JPH06255104A - インクジェット式印字ヘッドおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ノズル開口部のノズル形状を、複数有する場
合であっても同形状に安定して得る。また、接合部の信
頼性を維持する。さらに刃具の耐久性を向上させること
を目的とする。 【構成】 ノズル１９と圧力室１８と供給口２０となる
インク流路を表面に形成する流路基板１７とインク吐出
圧力を伝達する薄膜よりなる弾性板１６との接合体を鋭
利な刃具８によりノズル開口部２２を切削成形する。弾
性板１６の切削される部分は合成樹脂より成り、その切
削方法は刃具８の切削進入が前記インク流路側面の傾斜
に一致し、弾性板１６側より行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、印字信号に応じてイン
ク滴を吐出して、記録紙等の記録媒体上にインク像を形
成するインクジェット式プリンタの記録ヘッドおよびそ
の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ノズルと圧力室と供給口とが連通
した溝によって形成されるインク流路を複数組有する基
板と天板とを接着したインクジェット式印字ヘッドの製
造方法は、特開平１−２２８８６１号公報中に、印字信
号に応じてインク滴を飛翔させる、いわゆるオンデマン
ド型インクジェット式プリンタの記録ヘッドが実施例と
して記載されている。

【０００３】従来技術では、ノズルの垂直方向の縁部す
なわちノズル開口部の製造は、切断または研摩による加
工で行われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】記録ヘッドの小型化、
高密度化を図る程ノズルや圧力室や供給口となる連通す
るインク流路の各寸法は小さくなる。ところが、従来の
ノズル開口部の切断あるいは研摩による製造方法では、
微小部材への過大なる応力が加わり、発熱による破損ま
たはノズル内へのカエリによるノズル詰まりまたはノズ
ル開口部周囲の割れやカケやバリが発生する。その上、
表面にノズルと圧力室と供給口となる連通したインク流
路を形成する流路基板とこれに対向する前記圧力室へイ
ンク吐出圧力を伝達する板状部材との接合部へも前記製
造方法により負荷が加わり、インク流路形状の維持ある
いは流路間のインク絶縁性についての信頼性を損なうこ
とになる。

【０００５】また、加工法の手段である切断は、刃具の
同一カ所に加工負荷が加わることとなり刃具の耐久性が
著しく劣ることになる。

【０００６】ここで図９と図１０を用い従来の製造方法
の問題点を詳細に説明する。流路基板１７と弾性板１６
となる板状部材との接合体は、インク吐出圧力伝達のた
めに剛性の低い弾性板１６と剛性の高い流路基板１７の
組合せで構成され、その接合部において容易に破壊にい
たる方向性を有する。従って、図９に示すように弾性板
１６の刃具８に対する角度Ｄ’が９０度以上では弾性板
１６の流路基板１７からの剥離破壊Ｆが生ずることとな
る。また、図１０に示すように角度Ｄ’が９０度以下で
弾性板１６が剥離に至らない場合でも、強度の低い流路
基板１７と弾性板１６との接合端部へ加工負荷が加わり
ノズル開口部２２周囲の割れやカケ３０や接合部の浮き
３１および部材の変形３２が生じた。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
ヘッドは、表面にノズルと圧力室と供給口となる連通し
たインク流路を形成する流路基板が合成樹脂よりなり、
該流路基板に対向して接合する前記圧力室へインク吐出
圧力を伝達する板状部材は素材が金属またはセラミック
スと合成樹脂より構成、あるいは合成樹脂単一で構成さ
れるインクジェット式印字ヘッドにおいて、前記流路基
板の前記ノズルと垂直方向の平面を前記流路基板と前記
板状部材とを接合後に一体的に刃具により切削しノズル
開口部を成形するにあたり、前記板状部材の切削部は合
成樹脂より構成されることを特徴とする。

【０００８】そのノズル開口部は、刃具が前記流路基板
と前記板状部材との接合体に対して一定方向に移動し切
削成形されるが、前記刃具は前記流路基板の前記インク
流路の任意の一方の側面の傾斜に一致する方向へ前記板
状部材側より切削進入することを特徴とする。

【０００９】

【実施例】以下本発明によるインクジェット式印字ヘッ
ドの構造とその製造方法を実施例により詳細に説明す
る。図１は、本発明の製造方法を説明するための図であ
る。図２は、本発明の一実施例として圧電素子の印加電
界方向の変位を利用したインクジェット式印字ヘッドの
分解斜視図である。図３は、図２のＡＡ断面図であり駆
動方法を説明するための図である。図７は、他の駆動方
法を利用したインクジェット式印字ヘッドの断面図であ
る。図８は、その他の駆動方法を利用したインクジェッ
ト式印字ヘッドの断面図である。

