JPH05212863A

JPH05212863A - インクジェットプリンタヘッド及びその製造方法

Info

Publication number: JPH05212863A
Application number: JP12466392A
Authority: JP
Inventors: Itaru Otsuka; 到大塚; Wataru Otani; 渉大谷
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1991-12-11
Filing date: 1992-05-18
Publication date: 1993-08-24

Abstract

(57)【要約】【目的】流路溝を有した流路板と、吐出圧力生成手段
を有した作用基板とを接合させることにより得られるイ
ンクジェットヘッドにおいて、両板の接合面の表面精度
が多少低い場合においても、接合不良を生ずることがな
く、且つ製造・組立が容易で、しかも信頼性の高い手段
を提供すること。【構成】流路となる複数の溝８を形成した流路板１
と、作用基板２と、前記流路板１と作用基板２との間に
弾性膜３を形成し、該弾性膜３により接合面のそりやう
ねりを解消したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内部にインク液の流路
となる微細流体流路を備えたインクジェットプリンタヘ
ッド及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ノズルから微細なインク滴を記録紙上に
飛翔させて印字を行うインクジェットプリンタは、プリ
ンタヘッド内に微細流路を有し、この微細流路内に向け
て作用基板からのエネルギー発生手段により、例えば、
圧電振動子を振動させたり、発熱基板から熱を加えるこ
とによってノズルからインク滴を飛翔させている。

【０００３】従来のインクジェットプリンタヘッドは、
インクを吐出させるための複数のノズルと、インク給液
手段のインクを各ノズルへ給液する流路となる溝を多数
並列に有した流路板と、各流路板の各溝の上部開口を閉
止するように流路板に接合されて流路の一部となり且つ
流路内のインク液を吐出させるための圧力を生成する手
段を備えた作用基板とから成る。この流路板と作用基板
との接合方法としては、接着剤による方法と、両板の接
合面を平滑に処理した上で圧着し、固定部材で固定する
方法が行われている。

【０００４】これらの接合方法のうち、接着剤を用いる
方法は、接着剤量が過剰である場合に余剰接着剤が流路
内に流出して流路やノズルを目詰まりさせる原因とな
る。また、接合面にうねり、反り等がある場合、接着さ
れない部分が発生し、インクを吐出させるための圧力が
一方の流路から他方の流路に漏れて吐出圧力の喪失或い
はバラツキを生じるという不具合がある。

【０００５】一方、固定部材で圧着・固定する方法は、
例えば特開平３−７３３４９号公報に開示されている
が、接合面の表面精度の向上が第１の要件となり、表面
精度の確保に多くの労力を費やす結果となる。特に、作
用基板側に圧電振動子を用いる場合には、振動子の変化
体積をかせぐために流路が長大化するという傾向にある
ため、表面精度の向上がより困難となり、信頼性の高い
インクジェットヘッドを歩止まりよく製造することが困
難となる。この傾向は、低コストの樹脂成形方法により
製造した流路板を用いた場合により顕著となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記に鑑みて
なされたものであり、流路溝を有した流路板と、吐出圧
力生成手段を有した作用基板とを接合させることにより
得られるインクジェットヘッドにおいて、両板の接合面
の表面精度が多少低い場合（例えば、平面度が約３０μ
ｍ以下である場合）においても、製造・組立が容易で、
しかも信頼性の高いインクジェットプリンタヘッド及び
その製造方法を提供することを目的としている。そし
て、更に、本発明は、作用基板からのエネルギーが流路
内のインクに対して十分伝達され、インクの吐出効率が
高いインクジェットプリンタヘッド及びその製造方法を
提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、一面に流路となる複数の溝を並列に有した
流路板と、該流路板の下面に弾性膜を介して接合され固
定部材により固定された圧電素子から成る作用基板と、
該流路板の該溝を該弾性膜を介して該作用基板により閉
止することによって画成される流路の先端部に形成され
るノズルと、該溝の奥部に形成されインク液タンクと連
通したインク供給口とを有することを特徴とし、前記作
用基板は積層型圧電素子から成り、該作用基板の接合面
には、該流路板側の溝と対向する位置にスリット溝を形
成し、該スリット溝には前記弾性膜と同一材質の絶縁性
弾性材を充填したことを特徴とするものである。

【０００８】また、本発明は、一面に流路となる複数の
溝を並列に有した流路板と、前記溝により形成されるイ
ンク流路にエネルギー発生手段による変位を与える作用
基板とを備え、前記流路板と作用基板とを固定部材によ
り接合し、前記インク流路の一端をインク液タンクと連
通し、他端をインク吐出するノズルを形成したインクジ
ェットプリンタヘッドにおいて、前記作用基板の流路側
の表面には、流路板の隔壁と対向する位置に弾性膜を配
置したことを特徴とするものである。

