JP2002307687A

JP2002307687A - インク吐出装置及びその製造方法

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Publication number: JP2002307687A
Application number: JP2001109894A
Authority: JP
Inventors: Tomoyoshi Yoshioka; 智良吉岡; Yoshiaki Koshiro; 良章小城; Narimitsu Kakiwaki; 成光垣脇
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2001-04-09
Filing date: 2001-04-09
Publication date: 2002-10-23

Abstract

(57)【要約】【課題】ノズルプレートの接着力や密着力を向上させ、
かつ、インク流路に入り込む接着量を抑制し、接着剤に
よってインク吐出孔が塞がれるような不具合の発生を防
止したインク吐出装置を提供する。【解決手段】インク吐出孔４─を有するノズルプレート
１と、そのインク吐出孔４─に連通状態に対応する互い
に平行な複数のインク流路を有し、インクに対して噴射
エネルギーを付与するヘッド部と、が接着・一体化され
てなるインク吐出装置において、ノズルプレート１また
はへツド部の接着面に、インク流路を囲むように空溝５
を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はノズルプレートのイ
ンク吐出孔からインクを噴射して記録動作を行うインク
吐出装置及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、プリンタにおいては、インパクト
印字装置に代わって、カラー化、多階調化に対応し易い
インクジェット方式などのノンインパクト印字装置が急
速に普及しつつある。これに用いるインク吐出装置とし
ては、特に、印字に必要なインク滴のみを吐出するドロ
ップ・オン・デマンド型がインク吐出効率の良さ、低コ
スト化の容易さなどから注目されている。

【０００３】ドロップ・オン・デマンド型では、カイザ
ー方式やサーマルジェット方式が主流となっている。し
かし、カイザー方式は、小型化が困難であるために高密
度化に不向きである。また、サーマルジェット方式は、
インクを高温にして噴射する必要があるため、インクの
耐熱性が要求され、また、エネルギー効率が悪いため省
エネの観点から好ましいものではなかった。

【０００４】このような各方式における欠点を解決する
ために、例えば、特開昭６３−２４７０５１号公報に
は、圧電性基板材料からなるインク流路の両側の壁面に
電極膜を形成し、その電極に電位差を与えることでイン
ク流路壁面を変形させ、その際に生じる圧力波変動を利
用してインクを噴射する圧電駆動によるインク吐出方法
が提案されている。この方法はノズルの高密度化、省エ
ネ化に適している。

【０００５】上記方式を含むインクジェットヘッドは、
図４の斜視図に示すように、へツド部２に形成されたイ
ンク流路３に、ノズルプレート１に形成された直径２０
μｍ程度のテーパー状のインク吐出孔４を対応させて、
ノズルプレート１がへツド部２に接着・一体化されてな
る。そのノズルプレート１の接着面（内面）は接着時に
おける気泡の混入などにより接着強度が低下しないよう
にする必要がある。

【０００６】そのため、特開平１１−２２７１９４号公
報には、へツド部２のノズルプレート１の接着面又はノ
ズルプレート１の内面のいずれかに、インク吐出孔４列
に沿って延びる複数の空構５を形成することでノズルプ
レート１とヘッド部２の間の接着力及び密着力を向上さ
せようとした構成が開示している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述した特開平１１−
２２７１９４号公報に記載のインクジェットヘッドで
は、インク吐出孔４列に沿ってヘッド部２のノズルプレ
ート１の接着面やノズルプレート１の内面に空溝５を形
成するようにしている。このような空溝５の形成によ
り、接着剤の増量が可能となり、接着時の余分な接着剤
が空溝５に入り込むことを利用してノズルプレート１の
接着力や密着力を向上させることができる。

