JPH04345856A - インクジェットヘッド及びその製造方法 - Google Patents

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】

【０００１】

【技術分野】本発明は、インクジェットヘッド及びその
製造方法に関し、より詳細には、相互干渉が少く、周波
数特性の優れたインクジェットヘッド及びその製造方法
に関する。

【０００２】

【従来技術】本発明に係るオンディマンド型のインクジ
ェットヘッドは、圧電素子等のピエゾ振動板のような電
気記録変換手段をインクの流路を区画する隔壁の一部に
取付け、電気信号に応じた圧力パルスを発生し、前記流
路に連なるノズルよりインク滴を噴射し、紙等の記録媒
体上に記録を行なう簡易な構造を特徴とするヘッドであ
る。

【０００３】図５は、従来のインクジェットヘッドを説
明するための分解斜視図で、図６は、図５のＹ−Ｙ矢視
断面図であり、図中、１１は基板、１２は圧電素子（Ｐ
ＺＴ）、１２ａは溝、１２ｂは凸部、１３は流路基板、
１４はノズルプレート、１４ａはノズル、１５は共通液
室、１５ａはインク供給パイプ、１６は充填材、１７は
ＰＣＢ（プリント回路基板）、１８は流路（液室）、１
９はリード線、２０はグランド線、２１はボンディング
線である。

【０００４】図示のインクジェットヘッドにおいて、圧
電素子１２は、アクチュエータで低電圧で駆動しても大
きい変位を発生させるため、通常、積層圧電素子（ＰＺ
Ｔ）を用いている。また、圧電素子１２は個別駆動が可
能なように、積層された圧電素子の長手方向に複数の溝
１２ａの溝加工が施されている。この溝１２ａにより区
分され、圧電素子１２に凸部１２ｂ（以下アクチュエー
タと呼ぶ）が形成される。なお、アクチュエータ１２ｂ
の幅は、流路幅１８よりも僅かに小さい寸法に選んでい
る。流路１８は、流路基板１３に、該流路基板１３の長
手方向で隔壁１３ａにより区画された平行な多数の平行
流路として配設されており、各々の流路１８は、圧電素
子１２に設けられたアクチュエータ１２ｂと各々対向す
るように配列され、流路基板１３と圧電素子１２とが接
合される。

【０００５】また、圧電素子１２の溝加工により形成さ
れた隣接するアクチュエータ間の溝１２ａ内には低ヤン
グ率の弾性材１６が充填され、積層された圧電素子１２
の電極間がインクにより絶縁低下するのを防ぐとともに
、駆動されたアクチュエータの強度保持効果をも得てい
る。また、流路基板１３の一方の端面には、各流路１８
に対応してノズル１４ａを設けたノズル板１４が接合さ
れており、各々の流路１８の他端の開口部は共通液室１
５内に連通している。共通液室１５内にはインク供給パ
イプ１５ａより供給されたインクが充たされている。

【０００６】上述のインクジェットヘッドに対し、リー
ド線１９を通じて、画像情報に基づいた信号が印加され
、該信号に基づいて選択された圧電素子１２のアクチュ
エータが駆動されると、該アクチュエータ１２ｂは厚み
方向に変位して、流路１８の体積を減少する。この際、
圧力波が発生し、ノズル１４ａよりインク滴を吐出する
。このとき、圧電素子１２のアクチュエータ１２ｂの厚
み方向の変位により、流路基板１３に設けられた流路１
８の隔壁１３ａにも上部方向に押し上げられるような力
が働く。これは、圧電素子１２の溝１２ａに充填された
充填材１６が圧電素子１２のアクチュエータ１２ｂの変
位に引きづられて持ち上ってきて、それによって充填材
１６と底面の一部が接合する隔壁１３ａが上方に持ち上
げられるためである。

【０００７】図７は、従来の流路基板の変位を説明する
ための断面図で、図中、Ａ，Ｂ，Ｃは、圧電素子１２の
アクチュエータ１２ｂを示し、該アクチュエータＡ，Ｂ
，Ｃを区別する隙間にはすべて充填材１６を充填してい
る形で図示している。また、図６と同じ作用をする部分
には等しい符号を付している。

【０００８】いま、アクチュエータＢの動作に注目して
みると、アクチュエータＢのみが単独で駆動されたとき
、アクチュエータＢは矢印方向にｂだけ変位する。この
ときの流路１８の体積変化量は、流路１３ａの幅は一定
としてアクチュエータＢが持ち上った量ｂと、アクチュ
エータＢの変位に伴う流路基板１３の持ち上り量△ｂ１
との差であらわされる。この持ち上り量△ｂ１は、比較
的小さい量である。これは隣接するアクチュエータＡ，
Ｃが駆動されないので、該アクチュエータＡ，Ｃ部側で
は充填材１６は固定しており、アクチュエータＢ側だけ
の充填材１６を介して持ち上げられる隔壁１３ａの持ち
上げ量は小さいためである。

