JPH05169655A - インクジェット記録ヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、圧電素子を用いたオンデマンド型イ
ンクジェット記録装置のヘッドの小型化、高品質化、ヘ
ッド製造における簡略化を目的とする。 【構成】本発明は、振動板３と同じ工程により電圧印加
用回路パターン２０及び電極２０ａを可撓性部材からな
る第２の基板２上に構成している。また、振動板３と電
圧印加用回路パターン２０及び電極２０ａを第１の基板
１と第２の基板２の接合前に第２の基板２上に構成す
る。また、エッチング処理により振動板３と電圧印加用
回路パターン２０及び電極２０ａを同時に第２の基板２
上に形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は主にインクジェット記録
装置に関し、詳しくはインクジェット記録装置のヘッド
構造及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の技術は、特開平１−２８８
４５４に示されるようなものがある。ここでは、圧電素
子に電圧を印加する方法として一方の電極を振動板（該
特許では天板とよぶ）が兼ねており、振動板はヘッド基
板全面を覆い、流路上に高温圧着されていた。他方の電
極はフレキシブルプリント基板（以後ＦＰＣとする）な
どを圧電素子の電極に接着または圧着する必要があっ
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、インクジェッ
ト記録ヘッドとして前述の特開平１−２８８４５４に示
される例の場合、振動板は、直接流路の上に圧着されて
いて隣の流路との区別が明確でない。このため、圧電素
子が撓んだ場合、隣の流路へ振動が伝わって圧力変動が
起り、ノズルから吐出されるインク滴がノズル間で不揃
いとなり、安定した画素が得られないという課題があっ
た。安定したインク吐出を得るためには振動板とインク
を流路に封じる天板は別に形成されなければならず、ま
た、各流路ごとに振動板が配設されていなければならな
い。振動板を各流路ごとに配設する場合、振動板はプレ
ス加工またはエッチング処理を行なって各流路の形状に
合うように加工される。しかし、前者の方法で加工を行
なった場合、パターンをある程度以上集積化できないの
でノズルの高密度化を妨げる、という課題があった。ま
た、後者の方法で振動板を加工した場合でも薄膜である
振動板を折れや曲がりを発生させることなく製造、輸
送、実装することは困難であった。また、特開平１−２
８８４５４に示されるような例では圧電素子のもう一方
の電極に電圧を印加する方法としてＦＰＣ等の接続方法
を取らねばならず、この場合、部品点数が増すので工程
数も増えるという課題を有していた。

【０００４】本発明はこのような欠点を解決するために
なされたものであり、振動板が一方の電極および回路パ
ターンをも兼ね圧電素子を駆動できるとともに、振動板
ともう一方の電圧印加用回路パターンおよび電極をエッ
チングにより可撓性部材からなる第２の基板上に同時に
構成することにより、振動板の取扱性を向上させること
ができ、品質が向上し、容易に製造でき、部品点数や工
程数を減らし、高密度実装が可能なため小型化が可能、
などの効果を有するインクジェット記録ヘッドおよびそ
の製造方法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
記録ヘッドは、画素の単位となるインク滴を吐出させる
ことにより情報を記録するインクジェットプリンタの記
録ヘッドにおいて、溝状のインク流路が形成された第１
の基板と、該第１の基板の前記インク流路側表面に接合
された可撓性のある第２の基板と、前記第１の基板のイ
ンク流路と同様な形状に配設された振動板と、電圧印加
用回路パターン及び電極と、前記振動板上に積層されて
結合された圧電素子と備え、前記第２の基板の同一面上
に前記振動板と前記電圧印加用回路パターン及び電極が
配置されていることを特徴とする。

【０００６】また、前記第２の基板上に構成された前記
電圧印加用回路パターン及び電極を折り返して前記圧電
素子に接続する構成としていることを特徴とする。

【０００７】さらに、前記第２基板上に配置された前記
電圧印加用回路パターンおよび電極と振動板をエッチン
グ処理により同時に製造することを特徴とする。

【０００８】

【作用】かかる手段によれば、第２の基板の同一面上に
振動板、電圧印加用回路パターン及び電極を具備するも
のであるから、ＦＰＣと同様な製造工程でそれらを容易
に形成することができる。電圧印加用回路パターン及び
電極を有する第２の基板の部分がＦＰＣとして機能する
ので、接続用ＦＰＣ自体が不要となり、ヘッド構成部品
の削減を図ることができる。

