JP2000334949A

JP2000334949A - インクジェットヘッド

Info

Publication number: JP2000334949A
Application number: JP15367899A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Miyoshi; 康雄三好
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1999-06-01
Filing date: 1999-06-01
Publication date: 2000-12-05

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】インクジェットヘッドに対する高密度化、高
精細化による高画質化の要求に対応するために、ノズル
ピッチの高密度化、圧力室及び圧電素子の配列ピッチも
高密度化が必要となる。それに伴い必要となる圧電素子
と圧力室との高精度の位置合わせ手段及び圧電素子と圧
力室を形成する振動板との接合に使用される接着剤を提
供する。【解決手段】圧電素子１２の接合面側に凹溝３３を形
成し、振動板１５の島状凸部３２先端面と凹溝３３底面
とを接着剤３４で接合した。

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ヘッドに
関し、特に圧電素子と振動板の島状凸部とを接合したイ
ンクジェットヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の
画像形成装置や画像記録装置として用いるインクジェッ
ト記録装置におけるインクジェットヘッドとしては、イ
ンク滴を吐出するノズルと、このノズル孔が連通する圧
力室、（吐出室、加圧液室、液室、インク流路等とも称
される。）と、この圧力室内のインクを加圧するエネル
ギーを発生するエネルギー発生手段とを備えて、エネル
ギー発生手段を駆動することで圧力室内インクを加圧し
てノズルからインク滴を吐出させるものであり、記録の
必要なときにのみインク滴を吐出するインク・オン・デ
マンド方式のものが主流である。

【０００３】そして、エネルギー発生手段に圧電素子を
用いるピエゾアクチュエータ方式のインクジェットヘッ
ドとしては、例えば特開平１１−９１１１３号公報に記
載されているように、ヘッド基板上に積層型圧電素子
（積層圧電型駆動体）を列設し、この圧電素子上に、振
動板、液室隔壁部材及びノズルプレートを順次積層した
ものが知られている。

【０００４】このように圧電素子と振動板とを用いるイ
ンクジェットヘッドにおいては、振動板に形成した島状
凸部（アイランド部とも称される）と圧電素子とを接着
剤で接合することで、圧電素子の変位を振動板に効率的
に伝達するようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、インクジ
ェットヘッドに対する高密度化、高精細化による高画質
化の要求に対応するためには、ノズルピッチを高密度し
なければならず、その結果圧力室及び圧電素子の配列ピ
ッチも高密度化することから、圧電素子と圧力室との高
精度の位置合わせが要求される。

【０００６】ところが、上述した従来のインクジェット
ヘッドのように、単に振動板の島状凸部の平坦面と圧電
素子の平坦面とを接合する構造では、圧力室と圧電素子
との高精度位置合わせに十分に対応しきれなくなってい
る。また、振動板の島状凸部と圧電素子との接合に用い
る接着剤の厚さが不均一であると、圧電素子からの変位
の伝達効率にバラツキが生じてインク滴がばらつくな
ど、インク滴吐出を安定して行うことができなくなる。
さらに、接着剤がはみ出して隣接する圧電素子に付着す
るなどした場合には、圧電素子の駆動不良などが生じ得
る。

【０００７】本発明は上記の課題に鑑みてなされたもの
であり、高密度化に対応可能で、安定したインク滴吐出
を行うことができるインクジェットヘッドを提供するこ
とを目的とする。

【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、本発明に係るインクジェットヘッドは、圧電素子
には振動板の島状凸部との接合面側に凹部を形成したも
のである。

【０００９】ここで、振動板の島状凸部は圧電素子側に
向かって幅狭になるように形成することが好ましい。こ
のような振動板の島状凸部はエッチングで形成すること
ができる。また、振動板の島状凸部先端面と圧電素子の
凹部底面とを接合することが好ましい。さらに、振動板
の島状凸部と圧電素子の凹部との接合にはフィルム状接
着剤を用いることが好ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添
付図面を参照して説明する。図１は本発明に係るインク
ジェットヘッドの一例を示す断面図、図２は同ヘッドの
図１と直交する方向の断面図、図３は同ヘッドの圧電素
子の斜視説明図である。

【００１１】このインクジェットヘッドは、アクチュエ
ータユニット１と、液室ユニット２とを備えている。ア
クチュエータユニット１は、チタン酸バリウム系セラミ
ック、ガラスエポキシ樹脂等の絶縁材からなるヘッド基
板１１上に、複数の積層型圧電素子１２を列状に配置し
て接合し、これら各圧電素子１２の周囲を取り囲む樹
脂、セラミック等からなるフレーム部材（液室支持体）
１３を接着剤によって接合している。

