JP5042866B2 - 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

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。

例えばインクジェットヘッドとして、ヘッド内の流路でインクが循環するタイプのものが知られている。このインクジェットヘッドは、ヘッドベースの一端に設けられた数個の供給口と、ヘッドベースの他端に設けられた数個の回収口と、供給口と回収口との間に設けられる多数のノズルと、ノズルの近傍に設けられノズルからインクを吐出させる圧電素子と、圧電素子を駆動するドライバＩＣと、ドライバＩＣと圧電素子とを接続する配線とを備えている。圧電素子は、チタン酸ジルコン酸鉛で形成されている。このようなインクジェットヘッドでは、線膨張係数の小さい圧電素子との間で熱膨張率をそろえるため、ヘッドベースに線膨張係数の小さいセラミックスを用いることが多い。

このインクジェットヘッドでは、供給口から流入したインクは、多数のノズルに供給され、圧電素子の駆動によりノズルからインク滴として吐出される。ノズルで使用されなかったインクは、回収口において回収される。このように、インクを供給口から回収口まで循環させることにより、ノズルに気泡やインク塊が詰まってしまうことを防いでいる（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−１１３８６１号公報

ところで、セラミックス製のヘッドベースを焼成した後に、機械加工によって供給口や回収口といった孔を開けることは、製造コストが高くなり実用に適さない。一方、セラミックスは、焼成時に水分が揮発してしまう関係上、焼成時の収縮率が大きい。このため、セラミックスを焼成する前にプレス成形や射出成形によってヘッドベースに孔を形成すると、当該孔の径の精度が出ないという実情がある。

本発明の目的は、製造コストを低廉に維持しつつ、基板に形成された孔の径の精度を向上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、インクの供給口となる孔を有する基板と、前記基板に接着される枠部材と、前記枠部材に接着されるノズルプレートと、前記ノズルプレートに形成されるとともに、それぞれ複数のノズルを含む一対のノズル列と、前記複数のノズルに対応する複数の駆動素子を有し、前記一対のノズル列にそれぞれ対応するように前記基板に接着された一対の圧電部材と、を具備し、前記一対の圧電部材は、互いの距離が一定に維持された状態で、前記孔の一部を塞ぐように前記基板に接着される。

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、一対のノズル列にそれぞれ対応する一対の圧電部材を有し、前記ノズル列に含まれる複数のノズルに対応する複数の駆動素子を前記圧電部材に作りこんだインクジェットヘッドの製造方法であって、未焼成のセラミックス基板にインクの供給口となる孔を形成し、前記孔を形成した前記セラミックス基板を焼成し、焼成された前記セラミックス基板に対して、前記一対の圧電部材を互いの距離を一定に維持した状態で、前記孔の一部を塞ぐように接着する。

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、一対のノズル列に対応する一対の圧電部材を有し、前記ノズル列に含まれる複数のノズルに対応する複数の駆動素子を前記圧電部材に作りこんだインクジェットヘッドの製造方法であって、未焼成のセラミックス基板にインクの供給口となる孔を形成し、前記孔を形成した前記セラミックス基板を焼成し、焼成された前記セラミックス基板に対して、一対の圧電部材が連結された圧電ブロックを前記孔の一部を塞ぐように接着し、前記セラミックス基板に接着された前記圧電ブロックに加工して、前記圧電ブロックを一対の圧電部材として分断する。

本発明によれば、製造コストを低廉に維持しつつ、基板に形成された孔の径の精度を向上することができるインクジェットヘッドを提供できる。

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。
インクジェットヘッドは、いわゆるインク循環式のインクジェットヘッドである。図１と図２に示すように、インクジェットヘッド１１は、基板１２と、基板１２に接着された枠部材１３と、枠部材１３に接着されたノズルプレート１４と、枠部材１３の内側の位置で基板１２に接着された圧電部材１５と、圧電部材１５を駆動するためのヘッド駆動用のＩＣ１６と、を有している。