【０００９】

【実施例】以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。いずれの図面も同一番号は同一部品を示す。

【００１０】図１及び図２は、本発明の第１の実施例に
おけるインクジェット記録ヘッドの構成を説明する平面
図及び断面図である。１は第１の基板、２は第２の基
板、３は振動板、４は圧電素子、２０は電圧印加用回路
パターン、３０はボンディングワイヤである。５はノズ
ル、６は圧力室、７は供給口、８は共通インク室、９は
インク供給路である。ノズル５、圧力室６、供給口７は
連通した溝状のインク流路を構成し、共通インク室８に
通じている。これら複数のインク流路及び共通インク室
８は第１の基板１上に一体となって形成されている。第
１の基板１はポリカーボネイトやポリエーテルサルフォ
ン、ポリイミド等のプラスチックやガラスあるいは紫外
線硬化樹脂等の感光性樹脂よりなる。また、第１の基板
１は射出成型・エッチング・レーザ加工・光硬化樹脂に
よるリソグラフィ等により形成される。

【００１１】第２の基板２は可撓性のある材質からな
り、自由に曲げ・伸ばしが可能となっている。第２の基
板２は第１の基板１のインク流路側の表面に溶着または
接着されており、インク流路及び共通インク室８にイン
クを封入している。

【００１２】３は振動板であり、ステンレス、圧延銅又
は電解銅やその他の金属または導電性部材で作られ、第
２の基板２上のインク流路上方部表面に接着層１１ａを
介して接着されている。圧延銅でこれを成形すれば銅箔
の粒界が一方向に向いているので、均一な厚さの接着層
を形成することができる。又、電解銅にてこれを成形す
れば粒界は不均一なものとなり、面粗さが大きくなるの
で強力な接着強度を得ることができる。

【００１３】本実施例では、振動板３となるステンレ
ス、圧延銅又は電解銅やその他の金属または導電性部材
を第２の基板２上に接着したあとに、エッチング処理を
して振動板３を形成する。その後に第１の基板１上に第
２の基板２ごと接着または溶着する。振動板３はエッチ
ング処理により構成するので、パターンを高密度化して
インク流路全体を覆うことができる。これにより基板全
体の剛性が増し、応答周波数が向上するので、ヘッド駆
動が高速化可能となる。また、集積度が高くなるのでノ
ズルの高密度実装が可能となり、高密度な画素が構成で
き、高品位なインクジェット記録ヘッドを得ることがで
きると同時に、インクジェット記録ヘッドを小型化する
ことが可能である。さらに、振動板３は接着された後に
エッチング処理を行なうので、振動板の取り扱いにより
折れや曲がりが発生することがなく、組立が容易に行え
る。また、振動板３は導電性の部材からなっているので
圧電素子４に電圧を印加する際に共通電極としても作用
している。

【００１４】圧電素子４は、チタン酸バリウムやジルコ
ン酸鉛等の圧電性を示す材料よりなり、焼結されてい
る。圧電素子４は表面に金属の電極を両面に付与され
て、高電界で分極処理されており、厚み方向に電圧を印
加することにより電荷を保持して長さ方向に収縮する性
質を有する。圧電素子４は接着層１１ｂを介して振動板
３上のインク流路の圧力室６上部の位置に接着されてい
る。圧電素子４および振動板３は互いの表面粗さにより
接着層１１ｂを介しても接触しており、導通性は保たれ
ている。圧電素子４は電圧を印加することにより長さ方
向に収縮しようとするが、前述のように振動板３に拘束
されるように構成されているので、曲げモーメントが作
用して圧電素子４と振動板３は撓む。圧電素子４の厚み
を薄くした場合、圧電素子４内部に生ずる電界は厚い場
合よりも大きくなるので、同一の電界を生じさせて駆動
する場合には、圧電素子４の厚みに反比例してより低い
電圧で駆動させることができ、従来のものと同じ性能を
得ることが可能となる。

