JPH09239994A - ノズルプレートの接着方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ノズルプレート及びアクチュエータが、その
間に介在する接着剤の加熱硬化時に熱膨張しても、ノズ
ルの位置とチャンネルの位置にズレが生じないノズルプ
レートの接着方法を提供する。 【解決手段】 ポリイミド樹脂からなるノズルプレート
４に形成されている複数のノズル４ａの両端のノズル間
の距離Ａを、圧電セラミックスからなるアクチュエータ
２に形成されている複数のチャンネル３の両端のチャン
ネル間の距離Ｂよりも、ポリイミド樹脂と圧電セラミッ
クスの熱膨張係数の差の分だけ短く設定する。ポリイミ
ド樹脂は圧電セラミックスよりも熱膨張係数が大きいた
め、熱膨張後のノズル４ａの位置とチャンネル３の位置
とは適正に対応する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェットヘ
ッド等を構成するノズルプレートの接着方法に関し、特
に、ノズルプレートとアクチュエータとの間に介在する
接着剤を加熱して硬化させる時に、ノズルプレート及び
アクチュエータが熱膨張した後にノズルの位置とチャン
ネルの位置とが対応するようにしたノズルプレートの接
着方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ノズルプレートとアクチュエータ
とを接着する場合は、両部材間に接着剤として介在する
エポキシ樹脂を加熱硬化させるために、ノズルプレート
及びアクチュエータを加熱する前に、予めノズルプレー
トに形成されている複数のノズルの位置を、アクチュエ
ータに形成されている複数のチャンネル（インク室）の
位置に対応するように設定しておき、このノズルプレー
トをアクチュエータに接着していた。即ち、エポキシ樹
脂を加熱硬化させるためのノズルプレート及びアクチュ
エータの加熱前に、ノズルプレートに形成されている複
数のノズルの各ピッチと、アクチュエータに形成されて
いる複数のチャンネルの各ピッチとが等しくなるように
設定されていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来のノズルプレートとアクチュエータとの接着
方法では、ノズルプレートのノズルピッチ及びアクチュ
エータのチャンネルピッチは、室温で測定された寸法で
設定される。この場合、接着剤を加熱して硬化させよう
としてノズルプレート及びアクチュエータを加熱し、ノ
ズルプレート及びアクチュエータが熱膨張すると、両部
材の材質の違いによる熱膨張係数の違いから（一般に、
ノズルプレートはポリイミド樹脂で形成され、アクチュ
エータは圧電セラミックスで形成される）、ノズルの位
置とチャンネルの位置が正確には対向せず、多少の位置
ズレが生じていた。このようにして接着したノズルプレ
ート及びアクチュエータは、印字ヘッドに適用される
と、吐出不良の原因となり、印字品質を劣化させるとい
う問題があった。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、ノズルプレート及びアクチ
ュエータが、その間に介在する接着剤の加熱硬化時に熱
膨張しても、ノズルの位置とチャンネルの位置にズレが
生じないノズルプレートの接着方法を提供することを目
的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１に記載の発明に係るノズルプレートの接着方
法は、複数のチャンネルが形成されたアクチュエータ
と、該チャンネルからインクを噴射するための複数のノ
ズルが形成されたノズルプレートとを、その間に介在す
る接着剤を加熱硬化させることによって接着するノズル
プレートの接着方法であって、接着剤の加熱時にアクチ
ュエータ及びノズルプレートが熱膨張した後、チャンネ
ルの位置とノズルの位置が対応するように、加熱前のチ
ャンネルの位置及びノズルの位置を設定して、アクチュ
エータとノズルプレートとを接着するものである。

【０００５】上記方法においては、接着剤を加熱すると
きにアクチュエータ及びノズルプレートが熱膨張した状
態で、チャンネルの位置とノズルの位置が対応するよう
に、加熱前のチャンネルの位置及びノズルの位置を設定
して、アクチュエータとノズルプレートとを接着するの
で、ノズルプレートのノズルの位置と、アクチュエータ
のチャンネルの位置とは適正に対応し、ノズルプレート
及びアクチュエータが熱膨張しても位置ずれが生じな
い。よって、インクの噴射時に吐出不良が起こることが
なく、高品質な印字結果が得られる。

【０００６】また、請求項２に記載の発明に係るノズル
プレートの接着方法は、請求項１に記載のノズルプレー
トの接着方法であって、加熱前のノズルプレートに形成
されている複数のノズルの両端のノズル間の距離と、加
熱前のアクチュエータに形成されているチャンネルの両
端のチャンネル間の距離との差が、接着剤加熱時のアク
チュエータの熱膨張とノズルプレートの熱膨張との差に
等しくなるように設定したものである。

