JPH05169654A

JPH05169654A - インクジェット記録ヘッド及びその製造方法

Info

Publication number: JPH05169654A
Application number: JP33893891A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Fujii; 正寛藤井; Hisayuki Koike; 久幸小池; Keiichi Mukoyama; 恵一向山
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1991-12-20
Filing date: 1991-12-20
Publication date: 1993-07-09

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、圧電素子を用いたオンデマンド型イ
ンクジェット記録装置において、印字品質がよくて、小
型で、安価な量産性に優れたインクジェット記録ヘッド
を得ることを目的とする。【構成】ノズル５と、インク供給路８と、圧力室６とか
らなる複数の溝状のインク流路が設けられた基板１と、
基板１上に接合されて前述のインク流路を閉溝する振動
板３と、圧電素子４とからなり、圧電素子４の一部がイ
ンク流路８の一部と圧力室６に重なる位置に振動板３上
に接合して配設されていることを特徴とするインクジェ
ット記録ヘッドである。また、圧電素子４の原材である
圧電素子単板を振動板３上に接合した後、これをダイシ
ングにより分割して圧電素子４を形成することを特徴と
するインクジェット記録ヘッドの製造方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は主にインクジェット記録
装置に関し、詳しくはインクジェット記録装置のヘッド
の構造及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の技術として、特開昭６２−
２９７１５７や特開平１−２８８４５４に開示されるよ
うな形式のものがあった。

【０００３】前者は、インクジェットヘッド駆動時のノ
ズル間相互干渉を防止・低減するため、インク流路を圧
力室のインク供給路側が狭くなるようなテーパ部を設け
た形状とし、圧電素子の一部がこのテーパ部流路に重な
るように圧電素子を振動板上に設けたものであった。

【０００４】また、後者はインクジェット記録ヘッドに
おいて小型・低コスト化を可能にするため、複数の圧電
素子を位置決め板により位置決めして振動板上に接着剤
で固定するといったインクジェット記録ヘッドの製造方
法に関するものであった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述の従来技
術の前者では、圧電素子が圧力室と供給側流路のテーパ
部の一部に重なるような位置に設けられているので、圧
力室と圧電素子の位置に関する電圧感度が敏感になり、
圧力室に対する圧電素子の位置ズレによる特性の変化が
著しく、製造上不可避な位置ズレが生じた場合、ノズル
間のインクスピードやインク滴の重量がばらつき、印刷
結果にドット位置ズレや濃度むらが生じて、印刷品質を
低下させてしまうという課題を有していた。また、ノズ
ル間の特性を等しくヘッドを製造しようとした場合、圧
力室と圧電素子の位置関係において高い位置精度を要求
されると同時に、圧電素子の形状・大きさを均一にしな
くてはならず、品質の良いヘッド製造することが著しく
困難であるという課題も有していた。更には、圧電素子
の配設位置が流路配列、特に圧力室の位置によって決っ
てしまうため、圧電素子の位置が整列していて製造し易
いインクジェット記録ヘッドの作製が行えないといった
課題を有していた。

【０００６】後者の製造方法に関する従来技術では、複
数の圧電素子を接着するので、一素子ずつの極性や位置
を合わせる手間を必要とし、ノズル数が多くなると製造
が難しくなってしまうという課題を有していた。また、
同様な理由により各々の圧電素子の圧電定数やヤング率
・誘電率等の特性や接着品質がまちまちとなって、ノズ
ルごとの特性がばらつき、印刷品質の低下を招いてしま
うといった課題も有していた。さらには、圧電素子がセ
ラミック等の脆性材料である場合は、部品としてのハン
ドリングや輸送・保管が困難である等といった課題を有
していた。

【０００７】本発明は、これらの課題を解決し、ノズル
間の特性のばらつきが少なくて印刷品位が良く、小型
で、容易に製造が可能で、安価で量産性に優れたインク
ジェット記録ヘッドを得る事、及び、インクジェット記
録ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
記録ヘッドは、画素の単位となるインク滴を吐出させる
ことにより情報を記録するインクジェット記録装置にお
いて、ノズルと、インク供給路と、圧力室とを有する複
数の溝状のインク流路と、共通インク室とが設けられた
基板と、該基板上に接合されて前記インク流路及び前記
共通インク室を閉溝する振動板と、該振動板上に前記イ
ンク流路に対向して接合された圧電素子とを備え、該圧
電素子の一部が前記インク供給路の一部と前記圧電素子
に重なる位置に配設されていることを特徴とする。

