JPH09234871A - ノズルプレートの接着構造とその接着方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ノズルプレートの接着構造とその接着方法に
おいて、ノズルプレートとアクチュエータとの接着時
の、ノズルのインク流路内への接着剤のはみ出しをなく
し、高品質な印字結果が得られるようにする。 【解決手段】 アクチュエータ２とノズルプレート４と
の接合面におけるノズル４ａのテーパ形状部４ｂの開口
形状を、縦横寸法共にチャンネル３の開口形状よりも小
さくなるように形成し、ノズルプレート４に段差４ｃを
形成する。これにより、アクチュエータ２とノズルプレ
ート４との間の接着剤が、両部材の接着時の押圧により
接合面からはみ出しても段差４ｃに留まり、ノズル４の
インク流路に入り込むことがない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェットヘ
ッド等を構成するノズルプレートの接着構造とその接着
方法に関し、特に、ノズルプレートとアクチュエータ及
びカバープレートとの接着時に使用する接着剤が、ノズ
ルプレートのノズルのインク流路内へはみ出すことをな
くしたノズルプレートの接着構造とその接着方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の、ノズルプレートとアクチュエー
タ及びカバープレートとの接着について図５（ａ）
（ｂ）を用いて説明する。図５（ａ）（ｂ）はノズルプ
レートがカバープレート及びアクチュエータに接着され
た状態の断面図であり、（ａ）はチャンネルを含む面で
の断面図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ’面での断面図
である。従来は、ノズルプレート４とアクチュエータ２
との接合面におけるノズル４ａの開口形状と、アクチュ
エータ２のチャンネル３の開口形状とは同じ大きさに形
成されていた。即ち、チャンネル３の縦寸Ｌ２と、テー
パ形状部４ｂのアクチュエータ２との接合面の形状の縦
寸ｌ２とが同等の大きさに、チャンネル３の横寸Ｗ２
と、アクチュエータ２との接合面のテーパ形状部４ｂの
横寸ｗ２とが同等の大きさに設定されていた。そして、
このように設定されたノズルプレート４と、アクチュエ
ータ２及びカバープレート８との間に接着剤としてエポ
キシ樹脂等を介在させ、押さえ部材及びベース部材等の
治具により挟み込んで押圧し、その状態で加熱してエポ
キシ樹脂等を硬化させることにより、これらの部材を接
着していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来のノズルプレート４とアクチュエータ２及び
カバープレート８とを接着する方法においては、以下の
ような問題がある。一般に、ノズルプレートは成形が容
易な樹脂等から製造され、表面がなめらかに仕上げられ
ているが、その一方で、アクチュエータ及びカバープレ
ートは圧電素子等の素材を機械加工により切削して製造
されるので、表面には細かい凹凸ができ、ノズルプレー
トのようになめらかには仕上がらない。よって、これら
の部材の表面同士を接着するためには、接着剤で上記凹
凸によってできる隙間を埋めることが必要となる。しか
し、このために必要な接着剤の量を的確に設定すること
は困難であり、実際に両部材を接着しようとして押圧し
た場合、接着剤がノズルのインク流路にはみ出した状態
で硬化することがある。この場合には、このはみ出した
接着剤がインクの円滑な流れを妨げ、インクの噴射速度
に影響を与えるため、良好な印字結果が得られない。本
発明は、上述した問題点を解決するためになされたもの
であり、ノズルプレートとアクチュエータ及びカバープ
レートとを接着する場合に、ノズルのインク流路内に接
着剤がはみ出して硬化するような状態に陥ることをなく
し、高品質な印字結果が得られるノズルプレートの接着
構造とその接着方法を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１に記載の発明に係るノズルプレートの接着構
造は、圧電素子の側壁からなる複数のチャンネルが形成
されたアクチュエータと、記録媒体に対してインクを噴
射するために各チャンネルに対応した位置にノズルが形
成されたノズルプレートとの接着構造であって、ノズル
プレートとアクチュエータとの接合面におけるノズルの
開口形状をチャンネルの開口形状よりも小さくなるよう
に形成したものである。

