JPH09277521A - インクジェット記録ヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】良品率が高く、コストが低い、マルチノズルの
インクジェット記録ヘッドを提供する。 【解決手段】インクノズル２やインク加圧室４などのイ
ンク流路となる溝が形成されている流路基板１と接合さ
れてインク流路を形成する振動板８の圧電素子103 接合
面には、全部のインク加圧室４を覆い、共通電極取り付
け位置92にわたる大きさのハンダ層91が形成され、この
ハンダ層91で、全部のインク加圧室４を覆う大きさの圧
電体板100 がハンダ付けされている。圧電体板100 の上
面には、個々のインク加圧室４に対応する形状の分離溝
106 が加工され、個々のインク加圧室４に対応する圧電
素子103 の信号電極を形成している。なお、振動板８と
流路基板１は、シート接着剤12で接合されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、インクを小滴と
してノズルより噴射して記録するインクジェット記録方
式に用いられるインクジェット記録ヘッド及びその製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット記録ヘッドを用いた印刷
装置は構造が簡単であるという利点から、小型軽量性が
要求される卓上プリンタやファックスなどの分野に広く
用いられている。インクジェット記録ヘッドには幾つか
の方式が提案されているが、振動板に圧電素子を接着
し、圧電素子に電圧を印加することにより圧電素子を伸
縮させ、振動板を振動させる方式は、インクジェット記
録ヘッドの寿命が半永久的であり、ランニングコストが
低いなどの長所を有するもので、今後、広く用いられよ
うとしている。

【０００３】この方式のインクジェット記録ヘッド（以
下では、ヘッドと略称する）は、通常、その一方の面
に、インク供給部、流路の流体抵抗調整部、インク加圧
部、インク吐出口部などが溝部として形成されている流
路基板と、シート状振動板とが接合され、インク加圧部
に対応する振動板の表面には圧電素子が接着されてい
る。流路基板と振動板の接合によって、インク流路が形
成され、圧電素子の伸縮に伴う振動板と圧電素子のバイ
モルフ作用によって、インク加圧部の体積が変化し、イ
ンク吐出口部からインクが吐出される。

【０００４】図６は、このような流路基板の流路配置を
示すものであり、図７は従来技術によるヘッドの構造を
示す流路に沿っての断面図である。プラスチック板、ガ
ラス板、金属板、あるいはシリコンウェハなどからなる
流路基板１には、射出成形、エッチングあるいは機械加
工などによって、インク吐出口部であるインクノズル２
と、ノズル流路３、インク加圧部であるインク加圧室
４、インク供給路５及び流路の流体抵抗調整部である絞
り流路６からなる複数のインク流路並びにインク供給部
であるインク溜め７となる溝が形成されている。この流
路基板１の溝側には、表面の一部に導電層９を形成され
ている、ガラスからなる振動板８が、シート接着剤12に
よって積層接合されて、インクの通路が形成されてい
る。振動板８が金属の場合には、導電層９は不要であ
る。インク加圧室４に対応する位置の振動板８の上面に
は、電気機械変換素子である圧電素子10が接着剤層11に
よって接合されている。流路基板１と振動板８の接合方
法としては、接着剤接合の他に、静電接合、溶剤接合な
どが代表的な方法である。

【０００５】このように構成されたヘッドの圧電素子10
の上部電極101 及び下部電極102 に所定のパルス電圧が
印加されると、圧電素子10が変形し、バイモルフ作用に
よって振動板８がインク加圧室４側へ変位し、インク加
圧室４の容積が急激に減少し、インク加圧室４内のイン
クが加圧されて、ノズル流路３を経てインクノズル２か
ら吐出される。吐出されたインクはインク滴となって記
録紙に付着し、印字される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
ヘッドの製造方法においては、振動板８に圧電素子10を
接着する場合に、熱硬化性接着剤を用いるが、微小面積
へ微量接着剤を塗布するために、その制御が困難で、接
着剤の上部電極101 へのせりあがりによる上部電極101
の導通不良、接着剤厚さが厚いことによる電圧低下、接
着不十分による振動板の変形不足などの問題を生じ、良
品率低下の原因となっている。

【０００７】また、従来のヘッドは下部電極102 を共通
電極とし、圧電素子10の上部電極101 を個別電極とし
て、フレキシブルプリント板のパッドを上部電極101 に
圧着しているため、圧電素子10に外力がかかり、圧電素
子10の変位が拘束され、インク吐出特性のバラツキの要
因となっている。この発明の課題は、上記の問題を解決
し、良品率が高く、低コストのマルチノズルのヘッドを
提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、この発明においては、両面に電極が形成されてい
る圧電素子を、振動板上に形成されたメタライズ層によ
って、振動板にハンダ付けしている。圧電素子をハンダ
付けにより振動板に接合するため、導通不良がなくな
る。

