JP2008265091A - 液滴吐出ヘッド、液滴吐出ヘッドの製造方法及び液滴吐出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】残存領域の変形を防ぐことを課題とする。
【解決手段】圧電素子46のプレートに共通電極48及び個別電極50が形成された圧電体プレート58が、残存領域44を切り残されて各圧力室14毎に個別化された圧電体42を備えるインクジェット記録ヘッド74において、圧電体42を構成する圧電素子46の連結片46Aが残存領域44と連結され、残存領域44の個別電極50は一部又は全部が取り除かれている。
【選択図】図4
【解決手段】圧電素子46のプレートに共通電極48及び個別電極50が形成された圧電体プレート58が、残存領域44を切り残されて各圧力室14毎に個別化された圧電体42を備えるインクジェット記録ヘッド74において、圧電体42を構成する圧電素子46の連結片46Aが残存領域44と連結され、残存領域44の個別電極50は一部又は全部が取り除かれている。
【選択図】図4
Description
本発明は、液体を吐出するノズルを備えた液滴吐出ヘッドと、液滴吐出ヘッドの製造方法と、この液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置に関する。
複数のノズルからインク滴を吐出し、記録用紙等の記録媒体に画像(文字を含む)を記録するインクジェット記録装置(液滴吐出装置)は、インクジェット記録ヘッド(液滴吐出ヘッド)の圧力室を構成する振動板を変位させることによって、その圧力室内に充填されているインクをノズルから吐出させるようになっている。
振動板上には圧電素子が設けられており、圧電素子に電圧を印加することで、圧電素子が変形して振動板を変位させる構成となっている。この圧電素子は、各圧力室に対応させて個別化することによって、圧電素子の変形効率が良くなることが知られている(特許文献1参照)。
特許第3522163号
ところで、圧電素子プレートの上下面に電極が形成された圧電体プレートをブラスト加工し、個別化してから圧電体を形成する場合、各圧電体プレートの加工領域を均一にするため、圧電体と隣接して残存領域を形成する。
本発明は、この残存領域の変形を防ぐことを課題とする。
請求項1に記載の本発明は、圧電素子プレートの上下面に電極が形成された圧電体プレートを加工して、各圧力室毎に個別化された圧電体と切り残された残存領域とを備える液滴吐出ヘッドにおいて、前記圧電体を構成する圧電素子は前記残存領域と連結され、該残存領域の電極は一部又は全部が取り除かれていることを特徴徴としている。
請求項2に記載の本発明は、前記残存領域は、隣接する他の残存領域と連結されていることを特徴としている。
請求項3に記載の本発明は、圧電素子プレートの上下面に電極が形成された圧電体プレートを、固定基板に貼り付ける第1工程と、各圧力室毎に個別化された圧電体に切り分けると共に、前記圧電体と連結された残存領域を残す第2工程と、前記圧電体及び前記残存領域を、前記圧力室を構成する振動板に接合する第3工程と、前記圧電体と連結している前記残存領域の電極の一部又は全部を除去する第4工程と、を有することを特徴としている。
請求項4に記載の本発明は、圧電素子プレートの上下面に電極が形成された圧電体プレートから、圧電体と連結している残存領域の電極の一部又は全部を除去する第1工程と、前記圧電体プレートの残存領域の電極が除去された側を固定基板に貼り付ける第2工程と、各圧力室毎に個別化された圧電体に切り分けると共に、前記圧電体と連結された残存領域を残す第3工程と、前記圧電体及び前記残存領域を、前記圧力室を構成する振動板に接合する第4工程と、を有することを特徴としている。
請求項5に記載の本発明は、請求項1又は請求項2に記載の液滴吐出ヘッドを備えたことを特徴としている。
請求項1に記載の発明では、残存領域は圧電体を構成する圧電素子と連結されているため、本構成を有していない場合と比較して、ブラスト加工によって圧電体を個別化するとき、ブラストマスクがずれて、残存領域が剥離したり形状が変形したりする恐れがない。
請求項2に記載の発明では、残存領域同士を連結させることで、本構成を有していない場合と比較して、残存領域を形成するブラストマスクの剛性が高まり、個々の残存領域の形状が変形するのをさらに防げる。
