JPH10128974A

JPH10128974A - インクジェットプリンタヘッド

Info

Publication number: JPH10128974A
Application number: JP8286334A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kikuchi; 隆菊地
Original assignee: TEC CORP
Current assignee: TEC CORP
Priority date: 1996-10-29
Filing date: 1996-10-29
Publication date: 1998-05-19

Abstract

(57)【要約】【課題】加熱性接着剤を用いても、インク吐出口の位
置ずれが発生しないようにすることである。【解決手段】少なくとも一部が圧電部材からなる多数
のインク室３２を有するヘッド本体２９の先端側の開口
面にノズル板３１を接着したインクジェットプリンタヘ
ッドにおいて、前記ヘッド本体２９を少なくとも一部が
圧電部材からなる基板２３とこの基板２３と同等の熱膨
張係数を有する材料による天板２８とを接着して形成
し、前記ノズル板３１を前記ヘッド本体２９の熱膨張係
数よりも小さな又は同等の熱膨張係数の材料により形成
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、オンデマンド方式
のインクジェットプリンタヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、印字指令によってインク滴を吐出
させるオンデマンド方式のインクジェットプリンタヘッ
ドとしては、特開平４−３６６６４０号公報に示された
ように、電圧の印加に伴う圧電部材のシェアモード変形
を利用してインク滴を吐出させるものが知られている。
このインクジェットプリンタヘッドの構造を図１０及び
図１１に基づいて説明する。

【０００３】図１０はインクジェットプリンタヘッドの
全体構造を示すもので、底板１と圧電部材２とからなる
二層構造の基板３に対し、多数のインク吐出口４を形成
したノズル板５と天板６とインク供給管７とを取り付け
ている。圧電部材２は、板厚方向に分極させて底板１上
に接着している。前記ノズル板５としては、例えば、特
公昭５８−１３３５５号公報に見られるように、純ニッ
ケルを用いて電鋳により形成したものなどが用いられて
いる。

【０００４】図１１はインクジェットプリンタヘッドの
縦断面図であり、前記基板３には、圧電部材２の表面側
から底板１の内部に達する多数の溝８と側壁９とが所定
の間隔をもって平行に加工してある。溝８の内面には無
電解ニッケルメッキ法により電極１０が形成してある。

【０００５】溝８と側壁９とを形成した基板３に対して
天板６を接着し、溝８の上部の開口面を天板６で覆うこ
とによりインク室１１を形成する。インク吐出口４から
のインク滴の吐出は、電極１０に対して電圧を印加する
ことにより圧電部材２をシェアモード変形させ、一旦大
きくなったインク室１１の容積を急激に初期状態に戻す
ことにより行う。このようなインクジェットプリンタヘ
ッドとしての動作原理は、例えば、特開昭６３−２４７
０５１号公報にも記載されている。

【０００６】このような構造のインクジェットプリンタ
ヘッドにおいて、基板３に対してノズル板５を一体化す
るためには接着により行っているが、接着剤としては、
１液性エポキシ系接着剤（田岡化学製ＡＨ３０４１Ｗや
四国化成製ＤＳＡ−７１１１）を用いているが、スクリ
ーン印刷が可能でインクジェットプリンタで使用される
インクに対する耐性があれば有機接着剤、無機接着剤の
何れでも良い。前記ノズル板５の前記基板３への接着の
一例を以下に説明する。まず、図５に示すように、基板
３に対するノズル板５の接着面に保護フィルムである粘
着テープ１２を接着する。その後、ノズル板５の非接着
面に感光性樹脂であるレジスト１３を塗布し、インク吐
出口４をノズル板５の非接着面側から塞ぐ。

【０００７】レジスト１３の塗布は、スピンコート又は
ディッピングで行う。レジスト１３の塗布条件はレジス
ト１３の粘度によっても異なり、例えば、粘度が約１０
０ｃｐのレジスト１３をスピンコートする場合には、回
転数を約３０００ｒｐｍとする。

【０００８】レジスト１３を塗布した前記ノズル板５を
９０℃で３０分間プリベークし、前記粘着テープ１２を
剥離する。その後、前記ノズル板５の両面を所定時間全
面露光してレジスト１３を硬化させる。

【０００９】一方、図６に示すようにＰＥＴフィルム１
４の一方の面に接着剤１５を１〜２０μｍの厚さに均一
にスクリーン印刷し、接着剤１５をスクリーン印刷した
ＰＥＴフィルム１４の面を基板３の前面部に載せ、ＰＥ
Ｔフィルム１４の他方の面の上からローラで押すことに
より接着剤１５を基板３の前面部に転写させる。このよ
うな方法で接着剤１５を転写することにより、転写され
た接着剤１５の厚さを０．５〜１０μｍとする。

