JPH10278263A - インクジェット記録ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高密度でクロストークおよび吐出性能のばら
つきのないインクジェットヘッドを提供する。 【解決手段】 ポリフェノレンサルファイド等の有機材
料からなる薄い膜１１の両面にステンレス等の金属膜１
２を接着した後にエッチング加工によって島状厚肉部１
２ａと流路基板２８の接続部分１２ｂとを形成して振動
板２７を製作し、これに積層圧電素子２３と流路基板２
８とを接着するので、接着剤のはみ出しの影響を受けな
いため吐出性能のばらつきが少ないインクジェットヘッ
ドを提供できる。

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ヘッド
の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】積層圧電素子の厚さ方向の変位を利用し
て圧力室の壁の一つを形成した振動板を変位させて圧力
室内に充填したインクを加圧し該圧力室に連通するノズ
ルよりインクを噴射するインクジェットヘッドは特公平
７−５７５４５に示されている。その構造の概要は図４
に示すように剛性部材１０９上に積層圧電材料１０４を
電極１０５及び電極１１０を挟んで接着したのち積層圧
電材料１０４に溝加工を施すことで独立的に駆動可能な
複数の積層圧電素子１０７を形成し、さらにこの積層圧
電素子１０７の自由端側に電極１０６および電極１０８
を介して振動板１０３とインクを溜める溝を有する流路
基板１０１を順次接着することで構成し、流路基板１０
１と振動板１０３とで形成する圧力室１０２の振動板１
０３側を積層圧電素子１０７で変形させて圧力室１０２
内に充填したインクを加圧し圧力室１０２に連通するノ
ズル１１１よりインク滴を噴射するものである。この構
成は圧電体を積層することで厚さ方向の変位量を大きく
し結果として圧力室を高密度で配置することを目的とす
るものである。

【０００３】しかし、前記の構造においては高密度化し
ていくと振動板１０３の膜部分の張力が増大し、積層圧
電素子１０７の変位量が振動板１０３の張力によって押
し戻されるため十分に圧力室１０２内のインクを加圧す
ることができない。また、積層圧電素子１０７の変位量
を増やし無理に圧力室１０２を変形させると振動板１０
３の膜の張力がさらに増大し圧力室１０２を形成する流
路基板１０１の壁を変形させることで隣接圧力室１０２
に影響を及ぼすクロストーク現象が生じる。さらに、振
動板１０３を流路基板１０１に接着する際に接着剤のは
み出し量がばらつくため機械振動系が不安定となり、結
果としてインクの吐出速度やインク滴径などの特性にば
らつきを生じる。

【０００４】

【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、
積層圧電素子を基板に並べ振動板と圧力室で印字ヘッド
を構成し積層圧電素子と基板と圧力室の並び方向の端面
からインクを噴射するインクジェット記録ヘッドにおい
て、吐出特性が安定しており結果として印字品質が良い
高密度で小型のインクジェット記録ヘッドを提供するこ
とにある。

【０００５】

【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ヘッドは、下記記載の構成を採
用する。本発明によるインクジェット記録ヘッドは、圧
電素子の変位を振動板を介して圧力室に伝達して圧力室
内に充填したインクを加圧し圧力室に連通する複数のノ
ズルよりインク滴を噴射する圧電式のインクジェット記
録ヘッドにおいて、前記圧力室を形成するための流路基
板の壁と前記振動板の間に、幅が流路基板の壁の幅より
も狭い薄板を挿入したことを特徴とする。

【０００６】本発明によるインクジェット記録ヘッドの
製造方法は、ポリフェノレンサルファイド等の有機材料
からなる薄い膜の両面にステンレス等の金属膜を接着し
た後にエッチング加工によって島状厚肉部と流路基板と
の接続部分を形成して振動板を製作することを特徴とす
る。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施例を説明する
ためのインクジェット記録ヘッドの概要構成を表わして
おり、インク滴を噴射するノズル板の面と平行な面での
インクジェット記録ヘッドの断面図であり、図２は同イ
ンクジェット記録ヘッドの分解斜視図、図３は同インク
ジェット記録ヘッドのノズル面に垂直な面の断面図であ
る。以下この図を用いてインクジェット記録ヘッドの概
要構成を説明する。

【０００８】図３に示すように圧電効果を有する２０μ
ｍ程度の薄いペースト状の圧電材料板３０上に銀とパラ
ジウムを主成分とするペースト状の電極層３１を積層し
さらに圧電材料板３０と電極層３１を順次複数積層した
後に焼成することで積層圧電体２０を形成する。尚電極
層３１は一つ一つの圧電材料板３０の両面に形成され一
方が端面の集電極２２ａに露出し、他方が対向する端面
の集電極２２ｂに露出している。集電極２２ａ，２２ｂ
は積層圧電体２０にクロム、ニッケル、金を順次真空蒸
着法等の薄膜形成手段を施すことによって形成する。積
層圧電体２０の集電極２２ａと集電極２２ｂ間に電圧を
印加すると一つ一つの圧電材料板３０に電界が発生し一
つ一つの圧電材料板は厚さ方向に微小な寸法だけ伸び、
その集積として積層圧電体２０は厚さ方向に必要量変位
する。

