JPH06234218A - 積層型インクジェット記録ヘッド、及びその製造方法 - Google Patents
積層型インクジェット記録ヘッド、及びその製造方法Info
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Abstract
のインクジェット記録ヘッドを提供すること。 【構成】 表面に圧電振動子7を有したセラミックスか
らなる振動板4と、圧力室2を形成する複数の通孔を有
するセラミックスからなるスペーサ部材1と、スペーサ
部材1の他方を封止するとともに、リザーバ21と圧力
室2との流路を形成する通孔12を有する蓋部材10と
を焼成により形成した圧力発生ユニット15と、ノズル
開口31と圧力室2、及び圧力室2とリザーバ21を接
続する通孔27,28を備えた金属板からなるインク供
給部材26と、リザーバ21及びノズル開口31と圧力
室2とを接続する通孔22を備えたスペーサ部材20
と、スペーサ部材20の他方の表面に固定されるノズル
プレート30とを一体に接続してなる流路ユニット35
とからなり、蓋部材10とインク供給部材26との面を
接着剤により一体に接合する。
Description
圧力室の一部領域に圧電振動子を貼設し、この圧電振動
子により圧力室を圧縮してインク滴を発生させる記録ヘ
ッド、より詳細にはノズルプレート、圧力室形成部材、
及び振動板を層状に一体構成したインクジェット記録ヘ
ッドの構造、及びその製造方法に関する。
に圧電振動板を張設し、圧電振動板の変位により圧力室
の容積を変化させてインク滴を発生させるインクジェッ
ト式記録ヘッドは、圧力室の広い面積を変位させること
が可能なため、インク滴を安定して発生させることがで
きるという特徴を備えている。しかしながら振動板の変
位方向に直角な方向にインク滴を飛翔させるため、記録
用紙の紙面に垂直な方向のサイズが大きくなり、キャリ
ッジ等が大型化するという問題を抱えている。このよう
な問題を解消するために振動板を含む圧力発生部材、及
びインク流路形成部材を積層構造により構成して、振動
板の変位方向に平行にノズル開口を設けて薄型化を図っ
たインクジェット記録ヘッドが提案されている(特開昭
62-111758号公報)。このような積層構造を取ると、小
型化を図れるばかりでなく、プレス加工やエッチング加
工された板材を接着するとい簡単な方法が適用できるた
め、製造工程の簡素化を図ることが可能となる。しかし
ながら、各板材の接着を接着剤に頼っている関係上、微
細な小孔への接着剤の流れ込みによる流路抵抗の変動に
よる信頼性の低下を招いたり、振動板への圧電振動子の
取り付けを、接着剤や、エッチングやレーザー加工に頼
っているため、手間がかかるという問題を抱えている。
このような問題を解消するために半固化状態のセラミッ
クス板を所要の形状に加工して流路部材と、圧電振動子
を形成し、これらを積層して焼成することにより、圧電
振動子の取り付け作業を不要としたインクジェット記録
ヘッドも提案されている(特開昭63-149159号公報)。
しかしながら、これは前述したように振動板の変位方向
に直角な方向にノズル開口を設けたもので、記録ヘッド
の薄型化するためには適用できない。
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、組み立て精度を向上と、各部材間の接着作業を可及
的に少なくすることができる、振動板の振動方向に平行
な方向にノズル開口を設けた薄型のインクジェット式記
録ヘッドを提供することである。また、本発明の他の目
的は上記インクジェット式記録ヘッドの製造方法を提案
することである。
るために本発明においては、表面に圧電振動子を有して
振動部材を形成するセラミックスからなる第1の板材
と、圧力室を形成する複数の通孔を有するセラミックス
からなるスペーサ部材と、該スペーサ部材の他方を封止
するとともに、リザーバと前記圧力室との流路を形成す