【０００９】更に、ハンダ付けのためのハンダ層は、振
動板上にハンダメッキによって形成する。ハンダメッキ
によって形成されるので、その厚さは必要最少限度に制
御できるので、ハンダの上部電極へのせりあがりなどの
不良もなく、厚さの揃った強固な接合ができるので、圧
電素子の変形を効率よく振動板に伝達することができ
る。

【００１０】また、少なくとも全部のインク加圧室に対
応する部分を含む、振動板の圧電素子搭載面に、少なく
とも全部のインク加圧室に及ぶ面積を有し、その両面に
電極が形成されている圧電体板をハンダ付けし、圧電体
板の表面側で、圧電体板の電極を、個々の加圧室に対応
する形状に分離溝によって分離している。ヘッドの全部
のインク加圧室にまたがる圧電体板をハンダ付けし、圧
電体板の表面電極を分離溝により分離することによっ
て、個々の圧電素子と同等の機能を発揮させている。こ
の場合も、ハンダ層をハンダメッキによって形成するこ
とは有効である。

【００１１】更にまた、振動板を絶縁物とし、その振動
板の表面の個々の加圧室に対応する部分毎に、それぞれ
分離された状態でメタライズ層を形成し、このメタライ
ズ部において、少なくとも全部のインク加圧室に及ぶ面
積を有し、その両面に電極が形成されており、振動板に
ハンダ付けされる面の電極は個々のインク加圧室に対応
して分離されている圧電体板をハンダ付けしている。こ
の場合は、下部電極が分離されているので、圧電体板が
個々の圧電素子と同等の機能を発揮する。この場合に
は、下部電極が個別電極となるので、個々の圧電素子の
上部電極より信号電極をとる必要がなく、圧電素子への
機械的な外力がかからなくなる。この場合に、分離をよ
り完全にするためには、圧電体板の表面側の電極を、全
部のインク加圧室に対応する部分は互いに電気的に接続
されている状態を保ちながら、インク加圧室に対応する
形状の少なくとも三方を分離溝によって分離することが
有効である。この場合においても、ハンダ層をハンダメ
ッキによって形成することは有効である。

【００１２】

【発明の実施の形態】この発明の第１のポイントは、圧
電素子と振動板との接合をハンダ付けにより実施するこ
とであり、第２のポイントは、圧電素子を個々の素子と
せず、全部のインク加圧室に及ぶ一枚の圧電体板とし、
圧電体板に加工した分離溝あるいは振動板上に形成した
個々の分離メタライズ層によって個々のインク加圧室に
対応する圧電素子とすることであり、第３のポイント
は、ハンダ付けをハンダメッキ層により実施することで
ある。

【００１３】以下に実施例を説明する。

【００１４】

【実施例】

（第１の実施例）図１は、この発明によるヘッドの第１
の実施例の構造を示す断面図であり、図２は、その平面
図である。図１は図２のＡ−Ａ断面である。流路基板１
は、プラスチック材料である非結晶性熱可塑性樹脂から
なり、射出成形により作製される。この流路基板１に
は、インクノズル２、ノズル流路３、インク加圧室４、
インク供給路５、絞り流路６及びインク溜め７に相当す
る溝が形成されている。振動板８は厚さ30μm のニッケ
ル板であり、その片面の、少なくとも全部のインク加圧
室４に及ぶ部分と共通電極取り付け位置92に及ぶ部分を
含む領域に厚さ１〜３μm のハンダ層91が形成されてい
る。このハンダ層91は下記の条件の電界メッキで形成し
た。

【００１５】 流路基板１のインク加圧室４は、図２に示すように、縦
横に規則正しく配列されている。この規則正しく配列さ
れたインク加圧室４に対応して、振動板８の圧電素子接
着面側に、全部のインク加圧室４を覆うように、ハンダ
層91を形成している。このハンダ層91の上に、全部のイ
ンク加圧室４を覆う大きさを有し、上部電極104 及び下
部電極105 が形成されている厚さ50μm の圧電体板100
を配設し、加重をかけて、熱風ガンにより約 300℃に加
熱し、圧電体板100 と振動板８をハンダ付けした。

【００１６】つづいて、圧電体板100 をハンダ付けした
振動板８とプラスチックの流路基板１を、シート接着剤
12で接合し、インク流路を形成した。振動板８と流路基
板１の接合の後、ダイシングマシンによって、図１及び
図２に示した分離溝106 を、インク加圧室４の形状にし
たがって、圧電体板100 の上部電極104 側に形成した。
この実施例では、分離溝106 の幅は 0.2mm、深さは50μ
m である。個々の上部電極104 には、従来技術と同様
に、フレキシブルプリント板のパッドをハンダ付けし、
ヘッドを作製した。

