JP3537700B2 - 印刷装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、微細なノズル孔か
らインクを液滴として噴射して印字、画像等を形成する
印刷用の各種プリンターや記録計、ファクシミリ、ある
いは捺染分野や窯業分野で文様形成等に適用されるイン
ク噴射装置等に用いられる高精度かつ軽量小型のインク
ジェットヘッドを有する印刷装置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、印
刷が不要で少量多品種の用途に適した小型軽量の各種情
報の印刷用インターフェイスとして、従来のインパクト
方式のプリンタに代わって、インク噴射装置や熱転写装
置等を利用したノンインパクト方式の各種印刷装置が開
発され、これらの利用範囲が各種産業分野に拡大してい
る。

【０００３】かかるノンインパクト方式のプリンタのな
かでも、前記インク噴射装置は、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】前記インク噴射装置には、複数のノズル孔
を有するノズル板と、インクの液滴を噴射させるための
圧力を発生させるインク加圧室を主要な構成部品とする
インクジェットヘッドが用いられており、該インクジェ
ットヘッドは、一般的には、前記ノズル板と、該ノズル
板のノズル孔からインクの液滴を例えば色毎に噴射させ
るために基板上に隔壁を設けて溝を形成したインク加圧
室と、該インク加圧室を密閉する蓋の役割を成す上部基
板等から構成されている。

【０００５】また、前記インクジェットヘッドにおい
て、インク加圧室に圧力を発生させてインクの液滴を噴
射する方式としては、必要なインクの液滴だけを噴射す
るドロップ・オン・デマンド型が主流になっており、具
体的には、カイザー型やサーマルジェット型が代表的な
方式として採用されている。

【０００６】前記カイザー型は、隔壁で複数の平行な溝
を形成したインク加圧室を密閉する上部基板の少なくと
も一部に薄壁を設け、該薄壁を圧電素子等で変形させて
インク加圧室の流路の容積を変化させ、インク加圧室に
内圧を発生させてインクを液滴として噴射させるもので
ある。

【０００７】また、前記サーマルジェット型は、前記イ
ンク加圧室内の一部に発熱体を設け、該インク加圧室内
のインクを沸騰させた際に発生する気泡の体積膨張を利
用して内圧を発生させ、該インクを液滴として噴射させ
るものである。

【０００８】しかしながら、前記カイザー型は、上部基
板の表面にさらに圧電素子等を設ける必要があることか
ら、インクジェットヘッドとしては小型化が困難であ
り、また、前記サーマルジェット型は、インクに高熱を
加えるためインク自体に耐熱性が要求され、インクの選
択領域を狭めたり、インクを熱膨張させるために時間を
要することから、応答性が劣る等の問題があった。

【０００９】そこで、前記問題を解決するために、圧電
材料からなる基板上に平行に多数配置した溝を形成する
ための隔壁と、隔壁の側面に形成された電極と、隔壁の
頂部に接合され、溝を密閉する上部基板とから成るイン
ク加圧室と、インク加圧室の溝の開放端側に、溝と対応
したノズル孔を有するノズル板を接合した構造を成すイ
ンクジェットヘッドから成る剪断モード型のインク噴射
装置が提案されている。

【００１０】この提案では、電極に駆動電圧を印加し、
圧電材料の剪断モード変形を利用してインク加圧室の溝
を形成する隔壁を歪み変形させて溝の容積を変化させる
ことにより、溝中のインクを加圧し、溝に連通したノズ
ル孔から、インクの液滴を噴射するものである。

【００１１】この提案の剪断モード型のインク噴射装置
を構成するインクジェットヘッドは、従来のカイザー型
やサーマルジェット型のように、上部基板表面に圧電素
子等を設置させる必要が無く、また、インクに耐熱性が
要求されることもないことから、小型化が可能となり、
しかも応答性に優れ、高速の印刷が可能となる等、注目
に値するものであった。

【００１２】しかしながら、剪断モード型のインク噴射
装置では、インクジェトヘッドのインク加圧室の溝を形
成するのに、所要枚数重ねた薄い円盤状のダイヤモンド
ブレード等の切削具を回転しながら圧電材料から成る基
板を切削して溝を刻設しているため、得られた溝の端部
は、前記円盤状の切削具の曲率を転写した形状を成して
いる。

【００１３】従って、所望の噴射性能を得るためには、
隔壁を歪み変形させてインク加圧室に十分な内圧を発生
させることが必要となり、十分な隔壁駆動領域を確保し
なければならないことから、前記未切削分を考慮して溝
を長く設ける必要があり、インクジェットヘッド自体が
大きくなると共に、材料コストが増加するという欠点が
あった。

【００１４】また、前記基板に溝を形成するに際して
は、前述のような薄い円盤状のダイヤモンドブレード等
の切削具を用いた加工方法では、切削条件が非常に難し
く、送り速度、切り込み量、回転数等が適合しないと、
隔壁がチッピングを起こしたりする等の種々の問題があ
り、決して歩留り良く、低コストで量産に適した加工と
は言い難いものがあった。

