JPH0691872A

JPH0691872A - インクジェットヘッドおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH0691872A
Application number: JP24677392A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Naka; 隆廣中; Shinji Yasukawa; 信二安川
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1992-09-16
Filing date: 1992-09-16
Publication date: 1994-04-05
Anticipated expiration: 2015-12-04
Also published as: JP3114771B2

Abstract

(57)【要約】【目的】各駆動素子の自由端面と流路ユニットが安定
的に結合でき、しかも流路ユニットには無理な張力が作
用せず、優れたインク吐出特性を可能とすること。【構成】圧力室を複数同一平面上に列状に並べた流路
ユニットと、他端で互いに連結した複数の駆動素子２か
ら成る駆動素子ユニットとを備え、流路ユニットと結合
する駆動素子の自由端２ａを高平面度加工面で形成し
た。また流路ユニットの流路壁は前記自由端２ａと接合
材を介して結合する高剛性部１１ａとそれを囲む薄いフ
ィルム部１１ｂを備え、該高剛性部と前記自由端面間に
間隙を有する場合、該間隙に接合材を充填して両者が結
合し、前記高剛性部と駆動素子自由端面間に間隙を有さ
ない場合、前記薄いフィルム部をたわませ且つ薄く流動
させた接合材を介して前記自由端面と前記高剛性部とを
結合させるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はインク滴の吐出によって
記録を行うインクジェット記録装置に適したインクジェ
ットヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】駆動素子の一自由端の振動により圧力室
内のインクを加圧し、圧力室に連通するノズルよりイン
ク滴を吐出する、本発明の構成に近いインクジェットヘ
ッドは特開昭５８ー１１９８７０号、特開平４ー１０５
２号に開示されている。

【０００３】この種のヘッドは低電圧駆動、高密度化、
優れた吐出特性の可能性を持っているが、現段階ではま
だ充分な競争力を持つに至っていない。すなわち高応
答、高印字品質且つ高安定吐出を実現し、また高密度化
しつつ高い量産性を実現するにはまだ重要な課題を抱え
ている。

【０００４】駆動素子先端の変位量は１μｍ以下、多く
て１．５μｍと非常に微小なため、構造、製造における
非常に微妙な寸法が吐出特性に影響する。特に駆動素子
先端を流路ユニット、たとえばダイアフラムに対し如何
に離れず且つ過度に押し込まずにセッティングできるか
はこの種のヘッドの安定吐出を得る上で重要な技術課題
である。

【０００５】駆動素子を流路ユニットに対し倒れを生じ
ることなく、且つ高密度に如何に配置するか、また脆い
振動子を欠けや折れから如何に保護するかも重要な技術
課題である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来例である特開昭５
８ー１１９８７０号によれば、ブロックのスロットに個
々の細長の駆動素子の一端を固定し、他端をプレートの
ホールに通している。また駆動素子の長さ方向にはセッ
トのための位置決め手段がなく、一方ダイアフラムの位
置についても特に工夫はされていない。

【０００７】各駆動素子毎に設計された固定構造やガイ
ド軸受構造や流路ユニットとの結合に関する構造は、複
雑過ぎる。多数の駆動素子を用いる場合この問題は品質
やコスト上から見て深刻である。

【０００８】またこの構造では多数ノズルを高密度化さ
せることに限界がある。

【０００９】駆動素子先端部をプレートのホールでガイ
ドしたために摺動抵抗によって振動子の動きが妨害され
る、特にブロックのスロットの位置がホールに対しずれ
るとその妨害は顕著となる。以上の問題を解消し、多数
ノズルを高密度に配すことができ、構造や組立作業が簡
単なインクジェットヘッドを本出願人は提案した（特開
平４ー１０５２号）。

【００１０】この発明によれば上述の大部分の問題が解
決、または改善されることが確認できたが、しかしこの
発明にあっても依然以下の一つの大きな問題が残った。

【００１１】駆動素子を流路ユニットに安定して結合す
ることは容易でない。ダイアフラムに届かなかったり、
或はダイアフラムを駆動素子で過度に押し込んでダイア
フラムの破損または駆動素子の曲がりや折れを起こす。
流路ユニットの剛性が低いと振動子で過度に押し込むと
き流路ユニットが変形することもある。

【００１２】これらの問題例を図２７に示す。

【００１３】ダイアフラムが所々でその張力を変える
と、それがダイアフラムの変位量に、すなわち圧力室の
体積変化量に影響し、吐出インク量にもばらつきを生じ
てしまう。

【００１４】ダイアフラムを押し込みすぎると駆動素子
にその反力が加わり駆動素子の変位量が落ち、吐出イン
ク量が減る。

【００１５】本発明は上記した従来の技術課題を解決し
て、駆動素子を高密度に、しかも流路ユニットに対して
安定して配置でき、従って均一且つ優れた吐出特性を持
ち、その上組立の簡単化をも実現したインクジェットヘ
ッドを提供するものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】そこで本発明によるイン
クジェットヘッドは、複数の駆動素子を有する駆動ユニ
ットと該駆動ユニットと結合して選択的にインク滴を吐
出する流路ユニットから成るインクジェットヘッドであ
り、前記駆動素子は固定端と流路ユニットと結合する自
由端を持ち、該自由端の端面は高平面度加工面で形成す
るようにした。また流路ユニットの流路壁は前記自由端
と接合材を介して結合する高剛性部とそれを囲む薄いフ
ィルム部を備え、該高剛性部と前記自由端面間に間隙を
有する場合、該間隙に接合材を充填して両者が結合し、
前記高剛性部と前記自由端面間に間隙を有さない場合、
前記薄いフィルム部をたわませ且つ薄く流動させた接合
材を介して前記自由端面と前記高剛性部が結合するよう
にした。

