JPH07178906A

JPH07178906A - インクジェットヘッド

Info

Publication number: JPH07178906A
Application number: JP32750193A
Authority: JP
Inventors: Masanori Hirano; 政徳平野; Masanori Horiie; 正紀堀家; Takesada Hirose; 武貞広瀬; Masayuki Iwase; 政之岩瀬; Tomoaki Nakano; 智昭中野; Minoru Ameyama; 実飴山; Shinichi Tsunoda; 慎一角田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1993-12-24
Filing date: 1993-12-24
Publication date: 1995-07-18

Abstract

(57)【要約】【目的】加圧液室の隔壁と振動板もしくはノズルプレ
ートとの素材の違いによる反りや、接着剤を用いること
から生ずる接着不良を防ぐこと。【構成】共通インク室には、複数のインク流路を介し
て各々加圧液室７が設けられており、該加圧液室７の一
端には、ノズル口２が設けられている。該加圧液室７の
各々に対応し、情報記録用の駆動電圧信号（駆動パル
ス）に応じて加圧液室７の容積を変化させる。この容積
変化によってノズル口２からインク小滴が噴射される。
加圧液室７の隔壁３と、加圧液室７の容積変化を生み出
すための振動板４とをＮi電鋳法により一体成形されて
いる。振動板４は、ダイヤフラム構造５を有しており、
圧電素子６による変形をしやすくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクジェットヘッド
に関し、より詳細には、部材同志の線膨張係数の違いに
よる反りの発生や、接着剤を用いることによる接着不良
を防ぐようにしたインクジェットヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のオンデマンド型インクジェットヘ
ッドは、例えば、ＰＺＴといった電気機械変換素子を用
いるタイプのものと、発熱素子を用いるサーマルタイプ
の２種類に大別される。図８（ａ）,（ｂ）は、従来の
インクジェトヘッドの構成図で、図中、２１はノズルプ
レート、２２はノズル口、２３は液室隔壁、２４は振動
板、２５は圧電素子で、図８（ａ）と図８（ｂ）との違
いは、圧電素子２５の変位方向、すなわち、変位方向が
長手方向と厚さ方向との違いによるものである。電気機
械変換素子を用いるタイプは、加圧液室の容積変化を得
ために、図８（ａ）,（ｂ）に示すように、駆動パルス
に応じて変位する振動板が必要となる。この振動板は加
圧液室の容積変化を生み出すためでなく、インクから電
気機械変換素子の電極部を隔離する目的もあり、Ｎｉや
樹脂、ガラス等耐久性があり、薄板（薄膜）加工の可能
なものが使用されてきた。

【０００３】従来のインクジェットヘッドのＮｉノズル
プレート作成法について記載した公知文献としては、例
えば、特開平５−４３４６号公報がある。この公報のも
のは、ノズル形成部材の２段目を電鋳法で作成する際、
レジスト部からＮｉがはみ出すオーバーハングをなくす
ようにしたものである。すなわち、従来の電鋳法により
製造されたノズル形成部材の２段目、すなわち、間隙形
成部のパターニング跡としてできる空間に気泡が取り込
まれやすく、除去しづらいため、この空間をなくし、気
泡の取り込みのないノズル形成部材の製造方法を提供
し、吐出特性の安定したインクジェットヘッドを得るも
のである。

【０００４】近年、小型化や高密度化の要求により、ヘ
ッドを構成する部材も更に小型化が進み、加工・組付け
の精度を出すのが非常に難しくなってきた。中でも接合
面の管理は特に難しく、使用した接着剤のはみ出しや位
置ズレ、接着不良といった問題を常に抱えている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、従来の
インクジェットヘッドでは、液室隔壁と振動板の接合部
や液室隔壁とノズルの接合部接着不良の問題が頻繁に起
った。これによって、図９に示すように、接着剤２６の
はみ出しが生じ、圧電素子２５の動きに合わせて隔壁２
３まで持ち上がってしまうという問題点があった。ま
た、図１０に示すように、隔壁２３と振動板２４との接
着不良により、隙間が生じ、隣接液室と連通してしまう
という問題点があった。さらに、図１１に示すように、
ノズルプレート２１と隔壁２３との接着剤不良により、
はみ出した接着剤２６がノズル穴２２にまで達してしま
うという問題点があった。このように、隣接する液室へ
悪影響を及ぼすようになり、液室同士の相互干渉から印
字精度の低下や非駆動噴射射、ノズルの目詰まりといっ
た問題が引き起こされていた。更に、接着剤硬化のため
の熱処理の段階で、部材同士の線膨張係数の違いから、
部材の反りや、その反りに起因する剥離といった問題が
引き起こされることもあった。

