JPH1164175A - インクジェットヘッドの接着不良診断方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のノズルの検査方法で生する無駄な作業
時間を無くし、圧電素子の接着不良を早期に発見して、
検査方法を簡素化し、生産効率を向上させることを課題
とする。 【解決手段】 各ノズル毎にインピーダンスアナライザ
を接続して圧電素子の固有振動数を測定することによ
り、正常な接着状態の場合の固有振動数からずれた振動
数を示すものを接着不良と判断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】オフィス用並びに産業用イン
クジェットプリンタのインクジェットヘッドの検査方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】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ヘッドで、特に多数のノズルを高密
度に集積させたマルチノズルインクジェットヘッドの圧
電素子の接着不良を検出する検査方法に関するものであ
る。

【０００３】オンデマンド型インクジェットヘッドには
インクを噴射する方式として電気ヒータによりインク中
に気泡を発生させてインクを噴射するサーマル方式と、
圧電素子を用いて、加圧室の壁面の一部を変形させてイ
ンクを噴射する圧電素子方式とがある。

【０００４】サーマル方式はリソグラフィ技術により微
細な加工が可能で、ノズルピッチを１００μｍ以下に出
来るという長所があるが、噴射する液体の沸点が１００
℃程度に限定され、且つ連続噴射の際の周波数が１０ｋ
Ｈｚ程度に限られるという短所がある。この沸点の制限
はインクの種類を制限するため、産業応用の面では支障
になることがある。

【０００５】圧電素子方式は圧電素子の変位量が小さい
のでインク噴射のためには加圧室の振動板表面積を大き
くする必要があり、そのため、ノズルピッチを１４０μ
ｍ程度までしか小さくできない。しかし、駆動周波数は
圧電素子の形状に依存するので、圧電素子寸法を適切に
選択すれば２０ｋＨｚ以上にすることが出来、印刷速度
の高速化に適した方式といえる。また、サーマル方式と
違ってインクの種類を選ばないという利点もあり、産業
用で見受けられる高粘度インクの噴射も可能である。従
って、圧電素子方式のインクジェットのニーズは今後ま
すます大きくなるものと予想される。

【０００６】本発明はインクジェットヘッド製造時の非
破壊検査法に関するものである。従来の検査方法は、プ
リントヘッドを製造した後、インクを噴射し、所望の噴
射状態（例えば、駆動電圧、液滴速度）が得られない場
合に、圧電素子と圧電素子固定板との接着部分が不良で
ないかと疑問を持ち、その部分を分解して、接着部を観
察して接着状態の不良を確認していたようである。

【０００７】

【発明が解決しようする課題】上記のような接着部分を
分解して検査する方法では、分解等に時間を要し、原因
確定に時間がかかり、また、製造の全工程を完了して初
めて不良を検知することになり、無駄な作業時間を費や
すことになっていた。また、接着不良になったものをイ
ンクを噴射すると、圧電素子の力が振動板に正常に伝わ
らず、インク噴射のための駆動電圧が正常な場合に比較
して高くなり、エネルギの無駄となっていた。更にはイ
ンク吐出不良を引き起こしていた。

【０００８】本発明では前記の無駄な作業時間を費やす
ことを無くし、不良を早期に発見して生産効率を向上す
る方法を提案するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
の本発明の構成は、インクを蓄える加圧室と、電気信号
の印加により前記加圧室内に圧力変動を発生させる圧電
素子と、前記加圧室の壁面の少なくとも一部を形成して
圧電素子と弾性材料で連結されている振動板と、前記加
圧室にインクを供給する流路となるリストリクタと、該
リストリクタにインクを供給する共通インク供給路と、
インク液滴を加圧室から噴射するための噴射口となるオ
リフィスと、前記圧電素子を固定する圧電素子固定基板
等によって構成された複数のノズルを有するインクジェ
ットヘッドにおいて、インピーダンスアナライザを用い
て各ノズル毎の圧電素子の固有振動数を測定し、前記圧
電素子と、前記圧電素子固定板との間の接着の不良を検
知することにある。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明につ
いて説明する。

【００１１】図１は、本発明で用いたマルチノズルイン
クジェットヘッドのノズル部の構成を示す断面図であ
る。このヘッドは、入力信号に応じてインクを噴射する
ことにより記録を行うことができる。