【００１５】そこで、さらに前記問題を解決するために
切削屑が生じず、また、短時間で隔壁を形成できる露光
埋め込み法等が提案されている（特開平７−３００３８
１号公報参照）。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記露
光埋め込み法は、基板上に感光性樹脂組成物をフォトレ
ジスト層として隔壁の凹部のパターンを形成し、得られ
た開口部に隔壁用のセラミック材料を充填した後、前記
パターンを消失せしめることから、得られた隔壁成形体
は、該隔壁成形体の基板上での被着面積が少ないため
に、隔壁が基板から剥離したり、欠損し易く、前記露光
埋め込み法は必ずしも歩留まりの良い、低コストの製造
方法とは言い難いという問題があった。

【００１７】

【発明の目的】本発明は前記課題を解決するために成さ
れたもので、その目的は、基板上に形成された隔壁を強
固に接着することができ、接着歩留まりを改善できる
上、しかも、隔壁の破損等の欠陥を低減できて製造歩留
りが向上すると共に、隔壁駆動領域が必要最小限の溝の
長さで高精度に確保できて噴射特性を大きく劣化させる
ことなく、インクジェットヘッドの小型化とコストの低
減が可能となり、かつ量産に適したインクジェットヘッ
ドから成るインク噴射装置を具備した印刷装置及びその
製造方法を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明者は、前記課題に
鑑み鋭意検討した結果、剪断モード型のインク噴射装置
において、前記基板上の隔壁間の溝底部に隔壁と同一材
料から成る被覆層を一体的に設けることによって、基板
上の隔壁を強固に密着することができ、しかも、前記基
板上の隔壁間の溝底部及び隔壁を切削等の工具を用いる
ことなく成形するために、従来の加工方法での曲率を有
する未切削部分を不要として隔壁駆動領域を拡大するこ
とができることは勿論、前記溝の長さを必要最小限とす
ることができることを見出し、本発明に至った。

【００１９】

【００２０】また、本発明の他の印刷装置は、圧電性を
有する材料から成る隔壁でインク加圧室を構成する複数
の溝を形成し、前記隔壁を形成する圧電性を有する材料
の剪断モードにより隔壁を歪み変形させて溝の容積を変
化させ、該溝に供給されたインクを溝と連通するノズル
孔から液滴として噴射するインクジェットヘッドをイン
ク噴射装置として具備した印刷装置であって、前記隔壁
間の溝底部に該隔壁と同一材料から成り、厚さが２００
μｍ乃至５００μｍで、少なくとも一つの切欠溝を有す
る被覆層を被着させたことを特徴とする。

【００２１】

【００２２】

【００２３】

【００２４】

【００２５】

【００２６】

【作用】本発明の印刷装置及びその製造方法によれば、
インク加圧室を構成する複数の溝を形成するための隔壁
と同一材料で基板上の隔壁間をなす溝底部に所定厚さの
被覆層が形成されていることから、基板と接する隔壁基
部の被着面積が増加して該基板上に形成された隔壁を強
固に接着することができ、隔壁の接着歩留りが改善さ
れ、その上、剪断モードによる隔壁駆動領域が確保さ
れ、同一のインク噴射特性を得るには溝を従来よりも短
くでき、インクジェットヘッド自体が小型軽量化され、
材料コストも低減できると共に、かかるインクジェット
ヘッドから成るインク噴射装置の組み込み時の占有面積
も大幅に低減され、引いては印刷装置自体の小型化にも
寄与する。

【００２７】さらに、インクジェットヘッドが小型軽量
化されることにより、インクジェットヘッドの移動速度
の高速化、位置決め精度の向上にも寄与することにな
る。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の印刷装置及びその
製造方法について、図面に基づき詳細に説明する。

【００２９】図１は、本発明の印刷装置を構成するイン
ク噴射装置に用いられるインクジェットヘッドの一例で
ある溝の長手方向に対して直角方向に切断した要部を示
す断面図である。

【００３０】図１において、ｌは基板５表面に被着さ
れ、インク加圧室２を構成する平行な複数の溝３を形成
する圧電性を有する材料から成る隔壁４と、基板５表面
に被着され、前記隔壁４と一体的に形成された溝底部６
をなす所定厚さ８の被覆層７と、溝３の開放端側に接合
されたノズル孔９を有するノズル板１０とを主要部とす
るインクジェットヘッドであり、隔壁４の頂部にはイン
ク室（不図示）に連結する上部基板１１が接合され、隔
壁４の側面には、駆動電界印加用の電極１２が形成され
ており、ノズル孔９はノズル板１０に各溝３と対応して
列状に穿設されている。

【００３１】このインクジェットヘッド１において、前
記被覆層７の所定厚さ８は、隔壁４と同一材料から成る
厚さ５〜２００μｍであることを特徴とし、前記被覆層
７の厚さ８が５μｍ未満の場合、隔壁４の基板５との接
着力及び接着歩留りの向上効果が少なく、他方、２００
μｍを越えると、後述する隔壁４と溝底部６をなす被覆
層７及び基板５とを焼成にて焼結一体化する際に、基板
５との収縮度合いが相違するために、各溝底部６をなす
被覆層７での収縮が阻害され、溝３幅寸法にバラツキが
発生する。

