JPH1086367A - インクジェットヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ヘッドの組立作業性、ヘッドの信頼性が十分
でない。 【解決手段】 基板１１に圧電素子の列設方向にセンタ
ー溝部１９を形成して、この溝部１９内に導電性材料２
０を塗布した基板１１上面に導電性材料２０を含めて共
通電極パターン１４を形成する。

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
ド及びその製造方法に関し、特に基板上に共通電極を形
成するインクジェットヘッド及びその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット記録装置は、記録時の振
動、騒音が殆どなく、特にカラー化が容易なことから、
コンピュータ等のデジタル処理装置のデータを出力する
プリンタの他、ファクシミリやコピー機等にも用いられ
るようになっている。このようなインクジェット記録装
置に用いられるインクジェットヘッドは、圧電素子、発
熱抵抗体等のアクチュエータ素子を記録信号に応じて駆
動することによってノズルからインク滴を吐出飛翔させ
て記録媒体上に画像記録を行なうものである。

【０００３】このようなインクジェットヘッドとして、
例えば特開平８−１４２３２４号公報に記載されている
ように、基板上に複数の圧電素子を複数列列状に接合し
て配設すると共に、圧電素子の周囲に位置するフレーム
を接合し、これらの圧電素子及びフレーム上に、ダイア
フラム部を有する振動板を積層し、この振動板上に圧電
素子でダイアフラム部を介して加圧される加圧液室及び
この液室にインクを供給するインク供給路を形成する液
室形成部材を積層し、更にこの液室形成部材上にノズル
を形成したノズルプレートを積層したものがある。

【０００４】このインクジェットヘッドにおいては、
基板表面側に予め所定深さの溝を形成しておき、この溝
の内壁面を含めて各圧電素子に接続する共通電極パター
ンを形成して、基板上に１枚の圧電素子を接合した後、
スリット加工を施すことによって、１枚の圧電素子を複
数の圧電素子に分割すると共に、スリット溝の切込み深
さを制限することで共通電極パターンがスリット溝で分
割されないようにして、各圧電素子に接続した共通電極
を形成するようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したインクジェッ
トヘッドのように基板上に予め溝を形成してこの溝の内
壁面を含めて共通電極パターンを印刷等で形成すること
は作業性が必ずしも良好であるとは言えない。そこで、
平坦な基板上に共通電極パターンを形成しておき、スリ
ット加工で圧電素子と共に共通電極パターンも一旦分断
してしまい、その後、例えばフレームに形成した穴部内
に導電性材料を塗布することによって、分段された共通
電極パターンの各パターンを相互に接続することが考え
られる。

【０００６】ところが、このようにした場合、導電性材
料として一液性熱硬化型導電性接着剤を用いて１００℃
で熱硬化させると、基板と圧電素子との接合部が剥離す
ることがあり、ヘッドの信頼性が十分でない。これは基
板と圧電素子との接着層が使用する接着剤にもよるが５
０℃近傍で開放されて剥離を起こすことがあることに起
因している。そのため、二液性常温硬化型導電性接着剤
を使用することも考えられるが、この接着剤は硬化時間
が非常に長くなることやポットライフが短いために作業
性が悪く、組立工程に時間がかかることになる。

【０００７】また、上述したように複数のアクチュエー
タ素子を列設した構造のインクジェットヘッドにあって
は、各圧電素子に駆動波形を与えた場合に共通電極の抵
抗によって各圧電素子への入力波形が変動することがあ
る。

【０００８】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、複数のアクチュエータ素子を列設したインクジェ
ットヘッドにおけるヘッドの信頼性を向上することを目
的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、請求項１のインクジェットヘッドは、基板上に複数
のアクチュエータ素子を列状に配設し、前記基板上に複
数のアクチュエータ素子にそれぞれ接続した共通電極を
形成するインクジェットヘッドにおいて、前記基板には
前記複数のアクチュエータ素子の列設方向に溝部を形成
し、この溝部内に導電性材料を塗布し、この導電性材料
上に前記共通電極の一部を形成した構成とした。

