JP2010069799A - インクジェットヘッド、インクジェットヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストを低廉に維持しつつ、電極の腐食を防止することができるインクジェットヘッドを提供する。
【解決手段】インクジェットヘッド１１は、複数のノズル２７を有するノズルプレート１８と、ノズル２７に対応するように溝状をなした複数の圧力室１４と、この圧力室１４に隣接して設けられるとともに圧力室１４を加圧してノズル２７から液を吐出させる駆動素子と、を有する圧電体１２と、圧力室１４の１つの壁部を構成する壁部構成部材と、圧力室１４内で圧電体１２に密着するように設けられるとともに、駆動素子に電力を供給する電極１６と、電極１６の表面を被覆するように圧電体１２に塗布されたコーティング材１９と、を具備する。コーティング材１９は、圧電体１２と壁部構成部材とを接着するための接着剤を兼ねている。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のノズルからインクを吐出させることが可能なインクジェットヘッド、およびインクジェットヘッドの製造方法に関する。

インク流路内に配置する電極に保護膜を形成することで、電極の腐食を防止したインクジェットヘッドが開示されている。このインクジェットは、インク流路となる溝および溝の内面に配置される電極を有するＰＺＴ基板と、インク流路に対応する位置にノズル孔が設けられたノズルプレートと、電極の上側に被覆された電着絶縁膜と、電着絶縁膜の上側に被覆されたポリパラキシレン膜と、を有している。

このインクジェットヘッドでは、電着絶縁膜によって電極との間の密着性、絶縁性を確保している。また、ポリパラキシレン膜によって、均一被覆性を確保している。電着絶縁膜およびポリパラキシレン膜によって、電極の腐食を防止している（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−１２２６８４号公報

上記のような従来型のインクジェットヘッドでは、電着絶縁膜およびポリパラキシレン膜の２層を電極の表面に形成する必要があり、製造プロセスが複雑になっている。また、複数工程を経てインクジェットヘッドが完成されるため、結果として製造コストが上昇することになる。

本発明の目的は、製造コストを低廉に維持しつつ、電極の腐食を防止することができるインクジェットヘッドを提供することにある。

本発明の一つの形態に係るインクジェットヘッドは、複数のノズルを有するノズルプレートと、前記ノズルに対応するように溝状をなした複数の圧力室と、この圧力室に隣接して設けられるとともに前記圧力室を加圧して前記ノズルから液を吐出させる駆動素子と、を有する圧電体と、前記圧力室の１つの壁部を構成する壁部構成部材と、前記圧力室内で前記圧電体に密着するように設けられるとともに、前記駆動素子に電力を供給する電極と、前記電極の表面を被覆するように前記圧電体に塗布されたコーティング材と、を具備し、前記コーティング材は、前記圧電体と前記壁部構成部材とを接着するための接着剤を兼ねている。

本発明の他の形態に係るインクジェットヘッドは、複数のノズルを有するノズルプレートと、ノズルに対応するように溝状をなした複数の圧力室と、この圧力室に隣接して設けられるとともに圧力室を加圧してノズルから液を吐出させる駆動素子と、を有する圧電体と、圧電体が取り付けられる基板と、圧力室の１つの壁部を構成する壁部構成部材と、圧力室内で圧電体に密着するように設けられるとともに、駆動素子に電力を供給する電極と、電極の表面を被覆するように圧電体および基板に塗布されたコーティング材と、を具備し、コーティング材は、基板と壁部構成部材とを接着するための接着剤を兼ねている。

本発明の一つの形態に係るインクジェットヘッド製造方法は、圧力室に連通したノズルから液を吐出させる駆動素子と、この駆動素子に電力を供給する電極と、を作りこんだ圧電体に対してコーティング材を塗布して電極を被覆するとともに、コーティング材を利用して圧力室の１つの壁部を構成する壁部構成部材を圧電体に接着する。

本発明の他の形態に係るインクジェットヘッド製造方法は、圧力室に連通したノズルから液を吐出させる駆動素子とこの駆動素子に電力を供給する電極とを作りこんだ圧電体と、この圧電体が接着される基板と、に対してコーティング材を塗布して前記電極を被覆するとともに、前記コーティング材を利用して、前記圧力室に連通する共通液室の少なくとも１つの壁部を構成する壁部構成部材を前記基板に接着する。

