JPH11115187A - 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】 高精度接合の製造コストが高い。 【解決手段】 振動板２８、感光性樹脂層２９，３０及
びノズルプレート３２には、それぞれ、対向する辺部に
Ｖ字状切欠き部２８ａ，２９ａ，３０ａ，３２ａを形成
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はインクジェットヘッ
ド及びその製造方法に関し、特に複数の部品を接合して
構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
熱抵抗体等のエネルギー発生手段を記録信号に応じて駆
動して、液室内のインクを加圧してノズルからインク滴
を吐出飛翔させ、記録媒体上に画像記録を行なうもので
ある。

【０００３】従来のインクジェットヘッドとしては、例
えば特開平６−１１５０７１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列状に接合配置すると
共に、圧電素子の周囲に位置し、インク共通流路を形成
するインク共通流路部材を接合し、このインク共通流路
部材上に振動板を接合し、この振動板に隔壁部材を接合
し、隔壁部材上にノズル板を接合して、これらの振動
板、隔壁部材及びノズル板で圧電素子によって振動板を
介して加圧されるインク液室（加圧液室）を形成したも
のがある。

【０００４】また、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
複数列列状に接合すると共に、圧電素子の周囲に位置す
るフレーム部材を接合してなるアクチュエータユニット
と、ダイアフラム部を有する振動板上に、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共通液室を形成する液室隔壁部材を
積層し、更にこの液室隔壁部材上にノズルを形成したノ
ズルプレートを積層した液室ユニットとを接合したもの
がある。

【０００５】ところで、インクジェット記録装置に対す
る高速、高画質化の要求に伴ってインクジェットヘッド
のノズルの集積度の高密度化、ノズル径の微細化が必要
になっている。特に高画質化に伴うノズルの高密度化
は、液室形状や流体抵抗部形状の微細化を招いている。

【０００６】そこで、従来、例えば特開平６−２９７７
０４号公報に記載されているように、液室隔壁部材とし
て感光性樹脂を用いて、複数の感光性樹脂層を接合して
インク液室を形成したり、或いはその他樹脂成形、金属
板の多層貼り合わせによって微細なインク液室を形成す
るようにしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したインクジェッ
トヘッドのように液室隔壁部材として感光性樹脂のよう
な粘弾性体を用いて多層構造で形成する場合、各感光性
樹脂層間は熱と加圧力によって接合するために、熱と加
圧力を狭いレンジの中で高精度に一定に保つことができ
ないと、感光性樹脂層の厚みが変化してインク流路の精
度が低下し、各チャンネル（各ノズル）間のインク滴吐
出特性にばらつきが生じて、画像品質が低下する。ま
た、振動板、液室隔壁部材及びノズル形成部材の接合位
置精度が悪いときも、インク滴吐出特性のばらつきを生
じて画像品質の劣化を招くことになる。

【０００８】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、インクジェットヘッドの高精度接合を安価に行う
得るように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、電気機械変換
素子で変位される振動板と、粘弾性体の積層構造からな
る液室隔壁部材と、複数のノズルを形成したノズル形成
部材とを順次積層して接合したインクジェットヘッドに
おいて、前記振動板、液室隔壁部材及びノズル形成部材
にはそれぞれＶ字状切欠き部を有する構成とした。

【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Ｖ字状
切欠き部の底部が曲線に形成されている構成とした。

【００１１】請求項３のインクジェットヘッドの製造方
法は、上記請求項１又は２のインクジェットヘッドを製
造するインクジェットヘッドの製造方法において、前記
振動板、液室隔壁部材及びノズル形成部材の各Ｖ字状切
欠き部に係合する固定ピン部材及び付勢された押しピン
部材を有し、これらの固定ピン部材及び押しピン部材で
前記振動板、液室隔壁部材及びノズル形成部材の位置決
めをした後接合する構成とした。

【００１２】請求項４のインクジェットヘッドの製造方
法は、上記請求項３のインクジェットヘッドの製造方法
において、前記振動板、液室隔壁部材及びノズル形成部
材を載置する基台、前記振動板、液室隔壁部材及びノズ
ル形成部材の全体の高さを規制するスペーサ枠、積層さ
れた前記振動板、液室隔壁部材及びノズル形成部材を加
圧する加圧部材とを有し、前記基台上に載設した前記ス
ペーサ枠内に前記振動板、液室隔壁部材及びノズル形成
部材を積層して配置した後、前記加圧部材側から基台、
スペーサ枠及び加圧部材が密着するまで加圧する構成と
した。

