JPH08267742A - インクジェットプリンタヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高剛性で高精度かつ均一の構成を実現し、効
率の良い均一な安定吐出特性が得られるドロップオンデ
マンド方式のインクジェットプリンタヘッドおよびその
製造方法を提供する。 【構成】 オリフィスプレートが感光性ガラスよりなる
ガラスプレート１３にて、インク室１８を有するキャビ
ティプレートとが感光性ガラスよりなる感光性ガラス基
板１１にて形成され、熱融着されてキャビティ／オリフ
ィス一体プレート１４となる。その後、キャビティ／オ
リフィス一体プレート１４のガラスプレート１３設置面
と相対する面より、露光を行ない、オリフィスを形成す
る。更に、インク室１８を覆うように振動板１６および
駆動源であるＰＺＴ素子１７を平行に設置することで、
ヘッドが作製される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクジェット記録装
置に用いるインクジェットプリンタヘッドおよびその製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ドロップオンデマンド方式のイン
クジェットプリンタヘッドのアクチュエータ部分は、主
にオリフィスプレート、キャビティプレート、振動板、
駆動源、マニホールドなどから構成されており、各構成
部品は接着などの手法で組み立てられていた。しかし、
各構成部品の位置合わせにはそれぞれ高い精度が要求さ
れる上、接着剤のはみ出しや不足などにより吐出特性に
大きく影響を与えるため、その組立工程は困難を極める
とともに歩留まりを大きく低下させていた。特に、キャ
ビティとオリフィスとの位置合わせ及びオリフィスの形
状は、インクの吐出特性のばらつきを生じさせないため
にも、高精度になされる必要がある。

【０００３】そこで、標記の問題点を改善するためにキ
ャビティプレートおよびオリフィスプレートを感光性樹
脂にて形成する方法（特開平３−２０８６６０号公報）
が提示された。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例のように液状の感光性樹脂でオリフィスプレートを
形成する場合、キャビティプレートに形成されたインク
液室と隔壁とを所定の物質を用いて平坦化した上でない
と感光性樹脂を塗布できない。また、オリフィスプレー
ト形成後には、前記平坦化に用いた物質を除去せねばな
らない。そのため、製造に係る工程数が多くなると共
に、製造コストが高いといった問題点があった。

【０００５】更に、キャビティプレートおよびオリフィ
スを感光性樹脂にて形成する方法では、（１）液状の感
光性樹脂では均一塗布および厚さ管理が難しいこと、
（２）樹脂では剛性が不足すること、などの不具合によ
り、吐出特性に悪影響を及ぼすことが指摘された。

【０００６】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、高剛性で高精度かつ均一の構成
により、効率の良い均一な安定吐出特性が得られるドロ
ップオンデマンド方式のインクジェットプリンタヘッド
およびその製造方法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】この目的を達成するため
に本発明のインクジェットプリンタヘッドでは、インク
を吐出する複数のオリフィスを備えたオリフィスプレー
トと、インク室を構成する複数の凹溝部を有し、その一
方の端部は共通のインクマニホールドと結合し、その他
方の端部はそれぞれ個別に前記オリフィスにつながる連
通孔を有するキャビティプレートと、前記インク室にイ
ンク吐出のためのエネルギーを与えるエネルギー発生素
子とを備え、前記キャビティプレート及びオリフィスプ
レートは感光性ガラスからなり、両者を熱融着にて同一
体に形成した。

【０００８】尚、前記エネルギー発生装置は圧電素子か
らなり、前記凹溝部を覆い、且つ前記圧電素子の駆動に
より振動する振動板を有し、前記キャビティプレートと
前記振動版とでインク室を形成しているドロップオンデ
マンド方式のプリンタヘッドであってもよい。

