JPH10100404A - インクジェット記録ヘッドの振動板構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧電素子と振動板及び圧力構成部材の接着を
確実に行うこと、及び振動板に歪みが発生しない状態で
接着する構造を提供する。 【解決手段】 振動板は電鋳製造法で作成し、アイラン
ド及び周辺平坦部の厚さを１２μｍから１８μｍに制御
し、均一な厚さの振動板にする。よって、 メカ的に理
想的な接着が確実に行える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はインク液滴を画像記
録媒体上へ選択的に付着させるインクジェット記録ヘッ
ドの構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４に従来の振動板５を示す。電鋳にて
製造された振動板５は、振動板全体の大きさに対してア
イランド構成範囲５１の面積が略１／２以下の場合に
は、電鋳製造法の特徴からアイランド構成範囲５１とそ
の周辺の平坦部５３とでは厚さが異なる性質を持ってい
る。さらに図５に従来の振動板５を概略模式断面図にて
示すように、アイランド構成範囲５１内においても電流
密度の分布の関係からアイランド５２が並んでいる中央
部が端部より厚くなる性質がある。

【０００３】アイランド構成範囲５１は一部を非導電部
材にてパターニングを行って、アイランド゛５２を構成
しているため、電鋳される比面積が周辺平坦部５３より
小さく、電鋳時の電流密度はアイランド構成範囲５１が
周辺平坦部５３よりも大きくなる。従って、アイランド
構成範囲５１は電鋳層の成長が早く、電鋳層の厚さは周
辺平坦部５３よりも厚くなる傾向にある。アイランド厚
さを３０μｍに設定し、振動板を電鋳製造すると周辺平
坦部５３の厚さは約２３μｍとなり、アイランド厚さよ
りも７μｍ薄くなっている。

【０００４】インクジェット記録ヘッドの主要部構造の
中間加工工程を図６に示す。振動板５は複数のアイラン
ド１１が、溝によって複数に分割された圧電素子２の端
面に接着される。

【０００５】振動板５が圧電素子２のわずかな変位を正
確に伝達するために、また複数の圧電素子間で変位の伝
達に差が生じないために、圧電素子２の振動板５を接着
する端面は平坦に加工し、接着剤層３を均一な厚さに確
保する様に平坦な状態に精密接着をしている。

【０００６】圧電素子２と振動板５のアイランド部との
接着剤層３を均一な厚さに制御した状態で接着するに
は、通常、剛性材料による接着用押し板６、すなわち治
具を利用し圧力を加えている。

【０００７】しかしながら、前記振動板５には図４、及
び図５に示すように、アイランド構成範囲５１とその周
辺平坦部５３では、厚さの差Ｓがある。振動板５のアイ
ランド構成範囲５１のところでは、均一に塗布された接
着剤が振動板５の厚さの差Ｓによって押され過ぎにな
る。その結果、接着剤の広がり制御が出来ず、はみ出し
が起こる。一方、周辺平坦部５３では接着剤は逆に押さ
れ不足になり、振動板５の周辺平坦部５３は接着剤の広
がりが足らず接着不十分、あるいは接着不良になって精
密接着が阻害される。

【０００８】厚さの異なるアイランド構成範囲５１、及
び周辺平坦部５３の接着状態を均一にするために、接着
用押し板６に工夫がなされる。振動板５に接する接着用
押し板６の面は平坦な剛性材料を避け、平坦な弾性材料
にするか、平坦な弾性部材の膜を形成する。該弾性部材
が振動板の厚さの差を吸収し、接着剤の押し力を均一に
することができる。しかしながら、この手法は接着され
る部品が薄いものに限られる。厚い部品の場合、接着面
が平坦ならばこの手法が応用できるが、表裏両面が膨ら
んだ、あるいはへこんだ部品では部品剛性の関係から応
用できない。

【０００９】圧電素子２に振動板５を接着した状態は、
振動板５の厚さの差Ｓが該弾性部材によって吸収され接
着剤の押し力がほぼ均一になるため、接着剤層３の厚さ
はほぼ均一になって良好な接着が得られる。しかしなが
ら振動板５のアイランド構成範囲５１、すなわち厚さの
厚い部分の背面平面部は高さが高く、周辺平坦部５３、
すなわち厚さの薄い部分の背面平面部は低くなって接着
される。従って、圧力室構成部材４を接着する面は段差
７μｍを有した平坦度の悪い状態になる。