【００１３】請求項５のインクジェットヘッドの製造方
法は、上記請求項３又は４のインクジェットヘッドの製
造方法において、前記押しピン部材はＶ字状部を有する
板ばねで付勢する構成とした。

【００１４】

【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は本発明を適用したイン
クジェットヘッドの分解斜視図、図２は同ヘッドのチャ
ンネル方向と直交する方向の要部拡大断面図、図３は同
ヘッドのチャンネル方向の要部拡大断面図である。

【００１５】このインクジェットヘッドは、アクチュエ
ータユニット１及び液室ユニット２を備えている。アク
チュエータユニット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、複数の積層型圧
電素子１２を２列列状に接合して配置すると共に、各列
の複数の圧電素子１２の周囲を取り囲むように２つの穴
部１４，１５を形成したフレーム部材１３を接合配置し
ている。このアクチュエータユニット１の各列の複数の
圧電素子１２は、チャンネル方向で、駆動波形を印加す
る駆動部１７と駆動波形を印加しない非駆動部１８とを
交互に構成する。

【００１６】ここで、圧電素子１２は、厚さ１０〜５０
μｍ／１層のチタン酸ジルコン酸（ＰＺＴ）２１と、厚
さ数μｍ／１層の銀・パラジューム（ＡgＰd）からなる
内部電極２２とを交互に積層したものである。圧電素子
を、厚さ１０〜５０μｍ／１層の積層型とすることによ
って駆動電圧の低電圧化を図れ、例えば１０〜５０Ｖの
パルス電圧で圧電素子の電界強度１０００Ｖ／mmを得る
ことができる。なお、アクチュエータ素子として用いる
圧電素子を含む電気機械変換素子は上記に限られるもの
でない。

【００１７】そして、この圧電素子１２の内部電極２２
を交互に端面に取り出して端面電極とし、一方、基板１
１上に共通電極パターン２３及び個別（選択）電極パタ
ーン２４を形成して、これらの共通電極パターン２３及
び個別電極パターン２４を駆動部１７となる圧電素子１
２の端面電極に導電性接着剤等を介して電気的に接続
し、共通電極パターン２３及び個別電極パターン２４に
接続したＦＰＣケーブル２５，２５を介して図示しない
ヘッド駆動用ＩＣ等を有するＰＣＢ基板と接続し、駆動
部１７に駆動波形を印加することによって積層方向の伸
びの変位を生ぜしめる。

【００１８】また、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２８と、粘弾性体からなる液室隔
壁部材を構成する２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２９，３０と、ノズル３１を形成し
た金属、樹脂等からなるノズル形成部材であるノズルプ
レート３２とを順次を積層し、加圧力で、熱融着して接
合している。これらの各部材によってノズル３１が連通
し、駆動部１７で振動板２８を介して加圧される加圧液
室３３と、この加圧液室３３の両側に位置する共通液室
３４，３４と、共通液室３４から加圧液室３３へインク
を供給するための流体抵抗部になるインク供給路３５を
形成している。

【００１９】ここで、振動板２８、感光性樹脂層２９，
３０及びノズルプレート３２には、それぞれ、対向する
辺部にＶ字状切欠き部２８ａ，２９ａ，３０ａ，３２ａ
を形成している。このＶ字状切欠き部２８ａ，２９ａ，
３０ａ，３２ａの底部には後述するピン部材のピン径よ
りも０．０１ｍｍ以上小さいアールを設けることで共通
液室３４を広く取れるようにしている。また、Ｖ字状切
欠き部２８ａ，２９ａ，３０ａ，３２ａは接合位置が精
度良く出ていることが条件であり、必ずしも中心に形成
する必要はない。さらに、このＶ字状切欠き部２８ａ，
２９ａ，３０ａ，３２ａは幅０．５〜３ｍｍ、開き角度
６０〜１２０゜が好ましい。

【００２０】また、振動板２８は、同一平面上に位置出
し又は研削加工した圧電素子１２及びフレーム部材１３
上に接着剤３６で接合している。この振動板２８は変位
部となるダイアフラム部３８、圧電素子１２の内の非駆
動部１８に接合する梁３９及びフレーム部材１３に接合
するベース４０とから形成し、またダイアフラム部３８
は圧電素子１２の内の駆動部１７に接合する島状凸部４
１と、この凸部４１の周囲に形成した厚み３〜１０μｍ
程度の最薄膜部分（ダイアフラム領域）４２と、この最
薄膜部分４２の内のチャンネル方向と直交する両端部側
に形成した逃げ領域４３とからなる。