【０００９】この目的を達成するために本発明のインク
ジェットプリンタヘッドの製造方法は、インクを吐出す
る複数のオリフィスを備えたオリフィスプレートと、イ
ンク室を構成する複数の凹溝部を有し、その一方の端部
は共通のインクマニホールドと結合し、その他方の端部
はそれぞれ個別に前記オリフィスにつながる連通孔を有
するキャビティプレートと、前記インク室にインク吐出
のためのエネルギーを与えるエネルギー発生素子とを備
えたインクジェットプリンタヘッドを作成する手法であ
って、感光性ガラスからなるキャビティプレートに所定
パターンの露光を行い、エッチングにて前記連通孔を含
む凹溝部を形成する第１の工程と、前記キャビティプレ
ートに、少なくとも前記連通孔の出口を覆うように感光
性ガラスの薄板を熱融着する第２の工程と、前記薄板に
おけるそれぞれの前記連通孔に相当する部位に前記凹溝
部の開口側より露光を行い、エッチングにてオリフィス
を形成する第３の工程と、前記凹溝部の各々に対応する
ようにエネルギー発生手段を配置する第４の工程とを含
む。

【００１０】尚、前記第４の工程は、前記キャビティプ
レートの凹溝部の開口側の面を覆うように振動板を固設
し、その振動板上に凹溝部の各々に対応するように圧電
素子を配置するものでもよい。

【００１１】

【作用】上記の構成を有する本発明の請求項１に記載の
インクジェットプリンタヘッドにおいては、キャビティ
プレートとオリフィスプレートとは感光性ガラスからな
り、両者が熱融着にて同一体に形成されているため、従
来における接着剤の付着バラツキもなく、ガラスのみの
高剛性で均一な流路が形成できる。

【００１２】請求項２に記載のインクジェットプリンタ
ヘッドにおいては、圧電素子を選択的に駆動することで
インク室に圧力を与え、所望のインク室よりインクを噴
射をさせて、印字を行なう。

【００１３】本発明の請求項３に記載のインクジェット
プリンタヘッドの製造方法においては、まず、感光性ガ
ラスからなるキャビティプレートに所定パターンの露光
を行い、エッチングにて前記連通孔を含む凹溝部を形成
し、前記キャビティプレートに、少なくとも前記連通孔
の出口を覆うように感光性ガラスの薄板を熱融着する。
続いて、前記薄板におけるそれぞれの前記連通孔に相当
する部位に前記凹溝部の開口側より露光を行い、エッチ
ングにてオリフィスを形成し、前記凹溝部の各々に対応
するようにエネルギー発生手段を配置することによりイ
ンクジェットプリンタヘッドを作成する。この製造方法
によれば、キャビティに対して正規の位置にオリフィス
を設置でき、さらに接着剤の付着バラツキもなく、ガラ
スのみの高剛性な均一なインク流路が形成できる。

【００１４】請求項４に記載のインクジェットプリンタ
ヘッドの製造方法においては、圧電素子を選択的に駆動
することでインク室に圧力を与え、所望のインク室より
インクを噴射をさせるドロップオンデマンド方式のプリ
ンタヘッドを製造する。

【００１５】

【実施例】以下、本発明に係るインクジェットプリンタ
ヘッド及びその製造方法について、これを具体化した一
実施例に基づいて図１から図８を参照しつつ詳細に説明
する。

【００１６】図８は、本発明の一実施例であるインクジ
ェットプリンタヘッドの断面図である。インクジェット
プリンタヘッドは、インク流路が形成されたキャビティ
／オリフィス一体プレート１４と、振動板１６、エネル
ギー発生手段たるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）素子
１７とからなる。キャビティ／オリフィス一体プレート
１４は、感光性ガラスより作成され、インクを吐出させ
るための複数のオリフィス１５を有するオリフィスプレ
ートと、インク室１８を有するキャビティプレートとが
熱融着により一体にされたものである。前記インク室１
８は、一方の端部が共通のインクマニホールド１９と結
合し、その他方の端部がそれぞれ個別に前記オリフィス
１５につながるように形成されている。

【００１７】振動板１６は、ステンレス箔、またはポリ
イミド（ＰＩ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥ
Ｔ）、半芳香族ポリアミド（ＰＰＴＡ）等の樹脂薄膜か
らなり、インク室１８に一面を構成するようにキャビテ
ィ／オリフィス一体プレート１４に固着されている。