【０００９】更に、本発明のインクジェット記録ヘッド
の製造方法は、前記圧電素子の原材である圧電素子単板
を前記振動板表面に接合し、前記圧電素子単板をダイシ
ングによりノズルごとに分割することを特徴とする。

【００１０】

【作用】かかる手段によれば、圧電素子の圧力室に対す
る位置ズレが発生しても、圧電素子が圧力室とその両側
のインク供給路の一部の上に重なっているため、インク
の排除体積を均等化することができる。

【００１１】

【実施例】以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。いずれの図面も同一符号は同一の構成要素を示
す。

【００１２】図１及び図２は本発明の実施例におけるイ
ンクジェット記録ヘッドの構成を説明する平面略図であ
る。

【００１３】１は基板、２は共通インク室、５はノズ
ル、６は圧力室、７は供給口、８はインク供給路であ
る。また、９はダミーノズルである。ノズル５、インク
供給路８、圧力室６、供給口７は連通して溝状のインク
流路を構成し、ダミーノズル９と共に共通インク室２に
通じている。これら複数の溝状のインク流路および共通
インク室２は基板１上に一体となって形成されている。
基板１の材料としてはインクにより特性が変化せず且
つ、インクを変質させないものであれば何でも良く、ホ
ウ硅酸ガラス・樹脂・セラミクス等やこれらの複合体よ
りなる。また、基板１は射出成形・エッチング・レーザ
加工・光硬化樹脂によるリソグラフィにより形成され
る。３は振動板、４は圧電素子である。振動板３は基板
１上に積層されて接着や溶着・融着等の手段にて接合さ
れ、ノズル５・圧力室６・供給口７・インク供給路８・
ダミーノズル９・共通インク室２を閉溝して形成してい
る。振動板３は通常金属にて形成するが、振動板３がセ
ラミックやガラス・樹脂等の非導電性材料より成る場合
には、表面にはＩＴＯやＣｒ・Ｎｉ等の金属の膜が蒸着
やメッキ等の方法にて付与される。圧電素子４は圧力室
６及びインク流路８の一部上に位置する振動板３上に接
着等の方法にて接合されている。圧電素子４は振動板３
上に同一長さにて一定のピッチで平行に配設されてい
る。圧電素子４の幅は圧力室６の幅よりも若干狭く設定
されていて、圧電素子４動作時の隣接流路への悪影響を
防止している。圧電素子４はチタン酸バリウムやジルコ
ン酸鉛等よりなり、焼結されて、表面に金属の電極を付
与されて、高電界で分極処理されており、厚み方向に電
圧を印加することにより電荷を保持して長さ方向に収縮
する性質を有する。この他、圧電素子４の材料としては
自発分極および残留分極を持つ物質で圧電性を有する材
料であれば何でもよい。

【００１４】図１及び図２は同一の特性を有するインク
流路を９本基板１上に配してインクジェット記録ヘッド
を構成した例である。ノズル５は等ピッチにて基板１の
端部に配設されており、圧力室６及びインク供給路８の
一部は平行に基板１上に配設されている。共通インク室
２はインク流入口２ａよりインクを供給されて、インク
を満たし、インク流路へ供給するインクを準備してい
る。供給口７はその溝幅を狭めることにより、共通イン
ク室２より供給されるインクの量を制限している。これ
により圧力室６での圧力によって生じた流路内の圧力変
動を抑制して安定したインク吐出を実現していると同時
に、共通インク室２を介した隣接ノズルへの圧力の伝播
を防止し、隣接ノズル駆動時のノズル間相互作用による
インクスピードやインク重量等の特性低下を防止してい
る。供給口７より供給されたインクは供給口側インク供
給路８ａを介して圧力室６に流入して供給される。ノズ
ル５と圧力室６はノズル側インク供給路８ｂによって連
通している。ダミーノズル９は気泡排出用のノズルであ
り、インク供給口２ａよりインクと一緒に流入した気泡
を排出して、インクジェット記録ヘッドのインク吐出を
安定化させて信頼性を確保している。

