JP2001341302A - インクジェット記録ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】蓋部材とノズル部材との接着に用いられる接着
剤の一部が、インク吐出孔側にはみ出し、インク滴の吐
出速度や吐出するインク滴の着弾位置がばらつく。 【解決手段】少なくとも一部が圧電材料からなる複数の
隔壁１にて仕切られたインクの流路２を備え、複数の隔
壁１の両側面に駆動用電極３を有する流路部材５と、複
数の隔壁１の頂面に接合され、流路２と連通する案内孔
８を有する蓋部材６と、蓋部材６上に接着剤を介して接
合され、案内孔８と連通するインク吐出孔９を有するノ
ズル部材７とからなり、駆動用電極３に通電して隔壁１
を屈曲変位させて流路２内のインクを加圧し、インクを
案内孔８を介してインク吐出孔９に移動させインク吐出
孔９よりインク滴を吐出させるインクジェット記録ヘッ
ドにおいて、蓋部材６の案内孔８周囲および／またはノ
ズル部材７のインク吐出孔９周囲で蓋部材６とノズル部
材７との接着面に切欠部１０を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、微細なインク吐出
孔からインク滴を吐出して文字や画像を印刷する各種プ
リンターや記録計、あるいは捺染分野で文様形成に用い
られる印刷機等の記録装置に搭載されるインクジェット
記録ヘッドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、マルチメディアの浸透に伴い、イ
ンパクト方式の記録装置にかわってインクジェットや熱
転写等を利用したノンインパクト方式の記録装置が開発
され、その利用範囲が各種産業分野及び一般家庭分野に
おいて広まりつつある。

【０００３】かかるノンインパクト方式の記録装置のな
かでも、前記インクジェット方式を利用した記録装置は
多階調化やカラー化が容易で、ランニングコストが低い
ことから将来性が注目されている。

【０００４】このインクジェット記録ヘッドは、図３
（ａ）に示すように、圧電セラミック板に両端が開放さ
れた溝を複数並設したものを２列形成し、各溝の両端開
放部に封止部材３２を接合して各溝の両端を閉塞するこ
とにより各溝をインクの流路２２とし、各溝を仕切る壁
を隔壁２１とした２列の流路群を備え、各隔壁２１の両
側面に駆動用電極２３を有した流路部材２５と、該流路
部材２５の上面に各流路２２と連通する案内孔２８を備
えた蓋部材２６がエポキシ系接着剤によって接合され、
さらに蓋部材２６の上面にエポキシ系接着剤によって前
記案内孔２８と連通するインク吐出孔２９を備えたノズ
ル部材２７が接合されて形成されている。

【０００５】なお、前記蓋部材２６の上面には帯状の凹
部が形成してあり、凹部底面にインク供給孔２４が開口
するとともに、蓋部材２６の凹部とノズル部材２７とで
インク通路３１を形成してある。そして、２列の流路群
に備える流路２２は、流路部材２５の端面に対して斜め
に並設してあり、一方の流路群に対応する２つのインク
吐出孔２９の間に、他方の流路群に対応する一つのイン
ク吐出孔２９が位置するように構成してある。

【０００６】また、図３（ｂ）に示すように、蓋部材２
６及びノズル部材２７に設けられた案内孔２８とインク
吐出孔２９は蓋部材２６とノズル部材２７との接着部に
おいて互いにほぼ同じ径となっている（特開平７−７６
０８３号公報参照）。

【０００７】そして、このインクジェット記録ヘッドよ
りインク滴を吐出するには、駆動用電極２３に電圧を印
加し、隔壁２１を形成する圧電セラミックスに剪断モー
ド変形を起こさせ、上下が拘束された隔壁２１に略
「く」の字状に屈曲変位させることによって、流路２２
内のインクを加圧するとともに該インクを案内孔２８よ
りインク吐出孔２９に移動させることによって行われ
る。

