JP3552899B2

JP3552899B2 - インクジェット式記録ヘッド、及びインクジェット式記録ヘッドの弾性板の製造方法

Info

Publication number: JP3552899B2
Application number: JP5438098A
Authority: JP
Inventors: 強北原
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1998-02-19
Filing date: 1998-02-19
Publication date: 2004-08-11
Anticipated expiration: 2018-02-19
Also published as: JPH11227201A

Description

【０００１】
【発明の属する技術の分野】
本発明は、縦振動モードの圧電振動子を駆動源とするインクジェット式記録ヘッド、より詳細には圧電振動子の伸縮を受けて圧力発生室を収縮、膨張させる弾性板の構造と、その製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
記録ヘッドの記録密度の向上を図るためにノズル開口列のピッチが小さくなる傾向にあり、このためシリコン単結晶のウエハーを異方性エッチングし、これに他の方法で製作されたノズルプレートや弾性板を接着剤で固定して流路ユニットを構成し、この流路ユニットに圧電振動子の変位を伝達して圧力発生室に圧力を発生させ、この圧力によりインク滴をノズル開口から吐出させるように構成されている。
【０００３】
このように圧力発生室の配列密度が大きくなると、圧力発生室の幅が極めて小さくなるるため、圧力発生室の長手方向全体を効率的に変形させる必要上、弾性変形可能な板材に圧力発生室の長手方向に延びる凸部、いわゆるアイランド部を形成し、このアイランド部を介して圧電振動子の変位を圧力発生室を封止している弾性板の広い領域に伝達するように構成されている。
【０００４】
このような弾性板としては、図７に示したように浸漬法、ロールコート法、スプレー法等により高分子材料の層３０を金属板３１に形成した板材３２を用い、金属板３１をエッチングしてアイランド部３３、３３、３３、‥‥を形成するとともに、エッチングにより露出した高分子材料の層３０をダイヤフラム部３４としたものが提案されている（ＷＯ９３／２５３９０号）。
【０００５】
このように構成された弾性板のアイランド部３３、３３、３３、‥‥に、軸方向に伸長する縦振動モードの圧電振動子の先端を当接させて、接着剤により固定されてインクジェット式記録ヘッドが構成される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この接着作業時に接着剤がダイヤフラム部に流れ込み、ダイヤフラム部の剛性を変化させてインク滴の吐出性能を変動させるという問題があるため、アイランド部の高さを可及的に高くして接着剤をアイランド部の側壁で吸収させることが行われている。
このためにはアイランド部の高さとして通常３０μｍ程度必要となるため、エッチングすべき厚も３０μｍ以上と大きくなり、これに随伴してエッチング精度がプラスマイナス１５μｍ程度まで低下し、ダイヤフラム部やアイランド部のサイズや位置に１５μｍ程度の誤差が生じ、各圧力発生室のコンプライアンスにばらつきが生じてインク滴の吐出特性が圧力発生室毎に異なるという問題がある。
【０００７】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは圧力発生室のコンプライアンスを可及的に均一化してインク吐出特性が安定なインクジェット式記録ヘッドを提供することである。
本発明の第２の目的は、圧力発生室のコンプライアンスを可及的に均一化してインク吐出特性を安定化させることができる弾性板の製造方法を提案することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような問題を解消するために本発明においては、ノズル開口、圧力発生室、及びインク供給口とを備え、前記インク供給口からインクの供給を受け、前記ノズル開口からインク滴を吐出する前記圧力発生室に対向するアイランド部、及びダイヤフラム部を備えた弾性板により封止された流路ユニットと、前記アイランド部に当接して前記インク滴を吐出させる圧電振動子とからなるインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記弾性板が、エッチング可能な材料からなる複数の板材を接着剤層を介して接合したアイランド部を、前記圧電振動子の変位により弾性変形可能な板材に形成して構成されている。
【０００９】
【作用】
アイランド部のうち、弾性変形可能な板材との接合領域をエッチングにより高い精度で形成できるため、圧力発生室の加圧領域を一定として圧力発生室のダイヤフラム部のコンプライアンスを均一化することができる。
【００１０】
【実施例】
そこで以下に本発明の詳細を図示した実施例に基づいて説明する。