【００３２】従って、本発明では、インク加圧室２が前
記条件を満足して構成され、圧電性を有する材料の剪断
モードにより隔壁４を歪み変形させて効率良く、かつ正
確に再現性良く隔壁４の容積を変化できるものであれ
ば、その断面形状はいかなるものでも構わない。

【００３３】次に、本発明の印刷装置を構成するインク
噴射装置に用いられるインクジェットヘッドの他の例を
図２に説明する。なお、図１と同一部分については同一
符号で示す。

【００３４】図２において、２１は基板５表面に被着さ
れ、インク加圧室２を構成する平行な複数の溝３を形成
する圧電性を有する材料から成る隔壁４と、基板５表面
に被着され、前記隔壁４と一体的に形成された溝底部２
６をなす所定厚さ２８の被覆層２７と、溝底部２６をな
す各被覆層２７に形成された少なくとも一つの切欠溝２
３と、溝３の開放端側に接合されたノズル孔９を有する
ノズル板１０とを主要部とするインクジェットヘッドで
あり、隔壁４の頂部にはインク室（不図示）に連結する
上部基板１１が接合され、隔壁４の側面には、駆動電界
印加用の電極１２が形成されており、ノズル孔９はノズ
ル板１０に各溝３と対応して列状に穿設されている。

【００３５】このインクジェットヘッド２１において、
前記被覆層２７の所定厚さ２８は、隔壁４と同一材料か
ら成る厚さ２００μｍ乃至５００μｍであるとともに、
被覆層２７に少なくとも一つの切欠溝を２３を有するこ
とを特徴とし、被覆層２７の厚さ２８を２００μｍより
厚くすることで、図１に示すインクジェットヘッド１と
比較して大きな接着力が得られ接着歩留りを改善でき、
より大きな隔壁４を基板５上に接合できるとともに、切
欠溝２３を設けたことで、後述する隔壁４と溝底部２６
をなす被覆層２７及び基板５とを焼成にて焼結一体化す
る際に、これまで被覆層２７全体が収縮していたもの
を、一つ一つの隔壁４側に向かって被覆層２７の収縮が
進むため、被覆層２７の厚み２８を厚くしても基板５上
での隔壁４間のピッチが大きくばらつくことがなく、高
精度に保つことができる。

【００３６】このような効果を有効に得るためには、切
欠溝２３の深さを被覆層２７の厚さ２８の１／３以上と
することが好ましく、また隔壁４の強度を低下させるこ
となく、溝３内のインクの流れを乱さないようにするた
めに、切欠溝２３の幅は、溝３の幅の３／４以下とする
ことが好ましく、これらの寸法範囲内であればどのよう
な断面形状をしたものでも構わない。

【００３７】なお、溝底部２６をなす被覆層２７の厚み
２８を５００μｍ以下としたのは、これより厚くなる
と、インクジェットヘッド自体が大きくなり、小型化が
困難となるからである。

【００３８】そして、図２に示すインクジェットヘッド
においても、図１のインクジェットヘッド１と同様にイ
ンク加圧室２が前記条件を満足して構成され、圧電性を
有する材料の剪断モードにより隔壁４を歪み変形させて
効率良く、かつ正確に再現性良く隔壁４の容積を変化で
きるものであれば、その断面形状はいかなるものでも構
わない。

【００３９】なお、図１や図２のインクジェットヘッド
１，２１では、ノズル板１０を溝３の開放端側に接合し
た例を示したが、上部基板１１や溝底部６，２６と基板
５にノズル孔９を穿設したものでも良く、本発明の範囲
を逸脱しない範囲で変更、改良できることは言うまでも
ない。

【００４０】次に、本発明の印刷装置の製造方法を、印
刷装置の要部を成すインク噴射装置を構成するインクジ
ェットヘッド１，（２１）の製造工程を図３に基づき説
明する。

【００４１】図３において、ｌ，（２１）は基板５と一
体化した複数の平行な溝３を形成する圧電性を有する材
料から成る隔壁４の頂部に接合した上部基板１１と、溝
３の開放端側に接合したノズル孔９を穿設したノズル板
１０とから成るインクジェットヘッドである。

【００４２】本発明の印刷装置の製造方法として、圧電
性を有する材料から成る成形用組成物１４を、成形型１
３の凹部に充項して隔壁４を成形する方法では、隔壁４
及び溝底部６，（２６）をなす被覆層７，（２７）に相
当する凹部と溝３用の凸部を構成する成形型１３を基板
５上に載置し、上記凹部に圧電性を有する材料から成る
成形用組成物１４を充填する工程から成る方法と、隔壁
４及び溝底部６，（２６）をなす被覆層７，（２７）に
相当する凹部と溝３に相当する凸部を有する成形型１３
を用意し、上記凹部に圧電性を有する材料から成る成形
用組成物１４を充填したあと、該成形用組成物１４に基
板５を押し付ける工程から成る方法がある。

【００４３】なお、図３の製法において、図２に示すイ
ンクジェットヘッドの被覆層２７に切欠溝２３を形成す
る場合には、成形型１３の溝３用の凸部に予め切欠溝２
３に相当する突起を形成しておけば良い。