【０００６】本発明は、このような実情に鑑みてなされ
たもので、問題の発生しやすい加圧液室の隔壁と振動
板、もしくは加圧液室の隔壁とノズルプレートに同じ素
材のものを使用して物性の違いから起る問題を回避する
と共に、一体成形により接着剤での接合箇所を減らし、
接着不良による問題を起り難くし、また、２つの部品の
成形・接合を同一工程で行い、工程やコストを少なくす
ることを可能としたインクジェットヘッドを提供するこ
とを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、（１）情報記録用の駆動パルスに応じ、
印字ヘッドの加圧液室の容積が電気機械変換素子によっ
て変化し、ノズル口からインク小滴が噴射するインクジ
ェットヘッドにおいて、前記加圧液室の隔壁と、変位に
よって加圧液室の容積変化を生み出すための振動板とを
同じ素材で成形すること、更には、（２）Ｎｉ電鋳法を
用い、前記加圧液室の隔壁と前記振動板とを一体成形す
ること、更には、（３）ドライフィルムを積層すること
によって、前記加圧液室の隔壁と前記振動板とを成形す
ること、更には、（４）単一の素材からエッチング加工
により、前記加圧液室の隔壁と前記振動板とを成形する
こと、更には、（５）前記（４）において、前記エッチ
ング素材としてシリコンを用いること、更には、（６）
前記（１）において、樹脂の射出成形によって、前記加
圧液室の隔壁と前記振動板とを一体成形すること、更に
は、（７）前記（６）において、前記射出成形に使用す
る樹脂にポリエーテルサルフォンを用いること、更に
は、（８）前記（６）において、前記射出成形に使用す
る樹脂にポリフェニレンサルファイドを用いること、更
には、（９）前記（１）〜（８）のいずれかにおいて、
一体成形された振動板が電気機械変換素子によって変形
しやすいように、振動板部分にダイヤフラム構造をもた
せること、或いは、（１０）、情報記録用の駆動パルス
に応じ、印字ヘッドの加圧液室の容積が電気機械変換素
子によって変化し、オリフィスからインク小滴が噴射す
るインクジェットヘッドにおいて、前記加圧液室の隔壁
と、変位によって加圧液室の容積変化を生み出すための
振動板と対向する位置に設けられたノズルプレートとを
同じ素材で成形すること、更には、（１１）前記（１
０）において、Ｎｉ電鋳法を用い、前記ノズルプレート
と前記加圧液室の隔壁とを成形することを特徴としたも
のである。

【０００８】

【作用】共通インク室には複数のインク流路を介して各
々加圧液室が設けられており、該加圧液室の一端にはノ
ズル口が設けられている。該加圧液室の各々に対応し、
情報記録用の駆動電圧信号（駆動パルス）に応じて加圧
液室の容積を変化させる。この容積変化によって、ノズ
ル口からインク小滴が噴射される。隣接する加圧液室の
隔壁と、該加圧液室の容積変化を生み出すための振動板
とを同じ素材で成形することにより、接着剤を使って接
合することがないため、接着剤のはみ出しや接着不良が
なくなる。また、Ｎi電鋳法を用いて、加圧液室の隔壁
と振動板とを一体成形しており、接合面が存在しないた
め、接合時の位置ズレや接着剤のはみ出しがない。ま
た、ドライフィルムを積層して、加圧液室の隔壁と振動
板とを成形してあるので、積層枚数の調節することによ
り、厚さ管理を容易にできる。また、単一の素材からエ
ッチング加工により隣接液室への圧力伝搬や液室隔壁で
の圧力吸収を抑することができる。また、樹脂の射出成
形によって加圧液室の隔壁と振動板とを一体形成してい
るため、一度の型抜きで成形できる。さらに、振動板を
ダイヤフラム構造とすることにより充分な変形を可能と
する。