図１は、本発明のインクジェット式記録ヘッドの一実施例を示すものであって、図中符号１は、ノズル開口２、２、２‥‥が穿設されたノズルプレート、３はスペーサで、圧力発生室４、インク供給口５、及びリザーバ６を区画する部材である。
【００１１】
本発明が特徴とする弾性板７は、図２に示したように金属等の剛性が高く、かつエッチングが可能な材料、例えば金属等の２枚の薄板８、９を接着剤層１０を介してラミネートした板材１１を、圧電振動子の変位により弾性変形可能な高分子延伸フィルム１２の表面に接着剤層１３を介して積層し、これら金属の薄板８、９をそれぞれエッチングしてダイヤフラム部１４とアイランド部１５を形成して構成されている。
【００１２】
そして、アイランド部１５は、上層側の板材８による部分の長さＬ１よりも下層側の板材９による部分の長さＬ２が長く、かつ圧電振動子１６の両側から突出する程度に選択され、上層側の板材８による幅Ｗ１よりも下層側の板材９による部分の幅Ｗ２が広くなるように選択されていて、圧電振動子１６の変位を圧力発生室４の全体に伝達できるように構成されている。
【００１３】
これら部材は、ノズルプレート１、及び弾性板７は、スペーサ部材３の両面を封止するように接着剤により接合されて流路ユニット１７を構成している。
【００１４】
圧電振動子１６は、図３（イ）、（ロ）に示したように、一方の極となる電極１７、１７’と、他方の極となる電極１８、１８’とを圧電材料１９、１９’を介してサンドイッチ状に積層して構成され、図３（ハ）に示したように固定基板２０に一定のピッチで固定してユニットに纏められている。
【００１５】
そして各圧電振動子１６は、その先端をアイランド部１５に当接させて固定板２０を介してヘッドフレーム２１に固定されている。なお、図中符号２２は、共通電極２３及びセグメント電極極２４に接続されたフレキシブルケーブルを、また符号２５はリザーバ６に接続するインク供給路を示す。
【００１６】
振動板７について図４に基づいてさらに説明する。
インクに対して耐久性を備えた厚さ１０乃至５０μｍの第１の金属薄板、例えばステンレス鋼板８と、厚さ５乃至１０μｍの第２の金属薄板、例えばステンレス鋼板９とを厚さ０．５乃至２μｍ程度で、かつ除去可能な接着剤、例えば感光性接着剤層１０を介して積層、固定して１枚の板材として構成する。このとき、高分子延伸フィルム１２と接着剤１３で接着される側のステンレス鋼板９を、圧電振動子１６に当接する側の鋼板８よりも薄く選択するのが望ましい。
【００１７】
この板材の薄い方のステンレス鋼板９の表面に接着剤層１３を介して厚さ１乃至１０μｍ程度の圧電振動子１６の変位により弾性変形可能な高分子延伸フィルム１２、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂の延伸フィルムを接着してラミネート材を構成する。
ついでラミネート材のステンレス鋼板８が表面となるように図示しないガラス基板にセットし、ステンレス鋼板８の表面に感光性樹脂フィルム２６を貼り付けて基板に固定する（図４（Ｉ））。
【００１８】
この状態で、エッチングすべきパターンを形成したマスクを用いて感光性樹脂フィルム２６を露光して、アイランド部１５となる領域に感光性樹脂フィルム２６’を残し、またダイヤフラム部１４には貫通孔となるエッチング保護膜を形成する（図４（ＩＩ））。
【００１９】
ついで、このエッチング保護膜を用いてラミネート材をエッチングすると、ステンレス鋼板８から表面から徐々に除去され、他方のステンレス鋼板９との感光性接着剤層１０に到達した段階でエッチングを停止する（図４（ＩＩＩ））。
【００２０】
ついで、前回のエッチング時のエッチングストッパとして機能した接着剤層１０の露出部を、露光したり、また溶媒等により除去するとともに、望ましくは感光性樹脂フィルム２６’をも除去する（図４（ＩＶ））。
【００２１】
前述と同様にステンレス鋼板８が露出している表面全体に感光性樹脂フィルム２７を貼り付け（図４（Ｖ））、アイランド部１５としてエッチングすべきパターンを形成したマスクを用いて感光性樹脂フィルム２７を露光して、アイランド部１５となる領域に感光性樹脂フィルム２７’を残し、またダイヤフラム部１４には貫通孔となるエッチング保護膜を形成する（図４（ＶＩ））。
【００２２】
ついで、この感光性樹脂膜２７’をエッチング保護膜としてエッチングすると、下層のステンレス鋼板９がエッチングを受け、接着剤層１３に到達した段階でエッチングを停止する（図４（ＶＩＩ））。
【００２３】
第２のエッチング工程においては、下層となるステンレス鋼板のエッチング時間が短いため、サイドエッチング量が少なく、可及的に露光パターンに一致する形状でエッチングが完了する。そして感光性樹脂膜２７’を必要に応じて除去することにより弾性板７が完成する（図４（ＶＩＩＩ））。
【００２４】
このように構成された弾性板７を備えた流路ユニット１７をヘッドフレーム２４の固定部２５に固定し、流路ユニット１７が下方となるようにヘッドフレーム２１をセットし直してから、振動子ユニットの圧電振動子１６の先端に接着剤を塗布して、ヘッドフレーム２１に圧電振動子ユニットを落しこむと、圧電振動子１５の先端が流路ユニット１７を構成している弾性板７のアイランド部１５に接着剤を介して当接する。