【００１０】これらの図において、１７は流路基板であ
り、板状部材である弾性板１６と共にノズル１９および
圧力室１８および供給口２０を形成する。流路基板１７
の凸部は、圧力室１８，１８を個別に分割する隔壁２１
となる。弾性板１６を介して圧力室１８に当接する各々
の位置に、基台１１により固着される圧電素子１２が一
対一に対応、配設されることによりインクジェット式印
字ヘッドが構成される。圧力室１８が低密度で配列され
る場合は、隔壁２１へ当接する位置へも圧電素子を配設
することもある。

【００１１】図２をもとに本発明により製造されるイン
クジェット式印字ヘッドを説明する。圧電素子１２は、
一方の側面には基台１１の信号電極１３に固着、電気接
続される電極２３（図３参照）が設けられ、他の一方の
側面には共通電極１４に固着、電気接続される電極２４
（図３参照）が設けられている。電極２３と電極２４と
は、各々信号電極１３および共通電極１４を介して駆動
回路１５に接続されている。圧電素子１２は基台１１上
に並列に配設されている。

【００１２】圧電素子１２は櫛状に分割された構造であ
り、複数の圧電素子１２が並列に形成されている。これ
らは、例えばダイシングソー、ワイヤーソー等で切削
し、圧電素子１２を基台１１表面まで切断するフルカッ
トまたは基台１１まで切断の至らないハーフカットを行
う。圧電素子１２の材料はここではチタン酸ジルコン酸
鉛（ＰＺＴ）を用い、単層圧電素子または積層圧電素子
のいずれの構造をも使用可能である。本実施例では、単
層圧電素子を用い説明している。

【００１３】信号電極１３は、本実施例では圧電素子ブ
ロックを基台１１へ固着後、前記切削手段にて基台１１
表面まで切断することで、各圧電素子１２の独立電極と
して形成される。共通電極１４は銅箔などの薄膜を複数
の圧電素子１２の電極２４上の一部に電気接続させる。

【００１４】流路基板１７は圧力室１８を形成する溝と
これと連通したノズル１９を一体的に形成している。流
路基板１７は例えばプラスチックの射出成形により容易
に成形することができる。その他技術として、感光性樹
脂によるエッチング加工で成形することや流路基板１７
の隔壁２１とその他の部分とを個別にプレス加工、エッ
チング加工等で成形し固着することで成形できる。但
し、ここでは連続するノズル１９，１９‥‥のノズル開
口面２２を鋭利な刃具で切削加工するため合成樹脂を基
本素材とし射出成形により多数を同時に製造している。
そのため圧力室１８やノズル１９等のインク流路の側壁
には離型性を考慮した傾斜がある。

【００１５】弾性板１６は、圧電素子１２からのインク
吐出圧力伝達のための弾性を必要とするため金属の薄
膜、例えば１から２μｍ程度の電鋳ニッケルまたは合成
樹脂、例えば５μｍ程度のポリイミドの薄膜より成る。

【００１６】次に本実施例のインクジェット式印字ヘッ
ドの動作について説明する。図３によりインク吐出動作
を説明する。駆動回路１５（図２参照）から信号電極１
３に信号が印加され、圧電素子１２の一方の電極２３へ
伝達される。共通電極１４に接続する圧電素子１２の他
の一方の電極２４は共通電位であるため、信号伝達によ
る電極２３での電位の変化により圧電効果が生じ、圧電
素子１２は基台１１を基準に圧力室１８方向に変位す
る。この動作を基本にして本発明による駆動方法を説明
する。

【００１７】図３ａに示すように圧電素子１２がこれと
固着する弾性板１６の圧力室１８を押圧するＢ方向へ変
位させる動作により、圧力室１８の容積減少変化を生じ
させ、インク吐出動圧が発生しインクが吐出される。ま
た、次動作として図３ｂに示すように圧電素子１２がこ
れと固着する弾性板１６を押圧解除Ｃ方向へ変位させる
動作により、圧力室１８の容積増大変化を生じさせ、イ
ンク供給動圧が発生し、インクが圧力室１８を充す。以
上の動作を印字に必要なノズル１９へ連通する圧力室１
８と当接する圧電素子１２に選択的に信号を伝達するこ
とで、インク像を紙等の媒体上へ形成できる。