本発明によれば、製造コストを低廉に維持しつつ、電極の腐食を防止することができるインクジェットヘッドを提供することができる。

以下、図面を参照しながらこの発明の第１の実施形態について説明する。
図１と図２に示すように、インクジェットヘッド１１は、内部で液が循環しない、いわゆる非循環式のインクジェットヘッドである。このインクジェットヘッド１１は、板状になった圧電体１２と、圧電体１２が接着される基板１３と、圧電体１２に溝状に形成される圧力室１４と、圧力室１４を間に挟んだ両側に設けられる駆動素子である側壁１５と、圧力室１４の底部および側壁１５の表面に形成された電極１６と、電極１６の表面を被覆するように圧電体１２に塗布されたコーティング材１９と、圧力室１４の上面を覆う天板１７と、圧力室１４の１つの面を形成するノズルプレート１８と、図示しない駆動回路と、を有している。

電極１６は、圧力室１４内で圧電体１２に密着するように設けられている。さらに、インクジェットヘッド１１は、それぞれ電極１６に接続された配線２８を有している。

基板１３は、例えば、セラミックス材料によって板状に形成されている。圧力室１４は、圧電体１２の一方の面から研削加工を行うことで、溝状に形成されている。圧力室１４は、ノズルに１対１で対応するように横並びに設けられている。

天板１７は、圧力室１４の少なくとも１つの壁部を構成する壁部構成部材の一例である。天板１７は、圧電体１２の１つの面を覆うように圧電体１２に接着されている。天板１７は、板状に形成されている。天板１７は、その内面から窪んで形成された共通液室１７Ａを有している。共通液室１７Ａは、天板１７を圧電体１２に接着した状態において、各圧力室１４に連通される。天板１７は、さらに、共通液室１７Ａに連通する供給孔２６を有している。供給孔２６は、例えば図示しないタンクに連なる供給流路に接続される。供給孔２６を介して、インクジェットヘッド１１は、外部から液（インク）の供給を受けることができる。

圧電体１２は、個別に分極処理を行った第１の圧電部材２４および第２の圧電部材２５と、これらを接着するための接着剤２３と、を有している。第１および第２の圧電部材２４、２５は、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）でそれぞれ形成されている。第１の圧電部材２４と第２の圧電部材２５の分極方向は、図２に矢印で示すように、互いに対向する向きになっている。

側壁１５は、第１の圧電部材２４と第２の圧電部材２５とによって形成されており、駆動電圧の印加によって横方向に振動し、圧力室１４内の液を加圧することができる。側壁１５は、隣接する２つの圧力室１４を仕切るのみならず、２つの圧力室１４の圧力を個別に制御するための駆動素子を兼ねている
ノズルプレート１８は、複数のノズル２７を有しており、各ノズル２７は、圧力室１４に連通するように形成されている。ノズルプレート１８は、例えばポリイミドによって方形板状に形成されている。各ノズル２７から、液滴を吐出することができる。電極１６は、圧力室１４の底部および側壁１５の表面に対して例えば無電解ニッケルメッキを施して形成されている。同様に、圧電体１２の圧力室１４が形成されていない部分に無電解ニッケルメッキを施して、電極１６に連なる配線２８が等間隔で形成される。インクジェットヘッド１１は、さらに、駆動回路を有し、駆動回路は、配線２８および電極１６を介して側壁１５に電圧を印加してノズル２７からの液滴の吐出を駆動する。

本実施形態において、コーティング材１９は、例えば、熱硬化型のエポキシ系接着剤で構成され、絶縁性を有している。このコーティング材１９は、圧電体１２と天板１７との間にも介在されている。コーティング材１９は、電極１６の表面を覆う保護膜として機能するだけでなく、圧電体１２と天板１７とを接着する接着剤をも兼ねている。コーティング材１９は、熱硬化型のエポキシ系接着剤に限定されるものではなく、例えば、ＵＶ硬化型の接着剤や、液状アクリル系接着剤であってもよい。これらの接着剤は、耐液性（耐インク性）が必要なので、使用するインクの種類に応じて適宜に選択される。