請求項3に記載の発明では、圧電体と残存領域を連結させた状態で、ブラスト加工によって圧電体と残存領域を圧電体プレートから切り分けた後、振動板に接合して、圧電体と連結している残存領域の一部又は全部の電極を除去するので、本構成を有していない場合と比較して、加工時に残存領域の形状が変形しない。
請求項4に記載の発明では、圧電体と連結する残存領域の一部又は全部の電極を除去してから、圧電体と残存領域を連結させた状態で、ブラスト加工によって圧電体と残存領域を圧電素子プレートから切り分けるので、本構成を有していない場合と比較して、振動板に圧電体と残存領域を接合した後、電極を取り除く作業が不要となる。
請求項5に記載の発明では、本構成を有していない場合と比較して、残存領域の形状が変形していない液滴吐出ヘッドが得られる。
以下、本発明の第1の実施の形態に係るインクジェット記録ヘッド74について説明する。まず、インクジェット記録ヘッド74が搭載されたインクジェット記録装置70の概要を説明する。
なお、記録媒体は記録紙Pとし、記録紙Pのインクジェット記録装置70における搬送方向を副走査方向として矢印Sで表し、その搬送方向と直交する方向を主走査方向として矢印Mで表す。
図1に示すように、インクジェット記録装置70は、ブラック、イエロー、マゼンタ、シアンの各インクジェット記録ユニット72を搭載するキャリッジ76を備えている。このキャリッジ76の記録紙Pの搬送方向上流側には、ブラケット78が突設されており、このブラケット78には円形状の開孔78Aが穿設されている。そして、この開孔78Aに、主走査方向に架設されたシャフト80が挿通されている。
主走査方向の両端側には、主走査機構82を構成する駆動プーリー84と従動プーリー86が配設されている。この駆動プーリー84と従動プーリー86にはタイミングベルト88が巻回されており、タイミングベルト88の一部にキャリッジ76に固定され、キャリッジ76が主走査方向に往復移動可能となっている。
また、インクジェット記録装置70には、搬送ローラ90及び排出ローラ92からなる副走査機構94が設けられており、画像印刷前の記録紙Pが束の状態で置かれる給紙トレイ96から、記録紙Pが1枚ずつ給紙され、所定のピッチで副走査方向へ搬送される。
さらに、図2に示すように、各色のインクジェット記録ユニット72は、インクジェット記録ヘッド74と、それにインクを供給するインクタンク98とが一体に構成されたものであり、インクジェット記録ヘッド74の下面に形成された複数のノズル10(図3(B)参照)が、記録紙Pと対向するようにキャリッジ76(図1参照)上に搭載される。
したがって、インクジェット記録ヘッド74が主走査機構82(図1参照)によって主走査方向に移動しながら、記録紙Pに対してノズル10から選択的にインク滴を吐出することにより、所定のバンド領域BEに対して画像データに基づく画像の一部が記録される。
そして、主走査方向への1回の移動が終了すると、記録紙Pは、副走査機構94(図1参照)によって副走査方向に所定ピッチ搬送され、再びインクジェット記録ヘッド74(インクジェット記録ユニット72)が主走査方向(前述とは反対方向)に移動しながら、次のバンド領域に対して画像データに基づく画像の一部が記録されるようになっている。このような動作を複数回繰り返すことによって、記録紙Pに画像データに基づく全体画像がフルカラーで記録される。
次に、本発明の実施の形態に係るインクジェット記録ヘッドの構成について説明する。
図3(A)、(B)に示すように、インクジェット記録ヘッド74には、インクタンク98(図2参照)からインクが供給される共通インク室20が備えられている。この共通インク室20には開口部18が設けられており、インク供給路16を介して圧力室14が連通し、共通インク室20内のインクが供給されるようになっている。
また、インクジェット記録ヘッド74には、マトリックス状に配置された複数のノズル10が備えられており、ノズル連通室12を介して圧力室14と連通している。この圧力室14の上面には上下方向に弾性を有する振動板30が設けられており、圧力室14に対応する振動板30の上面には、図5に示すように、圧電体42がマトリックス状に配置されている。
この圧電体42は、全て略同一形状を成しており、図4(A)に示すように、長方形状の圧力室14よりも一回り小さく形成され、圧力室14の上方に位置する長方形部42Aと、長方形部42Aと繋がり長方形部42Aの端部から屈曲して形成された長方形部42Aよりも小さい円形状を成す円形部42Bと、で構成されている。