【０００５】上記構成においては、ノズルプレートとア
クチュエータとの接合面におけるノズルの開口形状をチ
ャンネルの開口形状よりも小さくしたので、ノズルプレ
ートとアクチュエータとの接着時に、接着剤が上記接合
面からはみ出しても、その接着剤がノズルのインク流路
まで達することがなくなる。よって、インクの円滑な流
れが妨げられることがないので、インクの噴射速度が悪
影響を受けず、高品質な印字結果が得られる。

【０００６】また、請求項２に記載の発明に係るノズル
プレートの接着構造は、請求項１に記載のノズルプレー
トの接着構造であって、ノズルの開口形状を、ノズルプ
レートのインク噴射側方向に近づくに連れて細くなるテ
ーパ形状に形成したものである。

【０００７】上記構成においては、ノズルの開口形状
を、ノズルプレートのインク噴射側方向に近づくに連れ
て細くなるテーパ形状としたので、チャンネルの容量変
化によるチャンネル内の圧力の変化の伝達性がよくな
り、より円滑にインクを流れさせ、快適にインクを噴射
することができる。

【０００８】また、請求項３に記載の発明に係るノズル
プレートの接着構造は、請求項１又は請求項２に記載の
ノズルプレートの接着構造であって、ノズルプレートは
ポリイミド樹脂からなるものである。

【０００９】上記構成においては、ポリイミド樹脂は、
融点が及び軟化点が高く、熱的特性に優れた樹脂である
ため、ノズルプレートとアクチュエータとを接着する際
の加熱時や印字時において、軟化溶融して変形、変質す
ることがなく、さらに、成形加工も容易な樹脂なので、
高品質なノズルプレートが得られる。

【００１０】また、請求項４に記載の発明に係るノズル
プレートの接着構造は、請求項１乃至請求項３のいずれ
かに記載のノズルプレートの接着構造であって、ノズル
プレートが、インク液滴を噴射して印字するインクジェ
ット式印字ヘッドに用いられるものである。

【００１１】上記構成においては、ノズルプレートに形
成されているノズルのインク流路に接着剤がはみ出して
硬化することがないので、インクが円滑に流れ、適正な
インク噴射速度が得られるため、高品質な印字結果が得
られる。

【００１２】また、請求項５に記載の発明に係るノズル
プレートの接着構造は、請求項１乃至請求項４のいずれ
かに記載のノズルプレートの接着構造であって、ノズル
プレートとアクチュエータとの接合面におけるノズルの
開口面積を、チャンネルの開口面積の８０％乃至９５％
としたものである。

【００１３】上記構成においては、ノズルプレートとア
クチュエータとの接合面におけるノズルの開口面積を、
チャンネルの開口面積の８０％乃至９５％としたので、
ノズルプレートとアクチュエータとの接着時に上記接合
面から接着剤がはみ出しても、ノズルのインク流路内に
入り込むことがなく、さらに、ノズルとチャンネルとの
段差が小さいので、この段差部分にインクの気泡が溜ま
りにくい。よって、より快適にインクを噴射することが
でき、高品質な印字結果が得られる。

【００１４】また、請求項６に記載の発明に係るノズル
プレートの接着方法は、圧電素子の側壁からなる複数の
チャンネルが形成されたアクチュエータと、記録媒体に
対してインクを噴射するために各チャンネルに対応した
位置にノズルが形成されたノズルプレートとを接着する
ノズルプレートの接着方法であって、ノズルプレートと
アクチュエータとの接合面におけるノズルの開口形状を
チャンネルの開口形状よりも小さくなるように形成した
ノズルプレートをアクチュエータに接着するものであ
る。

