JPH06143563A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 流路基板の変動を抑制し、高効率で、インク
吐出安定性の高いインクジェットヘッドを提供する。 【構成】 流路基板２０の表面に、流路２１を形成する
複数の溝が彫られ、その表面上に、弾性膜４０（樹脂フ
ィルム、金属薄膜等）が接合され、流路２１を閉溝とし
ている。又、複数の圧電振動子３０と、前記圧電振動子
３０群の両端のダミー圧電振動子３１に分割するように
スリット加工されている。圧電振動子３０と弾性膜４０
が対向し、各々の駆動用の圧電振動子３０と流路２１が
位置的に対応するように接合されている。この状態に於
て、ダミー圧電振動子３１は流路２１と対応せず、弾性
膜４０を介して流路基板２０の剛体部と接合されてい
る。そして、流路基板２０側の第１の固定板５０と基板
３２側の第２の固定板６０とで前記流路形成部と駆動ユ
ニットの接合体をネジ７０を用いて挟持している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インク滴を飛翔させ被
記録媒体に記録を行うためのインクジェットヘッドに関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来の圧電アクチュエータを用いたオン
デマンド型インクジェットヘッドに於いては、特公平３
−７３３４８号公報のように、積層圧電振動子をスリッ
ト状に加工した駆動ユニットと流路形成部を接合して、
高密度化、組み立て性の向上を達成したものがある。

【０００３】ここで、前記従来例の構造を図１６を用い
て説明する。弾性体の流路壁２６、ベース基板５２、接
合層４２により流路２１が形成されている（流路形成
部）。又、大判の積層圧電振動子が基板３２に接着後ス
リット加工され、複数の圧電振動子３０を形成している
（駆動ユニット）。この駆動ユニットと流路形成部が、
各圧電振動子３０（圧電振動子３０幅は、流路２１幅よ
り大きい）と各流路２１が対向するように接合されてい
る。そして、ノズル１１を形成するノズルプレート１０
が、図に示すように駆動ユニットと流路形成部の接合体
の端面に、ノズル１１と流路２１の位置を合わせて接合
されている。この構成に於て、流路２１にインクを充填
し、圧電振動子３０を駆動すると、流路２１内に体積変
化が生じ、ノズル１１よりインクを吐出する。

【０００４】又、図１７はベース基板５２の両面に流路
２１を形成して多ノズル化し、高密度化、高速化を狙っ
た従来例である。ここでの９０は駆動ＩＣ体である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来例の
構造では、流路２１にインクが充填された状態で、圧電
振動子３０を駆動すると、各構成体（圧電振動子３０、
流路壁２６、ベース基板５２）は、実際には図１８の点
線に示すような変形をする。図からも分かるように、圧
電振動子３０の変形は流路２１内に体積変化を起こすだ
けでなく、流路壁２６を伝わって、ベース基板５２にＤ
１量の変動を生じさせる。この変動量Ｄ１は駆動する圧
電振動子３０の数が多ければ多いほど大きく。又、ベー
ス基板５２と基板３２の接合がノズルプレート１０のみ
で成されているため、ノズルプレート１０から離れれば
離れるほど変動量Ｄ１は大きい。当然、前記変動は駆動
エネルギーの非常に大きな損失となる。

【０００６】又、図１９を用いて流路２１内に発生する
非常に大きな圧力により生じる現象を説明する。（図と
しては説明上、流路２１幅よりも圧電振動子３０の幅が
小さい場合の構造を適用） 図１９の実線は、圧電振動
子３０がインク吐出のために、既に変形した状態を表わ
している。この状態に於て、流路内には非常に大きな圧
力が発生しており、この圧力はインクを介して流路２１
を形成する各構成部材（流路壁２６、ベース基板５２、
接合層４２）に瞬時に伝播し、流路２１内の体積を膨張
させる方向に変形、変動を生じさせる。この圧力によ
り、図中の点線のように流路２１の各構成部材は変形
し、結果として、ベース基板５２にＤ２量の変動を生じ
させる。（ここでは説明上、圧電振動子３０、基板３２
は不動のものとした。） 即ち、流路２１内に発生した
圧力は、インク吐出のためだけに有効に使われるのでは
なく、ベース基板５２の変動として損失してしまう。

