(57)【要約】【課題】  これまで常温環境下で使用されるインクジェットヘッドと固体インクや高粘度を有するインクを加温して使用するインクジェットヘッドとは、其々全く別の構成となっていた。【解決手段】  ノズル開口に対応して配列された前記圧電アクチュエータに電気信号が印加される事により、前記圧電アクチュエータの前記自由端側の先端により前記圧力室の容積を膨張、収縮させ、前記ノズル開口からインク滴を外部に吐出させるインクジェットヘッドにおいて、前記、支持基板と流路形成部材とが、略同一の線膨張係数を有しガラス材質からなる絶縁性材料であることを特徴とし、前記支持基板は絶縁性を有する材料で線膨張係数が１．４×１０−５から１．８×１０−５とした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インク滴が吐出される複数のノズル開口、該ノズル開口に連通するインクを蓄える圧力室、該圧力室にインクが供給されるインク供給路、前記圧力室に対応する領域に弾性壁を有する振動板からなる流路プレート、該流路プレートを保持する高剛性部材、からなる流路形成部材と、圧電材料と導電材料とが交互に積層された複数の圧電振動子とを備え、
該圧電振動子の一端側は電気的配線が設けられた支持基板に固定され他端側は自由端であって前記弾性壁に当接し、前記ノズル開口に対応して配列された前記複数の圧電振動子に前記支持基板上の配線を経由して電気信号を印加することにより、前記圧電振動子の自由端側先端が前記圧力室の容積を膨張、収縮させて前記ノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット記録ヘッドにおいて、
前記流路形成部材はステンレス材、前記支持基板は前記流路形成部材と略同一の線膨張係数を有するガラス材質からなる絶縁性材料であることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【請求項２】
前記圧電振動子はｄ３３タイプであって、且つ、前記支持基板は、各圧電振動子と接続される共通電極と個別電極とが印刷されていることを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項３】
前記支持基板は、絶縁性を有する材料で線膨張係数が１．４×１０−５から１．８×１０−５であることを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項４】
前記流路形成部材は、インクを加熱するヒータを配設していること特徴とする請求項１記載のインクジェット記録ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電アクチュエータが発生する変位によってインク滴を飛翔させ、記録媒体にインク像を形成するインクジェット記録ヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、圧電振動子を用いて圧力室内のインクの圧力を変化させ、ノズルからインクを吐出させる、圧電アクチュエータ方式のインクジェットヘッドが知られている。
【０００３】
例えば、一端が支持基板に固定された圧電振動子の他端に圧力室を構成する振動板が当接するように構成され、圧電振動子の伸縮によって振動板を変形させ、圧力室の圧力を高めて、圧力室内のインクをノズルから液滴として吐出させる構成が知られている。
【０００４】
図３は、圧電材料と導電材料とをそれぞれ層状に交互に積層して形成された積層圧電振動子を用いた従来のインクジェットヘッドの斜視図を示す。ハウジング１４には共通インク通路１２及び挿入穴１４ａが形成されている。そして、複数のノズル１を有するノズルプレート２、前記ノズル１に連通する圧力室３を形成するチャンバプレート４、前記共通インク通路１２と圧力室３とを連通して圧力室３へのインク流入を制御するリストリクタ５を形成したリストリクタプレート６と、前記共通インク通路１２からの異物進入を防止するフィルター８及び前記圧力室３とリストリクタ５を封止する薄板の振動部である振動板７を有するダイアフラムプレート９と、を位置決めして接合してなる流路基板が形成される。
【０００５】
該流路基板は、前記振動板７の振動領域を規定する穴部１０を有するサポートプレート１１を介して、共通インク通路１２を形成したハウジング１４とを位置決めして接合されている。これらの流路基板やサポートプレート１１には、耐食性の高いステンレス材質の薄板をエッチング法またはプレス法を用いて其々の流路が形成される。また、ハウジング１４もステンレス材質で形成されている。それら部材の接合方法は、やはりインクとの耐性を高めるために熱硬化型のエポキシ系の接着材又は接着材を用いないで材料同士を直接接合する拡散接合等によって接合されている。