【００４４】前記成形型１３に成形用組成物１４を充填
する手段としては、公知のドクターブレード法やロール
コーター法、印刷法、射出成形法等が採用し得るが、そ
の際、充填前に脱気処理したり、あるいは充填後に脱気
処理して充填物中に気泡が残留しないようにすることが
望ましい。

【００４５】また、前記成形用組成物１４を充填する成
形型１３と基板５とを密着させるには、両側が開放され
た成形型１３の一方側に予め基板５を密着させるかある
いは予め基板５を設置できる密閉型の成形型１３に成形
用組成物１４を充填して密着させても良い。

【００４６】その後、前記成形用組成物１４に含有する
樹脂に応じて適宜、例えば乾燥や冷却、加熱、露光、反
応促進剤等の添加等の各種手段で固化させることができ
るが、最終的に隔壁４の形状及び溝底部６，（２６）を
なす被覆層７，（２７）の形状を保形できれば、固化さ
せる手段は特に限定するものでばなく、特に成形型１３
を脱型する製造方法において、重合性を有する有機物を
固化する場合には、加熱や露光、反応促進剤等の添加に
より最も効果的に固化することができる。その他にも、
基板５上に被着形成した圧電性を有する均一な厚さの材
料層をマスクパターンを介してサンドブラスト法で削り
出し、隔壁４及び隔壁４間の溝底部６，（２６）をなす
被覆層７，（２７）が一体的に成形された圧電性を有す
る材料から成る成形体１６を被着してなる基板５を形成
することも可能である。

【００４７】さらに、インクジェットヘッドの製造工程
の他の例を図４に示すように、基板５上にまず圧電性を
有する材料を含むペースト状の成形用組成物１４を全面
に均一な厚さで印刷し、その後、所定寸法の印刷製版１
５を用いて積層印刷を繰り返して、隔壁４と隔壁４間の
溝底部６，（２６）をなす被覆層７，（２７）とを同一
材料により一体的に成形した成形体１６を基板５上に被
着成形することもできる。

【００４８】なお、図４の製法において、図２に示すイ
ンクジェットヘッドの被覆層２７に切欠溝２３を形成す
る場合には、印刷製版１５に予め切欠溝２３に相当する
パターンを形成しておき、この印刷製版１５を用いて圧
電性を有する材料を含むペースト状の成形用組成物１４
を印刷するようにすれば良い。

【００４９】かくして、隔壁４と隔壁４間の溝底部６，
（２６）をなす被覆層７，（２７）が一体的に成形され
た圧電性を有する材料から成る成形体１６が被着された
基板５を、公知条件の脱バインダ一処理を施してから焼
成することにより、同一材料や異なる材料から成る基板
５と一体化された隔壁４及び流底部６，（２６）をなす
被覆層７，（２７）を有するインク加圧室２の構成部材
を作製することができる。

【００５０】また、必要に応じて引き出し電極用のわず
かな空間を溝３の端部に機械加工にて形成することもで
きる。

【００５１】その後、隔壁４の頂端部から基部方向に分
極処理を行い、基板５と一体化した複数の平行な溝３を
有するインク加圧室２の構成部材を作製した後、隔壁４
側面の少なくとも一部及び溝３の端部に設けた僅かな空
間に、駆動電界印加用の電極１２と引き出し電極（不図
示）を、例えば、スパッタリング法やメッキ法、蒸着
法、イオンプレーティング法、あるいはＣＶＤ法等によ
り形成する。

【００５２】次いで、得られたインク加圧室２の構成部
材に上部基板１１及びノズル孔９を穿設したノズル板１
０をそれぞれエポキシ系接着剤等で接着して組み立てる
ことにより、本発明の印刷装置を構成するインク噴射装
置の剪断モード型のインクジェットヘッドｌ，（２１）
を得ることができる。

【００５３】本発明において、前記基板５としては、隔
壁４と同一の圧電性を有する材料材を用いることができ
ることは勿論のこと、隔壁４と焼結後に一体化できるも
のであれば特に限定するものではなく、例えば、チタン
酸ジルコン酸鉛系セラミック、ジルコニア、アルミナ等
を挙げることができる。

【００５４】次に、前記成形型１３は、前記詳述したよ
うに所望の形状の隔壁４と隔壁４間の溝底部６，（２
６）をなす被覆層７，（２７）を成形できるものであれ
ば良く、例えば、金属型やセラミック型、樹脂型、ゴム
型等の各種材質を用いることができるが、成形体１６を
成形型１３から脱型する場合には、成形型１３の加工性
及び寸法精度の観点から金属型が最適であり、また、一
体型は勿論のこと分割型で構成されていても何ら問題は
ない．また、アルカリ液等の化学的処理により溶解除去
できるもの、あるいは脱バインダー処理又は焼成の熱処
理により分解除去できるもので前記成形型１３を構成す
ることも可能であり、かかる成形型１３としでは、ワッ
クスや感光性有機レジストに代表される有機樹脂等が最
適である。

