JP3108930B2 - インクジェットヘッド及びその製造方法 - Google Patents

インクジェットヘッド及びその製造方法

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JP3108930B2 JP02309343A JP30934390A JP3108930B2 JP 3108930 B2 JP3108930 B2 JP 3108930B2 JP 02309343 A JP02309343 A JP 02309343A JP 30934390 A JP30934390 A JP 30934390A JP 3108930 B2 JP3108930 B2 JP 3108930B2
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    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2202/00Embodiments of or processes related to ink-jet or thermal heads
    • B41J2202/01Embodiments of or processes related to ink-jet heads
    • B41J2202/10Finger type piezoelectric elements

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はインク液滴を画像記録媒体上へ選択的に付着
させるインクジェットヘッド及びその製造方法に関す
る。
[従来の技術] 近年、液体インクを圧電部材の変形圧力により吐出・
記録させるインクジェットヘッドが数多く提案されてい
る。
従来のインクジェットヘッドの構造は、特開昭63−25
2750号公報、あるいは特開昭63−247051号公報に開示さ
れた装置はその前駆をなすものである。
これらはインク吐出ノズルの並び方向に互いに間隔を
有する多数の平行な流路からなり、該流路は天部、底
部、そして流路の長手方向および長手方向とノズル並び
方向の両方に垂直に伸びる側壁により区画されている。
該流路の一端は複数のノズルを有するノズルプレートに
接続し、他の一端はインクを各チャンネルに補充するイ
ンク供給手段に接続する。該側壁はその一部あるいは全
体が圧電物質で構成され、電気的アクチュエート手段に
より剪断モードなどのアレイ方向に平行な変形を引き起
こし、該流路内の圧力を変化させノズルからインク滴を
噴出させるものであった。
[発明が解決しようとする課題] しかし上記従来例では、流路列は1列だけであり、ノ
ズルの高密度化、高集積化が図れる構造となっていな
い。又、安価に効率よく製造する方法について述べられ
ていない。
本発明は、かかる問題を解決すべくなされたものであ
り、本発明の第1の目的は、高密度でかつ高集積化可能
なインクジェットヘッドを供給することにある。本発明
の第2の目的は、上記高密、高集積化したヘッドをより
安価に効率よく生産することを目的とする。
[課題を解決するための手段] 上記目的を達成する為、本発明のインクジェットヘッ
ドは、インク吐出ノズルと連通する天窓、底壁、側壁か
ら構成された複数の平行な流路を有し、側壁の電気的ア
クチュエート手段による変形により流路内の圧力を変化
させ、ノズルからインク滴を噴射するインクジェットヘ
ッドいおいて、表裏に複数の平行な流路となる溝が形成
された中央圧電素子板と、中央圧電素子板の表裏にそれ
ぞれ積層された中央圧電素子板の溝部に対応する溝部が
形成された上側圧電素子板、下側圧電素子板とを備えた
ことを特徴とする。
また、係るインクジェットヘッドにおいて、中央圧電
素子板は流路長手方向において、上、下側圧電素子板と
積層されない部分を有し、この部分においてFPCと接続
されていることを特徴とする。
本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、中央圧
電素子板、上側圧電素子板、下側圧電素子板を分極処理
する工程と、その後中央圧電素子板の表裏面にそれぞれ
の面の溝部が半ピッチずれるように溝部を形成する工程
と、上側圧電素子板及び下側圧電素子板に中央圧電素子
板の溝部に対応する溝部を形成する工程と、各圧電素子
板の溝部に対応する電極を形成する工程と、上記により
形成された中央圧電素子板の表裏に上側圧電素子板、下
側圧電素子板をそれぞれ接合する工程とを備えたことを
特徴とする。
また、係るインクジェットヘッドの製造方法におい
て、中央圧電素子板の表裏に上側圧電素子板、下側圧電
素子板をそれぞれ接合した後、上側圧電素子板、下側圧
電素子板にインク供給流路となる溝部を流路並び方向に
形成する工程を備えたことを特徴とする。
[実施例] 第1図は、本発明に於けるインクジェットヘッドの典
型的な実施例を示した斜視図である。
図において符号1は、中央圧電基板であり、上下両面