【０００８】また、一方の流路群に対応する２つのイン
ク吐出孔２９の間に、他方の流路群に対応する一つのイ
ンク吐出孔２９が位置するように構成してあることか
ら、一つのインクジェット記録ヘッドから吐出するイン
ク滴の間隔を狭め、印字のドット密度を高めることがで
きるようになっている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
インクジェット記録ヘッドは、蓋部材２６とノズル部材
２７との接着が平面的であること、蓋部材２６に形成さ
れた案内孔２８とノズル部材２７に形成されインク吐出
孔２９の径が蓋部材２６とノズル部材２７との接着部に
おいて互いにほぼ同じとなっていること等から、蓋部材
２６とノズル部材２７とを接着剤を介して接着する際、
接着剤の一部がインク吐出孔２９に容易にはみ出し、イ
ンク吐出孔２９の孔径にばらつきを発生させてしまい、
その結果、駆動用電極２３に電圧を印加してインク吐出
孔２９よりインク滴を吐出させた場合、インク滴の吐出
速度や吐出するインク滴の着弾位置にばらつきが生じ、
奇麗で、鮮明な記録ができないという欠点を有してい
た。

【００１０】本発明は、上記欠点に鑑み案出されたもの
で、その目的はインク滴の吐出速度、インク滴の着弾位
置を一定として奇麗で、鮮明な記録ができるインクジェ
ット記録ヘッドを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、少なくとも一
部が圧電材料からなる複数の隔壁にて仕切られたインク
の流路を備え、前記複数の隔壁の両側面に駆動用電極を
有する流路部材と、前記複数の隔壁の頂面に接合され、
前記流路と連通する案内孔を有する蓋部材と、前記蓋部
材上に接着剤を介して接合され、前記案内孔と連通する
インク吐出孔を有するノズル部材とからなり、前記駆動
用電極に通電して隔壁を屈曲変位させることにより前記
流路内のインクを加圧してインクを案内孔を介してイン
ク吐出孔に移動させるとともにインク吐出孔よりインク
滴を吐出させるようになしたインクジェット記録ヘッド
において、前記蓋部材の案内孔周囲および／またはノズ
ル部材のインク吐出孔周囲で蓋部材とノズル部材との接
合面に切欠部を有することを特徴とするものである。

【００１２】また本発明は、前記切欠部の断面積が０．
１×１０^-3〜４．０×１０^-3（ｍｍ ²）であることを特
徴とするものである。

【００１３】本発明のインクジェット記録ヘッドによれ
ば、蓋部材の案内孔周囲および／またはノズル部材のイ
ンク吐出孔周囲で蓋部材とノズル部材との接着面に、例
えば、断面積が０．１×１０^-3〜４．０×１０^-3（ｍｍ
²）の切欠部を設けたことから，蓋部材とノズル部材と
を接着剤を介して接着する際、接着剤の一部がインク吐
出孔側にはみ出ようとしても、そのはみ出ようとする接
着剤の一部は前記切欠部に溜まってインク吐出孔の孔径
にばらつきを発生させることはなく一定となり、その結
果、インク吐出孔よりインク滴を吐出させた際、インク
吐出孔はその孔径が一定であることからインク滴の吐出
速度や吐出するインク滴の着弾位置も均一となり、これ
によって極めて奇麗で、鮮明な記録が可能となる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付図
面に基づいて説明する。

【００１５】図１は本発明のインクジェット記録ヘッド
の一実施形態を示す図であり、（ａ）はその一部を破断
した斜視図、（ｂ）は同図（ａ）のＸ−Ｘ線部分断面図
である。

【００１６】本発明のインクジェット記録ヘッド（以下
ヘッドと称す）は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように複
数の隔壁１を並設し、各隔壁１間をインクの流路２と
し、各流路２の底部にはインク供給孔４を備えた圧電セ
ラミックスからなる流路部材５と、前記隔壁１の両側面
にそれぞれ形成された駆動用電極３と、隔壁１の頂面に
熱硬化性の接着剤にて接合され、各流路２と連通する案
内孔８を備えた蓋部材６と、該蓋部材６上に熱硬化性の
接着剤にて接合され、前記案内孔８に連通するインク吐
出孔９を有したノズル部材７とで構成されている。

【００１７】前記流路部材５は、例えば、チタン酸ジル
コン酸鉛（ＰＺＴ系）、マグネシウムニオブ酸鉛（ＰＭ
Ｎ系）、ニッケルニオブ酸鉛（ＰＮＮ系）を主成分とす
る周知の圧電セラミックスや、これら主成分を複合した
圧電セラミックス等からなり、該圧電セラミックスから
なる基板に、ダイシングソー等のダイヤモンドブレード
によって研削加工して、インクの流路２として作用する
複数の溝を並設し、各流路２の底部にはインクを供給す
るインク供給孔４が備えられ、各流路２を仕切る壁を隔
壁１とする。また、前記各流路２の両端は閉じた構造と
し、流路部材５を形成する圧電セラミックスには矢印の
方向に予め分極処理が施してあり、また、前記各隔壁１
の両側面にはその上半分の長手方向全体に駆動用電極３
が設けられている。

