JP3638293B2 - インクジェットヘッド - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、インクジェットプリンタに使用されるインクジェットヘッドに関するものである。
【０００２】
インクジェットプリンタは、効率が良く、小型で、解像度が高く、印字が静かに行われるという特徴があり、近年の普及は目覚ましいものがあるが、最近では、携帯用プリンタに代表される小型プリンタに対する需要が大きいため、さらに小型化，高効率化を図ることが急務になっている。
【０００３】
これらの要望に対応するため、インクジェットヘッドも、薄板状ヘッドの端面にノズルが設けられているいわゆるエッジシュート型だけでなく、薄板の平面上にノズルが設けられているいわゆるサイドシュート型が検討され、その中でも特に、ノズルのほぼ直下に圧力発生源を設けて小型化，高効率化を図ったもの（以下、直下型と呼ぶ）が開発され始めた。
【０００４】
【従来の技術】
この方式の従来の直下型インクジェットヘッドの例を図１８（Ａ）乃至図１８（Ｄ）に示す。これらの構成は次の通りである。図１８（Ａ）は、圧力発生源として圧電素子を用いたものであり、圧力発生部である圧力室１が２列のノズル２の両側に各ノズル２にそれぞれ連絡してほぼ円弧状に配列され、該各圧力室１に接する振動板上には該各圧力室１に対向する圧電素子３がそれぞれ取り付けられている。矢印Ａ方向はノズル２からのインク噴出方向で、矢印Ｂ方向はヘッド走査方向である。
【０００５】
図１８（Ｂ）は、走査方向に対し交差して斜めに配列された各ノズルに連絡する各圧力室が平行に配列されたものを示し、各圧力室に接する振動板上には圧電素子３がそれぞれ取り付けられている。図１８（Ｃ）は、ノズルが斜めに２列に配列され、各圧力室が２列に向き合わせて配列されたものを示している。
【０００６】
また、図１８（Ｄ）は、圧力発生源として電気熱変換素子４を用いたバブルジェット方式のもので、該電気熱変換素子４は、ノズル５のほぼ真下にある圧力室６の底面上に配置されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来構造は次の欠点を有していた。すなわち、図１８（Ａ）の場合は、ノズルの外側へいくほどヘッドの性能に寄与しない無駄なスペースが広くなるため、ヘッドが比較的大型になり、かつ圧力室の形状が複雑になるとともに、印字の直後に媒体を押さえると汚れるというインクジェットプリンタ特有の問題を解決するための媒体送り機構にかなりの工夫が必要になる。
【０００８】
また、図１８（Ｂ）の場合は、解像度を上げるためにノズル数を増やすとヘッドの横幅が大きくなり、ヘッド走査の際に媒体と接触して、媒体を汚したり破ったりする危険が増加するとともに、各ノズル毎に駆動タイミング制御を行わねばならず、制御方法が複雑化し、印字品位を保つのが困難になる。
【０００９】
また、図１８（Ｃ）の場合は、圧力室を２列に向き合わせることにより上記欠点の改善を図っているが、制御方法が複雑化し印字品位を保つのが困難になるという欠点は依然として残っている。
【００１０】
また、図１８（Ｄ）の場合は、駆動源のエネルギ密度が高いため、比較的小さな圧力室を用いることが可能で、図１８（Ａ）〜図１８（Ｃ）よりはかなり小型のヘッドが実現でき、欠点も少ない。しかし、この形状のままでは、解像度は３００ｄｐｉ程度が限界であり、それ以上の高解像度化を図るのが困難である。
【００１１】
本発明は、高解像度，かつ小型のインクジェットヘッドを低コストで生産することを可能にするインクジェットヘッドを提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、少なくとも１個以上のノズルから成るノズル列が２ｎ本（但し、ｎ≧２の整数）形成されたインクジェットヘッドにおいて、最上位のドットを印字するノズルを第一番目のノズルとして以下順に最下位のドットを印字するノズルまで番号を付けたとき、任意の第ｍ番目のノズルの属するノズル列と第（ｍ＋ｎ）番目のノズルの属するノズル列とが擬似的に１列として取り扱うことが可能なように間隔ａがドットピッチｐに対してｐ／２の整数倍となるように近接して配置されており、第ｍ番目のノズルの属するノズル列と第（ｍ＋１）番目のノズルの属するノズル列とが前記近接して配置された間隔よりも相対的に離れて配置されており、前記２ｎ本のノズル列に対応する圧力室が共通の部材に形成され、且つ、前記圧力室の平面形状が四角形状で、各圧力室におけるノズル位置とインク供給口とが四角形の角の互いに対角線の位置に配置されているとともに、前記近接して配置した２本のノズル列の印字タイミングを同期して擬似的に１列として駆動する手段を設けたことを特徴とする構成（第１の構成）とする。
【００１３】
また、上記第１の構成のインクジェットヘッドにおいて、ノズルを対向させて近接配置された２つのノズル列に対応する２つの圧力室列が、１つの圧力室群となるようにインク供給路によって全周をとりまかれていることを特徴とする構成（第２の構成）とする。