【０００７】以上のように、前記従来例の構造では、流
路壁２６を介して、機械的にベース基板５２を変動させ
る損失分と、流路内に発生する圧力によりベース基板５
２を変動させる損失分が相まって、駆動エネルギーの莫
大な損失となる。従って、インク吐出効率は極端に劣悪
なものである。尚、前記２つのメカニズムのベース基板
５２の変動（流路壁２６を介する機械的なものと、流路
２１内圧力によるもの）を、流路２１幅に対する圧電振
動子３０幅の大小でモデルを変えて説明したが、モデル
により、メカニズムが限定されるものではなく、影響力
の大小はあるものの、前記２つのメカニズムが複合され
ベース基板５２が変動する。

【０００８】又、前記ベース基板５２の変動（ベース基
板５２が最大振幅Ｄ１もしくはＤ２の減衰振動をする）
により、流路２１内のインク流れに乱れ（ノズル１１先
端に形成されるインクメニスカスが不安定となる）が生
じ、インク吐出は非常に不安定である。

【０００９】加えて、図１７のようにベース基板５２の
両面に流路を形成した場合は、各面での駆動によるベー
ス基板５２の変動が複雑に干渉し合い、面間での駆動状
態（例えば、駆動本数）の違いにより吐出特性が変動す
ると云った、面間クロストークが顕著に現われる。

【００１０】そこで、本発明はこの様な課題を解決する
ものであって、その目的は、流路基板（前記ベース基板
と同機能のもの）の変動を抑制し、高効率で、インク吐
出安定性の高いインクジェットヘッドを提供することに
ある。

【００１１】加えて、本発明を両面流路対応ヘッドにも
適用し、多ノズル化により高密度で、且つ高効率でイン
ク吐出安定性の高く、面間クロストークのない高品位イ
ンクジェットヘッドを提供することも本発明の目的であ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明のインクジェットヘッドは、複数のインク流
路用の溝を表面に形成する流路基板上に、前記複数のイ
ンク流路に対応する位置に圧電振動子が配列した駆動ユ
ニットを接合するインクジェットヘッドに於て、前記駆
動ユニットは前記インク流路と対向しない圧電振動子部
を有し、且つ前記流路基板と前記駆動ユニットの接合体
を、前記流路基板側の第１の固定板と前記駆動ユニット
側の第２の固定板とで挟持することを特徴とする。

【００１３】又、前記第１の固定板の両側に前記流路基
板が接合され、両側から第２の固定板で前記駆動ユニッ
トが挟持されることを特徴とする。

【００１４】

【作用】以上の構成によれば、インク流路と対向しない
圧電振動子部（ダミー圧電振動子）を介して、剛体であ
る第１、第２の固定板で流路基板と駆動ユニットの接合
体を挟持しているため、前記流路基板と前記駆動ユニッ
トの接合部は初期的に変形することがない。そして、剛
体で挟持されているため、駆動ユニットの駆動持に、前
記接合体が、圧電振動子の駆動時に挟持方向に変動する
ことはない。

【００１５】

【実施例】以下に、本発明の実施例を図面を用い詳細に
説明する。

【００１６】図１、図２、図３は、本発明の第１の実施
例を説明するための構成図で、図１はインク吐出方向に
対する垂直断面図で、図２はインク吐出方向に沿った断
面図、図３は部分断面を有する斜視図である。

【００１７】高分子樹脂、セラミック、ガラス、金属等
からなる流路基板２０の表面に、成形、エッチング、機
械加工等で流路２１を形成する複数の溝が彫られてい
る。そして、その表面上に、弾性膜４０（樹脂フィル
ム、金属薄膜等）が接合され、流路２１を閉溝とし、全
体として流路形成部を構成している。