【００１０】図７に圧電素子と振動板及び圧力室構成部
材とを接着したインクジェット記録ヘッドの主要部を模
式図として表す。段差７μｍを有した平坦度の悪い状態
にて、振動板５に接着する面が平坦な圧力室構成部材４
を次に接着すると、圧力室構成部材４はアイランド構成
範囲の薄肉部１５が柔らかく変形しやすいため、振動板
５の厚さの薄い部分、すなわち周辺平坦部５３に当接す
るまで押される。従って、振動板５の厚い部分、すなわ
ちアイランド構成範囲５１部分は図７に示すごとく、振
動板５の薄肉部１５は圧力室構成部材４の壁４１によっ
て押され、段差分の７μｍが歪んだ状態にて接着され
る。

【００１１】振動板５の薄肉部１５が圧力室構成部材４
の壁によって歪まない状態の圧力を弱くした接着では、
振動板のアイランド構成範囲５１の周辺平坦部５３の接
着が押され不足になって接着剤の広がり不足から接着不
良、あるいは信頼性の劣った接着になる。

【００１２】圧力室構成部材４が設定範囲内で十分に押
され、良好な接着状態にて接着された時には、既述のよ
うに振動板５の薄肉部１５は図７に示すごとく、既に変
形された状態にあって、理想状態からは、ずれた状態が
初期値となっている。さらに圧電素子２には振動板５の
薄肉部１５が変形されたことによる歪み反力が加わって
いることになる。その反力は圧電素子２の変位を阻害す
る力で、理想な変位伝達が妨げられる。すなわちインク
滴を正常に噴射すること、及び本来持っている圧電素子
の性能を十分に発揮することが出来なくなる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる問題点
を鑑みなされたものであり、その目的とするところは、
圧電素子と振動板及び圧力構成部材の接着構成で確実な
接着をすると共に、振動板は理想状態の形状にて接着
し、圧電素子の変位を正常に、かつ理想通りに効率良く
伝達し、インク滴を噴射する高性能な信頼性あるインク
ジェット記録ヘッドを提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のインクジェット記録ヘッドの振動板１は、
電鋳にて製造され、該振動板１の薄肉部を除いた部分の
厚さを１２μｍから１８μｍの範囲にして、薄肉部を除
いた振動板全体の厚さバラツキを小さくしたことを特徴
とする。

【００１５】電鋳膜の成長の大きさ、すなわち厚さを大
きくするに従い、アイランド部の厚さと周辺平坦部の厚
さの差が大きくなるが、電鋳の膜を１８μｍ以下に制御
することで、振動板の厚さの差、すなわち厚さバラツキ
が小さくなってインクジェット記録ヘッド組み立て上、
影響のない振動板ができる。

【００１６】アイランド構成範囲１１と周辺平坦部１３
の厚さが等しい振動板１を圧電素子２に接着する際に、
主として接着する箇所をアイランド構成範囲１１と周辺
平坦部１３にて行うことで確実なる接着が得られる。一
般的に、平坦部に平坦な均一な厚さの部品を接着するに
は、容易に確実な精密接着ができることは周知のことで
ある。さらに、振動板１の薄肉部１５は何ら変形及び歪
みを持たないで接着構成することができる。すなわち圧
電素子２の変位が理想通りに伝達可能になる。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は本発明のインクジェット記
録ヘッドの振動板１で中央部にはアイランド１２が構成
されたアイランド構成範囲１１が存在し、その周辺は平
坦な周辺平坦部１３にて構成している。実際には微細構
造のため、図１は模式的に表している。

【００１８】通常の電鋳製造法に従い振動板１は、アイ
ランド構成範囲１１に複数あるアイランド１２の厚さを
１８μｍの厚さに制御したグループと１２μｍの厚さに
制御したグループとを製作した。アイランド１２が１８
μｍの厚さの時に、周辺平坦部１３は１６μｍの厚さが
得られ、アイランド１２が１２μｍの時には周辺平坦部
１３は１１．５μｍの厚さが得られた。尚、それぞれの
値は平均値であって、寸法バラツキは１μｍ程度であっ
た。