【００１４】
また、上記第２の構成のインクジェットヘッドにおいて、圧力室群が複数個あって、これらを取り囲むインク供給路が圧力室群ごとに分離され、分離された各インク供給路がそれぞれ異なる色のインクの供給を受けることを特徴とする構成（第３の構成）とする。
【００１５】
【作用】
第１の構成の場合は、圧力室が無駄な面積をとらずに無理なく配置できる。また、ノズル列は擬似的に１列として取り扱うことが可能なように間隔ａがドットピッチｐに対してｐ／２の整数倍となるように２列ずつ近接しているため、ヘッド駆動制御を行うときは該２列のノズル列の印字タイミングを同期して疑似的に１列として取り扱うことが可能となる、すなわち、制御は非常に容易になる。
また、圧力室の平面形状を四角形状とし、各圧力室におけるノズル位置とインク供給口とが四角形の角の互いに対角線の位置に配置することによって、インクの流れは淀み点がなくなり、インク注入時に気泡が残ることはなく、ヘッドの信頼性は一層向上する。
さらに、インクの噴射に寄与しない部分の面積がなくなって、結果的にヘッドをより小型化することができる。
【００１６】
第２の構成の場合は、インク供給路をこのような形状とすることで、各圧力室に対して上下のいずれからでもインクを供給でき、実質的なインク供給能力が増大する。これにより、インク噴射はより安定し、また高速印字も可能になる。
【００１７】
第３の構成の場合は、分離された各インク供給路にそれぞれ異なる色のインクが供給されて複数色の印字ができるようになっているため、色の数だけの微小改行によりカラー印字を行うことができる。
【００１８】
以上を要約すると、本発明によれば、高解像度かつ小型のインクジェットヘッドを低コストで得ることができる。
【００１９】
【実施例】
以下、図１乃至図１７に関連して本発明の実施例を説明する。
【００２０】
本発明は、圧力室を最小限の面積に無理なく配列させ、しかも従来例に挙げられた欠点を極力小さくできる構造を実現するものである。そのために、圧力室の縦方向は、仕切り壁を含めて、ヘッドの解像度ピッチの２ｎ倍（但し、２ｎは前述したノズル列の本数）が最大幅になるように分割されている必要がある。インクジェットヘッドの走査方向は、駆動源の性能に応じて必要最小限の幅となるように決定される。
【００２１】
図１乃至図４に実施例を示す。
【００２２】
図１は本実施例のインクジェットヘッドの構造説明図で、図１（Ａ）は各圧力室，ノズルの標準的な配置を示している。この図１（Ａ）のインクジェットヘッド１１は、複数のノズル１２を縦方向に並設して成るノズル列が２ｎ本（但し、ｎ≧２）形成され、各ノズル１２はそれぞれ圧力室１３に連結している。なお、本図ではｎ＝２の場合を示している。
【００２３】
各ノズル列は、最上位のドットを印字するノズル（一番左のノズル列の一番上のノズル）を第一番目のノズルとして以下順に最下位のドットを印字するノズル（一番右のノズル列の一番下のノズル）まで番号を付けたとき（図中、圧力室１３内に付した＜＞付の数字がノズル番号になる）、任意の第〈ｍ〉番目のノズルが属するノズル列と第（ｍ＋ｎ）番目のノズルの属するノズル列とが近接して配置されており、第ｍ番目のノズルの属する列と第（ｍ＋１）番目のノズルの属するノズル列とが離れて配置されている。
【００２４】
これらの配置を具体的に説明すると、例えば、第９番目のノズル１２が属するノズル列（一番左の列）と（９＋２）の第１１番目のノズル１２が属するノズル列（左から２番目の列）とが近接し、第９番目のノズル１２が属するノズル列と（９＋１）の第１０番目のノズル１２の属するノズル列（左から３番目の列）とが離れている。
【００２５】
このようなノズル及び圧力室の配置を行った場合、圧力室が無駄な面積をとらずに無理なく配置できる。また、ノズル列の数は４列あるが、２列ずつ間隔ａを介し近接しているため、ヘッド駆動制御を行うときには疑似的に２列として取り扱うことが可能となる。これは、４列制御を行う場合と比較して制御が非常に容易になる。
【００２６】
なお、図１（Ａ）の距離ａ（例えば９番目のノズルのあるノズル列と、９＋２番目のノズルのあるノズル列との列間距離）について説明を加えると、例えば解像度が３６０ｄｐｉの場合ドットピッチｐは７０．５μｍ（＝３６０／２５．４×１０００μｍ）であり、ａをｐの整数倍に設定すれば、２本のノズル列の印字タイミングは同期させることができる。従って、タイミング信号の数は１本ですみ、制御が簡単になる。
【００２７】
但し、一般にシリアルドットプリンタにおいては、斜め線のつながりを美しくするために、横方向について見かけ上２倍の解像度に相当する位置にドットを印字するということが行われている。これについても考慮した場合には、ａがｐ／２の整数倍に設定すれば良いことになる。
【００２８】
また、図１（Ａ）のｂ寸法（例えば第９番目のノズルのあるノズル列と、第（９＋１）番目のノズルのあるノズル列との距離）についても、内容及び効果は上記とほぼ同様である。
