JP2006076128A - インクジェット記録ヘッド - Google Patents
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Abstract
【課題】 振動板の変形ばらつきがなく吐出効率に優れたインクジェット記録ヘッドを提供する。
【解決手段】 振動板12の表面には所定の寸法をもつ凹部18が所定の配置ピッチに従って設けられている。例えば本実施形態では正方形形状の凹部(1辺30μm、深さ5μm)をピッチ120μmで配置している。破線で示す範囲が圧電素子20の接着される範囲となる。すなわち凹部18は圧電素子20との接合面および周辺に設けられている。これにより図1(a)のように、振動板12と圧電素子20とを接着剤22で接合する際、余剰の接着剤22は振動板12の接着面に設けられた凹部18にて吸収される。このため余分な接着剤22が圧電素子20の周囲にはみ出して固化し、振動板12と圧電素子20との接触面積・形状がばらつくことを防ぐことができる。このため圧電素子20の変異量が一定であれば振動板12の変位も一定となり、振動板の変形ばらつきがないインクジェット記録ヘッドとすることができる。
【選択図】 図1
【解決手段】 振動板12の表面には所定の寸法をもつ凹部18が所定の配置ピッチに従って設けられている。例えば本実施形態では正方形形状の凹部(1辺30μm、深さ5μm)をピッチ120μmで配置している。破線で示す範囲が圧電素子20の接着される範囲となる。すなわち凹部18は圧電素子20との接合面および周辺に設けられている。これにより図1(a)のように、振動板12と圧電素子20とを接着剤22で接合する際、余剰の接着剤22は振動板12の接着面に設けられた凹部18にて吸収される。このため余分な接着剤22が圧電素子20の周囲にはみ出して固化し、振動板12と圧電素子20との接触面積・形状がばらつくことを防ぐことができる。このため圧電素子20の変異量が一定であれば振動板12の変位も一定となり、振動板の変形ばらつきがないインクジェット記録ヘッドとすることができる。
【選択図】 図1
Description
本発明は、インクを加圧し圧力波を発生させる振動板と、前記振動板に接着され、これを振動させる圧電素子と、を備えたインクジェット記録ヘッドに関する。
圧電型のインクジェット記録ヘッド、すなわち圧力室の一部を形成する振動板と該振動板を変形させるために接着された圧電素子を有する構造のインクジェット記録ヘッドにおいて、その接着工程において振動板と圧電素子の間で余分な接着材のはみ出しが発生する問題が存在する。
例えば図8に示すように、圧電素子100が振動板102と接着剤104で接着される際、余分な接着剤104が圧電素子100の端部にはみ出し、且つその量がばらついている。接着剤104のはみ出し部分がばらつくことにより振動板102の剛性にもばらつきが発生し、圧電素子100の変位が一定であるのに対して、個々の振動板102の変形にばらつきが発生するため、吐出されるドロップ(液滴)の特性にもばらつきが生じてしまう。
上記のような圧電素子と振動板の接着においては、例えば接着材のはみ出しを抑えるために接着材の塗布量管理を行う方法が提案されているが、効果は十分でない。
また、図9に示すように振動板106の接合面にアイランド部(凸段差)108を設け、はみ出した接着剤104をアイランド部108の側壁に収納し、振動板106の変異量のばらつきを抑える構造も提案されている。しかし、この構造では振動板106の接合面(活性部)のみが厚くなり、周辺の不活性部の剛性が相対的に低下するので、圧電素子による加圧の際、圧力室の加圧効率が低下してしまう。
あるいは図10のように、振動板の圧電素子との接合部にはみ出した接着材逃げのためのアイランド部211を設け、その内部に凹部212を設けることで、振動板210へ流れ出る接着剤204を凹部212が吸収し、振動板210への接着剤204の流れ出しを阻止する方法も提案されている(例えば、特許文献1参照)。
また、はみ出した接着剤を収容する凹部を圧電素子側に設けた例も存在する。例えば図11に示すように、振動板304と圧電素子303とを接着する際の余剰の接着剤305を収容する収容手段として圧電素子303端部の全周縁にわたり、逃げ溝315が形成されている。この逃げ溝315が流出する接着剤305を吸収し、各圧電素子303の端面から流出した接着剤305があふれ出すことを防ぐことができる(例えば、特許文献2参照)。
あるいは圧電素子の活性部のみに塗布された接着剤が活性部から周囲の不活性部の領域にはみ出すことを防止するため、活性部の両側に接着逃げ溝を設けることにより、はみ出した接着剤が隣接する不活性部まで流出することなく接着剤逃げ溝に流れ込むような接着剤逃げ溝を形成する方法も提案されている(例えば、特許文献3参照)。