【００１８】また、大判の積層圧電振動子を基板３２に
接着後、複数の圧電振動子３０と、前記圧電振動子３０
群の両端のダミー圧電振動子３１に分割するようにスリ
ット加工し、全体として駆動ユニットを形成している。
当然、駆動用の圧電振動子３０は流路２１の配列ピッチ
と同一ピッチで分割されている。又、圧電振動子３０の
積層状態は、流路２１の長手方向の両端に、各層の共通
電極が配置される状態に設定されている。（図２参照）
ここで、駆動用の圧電振動子３０とダミー圧電振動子３
１は一枚の積層振動子から形成されるため、積層方向の
高さ（図中に於て、上下方向）は均一である。しかし、
スリット加工前の積層振動子の厚み精度、あるいは接着
精度により、高さバラツキが想定される際は、大判の積
層振動子を基板３２に接着後、ラップ、ポリッシュ加工
を施した後、スリット加工をすることが望まれる。尚、
このスリット加工は、ダイシング、ワイヤーソーによる
切削加工等の機械加工や、各種エッチング加工、レーザ
ー加工、放電加工、超音波加工などを単独又は組合せに
より成される。

【００１９】又、駆動ユニットのその他の部品として、
それぞれの圧電振動子３０に信号を伝達する電気信号ラ
イン８０（ＦＦＣ、ＦＰＣ等）が必要であり、基板３２
上に形成される電極パターンに接着、半田付け、ワイヤ
ーボンディング、機械的押圧等により電気的に接続され
ている。

【００２０】前記流路形成部と前記駆動ユニットを圧電
振動子３０と弾性膜４０が対向し、各々の駆動用の圧電
振動子３０と流路２１が位置的に対応するように接合さ
れている。この状態に於て、ダミー圧電振動子３１は流
路２１と対応せず、弾性膜４０を介して流路基板２０の
剛体部と接合されていることとなる。

【００２１】そして、図に示すように流路形成部側の第
１の固定板５０と駆動ユニット側の第２の固定板６０と
で前記流路形成部と駆動ユニットの接合体をネジ７０を
用いて挟持している。ここで、第１の固定板５０と第２
の固定板６０はネジ７０による締め付けで変形等がない
ように、剛体である必要がある。そのため、材質的には
金属、セラミック、ガラス等の弾性率の高い材質が好ま
しい。又、弾性率の低い材質であれば厚みを厚くして対
応することが望まれる。尚、図に於ては第１の固定板５
０に雌メジを形成しネジ７０に対応しているが、第１の
固定板５０にはただの穴を形成し、第１の固定板５０の
裏面（図中で下側）からナットで対応しても構わない。
又、この挟持方法はネジ固定だけに限定されるものでは
なく、バネによる固定や、第１、第２の固定板５０、６
０の形状を工夫して両者間の接着等で対応しても構わな
い。

【００２２】そして、複数のノズル１１を形成するノズ
ルプレート１０が、図に示すように駆動ユニットと流路
形成部の接合体の端面に、各ノズル１１と各流路２１の
位置を合わせて接合されている。ここで、ノズルプレー
ト１０と前記接合体の接合領域は、第１の固定板５０と
第２の固定板６０までおよぶ状態のものを示したが、製
造工程等を考慮し、基板３２、流路基板２０までの領域
であっても構わない。以上の構成では、ダミー圧電振動
子３１により基板３２と弾性膜４０間の高さ寸法を機械
的に規制しているため、剛体である第１、第２の固定板
５０、６０で流路形成部と駆動ユニットの接合体を押
圧、挟持しても、流路２１上の弾性膜４０に初期変形、
初期応力（応力の掛かった状態で保持）を与えることは
ない。従って、圧電振動子３０の入力エネルギーに対す
る流路２１内の体積変化効率が非常に高く、高効率なイ
ンク飛行が達成される。

