JPH081932A - インクジェットヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ピエゾ素子とダイアフラムの間の密着性を上
げ隙間が生じないようにし、満足できる吐出効率を得る
こと、また、ピエゾ素子面にギャップ剤添加の必要がな
くなり、接合工程の単純化を図ること、さらに、接合工
程時間を短縮すること。 【構成】 液室ユニットとアクチュエータユニットの接
合でピエゾ素子面３ａとフレーム面４ａが高さ方向に等
しく接合されると、ピエゾ素子３と振動板のダイアフラ
ム部６との間に隙間があく可能性が有り、吐出効率が低
下したり非吐出となる場合がある。そこで、フレーム面
４ａよりＰＺＴ面３ａを凸にすることで、該ＰＺＴ面３
ａとダイアフラム６の密着性が向上し、良好な吐出効率
が得られる。

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
及びその製造方法に関し、より詳細には、液室ユニット
とアクチュエータユニットの接合時において、ピエゾ素
子（ＰＺＴ）とフレームの接合方法によるインクジェッ
トヘッド及びその製造方法に関する。例えば、インクジ
ェットプリンタ方式による複写機、プリンタ、ファクシ
ミリ（ＦＡＸ）等の印字装置に適用されるものである。

【０００２】

【従来の技術】ノンインパクト記録方法の１つであるイ
ンクジェット記録方法は、インク液室内のインクを急激
に加圧して吐出口（ノズル）よりインク滴を記録紙に向
けて噴させ、このインク滴により記録紙上に印写するも
のであり、インク加圧手段として発熱抵抗体を利用する
もの、圧電素子を利用するものなど、種々の方式のもの
が提案されている。しかしながら、このインクジェット
記録方式は、記録時の騒音が原理的に発生しないこと、
また、プロセスが非常にシンプルであるため小型・高信
頼性・高耐久性達成が容易であること等、多くの特徴が
あるため、極めて有力な記録方法とされている。

【０００３】インクジェットプリンタヘッドの液室ユニ
ットとアクチュエータユニットとの接合時において、ピ
エゾ素子（ＰＺＴ）とフレームとの接合時にＰＺＴ面と
振動板のダイアフラム部との間に隙間があることがあ
り、その隙間の接着剤としてギャップ剤を混入させてい
るものが提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように、高集積ノ
ズルのオンデマンド型インクジェットの実用化が進んで
いるが、特に高画質を達成するためには、吐出効率が良
いことが要求される。液室ユニットとアクチュエータユ
ニットの接合でピエゾ素子面とフレーム面が高さ方向に
等しく接合されると、ピエゾ素子と振動板のダイアフラ
ム部との間に隙間があく可能性が有り、吐出効率が低下
したり非吐出となる場合がある。そこで、ピエゾ素子を
凸にしてダイアフラムとの密着性を向上させることで満
足できる吐出効率が得られる。また、組立工程上で凸量
の位置出し後にＵＶ（紫外線）硬化型接着剤を使用する
ことで、次工程で位置ズレを防ぎ、同様な効果が得られ
ることがわかった。

【０００５】本発明は、このような実情に鑑みてなされ
たもので、ピエゾ素子とダイアフラムの間の密着性を上
げて隙間が生じないようにし、満足できる吐出効率を得
ること、また、ピエゾ素子面にギャップ剤の添加の必要
がなくなり、接合工程の単純化を図ること、さらに、接
合工程時間を短縮するようにしたインクジェットヘッド
及びその製造方法を提供することを目的としている。