【００１８】図１は、本発明のノズル開口部の製造方法
を説明するための図である。ノズル開口部２２の加工
は、鋭利な刃具８をＥ方向へ移動またはノズル開口部２
２を反Ｅ方向へ移動させることで容易に行える。この図
において、１７は流路基板であり流路基板１７には複数
のノズル１９を設けてある。１６は弾性板であり、これ
は流路基板１７と接合することでその縁部にノズル開口
部２２を形成する。

【００１９】ここで、本発明の主旨である構造および製
造方法について説明する。目的は、流路基板１７と弾性
板１６との接合体の複数のノズル開口形状を容易に同一
形状へと成形することである。まず、ノズル開口部２２
の加工時、流路基板１７と弾性板１６の接合体は、刃具
８を固定するフレームと同一のフレーム上に強固に固定
し、周囲からの振動による加工ブレを生じない状態にさ
せることを必要とする。そして、本発明の特徴である流
路基板１７からの弾性板１６の剥離を防止するため、刃
具８が弾性板１６側より切削進入するよう設置し、その
上刃具８への負荷低減のため刃具８に角度を設けるが、
角度が９０度＞Ｄ≧０度の任意の範囲では、前述のよう
に流路基板１７と弾性板１６との接合部へ加工負荷が加
わり、ノズル開口部２２周囲の割れやカケや部材の変形
が生ずることとなる。そこで、ノズル開口部２２の切削
負荷を低減し切削を容易にするため、弾性板１６の切削
部分の剛性を下げる構造とする。具体的には、弾性板１
６が金属および合成樹脂の組合せからなる場合は、切削
部分には金属を使用しない。また、合成樹脂の単一素材
からなる場合でも、切削部分の樹脂厚を薄くした構造と
する。

【００２０】ここで、流路基板１７と弾性板１６の接合
からノズル開口部２２加工までの実施例を図４、図５、
図６を用い説明する。流路基板１７は素材がポリサルフ
ォンあるいはポリカーボネートを用い射出成形により製
造される。弾性板１６は耐薬品性、耐候性を有する金属
である例えばステンレス箔を用いその一方の表面に耐薬
品性および耐候性有する合成樹脂例えばポリイミド樹脂
を薄層コーティングし基材とする。これを弾性部として
必要な部分の金属をフォトリソ技術によりエッチングし
成形する。また、素材が合成樹脂、例えば前記同理由よ
り選定されるポリイミド単一素材の場合は、弾性部およ
び切削部を必要量までフォトリソ技術によりエッチング
し成形する。図４に金属および合成樹脂よりなる弾性板
１６の製造方法の一実施例を示す。まず、ステンレス４
０上にポリイミド４１をコーティングする。次に、ポリ
イミド４１が弾性を要する部分以外のステンレス４０が
エッチングされないようレジスト４２を塗布する。そし
て、ステンレス４０のエッチングを行うことで弾性板１
６が製造される。特に、ステンレス除去をノズル開口部
２２（図５Ｇに示す）として加工する部分は必ず行う。

【００２１】次に、図５により流路基板１７と弾性板１
６との接合を説明する。部材の特徴として弾性板１６は
部分的に接合部の厚みが薄くなっており、接合時に加圧
が加えられない構造となっている。特に本発明の特徴で
ある切削加工部の切削を容易にするため薄くなっている
（図示Ｇ）。そこで、接着時の部材厚を補うため弾性板
１６の逆マスクによる治具５０を成形し、接合時に重ね
合わせることで接着状態良好な接合体を得る。

【００２２】次に、ノズル開口部２２の加工を行う。流
路基板１７は図６のように射出成形によりインク流路側
壁に傾斜を有する。そこで、刃具８の切削進入角を隔壁
２１の一方の傾きに平行に合わせ切削進入させる。この
時、他の一方の傾きＨに対して切削進行方向が異なるこ
とになるが、隔壁２１幅が広くなる方向への切削のため
ノズル開口周囲に割れやカケなく切削できる。また、弾
性板１６についても切削容易な構造をとっているため弾
性板１６接合部の破壊なく安定加工できるようになっ
た。