【００１９】本発明の振動板１を用いてインクジェット
記録ヘッドを製作した。圧電素子２と振動板１との接着
においては、剛性材料による接着用押し板４を用い、均
一な押し圧力が得られたため、各箇所における接着状態
は、接着剤層３の厚さが約５μｍの均一な高信頼性の接
着がなされた。さらに圧電素子２に接着された振動板の
背面の平坦度は悪いものでも２μｍ程度、多くは１．５
μｍ以下の平坦度の高い精度が得られた。

【００２０】振動板の厚さを１２μｍ未満の厚さに小さ
くすると振動板５の剛性が弱くなって、組立作業での振
動板１のハンドリングに支障があって作業性が低下し
た。また、圧電素子２への接着に際して、アイランド１
２の高さが低くなるために接着剤のはみ出しが出やすく
なって、薄肉部１５への接着剤流れ込みが起こった。薄
肉部１５へ接着剤が流れ込むと薄肉部本来の剛性に接着
剤の剛性が附加増加し、設計値の機能を満足しなくな
る。その不具合を防ぐには、接着剤の量コントロールを
非常に厳しく行うことで可能ではあるが、生産性に支障
が起こり経済的でなかった。

【００２１】次いで、圧力室構成部材４を振動板１の背
面に接着した。図２にその主要部断面概略図を示す。振
動板１の背面は前述のごとく平坦度１．５μｍ以下の高
精度に接着されているため、圧力室構成部材４を接着す
る際にも接着剤を介した接着面の圧力はほぼ均一な値が
得られ、接着剤の広がりも均一になり、信頼性高い接着
状態が得られた。また、圧電素子２と振動板１及び圧力
室構成部材４が接着された部分の断面を観察したとこ
ろ、図３の拡大概略図に示すように振動板１の薄肉部１
５の変形はほとんど認められず、接着剤の厚さも複数の
箇所において均一でほぼ理想状態にて接着されているこ
とが確認できた。尚、接着剤層３を均一にするため接着
剤の中に寸法のそろった球形のビーズを混入させるとよ
り効果は大きかった。

【００２２】メカ的構成が理想状態にできたため、イン
ク滴を噴射する特性において、従来に比較し大幅な改善
が認められた。複数のノズルから噴射するインクの液滴
径や速度の向上と複数ノズル間の吐出特性バラツキが減
少する等の効果を得た。

【００２３】

【発明の効果】本発明による振動板は、接着する箇所は
厚さが均一になるため、接着剤の広がり不足や広がり過
剰の状態がない状態で、接着が容易に行える上に信頼性
高い接着品質が得られる。

【００２４】さらに、圧電素子２、振動板１、圧力室構
成部材４がメカ的に高精度に接着できインクジェット記
録ヘッドの性能向上を得ることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す振動板の概略図である。

【図２】本発明の実施例を示すインクジェット記録ヘッ
ドの主要部断面概略図である。

【図３】本発明の実施例を示すインクジェット記録ヘッ
ドの主要部断面拡大概略図である。

【図４】従来例の振動板を示す概略図である。

【図５】従来例に振動板を示す概略断面図である。

【図６】従来例のインクジェット記録ヘッドの加工工程
の一部を示す主要部断面概略図である

【図７】従来例のインクジェット記録ヘッドの主要部断
面拡大概略図である。

【符号の説明】

１ 振動板 ２ 圧電素子 ３ 接着剤層 ４ 圧力室構成部材 ５ 振動板 ６ 接着用押し板 １１ アイランド構成範囲 １２ アイランド １３ 周辺平坦部 １５ 薄肉部 ４１ 壁 ５１ アイランド構成範囲 ５２ アイランド ５３ 周辺平坦部 Ｓ 厚さの差

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電素子の変位を利用して圧力室の一つ
   の圧力壁を形成する振動板を変形させて圧力室内に充填
   したインクを加圧し圧力室に連通するノズルよりインク
   滴を噴射するインクジェット記録ヘッドにおいて、振動
   板は電鋳にて製造され、該振動板の薄肉部を除いた厚さ
   は１２μｍから１８μｍの範囲にあることを特徴とする
   インクジェット記録ヘッドの振動板構造。