【００１７】この上部電極104 を信号電極とし、ハンダ
層91による共通電極との間に適正波形の駆動電圧を印加
して印字試験を行った結果、良好な印字特性を得た。こ
のように、多数のインク加圧室４全体にわたる圧電体板
100 を、厚さ１〜３μm のハンダ層91でハンダ付けする
ことによって、導通不良や接着剤の上部電極へのせりあ
がりがなくなり、良品率が向上した。また、接合層内の
ボイドの発生もなく、圧電素子103 の伸縮が効率よく振
動板８やインク加圧室４内のインクに伝わり、良好なイ
ンク吐出特性を得ることができた。

【００１８】（第２の実施例）図３は、この発明による
ヘッドの第２の実施例における、圧電素子搭載前の振動
板面から見た平面図であり、図４は第２の実施例を示す
平面図である。この実施例においては、振動板８は、絶
縁物であるジルコニア製の厚さ50μmの板である。この
振動板８の圧電素子搭載面には、図３に示すように、個
々のインク加圧室４に対応して、その長さ方向に１〜３
mm延長している、それぞれに分離された銅電極93をスパ
ッタで形成し、この銅電極93を陰極として、実施例１と
同様の電界メッキで、銅電極93上にハンダ層94を形成し
た。

【００１９】一方、圧電素子としては、実施例１と同様
の、全部のインク加圧室４を覆う大きさを有し、上部電
極107 及び下部電極を形成している圧電体板100 を用
い、この圧電体板100 の、振動板８と接合する側の電極
（下部電極）に、図２と同様に、インク加圧室に対応し
た形状に分離溝を形成した。この場合の溝幅は、実施例
１の場合より広くしている。それは、ハンダによって分
離溝が短絡されることを避けるためである。

【００２０】ハンダ層94をもつ振動板８とハンダ付け側
の面に分離溝をもつ圧電体板100 を実施例１の場合と同
様に、ハンダ付けし、圧電体板100 を搭載した振動板８
を、実施例１と同様に流路基板１にシート接着剤12で接
合し、インク流路を形成した。この実施例では、振動板
８上の個々に分離されているハンダ層94が、個々のイン
ク加圧室４に対応する信号電極となり、圧電体板100 よ
り外側のハンダ層部がフレキシブルプリント板取り付け
位置95であり、ここにフレキシブルプリント板のパッド
をハンダ付けした。圧電体板100 の上部電極107 は共通
電極てあり、各インク加圧室４に対応する圧電体に外力
がかからない部分を共通電極取り付け位置109 とし、こ
こにフレキシブルプリント板をハンダ付けし、ヘッドを
作製した。

【００２１】このようにして作製したヘッドにおいて、
共通電極としての上部電極107 と、信号電極としてのハ
ンダ層94との間に適正波形の駆動電圧を印加して印字試
験を行った結果、良好な印字特性を得ることができた。
この実施例では、絶縁物を振動板８とし、振動板８上に
形成したインク加圧室４毎の個別電極を信号電極とする
ことによって、圧電体板100 の上部電極107 を共通電極
とすることができ、圧電素子への外力の影響が軽減さ
れ、圧電素子の伸縮による変位の拡大・安定につながっ
た。

【００２２】この実施例では、絶縁物としてジルコニア
を用い、メタライズ層として銅のスパッタ膜を用いた
が、絶縁物としては、ガラスや他のセラミックスも採用
できるし、メタライズ層としては、ニッケルなどの他の
金属を採用することも、蒸着などの他の成膜方法による
膜を採用することもできる。 （第３の実施例）図５は第３の実施例を示す平面図であ
る。

【００２３】この実施例が、第２の実施例と異なる点
は、圧電体板100 の上部電極107 にも、共通電極として
の機能をもたせながら、インク加圧室４に対応させて、
分離溝108 を形成していることである。図５の場合は、
中央側の一辺のみを残して、他の３辺に分離溝108 を形
成している。この分離溝108 により、隣接するインク加
圧室への影響がより軽減され、より優れたインク吐出特
性を得ることができた。

【００２４】

【発明の効果】この発明によれば、圧電素子あるいは圧
電体板（以下では、圧電素子で代表する）を振動板にハ
ンダ付けしているため、その接合に伴う導通不良がなく
なり、接着剤による電圧低下もなく、所定の電圧を圧電
素子に印加することができ、圧電素子の必要な変形を確
保するすることができる。