【０００６】

【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）インクを共通液室と個別液室を通
してノズルから吐出されるインク流路を有し、前記個別
液室に容積変化を起こすためのダイアフラム部と剛性を
確保するための隔壁部とからなる振動板を有する液室ユ
ニットと、ピエゾ素子と該ピエゾ素子を固定するフレー
ムと基板を有するアクチュエータユニットの接合によっ
て、前記振動板のダイアフラム部と前記ピエゾ素子が接
着されて前記振動板の隔壁部とフレームが接着され、前
記ピエゾ素子の変位により個別液室の容積を変化させて
インクを吐出させるオンデマンド型インクジェットヘッ
ドにおいて、前記ピエゾ素子の接着面がフレームの接着
面より凸に位置決めされたこと、或いは、（２）インク
を共通液室と個別液室を通してノズルから吐出されるイ
ンク流路を有し、前記個別液室に容積変化を起こすため
のダイアフラム部と剛性を確保するための隔壁部とから
なる振動板を有する液室ユニットと、ピエゾ素子と該ピ
エゾ素子を固定するフレームと基板を有するアクチュエ
ータユニットの接合によって、前記振動板のダイアフラ
ム部と前記ピエゾ素子が接着されて前記振動板の隔壁部
とフレームが接着され、前記ピエゾ素子の変位により個
別液室の容積を変化させてインクを吐出させるオンデマ
ンド型インクジェットヘッドの製造方法において、前記
接合時に、前記アクチュエータユニットのピエゾ素子と
フレームに同一の接着剤を同時に塗布すること、更に
は、（３）前記ピエゾ素子の接着面がフレームの接着面
より凸に位置決めする時の接着剤として、紫外線硬化型
接着剤を使用して即時に硬化させることを特徴としたも
のである。

【０００７】

【作用】本発明のインクジェットヘッドは、インクを共
通液室と個別液室を通してノズルから吐出されるインク
流路を有し、前記個別液室に容積変化を起こすためのダ
イアフラム部と剛性を確保するための隔壁部からなる振
動板を有する液室ユニットと、ピエゾ素子と該ピエゾ素
子を固定するフレームと基板を有するアクチュエータユ
ニットの接合によって、前記振動板のダイアフラム部と
前記ピエゾ素子が接着されて振動板の隔壁部とフレーム
が接着され、ピエゾ素子の変位により個別液室の容積を
変化させ、インクを吐出させるオンデマンド型インクジ
ェットヘッドであり、 （１）前記ピエゾ素子の接着面がフレームの接着面より
凸に位置決めするので、インク液滴の吐出効率が良く、
高画質の記録が実現できる。 （２）前記接合でアクチュエータユニットのピエゾ素子
とフレームに同一の接着剤を同時に塗布するので、工程
の単純化や時間の短縮化、コストの低減が図れる。 （３）前記凸に位置決めした時の接着剤に紫外線（Ｕ
Ｖ）硬化型接着剤を使用し、即時に硬化させるので、接
合工程時間の短縮化が図れる。

【０００８】

【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基本構成図で、図中、１はアク
チュエータユニット、２は液室ユニット、３はピエゾ素
子（ＰＺＴ）、４はフレーム、５は振動板の隔壁部、６
は振動板のダイアフラム部、７は液室部、８はノズルプ
レート、９は加圧液室（個別液室）、１０はノズル、１
１は共通液室である。なお、＃５〜＃１７はノズル番号
である。

【０００９】ベースである基板の上に接合後、各チャン
ネルのピッチに対応した寸法に分離加工された積層ＰＺ
Ｔが構成されている。該ＰＺＴ周辺に液室ユニット２を
固定接合するためのフレーム４を接合する。ここで、基
板やフレーム４の材質はアルミナ等のセラミック部材、
ガラス・無機材を添加して高ヤング率で成型時の収縮を
押さえられる。または樹脂成型部材、ＳＵＳ（マルテン
サイト系ステンレス鋼）等の金属部材であればよい。そ
して、各ＰＺＴの上面とフレーム上面を同一高さ面に構
成しておく。

【００１０】次に、インク供給、加圧、吐出動作を行う
液室ユニット２の構成としては、ＰＺＴ面に接合し、該
ＰＺＴの変位に応じてインク液室を変位加圧する振動板
領域を有する隔壁部５を設ける。さらに、その上面にイ
ンク液室、共通液室を有する液室部７を接合する。最後
にインク吐出量、速度、方向を決定するノズルを有する
ノズルプレート８を接合した構成である。ここで、隔壁
部５は耐腐食性の強い金属、例えばＳＵＳ、ニッケル等
のプレートをエッチング加工でつくる。または、ニッケ
ルであれば電鋳技術で高精度に製造可能である。