【００１７】

【実施例】以下に本発明の実施例に沿って詳細に説明す
る。尚、以下の図面に於て同一または同種の部位には同
符号を付けた。

【００１８】図１に本発明によるインクジェットヘッド
の一実施例を示す分解組み立て図を示した。図２はある
流路に着目した断面図である。図中符号１は駆動ユニッ
トで、縦振動モードで動作し、圧力室反対側の一端を支
持基板３に取り付けた駆動素子２を複数個列状に並べた
駆動素子列２２を２セット備え、さらに支持基板３は基
台４に取り付けられて構成されている。そして基台４に
結合した流路ユニット１０に各駆動素子の自由端面２ａ
が結合している。駆動素子２には支持基板３上の薄膜電
極２６を介してリード２７が、また共通電極２８を介し
てリード２１が接続しており、電力を供給すれば駆動素
子２は長手方向に、すなわち図に於ける矢印ｚ方向に縮
み、放電すると伸びて流路ユニット１０内圧力室２０の
インクを加圧し、ノズル開口１３ａからインクを飛翔さ
せる。

【００１９】インクは図示されないインクカートリッジ
からパイプ１５、圧力室プレート１１の穴１８を通って
インク室１９に供給される。尚、１４は回路基板であっ
て、リード２７、２１に接続した駆動用集積回路を搭載
する。

【００２０】流路ユニット１０は、図１に分解斜視図で
示した様にノズルプレート１３、流路形成部１２、圧力
室プレート１１を液密に重ねたものである。この実施例
ではノズルプレート１３は等ピッチで並んだインク滴吐
出ノズル１３ａを２列備える。流路はノズル１３ａと同
ピッチで並んだ長方形状の圧力室２０を２列と各圧力室
２０に共通のインク室１９を備える。ノズルピッチ、圧
力室ピッチ寸法は共に駆動素子２の配列ピッチ寸法と同
じである。

【００２１】圧力室プレート１１は、図２に示す様に、
圧力室２０、インク室１９をカバーしてインク漏れを防
止すると共に、駆動素子自由端面２ａと接合する。プレ
ート１１は剛性を高めた長方形で島状の厚肉部１１ａと
厚肉部１１ａを囲んで駆動素子２の変位を受けてたわみ
を起こす薄いフィルムである薄肉部１１ｂおよび周辺の
厚肉部１１ｃから成り、駆動素子自由端面２ａは厚肉部
１１ａと結合する。圧力室プレート１１は例えばニッケ
ル電鋳で作られ、薄肉部１１ｂは０．５μｍ〜３μｍ、
厚肉部１１ａ、１１ｃは１０〜１００μｍの範囲から選
ばれる。圧力室プレート１１は薄肉部と厚肉部に分けて
作ることも可能で、例えば薄い金属フィルムにメッキや
樹脂層で厚肉部を形成することもできる、或はプラスチ
ックフィルムにメッキや樹脂層で厚肉部を形成できる。
ポリイミドフィルムを用いた開発例によれば、フィルム
厚３〜１５μｍの範囲から選ばれる。

【００２２】図３は本発明によるインクジェットヘッド
に好適な流路ユニット１０の製造工程の一実施例を示し
たものである。図３（ａ）（ｂ）において、予め列状に
設けられたノズル１３ａを有するノズルプレート１３に
厚さ５０μｍのフォトレジスト８２を積層し、図３
（ｃ）に示すように所要のパターンをもつマスク８７を
介して露光する、そして現像処理すれば図３（ｄ）のよ
うに圧力室、各圧力室共通のインク室等のための流路壁
８３、８４を得る。マスク８７をノズルプレート１３の
基準穴に合わせて露光するので、流路壁はノズル１３ａ
とずれることなく形成される。一方予め高剛性部１１ａ
等を設けた圧力室プレート１１側にも同様にしてノズル
プレート１３側と相符合する流路壁９１を作る。そして
図３（ｅ）に示すように、以上の２体を加熱、加圧下で
圧着せしめれば、または接着剤にて接合せしめれば圧力
室２０、各圧力室共通のインク室１９を備えた流路ユニ
ット１０が完成する。

【００２３】図４はノズルプレート１３上に形成された
流路パターンの一例を示すもので、壁部１００により囲
まれた内側には共通のインク室１９となる空所と、一端
でインク室１９と連通する圧力室２０を形成する空所が
設けられている。そして全体としては圧着時、または接
合時、圧着部や接合部（図中ハッチングを施した領域）
の印加圧が均一になるように、しかもハッチング領域の
重心位置が全体のほぼ中心に位置するようにパターンを
設計している。図４にあっては、インク室１９となる空
所や位置決め用基準穴の配置が上下で異なるため、空所
１０３等を設けて最適化した。重心位置を外形中心に対
して外形寸法比プラスマイナス２０％以下、好ましくは
図中符号１０４で囲んだ１０％内に入れることによっ
て、全ての圧力室にわたって圧着つぶれ量を均一にでき
（従って流路寸法を高精度にでき）、また安定した接合
強度が得られることが分かった。