【００１５】ノズル５はインク滴の吐出孔である。この
ノズル形状により、吐出されるインク滴のスピードや方
向を決定する。

【００１６】圧力室６は、圧電素子４及び振動板３の撓
みによってインク流路内に圧力を生じさせる。

【００１７】供給口７は、インク流路へのインクの供給
を制限しているオリフィスである。これにより、圧力室
６での圧力によって生じた流路内の圧力変動を抑制して
安定したインク吐出を実現していると同時に、共通イン
ク室８を介した隣接流路への圧力の伝播を防ぎ、隣接ノ
ズル駆動時のノズル間相互作用によるインクスピードや
インク重量等の特性低下を防止している。

【００１８】共通インク室８は複数のインク流路に供給
口７で通じていて、インク流路へ供給するインクを準備
している。

【００１９】供給管９は、第１の基板１に形成されてい
て、共通インク室８に連通してヘッド外部のインクタン
ク等（図示せず）よりヘッド内部へインクを導入するた
めの管である。これらインク流路と共通インク室８には
常時インクが満たされた状態となっている。

【００２０】１００はインク滴である。圧電素子４を電
圧パルスにより駆動制御することにより、圧力室６内部
で圧力変動が生じ、インクは供給口７より流入して供給
され、ノズル５よりインク滴１００が吐出される。イン
ク滴１００は通常、ノズル５より液柱となって吐出し、
吐出後インクの表面張力により複数のインク滴となり、
紙面等の印刷媒体に到達して浸透または付着し、画素と
しての１つの点を形成する。繰り返しこれらの動作を行
うことによりインク滴は画素となり、情報を記録するこ
とが可能となる。

【００２１】２０は圧電素子４へ電圧を印加する電圧印
加用回路パターンである。圧電素子４の電極に電極２０
ａからワイヤボンディング等により接続されている。電
圧印加用回路パターン２０は振動板３と同質の部材から
なり、振動板３と同時にエッチング処理により形成され
る。このため、新たに圧電素子４への電圧印加用回路パ
ターン２０を付加する事なくヘッドの製造が行える。ま
た、従来はＦＰＣによりプリンタ本体に接続配線を行な
っていたが、本発明の構成によれば電圧印加用回路パタ
ーン２０がそのままＦＰＣと同等の効果を有するので、
新たに接続配線用の回路パターンを設ける必要がない。
よって、構成部品点数が少なくでき、より容易にインク
ジェット記録ヘッドを製造することができる。また、電
圧を印加する方向であるが、共通電極である振動板３と
電圧印加用回路パターン２０を逆に用いてもその効果は
何等変わることはない。

【００２２】図３は、本発明の第２の実施例におけるイ
ンクジェット記録ヘッドの構成を説明する断面図であ
る。

【００２３】図４は、本発明の第２の実施例における斜
視図であり、組立前の状態を示している。本図では、図
３で説明している実施例と同一特性のインク流路が第１
の基板１上に形成されて、振動板３がインク流路と同様
な形状にて回路パターンを有しながら配設されているこ
とを表している。

【００２４】３ａ部は共通電極であり、全てのインク流
路上の振動板３と接続されている。可撓性部材からなる
第２の基板２上には前述の実施例と同様にエッチング処
理によって形成された振動板３と電圧印加用回路パター
ン２０及び電極２０ａを有している。本実施例において
は第２の基板２が点線３０で折り返され、電極２０ａは
圧電素子４の電極に接着層１１ｃを介して接着される
か、圧着されている。この例により圧電素子４の電極と
電圧印加用回路パターン２０とを接続するのに、ワイヤ
ボンディング等の手段を必要としないので簡単に製造が
行なうことができる。また、前述の第１の実施例と同様
に電圧印加用回路パターン２０がそのままＦＰＣと同等
の効果を有するので、新たに接続配線用の回路パターン
を設ける必要がないので、構成部品点数が少なくでき、
より容易にインクジェット記録ヘッドを製造することが
できる。

【００２５】また、電圧を印加する方向であるが、共通
電極である振動板３と電圧印加用回路パターン２０を逆
に用いてもその効果は何等変わることはない。

【００２６】図５は本実施例における製造方法のフロー
チャート図である。以下、製造の流れに沿って説明す
る。

【００２７】（１）振動板３となるステンレス、圧延銅
又は電解銅やその他の金属または導電性部材と可撓性部
材からなる第２の基板２とを接着剤にて接着する。 （２）エッチング処理で所望の振動板３の形状にする。
その時、同時に圧電素子４に電圧を印加するための電圧
印加用回路パターン２０及び電極２０ａも同時に形成す
る。