る通孔を有する蓋部材とを一体に接続してなる圧力発生
ユニットと、インクタンクと流路により接続するととも
に、ノズル開口と圧力室、及び圧力室とリザーバを接続
する通孔を備えた金属板からなるインク供給部材と、前
記リザーバと、ノズル開口と圧力室とを接続する通孔を
備えたスペーサ部材と、該スペーサ部材の他方の表面に
固定されるノズル開口を備えたノズルプレートとを一体
に接続してなる流路ユニットとからなり、前記蓋部材と
インク供給部材との面を高分子接着剤により一体に接合
するようにした。
圧力発生ユニットをセラミックスで構成することで、振
動部材、スペーサ部材、蓋部材の接着作業を簡素化する
とともに、比較的高圧が作用するユニットのインク漏れ
を確実に防止する。またスペーサ部材にリザーバを形成
するための比較的大きな通孔を必要とする流路ユニット
を金属で構成することにより寸法精度を維持する。そし
て2つのユニットを高分子接着層を介して接続して、異
種材料間の熱膨張差を緩衝させる。
に基づいて説明する。図1,2は本発明の一実施例を示
す断面図と、その分解斜視図であって、図中符号1は、
スペーサ部材で、圧力室を形成するのに適した厚さ、例
えば150μmのジルコニア(ZrO2)などのセラミ
ックス板に圧力室2、2、2‥‥の形状に一致し、一端
が図3に示したようにリザーバ21に重なり、また他端
がノズル開口31に重なる長孔2’,2’,2’‥‥を
一定ピッチで穿設して構成されている。4は、スペーサ
部材1の一方の面に固定される振動板で、スペーサ部材
1と一体に焼成したとき相性が良く、しかも弾性率の高
い材料、この実施例ではスペーサ部材と同様に厚さ10
μmのジルコニアの薄板で構成され、これの表面には図
4に示したように圧力室2に対応させて圧電振動子7の
駆動信号印加電極5と、後述する共通電極の引出電極6
が設けられている。
電極を覆い、図4に示したように圧力室2の長手方向の
長さとほぼ等しく、また幅方向が小さなサイズのPZT
等の圧電振動材料の薄板からなり、長手方向を軸とする
ように幅方向に湾曲するモードで振動するように構成さ
れている。これら圧電振動子7,7,7‥‥、及び引出
電極6の表面は、図5,及び図6に示したように共通電
極8がスパッタリングなどの膜形成法により作り付けら
れている。この結果、各圧電振動子7は振動板4側が信
号印加電極5に、また表面側が共通電極8に接続される
ことになる。
成する蓋部材で、スペーサ部材1と一体に焼成したとき
相性が良い材料、この実施例では厚さ150μmのジル
コニアの薄板からなり、後述するノズル開口31と圧力
室2を接続する通孔11と、リザーバ21と圧力室2を
接続する通孔12を穿設して構成されている。これら各
部材1,4,10は、それぞれ一体に固定されて圧力発
生ユニット15としてまとめ上げられている。
ーサ部材で、インク流路を構成するに適した例えば15
0μmのステンレス鋼などの耐蝕性を備えた板材に、リ
ザーバ21を形成する略V字状の通孔21’と、圧力室
2とノズル開口31を結ぶ連通路となる通孔22を穿設
して構成されている。リザーバ21となる通孔21’
は、インク供給口部材24から各圧力室2,2,2‥‥
の端部に平行に伸びるように構成されている。すなわ
ち、ノズル開口列を2列備える本実施例においては、イ
ンク供給口部材24を先端として「V」字状に分岐し
て、各枝から圧力室2,2,2‥‥に至る直線状の流路
が構成されている。
固定されるインク供給部材で、圧力室2とノズル開口3
1を接続する通孔27や、リザーバ21と圧力室2とを
接続する通孔28を穿設するとともに、図示しないイン
クタンクと接続するインク供給口形成部材24を表面に
固定して構成されている。
れたノズルプレートで、直径40μmのノズル開口を穿
設するのに適した厚さ60μmのステンレス鋼板からな
り、圧力室2に対向する位置にノズル開口31,31‥
‥が設けられている。これら部材20,26,30は、
それぞれ接着剤や溶着等により一体に積層されて流路ユ