【０００９】図２に示すようにこの積層圧電体２０をセ
ラミック等の絶縁材料からなる絶縁性基板２１上に接着
する。さらに積層圧電体２０の上面からワイヤーソーな
どの機械加工手段で溝加工を施すことにより積層圧電体
２０を独立に駆動可能な積層圧電素子２３に分割し圧電
素子ユニット２５を形成する。外部からの電力はＦＰＣ
（フレキシブル、プリント、ケーブル）２４で供給され
端部付近で裸線化した線状の接点２４ａと集電極２２
ａ、集電極２２ｂとをハンダ付け等の方法で電気的に接
続する。積層圧電素子２３は厚み方向に変位すると同時
にその垂直方向で長さ方向および幅方向にも変位するの
で、電極パターンを積層圧電素子２３の上面や下面また
は他の部材に形成し集電極２２ａ，２２ｂの面と接続す
る従来の方法によるとその接続するつなき部分でよく断
線を起こす。本発明の実施例のようにＦＰＣ２４を積層
圧電素子２３の集電極２２ａ，２２ｂに直接電気接続す
る方法をとると、電極パターンを積層圧電素子２３の上
面や下面または他の部材に形成する方法に比べ、集電極
の部分だけで電気的に接続しているので電気的接点数が
減るので信頼性が向上する。またさらにはＦＰＣ２４の
先端または先端付近部を裸線化し線状の金属電気接点と
しているので積層圧電素子２３の厚さ方向の変形に対し
て線状の金属電気接点が伸びることで、ＦＰＣの持つ剛
性によって積層圧電素子２３の変形を規制することがな
くなる。このため電気機械変換効率が向上する。

【００１０】図２に示すように、このように絶縁性基板
２１と積層圧電体２０とＦＰＣ２４によって構成された
圧電素子ユニット２５を中央部に窓が形成された樹脂材
料からなる固定部材２６に挿入する。さらに、積層圧電
素子２３の絶縁性基板２１の接着面と反対側の面である
自由端面と、固定部材２６の上面が平坦になるようにし
た後に、絶縁性基板２１と固定部材２６との間の隙間に
接着剤を充填して圧電素子ユニットを固定部材２６に固
定する。

【００１１】このようにして固定部材２６上面と積層圧
電素子２３の自由端面とで形成された平面上に薄い振動
板２７を積層し、振動板２７を積層圧電素子２３の自由
端と固定部材２６の上面とに接着する。さらに積層圧電
素子２３の一つ一つに対応した圧力室３２とインク供給
口３３とを備え樹脂材料で形成した流路基板２８を接着
する。次ぎに、固定部材２６と振動板２７と流路基板２
８の端面をラップ等の機械加工によって平坦にし、この
平面にノズル４１が形成されたノズル板４３を接着す
る。

【００１２】ここで振動板２７の製作方法について説明
する。図１に示すように、数μｍの厚みのポリフェノレ
ンサルファイド（ＰＰＳ）からなる有機膜１１の両面に
２０μｍ程度のステンレスの薄膜１２を接着し両面から
エッチング加工を施し、積層圧電素子２３と接続する島
状厚肉部１２ａと流路基板２８との接続部分１２ｂを形
成する。

【００１３】ＰＰＳの有機膜１１は振動板の張力を低く
押さえるために用いられる。ノズル４１のピッチ密度に
もよるが１００ｄｐｉ（１００ドット／インチ）以上の
インクジェット記録ヘッドを構成するためにはＰＰＳの
有機膜１１は１０μｍ以下できれば５μｍ程度が望まし
い。

【００１４】島状厚肉部１２ａは積層圧電素子２３の変
位を確実にＰＰＳの有機膜１１の変形に置き換えるため
にある。積層圧電素子２３と振動板２７の接着において
接着剤のはみ出し１３が生じても、圧力室２３を押し出
す面積つまり島状厚肉部１２ａの面積はいつも一定とな
るので、異なった圧力室２３間のばらつきはなくなる。
また、高密度なヘッドを構成していくと、積層圧電素子
２３を形成するためのワイヤーソーの幅限界から図１に
示すように積層圧電素子２３の幅Ａがピッチ密度に比べ
相対的に大きくなる。島状厚肉部１２ａを形成すると圧
力室２３を押し出す幅は図１のＢとなり容易に小さくす
ることができる。このため、振動板２７の張力に合わせ
た設計が可能となる。

