JP3206615B2 - インクジェットヘッド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インク滴をノズルから
吐出させて印字する、いわゆるオンデマンド型のインク
ジェットヘッドとその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のインクジェットヘッドは、平板状
の流路基板の上面に、共通インク室と溝状のインク流路
が形成され、流路を封止する流路基板蓋と流路基板との
接合面を接着剤により接合してなるものである。このイ
ンク流路は、共通インク室と連通するインク供給路と、
このインク供給路と連通する圧力室と、圧力室とノズル
とを連通する連通路とから構成されている。そして、流
路基板蓋の外面に、圧力室に対向的に圧電素子等の加圧
手段を設けている。通常、流路基板と流路基板蓋とはプ
ラスチック，ガラスなどの同一の材質を用いて構成され
ているので、流路の４つの壁面は同一材質となり、すべ
て同じ弾性率の面となっている。また、加圧手段により
流路の壁面の１つを変形させて圧力を発生させるため
に、流路の材料として変形の少ない剛性の高い材料が用
いられている。

【０００３】このようなインクジェットヘッドを製造す
る方法として、流路基板と流路基板蓋との接合に際し
て、これらの材質がプラスチックの場合には、流路基板
の接合面に接着剤を塗付し、流路基板蓋を対接させて押
圧することにより接合したり、接合面に溶剤を塗付して
溶融接着したりしている（例えば、特公昭６０−３７７
９７号公報）。

【０００４】しかし、接着剤や溶剤を塗付する方法で
は、接着剤等がインク流路内に流入して性能に悪影響を
与えたり、インク流路を塞いだりすることがあるので、
接着剤等を用いないで、ねじまたは弾性部材を用いて流
路基板と流路基板蓋とを押圧保持してインク流路をシー
ルしたり、また、加熱圧着により接合したりしている
（例えば、特開昭６３−１２０６５９号公報）。

【０００５】また、材質がガラスの場合には、熱融着さ
せて接合している（例えば、特開昭６２−８３１６号公
報）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のインクジェット
ヘッドのように、壁面が同一の弾性率の硬質の面である
と、流路内に発生した圧力波が壁面で反射され、振動が
減衰するまでに長い時間がかかり、このためにノズル面
でのメニスカスの減衰時間が長くなり、ヘッドの応答周
波数を下げなければならず、このために印字速度が低下
するという問題がある。

【０００７】また、接着剤や溶剤を用いないで押圧保持
してインク流路をシールする方法では、両者の接合面の
平滑性が要求され、インク流路のシール性を確保するこ
とが困難である。平滑性を得るためには、流路基板とし
てはガラスまたは金属（ステンレス）が適当である。し
かし、ガラスを用いた場合にはエッチングによりインク
流路を形成することが必要となり、エッチングを行うた
めに工程数が多くなりコストの上昇を招く問題がある。

【０００８】製造を容易にするためには、プラスチック
を用いることが望ましいが、加熱圧着による場合には、
加熱により全体が溶融温度以上に上昇してしまい、平板
状の流路基板を変形させることがあり、また、プラスチ
ックの温度による特性変化が緩慢でばらつきも大きいな
どの問題がある。

【０００９】そこで本発明の目的は、インク流路内のイ
ンクの振動の減衰を早め、ヘッドの応答周波数を上げる
ことが可能なインクジェットヘッドを提供することであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このような課題を達成す
るために本発明においては、一端がノズル開口に、他端
がインク供給口を介して共通インク室に連通する加圧室
と、前記加圧室の加圧領域の１つの壁面に固定され、前
記加圧室の容積を変化させてインクを加圧する加圧手段
とを備え、前記加圧室の前記加圧手段が固定されている
壁面以外の前記加圧室の壁面の内面に、前記加圧室を構
成する壁面よりも剛性の低い層が形成されている。

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【作用】加圧手段による加圧力を無用に減衰させること
なく、インク滴吐出後の加圧室のインクの振動波を剛性
の低い層により早期に減衰させる。

【００１４】

【００１５】

【実施例】図１及び図２を参照し、本発明のインクジェ
ットヘッドの一実施例の全体構成について説明する。流
路基板１は、インクに対して強く、接着に適したポリサ
ルフォン等の成形品であり、溝状のインク流路１ｂが刻
設され、このインク流路と連通するノズル１ａが厚み方
向に貫通して穿設してある。図示のように、流路基板１
の中央部前面に突出部１ｃを設け、ノズル１ａ…をエキ
シマレーザ加工などにより突出部１ｃを貫通して穿設す
る。流路基板１の背面に刻設されノズル１ａと実質的に
直交して連通するインク流路１ｂは、複数の加圧室１ｄ
…を有しており、、この各加圧室１ｄと、各ノズル１ａ
および後述の各インク供給孔２ａとをそれぞれ連通する
連通路１ｅ…とインク供給路１ｆ…とから構成されてい
る。

