(57)【要約】【課題】各ノズルから吐出されるインクの速度および体積を均一にできるインクジェットヘッドおよびその製造方法を提供すること。【解決手段】インクジェットヘッド１１は、圧電素子１０２と、振動板１０３と、複数のインク室１０４を備えたインク室プレート１０７と、複数のノズル１０５を備えたノズルプレート１０６と、が、この順に配置され、圧電素子１０２と振動板１０３との間、振動板１０３とインク室プレート１０７との間、インク室プレート１０７とノズルプレート１０６との間のいずれかにある隙間に、ビーズ１０９を含む接着剤１０８が設けられた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子と、
振動板と、
複数のインク室を備えたインク室プレートと、
複数のノズルを備えたノズルプレートと、が、この順に配置され、
前記圧電素子と前記振動板との間、前記振動板と前記インク室プレートとの間、前記インク室プレートと前記ノズルプレートとの間のいずれかにある隙間に、球状部材を含む接着剤が設けられた、
インクジェットヘッド。
【請求項２】
前記隙間は、第１の隙間と、該第１の隙間より長さが長い第２の隙間とを含み、
前記第２の隙間に設けられる接着剤に含まれる球状部材の径は、前記第１の隙間に設けられる接着剤に含まれる球状部材の径よりも大きい、
請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
前記圧電素子は、薄膜圧電素子である、
請求項１または２に記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記圧電素子と前記振動板と間の隙間に設けられた接着剤は、柔軟性接着剤である、
請求項１から３のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
前記第１の隙間に設けられる接着剤に含まれる球状部材の密度と、前記第２の隙間に設けられる接着剤に含まれる球状部材の密度とが異なる、
請求項２から４のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
【請求項６】
複数のインク室と、該複数のインク室にそれぞれ対応して設けられた複数のノズルとを備えたインクジェットヘッドの製造方法であって、
複数の開口部が形成された板状のマスク部材の表面のうち前記複数の開口部以外の部分に、球状部材を含む接着剤を塗布し、
前記マスク部材に塗布された各接着剤を、前記各開口部を介して、インク室プレートにおける複数のインク室間部分のそれぞれに塗布し、
前記各インク室間に塗布された前記各接着剤に振動板を載置し、前記振動板と前記インク室プレートとを接着させる、
インクジェットヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェットヘッドおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ドロップオンデマンド型のインクジェットヘッドは、入力信号に応じて必要なときに必要な量のインクを塗布できる。特に、圧電（ピエゾ）方式のドロップオンデマンド型のインクジェットヘッドは、通常、インク供給流路に連通しており、ノズルを備えた複数の圧力室（インク室）と、圧力室内に充填されたインクに圧力を加えるピエゾ素子と、を有する。
【０００３】
ピエゾ方式のインクジェットヘッドでは、ピエゾ素子に駆動電圧を印加することによって生じるピエゾ素子の機械的歪みにより、圧力室内のインクに圧力を加えて、ノズルからインクを吐出する。ピエゾ方式のインクジェットヘッドは、圧電素子の歪み方によって、シェアモード型、プッシュモード型、ベンドモード型の３つのタイプに大別できる。特に、積層構造のピエゾ素子を用いるベンドモード型は、低い電圧で強い力を生み出せることから、有機ＥＬディスプレイや液晶パネルなどの電子デバイスの製造用に開発されることが期待されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、インクジェットヘッドでは、ノズルから吐出されるインク滴の直進性を向上させるために、ノズルのインク吐出方向の長さ（以下、ノズル長さという）を長くすることが知られている。しかし、ノズル長さを長くした場合、ノズル内にインクが滞留しやすくなる。インクがノズル内に滞留しやすいと、インクに気泡や異物が混入した場合にノズル詰まりが起こりやすい。
【０００５】