ノズルプレート１４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１４は、一対のノズル列２１を有している。各ノズル列２１は、複数のノズル２２を含んでいる。

圧電部材１５は、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）製の２枚の圧電板２３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。圧電部材１５は、断面台形状で、棒状に形成されている。圧電部材１５は、表面に溝状に切削形成される複数の圧力室２４と、各圧力室２４の両側部に設けられる駆動素子である支柱２５と、各支柱２５の側面および圧力室２４の底部に形成される電極２６とを有している。圧電部材は、ノズルプレート１４上のノズル列２１に対応するように基板１２に接着される。圧力室２４および支柱２５は、ノズル２２に対応して形成されている。また、基板１２上には、複数の電気配線２７が設けられている。各電気配線２７は、その一端で電極２６に接続されるとともに、他端でヘッド駆動用のＩＣ１６に接続されている。

基板１２は、例えばアルミナなどのセラミックスによって、方形の板状に形成されている。基板１２は、孔でそれぞれ構成される供給口３１および排出口３２を有している。図３に示すように、供給口３１である孔は、円形をなしている。基板１２は、供給口３１の孔の周囲を規定する縁部３３を有している。この縁部３３は、孔の中心Ｃを間に挟んで対向する一対の円弧３３Ａを含んでいる。一対の圧電部材１５は、円弧３３Ａにオーバーラップしてそれぞれ配置されており、孔の一部を塞ぐように基板１２に接着されている。

図３に示すように、本実施形態では、供給口３１の孔の面積は、例えば、約ａ×ｂ＝ａｂである。このとき、ｂの寸法は、圧電部材１５を保持する治具によって、例えば、±１０μｍの誤差の範囲で管理されている。一方、ａの寸法は、セラミックスを焼成する際の収縮にばらつきがあるため、孔の直径が例えば１ｍｍである場合に、例えば±３０μｍの誤差を生ずる。

一方、孔の直径をいずれも管理しない場合には、孔の面積は、πａ^２／４である。このため、精度の出ていない寸法ａについて２乗された値となり、孔の面積の管理が難しくなる。本実施形態では、精度のでていないａという値が孔の面積に関係するものの、孔の径を管理しない場合に比して、孔の面積の精度を向上することができる。また、コストも極端に上昇することがなく、製造コストと孔径の精度とのバランスとることができる。

上記構成のインクジェットヘッド１１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１１にインクを供給する必要がある。インクの供給は、供給口３１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３１を経由して圧力室２４内に満たされる。圧力室２４内で使用されなかったインクは、排出口３２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１１に対して印字信号をヘッド駆動用のＩＣ１６に出力する。印刷信号を受けたヘッド駆動用のＩＣ１６は、電気配線２７を介して駆動パルス電圧を支柱２５に印加する。これにより、左右一対の支柱２５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２４内の圧力を高くすることで、ノズル２２からインク滴が勢い良く吐出される。

続いて、図４を参照して、本実施形態のインクジェットヘッド１１の製造工程について説明する。まず、焼成前のセラミックスシート（セラミックスグリーンシート）で構成される基板１２に対して、ステップＳ１において、プレス成形によって供給口３１および排出口３２を形成する。続いて、ステップＳ２において、この基板１２を焼成する。続いて、ステップＳ３において、基板１２に対して一対の圧電部材１５を接着する。このとき、一対の圧電部材１５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。また、圧電部材１５は、当該治具を介して基板１２に位置決めされ、基板１２に対して接着されて、図５に示すような状態になる。

ステップＳ４において、基板１２に接着された圧電部材１５に対して、角部に研削加工ないし切削加工を行ういわゆるテーパ加工を行う。これによって、圧電部材１５は、図６に示すような状態になる。ステップＳ５において、この圧電部材１５に対して圧力室２４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、ステップＳ６において、溝の内面に電極２６を形成するとともに、基板１２上に電気配線２７を形成する。電極２６および電気配線２７は、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。

