JPH05229117A

JPH05229117A - インクジェット式印字ヘッドとその製造方法

Info

Publication number: JPH05229117A
Application number: JP3222092A
Authority: JP
Inventors: Shoji Hiruta; 昭司蛭田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1992-02-19
Filing date: 1992-02-19
Publication date: 1993-09-07

Abstract

(57)【要約】【目的】ノズルプレートと板部材間のノズルギャップ
を高精度に管理し、また同時に板部材へ圧電変換器から
のインク動圧を損失無く伝達させることで、印字品質の
向上を図り、印字信号に対する高い応答性を確保する。【構成】簡易剥離接着剤２２により複数の板部材４を
仮固定して位置決め固定する工程と、これを圧電変換器
１２ａへ固着する工程と、前記板部材仮固定を除去する
工程とで板部材４と圧電変換器１２ａとを固着する。板
部材４と圧電変換器１２ａとの固着は、熱膨張係数：７
×１０^-5［１／℃］以下、硬化収縮率：１［％］以
下、剛性（粘弾性係数）：１×１０⁸［Ｎ／ｍ］以上の
特性を満足する接着剤Ｂを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はインクジェットプリント
記録に係わるもので、ノズル開口に対向した圧電変換器
を電気信号により伸縮させることでインクに圧力を加
え、ノズル開口よりインク滴を吐出させて、記録紙等の
媒体上にインク像を形成するインクジェット式の印字ヘ
ッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット式印字ヘッドは、主なる
ものに３種類がある。第１のものはノズル開口の延長に
インクを瞬間的に気化させるヒータを設け、気化時の膨
張圧力によりインク滴を生成、飛翔させる、いわゆるバ
ブルジェット型である。また第２のものはインクタンク
部を形成する容器に、電気信号により変形する圧電素子
を設け、変形時に生ずる圧力によりインクを液滴として
飛翔させるものである。さらに第３のものは、インクタ
ンク部内にノズル開口に対向させて圧電素子を配設し、
この圧電素子の伸縮によりノズル領域に動圧を生じさせ
てインク滴を飛翔させるものである。

【０００３】上記第３の形式のインクジェット式印字ヘ
ッドは、特公昭６０−８９５３号公報に示されたよう
に、インクタンク部を構成する容器の壁面に複数のノズ
ル開口を形成するとともに、各ノズル開口に対向するよ
うに伸縮方向を一致させて圧電素子を配設して構成され
ている。

【０００４】この印字ヘッドは、印字信号を圧電素子に
電気信号として印加し圧電素子を伸縮させ、このときに
発生するインクの動圧によりノズル開口からインク滴を
飛び出させて印刷用紙にドットを形成させるものであ
る。

【０００５】このような形式の印字ヘッドにおいては、
液滴の形成効率や飛翔力が大きいことが望ましい。そこ
で、特開昭６３−２９５２６９号公報に示されているよ
うに、電極と圧電材料を交互にサンドイッチ状に積層し
たインクジェット式印字ヘッド用の圧電素子が提案され
ている。この圧電素子によれば電極間距離を可及的に小
さくすることができるため、駆動信号の電圧を下げるこ
とができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記インクジェット式
印字ヘッドの圧電変換器により得たインクの動圧は、イ
ンクタンク部壁面の板部材を介してインクへ伝達され
る。インク吐出特性を安定させるためには、板部材とノ
ズルプレートとにより形成される間隙（以後ノズルギャ
ップと記す）を高い精度をもって管理し、また高周波駆
動に対応させるためには圧電変換器の動きを損失少なく
インクへ伝達し、また減衰させなればならない。

【０００７】そこで本発明はこの様な問題点を解決する
もので、その目的とするところは、ノズルギャップの安
定化を図り、信頼性のある安定したインク滴を吐出さ
せ、入力信号に対する高い応答性を有するインクジェッ
ト式印字ヘッドを得ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明のインクジェット式印字ヘッドは、ノズルプレ
ートの複数個のノズル開口に一対一に、インクが充され
た間隙を有して配置される板部材は、圧電変換器への固
着により位置が決められる。この板部材と圧電変換器と
は、熱膨張係数：７×１０^-5［１／℃］以下硬化収縮率：１［％］以下剛性（粘弾性係数）：１×１０⁸ ［Ｎ／ｍ］以上の特性を満足する接着剤により固着されることを特徴と
する。

