JPH10250072A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 接着剤を用いることなく各構成部材を一体に
接着したインクジェットヘッドを提供する。 【解決手段】 インク加圧室３０、インク供給路２８、
インク供給室３２、およびノズル２４からなるインク流
路３３を含む流路ユニット１２と、この流路ユニット１
２の表面に設けられたインク加圧用圧電アクチュエータ
１４とを備え、上記流路ユニット１２は上記インク流路
３３の一部をなす領域をそれぞれ有する複数のセラミッ
ク層１６，１８，２０，２２を積層して構成され、上記
圧電アクチュエータ１４を焼成する際の加熱により上記
流路ユニット１２の各セラミック層１６，１８，２０，
２２および上記圧電アクチュエータ１４が一体に接着さ
れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像信号に応じて
ノズルからインク滴を吐出し、これ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、インクジェットヘッドとして、収
容されたインクを加圧するインク加圧室、このインク加
圧室にインク供給路を介してインクを供給するインク供
給室、上記インク加圧室で加圧されたインクを吐出する
ノズル、およびインク加圧室内のインクを加圧する圧電
アクチュエータを備えたものが知られている。この種の
インクジェットヘッドは、通常、インク加圧室やインク
供給室やノズルなどを形成するために複数の部材をそれ
ぞれ正確に位置を合わせて接着剤で固定して構成され
る。また、圧電アクチュエータについては、配列された
複数のインク加圧室にそれぞれ対応して設けるため、焼
成済みの一枚の圧電プレートを支持基板に接着固定した
のち、ダイシングソーで溝加工を施して分断することに
より複数の圧電アクチュエータを形成する方法がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、構成部材を接
着剤で固定して組み立てるインクジェットヘッドでは、
構成部材数に応じて接着剤を塗布する工数が必要とな
り、それだけ組立工程が長くなる。また、圧電アクチュ
エータをダイシングソーで一本づつ切り出すのには時間
がかかる。したがって、このような組立および製造工程
を必要とするインクジェットヘッドは量産性が低く、生
産コストが高くつくという問題がある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明のインク
ジェットヘッドは上記問題点を解決するため、収容され
たインクを加圧するインク加圧室、このインク加圧室に
インク供給路を介してインクを供給するインク供給室、
および上記インク加圧室で加圧されたインクを吐出する
ノズルからなるインク流路を含む流路ユニットと、この
流路ユニット上に上記インク加圧室に対応して設けられ
たインク加圧用圧電アクチュエータとを備え、上記流路
ユニットは上記インク流路の一部をなす領域をそれぞれ
有する複数の部材を積層して構成され、上記圧電アクチ
ュエータを焼成する際の加熱により上記流路ユニットの
各構成部材および上記圧電アクチュエータが一体に接着
されている。

【０００５】このインクジェットヘッドでは、上記流路
ユニットが複数のセラミック層を積層して構成され、各
セラミック層が上記加熱により焼成されて一体に接着さ
れるようにしてもよい。

【０００６】また、上記流路ユニットがそれぞれ金属材
料からなるインク加圧室形成部材と、上記インク供給
室、インク供給路およびノズルを備えた基板とで構成さ
れ、これらインク加圧室形成部材と基板とが上記加熱に
より拡散接合して一体に接着されるようにしてもよい。

【０００７】

【発明の効果】本発明のインクジェットヘッドでは、イ
ンク加圧室、インク供給室、インク供給路、およびノズ
ルを有する流路ユニットの各構成部材が圧電アクチュエ
ータの焼成と同時に一体に接着される。また、圧電アク
チュエータも焼成により上記流路ユニットに対して一体
に接着される。これにより、インクジェットヘッドを組
み立てる際に接着剤を塗布する工程が全くなくなり、し
かも、一回の加熱工程で流路ユニットの各構成部材およ
び圧電アクチュエータを一体に接着できるので、組立工
程を簡略化できる。その結果、ヘッドの量産性が向上
し、生産コストを低減できる。