【０００９】これに対して、アクチュエータＡ，Ｂ，Ｃ
が同時に駆動されたときは、アクチュエータＡ，Ｃは各
々変位ａ，ｃだけ持ち上げられ、これに伴って対応する
流路基板１３も△ａ，△ｃだけ持ち上げられる。従って
、アクチュエータＢ部では、アクチュエータＡ，Ｂ，Ｃ
側の充填材１６の持ち上げ量の影響を受けて流路基板１
３は変位△ｂ２（＞△ｂ１）の持ち上げ量となる。この
結果、アクチュエータＢ部の流路１８の体積変化量は、
単独で駆動された場合よりも小さくなる。

【００１０】このため単独駆動時はあまり問題ないが、
複数の圧電素子１２のアクチュエータを同時に駆動する
と隣接間での相互干渉が生じ噴射インク滴速度のばらつ
きや、インク滴の体積に違いが生じる。又、周波数特性
にも影響が発生する現象が見られる。すなわち、図６に
図示した断面の従来のインクジェットヘッドにおいては
、アクチュエーションされた圧電素子Ｂを中心に、両隣
りのアクチュエータＡ，Ｃを同時に駆動すると、流路１
８が駆動の中心にある流路の体積の減少率は両隣りの流
路の体積の減少率より大きく、このため中心のインク滴
速度が両隣りのインク滴速度に比べ遅くなる現象が生じ
る。

【００１１】

【目的】本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされた
もので、圧電素子のアクチュエータを単独で駆動した場
合と、両隣りのアクチュエータとを同時に駆動した場合
とにおいて、インク滴速度に変化を生じさせる相互干渉
の低減を計り、この結果、印写の周波数特性を改善し、
印写画質の向上を計ることを目的としてなされたもので
あり、更には、ヘッドの加工において歩留りが高く、安
価なインクジェットヘッドを提供することを目的とした
ものである。

【００１２】

【構成】本発明は、上記目的を達成するために、（１）
液滴噴射のためのノズルを有する流路の長手方向に対し
て、互いに間隔をあけて多数の平行流路を設けた流路基
板と、該流路基板に接合し、前記各々の流路にインクを
供給する共通液室と、溝により区分され、前記各々の流
路に対応した凸部を有し、前記流路基板と接合された圧
電素子とからなり、ある流路のアクチュエーションが選
択されたとき、該選択された平行流路の少くとも一面が
、前記圧電素子の凸部に長手方向に垂直な変位を生じ、
前記流路に対応するノズルからインク滴を吐出させるイ
ンクジェットヘッドにおいて、前記流路板の隣接する流
路間の隔壁に、該隔壁の長手方向に穿設されたスリット
を有すること、（２）基板に圧電素子を接合する第１工
程と、基板と接合した圧電素子に溝加工を施す第２工程
と、加工した溝内に充填材を充填し硬化させる第３工程
と、充填材を硬化した圧電素子上部を研削加工する第４
工程と、研削した圧電素子面に液室を形成した流路基板
を接合する第５工程と、圧電素子面に接合した流路基板
上部に流路板溝を加工する第６工程からなることを特徴
としてなされたものである。以下、本発明の実施例に基
づいて説明する。

【００１３】図１は、本発明のインクジェットヘッドの
一実施例を説明するための斜視図で、図２は、図１の矢
視Ｙ−Ｙ線断面図である。図中、１は基板、２は圧電素
子、２ａは溝、３は流路基板、３ａは隔壁、４はノズル
プレート、４ａはノズル、５は共通液室、６は充填材、
７は流路板溝、８は流路（液室）、９はアクチュエータ
（凸部）、１０はインク供給パイプである。

【００１４】図示において、圧電素子２は低電圧駆動に
より厚さ方向に変位する積層圧電素子が用いられ、基板
１に接合される。圧電素子２には溝２ａを長手方向に設
けて、アクチュエータ９を区分している。溝２ａ内には
、充填材６が充填されている。該充填材６は、圧電素子
２に溝２ａを加工を施したとき、該溝２ａの端面に積層
圧電素子の電極が露出しているので、インクによる絶縁
低下するのを防ぐとともにアクチュエータ９の強度保持
を兼ねている。

【００１５】圧電素子２には、ガラス基板や、シリコン
基板又は、金属基板等からなる流路基板３が接合されて
いる。流路基板３には、前記アクチュエータ９に対応し
、該アクチュエータ９の幅よりも僅かに広い溝幅をもっ
た流路（液室）８が、隔壁３ａに区画され、長手方向に
平行して多数設けられている。また、隔壁３ａには流路
８に平行した流路板溝７が設けられている。これらの溝
２ａの溝加工は、材料に応じて定められ、機械加工やエ
ッチング加工または樹脂成形法等により加工される。