【００１５】上記方法においては、ノズルプレートとア
クチュエータとの接合面におけるノズルの開口形状がチ
ャンネルの開口形状よりも小さいので、ノズルプレート
とアクチュエータとの接着時に、接着剤が上記接合面か
らはみ出しても、その接着剤がノズルのインク流路まで
達することがなくなる。よって、インクの円滑な流れが
妨げられることがないので、インクの噴射速度が悪影響
を受けず、高品質な印字結果が得られる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の一形態に係
るノズルプレートの接着構造及びその方法について図面
を参照して説明する。まず、本発明のノズルプレートの
接着構造及びその接着方法が適用されるインクジェット
ヘッドについて説明する。ここで説明するインクジェッ
トヘッドは、インクジェット式プリンタ等に適用される
ものであり、圧力チャンバーの側壁に圧電素子を用い
て、同素子によるせん断変形による圧力チャンバーの内
圧変化を用いてインク液滴を噴出するものである。

【００１７】図１（ａ）はインクジェットヘッドの分解
斜視図、（ｂ）はインクジェットヘッドと電極との接続
状況を示す図である。インクジェットヘッド１のアクチ
ュエータ２は、圧電素子である圧電セラミックスからな
る圧電基板にダイシング加工等の切削加工によって互い
に平行な溝が形成されたものであり、インク室となるチ
ャンネル３が多数形成されている。チャンネル３の一方
の端には、ノズル４ａ（インク吐出口）を持つノズルプ
レート４が取り付けられている。このノズルプレート４
は、インクジェットヘッド１の製造工程や、印字時にお
ける高温の状況下でも変形、変質することがないよう
に、ポリイミド樹脂により形成されている。チャンネル
３を構成する側壁５（以下、圧電側壁という）は矢印Ｂ
方向に分極された圧電素子により形成されており、圧電
側壁５の上半分の表面には該分極方向と直角方向の電界
を印加するための電極６が形成されている。

【００１８】また、チャンネル３が形成されたアクチュ
エータ２の上部には、インク供給口（給液手段）７を有
するカバープレート８が被せられている。チャンネル３
は、インク供給口７を経て、図示しないインクカートリ
ッジに通じている。印字に用いられるインクは、このイ
ンクカートリッジから、インク供給口７を通して、チャ
ンネル３により構成されるインク室に供給され、ノズル
プレート４のノズル４ａから吐出される。このような構
成によって、チャンネル３の断面形状は、圧電側壁５と
カバープレート８に囲まれた長方形を呈することにな
る。

【００１９】さらに、アクチュエータ２の下部には、電
極９がプリントされたプリント基板１０が配設されてい
る。この電極９と、圧電側壁５表面の電極６とはワイヤ
１１で接続され、さらに、電極９は、インクジェットヘ
ッド１を駆動するヘッドドライバ１５に接続されてい
る。ヘッドドライバ１５は、接続線１６により電源に、
接続線１７によりグラウンドに接続されており、このヘ
ッドドライバ１５によって電極６に電圧を印加してい
る。また、ヘッドドライバ１５は信号線１８によって、
当該インクジェットヘッド１が備えられる記録装置のＣ
ＰＵ（不図示）に接続され、このＣＰＵによって制御さ
れる。なお、このヘッドドライバ１５は、インクジェッ
トヘッド１が設けられるプリンタ等の記録装置に備えら
れるものである。

【００２０】次に、インクジェットヘッド１によるイン
クの噴射について図２を参照して説明する。図２（ａ）
はインクジェットヘッド１の縦断面図、（ｂ）は電極６
に電圧が印加され、圧電側壁５が歪みを起こした状態を
示す図である。圧電側壁５の上半分部に形成された電極
６（６１，６２）とからアクチュエータが構成されてい
る。圧電側壁５の上部には、カバープレート８がエポキ
シ樹脂（接着剤）１３によって取り付けられている。電
極６１，６２はメッキ処理により形成され、この電極６
１には＋電位、電極６２にはＧＮＤが接続され、これに
より圧電側壁５に矢印１２ａ，１２ｂ方向の電界が発生
する。すると、電極６１，６２が取り付けられた圧電側
壁５上半分部の圧電厚みすべり変形によって、インク室
（チャンネル３）の容積が変化する。これによりチャン
ネル３の内圧が大きくなり、同チャンネル３内のインク
がノズル４ａ（図１（ａ））から噴射される。上記電圧
印加を中止すると、圧電側壁５には電界がなくなるの
で、歪みを起こしていた圧電側壁５は元の状態に戻る。
インクジェットヘッド１が備えられる記録装置のＣＰＵ
及びヘッドドライバ１５（図１）が、ホストコンピュー
タ等から送られてくる印字データに基づいて、インクジ
ェットヘッド１の上記動作、即ち、電圧印加を制御する
ことにより、記録媒体に対して印字動作が行われる。