【０００７】上記方法においては、接着剤加熱前におい
て、ノズルプレートに形成されている複数のノズルの両
端のノズル間の距離と、アクチュエータに形成されてい
るチャンネルの両端のチャンネル間の距離との差が、加
熱時のアクチュエータの熱膨張とノズルプレートの熱膨
張との差に等しくなるように設定したので、熱膨張によ
ってノズルプレートのノズル間の距離及びアクチュエー
タのチャンネル間の距離が拡がった場合に、ノズルの位
置とチャンネルの位置が適正に対応する。

【０００８】また、請求項３に記載の発明に係るノズル
プレートの接着方法は、請求項１又は請求項２に記載の
ノズルプレートの接着方法であって、複数のノズルの両
端のノズル間の距離を、アクチュエータに形成されてい
るチャンネルの両端のチャンネル間の距離よりも、アク
チュエータの熱膨張とノズルプレートの熱膨張との差の
分だけ短くなるように設定したものである。

【０００９】上記構成においては、複数のノズルの両端
のノズル間の距離を、アクチュエータに形成されている
チャンネルの両端のチャンネル間の距離よりも、アクチ
ュエータの熱膨張とノズルプレートの熱膨張との差の分
だけ短くなるように設定したので、一般にノズルプレー
トの熱膨張率の方が大きいので、熱膨張後にノズルの位
置とチャンネルの位置が適正に対応する。

【００１０】また、請求項４に記載の発明に係るノズル
プレートの接着方法は、請求項１乃至請求項３のいずれ
かに記載のノズルプレートの接着方法であって、ノズル
プレートは、インク液滴を噴射して印字するインクジェ
ット式印字ヘッドに用いられるものである。

【００１１】上記構成においては、アクチュエータとノ
ズルプレートとの接着後のチャンネルの位置及びノズル
の位置にずれが生じることがないインクジェット式印字
ヘッドとなるので、インクの噴射時に吐出不良を起こす
ことがなく、高品質な印字結果が得られる。

【００１２】また、請求項５に記載の発明に係るノズル
プレートの接着方法は、請求項１乃至請求項４のいずれ
かに記載のノズルプレートの接着方法であって、圧電セ
ラミックスで形成されたアクチュエータと、樹脂で形成
されたノズルプレートとを接着するものである。

【００１３】上記構成においては、圧電セラミックスで
形成されたアクチュエータと、樹脂で形成されたノズル
プレートとを接着するので、樹脂の方が圧電セラミック
スよりも熱膨張率の大きいことから、ノズルプレート及
びアクチュエータの熱膨張後、ノズルの位置とチャンネ
ルの位置が適正に対応し、位置ずれが生じることがな
い。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の一形態に係
るノズルプレートの接着構造及びその方法について図面
を参照して説明する。まず、本発明のノズルプレートの
接着構造及びその接着方法が適用されるインクジェット
ヘッドについて説明する。ここで説明するインクジェッ
トヘッドは、インクジェット式プリンタ等に適用される
ものであり、圧力チャンバーの側壁に圧電セラミックス
を用いて、同素子によるせん断変形による圧力チャンバ
ーの内圧変化を用いてインク液滴を噴出するものであ
る。

【００１５】図１（ａ）はインクジェットヘッドの分解
斜視図、（ｂ）はインクジェットヘッドと電極との接続
状況を示す図である。インクジェットヘッド１のアクチ
ュエータ２は、圧電セラミックスである圧電セラミック
スからなる圧電基板にダイシング加工等の切削加工によ
って互いに平行な溝が形成されたものであり、インク室
となるチャンネル３が多数形成されている。チャンネル
３の一方の端には、ノズル４ａ（インク吐出口）を持つ
ノズルプレート４が取り付けられている。このノズルプ
レート４は、インクジェットヘッド１の製造工程や、印
字時における高温の状況下でも変形、変質することがな
いように、ポリイミド樹脂により形成されている。チャ
ンネル３を構成する側壁５（以下、圧電側壁という）は
矢印Ｃ方向に分極された圧電セラミックスにより形成さ
れており、圧電側壁５の上半分の表面には該分極方向と
直角方向の電界を印加するための電極６が形成されてい
る。

【００１６】また、チャンネル３が形成されたアクチュ
エータ２の上部には、インク供給口（給液手段）７を有
するカバープレート８が被せられている。チャンネル３
は、インク供給口７を経て、図示しないインクカートリ
ッジに通じている。印字に用いられるインクは、このイ
ンクカートリッジから、インク供給口７を通して、チャ
ンネル３により構成されるインク室に供給され、ノズル
プレート４のノズル４ａから吐出される。このような構
成によって、チャンネル３の断面形状は、圧電側壁５と
カバープレート８に囲まれた長方形を呈することにな
る。