【０００６】
次に、圧電材料と導電材料とを交互に積層して形成されたバルク状の圧電体を一端が固定端で他端が自由端となるように支持基板１５に接合され、複数の圧電素子１７群に分割された圧電アクチュエータ１８を前記ハウジング１４に設けられた挿入穴１４ａより個々の圧力室３を封止している振動板７に当接固着する。支持基板１５には、予め個々の圧電素子１７に対応した個別電極４２とそれとは反対側の面に共通電極がパターニングされている。支持基板１５は、絶縁性材料が用いられ、比較的容易にパターニング可能な材料で、圧電材料と略同一の材料であるセラミック材が用いられることが多い。また、支持基板１５には、電極にフレキシブルケーブル１６が接合され、フレキシブルケーブル１６の末端は外部駆動回路に接続される構成となっている。このように構成された圧電アクチュエータ１８の支持基板１５と前記振動板７は、異種材料であることから接着する際は熱歪の影響を小さくするために比較的低温、約６０℃前後で硬化可能な接着剤で固着されることが多い。
【０００７】
このため、上記で構成されたインクジェットヘッドは、常温環境下で温度変化の少ない条件での使用に用いられる。それに用いられるインクの粘度は、比較的低粘度で１０ｍＰａ・ｓ以下の粘度を有するインクが用いられる。
【０００８】
しかしながら、インクジェットを用いた応用分野におけるインクは、室温で固体であるホットメルトインク（以下、固体インクと呼ぶ）や室温では比較的粘度が高いインク、例えば、２５℃環境下で粘度が２０ｍＰａ・ｓ以上のインクの吐出が可能なことが望まれている。一般的に、インクジェットヘッドは、非常に微細な流路で構成されているため、流動性の悪い高粘度インクを吐出しにくい。
【０００９】
従って、このような場合はインクジェトヘッドにヒータを取り付け、ヘッドを加熱し粘度を下げて使用することがある。例えば、固形インクの融点は１２０℃前後のものがある。しかし、上記したようにインク流路を形成する部材と圧電素子を有するアクチュエータ１６は互いに異種材料であり、且つ線膨張係数が異なるため、高温使用環境下において、圧電アクチュエータ１８と流路部材との伸びが異なり、その接合部である振動板７と圧電素子１７との間に歪が発生する。このため、圧電素子１７の変位や振動板７の変位量に影響を及ぼし、結果としてノズル１からのインク滴を吐出する特性のバラツキに影響を及ぼすことになる。
【００１０】
これを解決する構成として、流路を構成する部材は上記構成と同じであるが、各圧電素子の一端を固定する固定部材の材料を流路構成部材と同じステンレス材を使用して支持基板とする構成がある（例えば、特許文献１参照。）。
【００１１】
ここで、上記アクチュエータの製作方法は次の通りである。圧電材料と導電材料とが交互に積層された棒状の圧電体を、流路部材と同じステンレス材製の支持基板の端面に接着する。その後、個別電極用パターンと共通電極パターンを有するフレキシブルケーブルを支持基板の一側面に配設し、前記圧電素子とフレキシブルケーブルの導体露出部と、共通電極となる側を直接導電性接着を用いて接続する。共通電極パターンは、直接ステンレス製の支持基板に半田付けされ導通される。次に、接着された棒状の圧電体および支持基板を各ノズルに対応するようにダイシングソーやワイヤソーを利用して切断する。この際、導電性接着剤で繋がった支持基板上のフレキシブルケーブルも同時に切断され、それぞれの個別電極として機能することになる。このようにして各ノズルに対応した圧電アクチュエータ１５が形成される。これにより、ヘッドを加温しても流路を構成する材料と圧電アクチュエータとの伸びによる歪を発生させることなく固体インクや高粘度インクを吐出させることが出来る。
【００１２】
【特許文献１】特開２００３−３９６７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、比較的低粘度で室温環境でも吐出可能なインク用のヘッドと、固形インクや高粘度のインクを吐出可能とするために特許文献１で示されるように支持基板にステンレス材を用い、それにもう一つのフレキシブルケーブルを用いて接続するなど、常温用途向けのヘッドとは異なる部材、工程で製作されることになっていた。
【００１４】