【０００８】しかし、接着剤を増量すると、余分な接着
剤が空溝５に入るだけでなく、インク流路３にもたれ込
むことがあり、そのために、インク流路３内で接着剤が
フィレット状となって凝固し、インク流路３を狭めてし
まうことがある。このような場合には、ヘッド部２に対
するノズルプレート１の取り付け位置精度が低下する
と、インク吐出孔４のインク流路３に対する僅かな位置
ずれによって、インク吐出孔４の一部または全部が閉塞
されてしまうこともあり、正常なインク噴射ができなく
なってしまう。

【０００９】本発明は、このような実情に鑑みてなさ
れ、ノズルプレートの接着力や密着力を向上させ、か
つ、インク流路に入り込む接着量を抑制し、接着剤によ
ってインク吐出孔が塞がれるような不具合の発生を防止
したインク吐出装置及びその製造方法を提供することを
目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の課題を
解決するための手段を以下のように構成している。

【００１１】（１）インク吐出孔を有するノズルプレー
トと、前記インク吐出孔に連通状態に対応する互いに平
行な複数のインク流路を有し、インクに対して噴射エネ
ルギーを付与するヘッド部と、が接着・一体化されてな
るインク吐出装置において、前記ノズルプレートまたは
へツド部の接着面に、空溝を形成したことを特徴とす
る。

【００１２】この構成によれば、空溝の形成により、接
着剤を増量することができ、接着力の強化と、密着性の
向上を図ることができる。

【００１３】（２）前記空溝が、少なくとも前記ヘッド
部のインク流路間の接着面に沿って形成されたことを特
徴とする。

【００１４】この構成によれば、余分の接着剤を、イン
ク流路間の空溝に導入することができるので、インク流
路内へのたれ込みを少なくすることができる。

【００１５】（３）前記空溝が、インク流路を囲むよう
に形成されたことを特徴とする。

【００１６】この構成によれば、空溝を、インク流路を
囲むように形成したので、余分の接着剤を、その空溝に
導入することができ、インク流路内へのたれ込みをより
少なくすることができる。

【００１７】（４）前記空溝の深さが、５〜１０μｍに
設定されていることを特徴とする。

【００１８】この構成によれば、空溝の深さを適切な値
に設定することにより、インク流路への接着剤のたれ込
みを回避し、かつ、接着層中に気泡が混入するのを効果
的に防止することができる。

【００１９】（５）請求項１ないし請求項４のいずれか
に記載のインク吐出装置を製造する方法において、前記
ノズルプレートの素材として合成樹脂材料を用い、レー
ザー加工によって、前記ノズルプレートの接着面に、空
溝を形成することを特徴とするこの構成によれば、空溝
の形成により、空溝がない場合より接着剤を増量するこ
とができるため、接着力の向上と密着性の向上を図るこ
とができる。また、接着工程で、空溝から気泡を押し出
すことができるため、ノズルプレートとヘッド部の界面
（接着層）への気泡の混入を防止することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態に係る
インク吐出装置及びその製造方法について説明する。

【００２１】図１（ａ）、（ｂ）にノズルプレート１の
内面（接着面）から見た斜視図を示し、図２にインクジ
ェットヘッドの斜視図を示す。尚、図２中のノズルプレ
ート１は半分のみを図示している。以下に、図１及び図
２に基づいて、圧電駆動で動作するインクジェットヘッ
ドを例として説明する。

【００２２】インクジェットヘッドは、複数のインク吐
出孔４─を有するノズルプレート１と、インク吐出孔４
─に連通状態に対応する互いに平行な複数のインク流路
３─を有してインクに対して噴射エネルギーを付与する
ヘッド部２と、が接着・一体化されてなる。

【００２３】そのノズルプレート１は、素材として約５
０μｍ程度の厚さを有するポリイミドなどの合成樹脂材
料を用い、エキシマレーザーなどのレーザー加工装置を
用いてヘッド部２との接着面となるノズルプレート１の
片面にレーザーパワーを絞って深さ５〜１０μｍ程度の
空溝５を形成する。なお、この程度に空溝５の深さを設
定することにより、インク流路３への接着剤のたれ込み
を回避し、かつ、接着層中に気泡が混入するのを効果的
に防止できることが確認されている。