【００１８】本実施例におけるＰＺＴ素子１７は、ＰＺ
Ｔと電極とが多層に積み重ねられたいわゆる積層式の圧
電素子であり、前記インク室１８の個々に対応するよう
に配設されている。

【００１９】本実施例のインクジェットプリンタヘッド
は、インク供給管２０、インクフィルター(図示せず)、
インクタンク(図示せず)などを装着することにより、ヘ
ッドユニットとして完成する。インクタンク中のインク
は、途中、インクフィルターによってゴミや気泡を除去
されてインク供給孔２１よりインクマニホールド１９に
導かれ、個別のインク室１８に分岐されて充填される。
その後、それぞれのＰＺＴ素子１７の所定の駆動によ
り、所定の容量／速度でそれぞれのオリフィス１５より
吐出される。尚、キャビティプレートとオリフィスプレ
ートを感光性ガラスにて形成したことにより、ガラスの
みの均一な流路が形成できるため、全域にわたってバラ
ツキのない安定した吐出特性を得ることができる。

【００２０】以下に、上記インクジェットプリンタヘッ
ドの製造方法について詳細に説明する。図１乃至図７は
製造方法の各工程におけるインクジェットプリンタヘッ
ドの状態を示す断面図であり、図１と図２は第１工程、
図３は第２工程、図４と図５は第３工程、図６と図７は
第４工程を各々示している。

【００２１】図１に示すように、キャビティプレートの
素材として、その厚さが ０.５〜２mmである感光性ガラ
ス基板１１（例えば、ＨＯＹＡ（株）製のＰＥＧ３等）
を用意する。第１工程の前半では、その感光性ガラス基
板１１に対して、インク室１８のパターンが転写された
キャビティ溝用フォトマスク５１を密着させて設置し、
そのキャビティ溝用フォトマスク５１に向かって紫外線
ＵＶの平行光を照射して露光する。感光性ガラスは一般
に露光された部分が所定のエッチンング液に対して溶解
性を有する。よって、第１工程の後半では、この感光性
ガラス基板１１にフッ酸等のエッチング溶液を噴射また
は浸漬して、紫外線ＵＶが露光した部分を選択的に溶解
・除去することにより、キャビティ溝１２が形成される
（図２参照）。

【００２２】次の第２工程において、キャビティ溝１２
を形成された感光性ガラス基板１１に対し、同じく感光
性ガラス製で１０μｍ〜１ｍｍのガラスプレート１３を
熱融着する（図３参照）。熱融着は、使用される感光性
ガラス材料の融点を越えない範囲に加熱させた環境下
で、感光性ガラス基板１１とガラスプレート１３とを押
圧し、両者の圧接面にて圧力増加による感光性ガラスの
相変化（融解）を引き起こすことにより固着一体化させ
るものである。

【００２３】熱融着により感光性ガラス基板１１とガラ
スプレート１３は一体化し、キャビティ／オリフィス一
体プレート１４となる。そして、第３工程の前半では、
ガラスプレート１３が固着された面の反対側から、キャ
ビティ／オリフィス一体プレート１４に、それぞれのキ
ャビティ溝１２により決められる正確なオリフィス１５
位置のパターンが転写されたオリフィス用フォトマスク
５２を密着させて設置し、オリフィス用フォトマスク５
２に向かって紫外線ＵＶの平行光を照射する（図４参
照）。

【００２４】第３工程の後半では、先述のフッ酸等のエ
ッチング溶液を用いてエッチングを行ない、紫外線ＵＶ
が露光した部分を選択的に溶解・除去することにより、
それぞれのオリフィス１５が形成される（図５参照）。

【００２５】第４工程の前半では、上記のように形成さ
れたキャビティ／オリフィス一体プレート１４に於ける
キャビティ溝１２の開口面に、正確に厚さ管理された適
量のエポキシ系接着剤を塗布して、振動板１６を接着す
ることにより、インク室１８が形成される（図６参
照）。このように、キャビティ／オリフィス一体プレー
ト１４と一体化された振動板１３はインク室１８の一面
を構成する。尚、ここで使用する接着剤は、エポキシ系
接着剤に限定されるものではなく、使用するインクの組
成/特性や必要とする接着強度などにより適宜選択され
るものである。特に、好ましくは使用するインクに対し
て耐劣化性の高いものがよい。