【００１０】請求項２のインクジェットヘッドは、上記
請求項１のインクジェットヘッドにおいて、前記導電性
材料が熱硬化型導電性接着剤である構成とした。

【００１１】請求項３のインクジェットヘッドは、上記
請求項１又は２のインクジェットヘッドにおいて、前記
共通電極は複数のアクチュエータ素子の列設方向両端部
間の抵抗値が１０Ωを越えない構成とした。

【００１２】請求項４のインクジェットヘッドは、上記
請求項１乃至３のいずれかのインクジェットヘッドにお
いて、前記基板がセラミックス基板からなる構成とし
た。

【００１３】請求項５のインクジェットヘッドは、上記
請求項１乃至４のいずれかのインクジェットヘッドにお
いて、前記複数の圧電素子を複数列配設し、各列間に前
記導電性材料を塗布する溝部を形成した構成とした。

【００１４】請求項６のインクジェットヘッドの製造方
法は、基板上に複数のアクチュエータ素子を複数列配設
し、前記基板上に各列の複数のアクチュエータ素子に共
通に接続した共通電極を形成するインクジェットヘッド
の製造方法において、前記基板には各列間に前記複数の
アクチュエータ素子の列設方向に溝部を形成し、この溝
部内に導電性材料を塗布した後、基板表面に研削又はラ
ッピング加工を施し、次いで前記基板表面に前記導電性
材料表面を含めて前記共通電極を形成する構成とした。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面を参照して説明する。図１は本発明を適用するイン
クジェットヘッドの分解斜視図、図２は図１のノズル配
列方向と直交する方向の要部拡大断面図、図３は図１の
ノズル配列方向の要部拡大断面図である。

【００１６】このインクジェットヘッドは、駆動ユニッ
ト１と、液室ユニット２と、ヘッドカバー３とを備えて
いる。駆動ユニット１は、セラミック、ガラスエポキシ
樹脂等からなる絶縁性の基板１１上に、複数の積層型の
圧電素子１２を接合して二列配置し、これらの各列の圧
電素子１２の周囲を取り囲む液室支持部材であるフレー
ム部材１３を接合している。ここで、複数の圧電素子１
２は、１つの圧電素子を基板１１上に接合した後スリッ
ト加工を施して基板１１に達するスリット溝１１ａを形
成することによって分割して形成したものである。

【００１７】また、基板１１上には共通電極パターン１
４及び個別電極パターン１５を設け、これらの共通電極
パターン１４及び個別電極パターン１５はそれぞれ導電
性接着剤１６を介して圧電素子１２の各内部電極を交互
に接続した端面電極１７，１８と接続している。共通電
極パターン１４は上述したスリット加工によって各圧電
素子２毎に分割されているが、基板１１の中央部に形成
した圧電素子２の列設方向（チャンネル方向）の溝部１
９内に充填した導電性材料２０によって各分割されたパ
ターンの導通を取るようにしている。

【００１８】そして、基板１１をヘッド支持部材である
スペーサ部材（ヘッドホルダ）２１上に支持して保持
し、このスペーサ部材２１内に配設したヘッド駆動用Ｉ
Ｃ等を有するＰＣＢ基板と駆動ユニット１の各圧電素子
１２とを各電極パターン１４，１５に接合したＦＰＣケ
ーブル２２を介して接続している。

【００１９】液室ユニット２は、金属或いは樹脂の薄膜
からなる振動板２３と、液室隔壁部材を構成する３層構
造のフォトレジストフィルムからなる感光性樹脂層２
４，２５，２６と、ノズル孔２７を形成した金属、樹脂
等からなるノズルプレート２８とを順次を積層し、熱融
着して形成している。ノズルプレート２８の表面には、
撥水性の表面処理膜である撥水膜２９を形成し、この撥
水膜２９の周囲には撥水処理を施していない非撥水処理
面３０を設けている。

【００２０】なお、これらの各部材によってノズル孔２
７が連通する加圧液室３１と、この加圧液室３１の両側
に位置する共通インク室３２，３２と、共通液室３２か
ら加圧液室３１へインクを供給するための流体抵抗部と
なるインク供給路３３，３３を形成している。