【００１６】流路基板１の背後には、インク流路を封止
する流路基板蓋である第１の基板２が積層され、両者が
シート状接着剤３により接合してある。第１の基板２に
は、複数のインク供給孔２ａ…が厚み方向に貫通して穿
設してあるもので、インク供給孔２ａはエキシマレーザ
加工などにより穿設され、上記インク供給路１ｆに開口
している。シート状接着剤３は、例えばゴム系の基材に
エポキシ樹脂などを含浸させたシート状のものを用い
る。このシート状接着剤３には、予めインク供給孔２ａ
に対応して孔３ａが形成してある。

【００１７】このように、流路基板１と第１の基板２と
はシート状接着剤３により接合してあるので、ノズル１
ａの近傍のインク流路１ｅの断面形状を図３に拡大して
示すと、インク流路１ｅの４つの壁面のうち、３つの壁
面ａ，ｂ，ｃは流路基板１の材料であるポリサルファン
で構成されるが、他の１つの壁面ｄはシート状接着剤３
の材料であるゴム系の基材で構成されることになるの
で、１つの壁面ｄが弾性率の異なる壁面となる。

【００１８】第１の基板２の背後には、第２の基板４が
上記と同様なシート状接着剤５により接合してある。第
２の基板４の前面側には、インク供給孔２ｂ…と直交す
るように、かつこれに連通するように、大面積の共通イ
ンク室４ａが形成してある。共通インク室４ａの中央部
には、インクを供給する開口４ｂが設けてあり、この開
口４ｂにフィルタ６が熱融着により接合してあり、これ
により、インク中のごみなどが共通インク室４ａへ侵入
するのを防いでいる。なお、シート状接着剤５には、上
記と同様に予めインク供給孔２ｂに対応して孔５ａが形
成してある。

【００１９】流路基板１の前面には加圧室１ｄと対向す
る位置に加圧手段が設けてある。すなわち、加圧手段
は、リン青銅または黄銅などの金属で作られた複数の振
動板７…と複数の圧電素子８…とをそれぞれ重ね合わせ
てなるもので、エポキシ等の接着剤で流路基板１に接合
してある。各圧電素子８は、図示しない外部の圧電素子
駆動用のドライバＩＣと電気的に導通するパターン電極
が形成してあるフレキシブルケーブル９の所定の電極
に、導電ペースト等によって接合してある。また、流路
基板１の前面に図示しない共通電極が導電ペーストによ
り形成してあり、この共通電極は、各圧電素子８を接合
した各振動板７と導通すると共に、フレキシブルケーブ
ル９の所定のパターン電極と導電ペーストにより導通さ
せてある。

【００２０】そこで本発明のインクジェッヘッドの製造
方法の一実施例について説明する。流路基板１と第１の
基板２との間にシート状接着剤３を介在させ、圧力を加
えて加熱して両者を接合する。シート状接着剤３は、ゴ
ム系の基材にエポキシ系の接着剤を含浸させたもので、
厚さ２０〜６０μｍのシート状のものを用いる。

【００２１】１例として、シート状接着剤３として厚
さ４０μｍのものを用い、６０℃で１２０時間保持する
エージング処理を行った。これによってシート状接着剤
３に含浸させた接着剤の流動を抑える。

【００２２】第１の基板２の接合面は、表面粗度５μ
ｍ程度に形成してあり、この面に上記のエージングした
シート状接着剤３を、孔３ａとインク供給孔２ａとを位
置合わせして配置し、１５±１．５kg／cm² の圧力を加
えつつ１５０℃に加熱する。これによりシート状接着剤
３は半硬化状態となって、第１の基板２に仮止めされる
ことになる。

【００２３】この半硬化状態のシート状接着剤３に、
流路基板１のインク流路を形成した側の面を位置合わせ
して対接し、１５±１．５kg／cm² の圧力を加えつつ１
５０℃に加熱する。これによりシート状接着剤３は完全
に硬化した状態となり、流路基板１と第１の基板２とが
接合される。

【００２４】なお、図２に示すように、第１の基板２の
上下両面にシート状接着剤３，５により流路基板１と第
２の基板４を接合する際には、上記の工程でシート状
接着剤３，５を同時にエージング処理し、上記工程で
第１の基板２の両面にシート状接着剤３，５を仮止め
し、上記工程で流路基板１と第２の基板４とを同時に
接合すればよい。