【００１８】前記駆動用電極３は、白金、金、パラジウ
ム、ロジウム、ニッケル、アルミニウム等の金属、ある
いは白金―金、パラジウム―銀、白金―パラジウム等を
主体とする合金からなる金属膜から形成され、該金属膜
を各隔壁１の両側面から頂面の周縁部に沿って、蒸着、
無電解メッキ法、スパッタリング法等によって被着した
後、隔壁１の頂面に被着した金属膜の中央をＹＡＧレー
ザー、ＣＯ₂レーザー、エキシマレーザー等のレーザー
加工によって分断することで形成される。

【００１９】前記流路部材５の上面には、各流路２の上
部を塞ぐべく各隔壁１の頂面にエポキシ系接着剤等の熱
硬化性の接着剤によって蓋部材６が接合されており、該
蓋部材６には各流路２と連通する複数の案内孔８が形成
されている。

【００２０】前記蓋部材６は、酸化アルミニウム質焼結
体等のセラミックス、ガラス、シリコン、モリブデン系
やニッケル系の金属等の材料からなり、例えば、酸化ア
ルミニウム質焼結体で形成されている場合には、酸化ア
ルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、
酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等の原料粉末に適当な有機
バインダー、溶剤を添加混合して泥漿状のセラミックス
ラリーと成すとともに該セラミックスラリーを周知のド
クターブレード法等のシート状のセラミックグリーンシ
ートを得、しかる後、前記セラミックグリーンシートに
案内孔８の形状とすべく適切な径を有する孔を打ち抜き
加工により施すとともに、これを複数枚積層し、最後に
積層されたセラミックグリーンシートを約１６００℃の
温度で焼成することによって製作される。また、ガラ
ス、シリコン、モリブデン系やニッケル系の金属等の場
合には、板状体を用意し、ＹＡＧレーザー、ＣＯ₂レー
ザー、エキシマレーザー等のレーザー加工やエッチング
加工によって、案内孔８の形状とすべく適切な径を有す
る孔を設けることによって製作できる。

【００２１】更に、前記蓋部材６の上面には、エポキシ
系接着剤等の熱硬化性の接着剤によって案内孔８に連通
するインク吐出孔９を有するノズル部材７が接合されて
いる。

【００２２】前記ノズル部材７は、例えば、樹脂系のフ
ィルム、ポリイミド系樹脂で形成されており、均一なイ
ンク滴を形成するため、またインク滴の着弾位置を正確
にするためにも、前記インク吐出孔９を精度良く形成す
る必要があることから、加工性の良い樹脂にて形成する
ことが好ましく、特に、ヘッドを製作する際に加えられ
る熱に対して、耐熱性の良いポリイミド樹脂は好適であ
り、所定位置にインク吐出孔９の形状とすべく適切な径
を有する孔をレーザ加工やエッチング加工によって設け
ることによって製作できる。

【００２３】ここで、本発明においては、図１（ｂ）に
示す部分断面図のように、前記蓋部材６に設けられた案
内孔８周囲で蓋部材６とノズル部材７との接着面に断面
三角形状の切欠部１０を設けておくことが重要である。

【００２４】前記切欠部１０は、蓋部材６とノズル部材
７とを接着剤を介して接着する際、接着剤の一部がイン
ク吐出孔９側にはみ出ようとしても、そのはみ出ようと
する接着剤の一部を溜まらせるための空隙として作用
し、蓋部材６上にノズル部材７をエポキシ系接着剤等を
介して接着する際、前記接着剤の一部がインク吐出孔９
側にはみ出ようとしても、そのはみ出ようとする接着剤
の一部は前記切欠部１０内に溜まってインク吐出孔９の
孔径にばらつきを発生させることはなく、その結果、イ
ンク吐出孔９の孔径が一定となり、インク吐出孔９より
インク滴を吐出させた際、インク滴の吐出速度や吐出す
るインク滴の着弾位置が均一となって極めて奇麗で、鮮
明な記録が可能となる。また同時に、蓋部材６とノズル
部材７との接着剤を介しての接着が前記切欠部１０内に
溜まった接着剤により三次元的となり、接着強度が一層
強いものとなる。