【００２６】さらに第４工程の後半では、それぞれのイ
ンク室１８に対して決められる正確な位置に、正確に厚
さ管理された適量のエポキシ系接着剤を塗布し、その上
に駆動源となるＰＺＴ素子１７をそれぞれ接着する（図
７参照）。

【００２７】以上詳細に説明したように、キャビティプ
レート及びオリフィスプレートとを感光性ガラスを用い
て形成するため、ガラスによる高剛性で均一な流路が形
成できる。

【００２８】特に、第２工程においてキャビティプレー
トたる感光性ガラス基板とオリフィスプレートとなるガ
ラスプレート１３とを熱融着を用いて一体化させること
により、両者間に隙間が生じることはなく、各インク室
１８を完全に独立させることが可能となる。また、確実
にガラスプレート１３と感光性ガラス基板１１とを固着
することが出来るので、ガラスプレート１３と感光性ガ
ラス基板１１との接着強度が不足することが無い。加え
て、接着剤を使用しないため、オリフィス１５近傍に接
着剤のはみ出し部が形成されることがなく、インク吐出
性能の高いインクジェットプリンタヘッドを作成でき
る。

【００２９】更に、第１工程にてキャビティプレートた
る感光性ガラス基板に露光及びエッチングを行ない、第
３工程にてオリフィスプレートとなるガラスプレート１
３に露光及びエッチングを行なうことにより、感光性ガ
ラス基板１１のインク室１８とガラスプレート１３のオ
リフィスを容易に形成することが出来る。

【００３０】特に、第２工程においてガラスプレート１
３を熱融着により感光性ガラス基板１１と一体化させた
後に、第３工程においてオリフィス１５をオリフィス用
フォトマスク５２と紫外線ＵＶの平行光を用いてインク
室１８を形成するので、インク室１８に対するオリフィ
ス１５の位置決めが容易に出来る。

【００３１】また、かかる製造方法によれば、高分子材
料を用いて隔壁とインク液室とを平坦化する工程と、前
記高分子材料を除去する工程とを行なわねばならない従
来技術と比べ、本実施例のオリフィスプレートを形成す
る工程は何等の前処理や後処理を施すことなく行なうこ
とができ、インクジェットプリンタヘッドの製造に係る
作業数は減少する。

【００３２】尚、本発明は上記実施例に限定されるもの
ではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内での種々の
改良、変形が可能であることは勿論である。ここで、イ
ンクジェットプリンタヘッドの変形例を図９に示す。
尚、前記実施例と同符号のものは同部材であることを示
している。このインクジェットプリンタヘッドは、キャ
ビティプレートの厚み方向に貫通する空間を有し、ダイ
ヤフラム１６とオリフィスプレートによりインク室３０
が構成されている。このインクジェットプリンタヘッド
の場合、上記第１の工程で行なう露光が容易になり、生
産効率が向上する。

【００３３】また、キャビティプレートとオリフィスプ
レートとの熱融着による一体化に伴う作用効果は、いわ
ゆるバブルジェット式インクジェットヘッドやコンティ
ニュアスジェット式インクジェットヘッドにも適用でき
る。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明のインクジェットプリンタヘッドの製造方法によれ
ば、キャビティプレートとオリフィスプレートを感光性
ガラスの露光／エッチング／熱融着にて形成したことに
より、キャビティに対して正規の位置に正確にオリフィ
スを形成でき、作業数の少ない製造方法を提供するもの
である。

【００３５】また、製造される本発明のインクジェット
ヘッドは、従来のような接着剤に起因するオリフィスの
不良もなく、ガラスのみの均一な流路が形成できるた
め、全域にわたってバラツキのない安定した吐出特性を
得ることができる。

