JPH10250070A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構成部材数を少なくして組立工程の簡略化と
歩留まりの向上により製造コストを低減する。 【解決手段】 本発明のインクジェットヘッドは、それ
ぞれ、内部にインクを収容するインク加圧室２４、この
インク加圧室２４への補給用インクを収容するインク供
給室２６、および上記インク加圧室２４と上記インク供
給室２６とを接続するインク供給路２８、となる複数の
凹部を片面に形成した圧電プレート１４と、この圧電プ
レート１４の凹部形成面に上記各凹部を覆って接着さ
れ、上記インク加圧室２４に連通するノズル孔３０を有
するノズルプレート１６と、からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ノズルより吐出さ
れたインク滴を記録紙等の記録媒体に付着させて画像を
記録するインクジェットヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電圧印加時の圧電アクチュエータ
の変形によりインク加圧室内に収容されたインクを加圧
してノズルよりインク滴を飛翔させるインクジェットヘ
ッドが知られている。この種のインクジェットヘッド
は、通常、基板、この基板上に接着固定された複数の圧
電アクチュエータ、インク加圧室やインク供給室などを
形成するインク流路部材、インク加圧室と圧電アクチュ
エータとの間に介在させる振動板、およびインク流路形
成部材の上部に固定されるノズルプレート等の部材を接
着剤を用いて一体に接着することにより構成されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、構成部
材数が多いほどヘッドを組み立てる際に接着する工程が
増え、組立工程に手間と時間がかかることになる。ま
た、これらの部材は互いに精密に位置合わせして高精度
に組み立てる必要があるため、接着される構成部材数が
多いほど組立誤差が生じやすく、歩留まりが悪くなる傾
向にある。したがって、これまでのヘッドはこれらの理
由から製造コストが高くなるという問題があった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】そこで、上記問題点を解
決するため、本発明のインクジェットヘッドは、それぞ
れ、インクを収容するインク加圧室、このインク加圧室
への補給用インクを収容するインク供給室、および上記
インク加圧室と上記インク供給室とを接続するインク供
給路、となる複数の凹部を片面に形成した圧電プレート
と、この圧電プレートの凹部形成面に上記各凹部を覆っ
て接着され、上記インク加圧室に連通するノズル孔を有
するノズルプレートと、からなる。

【０００５】このインクジェットヘッドでは、上記イン
ク加圧室のノズル孔に対向する壁部を分極処理してアク
チュエータ部とし、このアクチュエータ部の外面がアク
チュエータ部の変形を妨げない空気または低硬度材と接
していることが好ましい。

【０００６】また、上記圧電プレートと上記ノズルプレ
ートとを金属層を介して接着してもよい。

【０００７】

【発明の効果】本発明のインクジェットヘッドは、イン
ク加圧室等を含む圧電プレートとノズルプレートだけで
構成されている。したがって、従来のインクジェットヘ
ッドに比べて構成部材が少なく、組み立てる際の接着工
程が少なくて済むので、組立工程の簡略化と歩留まりの
向上を図ることができ、製造コストを低減できる。

【０００８】また、インク加圧室のアクチュエータ部の
外面が空気または低硬度材と接するようにしてアクチュ
エータ部の変位を妨げないようにすれば、インク加圧室
内のインクを加圧する際のアクチュエータ部の変位量を
大きくとることができ、インク吐出効率が向上する。

【０００９】さらに、上記圧電プレートと上記ノズルプ
レートとを接着剤で接着した場合には、接着剤の塗布む
らによりインク加圧室に臨んで接着剤のはみ出し部やへ
こみ部が発生し、インク加圧室にインクを充填したとき
に上記はみ出し部やへこみ部に気泡が溜まりやすいとい
う問題があったが、これら部材を金属層を介して接着し
た場合にはそのような問題を解消できるので、気泡発生
によるインク吐出不良を防止できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態について説明する。図１，２は本発明の一
実施形態であるインクジェットヘッド１０を示す。この
インクジェットヘッド１０は、圧電プレート１４と、こ
れに積層されたノズルプレート１６とからなる。このイ
ンクジェットヘッド１０は、セラミックスまたは金属等
からなる支持基板１２の縁部の凸状支持部２２により支
持されている。