【００１５】図２は本発明のインクジェット記録ヘッド
の実施例における基板１周辺の構成について説明してい
る。図２に於て、１０ａは供給管１０ａが一体にて設け
られたヘッド固定体で、１２はヘッドを固定するための
ヘッド固定板でステンレス等よりなり、バネ性を有して
いる。１１はゴム等のシール部材でノズルパッキンであ
る。基板１は共通インク室２側にてヘッド固定体１０に
嵌合して固着され、供給管１０ａよりインクを供給され
るようになっている。ヘッド固定板１２は一方がヘッド
固定体１０のスナップ１０ｂに係合すると共に他方がノ
ズルパッキン１１を介して基板１１を押圧保持してい
る。これにより、固定体１０とノズルパッキン１１によ
り基板１は挟持して固定されると共にノズル部のシール
がとられている。１３は圧電素子４とインクジェット記
録ヘッドの駆動回路（図示されていない）を結線する導
通部材であるところのフレキシブルプリント配線（ＦＰ
Ｃ）である。１３ａは振動板３に接合されて共通電極と
なっている。１３ｂは各々圧電素子４の振動板３との接
合面の逆の極板に接合さた電極で、これにより圧電素子
４は駆動回路から適時電荷を付与されて駆動されること
ができる。

【００１６】図３は本発明による実施例の流路部分の平
面拡大図であり、１本の流路構成を説明している。前述
の図１の説明においても述べたように、圧電素子４は圧
力室６及びインク供給路８ａ，８ｂの一部の上に配設さ
れている。

【００１７】この様に圧電素子４を配設した構造にする
と、図面左右方向への圧電素子４の圧力室６に対する位
置は任意でよくなり、これら位置関係はインク重量、イ
ンクスピード等のインク滴吐出特性とは全く関係が無く
なる。実線で示した位置に圧電素子４を配設した場合
と、それより図面左側へ圧電素子４が移動した位置で、
破線で示した位置に圧電素子４’を配設した場合のそれ
ぞれの特性を比較する。いま、同一の流路幅であれば圧
電素子４がこの流路に作用して排除するインクの体積は
圧電素子４の重なった流路長さに比例するとし、インク
供給路８ａ，８ｂの単位長さ当りの圧電素子４のインク
の排除体積をｖ１、圧力室６における圧電素子４のイン
クの排除体積をｖ２×Ｌｃとする。この時、実線で示し
た位置に圧電素子４が配設されている時の圧電素子４に
よるインクの総排除体積Ｖは、

【００１８】

【数１】Ｖ＝（Ｌａ＋Ｌｂ）×ｖ１＋Ｌｃ×ｖ２・・・・（式１）となる。一方破線で示した位置に圧電素子４’が配設さ
れている流路の総排除体積Ｖ’は、

【００１９】

【数２】Ｖ’＝（Ｌａ＋ΔＬ＋Ｌｂ−ΔＬ）×ｖ１＋Ｌｃ×ｖ２・・・・（式２）＝（Ｌａ＋Ｌｂ）×ｖ１＋Ｌｃ×ｖ２・・・・（式３）となる。これより

【００２０】

【数３】Ｖ＝Ｖ’ ・・・・（式４）を得る。結局、圧電素子４が圧力室６とインク供給路８
を覆う位置にさえあれば、圧力室との相対位置に関係な
く同一量のインクの排除体積すなわちインク滴吐出特性
を得ることができる。このように圧電素子４を圧力室６
及びインク供給路８ａ，８ｂの一部の上に配設すること
により、圧電素子４の圧力室６に対する図面左右方向へ
の位置ズレによる、インク重量、インクスピード等のイ
ンク滴吐出特性への影響は理論的にも現実的にも皆無に
することができる。

【００２１】これによって、図１に示されたように同一
ヘッド内の各流路間で、圧電素子４と圧力室６の相対位
置が変化していても、流路間でのインク滴吐出特性に何
等変化を生じない。更にこれによって圧電素子４を同一
長さにて、等間隔で平行に配列して振動板３上に形成す
ることが可能となり、製造が容易で印刷品位の良いイン
クジェット記録ヘッドを得ることができる。また、上述
の説明より製造上の圧電素子４と圧力室６の位置のズレ
による特性の変化が無いことも明白であり、特性ばらつ
きが少なく印刷品質の優れたインクジエット記録ヘッド
が実現される。図４及び図５は、本発明によるインクジ
ェット記録ヘッドの動作例を示す図である。以下に本発
明によるインクジエット記録ヘッドの動作について図に
より説明する。