【００１１】特に、振動板領域のＰＺＴと接合する凸を
除いた領域は、金属プレートの場合、加圧変形時の応力
負荷を低減するためには数μｍの厚さが要求されるため
に、微細加工技術が要求される。そのため、高精度な薄
層プレートが比較的容易に製造可能なニッケル電鋳プレ
ートによって構成することがここでは最適である。ま
た、液室部材はＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）
やＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）材等の材料を用い
た射出成型部材、ＳＵＳやニッケル等の金属プレートを
エッチングした金属部材、Ｓｉやガラス等の無機材をエ
ッチングした部材、さらにドライフィルムレジスト等の
部材を用いて構成するのが良い。

【００１２】ノズルプレートは微細な穴加工技術が必要
であり、先のニッケル電鋳技術によるプレート、感光性
ガラスをフォトマスクを用いて露光・エッチングして製
造したプレート、または高精度な加工が可能であるエキ
シマレーザを用いて樹脂プレートにアブレーション加工
したプレートを用いれば良い。

【００１３】図１において、１列に配列したアクチュエ
ータユニット１に対して振動板５、インク液室９，１
１、ノズル１０を複数列、ここでは２列設けた構成であ
る。この２列間距離Ｄに対し、ＰＺＴの液室ユニット２
との接合面寸法を大きく構成する。すなわち、千鳥状に
ある隔壁部凸がＰＺＴ面にピッチＰで千鳥で接合される
ことになる。この構成により、液室部７については配列
方向のピッチが２Ｐとなり、Ｄ×２Ｐの領域内に液室を
構成すればよいことになる。例えば、８個／ｍｍのＰＺ
Ｔ配列の場合、Ｐ寸法は０.１２５ｍｍであるが、液室
の配列方向のピッチは０.２５ｍｍとなる。

【００１４】従って、ＰＺＴのｂ寸法０.５ｍｍ、ａ寸
法０.１ｍｍとし、２列間距離Ｄを０.３ｍｍとすれば振
動板変位領域はФ０.２ｍｍの円形形状が可能となり、
これに対応して液室も円錐形状が構成出来、流体にとっ
て理想の形状を構成できることになる。この円形部を正
方形とすることも可能であり、また長円形も可能であ
る。

【００１５】これらの形状は、液室部材の工法に応じて
選定すればよく、例えばＳｉ異方性エッチングで作った
液室部材の場合正方形の振動板形状が整合性が良い。た
だし円形振動板領域の隔壁部材にたいしてＳｉ異方性エ
ッチングの液室部材を用いても、狙いの効果は充分達成
することが出来る。またＮｉ電鋳で作った液室部材も円
形形状が容易に製造可能である。

【００１６】図２及び図４（ａ）,（ｂ）はアクチュエ
ータユニットの１列分の構成図で、図３は液室ユニット
とアクチュエータユニットの接合図である。図中、１２
は駆動部、１３は非活性部、１４はドライバＩＣ、１５
はフレキシブルプリント回路（ＦＰＣ）、１６はインク
供給穴、１７は基板、１８ａは内部電極、１８ｂは内
部電極、１９ａは外部電極、１９ｂは外部電極、
２０ａは導電接合部、２０ｂは導電接合部、２１は
共通電極パターン、２２は選択電極パターンで、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。

【００１７】以下に本発明が適用された配列密度６００
ｄｐｉ、ノズル数１２８本のインクジェット記録ヘッド
について説明する。図２は、３２ｃｈのアクチュエータ
ユニットがコの字型フレーム４によって支持されている
斜視図で、このアクチュエータユニットは、積層型のピ
エゾ素子を１５０ｄｐｉの配列密度で３２ｃｈに溝加工
して形成されているＰＺＴ３と、この３２ｃｈのＰＺＴ
３の各ｃｈを選択的に駆動できる３２ｃｈのドライバＩ
Ｃ１４とで構成されており、このアクチュエータユニッ
ト１がフレーム４に配設されている。なお、アクチュエ
ータ３は圧電素子の非活性部１３でフレーム４と接合
し、駆動部１２はフレーム４とギャップを保って、伸縮
可能なようにフリー状態になっている。

【００１８】ＰＺＴ３及びドライバＩＣ１４は、フレー
ム４上に直接接合しても良いし、１又は複数の基板を介
してフレーム４に接合しても良い。また、ドライバＩＣ
１４はフレキシブルプリント回路（ＦＰＣ）１５を介し
て、プリンタ本体のメインボード（回路基板）から、印
字信号を受け取る。