しかし特許文献1のようにアイランド部に凹部を設ける方法では振動板の接合面(活性部)のみが厚くなり、周辺の不活性部の剛性が相対的に低下するので、圧電素子による加圧の際、圧力室の加圧効率が低下する問題は解決できない。
また特許文献2、3のように圧電素子側に凹部を設けることにより、振動板側に凹凸を設ける必要はなくなる替わりに圧電素子の加工が必要となるので、加工コストと加工時間がかかるようになる。
そこで本発明は、圧電素子との接合面にあたる振動板表面に凹み形状を設けることにより、圧電素子周囲への接着材はみ出しを抑制する。これにより振動板の変形ばらつきがなくなり、吐出されるドロップ(液滴)の均一性を確保できる。これにより、従来採用されていた圧電素子接合部に接着材逃げのためのアイランド、あるいは接合面端部のみの段差形状を設ける必要がなくなり、また振動板が均一に変位することにより、ドロップ(液滴)の吐出効率も向上する。
また、振動板の応力/変形特性を凹み形状で制御できるため、例えば、圧電素子の不活性部にあたる振動板周辺部分の剛性を大きくすることができ、作製時のハンドリング性向上、振動板材料のピンホール回避においても効果が得られる。
特開2003―39669号公報 (図4、第4〜5頁)
特開平11―320875号公報 (図1、第3〜5頁)
特開平6―188472号公報 (図7、第3〜4頁)
本発明は上記事実を考慮し、振動板の変形ばらつきがなく吐出効率に優れたインクジェット記録ヘッドを提供することを目的とする。
請求項1に記載のインクジェット記録ヘッドは、インクを加圧し圧力波を発生させる振動板と、前記振動板に接着され、これを振動させる圧電素子と、を備えたインクジェット記録ヘッドであって、前記振動板の、前記圧電素子との接着面に凹部を形成したことを特徴とする。
上記構成の発明では、接着剤のはみ出しによる振動版の変形のばらつきを抑えることができ、接着材の逃げとしての圧電素子との接着部のアイランド(凸部)形成や圧電素子側の逃げの段差を設ける必要がないので、その形状から発生する応力集中を防ぎ、長寿命で吐出効率に優れたインクジェット記録ヘッドとすることができる。
請求項2に記載のインクジェット記録ヘッドは、 インクを加圧し圧力波を発生させる振動板と、前記振動板に接着され、これを振動させる圧電素子と、を備えたインクジェット記録ヘッドであって、前記振動板の、前記圧電素子との接着面およびその周囲に凹部を形成したことを特徴とする。
上記構成の発明では、凹部を圧電素子との接着面およびその周囲に形成したことにより、接着面の周囲すなわち不活性部と接着面である活性部との強度が不連続に変化し振動板の変形に影響することを防ぐことができる。
請求項3に記載のインクジェット記録ヘッドは、インクを加圧し圧力波を発生させる振動板と、前記振動板に接着され、これを振動させる圧電素子と、を備えたインクジェット記録ヘッドであって、前記振動板の、前記圧電素子との接着面側全面に凹部を形成したことを特徴とする。
上記構成の発明では、凹部を振動板の全面に形成したことにより、振動板にアイランド端や凹部の有無のような不連続点を持たないため振動板の信頼性を確保できる。
請求項4に記載のインクジェット記録ヘッドは、前記凹部の配置ピッチは均一であることを特徴とする。
上記構成の発明では、凹部の配置ピッチが均一であるためパターンも単純であり、要求される位置合わせ精度も抑えることができる。
請求項5に記載のインクジェット記録ヘッドは、前記凹部の配置ピッチは連続的に変化することを特徴とする。
上記構成の発明では、凹部の配置ピッチを連続的に変化させることで、振動板の剛性を配置ピッチにあわせて任意に変化させることができるので振動板の応力/変形特性を所望の特性に制御可能となる。
請求項6に記載のインクジェット記録ヘッドは、前記凹部の寸法は均一であることを特徴とする。
上記構成の発明では、凹部の寸法が均一であるためパターンも単純であり、使用するマスク等もコストを抑えることができる。
請求項7に記載のインクジェット記録ヘッドは、前記凹部の寸法は連続的に変化することを特徴とする。
上記構成の発明では、、凹部の寸法を連続的に変化させることで、振動板の剛性を凹部の寸法にあわせて任意に変化させることができるので振動板の応力/変形特性を所望の特性に制御可能となる。
請求項8に記載のインクジェット記録ヘッドは、前記凹部同士を連通する連通路を備えたことを特徴とする。
上記構成の発明では、凹部同士を連通する連通路によって、部分的に接着剤の量が過剰になり、個別の凹部で吸収しきれない量の接着剤にも周囲の凹部に逃がすことで対応できる。
請求項9に記載のインクジェット記録ヘッドは、前記連通路により連通された凹部のうち少なくとも一つが大気と連通していることを特徴とする。
上記構成の発明では、接着剤が凝固する際に発生するアウトガスの量が多い場合でも連通路を経由して凹部から大気中に排気することで対応できる。
請求項10に記載のインクジェット記録ヘッドは、前記凹部はエッチングにより形成されることを特徴とする。