【００３６】更に、本発明のインクジェットプリンタヘ
ッド及びその製造方法は、感光性ガラスは厚さ管理が容
易で剛性が高いため、感光性樹脂で指摘された不具合を
排除することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である製造方法の第１工程の
前半におけるインクジェットプリンタヘッドの断面図で
ある。

【図２】本発明の一実施例である製造方法の第１工程の
後半におけるインクジェットプリンタヘッドの断面図で
ある。

【図３】本発明の一実施例である製造方法の第２工程に
おけるインクジェットプリンタヘッドの断面図である。

【図４】本発明の一実施例である製造方法の第３工程の
前半におけるインクジェットプリンタヘッドの断面図で
ある。

【図５】本発明の一実施例である製造方法の第３工程の
後半におけるインクジェットプリンタヘッドの断面図で
ある。

【図６】本発明の一実施例である製造方法の第４工程の
前半におけるインクジェットプリンタヘッドの断面図で
ある。

【図７】本発明の一実施例である製造方法の第４工程の
後半におけるインクジェットプリンタヘッドの断面図で
ある。

【図８】本発明の一実施例であるインクジェットプリン
タヘッドの縦断面図である。

【図９】本発明の他の実施例であるインクジェットプリ
ンタヘッドの縦断面図である。

【符号の説明】

１１ 感光性ガラス基板 １２ キャビティ溝 １３ ガラスプレート １４ キャビティ／オリフィス一体プレート １５ オリフィス １６ 振動板 １７ ＰＺＴ素子 １８ インク室 １９ インクマニホールド ２０ インク供給管 ２１ インク供給孔

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクを吐出する複数のオリフィスを備
   えたオリフィスプレートと、 インク室を構成する複数の凹溝部を有し、その一方の端
   部は共通のインクマニホールドと結合し、その他方の端
   部はそれぞれ個別に前記オリフィスにつながる連通孔を
   有するキャビティプレートと、 前記インク室にインク吐出のためのエネルギーを与える
   エネルギー発生素子とを備え、 前記キャビティプレート及びオリフィスプレートは感光
   性ガラスからなり、両者を熱融着にて同一体に形成した
   ことを特徴とするインクジェットプリンタヘッド。
2. 【請求項２】 前記エネルギー発生装置は圧電素子から
   なり、 前記凹溝部を覆い、且つ前記圧電素子の駆動により振動
   する振動板を有し、前記キャビティプレートと前記振動
   版とでインク室を形成しているドロップオンデマンド方
   式のプリンタヘッドであることを特徴とする請求項１に
   記載のインクジェットプリンタヘッド。
3. 【請求項３】 インクを吐出する複数のオリフィスを備
   えたオリフィスプレートと、インク室を構成する複数の
   凹溝部を有し、その一方の端部は共通のインクマニホー
   ルドと結合し、その他方の端部はそれぞれ個別に前記オ
   リフィスにつながる連通孔を有するキャビティプレート
   と、前記インク室にインク吐出のためのエネルギーを与
   えるエネルギー発生素子とを備えたインクジェットプリ
   ンタヘッドを作成するインクジェットプリンタヘッドの
   製造方法であって、 感光性ガラスからなるキャビティプレートに所定パター
   ンの露光を行い、エッチングにて前記連通孔を含む凹溝
   部を形成する第１の工程と、 前記キャビティプレートに、少なくとも前記連通孔の出
   口を覆うように感光性ガラスの薄板を熱融着する第２の
   工程と、 前記薄板におけるそれぞれの前記連通孔に相当する部位
   に前記凹溝部の開口側より露光を行い、エッチングにて
   オリフィスを形成する第３の工程と、 前記凹溝部の各々に対応するようにエネルギー発生手段
   を配置する第４の工程とを含むことを特徴とするインク
   ジェットプリンタヘッドの製造方法。
4. 【請求項４】 前記第４の工程は、前記キャビティプレ
   ートの凹溝部の開口側の面を覆うように振動板を固設
   し、その振動板上に凹溝部の各々に対応するように圧電
   素子を配置することを特徴とする請求項３に記載のイン
   クジェットプリンタヘッドの製造方法。