【００２４】開発例によれば、ノズルプレート１３はス
テンレスプレートでその板厚は３０〜２００μｍ、ノズ
ル１３ａはプレス加工で製作し、その径は３０〜４０μ
ｍ、圧力室２０は幅０．１ｍｍ、深さ０．１ｍｍ、長さ
１．０〜２ｍｍの範囲から吐出インク量０．０７〜０．
０９μｇとなるよう最適化した。配列ピッチは１４１μ
ｍ、１列当り３２個、２列で６４個形成した。

【００２５】図５は流路ユニット１０の他の実施例で、
圧力室４０やノズル４３、共通のインク室４９等の流路
を射出成形により作ったプラスチック流路形成プレート
４１と、プラスチックフィルム製圧力室プレート４４を
示す。壁４６に囲まれた内側には共通のインク室４９と
なる空所と一端でインク室４９と連通し、他端でノズル
開口４３に通ずる長方形の圧力室４０が設けられてい
る。

【００２６】図６は駆動素子ブロック５０の一実施例で
ある圧電素子ブロックの断面図を示したもので、薄い圧
電材５３と電極形成材５４、５７の印刷を交互に繰り返
して所要の層数に仕上げた後、焼結したもので、圧電材
料５３を間にして外部電極２５と接続する内部電極形成
材料５４、外部電極２４と接続する内部電極形成材料５
７が交互に積層された積層型圧電素子である。不活性領
域５５と二つの電極面５４、５７が対向する活性領域５
６を備える。

【００２７】不活性領域５５には内部電極５４の間にさ
らに他方の内部電極５７に対向する位置に電極材５８を
配して、素子ブロック５０のソリ等の変形や平坦度の向
上を図っている。即ち電極材５８が無い場合、不活性領
域５５は活性領域５６と内部電極材の積層構造が異な
り、全体として焼成後の平坦度の低下やソリが生じ、本
発明のインクジェットヘッドにとって必要な駆動特性が
得られなくなる、よって内部電極材５８を配して特性向
上を行った。

【００２８】図７（ａ）〜（ｆ）は本発明のインクジェ
ットヘッドに用いる駆動ユニットの製造工程の一部を示
すものであって、先ず同図（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すよ
うに、素子ブロック５０の一端をダイサー５２で切断加
工して１５μｍ以下、平均的には５μｍ前後以下の平面
度から成る端面５０ｃを形成する。ダイサー５２に替え
てワイヤーソー、あるいは研磨によっても端面５０ｃを
高平面度に形成することができる。次に端面５０ｃに外
部電極２４と接続する外部電極５９をスパッタリングや
蒸着またはメッキによって付ける。

【００２９】今の説明では駆動素子ブロック５０に予め
電極２４、２５を形成し、端面５０ｃ形成後に改めて電
極５９を形成したが、替えて、予め駆動素子ブロック５
０には外部電極を付けず、端面５０ｃ形成後に初めて電
極２４、２５、５９を同時形成してもよい。

【００３０】図７（ｄ）（ｅ）において、支持基板３の
片面には薄膜電極３２が付けられていて、その支持基板
３の薄膜電極３２面に駆動素子ブロック５０を接着剤ま
たは半田等ろう付けにより接合する。この際治具を用い
て支持基板３のエッジ３ｂと端面５０ｃを平行に、また
活性領域５６の端をエッジ３ｂに正確に合わせることが
肝要である。図８に接合した素子ブロック５０と支持基
板３の断面図を示す。次に図７（ｅ）のようにダイサー
６２またはワイヤソーを使って、端面５０ｃに垂直に駆
動素子ブロック５０と支持基板３上の薄膜電極３２を同
時に切断し、等ピッチで並ぶ駆動素子２および両サイド
の位置決め素子２ｆを形成する、と共に薄膜電極３２を
も分割して各駆動素子毎の引出し電極２６を作る。この
とき支持基板３には約８０μｍ切り込む。

【００３１】次に図７（ｆ）に示すようにフレキシブル
な共通電極板２８をロウ接続し、各薄膜電極にはリード
（ここではフレキシブルプリント基板２９）を接続す
る。

【００３２】各駆動素子２のピッチ精度はダイサーの送
り精度またはワイヤーソーのピッチ精度で決まり、５μ
ｍ前後かそれ以下に加工可能である。

【００３３】以上の工程によって、各駆動素子自由端面
２ａと位置決め素子２ｆ先端面は平面度１５μｍ以下の
精度が可能となった。

【００３４】位置決め素子２ｆは後述の位置決め機能を
有する他、製造工程における接触事故や組み込み圧に対
し細い駆動素子を両側から保護する。

【００３５】図７（ｂ）の圧電素子ブロック５０に示す
ように、内部電極５７は外に露出させず、加工によって
初めて露出するようにした。その結果素子ブロックの長
期保管信頼性や輸送時の内部電極破断を防止できた。

【００３６】開発ヘッドによれば駆動素子列２２は１／
１８０インチ（１４１μｍ）のピッチで３２本並び、そ
の駆動素子２の寸法は幅７０μｍ、厚さｄは約５００μ
ｍ、自由端長さＬは５ｍｍであった。また位置決め素子
２ｆは幅５００μｍとして後述の組み込みや流路ユニッ
トとの接合に耐える強度を確保した。駆動素子としての
積層型圧電材には圧電材料層５３の厚さ３０μｍ、内部
電極材５４、５７、５８の厚さ３μｍ、１６層数を積層
したものを用いた。