【００１６】前記流路基板３および圧電素子２の端面に
は、ガラス基板や、シリコン基板や樹脂薄膜又は金属基
板からなるノズルプレート４が接合されている。該ノズ
ルプレート４には流路８に対応してノズル４ａが穴加工
されている。流路基板３の他端面には、流路８に連通す
る共通液室５が接合されている。該共通液室５には、イ
ンク供給パイプ１０よりインクの供給を受けて、ノズル
４ａよりインク滴を吐出するためのインクが収容されて
いる。

【００１７】上記の如く構成されたインクジェットヘッ
ドに対し、画像情報に基づいて、選択された圧電素子２
のアクチュエータ９に駆動回路（図示せず）からのパル
ス電圧が印加されると、厚み方向に変位する。この変位
により流路８の体積が減少し、この時インク滴がノズル
４ａより飛び出す。

【００１８】図３は、本発明の流路基板の変位を説明す
るための図で、図中、Ａ，Ｂ，Ｃは順次隣り合って配列
された圧電素子２のアクチュエータ９を示し、該アクチ
ュエータＡ，Ｂ，Ｃを区画する隙間にはすべて充填材６
が充填した形で図示しており、図１と同じ作用をする部
分には等しい符号を付している。

【００１９】いま、アクチュエータＢが単独に駆動され
た場合の流路基板３の変位をみると、アクチュエータＢ
が矢印の厚さ方向にｂだけ変位すると、充填材６の前記
アクチュエータＢに接する部分が持ち上げられ、これに
伴って、対応する隔壁３ａの流路板溝７により区画され
た部分が単独に微小変位△ｂだけ持ち上げられる。従っ
て、流路８の体積変化量は、図７に図示した従来の流路
１８の体積変化量と大きな違いはない。

【００２０】しかし、流路板溝７を設けることにより、
アクチュエータＡ，Ｂ，Ｃが同時に駆動された場合にお
けるアクチュエータＢの流路１８の体積変化量と、アク
チュエータＢが単独で駆動した場合の流路１８の体積変
化量との差を減少させることができる。すなわち、アク
チュエータＡ，Ｂ，Ｃが同時駆動された場合、該アクチ
ュエータＡ，Ｂ，Ｃは矢印方向に同じ量ａ，ｂ，ｃだけ
変位する。これに伴って、アクチュエータＡ，Ｂ，Ｃに
対応する流路板３の隔壁３ａが矢印方向に△ａ，△ｂ，
△ｃの変位量だけ持ち上げられる。しかし、アクチュエ
ータＡ，Ｃから受ける変形が流路板溝７部分を変形させ
るので、アクチュエータＢに対応する流路基板３の持ち
上り量△ｂ１は小さく、アクチュエータＢが単独に駆動
された場合の変化量△ｂとの差が小さくなる。従って、
アクチュエータＡ，Ｂ，Ｃが同時に駆動された場合の、
アクチュエータＢの受ける影響は従来例に比べて小さく
なる。

【００２１】上述の如く、流路基板３に流路板溝７を設
けることにより、アクチュエータＢを単独に駆動した場
合と、隣合うアクチュエータＡ，Ｃを同時に駆動した場
合との流路８の変化量の差は小さくなり、従って、同時
駆動時のインク滴速度やインク滴体積の変動を従来のイ
ンクジェットヘッドの場合に比べて小さくすることがで
き、画像品質の優れた印写を行うことができる。

【００２２】しかし、流路基板３に流路板溝７の溝加工
を施した後に圧電素子２に接合しようとすると、流路基
板３が薄い上に溝加工されているため非常に脆く接合性
に欠ける。そこで溝加工される前に流路基板３を接合し
ておいてから流路板溝７の溝加工を行う事によって上記
欠点が解消できる。以下、本発明の製造方法の工程を図
１，図４を参照して述べる。