【００５５】さらに、前記成形型１３の表面に離型性を
改善する等の理由により、離型剤を塗布したり、表面処
理を施すこともできる。

【００５６】一方、前記成形用組成物１４は、圧電性を
有する材料であれば特に限定するものでばなく、圧電す
ぺり効果や圧電縦効果、圧電横効果等の各種圧電モード
を利用できるものであればいずれでも良いが、なかでも
チタン酸ジルコン酸鉛系のセラミック材料が最適であ
る。なお、前記成形用組成物１４は、圧電性を有する材
料以外に樹脂、溶剤等から成るバインダー溶液を混合し
たものであり、分散剤や増粘剤等の各種添加剤を添加す
ることもできる。

【００５７】前記樹脂としては、熱可塑性のワックス類
やアクリル系樹脂、ブチラール系樹脂を使用することが
できるのは勿輪のこと、特に重合性を有する有機物を含
有することが、隔壁４の強度を高める観点から好まし
く、例えば、不飽和ポリエステル樹脂やフェノール樹
脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、紫外線硬化樹脂及び
重合可能なモノマー等を好適に使用できる。

【００５８】前記成形用組成物１４を調製する手段とし
ては、特に限定するものではないが、例えばボールミル
やビーズミル、３本ロール、プラネタリー型撹拌機、遊
星型撹拌機等を使用することができる。

【００５９】また、前記電極１２に適用できる材料とし
ては、特に限定するものではないが、銅、銀、金、白
金、タングステン、ニッケル等の金属材料や、ペロブス
カイト系の導電性セラミック材料等が好適に使用するこ
とができる。

【００６０】他方、前記ノズル板１０は、レーザー等で
所定寸法に穿孔してノズル孔９を形成したもので、その
材料としては、各種プラスチックや金属、セラミックス
等のいかなる材料をも使用することができ、例えば、ポ
リエチレンテレフタレートやポリイミド、ポリエーテル
イミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、
ポリカーボネイト、酢酸セルロース等のプラスチック、
あるいはステンレス鋼やクロムモリブデン鋼、アルミニ
ウム等の金属、もしくばアルミナやジルコニア、チタン
酸ジルコン酸鉛等のセラミックスが挙げられるが、特
に、加工のし易さの観点からは、ポリエチレンテレフタ
レートやポリイミドから成るプラスチック板が好適であ
る。

【００６１】なお、本発明の印刷装置では、噴射させる
インクとして、顔料及び／又は染料と、水やアルコール
等の水系の溶剤、あるいはへキサンやトルエン等の非水
系の溶剤を主成分としたもののいずれにも適用可能であ
る。

【００６２】

【実施例】次に、本発明の印刷装置及びその製造方法に
ついて、以下のようにして評価した。

【００６３】（実施例１）まず、隔壁に相当する凹部の
幅が約９０μｍ、深さが約５００μｍ、ピッチが約１４
０μｍ、隔壁間の溝底部をなす被覆層に相当する凹部の
厚さが約２５０μｍ、さらに溝となる凸部の幅が５０μ
ｍ、深さが２５０μｍであるステンレス製の開放型の成
形型を用意した。

【００６４】次に、チタン酸ジルコン酸鉛系セラミック
粉末と不飽和ポリエステル樹脂、エチルジグリコール、
ノニオン系分散剤から成る各原料を遊星型撹拌機にて混
合した後、３本ロールを通して成形用組成物を調製し
た。

【００６５】その後、脱泡した成形用組成物を前記成形
型に充填した後、厚さ約３００μｍのチタン酸ジルコン
酸鉛系セラミック基板を成形型の開放部から所定位置に
圧着した。

【００６６】次いで、室温にて１２時間放置させて固化
させた後、成形型から脱型し、隔壁と溝底部をなす被覆
層を一体的に成形した成形体を被着してなる基板を得
た。

【００６７】次に、前記成形体を基板と共に４５０℃の
温度で脱バインダー処理を行い、続いて１２００℃の温
度で焼成して焼結一体化し、インク加圧室の構成部材を
作製した後、引き出し電極用の空間を溝の端部にスライ
シング加工にて形成した。

【００６８】その後、隔壁の分極処理を施し、さらに隔
壁の側面の上部半分と溝の引き出し電極相当部にスパッ
タリング法により金電極を形成した。

【００６９】一方、厚さ約３００μｍのチタン酸ジルコ
ン酸鉛系セラミック基板に機械加工によりインク室連結
用の穴を形成して上部基板を作製した。

【００７０】また、ポリイミド製のプラスチック板にレ
ーザーでノズル孔を穿孔してノズル板を作製した。

【００７１】かくして、得られた各部材を、エポキシ系
接着剤で接着して組み上げ、評価用の剪断モード型のイ
ンクジェットヘッドを作製した。

【００７２】まず、隔壁及び流底部をなす被覆層の断面
形状を確認すぺく、同一仕様で作製したインク加圧室の
構成部材を、溝の長手方向に対して直角方向に切断し、
その断面を走査線型電子顕微鏡で観察すると共に、流底
部をなす被覆層の厚さを測定した。