また、上記公報に示されるインクジェットヘッドは、棒状の圧電素子にフレキシブルケーブルのパターン部を圧電素子に固着接続した後に個々の圧電素子に分割する。その際にフレキシブルケーブルの絶縁フィルムも同時に切断することになる。前記絶縁フィルムは薄く柔らかいものであるため、ダイシングソーなどで切断する際に、切りかすが切断歯の目詰まりを引き起こし、圧電素子の切れ味を損い、圧電素子にクラックを発生させたりして歩留まりを悪化させる要因となっていた。これを解消させるために、フレキシブルケーブルの電極部分に予めスリットを入れておく工夫もされているが、圧電素子に接続する際に、分割された電極パターン部が曲がったりして作業性に難があった。
【００１５】
本発明は、これらの課題を鑑がみて、インクジェットプリントヘッドをヒータで加熱して高粘度のインクを吐出可能なインクジェットヘッドの作製工程を、比較的低粘度で室温環境下でも吐出可能なヘッドと同じ部材及び同じ作業内容で容易に構成可能としたインクジェットヘッドの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するため、本発明は、インク滴が吐出される複数のノズル開口、該ノズル開口に連通するインクを蓄える圧力室、該圧力室にインクが供給されるインク供給路、前記圧力室に対応する領域に弾性壁を有する振動板からなる流路プレート、該流路プレートを保持する高剛性部材、からなる流路形成部材と、圧電材料と導電材料とが交互に積層された複数の圧電振動子とを備え、該圧電振動子の一端側は電気的配線が設けられた支持基板に固定され他端側は自由端であって前記弾性壁に当接し、前記ノズル開口に対応して配列された前記複数の圧電振動子に前記支持基板上の配線を経由して電気信号を印加することにより、前記圧電振動子の自由端側先端が前記圧力室の容積を膨張、収縮させて前記ノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット記録ヘッドにおいて、前記流路形成部材はステンレス材、前記支持基板は前記流路形成部材と略同一の線膨張係数を有するガラス材質からなる絶縁性材料であることを特徴とする。
【００１７】
また、前記圧電振動子はｄ３３タイプであって、且つ、前記支持基板は、各圧電振動子と接続される共通電極と個別電極とが印刷されていることを特徴とする。
【００１８】
また、前記支持基板は、絶縁性を有する材料で線膨張係数が１．４×１０−５から１．８×１０−５であることを特徴とする。
【００１９】
さらに、前記流路形成部材は、インクを加熱するヒータを配設していること特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、液滴を吐出させる際にヘッドを加熱して使用するようなインクジェットヘッドの構成を、圧電振動子の支持基板が流路を構成する材料と略同一の線膨張係数を有するガラス材質の絶縁性を有する支持基板上に個別電極と共通電極とをパターン印刷して圧電振動子と接続できるようにしたので、ヘッドを高温で温めるためのヒータ以外の部品は、常温用のインクジェットヘッドの構成部品と同じとすることが出来、部品点数の削減及び組立て工数を低減して安価なインクジェットヘッドを提供できる。
【００２１】
また、ヘッドを温めて使用する高粘度インク吐出用のヘッドと常温環境でも十分吐出可能なインク吐出用ヘッドの組立部材を共通化することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
インクジェットヘッドをヒータで加熱して液滴を吐出させるという目的を、インク流路とほぼ同じ線膨張を有するガラス材質の絶縁性材料を圧電振動子の支持基板に用いることで容易に実現した。
【実施例１】
【００２３】
以下、本発明の一例について図面を参考にしながら説明する。
【００２４】
図１は、本発明となるインクジェットヘッドの主要部の断面図である。なお、主な流路構成は、背景技術で示した従来例と同じため、説明を割愛する。
【００２５】
ここで、流路を構成する部材の材質は、耐食性の高いステンレス材質の薄板が用いられ、前記薄板にエッチング法や精密プレス法を用いて微細な流路が形成されている。それを積層し、接着剤または接着剤の不要な拡散接合等で固着し構成している。図１において、５０はヘッド加温用のヒータであって、ヘッド全体を加温するときに用いられる。本実施例では、流路部材を保持しているハウジング１４内に内蔵させた構成としているが、勿論ヘッドの外部に取り付けても良い。このようにヒータ５０を取付けて使用するヘッドは、固体インクや高粘度インクを温めて液滴を吐出させるに適当な粘度（本例では約１０ｍＰａ・ｓ）の状態になるまでヘッドを加温して使用することを目的としている。そのときの温度は、１００℃以上にまで加温される場合がある。この場合、ヘッド全体に伸びが発生するため、流路部材及びハウジング１４の線膨張係数を合わせておくことが望ましい。