【００２９】
また、図１（Ｂ）のインクジェットヘッド２１は、図１（Ａ）のノズル列間の距離と、ノズル２２の縦方向の間隔（解像度に依存する）とが一定の比率となるように設定されたもので、各ノズル列に対応する圧力室２３の上下の仕切り壁が、横方向の２ｎ本の圧力室列にわたって、点線で示すように直線をなしている。このため各圧力室２３は図示のような形となっている。
【００３０】
この場合は、仕切り壁の決め方によっては、図１（Ａ）の場合よりも圧力室の面積が小さくなることもあるが、寸法検査が容易になるとともに、後述するように駆動源として圧電素子等を用いた場合に、駆動源を一体に形成した後分離する方法を採ることが可能となり、製造性が大幅に改善される。
【００３１】
また、図１（Ｃ）のインクジェットヘッド３１は、図１（Ｂ）の圧力室の面積を最大限に増やすために、上下の仕切り壁のつくる直線を平行として圧力室形状を平行四辺形にしたものである。図中、３２はノズル、３３は圧力室である。
【００３２】
この場合は、仕切り壁の幅がどこでも一定となることにより、インクの噴射に寄与しない部分の面積がなくなって、結果的にヘッドを図１（Ｂ）より小型化できる。
【００３３】
図２は図１（Ａ）のインクジェットヘッド１１のインク供給路の構造説明図で、図２（Ａ）に示すように、左から一番目の列の各圧力室１３はインク供給路４１ａに接続し、２番目と３番目の列の各圧力室１３は該両列の間を通るインク供給路４１ｂに接続し、４番目の列の各圧力室１３はインク供給路４１ｃに接続している。
【００３４】
ところで、管路の摩擦抵抗は、ダルシー・ワイズバッハの式として知られるように、断面積の４乗に反比例する。従って、図２（Ｂ）に示したような従来方式と比較すると、インク供給路の共通化により、インク供給路に要する横方向の幅を縮めることが可能になる。これもヘッドの小型化に有効な手段である。
【００３５】
インク供給路の他の例を図３に示す。
シリアルドットプリンタにおいては、全べた印字の場合を除いて、すべてのノズルが同時に駆動されることはまれである。従って、インク供給路４２を図３（Ａ）のような形状とする（ノズル同士が近接する２つのノズル列に対応する２つの圧力室列が、１つの圧力室群となるようにインク供給路４２によって全周をとりまかれている）ことで、各圧力室１３に対して共通のインク供給路４２の上下どちらからもインクを供給できることになり、実質的なインク供給能力が増大する。これによって、インク噴射はより安定化し、高速印字も可能になる。
【００３６】
図３（Ｂ）は、インク供給路を、各圧力室列にそれぞれ連絡するイエロー用のインク供給路４３ａ，シアン用のインク供給路４３ｂ，マゼンタ用のインク供給路４３ｃ，及びブラック用のインク供給路４３ｄに分離したものを示している。このヘッドでは１パスで４色の印字ができ、４回の微小改行によって文字を印字できる。勿論ブラックは３色の混合で印字することも可能で、その場合は圧力室群を３列に分離すれば良い。このようにすれば、小型で単一のカラーヘッドが実現できる。
【００３７】
上記のようにインク供給路から各圧力室にインクを供給する際に、インク供給路，ノズルの位置を適切に設定することが気泡の滞留をなくす上で重要で、図４はこれらの位置設定要領を示している。以下図４（Ａ）〜図４（Ｅ）を用いて詳細に説明する。
【００３８】
図４（Ｂ）のように、ノズル５１が圧力室５２の角部にないときは、インク供給路５３からの初期のインク注入時に圧力室５２内に気泡５４が残りやすく、また何かのタイミングでノズル５１から気泡を吸い込んだ場合にも、同じ位置に気泡５４が引っ掛かりやすくなる。この気泡は、インク排出操作を行っても、インクの流れの淀み点にあるため、なかなか排出されない。
【００３９】
圧力室内部に気泡が存在すると、駆動源による圧力波が大幅に減衰し、インク噴射が停止してしまう。これに対し、ノズル５１を図４（Ａ）に示すように圧力室５２の角部近傍に配置した場合には、気泡が存在しても、排出操作の際に矢印で示したインクの流れに乗るため、容易に排出でき、ヘッドの信頼性は向上する。
【００４０】
また、このようにインク室角部にノズルを設けても、インク供給路５３が圧力室５２の中央に接続する場合は、図４（Ｃ）に示すように、初期のインク注入時に圧力室５２内の右角部に気泡が残りやすい。この場所も、インク排出操作の際のインク流れの淀み点であり、気泡はなかなか排出されない。そこで、インク供給路５３を図４（Ｄ）に示すようにノズル５１と対角に配置すると、インクの流れは図中矢印線のようになって淀み点がなくなり、インク注入時に気泡が残ることはなく、ヘッドの信頼性は一層向上する。
【００４１】
さらに、図４（Ｅ）に示すように、図４（Ｄ）の構造のものを点対称に配置すると、個々の圧力室５２はインク供給路５３からノズル５１まで全く同じ形状とすることができる。これにより、ヘッド特性の確保が容易になる。
【００４２】