【００２３】又、各圧電振動子３０の高さは均一である
ため、各流路２１に於ける圧電振動子３０の接合状態も
均一である。従って、複数のノズル１１に渡って特性バ
ラツキの無いインク飛行が達成される。

【００２４】そして、剛体である第１、第２の固定板５
０、６０で挟持され、剛体的の保持されているため、駆
動ユニットの駆動時に、前記接合体（流路基板２０）
が、圧電振動子３０の駆動時に挟持方向に変動すること
はない。従って、流路基板２０の変動による入力エネル
ギー損失及び、流路２１内のインク流の乱れ（不安定メ
ニスカス）が無く、高効率で、安定したインク吐出が達
成される。

【００２５】次に、圧電振動子３０と弾性膜４０との接
合部の詳細について図を用いて説明する。

【００２６】図４は弾性膜４０の各流路２１、各圧電振
動子３０に対応する位置に島部４１（流路２１形状に対
応する形状の突起）を配置したものである。この島部４
１は弾性膜４０にパターンエッチング等で形成すること
ができ、島部４１の位置精度に関しても非常に高精度に
形成できる。又、エッチング性能、島部形成手段の要因
によって、島部４１の部分だけ材質を変えても問題無
い。ただし、島部４１高さ（図中の上下方向）は、ダミ
ー圧電振動子３１と弾性膜４０との接合面と同一高さに
する必要がある。

【００２７】この構成に於ては、圧電振動子３０の位置
が島部４１に対してずれていても、島部４１と流路２１
の位置関係が正常であれば、弾性膜４０の変形状態およ
び内部応力状態は変化無く均一である。従って、駆動ユ
ニットと流路形成部の接合時に位置ずれが生じても、イ
ンク吐出特性に関して支障をきたすことが無い。

【００２８】尚、圧電振動子３０と弾性膜４０との接合
部に関しては、図１８、図１９で示した構成（圧電振動
子３０幅に対して、流路２１幅の大小の組合せ）や、図
５で示す（弾性膜４０が無く弾性体である充填材４２で
流路２１を閉溝とする）構成等も、本発明の適用範囲に
属する。

【００２９】ところで、第１の実施例に於ては、ノズル
プレート１０を接合し、流路２１とノズル１１とを連結
する例を示した。しかし、前記構成だけでなく、図６に
示すように流路基板２０自体に初期からノズル１２を形
成したり、図７に示すように流路基板２０にレーザー加
工等によりノズル１３を形成するような構成も本発明の
適用範囲に属する。

【００３０】続いて、本発明の第２の実施例を図８を用
いて説明する。

【００３１】構成として第１の実施例との違いは、駆動
ユニットを第２の固定板６０と積層圧電振動子（駆動用
の圧電振動子３０、ダミー圧電振動子３１）だけで構成
し、基板３２を削減した点にある。この構成は、基板３
２の排除により、部品点数の削減、及び工程の簡易化に
よるコスト低減を狙ったものである。

【００３２】以上、第１、第２の実施例では、流路基板
２０と第１の固定板５０を別体のものとして説明した
が、流路基板２０を樹脂成形で形成し、第１の固定板５
０をインサート成形（一体成形）すれば、工程上の実質
的な部品削減となり、工程削減によるコスト低減につな
がる。この第１の固定板５０は金属、セラミック、ガラ
ス等の異材質であっても構わない。

【００３３】又、このインサート成形により、流路基板
２０と第１の固定板５０との初期的な位置出しが非常に
容易となり、且つ、長期的な位置関係の保持が可能とな
るため、印字媒体に対する初期的、長期的な印字位置精
度の向上につながる。

【００３４】加えて、流路基板２０と第１の固定板５０
が無負荷で接合（位置関係の確保）されているため、必
要以上に駆動ユニットで押圧しなくてよい。従って、流
路基板２０内部には前記押圧による残留応力が非常に微
量であり、耐インク性を含めた流路基板２０の信頼性が
飛躍的に向上し、インクジェットヘッド完品としての耐
久性及び、信頼性の向上につながる。