これに対し、インクジェットヘッドにおいて圧力室に連通するインク排出流路を設け、圧力室から排出されたインクをインク排出流路に流す技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
このようなインク循環型のインクジェットヘッドでは、インク供給流路から圧力室に供給されたインクのうち所定の体積のインクをノズルから排出し、圧力室に残ったインクをインク排出流路へ排出することによって、インク溜りを防ぎ、ノズル詰まりの問題を解決することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−１２１６９３号公報
【特許文献２】特開２００９−２２１４１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、インクジェットヘッドでは、複数あるインク室の容積が均一ではない場合、各インク室の共振周期がずれて、各ノズルから吐出されるインクの速度および体積にばらつきが生じる。
【０００９】
インク室の容積のばらつきは、インク室を構成する部材の厚みのばらつきにより発生する。インク室の厚みのばらつきは、例えば、インク室を構成するプレートの研磨工程において発生する。
【００１０】
また、インクジェットヘッドでは、ピエゾ素子の高さが不均一である場合、ピエゾ素子と振動板との接合面積のばらつきや、初期の圧力のばらつきが生じる。これらのばらつきは全て、各ノズルから吐出されるインクの速度および体積がばらつく原因となる。
【００１１】
本発明の目的は、各ノズルから吐出されるインクの速度および体積を均一にできるインクジェットヘッドおよびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一態様に係るインクジェットヘッドは、圧電素子と、振動板と、複数のインク室を備えたインク室プレートと、複数のノズルを備えたノズルプレートと、が、この順に配置され、前記圧電素子と前記振動板との間、前記振動板と前記インク室プレートとの間、前記インク室プレートと前記ノズルプレートとの間のいずれかにある隙間に、球状部材を含む接着剤が設けられた。
【００１３】
本発明の一態様に係るインクジェットヘッドの製造方法は、複数のインク室と、該複数のインク室にそれぞれ対応して設けられた複数のノズルとを備えたインクジェットヘッドの製造方法であって、複数の開口部が形成された板状のマスク部材の表面のうち前記複数の開口部以外の部分に、球状部材を含む接着剤を塗布し、前記マスク部材に塗布された各接着剤を、前記各開口部を介して、インク室プレートにおける複数のインク室間部分のそれぞれに塗布し、前記各インク室間に塗布された前記各接着剤に振動板を載置し、前記振動板と前記インク室プレートとを接着させる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、各ノズルから吐出されるインクの速度および体積を均一にできる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態１に係るインクジェットヘッドの断面図
【図２】実施の形態２に係るインクジェットヘッドの断面図
【図３】実施の形態３に係るインクジェットヘッドの断面図
【図４】実施の形態４に係るインクジェットヘッドの断面図
【図５】実施の形態５に係るインクジェットヘッドの製造方法を説明する上面図
【図６】実施の形態５に係るインクジェットヘッドの製造方法を説明する断面図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
図１を用いて、本発明の実施の形態１に係るインクジェットヘッド１１について説明する。図１は、実施の形態１に係るインクジェットヘッド１１の断面図である。
【００１８】
インクジェットヘッド１１は、ピエゾ素子（圧電素子）１０２に加えた電気信号を変位に変換し、振動板１０３を振動させ、インク室１０４内のインクに圧力波を加えることにより、インクをノズル１０５から吐出させる。
【００１９】
インク室１０４は、インク室プレート１０７の内部に、例えばエッチングにより形成される。
【００２０】
ノズル１０５は、ノズルプレート１０６上に、例えばエッチングまたはレーザー加工により形成される。
【００２１】
そして、本実施の形態では、インク室プレート１０７とノズルプレート１０６との間の隙間２０２ａに接着剤１０８を注入することによって、インク室プレート１０７とノズルプレート１０６とを接合（接着ともいう）する。