【００２１】次に、インクジェットヘッド１を構成する
上記各部材、アクチュエータ２、カバープレート８、ノ
ズルプレート４等の接着について説明する。図３は複数
のアクチュエータ２が形成された圧電基盤に対し、各ア
クチュエータ２に対応させて複数のカバープレート８を
載置した状態を示す図である。アクチュエータ２とカバ
ーブート８との接着においては、生産性を高めるため
に、１枚の圧電基盤に複数のアクチュエータ分のチャン
ネル３が形成されたアクチュエータ体１９と、チャンネ
ル３に対応する複数のカバープレート８とが接着され、
図３に示すように、カバープレート８がアクチュエータ
体１９にエポキシ樹脂（接着剤）を介して載置される。
次に、図示しない押さえ部材及びベース部材等の治具に
よってカバープレート８及びアクチュエータ体１９を挟
み込んで押圧し、この状態で加熱し、エポキシ樹脂を硬
化させることにより、カバープレート８及びアクチュエ
ータ体１９を接着する。そして、このようにして接着さ
れたカバープレート８及びアクチュエータ体１９に対し
て、ノズル４ａの位置をチャンネル３の位置に対応させ
ながらノズルプレート４を接着する。このノズルプレー
ト４の接着は、上記と同様に、エポキシ樹脂を用いて押
圧、加熱により接着を行う。

【００２２】ここで、上記ノズルプレート４とカバープ
レート８及びアクチュエータ体１９との接着構造につい
て図４を用いて説明する。図４はノズルプレート４がカ
バープレート８及びアクチュエータ体１９に接着された
状態の断面図であり、（ａ）はチャンネル３を含む面で
の断面図、（ｂ）は（ａ）に示すＣ−Ｃ’面での断面図
である。ノズルプレート４に形成されているノズル４ａ
の開口形状は、図４（ａ）に示すように、ノズルプレー
ト４のインク噴射側方向に近づくに連れて細くなるテー
パ形状部４ｂとなるように形成されている。さらに、こ
のテーパ形状部４ｂのアクチュエータ２との接合面の開
口形状は、縦横寸法共にチャンネル３の開口形状よりも
小さくなるように形成されている。即ち、図４（ｂ）に
示すように、チャンネル３の縦寸Ｌ１よりも、テーパ形
状部４ｂのアクチュエータ２との接合面の形状の縦寸ｌ
１が小さく、チャンネル３の横寸Ｗ１よりも、テーパ形
状部４ｂのアクチュエータ２との接合面の形状の横寸ｗ
１が小さくなるように設定されている。なお、このよう
に設定することで、ノズルプレート４には段差４ｃが形
成される。

【００２３】この段差４ｃが存在することにより、上述
のノズルプレート４とアクチュエータ体１９及びカバー
プレート８が接着される際の押圧により、これらの部材
間に介在するエポキシ樹脂（接着剤）が、アクチュエー
タ３内にはみ出してきた場合でも、エポキシ樹脂は段差
４ｃに留まり、ノズル４のインク流路、即ち、テーパ形
状部４ｂ部分に入り込むことがなくなる。

【００２４】ここで、段差４ｃが大きすぎると、インク
の気泡が段差４ｃに溜まりやすくなり、段差４ｃが小さ
すぎるとノズル４ａのテーパ形状部４ｂにエポキシ樹脂
が入り込みやすくなり、インクの噴射に悪影響を与える
ので、ノズルプレート４とアクチュエータ２との接合面
におけるノズル４ａの開口形状の面積は、チャンネル３
の開口面積の８０％〜９５％となるように設定されるこ
とが好ましい。このように設定すれば、上記の問題を解
消することができる。

