JP2002321359A - 静電アクチュエータ及びそれを用いたインクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 振動室と封止位置との距離を短縮することの
できる静電アクチュエータ及びインクジェットヘッドを
提供すること。 【解決手段】 インクジェットヘッド１において、アク
チュエータ１′の振動室１６を気密封止するために通路
９に塗布される封止材９０として、紫外線に反応して硬
化する機能と、加熱により硬化する機能とを兼ね備え、
選択もしくは併用して硬化させる事が出来る、紫外線熱
硬化型接着剤を用いることを特徴とする。この封止材９
０は、紫外線との反応により短時間で硬化するので、通
路９に塗布した封止材９０の流れを通路９内において短
い侵入量で止める事ができ、振動室１６への流れ込みを
防ぐことができる。従って、通路９３や配線部２３を短
縮でき、インクジェットヘッド１の小型化を図ることが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、静電アクチュエー
タ及びこの静電アクチュエータを備えたインクジェット
ヘッドに関するものである。さらに詳しくは、静電アク
チュエータの振動室に対する封止技術に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット記録装置のインクジェッ
トヘッド等は、半導体の微細加工技術を用いて形成され
たアクチュエータを備えている。この種のアクチュエー
タとしては、駆動源として静電気力を利用した静電アク
チュエータが知られている。

【０００３】この静電アクチュエータは、例えば、図１
及び図２に示すように、ガラス基板４、流路形成板２及
びノズルプレート３がこの順に積層された構造になって
おり、流路形成板２の表面に形成されている凹部がノズ
ルプレート３によって塞がれて、独立した複数のインク
室５、１つの共通インク室６、及び共通インク室６を各
インク室５に連通させるインク供給路７が区画形成され
ている。

【０００４】また、流路形成板２において、インク室５
の底壁は肉薄に形成されて、面外方向、すなわち、図１
の上下方向に弾性変位可能な振動板５１が構成されてい
る。これに対して、ガラス基板４の表面には、流路形成
板２の各インク室５に対応する位置に凹部８が形成さ
れ、この凹部８の上面側を流路形成板２で塞ぐことによ
り、振動室１６及びこの振動室１６に連通する通路９が
形成されている。

【０００５】また、振動室１６の底部にはＩＴＯ膜から
なるセグメント電極１０が形成され、このセグメント電
極１０からは、通路９の底部を通るように配線部２３が
延設され、配線部２３の先端部は、流路形成板２から露
出する位置で端子部２４を構成している。

【０００６】ここで、流路形成板２は、導電性を有して
いるので、流路形成板２と各端子部２４との間に駆動信
号を印加すると、駆動信号の電圧変化に基づいて、動板
５１とセグメント電極１０との間に静電気力が発生して
振動板５が撓んでインク室５の容積が拡がり、印加を止
めると静電気力が消失し、振動板５１がその弾性復帰力
によって元の形状に復帰してインク室５の容積が急激に
収縮する。

【０００７】このとき発生するインク圧力によって、イ
ンク室５を満たすインクの一部が、このインク室５に連
通するノズル１１からインク滴として吐出される。

【０００８】ここで、振動室１６が通路９を介して外部
に連通していると、振動室１６内に大気中の水分や塵埃
が侵入し、振動板５１の弾性変位が阻害される。このた
め、従来は、流路形成板２の縁部分において通路９を塞
ぐようにエポキシ系封止材などを塗布した後、熱硬化さ
せ、振動室１６を気密封止している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ように、通路９に塗布したエポキシ系封止材を熱硬化さ
せることにより、振動室１６を気密封止する構成では、
未硬化のエポキシ系封止材が振動室１６内に向けて流れ
込むという問題点がある。

【００１０】このような問題点は、通路９や配線部２３
を長くして、振動室１６と封止部分との間に十分な距離
を確保することによって解消できる。しかしながら、こ
のような対策を施すと、インクジェットヘッド１（静電
アクチュエータ）の小型化を妨げてしまうという新たな
問題点が発生する。

【００１１】以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、
振動室を気密封止するための封止材として短い侵入量で
流れを止める事が可能なものを用いることにより、振動
室と封止位置との距離を短縮することのできる静電アク
チュエータ、及びこの静電アクチュエータを用いたイン
クジェットヘッドを提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明では、振動板と、該振動板に対向配置された
対向電極と、該対向電極と前記振動板との間に形成され
た振動室と、該振動室に連通し他方が封止材によって気
密封止された通路とを有する静電アクチュエータにおい
て、前記封止材として、紫外線に反応して硬化する機能
と、加熱により硬化する機能とを兼ね備えている紫外線
熱硬化型接着剤を用いることを特徴とする。