【０００９】また本発明の製造方法は、複数個の板部材
のノズル開口対向面を簡易剥離接着剤により仮固定して
前記ノズル対向面を位置固定させる工程と、前記板部材
を圧電変換器へ固着させる工程と、前記板部材の仮固定
を除去する工程とを有することを特徴とする。

【００１０】

【実施例】図１は、本発明のインクジェット式印字ヘッ
ドの一実施例を示す断面図、図２はその部分拡大図、図
３は図１におけるIII−III端面図である。図中符号２は
支持板であり、インク流路１と筒状連続体３とを形成し
ている。支持板２は剛性の高いセラミックス、金属等に
より造られる。支持板２の筒状連続体３は、両端に開口
３ａ、３ｂを備えており、一方の開口３ａには板部材４
が固定され、この板部材４に、ノズル開口６が形成され
たノズルプレート８の突起１５が固定されている。また
他方の開口３ｂには、基板１０，１０，１０‥‥に固定
された圧電変換器列１２，１２，１２‥‥が配設されて
いる。これら圧電変換器列１２の各圧電変換器１２ａ
は、その伸縮方向をノズル開口６に対向させて配置さ
れ、ケーブル１６、１８からの電気信号が印加されるよ
うになっている。

【００１１】図２に示すように、ノズルギャップ１４
は、ノズルプレート８と板部材４の位置で決められる。
ノズルギャップ１４の一端を形成するノズルプレート８
は、ノズルプレート８の突起１５の高さｈで位置決めさ
れ、その高さｈはノズルプレート８の突起１５，１５，
１５‥‥を高精度で加工できるため極めて安定してい
る。ノズルプレート８は、例えば電鋳あるいは金属箔の
エッチングにより精度良く製造することができる。とこ
ろが、ノズルキャップ１４の他の一端を形成する板部材
４は、圧電変換器１２ａの振動をインクへ伝達する部分
であるため、ノズル開口６方向へ変位可能に構成しなけ
ればならない。そのため板部材４の圧電変換器１２ａへ
の固定状態如何によっては、ノズルギャップ１４が変動
してしまう原因となる。

【００１２】また、板部材４は、圧電変換器１２ａの動
きを効率良くインクへ伝達しなければならないので、圧
電変換器１２ａへ剛性高く固定する必要がある。従っ
て、この圧電変換器１２ａへの固定で板部材４の位置は
決められ、これらよってノズルギャップ１４の精度が左
右されることとなる。複数のノズルギャップ１４を高精
度に管理するためには、板部材４の位置を、その基準面
である板部材４の固定部４ａから管理をしなければなら
ない。しかし、固定部４ａの位置は支持板２と基板１０
と圧電変換器１２ａの３部材を介して決められるもので
あり、それぞれの素材の特性や加工精度が複合すること
により大きなの影響を受ける。この素材特性による影響
については、前記３部材の熱膨張係数を揃えることによ
って最も簡易的に防止することができる。ただし、圧電
変換器１２ａは、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸
鉛）等のセラミック材料であり、熱膨張係数が非常に小
さいので、支持板２や基板１０をこれに近似させること
となる。例えばアルミナ、窒化珪素、ジルコニア等の剛
性を有するセラミック素材、またＳＵＳ３０９、４２ア
ロイ、インバー等の金属素材を使用することが挙げられ
る。しかし、支持板２や基板１０は微細加工部品である
ため、上記の例示素材では加工困難あるいは素材が高価
になってしまう。

【００１３】そこで本実施例では、前記支持板２と基板
１０と圧電変換器１２ａの３部材の微細加工、また素材
コストを考慮し、広範囲の素材において、ノズルギャッ
プ１４を以下のようにして高精度に管理することができ
るようにした。

【００１４】前提条件として、板部材４と前記３部材と
はインク吐出動圧の発生機構を形成するため高い剛性を
持って固着されなければならないという絶対条件を有し
ている。板部材４の固定部４ａと支持板２、支持板２と
基板１０、基板１０と圧電変換器１２ａの各間の固着に
ついては、それぞれの部材が剛性を有する広面積での固
着であるため、加圧密着による固着を行うことで部材間
の剛性を確保することが出来る。ところが、板部材４と
圧電変換器１２ａとの間の固着は、圧電変換器１２ａが
非常に脆い構造となっているため、加圧密着による固着
は不可能である。