ステップＳ７において、レーザを照射してパターニングを行って、電極２６、および電気配線２７の以外の部位からニッケル薄膜を除去する。ステップＳ８において、基板１２に枠部材１３を接着する。ステップＳ９において、枠部材１３にノズルプレート１４を接着する。ステップＳ１０において、このノズルプレート１４にレーザを照射してノズル２２を形成する。さらにステップＳ１１において、基板１２上の電気配線２７に接続するように駆動回路（ヘッド駆動用のＩＣ１６）を基板１２に固定する。ステップＳ１２において、基板１２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１１の製造工程が終了する。

なお、本実施形態では、供給口３１および排出口３２をプレス成形で形成するようにしているが、基板１２を射出成形で作成し、予め基板１２に供給口３１および排出口３２を形成するようにしてもよい。また、供給口３１に対して圧電部材１５を一部オーバーラップさせて、供給口３１の径を管理しているが、排出口３２に対して圧電部材１５を一部オーバーラップさせて、排出口３２の径を管理するようにしてもよい。

第１の実施形態によれば、インクジェットヘッド１１は、インクの供給口３１となる孔を有する基板１２と、基板１２に接着される枠部材１３と、枠部材１３に接着されるノズルプレート１４と、ノズルプレート１４に形成されるとともに、それぞれ複数のノズル２２を含む一対のノズル列２１と、複数のノズル２２に対応する複数の駆動素子を有し、一対のノズル列２１にそれぞれ対応するように基板１２に接着された一対の圧電部材１５と、を具備し、一対の圧電部材１５は、互いの距離が一定に維持された状態で、孔の一部を塞ぐように基板１２に接着される。

また、インクジェットヘッドの製造方法は、一対のノズル列２１にそれぞれ対応する一対の圧電部材１５を有し、ノズル列２１に含まれる複数のノズル２２に対応する複数の駆動素子を圧電部材１５に作りこんだインクジェットヘッドに関し、未焼成のセラミックス基板１２にインクの供給口３１となる孔を形成し、孔を形成したセラミックス基板１２を焼成し、焼成されたセラミックス基板１２に対して、一対の圧電部材１５を互いの距離を一定に維持した状態で、孔の一部を塞ぐように接着する。

これらの構成によれば、圧電部材１５で孔の一部を塞ぐことにより、孔の径の精度を向上することができる。これによって、インクの流れる量を各孔間でばらつかないようにできる。その結果、ノズル２２から吐出されるインクの液量を均一化できる。また、機械加工で孔を開ける場合などに比して、製造コストを低廉に維持しつつ、孔の径の精度を向上することができる。これによって、製造コストと孔の径の精度とのバランスをとることができる。

この場合、孔は、円形をなしており、基板１２は、孔の周囲を規定する縁部３３を有し、縁部３３は、孔の中心を間に挟んで対向する一対の円弧３３Ａを含み、圧電部材１５は、円弧３３Ａにオーバーラップしてそれぞれ配置される。この構成によれば、孔の縦方向および横方向の直径のうち、いずれか一方について、圧電部材１５の間の寸法によって規定することができる。これによって、孔の縦方向および横方向の直径のうち、いずれか一方を誤差の小さい寸法とすることができ、孔の面積を精度よく管理することができる。

続いて、図７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の実施形態に係るインクジェットヘッド１１は、圧電部材１５の接着方法が第１の実施形態のものと異なっているが、他の部分は第１の実施形態と共通している。このため、主として異なる部分について説明し、共通する部分については共通の符号を付して説明を省略する。

第２の実施形態のインクジェットヘッド１１の構成は、第１の実施形態と同様である。しかしながら、第２の実施形態のインクジェットヘッド１１は、その製造工程が第１の実施形態の製造工程と異なっている。