【００２２】
接着剤１０８には、球状のビーズ１０９（球状部材の一例）が混ぜ込まれている。このビーズ１０９がインク室プレート１０７とノズルプレート１０６との隙間に挟まることにより、インク室プレート１０７とノズルプレート１０６との接合部の高さを、ビーズ１０９の径（直径）に均一化することができる。
【００２３】
インク室プレート１０７は、例えばエッチングによりパターン形成された複数の金属プレートが積み重ねって形成される。そのため、各金属プレートの接合状態や形状により、インク室プレート１０７がノズルプレート１０６との接合面において変形している場合がある。
【００２４】
このような場合に均一な径のビーズ１０９を使用すると、ノズルプレート１０６はインク室プレート１０７に倣って変形する。この変形により、インク室１０４からノズル１０５に渡る圧力場の状態が変化するため、ノズル１０５毎の共振状態に差が生じる。
【００２５】
その結果、各ノズル１０５から吐出されるインクの速度（以下、吐出速度という）や体積（以下、吐出体積という）にばらつきが生じる。さらに、各ノズル１０５の向きがばらつくため、各ノズル１０５から吐出されるインクの角度（以下、吐出角度という）のばらつきも生じる。
【００２６】
そこで、本実施の形態のインクジェットヘッド１１では、ビーズ１０９の径をインク室プレート１０７の変形部分（インク室プレート１０７とノズルプレート１０６との隙間）に合わせる構成とする。すなわち、インクジェットヘッド１１において、インク室プレート１０７とノズルプレート１０６との隙間が大きい部分には、径が大きいビーズ１０９を配置し、インク室プレート１０７とノズルプレート１０６との隙間が小さい部分には、径が小さいビーズ１０９を配置する。
【００２７】
インク室プレート１０７とノズルプレート１０６との隙間は０．５μｍ〜２．５μｍ程度であるため、ビーズ１０９の大きい方の径と小さい方の径との差が２μｍとなるように設計すればよい。例えば、大きい方の径を６μｍ、小さい方の径を４μｍと設計することができる。
【００２８】
なお、ビーズ１０９の径は、インク室プレート１０７とノズルプレート１０６との接合を阻害しない２０μｍ程度まで大きくすることができる。もちろん、接合部分の幅や高さが大きくなる場合は、その限りではない。
【００２９】
本実施の形態によれば、ノズル１０５毎の共振状態に差が生じないようにできる。よって、ノズル１０５毎の吐出速度および吐出体積を均一にできる。
【００３０】
（実施の形態２）
図２を用いて、本発明の実施の形態２に係るインクジェットヘッド１２について説明する。図２は、実施の形態２に係るインクジェットヘッド１２の断面図である。なお、図２において図１と同じ構成要素には同一符号を付し、それらの説明については省略する。
【００３１】
インクジェットヘッド１２は、駆動部として、振動板１０３と一体化した薄膜ピエゾ素子２０１を有する。そして、本実施の形態では、インク室プレート１０７と振動板１０３との間の隙間２０２ｂに接着剤１０８を注入することによって、インク室プレート１０７と振動板１０３とを接合する。
【００３２】
薄膜ピエゾ素子２０１の厚みは、例えば１０〜５０μｍである。薄膜ピエゾ素子２０１は、その薄さのため、インク室プレート１０７が変形している場合、インク室プレート１０７に倣って変形する。
【００３３】
インク室プレート１０７は、その表面の汚染層の除去を目的として、例えば研磨によって表層が除去される。しかし、研磨方法によっては、インク室プレート１０７の中心部分が、端部に比べて１μｍ〜２μｍほど薄くなることがある。このように、インク室プレート１０７の厚みにばらつきがある場合、インク室１０４の容積にばらつきが生じる。その結果、ノズル１０５毎に吐出速度および吐出体積がばらつく。
【００３４】
そこで、本実施の形態のインクジェットヘッド１２では、ビーズ１０９の径をインク室プレート１０７の変形部分（インク室プレート１０７と振動板１０３との隙間２０２ｂ）に合わせる構成とする。すなわち、インクジェットヘッド１２において、インク室プレート１０７と振動板１０３との隙間が大きい部分には、径が大きいビーズ１０９を配置し、インク室プレート１０７と振動板１０３との隙間が小さい部分には、径が小さいビーズ１０９を配置する。
【００３５】
本実施の形態においても、実施の形態１と同様に、インク室プレート１０７と振動板１０３との隙間は０．５μｍ〜２．５μｍ程度であるため、ビーズ１０９の大きい方の径と小さい方の径との差が２μｍとなるように設計すればよい。
【００３６】