【００１１】圧電プレート１４は、例えばＰＺＴなどの
周知の圧電材料からなる。圧電プレート１４の片面、す
なわちノズルプレート１６との対向面には、複数の凹部
が形成されている。これら凹部のうち、図１に示すよう
に、千鳥状に配置された円柱状の凹部は、その内部にイ
ンクが収容されるインク加圧室２４となる。また、ヘッ
ド１０の両側を各インク加圧室２４に沿って延びる長溝
状の凹部は、その内部がインク加圧室２４への補給用イ
ンクを収容するインク供給室２６となっている。そし
て、インク加圧室２４とインク供給室２６とをそれぞれ
接続する細溝状の凹部がインク供給路２８となってい
る。

【００１２】圧電プレート１４の凹部形成面には、例え
ばＮｉ電鋳からなるノズルプレート１６が各凹部を覆っ
て接着されている。ノズルプレート１６は各インク加圧
室２４に連通するノズル孔３０を有している。また、ノ
ズルプレート１６のインク吐出側の表面には、インクた
れ防止等のために撥水層３２が設けてある。この撥水層
３２は、例えば、粒子径１μｍの四フッ化エチレンを２
５重量％含むＮｉ共析めっきにより形成される。

【００１３】インク加圧室２４の内面には、例えばＮｉ
めっき層からなる共通電極３４が被覆形成されている。
共通電極３４はインク加圧室２４から圧電プレート１４
へのインク浸透を防止する役割も果たしている。一方、
圧電プレート１４の支持基板１２との対向面には、各イ
ンク加圧室２４に対応して円形の個別電極３６が蒸着、
スパッタリング、めっき等の方法によりパターン形成さ
れている。これにより、高温下で個別電極３６と共通電
極３４との間に高圧の直流電圧を印加し、インク加圧室
２４のノズル孔３０に対向する壁部を分極処理してアク
チュエータ部３８としてある。

【００１４】以上の構成を有するインクジェットヘッド
１０は、つぎのようにして製造される。まず、図３に示
すように、圧電材料からなる平板４０に型材４２を用い
てインク加圧室２４等となる複数の凹部を形成する。型
材４２の先端部には、図４に示すように、インク加圧室
２４、インク供給室２６、インク供給路２８にそれぞれ
対応する超硬等からなる雄型部４４，４６，４８が形成
されている。そして、図５に示すように、この型材４２
を超音波加工機のヘッド部５０に下向きに取り付け、上
記ヘッド部５０を矢印Ａ方向へ降ろして、架台５２上に
固定した圧電材料の平板４０に型材４２を押し付ける。
その際、ヘッド部５０を超音波振動させて型材４２を数
μｍの振幅で上下方向に振動させるとともに、圧電材料
の平板４０の表面に砥粒を分散した砥粒液を四方から流
す。この砥粒液には、例えば、粒径が０．０１〜１０μ
ｍ、好ましくは０．１〜５μｍの酸化セリウムや炭化ケ
イ素などを水や溶剤に分散したものを用いることがで
き、ここでは粒子径２μｍの炭化ケイ素を純水に分散し
たものを用いた。これにより、振動する型材４２と圧電
材料の平板４０との間にある砥粒によって平板４０が削
られてゆき、型材４２の雄型部４４，４６，４８に対応
する形状の凹部が形成され、図６に示すように圧電プレ
ート１４が作製される。

【００１５】つぎに、図７に示すように、共通電極３４
を形成した圧電プレート１４の上部にノズルプレート１
６をエポキシ系熱硬化性接着剤５４により固定する。そ
して、圧電プレート１４の下面に個別電極３６をパター
ン形成し、分極処理を施してアクチュエータ部３８を形
成することにより、インクジェットヘッド１０が完成す
る。最後に、図８に示すように、インクジェットヘッド
１０を支持基板１２上に接着固定する。