【００３７】支持基板３は駆動素子２を強固に固定し、
且つ駆動素子にソリや曲げを発生させないこと、また各
駆動素子間にクロストークを起こさないこと、電極３２
の形成が可能なこと、接合部では電気的接続が可能なこ
と、等の諸機能を担う。従って支持基板３は平坦性を有
し、高ヤング率、また振動子に近い熱膨張係数の材料が
適す。材料としてプラスチック、金属、も可能である
が、望ましくはセラミック材が最も良い結果であったた
めアルミナ、または快削性セラミックを用いた。図９は
駆動素子の自由端面を形成する多数個同時高平面度加工
の他の実施例を示すもので、ベース６１に複数の駆動素
子ブロック５０をセットし、二つの滑車６４間に張られ
たワイヤソー６５により自由端面を作る。

【００３８】この実施例によれば、工程を合理化できる
のみならずワイヤソー６５の直線性とその長さを生かし
て、多数の素子ブロック端面をばらつきなく１５μｍ以
下、平均的には５μｍ前後以下の高平面度化ができる。

【００３９】図１０は本発明のインクジェットヘッドに
用いる駆動ユニットの他の製造方法の実施例を示すもの
であって、図１０（ａ）に示すように、複数個分の駆動
素子列に相当するサイズを持った１枚の駆動素子ブロッ
ク５１を用意し、先の説明同様駆動素子ブロック５１の
端面を高平面度に仕上げる。次に外部電極６９を形成す
る。または端面を高平面度に仕上げた後外部電極６９、
２５、２４を形成する。次に図１０（ｂ）に示すよう
に、高平面度加工面５１ｃに垂直に等ピッチで分割して
駆動素子を列状に形成する。符号６６はワイヤーソー
で、等切り出しピッチで不図示の滑車間に多数張ってあ
り、矢印の方向に移動させて、支持基板３１上の電極と
駆動素子ブロックを複数箇所同時分割する。

【００４０】次に図１０（ｃ）のように各素子の連結部
である支持基板３１を所定の、例えば３２個の素子から
成る駆動素子列２２に分割し、さらに好ましくは同一ヘ
ッドには同一素子ブロックから切り出された駆動素子列
２２を搭載する。

【００４１】図１０に示した実施例によれば、全ての駆
動素子を等ピッチで切り出すので、ピッチ変化部（例え
ば図６の位置決め素子２ｆ部）に隣接した駆動素子で生
じ易いピッチ寸法不良や素子幅寸法の不良を防ぐことが
できる。また全ての素子が等ピッチで形成されることは
加工の自動化にとって好都合である。

【００４２】ワイヤーソー加工ではワイヤーソーのピッ
チ幅が変化するとその部分で駆動素子幅の精度が顕著に
低下するのみならず、滑車の摩耗が促進する。しかしこ
の実施例によれば全て等ピッチでワイヤーを張ることが
できるのでワイヤーソー加工にとって非常に好都合であ
る。

【００４３】複数個の駆動素子列を搭載するヘッドには
同一素子ブロックから切り出された素子列を用いる、即
ち先の実施例で図示したような２個の素子列を用いたイ
ンクジェットヘッドでは、その２個は同一素子ブロック
から切り出された素子列とする。その結果、その２個の
駆動素子列の間には自由端面２ａの平面度と、材料特性
の差が非常に小さく、各ノズルからのインク吐出特性が
ばらつかない。個々のインクジェットヘッド間のばらつ
きは電圧等の調整により補正可能であるが、各ノズルか
らの吐出特性ばらつきは補正方法が無いだけに同一ヘッ
ドには同一ブロックから切り出された駆動素子を用いる
事は各ノズルからの均一な吐出特性を得、優れた印字品
質を得る上でその効果は大きい。

【００４４】図１１〜図１４は端部に駆動伝達材を連結
した駆動素子の製造実施例を示したもので、図１１にお
いて、符号４２は駆動伝達材であって、ダイサー５２ま
たはワイヤーソーまたは研磨によって自由端面となる平
面４２ｄを形成する。駆動伝達材４２は図１２のように
凹部４２ａを有し、圧電材またはセラミック材より成
る。図１３に示すように、駆動伝達材４２の凹部４２ａ
に駆動素子ブロック５１を合わせ、支持基板３の下面と
駆動伝達材４２の平面４２ｄを直角ブロックゲージ４５
に当接させて、これら三つの部材を接合する。

【００４５】図１２（ａ）（ｂ）は駆動伝達材４２と素
子ブロック５１の接合図であり、同図（ａ）はその断面
図、（ｂ）は平面図である。

【００４６】図１４（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は図６で
説明した製造工程と同様のためその詳細は省略する。

【００４７】図１２（ａ）（ｂ）からわかるように、駆
動伝達材４２を用いることによって、素子ブロック５１
端面と駆動伝達材４２の間隙は接合材４４で埋められる
ので、素子ブロック５１には高平面度加工が不用とな
る。従って加工による脆い素子材５１の欠け、内部電極
材の曳ずりとそれに伴う短絡、外部電極の再形成といっ
た課題を改善できる。

【００４８】図１５は本発明によるインクジェットヘッ
ドの他の実施例を示す断面図である。駆動素子２は圧電
材と電極材を交互に積層した積層型圧電駆動素子であっ
て、リード２１、２７に電力を与えると、積層方向（Ｚ
方向）に伸びてノズル開口１３ａからインク滴を吐出さ
せる。駆動素子２の自由端面２ａには予め研磨を施して
高平面度に仕上げ、高平面度面に垂直に分割して素子列
とすることは今までの実施例と同様である。