【００１５】同様に、図１に示すように流路基板２８と
振動板２７との接着において接着剤のはみ出し１４があ
っても、接続部分１２ｂが振動板２７の支点Ｘを安定化
するので、振動板２７の支点Ｘと作用点Ｙ間の距離Ｌを
一定に保つことができる。このため振動板の弾性係数を
一定にすることができ安定したインク滴の速度やインク
滴径を生成することが可能となる。

【００１６】特に、高密度のヘッドを構成した場合、本
発明の構成は効果を発揮する。例えば、１２０ｄｐｉの
ノズルピッチでヘッドを構成する場合、隣接するのノズ
ル間の距離は２１１μｍであり、島状厚肉部１２ａの幅
Ｂを７０μｍ、流路基板２８の壁の幅Ｃを８０μｍとす
ると接続部１２ｂを用いないとＬは３０μｍとなる。こ
こで接着剤のはみ出し１４がたかが３μｍあっても膜の
張力はＬの三乗に比例するので約３０％張力に差が生じ
吐出特性に大きな影響を及ぼす。

【００１７】また図１に示すように、接続部分１２ｂの
幅Ｄを流路基板２８の壁の幅Ｃよりも小さくするとＬを
大きくすることが可能となり、密度に応じた振動板の張
力が発生できるので高密度のインクジェットヘッドを設
計することが可能となる。これは、接続部分１２ｂを流
路の壁に接着する際接着剤のはみ出しを気にしないで製
作できるので圧力室３２をシールし振動板２７と流路基
板２８を強固に結合する接着剤の量が十分確保できるこ
とによる。前述の１２０ｄｐｉのヘッド場合、接続部分
１２ｂの幅Ｄは５０μｍでよく結果として振動板２７の
支点Ｘと作用点Ｙ間の距離Ｌは４５μｍとなる。このよ
うに構成すると振動板の膜の張力を３分の１に低減でき
積層圧電素子２３によって十分に振動板２７を押し込む
ことができるのでインク滴速度の速い高性能なインクジ
ェットヘッドが構成できる。

【００１８】また、高密度なインクジェットを構成する
と振動板の膜の張力が高くなり、振動板２７を必要な力
で圧力室２３の方向に押し込むと振動板の高い張力によ
って流路基板２８の壁を変形させる力が働くため、隣接
する圧力室２３どうしが干渉しあういわゆるクロストー
ク現象が発生するが、本発明の構成によれば振動板２７
の支点Ｘと作用点Ｙ間の距離Ｌを確保し振動板の張力を
低減でいるので、この現象を低減できる。

【００１９】

【発明の効果】本発明の実施例におけるインクジェット
ヘッドの構成によると、ポリフェノレンサルファイド等
の有機材料からなる薄い膜の両面にステンレス等の金属
膜を接着した後にエッチング加工によって島状厚肉部と
流路基板との接続部分を形成して振動板を製作し、これ
と積層圧電素子と流路基板とを接着するので、接着剤の
はみ出しの影響を受けない吐出ばらつきの少ないインク
ジェットヘッドを構成することができる。

【００２０】また、本発明の実施例におけるインクジェ
ットヘッドの構成によると、振動板の薄肉部の長さを確
保できるのでノズル間のピッチを密にしても振動板の張
力を低く押さえることができるので、クロストーク現象
の少なく、インク滴の吐出速度の速い高性能で高密度は
インクジェットヘッドを構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例のインクジェットヘッドを表わ
す断面図。

【図２】本発明の実施例のインクジェットヘッドを表わ
す分解斜視図。

【図３】本発明の実施例のインクジェットヘッドを表わ
す断面図。

【図４】従来技術を表わす分解斜視図。

【符号の説明】

１１ポリフェノレンサルファイド（ＰＰＳ）からなる有
機膜 １２ａステンレスからなる島状厚肉部 １２ｂステンレスからなる接続部分 １３接着剤のはみ出し部 １４接着剤のはみ出し部 ２１絶縁性基板 ２３積層圧電素子 ２７振動板 ２８流路基板 ３２圧力室 Ａ 積層圧電素子の幅 Ｂ 島状厚肉部の幅 Ｃ 流路基板の壁の幅 Ｄ 接続部分の幅 Ｌ 振動板２７の支点Ｘと作用点Ｙ間の距離

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電素子の変位を振動板を介して圧力室
   に伝達して圧力室内に充填したインクを加圧し圧力室に
   連通する複数のノズルよりインク滴を噴射する圧電式の
   インクジェット記録ヘッドにおいて、前記圧力室を形成
   するための流路基板の壁と前記振動板の間に、幅が流路
   基板の壁の幅よりも狭い薄板を挿入したことを特徴とす
   るインクジェット記録ヘッド。
2. 【請求項２】 ポリフェノレンサルファイド等の有機材
   料からなる薄い膜の両面にステンレス等の金属膜を接着
   した後にエッチング加工によって島状厚肉部と流路基板
   との接続部分を形成して振動板を製作することを特徴す
   る請求項１に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方
   法。