【０００９】本発明は、流路板と対向する作用基板の流
路側の表面上には、弾性膜液を塗布し、該塗布した弾性
膜液を数μｍ〜数十μｍ厚のスペーサを介在させた状態
で、平面度が１０μｍ以下の平板で押圧して余剰弾性膜
液を押し出し除去し、且つ硬化させて弾性膜を形成し、
この作用基板と流路板とを固定部材により接合してなる
ことを特徴とするものである。

【００１０】更に、本発明は、流路板と対向する作用基
板の流路側の表面上には、流路板の隔壁に対応する位置
に数μｍ〜数十μｍ厚の凹溝を形成し、その作用基板の
流路側の表面上に弾性膜液を塗布し、該塗布した弾性膜
液を数μｍ〜数十μｍ厚のスペーサを介在させた状態
で、平面度が１０μｍ以下の平板で押圧して余剰弾性膜
液を押し出し除去し、且つ硬化させて弾性膜を形成し、
この作用基板と流路板とを固定部材により接合してなる
ことを特徴とするものである。

【００１１】本発明の前記製造方法において、前記平板
が紫外線透過材料から成り、塗布した弾性膜液上に該平
板を圧接した状態で紫外線を照射して硬化させることを
特徴とするものである。

【００１２】

【作用】本発明の構成により、流路板と作用基板との間
に配置した弾性膜は、流路板に発生する反りやうねりを
吸収し、はみ出しやリークのない流路を有するインクジ
ェットヘッドを構成することができる。そして、本発明
においては、弾性膜の形成を、紫外線透過材料からなる
平板により比較的効率良く製作することができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を図面に示した実施例により詳
細に説明する。図１(a) 及び(b)は、本発明の一実施例
のインクジェットヘッドの構成を示す縦断面図及びその
Ａ−Ａ断面図であり、このインクジェットヘッドは、下
面に流路となる複数の溝８を並列に有した流路板１と、
該流路板１の下面に弾性膜（ＵＶ硬化型シリコンゴム
膜）３を介して接合され、固定部材９により固定された
圧電素子から成る作用基板２と、流路板１下面の溝８を
作用基板２により閉止することによって画成される流路
１０の先端部端面に接合されるノズルプレート５と、ノ
ズルプレート５に形成したノズル穴５ａにより形成され
るノズルと、溝８の奥部に形成され図示しないインク液
タンクと連通したインク供給口６とを有する。

【００１４】これらの組付け手順としては、作用基板２
の上面にＵＶ硬化型シリコンゴム膜３を塗布形成して硬
化させた後で、作用基板２の圧電素子と流路板１の溝８
とを位置合わせして圧着し、その両側に配置した固定部
材９を結合部材９ａにより締め付けることによって固定
する。

【００１５】作用基板２を構成する圧電素子（積層型圧
電素子）の上面（接合面２ａ）には、溝８と並行なスリ
ット溝４を一つの溝８に対して２本づつ形成し、その内
部には弾性材４ａを充填する。更に、作用基板２の上側
層には水平方向に並行に薄膜電極を積層した内部電極層
（アクチュエータ部）２ｂを設け、ホット端子７ａ側か
ら通電された所定周波数の電流によって接合面２ａが矢
印ａ方向へ励振されるよう構成する。

【００１６】流路板１の材質としては感光性ガラスにエ
ッチングを施して溝８を形成したものや、熱可塑性樹脂
を射出成形したものなどが使用可能である。特に、樹脂
成形流路板は通常１０μｍ以上の反り、うねり等を有し
ているが、これらをラップ等によって修正することな
く、弾性膜３を用いることにより、弾性膜３の変形と圧
着力による反り等の矯正により吸収緩和して、はみ出し
やリークのない流路を歩留りよく形成することができ
る。樹脂材料としては、ポリサルフォン、ポリエーテル
サルフォン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリ
メチルペンテン、ポリフェニレンサルファイド等を使用
することが可能である。

【００１７】圧電素子としては、ＰＺＴ、チタン酸バリ
ウム（ＢａＴｉＯ₃）等を用いる。作用基板２のスリッ
ト溝４内に充填する弾性材４ａとしては、内部電極層間
の電気的リークを防ぐ目的等により絶縁性でヤング率が
０．０１Ｋｇ／ｍｍ²以上、３００Ｋｇ／ｍｍ²以下の
弾性体を用いる。

