JPH11198371A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属材料で振動板を形成した場合に金属イオ
ンの溶出が生じる。 【解決手段】 振動板３１と基板１１上のＧＮＤ電極２
４とを導電性接着剤５８で電気的に接続した。

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
ドに関し、特に振動板を用いるインクジェットヘッドに
関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、プリンタ、ファクシミリ、複写
装置等に用いられるインクジェット記録装置の記録ヘッ
ドを構成するインクジェットヘッドとして、インク滴を
吐出する複数のノズル孔と、各ノズル孔に対応するイン
ク液室（「加圧液室」ともいう。）と、このインク液室
内のインクを加圧する圧電素子等の電気機械変換素子や
ヒータ等の電気熱変換素子などのエネルギー発生手段を
備え、エネルギー発生手段を記録信号に応じて駆動する
ことで所要のインク液室内のインクを加圧してノズル孔
からインク滴を噴射させるものである。

【０００３】このようなインクジェットヘッドとして、
従来、例えば特開平９−７６５３４号公報に記載されて
いるように、絶縁性基板上に積層型圧電素子を配列し、
この圧電素子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
加圧されるインク液室及びこのインク液室にインクを供
給するインク供給路等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
形成部材を積層したものが知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、積層型圧電
素子は圧電体の積層界面に電極層として銀−パラジウム
等の合金を介して積層され、且つこれらの金属が層間の
圧電体を接合する役割を持っている。このような構成は
金属板からなる振動板を接合した積層型圧電素子の最上
層でも同様なことが言え、振動板は１つの電極層となっ
て容量結合により電気的なイオンが蓄積される。

【０００５】そのため、圧電素子に駆動電圧を印加した
ときに振動板に微小電流が流れ、振動板に流れた電流は
インクを伝わって、ヘッド外部のインクタンクのインク
液中に構成されているインク残量検知用のＧＮＤ電極に
流れる。これによって、振動板の金属イオン、例えば振
動板をニッケルで形成している場合にはＮiイオンが流
れ出すことになる。

【０００６】ところが、振動板には効率的に圧電素子の
変位をインク液室に伝達するため、数μｍ程度の薄層の
ダイアフラム部を形成しているので、イオン流出が起こ
るとダイアフラム部には簡単に穴が明くことになる。こ
のように振動板に穴が明くと、インク液室内のインクが
圧電素子の周囲に浸入して圧電機能を減殺し、その結果
吐出不良が発生する。

【０００７】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、金属製の振動板の溶解を防止して長期的に安定し
たインク滴噴射を行えるインクジェットヘッドを提供す
ることを目的とする。

【０００８】

【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、基板上に配置
した電気機械変換素子による変位で振動板を介してイン
ク液室内のインクを加圧してノズルからインク滴を吐出
させるインクジェットヘッドにおいて、前記振動板を前
記基板上に形成したＧＮＤ電極に電気的に接続した構成
とした。

【０００９】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、前記基板に
貫通穴を形成して、この貫通穴内に前記振動板とＧＮＤ
電極とを電気的に接続する液状導電性接着剤を充填して
硬化させた構成とした。

【００１０】請求項３のインクジェットヘッドは、上記
請求項２のインクジェットヘッドにおいて、前記導電性
接着剤が一液性熱硬化型導電性接着剤である構成とし
た。

【００１１】

【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一例を示す分解斜視図、図２は同ヘ
ッドの列間方向の要部拡大断面図、図３は同ヘッドのチ
ャンネル間方向の要部拡大断面図である。

【００１２】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、チタン酸バリウム系セラミッ
クからなる基板１１上に、複数の積層型圧電素子１２を
列状に２列配置して接合し、これら２列の各圧電素子１
２の周囲を取り囲む樹脂、セラミック等からなるフレー
ム部材１３を接着剤によって接合している。複数の圧電
素子１２は、インクを液滴化して飛翔させるための駆動
パルスが与えられる圧電素子（これを「駆動部」とい
う。）１７，１７…と、駆動部１７，１７間に位置し、
駆動パルスが与えられずに単に液室ユニット２を基板１
１に固定する液室支柱部材となる圧電素子（これを「非
駆動部」という。）１８，１８…とを交互に構成する。

【００１３】ここで、圧電素子１２としては１０層以上
の積層型圧電素子を用いている。この積層型圧電素子
は、図２に示すように、厚さ１０〜５０μｍ／１層のチ
タン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）２０と、厚さ数μｍ／１
層の銀・パラジューム（ＡgＰd）からなる内部電極２１
とを交互に積層したものである。

【００１４】各圧電素子１２の内部電極２１は１層おき
にＡgＰdからなる左右の端面電極２２，２３（２つの圧
電素子列の対向する面側を端面電極２２とし、対向しな
い面側を端面電極２３とする。）に接続している。一
方、基板１１上には、図１に示すようにＮi・Ａu蒸着、
Ａuメッキ、ＡgＰtペースト印刷、ＡgＰdペースト印刷
等によって共通電極２４及び個別電極２５の各パターン
を設けている。

