、転写印刷
方式等によってもよい。

（Ｃ）圧電変換器２１とノズル形成部材２２とを貼合わ
せ、所定の温度、時間、圧力によって加熱圧締し、接合
硬化させる。このときの最大圧力は、圧電体３２や導電
性間隔規制部材４０の破壊、ノズル形成部材２２の変形
などにより制約を受ける。

一方、最小圧力は、導電性間隔規制部材４０によりノズ
ル形成部材２２と圧電変換器２１の金属層３１との間で
、電気的接続が可能となるかによって制約を受ける。こ
のため接合時の圧力は、５〜７０ｋｇ／Ｃｍ２が好まし
い。本実施例では、圧力２０ｋｇ／ｃＴ１１２で接合材
４１層を導電性間隔規制部材４０の１個分の厚さまで加
熱圧締した。

（ｄ）加熱終了後、被接合物を冷却すると、接合材４１
は収縮するが、このときの収縮量は導電性間隔規制部材
４０より接着剤２４の方が大きい。このため接着剤２４
と導電性間隔規制部材４０の収縮量の差によって、間隔
規制部材４０が押圧力を受ける。そして、ノズル形成部
材２２と圧電変換器２１との間を導電性間隔規制部材４
０により均一に間隔規制しつつ、導電性間隔規制部材４
０が密着するので確実に導通が得られる。

本実施例では、接合材４１層の厚さは０．０１９５ｍｍ
、　　±０．０００５ｍｍとばらつきが少なく、電気抵
抗も１〜１．５Ω／關２という実験結果が得られた。さ
らに接合部の破壊強度は、ポリイミド樹脂を用いた場合
には３〜５　ｋｇ　／　ｍｍ　２の剪断強度が得られた
。また、数μｍ程度のＡｇ粒子やＣＵ粉粒子どを５０％
以上混入する一般的な導電性接着剤よりも高い接合強度
が得られ、耐衝撃性が向上するという効果を有する。間
隙、導通性の管理がインク滴の吐出特性に重要であり、
且つ従来の接合方法では製造困難であった。しかし、本
実施例によれば、少なくともノズル形成部材２２と圧電
変換器２１との間、を接合材４１によって接合すること
により、微小な間隙を高精度に制御し、導通を確実に得
られる。さらに、−括して共通電極の導通が得られるの
で、製造工程の簡素化ができるという特有の効果を有す
る。

本実施例（第３図、第４図）では図示していないが、電
極パターン３５と、圧電変換器２１と、の接合も上記に
準じて行うことができる。このとき、電極パターン３５
と圧電変換器２１の間も導通が確実に得られる。さらに
、接着層３４は導電性間隔規制部材４０によって間隔を
一定に確保できる。したがって、圧電変換器２１とノズ
ル形成部材２２との間隔をさらに安定化させるのに貢献
し、インク滴吐出特性を向上させることができる。

本実施例によるインクジェットヘッドの動作は、次のと
おりである。先ず、フレキシブル基板（ＦＰＣ）２７を
介して外部より電極パターン３５と金属板３１との間に
駆動電圧を印加する。圧電材３２は収縮するが、金属層
３１は収縮しないため、曲げモーメントが生じて圧電変
換器２１は厚さ方向に変位する。次に、この駆動電圧を
解除すると圧電変換器２１の弾性的な復元力により発生
する圧力でノズル２３からインク滴が吐出する。

なお、本発明の製造方法は前述のような片持ちの梁状圧
電変換器のみならず両端を固定する両持ちの梁状圧電変
換器の場合でも有効であることは明かである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、熱Ｗ張車がα■である導電性間隔規制
部材と、熱膨張率がα■である接着剤とを混合して得ら
れる接合材によって接合したため、ノズル形成部材と、
圧電変換器と、の間の間隔規制と導通とを同時に実現で
きる。このため、インクジェットヘッドの製造工程を簡
素化できる。しかも　α５く　α■としたので、硬化終
了時の収縮量は、導電性間隔規制部材より接着剤の方が
大きい。よって、間隔規制部材に、接着剤との収縮量差
によって生しる押圧力が加わり、導電性間隔規制部材が
ノズル形成部材と圧電変換器とに密着して、より確実な
導通が得られるという効果を有する。また、導電性間隔
規制部材によって、インクジェットヘッドのインク滴吐
出特性安定化のために高精密に管理する必要があるノズ
ル形成部材と圧電変換器との間隙が安定する。さらに、
導電性間隔規制部材の粒径を所望する任意の大きさにす
ることで、容易に接合層の間隔を設定できる。以上の効
果によって、インク滴吐出特性が安定した廉価なインク
ジェットヘッドを提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のインクジェットヘッドが搭載された記
録装置の斜視図である。第２図は本実施例のインクジェットヘッドの断面図であ
る。第３図は本実施例のインクジェットヘッドの要部断面斜
視図である。第４図は第３図Ａ−Ａにおける断面図である。第５図は従来のインクジェットヘッドの平面図及び断面
図である。記録媒体プラテンインクジェットヘッド圧電変換器ノズル形成部材ノズル接着剤ベース材インク金属層圧電体電極層導電性間隔規制部材接合材以上呂願人セイコーエプソン株式会社代理人弁理土鈴木喜三部（他１名）９インワジ工２Ｉ−へ、・、Ｌ」／第１図２０：フＬ−ム２２゜ｌ゛ニく゛ノＬ形１ベレ事■３＃第２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）記録媒体に対向するよう配設され複数のノズルを
有するノズル形成部材と、圧電変換器とを有し、ノズル
形成部材と圧電変換器との間にインクが充されるごとく
構成されたインクジェットヘッドにおいて、熱膨張率がα＿■なる導電性間隔規制部材と、熱膨張率
がα＿■なる接着剤とがα＿■＜α＿■であり、前記導
電性間隔規制部材を前記接着剤に分散混入した接合材に
より、少なくとも前記ノズル形成部材と前記圧電変換器
と、を接合したことを特徴とするインクジェットヘッド
。
（２）記録媒体に対向するよう配設され複数のノズルを
有するノズル形成部材と、圧電変換器とを有し、ノズル
形成部材と圧電変換器との間にインクが充されるごとく
構成されたインクジェットヘッドの製造方法であって、熱膨張率がα＿■なる導電性間隔規制部材と、熱膨張率
がα＿■なる接着剤とがα＿■＜α＿■であり、前記導
電性間隔規制部材を前記接着剤に分散混入して接合材と
する工程と、少なくとも、前記ノズル形成部材と前記圧電変換器と、
を前記接合材で接合する工程と、を有することを特徴と
するインクジェットヘッドの製造方法。