【００１３】本発明では、静電アクチュエータの振動室
を気密封止するための封止材として、紫外線に反応して
硬化する紫外線熱硬化型接着剤を用いたため、短時間か
つ常温で封止材を硬化させることができる。このため、
封止材が振動室に流れ込むことがない。それ故、振動室
に封止材が侵入することを防止することを目的に、振動
室から離れた位置で気密封止を行う必要がないので、こ
の部分の距離を短縮できる。

【００１４】よって、静電アクチュエータの小型化を図
ることができる。更に、紫外線熱硬化型接着剤は、熱に
も反応して硬化するため、紫外線の届かない部分を加熱
により硬化させる事ができる。また、エポキシアクリレ
ートを主成分とする紫外線熱硬化型接着剤からなる封止
材は、硬化時のガス発生が少ないため、振動室内の汚染
が少ない。従って、静電アクチュエータの信頼性が高
い。

【００１５】本発明に係る静電アクチュエータでは、前
記対向電極からは、前記通路を通って前記封止材による
封止部分の外側にまで至る配線部が延設されている。

【００１６】また、前記振動室及び前記通路は、例え
ば、当該振動室及び当該通路を構成するための凹部が形
成された第１の基板の表面に、前記振動板が形成された
第２の基板が積層されてなる。

【００１７】本発明を適用した静電アクチュエータは、
例えば、ノズルと、該ノズルに連通し前記振動板が一部
に形成されているインク流路と、前記振動板と前記対向
電極との間に静電気を発生させて前記振動板を変位させ
る駆動手段とを有し、該駆動手段は、前記振動板と前記
対向電極との間に駆動信号を印加する電圧印加手段を備
え、前記駆動信号の電圧変化に基づいて前記ノズルから
インク滴が吐出されるように構成されているインクジェ
ットヘッドに用いることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】図面を参照して、本発明の実施の
形態を説明する。

【００１９】［静電アクチュエータ／インクジェットヘ
ッドの構成］本発明は、静電アクチュエータ（インクジ
ェットヘッド）において、振動室を気密封止する封止材
に特徴を有しており、この封止材が用いられる静電アク
チュエータの構成は、以下に説明する各実施の形態で共
通である。従って、各実施の形態を説明する前に、図１
及び図２を参照して、本発明が適用される静電アクチエ
ュータ（インクジェットヘッド）の要部の構成を説明す
る。

【００２０】図１は、本発明が適用される静電アクチュ
エータを備えたインクジェットヘッドの断面図であり、
図２は、その平面図である。

【００２１】図１及び図２に示すように、インクジェッ
トヘッド１に構成されている静電アクチュエータ１′
は、ガラス基板４、導電性を有するシリコン基板からな
る流路形成板２、及びシリコン基板からなるノズルプレ
ート３がこの順に積層された３層構造になっている。ガ
ラス基板４としては、シリコン基板と熱膨張係数が近い
ホウ珪酸ガラス基板が用いられている。

【００２２】中央の流路形成板２には、半導体プロセス
を利用して表面からエッチングを施すことにより、多数
の溝が形成されており、これらの溝の上面がノズルプレ
ート３によって塞がれて、独立した複数のインク室５、
１つの共通インク室６、及び共通インク室６を各インク
室５に連通させるインク供給路７が区画形成されてい
る。

【００２３】ノズルプレート３には、各インク室５の先
端側の部分に対応する位置にノズル１１が形成され、こ
れらのノズル１１は、各インク室５にそれぞれ連通して
いる。共通インク室６が位置しているノズルプレート３
の部分には、共通インク室６に連通するインク供給口１
２が形成されている。インクは、外部に設置されている
インクタンク（図示せず）からインク供給口１２を通っ
て共通インク室６に供給され、共通インク室５に供給さ
れたインクは、各インク供給路７を通って各インク室５
に供給される。

【００２４】独立した各インク室５の底壁は、肉薄に形
成されて、面外方向、すなわち、図１の上下方向に弾性
変位可能な振動板５１として機能する。

【００２５】ガラス基板４において、その上面である流
路形成板２との接合面では、流路形成板２の各インク室
５に対応する位置に浅い凹部８が複数、エッチング形成
され、これらの凹部８の上面が流路形成板２によって塞
がれて各振動室１６が構成されているとともに、各振動
室１６の各々に連通する通路９が形成されている。

【００２６】各振動室１６及び各通路９の底部には、Ｉ
ＴＯ膜からなるセグメント電極１０が形成されている。
これらのセグメント電極１０の各々からは、各通路９を
通って、流露形成板２の縁からはみ出す位置まで配線部
２３が延設され、これらの配線部２３の先端部によって
端子部２４が構成されている。

【００２７】ここで、振動板５１と、これに対向配置さ
れたセグメント電極１０との対向間隔（振動室１６の深
さ）は、凹部８の深さとセグメント電極１０の厚さとの
差に相当し、かなり狭いものである。