本発明のインクジェットヘッドの主要構成及び効果については以上の通りであるが、次にこのヘッドの動作，製造方法等について説明する。
【００４３】
図５は圧電素子を駆動源とするインクジェットヘッドの動作説明図で、図５（Ａ）は非動作時を示し、図５（Ｂ）は動作時を示している。図中、７１はノズル７１ａを備えたノズル板、７２は圧力室７２ａ及び該圧力室７２ａに連絡する図示しないインク供給路を備えた流路板、７３は振動板で、これらの３枚の板は接着等により積層されている。７４は圧電素子である。圧力室７２ａはノズル７１ａに連通し、圧電素子７４は振動板７３の表面に接着等により固定されて圧力室７２ａに対向している。
【００４４】
図５（Ａ）は圧電素子７４に電圧を印加していない状態であり、振動板７３はたわんでいない。図５（Ｂ）は圧電素子７４に電圧を印加した状態であり、圧電素子７４の変位力によって振動板７３がたわみ、インク粒子７５がノズル７１ａから噴射される。
【００４５】
図６は静電力利用インクジェットヘッドの動作説明図で、図６（Ａ）は非動作時を示し、図６（Ｂ）は動作時を示している。図中、８１はノズル８１ａを備えたノズル板、８２は圧力室８２ａ及び図示しないインク供給路を備えた流路板、８３は振動板、８４はエアギャップ８４ａを備えた絶縁層、８５は基板である。
【００４６】
図６（Ａ）は電圧を印加していない状態であり、振動板８３はたわんでいない。図６（Ｂ）は図示のように電圧を印加した状態であり、静電力によって振動板８３がたわみ、インク粒子８６がノズル８１ａから噴射される。
【００４７】
図７は電気熱変換素子使用インクジェットヘッドの動作説明図で、図７（Ａ）は非動作時を示し、図７（Ｂ）は動作時を示している。図中、９１はノズル９１ａを備えたノズル板、９２は圧力室９２ａ及び図示しないインク供給路を備えた流路板、９３は基板、９４は圧力室９２ａ内で基板９３上に配置された電気熱変換素子である。
【００４８】
図７（Ａ）は電気熱変換素子９４に通電していない状態である。図７（Ｂ）は電気熱変換素子９４に通電した状態であり、発生した熱エネルギによってインクの一部が瞬時に沸騰して気泡９６を形成する。この気泡の成長によって、ノズル９１ａからインク粒子９５が噴射される。
【００４９】
図８は圧電素子形成方法説明図である。通常、圧電素子は、前述（図５）のように、各圧力室に対応する位置で振動板上に接合されているが、図８の場合は、複数の圧力室を覆う大きさの圧電素子１０１を接合後、これを圧力室を仕切る仕切り壁の真上の位置で切断して、各圧力室にそれぞれ対応する圧力室を形成する。
【００５０】
切断用の機械としては、半導体等の切り離しに用いられる精密スライサーを用いるのが有効である。この場合には、切断溝幅は約５０μｍと非常に薄くできるため、取り除かれる部分が小さくなってヘッドが不必要に大きくなることを防げるとともに、切断の位置精度も±５μｍ程度の誤差に収まるため、個々の圧電素子の大きさのばらつきを非常に小さくすることができる。
【００５１】
図９は圧電素子の他の形成方法説明図で、すべての圧力室を覆うよりも大きい圧電素子１００を接合後、これを図８と同様の方法により切断して、各圧力室にそれぞれ対応する圧力室を形成する。これにより、圧電素子群の外周に不饗な部分（図中斜線記人部分）が残る。一般に圧電素子を振動板に接着する場合、接着剤の塗布量によっては、接着剤が素子の表面まではみ出して硬化することかある。
【００５２】
このはみ出した接着剤が素子表面の電極を覆ってしまうと、導通不良を引き起こす。この問題は、図９のように圧電素子群の外周に不要な部分を設けることによって解決できる。また、圧電素子を振動板に半田付けした場合には、一般に素子自身が薄いために、半田が圧電素子の外周で上下の電極間のブリッジとなり、絶縁不良を起こすことがある。絶縁不良がひどい場合には、装置そのものの破壊につながるため、大問題である。
【００５３】
このような場合にも、不要な部分を素子の外周に設けておけば、半田ブリッジを生じても、実際に使用する部分は絶縁が確保されているために、使用上問題となることはない。さらに、圧電素子を切断する場合には、切り始めと切り終りにおいてチッピング（微小な欠け）が生じやすいが、不要な部分を外周に設けておけば、チッピングが起きた場合でも、実際に使用する部分には被害がないために不良品とならない。従って、ヘッドの歩留まりが良くなり、信頼性も向上する。
【００５４】
図１０は圧電素子と圧力室の位置合わせ手段説明図で、１０３₁ ，１０３₂ は、圧電素子１０１の接着面上で接着範囲の外側に設けられた十字型の基準マークである。圧電素子を振動板に接着後切断する場合には、切断位置と圧力室の位置ずれが大きな問題となる。位置ずれが大きくなると、圧電素子の変位が振動板に有効に伝わらなくなると同時に、ある圧力室に対応した圧電素子を駆動した場合に、その素子の一部が隣接した別の圧力室にかかっていることになり、機械的干渉が起きるという問題を生じる。
【００５５】