続いて、インクジェットヘッド１１がインクジェット記録装置に搭載された際の液滴の吐出動作について説明する。共通液室１７Ａおよび圧力室１４に液が満たされた状態で、インクジェット記録装置が印刷を開始する際には、インクジェット記録装置の制御部は、インクジェットヘッド１１に対して印字信号を駆動回路に出力する。印刷信号を受けた駆動回路は、パルス電圧を駆動素子である側壁１５に印加する。これにより、左右一対の側壁１５は、シェアモード変形を行って湾曲するように互いに離反する。そして、これらを初期位置に復帰させて圧力室１４の液の圧力を高くすることで、ノズル２７から液滴が勢い良く吐出される。

続いて、図２〜図４を参照して、本実施形態のインクジェットヘッドの製造方法について説明する。まず、圧電体１２と基板１３との間に熱硬化性の接着剤を介在させて、圧電体１２と基板１３とを接合とする。圧電体１２の１つの面に対して研削加工を行って溝状の圧力室１４を形成する。圧力室１４は、例えば、ＩＣウェハーの切断等に用いられているダイシングソーのダイヤモンドホイールによって形成される。圧力室１４は、圧電体１２上で、等間隔で複数形成される。この圧力室１４を形成する溝は、溝底が第２の圧電部材２５の途中まで至るように形成される。

このように形成した圧力室１４の底面および側壁１５の表面に対して、例えば、無電解ニッケルメッキを施して、電極１６を形成する。そして、レーザを照射してパターニングを行って、電極１６および配線２８の以外の部位からニッケル薄膜を除去する。さらに、図３、図４に示すように、ワークである圧電体１２に対して、コーティング材１９をスプレー方式で塗布する。コーティング材１９は、揮発性の溶剤で希釈されて使用される。コーティング材１９を溶剤で希釈すると、粘度が低下し、噴霧する際の粒径が小さくなり、飛翔性がよくなる。

塗布の際には、例えば、ナノスプレーノズル２９を利用して、圧電体１２および電極１６の表面にコーティング材１９が均一に広がるように塗布される。最後に、圧力室１４の開口部を覆うように天板１７およびノズルプレート１８を接着する。このとき、ノズルプレート１８の接着には、専用の接着剤を用いるが、天板１７の接着には、上記コーティング材１９を用いている。以上の工程により、インクジェットヘッド１１が完成する。

なお、コーティング材１９の塗布は、例えば、２回、３回など複数回に分けて行われる。上記天板１７の接着は、最後の回のコーティング材１９を塗布した後に行われる。また、コーティング材１９の塗布に先立ち、圧電体１２および電極１６の表面には、濡れ性を向上させるための表面改質処理が施される。本実施形態では、圧電体１２および電極１６にＵＶ光を照射することで表面改質処理がなされているが、表面改質処理の方法はこれに限定されることはない。表面改質処理は、塗布表面にプライマーを塗布したり、レーザ照射処理、ＵＶオゾン処理、プラズマ照射処理、コロナ放電処理、およびイトロ処理等の酸化処理を行ったりするものであってもよい。

第１の実施形態によれば、インクジェットヘッド１１は、複数のノズル２７を有するノズルプレート１８と、ノズル２７に対応するように溝状をなした複数の圧力室１４と、この圧力室１４に隣接して設けられるとともに圧力室１４を加圧してノズル２７から液を吐出させる駆動素子と、を有する圧電体１２と、圧力室１４の１つの壁部を構成する壁部構成部材と、圧力室１４内で圧電体１２に密着するように設けられるとともに、駆動素子に電力を供給する電極１６と、電極１６の表面を被覆するように圧電体１２に塗布されたコーティング材１９と、を具備し、コーティング材１９は、圧電体１２と壁部構成部材とを接着するための接着剤を兼ねている。

この構成によれば、コーティング材１９を接着剤としても利用できるため、コーティング材１９の１回塗布によって、電極１６の表面の被覆と、圧電体１２と壁部構成部材との間の位置への接着剤の供給と、を１回の工程で行うことができる。これによって、インクジェットヘッド１１を組み立てる際の工数を減らして、インクジェットヘッド１１の製造工程を簡略化することができる。

