JPH07314675A - インクジェットプリンタヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 別体に設けたヘッド本体とオリフィスプレー
トとを一体に接合したインクジェットプリンタヘッドの
生産性と特性とを向上させる。 【構成】 オリフィスプレート５の基材をインクに対す
る撥液性が良好な撥液層１６とインクに対する親液性が
良好な樹脂層１７とホットメルト接着剤からなる接着層
１８とで形成し、この接着層１８でヘッド本体４にホッ
トプレスで熱圧着した基材にオリフィス１５をレーザ加
工で貫通させてオリフィスプレート５を形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、オンデマンド方式のイ
ンクジェットプリンタヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェットプリンタヘッドは、例え
ば、インク流路に連通するオリフィスが接合面から外面
まで貫通したオリフィスプレートを設け、このオリフィ
スプレートをヘッド本体に一体に接合した構造となって
いる。この時、予めオリフィスを形成したオリフィスプ
レートを接着剤でヘッド本体に接合すると、オリフィス
とインク流路との位置合わせが煩雑であり、接着剤でオ
リフィスやインク流路を遮蔽しないように注意する必要
もある。そこで、このような課題の解決を目的としたイ
ンクジェットプリンタヘッドが、特開昭61-32761号公報
や特開平2-121842号公報に開示されている。

【０００３】例えば、特開昭61-32761号公報に開示され
たインクジェットプリンタヘッドは、弗素樹脂のフィル
ムをオリフィスプレートの基材としてヘッド本体に熱圧
着させ、このヘッド本体に接合した基材に高エネルギビ
ームでオリフィスを貫通させてオリフィスプレートを形
成している。このインクジェットプリンタヘッドは、オ
リフィスプレートをインクとの撥液性が良好な弗素樹脂
のフィルムで形成することで、オリフィスプレートの外
面にオリフィスからインクが漏出するようなことを防止
している。

【０００４】また、特開平2-121842号公報に開示された
インクジェットプリンタヘッドは、ドライフィルムをオ
リフィスプレートの基材としてヘッド本体に熱圧着さ
せ、このヘッド本体に接合した基材を紫外線照射で硬化
させてからエキシマレーザでオリフィスを貫通させてオ
リフィスプレートを形成している。このインクジェット
プリンタヘッドは、オリフィスプレートをインクとの親
液性が良好なドライフィルムで形成することで、オリフ
ィスの内部にインクを良好に充填して吐出不良を防止し
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】特開昭61-32761号公報
に開示されたインクジェットプリンタヘッドは、オリフ
ィスプレートをインクとの撥液性が良好な弗素樹脂のフ
ィルムで形成しているのでインクの漏出は防止できる
が、オリフィスの内部にインクを良好に充填することが
困難で吐出不良が発生しがちである。しかも、このよう
なインクジェットプリンタヘッドの圧力発生手段として
圧電性部材を利用することが提案されているが、弗素樹
脂は融点が高いので熱圧着の実行時に圧電性部材の分極
を阻害する懸念がある。

【０００６】また、特開平2-121842号公報に開示された
インクジェットプリンタヘッドは、オリフィスプレート
をインクとの親液性が良好なドライフィルムで形成して
いるのでインクの吐出不良は防止できるが、オリフィス
プレートの外面にオリフィスからインクが漏出しがちで
ある。しかも、このようなドライフィルムは熱圧着を完
了するまで紫外線を防止する必要があるので、その取扱
いが困難で生産性が低下することになる。さらに、ドラ
イフィルムは接合強度も乏しいため、インクジェットプ
リンタヘッドの耐久性や信頼性も低下する。

【０００７】本発明は、オリフィスプレートを接着層で
ヘッド本体にホットプレスで熱圧着してからレーザ加工
でオリフィスを貫通させることにより、生産性と特性と
が良好なインクジェットプリンタヘッドを得るものであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】別体に設けたオリフィス
プレートとヘッド本体とを一体に接合したインクジェッ
トプリンタヘッドにおいて、オリフィスプレートをイン
クに対する撥液性が良好で外面に位置する撥液層とイン
クに対する親液性が良好で内部に位置する樹脂層とホッ
トメルト接着剤の接着層とで形成し、オリフィスプレー
トに接着層でヘッド本体にホットプレスで熱圧着してか
らレーザ加工で貫通させたオリフィスを設けた。

