JPH07329293A

JPH07329293A - インクジェットヘッドおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH07329293A
Application number: JP12209294A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Nagashima; 孝行長嶋; Keisuke Kikawa; 計介木川
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 1994-06-03
Filing date: 1994-06-03
Publication date: 1995-12-19

Abstract

(57)【要約】【目的】圧電式インクジェトヘッドの吐出効率を高
め、且つ気泡に起因する吐出不良を回避する。【構成】圧電材料よりなり複数の溝２を備えた基板
１、前記溝の隔壁１３の上面に取り付ける蓋８、および
該溝２の一方の開口部を塞ぐ封口片５を有し、前記隔壁
１３を圧電変形することにより溝２に供給したインクを
圧縮して該溝に接続するノズル孔１６よりインク滴を吐
出し印字を行うインクジェットヘッドにおいて、前記封
口片と基板の間にシリコーン樹脂層６を備え、該シリコ
ーン樹脂層の表面及び溝の表面に絶縁膜を取付ける。シ
リコーン樹脂層はヤング率が小さいので、隔壁１３に対
する拘束が弱く吐出効率を高める。一方シリコーン樹脂
内の揮発成分の揮発を前記絶縁膜が阻止し、揮発成分の
吸着により、溝２の内面が撥水性となり、気泡の発生に
より吐出不良となることを阻止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はプリンターに関し、さら
に詳しくはインク溝の隔壁の圧電変形を利用した圧電式
インクジェットヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】圧電材料よりなる基板の上面に複数の溝
を有し、該基板の上面に蓋を接着し、インクを充填した
溝の隔壁の圧電変形を利用して溝内のインクを圧縮し噴
射孔よりインク滴を印字用紙に吐出して印字を行うイン
クジェットヘッドが例えば特開平４ー３０７２５４号公
報に記載されている。このような構造のインクジェット
ヘッドはインクカセット等のインク貯蔵手段を蓋に搭載
するのに適している反面、溝の一方の開口部を閉塞して
インクの流出を阻止する必要がある。このため従来は同
号公報に記載するように基板に蓋を取付けた後上記開口
部に半田、シリコーン樹脂等を注入して封口を行ってい
た。

【０００３】このような構造によれば、前記の封口用の
接着剤により、封口に手間がかかるとともに、各溝に対
し均一な状態での封口を行うことが困難であり、接着剤
の量の大小により前記溝により構成されるインク室の実
質的な形状が変化し、インク中に気泡を生じ易い形状と
なったり、インクを供給しにくい形になったりして、イ
ンク滴の吐出の不均一または吐出不良を生じ易い。そこ
で、これらの欠点を除去する目的で、溝の一方の開口部
を封口する封口片を備えたインクジェットヘッドが考え
出され、知られている。

【０００４】図９はかかる封口片を備えたインクジェッ
トヘッドの構造を示す上面図であり、図１０はその溝に
沿った断面図である。但し図９では蓋を省いてある。図
９および図１０に示すように圧電材よりなる基板５１は
複数の溝５２、隔壁６０および段部５４を備えており、
図１０に示すように溝５２の内面に駆動電極５３を備え
ている。図９および図１０に示すように段部５４に溝５
２の段部５４における開口部を封口するように封口片５
５を接着剤５９により接着する。図１０に示すようにイ
ンク供給手段５８を備えた蓋５７を溝の隔壁６０の上に
接合する。基板５１の溝５２の開口する端面および、隣
接する蓋５７の端面にノズル孔６２を有するノズル板６
１を接合する。ここで、図１０に示すように、溝５２の
内面の表面には封口片５５を接着する前に、パリレン膜
等の絶縁膜６３を取り付けていた。駆動電極５３に駆動
電圧を加えると溝５２の隔壁６０が変形し、溝５２の容
積を変化させ、溝５２に供給したインクを圧縮し、ノズ
ル孔６２からのインク滴で印字を行う。このような構造
のインクジェットヘッドにおいては、以下に述べるよう
な課題を有していた。