ニット35としてまとめ上げられている。そしてこれら
部材20,26,30は金属により構成されているた
め、内部にリザーバ形成用の大きな通孔21’を有する
としても、十分な接着強度を得るための圧力を加えても
食い込みや、変形を生じることがなく、高い精度寸法精
度を維持して層状にまとめあげることができる。
ユニット35は、その対向する面、つまり蓋部材10と
インク供給部材26との接触面に接着剤を塗布して一体
に固定されて記録ヘッドに構成される。これにより、圧
力室2は、蓋部材10の通孔12とインク供給部材26
の通孔28を介してリザーバ21に、及び蓋部材10の
通孔11とインク供給部材26の通孔27とスペーサ2
0の通孔22を介してノズル開口31に接続されること
になる。
ンクジェット式記録ヘッドの表側、及び裏側の構造を示
すものであって、表側にはノズル開口31,31,31
‥‥が2列一定の間隔を隔てて配列されており、また、
裏面側には流路ユニット35に一体に圧力発生ユニット
15が固定されていて、各圧電振動子7,7,7‥‥に
電気信号を伝達するケーブル37が接続されている。
に駆動信号を印加すると、圧電振動子7が図9示したよ
うに長手方向を軸とするように幅方向に湾曲し、振動板
4を圧力室側に変形させる。これにより圧力室2の容積
が縮小してここに存在するインクに圧力が印加されるこ
とになる。圧力室2のインクは、蓋部材10の通孔11
からインク供給部材26の通孔27、流路ユニット35
のスペーサ部材20の通孔22を通ってノズルプレート
30のノズル開口31に移動し、ここからインク滴とな
って飛び出す。
接続する流路は、蓋部材10,インク供給部材26、及
びスペーサ20に穿設した通孔11,27,22により
構成されいて、ノズル開口側の口径が段階的に小さくな
っているため、圧力室の気泡が流路に侵入し難くなって
いる。なお、圧力室2のインクは通孔12,28を通っ
てリザーバ21にも流れ込むが、通孔28の口径が小さ
いため、インク滴の飛翔に影響を与える程度にまでは圧
力の損失はない。
が元の形状に復帰すると、圧力室2の容積が膨張して圧
力室2に陰圧が生じる。この結果、通孔28,12を通
ってリザーバ21から圧力室2に、消費分に相当するイ
ンクが補給される。また圧力室2に発生した陰圧は、ノ
ズル開口31にも作用するが、ノズル開口31,31,
31‥‥に生じているメニスカスによりインクが圧力室
側に後退するのが阻止されてリザーバ21からのインク
吸引に有効に作用する。
ット15は、30μm程度の高分子材料製の接着剤の薄
い層を介して接続されているため、温度変化による両ユ
ニットの熱膨張差が生じたとしても、熱膨張差は接着層
により緩衝されてノズルプレートに歪みを生じさせるこ
とがなく、印刷品質の低下が接着層により防止される。
0に基づいて説明する。焼成したとき圧力室2を形成す
るのに適した厚みを備えたセラミックス材料、この実施
例ではジルコニアの粘土状薄板、いわゆるグリーンシー
ト40に、圧力室を形成すべき位置をプレスにより打ち
抜いて通孔41,41‥‥を穿設した第1のシートを用
意する。同様に蓋部材10を形成するのに適した厚みの
ジルコニアのグリーンシートにリザーバ21とノズル開
口31との連通孔となる通孔43,44をプレスにより
穿設した第2のシート42を用意する。
ト42と、振動板4に適した厚みのジルコニアのグリー
ンシートからなる第3のシート45とをサンドイッチ状
に積層して、均一な圧力を加えて3枚を粘着させた状態
で乾燥させる。この乾燥工程により3枚のシート40,
42,45が仮接着されて半固化状態となる。ついで温
度、例えば1000°Cで、反りを防止できる程度の圧
力を加えながら焼成する。これにより、各シートがセラ
ミックスに変化し、同時に各シートの境界面では焼結作
用により3枚のシートが元から1枚のシートで構成され
ていたかのように一体となる(図10 I)。
ート40には圧力室となる通孔41が穿設されていると