【００１０】基板３の前面部に接着剤１５を転写させた
後、図７に示すように、ノズル板５の位置合わせ穴１６
と基板３の位置合わせ溝１７とにピン１８を挿入して位
置合わせを行い、ノズル板５を基板３に接着する。

【００１１】ノズル板５を基板３に接着した後、図８に
示したように加圧治具１９でノズル板５を基板３の前面
部に対し均一に加圧して固定する。加圧治具１９で加圧
固定した後、その固定状態のまま図９に示すようにオー
トクレーブ装置２０に入れ、１２０℃、１〜５ｋｇｆ／
ｃｍ² の条件で２時間加熱加圧し、接着剤１５を硬化さ
せることにより基板３へのノズル板５の接着固定力を強
める。最後に、レジスト現像液でノズル板５の非接着面
及びインク吐出口４内のレジスト１３を剥離する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、ノズル
板５を基板３に接着する場合に、インク室１１とインク
吐出口４との位置ずれが発生するという第一の問題とイ
ンク室１１からの液漏れが発生するという第二の問題と
がある。すなわち、基板３を構成する圧電材料の熱膨張
係数は、２〜５×１０~⁶であるが、ノズル板５の熱膨張
係数はそれよりも大きいのが一般的である。一方、イン
ク室１１とインク吐出口４との位置精度は、１０μｍ程
度であることが要求されている。そのため、基板３に対
するノズル板５の接着時に接着剤を硬化する目的でこれ
らは加熱されるため、位置合わせ穴３０、位置合わせ溝
３１、ピン３２により両者の機械的な位置合わせを加熱
前に行っていても、加熱時にノズル板５の膨張が大き
く、両者間に位置ずれが発生する。すなわち、図１２に
示すように、例え加圧されていても加熱時にノズル板５
の膨張が発生し、この膨張により、自由状態にある中間
部分が浮き上がってしまう。これにより、浮き上がり部
分では、接着剤１５が部分的に不足する場合があり、隣
合うインク室１１が連通してしまって液漏れが発生する
おそれがある。また、インク室１１とインク吐出口４と
の位置精度が出なくなり、インク吐出口４に側壁９がか
かる状態になり、インク吐出口４としての本来の機能を
果たせなくなる状態になる。

【００１３】例えば、基板３の材料がＰＺＴ［クレバイ
ト社の商品名、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃ 系セラミックス
の総称の意味であり、添加物としてアルカリ、アルカリ
土類属としては炭酸塩、他は酸化物を用いているが、具
体的な組成は不明である］を用い、ノズル板５としては
ニッケルを電鋳したもの（ニッケル電鋳オリフィス）で
あるとした場合について検討する。ＰＺＴの熱膨張係数
は、２×１０~⁶であり、電鋳ニッケルによるノズル板５
の熱膨張係数は、１０.８×１０~⁶ であるため、１２０
℃で硬化させた場合、インク吐出口４の配列長さが８イ
ンチであった場合、２００μｍ以上の位置ずれが発生す
ることになる。そのため、個々のインク吐出口４とイン
ク室１１との位置精度が１０μｍ程度を要求される製品
に対しては、加熱硬化が必要な接着剤に対してニッケル
電鋳オリフィスの使用は、事実上不可能である。

【００１４】このようなことから、加熱硬化が必要な接
着剤を用いて基板にノズル板を接着する場合に、インク
室とノズル吐出口との位置ずれが発生するおそれがな
く、また、液漏れが発生するおそれもないインクジェッ
トプリンタヘッドを得ることが要望されている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
少なくとも一部が圧電部材からなる多数のインク室を有
するヘッド本体の先端側の開口面にノズル板を接着した
インクジェットプリンタヘッドにおいて、前記ヘッド本
体を少なくとも一部が圧電部材からなる基板とこの基板
と同等の熱膨張係数を有する材料による天板とを接着し
て形成し、前記ノズル板を前記ヘッド本体の熱膨張係数
よりも小さな熱膨張係数の材料により形成したものであ
る。したがって、熱硬化性接着剤を使用してノズル板を
ヘッド本体に接着する場合に必要な加熱工程において、
ヘッド本体の膨張よりもノズル板の膨張の方が小さいた
め、ヘッド本体の接着面からノズル板が浮き上がること
がなく、これにより、隣合うインク室が完全に分離され
た接着がなされるとともにインク吐出口とインク室との
位置ずれが生じることがない。

