JPH06286134A - インクジェットヘッドとその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 インク流路内のインクの振動の減衰を早め、
ヘッドの応答周波数を上げて高速印字を可能にする。こ
のようなインクジェットヘッドを容易にかつ安価に製造
し、また、シール性の高い製造方法を提供する。 【構成】 流路基板１はポリサルフォン等の材料で作
り、複数のノズル1aを厚み方向に貫通させ、背面にノズ
ル1aと直交して連通するように、連通路1e，加圧室1d，
インク供給路1fからなるインク流路を区画形成する。流
路基板１の背後にインク流路を封止する流路基板蓋２を
積層し、シート状接着剤３により接合する。シート状接
着剤３はゴム系の基材にエポキシ樹脂などを含浸させた
もので、この接合によりシールされたインク流路の３つ
の壁面は流路基板１の材料であるポリサルファンで構成
され、他の１つの壁面ｄはシート状接着剤３の材料であ
るゴム系の基材で構成されるので、１つの壁面ｄが弾性
率の異なる壁面となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インク滴をノズルから
吐出させて印字する、いわゆるオンデマンド型のインク
ジェットヘッドとその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のインクジェットヘッドは、平板状
の流路基板の上面に、共通インク室と溝状のインク流路
が形成され、流路を封止する流路基板蓋と流路基板との
接合面を接着剤により接合してなるものである。このイ
ンク流路は、共通インク室と連通するインク供給路と、
このインク供給路と連通する圧力室と、圧力室とノズル
とを連通する連通路とから構成されている。そして、流
路基板蓋の外面に、圧力室に対向的に圧電素子等の加圧
手段を設けている。通常、流路基板と流路基板蓋とはプ
ラスチック，ガラスなどの同一の材質を用いて構成され
ているので、流路の４つの壁面は同一材質となり、すべ
て同じ弾性率の面となっている。また、加圧手段により
流路の壁面の１つを変形させて圧力を発生させるため
に、流路の材料として変形の少ない剛性の高い材料が用
いられている。

【０００３】このようなインクジェットヘッドを製造す
る方法として、流路基板と流路基板蓋との接合に際し
て、これらの材質がプラスチックの場合には、流路基板
の接合面に接着剤を塗付し、流路基板蓋を対接させて押
圧することにより接合したり、接合面に溶剤を塗付して
溶融接着したりしている（例えば、特公昭６０−３７７
９７号公報）。

【０００４】しかし、接着剤や溶剤を塗付する方法で
は、接着剤等がインク流路内に流入して性能に悪影響を
与えたり、インク流路を塞いだりすることがあるので、
接着剤等を用いないで、ねじまたは弾性部材を用いて流
路基板と流路基板蓋とを押圧保持してインク流路をシー
ルしたり、また、加熱圧着により接合したりしている
（例えば、特開昭６３−１２０６５９号公報）。

【０００５】また、材質がガラスの場合には、熱融着さ
せて接合している（例えば、特開昭６２−８３１６号公
報）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のインクジェット
ヘッドのように、壁面が同一の弾性率の硬質の面である
と、流路内に発生した圧力波が壁面で反射され、振動が
減衰するまでに長い時間がかかり、このためにノズル面
でのメニスカスの減衰時間が長くなり、ヘッドの応答周
波数を下げなければならず、このために印字速度が低下
するという問題がある。

【０００７】また、接着剤や溶剤を用いないで押圧保持
してインク流路をシールする方法では、両者の接合面の
平滑性が要求され、インク流路のシール性を確保するこ
とが困難である。平滑性を得るためには、流路基板とし
てはガラスまたは金属（ステンレス）が適当である。し
かし、ガラスを用いた場合にはエッチングによりインク
流路を形成することが必要となり、エッチングを行うた
めに工程数が多くなりコストの上昇を招く問題がある。

【０００８】製造を容易にするためには、プラスチック
を用いることが望ましいが、加熱圧着による場合には、
加熱により全体が溶融温度以上に上昇してしまい、平板
状の流路基板を変形させることがあり、また、プラスチ
ックの温度による特性変化が緩慢でばらつきも大きいな
どの問題がある。