【００２８】（３）第１の基板１と第２の基板２とを溶
着または接着する。

【００２９】（４）圧電素子４を第１の基板１に成形さ
れている圧力室６上を覆っている振動板３上に接着剤に
て接着する。

【００３０】（５）第２の基板２の電圧印加用電極２０
ａと圧電素子４の電極とをワイヤボンディング等により
接続する。または、第２の基板２の電圧印加用回路パタ
ーン２０及び電極２０ａのある部分を折り返して電極２
０ａを圧電素子４の電極に接着または圧着してヘッドを
製造する。

【００３１】本発明では、従来のエッチング処理によっ
て形成した振動板を第２の基板上に接着する方法と違
い、第１の基板１と第２の基板２を溶着または接着する
前にステンレス、圧延銅又は電解銅やその他の金属また
は導電性部材を接着し、その後にエッチング処理により
振動板３を形成することが特徴である。この工程は従
来、ＦＰＣを製造していた工程をそのまま用いることが
できるので、製造が非常に容易であり、安定した品質が
得ることができる。また、第２の特徴として、圧電素子
４に電圧を印加するための電圧印加用回路パターン２０
及び電極２０ａを可撓性のある第２の基板２上に振動板
３と同時に形成するので、ＦＰＣ等を新たに用いてプリ
ンタに接続する必要がなく、構成部品点数を少なくする
事が可能となる。

【００３２】本実施例の製造方法によって、取扱性が良
く、部品点数が少なく、容易に製造ができ、小型で高速
・高密度・高品位な印字が得られるなどの多大な効果を
持つインクジェット記録ヘッドを提供することができ
る。

【００３３】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、ＦＰ
Ｃと同じ製造工程で振動板及び電圧印加用回路パターン
や電極が構成されているので容易に製造することができ
る。また、新たに電極をＦＰＣで接続する必要がなく、
ヘッド構成部品の簡略化ができる。振動板を第１の基板
と第２の基板の接合前に第２の基板上に構成することに
より、取扱性を向上させ、容易に製造できる。更に、振
動板がインク流路全体を覆うのでインク流路の剛性が増
し、固有振動数が向上するので応答性が良くなり高速で
印字可能となる。エッチングにより振動板のパターンを
つくるので高密度化が可能となり、ノズルも高集積化で
きるので高密度な印字が可能となるので、高品位な印字
が得られる。同様に小型化が可能である。以上のような
多大なる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す平面構成図。

【図２】本発明の一実施例を示す断面構成図。

【図３】本発明の一実施例を示す断面構成図。

【図４】本発明の一実施例を示す斜視図。

【図５】本発明の製造方法を示すフローチャート図。

【符号の説明】

１ 第１の基板 ２ 第２の基板 ３ 振動板 ３ａ 共通電極 ４ 圧電素子 ５ ノズル ６ 圧力室 ７ 供給口 ８ 共通インク室 １１ａ 接着層 １１ｂ 接着層 １１ｃ 接着層 ２０ 電圧印加用回路パターン ２０ａ 電極 ３０ 第２基板折返し線 ４０ ボンディングワイヤ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画素の単位となるインク滴を吐出させる
   ことにより情報を記録するインクジェットプリンタの記
   録ヘッドにおいて、溝状のインク流路が形成された第１
   の基板と、該第１の基板の前記インク流路側表面に接合
   された可撓性のある第２の基板と、前記第１の基板のイ
   ンク流路と同様な形状に配設された振動板と、電圧印加
   用回路パターン及び電極と、前記振動板上に積層されて
   結合された圧電素子とを備え、前記第２の基板の同一面
   上に前記振動板と前記電圧印加用回路パターン及び電極
   を具備することを特徴とするインクジェット記録ヘッ
   ド。
2. 【請求項２】 前記第２の基板上に構成された前記電圧
   印加用回路パターン及び電極を折り返して前記圧電素子
   に接続する構成とし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記録ヘッド。
3. 【請求項３】 前記第２の基板を前記第１の基板に接合
   する前に前記第２の基板上に配置された前記電圧印加用
   回路パターン及び電極と前記振動板をエッチング処理に
   より同時に製造することを特徴とする請求項１及び請求
   項２記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。