【００１６】請求項２記載の発明は、少なくとも一部が
圧電部材からなる多数のインク室を有するヘッド本体の
先端側の開口面にノズル板を接着したインクジェットプ
リンタヘッドにおいて、前記ヘッド本体を少なくとも一
部が圧電部材からなる基板とこの基板と同等の熱膨張係
数を有する材料による天板とを接着して形成し、前記ノ
ズル板を前記ヘッド本体と同等の熱膨張係数を有する鉄
ニッケル系合金の薄板により形成したものである。した
がって、熱硬化性接着剤を使用してノズル板をヘッド本
体に接着する場合に必要な加熱工程において、ヘッド本
体の膨張とノズル板の膨張とが同じであり、両者間にず
れが発生しないため、ヘッド本体の接着面からノズル板
が浮き上がることがなく、これにより、隣合うインク室
が完全に分離された接着がなされるとともにインク吐出
口とインク室との位置ずれが生じることがない。

【００１７】請求項３記載の発明は、ノズル板の鉄ニッ
ケル系合金のニッケルの組成は、ヘッド合金の熱膨張係
数に合わせて２０〜４５％重量としたものである。した
がって、ヘッド本体の熱膨張係数に合わせた材料の選定
を容易に行うことができるものである。

【００１８】請求項４記載の発明は、ノズル板の厚みが
１００μｍ以下であるようにしたものである。したがっ
て、ノズル板に形成されるインク吐出口の加工精度を高
めることができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態を図１ない
し図４に基づいて説明する。図１はインクジェットプリ
ンタヘッドの全体構造を示すもので、板厚方向に分極し
た２枚の圧電部材２１，２２をその分極方向が逆向きと
なるように接着して基板２３を形成する。この基板２３
に対して溝加工することにより、前記圧電部材２２の上
面から圧電部材２１の内部に達する多数の溝２４とこれ
らの溝２４を隔てる多数の側壁２５とを平行に形成す
る。この溝加工は、ＩＣウエハの切断などに用いるダイ
シングソーのダイヤモンドホイールなどを用いて行う。
これらの溝２４は、基板２３の前面側において開口し、
奥側を閉止した形状に形成する。溝２４の寸法はインク
ジェットプリンタヘッドの仕様により決定するが、例え
ば、深さ寸法を０．２〜１ｍｍ、幅寸法を２０〜２００
μｍ、長さ寸法を５〜５００ｍｍ程度に形成する。

【００２０】前記溝２４の内面には無電解ニッケルメッ
キ法により電極２６を形成する。このとき、前記圧電部
材２２の上面に電極２６と連続する配線パターン２７を
同時に形成する。水性インクを使用する場合は、電極２
６と配線パターン２７（一部）との上に絶縁（図示せ
ず）を形成する。

【００２１】電極２６及び配線パターン２７を形成した
基板２３に対して天板２８を接着することによりヘッド
本体２９を形成し、接着した天板２８で溝２４の上部開
口面を覆うことにより多数のインク室３０を形成する。
前記ヘッド本体２９に対して、前記インク室３０の先端
側の開口面を覆うようにノズル板３１を接着する。

【００２２】前記天板２８の下面側には、前記溝２４に
連通する共通インク室３２を形成する。天板２８の上面
部には、共通インク室３２にインクを供給するためのイ
ンク供給口３３を形成し、このインク供給口３３には図
示しないインク供給管を接続する。前記ノズル板３１に
は多数のインク吐出口３４を形成する。このインク吐出
口３４は、図３に示すように、内方が拡開し外方が縮径
するようにテーパ状に形成してインク室３０で加圧した
インクの吐出を効率良く行うことができるようにしてい
る。このインク吐出口３４の加工は、例えばレーザ加工
で行うが、その場合、必然的に加工側の口径が広く反対
側が狭くなるため、加工側が接着面となる。そのため、
インク吐出口３４を加工していないノズル板３１をヘッ
ド本体２９に加工した後でインク吐出口３４を形成する
ことは好ましくない。

【００２３】また、３５は前記ヘッド本体２９の基板２
３に形成された位置決め溝であり、３６は前記ノズル板
３１に前記位置決め溝３５に位置合わせして形成された
位置決め穴であり、３７は前記位置決め溝３５と前記位
置決め穴３６とに挿入されるピンである。さらに、３８
はシリコンゴム３９を介在させて前記ノズル板３１を基
台４０に載置されたヘッド本体２９に加圧する加圧治具
であり、４１はオートクレーブ装置である。