【００１８】上記弾性膜３は、例えば弾性材４ａを溝４
内に充填した作用基板２の表面に、数ｃｐ〜数千ｃｐの
紫外線硬化型シリコンゴム液（弾性膜液）を滴下し、数
μｍ〜数十μｍ厚のスペーサを介在させた状態で、紫外
線透過性でかつ平面度が１０μｍ程度以下の平板で押え
て余分のシリコンゴム液を押し出し除去した後で、該平
板を通して紫外線を当てて硬化し、最後に該平板を剥離
することによって形成される。なお、弾性膜として、同
様な方法で加熱硬化型シリコンゴムを使用することもで
きる。

【００１９】このように本発明の第１実施例では、圧電
素子から成る作用基板２の接合面２ａにゴム弾性を有す
る膜３を形成し、硬化させた後で流路板１を接合固定し
ているので、接合時に接着剤を使用する従来方法のよう
に、未硬化接着剤の流路内へのはみ出しによる流路の目
詰まり発生を防止できる。また、単に固定部材だけで固
定した場合に発生する圧着面の反り、うねり等に起因し
たインクのリークを簡単に防止することができる。

【００２０】インク吐出のためのエネルギー発生手段と
して、圧電素子の代わりに、電気熱変換素子を使用する
ことも可能であるが、エネルギー発生手段として圧電素
子を用いた場合において、インク吐出体積を確保するた
めに流路を長大化する傾向があるため、本発明の適用に
よって、より有効なリーク防止手段となり、歩留り向上
に貢献する。

【００２１】また、弾性材４ａを溝４内に充填した作用
基板２の表面に数ｃｐ〜数千ｃｐのシリコンゴム液（紫
外線硬化型）を滴下し、数μｍ〜数十μｍ厚のスペーサ
を介して紫外線透過性でかつ平面度が１０μｍ程度以下
の平板で押え、余分のシリコンゴム液を押し出し除去し
た後で、該平板を通して紫外線を当てて硬化し、最後に
該平板を剥離するようにしたので、平面度のよい弾性膜
３を任意の膜厚で容易に形成することが可能となる。

【００２２】また、紫外線硬化型シリコン樹脂を用いる
ことにより、ゴム弾性を有する膜３を数十秒〜数分以内
で形成することができる。

【００２３】次に、本発明の変形例として、作用基板２
のスリット溝４に充填する弾性材４ａとして弾性膜３と
同じ材質のものを用いることができる。即ち、この場合
にはスリット溝４を形成した後の作用基板２上に、弾性
膜３として使用するシリコンゴム液を滴下してスリット
溝４内を充填するとともに作用基板２の接合面２ａ上に
も塗布する。続いて必要に応じて真空脱気を行った後
で、シリコンゴム液上を紫外線透過性の平板で押えつ
つ、紫外線を照射して硬化させた後で、該平板を剥離さ
せる。

【００２４】この変形例によれば、スリット溝内への絶
縁弾性体の充填を弾性膜３の形成と同時に行うことがで
きるので、工程の短縮化を実現することができる。ま
た、弾性膜３と弾性材４ａのヤング率を同一に設定する
（０．０１Ｋｇ／ｍｍ²以上３００Ｋｇ／ｍｍ²以下と
する）ことにより、流体間での圧電振動子の振動の越境
伝播を低減し、インク噴射における各ノズル間で相互干
渉を押さえることができる。

【００２５】次に、本発明の第二の実施例を、図２
（ａ），（ｂ）により説明する。流路板１には、インク
流路１０を形成するための複数の溝８が形成され、流路
板１の複数の溝８は作用基板２の圧電素子のアクチュエ
ータ部と位置合わせして結合され、インク流路１０を形
成し、該インク流路１０の一端は、インク供給口６を介
して図示されていないインク供給タンクに接続され、他
端は図２（ａ）に示されるように、ノズルプレート５に
形成されたインク吐出のためのノズル穴５ａに接続され
ている。この構成は第一の実施例と同様である。１ａは
各溝８の間に位置する流路板１における仕切壁部であ
る。

【００２６】作用基板２は、積層型圧電素子からなり、
インク流路１０と平行な方向にスリット溝４が形成さ
れ、圧電振動子の越境作用を阻止する点も、第一の実施
例と同様である。そして、この実施例では、流路板１の
仕切壁部１ａと対向する作用基板２の位置には、図２
（ｂ）に示すａ方向に変位することができる駆動部とし
ての接合面２ａの表面よりも、数μｍ〜数十μｍ低い溝
２ｄを形成する。