【００１７】さらに、アクチュエータ２の下部には、電
極９がプリントされたプリント基板１０が配設されてい
る。この電極９と、圧電側壁５表面の電極６とはワイヤ
１１で接続され、さらに、電極９は、インクジェットヘ
ッド１を駆動するヘッドドライバ１５に接続されてい
る。ヘッドドライバ１５は、接続線１６により電源に、
接続線１７によりグラウンドに接続されており、このヘ
ッドドライバ１５によって電極６に電圧を印加してい
る。また、ヘッドドライバ１５は信号線１８によって、
当該インクジェットヘッド１が備えられる記録装置のＣ
ＰＵ（不図示）に接続され、このＣＰＵによって制御さ
れる。なお、このヘッドドライバ１５は、インクジェッ
トヘッド１が設けられるプリンタ等の記録装置に備えら
れるものである。

【００１８】次に、インクジェットヘッド１によるイン
クの噴射について図２を参照して説明する。図２（ａ）
はインクジェットヘッド１の縦断面図、（ｂ）は電極６
に電圧が印加され、圧電側壁５が歪みを起こした状態を
示す図である。圧電側壁５の上半分部に形成された電極
６（６１，６２）とからアクチュエータが構成されてい
る。圧電側壁５の上部には、カバープレート８がエポキ
シ樹脂（接着剤）１３によって取り付けられている。電
極６１，６２はメッキ処理により形成され、この電極６
１には＋電位、電極６２にはＧＮＤが接続され、これに
より圧電側壁５に矢印１２ａ，１２ｂ方向の電界が発生
する。すると、電極６１，６２が取り付けられた圧電側
壁５上半分部の圧電厚みすべり変形によって、インク室
（チャンネル３）の容積が変化する。これによりチャン
ネル３の内圧が大きくなり、同チャンネル３内のインク
がノズル４ａ（図１（ａ））から噴射される。上記電圧
印加を中止すると、圧電側壁５には電界がなくなるの
で、歪みを起こしていた圧電側壁５は元の状態に戻る。
インクジェットヘッド１が備えられる記録装置のＣＰＵ
及びヘッドドライバ１５（図１）が、ホストコンピュー
タ等から送られてくる印字データに基づいて、インクジ
ェットヘッド１の上記動作、即ち、電圧印加を制御する
ことにより、記録媒体に対して印字動作が行われる。

【００１９】次に、インクジェットヘッド１を構成する
上記各部材、アクチュエータ２、カバープレート８、ノ
ズルプレート４等の接着について説明する。図３は複数
のアクチュエータ２が形成された圧電基盤に対し、各ア
クチュエータ２に対応させて複数のカバープレート８を
載置した状態を示す図である。アクチュエータ２とカバ
ーブート８との接着においては、生産性を高めるため
に、１枚の圧電基盤に複数のアクチュエータ分のチャン
ネル３が形成されたアクチュエータ対１９と、チャンネ
ル３に対応する複数のカバープレート８とが接着され、
図３に示すように、カバープレート８がアクチュエータ
体１９にエポキシ樹脂（接着剤）を介して載置される。
次に、図示しない押さえ部材及びベース部材等の治具に
よってカバープレート８及びアクチュエータ体１９を挟
み込んで押圧し、この状態で加熱し、エポキシ樹脂を硬
化させることにより、カバープレート８及びアクチュエ
ータ２を接着する。この後、アクチュエータ体１９をア
クチュエータ２ごとに切断する。

【００２０】次に、上記ノズルプレート４とカバープレ
ート８及びアクチュエータ２との接着について図４を用
いて説明する。図４（ａ）はノズルプレート４のノズル
４ａのノズルピッチを示す正面図、（ｂ）はアクチュエ
ータ２のチャンネル３のピッチを示す正面図である。ノ
ズルプレート４は、上記のようにして接着されたカバー
プレート８及びアクチュエータ２に対し、その接着と同
様にして、エポキシ樹脂及び治具を用いて押圧・加熱に
より接着される。この加熱時には、ノズルプレート４及
びアクチュエータ２は熱膨張して体積が増加するが、ノ
ズルプレート４はポリイミド樹脂からなり、アクチュエ
ータ２は圧電セラミックスからなるので、各々の熱膨張
係数に違いがあり、両部材の体積は同等には増加しな
い。