【０００９】

【作用】撥液層と樹脂層と接着層とからなる基材をヘッ
ド本体に熱圧着してからレーザ加工でオリフィスを貫通
させる。

【００１０】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて以下に説明
する。まず、本実施例のインクジェットプリンタヘッド
１は、図１に例示するように、一対の本体プレートであ
るメインプレート２とカバープレート３とを一体に接合
してヘッド本体４を形成し、このヘッド本体４にオリフ
ィスプレート５を一体に接合した構造となっている。

【００１１】そして、前記メインプレート２は、図２に
例示するように、ガラスやセラミックからなる絶縁基板
６の上面に圧力発生手段７を接合しており、この圧力発
生手段７は、上下方向の分極方向が相反する二個のＰＺ
Ｔ(Lead Zirco Titanate）からなる圧電性部材８，９で
形成している。このメインプレート２には、上方の前記
圧電性部材８の上面から下方の前記圧電性部材９の内部
まで到達し、前面が開口して後部が閉塞した多数の凹部
１０を形成している。なお、このメインプレート２の前
記凹部１０のサイズは、インクジェットプリンタヘッド
１の仕様などにより決定するが、例えば、溝の深さが
0.2〜1.0(mm）、溝の幅が20〜200(μm)、溝の長さが5.0
〜500(mm)程度となる。

【００１２】そして、これらの凹部１０を遮断する凸部
が前記圧力発生手段７の駆動部１１となり、この形状は
前記凹部１０と同等である。前記凹部１０の内面には駆
動電極１２を形成し、この駆動電極１２を前記凹部１０
の後部から前記圧電性部材８の上面まで延長して接続端
子１３を形成している。

【００１３】また、前記カバープレート３は、前記メイ
ンプレート２の前記凹部１０の後部に連通する凹部１４
を、ガラスやセラミックからなる絶縁基板の後部下面に
形成している。

【００１４】さらに、前記オリフィスプレート５は、前
記メインプレート２の前記凹部１０に個々に連通する多
数のオリフィス１５が後面から前面まで貫通している。
前記オリフィスプレート５は、インクに対する撥液性が
良好な弗素樹脂からなり外面に位置する撥液層１６と、
インクに対する親液性が良好なＰＩ(Polyimide）からな
り内部に位置する樹脂層１７と、ポリエステル系のホッ
トメルト接着剤からなり接合面に位置する接着層１８と
の三層構造となっている。なお、図１に例示したよう
に、このオリフィス１５は後部が拡開して前部が尖鋭な
テーパ状で、この尖鋭な前部の直径が20〜100(μm)程度
となっている。

【００１５】そこで、このインクジェットプリンタヘッ
ド１では、前記メインプレート２に前記カバープレート
３を接合して前記ヘッド本体４を形成し、このヘッド本
体４の前面に前記オリフィスプレート５を接合すること
で、このオリフィスプレート５と前記カバープレート３
とで前面と上面とを遮蔽した前記メインプレート２の前
記凹部１０をインク流路でもある圧力室１９とし、これ
らの圧力室１９に連通する前記カバープレート３の凹部
１４をインク供給路２０とする。

【００１６】そして、前記メインプレート２の上面後部
が前記カバープレート３より後方に露出するので、ここ
に位置する前記接続端子１３にＦＰＣ(Flexible Printe
d Circuit)などで駆動回路（共に図示せず）を接続する
ことができる。また、前記インク供給路２０も前記ヘッ
ド本体４の側部に開口するので、ここにインクタンクを
チューブ（共に図示せず）などで接続することができ
る。

【００１７】このような構成において、このインクジェ
ットプリンタヘッド１では、ヘッド本体４の圧力室１９
にインク（図示せず）を供給した状態で、導電の圧力室
１９の両側に位置する駆動部１１を分極方向が相違する
圧電性部材８，９のシェアモード変形により湾曲させて
徐々に離反させ、これを急激に初期位置に復帰させて圧
力室１９のインクを加圧することでオリフィス１５から
インク滴（図示せず）を吐出させる。

【００１８】この時、クロストークを防止するため、偶
数番目の圧力室１９と奇数番目の圧力室１９とを交互に
加圧するように圧力発生手段７の駆動部１１を駆動す
る。さらに、この駆動部１１は圧力室１９にインクを吸
入して充填する場合には徐々に変形し、圧力室１９に充
填したインクを加圧する場合には急激に変形する。な
お、このインクジェットプリンタヘッド１では、オリフ
ィス１５を後部が拡開して前部が尖鋭なテーパ状に形成
しているので、圧力室１９で加圧したインクを良好な効
率で吐出することができる。