【０００５】インク滴の吐出効率を上げるためには、隔
壁６０の変形を拘束しないように封口片５５を基板５１
に接合する接着剤５９の材質は柔らかいものが望まし
い。この点では、例えば特開昭６２ー７３９５２号公報
に記載するようにシリコーン樹脂を用いることにより、
シリコーン樹脂はヤング率が小さいので対応できる。し
かしながら、従来は、例えば特開昭５５ー１２８４７０
号公報に記載するように、基板に絶縁膜を取付けた後に
シリコーン樹脂等を用いて他の部品との接着を行うのが
通例であった。ところがこのようにして、インクジェッ
トヘッドを構成したとき、シリコーン樹脂接着剤は硬化
状態で揮発性の低分子シロキサン環状体を含み、接着終
了後この成分が揮発して溝５２の表面の前記絶縁膜６３
の表面に吸着しやすく、吸着した場合には吸着層の表面
にメチル基が発生し、撥水性となり、溝５２の表面に気
泡が発生しインクを充填しにくくなりインク滴の吐出不
良を起こし易くなる。一方シリコーンを含まない樹脂に
より接着すれば、溝５２の表面が撥水性になることはな
いが、接着剤のヤング率が大となり、封口片５５が隔壁
６０の変形を拘束してインク滴の吐出効率を低下させる
という課題を生ずる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明はインクジェッ
トヘッドにおける封口片の接着に起因する上記の課題を
解決するためになされたものである。そして、本発明は
複数の溝を備えた圧電材料よりなり複数の溝を備えた基
板、前記溝の隔壁の上面に取り付ける蓋、および該溝の
一方の開口部を塞ぐ封口片を有し、前記隔壁を圧電変形
することにより溝に供給されたインクを圧縮して該溝に
接続するノズル孔よりインク滴を吐出し印字を行うイン
クジェットヘッドにおいて、吐出効率が高く、且つ溝の
インク内の気泡の発生による吐出不良のないインクジェ
ットヘッドを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の第１の手段として、本発明は複数の溝を備えた圧電材
料よりなる基板、前記溝の隔壁の上面に取り付ける蓋、
および該溝の一方の開口部を塞ぐ封口片を有し、前記隔
壁を圧電変形することにより溝に供給されたインクを圧
縮して該溝に接続するノズル孔よりインク滴を吐出し印
字を行うインクジェットヘッドにおいて、前記封口片と
基板の間にシリコーン樹脂層を備え、該シリコーン樹脂
層の表面及び溝の表面に絶縁膜を取付けたことを特徴と
する。

【０００８】上記課題を解決するための第２の手段とし
て、本発明は基板に溝加工をした後、必要に応じて溝に
駆動電極膜を取り付けた後、シリコーン樹脂接着剤によ
り基板と封口片を接合し、その後シリコーン樹脂接着剤
のシリコーン樹脂層の表面および溝の表面を含む基板の
表面に絶縁膜を取付け、その後溝の上面を塞ぐようにし
て基板に蓋を接合することにより第１の手段によるイン
クジェットヘッドを製造することを特徴とする。

【０００９】上記課題を解決するための第３の手段とし
て、本発明は前記第１の手段において、絶縁膜に親水化
処理を施してあることを特徴とする。

【００１０】上記課題を解決するための第４の手段とし
て、本発明は前記第１の手段において、シリコーン樹脂
層はヤング率３．５×１０⁶ Ｎ／ｍ² でゴム硬度８０
（ショアＡ）以下の接着剤よりなることを特徴とする。

【００１１】

【作用】本発明における前記第１の手段によれば、イン
クジェットヘッドは封口片と基板の間にシリコーン樹脂
層を備え、該シリコーン樹脂層の表面及び溝の表面に絶
縁膜を取付けた構造となっているため、従来シリコーン
樹脂層から揮発していた低分子シロキサン環状体の揮発
を効果的に阻止する。従って溝、蓋、封口部材および、
はみだしたシリコーン樹脂層により形成されるインク室
の内面には低分子シロキサン環状体が吸着することはな
く、従って該内面が従来のように撥水性となり、インク
室内に気泡を生じてインク滴の吐出不良が起きることを
阻止する。一方、シリコーン樹脂層はヤング率が小さい
ので、封口片による溝の隔壁の拘束を少なくし、隔壁の
変形を容易とし、インク滴の吐出効率を高めることがで
きる。