【００４９】駆動ユニット１と流路ユニット１０の取り
付け構造の実施例について以下に説明する。図１６は取
り付け構造の断面図である。流路ユニット１０に設けら
れた穴と基台４に設けた穴にピンを通して流路ユニット
と基台４の相互位置を合わせた後、流路ユニット１０の
圧力室プレート１１と基台４は接着剤１０５で接合され
る。次に前述した駆動素子列２２の駆動素子自由端面２
ａ及び位置決め素子２ｆ先端に転写法で薄く、望ましく
は後述するように、１５μｍ以下の厚さで接着剤を塗布
し、駆動素子列２２を基台４の案内５（図１参照）を使
って、位置決め素子２ｆ先端が圧力室プレート１１に度
当たるまで矢印方向（Ｚ方向）に挿入する。すなわち駆
動素子列２２のＸ方向位置は支持基板３の両サイドと基
台４の案内５（図１参照）で、Ｙ方向位置は位置決め素
子２ｆ先端と基台４の端部に設けられた案内４ｂで決め
られ、Ｚ方向は位置決め素子２ｆ先端で決められる。

【００５０】位置決め素子２ｆ先端が圧力室プレート１
１に当たれば、その状態を治具で保持したまま仮止め接
着剤、例えば紫外線硬化型接着剤で基台４に仮止めを行
う。仮止めは基台４との任意の間隙で可能である。仮止
めすれば治具からの開放が可能となる。その後熱硬化接
着剤で、即ち図２の接着剤１０６あるいは図１６の接着
剤１０７のように本格的に固定する。基台４は支持基板
３を強固に固定し、一方流路ユニットとも強固に結合さ
れており、駆動時に駆動素子２が圧力室２０の反対方向
へ逃げるのを防いでいる。図１６の符号１０８で示すよ
うに、位置決め素子２ｆ先端が当たる部分には流路等の
空洞部は避けて、硬くする。その結果、位置決め素子２
ｆ先端は組立時の矢印方向の加圧力に左右されることな
く常に安定したＺ方向位置を維持する。

【００５１】尚、流路ユニット側に薄く接着剤を塗布
し、次いで基台４および駆動素子列２２をセットし、同
時接合してもよい。

【００５２】図１７は、図１０にて製造された等ピッチ
で並んだ駆動素子列２２を用いた実施例を示すもので、
圧力室２０に結合する駆動素子２の両側の二つの素子を
位置決め素子２ｅとして用いた。駆動素子列２２は基台
４の両側のガイド部４ｂに挟まれてＹ方向位置が決めら
れ、位置決め素子２ｅが流路ユニットに当たることによ
ってＺ方向位置が決められる。位置決め素子としてその
強度アップを確保するため両側の２本の素子を位置決め
素子２ｅとした。

【００５３】図１８は駆動素子列の両側に張り出した支
持基板３を位置決め素子３ｄとした他の実施例を示した
ものである。Ｕ字型の支持基板３のそのＵ字部に駆動素
子ブロックを接合した後、駆動素子ブロックと支持基板
の張り出し部３ｄを同時加工して高平面度化し、次に各
駆動素子２に分割したものである。従って位置決め素子
３ｄ先端面は駆動素子自由端面２ａと共に高平面度を有
する。位置決め部３ｄは材質、寸法の自由度によって強
度的に優れるという利点がある。

【００５４】図１９は基台４に駆動素子列２２を組み込
んだ駆動ユニット１の実施例を示したもので、その製造
方法は、高平坦度な平面に仕上げた基台４の平面７と駆
動素子自由端面２ａを高平坦度のガラス面に押し当てた
状態で、駆動素子列２２と基台４を固定したものであ
る。従って基台４の平面７と自由端面２ａは同一平面上
にある。駆動ユニット１は平面７及び自由端面２ａで一
体となって流路ユニットと接合される。

【００５５】基台４は３ｍｍ以上の厚さを有し、材質に
はステンレス等の金属、セラミック、樹脂が使用可能で
あるが、いずれにおいても剛性が高いほうが望ましい。
樹脂成形であれば収縮率が小さくヒケ、ねじれ等を生じ
ない熱硬化性樹脂がすぐれることが解っている。

【００５６】以上に説明したように、本発明のインクジ
ェットヘッドによれば、駆動素子自由端面の平面度を向
上させることができ、また駆動素子の両サイドに位置決
め素子を備えてＺ方向位置を決めた。そのため複数の駆
動素子を同時に高精度に位置決めでき、各ノズルからの
吐出特性を均一化できた。また組立を簡単化できた。ま
た位置決め素子２ｆや支持基板３を基台４でガイドして
位置を決め、またＺ方向も位置決め素子で位置を決める
ので、駆動素子２を直接ガイドせず駆動素子の破損を防
止できた。

【００５７】また駆動素子を高密度配置できたのみか、
従来例のような摺動抵抗による駆動素子の変位動作の阻
害がない、などインク吐出特性の一層の安定化が可能と
なった。

【００５８】図２０は、上述の工程により製造された本
発明によるインクジェットヘッドの圧力室近傍の階層構
造をノズル開口１３ａ側から示すものであって、図２１
には圧力室プレート１１上に結合した駆動素子２を示し
た。

【００５９】圧力室２０の幅Ｄ、長さｌ、圧力室プレー
ト１１の矩形状の厚肉部１１ａの幅ａ、長さｂ、駆動素
子２の自由端２ａの幅ｃ、厚さ（長さ）ｄとするとき、
ａ＜Ｄ、ａ＜ｃ、ｄ＜ｂ＜ｌの関係がある。