【００１５】そこで、本実施例では、この板部材４と圧
電変換器１２ａとの間に低熱膨張係数、低硬化収縮、高
剛性の特性を有する接着剤Ｂを使用した。接着剤Ｂの特
性は、例えばノズルギャップ１４を３０μｍ以下、複数
の圧電変換器１２ａの先端加工精度１０μｍ以内、接着
層厚〜３０μｍの構造である場合、熱膨張係数：７×１０^-5［１／℃］以下硬化収縮率：１［％］以下剛性（粘弾性係数）：１×１０⁸ ［Ｎ／ｍ］以上を満足させることでノズルギャップ１４は設計値の±１
μｍ内の高精度管理が可能となった。板部材４と圧電変
換器１２ａとの間の剛性は、加圧密着を行わない状態で
も上記条件を満足する接着剤にて十分確保された。ま
た、支持板２と基板１０と圧電変換器１２ａとの固着工
程精度や複数の圧電変換器１２ａの加工精度からくる圧
電変換器１２ａ先端バラツキは、この板部材４と圧電変
換器１２ａとの間の接着剤Ｂにより吸収され、ノズルギ
ャップ１４は高精度なものとなった。本特性を満足する
接着剤としては、マレイミド系付加重合樹脂、例えばＨ
Ｔ−１０（コニシ株式会社）、またはポリイミド系付加
重合樹脂、例えば自社開発の４，４’−ビスマレイミド
フェニルメタンと０，０’−ジアリルビスフェノールと
の混合物による加熱反応したプレポリマ工程と、これを
被接合物に塗布後加熱硬化させる工程より成る接着剤、
または特殊変性エポキシ樹脂、例えばストラクトボンド
ＥＨ−４５５ＮＦ（三井東圧化学）がある。

【００１６】硬化収縮率は、接着剤中のフィラーの存在
により十分小さくできるものであるが、本構造において
は接着時にフィラーによる圧電変換器１２ａへの負荷が
心配されるため、接着剤の樹脂が有すべき特性として標
記した。ただし、粒度を限定したフィラーを用いること
で、低硬化収縮に更なる効果が得られ、ノズルギャップ
１４の精度向上が成される。

【００１７】図４は、ノズルギャップ１４を高精度にす
るための製造方法を説明する図で、図１の天地を逆にし
た状態で示してある。

【００１８】板部材４と支持板２とは固着部の部材厚が
それぞれ一定厚であるため加圧密着により固着する。こ
の時複数個の板部材４は、支持板２の筒状連続体３内部
が中空であるため、浮いた状態で位置が定まっていな
い。そこで、図４（ａ）に示すようにして複数個の板部
材４を固定する。この時にノズルギャップ１４の一端を
形成する板部材４の位置が決められるため、平坦度を有
する平板治具２０、例えば窒化珪素やジルコニア板上に
圧接固定する。固定は後工程にて剥離が簡易な接着剤２
２（これを簡易剥離接着剤という）、例えば高温にて軟
化するホットメルト接着剤またはロストワックスで固定
する。この固定は仮固定であるため剥離が容易で完全に
洗い落とせる接着剤であることが必要条件となる。例え
ばホットメルト接着剤はシンナーにより、またロストワ
ックスはトリクロロエチレンにより容易に洗浄できる。
簡易剥離接着剤２２の対象となる材料は多くあるが、い
ずれも粘性を有するため図４（ａ）のように加圧Ａを例
えばゴム２４を介在させて加え、平板治具２０上に複数
個の板部材４をの位置決めして仮固定する。図４（ｂ）
は、板部材４と圧電変換器列１２との接着工程を示す断
面図と上面図である。圧電変換器１２ａと基板１０につ
いては、予め、図５に示すように固着、分割加工された
複数の圧電変換器１２ａを形成する圧電変換器列１２の
ユニットとして製造しておく。この時、分割加工をダイ
シングソーおよびワイヤソーにより仕上げるため、圧電
変換器列１２内の複数の圧電変換器１２ａの先端位置精
度にはバラツキが生ずるが、このバラツキは前述したよ
うに、接着剤Ｂによって吸収される。前記圧電変換器列
１２を複数のガイド部２６ａを有するユニットガイド２
６を配設した支持板２に挿入し、基板１０を支持板２に
加圧密着により固着する。この工程では基板１０と支持
板２との密接固着、圧電変換器１２ａと板部材４との固
着を同時に行う。板部材４と圧電変換器１２ａとの固着
後、板部材４の仮固定を剥離し、簡易剥離接着剤２２を
洗浄し、これにノズルプレート８を板部材４の固定部４
ａ上に固着することでインクジェットヘッドが仕上げら
れる。