【００２２】まず、圧電素子４は図４の状態にて電荷を
保持して収縮しており、振動板３に拘束されて撓んで圧
力室６及びインク供給路８のインクを排除している。１
００はインク滴であるが、この時点では、図中のインク
滴１００はまだ吐出していない。

【００２３】次に圧電素子４の電荷を回路を閉じるなど
して放出すると、図５の様に圧電素子４と振動板３は各
々の弾性によって平面に復帰する。この時インクは供給
口７より供給されて圧力室６及びインク供給路８はイン
クで満たされる。

【００２４】圧力室６がインクで満たされた時点で圧電
素子４に電圧パルスを印加すると、圧電素子４と振動板
３は再び図４の様に撓んで圧力室６及びインク供給路８
のインクを排除して圧力を生じ、排除されたインクはノ
ズル５よりインク滴１００となって吐出される。吐出さ
れたインク滴１００は紙やフィルム等の印刷媒体に到達
して、吸着もしくは浸透、付着、反応等により画素とな
るドットを形成し、印刷が行なわれる。

【００２５】図６は本発明によるインクジェット記録ヘ
ッドの製造方法の実施例を説明する斜視図である。図６
において１ａは基板１上に形成された付加された流路壁
で、紫外線硬化樹脂や金属プレート等のエッチングやプ
レス加工、レーザ加工等によって形成される。基板１を
射出成形やガラスのエッチング等の方法にて得る場合に
は一体にて形成される。３ａは流路壁１ａ同様に振動板
３上に付加された流路壁であり、紫外線硬化樹脂をドラ
イエッチングしたもの等による。４ａは図１で示した圧
電素子４の分割前の状態にある圧電素子単板である。

【００２６】基板１に振動板３を融着または接着・溶着
等により接合して共通インク室２、ノズル５、圧力室
６、供給口７、インク供給路８及びダミーノズル９を閉
溝して流路を形成する。次に、振動板３上に圧電素子単
板４ａを接着等により接合する。更に、図中圧電素子単
板４ａ中に示した一点鎖線に沿って圧電素子単板４ａを
分割することにより各流路ごとの圧電素子４を形成して
得る。

【００２７】図７は本発明による製造方法のうち、圧電
素子４を形成する工程の実施例を示した斜視略図であ
る。圧電素子４は振動板３に接合後、分割して形成され
る。２０は圧電素子４を分割するための切断用研削砥石
で、ダイシングソウである。圧電素子４のダイシングソ
ウとしてはダイヤモンド砥石等を用いる。ダイシングソ
ウ２０の幅は隣接する圧電素子４の間隔に等しく設定す
ると、１度のパスにより圧電素子４を分割して形成する
ことが可能となり、より容易に圧電素子を形成すること
ができるようになる。とともに、圧電素子間隔を一定に
することができるので、製造品質を向上し、ヘッド特性
ばらつきを抑えてより印字品質のよいインクジェット記
録ヘッドを得ることができるようになる。

【００２８】基板１を位置決めデーブル（図示されてい
ない）上に固定して、矢印Ａ方向に回転するダイシング
ソウにより矢印Ｂ方向にデーブルを送りながら、振動板
３上に接合された圧電素子単板４ａを分割する。これに
より各々の流路の圧力室６に対応する圧電素子４が振動
板３上に分割されて形成される。

【００２９】図７に示した実施例では、ダイシングソウ
は１枚であるが、等間隔に複数枚のダイシングソウをセ
ットして一括して加工を行なえば短時間で、ピッチ精度
の良い加工が可能となる。

【００３０】図８は本発明によるインクジェット記録ヘ
ッドの製造方法を示す流れ図である。流路基板を形成し
た後、振動板を接合し、圧電素子単板を接合して、圧電
素子をダイシンングにより分割する。ここで、圧電素子
を接着後、ダイシングにより分割しているので、まず、
接着工程において接着する圧電素子は圧電素子単板１枚
でよい。更に、各圧力室に対応する圧電素子をハンドリ
ングして極性を揃えて整列し、位置決めして接合する必
要が無くなる。また、圧電素子がセラミクスより成る場
には脆弱な圧電素子を輸送・保管することは容易ではな
いが、図８に示す工程に寄れば、これらの手間は圧電素
子単板に限られて、容易となる。加えて、形成される圧
電素子は必ず同一の圧電素子単板から形成されるので、
圧電定数や圧電素子のヤング率・誘電率などインクジッ
ト記録ヘッドの特性に影響する圧電素子の品質は必ず同
一になり、印刷品位のよいインクジェットヘッドを製造
することができる。これら本発明の図８に示した特徴・
効果はインクジェット記録ヘッドの密度、ノズル数が向
上すればする程絶大なものとなる。