また、図5に示すように、列方向で隣接する圧電体42の長方形部42A間には残存領域44が切り残されており、隣接する圧電体42間及び圧電体42と残存領域44の間に形成される貫通部40で、圧電体42が個別化されている。
この貫通部40が、圧電体42の全周部分において同一の幅となるように、残存領域44は長方形部42A間で細長の長尺部44Aを有し、長尺部44Aの両端(円形部42B近傍)には、長尺部44Aよりも幅広とされた幅広部44B、44Cが形成されている。
幅広部44Bは、長尺部44Aの上方に位置している圧電体42の円形部42Bに、長尺部44Aとほぼ同じ幅の連結部150によって連結されている。また、幅広部44Cは、この圧電体42の隣に設けられた圧電体42の円形部42Bに、長尺部44Aとほぼ同じ幅の連結部152によって連結されている。
図13(C)に示すように、この連結部150、152は、圧電素子46から延びて圧電体42と残存領域44の間に位置する連結部46Aと、共通電極48から延びて連結部46Aの下面に形成される電極部48Aからなり、圧電体42と残存領域44は、連結部150、152を構成する連結部及び電極部によって構造的に連結されてはいるものの、上部の電極は取り除かれ、電気的には非接続状態とされている。
一方、図4(A)に示す円形部42Bは、電気接続を行う電気パット部となり、ボール半田34(図6(F)参照)を介してフレキシブル基板36が接合され、円形部42Bに電圧が印加されると、圧力室14の上方に位置する長方形部42Aは電歪作用によって変形し、圧力室14内のインクを加圧する駆動部となる。このように、圧力室14内のインクが加圧されると、ノズル10からインク滴が吐出する。
なお、前述したように、残存領域44と圧電体42は連結部150、152で部分的に繋がっているが、残存領域44と圧電体42との間には貫通部40が設けられており、圧電体42に電圧が印加されても、残存領域44は圧電体42と一緒に変形しない。
次に、本発明の実施の形態に係るインクジェット記録ヘッド74の製造方法について説明する。
このインクジェット記録ヘッド74は、図6(A)に示すように、ノズル10(図6(B)参照)が形成されるノズルプレート21と、ノズル連通室12と共通インク室20とを形成するインクプールプレート22、23と、共通インク室20の開口部18とノズル連通室12とを形成するスループレート24と、インク供給路16が形成されたインク供給路プレート26、27と、圧力室14が形成された圧力室プレート28と、を順番に積層し接合して形成する。
そして、図6(B)に示すように、ノズルプレート21の表面に、撥水コート膜19を被覆すると共に、エキシマレーザによってノズル10を形成し、図6(C)に示すように、ノズル10の形成後に圧力室プレート28に振動板30を接着する。
尚、ノズルプレート21の材質はポリイミドであり、インクプールプレート22、23、スループレート24、インク供給路プレート26、27、圧力室プレート28、振動板30の材質はSUSである。
また、これら、ノズルプレート21、インクプールプレート22、インクプールプレート23、スループレート24、インク供給路プレート26、27、圧力室プレート28、振動板30は、接着剤を用いて接着され、これらが接着されたものを、流路プレートユニット52という。
ここで、別途、電圧が印加される圧電体42と、電圧が印加されない残存領域44(図5参照)と、を備えた圧電ユニット54を作成する。この圧電ユニット54の製造方法について、図7に示すフローチャートの手順に従って説明する。
先ず、ステップ100では、圧電材料ブロックにラップ加工を施し、所望の厚さの圧電素子プレート46Pを形成する。
次に、ステップ102で、図8(A)に示すように、スパッタリングなどで圧電素子プレート46Pの上面及び下面に電極を形成する。そして、図8(B)に示すように、矩形状にダイシングして、圧電体プレート58とする。
次に、ステップ104で、ダイシングされた圧電体プレート58を、図8(C)に示すように、剥離可能な接着剤、例えば熱発泡性接着フィルム57(接着後に所定の温度で加熱すると発泡して接着力が大幅に低下する性質を有する)を介して固定基板56に仮接着する。
そして、ステップ106で、仮接着した圧電体プレート58の電極の上に、ブラストマスク62を貼り付ける。