従って、位置ずれをいかに小さくするかが重要になってくるが、圧電素子は不透明なため、素子を透かして圧力室と位置合わせをするのは不可能である。この問題は、流路板を形成する際に、圧力室の切断位置の基準となる基準マーク１０３を同時に形成することによって、切断位置決めを正確かつ容易にして解決することができる。
【００５６】
図１１はヘッドの組立工程図である。このヘッドは、ノズル１１１ａを備えたノズル板１１１と、圧力室１１２ａ及び該圧力室１１２ａに連絡するインク供給路（図示せず）を備えた流路板１１２（図５の流路板７２と振動板７３を一体化したものに相当）と、圧電素子１１３とを積層したもので、その組立工程は次の通りである。
【００５７】
まず、図１１（Ａ）に示すノズル板１１１，流路板１１２を作成する。ノズル板１１１は、感光性ガラス（品名：ＰＥＧ３，ホーヤ株式会社製）のエッチングにより製作する。なお、ノズル径は５０μｍ，板厚は２００μｍとした。また、ノズルの製造方法としては、この方法にこだわらず、電鋳法等を用いても良い。流路板１１２は、感光性ガラスをエッチングして製作した。板厚は１５０μｍ，エッチング深さは５０μｍとした。材料としては、シリコン，ステンレススチールを使用し、エッチングにより流路を形成しても良い。また、プレス加工により一枚の板に凹凸の加工を行って流路板を形成することもできる。
【００５８】
次に、この２枚を図１１（Ｂ）に示すように接合する。接合には、▲１▼使用中に部品の脱落が起きないと同時に、隣接圧力室とのクロストークが起こらないように、非常に細い仕切り壁の部分で漏れがなく強固に接合されていること、▲２▼接合用の接着剤やバインダが圧力室内にあふれて、ノズルを塞いだり、気泡がたまりやすくなったり、インクの流れを阻害したりすることのないようにすること、の２点を満足する必要がある。
【００５９】
そのため、各種接合実験を行ったところ、次の３種類の接合方法が有効であることが確認された。すなわち、エポキシ系接着剤を用いる方法、紫外線硬化型嫌気性接着剤を用いる方法、ろう接方法の３種類が有効である。次にそれぞれの場合について詳述する。
【００６０】
エポキシ系接着剤を用いる場合には、比較的高い粘度の二液混合タイプを用いるのが望ましく、その塗布は、ゴムローラまたはバーコータを用いて、少量の接着剤を流路板に薄く均一に行うようにする。その後ノズル板と合わせ、加圧しながら加熱，硬化させる。エポキシ接着剤としては、ＡＷ１０６，ＨＶ９５３Ｕチバガイギー製（８０℃，３時間硬化）を用いる。
【００６１】
紫外線硬化型嫌気性接着剤（ＬＩ２１０，ロックタイト）を用いる場合には、塗布方法はエポキシ系接着剤と同様だが、硬化させる場合に、加圧しながら紫外線を照射することが異なる。ノズル板または流路板のどちらかが透明な場合には、紫外線を直接接着剤に照射できるが、両方とも不透明な場合でも、端部に露出した接着剤が紫外線により硬化して、内部の接着剤は空気から遮断され、その後は嫌気性のために徐々に内部まで硬化が進む。
【００６２】
接着剤を用いる場合の特長は、流路板とノズル板の材質がかなり自由に選択することができることと、１００℃以下という比較的低い温度で作業できるために、寸法の狂いや反り，材質の変成が起きにくいという点である。
【００６３】
また、ろう接の場合は、流路板とノズル板が両方とも金属であることが必要となる。ろう接の手順は、流路板表面にバインダとしてはんだメッキやニッケルメツキ等を施し、ノズル板と合わせて強く加圧しながら、バインダ剤の融点以上に加熱して接合を行う。ろう付の特徴としては、強度が非常に高く、漏れやあふれが殆んど起こらず、インク内に強い溶媒が混ざっていても接合部分がダメージを受けることはない、ということが挙げられる。
【００６４】
次に、図１１（Ｃ）に示すように、流路板１１２の流路形成していない面に、銀ペースト（シルベスト，ＰＳ７０７，徳力化学研究所製）を塗布し、１６０℃，１時間で焼き付けて、電極１１４を形成する。なお、流路板としてステンレススチール板を使用すると、この電極形成は不要である。
【００６５】
次に、図１１（Ｄ）に示すように、トーキン製の圧電素子１１３を流路板１１２上に接合する。この接合については、▲１▼圧電素子の変位エネルギを振動板（流路板１１２の圧力室１１２ａに接する部分）に効率良く伝達すると同時に、繰り返し荷重に耐えるように強固に接合されていること、▲２▼圧電素子の下部電極と電極１１４の間に電気的な導通がとれていないと圧電素子が作動しないため、接合層に導電性があるか、または接合層が非常に薄く（１０μｍ以下程度）圧電素子の下部電極の一部が電極１１４と接していること、の２点を満足する必要がある。
【００６６】
そのため各種接合実験を行ったところ、次の各種の接合方法が有効であることが確認された。すなわち、エポキシ系接着剤を用いる方法、紫外線硬化型接着剤を用いる方法、導電性接着剤を用いる方法、はんだ付けによる方法が有効である。
【００６７】