【００２５】なお、前記切欠部１０は蓋部材６の案内孔
８周囲にレーザ加工やエッチング加工等を施すことによ
って所定の大きさに形成される。

【００２６】また、前記切欠部１０は断面三角形状のも
のに限定されることなく、断面四角形状、断面扇状であ
ってもよい。

【００２７】更に、前記切欠部１０は蓋部材６の案内孔
８周囲に限らず、ノズル部材７のインク吐出孔９周囲で
蓋部材６とノズル部材７との接着面に設けても、蓋部材
６の案内孔８周囲とノズル部材７のインク吐出孔９周囲
の両方に設けても良い。

【００２８】また更に、前記切欠部１０はその断面積が
０．１×１０^-3（ｍｍ²）未満となると蓋部材６とノズ
ル部材７とを接着剤を介して接着する際のはみ出した接
着材を完全に吸収することができず、接着剤の一部がイ
ンク吐出孔９側にはみ出してインク滴の吐出速度や吐出
するインク滴の着弾位置にばらつきを発生させてしまう
危険性があり、また４．０×１０^-3（ｍｍ²）を超えた
場合、蓋部材６及びノズル部材７の接着面が減少し、蓋
部材６に対するノズル部材７の接着強度が低下するとと
もに、蓋部材６の案内孔８周囲の機械的強度が低下し、
隔壁１の変位にともなって加わる圧力に十分耐え得るこ
とができなくなる危険性がある。従って、前記切欠部１
０の断面積は０．１×１０^-3〜４．０×１０^-3（ｍ
ｍ²）の範囲としておくことが好ましい。

【００２９】なお、前記切欠部１０の断面積とは、前記
蓋部材６及びノズル部材７に垂直に、且つそれぞれに設
けられた案内孔８、インク吐出孔９の中心を通過するよ
うに切断した際の断面における断面積を示すものであ
る。

【００３０】このようにして得られたヘッドを用いて記
録媒体（不図示）へ印刷するには、図２（ａ）に示すよ
うに、先ず、インクとして顔料タイプの油性インク、水
性染料インクまたは紫外線硬化インク等のインクをイン
ク供給孔４より各流路２へ導入し、例えば駆動用電極３
ｂ，３ｃ及び駆動用電極３ｈ，３ｉにそれぞれ負極の電
圧を、駆動用電極３ａ，３ｄ，３ｇ，３ｊに正極の電圧
を印加すると、隔壁１ａ及び隔壁１ｂが流路２ａ側へ屈
曲変位するとともに、隔壁１ｄ，１ｅが流路２ｄ側へ屈
曲変位するため、流路２ａ，２ｄ内に充填されたインク
を加圧して、インク吐出孔９よりインク滴を吐出するよ
うになっている。

【００３１】次に、各駆動用電極３ａ〜３ｄ，３ｇ〜３
ｊへの通電を遮断すると、屈曲変位していた隔壁１ａ，
１ｂ，１ｄ，１ｅが弾性作用によって元の形状に戻り、
流路２ａ，２ｄ内が減圧される結果、インク供給孔４か
らインクの導入が開始されることになり、さらに前述し
た駆動用電極３ａ〜３ｄ，３ｇ〜３ｊへ正負を逆転して
電圧を印加すると、図２（ｂ）に示すように隔壁１ａ，
１ｂが流路２ａに対して外側へ屈曲変位するとともに、
隔壁１ｄ，１ｅがインク流路２ｄに対して外側へ屈曲変
位するため、流路２ａ，２ｄ内がさらに減圧されてイン
クが充填されることになる。そして、各駆動用電極３ａ
〜３ｄ，３ｇ〜３ｊへの通電を遮断すると、屈曲変位し
ていた隔壁１ａ，１ｂ，１ｄ，１ｅが弾性作用によって
元の形状に戻り、次のインクの吐出段階に入るようにな
っており、これらの動作を順次繰り返すことでインク吐
出孔９からインク滴を連続的に吐出するようになってい
る。