しても、この通孔41の横幅が極めて小さいため、仮接
着時に振動板や蓋部材となる第3、第2のシート45,
42に無用な変形を起こさせることなく、この通孔41
の部分に適当に圧力が集中して振動板、及び蓋部材とな
るシート45、42を第1のシート40に焼結させるに
寄与することになって、圧力室の容積を設計基準通りに
仕上げるのに役立つ。
れぞれスペーサ部材50,蓋部材51,振動板52とし
て機能するようになる。この状態で振動板52の表面に
圧力室53の位置と、共通電極引出端子の位置に導電ペ
ーストを厚膜印刷法により形成して乾燥させる。ついで
圧力室53の形状に合わせて通孔を形成したマスクを用
いて粘土状の圧電材料を厚膜印刷する。振動子構成材料
の焼成に適した状態に乾燥した時点で、圧電振動子及び
電極を焼成するのに適した温度、例えば1000乃至1
200°C程度で全体を加熱する。これにより各圧力室
53に圧電振動子54を形成することができる(図10
II)。そして圧電振動子54を形成した段階で、共
通電極引出端子、及び圧電振動子54を覆うように導電
材料の層をスパッタリング等の膜形成手法により形成す
ると、振動板、スペーサ部材、及び蓋部材を同一材料で
あたかもブロックとして構成したような圧力発生ユニッ
トが完成する。
孔27や流路制限孔28に対応する通孔61,62をプ
レスにより穿設したインク供給部材60と、リザーバ2
1や連通孔22となる通孔64,65をプレスにより穿
設したリザーバ形成部材66と、ノズル開口31となる
通孔68をプレスにより穿設したノズルプレート69を
用意し、図11に示したように部材60,66,69間
に,各部材の通孔61,62,64,65,68を塞が
ない程度の接着代を見込んだ通孔70,70,‥‥、7
1、72,72,72‥‥、73を穿設した接着フィル
ム75,76を介装して熱圧着して流路ユニットを構成
する(図10 III)。
トと流路ユニットとの接合面に図12(イ)したように
一方のユニット、例えば流路ユニットのインク供給部材
60の表面に、接着剤を塗布したり、熱溶着フィルムに
より接着剤層80を形成して(図10 IV)、これに
圧力発生ユニットの蓋部材51を、その通孔56,57
が同心円状に位置するように位置合わせして接合すると
(図10 V)、流路ユニットと圧力発生ユニットとの
間に異種材料間の熱膨張差を吸収する緩衝材となる接着
層81を介した記録ヘッドが完成する。なお、接着剤層
80は、2つの被接合部材から圧力を受けると横に広が
るため、通孔外周に接着剤を塗布しない領域82を設け
て、蓋部材51とインク供給部材60の通孔に流れ込む
のを防止されている。
比較して密度の小さなセラミックスにより構成いている
から、減衰度が大きく隣接する圧電振動子から伝搬して
くる振動を可及的に減衰させることができ、クロストー
クを防止することができる。また、振動により常に変形
を受ける部材が中間に異材を介することなく一体に構成
できるため、接合不良に起因するインク漏れを確実に防
止することができる。さらには圧力発生ユニットの基体
と、振動発生ユニットを構成するセラミックスをそれぞ
れに適した温度で焼成することができるため、信頼性の
向上を図ることができる。
表面に圧電振動子を有して振動部材を形成するセラミッ
クスからなる第1の板材と、圧力室を形成する複数の通
孔を有するセラミックスからなるスペーサ部材と、スペ
ーサ部材の他方を封止するとともに、リザーバと圧力室
との流路を形成する通孔を有する蓋部材とを一体に接続
してなる圧力発生ユニットと、インクタンクと流路によ
り接続するとともに、ノズル開口と圧力室、及び圧力室
とリザーバを接続する通孔を備えた金属板からなるイン
ク供給部材と、リザーバと、ノズル開口と圧力室とを接
続する通孔を備えたスペーサ部材と、スペーサ部材の他
方の表面に固定されるノズル開口を備えたノズルプレー
トとを一体に接続してなる流路ユニットとからなり、蓋
部材とインク供給部材との面を接着剤により一体に接合