【００１５】そして、各列の各圧電素子１２の対向する
端面電極２２を導電性接着剤２６を介して共通電極２４
に接続し、他方、各列の各圧電素子１２の対向しない端
面電極２３を同じく導電性接着剤２６を介してそれぞれ
個別電極２５に接続している。これにより、駆動部１７
に駆動電圧を与えることによって、積層方向に電界が発
生して、駆動部１７には積層方向の伸びの変位（ｄ３３
方向の変位）が生起される。なお、共通電極２４は、図
２にも示すように、フレーム部材１３に設けた穴１３ａ
内に導電性接着剤２６を充填することで各圧電素子に接
続されたパターンの導通を取っている。

【００１６】一方、液室ユニット２は、金属材料、樹脂
等からなる振動板３１と、ドライフィルムレジスト（Ｄ
ＦＲ）からなる感光性樹脂層で形成した２層構造の液室
隔壁部材３２と、金属材料からなるノズルプレート３３
とを順次を積層し、熱融着して形成している。これらの
各部材によって、１つの圧電素子１２（駆動部１７）
と、この１つの圧電素子１２に対応するダイアフラム部
３４と、各ダイアフラム部３４を介して加圧される加圧
液室３５と、この加圧液室３５の両側に位置して加圧液
室３５に供給するインクを導入する共通液室３６，３６
と、加圧液室３５と共通液室３６，３６とを連通するイ
ンク供給路３７，３７と、加圧液室３５に連通するノズ
ル３８とによって１つのチャンネルを形成し、このチャ
ンネルを複数個２列設けている。

【００１７】振動板３１は、金属材料、例えば電鋳工法
によるＮiメッキ膜で形成したもので、駆動部１７に対
応する前記ダイアフラム部３４と、非駆動部１８に接合
する梁４１及びフレーム部材１３に接合するベース４２
とを形成している。ダイアフラム部３４は、駆動部１７
に接合する島状凸部４３と、この凸部４３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）４４とからなる。

【００１８】液室隔壁部材３２は、振動板３１側に予め
ドライフィルムレジストをラミネートして所要のマスク
を用いて露光し、現像して所定の液室パターンを形成し
た第１感光性樹脂層４５と、ノズルプレート３３側に予
めドライフィルムレジストをラミネートして所要のマス
クを用いて露光し、現像して所定の液室パターンを形成
した第２感光性樹脂層４６とを熱圧着で接合してなる。

【００１９】ノズルプレート３３は金属材料、例えば電
鋳工法によるＮiメッキ膜等で形成したもので、インク
滴を飛翔させるための微細な吐出口であるノズル３８を
多数を形成している。このノズル３８の内部形状（内側
形状）は、ホーン形状（略円柱形状又は略円錘台形状で
もよい。）に形成している。また、このノズル３８の径
はインク滴出口側の直径で約２５〜３５μｍである。

【００２０】このノズルプレート３３のインク吐出面
（ノズル表面側）は、図１に示すように撥水性の表面処
理を施した撥水処理層４７としている。例えば、ＰＴＦ
Ｅ−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した撥水処理
膜を設けて、インクの滴形状、飛翔特性を安定化し、高
品位の画像品質を得られるようにしている。

【００２１】なお、駆動ユニット１の基板１１と圧電素
子１２及びフレーム部材１３とは接着剤４９で接合して
組付け、また、液室ユニット２も駆動ユニット１とは別
個に加工、組立を行なった後、液室ユニット２の振動板
３１と駆動ユニット１の圧電素子１２及びフレーム部材
１３とを接着剤５０で接合してインクジェットヘッドと
している。

【００２２】ここで、フレーム部材１３には、図４にも
示すように基板１１上の共通電極（ＧＮＤ電極）２４に
対応する位置に貫通穴１３ｂを形成して、この貫通穴１
３ｂ内に導電性接着剤５８を充填し、振動板３１を基板
１１上の共通電極（ＧＮＤ電極）２４に電気的に接続し
ている。この場合、駆動ユニット１と液室ユニット２と
を接合する際に、ユニット間を接着する接着剤５０を駆
動ユニット１の接合面に塗布した後貫通穴１３ｂ内に導
電性接着剤５８を接合面まで充填して、ユニット間接合
を行なう。

【００２３】導電性接着剤５８としては液状導電性接着
剤を用いることで電気的接続の信頼性を確保することが
でき、また、液状導電性接着剤として一液性熱硬化型導
電性接着剤を用いることで作業性を向上することができ
る。

【００２４】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）５１上に支持して保持
し、このスペーサ部材５１内に配設したヘッド駆動用Ｉ
Ｃ等を有するＰＣＢ５２と駆動ユニット１の各圧電素子
１２（駆動部１７）に接続した各電極２４，２５とをＦ
ＰＣケーブル５３，５３を介して接続している。