【０００８】

【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１〜３は第１実施形
態のインクジェットヘッド１０を示す。このヘッド１０
は流路ユニット１２と圧電アクチュエータ１４とを備え
ている。流路ユニット１２は、図２，３に示す断面にお
いて点線で区切られる４つのセラミック層１６，１８，
２０，２２を積層して構成され、これらが焼成により一
体に接着されている。また、流路ユニット１２はノズル
２４、ノズル連通孔２６、インク供給路２８、インク加
圧室３０およびインク供給室３２からなるインク流路３
３を有している。

【０００９】上記各セラミック層１６，１８，２０，２
２は、上記インク流路３３の一部をなす領域をそれぞれ
有している。すなわち、第１層目のセラミック層１６に
は漏斗状の上記ノズル２４が複数形成され、図１に示す
ようにインク供給室３２を挟んでその両側に千鳥状に等
ピッチで配置されている。なお、ノズル２４内のインク
メニスカスを安定させるため、第１層目のセラミック層
１６の下面に撥水処理を施すのが好ましい。

【００１０】第２層目のセラミック層１８には上記ノズ
ル連通孔２６が各ノズル２４に連通するように同心状に
形成されている。また、第２層目のセラミック層１８に
は、ヘッド１０の中央を長手方向に延びる上記インク供
給室３２と、このインク供給室３２と各ノズル連通孔２
６とをそれぞれ接続する上記インク供給路２８とが形成
されている。インク供給室３２は、図示しない一端部が
ふさがれており、他方の開口端部３８から図示しないイ
ンクタンクに接続されている。

【００１１】第３層目のセラミック層２０には上記イン
ク加圧室３０が形成され、各ノズル連通孔２６およびイ
ンク供給路２８に連通している。第４層目のセラミック
層２２は上記インク加圧室３０の一壁を形成するように
覆っており、振動板として機能する。また、第４層目の
セラミック層２２の上面には、導電性金属層からなる共
通電極３４が形成されている。

【００１２】略円盤状の上記圧電アクチュエータ１４
は、流路ユニット１２の表面であって上記共通電極３４
上に各インク加圧室３０に対応してそれぞれ設けてあ
る。また、圧電アクチュエータ１４の上部には、導電性
金属層からなる個別電極３６がそれぞれ設けてある。

【００１３】つぎに、上記構成からなるインクジェット
ヘッド１０の製造工程について説明する。上記各セラミ
ック層１６，１８，２０，２２は周知のセラミック材料
（例えば、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム）から
なり、焼成前のグリーンシートの状態でそれぞれ個別に
加工する。

【００１４】図４に示すように、エキシマレーザー光を
複数の開口孔４２を有するマスク４４を介して第１層目
のセラミック層１６となるグリーンシート４０に照射
し、アブレーションにより各ノズル２４を形成する。

【００１５】図５に示すように、第２層目のセラミック
層１８となるグリーンシート４６には、超硬型４８でパ
ンチング成型することにより、それぞれノズル連通孔２
６、インク供給路２８、インク供給室３２となる貫通孔
や溝を形成する。なお、インク供給路３２の両側にノズ
ル連通孔２６およびインク供給路２８を形成するために
超硬型４８またはグリーンシート４６を回転させて２回
のパンチングを行ってもよいし、一回のパンチングで形
成可能なように超硬型４８の型形状を形成しておいても
よい。

【００１６】図６に示すように、第３層目のセラミック
層２０となるグリーンシート５０についても同様に、超
硬型５２でパンチング成型することによりインク加圧室
３０となる矩形貫通孔を形成する。

【００１７】図７に示すように、第４層目のセラミック
層２２となるグリーンシート５４の上面に、共通電極３
４となる電極材料、例えばＡｇ−Ｐｄペーストをスクリ
ーン印刷法等で均一な厚みに塗布し、その上にペースト
状の周知の圧電材料（例えば、ＰＺＴ）をスクリーン印
刷法等で塗布して圧電アクチュエータ１４を形成する。