【００２１】ノズルカバー（ヘッドカバー）３は、ノズ
ルプレート２８の周縁部及びヘッド側面を覆う箱状に形
成したものであり、ノズルプレート２８の撥水膜２９に
対応して開口部を形成し、ノズルプレート２８の非撥水
処理面３０に接着剤にて接着接合している。

【００２２】また、このインクジェットヘッドには、図
示しないインクカートリッジからのインクを液室に供給
するため、スペーサ部材２１、基板１１、フレーム部材
１３及び振動板２１にそれぞれインク供給穴３５〜３８
を設けている。

【００２３】そこで、このインクジェットヘッドにおけ
る基板の共通電極パターンの形成について説明する。先
ず、図４及び図５に示すように、基板１１に圧電素子の
列設方向にセンター溝部１９を形成して、この溝部１９
内に導電性材料２０を塗布した基板１１上面に導電性材
料２０を含めて共通電極パターン１４及び個別電極パタ
ーン１５を形成する。

【００２４】このようにした基板部品を使用することに
よって、図６及び図７に示すように、基板１１上に圧電
素子を接合してダイシングソーなどで個々の圧電素子２
に分断加工するときに、基板１１の溝部１９の深さより
も浅いスリット溝１１ａで切込むことで、共通電極パタ
ーン１４はスリット加工で分断されるものの、分断され
たパターンが導電性材料２０で接続されているので、共
通電極として機能することができる。

【００２５】この場合、共通電極パターン１４の導通を
取るための導電性材料２０の塗布硬化時には基板１１上
に圧電素子を接合していない段階であるので、導電性材
料２０として、二液性常温硬化型導電性接着剤に比べ
て、硬化時間が短く、ポットライフも長い一液性熱硬化
型導電性接着剤を使用して、熱硬化させても圧電素子２
の基板１１からの剥離等の不都合を生じることがなくな
り、作業時間の短縮を図れると共に、ヘッドの信頼性も
向上する。

【００２６】すなわち、スリット加工で分断される共通
電極パターン１４の導通を取るには、例えば図８及び図
９に示すように、セラミックス基板１１上に接合するフ
レーム部材としてセンターに穴部４１ａを形成したフレ
ーム部材４１を用いて、基板１１に圧電素子２及びフレ
ーム部材４１を接合した後、フレーム部材４１の穴部４
１ａ内に導電性接着剤を塗布することによっても行うこ
とができる。

【００２７】この場合、導電性接着剤として一液性熱硬
化型導電性接着剤を用いて１００℃程度で熱硬化させる
と、この熱をかけることによってスリット加工で分断さ
れた圧電素子２とセラミックス基板１１との接着接合部
に剥離が生じ、ヘッドの信頼性が損なわれることがあ
る。これは、圧電素子２と基板１１とを接着接合してい
る接着層４２の残留応力が５０℃近傍で開放されるため
である。しかし、導電性接着剤として二液性常温硬化型
導電性接着剤を用いることは、硬化時間やポットライフ
の点で作業性が悪くなることになる。

【００２８】そこで、本発明に係るインクジェットヘッ
ドのように、基板に複数のアクチュエータ素子である圧
電素子の列設方向に溝部を形成し、この溝部内に導電性
材料を塗布し、この導電性材料上に共通電極の一部を形
成することによって、組立作業性の向上と共にヘッドの
信頼性の向上を図ることができる。

【００２９】次に、上述したような基板面への電極パタ
ーンの形成工程について図１０を参照して説明する。先
ず、同図（ａ）に示すように基板１１にセンター溝部１
９を形成した後、同図（ｂ）に示すように溝部１９内に
ペースト状導電性材料２０を塗布する。導電性材料２０
は、銀ペースト（熱硬化型導電性樹脂）を使用し、ディ
スペンサー塗布装置を使用して塗布する。

【００３０】このとき、溝部１９に銀ペーストを塗布す
る際には気泡の混入がないようにする。気泡が混入する
と、共通電極の接続不良を発生させるおそれがある。ま
た、基板の溝部１９に塗布する銀ペースト２０上面は基
板表面よりも高くなるように塗布する。