【００１９】図３は、本発明が適用された１２８ｃｈイ
ンクジェット記録ヘッドの要部分解斜視図で、フレーム
４にＰＺＴ３を配設したもの４組と、インク供給穴１６
を持つヘッド基板とを積層接合し、１２８ｃｈ（３２ｃ
ｈ×４個）ヘッドのアクチュエータユニット１を構成
し、液室ユニット２と接合して、１２８ｃｈのインクジ
ェットヘッドを構成するようにしたものである。なお、
ノズル１０は、千鳥配列したものでもよいが、直線状に
配したものであってもよいことは容易に理解できる。

【００２０】インクはインク供給穴１６から入り、共通
液室１１を通じて各加圧液室９に供給される。画像信号
により選択されたチャンネルのＰＺＴ３が駆動され、該
ＰＺＴ３の収縮に伴う個別液室９の伸張によってインク
が充填され、ＰＺＴ３の復帰に伴う加圧液室９の復帰に
より、ノズル１０よりインクが吐出される。

【００２１】図５〜図８は、図１のＡ−Ａ断面図で、図
５はＰＺＴ面とフレーム面との高さが同じ場合、図６は
ＰＺＴ面がフレーム面より高さが低い場合、図７はＰＺ
Ｔ面がフレーム面より高さが高い場合、図８はＰＺＴ面
にギャップ剤入りの接着剤を使用した場合を各々示して
いる。図中、３ａはＰＺＴ面、４ａはフレーム面、３０
はギャップ剤混入接着剤、３１はギャップ剤無し接着剤
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。

【００２２】図１のＡ−Ａ断面図で下から上の方向を高
さ方向とすると、ＰＺＴ３と振動板のダイアフラム部６
の接合において、図５はフレーム面とＰＺＴ面が高さ方
向に等しい場合を示す。また、フレーム４とＰＺＴ３の
接合で、該ＰＺＴ３の高さがマイナスになると、図６の
ようになり、ＰＺＴ３と振動板のダイアフラム６の間に
隙間があると、接着剤塗布時のムラから満足できる接合
が得られず、吐出効率が低下したり非吐出になる可能性
が生じる。そこで本発明においては、図７のようにフレ
ーム面４ａよりＰＺＴ面３ａを凸にすることで、該ＰＺ
Ｔ面３ａとダイアフラム６の密着性が向上し、満足でき
る吐出効率が得られるようになった。

【００２３】また、従来は図５のように接合し、図８の
ようにＰＺＴ面３ａにギャップ剤入りの接着剤を使用
し、図７と同等の効果を得ていた。しかし、この方式だ
とＰＺＴ面３ａとフレーム面４ａとで結果的に異なる接
着剤を使用しなければならなく、同時に塗布すること
は、不可能であった。そこで本発明においては、ＰＺＴ
面３ａを凸にし、同一の接着剤を同時に塗布することを
可能にし、接合工程時間が短縮できた。

【００２４】また、従来の基板とフレームの接合は従来
の接着剤（常温で十数時間、あるいは加熱して数時間で
硬化）を基板に塗布してフレームに密着させ、治具上で
ＰＺＴ面３ａがフレーム面４ａより凸になるように位置
決めし、その状態で放置して硬化させていたため、接合
工程に時間がかかり次工程へ進めなかった。

【００２５】そこで本発明においては、ＰＺＴ面３ａと
フレーム面４ａの位置決めを行った後に、ＵＶ（紫外
線）硬化型接着剤３２を図９のように塗布し、ＵＶ光を
１〜３分照射することで接着剤を硬化させ（仮固定）、
従来の接着剤が硬化する（本固定）のを待たずに次工程
に進む方法を行った。