【００７３】次に、隔壁の接着歩留りは、同一仕様で作
製したインク加圧室の構成部材を、溝の長手方向に対し
て直角方向に切断し、その断面を走査型電子顕微鏡によ
り隔壁の接着状態を観察し、１０個中の良品の個数を１
００分率で評価した。

【００７４】さらに、４ｋＨｚで信号電圧を負荷し、Ａ
４サイズの普通紙にベタ印刷を行う噴射実験を行い、印
刷状態を評価した。

【００７５】その結果、前記評価用の剪断モード型イン
クジェットヘッドは、外形寸法が厚さ２ｍｍ、奥行き１
２ｍｍ、幅１２ｍｍから成り、インク加圧室の隔壁は、
幅が約７０μｍ、隔壁の高さが４００μｍ、ピッチが１
４０μｍ、流底部をなす被覆層は厚さが１５μｍの形状
を有しており、隣接するインク加圧室との短絡、即ち、
クロストークも認められなかった。

【００７６】また、インク加圧室の溝の端部は、流底部
から隔壁同様ほぼ直角状に形成されており、溝の端部の
引き出し電極相当長さは２ｍｍであり、インク加圧室の
溝の長さは１０ｍｍであり、溝の形状も完全な矩形状を
成していた。

【００７７】さらに、隔壁と基板との接着状態も、クラ
ック、剥離等の形状欠陥は認められず、良好な形状を成
しており、接着歩留りは１００％であった。

【００７８】また、インク液滴の噴射実験では、隔壁駆
動領域が十分に確保できて液滴も十分に噴射でき、前記
接着歩留りも良好なためにインクの噴出速度が２０±１
ｍ／ｓｅｃと安定していることと共に、高精細度化が可
能な小型のインクジェットヘッドが得られていることが
確認できた。

【００７９】（実施例２）実施例１において、流底部を
なす被覆層に相当する凹部の厚さが約２０μｍであるス
テンレス製の開放型の成形型に換えて、溝底部をなす被
覆層に相当する凹部の厚さが約２００μｍであるステン
レス製の開放型の成形型を使用する以外は、実施例１と
同様にして評価用の剪断モード型のインクジェットヘッ
ドを作製し、評価した。

【００８０】その結果、前記評価用の剪断モード型のイ
ンクジェットヘッドは、外形寸法が厚さ２ｍｍ、奥行き
１２ｍｍ、幅１２ｍｍから成り、インク加圧室の隔壁
は、幅が約７０μｍ、隔壁の高さが４００μｍ、ピッチ
が１４０μｍ、溝底部をなす被覆層は厚さが１５０μｍ
の形状を有し、隣接するインク加圧室とのクロストーク
も認められなかった。

【００８１】また、インク加圧室の溝の端部は、流底部
から隔壁同様ほぼ直角状に形成されており、溝の端部の
引き出し電極相当長さは２ｍｍであり、インク加圧室の
溝の長さは１０ｍｍと、溝は完全な矩形状か得られてい
た。

【００８２】さらに、隔壁と基板との接着状態も、クラ
ック、剥離等の形状欠陥ば認められず、良好な形状を有
しており、強度も十分あり、接着歩留りは１００％であ
った。

【００８３】また、インク液滴の噴射実験で、隔壁駆動
領域が十分に確保できて液滴も十分に噴射でき、実施例
１と同様にインクの噴出速度も２０±１ｍ／ｓｅｃと安
定しており、高精細度化が可能な小型のインクジェット
ヘッドが得られていることが確認できた。

【００８４】（実施例３）実施例１において、開放型の
成形型に換えて、基板を設置可能な隔壁に相当する凹部
の幅が約９０μｍ、深さが約５００μｍ、ピッチが約１
４０μｍ、流底部をなす被覆層に相当する凹部の厚さが
約３００μｍ、溝を形成する凸部の幅が３０μｍ、深さ
が２５０μｍであるステンレス製の密開型の成形型を使
用する以外は、実施例１と同様にして評価用の剪断モー
ド型のインクジェットヘッドを作製し、評価した。

【００８５】その結果、前記評価用の剪断モード型のイ
ンクジェットヘッドは、外形寸法が厚さ２ｍｍ、奥行き
１２ｍｍ、幅１２ｍｍから成り、インク加圧室の隔壁
は、幅が約７０μｍ、隔壁の高さが４００μｍ、ピッチ
が１４０μｍ、被覆層は厚さが２２μｍの形状を有し、
隣接するインク加圧室とのクロストークも認められなか
った。

【００８６】また、インク加圧室の溝の端部は、流底部
から隔壁同様ほぼ直角状に形成されており、溝の端部の
引き出し電極相当長さは２ｍｍであり、インク加圧室の
溝の長さは１０ｍｍであり、溝の長手方向の形状も完全
な矩形状であった。

【００８７】さらに、隔壁と基板との接着状態も、クラ
ック、剥離等の形状欠陥ば認められず、良好な形状を有
しており、強度も十分であり、接着歩留りは１００％で
あった。