エポキシ系接着剤を用いる場合は、使用接着剤，塗布方法については上述の場合（ノズル板と流路板の接合）と同様なので詳細説明を省略するが、気泡の残存が少なく接着状態は良好である。なお、接着剤塗布後真空槽内で脱泡処理を行うと、一層良い結果が得られる。
【００６８】
紫外線硬化型嫌気性接着剤を用いる場合には、上述の場合と同様に接着が行われるが、１００℃以下の比較的低い温度で作業できるために、圧電素子の劣化が起きにくい。
【００６９】
一方、はんだ付けの場合は、流路板が金属であることが必要となる。はんだ付けの手順は、流路板表面にはんだメッキを施し、圧電素子と合わせて強く加圧しながら、はんだの融点以上に加熱して接合を行う。はんだ付けの特徴としては、強度が非常に高く、導電性があるために導通不良が起きることはなく、はんだをメッキで振動板にのせるために、接合層は非常に薄くなる。なお、はんだ付けを行った場合は、圧電素子が高温にさらされるため、素子の再分極措置を行うのが望ましい。
【００７０】
その後、図１１（Ｅ）に示すように、ダイシングソー（ＤＡＤ２５Ｐ／６Ｔ，（株）ディスコ）により切断した後、図１１（Ｆ）に示すように供給口にジョイント１１５を取り付けてインクカートリッジ（図示せず）に接続する。そして、図１１（Ｇ）に示すように、圧電素子駆動源に接続するフレキシブルケーブル１１６を圧電素子直前まで引き回し、ワイヤボンディングで各圧電素子に接続する。
【００７１】
上記ワイヤボンディングによる接続部の詳細を図１２（Ａ）に示す。本図に明らかなように、フレキシブルケーブル１１６の導体１１６ａの露出面と圧電素子はワイヤボンディングにより接続される。１１６ｂ及び１１６ｃは、フレキシブルケーブル１１６のベースフィルム及びカバーフィルムである。この場合の特徴は、設備の汎用性があり、低コストなことである。但し、圧電素子が振動する構造のため、防湿効果を兼ねた接合強度の補強（シリコン塗布等）が必要である。
【００７２】
次に、上記ワイヤボンディング以外の接続方法について説明する。
【００７３】
図１２（Ｂ）は熱圧着方式で、フレキシブルケーブル１１６の導体露出面と圧電素子１１３の表面に厚さ数μｍ〜十数μｍのはんだ１１７を表面処理し、ヒータ１１８により熱加圧してはんだ付けするものである。その特徴は、安価で、接続強度の信頼度が高いことである。但し、隣同士の電極のショートを避けるため、ピッチとはんだ表面処理の厚さの管理を注意深く行う必要がある。
【００７４】
図１２（Ｃ),（Ｄ）はバンプボンダ方式で、まず図１２（Ｃ）に示すように圧電素子１１３上に数μｍ〜十数μｍ程度の外径のはんだバンプ（はんだボール）１１９を設け、これをヒータ１１８により熱加圧して図１２（Ｄ）に示すようにはんだ付けを行うものである。この方式の特徴は、熱圧着方式に比べ、隣同士のショートの可能性を低減できることである。
【００７５】
図１２（Ｅ）は異方導電ゴム方式で、図１２（Ｅ）に示すように、圧電素子１１３とフレキシブルケーブル１１６との間に異方導電ゴム１２０を挿入し、これを、導体露出部分にのみ凸部１２１ａを設けた弾性材１２１を介し加圧板１２２で加圧することにより導通をとるものである。この方式の特徴は、圧電素子を加熱する必要がないため、再分極処理が不要となることである。但し、圧電素子の振動を妨げないように、弾性材の硬度，加圧力を適切に設定する必要がある。
【００７６】
図１２（Ｆ）は異方導電フィルム方式で、異方導電ゴム方式を改善したものである。この場合は、圧電素子１１３とフレキシブルケーブル１１６との間に異方導電フィルム１２３を挿入し、導体露出部分をヒータ１１８で熱加圧することにより導通をとる方式である。異方導電フィルム（商品名：アニソルム等）は、熱硬化樹脂に導電性粉末を混練したものであり、その特徴は、熱加圧後に熱硬化樹脂が硬化するため、異方導電ゴムのように常加圧する必要がなく、加熱温度もはんだ付けに必要な温度よりも低く抑えることができることである。
【００７７】
図１１に関連して説明したノズル板，流路板の各種製造方法を詳細に補足説明すると次の通りである。
【００７８】
ノズル板は、電鋳，感光性ガラスエッチング，シリコンエッチング，マイクロプレス等で製造される。電鋳方式の場合は、図１３（Ａ）に示すように、基板１３１上にパターン１３２を形成した上に、図示形状のＮｉ１３３を付け、これを成長させてノズル板１３４を形成する。１３４ａはノズルである。この電鋳品を基板１３１からはがして製品が得られる。この方式の特徴は、安価で量産性に優れていることである。
【００７９】
感光性ガラスエッチング方弐の場合は、図１３（Ｂ）に示すように、感光性ガラス１３５の上にマスクパターン１３６を重ね、露光，エッチングを行って、ノズル１３７ａを備えたノズル板１３７を得る。この方式の特徴は、ノズルの長さを長くすることが可能で、インク粒子の飛翔方向の精度を高くするとともに、噴射の安定性を確保しやすいということである。また、透明なため、ヘッド組立後も外部からの検査等が可能である。
【００８０】