【００１２】１はオリフィス、２は加圧室、３は振動
板、４は圧電素子、５ａ、５ｂは信号入力端子、６は圧
電素子固定基板、７は共通インク供給路８と加圧室２と
を連結し加圧室２へのインク流入を制御するリストリク
タ、９は振動板３と圧電素子４とを連結する弾性材料
（たとえばシリコン接着剤など）、１０はリストリクタ
７を形成するリストリクタプレート、１１は加圧室２を
形成する加圧室プレート、１２はオリフィス１を形成す
るオリフィスプレート、１３は振動板３を補強する支持
板、１４、１５は共通インク供給流路プレート、１６は
共通インク供給路カバー、１９は圧電素子４の外部電極
と外部の回路とを接続させるための導電性接着剤、２０
はインク流路のフィルタである。

【００１３】振動板３、リストリクタプレート１０、加
圧室プレート１１、支持板１３、共通インク供給路プレ
ート１４、１５、共通インク供給路カバー１６は、例え
ばステンレス材からエッチング等で製作され、オリフィ
スプレート１２はニッケル材から作られている。また、
圧電素子固定板６は、セラミックス、ポリイミドなどの
絶縁物から作られている。

【００１４】インクは、上流から下流へ向かって共通イ
ンク供給路８、リストリクタ７、加圧室２、オリフィス
１の順に流れる。共通インク流路８とリストリクタ７と
の間にはフィルタ２０がある。

【００１５】圧電素子４は信号入力端子５ａと５ｂの間
に電位差が印加されたときに伸縮し、信号入力端子５ａ
と５ｂ間に電位差が無くなればもとの状態にもどるよう
に取り付けられている。

【００１６】図２は本発明の実施例を示すインクジェッ
トヘッドのノズル列を示すものである。図に示してある
ように１列につき３２個のノズルが並べてある。また、
図では全部で１２列のノズル列が示してある。

【００１７】図３は図１に直角な方向の断面図である。
図において、４は圧電素子、６は圧電素子を固定する圧
電素子固定基板である。

【００１８】図４に本発明のインクジェットヘッドの組
み立て構成図を示す。以下、図１〜図４を参照してこの
ヘッドを製作する順序を以下に説明する。

【００１９】まず、圧電素子固定基板６に圧電素子棒を
複数本（図２、４の場合は６本）並べて接着固定する。
次に、各々の圧電素子棒の側面の外部電極と圧電素子固
定板表面との間に導電性接着剤１９を塗布する。その
後、複数の圧電素子棒をダイシングソー、ワイヤソー等
を利用した切断により分割する。この時、分割された各
々の圧電素子４は加圧室２に一対一で対応するようにな
っている。また、同時に導電性接着剤１９も各々の圧電
素子４毎に対応するように分割された構造になってい
る。

【００２０】圧電素子固定基板６はプリント配線基板に
似た構造をしている。圧電素子固定基板６の表裏両面間
を穴で連絡してあり、圧電素子４が接着してある面に対
して反対側にあたる面には外部配線（以下ＦＰＣとい
う）と接続するためのターミナルがある（図示せず）。
前記分割作業の後でＦＰＣを圧電素子固定基板６上のタ
ーミナルに半田付けすることにより、圧電素子４に外部
から電気信号を加えることが出来る。また、圧電素子４
の静電容量などを測定することもできる。

【００２１】次に、リストリクタプレート１０、振動板
３、支持板１３の３枚を纏めて接着する。更に、これに
オリフィスプレート１２、加圧室プレート１１を追加し
て接着する。この組み合わせを組み合わせ１と呼ぶ。こ
こで２段階に分けたのは圧電素子の変位を直接受ける振
動板に隣接した２枚だけを特に丁寧に接着するためであ
る。

【００２２】次に共通インク供給路プレート１４および
１５、共通インク供給路カバー１６の３枚のプレートを
纏めて接着する。これを組み合わせ２と呼ぶ。

【００２３】次に組み合わせ１と組み合わせ２とを一体
に接着し、一体となった組み合わせに圧電素子固定基板
取り付け用プレート１７を接着固定する。これを組み合
わせ３と呼ぶ。

【００２４】最後に、６列の圧電素子列を並べた圧電素
子固定基板６を２枚合わせて組み合わせ３に接着固定す
ることにより、図２に示す、１２列の圧電素子列を作る
ことが出来る。

【００２５】図４ではヒータ２０を共通インク供給路カ
バー１６に貼り付ける構造になっているが、これはイン
クとして室温で固体であるホットメルトインクを使用す
ることを想定した場合である。室温で液体であるインク
を用いる場合はヒータ２０を挟む必要はない。

【００２６】次に圧電素子の接着状態を検査する方法に
ついて説明する。

【００２７】まず、初めに記した圧電素子棒をダイシン
グソー、ワイヤソー等で切断し、ＦＰＣを圧電素子固定
基板６に半田付けした後で、各々の圧電素子４の静電容
量を測定する。静電容量が正常値に達しない場合は圧電
素子４の外部電極に問題があると判断する。