【００１２】圧電素子１２としては、例えば、厚さ１０
〜５０μｍ／１層のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）
と、厚さ数μｍ／１層の銀・パラジューム（ＡgＰd）か
らなる内部電極とを交互に積層した積層型圧電素子を用
いている。

【００１３】一方、液室ユニット２は、振動板１５と、
ＳＵＳ材からなる液室隔壁部材１６、流路部材１７、共
通液室部材１８及びノズル２０を形成したノズルプレー
ト１９を順次積層したものである。これらの各部材によ
って、圧電素子１２に対応する加圧室２１と、この加圧
室２１に供給するインクを導入する共通液室２２と、共
通液室２２から加圧室２１にインクを供給するための流
体抵抗部を兼ねたインク供給路２３と、加圧室２１をノ
ズル２０に連通するノズル連通路２４を形成している。

【００１４】ここで、振動板１５は、金属材料、樹脂等
の１層または複層構造からなり、変形可能なダイアフラ
ム部３１と、このダイアフラム部３１に一体的に設けた
島状凸部３２とを有している。この振動板１５のダイア
フラム部３１は、例えばＮi、Ｃｕなどの金属材料、ポ
リイミドフィルムなどの樹脂フィルムを用いて形成し、
島状凸部３２はＡl、Ｎi、ＳＵＳ等の金属を用いて形成
している。

【００１５】そして、圧電素子１２には、図３に示すよ
うに、振動板１５の島状凸部３２が入り込む凹部である
凹溝３３を形成している。この場合、圧電素子１２の最
上面は不活性層１２ａとして、この不活性層１２ａに凹
溝３３を形成する。

【００１６】このインクジェットヘッドにおいては、ア
クチュエータユニット１の基板１１と圧電素子１２及び
フレーム部材１３とは接着剤で接合して組付け、また、
液室ユニット２もアクチュエータユニット１とは別個に
加工、組立を行なった後、液室ユニット２の振動板１５
の島状凸部３２をアクチュエータユニット１の圧電素子
１２に設けた凹溝３３と位置合わせして例えばエポキシ
系の接着剤３４で接合する。なお、このとき、振動板１
５とフレーム部材１３も接着剤３４で接合する。

【００１７】このように圧電素子１２と振動板１５を接
合するインクジェットヘッドにおいて、圧電素子１２の
接合面側に凹溝３３を形成し、振動板１５の島状凸部３
２を嵌め合わせて接合することにより、圧電素子１２と
振動板１５との位置合わせを高精度に行うことができ、
圧電素子１２と加圧室２１の位置合わせ精度も高くな
り、ノズルピッチの高密度化に対応することができる。

【００１８】例えば、３００dpiのインクジェットヘッ
ドの場合、ノズルピッチは２５０μｍ程度となる。ここ
で、クロストーク（相互干渉）を少なくするためには、
加圧室２１間の隔壁部の厚さを１００μｍ程度にするこ
とが好ましい。そうすると、振動板１５の幅（ダイアフ
ラム部３１のノズル列方向幅）は１５０μｍ程度にな
る。したがって、振動板１５上の加圧室２１と振動板１
５の島状凸部３２に接合する圧電素子１２との位置合わ
せ精度として数十μｍ程度が要求される。

【００１９】このとき、振動板１５の島状凸部３２を圧
電素子１２の凹溝３３内に嵌め合わせることで振動板１
５と圧電素子１２との位置ずれが少なくなり、特に接合
時に荷重をかけたときに生じる振動板１５と圧電素子１
２との位置ずれを防止でき、圧電素子１２と加圧室２１
とを高精度に位置合わせして接合することができ、イン
ク滴吐出特性が向上すると共に、量産性にも優れ、歩留
まりも向上する。

【００２０】ここで、圧電素子１２と振動板１５の島状
凸部３２とを接着する接着剤３４について説明する。圧
電素子１２と縞状凸部３２とを接合する接着剤の量が多
すぎると、接着剤が圧電素子１２、１２間の溝に溢れ出
て隣接する圧電素子１２に付着して圧電素子１２の安定
した駆動（変位）が得られなくなったり、圧電素子１２
の変位が振動板１５に効率良く伝達されなくなったりす
る。逆に、接着剤の量が少なすぎると、圧電素子１２と
振動板１５との接合が不安定になったり、接合不良が生
じて、圧電素子１２の変位が振動板１５に効率的に伝達
されなくなったり、相互干渉（クロストーク）が発生す
るなどする。