続いて、図５を参照して、インクジェットヘッドの第２の実施形態について説明する。第２の実施形態のインクジェットヘッド３１は、インク循環式のものである点で第１の実施形態のものとは異なっているが、基本的な構成において第１の実施形態ものと共通している。このため、主として第１の実施形態と異なる部分について説明し、共通する箇所については共通の符号を付して説明を省略する。

インクジェットヘッド３１は、基板３２と、基板３２に接着された枠部材３３と、枠部材３３に接着されたノズルプレート３４と、枠部材３３の内側の位置で基板３２に接着された圧電体３５と、圧電体３５を駆動するためのヘッド駆動用のＩＣと、を有している。インクジェットヘッド３１は、基板３２、枠部材３３、およびノズルプレート３４で囲まれた空間に、共通液室３６を有している。共通液室３６は、後述する各圧力室３７に連通している。枠部材３３は、共通液室３６の少なくとも１つの壁部を構成する壁部構成部材の一例である。

ノズルプレート３４は、方形のポリイミド製のフィルムで形成されている。ノズルプレート３４は、一対のノズル列３８を有している。各ノズル列３８は、複数のノズル３９を含んでいる。

圧電体３５は、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）製の２枚の板状の圧電部材を互いの分極方向を対向させるように張り合わせて形成されている。圧電体３５は、断面台形状に形成されている。圧電体３５は、表面に溝状に切削形成される複数の圧力室３７と、各圧力室３７の両側部に設けられる駆動素子である側壁１５と、を有している。圧電体３５は、ノズルプレート３４上のノズル列３８に対応するように基板３２に接着される。圧力室３７および側壁１５は、ノズル３９に対応して形成されている。

インクジェットヘッド３１は、さらに、圧電体３５の各側壁１５の表面および圧力室３７の底部に形成される電極１６と、電極１６の表面を覆うコーティング材１９と、を有している。電極１６は、圧力室３７内で圧電体３５に密着するように設けられている。コーティング材１９は、電極１６の表面を被覆するように圧電体３５および基板３２に塗布されている。側壁１５、電極１６、およびコーティング材１９は、図２に示す第１の実施形態のものと同形態であるため、図５では図示を省略している。基板３２は、孔でそれぞれ構成される供給口４５および排出口４６を有している。

本実施形態において、コーティング材１９は、例えば、熱硬化型のエポキシ系接着剤で構成され、絶縁性を有している。このコーティング材１９は、基板３２と枠部材３３との間にも介在されている。コーティング材１９は、電極１６の表面を覆う保護膜として機能するだけでなく、基板３２と枠部材３３とを接着する接着剤をも兼ねている。

上記構成のインクジェットヘッド３１をプリンタに搭載して、このプリンタで印刷処理を行うには、プリンタのインクタンクからインクジェットヘッド３１にインクを供給する必要がある。インクの供給は、供給口４５を介して行われ、インクタンクから流出したインクは、供給口４５を経由して圧力室３７内に満たされる。圧力室３７内で使用されなかったインクは、排出口４６によってインクタンクに回収される。

また、この状態で、ユーザがプリンタに対して印刷を指示すると、プリンタの制御部は、インクジェットヘッド３１に対して印字信号をヘッド駆動用のＩＣに出力する。印刷信号を受けたヘッド駆動用のＩＣは、配線２８を介して駆動パルス電圧を側壁１５に印加する。これにより、左右一対の側壁１５は、シェアモード変形を行って湾曲するように離反する。そして、これらを初期位置に復帰させて圧力室３７内の圧力を高くすることで、ノズル３９からインク滴が勢い良く吐出される。

続いて、図５を参照して、本実施形態のインクジェットヘッド３１の製造方法について説明する。まず、基板３２に対して一対の圧電体３５を接着する。このとき、一対の圧電体３５は、図示しない治具によって互いの距離が一定に維持されている。