【０００９】

【実施例】実施例について、図面を参照して以下に説明
する。図１は、本発明によるインクジェットヘッドの一
実施例を説明するための構成図で、図中、１はノズルプ
レート、２はノズル口、３は加圧液室の隔壁、４は振動
板、５はダイヤフラム、６は圧電素子（ＰＺＴ）、７は
加圧液室である。

【００１０】共通インク室には、複数のインク流路を介
して各々加圧液室７が設けられており、該加圧液室７の
一端には、ノズル口２が設けられている。該加圧液室７
の各々に対応して、情報記録用の駆動電圧信号（駆動パ
ルス）に応じて加圧液室７の容積を変化させる。この容
積変化によってノズル口２からインク小滴が噴射され
る。加圧液室７の隔壁３と、加圧液室７の容積変化を生
み出すための振動板４とをＮi電鋳法により一体成形さ
れている。振動板４は、ダイヤフラム構造５を有してお
り、圧電素子６による変形をしやすくなる。

【００１１】図２（ａ）〜（ｆ）は、図１に示すインク
ジェットヘッドの作成工程を示す図で、図２（ａ）はレ
ジスト形成工程、図２（ｂ）はマスク作成工程、図２
（ｃ）は露光工程、図２（ｄ）は現像工程、図２（ｅ）
は電鋳工程、図２（ｆ）はレジスト除去工程を各々示す
図である。

【００１２】図２（ａ）に示すように、振動板４の上に
レジスト層４ａを設ける。この際、隔壁層を成形する側
は目的とする隔壁の高さよりも厚めにレジスト層を設け
る。次に、図２（ｂ）に示すように、マスク作成工程を
経て、図２（ｃ），図２（ｄ）に示す露光・現像を行
い、レジストパターンを作成して、図２（ｅ）に示すよ
うに、再度電鋳処理を行い、図２（ｆ）に示すような液
室隔壁層３を形成する。この工程では、結果的に接合面
が存在しなくなるので、接着剤を使用した時の問題であ
る接着剤のはみ出しや塗布ムラによる接着不良といった
点について考慮する必要がない。

【００１３】図３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図で、３ａはドライフィルムで、
その他、図１と同じ作用をする部分は同一の符号を付し
てある。ドライフィルムレジストを使用して振動板と隔
壁層を成形したものである。加圧液室７の隔壁３と振動
板４は、ドライフィルム３ａを積層して一体成形されて
いる。これにより、積層枚数を調整でき、隔壁と振動板
の厚さを容易に管理することができる。

【００１４】図４（ａ）〜（ｅ）は、図３に示すインク
ジェットヘッドの作成工程を示す図で、図４（ａ）は予
備加熱工程、図４（ｂ）はマスク作成工程、図４（ｃ）
は露光工程、図４（ｄ）は現像工程、図４（ｅ）は振動
板部接合のための本加熱工程である。

【００１５】まず、図４（ａ）に示すように、隔壁に必
要な厚さ分のドライフィルム３ａを積層し、仮接合を行
うために予備加熱をする。次に、図４（ｂ）に示すよう
に、マスク作成工程を経て、図４（ｃ），図４（ｄ）に
示すように、露光・現像により液室に相当する部分のド
ライフィルムを除去し、図４（ｅ）に示すように、振動
板用のドライフィルムに接合し、本加熱を行って硬化さ
せる。

【００１６】この方法はＮi電鋳と異なり、フィルム同
志の接合面は存在するが、接着剤自体は使用しないた
め、Ｎiと同様に接着剤による問題を回避することがで
きる。また、積層枚数やフィルム自体の厚さによって、
隔壁や振動板の厚さを管理することができ、Ｎi電鋳で
は困難な厚めの隔壁等も成形することができる。その
他、従来のシリコンやガラスといった素材よりもコスト
を低く抑えることができる。