【００１２】前記第２の手段によれば、従来と異なり、
溝の内面に絶縁膜を取り付ける前に基板と封口片をシリ
コーン樹脂で接着し、接着の後、シリコーン樹脂の表面
を含め溝の内面に絶縁膜を取り付けるので、絶縁膜を取
り付けた後にはシリコーン樹脂層から外部に対し低分子
シロキサン環状体が揮発しない。従って絶縁膜の表面も
含めインク室の内面には低分子シロキサン環状体が吸着
することはなく、表面が撥水性とならないので、上記と
同様にして、インク滴の吐出不良を阻止し、且つ吐出効
率を高めることができる。

【００１３】前記第３の手段によれば、前記第１の手段
において、絶縁膜に親水化処理を施してあるので、イン
ク室内の気泡の発生を更に完全に阻止し、気泡に起因す
るインク滴の吐出不良を更に完全に阻止することができ
る。

【００１４】前記第４の手段によれば、前記第１の手段
において、シリコーン樹脂層はヤング率３．５×１０⁶
Ｎ／ｍ² でゴム硬度８０（ショアＡ）以下の接着剤より
なるため、封口片による溝の隔壁の変形の拘束を十分小
さくすることができるとともに、加熱接着の際等に生ず
る、接着剤の内部応力が効果的に吸収され、接着層の破
壊を防ぐことができる。この結果、インク滴の吐出効率
が十分に高く、且つ耐久、強度性にも優れたインクジェ
ットヘッドを提供することができる。

【００１５】

【実施例】

（第１の実施例）本発明の第１の実施例を図面を参照し
て説明する。図１は本実施例のインクジェットヘッドの
構造を示す斜視図である。圧電材料よりなる基板１の上
面にはダイシング円盤による加工等により複数の溝２を
形成し、基板１の上面の一部を段加工することにより段
部４を形成し、溝２の内面に駆動電極３を取り付け、該
段部４における溝の開口部を塞ぐようにして封口片５を
シリコーン樹脂の接着剤６により段部４に接着する。こ
のとき溝の隔壁１３の段部４における端面は接着剤６を
介して封口片５に接続する。

【００１６】図２は絶縁膜を取り付けた状態を示す溝２
に沿った断面図である。前記の接着の後、図２に示すよ
うに溝２の内面の駆動電極３を含む基板の上面、接着剤
６および封口片５の露出した表面にパリレン等の絶縁膜
７をＣＶＤ等により取り付ける。この絶縁膜７の表面に
Ｏ₂ のプラズマ処理によりＯＨ基またはＣＯＯＨ基を配
列するか、またはスパッタ等によりＳｉＯ₂ 膜を取り付
ける等の親水化処理を行う。

【００１７】次に必要に応じて基板１および封口片５の
上面を平面研削したのち、図１に示すように、基板１の
溝の隔壁１３の上面および封口片５の上面に蓋８をエポ
キシ樹脂等の通常の接着剤で接着し、溝２の開口する基
板の前方の端面およびこれに隣接する蓋８の端面にノズ
ル孔１６を有するノズル板１５を接合する。蓋８は図１
に示すように共通のインク溜め９および該共通のインク
溜め９と溝２と一つおきに連通する複数のインク通孔１
０を備えている。蓋８の上面にインク導入孔１２を有す
る上板１１を取付けてインクジェットヘッドを構成す
る。