図9に示すように、ブラストマスク62は、シートに圧電体42(図5参照)と残存領域44の形状をしたマスク64、66が貼り付けられて構成されており、マスク64、66の間には隙間68が形成されている。
横方向に隣接するマスク64とマスク66は、連結部67、69によって連結されている。これにより、マスク66は完全に個別化された状態になく、隣接するマスク64に、部分的に連続した状態とされている。
このブラストマスク62を、図10(A)に示すように、圧電体プレート58上に貼り付ける。そして、ステップ108で、図10(B)に示すように、ブラストマスク62の上方からブラスト砥粒を吹き付け、ブラスト加工を行う。
これにより、図10(C)に示すように、圧電体プレート58のブラストマスク62で覆われた部分(圧電体42と残存領域44)は研削が行われず、隙間68(図9参照)に対応した部分が研削されて、圧電体42及び残存領域44が形成される。このとき、圧電体42と残存領域44の間には、これらを連結する連結部150、152も形成される。
そして、ステップ110で、図10(D)に示すように、圧電体プレート58上のブラストマスク62を除去する。
ブラストマスク62を圧電体プレート58上から除去した後、ステップ112で、圧電体プレート58に接着剤を塗布し、図11(A)に示すように、この面を流路プレートユニット52の振動板30に対向させて積層し、加熱しながら固定基板56を加圧する。
そして、図11(B)に示すように、固定基板56を除去する。これにより、図11(C)に示すように、振動板30上に圧電体プレート58が圧着され、個別化された圧電体42、残存領域44及び連結部150、152が、振動板30に接着される。
ここで、連結部150、152は、圧電素子46から延びて圧電体42と残存領域44の間に位置する連結部46Aと、共通電極48から延びて連結部46Aの両面(上下面)に形成された電極(以下、説明の便宜上、上面にある電極を「個別電極50」、下面にある電極を「共通電極48」という。)からなり、圧電体42と残存領域44は、連結部150、152によって電気的に連結された状態となっている。
そこで、ステップ114で、連結部150、152の個別電極50のみを除去するためのマスクを形成し、このマスクを圧電体42と残存領域44上に貼り付けてエッチング処理を行う。これにより、図11(D)及び図12(B)に示すように、連結部150、152の個別電極50のみがエッチング除去されて、圧電体42と残存領域44は、電気的に非接続状態となる。
上記製造方法によって製造されたインクジェット記録ヘッド74を、図13に示す。図13(A)は、インクジェット記録ヘッド74の平面図であり、図13(B)は、図13(A)のB−B断面図であり、図13(C)は、図13(A)のC−C断面図である。
図13(B)に示すように、圧電体42は、圧力室14毎にほぼ完全に個別化されている。また、図13(C)に示すように、残存領域44は、連結部150、152を構成する圧電素子46から延びる連結片46Aによって、圧電体42と連結されているが、連結部150、152の個別電極50が除去されているため、圧電体42と残存領域44は、電気的には非接続状態とされている。
このような構成により、ブラスト加工によって圧電体42を形成するとき、ブラストマスクがずれて、残存領域44が剥離したり形状が変形したりする恐れがない。
なお、本実施形態では、連結部150、152の個別電極50を除去することで、圧電体42と残存領域44を電気的に非接続状態としているが、図14(A)及び図14(B)に示すように、連結部150、152上だけでなく、残存領域44の全体の個別電極50も除去することで、圧電体42と残存領域44を電気的に非接続状態としてもよい。
次に、本発明の第2実施の形態に係るインクジェット記録ヘッド74を構成する圧電ユニット54の製造方法について、図15に示すフローチャートの手順に従って説明する。なお、第1の実施形態と同様の構成については、第1の実施形態と同符号を付与し、その説明を省略する。
先ず、ステップ120では、図16(A)に示すように、圧電材料ブロックにラップ加工を施し、所望の厚さの圧電素子プレート46Pを形成する。
次に、ステップ122で、図16(B)に示すように、スパッタリングなどで圧電素子プレート46Pの上面及び下面に電極を形成する。