【００２４】このような構成において、インク吐出の動
作は、次のように行われる。まず、ヘッド本体２９のイ
ンク室３０にインクを供給した状態でインク室３０の両
側に位置する側壁２５を分極方向が相反する圧電部材２
１，２２のシェアモード変形により湾曲させ徐々に離反
させ、これを急激に初期位置に復帰させてインク室３０
のインクを加圧することでインク吐出口３４からインク
滴を吐出させる。このとき、クロストークを防止するた
め、偶数番目のインク室３０と奇数番目のインク室３０
とを交互に加圧するように圧力発生手段として作用する
側壁２５を駆動する。さらに、この側壁２５は、インク
室３０にインクを吸引して充填する場合に徐々に変形
し、インク室３０に充填したインクを加圧する場合には
急激に変形する。なお、前述のように、インク吐出口３
４の断面形状は、内方が拡開し外方が縮径するようにテ
ーパ状に形成されているため、インク室３０で加圧した
インクの吐出は効率良く行なわれる。

【００２５】しかして、その製作過程において、圧電材
料よりなる基板２３に天板２８が接着されているが、こ
の天板２８の材料としては、基板２３を構成する圧電材
料と同じ材料か、もしくは、同等の熱膨張係数を有する
材料が選択されている。

【００２６】次に、ノズル板３１の材料としては、鉄ニ
ッケル系合金が用いられる。この鉄ニッケル系合金のニ
ッケルの組成を適宜選択することにより、圧電材料より
なる基板２３の熱膨張係数とほとんど同じかそれよりも
小さい熱膨張係数の合金が得られる。一般的な圧電材料
の熱膨張係数は、２〜５×１０~⁶であるため、使用する
圧電材料の熱膨張係数に合わせてノズル板３１の鉄ニッ
ケル系合金のニッケルの組成を２０〜４５％の間で調整
する。この組成調整により、基板２３の熱膨張係数と同
様又はそれよりも小さい熱膨張係数を有するノズル板３
１の形成が可能である。

【００２７】また、ノズル板３１の厚みは、１００μｍ
以下とする。この程度の厚みの板を使用することによ
り、インク吐出口３４の加工が容易になり、孔形成度を
向上させることができる。このインク吐出口３４の加工
としては、レーザ加工やプレス加工が有力である。勿
論、必要な精度を得ることができれば、その他の加工方
法であってもよい。

【００２８】このように形成されたノズル板３１を図２
に示すように、位置決め溝３５、位置決め穴３６、ピン
３７を利用して位置決めし、図４に示すように、シリコ
ンゴム３９を介在させて基台４０に載置されたヘッド本
体２９にノズル板３１を載せて加圧治具３８で加圧する
ことにより、接着剤の硬化を行うことができる。この時
の加圧力は、１〜３ｋｇｆ／ｃｍ² 程度である。そし
て、この加圧状態のままオートクレーブ装置４１に入
れ、全体を１２０℃×２Ｈ、１〜５ｋｇｆ／ｃｍ²の加
熱加圧を行う。

【００２９】このような加熱接着時に、基板２３とノズ
ル板３１とがともに熱膨張するが、両者の熱膨張係数は
ほぼ同等であるか、或いは、ノズル板３１の方が多少小
さい状態であるので、図１２に示したようなノズル板３
１の変形は生じない。そのため、隣合うインク室３０間
の液漏れが生じることなく、特に、インク吐出口３４と
インク室３０との位置ずれが発生することがない。その
ため、直線状に多数配設されたインク吐出口３４は、そ
の全長にわたって完全にインク室３０に開口するように
位置が定められる。

【００３０】なお、ノズル板３１と基板２３との間に
は、接着剤が介在しているため、その物理的特性も問題
になる可能性があるが、その影響は無視できる程度であ
る。すなわち、加熱時の接着剤は流動性が高いため、薄
く延びてその厚さが薄くなり、硬化後にストレスが発生
しても薄い接着層であること、接着剤は樹脂であること
という理由により、そのストレスの絶対値はきわめて低
いものであり、問題にはならない。