【００３１】そして、銀ペースト２０の塗布が完了した
基板１１を加熱炉に入れて銀ペーストを熱硬化させる。
その後、基板１１の表面を加工機を使用して研削加工又
はラッピング加工し、同図（ｃ）に示すように溝部１９
の銀ペースト２０の表面と基板１１の表面とが１つの基
板面になるようにする。そのため、この基板１１の溝部
１９内に塗布した銀ペースト２０の上面が基板１１の面
より低いと加工量が多くなって、加工効率が低下するの
で、上述したように銀ペースト２０の上面が基板１１の
面より高くなるよう塗布する。

【００３２】次いで、同図（ｄ）に示すように、基板１
１の表面に厚さ１〜３０μｍ程度の電極パターン１４，
１５を形成する。電極パターン１４は溝部１９の導電性
材料２０表面にかかるように形成する。電極パターンの
形成方法としては、パターンメッキ法やパターン印刷法
などを用いることができる。ここでは、金メッキによっ
て電極パターンを形成している。

【００３３】このように、基板には各列間に前記複数の
アクチュエータ素子の列設方向に溝部を形成し、この溝
部内に導電性材料を塗布した後、基板表面に研削又はラ
ッピング加工を施し、次いで基板表面に導電性材料表面
を含めて共通電極を形成することによって、作業性が向
上し、ヘッドの信頼性が向上する。

【００３４】次に、共通電極パターン１４を形成する上
で要求される性能について図１１乃至図１３を参照して
説明する。図１１に示すように共通電極パターン１４の
チャンネル方向両端部（圧電素子の列設方向）間の抵抗
値をパラメータとしてシュミレーションを行ったとこ
ろ、共通電極部Ａ１からＡ２までの抵抗値が１０Ωを越
えると、チャンネルによって圧電素子に対する入力波形
が変化することが判明した。

【００３５】すなわち、図１２に示すように立上げ時定
数ｔｒは、共通電極パターン１４のチャンネル方向両端
部の抵抗値が１０Ωを越えると増加する。同図では、両
端部に最も近いチャンネルであるｃｈ１と最も遠いチャ
ンネルｃｈ３２の立上げ時定数変化を示している。ま
た、図１３（ａ）、（ｂ）に示すように両端部のチャン
ネル（ｃｈ１、ｃｈ６４側）と中央部のチャンネル（ｃ
ｈ３２）とでは入力波形の変化の度合いが違い、中央部
の時定数ｔｒは両端部の時定数ｔｒに対して増加が大き
くなる傾向にある。

【００３６】このような波形変化があると、粒子化特性
に大きく影響すると考えられるので、共通電極のチャン
ネル方向両端部間の抵抗値が１０Ωを越えないようにす
ることで、チャンネル間でのインク滴噴射特性のバラツ
キが低減し、ヘッドの噴射特性の信頼性が向上する。

【００３７】なお、上記実施例においては、本発明を圧
電素子の変位方向にインク滴を吐出するサイドシュータ
方式のインクジェットヘッドに適用したが、圧電素子の
変位方向と直交する方向にインク滴を吐出するエッジシ
ュータ方式のインクジェットヘッドにも適用することが
できる。また、アクチュエータ素子として圧電素子等の
電機機械変換素子に代えて発熱抵抗体を用いる所謂バブ
ルジェット方式のインクジェットヘッドにも適用するこ
とができる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１のインク
ジェットヘッドによれば、基板には複数のアクチュエー
タ素子の列設方向に溝部を形成し、この溝部内に導電性
材料を塗布し、この導電性材料上に共通電極の一部を形
成した構成としたので、ヘッドの組立作業性が向上する
と共に、ヘッドの信頼性が向上する。

【００３９】請求項２のインクジェットヘッドによれ
ば、上記請求項１のインクジェットヘッドにおいて、導
電性材料が熱硬化型導電性接着剤である構成としたの
で、ヘッドの組立作業性が向上する。

【００４０】請求項３のインクジェットヘッドによれ
ば、上記請求項１又は２のインクジェットヘッドにおい
て、共通電極は複数のアクチュエータ素子の列設方向両
端部間の抵抗値が１０Ωを越えない構成としたので、各
チャンネル間でのインク滴噴射特性のばらつきが低減
し、ヘッドの信頼性が向上する。