【００１８】以上のように加工した各グリーンシート４
０，４６，５０，５４を治具によりそれぞれ正確に位置
合わせしながらこの順番で積層し、積層後に加圧して各
シートを密着させる。そして、この積層体を加熱炉に入
れて焼成する。焼成条件としては、例えば約１２００℃
まで２時間かけて昇温し、その温度で１．５時間保持し
たのち、炉内で自然冷却させる。これにより、各セラミ
ック層１６，１８，２０，２２および圧電アクチュエー
タ１４が焼成されて一体に接着される。

【００１９】加熱炉から取り出した焼成体について各圧
電アクチュエータ１４の上部に個別電極３６をＡｇ−Ｐ
ｄペーストのスクリーン印刷やＡｕスパッタリング等に
より形成する。そして、高温下で共通電極３４と個別電
極３６間に高電圧を印加して圧電アクチュエータ１４を
分極処理する。

【００２０】このように、本実施形態のインクジェット
ヘッド１０では、流路ユニット１２を構成する複数のセ
ラミック層１６，１８，２０，２２および圧電アクチュ
エータ１４を接着剤を用いることなく焼成と同時に一体
に接着している。したがって、インクジェットヘッド１
０を組み立てる際に接着剤を塗布する工程が全くなくな
り、しかも、一回の加熱工程で各部材の焼成と接着が同
時に行えるので、ヘッドの組立および製造工程を簡略化
することができ、量産性の向上と生産コストの低減を図
れる。

【００２１】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３２へ供給された
インクがインク供給路２８を介してインク加圧室３０、
ノズル連通孔２６およびノズル２４内に収容される。こ
の状態で、画像信号に応じてドライバ回路から駆動電圧
が個別電極３６と共通電極３２４との間に印加される
と、圧電アクチュエータ１４が径方向に瞬時に収縮変形
する。この変形により図２において点線５８で示すよう
に、第４層目のセラミック層２２がインク加圧室３０に
向かって凸状に湾曲変位する。この変位により加圧され
たインクがノズル２４からインク滴となって吐出し、図
示しない記録媒体に付着して画像が記録される。電圧印
加が解除されると圧電アクチュエータ１４およびインク
加圧室３０の壁部が元の状態に復帰し、インク供給室３
２からインク加圧室３０にインクが補給される。

【００２２】なお、以上に説明したインクジェットヘッ
ド１０の流路ユニット１２を構成するセラミック層の積
層数は４層に限定されるものではなく種々の変更が可能
である。

【００２３】つぎに、図８を参照して第２実施形態のイ
ンクジェットヘッド６０について説明する。図８は上記
インクジェットヘッド１０を示す図２と同方向のヘッド
６０の部分断面図であり、その平面図は図１とほぼ同じ
である。

【００２４】図８に示すように、インクジェットヘッド
６０の流路ユニット１２は、それぞれ金属材料からなる
基板６２とその上部を覆って積層されたインク加圧室形
成部材６４とで構成されている。基板６２は例えばＮｉ
電鋳により形成され、ノズル２４、ノズル連通孔２６、
インク供給室３２、およびノズル連通孔２６とインク供
給室３２とを接続するインク供給路２８を備えている。
インク加圧室形成部材６４には、例えばＮｉ薄板に型押
しすることによりノズル連通孔２６およびインク供給路
２８に連通する半球形のインク加圧室３０が形成されて
いる。また、インク加圧室３０の上部には個別電極３６
を形成した圧電アクチュエータ１４が設けてある。な
お、本実施形態ではインク加圧室形成部材６４自体が導
電性を有するため共通電極として利用できる。

【００２５】上記基板６２とインク供給室形成部材６４
とは、圧電アクチュエータ１４を焼成する際の加熱によ
り、その接触面において拡散接合して一体に接着され
る。したがって、本実施形態についても上記インクジェ
ットヘッド１０の場合と同様に、接着剤を用いることな
く基板６２、インク加圧室形成分材６４および圧電アク
チュエータ１４を一回の加熱工程で接着できるので、ヘ
ッドの組立工程を簡略化することができ、量産性の向上
と生産コストの低減を図れる。