シリコンエッチング方式の場合は、図１３（Ｃ）に示すように、シリコン板１３８の上にレジスト１３９を塗布してマスクパターン１４１を重ね、露光，現像，エッチングを行って、ノズル１４１ａを備えたノズル板１４１を得る。この方式の特徴は、エッチング速度が低く寸法管理がしやすいため、加工精度が高いことである。
【００８１】
マイクロプレス方式の場合は、図１３（Ｄ）に示すように、基板にエンボス加工，プレス抜き加工，ラップ仕上げを行って、ノズル１４２ａを備えたノズル板１４２を得る。この方式の特徴は、ノズル長さを長くできることと、加工精度が高いことである。
【００８２】
流路板は、ステンレスエッチングまたはガラスエッチング，シリコンエッチング，感光性ガラスエッチング，プラスチックモールド等で製造される。ステンレスエッチングまたはガラスエッチング方式の場合は、図１４（Ａ）に示すように、ステンレスまたはガラスの基板１４３上にレジスト１４４を塗布してマスクパターン１４５を重ね、露光，エッチング液によるエッチングを行ってレジストを除去し、流路１４６ａを備えた流路板１４６を得る。この方式の特徴は、材料費が安く、加工が容易なことである。
【００８３】
シリコンエッチング方式の場合は、図１４（Ｂ）に示すように、４インチ厚さのＳｉ（１００）の基板１４７の上にＳｉＯ２等のレジスト１４８を塗布し、露光，現像及びエッチング（ＫＯＨ（１０％）水溶液を用いて５０℃，４０分）を行って流路１４９ａを備えた流路板１４９を得る。この方式の特徴は、エッチング速度が低く寸法管理がしやすいため、加工精度が高いことである。
【００８４】
感光性ガラスエッチング方式の場合は、図１４（Ｃ）に示すように、感光性ガラス１５０の上にマスクパターン１５１を重ね、露光，エッチングを行って、ノズル１５２ａを備えた流路板１５２を得る。この方式の特徴は、加工精度が比較的高く、透明なため外部からも検査等ができることである。
【００８５】
プラスチックモールド方式の場合は、図１４（Ｄ）に示すように、左側に示す工程で型を製作する。まず、ガラス基板１５３にフォトレジスト１５４を所定のパターンで塗布し、その表面にスパッタによりＮｉ１５５を形成し、さらに電鋳によりＮｉ１５６を付ける。次に、その表面に基板１５７を張り付け、ガラス基板１５３から剥離して型１５８が得られる。製品成形時には、右側に示すように、この型を平板状の下型１５９上にセットし、２Ｐ材を注型後ＵＶ照射を行うことによって、流路１６０ａを備えた流路板１６０が得られる。この方式の特徴は、量産性に優れていることである。
【００８６】
上述の図１１以降の説明では一体型の流路板について述べたが、その外観を、図１１の流路板１１２を例にとり示すと図１５に示す通りで、その特徴は、部品点数，加工工数が少ないという点である。流路板は一体型だけでなく張り付け型にしても良く、その一例を図１６に示す。
【００８７】
この張り付け型流路板は、振動板１６１の上に感光性樹脂１６２をラミネート加工により形成した後、フォトマスクを通してパターンを感光させ、不要部分を溶剤で除去することにより得られる。１６３は圧力室、１６４はインク供給路である。この方式の特徴は、振動板と仕切り壁に、それぞれに要求される性能に最適な材料を選択できることと、仕切り壁の高さの精度管理が容易にできることである。
【００８８】
ヘッドを構成する各板接合時の位置合わせ方式を図１７に示す。本図は図１１に示したものに適用する場合を示しており、２本のガイドピンを用いるものである。一般に、ピンガイド方式での位置合わせ精度は±１０μｍ程度と言われており、ノズル相互の位置をピンガイドで決定しようとすると、解像度が高いヘッドにおいては、印字精度に問題がでる。
【００８９】
しかし、本図のヘッドのような形状の場合は、ノズル相互の位置精度はノズル板そのもので確保されており、流路とノズルの相対位置の±１０μｍ程度のずれは、特性上問題とならない。その場合に、ピンガイド方式は簡単かつ有効な組立手段である。本図の場合の組立手順は次の通りである。
【００９０】
１６５は２本のガイドピン１６６を備えた位置合わせ治具である。ノズル板１１１，流路板１１２，圧電素子１１３，及びフレキシブルケーブル１１６の各部材にはそれぞれ２本のガイドピン１６６に対応するガイド穴が設けられており、これらのガイド穴をガイドピン１６６に嵌合させることによって、各部材は位置決めされる。
【００９１】
上記のようなヘッド構造において、流路板の圧電素子接合面の接合領域外の外部から見える位置に、ヘッド解像度や部品番号等のデータを彫り込んでおけば、類似のヘッドの判別を容易化することができ、部品の取り違え等をなくすことができる。しかも、そのためにコストアップすることもない。
【００９２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、高解像度かつ小型のインクジェットヘッドを低コストで大量生産することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例のインクジェットヘッドの構造説明図で、図１（Ａ）は各圧力室，ノズルの標準的な配置を示し、図１（Ｂ）及び図１（Ｃ）はそれぞれ仕切り壁の配置を示している。