【００４１】請求項４のインクジェットヘッドによれ
ば、上記請求項１乃至３のいずれかのインクジェットヘ
ッドにおいて、基板がセラミックス基板からなる構成と
したので、ヘッドの組立作業性が向上すると共に、ヘッ
ドの信頼性が向上する。

【００４２】請求項５のインクジェットヘッドによれ
ば、上記請求項１乃至４のいずれかのインクジェットヘ
ッドにおいて、前記複数の圧電素子を複数列配設し、各
列間に前記導電性材料を塗布する溝部を形成した構成と
したので、高集積度、高密度のインクジェットヘッドを
得ることができる。

【００４３】請求項６のインクジェットヘッドの製造方
法によれば、基板には各列間に複数のアクチュエータ素
子の列設方向に溝部を形成し、この溝部内に導電性材料
を塗布した後、基板表面に研削又はラッピング加工を施
し、次いで基板表面に導電性材料表面を含めて共通電極
を形成する構成としたので、ヘッド組立作業性が向上
し、ヘッドの信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したインクジェットヘッドの分解
斜視図

【図２】図１のノズル配列方向と直交する方向の要部拡
大断面図

【図３】図１のノズル配列方向の要部拡大断面図

【図４】基板上に電極パターンを形成した状態の平面図

【図５】図５の正面図

【図６】基板上にスリット加工を施した状態の平面図

【図７】図５のＡ−Ａ線に沿う断面図

【図８】本発明に係るインクジェットヘッドと比較する
ための他のインクジェットヘッドの基板上にスリット加
工を施した状態の平面図

【図９】図８のＢ−Ｂ線に沿う断面図

【図１０】本発明に係るインクジェットヘッドの製造方
法の説明に供する斜視説明図

【図１１】共通電極の抵抗値の説明に供する平面説明図

【図１２】共通電極の抵抗値とチャンネルｃｈ１及びｃ
ｈ３２の立上がり時定数の関係を説明する線図

【図１３】共通電極の抵抗値とチャンネルｃｈ１及びｃ
ｈ３２の入力波形の変形を説明する線図

【符号の説明】

１…アクチュエータユニット、２…液室ユニット、１２
…圧電素子、１９…溝部、２０…導電性材料、２３…振
動板、２４，２５，２６…感光性樹脂層、２８…ノズル
プレート。

フロントページの続き (72)発明者 岩瀬 政之 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 (72)発明者 牧田 秀行 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 (72)発明者 長場 誠治 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 (72)発明者 中根 信保 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 (72)発明者 中野 智昭 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に複数のアクチュエータ素子を列
   状に配設し、前記基板上に複数のアクチュエータ素子に
   それぞれ接続した共通電極を形成するインクジェットヘ
   ッドにおいて、前記基板には各列間に前記複数のアクチ
   ュエータ素子の列設方向に溝部を形成し、この溝部内に
   導電性材料を塗布し、この導電性材料上に前記共通電極
   の一部を形成したことを特徴とするインクジェットヘッ
   ド。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のインクジェットヘッド
   において、前記導電性材料が熱硬化型導電性接着剤であ
   ることを特徴とするインクジェットヘッド。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載のインクジェット
   ヘッドにおいて、前記共通電極は複数のアクチュエータ
   素子の列設方向両端部間の抵抗値が１０Ωを越えないこ
   とを特徴とするインクジェットヘッド。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれかに記載のイン
   クジェットヘッドにおいて、前記基板がセラミックス基
   板からなることを特徴とするインクジェットヘッド。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれかに記載のイン
   クジェットヘッドにおいて、前記複数の圧電素子を複数
   列配設し、各列間に前記導電性材料を塗布する溝部を形
   成したことを特徴とするインクジェットヘッド。
6. 【請求項６】 基板上に複数のアクチュエータ素子を複
   数列配設し、前記基板上に各列の複数のアクチュエータ
   素子に共通に接続した共通電極を形成するインクジェッ
   トヘッドの製造方法において、前記基板には各列間に前
   記複数のアクチュエータ素子の列設方向に溝部を形成
   し、この溝部内に導電性材料を塗布した後、基板表面に
   研削又はラッピング加工を施し、次いで前記基板表面に
   前記導電性材料表面を含めて前記共通電極を形成するこ
   とを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。