【００１９】このインクジェットプリンタヘッド１の製
作方法を以下に順次説明する。まず、予め分極した圧電
性部材８，９を絶縁基板６の表面に順次接着し、凹部１
０をダイシング加工で形成してから駆動電極１２と接続
端子１３とを無電解メッキで形成することで、メインプ
レート２を製作する。また、絶縁基板（図示せず）の表
面にダイシング加工で凹部１４を形成することでカバー
プレート３を製作する。そして、このカバープレート３
をメインプレート２の上面に接着し、その前面をダイシ
ングで平面に加工してヘッド本体４を製作する。

【００２０】また、上述のようなヘッド本体４とは別個
にオリフィスプレート５の基材を製作する。まず、オリ
フィスプレート５の樹脂層１７となる膜厚10〜200(μm)
程度のＰＩの樹脂フィルム（図示せず）を用意し、この
表面に弗素樹脂をスパッタリング法でコーティングして
膜厚0.05〜5.0(μm)程度の撥液層１６を形成する。そし
て、この撥液層１６を形成した樹脂フィルムの裏面に、
溶剤で溶解したポリエステル系のホットプレス接着剤の
溶液（図示せず）をスピンコート法でコーティングして
膜厚 0.5〜20（μm)程度の接着層１８を形成する。この
ようにすることで、インクに対する撥液性が良好な撥液
層１６とインクに対する親液性が良好な樹脂層１７とホ
ットメルト接着剤からなる接着層１８との三層構造から
なるオリフィスプレート５の基材（図示せず）が製作で
きる。

【００２１】なお、樹脂層１７となる樹脂フィルムは、
機械強度、インクに対する耐蝕性と親液性、レーザ加工
の容易性などを考慮すると、上述したＰＩやＰＥＴ(Pol
yethylene Terephthalate)が好適である。また、撥液層
１６の材料は、インクに対する撥液性の他に生産性や耐
久性を考慮すると、上述した弗素樹脂やシリコンが好適
であり、そのコーティング法としてもスパッタリング法
の他に蒸着法やロールコート法など各種方法が利用でき
る。さらに、接着層１８のホットメルト接着剤は、イン
クに対する耐蝕性と親液性、生産性や接合強度を考慮す
ると、上述したポリエステル系やポリオレフィン系が好
適であり、そのコーティング法としてもスピンコート法
の他にロールコート法など各種方法が利用できる。例え
ば、本発明者が実際にポリエステル系で溶液タイプのホ
ットメルト接着剤をスピンコート法で樹脂フィルムにコ
ーティングしたところ、回転数1000〜5000(rpm）で 1.0
〜10(μm)に塗布することができた。

【００２２】そして、上述のようにして製作したオリフ
ィスプレート５の基材を、接着層１８でヘッド本体４の
前面にホットプレスで熱圧着させる。この熱圧着は、圧
力 1.0〜100(kg）、温度100〜200（℃）、時間10〜1000
(sec）程度が好適である。つぎに、この熱圧着の完了後
にＹＡＧ(Yttrium Aluminum Garnet）レーザによるレー
ザ加工で基材にオリフィス１５を貫通させることで、オ
リフィスプレート５を形成してインクジェットプリンタ
ヘッド１を完成する。

【００２３】なお、上述のようにレーザ加工でオリフィ
ス１５を形成する場合には、ＹＡＧレーザの焦点位置を
順次変位させることや、ＹＡＧレーザの入射角を順次傾
斜させることなどにより、オリフィス１５をテーパ状に
形成する。このようにすることで、インク滴の吐出特性
を向上させることができるが、オリフィス１５をストレ
ートに形成して生産性を向上させることも可能である。

【００２４】また、上述のようなＹＡＧレーザのレーザ
加工では、オリフィス１５を圧力室１９毎に一つずつ形
成するので、これはオリフィス１５が少数のシリアルタ
イプとしてインクジェットプリンタヘッド１を製作する
場合に好適である。例えば、オリフィス１５が多数のラ
インタイプとしてインクジェットプリンタヘッド１を製
作する場合には、基材の前面にマスク（図示せず）を配
置してエキシマレーザで一度に複数のオリフィス１５を
形成することが好適である。

【００２５】上述のようにすることで、このインクジェ
ットプリンタヘッド１は、オリフィスプレート５のオリ
フィス１５の内部は樹脂層１７によりインクの親液性が
良好なのでインクの吐出不良を防止することができ、オ
リフィスプレート５の前面は撥液層１６によりインクの
撥液性が良好なのでインクの漏出も防止することができ
る。しかも、このインクジェットプリンタヘッド１は、
オリフィスプレート５を接着層１８でヘッド本体４に熱
圧着するが、ホットメルト接着剤は融点が低いので熱圧
着の加熱で圧電性部材８，９の分極を阻害することもな
く、ホットメルト接着剤は接合強度も良好なので耐久性
や信頼性の向上に寄与することができる。