本実施の形態によれば、各インク室１０４の容積を一定にし、かつ、薄膜ピエゾ素子２０１を振動板１０３に対して平坦に接着することができる。よって、ノズル１０５毎の吐出速度および吐出体積を均一にできる。
【００３７】
（実施の形態３）
図３を用いて、本発明の実施の形態３に係るインクジェットヘッド１３について説明する。図３は、実施の形態３に係るインクジェットヘッド１３の断面図である。なお、図３において図１と同じ構成要素には同一符号を付し、それらの説明については省略する。
【００３８】
ピエゾ素子１０２には、その製造時に数μｍの反りが発生することがある。その反りを除去するために、インクジェットヘッド１３の製造工程において、ピエゾ素子１０２を研磨する場合がある。しかし、反りを完全に平坦にすることは難しく、１〜４μｍのうねりが残ってしまう。
【００３９】
一方、インクジェットヘッド１３では、ピエゾ素子１０２と振動板１０３との接着面の面積に応じて、吐出速度および吐出体積が変化する。そのため、ピエゾ素子１０２側の接着面より広い範囲に接着剤を塗布し、接着面の面積を、ピエゾ素子１０２または振動板１０３に設けた突起部の面積により規定する方法が考えられる。
【００４０】
その方法では、はみ出した接着剤がインクの吐出に影響を与えないように、柔軟性接着剤を使用することができる。そこで、本実施の形態では、図３に示すように、振動板１０３とピエゾ素子１０２との間の隙間２０２ｃに、柔軟性接着剤３０１を注入することによって、振動板１０３とピエゾ素子１０２とを接合する。ここで、柔軟性接着剤３０１は、接着後に柔軟性を有する接着剤であって、例えばシリコンゴムのような弾性（ゴム）成分を含む接着剤である。柔軟性接着剤３０１としては、１０体積％以上の主成分として弾性（ゴム）成分を有するのが好ましい。
【００４１】
しかし、ピエゾ素子１０２の高さにばらつきがあると、柔軟性接着剤３０１による接合高さ３０２（隙間２０２ｃの高さ）も、ノズル１０５毎にばらつく。
【００４２】
柔軟性接着剤３０１は伸縮するため、接合高さ３０２が大きい場合、ピエゾ素子１０２で発生させた変位が振動板１０３に伝わりにくくなる。一方で、接合高さ３０２が小さい場合、ピエゾ素子１０２で発生させた変位は、ほぼ減衰することなく振動板１０３に届く。
【００４３】
すなわち、接着面の面積によるインクの吐出のばらつきを回避するために柔軟性接着剤３０１を使用する場合では、接合高さ３０２のばらつきの影響を受けることになる。
【００４４】
そこで、接合高さ３０２がばらついても柔軟性接着剤３０１の伸縮性による影響を低減するため、本実施の形態のインクジェットヘッド１３では、接合高さ３０２に応じて、径の異なるビーズ１０９を、柔軟性接着剤３０１内におけるビーズ１０９の密度が異なるように配置する。
【００４５】
例えば、ノズル１０５間における接合高さ３０２の差が２μｍである場合、接合高さ３０２が高い柔軟性接着剤３０１内には、直径６μｍのビーズ１０９を高密度で配置し、接合高さ３０２が低い柔軟性接着剤３０１内には、直径３μｍのビーズ１０９を低密度で配置する。
【００４６】
本実施の形態によれば、ピエゾ素子１０２と振動板１０３との接着面の面積によるインクの吐出のばらつきを回避するために柔軟性接着剤３０１を使用する場合において、接合高さ３０２のばらつきの影響を低減できる。
【００４７】
（実施の形態４）
図４を用いて、本発明の実施の形態４に係るインクジェットヘッド１４について説明する。図４は、実施の形態４に係るインクジェットヘッド１４の断面図である。なお、図４において図１、図３と同じ構成要素には同一符号を付し、それらの説明については省略する。
【００４８】
本実施の形態は、インク室プレート１０７の厚みにばらつきがあり（実施の形態１参照）、かつ、各ピエゾ素子１０２の高さにばらつきがある（実施の形態３参照）場合に、有効である。
【００４９】
まず、インク室プレート１０７と振動板１０３との隙間２０２ｄに硬質接着剤４０１を注入することによって、インク室プレート１０７と振動板１０３とを接合する。ここで、硬質接着剤４０１は、接着後に硬くなる接着剤であり、例えばエポキシ接着剤などの、男弾性（ゴム）成分が少ない接着剤である。硬質接着剤４０１としては、１０体積％以上の主成分として弾性（ゴム）成分を有さないものが好ましい。
【００５０】
このとき、振動板１０３が平面になるように、かつ、インク室プレート１０７のうねりを打ち消すように、硬質接着剤４０１内に、径の異なるビーズ１０９を配置する。
【００５１】