【００２１】そこで、圧電素子１２に凹溝３３を形成し
て振動板１５の島状凸部３２先端面（下端面）と凹溝３
３底面とを接着剤３４で接合することで、接着剤３４の
はみ出しを防止することができ、確実に圧電素子１２と
振動板１５とを接合することができるようになり、圧電
素子１２の駆動不良なども生じることなく、安定したイ
ンク滴吐出を行うことができる。

【００２２】接着剤の塗布方法としてはディスペンサー
を用いたり、スクリーン印刷を用いたりすることができ
るが、接着剤３４としてフィルム状接着剤を用いること
が好ましい。すなわち、ディスペンサーによる塗布は厚
さ制御がし易いなどの利点もあるが、微細な箇所への塗
布には不向きである。スクリーン印刷による場合、微細
なパターンの形成には向いているが、凹溝３３の底面に
接着剤を塗布するには不向きであり、島状凸部３２の先
端面にしか塗布できない。これに対して、フィルム状接
着剤は凹溝３３の底面に位置精度良く接着剤を塗布する
ことができる。

【００２３】次に、本発明の他の実施形態について図４
及び図５を参照して説明する。なお、図４は圧電素子と
振動板との接合部分の拡大説明図、図５は振動板の島状
凸部のみを示す斜視説明図である。この実施形態におい
ては、振動板１５の島状凸部３２を圧電素子１２側に向
かって幅が狭くなる断面形状に形成している。振動板１
５の島状凸部３２に金属材料を用いてエッチングを行う
ことで容易に上述した断面形状の島状凸部３２を得るこ
とができる。

【００２４】例えば、ＳＵＳ材上に島状凸部３２の先端
面形状のレジスト膜を形成し、エッチングを行うこと
で、エッチング面は垂直ではなくやや斜めになり、圧電
素子１２側に向かって幅が狭くなる断面形状に形成でき
る。この場合、加工材料の厚さにもよるが、厚さが２０
μｍ程度の場合で圧力室側に向かって約１０μｍ程度幅
が広がってエッチングされる。

【００２５】このように振動板１５の島状凸部３２を圧
電素子側に向かって幅狭になる断面形状に形成すること
で、島状凸部３２と圧電素子１２の凹溝３３との位置合
わせが容易になる。つまり、圧電素子１２の凹溝３３の
ノズル列方向幅をｂとし、振動板１５の島状凸部３２の
液室側幅をｂ、先端面幅をａとしたとき、位置合わせに
（ｂ−ａ）だけ余裕が生じる。

【００２６】ここで、具体的な実施例について図６乃至
図８を参照して説明する。なお、図６は断面説明図、図
７及び図８は透過状態で示す平面説明図である。（実施例１）ヘッド基板１上のプレート状積層型圧電素
子を接合し、これにダイシングソーでスリット加工を施
して、図７に示すように、ノズル列方向幅２００μｍ、
ノズル列と直交する方向の長さ０．８ｍｍ、並置間隔７
０μｍで複数の圧電素子１２を分割形成した。

【００２７】そして、図６に示すように、圧電素子２の
振動板との接合面にノズル列方向幅１２μｍの凹溝３３
をワイヤーソーにより形成した。圧電素子２の接合面側
から２０μｍは不活性層としている。そして、圧電素子
２の凹溝３３の底面に厚さ１０μｍのフィルム状接着剤
３４を設置した。接着剤３４としてはエポキシ系の熱硬
化型のものを使用した。次いで、ヘッド基板１上のフレ
ーム部材１３を接合してアクチュエータユニット１を製
作した。

【００２８】一方、ＳＵＳ材を積層して、振動板１５、
液室隔壁部材１６、流路部材１７、共通液室部材１８及
びノズルプレート１９からなる液室ユニット２を製作し
た。ここで、振動板１５の島状凸部３２はエッチングに
より形成した。

【００２９】そして、アクチュエータユニット１の圧電
素子１２と液室ユニット２の液室とを位置合わせした
後、荷重５ｋｇ、加熱温度１２０℃−３０分間で、加熱
加圧して、振動板１５の島状凸部３２と圧電素子１２の
凹溝３３底面とを接合した。この接合には、液室ユニッ
ト２に形成した穴４１から圧電素子１２を確認しながら
位置合わせを行った。位置合わせ後の位置精度は１０μ
ｍであった。