【００１６】このように上記インクジェットヘッド１０
は、インク加圧室２４等となる凹部を含む圧電プレート
１４とノズルプレート１６だけで構成されている。した
がって、従来のインクジェットヘッドに比べて構成部材
が少なく、組立時における接着工程も少なくて済むの
で、組立工程の簡略化と歩留まりの向上を図ることがで
き、製造コストを低減できる。また、本件のようにざぐ
り加工を行うことで、チャンネルの主要部を一括して製
作することができ、加工時間を短くでき、また、部品精
度も一定化する。

【００１７】上記インクジェットヘッド１０では、図示
しないインクタンクからインク供給室２６に供給された
インクがインク供給路２８を介して各インク加圧室２４
に収容される。この状態で、画像信号に応じて図示しな
いドライバー回路から個別電極３６および共通電極３４
間に駆動電圧が印加されると、アクチュエータ部３８は
厚み方向（図２の上下方向）に膨らむとともに、アクチ
ュエータ部３８の外面が支持基板１２に固定されておら
ず空気と接しているため横方向（図２の左右方向）にも
収縮変形し、図２中一点鎖線で示すように変位する。こ
の変位により加圧されたインク加圧室２４内のインクが
ノズル孔３０からインク滴となって飛翔し、記録媒体に
付着して画像が記録される。一方、駆動電圧が解除され
るとアクチュエータ部３８は元の状態に復帰し、その
際、インク加圧室２４にはインク供給室２６からインク
供給路２８を介してインクが補給され、つぎのインク飛
翔に備える。

【００１８】このように、インクジェットヘッド１０で
は、アクチュエータ部３８の外面がその変形を妨げない
空気と接しているため変位量を大きくとることができ、
インク吐出効率を向上させることができる。

【００１９】つぎに、上記インクジェットヘッド１０の
変形例について説明するが、同一の構成については同一
符号を付して説明を省略する。図９に示す第１の変形例
のインクジェットヘッド１０ａでは、ノズルプレート１
６がシリコン薄板からなり、ノズル孔３０はエッチング
により形成されている。このエッチングの際に、インク
吐出側では異方性エッチングによりほぼ同一径のノズル
孔が形成され、インク加圧室２４側では等方性エッチン
グによりノズル孔径が広がるように、シリコン薄板の材
質を厚み方向で異ならせてある。なお、５４は接着剤層
である。

【００２０】また、インクジェットヘッド１０ａを支持
する支持基板１２ａの圧電プレート１４との対向面に
は、各インク加圧室２４のアクチュエータ部３８に対応
する複数の凹部６０が形成されており、各凹部６０以外
の部分６２が圧電プレート１４のアクチュエータ部３８
の周囲を支持するようにしてある。これにより、圧電プ
レート３８の支持がより堅固になるため、連動変位を抑
えられるとともに、アクチュエータ部３８が変位する際
の発生力、反発力が大きくなってインク吐出効率を上げ
られる。さらに、上記各凹部６０には低硬度材６４がそ
れぞれ充填してあり、アクチュエータ部３８の外面と接
している。低硬度材６４はアクチュエータ部３８の変位
を妨げないように、弾性率が例えば２００ｋｇｆ／ｃｍ
²以下の材料を使用するのが好ましく、この変形例では
弾性率５０ｋｇｆ／ｃｍのシリコーンゴム接着剤を用い
た。この低硬度材６４はまた、個別電極３６を酸化や汚
れから保護する役割も果たす。

【００２１】図１０に示す第２の変形例のインクジェッ
トヘッド１０ｂは、圧電プレート１４とノズルプレート
１６とがＮｉめっきやはんだめっき等の金属層６６を介
して接着されている。この金属層６４は、インク加圧室
２４の内面の共通電極３４と同時に形成される。その接
着方法については後述する。

【００２２】図１１に示す第３の変形例のインクジェッ
トヘッド１０ｃも同様に、圧電プレート１４とノズルプ
レート１６とが金層層６６を介して接着されている。ま
た、圧電プレート１４の下面には、各インク加圧室２４
間に位置する複数の切り溝６８が形成されている。この
切り溝６８により隣接するアクチュエータ部３８の振動
が相互に干渉して連動変位するのを抑えることができ
る。なお、図１１に示すように、支持基板１２ｂの支持
部２２ｂでインクジェットヘッド１０ｃの端面を支持す
るようにしてもよい。