【００８８】また、インク液滴の噴射実険で、隔壁駆動
領域が十分に確保できて液滴も十分に噴射でき、インク
の噴出速度も２０±１ｍ／ｓｅｃと安定しており、高精
細度化が可能な小型のインクジェットヘッドが得られて
いることが確認できた。

【００８９】（実施例４）実施例ｌにおける成形用組成
物を構成する不飽和ポリエステル樹脂に換えてアクロイ
ル基を有するモノマーを使用する以外は、実施例ｌと同
様にして評価用の剪断モード型のインクジェットヘッド
を作製し、評価した。

【００９０】その結果、前記評価用の剪断モード型のイ
ンクジェットヘッドドは、外形寸法が厚さ２ｍｍ、奥行
き１２ｍｍ、幅１２ｍｍから成り、インク加圧室の隔壁
は、幅が約７０μｍ、隔壁の高さが３９０μｍ、ピッチ
が１４０μｍ、被覆層部は厚さが２００μｍの形状を有
し、実施例１乃至３と同様、隣接するインク加圧室との
クロストークは全く認められなかった。

【００９１】また、インク加圧室の溝の端部は、流底部
から隔壁同様ほぼ直角状に形成されており、溝の端部の
引き出し電極相当長さは２ｍｍであり、インク加圧室の
溝の長さば１０ｍｍであり、溝の長手方向の形状も完全
な矩形状であった。

【００９２】さらに、隔壁と基板との接着状態も、クラ
ック、剥離等の形状欠陥は認められず、良好な形状を有
しており、強度も十分であり、接着歩留りば１００％で
あった一方、インク液滴の噴射実験では、隔壁駆動領域
が十分に確保できて液滴も十分に噴射できると共に、実
施例１乃至３と同一の安定した噴出速度を示し、高精細
度化が可能な小型のインクジェットヘッドが得られてい
ることが確認できた。

【００９３】（実施例５）実施例１において、流底部を
なす被覆層に相当する凹部の厚さが約２０μｍであるス
テンレス製の開放型の成形型に換えて、流底部をなす被
覆層に相当する凹部の厚さが約６２５μｍ、溝を形成す
る凸部の幅が１５μｍ、深さ６２５μｍで、かつ凸部の
頂上に突起を有するステンレス製の開放型の成形型を使
用する以外は、実施例１と同様にして評価用の剪断モー
ド型のインクジェットヘッドを作製し、評価した。

【００９４】その結果、前記評価用の剪断モード型のイ
ンクジェットヘッドは、外形寸法が厚さ２ｍｍ、奥行き
１２ｍｍ、幅１２ｍｍから成り、インク加圧室の隔壁
は、幅が約７０μｍ、隔壁の高さが４００μｍ、ピッチ
が１４０μｍ、被覆層は厚さが５００μｍ、溝は幅が２
０μｍ、深さが５００μｍの形状を有するとともに、溝
底部には一つの切欠溝を有し、隣接するインク加圧室と
のクロストークは認められなかった。

【００９５】また、インク加圧室の溝の端部は、流底部
から隔壁同様ほぼ直角状に形成されており、溝の端部の
引き出し電極相当長さは２ｍｍであり、インク加圧室の
溝の長さは１０ｍｍと、溝は完全な矩形状か得られてい
た。

【００９６】また、隔壁と基板との接着状態も、クラッ
ク、剥離等の形状欠陥ば認められず良好な形状を有して
おり、強度も十分あり、接着歩留りは１００％であっ
た。

【００９７】さらに、インク液滴の噴射実験で、隔壁駆
動領域が十分に確保できて液滴も十分に噴射でき、実施
例１と同様にインクの噴出速度も２０±１ｍ／ｓｅｃと
安定しており、高精細度化が可能な小型のインクジェッ
トヘッドが得られていることが確認できた。

【００９８】（比較例）まず、厚さ約８００μｍのチタ
ン酸ジルコン酸鉛基板を準備し、該基板上に厚さ５００
μｍの紫外線硬化型ドライフィルムをローラーでラミネ
ートした。

【００９９】次いで、前記ドライフィルム上に隔壁に相
当する溝幅約９０μｍ、ピッチ約１４０μｍのガラスパ
ターンマスクを設置し、さらにその上から超高圧水銀灯
の紫外線で露光した。

【０１００】その後、ガラスパターンマスクを取り除
き、２％炭酸ナトリウム水溶液で現像して基板上にドラ
イフィルムの埋め込み用の凹部を形成した。

【０１０１】次に、チタン酸ジルコン酸鉛系セラミック
粉とアクリル系バインダ及び高級アルコールから成るペ
ースト状の成形用組成物を、前記凹部に充填して、１２
０℃の温度で１５分間乾燥した後、４５０℃の温度で脱
バインダー処理を行い、続いて１２００℃の温度で焼成
して焼結一体化し、インク加圧室の構成部材を作製し
た。

