JP2006076128A - インクジェット記録ヘッド - Google Patents

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

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。

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。

本発明の第１形態に係るインクジェット記録ヘッドの構造を示す平面図および断面図である。 本発明の第２形態に係るインクジェット記録ヘッドの構造を示す平面図である。 本発明の第３形態に係るインクジェット記録ヘッドの構造を示す平面図である。 本発明の第４形態に係るインクジェット記録ヘッドの構造を示す平面図である。 本発明に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。 本発明に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。 本発明に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。 従来のインクジェット記録ヘッドの構造を示す図である。 従来のインクジェット記録ヘッドの構造を示す図である。 従来のインクジェット記録ヘッドの構造を示す図である。 従来のインクジェット記録ヘッドの構造を示す図である。

符号の説明

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

Claims (10)

1. 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。
   
2. 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。
   
3. 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。
   
4. 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。
   
5. 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。
   
6. 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。
   
7. 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。
   
8. 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。
   
9. 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。
   
10. 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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