【００２７】そして、前記スリット溝４と作用基板２の
表面に形成した低い溝２ｄの各空間に、紫外線硬化型シ
リコーンゴム３ａを充填し、硬化させる。その後、図２
（ｂ）に示すように、作用基板２の駆動部としての接合
面２ａと流路板１の溝８とを位置合わせして圧着し、作
用基板２と流路板１との両側に配置した固定部材９を結
合部材９ａで緊締して固定する。

【００２８】本発明の第二の実施例による弾性膜の形成
方法としては、スリット溝４を加工し、流路板１の仕切
壁部１ａが当接する作用基板２の表面のみに弾性膜３Ａ
を設けるため、作用基板２の接合面２ａよりも低い溝２
ｄを形成し、しかる後、このように加工した作用基板２
の表面に、数ｃｐ〜数千ｃｐの紫外線硬化型シリコンゴ
ム液（弾性膜液）を滴下し、紫外線透過性でかつ平面度
が１０μｍ程度以下の平板で押えて余分のシリコンゴム
液を押し出し除去した後で、該平板を通して紫外線を当
てて硬化し、最後に該平板を剥離する。

【００２９】よって、作用基板２の低い溝２ｄ内には、
流路１０に対して作用を及ぼす駆動部分としての面２ａ
と同一平面をなすように、紫外線硬化型シリコンゴムか
らなる弾性膜３が充填され、この作用基板２と流路板１
とを位置合わせして固定部材９を緊締して結合する。

【００３０】インク溝３を形成する流路板１の仕切壁部
１ａは、作用基板２の駆動部分となる面２ａを除いて設
けられた弾性膜３充填の仕切壁部支持部２ｃと接触する
ことにより、流路板１に発生する反り、うねり等の変形
は、ラップ等で修正することを要せず、仕切壁部支持部
２ｃに設けた弾性膜３の変形と圧着力で矯正することが
できる。

【００３１】そして、仕切壁部支持部２ｃには、圧着の
ために必要な弾性膜の膜厚を設けることが可能であり、
流路板１と作用基板２との接合面に発生するそりやうね
りを解消するための弾性膜３は、駆動部分となる面２ａ
には形成されておらず、インクの吐出効率の高い製品を
提供できる。なお、作用基板２に形成したスリット溝３
には、絶縁性を有し、且つヤング率が０．０１Ｋｇ／ｍ
ｍ²以上３００Ｋｇ／ｍｍ²以下の弾性体であれば、作
用基板２の仕切壁部支持部２ｃに充填する材料と異なる
材料を充填してもよい。

【００３２】また、弾性膜を形成するに際して、通常の
スピンコート法では、塗布面の凹凸によって塗膜面の精
度が左右され、十分な膜面精度（例えば、１０μｍ以
下）が得られないが、本発明のこの実施例においても、
平面度のよい平板を使用するため、平板の面精度が転写
され、平滑でかつ面精度のより膜が得られ、前記の作用
と相まってインクリークのない流路を形成することがで
きる。

【００３３】図３は、本発明の第二の実施例である図２
の変形例を示す。図２の構成と相違する点は、図２の実
施例では、作用基板２の駆動部分２ａとなる表面から低
い溝２ｄを形成し、低い溝２ｄ内に弾性膜３を充填した
のに対して、図３の場合は、スリット溝４を形成した作
用基板２の表面に、弾性膜液を滴下し、作用基板２のス
リット溝４内に弾性膜液を真空脱気して充填すると共
に、流路板１の仕切壁部１ａに対応する作用基板２の位
置に、凸部の仕切壁部支持部２ｃを形成する凹部を備え
た板体を押し当てる。

【００３４】この際、板体の弾性膜液と当接する凹部を
形成した面によって、流路板１の仕切壁部１ａが当接す
る作用基板２の表面には、弾性膜液による凸部が形成さ
れ、そして、この場合も、板体を紫外線透過性材料で構
成することによって、該板体を通して紫外線を照射し、
弾性膜液（紫外線硬化型シリコンゴム）を硬化し、最後
に該板体を剥離することにより、弾性膜を形成した作用
基板２が得られる。この後、この作用基板２と流路板１
とを位置合わせして、図３で示したインクジェットヘッ
ドが形成される。