【００２４】その空溝５は、図１（ａ）に示すように、
前記インク流路３の壁部（接着面）３１の中心線Ｃ（図
２に一点鎖線で示す両インク流路３，３の中間を通る
線）に沿う縦溝５１─の上下が横溝５２，５２で連通状
態に連なり、その縦溝５１と横溝５２によって各インク
流路（溝）３を囲むように形成する。また、図１（ｂ）
に示すように、前記空溝５の縦溝５１と横溝５２を、ノ
ズルプレート１の端部にまで引き延ばすように形成して
もよい。

【００２５】次に、ノズルプレート１にインク吐出孔４
を形成する。該インク吐出孔４は上記空溝５と異なり、
ノズルプレート１を貫通する。このインク吐出孔４の形
成に際しては、前記空溝形成時よりもレーザーパワーを
上げ、内面側の方が径が大きくなるテーパー状となるよ
うに、かつ、インク流路３の中心部に孔の中心が対応す
るように、インク流路３の数に相応するだけインク吐出
孔４を形成する。

【００２６】ヘッド部２は、ヘッド基板２１と蓋２２か
らなり、その製作方法について説明すると、まず、ヘッ
ド基板２１は、分極処理を施したチタン酸ジルコン酸鉛
（ＰＺＴ）やチタン酸鉛（ＰＺ）などの圧電セラミック
材料からなる圧電性基板に、ダイヤモンドブレードを用
いて、溝深さ約３００μｍ、幅約１００μｍで、お互い
に平行な複数の溝（インク流路３となる）（３）を形成
する。

【００２７】次に、蒸着装置、スパッタリング装置また
はプラズマＣＶＤ装置を用いて、Ｃｕ、Ａｌ、Ｃｒ、Ａ
ｕといった導電性を有する金属膜を溝（３）の壁面に約
１μｍ程度の膜厚となるように時間を調節しながら成膜
し、圧電駆動用の電極膜６を形成することにより、ヘッ
ド基板２１を製作する。

【００２８】次いで、平板状の基板からなる蓋２２の片
面を接着面として、研磨加工し、前記ヘッド基板２１の
接着面上の不要な電極膜６を除去して平坦化を施した
後、そのヘッド基板２１と蓋２２とを接着することによ
り、溝（３）の上部を閉塞してインク流路３を形成する
（図２参照）。

【００２９】次に、前記製造したノズルプレート１のイ
ンク吐出孔４が、ヘッド基板２１のインク流路３の中心
位置となるように位置合わせを行い、１０μｍ程度の厚
さの接着剤によってノズルプレート１とへツド部２を加
圧接着する。

【００３０】この程度の厚さの接着剤を用いて加圧接着
することにより、余分な接着剤がノズルプレート１内面
に形成した空溝５（５１＋５２）に入ることで、接着剤
のインク流路３内へのたれ込みを抑制することができ、
大きい接着剤のフィレットがインク流路部３に生じてイ
ンク吐出孔４が塞がれるような不具合の発生を回避する
ことができる。また、接着層中に気泡が混入するのを効
果的に防止することができる。従って、強力な接着力と
高い密着性を確保することができる。

【００３１】ところで、図２に示すように、インク流路
３の形状は、一般にインク吐出孔４の列方向（図示では
横方向）が短辺となる。そのため、インク流路３に対す
るインク吐出孔４の位置ずれの影響で、ノズル吐出孔４
が塞がれる可能性（危険性）は、長辺方向に生じたフィ
レットによる場合が高い。

【００３２】そこで、ノズルプレート１内面に形成され
る空溝５の縦溝５１─を、上述のように、インク流路
３，３間の中心線Ｃ（図２の一点鎖線参照）に沿って形
成することで、接着剤のインク流路３内へのたれ込みを
少なくし、長辺方向のフィレット発生量を少なくするこ
とができ、インク吐出孔４が塞がれるのを効果的に防止
することができる。