【００６０】図２２、２３は複数並んだ駆動素子２の自
由端面２ａの平面度ｈを示したものである。図２２に於
て平面度ｈは最も短い素子２ーｓと最長素子２ーｌの両
端面で規定される二つの平行平面間距離で表され、好ま
しくはｈ＜１５μｍである。図２３は駆動素子列の両側
に配した位置決め素子２ｆの先端面で規定する平面３８
を基準に平面度を表したもので、平面３８に平行で最短
素子２ーｓで決まる平面を符号３６、平面３８に平行で
最長素子２ーｌで決まる平面を符号３７とすると、両平
面３８、３６間距離をｈ１、平面３８、３７間距離をｈ
２とし、その合計を平面度ｈで表したもので、好ましく
はｈ１＜５μｍ、ｈ２＜１０μｍ、ｈ＜１５μｍであっ
た。

【００６１】図２４は流路ユニット１０と駆動素子自由
端面２ａの結合の実施例を表したものである。右端の駆
動素子にあっては、自由端面２ａと圧力室上に配置され
た高剛性厚肉部１１ａはやや厚い接合材３５ａを介して
結合され、また薄肉部１１ｂはたわみを生じていない。
中央の駆動素子にあっては前記接合材３５ａより薄い接
合材３５ｂを介し、また薄肉部１１ｂにたわみを起こさ
ず結合されている。左端の駆動素子にあっては前記接合
材３５ｂよりさらに薄い接合材３５ｃを介し、また薄肉
部１１ｂには微小のたわみを生じている。

【００６２】すなわち、本発明のインクジェットヘッド
において、流路ユニット１０に対し駆動ユニットを取り
付けたときの圧力室プレート１１と駆動素子自由端面２
ａ間の間隙量に応じて、接合材３５の厚さが変わり、場
合によっては（ｈ２＞０のとき）薄肉部１１ｂに微少な
たわみを生じる。間隙量がプラス値のとき薄肉部１１ｂ
はたわみを生じず、マイナス値のとき薄肉部１１ｂはマ
イナス値相当量たわむ。

【００６３】図２５は流路ユニット１０と駆動素子２の
結合に関する一製造過程を図示したもので、同図（ａ）
に示すように、自由端面２ａに接合材３５を厚さｔ塗布
した後、同図（ｂ）の通り矢印方向へ移動させると薄肉
部１１ｂをたわませることなく接合材３５はつぶれ、左
右に広がり、接合材がその間隙部を埋める。また広がっ
た接合材は図２４のようにコーナーにてメニスカスを作
ってさらに接合力を高める。

【００６４】圧力室プレート１１の薄肉部１１ｂは数グ
ラム〜１０グラム以下の弱い荷重によってたわむよう設
計されるが、しかし接合材厚さによって薄肉部を深くた
わませると応力破壊等の問題を起こす。そこで少なくと
も接合材自身によっては薄肉部１１ｂがたわまないよ
う、薄肉部１１ｂのたわみ変形力に比較して弱い力で流
動する接合材を用いることが重要である。

【００６５】図２７は駆動素子自由端面２ａの平面度が
悪いために生じた流路ユニット１０と駆動素子２の結合
不良例を示したもので、右端の駆動素子にあっては前記
間隙量が大きくて（図２３のｈ１が大きい）結合されな
いものを、また左端の駆動素子にあっては間隙量のマイ
ナス値が大きすぎて（図２３のｈ２が大きい）過度に薄
肉部をたわめ、流路ユニットまでもが変形した例であ
る。

【００６６】図２６は接合材３５の塗布厚さｔと駆動素
子自由端面の平面度ｈの最適化のために行った開発結果
の実施例である。横軸は接合材３５の塗布厚さｔを、縦
軸は駆動素子自由端面の平面度ｈを表す。一点鎖線７７
は図２３における平面３８に対応し、ｈ１は流路ユニッ
トと自由端面が離れる方向、ｈ２は薄肉部をたわませる
方向を意味する。

【００６７】駆動素子自由端面上の接合材塗布量が多い
と、結合時圧力室プレート１１の薄肉部１１ｂに接合材
がはみ出し、駆動時の薄肉部のたわみ変位量に悪影響す
ることが解っている。即ち、接合材３５の塗布厚さｔの
上限値は、自由端面２ａが圧力室プレートの厚肉部に当
接した時、流動した接合材が薄肉部１１ｂに流出し始め
る塗布厚さｔで決まり、図に於て実線７１がこれを表
し、その右領域では接合材が薄肉部に流出する。塗布厚
さｔの下限は図２７の右側駆動素子のように、自由端面
２ａ上の接合材が厚肉部に到達しなくなる値で決まり、
図に於て実線７０がこれを表し、この上部領域では接合
されない。一方駆動素子の自由端面２ａの平面度ｈの上
限値（ｈ１）は接合材の塗布厚さｔの下限値で決まり、
図に於て２点鎖線７５がこれを表し、鎖線７５より上部
領域では接合されない。

【００６８】薄肉部１１ｂを過度にたわめると先の説明
のように流路ユニットまでをも変形させたり、或は駆動
素子２の折れ、など重大な問題を生じてしまうが、特に
薄肉部１１ｂの破壊が起こり易い。平面度ｈの下限値
（ｈ２）はこのように薄肉部１１ｂがたわんだ時の、そ
の限界値で決まり、図に於て２点鎖線７６がこれを表
し、その下の領域ではたわみ限界を越える。