【００１８】次に本実施例のインクジェットヘッドの動
作につき説明する。図３および図４は本実施例のインク
ジェットヘッドの溝２に垂直な断面を示す。図中の矢印
は圧電材料の分極方向を示す。本実施例においては基板
１において、隔壁１３の中央から下の部分が下部基板部
材１ｂ、上の部分が上部基板基板部材１ｃである。ここ
で下部基板部材１ｂは図中上向きに分極され、上部基板
部材１ｃは下向きに分極されている。前述したように、
溝２の内面には駆動電極３を取付け、駆動電極の表面に
パリレン等の絶縁膜７を取り付けた構造となっている。
図１に示す前記のインク導入孔１２からインクを注入
し、インク溜９およびインク通孔１０を介して、図３お
よび図４に示すように溝２に一つおきにインクを充填す
る。ここでインクを充填する溝２をインク溝２ｄ、イン
クを充填しない溝をダミー溝２ｃと呼ぶことにする。隔
壁１３の上面に接着した蓋８とインク溝２ｄは図１およ
び図２に示す封口片５とともにインク室１８を形成す
る。

【００１９】図４に示すようにいずれかのインク溝２ｄ
の駆動電極３とその両側のダミー溝２ｃの駆動電極３の
間に、ダミー溝の駆動電極３が高電位となるように駆動
電圧７０を加えるとインク溝２ｄの両側の隔壁１３は内
側に向けて変形しインク室１８の容積を縮小する。この
動作を急速に行うことにより、ノズル孔１６からインク
滴を吐出し印字を行うことができる。次に図３に示すよ
うに、駆動電圧７０を除去し放電スイッチ８０を閉じ放
電を行い、非駆動状態とし、インク溝２ｄの両側の隔壁
１３をもとの状態に復帰させ、次の印字ができるように
する。

【００２０】隔壁１３の段部における端面は図１および
図２に示し、説明したように接着剤６を介して封口片５
に接続しているが、本実施例においては接着剤６として
シリコーン樹脂を用いるため、そのヤング率が小さく、
隔壁１３に対する拘束が弱められ、隔壁１３の変形がし
やすくなり、吐出効率を上げ、低い駆動電圧での印字を
可能とする。実験によれば、接着剤として硬化後にヤン
グ率３．５×１０⁶ Ｎ／ｍ² 以下、動的弾性率２．０×
１０⁷ Ｎ／ｍ² 以下でゴム硬度８０（ショアＡ）以下と
なるシリコーン樹脂を用いることにより特に顕著な効果
が得られた。また加熱接着の際等に生ずる、接着剤の内
部応力が効果的に吸収され、接着層の破壊を防ぐことが
でき、耐久性も優れていることを確認した。

【００２１】図２および図３に示すようにインク溝２
ｄ、蓋８および封口片５等により形成するインク室１８
の内部とシリコーン樹脂の接着剤６は絶縁膜７により遮
断してあるので、従来のように封口片の接着後に接着剤
６から低分子シロキ酸環状体がインク室内１８に揮発
し、インク室の壁面をなす絶縁膜７等に吸着し、壁面を
撥水性とすることを回避することができる。従ってイン
ク室にインクを充填する際の気泡の発生を防ぐことがで
きる。特に本実施例においては、溝の表面の絶縁膜７に
は前述のように親水化処理が施してあり、蓋８を通常の
エポキシ接着剤により側壁１３等へ接着しても有害なガ
スは発生せず、親水化処理の効果は有効に存続する。こ
れにより、インク室１８の壁面と充填したインクの親和
力が高まり、気泡の発生を効果的に阻止し、気泡に起因
するインク滴の吐出不良を防止することができる。

【００２２】次に、本実施例の変形例として、封口片５
の外にノズル板１５もシリコーン樹脂接着剤６を介して
基板に取り付ける方式につき説明する。図５は本変形例
において、蓋８を接合する前の状態を示す溝２に沿った
断面図である。図５に示すように、基板の段部４にシリ
コーン樹脂接着剤６により封口片５を接着し、溝２の開
口する基板１の前方の端面１ｄに同じくシリコーン樹脂
接着剤６によりノズル板１５を接着する。これらの接着
の後、溝２の駆動電極３、封口片５の表面、ノズル板１
５の内面およびシリコーン樹脂接着剤の表面に絶縁膜７
を取り付ける。このときノズル孔１６の周辺にはマスク
により絶縁膜７が付かないようにする。