【００３５】以下に、流路基板２０と第１の固定板５０
とのインサート成形体について図面を用いて説明する。

【００３６】図９は流路基板２０と第１の固定板５０の
ノズル側端面を揃えた実施例である。この異部材間に渡
る均一な端面は、インサート成形時に形成されることが
望ましいが、インサート成形後、後加工（ダイシング、
ラッピング等による機械加工、レーザー加工等）により
形成しても構わない。ここで、２２は各流路２１にイン
クを供給する共通インク室、２３は共通インク室と同機
能のインク供給孔、５１は第１の固定板に形成されたネ
ジ部である。尚、インサート成形に於ける流路基板２０
と第１の固定板５０との接合力を向上さすために、第１
の固定板５０の表面には、複数の微細溝加工や微細なデ
ィンプル加工等を施し、表面を荒した状態にすることが
望まれる。又、複数の穴を形成しておくことでも大きな
効果が望める。

【００３７】図１０はノズル側端面を流路基板２０の先
端部２４で形成した実施例である。この構成では、ノズ
ル先端面に第１の固定板５０が介在しないため、均一で
非常にきれいな面が形成できる。又、流路基板２０と第
１の固定板５０との接合面がノズル側端面に露出しない
ために、後工程に於ける前記面の加工信頼性が向上す
る。

【００３８】図１１、図１２、図１３は第１の固定板５
０の反流路形成側に流路側と同厚の部材２５（材質は流
路基板２０と同一）を、インサート成形時に同時に形成
した実施例である。尚、ノズル側端面の形成に関して
は、図９の実施例と図１１の実施例が同一の思想のもの
であり、図１０の実施例と図１２の実施例とが同一の思
想である。又、図１３は、図１１、図１２両実施例のイ
ンク吐出方向に対する垂直断面図である。この構成は第
１の固定板５０の両面にインサート成形されているため
に、接合領域の大幅な拡大に伴い、接合力が飛躍的に向
上している。加えて、インサート成形時に加わる高温
で、流路基板２０と第１の固定板５０との熱膨張率の差
により生ずる流路基板２０の反り（成形後、常温に戻っ
たときに発生）を、部材２５の導入により防止すること
ができる。これは、流路側と反流路側の成形肉の収縮に
より第１の固定板５０に掛かる応力が同等であるため、
お互いにキャンセルし合い、結果として反りの無い平坦
度の高い流路面が形成できる。従って、前記インサート
成形体を用いたインクジェットヘッドに於ては、平坦度
の高い流路面に接合された弾性膜４０と圧電振動子３０
の接合部は、全ての流路２１に渡って均一な状態であ
り、より一層バラツキの無い整ったインク吐出が達成で
きる。

【００３９】次に、第１、第２の実施例を多ノズル化を
目的として、両面流路対応ヘッドに適用した第３の実施
例を図１４を用いて説明する。

【００４０】基本的に片側（図に於いて、上方あるいは
下方）の構成は、前記の第１、第２の実施例のいずれか
と同様であり、第１の固定板５０の両面に流路基板２０
が配置され、第２の固定板６０により両側から駆動ユニ
ットが挟持されている。この構成によれば、第１、第２
の実施例と同様な効果が望めるだけでなく、各面で挟持
方向（図中で上下方向）の流路基板２０の変動を完全に
抑制しているため、面間クロストークが発生することは
ない。

【００４１】尚、図１４では、両側の流路を同一ピッチ
で、面間でずれなく配置しているが、高速対応、高密度
対応等の目的によって、このずらし量は選定すればよ
い。

【００４２】又、図１５は両面の流路基板２０と第１の
固定板５０とをインサート成形した実施例であり、図１
１、図１２で示した実施例と同様の効果が得られ、且つ
両面流路同時形成ができる。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は流路基板
の変動を抑制し、高効率で、インク吐出安定性の高いイ
ンクジェットヘッドを提供することができる。