第２の実施形態では、焼成前のセラミックスシート（セラミックスグリーンシート）で構成される基板１２に対して、ステップＳ１において、プレス成形によって供給口３１および排出口３２を形成する。続いて、ステップＳ２において、この基板１２を焼成する。続いて、ステップＳ３において、基板１２に対して圧電ブロック４１を接着する。圧電ブロック４１は、第１の実施形態で示した圧電部材１５を、２つ連結した形状をなしている。言い換えると、圧電ブロック４１は、中央部に溝部４２を有する厚板形状をなしている。

ステップＳ４において、基板１２に接着された圧電ブロック４１に対して、研削加工ないし切削加工を加えて２つの圧電部材１５に分断する。この研削加工は、図７に示す２点鎖線に沿って行われ、第１の実施形態と同じ形状の圧電部材１５が形成される。このとき、各圧電部材１５の角部にはテーパ加工がなされる。これによって、圧電部材１５は、図６に示すような状態になる。これ以後の工程は、第１の実施形態と同様である。

なお、第２の実施形態では、孔の面積は、例えば、約ａ×ｂ＝ａｂである。このとき、一対の圧電部材１５が機械加工で製造されるため、孔の横方向の径であるｂの寸法は、例えば、±５μｍの誤差範囲で管理される。

第２の実施形態によれば、インクジェットヘッド製造方法は、一対のノズル列２１に対応する一対の圧電部材１５を有し、ノズル列２１に含まれる複数のノズル２２に対応する複数の駆動素子を圧電部材１５に作りこんだインクジェットヘッドの製造方法であって、未焼成のセラミックス基板１２にインクの供給口３１となる孔を形成し、孔を形成したセラミックス基板１２を焼成し、焼成されたセラミックス基板１２に対して、一対の圧電部材１５が連結された圧電ブロック４１を孔の一部を塞ぐように接着し、セラミックス基板１２に接着された圧電部材１５に加工して、圧電ブロック４１を一対の圧電部材１５として分断する。

この構成によれば、圧電ブロック４１を加工して圧電部材１５を形成しているため、一対の圧電部材１５の間の隙間の寸法を、さらに精度よく管理することができる。

この場合、圧電部材１５は、孔の中心を挟んだ両側に一対に接着される。この構成によれば、孔の縦方向および横方向の直径うち、一方について、高い精度で寸法を管理することができる。

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。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］
インクの供給口となる孔を有する基板と、
前記基板に接着される枠部材と、
前記枠部材に接着されるノズルプレートと、
前記ノズルプレートに形成されるとともに、それぞれ複数のノズルを含む一対のノズル列と、
前記複数のノズルに対応する複数の駆動素子を有し、前記一対のノズル列にそれぞれ対応するように前記基板に接着された一対の圧電部材と、
を具備し、
前記一対の圧電部材は、互いの距離が一定に維持された状態で、前記孔の一部を塞ぐように前記基板に接着されることを特徴とするインクジェットヘッド。
［２］
前記孔は、円形をなしており、
前記基板は、前記供給口の周囲を規定する縁部を有し、
前記縁部は、前記孔の中心を間に挟んで対向する一対の円弧を含み、
前記圧電部材は、前記円弧にオーバーラップしてそれぞれ配置されることを特徴とする［１］に記載のインクジェットヘッド。
［３］
一対のノズル列にそれぞれ対応する一対の圧電部材を有し、前記ノズル列に含まれる複数のノズルに対応する複数の駆動素子を前記圧電部材に作りこんだインクジェットヘッドの製造方法であって、
未焼成のセラミックス基板にインクの供給口となる孔を形成し、
前記孔を形成した前記セラミックス基板を焼成し、
焼成された前記セラミックス基板に対して、前記一対の圧電部材を互いの距離を一定に維持した状態で、前記孔の一部を塞ぐよう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。
［４］
前記圧電部材は、前記孔の中心を挟んだ両側に一対に接着されることを特徴とする［３］に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
［５］
一対のノズル列に対応する一対の圧電部材を有し、前記ノズル列に含まれる複数のノズルに対応する複数の駆動素子を前記圧電部材に作りこんだインクジェットヘッドの製造方法であって、
未焼成のセラミックス基板にインクの供給口となる孔を形成し、
前記孔を形成した前記セラミックス基板を焼成し、
焼成された前記セラミックス基板に対して、一対の圧電部材が連結された圧電ブロックを前記孔の一部を塞ぐように接着し、
前記セラミックス基板に接着された前記圧電ブロックに加工して、前記圧電ブロックを前記一対の圧電部材として分断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。
［６］
前記圧電部材は、前記孔の中心を挟んだ両側に一対に接着されることを特徴とする［５］に記載のインクジェットヘッドの製造方法。