【００２６】また、このインクジェットプリンタヘッド
１では、ヘッド本体４に接合した基材にレーザ加工でオ
リフィス１５を貫通させてオリフィスプレート５を形成
するので、予めオリフィス１５を形成したオリフィスプ
レート５と予め圧力室１９を形成したヘッド本体４とを
精緻に位置決めする必要がない。さらに、オリフィスプ
レート５の基材とヘッド本体４とを接合する時点では、
オリフィス１５をホットメルト接着剤が遮蔽することを
懸念する必要がないので、オリフィスプレート５をホッ
トメルト接着剤の接着層１８でヘッド本体４に簡易に熱
圧着することができ、その生産性が極めて良好である。

【００２７】なお、本実施例では一対の本体プレートで
あるメインプレート２とカバープレート３とを接合して
ヘッド本体４を形成し、このヘッド本体４にオリフィス
プレート５を接合することを例示したが、本発明は上記
実施例に限定するものではない。例えば、一対の本体プ
レートを接合することなくヘッド本体を形成したインク
ジェットプリンタヘッド（図示せず）なども可能であ
る。

【００２８】また、本実施例では圧電性部材８，９の分
極方向と直交するシェアモード変形で駆動部１１を駆動
することを例示したが、図３に例示するように、圧電性
部材２１の分極方向の伸縮で駆動部２２を駆動するイン
クジェットプリンタヘッド２３なども可能である。

【００２９】このインクジェットプリンタヘッド２３で
は、上下両面に電極２４，２５を形成した圧電性部材２
１を絶縁基板２６の表面に接合し、圧電性部材２１をダ
イシング加工などで駆動部２２に分断することで圧力発
生手段２７を形成している。さらに、この圧力発生手段
２７をＬＣＰ(Liquid Cristalline Polymer)等の樹脂部
材２８にインサートして射出成形することで、インク流
路でもある圧力室２９の凹部３０を表面に連設した本体
プレートであるメインプレート３１を形成している。そ
して、このメインプレート３１にカバープレート３を接
着することでヘッド本体３２を形成し、このヘッド本体
３２にオリフィスプレート５を接合することでインクジ
ェットプリンタヘッド２３を形成している。

【００３０】そして、このようなインクジェットプリン
タヘッド２３においても、前述と同様に撥液層１６と樹
脂層１７と接着層１８との三層構造で形成したオリフィ
スプレート５の基材をヘッド本体３２にホットプレスで
熱圧着し、この熱圧着した基材にレーザ加工でオリフィ
ス１５を貫通させることが好適である。

【００３１】

【発明の効果】本発明は上述のように、オリフィスプレ
ートをインクに対する撥液性が良好で外面に位置する撥
液層とインクに対する親液性が良好で内部に位置する樹
脂層とホットメルト接着剤の接着層とで形成し、オリフ
ィスプレートに接着層でヘッド本体にホットプレスで熱
圧着してからレーザ加工で貫通させたオリフィスを設け
たことにより、生産性と特性とが良好なインクジェット
プリンタヘッドを得ることができる等の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例のインクジェットプリンタヘッ
ドを示す縦断側面図である。

【図２】一部を破断したインクジェットプリンタヘッド
を示す斜視図である。

【図３】インクジェットプリンタヘッドの一変形例を示
す分解斜視図である。

【符号の説明】

１，２３ インクジェットプリンタヘッド ４，３２ ヘッド本体 ５ オリフィスプレート ７，２７ 圧力発生手段 １５ オリフィス １６ 撥液層 １７ 樹脂層 １８ 接着層 １９，２９ 圧力室、インク流路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 別体に設けたオリフィスプレートとヘッ
   ド本体とを一体に接合したインクジェットプリンタヘッ
   ドにおいて、前記オリフィスプレートをインクに対する
   撥液性が良好で外面に位置する撥液層とインクに対する
   親液性が良好で内部に位置する樹脂層とホットメルト接
   着剤の接着層とで形成し、前記オリフィスプレートに前
   記接着層で前記ヘッド本体にホットプレスで熱圧着して
   からレーザ加工で貫通させたオリフィスを設けたことを
   特徴とするインクジェットプリンタヘッド。