【００３１】

【発明の効果】請求項１記載の発明は、少なくとも一部
が圧電部材からなる多数のインク室を有するヘッド本体
の先端側の開口面にノズル板を接着したインクジェット
プリンタヘッドにおいて、前記ヘッド本体を少なくとも
一部が圧電部材からなる基板とこの基板と同等の熱膨張
係数を有する材料による天板とを接着して形成し、前記
ノズル板を前記ヘッド本体の熱膨張係数よりも小さな熱
膨張係数の材料により形成したので、熱硬化性接着剤を
使用してノズル板をヘッド本体に接着する場合に必要な
加熱工程において、ヘッド本体の膨張よりもノズル板の
膨張の方が小さいため、ヘッド本体の接着面からノズル
板が浮き上がることがなく、これにより、隣合うインク
室が完全に分離された接着がなされるとともにインク吐
出口とインク室との位置ずれが生じることがないという
効果を有する。

【００３２】請求項２記載の発明は、少なくとも一部が
圧電部材からなる多数のインク室を有するヘッド本体の
先端側の開口面にノズル板を接着したインクジェットプ
リンタヘッドにおいて、前記ヘッド本体を少なくとも一
部が圧電部材からなる基板とこの基板と同等の熱膨張係
数を有する材料による天板とを接着して形成し、前記ノ
ズル板を前記ヘッド本体と同等の熱膨張係数を有する鉄
ニッケル系合金の薄板により形成したので、熱硬化性接
着剤を使用してノズル板をヘッド本体に接着する場合に
必要な加熱工程において、ヘッド本体の膨張とノズル板
の膨張とが同じであり、両者間にずれが発生しないた
め、ヘッド本体の接着面からノズル板が浮き上がること
がなく、これにより、隣合うインク室が完全に分離され
た接着がなされるとともにインク吐出口とインク室との
位置ずれが生じることがないという効果を有する。

【００３３】請求項３記載の発明は、ノズル板の鉄ニッ
ケル系合金のニッケルの組成は、ヘッド合金の熱膨張係
数に合わせて２０〜４５％重量としたので、ヘッド本体
の熱膨張係数に合わせた材料の選定を容易に行うことが
できるという効果を有する。

【００３４】請求項４記載の発明は、ノズル板の厚みが
１００μｍ以下であるようにしたので、ノズル板に形成
されるインク吐出口の加工精度を高めることができると
いう効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態を示すインクジェットプ
リンタヘッドの全体構造を示す一部を切り欠いた斜視図
である。

【図２】ヘッド本体とノズル板とを位置決めする工程の
斜視図である。

【図３】ノズル板のインク吐出口の形状を示す断面図で
ある。

【図４】ノズル板を基板に加熱接着している状態の縦断
正面図である。

【図５】従来の接着方法に利用されるノズル板の斜視図
である。

【図６】従来のヘッド本体とノズル板との接着工程を示
す斜視図である。

【図７】従来のヘッド本体とノズル板とを位置決めする
工程の斜視図である。

【図８】従来の加圧工程の一部を切り欠いた状態の正面
図である。

【図９】従来の接着剤を加熱している状態の縦断正面図
である。

【図１０】従来のインクジェットプリンタヘッドを示し
た斜視図である。

【図１１】そのインク室等の構造を示す一部の断面図で
ある。

【図１２】従来の接着手段による問題点を示す正面図で
ある。

【符号の説明】

２３基板２８天板２９ヘッド本体３１ノズル板３２インク室

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一部が圧電部材からなる多数
のインク室を有するヘッド本体の先端側の開口面にノズ
ル板を接着したインクジェットプリンタヘッドにおい
て、前記ヘッド本体を少なくとも一部が圧電部材からな
る基板とこの基板と同等の熱膨張係数を有する材料によ
る天板とを接着して形成し、前記ノズル板を前記ヘッド
本体の熱膨張係数よりも小さな熱膨張係数の材料により
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。
【請求項２】少なくとも一部が圧電部材からなる多数
のインク室を有するヘッド本体の先端側の開口面にノズ
ル板を接着したインクジェットプリンタヘッドにおい
て、前記ヘッド本体を少なくとも一部が圧電部材からな
る基板とこの基板と同等の熱膨張係数を有する材料によ
る天板とを接着して形成し、前記ノズル板を前記ヘッド
本体と同等の熱膨張係数を有する鉄ニッケル系合金の薄
板により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。
【請求項３】ノズル板の鉄ニッケル系合金のニッケル
の組成は、ヘッド合金の熱膨張係数に合わせて２０〜４
５％重量としたことを特徴とする請求項１又は２記載の
インクジェットプリンタヘッド。
【請求項４】ノズル板の厚みが１００μｍ以下である
ことを特徴とする請求項３記載のインクジェットプリン
タヘッド。