【００３０】（比較例１）圧電素子１２に凹溝３３を形
成しないで平坦面のまま振動板１５の島状凸部３２と接
合した。それ以外は、上記実施例１と同じとした。

【００３１】そして、これらの各インクジェットヘッド
について圧電素子１２と振動板１５を接合した後の位置
精度を確認したところ、実施例１では１３μｍであった
が、比較例１では８０μｍ程度のずれが生じていた。ま
た、接着剤３４についても、実施例１では位置ずれやは
み出しが認められなかったが、比較例１では圧電素子１
２の接合面に対してフィルム状接着剤の位置ずれが生じ
ていた。そして、インク滴吐出を行ったところ、実施例
１では良好なインク滴吐出を行うことができたが、比較
例１では隣接ノズルからの吐出が確認された。

【００３２】（実施例２）図８に示すように、実施例１
のアクチュエータユニット１の圧電素子１２のノズル列
方向幅を１５０μｍ、並置間隔を７０μｍとした。ま
た、圧電素子１２の凹溝３３底面に接着剤を塗布するに
代えて、液室ユニット２の振動板１５の島状凸部３２先
端面にスクリーン印刷でエポキシ系熱硬化型接着剤３４
を塗布した。そして、実施例１と同様にして圧電素子１
２の凹溝３３底面と振動板１５の島状凸部３２とを接合
した。

【００３３】（比較例２）圧電素子１２に凹溝３３を形
成しないで平坦面のまま振動板１５の島状凸部３２と接
合した。それ以外は、上記実施例２と同じとした。

【００３４】これらの実施例２及び比較例２について
も、上記と同様に位置精度及び接着剤のはみ出し、イン
ク滴吐出を確認したところ、実施例２では圧電素子１２
と振動板１５を接合した後の位置精度は８μｍであり、
良好なインク滴吐出を行うことができた。これに対し、
比較例１では圧電素子１２と振動板１５を接合した後の
位置ずれが１００μｍに達しており、また、良好なイン
ク滴吐出を行うことができなかった。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るイン
クジェットヘッドによれば、圧電素子の振動板との接合
面側に凹部を形成したので、圧電素子と液室を高精度に
位置決めすることができ、インク滴吐出効率が向上す
る。

【００３６】ここで、振動板の島状凸部は圧電素子側に
向かって幅狭になるように形成することで、位置合わせ
に余裕ができて、生産効率が向上する。このような振動
板の島状凸部はエッチングで形成することで、量産性が
向上する。

【００３７】また、振動板の島状凸部先端面と圧電素子
の凹部底面とを接合するで接着剤のはみ出しがなく、信
頼性が向上する。さらに、振動板の島状凸部と圧電素子
の凹部との接合にはフィルム状接着剤を用いることで、
接着剤と塗布位置精度を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るインクジェットヘッドの一例を示
す断面図

【図２】同ヘッドの図１と直交する方向の断面図

【図３】同ヘッドの圧電素子の斜視説明図

【図４】本発明の他の実施形態を説明する圧電素子と振
動板との接合部分の拡大説明図

【図５】同実施形態の島状凸部の斜視説明図

【図６】具体的な実施例の説明の供する断面説明図

【図７】同実施例１の平面説明図

【図８】具体的な他の実施例の説明に供する平面説明図

【符号の説明】

１…アクチュエータユニット、２…液室ユニット、１１
…ヘッド基板、１２…圧電素子、１３…フレーム部材、
１５…振動板、１６…液室隔壁部材、１７…流路部材、
１８…共通液室部材、１９…ノズルプレート、２０…ノ
ズル、２１…圧力室（液室）、２２…共通液室、３１…
ダイアフラム部、３２…島状凸部、３３…凹溝、３４…
接着剤。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】振動板に設けた島状凸部と圧電素子とを
接合したインクジェットヘッドにおいて、前記圧電素子
には前記振動板の島状凸部との接合面側に凹部を形成し
たことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】請求項１に記載のインクジェットヘッド
において、前記振動板の島状凸部は前記圧電素子側に向
かって幅狭になるように形成したことを特徴とするイン
クジェットヘッド。
【請求項３】請求項２に記載のインクジェットヘッド
において、前記振動板の島状凸部がエッチングで形成さ
れていることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれかに記載のイン
クジェットヘッドにおいて、前記振動板の島状凸部先端
面と前記圧電素子の凹部底面とを接合したことを特徴と
するインクジェットヘッド。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれかに記載のイン
クジェットヘッドにおいて、前記振動板の島状凸部と圧
電素子の凹部とをフィルム状接着剤で接合したことを特
徴とするインクジェットヘッド。