【００２５】また、ノズルカバー３は、ノズルプレート
３３の周縁部及びヘッド側面を覆う箱状に形成した金属
材料からなり、ノズルプレート３３の撥水処理層４７に
対応して開口部を形成し、ノズルプレート３３の周縁部
に接着剤にて接合している。さらに、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５１、基板１
１、フレーム部材１３及び振動板３１にそれぞれインク
供給穴５４〜５７を設けている。

【００２６】このように構成した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３１
のダイアフラム部３４を介して加圧液室３５が加圧され
て圧力が上昇し、ノズル３８からインク滴が吐出され
る。このとき、加圧液室３５から共通液室３６へ通じる
インク供給路３７，３７方向へもインクの流れが発生す
るが、インク供給路３７，３７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３６，３６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。

【００２７】その後、インク滴吐出の終了に伴い、加圧
液室３５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３４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３６，３６に
流入し、共通液室３６，３６からインク供給路３７，３
７を経て加圧液室３５内に充填される。そして、ノズル
３８の出口付近のインクメニスカス面の振動が減衰し、
表面張力によってノズル３８の出口付近に戻されて（リ
フィル）安定状態に至れば、次のインク滴吐出動作に移
行する。

【００２８】次に、このインクジェットヘッドの作用に
ついて図５乃至図７をも参照して説明する。先ず、図５
を参照して、インクジェットヘッドを駆動するときには
圧電素子１２の端面電極２２，２３間に図６（ａ）に示
すような駆動電圧パルスＶｐを印加すると、振動板３１
には同図（ｂ）に示すような微小な誘起電流が流れる。
これは、圧電素子１２の最上層に接合した振動板３１を
金属材料で形成した場合、振動板３１が一種の電極材と
なって圧電素子１２と容量結合で電気的に接続されてい
るために駆動電圧パルスで電圧が誘起されることに原因
がある。

【００２９】ここで、同図に示すように振動板３１と基
板１１上の共通電極２４（ＧＮＤ電極）が接続されてい
ないと、振動板３１に流れる誘起電流はインクを伝わっ
て、インクジェットヘッドにインクを供給するためのイ
ンクタンク（インクカートリッジ）のインク液中に構成
されているインク残量検知用ＧＮＤ電極５９に流れ、こ
れにより、振動板３１がインク中で電気分解を起こして
金属イオンが溶出し、振動板３１の最も薄いダイアフラ
ム領域４４に穴（ピンホール）が明いてインクが圧電素
子１２側に流出し、圧電素子１２が駆動されなくなる。

【００３０】これに対して、上記実施例のように振動板
３１をＧＮＤ電極（共通電極２４）と電気的に接続して
接地することによって、図７に示すように振動板３１に
誘起された電流はアースに流れることになるので、誘起
電圧によって振動板３１の金属イオンがインク中に溶出
することが防止され、振動板３１が溶解して穴が明くこ
とが防止される。したがって、振動板の長期信頼性が向
上し、安定した印写品質を確保することができる。

【００３１】

【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、振動板を基板上に形成したＧ
ＮＤ電極に電気的に接続したので、振動板が電気分解さ
れてピンホール欠陥を発生することが防止され、ヘッド
の長期信頼性を確保することができる。

【００３２】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、基
板に貫通穴を形成して、この貫通穴内に振動板とＧＮＤ
電極とを電気的に接続する液状導電性接着剤を充填して
硬化させた構成としたので、電気的接続の信頼性を確保
できる。

【００３３】請求項３のインクジェットヘッドによれ
ば、上記請求項２のインクジェットヘッドにおいて、導
電性接着剤が一液性熱硬化型導電性接着剤である構成と
したので、作業性が向上する。

【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一例
を示す分解斜視図

【図２】同ヘッドの列間方向の要部拡大断面図

【図３】同ヘッドのチャンネル間方向の要部拡大断面図

【図４】同ヘッドの要部拡大断面図

【図５】振動板の誘起電流の流れの説明に供する説明図

【図６】駆動電圧パルスと振動板の誘起電流の説明に供
する説明図

【図７】同ヘッドの作用説明に供する説明図

【符号の説明】

１…駆動ユニット、２…液室ユニット、３…ノズルカバ
ー、１１…基板、１２…圧電素子、１３…フレーム部
材、１３ｂ…貫通穴、２４…共通電極（ＧＮＤ電極）、
３１…振動板、３２…液室隔壁部材、３３…ノズルプレ
ート、５８…導電性接着剤。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に配置した電気機械変換素子によ
   る変位で振動板を介してインク液室内のインクを加圧し
   てノズルからインク滴を吐出させるインクジェットヘッ
   ドにおいて、前記振動板を前記基板上に形成したＧＮＤ
   電極に電気的に接続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、前記基板に貫通穴を形成して、この貫通穴内
   に前記振動板とＧＮＤ電極とを電気的に接続する液状導
   電性接着剤を充填して硬化させた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２に記載のインクジェットヘッド
   において、前記導電性接着剤が一液性熱硬化型導電性接
   着剤であることを特徴とするインクジェットヘッド。