【００６９】以上より、駆動素子２と流路ユニット１０
との結合のための最適領域は斜線部であって、接合材塗
布厚さの最適範囲は５〜１５μｍ、駆動素子自由端面の
平面度の許容範囲はｈ１＜５μｍ、ｈ２＜１０μｍでｈ
＜１５μｍである。

【００７０】尚、流路ユニットの平坦度も平面度及び塗
布厚さを決める重要なファクターであるが、この場合平
面度はその値を差し引いたより厳しい平面度が要求平面
度となる。

【００７１】

【発明の効果】以上に説明したように本発明によるイン
クジェットヘッドは、圧力室を複数同一平面上に列状に
並べた流路ユニットと、他端で互いに連結した複数の駆
動素子から成る駆動素子ユニットとを備え、流路ユニッ
トと結合する駆動素子の自由端を高平面度加工面で形成
した。また流路ユニットの流路壁は前記自由端と接合材
を介して結合する高剛性部とそれを囲む薄いフィルム部
とし、該高剛性部と自由端面間に間隙を有する場合、該
間隙に接合材を介在させて両者が結合し、間隙を有さな
い場合、前記薄いフィルム部をたわませ且つ薄く流動さ
せた接合材を介して結合させるようにした。従って、
（１）各駆動素子の自由端と流路ユニットが安定的に結
合でき、（２）しかも流路ユニットには無理な張力が作
用せず、優れたインク吐出特性を可能とした。