この圧電体３５に対して圧力室３７となる溝を形成する。この溝加工は、例えば、ＩＣウェハーの切断等に用いられているダイシングソーのダイヤモンドホイールを用いる。続いて、溝の内面に電極１６を形成するとともに、基板３２上に第１の実施形態と同様の配線２８を形成する。電極１６および配線２８は、例えば、無電解メッキによって形成された例えばニッケル薄膜で構成されている。

続いて、レーザを照射してパターニングを行って、電極１６、および配線２８の以外の部位からニッケル薄膜を除去する。さらに、第１の実施形態と同様に、ワークである圧電体３５に対して、コーティング材１９をスプレー方式で塗布する。コーティング材１９は、揮発性の溶剤で希釈されて使用される。コーティング材１９を溶剤で希釈すると、粘度が低下し、噴霧する際の粒径が小さくなり、飛翔性がよくなる。塗布の際には、例えば、ナノスプレーノズル２９を利用して、圧電体３５および電極１６の表面にコーティング材１９が均一に広がるように塗布される。

そして、基板３２に枠部材３３を接着する。この枠部材３３にノズルプレート３４を接着する。このノズルプレート３４の接着には、専用の接着剤を用いるが、枠部材３３の接着には、上記コーティング材１９を用いている。このノズルプレート３４にレーザを照射してノズル３９を形成する。基板３２上の配線２８に接続するように駆動回路（ヘッド駆動用のＩＣ）を基板３２に固定する。基板３２に対して図示しないインクケースを接着して、インクジェットヘッド３１の製造工程が終了する。

なお、コーティング材１９の塗布は、例えば、２回、３回など複数回に分けて行われる。上記枠部材３３の接着は、最後の回のコーティング材１９を塗布した後に行われる。また、コーティング材１９の塗布に先立ち、圧電体３５および電極１６の表面には、濡れ性を向上させるための表面改質処理が施される。本実施形態では、圧電体３５および電極１６にＵＶ光を照射することで表面改質処理がなされているが、表面改質処理の方法はこれに限定されることはない。表面改質処理は、塗布表面にプライマーを塗布したり、レーザ照射処理、ＵＶオゾン処理、プラズマ照射処理、コロナ放電処理、およびイトロ処理等の酸化処理を行ったりするものであってもよい。

第２の実施形態によれば、インクジェットヘッド３１は、複数のノズル３９を有するノズルプレート３４と、ノズル３９に対応するように溝状をなした複数の圧力室３７と、この圧力室３７に隣接して設けられるとともに圧力室３７を加圧してノズル３９から液を吐出させる駆動素子と、を有する圧電体３５と、圧電体３５が取り付けられる基板３２と、圧力室３７の１つの壁部を構成する壁部構成部材と、圧力室３７内で圧電体３５に密着するように設けられるとともに、駆動素子に電力を供給する電極１６と、電極１６の表面を被覆するように圧電体３５および基板３２に塗布されたコーティング材１９と、を具備し、コーティング材１９は、基板３２と壁部構成部材とを接着するための接着剤を兼ねている。

この構成によれば、コーティング材１９を接着剤としても利用できるため、コーティング材１９の１回塗布によって、電極１６の表面の被覆と、基板３２と壁部構成部材との間の位置への接着剤の供給と、を１回の工程で行うことができる。これによって、インクジェットヘッド３１を組み立てる際の工数を減らして、インクジェットヘッド３１の製造工程を簡略化することができる。

本発明は、前記実施の形態に限定されるものではない。このほか、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。

第１の実施形態に係るインクジェットヘッドを一部破断して示す斜視図。 図１に示すインクジェットヘッドの圧電体を拡大して示す断面図。 第１の実施形態に係るインクジェットヘッドの製造工程を示す正面図。 図３に示すインクジェットヘッドの製造工程を拡大して示す正面図。 第２の実施形態に係るインクジェットヘッドを一部破断して示す斜視図。

符号の説明

１１…インクジェットヘッド、１２…圧電体、１３…基板、１４…圧力室、１５…側壁、１６…電極、１７…天板、１８…ノズルプレート、１９…コーティング材、２７…ノズル、３１…インクジェットヘッド、３２…基板、３３…枠部材、３４…ノズルプレート、３５…圧電体、３６…共通液室、３７…圧力室、３９…ノズル、４１…側壁、４２…電極、４３…コーティング材