そして、ステップ124で、個別電極50の連結部150、152となる部分を除去するためのマスクを形成して、このマスクを個別電極50上に貼り付けてエッチング処理を行う。
これにより、図16(C)及び図17に示すように、連結部150、152(図5参照)に対応する領域を取り囲むようにして個別電極50が除去され、個別電極50が除去された部分から、圧電素子46から延びて圧電体42と残存領域44の間に位置する連結片46Aが露出する。なお、図17は、上面に共通電極48が形成され、下面に個別電極50が形成された圧電素子プレート46Pを、個別電極50側から見た状態を示す図である。そして、この圧電素子プレート46Pを、矩形状にダイシングして、圧電体プレート58とする。
次に、ステップ126で、ダイシングされた圧電体プレート58を、図16(D)に示すように、剥離可能な接着剤、例えば熱発泡性接着フィルム57(接着後に所定の温度で加熱すると発泡して接着力が大幅に低下する性質を有する)を介して固定基板56に仮接着する。
そして、ステップ128で、仮接着した圧電体プレート58の共通電極48の上に、ブラストマスク62を貼り付け、ステップ130で、図16(E)に示すように、ブラストマスク62の上方からブラスト砥粒を吹き付けて、ブラスト加工を行う。
これにより、図16(F)に示すように、圧電体プレート58のブラストマスク62で覆われた部分(圧電体42と残存領域44)は研削が行われず、隙間68(図9参照)に対応した部分が研削されて、圧電体42及び残存領域44が形成される。このとき、圧電体42と残存領域44の間には、これらを連結する連結部150、152も形成される。
そして、ステップ132で、圧電体プレート58上のブラストマスク62を除去する。
ブラストマスク62を圧電体プレート58上から除去した後、ステップ134で、圧電体プレート58に接着剤を塗布し、この面を流路プレートユニット52の振動板30に対向させて積層し、加熱しながら固定基板56を加圧し、固定基板56を除去する。
上記製造方法によって製造されたインクジェット記録ヘッド74を、図18に示す。図18(A)は、インクジェット記録ヘッド74の平面図であり、図18(B)は、図18(A)のB−B断面図であり、図18(C)は、図18(A)のC−C断面図である。
図18(B)に示すように、圧電体42は、圧力室14毎にほぼ完全に個別化されている。また、図18(C)に示すように、残存領域44は、連結部150、152を構成する連結部46Aによって、圧電体42と連結されているが、連結部150、152の個別電極50が除去されているため、圧電体42と残存領域44は、電気的には非接続状態とされている。
このように、圧電体42と連結する残存領域44の一部の個別電極50(連結部150、152上の個別電極50)を除去してから、圧電体42と残存領域44を連結させた状態で、ブラスト加工によって圧電体42と残存領域44を圧電素子プレート46Pから切り分けるので、振動板30に圧電体42と残存領域44を接合した後、個別電極50を取り除く作業が不要となる。
なお、本実施形態では、ブラスト加工法によって、圧電体42及び残存領域44を形成する構成で説明しているが、エッチング法を用いてこれらを形成してもよい。
また、上記実施例のインクジェット記録装置70では、ブラック、イエロー、マゼンタ、シアンの各色のインクジェット記録ユニット72がそれぞれキャリッジ76に搭載され、それら各色のインクジェット記録ヘッド74から画像データに基づいて選択的にインク滴が吐出されてフルカラーの画像が記録紙Pに記録されるようになっているが、本発明におけるインクジェット記録は、記録紙P上への文字や画像の記録に限定されるものではない。
すなわち、記録媒体は紙(記録紙P)に限定されるものでなく、また、吐出する液体もインクに限定されるものではない。例えば、高分子フィルムやガラス上にインク滴を吐出してディスプレイ用カラーフィルターを作成したり、溶接状態の半田を基板上に吐出して部品実装用のバンプを形成するなど、工業的に用いられる液滴噴射装置全般に対して、本発明に係るインクジェット記録ヘッド74を適用することができる。
また、上記実施例のインクジェット記録装置70では、主走査機構82と副走査機構94を有するPartial Width Array(PWA)の例で説明したが、本発明におけるインクジェット記録は、これに限定されず、紙幅対応のいわゆるFull Width Array(FWA)であってもよい。むしろ、本発明は、高密度ノズル配列を実現するのに有効なものであるため、1パス印字を必要とするFWAには好適である。