【００２５】このように、本実施の形態のノズルプレー
ト４の接着構造及びその接着方法によれば、ノズル４ａ
のテーパ形状部４ｂのアクチュエータ２との接合面にお
ける形状は、縦横寸法共にチャンネル３の開口形状より
も小さくなるように形成されているので、ノズルプレー
ト４とアクチュエータ体１９（アクチュエータ２）及び
カバープレート８とをエポキシ樹脂等の接着剤により接
着する工程において、ノズルプレート４とアクチュエー
タ体１９（アクチュエータ２）及びカバープレート８と
を押圧したときに、接着剤がチャンネル３内にはみ出し
ても、そのはみ出した接着剤はノズルプレート４の段差
４ｃに留まり、ノズル４ａのインク流路（テーパ形状部
４ｂ部分）に入り込むことがなくなる。従って、はみ出
した接着剤がアクチュエータ３及びノズル４ａ内のイン
クの円滑な流れを妨げることなく、インクの噴射に悪影
響を及ぼすことがないので、この接着構造及び接着方法
が適用されるインクジェットヘッド１により、高品質な
印字結果が得られる。

【００２６】また、ノズル４ａにはテーパ形状部４ｂが
形成されていることにより、チャンネル３の容量変化に
よる圧力変化の伝達性がよくなり、テーパ形状部４ｂが
形成されていない場合よりも円滑にインクを流すことが
でき、より快適にインクの噴射を行うことができる。

【００２７】なお、本発明は上記実施の形態に限られず
種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態で
は、ノズル４ａのテーパ形状部４ｂ部分のアクチュエー
タ２との接合面の開口形状は、縦横寸法共にチャンネル
３の開口形状よりも小さくなるように形成されている
が、このテーパ形状部４ｂ部分の開口形状は、縦寸法又
は横寸法のいずれかのみが、上記チャンネル３の開口形
状よりも小さくなるように形成されるものであってもよ
い。但し、この場合には、テーパ形状部４ｂ部分の開口
形状の他の一の寸法は、上記チャンネル３の開口形状と
同等の大きさとされる。また、上記実施の形態では、ノ
ズルプレート４はポリイミド樹脂からなるものとされて
いるが、ポリイミド樹脂と同等の耐熱性、形成容易性を
有する材質のものであれば、必ずしもポリイミド樹脂に
限定されるものではない。

【００２８】

【発明の効果】以上のように請求項１に記載の発明に係
るノズルプレートの接着構造、及び請求項６に記載のノ
ズルプレートの接着方法によれば、ノズルプレートとア
クチュエータとの接合面におけるノズルの開口形状をチ
ャンネルの開口形状よりも小さくしたので、その接着工
程において、接着剤を介在させたノズルプレート及びア
クチュエータを押圧し、加熱・硬化させるときに、接着
剤がアクチュエータのチャンネル内にはみ出しても、そ
のはみ出した接着剤がノズルのインク流路に入り込むこ
とがなくなる。従って、はみ出した接着剤によりインク
の円滑な流れが妨げられることがなく、インクの噴射速
度に悪影響を与えることがないので、高品質な印字結果
が得られる。

【００２９】また、請求項２に記載の発明に係るノズル
プレートの接着構造によれば、ノズルの開口形状を、ノ
ズルプレートのインク噴射側方向に近づくに連れて細く
なるテーパ形状としたので、チャンネルの容量変化によ
る圧力変化の伝達性がよくなり、より円滑にインクが流
れ、より快適にインクを噴射することができる。

【００３０】また、請求項３に記載の発明に係るノズル
プレートの接着構造によれば、ポリイミド樹脂は、成形
加工が容易であり、かつ、融点及び軟化点が高く、熱的
特性に優れた樹脂であるため、ノズルプレートとアクチ
ュエータとを接着する際の加熱時や印字時の高温の状況
下でも、軟化溶融により変形、変質することがない。従
って、高品質なノズルプレートが得られる。