したので、インク滴を飛翔させるための圧力を発生する
流路ユニットは、セラミックスの一体焼結により構成さ
れているため、液密性を確実に保持することができるば
かりでなく、信号印加電極を直接作り付けることがで
き、またリザーバのように極めて大きな凹部を必要とす
る流路ユニットは金属により構成して強度を確保しやす
く、さらにセラミックスからなる圧力発生ユニットと金
属からなる流路ユニットとをこれらの材料に比較して弾
性の大きな高分子接着剤で接合していることとも合間っ
て、熱膨張差に起因する反りを確実に防止した薄型でし
かも信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを実現する
ことができる。
である。
5の線A−Aの断面で示す図である。
観を示す斜視図である。
面構造を示す斜視図である。
滴発生時の状態を長手方向の断面と、幅方向(線B−
B)の断面とで示す断面図である。
積層型インクジェット記録ヘッドの製造方法を示す図で
ある。
す図である。
と圧力発生ユニットとを接着する接着層を示す図であ
る。
方向の断面と、幅方向(線B−B)の断面とで示す断面
図である。 ─────────────────────────────────────────────────────
生時の状態を長手方向の断面と、幅方向(線B−B)の
断面とで示す断面図である。
生時の状態を長手方向の断面と、幅方向(線B−B)の
断面とで示す断面図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 表面に圧電振動子を有して振動部材を形
成するセラミックスからなる第1の板材と、圧力室を形
成する複数の通孔を有するセラミックスからなるスペー
サ部材と、該スペーサ部材の他方を封止するとともに、
リザーバと前記圧力室との流路を形成する通孔を有する
蓋部材とを一体に接続してなる圧力発生ユニットと、 インクタンクと流路により接続するとともに、ノズル開
口と圧力室、及び圧力室とリザーバを接続する通孔を備
えた金属板からなるインク供給部材と、前記リザーバ
と、ノズル開口と圧力室とを接続する通孔を備えたスペ
ーサ部材と、該スペーサ部材の他方の表面に固定される
ノズル開口を備えたノズルプレートとを一体に接続して
なる流路ユニットとからなり、前記蓋部材とインク供給
部材との面を高分子接着剤により一体に接合してなる積
層型インクジェット記録ヘッド。 - 【請求項2】 前記各部材に形成された圧力室とノズル
開口を接続する通孔は、その内径がノズル開口側の部材
ほど小さくなっている請求項1の積層型インクジェット
記録ヘッド。 - 【請求項3】 振動部材を形成するのに適した厚みを備
えたセラミックス材料のグリーンシートと、圧力室に対
応する通孔を穿設されたセラミックス材料のグリーンシ
ートと、共通のインク流路と前記圧力室との流路に一致
する通孔を穿設されたセラミックス材料のグリーンシー
トとを、上記順番で積層して一体として焼成して圧力発
生基本ユニットを構成する工程と、 前記圧力室に対応させて信号印加電極と共通電極を形成
する工程と、前記信号印加電極上に圧電振動材料のグリ
ーンシートを貼着し、圧電発生基本ユニットとともに焼
成して圧力発生ユニットを構成する工程と、 インクタンクと流路により接続するとともに、ノズル開
口と圧力室、及び圧力室とリザーバを接続する通孔を備
えた金属板と、前記リザーバーと、ノズル開口と圧力室
とを接続する通孔を備えた金属板と、ノズル開口を備え
たノズルプレートとを上記順番で接合して流路ユニット
を構成する工程と、 前記圧力ユニットと流路ユニットを接合する工程とから
なる積層型インクジェット記録ヘッドの製造方法。 - 【請求項4】 前記接合が接着剤により行われる請求項
3の積層型インクジェット記録ヘッドの製造方法。
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