【００４４】加えて、本発明を両面流路対応ヘッドにも
適用し、多ノズル化により高密度で、且つ高効率でイン
ク吐出安定性の高く、面間クロストークのない高品位イ
ンクジェットヘッドを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例のインク吐出方向に対す
る垂直断面図である。

【図２】本発明の第１の実施例のインク吐出方向に沿っ
た断面図である。

【図３】本発明の第１の実施例の部分断面を有する斜視
図である。

【図４】本発明に係る圧電振動子の接合部の詳細図であ
る。

【図５】本発明に係る圧電振動子の接合部の詳細図であ
る。

【図６】本発明に係る流路基板のノズル側先端部の斜視
詳細図である。

【図７】本発明に係る流路基板のノズル側先端部の斜視
詳細図である。

【図８】本発明の第２の実施例のインク吐出方向に対す
る垂直断面図である。

【図９】本発明に係る流路基板と第１の固定板とのイン
サート成形体の斜視図である。

【図１０】本発明に係る流路基板と第１の固定板とのイ
ンサート成形体の斜視図である。

【図１１】本発明に係る流路基板と第１の固定板とのイ
ンサート成形体の斜視図である。

【図１２】本発明に係る流路基板と第１の固定板とのイ
ンサート成形体の斜視図である。

【図１３】本発明に係る流路基板と第１の固定板とのイ
ンサート成形体の断面図である。

【図１４】本発明の第３の実施例のインク吐出方向に対
する垂直断面図である。

【図１５】本発明に係る流路基板と第１の固定板とのイ
ンサート成形体の断面図である。

【図１６】従来例のノズル近傍の斜視図である。

【図１７】従来例の主要概略断面図である。

【図１８】従来例の主要断面詳細図である。

【図１９】従来例の主要断面詳細図である。

【符号の説明】

１０ ノズルプレート １１、１２、１３ ノズル ２０ 流路基板 ２１ 流路 ２２ 共通インク室 ２３ インク供給孔 ２４ 流路基板先端部 ２５ 流路基板同厚部材 ２６ 流路壁 ３０ 圧電振動子 ３１ ダミー圧電振動子 ３２ 基板 ４０ 弾性膜 ４１ 弾性膜の島部 ４２ 接合層 ５０ 第１の固定板 ５１ 第１の固定板のネジ部 ５２ ベース基板 ６０ 第２の固定板 ７０ ネジ ８０ 電気信号ライン ９０ 駆動ＩＣ体 Ｄ１ 変動量 Ｄ２ 変動量

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のインク流路用の溝を表面に形成す
   る流路基板上に、前記複数のインク流路に対応する位置
   に圧電振動子が配列した駆動ユニットを接合するインク
   ジェットヘッドに於て、前記駆動ユニットは前記インク
   流路と対向しない圧電振動子部を有し、且つ前記流路基
   板と前記駆動ユニットの接合体を、前記流路基板側の第
   １の固定板と前記駆動ユニット側の第２の固定板とで挟
   持することを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 【請求項２】 前記第２の固定板が、前記駆動ユニット
   の前記圧電振動子を保持する部材であることを特徴とす
   る請求項１記載のインクジェットヘッド。
3. 【請求項３】 前記流路基板は樹脂成形で形成され、且
   つ前記第１の固定板が前記流路基板にインサート成形さ
   れることを特徴とする請求項１もしくは請求項２記載の
   インクジェットヘッド。
4. 【請求項４】 請求項３記載のインクジェットヘッドに
   於て、前記第１の固定板の前記流路基板の反対面に前記
   流路基板と同厚の樹脂成形部を有することを特徴とする
   インクジェットヘッド。
5. 【請求項５】 前記第１の固定板の両側に前記流路基板
   が接合され、両側から第２の固定板で前記駆動ユニット
   が挟持されることを特徴とする請求項１もしくは請求項
   ２記載のインクジェットヘッド。
6. 【請求項６】 請求項４記載の第１の固定板が、前記両
   側の流路基板にインサート成形されことを特徴とするイ
   ンクジェットヘッド。