(57)【要約】【課題】  中継部材と振動板の固着を強固にしすることにより、吐出不良がなく、また、長寿命のインクジェットヘッドを提供する。【解決手段】  インク流路に連通するインク室と、該インク室に連通する複数のノズルと、前記インク室の一部をなす振動板と、該振動板のインク室と対向した位置に設けられた圧電振動子よりなり、該圧電振動子の分極方向に対して平行な伸縮によりインク室内圧を変化させ、前記ノズルよりインクを吐出させるインクジェットヘッドにおいて、振動板は有機物と無機物の複数層で構成されており、振動板の無機物層と駆動部とを固着することを特徴とするインクジェットヘッド。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インク流路に連通するインク室と、該インク室に連通する複数のノズルと、前記インク室の一部をなす振動板と、該振動板のインク室と対向した位置に設けられた圧電振動子よりなり、該圧電振動子の分極方向に対して平行な伸縮によりインク室内圧を変化させ、前記ノズルよりインクを吐出させるインクジェットヘッドにおいて、
前記振動板は、有機物と無機物の複数層で構成されており、振動板の無機物層と前記圧電振動子とを固着することを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記振動板は、有機物のフィルム上に無機物層を蒸着したもの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ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はインクジェットプリンタに用いるインクジェットヘッドに係り、特にオンデマンド式のインクジェットヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
オンデマンド式インクジェットヘッドはインク吐出機構が簡素でコストも安いことから、さまざまな機種が開発されてきた。なかでもスティック状の圧電振動子によってインクチャンバーを加圧しインクを吐出させる方式は、圧電振動子の駆動制御によってインク量を調整でき、高精細な印刷ができるという特徴を有する。この方式のヘッドを作製するには、まず支持基板に角棒形状または板形状の圧電素子を張り付け、ダイシング加工により、各インク室に１対１で対応するように、圧電素子を複数のスティック形状の圧電振動子に分割する。分割された各圧電振動子は、各インク室に対応するように振動板と接着される。圧電振動子は通常、幅０．１ｍｍ×長さ１．５ｍｍ×高さ２．２ｍｍ程度のサイズで、ピッチ０．６８ｍｍ程度で配列されている。
【０００３】
しかし、近年、高集積化の傾向が見られ、ピッチ０．２５４ｍｍ以下のものも見られるようになった。また、高集積化されるにつれ、圧電振動子とインク室との位置精度がインク吐出速度のばらつきに大きく影響するようになった。この位置精度向上のため、例えば、圧電振動子の先端部にインク室と高精度に位置決めされた中継部材を接着することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方法によれば、図１１に示すように圧電振動子の位置が多少インク室とずれていても中継部材を介して振動板の同じ位置、同じ面積に圧力を印加できるので、インク吐出速度のばらつきを最小限に抑えることが可能である。
【０００４】
また、高集積ヘッドの場合、ノズル間の相互干渉、すなわちクロストークの低減が必要となる。クロストークは圧電振動子の駆動時に発生する流路の振動に起因しており、この振動の低減のためには流路の剛性や振動板のコンプライアンスを上げる必要がある。そのため最近では高剛性のシリコンを加工して流路を形成したり弾性率の低い材料を振動板に使用したりすることが多い。振動板の材料としては、ポリサルフォン、ポリエステル、ポリイミド等が挙げられる。
【０００５】
更には、金属プレートに樹脂をコーティングした後、金属をエッチングし、振動板を形成する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この方法によれば、振動板中央部に金属の突起を残すことにより圧電振動子との接合強度を向上させることが可能である。しかしがら、組立ての際、他の部品との熱膨張差によって上記突起がインク室中央から外れてしまい、インク速度以上や、ばらつきが生じてしまうという課題がある。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−００１４３６号公報
【０００７】
【特許文献２】特開平１１−１９８３６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記の圧電振動子あるいは中継部材の振動板との接着面積は非常に小さく、接着強度の確保が困難であり、また、振動板を樹脂製にするとさらに接着強度が下がってしまい、ヘッドが短寿命となる。
【０００９】
特許第２９３３６８号公報や上記特許文献１に見られるように、中継部材や振動子に接着剤の逃げ穴を形成し接着面積を広くする方法もあるが、中継部材と振動板との間に厚い接着層、あるいは、空気層ができてしまい、圧電振動子の振動伝達を著しく阻害してしまう。
【００１０】
また、特許３０４１９５２号（図２２ｃ）では振動子の周りに弾性材料を封入している図が見られるが、この場合、ヘッドの長寿命化は図れるものの、振動板のコンプライアンスが低くなり、クロストークが増大してしまう。
【００１１】
更には、上記特許文献２のような方法では、組立ての際、他の部品との熱膨張差によって上記突起がインク室中央から外れてしまい、インク速度以上や、ばらつきが生じてしまう。
【００１２】
本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、中継部材と振動板との固着強度を強固にし、長時間の振動に耐えうる長寿命インクジェットヘッドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記目的を達成するため、本発明は、インク流路に連通するインク室と、該インク室に連通する複数のノズルと、前記インク室の一部をなす振動板と、該振動板のインク室と対向した位置に設けられた圧電振動子よりなり、該圧電振動子の分極方向に対して平行な伸縮によりインク室内圧を変化させ、前記ノズルよりインクを吐出させるインクジェットヘッドにおいて、前記振動板は、有機物と無機物の複数層で構成されており、振動板の無機物層と前記圧電振動子とを固着することを特徴とする。