【０１０２】以下、実施例１と同様に電極形成、分極、
組み立てを行い、評価用の剪断モード型のインクジェッ
トヘッドを作製し、同様に評価した。

【０１０３】その結果、得られた評価用の剪断モード型
のインクジェットヘッドは、外形寸法が厚さ２ｍｍ、奥
行き１２ｍｍ、幅１２ｍｍから成り、インク加圧室の隔
壁は、幅が約７０μｍ、隔壁の高さが４００μｍ、ピッ
チが１４０μｍを有し、インク加圧室の溝の端部は、流
底部から隔壁同様ほぼ直角状に形成されており、溝の端
部の引き出し電極相当長さは２ｍｍであり、インク加圧
室の溝の長さは１０ｍｍであった。

【０１０４】しかし、隔壁の基部が基板と接する界面に
微小クラックが多数発生し、一部は微小クラックが連結
して隔壁が基板から剥離し、クロストークしている部分
も観察され、接着歩留りも７０％程度であった。

【０１０５】従って、インク液滴の噴射実験では、隔壁
が正確に駆動せず、紙面に筋が発生する等の印刷不良が
見られると共に、インクの噴射可能なノズル孔からの噴
出速度も１５〜２１ｍ／ｓｅｃとバラツキが大きく不安
定であった。

【０１０６】以上の結果からも明らかなように、比較例
では、隔壁と基板との接着が不良であり、接続信頼性の
低いもので、しかも基板との密着不足による微小クラッ
クを生じたりするのに対して、本発明では、いずれも溝
の全長が何ら欠陥なく確保でき、小型のインクジェット
ヘッド自体を形成できるだけでなく噴射特性が優れ、か
つ接着歩留りが極めて高く、接続信頼性を高くできるこ
とが判る。

【０１０７】また、隔壁駆動領域を十分に確保でき、イ
ンク液滴を十分な圧力で噴射でき、例えば、ラインプリ
ンタヘッドの如き、長いヘッドを容易に製作できる。
なお、本発明は前記詳述した実施例に何ら限定されるも
のではない。

【０１０８】

【発明の効果】叙上の如く、本発明の印刷装置及びその
製造方法によれば、剪断モード型のインク噴射装置を構
成するインクジェットヘッドの基板上の隔壁間の流底部
を、隔壁と同一材料から成る被覆層により形成すること
によって、基板に接する隔壁基部の密着面積を増加する
ことができ、基板上に隔壁を強固に接合することができ
る。

【０１０９】また、溝底部をなす被覆層に溝を設けるこ
とで、被覆層の厚みを厚くしても隔壁の位置精度がばら
つくことはなく、基板上に隔壁を強固に接合することが
できる。

【０１１０】かくして、いずれも精度の良いインクジェ
ットヘッドを得ることができる。

【０１１１】さらに、隔壁駆動領域を十分に確保できる
ことから、インクジェットヘッド自体が，小型軽量化さ
れ、材科コストも低減できると共に、かかるインクジェ
ットヘッドから成るインク噴射装置の組み込み時の占有
面積も大幅に低減され、引いては印刷装置自体の小型化
にも寄与することができる。

【０１１２】また、インクジェットヘッドが小型軽量化
されることにより、インクジェットヘッドの移動速度の
高速化、位置決め精度の向上が可能となると共に、基板
サイズを長尺化することにより、インクジェットヘッド
を移動させる必要のないラインプリンタヘッドも簡単に
製造することができ、高速、高解像度の印刷も可能とな
り、要求されている印字や画像、文様等のより高精細度
化が可能となり、かつ量産に好適なインクジェットヘッ
ドから成るインク噴射装置を具備した印刷装置が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図ｌ】本発明の印刷装置を構成するインク噴射装置に
用いられるインクジェットヘッドの一例である溝の長手
方向に対して直角方向に切断した要部を示す断面図であ
る。

【図２】本発明の印刷装置を構成するインク噴射装置に
用いられるインクジェットヘッドの他の例である溝の長
手方向に対して直角方向に切断した要部を示す断面図で
ある。

【図３】本発明の印刷装置の製造方法を説明するため
の、印刷装置の要部を成すインク噴射装置を構成するイ
ンクジェットヘッドの製造工程の一例を示す図である。

【図４】本発明の印刷装置の製造方法を説明するため
の、印刷装置の要部を成すインク噴射装置を構成するイ
ンクジェットヘッドの製造工程の他の例を示す図であ
る。

【符号の税明】

１，２１：インクジェットヘッド ２：インク加圧室
３：溝 ４：隔壁 ５：基板 ６，２６：流底部 ７，２７：被覆層 ８，
２８：厚さ ９：ノズル孔 １０：ノズル板 １１：上部基板 １
２：電極 １３：成形型 １４：成形用組成物 １５：印刷製版
１６：成形体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/045 B41J 2/055

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】インク加圧室を構成する複数の溝を形成す
   るための隔壁が、圧電性を有する材料から成り、該圧電
   性を有する材料の剪断モードにより隔壁を歪み変形させ
   て溝の容積を変化させ、該溝に供給されたインクを溝と
   連通するノズル孔から液滴として噴射するインクジェッ
   トヘッドをインク噴射装置として具備した印刷装置であ
   って、前記隔壁間の溝底部に該隔壁と同一材料から成
   り、厚さが２００μｍ乃至５００μｍで、少なくとも一
   つの切欠溝を有する被覆層が被着されていることを特徴
   とする印刷装置。