【図２】本発明の実施例のインク供給路の構造説明図で、図２（Ａ）は本発明のものを示し、図２（Ｂ）は従来のものを示している。
【図３】本発明の実施例の他のインク供給路の構造説明図で、図３（Ａ）は共通インク供給路の場合を示し、図３（Ｂ）はインク供給路分離型の場合を示している。
【図４】本発明の実施例のノズル，インク供給路の位置設定要領説明図で、図４（Ａ）〜（Ｃ）はインク供給路が圧力室の中央に接続する場合を示し、図４（Ｄ),（Ｅ）はインク供給路がノズルと対角の位置に接続する場合を示している。
【図５】圧電素子使用インクジェットヘッドの動作説明図で、図５（Ａ）は非動作時を示し、図５（Ｂ）は動作時を示している。
【図６】静電力利用インクジェットヘッドの動作説明図で、図６（Ａ）は非動作時を示し、図６（Ｂ）は動作時を示している。
【図７】電気熱変換素子使用インクジェットヘッドの動作説明図で、図７（Ａ）は非動作時を示し、図７（Ｂ）は動作時を示している。
【図８】圧電素子の形成方法説明図である。
【図９】圧電素子の他の形成方法説明図である。
【図１０】圧電素子と圧力室の位置合わせ手段説明図である。
【図１１】ヘッドの組立工程図で、図１１（Ａ）〜（Ｇ）は各工程を順に示している。
【図１２】フレキシブルケーブルと圧電素子の各種接続方式説明図で、図１２（Ａ）はワイヤボンディング方式を示し、図１２（Ｂ）は熱圧着方式を示し、図１２（Ｃ ), （Ｄ）はバンプボンダ方弐を示し、図１２（Ｅ）は異方導電ゴム方式を示し、図１２（Ｆ）は異方導電フィルム方式を示している。
【図１３】ノズル板の各種製造方法説明図で、図１３（Ａ）は電鋳方式の場合を示し、図１３（Ｂ）は感光性ガラスエッチング方式の場合を示し、図１３（Ｃ）はシリコンエッチング方式の場合を示し、図１３（Ｄ）はマイクロプレス方式の場合を示している。
【図１４】流路板の各種製造方法説明図で、図１４（Ａ）はステンレスまたはガラスエッチング方式を示し、図１４（Ｂ）はシリコンエッチング方式を示し、図１４（Ｃ）は感光性ガラスエッチング方式を示し、図１４（Ｄ）はプラスチックモールド方式を示す。
【図１５】図１１の流路板の実際の形状を示す斜視図である。
【図１６】張り付け型流路板の形状を示す斜視図である。
【図１７】各板の接合方式を示す斜視図である。
【図１８】従来の各種直下型インクジェットヘッドの構造概要を示す斜視図で、図１８（Ａ）〜（Ｄ）は圧力発生源，圧力室の各種配置をそれぞれ示している。
【符号の説明】
１１，２１，３１ インクジェットヘッド
１２，２２，５１，７１ａ，８１ａ，９１ａ，１１１ａ，１３４ａ，１３７ａ，１４１ａ，１４２ａ ノズル
１３，２３，５２，７２ａ，８２ａ，
９２ａ，１１２ａ，１６３ 圧力室
４１ａ〜４１ｃ，４２，５３，１６４ インク供給路
７１，８１，９１，１１１，１３４，１３７，
１４１，１４２ ノズル板
７２，８２，９２，１１２，１４６，１４９，
１６０ 流路板
７３，８３，１０４，１６１ 振動板
７４，１０１，１０２，１１３ 圧電素子
９４ 電気熱変換素子

Claims (3)

1. 少なくとも１個以上のノズルから成るノズル列が２ｎ本（ｎは２以上の整数）形成されたインクジェットヘッドにおいて、
   最上位のドットを印字するノズルを第１番目として以下順に最下位のドットを印字するノズルまで番号を付けたとき、任意の第ｍ番目のノズルの属するノズル列と第（ｍ＋ｎ）番目のノズルの属するノズル列とが擬似的に１列として取り扱うことが可能なように間隔ａがドットピッチｐに対してｐ／２の整数倍となるように近接して配置されており、第ｍ番目のノズルの属するノズル列と第（ｍ＋１）番目のノズルの属するノズル列とが前記近接して配置された間隔よりも相対的に離れて配置されており、前記２ｎ本のノズル列に対応する圧力室が共通の部材に形成され、且つ、前記圧力室の平面形状が四角形状で、各圧力室におけるノズル位置とインク供給口とが四角形の角の互いに対角線の位置に配置されているとともに、前記近接して配置した２本のノズル列の印字タイミングを同期して擬似的に１列として駆動する手段を設けたことを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 請求項１記載のインクジェットヘッドにおいて、
   ノズルを対向させて近接配置された２つのノズル列に対応する２つの圧力室列が、１つの圧力室群となるようにインク供給路によって全周をとりまかれていることを特徴とするインクジェットヘッド。
3. 請求項２記載のインクジェットヘッドにおいて、
   圧力室群が複数個あって、これらを取り囲むインク供給路が圧力室群ごとに分離され、分離された各インク供給路がそれぞれ異なる色のインクの供給を受けることを特徴とするインクジェットヘッド。

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