【００１７】図５（ａ）〜（ｈ）は、シリコン基板のエ
ッチングにより、加圧液室の隔壁と振動板とを成形する
工程を示す図で、図５（ａ）はＳi基板の準備工程、図
５（ｂ）はＳiの酸化，ＳiＯ₂皮膜工程、図５（ｃ）は
レジスト成形工程、図５（ｄ）はマスク成形工程、図５
（ｅ）は露光・現像工程、図５（ｆ）はＳiＯ₂のエッチ
ング工程、図５（ｇ）はＳiのエッチング工程、図５
（ｈ）は最終工程を各々示す図である。

【００１８】まず、図５（ａ），図５（ｂ）に示すよう
に、水蒸気酸化により、Ｓi基板の表面にＳiＯ₂層を形
成し、図５（ｃ）に示すように、更にその上にレジスト
層を成形する。図５（ｄ）のマスク成形工程を経て、図
５（ｅ）に示すように、エッチングを行う部分のレジス
トを露光・現像により取り除き、図５（ｆ）に示すよう
に、露出したＳiＯ₂層のエッチングを行う。図５（ｇ）
に示すように、Ｓi層が露出したら、ＫＯＨによりＳiの
エッチングを行い、図５（ｈ）に示すように、液室部分
を成形する。

【００１９】エッチングによる方法では、シリコンだけ
でなく、感光性ガラスや金属といった剛性の高い素材で
も、液室隔壁と振動板の一体成形が可能であり、隣接液
室への圧力伝搬や、隔壁での圧力の吸収といった問題を
回避することができる。この他、樹脂の射出成形によっ
て液室隔壁と振動板を一体成形する方法がある。使用す
る樹脂としては、従来流路板の素材に用いられていたポ
リエーテルサルフォンやポリフェニレンサルファイド等
が挙げられる。また、射出成形の場合、一度の型抜きで
すべての作業が終わってしまうため、大幅な工程の削減
ができ、コストそのものもかなり低く抑えることができ
る。

【００２０】図６（ａ）,（ｂ）は、振動板のダイヤフ
ラム形状を示す図で、図６（ａ）は、ダイヤフラムを振
動板の加圧液室側に設けた例、図６（ｂ）は電気機械変
換素子側に設けた例を示す図である。本発明における電
鋳法やエッチングや射出成形等の手段によって成形され
る振動板部は、元々の素材の剛性が高いため、図８にあ
るような隔壁部を下から支え、振動板を固定するための
支柱を省くことが可能である反面、変形させるのに相当
な力が必要とされる。そこで、図１や図６に示すよう
に、振動板の電気機械変換素子との接合面と、隔壁との
間に薄い部分を設け、変形に要するストレスを低減させ
ている。成形手順としては、例えば、図２では、すでに
ダイヤフラム形状をした振動板が使用されているが、隔
壁部を成形した後からでも成形することが可能であり、
図６のように、加工面は振動板部のどちら側でも可能で
ある。

【００２１】図７は、ノズルプレートと加圧液室の隔壁
を一体成形した例を示す図である。加圧液室７の隔壁３
と、該加圧液室７の容積変化を生み出すための振動板と
対向する位置に設けられたノズルプレート１とを、同じ
素材で一体成形されている。樹脂やガラス等では、隔壁
成形後、穴加工が必要となるが、Ｎi電鋳法を用いれ
ば、ノズル成形と隔壁成形を同じ工程で行うことができ
る。振動板の時と同じく接着剤を使用せず、また、接合
面が結果的に存在しなくなるため、ノズル部分の剥離
や、接着剤によるノズルの目詰まりといった問題を回避
することができる。