【００２５】工程のエージング処理の条件や、工程
の仮止めの条件は、基材の厚み，接着剤として用いられ
た樹脂の流れ性，加圧力，加熱温度，その他、接合面の
表面粗さなどにより大きく変化するので、これらのすべ
てを考慮してその条件が決定されるものである。

【００２６】上記の条件に至る前に、本発明者は、エー
ジング処理を８０℃で１００時間保持して行ったが、こ
の場合には接着剤が硬化しすぎてしまい、工程で仮止
めできない部分を生じてしまった。

【００２７】また、本発明者は、工程で仮止めする際
に、圧力を１０±１．５kg／cm² とし、他の条件を同じ
にして行ったが、この場合には仮止めの接合強度が十分
に得られず、シート状接着剤がインク流路内にたれ込む
部分ができてしまった。

【００２８】シート状接着剤は、エポキシ樹脂以外の接
着剤を用いて形成してもよい。

【００２９】本発明のインクジェットヘッドによりイン
クを吐出する際には、フレキシブルケーブル９を介して
ドライバＩＣからの駆動信号を圧電素子８に供給する
と、圧電素子８が変形して振動板７及び流路基板１を加
圧室１ｄ内側に屈曲させ、これにより加圧室内のインク
を加圧して圧力を発生させる。この圧力により、インク
は連通路１ｅを通過して、ノズル１ａから吐出する。吐
出後には圧電素子８に対する印加電圧は０となり、圧電
素子８は反動で外方に屈曲して加圧室１ｄ内の圧力がマ
イナスになる。この負圧により、共通インク室４ａから
インク供給孔２ａ，インク供給路１ｆを通過して、加圧
室１ｄにインクが供給される。

【００３０】インク滴吐出のために加えられた圧力によ
りインクがインク流路内を通過する際に、従来のように
流路の壁面がすべて均一な剛性の高い材質で形成されて
いると、流路内に生じた圧力波が壁面で反射し続けるの
で、振動が減衰するのに長い時間がかかる。これに対し
て、壁面ａ，ｂ，ｃ，ｄのうちの、圧電素子８が固定さ
れていない１つの壁面ａ、ｃ、ｄの少なくとも１つに、
シート状接着剤３の層、つまり加圧室１ｄを構成する壁
面よりも剛性の低い層が存在すると、この接着剤３の層
によりインク滴吐出時の加圧力を弱めることなく、イン
ク滴吐出後のインクの振動が吸収されるため、振動が早
期に減衰する。これにより、次の駆動信号をそれだけ早
く印加できて、印字スピードを向上することができる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明においては、
一端がノズル開口に、他端がインク供給口を介して共通
インク室に連通する加圧室と、加圧室の加圧領域の壁面
に固定され、加圧室の容積を変化させてインクを加圧す
る加圧手段とを備え、加圧室の加圧手段が固定されてい
る壁面以外の加圧室の壁面の内面に、加圧室を構成する
壁面よりも剛性の低い層が形成されているので、加圧手
段による加圧力を無用に減衰させることなく、インク滴
吐出後のインクの振動波を剛性の低い層により早期に減
衰させ、高速印字を可能とすることができる。

【００３２】

【００３３】

【００３４】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェットヘッドの一実施例を示
す一部切欠正面図である。

【図２】図１Ａ−Ａ線断面図である。

【図３】図１のノズル近傍のインク流路を示す拡大断面
図である。

【符号の説明】

１ 流路基板 １ｄ インク流路（加圧室） １ｅ インク流路（連通路） １ｆ インク流路（インク供給路） ２ 流路基板蓋（第１の基板） ３ シート状接着剤 ａ，ｂ，ｃ インク流路の壁面 ｄ 弾性率の異なるインク流路の壁面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 早川 剛 千葉県四街道市鹿渡934−13番地 株式 会社精工舎 千葉事業所内 (56)参考文献 特開 平５−8388（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/045 B41J 2/055

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一端がノズル開口に、他端がインク供給
   口を介して共通インク室に連通する加圧室と、前記加圧
   室の加圧領域の１つの壁面に固定され、前記加圧室の容
   積を変化させてインクを加圧する加圧手段とを備え、前
   記加圧室の前記加圧手段が固定されている壁面以外の前
   記加圧室の壁面の内面に、前記加圧室を構成する壁面よ
   りも剛性の低い層が形成されているインクジェットヘッ
   ド。
2. 【請求項２】 前記層が、前記加圧室を形成する部材を
   接合する接着剤により形成されている請求項１に記載の
   インクジェットヘッド。
3. 【請求項３】 前記接着剤が、ゴム系の基材にエポキシ
   樹脂を含浸させたシートである請求項２に記載のインク
   ジェットヘッド。