【００２３】次に、図示は省略するが、図１と同様の蓋
８を通常のエポキシ樹脂接着剤により、基板１の上面お
よびノズル板１５の未接着部分に接着してインクジェッ
トヘッドを構成する。印字動作は先に説明した本実施例
の動作と同様である。本変形例によれば、隔壁１３に対
する拘束は更に弱くなり、インク滴の吐出効率は更に高
くなる。

【００２４】（第２の実施例）本発明の第２の実施例を
図面を参照して説明する。図６および図７は本実施のイ
ンクジェットヘッドのインク室３８に垂直な断面図であ
り、図８はインク室３８に沿った断面図である。図６に
示すように基板２１は複数の溝２２および隔壁３３を備
えている。基板２１は複数の圧電薄板３３ｂおよび駆動
電極２３となる導電膜を交互に積み重ねて結合した積層
板を溝加工することにより形成する。ここで、隔壁３３
はｄ33モードで積層方向に伸縮する圧電アクチェーター
となる。溝２２の内面には後述するようにして絶縁膜７
をを取付け、隔壁３３の上面に蓋２８を取り付ける。

【００２５】図８に示すように基板２１の段部２４にお
ける溝２２の開口部を塞ぐようにして封口片５をシリコ
ーン樹脂の接着剤６により段部２４に接着する。このと
き溝の隔壁３３の段部４における端面は接着剤６を介し
て封口片６に接続する。接着後、溝２２の内面、接着剤
６および封口片５の露出した表面にパリレン等の絶縁膜
７をＣＶＤ等により取り付ける。この絶縁膜７の表面に
Ｏ₂ のプラズマ処理によりＯＨ基またはＣＯＯＨ基を配
列するか、またはスパッタ等によりＳｉＯ₂ 膜を取り付
ける等の親水化処理を行う。

【００２６】次に蓋２８を通常のエポキシ接着剤により
基板２１の隔壁３３の上面および封口片５の上面に接着
する。蓋２８は変形可能な比較的薄い板材よりなり、溝
２２に対し一つおきにインクを供給するインク通孔３０
を備えている。基板１の溝２の開口する端面および、隣
接する蓋８の端面にノズル孔１６を有するノズル板１５
を接合する。インク導入孔３２よびインク溜２９を有す
る上板３１を蓋２８の上に接合し、インクジェットヘッ
ドを構成する。

【００２７】本実施例の動作を説明する。前記のインク
導入孔３２からインクを注入し、インク溜２９およびイ
ンク通孔３０を介して、図６に示すように溝２２に一つ
おきにインクを充填する。ここでインクを充填する溝を
インク溝２２ｄ、インクを充填しない溝をダミー溝２２
ｃと呼ぶことにする。図６に示す隔壁３３の上から奇数
番目の駆動電極２３ｂ同士と偶数番目の駆動電極２３ｃ
同士をそれぞれ共通に接続し、その一方が他方より高電
位となるように電圧を加え、予め分極処理を施してお
く。

【００２８】インク溝２２ｄにインクを充填した状態
で、注目するインク溝２２ｄの両側の隔壁３３において
駆動電極２３ｂと２３ｃの間に分極処理と逆方向の駆動
電圧７１を加えると、図７に示すように隔壁３３の高さ
はｄ33効果により縮小し、インク溝２２ｄ、蓋２８等に
より形成するインク室３８の容積を縮小し、ノズル孔１
５からインク滴を吐出する。次に、図６に示すように駆
動電圧７０を除去し放電スイッチ８０を閉じ放電を行
い、放電終了後に非駆動状態とし、注目するインク溝２
２ｄの両側の隔壁３３をもとの状態に復帰させ、次の印
字ができるようにする。

【００２９】本実施例においても、前述のようにシリコ
ーン樹脂の接着剤６により封口片５の接着を行い、その
後に絶縁膜７の取り付けを行うので、第１の実施例と同
様の理由により、インク滴の吐出効率をあげ、インク室
３８内の気泡に起因するインク滴の吐出不良を防止する
ことができる。