【００２６】
次に、図２を用いて、本発明の特徴となる圧電アクチュエータ２９の組立方法について説明する。１本のバルク状の圧電体３０は、導電材料３１と圧電材料３２とを交互に積層し、その長手方向の面の両側に外部電極３３を蒸着法などによって形成する。本発明に用いる圧電素子はｄ３３型の積層圧電素子が好適である。
【００２７】
そして、前記圧電体３０は、支持基板４０の一端面に固着される（図２（ａ））。支持基板４０は、線膨張係数が１．４×１０−５から１．８×１０−５であって、ガラス材質で絶縁性を有する材料としている。これは、ヘッドを構成する流路部材やハウジング１４であるステンレス材の線膨張係数にほぼ等しい。つまりは、従来技術で用いられてきたステンレス製の支持基板に置き換えることが可能となる。
【００２８】
さらに、支持基板４０には、一方の面が個別電極４１、他方の面が共通電極４２となるように導体が予め印刷されていて、圧電体３０の外部電極３３と支持基板４０の共通電極４１と個別電極４２は、導電性を有する導電性接着剤３５にて接続される。その後、バルク状の圧電体３０をダイサー法やワイヤカット法等によりノズル開口１と同ピッチ間隔で櫛歯状に個別の圧電素子１７群に分割される（図２（ｂ））。
【００２９】
また、支持基板４０上の個別電極４１は、支持基板４０の個別電極となる面全体に導体部を形成し、前記の如く個別の圧電素子群に分割した後に、ダイサーにより個々に分割された圧電素子１７のピッチで個別電極となる側にスリットを入れて個別の導体部を形成しても良い。
【００３０】
そして、最後に、支持基板４０の個別電極４１と共通電極４２を外部に接続するためフレキシブルケーブル４７と接続される（図２（Ｃ））。その接続方法は、異方性導電性接着剤などで接続される。フレキシブルケーブル４７の材質はポリイミドフィルムであり、支持基板４０と線膨張係数は異なるが、フィルム状であるため支持基板４０に接続される電極間でフィルムが変形し、支持基板４０との伸び差を緩和できる。以上のように構成された圧電アクチュエータ２９は、特許文献１に開示されているようなフレキシブルケーブルが不要になると同時に、その接続作業も不要とすることが可能となる。
【００３１】
最後に圧電アクチュエータ２９は、従来技術と同様に前記ハウジング１４に明けられた挿入穴１４ａより挿入され振動板７に当接固着され、インクジェットヘッドが完成する。ここで、振動板７との固着方法は接着剤４８が用いられる。上記の如く、構成されたインクジェトヘッドは、高温でも使用するため、前記接着剤４８は、十分高温に耐えられる熱硬化型の接着剤を用いたほうが良い。これは、特に原価に影響を与えるほど高価なものではなく、また、一般に容易に入手可能である。
【００３２】
そして、上記の如く構成されたインクジェットヘッドは、常温環境下で固体化した固形インクや高粘度を有するインクを用いる場合においても、従来のインクジェットヘッドの如く支持基板４０にステンレス材を使用しないことになる。つまり、インクジェトヘッドの温度は１００℃以上に温められて使用されるヘッドでも、或いは常温環境下で適当なインク粘度を有するインクを使用する場合でも、同じ構成部材を用いたヘッドで対応可能となり、ヘッドを加温するヒータの有無のみで容易に対応可能となる。
【００３３】
また、本発明のインクジェットヘッドは、それ自身を加温して高温となってもインク滴の吐出特性に影響を与えないので、常温環境で低粘度化が難しいインクジェット用のインクを高粘度の状態で利用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一例となるインクジェットヘッドの断面図である。
【図２】本発明を用いた圧電アクチュエータの製造方法を示す斜視図である。
【図３】従来例を示したインクジェットヘッドの斜視図である。
【符号の説明】
【００３５】
１はオリフィス、２はオリフィスプレート、３は圧力室、４はチャンバプレート、５はリストリクタ、６はリストリクタプレート、７は振動板、８はフィルタ、９はダイアフラムプレート、１０は穴部、１１はサポートプレート、１２は共通インク通路、１４はハウジング、１７は圧電振動子、２９は圧電アクチュエータ、３０は圧電体、３１は導電部材、３２は圧電部材、３３は外部電極、３５は導電性接着材、４０は支持基板、４１は個別電極、４２は共通電極、４７はフレキシブルケーブルである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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