【００２１】ノズルプレート３２にはインク滴を飛翔さ
せるための微細孔である多数のノズル３１を形成してお
り、このノズル３１の径はインク滴出口側の直径で約２
５〜３５μｍである。このノズルプレート３２は例えば
電鋳工法によって製造したＮi（ニッケル）の金属プレ
ートを用いているが、Ｓi、その他の金属材料を用いる
こともできる。

【００２２】ノズルプレート３２の品質は、インクの滴
形状、飛翔特性を決定し、画像品質に大きな影響を与え
るものであり、より高品位の画像品質を得る上で表面の
均一化処理が不可欠であるので、インク吐出側面に撥水
性の表面処理膜４３を成膜している。撥水性の表面処理
膜４３は、例えばＰＴＦＥ−Ｎi共析メッキやフッ素樹
脂の電着塗装、蒸発性のあるフッ素樹脂（例えばフッ化
ピッチなど）を蒸着コートしたもの、シリコン系樹脂・
フッ素系樹脂の溶剤塗布後の焼き付け等、インク物性に
応じて選定する。

【００２３】さらに、共通液室３４に外部からインクを
供給するために基板１１、フレーム部材１３及び振動板
２８には、インク供給孔４４，４５，４６をそれぞれ形
成し、基板１１のインク供給孔４４に接続したインク供
給パイプ４７を介してインクが供給されるようにしてい
る。

【００２４】このインクジェットヘッドにおいては、記
録信号に応じて駆動部１７に駆動波形（１０〜５０Ｖの
パルス電圧）を印加することによって、駆動部１７に積
層方向の変位が生起し、振動板２８のダイアフラム部３
８を介して加圧液室３３内の圧力が上昇してノズル３１
からインク滴が吐出される。このとき、加圧液室３３か
ら共通液室３４へ通じるインク供給路３５方向へもイン
クの流れが発生するが、インク供給路３５の断面積を狭
小にすることで流体抵抗部として機能させて共通液室３
４側へのインクの流れを低減し、インク吐出効率の低下
を防いでいる。

【００２５】そして、インク滴吐出の終了に伴い、加圧
液室内のインク圧力が低減し、インクの流れの慣性と駆
動パルスの放電過程によって加圧液室３３内に負圧が発
生してインク充填行程へ移行する。このとき、インクタ
ンクから供給されたインクは共通液室３４に流入し、共
通液室３４からインク供給路３５を経て加圧液室３３内
に充填される。そして、ノズル３１の出口のインクメニ
スカス面の振動が減衰し、ある程度定常状態に戻れば次
のインク滴吐出動作に移行する。

【００２６】このインクジェットヘッドは、予めアクチ
ュエータユニット１と液室ユニット２とを別々に加工組
付けた後、接着剤３６によって両ユニット１，２を接着
接合して製造するが、液室ユニット２の組付工程は、次
のとおりである。 振動板２８のフラットな面に第１感光性樹脂層２９
となるドライフィルムレジスト（ＤＦＲ）をラミネート
する。 そのＤＦＲを液室パターンに応じたマスクを使用し
て紫外線露光をし、現像して、第１感光性樹脂層２９に
よる液室パターンを形成する。

【００２７】 ノズルプレート３２に第２感光性樹脂
層３０となるドライフィルムレジスト（ＤＦＲ）をラミ
ネートする。 そのＤＦＲを液室パターンに応じたマスクを使用し
て紫外線露光をし、現像して、第２感光性樹脂層３０に
よる液室パターンを形成する。なお、ＤＦＲの層数は任
意に選定することができ、複雑な構造の液室を形成する
ことができる。 振動板２８の第１感光性樹脂層２９とノズルプレー
ト３２の第２感光性樹脂層３０とを合わせて加圧と熱と
で接合する。

【００２８】そこで、この第１感光性樹脂層２９を形成
した振動板２８（これを「振動板ユニット５１」とい
う。）と第２感光性樹脂層３０を形成したノズルプレー
ト３２（これを「ノズルユニット５２」という。）とを
接合するために用いる接合治具について図４乃至図６を
も参照して説明する。なお、図４は接合治具の分解斜視
説明図、図５は平面図、図６は正面図である。