【００３５】図４は、エネルギー発生手段として、電気
熱変換素子を使用する形式のインクジェットヘッドに関
する実施例であり、作用基板２Ａとして、シリコン単結
晶等の基板が用いられ、該基板２Ａ上に発熱抵抗体１
１、発熱抵抗体１１に電流を流すための回路が蒸着，ス
パッタ等の手段で形成される。このとき、作用基板２Ａ
には、流路板１の仕切壁部１ａと対向する位置に、数μ
ｍ〜数十μｍの弾性膜を収納するための凹部を形成し、
該凹部の弾性膜３を設けて仕切壁部支持部２ｃとする。
この場合、その製造方法は、前記第二の実施例と同様で
ある。仕切壁部１ａと対応する作用基板２Ａの表面に弾
性膜３を形成した後、作用基板２Ａと流路板１とを位置
決めして、固定部材９で結合する。

【００３６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、流路溝を
有した流路板と、吐出圧力生成手段を有した作用基板と
を接合させることにより得られるインクジェットヘッド
において、両板の接合面の表面精度が多少低い場合であ
る場合においても、弾性膜を設けたことにより、接合面
のそりやうねりによる接合不良を解消し、製造・組立を
容易化し、しかも信頼性を高めることができる。更に、
本発明において、前記弾性膜を作用基板と流路板の接合
面だけに設け、作用基板の駆動部分を除いたため、イン
クの吐出効率を低下させることがない効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】(a) 及び(b) は本発明の第一の実施例のインク
ジェットヘッドの構成を示す縦断面図及びそのＡ−Ａ断
面図である。

【図２】(a) 及び(b) は本発明の第二の実施例のインク
ジェットヘッドの構成を示す縦断面図及びそのＡ−Ａ断
面図である。

【図３】本発明の第二の実施例のインクジェットヘッド
の変形例を示す断面図である。

【図４】本発明の他の形式のインクジェットヘッドを示
す断面図である。

【符号の説明】

１流路板１ａ仕切壁部２作用基板２ａ駆動部分となる面２ｂ内部電極層２ｃ仕切壁部支持部３弾性膜４スリット溝５ノズルプレート６インク供給口８インク溝９固定部材１０流路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一面に流路となる複数の溝を並列に有し
た流路板と、該流路板の下面に弾性膜を介して接合され
固定部材により固定された圧電素子から成る作用基板
と、該流路板の該溝を該弾性膜を介して該作用基板によ
り閉止することによって画成される流路の先端部に形成
されるノズルと、該溝の奥部に形成されインク液タンク
と連通したインク供給口とを有することを特徴とするイ
ンクジェットプリンタヘッド。
【請求項２】前記作用基板は積層型圧電素子から成
り、該作用基板の接合面には、該流路板側の溝と対向す
る位置にスリット溝を形成し、該スリット溝には前記弾
性膜と同一材質の絶縁性弾性材を充填したことを特徴と
する請求項１記載のインクジェットプリンタヘッド。
【請求項３】一面に流路となる複数の溝を並列に有し
た流路板と、前記溝により形成されるインク流路にエネ
ルギー発生手段による変位を与える作用基板とを備え、
前記流路板と作用基板とを固定部材により接合し、前記
インク流路の一端をインク液タンクと連通し、他端をイ
ンク吐出するノズルを形成したインクジェットプリンタ
ヘッドにおいて、前記作用基板の流路側の表面には、流
路板の隔壁と対向する位置に弾性膜を配置したことを特
徴とするインクジェットプリンタヘッド。
【請求項４】流路板と対向する作用基板の流路側の表
面上には、弾性膜液を塗布し、該塗布した弾性膜液を数
μｍ〜数十μｍ厚のスペーサを介在させた状態で、平面
度が１０μｍ以下の平板で押圧して余剰弾性膜液を押し
出し除去し、且つ硬化させて弾性膜を形成し、この作用
基板と流路板とを固定部材により接合してなることを特
徴とするインクジェットプリンタヘッドの製造方法。
【請求項５】流路板と対向する作用基板の流路側の表
面上には、流路板の隔壁に対応する位置に数μｍ〜数十
μｍ厚の凹溝を形成し、その作用基板の流路側の表面上
に弾性膜液を塗布し、該塗布した弾性膜液を数μｍ〜数
十μｍ厚のスペーサを介在させた状態で、平面度が１０
μｍ以下の平板で押圧して余剰弾性膜液を押し出し除去
し、且つ硬化させて弾性膜を形成し、この作用基板と流
路板とを固定部材により接合してなることを特徴とする
インクジェットプリンタヘッドの製造方法。
【請求項６】前記平板が紫外線透過材料から成り、塗
布した弾性膜液上に該平板を圧接した状態で紫外線を照
射して硬化させることを特徴とする請求項４，５記載の
インクジェットプリンタヘッドの製造方法。