上記構成の発明では、振動板に凹部を形成する際にマスクパターンの変更と、振動板のエッチング深さの変更で足りるため、新たな工程の追加が不要となり製造コスト・時間を節約することができる。
本発明は上記構成としたので、振動板の変形ばらつきがなく吐出効率に優れたインクジェット記録ヘッドとすることができた。
図1には、本発明の第1実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの振動板の構造が示されている。
図1(a)(b)に示すように、振動板12の表面には所定の寸法をもつ凹部18が所定の配置ピッチに従って設けられている。例えば本実施形態ではSUSを材質とする厚さ約20μmの振動板12上に、正方形形状の凹部(1辺30μm、深さ5μm)をピッチ120μmで配置している。この上に素子サイズ600μm四方、厚さ約35μmの圧電素子20を接着する。破線で示す範囲が圧電素子20の接着される範囲となる。すなわち凹部18は圧電素子20との接合面および周辺に設けられている。
これにより図1(a)のように、振動板12と圧電素子20とを接着剤22で接合する際、余剰の接着剤22は振動板12の接着面に設けられた凹部18にて吸収される。このため余分な接着剤22が圧電素子20の周囲にはみ出して固化し、振動板12と圧電素子20との接触面積・形状がばらつくことを防ぐことができる。
このため圧電素子20の変異量が一定であれば振動板12の変位も一定となり、振動板の変形ばらつきがないインクジェット記録ヘッドとすることができる。
また、凹部18の形状は本実施形態のような正方形に限らず円、長方形、三角など様々な形状を目的やコスト等に応じて選択・適用することができるのは言うまでもない。
図2には、本発明の第2実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの振動板の構造が示されている。
図2に示すように、振動板12の表面に所定の寸法をもつ凹部18が所定の配置ピッチに従って設けられている点は第1実施形態と同様である。破線で示す範囲が圧電素子20の接着される範囲となるが、本実施形態においては凹部18は圧電素子20との接合面および周辺に限らず、圧電素子20と接合する側の面全体にわたって設けられている。
本実施形態において凹部18は全面で同じ形状、同じ配置ピッチとしてもよいが、意識的に凹部18の形状あるいは配置ピッチ、または両方を場所によって変えることで、圧電素子20と接合する活性部と周辺の不活性部の剛性に変化をもたせることができる。
たとえば振動板12の不活性部の凹部18を浅く、あるいはピッチを粗くするなどして振動板12の不活性部の剛性を活性部に比較して相対的に高めることで、加工作業時のハンドリング性向上、振動板材料のピンホール回避などの効果をもたせながら吐出効率の高いインクジェット記録ヘッドとすることができる。
図3には、本発明の第3実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの振動板の構造が示されている。
図3に示すように、振動板12の表面にはメッシュ状の凹部18が所定の寸法、所定の配置ピッチで設けられている。例えば本実施形態では幅15μm、深さ5μmの凹部18が配置ピッチ120μmで圧電素子20との接合面および周辺をカバーする形状に設けられている。
本実施形態のようにメッシュ(網目)形状の凹部18であれば、振動板12と圧電素子20とを接着する際に接着剤22が局所的に多量であっても、凹部18同士がすべて連通しているので速やかに接合面全体に接着剤22が行き渡り、接着剤22のはみ出し・ばらつきを抑えることができる。
本実施形態においても第2実施形態と同様、意識的に凹部18の形状(深さ、幅)あるいは配置ピッチ、または両方を場所によって変えることで、圧電素子20と接合する活性部と周辺の不活性部の剛性に変化をもたせることができる。
図4には、本発明の第4実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの振動板の構造が示されている。
図4に示すように、振動板12の表面には同心円形状の凹部18が所定の寸法、所定の配置ピッチで設けられている。本実施形態では圧電素子20の形状が円または楕円であった場合、これに適合する形状の凹部18を設けることで接着剤22が圧電素子20の周囲にはみ出して固化し、振動板12と圧電素子20との接触面積・形状がばらつくことを防ぐことができる。
本実施形態では凹部18は同心円状としたが、レコード盤の溝のような螺旋形状でも、あるいは蜘蛛の巣状に放射状の溝と併用するなど様々な変形例でも同様の効果を得ることができる。
また本実施形態においても第2実施形態と同様、意識的に凹部18の形状(深さ、幅)あるいは配置ピッチ、または両方を場所によって変えることで、圧電素子20と接合する活性部と周辺の不活性部の剛性に変化をもたせることができる。