【００２３】図４（ａ）〜（ｅ）は、本発明のインクジ
ェットヘッドの製造方法を説明するための図で、図中、
図２と同じ作用をする部分には等しい符号を付している
。

【００２４】＜製造方法＞ （１）、基板に圧電素子を接合する（図（ａ））。 基板１はステンレス鋼やアルミニウム製の平板で、圧電
素子２は積層型圧電素子を用いる。また、接合材として
はエポキシ系等の接着材を用いる事が出来る。 （２）、圧電素子に溝を加工する（図（ｂ））。 ダイシングソーで個々のアクチュエータ９を形成するた
めに溝２ａの加工を施す。この溝幅は成るべく狭い方が
良いが現在の所ブレードの幅の狭い物を使用してアクチ
ュエータ部が折れない程度にカットできるのは２０〜４
０μｍ程度である。 （３）、溝に充填材を充填し硬化させる（図（ｃ））。 前記（２）でカットした溝２ａに電気的な絶縁と、補強
を兼ねて充填材６を充填する。充填材６としてはヤング
率の低い樹脂を選択する必要がある。これはアクチュエ
ータ９を駆動したときにヤング率が高いと動きが悪くな
るのと、隣のアクチュエータも引きずられて動作するた
め本発明で解決しようとしている相互干渉効果が大きく
現れる結果になるため。充填材としてはシリコンゴム系
の比較的ヤング率の低い物が選ばれる。 （４）、圧電素子上部の研削加工をする（図（ｃ））。 流路基板３を圧電素子２に接合するため上部の平面性を
出すため研削加工を行う。 （５）、流路基板に液室が形成されたものを接合する（
図（ｄ））。 接合材としてはエポキシ系接着剤が適当。 （６）、流路基板上部に流路板溝部を加工する（図（ｅ
））。 ダイシングソーで圧電素子２を加工したときと同じよう
にして流路基板３上部に流路板溝７の溝加工を行う。 （７）、共通液室を接合する（図示せず）。 各流路８にインクを供給するための共通液室５を接合す
る。 （８）、ノズルプレートを接合するため端面を研磨する
（図示せず）。 研磨後共通液室５、インク流路８を洗浄し内部のゴミを
外部に排出する。洗浄、乾燥行程を終了した所でノズル
プレート４の接合を行う。 （９）、電極取り出しのためのＰＣＢ（プリント回路板
）を接合する（図示せず）。 （１０）、ＰＣＢ（プリント回路板）と圧電素子電極部
とのワイヤーボンディングを行う（図示せず）。 （１１）、外部接続のためのコネクターを取り付ける（
図示せず）。 上記の工程により、流路基板３を破損することなく流路
板溝７を加工できるので歩留りのよくインクジェットヘ
ッドを製造することができる。

【００２５】

【効果】以上の説明から明らかなように、本発明による
と、以下のような効果がある。 （１）流路基板上の流路隔壁部に流路板溝を加工したの
で、選択されて圧電素子アクチュエータが単独に駆動さ
れる場合と、隣合うアクチュエータと同時に駆動された
場合とにおける流路体積変化量の変化が小さくなる。こ
の結果、インク滴速度およびインク滴量の変化が小さく
なり、高周波の印写が可能となり、高品質の画像が得ら
れる。 （２）流路板溝の溝加工は、基板と圧電素子および流路
基板とを接合し剛性が高くなった工程で行われるので溝
加工による破損もなく歩留りのよいヘッド製造が可能と
なり、安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】

【図１】　　本発明のインクジェットヘッドの一実施例
における斜視図である。

【図２】　　図１の矢視Ｙ−Ｙ線断面図である。

【図３】　　本発明の流路基板の変位を説明するための
図である。

【図４】　　本発明のインクジェットヘッドの製造方法
を説明するための断面図である。

【図５】　　従来のインクジェットヘッドを説明するた
めの分解斜視図である。

【図６】　　図５のＹ−Ｙ矢視断面図である。

【図７】　　従来の流路基板の変位を説明するための図
である。

【符号の説明】

１…基板、２…圧電素子、２ａ…溝、３…流路基板、３
ａ…隔壁、４…ノズルプレート、４ａ…ノズル、５…共
通液室、６…充填材、７…流路板溝、８…流路（液室）
９…アクチュエータ（凸部）、１０…インク供給パイプ
。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　液滴噴射のためのノズルを有する流路
   の長手方向に対して、互いに間隔をあけて多数の平行流
   路を設けた流路基板と、該流路基板に接合し、前記各々
   の流路にインクを供給する共通液室と、溝により区分さ
   れ、前記各々の流路に対応した凸部を有し、前記流路基
   板と接合された圧電素子とからなり、ある流路のアクチ
   ュエーションが選択されたとき、該選択された平行流路
   の少くとも一面が、前記圧電素子の凸部に長手方向に垂
   直な変位を生じ、前記流路に対応するノズルからインク
   滴を吐出させるインクジェットヘッドにおいて、前記流
   路基板の隣接する流路間の隔壁に、該隔壁の長手方向に
   穿設されたスリットを有することを特徴とするインクジ
   ェットヘッド。
2. 【請求項２】　　基板に圧電素子を接合する第１工程と
   、基板と接合した圧電素子に溝加工を施す第２工程と、
   加工した溝内に充填材を充填し硬化させる第３工程と、
   充填材を硬化した圧電素子上部を研削加工する第４工程
   と、研削した圧電素子面に液室を形成した流路基板を接
   合する第５工程と、圧電素子面に接合した流路基板上部
   に流路板溝を加工する第６工程からなることを特徴とす
   るインクジッェトヘッドの製造方法。