【００２６】

【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に対応する効果：本発明のインクジェッ
トヘッドは、インクを共通液室と個別液室を通してノズ
ルから吐出されるインク流路を有し、前記個別液室に容
積変化を起こすためのダイアフラム部と剛性を確保する
ための隔壁部からなる振動板を有する液室ユニットと、
ピエゾ素子と該ピエゾ素子を固定するフレームと基板を
有するアクチュエータユニットの接合によって、振動板
のダイアフラム部とピエゾ素子が接着されて振動板の隔
壁部とフレームが接着され、ピエゾ素子の変位により個
別液室を容積変化させ、インクを吐出させるオンデマン
ド型インクジェットヘッドであり、ピエゾ素子の接着面
がフレームの接着面より凸に位置決めするので、インク
液滴の吐出効率が良く、高画質の記録が実現できる。 （２）請求項２に対応する効果：前記接合でアクチュエ
ータユニットのピエゾ素子とフレームに同一の接着剤を
同時に塗布するので、ＰＺＴ面とフレーム面とで同一の
接着剤が同時に使用でき、工程の単純化や時間の短縮
化、コストの低減が図れる。 （３）請求項３に対応する効果：前記凸に位置決めした
時の接着剤に紫外線硬化型接着剤を使用し、即時に硬化
させるので、接合工程時間の短縮化が図れる。

【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基本構成図である。

【図２】 本発明におけるアクチュエータユニットがフ
レームによって支持されている斜視図である。

【図３】 本発明における液室ユニットとアクチュエー
タユニットの概念図である。

【図４】 本発明におけるアクチュエータユニットの断
面図である。

【図５】 図１のＡ−Ａ断面図（その１）である。

【図６】 図１のＡ−Ａ断面図（その２）である。

【図７】 図１のＡ−Ａ断面図（その３）である。

【図８】 図１のＡ−Ａ断面図（その４）である。

【図９】 本発明によるインクジェットヘッドの他の実
施例を説明するための構成図である。

【符号の説明】

１…アクチュエータユニット、２…液室ユニット、３…
ピエゾ素子（ＰＺＴ）、４…フレーム、５…振動板の隔
壁部、６…振動板のダイアフラム部、７…液室部材、８
…ノズルプレート、９…加圧液室（個別液室）、１０…
ノズル、１１…共通液室、１２…駆動部、１３…非活性
部、１４…ドライバＩＣ、１５…フレキシブルプリント
回路（ＦＰＣ）、１６…インク供給穴、１７…基板、１
８ａ…内部電極、１８ｂ…内部電極、１９ａ…外部
電極、１９ｂ…外部電極、２０ａ…導電接合部、
２０ｂ…導電接合部、２１…共通電極パターン、２２
…選択電極パターン。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクを共通液室と個別液室を通してノ
   ズルから吐出されるインク流路を有し、前記個別液室に
   容積変化を起こすためのダイアフラム部と剛性を確保す
   るための隔壁部とからなる振動板を有する液室ユニット
   と、ピエゾ素子と該ピエゾ素子を固定するフレームと基
   板を有するアクチュエータユニットの接合によって、前
   記振動板のダイアフラム部と前記ピエゾ素子が接着され
   て前記振動板の隔壁部とフレームが接着され、前記ピエ
   ゾ素子の変位により個別液室の容積を変化させてインク
   を吐出させるオンデマンド型インクジェットヘッドにお
   いて、前記ピエゾ素子の接着面がフレームの接着面より
   凸に位置決めされたことを特徴とするインクジェットヘ
   ッド。
2. 【請求項２】 インクを共通液室と個別液室を通してノ
   ズルから吐出されるインク流路を有し、前記個別液室に
   容積変化を起こすためのダイアフラム部と剛性を確保す
   るための隔壁部とからなる振動板を有する液室ユニット
   と、ピエゾ素子と該ピエゾ素子を固定するフレームと基
   板を有するアクチュエータユニットの接合によって、前
   記振動板のダイアフラム部と前記ピエゾ素子が接着され
   て前記振動板の隔壁部とフレームが接着され、前記ピエ
   ゾ素子の変位により個別液室の容積を変化させてインク
   を吐出させるオンデマンド型インクジェットヘッドの製
   造方法において、前記接合時に、前記アクチュエータユ
   ニットのピエゾ素子とフレームに同一の接着剤を同時に
   塗布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】 前記ピエゾ素子の接着面がフレームの接
   着面より凸に位置決めする時の接着剤として、紫外線硬
   化型接着剤を使用して即時に硬化させることを特徴とす
   る請求項２記載のインクジェットヘッドの製造方法。