【０００９】そこで本発明の目的は、インク流路内のイ
ンクの振動の減衰を早め、ヘッドの応答周波数を上げる
ことが可能なインクジェットヘッドを提供する。さら
に、このようなインクジェットヘッドの製造を容易にし
てコストの低減を達成し、かつシール性に優れたインク
ジェットヘッドの製造方法を提供する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のインクジェットヘッドは、インク流路を構
成する壁面のうち、少なくとも１つの壁面は、他の壁面
に対して弾性率の異なる面で構成されている。

【００１１】具体的には、本発明のインクジェットヘッ
ドの製造方法は、インク流路が形成してある流路基板に
流路基板蓋を接合してインク流路をシールするインクジ
ェットヘッドの接合方法において、流路基板と流路基板
蓋とを流路基板と弾性率の異なるシート状接着剤により
接合することがある。

【００１２】さらに、上記のシート状接着剤を、流路基
板蓋に予め仮止めし、その後に流路基板と接合して硬化
させると、接着剤のインク流路へのたれ込みを防止する
のに一層有効である。

【００１３】

【作用】インク流路の少なくとも１つの壁面を弾性率の
異なる面とすると、インクが加圧されて生じる振動波の
減衰が早くなる。

【００１４】流路基板と弾性率の異なるシート状接着剤
を用いてインク流路をシールすると、インク流路の１つ
の壁面が弾性率の異なる面となる。また、シート状接着
剤を予め仮止めすると、シート状接着剤が半硬化状態と
なり、接合時に接着剤のインク流路へのたれ込みが生じ
ない。

【００１５】

【実施例】図１及び図２を参照し、本発明のインクジェ
ットヘッドの一実施例の全体構成について説明する。流
路基板１は、インクに対して強く、接着に適したポリサ
ルフォン等の成形品であり、溝状のインク流路１ｂが刻
設され、このインク流路と連通するノズル１ａが厚み方
向に貫通して穿設してある。図示のように、流路基板１
の中央部前面に突出部１ｃを設け、ノズル１ａ…をエキ
シマレーザ加工などにより突出部１ｃを貫通して穿設す
る。流路基板１の背面に刻設されノズル１ａと実質的に
直交して連通するインク流路１ｂは、複数の加圧室１ｄ
…を有しており、、この各加圧室１ｄと、各ノズル１ａ
および後述の各インク供給孔２ａとをそれぞれ連通する
連通路１ｅ…とインク供給路１ｆ…とから構成されてい
る。

【００１６】流路基板１の背後には、インク流路を封止
する流路基板蓋である第１の基板２が積層され、両者が
シート状接着剤３により接合してある。第１の基板２に
は、複数のインク供給孔２ａ…が厚み方向に貫通して穿
設してあるもので、インク供給孔２ａはエキシマレーザ
加工などにより穿設され、上記インク供給路１ｆに開口
している。シート状接着剤３は、例えばゴム系の基材に
エポキシ樹脂などを含浸させたシート状のものを用い
る。このシート状接着剤３には、予めインク供給孔２ａ
に対応して孔３ａが形成してある。

【００１７】このように、流路基板１と第１の基板２と
はシート状接着剤３により接合してあるので、ノズル１
ａの近傍のインク流路１ｅの断面形状を図３に拡大して
示すと、インク流路１ｅの４つの壁面のうち、３つの壁
面ａ，ｂ，ｃは流路基板１の材料であるポリサルファン
で構成されるが、他の１つの壁面ｄはシート状接着剤３
の材料であるゴム系の基材で構成されることになるの
で、１つの壁面ｄが弾性率の異なる壁面となる。