【００２９】この接合治具は、振動板ユニット５１及び
ノズルユニット５２を載置する基台５３と、振動板ユニ
ット５１及びノズルユニット５２の全体の高さ、即ち液
室ユニット２の高さを規定するスペーサ枠５４と、基台
５３との間で積層された振動板ユニット５１及びノズル
ユニット５２を加圧する加圧部材５５とを有している。

【００３０】基台５３には振動板ユニット５１のＶ字状
切欠き部５１ａ（前述したＶ字状切欠き部２８ａ，２９
ａからなる。）及びノズルユニット５２のＶ字状切欠き
部５２ａ（前述したＶ字状切欠き部３０ａ，３２ａから
なる。）の一方に係合する固定ピン部材５６を設けると
共に、スペーサ枠５４の位置を決めるための位置決めピ
ン５７を設けている。なお、本実施例では、固定ピン部
材５６は４個の液室ユニットを同時接合するために４本
配置し、また、位置決めピン５７は基台５３の４隅に２
本ずつ対にして配置している。

【００３１】スペーサ枠５４は振動板ユニット５１とノ
ズルユニット５２とを接合した後の高さが予め規定する
液室ユニット２の高さになるように高精度に厚さを設定
している。また、これらの基台５３、スペーサ枠５４及
び加圧部材５５は高い平面度に仕上げている。

【００３２】また、振動板ユニット５１のＶ字状切欠き
部５１ａ及びノズルユニット５２のＶ字状切欠き部５２
ａの他方に係合する押しピン部材５８と、この押しピン
部材５８をスペーサ枠５４との間で係合方向に付勢する
ための板ばね５９とを備えている。この板ばね５９には
押しピン部材５８を保持するＶ字状部５９ａを形成して
いる。なお、基台５３上には押しピン部材５８の下端を
押さえる穴を設けているが図示を省略している。

【００３３】この接合治具を用いて振動板ユニット５１
とノズルユニット５２とを加熱加圧接合するには、基台
５３上にスペーサ枠５４をセットした後、板ばね５９と
押しピン部材５８とをセットする。このとき押しピン部
材５８は板ばね５９のＶ字状部５９ａに嵌め込むことに
よって保持する。すなわち、板ばね５９にＶ字状部５９
ａを形成することでピン部材の倒れ防止用ガイドの機能
を持たせることができて簡素化を図れる。

【００３４】そして、振動板ユニット５１のＶ字状切欠
き部５１ａを固定ピン部材５６と押しピン部材５８とに
係合させながらスペーサ枠５４内で基台５３上にセット
し、次いで同様にして、ノズルユニット５２のＶ字状切
欠き部５２ａを固定ピン部材５６と押しピン部材５８と
に係合させながらスペーサ枠５４内で振動板ユニット５
１上にセットする。なお、振動板ユニット５１とノズル
ユニット５２とは第１，第２感光性樹脂層２９，３０が
対面する方向にセットする。

【００３５】これによって、振動板ユニット５１及びノ
ズルユニット５２は固定ピン部材５６と付勢された押し
ピン部材５８との間に挟まれた状態になり、押しピン部
材５８が板ばね５９で付勢されていることで各ピン部材
５６，５８がＶ字状切欠き部５１ａ，５２ａにバランス
良く突き当たり、振動板ユニット５１及びノズルユニッ
ト５２は高精度に位置決めされる。

【００３６】そこで、加圧部材５５をセットして加圧し
ながら加熱することで、振動板ユニット５１の第１感光
性樹脂層２９とノズルユニット５２の第２感光性樹脂層
３０とを熱融着で接合する。このとき、加圧部材５５及
びスペーサ枠５４及び基台５３が密着するまで加圧する
ことによって、スペーサ枠５４の厚みを高精度に仕上げ
ていることから、所望の液室ユニット２の高さが得られ
る。

【００３７】このように、振動板、液室隔壁部材及びノ
ズル形成部材にはそれぞれＶ字状切欠き部を設けたの
で、ピン部材で位置決めして接合を行うことができ、仮
接合等を省略してメカ的に高精度に接合できてインクジ
ェットヘッドの製造コストを廉価にすることができる。

【００３８】なお、上記実施例において振動板及びノズ
ルプレートの外周部よりも液室隔壁部材の外周部を内側
に形成するようにしたときには、振動板及びノズルプレ
ートのみにＶ字状切欠き部を形成すれば足りることにな
る。