【００２５】
このとき接着剤の一部がアイランド部１５の側面に流れ出す程度に接着剤の量に調整しておくと、アイランド部との接合を確実ならしめ、かつアイランド部１５の側面で保持してダイヤフラム部１４に流れ出すのを阻止することができる。そしてヘッドフレーム２１と固定基板２０との間に接着剤を注入して固定するとインクジェット式記録ヘッドが完成する。
【００２６】
この実施例によれば、アイランド部１５の下方領域、つまり高分子延伸性フィルム１２と接合するステンレス鋼９の厚みが薄いため、サイドエッチング量が少ない状態でエッチングを受ける。
【００２７】
このため、ステンレス鋼板９は、エッチングマスクに可及的に一致する形状でエッチングを受けて極めて高い精度でアイランド部の下部領域が形成されることになり、アイランド部１５として適した厚みの単一の金属板でアイランド部を形成する場合に比較して各圧力発生室４のダイヤフラム部１４のコンプライアンスが均一化される。
【００２８】
また、ステンレス鋼板８の厚みを大きくすることにより、アイランド部１５の、圧電振動子１６の両側から突出した領域の曲げ剛性を大きすることができ、圧電振動子１６の変位を圧力発生室４の容積変化に高い効率で変換することができる。特にこの実施例ように剛性が大きな圧電振動子１６を圧力発生手段として使用した場合には、その効果が顕著に現れる。
【００２９】
図５は、本発明の他の実施例を示すものであって、この実施例においてはアイランド部１５の外側を環状に取り囲むように領域９ａを残して、高分子延伸性フィルム１２に接着されているステンレス鋼板９をエッチングしたもので、この実施例によれば、ダイヤフラム部１４の変形領域の外縁を高い精度でエッチングを受けたステンレス鋼板９の剛性により規定することができる。
【００３０】
図６は本発明の他の実施例を示すものであって、この実施例においてはアイランド部１５を構成する下層のステンレス鋼板９の、圧力発生室４の軸方向の端部９ｂ、９ｂを圧力発生室４を越えて両側に到達するようにエッチングしたものである。
【００３１】
この実施例によれば圧力発生室４の両端における応力を、下層の板材９で受けることができて、高分子延伸性フィルム１２に局所に応力が作用するのを防止することができる。
【００３２】
なお、上述の実施例のおいては、２枚のステンレス鋼を用いているが、３枚以上を耐エッチング性を備えた接着層により積層して、複数回のエッチングを実施したり、また板材としてはエッチングが可能で、しかも接着性の高い他の金属、例えば銅、ニッケル、鉄、シリコンの薄板を用いても同様の作用を奏することは明らかである。
【００３３】
また、高分子延伸フィルムとしてポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂を用いているが、延伸可能な他の高分子材料、例えば、ポリイミド（ＰＩ）樹脂、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）樹脂、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂、ポリバラバン酸（ＰＰＡ）樹脂、ポリサルホン（ＰＳＦ）樹脂、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）樹脂樹脂、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリオレフィン（ＡＰＯ）樹脂、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）樹脂、アラミド樹脂、ポリプロピレン樹脂、塩化ビニリデン樹脂、ポリカーネート樹脂等を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインクジェット式記録ヘッドの一実施例を、圧力発生室の長手方向の断面で示す図である。
【図２】図（イ）乃至（ハ）は、それぞれ同上記録ヘッドの弾性板のアイランド部を拡大して示す上面図と、Ａ−Ａ線、及びＢ−Ｂ線における断面図である。
【図３】図（イ）、（ロ）は、それぞれ圧電振動子の一実施例を、また図（ハ）は圧電振動子ユニットの一実施例を示す図である。
【図４】図（Ｉ）乃至（ＶＩＩＩ）は、それぞれ同上弾性板の製造工程を示す図である。
【図５】図（イ）、（ロ）は、本発明の他の実施例を、弾性板のアイランド部を拡大して示す上面図と、Ｃ−Ｃ線における断面図である。
【図６】図（イ）、（ロ）は、本発明の他の実施例を、弾性板のアイランド部を拡大して示す上面図と、Ｄ−Ｄ線における断面図である。
【図７】縦振動モードの圧電振動子を使用するインクジェット式記録ヘッドの弾性板の一例を示す上面図である。
【符号の説明】
１ノズルプレート
３スペーサ
４圧力発生室
５インク供給口
６リザーバ
７弾性板
８、９アイランド部を構成する板材
１４ダイヤフラム部
１５アイランド部
１６圧電振動子
２１ヘッドフレーム