【００１８】第１の基板２の背後には、第２の基板４が
上記と同様なシート状接着剤５により接合してある。第
２の基板４の前面側には、インク供給孔２ｂ…と直交す
るように、かつこれに連通するように、大面積の共通イ
ンク室４ａが形成してある。共通インク室４ａの中央部
には、インクを供給する開口４ｂが設けてあり、この開
口４ｂにフィルタ６が熱融着により接合してあり、これ
により、インク中のごみなどが共通インク室４ａへ侵入
するのを防いでいる。なお、シート状接着剤５には、上
記と同様に予めインク供給孔２ｂに対応して孔５ａが形
成してある。

【００１９】流路基板１の前面には加圧室１ｄと対向す
る位置に加圧手段が設けてある。すなわち、加圧手段
は、リン青銅または黄銅などの金属で作られた複数の振
動板７…と複数の圧電素子８…とをそれぞれ重ね合わせ
てなるもので、エポキシ等の接着剤で流路基板１に接合
してある。各圧電素子８は、図示しない外部の圧電素子
駆動用のドライバＩＣと電気的に導通するパターン電極
が形成してあるフレキシブルケーブル９の所定の電極
に、導電ペースト等によって接合してある。また、流路
基板１の前面に図示しない共通電極が導電ペーストによ
り形成してあり、この共通電極は、各圧電素子８を接合
した各振動板７と導通すると共に、フレキシブルケーブ
ル９の所定のパターン電極と導電ペーストにより導通さ
せてある。

【００２０】そこで本発明のインクジェッヘッドの製造
方法の一実施例について説明する。流路基板１と第１の
基板２との間にシート状接着剤３を介在させ、圧力を加
えて加熱して両者を接合する。シート状接着剤３は、ゴ
ム系の基材にエポキシ系の接着剤を含浸させたもので、
厚さ２０〜６０μｍのシート状のものを用いる。

【００２１】１例として、シート状接着剤３として厚
さ４０μｍのものを用い、６０℃で１２０時間保持する
エージング処理を行った。これによってシート状接着剤
３に含浸させた接着剤の流動を抑える。

【００２２】第１の基板２の接合面は、表面粗度５μ
ｍ程度に形成してあり、この面に上記のエージングした
シート状接着剤３を、孔３ａとインク供給孔２ａとを位
置合わせして配置し、１５±１．５kg／cm² の圧力を加
えつつ１５０℃に加熱する。これによりシート状接着剤
３は半硬化状態となって、第１の基板２に仮止めされる
ことになる。

【００２３】この半硬化状態のシート状接着剤３に、
流路基板１のインク流路を形成した側の面を位置合わせ
して対接し、１５±１．５kg／cm² の圧力を加えつつ１
５０℃に加熱する。これによりシート状接着剤３は完全
に硬化した状態となり、流路基板１と第１の基板２とが
接合される。

【００２４】なお、図２に示すように、第１の基板２の
上下両面にシート状接着剤３，５により流路基板１と第
２の基板４を接合する際には、上記の工程でシート状
接着剤３，５を同時にエージング処理し、上記工程で
第１の基板２の両面にシート状接着剤３，５を仮止め
し、上記工程で流路基板１と第２の基板４とを同時に
接合すればよい。

【００２５】工程のエージング処理の条件や、工程
の仮止めの条件は、基材の厚み，接着剤として用いられ
た樹脂の流れ性，加圧力，加熱温度，その他、接合面の
表面粗さなどにより大きく変化するので、これらのすべ
てを考慮してその条件が決定されるものである。

【００２６】上記の条件に至る前に、本発明者は、エー
ジング処理を８０℃で１００時間保持して行ったが、こ
の場合には接着剤が硬化しすぎてしまい、工程で仮止
めできない部分を生じてしまった。

【００２７】また、本発明者は、工程で仮止めする際
に、圧力を１０±１．５kg／cm² とし、他の条件を同じ
にして行ったが、この場合には仮止めの接合強度が十分
に得られず、シート状接着剤がインク流路内にたれ込む
部分ができてしまった。