【００２６】上記インクジェットヘッド６０では、ドラ
イバ回路から駆動電圧が個別電極３６とインク加圧室形
成分材６４との間に印加されると、圧電アクチュエータ
１４が矢印方向に収縮変形する。この変形によりインク
加圧室３０の内面が点線で示す状態に変位し、インク加
圧室３０内のインクが加圧されてノズル２４からインク
滴が吐出する。

【００２７】なお、インク加圧室形成分材６４は図８に
示す形状のものに限らず種々の変形が可能であり、例え
ば、上記インクジェットヘッド１０における第３層と第
４層のセラミック層２０，２２を一体形成したような形
状にしてもよい。

【００２８】また、上記第１実施形態においては、焼成
を行った後に個別電極を設けて圧電アクチュエータの分
極処理を行っているが、焼成前に個別電極用の電極材料
をスクリーン印刷等で圧電アクチュエータに塗布してお
き、その後に焼成を行うようにすれば個別電極をも同時
に接合することができ、さらにヘッドの製造工程を簡素
化することができる。また、その場合には、焼成時に一
定時間が経過して圧電材料の結晶化が進んだ後に、共通
電極３４と個別電極３６との間に高電圧を印加して、圧
電アクチュエータの分極を行うこともできる。このよう
にすれば、圧電アクチュエータの分極までを一つの工程
で行うことができ、さらにヘッドの製造工程を簡素化す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１実施形態のインクジェットヘッドの部分
平面図である。

【図２】 図１に示すヘッドのII−II線断面図である。

【図３】 図１に示すヘッドのIII−III線断面図であ
る。

【図４】 流路ユニットの第１層目のセラミック層の加
工方法を示す図である。

【図５】 流路ユニットの第２層目のセラミック層の加
工方法を示す図である。

【図６】 流路ユニットの第３層目のセラミック層の加
工方法を示す図である。

【図７】 流路ユニットの第４層目のセラミック層およ
び圧電アクチュエータの形成方法を説明するための図で
ある。

【図８】 第２実施形態のインクジェットヘッドの部分
断面図である。

【符号の説明】

１０，６０…インクジェットヘッド、１２…流路ユニッ
ト、１６，１８，２０，２２…セラミック層、１４…圧
電アクチュエータ、２４…ノズル、２８…インク供給
路、３０…インク加圧室、３２…インク供給室、３３…
インク流路、６２…基板、６４…インク加圧室形成部
材。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 収容されたインクを加圧するインク加圧
   室、このインク加圧室にインク供給路を介してインクを
   供給するインク供給室、および上記インク加圧室で加圧
   されたインクを吐出するノズルからなるインク流路を含
   む流路ユニットと、この流路ユニット上に上記インク加
   圧室に対応して設けられたインク加圧用圧電アクチュエ
   ータとを備え、上記流路ユニットは上記インク流路の一
   部をなす領域をそれぞれ有する複数の部材を積層して構
   成され、上記圧電アクチュエータを焼成する際の加熱に
   より上記流路ユニットの各構成部材および上記圧電アク
   チュエータが一体に接着されているインクジェットヘッ
   ド。
2. 【請求項２】 上記流路ユニットが複数のセラミック層
   を積層して構成され、各セラミック層が上記加熱により
   焼成されて一体に接着されている請求項１に記載のイン
   クジェットヘッド。
3. 【請求項３】 上記流路ユニットがそれぞれ金属材料か
   らなるインク加圧室形成部材と、上記インク供給室、イ
   ンク供給路およびノズルを備えた基板とで構成され、こ
   れらインク加圧室形成部材と基板とが上記加熱により拡
   散接合して一体に接着されている請求項１に記載のイン
   クジェットヘッド。