【００１９】簡易剥離接着剤２２と、板部材４と圧電変
換器１２ａ間接着剤Ｂとの関係は、簡易剥離接着剤２２
が板部材４と圧電変換器１２ａ間の接着剤Ｂの硬化時に
剥離しないことが必要条件となる。例えば加熱軟化型の
簡易剥離接着剤は、板部材４と圧電変換器１２ａ間の接
着剤Ｂの硬化温度より軟化温度が高温であることが必要
条件となる。以上の製造工程により複数の板部材４の位
置管理は行える。また接着剤Ｂが大なる硬化収縮または
熱膨張係数を有する場合でも、接着条件またはヘッドの
動作温度を考慮しノズルプレート８の突起１５の高さに
補正を加えることでノズルギャップ１４の高精度管理は
できるが、前述の特性を有する接着剤Ｂを使用すること
でノズルプレート８の突起１５への複雑なる補正も必要
なく、広温度範囲にて更なるノズルギャップ１４の高精
度管理が行える。

【００２０】上記製法により製造された印字ヘッドの動
作原理を図１を用い簡単に記す。図１の独立のリード部
材１８と共通のリード部材１６との間に電気信号を印加
すると、独立のリード部材１６により選択的に信号が印
加された圧電変換器１２ａは伸縮し、自由端側が軸方向
へ変位するようになり、圧電変換器１２ａの自由端は前
面のインクをノズル開口６に向けて押出すことになる。
これにより、インクは、動圧を受けてノズル開口６に突
入し、インク滴となって外部空間を飛翔し、印刷用紙に
ドットを形成する。電気信号の印加がなくなると、圧電
変換器１２ａは元の状態に復帰し、ノズルプレート８と
圧電変換器１２ａの間の間隙にインクが流入して次のイ
ンク滴発生に備えることになる。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、広温度範囲においてノ
ズルプレートと板部材間のノズルギャップ管理が行え、
圧電変換器からの動圧がインクへ損失無く伝達されるた
め、印字品質の安定した、高周波駆動可能なるインクジ
ェットヘッドが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるインクジェットヘッド
のインクを吐出させるインクジェット部の部分断面図。

【図２】図１の部分拡大図。

【図３】図１におけるIII−III端面図。

【図４】本発明のヘッドのノズルギャップ高精度管理さ
せるインクジェットヘッド製造方法の一実施例を説明す
るための図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は側面図と平面
図を同時に示した図。

【図５】圧電変換器列の一実施例の構造を説明するため
の上面図。

【符号の説明】

１インク流路２支持板４板部材６ノズル開口８ノズルプレート１０基板１２圧電変換器列１２ａ圧電変換器１４ノズルギャップ１５ノズルプレート突起１６共通電極側リード線１８独立電極側リード線２０平板治具２２簡易剥離接着剤２４加圧ゴム２６ユニットガイド

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数個のノズル開口を有するノズルプレ
ートに対し、インクが充される間隔を有して前記ノズル
開口と一対一に板部材、圧電変換器が配置されており、
前記圧電変換器が、電気信号により伸縮し、前記ノズル
開口近傍のインクを前記ノズル開口より吐出させるイン
クジェット式印字ヘッドにおいて、前記板部材と前記圧電変換器とを、熱膨張係数：７×１０^-5［１／℃］以下硬化収縮率：１［％］以下剛性（粘弾性係数）：１×１０⁸ ［Ｎ／ｍ］以上の特性を満足する接着剤により固着したことを特徴とす
るインクジェット式印字ヘッド。
【請求項２】複数個のノズル開口を有するノズルプレ
ートに対し、インクが充される間隔を有して前記ノズル
開口と一対一に板部材、圧電変換器が配置されており、
前記圧電変換器が、電気信号により伸縮し、前記ノズル
開口近傍のインクを前記ノズル開口より吐出させるイン
クジェット式印字ヘッドの製造方法において、前記板部材のノズル開口対向面を簡易剥離接着剤により
仮固定して前記ノズル対向面を位置決め固定する工程
と、前記板部材を圧電変換器へ固着させる工程と、前記
板部材の仮固定を除去する工程とを有することを特徴と
するインクジェット式印字ヘッドの製造方法。