【００２１】従って、ノズルプレート４のノズル４ａ
と、アクチュエータ２のチャンネル３との位置関係も加
熱前と加熱後では変化することになるので、加熱による
熱膨張後の状態で各ノズル４ａと各チャンネル３の位置
とが適正に対応するように、加熱前に、ノズル４ａ及び
チャンネル３の位置は次のように設定される。ノズルプ
レート４の形成に使用されるポリイミド樹脂は、アクチ
ュエータ２の形成に使用される圧電セラミックスよりも
熱膨張係数が大きいため、ノズルプレート４に形成され
ている複数のノズル４ａの両端のノズル間の距離Ａ（図
４（ａ）参照）を、アクチュエータ２に形成されている
複数のチャンネル３の両端のチャンネル間の距離Ｂ（図
４（ｂ）参照）よりも、ポリイミド樹脂と圧電セラミッ
クスの熱膨張係数の差の分だけ短く設定される。このよ
うに設定されることにより、熱膨張後のノズル４ａの位
置とチャンネル３の位置とが適正に対応する。

【００２２】また、言うまでもなく、上記のノズルプレ
ート４とカバープレート８及びアクチュエータ２との接
着における加熱時には、ノズル間の距離Ａ及びチャンネ
ル間の距離Ｂが熱膨張によって拡がるだけではなく、ノ
ズルプレート４、アクチュエータ２、及びカバープレー
ト８自体が熱膨張により体積が増加する。従って、熱膨
張後のノズルプレート４の形状とアクチュエータ２及び
カバープレート８の形状とが合うようにしておく必要が
ある。この場合、加熱前のノズルプレート４の形状を、
ノズルプレート４と、アクチュエータ２及びカバープレ
ート８との熱膨張係数差の分だけアクチュエータ２より
も小さくしておいてもよいし、また、熱膨張によりノズ
ルプレート４の体積がアクチュエータ２よりも増加した
分だけ、接着後にカットしてもよい。

【００２３】このように、本実施の形態のノズルプレー
トの接着方法によれば、ノズルプレート４とアクチュエ
ータ２とを接着するためにエポキシ樹脂を加熱硬化する
前の、複数のノズル４ａの両端のノズル間の距離Ａ（図
４（ａ））を、ノズルプレート４（ポリイミド樹脂）と
アクチュエータ２（圧電セラミックス）との熱膨張係数
の差分だけ、複数のチャンネル３の両端のチャンネル間
の距離Ｂ（図４（ｂ））よりも小さく設定しておくの
で、熱膨張後の距離Ａと距離Ｂが等しくなり、各ノズル
４ａの位置と各チャンネル３の位置が適正に対応する。

【００２４】なお、本発明は上記実施例構成に限られず
種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態で
は、ノズルプレート４及びアクチュエータ２の熱膨張後
に各ノズル４ａの位置と各チャンネル３の位置とを対応
させるために行う調整は、上記距離Ａと距離Ｂの調整と
されているが、本発明はこの実施の形態に限定されるも
のではなく、ノズルプレート４（ポリイミド樹脂）とア
クチュエータ２（圧電セラミックス）との熱膨張係数の
差を利用して調整するものであれば、他の部分を調整す
るのであってもよい。

【００２５】

【発明の効果】以上のように請求項１に記載の発明に係
るノズルプレートの接着方法によれば、接着剤を加熱す
るときにアクチュエータ及びノズルプレートが熱膨張し
た状態で、チャンネルの位置とノズルの位置が対応する
ように、加熱前のチャンネルの位置及びノズルの位置を
設定して、アクチュエータとノズルプレートとを接着す
るので、アクチュエータとノズルプレートとが熱膨張に
より接着した後、チャンネルの位置及びノズルの位置が
適正に対応し、位置ずれが生じることがない。よって、
インクの噴射時に吐出不良が発生せず、高品質な印字結
果が得られる。

【００２６】また、請求項２に記載の発明に係るノズル
プレートの接着方法によれば、接着剤を加熱する前のノ
ズルプレートに形成されている複数のノズルの両端のノ
ズル間の距離と、アクチュエータに形成されているチャ
ンネルの両端のチャンネル間の距離との差が、加熱時の
アクチュエータの熱膨張とノズルプレートの熱膨張との
差に等しくなるように設定したので、熱膨張によってノ
ズルプレートのノズル間の距離及びアクチュエータのチ
ャンネル間の距離が拡がった場合に、両端のノズル間の
距離と、両端のチャンネル間の距離とが等しくなり、ノ
ズルの位置とチャンネルの位置が適正に対応し、位置ず
れが生じることがない。よって、インクの噴射時に吐出
不良が発生せず、高品質な印字結果が得られる。