【００２３】図７は、本発明の他の一実施例として圧電
素子の印加電界方向と垂直方向の変位を利用したインク
ジェット式印字ヘッドの部分断面図であり、流路基板１
７と弾性板１６の接合からノズル開口部２２の加工まで
は基本的に前述の通り同部材、同製造方法を用いたもの
である。

【００２４】図８は、本発明のその他の一実施例として
発熱素子を用いたインクジェット式印字ヘッドの分解斜
視図である。板状部材１６’は、母材の金属およびセラ
ミックスの表面に電極１３、電極１４と発熱素子５２
を、またその最表面に絶縁処理、例えばポリイミドをコ
ーティングし構成される。板状部材１６’の特徴とし
て、ノズル開口部２２となる位置（図示Ｇ’）はポリイ
ミド単一素材で構成されている。印字ヘッドの基本構造
は前述の図２に示す構造と同様であり、特徴は発熱素子
５２が圧力室１８に１対１に対応して配設されているこ
とである。本実施例のインクジェット式印字ヘッドのイ
ンク吐出圧力発生原理は、発熱素子５２が発熱すること
で、インクが瞬間的に沸騰状態となり圧力室１８内に気
泡を生じインクに動圧が生ずるものである。この原理を
基本にノズル開口部２２よりインク滴が吐出する。

【００２５】本構造においてもその製造方法は、流路基
板１７と板上部材１６’の接合からノズル開口部２２の
加工までは基本的に前述の通り同製造方法を用いたもの
である。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、並列に密接して配
設されるインク吐出装置の流路基板とインク吐出圧力を
伝達する板状部材とにより形成されるノズル開口部を鋭
利な刃具で弾性板側よりインク流路側壁の一方の傾きに
一致して切削進入させることで、ノズル開口周囲の割れ
やカケなく、また板状部材の切削部の素材構成が切削容
易であるため、流路基板と板状部材との接合部形状およ
びその信頼性が維持される。また、合成樹脂の切削であ
るため刃具への負荷が低く耐久性が向上する。その上、
ノズル開口形状が割れやカケなく容易に安定成形が可能
となるためインク吐出特性の向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製造方法を説明するための図である。

【図２】本発明の一実施例を示すインクジェット式印字
ヘッドの分解斜視図である。

【図３】（ａ）同上実施例の駆動方法を説明するための
部分断面図である（インク吐出時）。 （ｂ）同上実施例の駆動方法を説明するための部分断面
図である（インク供給時）。

【図４】本実施例の板状部材の製造方法を説明するため
の図である。

【図５】本実施例の流路基板と板状部材の接合方法を説
明するための図である。

【図６】ノズル開口部の製造方法を説明するための図で
ある。

【図７】本発明の他の一実施例を示すインクジェット式
印字ヘッドの部分断面図である。

【図８】本発明の他の一実施例を示すインクジェット式
印字ヘッドの部分断面図である。

【図９】従来の製造方法の問題点を説明するための図で
ある。

【図１０】従来の製造方法を問題点を説明するための図
である。

【符号の説明】

１１ 基台 １２ 圧電素子 １３ 信号電極 １４ 共通電極 １５ 駆動回路 １６ 弾性板（板状部材） １７ 流路基板 １８ 圧力室 １９ ノズル ２０ インク供給口 ２１ 隔壁 ２２ ノズル開口部 ２３ 圧電素子電極 ２４ 圧電素子電極

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面にノズルと圧力室とインク流路が形
   成された合成樹脂よりなる流路基板と、金属またはセラ
   ミックスと合成樹脂より構成、あるいは合成樹脂単一で
   構成される板状部材とを接合し、接合体の前記ノズル近
   傍を切削することによってノズルを形成するインクジェ
   ット式印字ヘッドであって、 少なくとも前記板状部材の切削部の剛性が他の板状部材
   の剛性よりも低いことを特徴とするインクジェット式印
   字ヘッド。
2. 【請求項２】 前記板状部材の切削部の厚みが他の板状
   部材の厚みに比べて薄いことを特徴とする請求項１記載
   のインクジェット式印字ヘッド。
3. 【請求項３】 少なくとも前記板状部材の切削部が、合
   成樹脂よりなることを特徴とする請求項１記載のインク
   ジェット式印字ヘッド。
4. 【請求項４】 前記流路基板と板状部材を接合後、流路
   基板のインク流路の側壁の傾斜に一致する方向へ、刃具
   を前記板状部材側より切削進入することによって、ノズ
   ル開口を形成することを特徴とするインクジェット式印
   字ヘッドの製造方法。