【００３９】

【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、振動板、液室隔壁部材及びノ
ズル形成部材にはそれぞれＶ字状切欠き部を有する構成
としたので、Ｖ字状切欠き部に係合するピン部材を用い
て位置決めして接合することができ、高精度の接合を廉
価に行うことができるようになる。

【００４０】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、Ｖ
字状切欠き部の底部が曲線に形成されている構成とした
ので、液室部分を大きくすることができる。

【００４１】請求項３のインクジェットヘッドの製造方
法によれば、上記請求項１又は２のインクジェットヘッ
ドを製造するインクジェットヘッドの製造方法におい
て、振動板、液室隔壁部材及びノズル形成部材の各Ｖ字
状切欠き部に係合する固定ピン部材及び付勢された押し
ピン部材を有し、これらの固定ピン部材及び押しピン部
材で振動板、液室隔壁部材及びノズル形成部材の位置決
めをした後接合する構成としたので、高精度に接合した
インクジェットヘッドを廉価に提供することができる。

【００４２】請求項４のインクジェットヘッドの製造方
法によれば、上記請求項３のインクジェットヘッドの製
造方法において、振動板、液室隔壁部材及びノズル形成
部材を載置する基台、振動板、液室隔壁部材及びノズル
形成部材の全体の高さを規制するスペーサ枠、積層され
た振動板、液室隔壁部材及びノズル形成部材を加圧する
加圧部材とを有し、基台上に載設したスペーサ枠内に振
動板、液室隔壁部材及びノズル形成部材を積層して配置
した後、加圧部材側から基台、スペーサ枠及び加圧部材
が密着するまで加圧する構成としたので、接合後の厚み
が均一になって互換性が高くなる。

【００４３】請求項５のインクジェットヘッドの製造方
法によれば、上記請求項３又は４のインクジェットヘッ
ドの製造方法において、押しピン部材はＶ字状部を有す
る板ばねで付勢する構成としたので、構成を簡素化でき
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】同ヘッドのチャンネル方向と直交する方向の要
部拡大断面図

【図３】同ヘッドのチャンネル方向の要部拡大断面図

【図４】接合治具に振動板ユニット及びノズルユニット
をセットしたときの分解斜視図

【図５】同接合治具のセット状態の平面図

【図６】同接合治具のセット状態の略断面図

【符号の説明】

１…アクチュエータユニット、２…液室ユニット、１１
…基板、１２…圧電素子、１３…フレーム部材、２８…
振動板、２９…第１感光性樹脂層、３０…第２感光性樹
脂層、３２…ノズルプレート、３３…加圧液室、３４…
共通液室。

───────────────────────────────────────────────────── 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 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 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 佐々木 勉 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 (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気機械変換素子で変位される振動板
   と、粘弾性体の積層構造からなる液室隔壁部材と、複数
   のノズルを形成したノズル形成部材とを順次積層して接
   合したインクジェットヘッドにおいて、前記振動板、液
   室隔壁部材及びノズル形成部材にはそれぞれＶ字状切欠
   き部を有する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Ｖ字状切欠き部の底部が曲線に形成され
   てい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
   ヘッドを製造するインクジェットヘッドの製造方法にお
   いて、前記振動板、液室隔壁部材及びノズル形成部材の
   各Ｖ字状切欠き部に係合する固定ピン部材及び付勢され
   た押しピン部材を有し、これらの固定ピン部材及び押し
   ピン部材で前記振動板、液室隔壁部材及びノズル形成部
   材の位置決めをした後接合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。
4. 【請求項４】 請求項３に記載のインクジェットヘッド
   の製造方法において、前記振動板、液室隔壁部材及びノ
   ズル形成部材を載置する基台、前記振動板、液室隔壁部
   材及びノズル形成部材の全体の高さを規制するスペーサ
   枠、積層された前記振動板、液室隔壁部材及びノズル形
   成部材を加圧する加圧部材とを有し、前記基台上に載設
   した前記スペーサ枠内に前記振動板、液室隔壁部材及び
   ノズル形成部材を積層して配置した後、前記加圧部材側
   から基台、スペーサ枠及び加圧部材が密着するまで加圧
   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。
5. 【請求項５】 請求項３又は４に記載のインクジェット
   ヘッドの製造方法において、前記押しピン部材はＶ字状
   部を有する板ばねで付勢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。