さらに、ブラストマスクの形状としては、本実施形態の図9に示したものに限定されず、例えば、図19(A)に示すように、マスク154とマスク156を、幅広の連結部158で連結させた形状としてもよい。また、図19(B)及び図19(C)に示すように、圧電体部160を矩形状としたとき、列方向で隣接する圧電体部160の間に設けられた残存領域部162同士を連結し、この残存領域部162と圧電体部160を、連結部164、166で連結させた形状としてもよい。
14 圧力室
30 振動板
42 圧電体
44 残存領域
46 圧電素子
46P 圧電素子プレート
48 共通電極(電極)
50 個別電極(電極)
58 圧電体プレート
70 インクジェット記録装置(液滴吐出装置)
74 インクジェット記録ヘッド(液滴吐出ヘッド)
30 振動板
42 圧電体
44 残存領域
46 圧電素子
46P 圧電素子プレート
48 共通電極(電極)
50 個別電極(電極)
58 圧電体プレート
70 インクジェット記録装置(液滴吐出装置)
74 インクジェット記録ヘッド(液滴吐出ヘッド)
Claims (5)
- 圧電素子プレートの上下面に電極が形成された圧電体プレートを加工して、各圧力室毎に個別化された圧電体と切り残された残存領域とを備える液滴吐出ヘッドにおいて、
前記圧電体を構成する圧電素子は前記残存領域と連結され、該残存領域の電極は一部又は全部が取り除かれていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。 - 前記残存領域は、隣接する他の残存領域と連結されていることを特徴とする請求項1に記載の液滴吐出ヘッド。
- 圧電素子プレートの上下面に電極が形成された圧電体プレートを、固定基板に貼り付ける第1工程と、
各圧力室毎に個別化された圧電体に切り分けると共に、前記圧電体と連結された残存領域を残す第2工程と、
前記圧電体及び前記残存領域を、前記圧力室を構成する振動板に接合する第3工程と、
前記圧電体と連結している前記残存領域の電極の一部又は全部を除去する第4工程と、
を有することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。 - 圧電素子プレートの上下面に電極が形成された圧電体プレートから、圧電体と連結している残存領域の電極の一部又は全部を除去する第1工程と、
前記圧電体プレートの前記残存領域の電極が除去された側を固定基板に貼り付ける第2工程と、
各圧力室毎に個別化された圧電体に切り分けると共に、前記圧電体と連結された残存領域を残す第3工程と、
前記圧電体及び前記残存領域を、前記圧力室を構成する振動板に接合する第4工程と、
を有することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。 - 請求項1又は請求項2に記載の液滴吐出ヘッドを備えたことを特徴とする液滴吐出装置。
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JP (1) | JP2008265091A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011066197A (ja) * | 2009-09-17 | 2011-03-31 | Konica Minolta Holdings Inc | 電気機械変換機構、インクジェットヘッドおよび超音波プローブ |
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2007
- 2007-04-18 JP JP2007109398A patent/JP2008265091A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011066197A (ja) * | 2009-09-17 | 2011-03-31 | Konica Minolta Holdings Inc | 電気機械変換機構、インクジェットヘッドおよび超音波プローブ |
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