図5には、本発明に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法が示されている。
まず図5(a)に示されているように、振動板12の圧電素子接合側面にレジスト14Aを塗布し、ワークアライメント用基準穴16と接着剤逃げ凹部18用のパターニングをする。圧力室側は全面にレジスト14Bを塗布する。
次に図5(b)のように振動板12の圧電素子接合側をエッチングする。これにより凹部18が形成される。
次いで図5(c)のように振動板12の圧電素子接合側のレジスト14Bを除去する。振動板12の圧力室側にレジスト14Dを塗布し、基準穴16用のパターニングをする。圧電素子接合側は全面にレジスト14Cを塗布する。
次に図5(d)のように振動板12を圧力室側からエッチングする。これにより基準穴16(貫通孔)が形成される。
最後に図5(e)のように圧電素子接合側、圧力室側のレジスト14C、14Dを除去し、振動板12が形成される。この場合は、例えば幅800μmの圧電素子に対して凹部18は幅15μm、深さ5μmとする。
ここで、凹部18の深さが振動板12の板厚の1/2以上の深さであった場合は、以下に示すように振動板12に対するエッチングを両面から同時に行うようにしてもよい。
図6には、本発明に係るインクジェット記録ヘッドの別形態における製造方法が示されている。
まず図6(a)に示されているように、振動板12の圧電素子接合側面にレジスト14
A、圧力室側面にレジスト14Bを塗布し、それぞれ凹部18,基準穴16用にパターニングを行う。
A、圧力室側面にレジスト14Bを塗布し、それぞれ凹部18,基準穴16用にパターニングを行う。
次に図6(b)のように振動板12の両面から同時にエッチングを行う。このとき、基準穴16用のエッチングパターンの幅が図5(a)に比較して狭いのは、エッチングの進行と共に横方向にもエッチングが進み穴の径が拡大する、いわゆるオーバーエッチを防ぐためである。
最後に図6(c)のようにエッチング終了後、レジスト14Aおよびレジスト14Bを除去する。
図7には、本発明に係る振動板と圧電素子の接着方法が示されている。
図7に示すように、剛体板26上に樹脂層24を挟んで圧電素子20が固定されている。圧電素子20には振動板12と接触する側に接着剤22が塗布されており、インク流路の形成を終えた振動板12と圧接される。
このとき振動板12には、前述のように過剰な接着剤22を吸収する凹部18が設けられているので、接着の際に接着剤22が圧電素子20の周囲にはみ出して振動板12の活性部周辺に剛性のばらつきが起こることはない。
10 インクジェット記録ヘッド
12 振動板
16 基準穴
18 凹部
20 圧電素子
22 接着剤
12 振動板
16 基準穴
18 凹部
20 圧電素子
22 接着剤
Claims (10)
- インクを加圧し圧力波を発生させる振動板と、
前記振動板に接着され、これを振動させる圧電素子と、
を備えたインクジェット記録ヘッドであって、
前記振動板の、前記圧電素子との接着面に凹部を形成したことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
- インクを加圧し圧力波を発生させる振動板と、
前記振動板に接着され、これを振動させる圧電素子と、
を備えたインクジェット記録ヘッドであって、
前記振動板の、前記圧電素子との接着面およびその周囲に凹部を形成したことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
- インクを加圧し圧力波を発生させる振動板と、
前記振動板に接着され、これを振動させる圧電素子と、
を備えたインクジェット記録ヘッドであって、
前記振動板の、前記圧電素子との接着面側全面に凹部を形成したことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
- 前記凹部の配置ピッチは均一であることを特徴とする請求項1乃至請求項3に記載のインクジェット記録ヘッド。
- 前記凹部の配置ピッチは連続的に変化することを特徴とする請求項1乃至請求項3に記載のインクジェット記録ヘッド。
- 前記凹部の寸法は均一であることを特徴とする請求項1乃至請求項5に記載のインクジェット記録ヘッド。
- 前記凹部の寸法は連続的に変化することを特徴とする請求項1乃至請求項5に記載のインクジェット記録ヘッド。
- 前記凹部同士を連通する連通路を備えたことを特徴とする請求項1乃至請求項7に記載のインクジェット記録ヘッド。
- 前記連通路により連通された凹部のうち少なくとも一つが大気と連通していることを特徴とする請求項8に記載のインクジェット記録ヘッド。
- 前記凹部はエッチングにより形成されることを特徴とする請求項1乃至請求項9に記載のインクジェット記録ヘッド。
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