【００２２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によると、以下のような効果がある。（１）請求項１〜８,１０,１１に対応する効果：加圧液
室隔壁と振動板、もしくは加圧液室隔壁とノズルプレー
トを同一素材で一体成形することにより、部材同志の線
膨張係数の違いによる反りの発生を防ぐことができ、接
着剤を使っての接合が無いため、接着剤のはみ出しや接
着不良といった問題を考慮する必要が無くなる。また、
別工程でそれぞれの部品を作成し、組み立てるのではな
く、同一工程上で成形することができ、コストを削減す
ることができる。（２）請求項２,１１に対応する効果：Ｎi電鋳板を使用
することで、インクに対する接液性や液室隔壁部の剛性
が得られる。また、電鋳法により形成するため、隔壁部
との接合面が存在しないため、接合時の位置ズレや接着
剤のはみ出しといった問題を考慮に入れる必要がない。（３）請求項３に対応する効果：フィルム自体の厚さや
積層枚数によって、隔壁部及び振動板部の厚さを容易に
管理することができる。また、素材及び加工にかかるコ
ストを低く抑えられる。（４）請求項４,５に対応する効果：剛性の高い素材を
使用することができるため、隣接液室への圧力伝搬や液
室隔壁での圧力吸収を抑えることができる。（５）請求項６〜８に対応する効果：ダイヤフラム構造
や液室隔壁部分の成形といった後々の調整が必要なく、
一度の型抜きで成形できるため、時間及びコストを大幅
に下げることができる。（６）請求項９に対応する効果：ダイヤフラム構造をも
たせることにより、剛性の高い素材であっても充分な変
形が可能となり、また、液室隔壁層の下から液室を支
え、振動板を固定するための支柱を省くことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるインクジェットヘッドの一実施
例を説明するための構成図である。

【図２】図１に示すインクジェットヘッドの作成工程
を示す図である。

【図３】本発明によるインクジェットヘッドの他の実
施例を示す図である。

【図４】図３に示すインクジェットヘッドの作成工程
を示す図である。

【図５】本発明によるインクジェットヘッドの更に他
の実施例を実現するための作成工程を示す図である。

【図６】本発明における振動板のダイヤフラム形状を
示す図である。

【図７】本発明におけるノズルプレート加圧と液室の
隔壁とを一体成形した例を示す図である。

【図８】従来のインクジェットヘッドの構成図であ
る。

【図９】従来のインクジェットヘッドの問題点を説明
するための図（その１）である。

【図１０】従来のインクジェットヘッドの問題点を説
明するための図（その２）である。

【図１１】従来のインクジェットヘッドの問題点を説
明するための図（その３）である。

【符号の説明】

１…ノズルプレート、２…ノズル口、３…加圧液室の隔
壁、４…振動板、５…ダイヤフラム、６…圧電素子（Ｐ
ＺＴ）、７…加圧液室。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岩瀬政之東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内 (72)発明者中野智昭東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内 (72)発明者飴山実東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内 (72)発明者角田慎一東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】情報記録用の駆動パルスに応じ、印字ヘ
ッドの加圧液室の容積が電気機械変換素子によって変化
し、ノズル口からインク小滴が噴射するインクジェット
ヘッドにおいて、前記加圧液室の隔壁と、変位によって
加圧液室の容積変化を生み出すための振動板とを同じ素
材で成形することを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】Ｎｉ電鋳法を用い、前記加圧液室の隔壁
と前記振動板とを一体成形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３】ドライフィルムを積層することによっ
て、前記加圧液室の隔壁と前記振動板とを成形すること
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４】単一の素材からエッチング加工により、
前記加圧液室の隔壁と前記振動板とを成形することを特
徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】前記エッチング素材としてシリコンを用
いることを特徴とする請求項４記載のインクジェットヘ
ッド。
【請求項６】樹脂の射出成形によって、前記加圧液室
の隔壁と前記振動板とを一体成形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７】前記射出成形に使用する樹脂にポリエー
テルサルフォンを用いることを特徴とする請求項６記載
のインクジェットヘッド。
【請求項８】前記射出成形に使用する樹脂にポリフェ
ニレンサルファイドを用いることを特徴とする請求項６
記載のインクジェットヘッド。
【請求項９】一体成形された振動板が電気機械変換素
子によって変形しやすいように、振動板部分にダイヤフ
ラム構造をもたせることを特徴とする請求項１〜８いず
れか１項に記載のインクジェットヘッド。
【請求項１０】情報記録用の駆動パルスに応じ、印字
ヘッドの加圧液室の容積が電気機械変換素子によって変
化し、オリフィスからインク小滴が噴射するインクジェ
ットヘッドにおいて、前記加圧液室の隔壁と、変位によ
って加圧液室の容積変化を生み出すための振動板と対向
する位置に設けられたノズルプレートとを同じ素材で成
形することを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項１１】Ｎｉ電鋳法を用い、前記ノズルプレー
トと前記加圧液室の隔壁とを成形することを特徴とする
請求項１０記載のインクジェットヘッド。