例えば、インク室プレート１０７と振動板１０３との接合高さ４０２（隙間２０２ｄの高さ）が高い硬質接着剤４０１内には、直径４μｍのビーズ１０９を配置する。一方、接合高さ４０２が低い硬質接着剤４０１内には、ビーズ１０９を配置しない。後工程で剛性が必要となるため、接合高さ４０２は、可能な限り低くしておくほうが好ましい。
【００５２】
次に、インク室プレート１０７と接合された振動板１０３と、ピエゾ素子１０２との隙間２０２ｅに柔軟性接着剤３０１を注入することによって、振動板１０３とピエゾ素子１０２とを接合する。このときも、振動板１０３の平面を崩さないように、振動板１０３とピエゾ素子１０２との接合高さ４０３（隙間２０２ｅの高さ）に合わせて、異なる径のビーズ１０９を柔軟性接着剤３０１内に配置する。
【００５３】
例えば、ノズル１０５間における接合高さ４０３の差が４μｍである場合、接合高さ４０３が高い柔軟性接着剤３０１内には、例えば直径４μｍのビーズ１０９を配置し、接合高さ４０３が低い柔軟性接着剤３０１内には、ビーズ１０９を配置せず、接合高さ４０３が平均的な高さである柔軟性接着剤３０１内には、例えば直径２μｍのビーズ１０９を配置する。
【００５４】
さらに、平均的な高さである柔軟性接着剤３０１内には、ピエゾ素子１０２を押圧することによって、ビーズ１０９をピエゾ素子１０２に０．５μｍ程度めり込ませ、接合高さ４０３を調整してもよい。
【００５５】
本実施の形態によれば、実施の形態１および実施の形態３で説明した作用効果を得ることができる。
【００５６】
（実施の形態５）
本実施の形態５に係るインクジェットヘッドの製造方法について、図５、図６を用いて説明する。図５は、インクジェットヘッドの上面図であり、図６は、インクジェットヘッドの断面図である。
【００５７】
マスク５００は、例えば、金属製の薄板である。マスク５００には、穴抜き加工により複数のメッシュ部５０１（開口部の一例）が形成されている。
【００５８】
まず、例えばディスペンサ（図示略）を用いて接着剤５０２をマスク５００上に塗布する。ここで、図６に示すように、インク室プレート１０７では、端部が中央部よりも厚みがある（端部の接合高さは、中央部の接合高さに比べて低い）。よって、インク室プレート１０７の端部（インク室間部分の一例）には、ビーズを含まない接着剤５０２のみを塗布し、インク室プレート１０７の中央部（インク室間部分の一例）には、径が３μｍであるビーズ５０４を含む接着剤５０２を塗布し、インク室プレート１０７の中央部と端部との間の中間部（インク室間部分の一例）には、径が２μｍであるビーズ５０３を含む接着剤５０２を塗布する。
【００５９】
その後、スキージ（図示略）をスキージ稼動方向５０５へ動作させることで、マスク５００上に塗布された各接着剤５０２は、各メッシュ部５０１を通過し、図６に示すように、インク室プレート１０７に転写される。
【００６０】
その後、マスク５００を外し、インク室プレート１０７に転写された各接着剤５０２の上に振動板１０３を載せ、インク室プレート１０７と振動板１０３とを接着する。
【００６１】
以上により、ノズル１０５間でインク室１０４の容積が均一なインクジェットヘッドを作成することができる。
【００６２】
なお、仮にメッシュ部５０１の開口径を２μｍ程度まで小径化できた場合、様々な径のビーズを混合した接着剤５０２をマスク５００上に塗布し、開口径をノズル１０５毎に変更することで、メッシュ部５０１の開口径に応じてビーズの大きさを選別することができる。
【００６３】
なお、本発明は、上記実施の形態の説明に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明のインクジェットヘッドは、産業用インクジェットヘッドとして広く適用できる。
【符号の説明】
【００６５】
１１、１２、１３、１４  インクジェットヘッド
１０２  ピエゾ素子
１０３  振動板
１０４  インク室
１０５  ノズル
１０６  ノズルプレート
１０７  インク室プレート
１０８、５０２  接着剤
１０９、５０３、５０４  ビーズ
２０１  薄膜ピエゾ素子
２０２ａ〜２０２ｅ  隙間
３０１  柔軟性接着剤
３０２  接合高さ
４０１  硬質接着剤
４０２、４０３  接合高さ
５００  マスク
５０１  メッシュ部
５０５  スキージ稼動方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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