【００２８】このように構成したインクジェットヘッド
１の静電アクチュエータ１′において、一方が振動室１
６に連通する通路９は、他方端が流路形成板２との間
で、各実施の形態ごとに後述する封止材９０によって封
止され、振動室１６は気密封止された状態にある。従っ
て、振動室１６には、大気中の水分や塵埃が侵入するこ
とがない。

【００２９】図２において、インクジェットヘッド１で
は、導電性を有するシリコン基板からなる流路形成板２
の振動板５１と、ガラス基板４に形成されている各セグ
メント電極１０との間に駆動電圧を印加する電圧印加手
段２１を備えた駆動手段２０が構成されており、外部か
ら供給される信号に応じて、振動板５１とセグメント電
極１０との間に駆動信号を印加する。

【００３０】すなわち、電圧印加手段２１の一方の出力
は、各セグメント電極１０の端子部２４に接続されてい
るとともに、他方に出力は、流路形成板２に形成されて
いる共通電極２２に接続されている。ここで、流路形成
板２は、それ自身が導電性を有するため、共通電極２２
から振動板５１の共通電極に電圧を印加することが可能
である。

【００３１】なお、振動板５１に対してより低い電気抵
抗で電圧を印加する必要がある場合には、例えば、流路
形成板２の一方の面に金などの導電性材料の薄膜を蒸着
法やスパッタ法により形成すればよい。

【００３２】このように構成したインクジェットヘッド
１において、駆動手段２０の電圧印加手段２１からの駆
動信号が振動板５１と各セグメント電極１０との間に印
加されると、駆動信号の電圧変化に基づいて、振動板５
１と各セグメント電極１０との間に充電された電荷によ
って静電気力が発生し、振動板５１はセグメント電極１
０の側に撓み、インク室５の容積が拡がる。この状態か
ら、電圧印加手段２１から印加される駆動信号の電圧が
低下すると、振動板５１と各セグメント電極１０との間
で放電が起こって静電気力が消失し、振動板５１は、そ
の弾性復帰力によって元の形状に復帰する結果、インク
室５の容積が急激に収縮する。

【００３３】この時に発生するインク圧力によって、イ
ンク室５を満たすインクの一部が、このインク室５に連
通するノズル１１からインク滴として吐出され、インク
滴によって、記録用紙などの記録媒体に記録が行われ
る。

【００３４】このような構成のインクジェットヘッド１
を製造するときには、流路形成板２の端縁において、通
路９に封止材９０をスポット状、あるいはライン状に塗
布した後、封止材９０を硬化させて振動室１６を気密封
止する。このような気密封止を行うにあたって、本発明
では、以下に説明するように、封止材９０を通路９の先
端側に塗布し、通路９において短い侵入量で流れを止め
る事が可能なものを用いることにより、振動室１６と、
封止位置との距離Ｌを狭めてインクジェットヘッド１の
小型化を実現する。

【００３５】本発明では、図１及び図２を参照して説明
したインクジェットヘッド１において、振動室１６を気
密封止するための封止材９０として、紫外線に反応して
硬化する機能と、加熱により硬化する機能とを兼ね備え
た、紫外線熱硬化型接着材を用いる。ここで、封止材９
０には、主成分として、化学式1に示すような、エポキ
シ樹脂にアクリル酸またはメタクリル酸を反応させて合
成される重合体である、エポキシアクリレートが含まれ
ているとよい。

【００３６】

【化１】 前記紫外線熱硬化型接着剤は、紫外線と熱のどちらかを
選択、もしくは併用して硬化させる事ができるため、紫
外線の届かない部分に対しては加熱により硬化させる事
ができる。故に、前記紫外線熱硬化型接着剤を封止材９
０に用いた場合、紫外線をガラス基板４を透過させて封
止材９０に当て、封止材９０の表面を短時間で硬化させ
ることにより、封止材９０の流れを通路９において短い
侵入の内に止め、その後、加熱により封止材９０の深部
まで確実に硬化させるという方法が適用できる。

【００３７】この方法を用いれば、封止剤９０が振動室
１６に流れ込まず、更に、通路９の長さを短くする事が
できるため、インクジェットヘッド１の小型化が可能と
なる。そして封止材９０の深部まで確実に硬化させるこ
とが出来るため、気密封止の信頼性は高い。

【００３８】また、前記紫外線熱硬化型接着剤の主成分
がエポキシアクリレートであるため、硬化時のガス発生
が少なく、振動室１６内の汚染が少ない。さらに、エポ
キシアクリレートが化学式１において重合するｎが２か
ら２０のオリゴマーであれば、粘度が比較的低くて安定
し、封止材９０の侵入量を均一に揃える事ができる。