に溝を形成している。2は夫々上下の圧電基板であり、
片面に溝を形成し、中央圧電基板の溝と合わさってイン
ク流路5を形成している。このようにして上下2列のイ
ンク流路をもつヘッドが構成される。インクはインク供
給口4より供給され、流路5を通ってノズル穴7から吐
出される。流路5内壁は電極が形成されており、中央圧
電板上に設けられた電極3につながっている。電極3は
さらにフレキシブルプリンティットサーキット(FPC)
8を介してドライバーへとつながる。
このヘッドの吐出原理は第2図、第3図に示す如くで
ある。これらの図は便宣的に1列の流路のみを示してい
る。図において5は正面から見た流路であり、インクが
満たされている。9は電圧素子を駆動する為の制御回路
及びドライバーである。図で10は圧電素子の分極方向を
表す。このように構成した回路により、分極方向に垂直
な電界を発生させると第3図中央流路の如く側壁が変形
し、流路内圧力を高め、ノズルよりインク滴を噴出でき
る。偶数番号の流路と、奇数番号の流路を交互に駆動し
て印字を実現することになる。
以上の如きインクジェットヘッドの製造方法について
順を追って説明する。
まず、中央圧電素子と上下圧電素子の3枚を1組とし
て準備する。中央圧電素子厚みは、上下圧電素子の略2
倍相当である。また、流路方向長さLは、電極外部取り
出し分だけ中央圧電素子が上下圧電素子に比し長い。巾
は流路の数により決定する。圧電素子は、PZT系の圧電
セラミクスを使用した。夫々の圧電素子板の上下面にス
パッタリング、無電解メッキ等により電極を付与し、数
100Vの電界をかけ分極処理を行う。これは一般に用いら
れている方法である。こうして分極処理された各圧電素
子板に流路となる溝を形成する。
第4図a,bに溝加工をほどこしたは中央圧電素子板を
示す。溝巾は、100μm、側壁巾は70μmで加工した。
深さは、200μm〜400μmで必要なインク吐出量に応じ
て変えた。溝の列ピッチは各列150dpi(dot/inch、約17
0μmピッチ)で、上下面で半ピッチずつずらし上下合
成で300dpi構成となるようにしてある。第4図(b)は
断面図であるが、図の左手方向よりダイシングのブレー
ドを入れ、必要距離を走査した後垂直方向に引き上げ
る。従って図に示すRはブレードのRと略同等である。
第5図は、同様に上下を構成する圧電素子板の溝加工後
の状態を示すものである。
このように溝を形成した各圧電素子板の溝付き面にス
パッタリング又は無電解メッキ等の方法により電極を付
与する。この電極は将来インクと接液する可能性がある
為、インクに対し非活性であることが望ましい。従って
本実施例ではNi無電解メッキを約1μm行い、その上に
Auの0.1μmフラッシュメッキを施した。その後各流路
毎に電極を分割する。分割にはフォトリソグラフィー法
やレーザートリミング法を用いる。特にフォトリソグラ
フィー方法に関しては、立体加工となる為、フォトレジ
ストはディッピングにより塗工する。このときレジスト
の粘度は30mPa'secであることが望ましい。
第6図(a),(b)に分割された電極の様子を示
す。電極は側壁上面で分割し、流路の内壁全体を覆う構
造である。第6図(b)は流路正面から見た断面図であ
る。
その後、中央圧電素子板及び上下圧電素子板を溝に合
わせて第7図の如くに接着する。接着は各の全面にわた
って接着剤により塗工される。接着剤は耐薬品性の高い
エポキシ系樹脂接着剤を用いた。第8図は貼合わせ後の
断面図であるが11部により上下圧電素子電極との電気的
導通が図られている。導通剤には銀エポキシ系導通剤
や、低融点半田ペーストを用いた。最後に第8図12部に
ダイシイング等によるカッティングを上下電圧基板に入
れインク供給流路を形成する。そしてノズルプレート、
インク供給管、EPCを取り付けて、第1図の如きヘッド
として完成する。
以上製造方法について説明してきたが、使用した圧電
素子材料や、電極材料及び各種接着剤は上記記述のもの
に限定されるものではなく、例えば圧電材料としてはLi
NbO3等の圧電性単結晶や、高分子圧電材料等を用いるこ
とも可能である。
これまで述べてきたような構成、製造方法により、量
産性があり、安価かつ高解像度、高密度なインクジェッ
トヘッドが実現できる。
[発明の効果] 本発明のインクジェットヘッドによれば、インク吐出
ノズルと連通する天窓、底壁、側壁から構成された複数
の平行な流路を有し、側壁の電気的アクチュエート手段
による変形により流路内の圧力を変化させ、ノズルから
インク滴を噴射するインクジェットヘッドいおいて、表
裏に複数の平行な流路となる溝が形成された中央圧電素
子板と、中央圧電素子板の表裏にそれぞれ積層された中
央圧電素子板の溝部に対応する溝部が形成された上側圧
電素子板、下側圧電素子板とを備えたことにより、圧電
素子板に形成された流路側壁の電気的アクチュエート手
段を用いるインクジェットヘッドにおいて、圧電特性を