【００３１】図９〜図１１は本発明によるインクジェッ
ト記録ヘッドの製造方法の実施例における圧電素子４の
分割方法について説明している断面略図である。

【００３２】図９は圧電素子４をダイシングソウ２０に
よって切断することにより分割したものである。４ｂ及
び４ｃは圧電素子４の電極である。これによれば、圧電
素子を切断後接合する従来技術による製造方法にて製造
したインクジェット記録ヘッドと同等な物を得ることが
できる。製造方法の違いによる外観の違いをなくするこ
とが可能である。

【００３３】図１０は圧電素子４をダイシングソウ２０
により圧電素子４の厚みの中央付近までの深さの溝を設
けることにより分割したものである。これによれば、ダ
イシングソウの切込み量を小さくすることができるの
で、圧電素子４の分割に要する加工時間を短くすること
ができる。

【００３４】図１１は圧電素子４をダイシングソウ２０
により振動板３の厚みの中央付近までの深さの溝を設け
ることにより切断して分割したものである。これによれ
ば、圧電素子４と振動板３による撓みの隣接ノズルへの
影響が少なくなるため、隣接ノズル間の同時駆動時の相
互干渉によるインク滴吐出特性の悪化を防ぐことができ
る。

【００３５】本発明のインクジェット記録ヘッドの製造
方法によれば、これら一連の圧電素子４の分割形成方法
の中から所望するインクジェット記録ヘッドに最適な分
割方法を選ぶことが製造上容易に可能となり、様々な便
利な効果を付加している。

【００３６】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、圧電
素子と圧力室の位置ずれ及びそれによる特性変化がない
ため、ノズル間の特性のばらつきが少なくて印刷品位が
良くなる効果を有する。また、隣接ノズル間の相互作用
による特性悪化が小さくてすむので、インクジェット記
録ヘッドを小型に構成することができる。また、圧電素
子の配置を整列化する事ができるので、圧電素子単板を
接着後に分割して製造することができ、工程を簡略化し
かつ部品数も少なくできて、容易に製造ができるといっ
た効果を有し、安価で量産性に優れたインクジェット記
録ヘッドを得る事ことを可能ならしめる等々といった効
果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す平面構成図。

【図２】本発明の一実施例を示す平面構成図。

【図３】本発明の一実施例の１本の流路の構成を示す平
面図。

【図４】本発明の一実施例の駆動方法を示す流路断面
図。

【図５】本発明の一実施例の駆動方法を示す流路断面
図。

【図６】本発明の一実施例の製造方法を示す斜視図。

【図７】本発明の一実施例の製造方法を示す斜視図。

【図８】本発明の一実施例の製造方法をを示す流れ図。

【図９】本発明の一実施例の製造方法を示す断面拡大
図。

【図１０】本発明の一実施例の製造方法を示す断面拡大
図。

【図１１】本発明の一実施例の製造方法を示す断面拡大
図。

【符号の説明】

１基板２共通インク室３振動板４圧電素子５ノズル６圧力室８、８ａ、８ｂインク供給路２０ダイシングソウ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画素の単位となるインク滴を吐出させる
ことにより情報を記録するインクジェット記録装置にお
いて、ノズルと、インク供給路と、圧力室とを有する複
数の溝状のインク流路と、共通インク室とが設けられた
基板と、該基板上に接合されて前記インク流路及び前記
共通インク室を閉溝する振動板と、該振動板上に前記イ
ンク流路に対向して接合された圧電素子とを備え、該圧
電素子の一部が前記インク供給路の一部と前記圧力室に
重なる位置に配設されていることを特徴とするインクジ
エット記録ヘッド。
【請求項２】前記圧電素子の原材である圧電素子単板
を前記振動板表面に接合し、前記圧電素子単板をダイシ
ングによりノズルごとに分割することにより前記圧電素
子を形成することを特徴とする請求項１記載のインクジ
ェット記録ヘッドの製造方法。