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Ｆ２−Ｆ２線の位置で切断した断面図。 図２に示す供給口である孔の周囲を拡大して示す上面図。 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フローチャート。 図４に示すステップＳ３の工程が終了した状態を示す断面図。 図４に示すステップＳ４の工程が終了した状態を示す断面図。 第２の実施形態に係るインクジェットヘッドの製造工程において、圧電ブロックを基板に接着した後の状態を示す断面図。

符号の説明

１１…インクジェットヘッド、１２…基板、１３…枠部材、１４…ノズルプレート、１５…圧電部材、２１…ノズル列、２２…ノズル、３１…供給口、３２…排出口、３３…縁部、３３Ａ…円弧、４１…圧電ブロック

Claims (6)

1. インクの供給口および排出口を有する基板と、
   前記基板に接着される枠部材と、
   前記枠部材に接着されるノズルプレートと、
   前記ノズルプレートに形成されるとともに、それぞれ複数のノズルを含む一対のノズル列と、
   前記複数のノズルに対応する複数の駆動素子を有し、前記一対のノズル列にそれぞれ対応するように前記基板に接着された一対の圧電部材と、
   を具備し、
   前記一対の圧電部材は、互いの距離が一定に維持された状態で、前記供給口の一部を塞ぐように前記基板に接着されることを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 前記供給口は、円形をなしており、
   前記基板は、前記供給口の周囲を規定する縁部を有し、
   前記縁部は、前記供給口の中心を間に挟んで対向する一対の円弧を含み、
   前記圧電部材は、前記円弧にオーバーラップしてそれぞれ配置され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. 一対のノズル列にそれぞれ対応する一対の圧電部材を有し、前記ノズル列に含まれる複数のノズルに対応する複数の駆動素子を前記圧電部材に作りこんだインクジェットヘッドの製造方法であって、
   未焼成のセラミックス基板にインクの供給口および排出口を形成し、
   前記供給口および排出口を形成した前記セラミックス基板を焼成し、
   焼成された前記セラミックス基板に対して、前記一対の圧電部材を互いの距離を一定に維持した状態で、前記供給口の一部を塞ぐように接着し、
   焼成された前記セラミックス基板に枠部材を接着し、
   前記枠部材にノズルプレートを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。
4. 前記圧電部材は、前記供給口の中心を挟んだ両側に一対に接着されることを特徴とする請求項３に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
5. 一対のノズル列に対応する一対の圧電部材を有し、前記ノズル列に含まれる複数のノズルに対応する複数の駆動素子を前記圧電部材に作りこんだインクジェットヘッドの製造方法であって、
   未焼成のセラミックス基板にインクの供給口を形成し、
   前記孔を形成した前記セラミックス基板を焼成し、
   焼成された前記セラミックス基板に対して、一対の圧電部材が連結された圧電ブロックを前記孔の一部を塞ぐように接着し、
   前記セラミックス基板に接着された前記圧電ブロックに加工して、前記圧電ブロックを前記一対の圧電部材として分断し、当該一対の圧電部材は前記供給口の一部を塞いでいることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
6. 前記圧電部材は、前記供給口の中心を挟んだ両側に一対に接着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の製造方法。

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