【００１４】
また、前記振動板は、有機物のフィルム上に無機物層を蒸着したものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は前述のような構成になっており、無機物層と圧電振動子、あるいは中継部材を接着するから、接着強度が向上し、高品質、長寿命のインクジェットヘッドが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、本発明に係るインクジェットヘッドを実施するための最良の形態を図とともに説明する。
【００１７】
図１は本実施形態に係るインクジェットヘッド１の斜視図、図２はそのインクジェットヘッドの分解斜視図である。
【００１８】
インクジェットヘッド１は、図２に示したように、大きく分けて駆動部５０と流路部５１とから構成されている。
【００１９】
流路部５１は、ノズル１０を有するオリフィスプレート５、インク室１１を有するチャンバプレート６、振動板１２を有するダイアフラムプレート７、流路を補強するための補強プレート２などから構成されている。
【００２０】
駆動部５０は、インク室１１に対応した中継部材８と、圧電振動子９と支持基板３などから構成され、圧電振動子９は支持基板３の端部に接着されている。
【００２１】
このインクジェットヘッドは、インク流路に連通するインク室１１と、そのインク室１１に連通する複数のノズル１０と、前記インク室１１の一部をなす振動板１２と、その振動板１２のインク室１１と対向した位置に設けられた圧電振動子９を備え、その圧電振動子９の分極方向に対して平行な伸縮によりインク室内圧を変化させて、前記ノズル１０よりインクを吐出させる機構になっている。
【００２２】
図３に、本実施形態のインクジェットヘッドにおける駆動部の斜視図を示す。支持基板３は、例えば、アルミナやジルコニアなどの電気絶縁性のセラミックからなっている。図３に示すように、圧電振動子９は、圧電定数ｄ３３を有する積層型圧電素子２３に溝入れ加工して得られたものである。
【００２３】
ここで、図４に、本発明に係るダイアフラムプレート７の振動板１２付近の断面図を示す。
【００２４】
本実施の形態で使用したダイアフラムプレート７は、振動板１２、肉厚部２６、無機物層２８の３つの層からなっている。本実施の形態では、振動板１２にはポリイミドフィルム２１、肉厚部２６にはＳＵＳ３０４、無機物層２８にはアルミを使用した。
【００２５】
ダイアフラムプレート７の製造方法を以下に述べる。
【００２６】
まず、熱可塑性ポリイミド層を片面に有する厚さ１５μｍのポリイミドフィルム２１と圧延した厚さ２５μｍのステンレス板２９を、図５に示すように、ラミネーター２７を使って、約３５０℃の温度下で熱圧着する。この２層の板にマスキングをして、ステンレスの不要部をエッチングする。
【００２７】
このようにして得られたダイアフラムプレート７の振動板１２の部分のみをマスキングで露出させ、スパッタ法により厚さ約５００ｎｍのアルミ層を蒸着した。
【００２８】
図６に、スパッタ蒸着を行う様子の状態図を示す。
【００２９】
スパッタ時の電力は約１ｋＷであった。
【００３０】
図７に示すように、スパッタ蒸着は、ポリイミドフィルム２１とアルミ層３１との間に混合層３０を形成するので、アルミ層３１の密着強度は非常に高い。
【００３１】
図８に、振動板１２と圧電振動子９の接着部の断面図を示す。
【００３２】
図９に、振動板１２と中継部材８との接着部の断面図を示す。
【００３３】
ポリイミドフィルム２１は様々なインクに対する耐食性に優れているが、接着剤との密着強度が弱く、接着剥れの起点となっていた。
【００３４】
図８、図９の構成によれば、アルミ層３１と圧電素子９あるいは中継部材８が接着されるので、接着強度が飛躍的に向上する。接着時にシランカップリング剤等を使用すれば、接着剤と被接着材料とのなじみがさらに向上し効果的である。
【００３５】
図１０は、従来のダイアフラムプレート７、すなわち、無機物層２８を有しないものと本発明の実施の形態によるダイアフラムプレート７、すなわち、無機物層２８としてアルミ層３１を有するものの、中継部材との接着強度を比較した図である。図１０に示す通り、ピール強度はそれぞれ、アルミ層有りは０．４０ｋｇ／ｃｍ、アルミ層無しは０．１４ｋｇ／ｃｍであった。アルミ層３１を有することにより、２倍以上の接着強度を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態に係るインクジェットヘッドの斜視図である。
【図２】そのインクジェットヘッドの分解斜視図である。
【図３】そのインクジェットヘッドにおける駆動部の斜視図である。
【図４】ダイアフラムプレートの断面図である。
【図５】振動板と肉厚部とのラミネート工程を示す図である。
【図６】スパッタ蒸着を示す図である。
【図７】ポリイミドフィルムとアルミ層の界面を示す図である。
【図８】振動板と圧電振動子との接着部を示す断面図である。
【図９】振動板と中継部材との接着部を示す断面図である。
【図１０】振動板と中継部材との接着強度について従来技術と本発明例を比較したグラフである。
【図１１】従来技術によるインクジェットヘッドの構成断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１：インクジェットヘッド、２：補強プレート、３：支持基板、４：ＦＰＣ、５：オリフィスプレート、６：チャンバープレート、７：ダイアフラムプレート、８：中継部材、９：圧電振動子、１０：ノズル、１１：インク室、１２：振動板、１３ａ：個別電極、１４：導電性部材、２１：ポリイミドフィルム、２２：接着剤、２３：積層型圧電素子、２６：肉厚部、２７：ラミネータ、２８：無機物層、２９：ステンレス板、３０：混合層、３１：アルミ層、５０：駆動部、５１：流路部、１０４：支持台、１０５：圧電振動子、１０７：中継部材、１０７ａ：突起部、１１０：ダイアフラムプレート、１１１：チャンバプレート、１１２：オリフィスプレート、１１３：基準ピン、１２３：基準穴、１２４：インク室、１２５：振動板、１２６：接着剤逃げ穴、１２７：ダイアフラムの肉厚部、１２８：接着剤、１２９：ノズルである。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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