【００３９】封止材９０として用いる前記紫外線熱硬化
型接着剤には、例えば、エマーソンアンドカミング社製
のエコボンドUV-300を用いる事ができる。エコボンドUV
-300は、エポキシアクリレートを主成分としているた
め、硬化時のガスの発生が少なく、振動室１６内の汚染
が少ない。エコボンドUV-300は、波長365nm近辺の紫外
線に反応して硬化する。よって、紫外線照射装置は365n
m近辺の波長の紫外線を発生する光源を有するものがよ
い。

【００４０】前記光源の種類としては、紫外線照射強度
と高率の点で、水銀灯を用いるのがよい。エコボンドUV
-300は、光源に水銀灯を用いた紫外線を、ホウケイ酸ガ
ラスであってコーニング社製７７４０からなる厚さ1mm
のガラス基板４を透過して照射されることによって、表
面が数秒で硬化する。エコボンドUV-300の深部は、温度
１２０℃で10分の加熱によって硬化することができる。

【００４１】従って、エコボンドUV-300を封止剤９０に
用いれば、紫外線照射により数秒で封止材９０の表面を
硬化し、通路９における封止材９０の流れをとめ、その
後に、加熱によって深部を硬化すればよいので、封止剤
９０が振動室１６に流れ込まず、確実な硬化も可能とな
る。

【００４２】更に、エコボンドUV-300の粘度が、5000か
ら20000cps程度であれば、通路９における封止材９０の
侵入速度が抑えられるため、通路９の長さを短くする事
ができる。従って、インクジェットヘッド１の小型化が
可能となる。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において、
静電アクチュエータの振動室を気密封止するための封止
材として用いた紫外線熱硬化型接着剤は、紫外線に反応
して常温、かつ数秒といった短時間で硬化する。

【００４４】従って、任意のタイミングで硬化が可能で
あるため、封止材の振動室への流れ込みを防ぐことがで
きる。それ故、振動室に封止材が侵入することを防止す
ることを目的に、振動室から離れた位置で気密封止を行
う必要がないので、この部分の距離を短縮できる。よっ
て、静電アクチュエータおよびインクジェットヘッドの
小型化を図ることができる。さらに、紫外線熱硬化型接
着剤は熱にも反応して硬化するため、紫外線の届かない
部分であっても加熱により硬化させる事ができる。

【００４５】また、エポキシアクリレートを主成分とし
た紫外線熱硬化型接着剤とすれば、硬化時のガスの発生
が少なく、気密封止される気密室内の汚染が少なく、信
頼性は高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される静電アクチュエータを備え
たインクジェットヘッドの断面図である。

【図２】図１に示すインクジェットヘッドの平面図であ
る。

【符号の説明】

１ インクジェットヘッド １′ 静電アクチュエータ ２ 流路形成板 ３ ノズルプレート ４ ガラス基板 ５ 独立したインク室 ６ 共通インク室 ７ インク供給路 ８ 凹部 ９ 通路 １０ セグメント電極 １１ ノズル １２ インク供給口 １６ 振動室 ２０ 駆動手段 ２１ 電圧印加手段 ２２ 共通電極 ２３ 配線部 ２４ 端子部 ５１ 振動板 ９０ 封止材

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 振動板と、該振動板に対向配置された対
   向電極と、該対向電極と前記振動板との間に形成された
   振動室と、該振動室に連通し他方が封止材によって気密
   封止された通路とを有する静電アクチュエータにおい
   て、 前記封止材は、紫外線に反応して硬化する紫外線硬化型
   接着剤であることを特徴とする静電アクチュエータ。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記封止材は、紫外線に反応して硬化する機能と、加熱
   により硬化する機能とを兼ね備えている紫外線熱硬化型
   接着剤であることを特徴とする静電アクチュエータ。
3. 【請求項３】 請求項１ないし２において、 前記組成物には、エポキシアクリレートが含まれている
   ことを特徴とする静電アクチュエータ。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかにおいて、
   前記対向電極からは、前記通路を通って前記封止材によ
   る封止部分の外側にまで至る配線部が延設されているこ
   とを特徴とする静電アクチュエータ。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれかにおいて、 前記振動室及び前記通路は、当該振動室及び当該通路を
   構成するための凹部が形成された第１の基板の表面に、
   前記振動板が形成された第２の基板が積層されてなるこ
   とを特徴とする静電アクチュエータ。
6. 【請求項６】 請求項１ないし５のいずれかに記載の静
   電アクチュエータを備えたインクジェットヘッドであっ
   て、ノズルと、該ノズルに連通し前記振動板が一部に形
   成されているインク流路と、前記振動板と前記対向電極
   との間に静電気を発生させて前記振動板を変位させる駆
   動手段とを有し、 該駆動手段は、前記振動板と前記対向電極との間に駆動
   信号を印加する電圧印加手段を備え、前記駆動信号の電
   圧変化に応じて前記ノズルからインク滴が吐出されるよ
   うに構成されていることを特徴とするインクジェットヘ
   ッド。