【００２７】また、請求項３に記載の発明に係るノズル
プレートの接着方法によれば、複数のノズルの両端のノ
ズル間の距離を、アクチュエータに形成されているチャ
ンネルの両端のチャンネル間の距離よりも、アクチュエ
ータの熱膨張とノズルプレートの熱膨張との差の分だけ
短くなるように設定したので、一般にノズルプレートの
形成に用いられる材料の方が、アクチュエータに用いら
れる材料よりも熱膨張率の大きいことから、ノズルプレ
ート及びアクチュエータの熱膨張後、ノズルの位置とチ
ャンネルの位置が適正に対応し、位置ずれが生じること
がない。よって、インクの噴射時に吐出不良が発生せ
ず、高品質な印字結果が得られる。

【００２８】また、請求項４に記載の発明に係るノズル
プレートの接着方法によれば、アクチュエータとノズル
プレートとの接着後のチャンネルの位置及びノズルの位
置が適正に対応し、位置ずれが生じることがないインク
ジェット式印字ヘッドとなるので、インクの噴射時に吐
出不良が発生せず、高品質な印字結果が得られる。

【００２９】また、請求項５に記載の発明に係るノズル
プレートの接着方法によれば、圧電セラミックスで形成
されたアクチュエータと、樹脂で形成されたノズルプレ
ートとを接着するので、樹脂の方が圧電セラミックスよ
りも熱膨張率の大きいことから、ノズルプレート及びア
クチュエータの熱膨張後、ノズルの位置とチャンネルの
位置が適正に対応し、位置ずれが生じることがない。従
って、インクの噴射時に吐出不良が発生せず、高品質な
印字結果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）はノズルプレートの接着方法が適用され
るインクジェットヘッドの分解斜視図、（ｂ）はこのイ
ンクジェットヘッドと電極との接続状況を示す図であ
る。

【図２】（ａ）は上記インクジェットヘッドの縦断面
図、（ｂ）は該インクジェットヘッドの電極に電圧が印
加され、圧電側壁が歪みを起こした状態を示す図であ
る。

【図３】複数のアクチュエータが形成された圧電基盤に
対し、各アクチュエータに対応させて複数のカバープレ
ートを載置した状態を示す図である。

【図４】（ａ）はノズルプレートのノズルのピッチを示
す正面図、（ｂ）はアクチュエータのチャンネルのピッ
チを示す正面図である。

【符号の説明】

１ インクジェットヘッド ２ アクチュエータ ３ チャンネル ４ ノズルプレート ４ａ ノズル ８ カバープレート １９ アクチュエータ体 Ａ 両端のノズル間の距離 Ｂ 両端のチャンネル間の距離

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のチャンネルが形成されたアクチュ
   エータと、該チャンネルからインクを噴射するための複
   数のノズルが形成されたノズルプレートとを、その間に
   介在する接着剤を加熱硬化させることによって接着する
   ノズルプレートの接着方法において、 前記接着剤の加熱時に前記アクチュエータ及びノズルプ
   レートが熱膨張した状態で、前記チャンネルの位置と前
   記ノズルの位置が対応するように、加熱前の前記チャン
   ネルの位置及び前記ノズルの位置を設定して、前記アク
   チュエータとノズルプレートとを接着することを特徴と
   するノズルプレートの接着方法。
2. 【請求項２】 前記加熱前のノズルプレートに形成され
   ている複数のノズルの両端のノズル間の距離と、前記加
   熱前のアクチュエータに形成されているチャンネルの両
   端のチャンネル間の距離との差が、前記接着剤加熱時の
   前記アクチュエータの熱膨張と前記ノズルプレートの熱
   膨張との差に等しくなるように設定したことを特徴とす
   る請求項１に記載のノズルプレートの接着方法。
3. 【請求項３】 前記複数のノズルの両端のノズル間の距
   離を、前記アクチュエータに形成されているチャンネル
   の両端のチャンネル間の距離よりも、前記アクチュエー
   タの熱膨張と前記ノズルプレートの熱膨張との差の分だ
   け短くなるように設定したことを特徴とする請求項１又
   は請求項２に記載のノズルプレートの接着方法。
4. 【請求項４】 前記ノズルプレートは、インク液滴を噴
   射して印字するインクジェット式印字ヘッドに用いられ
   るものであることを特徴とする請求項１乃至請求項３の
   いずれかに記載のノズルプレートの接着方法。
5. 【請求項５】 圧電セラミックスで形成された前記アク
   チュエータと、樹脂で形成された前記ノズルプレートと
   を接着することを特徴とする請求項１乃至請求項４のい
   ずれかに記載のノズルプレートの接着方法。