【００２３】第２，第３の変形例のインクジェットヘッ
ド１０ｂ，１０ｃにおける圧電プレート１４とノズルプ
レート１６の接着はつぎのようにして行う。図１２に示
すように、表面が絶縁性のセラミックヒータ７０の上に
ノズルプレート１６を載置し、その上に金属層６６を下
にして圧電プレート１４を重ねる。そして、圧電プレー
ト１４の上に荷重７２をかけて加圧した状態で、上記ヒ
ータ７０により加熱する。金属層６６が例えばはんだめ
っきの場合には約１９０℃の加熱温度で接着できる。ま
た、金属層６６が例えばＮｉめっきの場合には、金属層
６６の表面が僅かに溶融する程度の融点以下の高温（例
えば、約８００℃）に加熱することにより融着させるこ
とができる。

【００２４】このように、圧電プレート１４とノズルプ
レート１６とを金属層６６により接着したインクジェッ
トヘッドでは、接着剤を用いた場合に生じやすい問題点
を解消できる。すなわち、圧電プレート１４とノズルプ
レート１６とを接着剤で接着した場合には、接着剤の塗
布むらによりインク加圧室２４に臨んで接着剤のはみ出
し部やへこみ部が発生し、インク加圧室２４にインクを
充填したときに上記はみ出し部やへこみ部に気泡が溜ま
りやすいという問題点があったが、金属層６６を介して
接着した場合にははみ出し部等ができることがなく、気
泡発生によるインク吐出不良を防止できる。

【００２５】なお、以上に説明した実施形態および各変
形例では、インクジェットヘッドを支持基板により支持
するようにしたが、支持方法はこれに限定されず、例え
ばインクジェットヘッドの両端側を別部材によりそれぞ
れ支持するようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 インクジェットヘッドのノズルプレート側の
部分平面図である。

【図２】 図１におけるII−II線断面図である。

【図３】 圧電プレートを型材で加工する際の様子を示
す図である。

【図４】 型材の先端を示す斜視図である。

【図５】 超音波加工機で圧電プレートを加工する際の
様子を示す図である。

【図６】 インクジェットヘッドの組立工程を説明する
ための図である。

【図７】 図６と同様に、インクジェットヘッドの組立
工程を説明するための図である。

【図８】 インクジェットヘッドを支持基板に固定した
状態を示す図である。

【図９】 第１の変形例のインクジェットヘッドを示す
部分断面図である。

【図１０】 第２の変形例のインクジェットヘッドを示
す部分断面図である。

【図１１】 第３の変形例のインクジェットヘッドを示
す部分断面図である。

【図１２】 金属層を介して圧電プレートとノズルプレ
ートとを接着する方法を説明するための図である。

【符号の説明】

１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ…インクジェットヘッ
ド、１２，１２ａ…支持基板、１４…圧電プレート、１
６…ノズルプレート、２４…インク加圧室、２６…イン
ク供給室、２８…インク供給路、３０…ノズル孔。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 それぞれ、インクを収容するインク加圧
   室、このインク加圧室への補給用インクを収容するイン
   ク供給室、および上記インク加圧室と上記インク供給室
   とを接続するインク供給路、となる複数の凹部を片面に
   形成した圧電プレートと、この圧電プレートの凹部形成
   面に上記各凹部を覆って接着され、上記インク加圧室に
   連通するノズル孔を有するノズルプレートと、からなる
   インクジェットヘッド。
2. 【請求項２】 上記インク加圧室のノズル孔に対向する
   壁部を分極処理してアクチュエータ部とし、このアクチ
   ュエータ部の外面がアクチュエータ部の変位を妨げない
   空気または低硬度材と接している請求項１に記載のイン
   クジェットヘッド。
3. 【請求項３】 上記圧電プレートと上記ノズルプレート
   とを金属層を介して接着した請求項１または請求項２に
   記載のインクジェットヘッド。