【００２８】シート状接着剤は、エポキシ樹脂以外の接
着剤を用いて形成してもよい。

【００２９】本発明のインクジェットヘッドによりイン
クを吐出する際には、フレキシブルケーブル９を介して
ドライバＩＣからの駆動信号を圧電素子８に供給する
と、圧電素子８が変形して振動板７及び流路基板１を加
圧室１ｄ内側に屈曲させ、これにより加圧室内のインク
を加圧して圧力を発生させる。この圧力により、インク
は連通路１ｅを通過して、ノズル１ａから吐出する。吐
出後には圧電素子８に対する印加電圧は０となり、圧電
素子８は反動で外方に屈曲して加圧室１ｄ内の圧力がマ
イナスになる。この負圧により、共通インク室４ａから
インク供給孔２ａ，インク供給路１ｆを通過して、加圧
室１ｄにインクが供給される。

【００３０】加えられた圧力によりインクがインク流路
内を通過する際に、従来のように流路の壁面がすべて均
一な剛性の高い材質で形成されていると、流路内に生じ
た圧力波が壁面で反射し続けるので、振動が減衰するの
に長い時間がかかる。しかし、壁面ａ，ｂ，ｃ，ｄのう
ちの少なくとも１つの壁面ｄが、弾性率の異なる材質
（本実施例ではシート状接着剤３）で形成されている本
発明の場合は、弾性率の異なる材質の存在により振動を
吸収し易くなり、振動が早く減衰する。したがって、次
の駆動信号をそれだけ早く供給することが可能となり、
印字スピードが向上する。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のインクジ
ェットヘッドは、流路基板と流路基板蓋とを接合して封
止したインク流路の壁面のうち、少なくとも１つの壁面
を他の壁面に対して弾性率の異なる面で構成しているの
で、加圧により生じたインク内の振動波が迅速に減衰
し、高速印字が可能となる。

【００３２】また、弾性率の異なるシート状接着剤を両
基板の間に介在させて接合する場合、インク流路の壁面
の少なくとも１つを弾性率の異なる面に製造することが
容易であり、また、接合面に多少の凹凸があっても接合
不良の個所を生じることがなく完全なシールが可能であ
り、両者の接合時に接着剤がインク流路やインクを供給
する小孔等に流入することがなく、接合時の歩留りが向
上する。

【００３３】さらに、シート状接着剤により接合するこ
とにより、流路内に気泡残りを生じ易い個所がなくなる
ので、インクの充填が完全となり、インクの吐出特性が
安定して高い印字品質が得られ、信頼性を向上させるこ
とができる。

【００３４】また、シート状接着剤を流路基板蓋に予め
仮止めした後流路基板と接合することにより、両者の接
合作業をより容易にでき、接着剤の流路へのたれ込みを
確実に防止することができる。また、製造が簡単で、コ
ストの低減を達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェットヘッドの一実施例を示
す一部切欠正面図である。

【図２】図１Ａ−Ａ線断面図である。

【図３】図１のノズル近傍のインク流路を示す拡大断面
図である。

【符号の説明】

１ 流路基板 １ｄ インク流路（加圧室） １ｅ インク流路（連通路） １ｆ インク流路（インク供給路） ２ 流路基板蓋（第１の基板） ３ シート状接着剤 ａ，ｂ，ｃ インク流路の壁面 ｄ 弾性率の異なるインク流路の壁面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 早川 剛 千葉県四街道市鹿渡934−13番地 株式会 社精工舎千葉事業所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インク流路を構成する壁面のうち、少な
   くとも１つの壁面は、他の壁面に対して弾性率の異なる
   面で構成されていることを特徴とするインクジェットヘ
   ッド。
2. 【請求項２】 インク流路が形成してある流路基板に流
   路基板蓋を接合して上記インク流路をシールするインク
   ジェットヘッドの接合方法において、 上記流路基板と上記流路基板蓋とを上記流路基板と弾性
   率の異なるシート状接着剤により接合することを特徴と
   するインクジェットヘッドの製造方法。
3. 【請求項３】 請求項２において、上記シート状接着剤
   を、上記流路基板蓋に予め仮止めし、その後に上記流路
   基板と接合して硬化させることを特徴とするインクジェ
   ットヘッドの製造方法。