【００２８】次に固有振動数に着目し、その数値が正常
値（強固な接着が得られた場合の固有振動数で、物理的
には長い棒の一端を固定し、他端を自由端にした場合の
固有振動数に近い）からずれた場合は、圧電素子４と圧
電素子固定基板６の接着が不良であると判断する。

【００２９】前記のように圧電素子４を圧電素子固定基
板６に接着した後、ＦＰＣを半田付けするために接着部
が高温にさらされる。半田付け温度が極端に高い場合は
前記接着部で不良が発生する可能性がある。よって、イ
ンピーダンスアナライザを用いて各ノズル毎に固有振動
数を測定し、夫々のノズルの固有振動数が正常値に合致
するか否かを確認するとよい。

【００３０】図５は本発明の検査方法によって得られた
各ノズル毎の固有振動数の測定結果を示す。発明者らが
実験的に作製した３２ノズルを有するインクジェットヘ
ッドの各ノズルの固有振動数をインピーダンスアナライ
ザ（ヒューレットパッカード社製；機種名 4194 IMPEDA
NCE／GAIN-PHASE ANALYZER）にて測定したものである。

【００３１】図において、ノズルＮｏ１４〜１９および
２３〜２５では、基本波の固有振動数が明瞭に現れず、
高調波の固有振動数が正常値より小さくなった。確認の
ため、このインクジェットヘッドにインクを充填し、イ
ンク吐出を行ったところ、通常の値よりも高電圧を印可
しないとインクが吐出されなかった。ノズルによっては
吐出不良も観測された。更に、このインクジェットヘッ
ドを分解し、接着部を観察して接着状態の不良を確認し
たところ、確かに接着不良は発生していた。

【００３２】このように、本発明においては、上記のよ
うな方法をとることにより、ジェットパック製造中途で
非破壊で圧電素子と圧電素子固定部分の接着不良部分を
発見することが出来、接着不良を発見できずそのまま製
造作業を続けた場合の無駄な作業を無くすことが出来
る。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、ジェットパック製造中
途で非破壊で圧電素子と圧電素子固定部分の接着不良部
分を発見することが出来、製造時の無駄な作業を無くす
ことが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明で用いたインクジェットヘッドのノズ
ル断面図。

【図２】 本発明で用いたインクジェットヘッドのオリ
フィスの配置を示す正面図。

【図３】 図１のＡ−Ａ断面図。

【図４】 本発明で用いたインクジェットヘッドの組立
状態を説明する斜視図。

【図５】 本発明の検査方法の測定結果を説明するグラ
フ。

【符号の説明】

１はオリフィス、２は加圧室、３は振動板、４は圧電素
子、５ａと５ｂは信号入力端子、６は圧電素子固定基
板、７はリストリクタ、８は共通インク供給路、９はシ
リコンゴム、１０はリストリクタプレート、１１は加圧
室プレート、１２はオリフィスプレート、１３は支持
板、１４、１５は共通インク供給路プレート、１６は共
通インク供給路カバー、１７は圧電素子固定板取り付け
用プレート、１８はヒータ、１９は導電性接着剤、２０
はフィルタである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久貝 健一 茨城県ひたちなか市武田1060番地 日立工 機株式会社内 (72)発明者 黒澤 信広 茨城県ひたちなか市武田1060番地 日立工 機株式会社内 (72)発明者 能登 信博 茨城県ひたちなか市武田1060番地 日立工 機株式会社内 (72)発明者 秋元 和明 茨城県ひたちなか市武田1060番地 日立工 機株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクを蓄える加圧室と、電気信号の印
   加により前記加圧室内に圧力変動を発生させる圧電素子
   と、前記加圧室の壁面の少なくとも一部を形成して圧電
   素子と弾性材料で連結されている振動板と、前記加圧室
   にインクを供給する流路となるリストリクタと、該リス
   トリクタにインクを供給する共通インク供給路と、イン
   ク液滴を加圧室から噴射するための噴射口となるオリフ
   ィスと、前記圧電素子を固定する圧電素子固定基板等に
   よって構成された複数のノズルを有するインクジェット
   ヘッドにおいて、 インピーダンスアナライザを用いて各ノズル毎の圧電素
   子の固有振動数を測定し、前記圧電素子と、前記圧電素
   子固定板との間の接着の不良を検知することを特徴とす
   るインクジェットヘッドの接着不良診断方法。