【００２５】また、圧電素子の厚さに比べて十分に薄い
ハンダメッキ層を用いるので、ハンダが上部電極へせり
あがる不良を発生しなくなる。更に、振動板と圧電素子
が、ハンダによって強固に接合されるので、圧電素子の
変形を効率よく振動板に伝達することができ、フレキシ
ブルプリント板のパッドもハンダ付けにより強固に固定
されるので、信頼性が向上する。

【００２６】更にまた、圧電素子を全部のインク加圧室
にわたる一枚の圧電体板とし、その上部電極を分離溝に
よって分離し、各インク加圧室に対応する圧電素子とす
ることにより、ダイシングで個々の圧電素子の位置を決
めることができるので、圧電素子の接合工数が低減する
と同時に、位置合わせの精度も大幅に緩和される。圧電
素子を全インク加圧室にわたる一枚の圧電体板とし、振
動板を絶縁物とし、振動板上に個々のインク加圧室に対
応する個別電極を形成すると、圧電体板の上部電極は共
通電極となるので、個々の圧電素子の上部電極に信号電
極を接続する必要がなくなり、圧電素子へかかる外力を
軽減することができ、振動板の変位の拡大・安定につな
がる。

【００２７】以上のように、この発明によれば、良品率
が高く、信頼性が高く、低コストのマルチノズルのヘッ
ドを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明によるヘッドの第１の実施例の構造を
示す断面図

【図２】第１の実施例を示す平面図

【図３】第２の実施例における、圧電素子搭載前の振動
板面から見た平面図

【図４】第２の実施例を示す平面図

【図５】第３の実施例を示す平面図

【図６】流路基板の流路を示す平面図

【図７】従来技術によるヘッドの構造を示す断面図

【符号の説明】

１ 流路基板 ５ インク供給路 ２ インクノズル ６ 絞り流路 ３ ノズル流路 ７ インク溜め ４ インク加圧室 ８ 振動板 ９ 導電層 91, 94 ハンダ層 93 銅電極 92 共通電極取り付け位置 95 フレキシブルプリント板取り付け位置 10, 103 圧電素子 100 圧電体板 101, 104, 107 上部電極 102, 105 下部電極 106, 108 分離溝 109 共通電極取り付け位置 11 接着剤層 12 シート接着剤

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】インク加圧室を含むインク流路を形成する
   ための溝を有する流路基板と振動板が積層一体化され、
   振動板の流路基板とは反対側の面上で、インク加圧室に
   対応する位置に圧電素子が搭載されているインクジェッ
   ト記録ヘッドにおいて、 圧電素子には、その両面に電極が形成されており、その
   振動板側の電極と、振動板上に形成されたメタライズ層
   によって、圧電素子がハンダ付けされていることを特徴
   とするインクジェット記録ヘッド。
2. 【請求項２】請求項１に記載のインクジェット記録ヘッ
   ドにおいて、 少なくとも全部のインク加圧室に対応する部分を含む、
   振動板の圧電素子搭載面に、少なくとも全部のインク加
   圧室に及ぶ面積を有し、その両面に電極が形成されてい
   る圧電体板がハンダ付けされ、圧電体板の表面側で、圧
   電体板の電極が、個々の加圧室に対応する形状に分離溝
   によって分離されていることを特徴とするインクジェッ
   ト記録ヘッド。
3. 【請求項３】請求項１に記載のインクジェット記録ヘッ
   ドにおいて、 振動板が絶縁物からなり、その振動板の表面の個々の加
   圧室に対応する部分が、それぞれ分離された状態でメタ
   ライズされており、このメタライズ部において、少なく
   とも全部のインク加圧室に及ぶ面積を有し、その両面に
   電極が形成されており、振動板にハンダ付けされる面の
   電極は個々のインク加圧室に対応して分離されている圧
   電体板がハンダ付けされていることを特徴とするインク
   ジェット記録ヘッド。
4. 【請求項４】請求項３に記載のインクジェット記録ヘッ
   ドにおいて、 圧電体板の表面側の電極が、全部のインク加圧室に対応
   する部分は互いに電気的に接続されている状態を保ちな
   がら、インク加圧室に対応する形状の少なくとも三方を
   分離溝によって分離されていることを特徴とするインク
   ジェット記録ヘッド。
5. 【請求項５】請求項１から請求項４のいずれかに記載の
   インクジェット記録ヘッドの製造方法であって、 圧電素子あるいは圧電体板がハンダ付けされる振動板の
   ハンダ付け位置には、ハンダ付け前にハンダメッキ層が
   設けられ、そのハンダメッキ層により、圧電素子あるい
   は圧電体板と振動板がハンダ付けされることを特徴とす
   るインクジェット記録ヘッドの製造方法。