Claims

ノズル開口、圧力発生室、及びインク供給口とを備え、前記インク供給口からインクの供給を受け、前記ノズル開口からインク滴を吐出する前記圧力発生室に対向するアイランド部、及びダイヤフラム部を備えた弾性板により封止された流路ユニットと、
前記アイランド部に当接して前記インク滴を吐出させる圧電振動子とからなるインクジェット式記録ヘッドにおいて、
前記弾性板が、エッチング可能な材料からなる複数の板材を接着剤層を介して接合したアイランド部を、前記圧電振動子の変位により弾性変形可能な板材に形成して構成されているインクジェット式記録ヘッド。
前記接着剤層が、耐エッチング性を備え、かつ除去可能な材料である請求項１に記載のインクジェット式記録ヘッド。
前記アイランド部が、その前記圧力発生室の軸方向の両端が前記圧電振動子から突出する程度の長さである請求項１に記載のインクジェット式記録ヘッド。
前記アイランド部が、前記弾性変形可能な板材に近い側の面積が大きくなるように形成されている請求項１に記載のインクジェット式記録ヘッド。
前記アイランド部を構成する板材のうち、前記弾性変形可能な板材に近い側のものが薄い請求項１に記載のインクジェット式記録ヘッド。
前記弾性変形可能な板材に近い側の板材が前記圧力発生室の軸方向の両端よりも外側に延長されている請求項１に記載のインクジェット式記録ヘッド。
前記弾性変形可能な板材に接合されている板材が、隣接する前記圧力発生室の間を非エッチング領域として残されている請求項１に記載のインクジェット式記録ヘッド。
前記弾性板が、エッチング可能な材料からなる２枚の板材を接着剤層を介して接合したアイランド部を、前記圧電振動子の変位により弾性変形可能な板材に形成して構成されている請求項１に記載のインクジェット式記録ヘッド。
前記板材のうち、前記弾性変形可能な板材の側の板材が厚さ５乃至１０μｍであり、また前記圧電振動子の側の板材が１０乃至５０μｍであり、さらにこれら２枚の板材を接合する接着剤層が０．５乃至２μｍである請求項８に記載のインクジェット式記録ヘッド。
前記アイランド部を構成する板材が、ステンレス、銅、ニッケル、鉄、シリコンの薄板であり、またダイヤフラム部を構成する板材が高分子フィルムである請求項１に記載のインクジェット式記録ヘッド。
前記弾性変形可能な板材に接合されている板材の前記圧力発生室列設方向の幅が最大である請求項１に記載のインクジェット式記録ヘッド。
前記弾性変形可能な板材に接合されている板材の前記弾性変形可能な板材に近い側の板材の前記圧力発生室の軸方向の長さが最大である請求項１に記載のインクジェット式記録ヘッド。
前記圧電振動子の先端が接着剤により前記アイランド部に接合されている請求項１に記載のインクジェット式記録ヘッド。
前記接着剤が前記アイランド部の側部に流れ出している請求項１３に記載のインクジェット式記録ヘッド。
前記流路ユニットが、ノズル開口が穿設されたノズルプレートと、圧力発生室、インク供給口、及びリザーバを形成するスペーサと、前記圧力発生室に対向するアイランド部、及びダイヤフラム部を備えた弾性板と、を接合して構成されている請求項１に記載のインクジェット式記録ヘッド。
前記圧電振動子が、その軸方向に変位する縦振動モードの圧電振動子である請求項１に記載のインクジェット式記録ヘッド。
前記圧電振動子が、圧電材料と内部電極を交互に積層して構成されている請求項１に記載のインクジェット式記録ヘッド。
耐エッチング性を備えた接着剤層を介して少なくとも２枚のエッチング可能な板材を、圧電振動子の変位により弾性変形する板材にラミネートした母材を用意し、圧力発生室に対応させて前記接着剤層をエッチングストッパとして各層の板材を順次エッチングすることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの弾性板の製造方法。