【００３１】また、請求項４に記載の発明に係るノズル
プレートの接着構造によれば、ノズルプレートに形成さ
れているノズルのインク流路に接着剤がはみ出して硬化
することがないので、インクが円滑に流れ、適正なイン
ク噴射速度が得られるため、高品質な印字結果が得られ
る。

【００３２】また、請求項５に記載の発明に係るノズル
プレートの接着構造によれば、ノズルプレートとアクチ
ュエータとの接合面におけるノズルの開口面積を、チャ
ンネルの開口面積の８０％乃至９５％としたので、ノズ
ルプレートとアクチュエータとの接着時の押圧により接
着剤がはみ出した場合でもノズルのインク流路内に入り
込むことがなく、さらに、ノズルとチャンネルとの段差
が小さいので、インクの気泡も溜まりにくくなる。よっ
て、高品質な印字結果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明に係るノズルプレートの接着構
造及びその接着方法が適用されるインクジェットヘッド
の分解斜視図、（ｂ）は該インクジェットヘッドと電極
との接続状況を示す図である。

【図２】（ａ）は上記インクジェットヘッドの縦断面
図、（ｂ）は該インクジェットヘッドの電極に電圧が印
加され、圧電側壁が歪みを起こした状態を示す図であ
る。

【図３】複数のアクチュエータが形成された圧電基盤に
対し、各アクチュエータに対応させて複数のカバープレ
ートを載置した状態を示す図である。

【図４】本発明に係るノズルプレートとカバープレート
及びアクチュエータ体との接着構造を示す断面図であ
り、（ａ）はチャンネルを含む面での断面図、（ｂ）は
（ａ）に示すＣ−Ｃ’面での断面図である。

【図５】（ａ）（ｂ）は従来技術によるノズルプレート
とカバープレート及びアクチュエータとの接着構造を示
す断面図であり、（ａ）はチャンネルを含む面での断面
図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ’面での断面図であ
る。

【符号の説明】

１ インクジェットヘッド ２ アクチュエータ ３ チャンネル ４ ノズルプレート ４ａ ノズル ４ｂ テーパ形状 ４ｃ 段差 ５ 圧電側壁 ８ カバープレート

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電素子の側壁からなる複数のチャンネ
   ルが形成されたアクチュエータと、記録媒体に対してイ
   ンクを噴射するために各チャンネルに対応した位置にノ
   ズルが形成されたノズルプレートとの接着構造におい
   て、 前記ノズルプレートと前記アクチュエータとの接合面に
   おける前記ノズルの開口形状を前記チャンネルの開口形
   状よりも小さくなるように形成したことを特徴とするノ
   ズルプレートの接着構造。
2. 【請求項２】 前記ノズルの開口形状を、前記ノズルプ
   レートのインク噴射側方向に近づくに連れて細くなるテ
   ーパ形状に形成したことを特徴とする請求項１に記載の
   ノズルプレートの接着構造。
3. 【請求項３】 前記ノズルプレートはポリイミド樹脂か
   らなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の
   ノズルプレートの接着構造。
4. 【請求項４】 前記ノズルプレートが、インク液滴を噴
   射して印字するインクジェット式印字ヘッドに用いられ
   るものであることを特徴とする請求項１乃至請求項３の
   いずれかに記載のノズルプレートの接着構造。
5. 【請求項５】 前記ノズルプレートと前記アクチュエー
   タとの接合面における前記ノズルの開口面積は、前記チ
   ャンネルの開口面積の８０％乃至９５％であることを特
   徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のノズ
   ルプレートの接着構造。
6. 【請求項６】 圧電素子の側壁からなる複数のチャンネ
   ルが形成されたアクチュエータと、記録媒体に対してイ
   ンクを噴射するために各チャンネルに対応した位置にノ
   ズルが形成されたノズルプレートとを接着するノズルプ
   レートの接着方法において、 前記ノズルプレートと前記アクチュエータとの接合面に
   おける前記ノズルの開口形状を前記チャンネルの開口形
   状よりも小さくなるように形成した前記ノズルプレート
   を前記アクチュエータに接着することを特徴とするノズ
   ルプレートの接着方法。