【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
す組立分解図である。

【図２】本発明のインクジェットヘッドの一実施例を示
す図である。

【図３】本発明のインクジェットヘッドの流路ユニット
の製造工程の一部を示す図である。

【図４】本発明のインクジェットヘッドの流路パターン
の実施例を示す図である。

【図５】本発明のインクジェットヘッドの流路ユニット
の他の実施例を示す図である。

【図６】本発明のインクジェットヘッドに使用する駆動
素子を拡大して示す断面図である。

【図７】本発明のインクジェットヘッドに使用する駆動
ユニットの製造工程の一部を示す図である。

【図８】本発明のインクジェットヘッドに使用する駆動
素子を支持基板に接合した断面図である。

【図９】本発明のインクジェットヘッドに使用する駆動
素子の高平面度加工工程の一部を示す図である。

【図１０】本発明のインクジェットヘッドに使用する駆
動ユニットの他の製造工程の一部を示す図である。

【図１１】駆動伝達材の実施例を示す斜視図である。

【図１２】駆動伝達材と駆動素子の接合実施例を示す断
面図である。

【図１３】駆動素子、駆動伝達材、及び支持基板の取り
付け方法の一実施例を示す図である。

【図１４】駆動ユニットの製造工程の一部を示す図であ
る。

【図１５】本発明のインクジェットヘッドの一実施例を
示す図である。

【図１６】駆動ユニットと流路ユニットの取り付け構造
を示す断面図である。

【図１７】駆動ユニットと流路ユニットの取り付け構造
を示す断面図である。

【図１８】駆動ユニットと流路ユニットの取り付け構造
を示す断面図である。

【図１９】駆動ユニットと基台の取り付け構造を示す斜
視図である。

【図２０】圧力室近傍の階層構造を拡大して示す図であ
る。

【図２１】駆動素子自由端面と流路ユニットの接合を示
す斜視図である。

【図２２】駆動素子自由端面の平面度を示す図である。

【図２３】駆動素子自由端面の平面度を示す図である。

【図２４】駆動素子自由端面と流路ユニットの接合を示
す断面図である。

【図２５】駆動素子自由端面と流路ユニットの接合工程
の一部を示す図である。

【図２６】駆動素子自由端面の平面度の最適範囲の実施
例を示す図である。

【図２７】駆動素子自由端面と流路ユニットの接合不良
を示す断面図である。

【符号の説明】

１駆動ユニット２駆動素子２ａ駆動素子自由端面２ｃ駆動素子自由端面２ｆ位置決め素子２ｅ位置決め素子３支持基板４基台７基台の流路ユニットとの結合面１０流路ユニット１１圧力室プレート１１ａ圧力室に配置される圧力室プレートの剛性を高
めた厚肉部１１ｂ圧力室プレートの薄肉部１２流路形成部材１３ノズルプレート１９共通のインク室２０圧力室２２駆動素子列２８共通電極材３５接合材４１プラスチック流路形成基板４２駆動伝達材５０駆動素子ブロック５１駆動素子ブロック５２ダイサー６５ワイヤソー１０７接合材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の駆動素子を有する駆動ユニットと
該駆動ユニットと結合して選択的にインク滴を吐出する
流路ユニットから成るインクジェットヘッドにおいて、
前記駆動素子は固定端と流路ユニットと結合する自由端
を持ち、該自由端の端面は高平面度加工面で形成された
ことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】前記駆動素子の固定端を支持する固定部
材を有し、該固定部材は流路ユニットと接合する平面を
備え、該平面は前記高平面度加工面で形成された自由端
面と同一平面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。
【請求項３】前記高平面度加工面は平面度１５μｍ以
下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。
【請求項４】高平面度加工面はダイサーによる切断面
であることを特徴とする請求項３記載のインクジェット
ヘッド。
【請求項５】高平面度加工面はワイヤーソーによる切
断面であることを特徴とする請求項３記載のインクジェ
ットヘッド。
【請求項６】高平面度加工面は研磨面であることを特
徴とする請求項３記載のインクジェットヘッド。
【請求項７】前記駆動素子は圧電体と該圧電体に接合
されて自由端を構成する駆動伝達材から成り、流路ユニ
ットと結合する該駆動伝達材端面は高平面度加工面で形
成され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。
【請求項８】前記高平面度加工面は平面度１５μｍ以
下であることを特徴とする請求項７記載のインクジェッ
トヘッド。
【請求項９】駆動素子が並んだ少なくとも一つの駆動
素子列を有し、該素子列の中の少なくとも一つの駆動素
子は流路ユニットとの結合のための位置決め素子である
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。
【請求項１０】駆動ユニットは駆動素子が並んだ駆動
素子列を複数個有し、該複数の駆動素子列は同一の駆動
素子ブロックから切り出された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。
【請求項１１】複数の駆動素子を有する駆動ユニット
と該駆動ユニットと結合して選択的にインク滴を吐出す
る流路ユニットから成るインクジェットヘッドにおい
て、前記駆動素子は固定端と流路ユニットと結合する自
由端を持ち、流路ユニットの流路壁は前記自由端と接合
材を介して結合する高剛性部とそれを囲む薄いフィルム
部を備え、該高剛性部と前記自由端面間に間隙を有する
場合、該間隙に接合材を充填して両者が結合し、前記高
剛性部と前記自由端面間に間隙を有さない場合、前記薄
いフィルム部をたわませ且つ薄く流動させた接合材を介
して前記自由端面と前記高剛性部が結合することを特徴
とするインクジェットヘッド。
【請求項１２】該接合材は未硬化状態で該薄いフィル
ム部の変形力より弱い力で動く流動性を有することを特
徴とする請求項１１記載のインクジェットヘッド。
【請求項１３】複数の駆動素子を有する駆動ユニット
と該駆動ユニットと結合して選択的にインク滴を吐出す
る流路ユニットから成るインクジェットヘッドにおい
て、前記駆動素子は固定端と流路ユニットと結合する自
由端を持ち、流路ユニットの流路壁は前記自由端と接合
材を介して結合する高剛性部とそれを囲む薄いフィルム
部を備え、該高剛性部と前記自由端面間に間隙を有する
場合、該間隙に接合材を充填して両者が結合し、前記高
剛性部と前記自由端面間に間隙を有さない場合、前記薄
いフィルム部をたわませ且つ薄く流動させた接合材を介
して前記自由端面と前記高剛性部が結合することを特徴
とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
【請求項１４】該接合材は未硬化状態で該薄いフィル
ム部の変形力より弱い力で動く流動性を有することを特
徴とする請求項１３記載のインクジェットヘッド。
【請求項１５】複数の駆動素子を有する駆動ユニット
と該駆動ユニットと結合して選択的にインク滴を吐出す
る流路ユニットから成るインクジェットヘッドの製造方
法において、駆動素子材を高平面度加工する工程、該加
工面が駆動素子の自由端面と成るように該加工面に垂直
に分割して複数の駆動素子から成る駆動素子列を形成す
る工程、前記高平面度加工された各駆動素子の自由端面
を流路ユニットと結合する工程、から成ることを特徴と
するインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１６】駆動素子が等ピッチで並んだ駆動素子
列を複数個有する駆動ユニットと該駆動ユニットと結合
して選択的にインク滴を吐出する流路ユニットから成る
インクジェットヘッドの製造方法において、前記複数個
の駆動素子列分のサイズを有する駆動素子ブロックを用
意し、該ブロックを高平面度加工する工程、該加工面が
駆動素子の自由端面と成るように該加工面に垂直に分割
して一端で互いに連結し、他端で分離する等ピッチで並
ぶ駆動素子の列を形成する工程、前記連結部を切断して
個々の駆動素子列を切り出す工程、該駆動素子列のなか
の少なくとも一つの駆動素子を流路ユニットに押し当て
た後各駆動素子の自由端面を流路ユニットと結合する工
程から成ることを特徴とするインクジェットヘッドの製
造方法。
【請求項１７】駆動素子が等ピッチで並んだ少なくと
も一つの駆動素子列を有する駆動ユニットと該駆動ユニ
ットと結合して選択的にインク滴を吐出する流路ユニッ
トから成るインクジェットヘッドの製造方法において、
駆動素子ブロックを高平面度加工する工程、該加工面が
駆動素子の自由端面と成るように該加工面に垂直に分割
して一端で互いに連結し他端で分離する駆動素子列を形
成する工程、駆動素子の自由端面と固定端を固定する固
定部材の一平面とを同一平面に揃えた後前記自由端面と
該固定部材の平面を流路ユニットと結合する工程、から
成ることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方
法。
【請求項１８】駆動素子が等ピッチで並んだ少なくと
も一つの駆動素子列を有する駆動ユニットと該駆動ユニ
ットと結合して選択的にインク滴を吐出する流路ユニッ
トから成るインクジェットヘッドの製造方法において、
駆動素子ブロックを高平面度加工する工程、該加工面が
駆動素子の自由端面と成るように該加工面に垂直に分割
して一端で互いに連結し、他端で分離する等ピッチで並
ぶ駆動素子列を形成する工程、駆動素子の自由端面と流
路ユニット結合部との間隙寸法より厚く接合材を自由端
面または流路ユニットに塗布する工程、塗布した接合材
を流動させつつ該接合材を介して各駆動素子の自由端面
を流路ユニットと結合する工程から成ることを特徴とす
るインクジェットヘッドの製造方法。