Claims (18)

1. 複数のノズルを有するノズルプレートと、
   前記ノズルに対応するように溝状をなした複数の圧力室と、この圧力室に隣接して設けられるとともに前記圧力室を加圧して前記ノズルから液を吐出させる駆動素子と、を有する圧電体と、
   前記圧力室の少なくとも１つの壁部を構成する壁部構成部材と、
   前記圧力室内で前記圧電体に密着するように設けられるとともに、前記駆動素子に電力を供給する電極と、
   前記電極の表面を被覆するように前記圧電体に塗布されたコーティング材と、
   を具備し、
   前記コーティング材は、前記圧電体と前記壁部構成部材とを接着するための接着剤を兼ねていることを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 前記コーティング材は、熱硬化型の接着剤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ヘッド。
3. 前記コーティング材は、スプレー方式で塗布されることを特徴とする請求項２に記載のインクジェットヘッド。
4. 複数のノズルを有するノズルプレートと、
   前記ノズルに対応するように溝状をなした複数の圧力室と、この圧力室に隣接して設けられるとともに前記圧力室を加圧して前記ノズルから液を吐出させる駆動素子と、を有する圧電体と、
   前記圧電体が取り付けられる基板と、
   前記各圧力室に連通するように設けられる共通液室と、
   前記共通液室の少なくとも１つの壁部を構成する壁部構成部材と、
   前記圧力室内で前記圧電体に密着するように設けられるとともに、前記駆動素子に電力を供給する電極と、
   前記電極の表面を被覆するように前記圧電体および前記基板に塗布されたコーティング材と、
   を具備し、
   前記コーティング材は、前記基板と前記壁部構成部材とを接着するための接着剤を兼ねていることを特徴とするインクジェットヘッド。
5. 前記コーティング材は、熱硬化型の接着剤であることを特徴とする請求項４に記載のインクジェットヘッド。
6. 前記コーティング材は、スプレー方式で塗布されることを特徴とする請求項５に記載のインクジェットヘッド。
7. 圧力室に連通したノズルから液を吐出させる駆動素子と、この駆動素子に電力を供給する電極と、を作りこんだ圧電体に対してコーティング材を塗布して前記電極を被覆するとともに、前記コーティング材を利用して前記圧力室の少なくとも１つの壁部を構成する壁部構成部材を前記圧電体に接着することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
8. 前記コーティング材は、熱硬化型の接着剤であることを特徴とする請求項７に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
9. 前記コーティング材は、スプレー方式で塗布されることを特徴とする請求項８に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
10. 前記コーティング材は、前記基板に対して複数回に分けて塗布されることを特徴とする請求項９に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
11. 前記コーティング材は、予め溶剤で希釈された後、前記基板に塗布されることを特徴とする請求項１０に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
12. 前記コーティング材の塗布に先立ち、前記圧電体および前記電極の表面には、濡れ性を向上させるための表面改質処理が施されることを特徴とする請求項１１に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
13. 圧力室に連通したノズルから液を吐出させる駆動素子とこの駆動素子に電力を供給する電極とを作りこんだ圧電体と、この圧電体が接着される基板と、に対してコーティング材を塗布して前記電極を被覆するとともに、前記コーティング材を利用して、前記圧力室に連通する共通液室の少なくとも１つの壁部を構成する壁部構成部材を前記基板に接着することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
14. 前記コーティング材は、熱硬化型の接着剤であることを特徴とする請求項１３に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
15. 前記コーティング材は、スプレー方式で塗布されることを特徴とする請求項１４に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
16. 前記コーティング材は、前記基板に対して複数回に分けて塗布されることを特徴とする請求項１５に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
17. 前記コーティング材は、予め溶剤で希釈された後、前記基板に塗布されることを特徴とする請求項１６に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
18. 前記コーティング材の塗布に先立ち、前記圧電体および前記電極の表面には、濡れ性を向上させるための表面改質処理が施されることを特徴とする請求項１７に記載のインクジェットヘッドの製造方法。

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