大きく左右する流路溝間の位置精度を、中央圧電素子板
の一方の面に形成された流路溝列を基準に、他方の面の
流路溝を加工することが可能になるため、流路溝列内の
溝間隔を正確にすることができ、また同時に流路溝列間
の位置精度も容易に向上することができる。従って、イ
ンク滴吐出特性の安定した、高精度なインクジェットヘ
ッドを安価で合理的に提供することができるという効果
を有する。
また、係るインクジェットヘッドにおいて、中央圧電
素子板は流路長手方向において、上、下側圧電素子板と
積層されない部分を有し、この部分においてFPCと接続
されていることにより、中央圧電素子板の表裏で電極と
FPCが接続可能であるため、インクジェットヘッドの高
密度化、高集積化を合理的に図ることができるという効
果を有する。
本発明のインクジェットヘッドの製造方法によれば、
中央圧電素子板、上側圧電素子板、下側圧電素子板を分
極処理する工程と、その後中央圧電素子板の表裏面にそ
れぞれの面の溝部が半ピッチずれるように溝部を形成す
る工程と、上側圧電素子板及び下側圧電素子板に中央圧
電素子板の溝部に対応する溝部を形成する工程と、各圧
電素子板の溝部に対応する電極を形成する工程と、上記
により形成された中央圧電素子板の表裏に上側圧電素子
板、下側圧電素子板をそれぞれ接合する工程とを備え、
また係るインクジェットヘッドの製造方法において、中
央圧電素子板の表裏に上側圧電素子板、下側圧電子板を
それぞれ接合した後、上側圧電素子板、下側圧電素子板
にインク供給流路となる溝部を流路並び方向に形成する
工程を備えたことにより、高解像度かつ高密度なインク
ジェットヘッドを精度良く合理的に形成することができ
るという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に於けるインクジェットヘッドの一実施
例を示す斜視図。 第2図、第3図は本発明のインクジェットヘッドのイン
ク吐出原理を説明する図。 第4図(a)、(b)は中央圧電素子板に溝加工を施し
た図で、(a)が斜視図、(b)が断面図。 第5図は上下構成用圧電素子板の斜視図。 第6図(a)、(b)は電極形成の状態を表す図であ
り、(a)は斜視図、及び(b)は断面図。 第7図、第8図は、中央圧電素子板と上下圧電素子板を
貼り合わせた後、インク供給路加工を行った夫々、正面
図及び横断面図。 1……中央圧電素子板 2……上及び下側圧電素子板 3……電極 4……インク供給管 5……流路 6……ノズルプレート 7……ノズル口 8……FPC(フレキシブルプリンティッドサーキッド) 9……駆動回路 10……分極方向 11……電極接着部分 12……インク供給
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B41J 2/16 B41J 2/045 B41J 2/055

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】インク吐出ノズルと連通する天窓、底壁、
    側壁から構成された複数の平行な流路を有し、前記側壁
    の電気的アクチュエート手段による変形により前記流路
    内の圧力を変化させ、前記ノズルからインク滴を噴射す
    るインクジェットヘッドいおいて、 表裏に前記複数の平行な流路となる溝が形成された中央
    圧電素子板と、中央圧電素子板の表裏にそれぞれ積層さ
    れた前記中央圧電素子板の溝部に対応する溝部が形成さ
    れた上側圧電素子板、下側圧電素子板とを備えたことを
    特徴とするインクジェットヘッド。
  2. 【請求項2】前記中央圧電素子板は前記流路長手方向に
    おいて、前記上、下側圧電素子板と積層されない部分を
    有し、この部分においてFPCと接続されていることを特
    徴とする請求項1記載のインクジェットヘッド。
  3. 【請求項3】中央圧電素子板、上側圧電素子板、下側圧
    電素子板を分極処理する工程と、その後前記中央圧電素
    子板の表裏面にそれぞれの面の溝部が半ピッチずれるよ
    うに溝部を形成する工程と、前記上側圧電素子板及び下
    側圧電素子板に前記中央圧電素子板の溝部に対応する溝
    部を形成する工程と、前記各圧電素子板の溝部に対応す
    る電極を形成する工程と、上記により形成された前記中
    央圧電素子板の表裏に上側圧電素子板、下側圧電素子板
    をそれぞれ接合する工程とを備えたことを特徴とするイ
    ンクジェットヘッドの製造方法。
  4. 【請求項4】前記中央圧電素子板の表裏に上側圧電素子
    板、下側圧電素子板をそれぞれ接合した後、前記上側圧
    電素子板、下側圧電素子板にインク供給流路となる溝部
    を流路並び方向に形成する工程を備えたことを特徴とす
    る請求項3記載のインクジェットヘッドの製造方法。
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