【００３２】かくして本発明によれば、蓋部材６の案内
孔８周囲および／またはノズル部材７のインク吐出孔９
周囲で蓋部材６とノズル部材７との接着面に、例えば、
断面積が０．１×１０^-3〜４．０×１０^-3（ｍｍ²）の
切欠部１０を設けたことから，蓋部材６とノズル部材７
とを接着剤を介して接着する際、接着剤の一部がインク
吐出孔９側にはみ出ようとしても、そのはみ出ようとす
る接着剤の一部は前記切欠部１０に溜まってインク吐出
孔９の孔径にばらつきを発生させることはなく一定とな
り、その結果、インク吐出孔９よりインク滴を吐出させ
た際、インク吐出孔９はその孔径が一定であることから
インク滴の吐出速度や吐出するインク滴の着弾位置も均
一となり、これによって極めて奇麗で、鮮明な記録が可
能となる。

【００３３】なお、本発明は上述の実施形態に限定され
るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれ
ば種々の変更は可能であり、例えば、上述の実施形態に
おいて、隔壁１の長手方向両端部にインク溜部を設け、
隔壁１が前記両端部で拘束されないものとしておくと、
隔壁１の変位を充分に利用することができインク滴の吐
出性能をより高めることができる。

【００３４】また、図１では流路部材５全体を圧電セラ
ミックスにて形成した例を示したが、本発明では、少な
くとも隔壁１のみを圧電セラミックスにより形成されて
いれば良く、また、隔壁１は対向する分極方向を持った
２層の圧電セラミック部材を接着剤等によって接合した
ものであっても構わない。特に、このような対向する分
極方向を備えた２層の隔壁１から形成される場合は、隔
壁１の接合部を中心に大きく「く」の字状に屈曲変位さ
せることができるため、インク滴の吐出性能をより一層
高めることができる。

【００３５】

【発明の効果】本発明のインクジェット記録ヘッドによ
れば、蓋部材の案内孔周囲および／またはノズル部材の
インク吐出孔周囲で蓋部材とノズル部材との接着面に、
例えば、断面積が０．１×１０^-3〜４．０×１０^-3（ｍ
ｍ²）の切欠部を設けたことから、蓋部材とノズル部材
とを接着剤を介して接着する際、接着剤の一部がインク
吐出孔側にはみ出ようとしても、そのはみ出ようとする
接着剤の一部は前記切欠部に溜まってインク吐出孔の孔
径にばらつきを発生させることはなく一定となり、その
結果、インク吐出孔よりインク滴を吐出させた際、イン
ク吐出孔はその孔径が一定であることからインク滴の吐
出速度や吐出するインク滴の着弾位置も均一となり、こ
れによって極めて奇麗で、鮮明な記録が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明におけるインクジェット記録ヘ
ッドの一実施形態を示す一部を破断した斜視図であり、
（ｂ）は同図（ａ）のＸ−Ｘ線部分断面図である。

【図２】（ａ），（ｂ）は本発明のインクジェット記録
ヘッドの駆動原理を説明するための部分断面図である。

【図３】（ａ）は従来のインクジェット記録ヘッドの一
部を破断した斜視図であり、（ｂ）は同図（ａ）の要部
拡大断面図である。

【符号の説明】

１，２１：隔壁 ２，２２：流路 ３，２３：駆動用電極 ４，２４： インク供給孔 ５，２５：流路部材 ６，２６：蓋部材 ７，２７：ノズル部材 ８，２８：案内孔 ９，２９：インク吐出孔 １０ ：切欠部 ３１ ：インク通路 ３２ ：封止部材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも一部が圧電材料からなる複数の
   隔壁にて仕切られたインクの流路を備え、前記複数の隔
   壁の両側面に駆動用電極を有する流路部材と、前記複数
   の隔壁の頂面に接合され、前記流路と連通する案内孔を
   有する蓋部材と、前記蓋部材上に接着剤を介して接合さ
   れ、前記案内孔と連通するインク吐出孔を有するノズル
   部材とからなり、前記駆動用電極に通電して隔壁を屈曲
   変位させることにより前記流路内のインクを加圧してイ
   ンクを案内孔を介してインク吐出孔に移動させるととも
   にインク吐出孔よりインク滴を吐出させるようになした
   インクジェット記録ヘッドにおいて、前記蓋部材の案内
   孔周囲および／またはノズル部材のインク吐出孔周囲で
   蓋部材とノズル部材との接着面に切欠部を有することを
   特徴とするインクジェット記録ヘッド。
2. 【請求項２】前記切欠部の断面積が０．１×１０^-3〜
   ４．０×１０^-3（ｍｍ²）であることを特徴とする請求
   項１に記載のインクジェット記録ヘッド。