【００３０】なお、インク溝２２ｄに図６および図７の
点線で示すようなスペサー３９を配することにより、イ
ンク室が縮小したときのインクの圧力を高めることがで
き、インク滴の吐出効率を更に高めることができる。

【００３１】

【発明の効果】以上に述べたように本発明によれば複数
の溝を備えた圧電材料よりなる基板と、複数の溝の少な
くとも一部にインクを供給するインク供給手段を備えた
蓋、溝の一方の開口部を塞ぐ封口片を有し、前記溝間の
隔壁を圧電変形することにより該溝に供給したインクを
圧縮して該溝に接続するノズル孔よりインク滴を吐出し
印字を行うインクジェットヘッドにおいて、吐出効率が
高く、且つ溝に供給したインク内の気泡の発生による吐
出不良を起こすことのないインクジェットヘッドを提供
することができる。

【００３２】本発明の製造方法によれば、複数の溝を備
えた圧電材料よりなる基板と、複数の溝の少なくとも一
部にインクを供給するインク供給手段を備えた蓋、溝の
一方の開口部を塞ぐ封口片を有し、前記溝間の隔壁を圧
電変形することにより該溝に供給したインクを圧縮して
該溝に接続するノズル孔よりインク滴を吐出し印字を行
うインクジェットヘッドにおいて、吐出効率が高く、且
つ溝に供給したインク内の気泡の発生による吐出不良を
起こすことのないインクジェットヘッドを確実に製造す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の構造を示す斜視図であ
る。

【図２】本発明の第１の実施例の製造工程を示す図であ
る。

【図３】本発明の第１の実施例の動作を示す断面図であ
る。

【図４】本発明の第１の実施例の動作を示す断面図であ
る。

【図５】本発明の第１の実施例の変形例の製造工程を示
す図である。

【図６】本発明の第２の実施例の動作を示す図である。

【図７】本発明の第２の実施例の動作を示す図である。

【図８】本発明の第２の実施例の構造を示す断面図であ
る。

【図９】従来のインクジェットヘッドの構造を示す上面
図である。

【図１０】従来のインクジェットヘッドの構造を示す断
面図である。

【符号の説明】

１基板２溝３駆動電極４段部５封口片６シリコーン樹脂接着剤７絶縁膜８蓋９インク溜１０インク通孔１１上板１２インク導入孔１３隔壁１５ノズル板１６ノズル孔１８インク室２１基板２２溝２３駆動電極２４段部２８蓋２９インク溜３０インク通孔３１上板３２インク導入孔３３隔壁３８インク室５１基板５２溝５３駆動電極５４段部５５封口片５７蓋５８インク供給手段５９接着剤６０隔壁６１ノズル板６２ノズル孔６３絶縁膜７０駆動電圧７１駆動電圧８０放電スイッチ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の溝を備えた圧電材料よりなる基
板、前記溝の隔壁の上面に取り付ける蓋、および該溝の
一方の開口部を塞ぐ封口片を有し、前記隔壁を圧電変形
することにより溝に供給されたインクを圧縮して該溝に
接続するノズル孔よりインク滴を吐出し印字を行うイン
クジェットヘッドにおいて、前記封口片と前記基板の間
にシリコーン樹脂層を備え、該シリコーン樹脂層の表面
及び溝の表面に絶縁膜を取付けたことを特徴とするイン
クジェットヘッド。
【請求項２】基板に溝加工をした後、必要に応じて溝
に導電膜を取付け、その後、シリコーン樹脂接着剤によ
り基板と封口片を接合し、その後シリコーン樹脂接着剤
のシリコーン樹脂層の表面および溝の表面を含む基板の
表面に絶縁膜を取付け、その後溝の隔壁の上面に蓋を接
合することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方
法。
【請求項３】絶縁膜に親水化処理を施してあることを
特徴とする請求項１に記載するインクジェットヘッド。
【請求項４】シリコーン樹脂層は硬化後に、ヤング率
３．５×１０⁶ Ｎ／ｍ² 以下でゴム硬度８０（ショア
Ａ）以下となることを特徴とする請求項１に記載するイ
ンクジェットヘッド。