【００３３】また、図１（ｂ）で示すように空溝５（縦
溝５１及び横溝５２）をノズルプレート１の端部まで引
き伸ばすことで、ノズルプレート１とへツド部２の加圧
接着工程時において、空溝５を通して気泡を外部に押し
出すことができ、へツド部２に対するノズルプレート１
の密着力を高めることができる。

【００３４】以上本実施の形態ではノズルプレート１の
内面に空溝５を設け、ノズルプレート１の接着強度及び
密着強度を向上させたインク吐出装置について説明し
た。更に、ノズルプレート１への空構５の形成に代え
て、または、その空溝５に加えて、図３に示すようにへ
ツド部２の接着面側においても、インク流路３を囲むよ
うに空溝５を形成することにより、同様に、ノズルプレ
ート１の接着強度や密着強度を顕著に向上させることが
でき、かつ、インク流路３内への接着剤のたれ込みを効
果的に防ぐことができる。

【００３５】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明
は、以下の効果を奏する。

【００３６】請求項１によれば、ノズルプレートまたは
へツド部の接着面に、空溝を形成したので、接着剤を増
量することができ、接着力の強化と、密着性の向上を図
ることができる。

【００３７】請求項２によれば、ヘッド部のインク流路
間の接着面に沿って空溝を形成したので、余分の接着剤
を、インク流路間の空溝に導入することができ、インク
流路内へのたれ込みを少なくすることができる。

【００３８】請求項３によれば、空溝を、インク流路を
囲むように形成するので、余分の接着剤を、その空溝に
導入することができ、インク流路内へのたれ込みをより
少なくすることができる。

【００３９】請求項４によれば、空溝の深さを５〜１０
μｍに設定したので、インク流路への接着剤のたれ込み
を回避し、かつ、接着層中に気泡が混入するのを効果的
に防止することができる。

【００４０】請求項５によれば、ノズルプレートの素材
として合成樹脂材料を用い、レーザー加工によって、前
記ノズルプレートの接着面に、空溝を形成するので、空
溝の形成により、空溝がない場合より接着剤を増量する
ことができるため、接着力の向上と密着性の向上を図る
ことができる。

【００４１】また、接着工程で、空溝から気泡を押し出
すことができるため、ノズルプレートとヘッド部の界面
（接着層）への気泡の混入を防止することができ、製品
品質を安定に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係るノズルプレート内面の
斜視図である。

【図２】同インクジェットヘッドの一部破断斜視図であ
る。

【図３】同インクジェットヘッドの変形例を示す一部破
断斜視図である。

【図４】従来例のインクジェットヘッドの一例を示す組
立対応斜視図である。

【符号の説明】

１−ノズルプレート２−ヘッド部３−インク流路４−インク吐出孔５−空構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者垣脇成光大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内Ｆターム(参考） 2C057 AF65 AG12 AG89 AP23 AP25

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インク吐出孔を有するノズルプレート
と、前記インク吐出孔に連通状態に対応する互いに平行な複
数のインク流路を有し、インクに対して噴射エネルギー
を付与するヘッド部と、が接着・一体化されてなるイン
ク吐出装置において、前記ノズルプレートまたはへツド部の接着面に、空溝を
形成したことを特徴とするインク吐出装置。
【請求項２】前記空溝が、少なくとも前記ヘッド部の
インク流路間の接着面に沿って形成されたことを特徴と
する請求項１に記載のインク吐出装置。
【請求項３】前記空溝が、インク流路を囲むように形
成されたことを特徴とする前請求項１または２に記載の
インク吐出装置。
【請求項４】前記空溝の深さが、５〜１０μｍに設定
されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか
に記載のインク吐出装置。
【請求項５】請求項１ないし請求項４のいずれかに記
載のインク吐出装置を製造する方法において、前記ノズルプレートの素材として合成樹脂材料を用い、
レーザー加工によって、前記ノズルプレートの接着面
に、空溝を形成することを特徴とするインク吐出装置の
製造方法。