(57)【要約】【課題】  セラミックス製インクジェットヘッドの寸法精度を高める。【解決手段】  セラミックス製ヘッド本体１の表面の所定箇所にインクの流入口３及び吐出口４がそれぞれ形成され、ヘッド本体の内部に流入口と吐出口とを結ぶインクの流路が形成されたインクジェットヘッドにおいて、複数枚の焼成されたセラミックス製薄板５〜９が積み重ねられ、各セラミックス製薄板間が釉薬とガラスの一方又は双方の溶着層を介して接合されることによりヘッド本体が形成される。【選択図】  図２
2007062125.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス製ヘッド本体の表面の所定箇所にインクの流入口及び吐出口がそれぞれ形成され、ヘッド本体の内部に流入口と吐出口とを結ぶインクの流路が形成されたインクジェットヘッドにおいて、複数枚の焼成されたセラミックス製薄板が積み重ねられ、各セラミックス製薄板間が釉薬とガラスの一方又は双方の溶着層を介して接合されることによりヘッド本体が形成されたことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載のインクジェットヘッドにおいて、所定のセラミックス製薄板にその厚さ方向に貫通する吐出口用孔が形成されると共にこの吐出口用孔がセラミックス製薄板の端面と交差する位置に端面口が形成され、上記吐出口がこの端面口によってセラミックス製薄板の端面の集積面上に形成されたことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のインクジェットヘッドにおいて、所定のセラミックス製薄板にその厚さ方向に貫通する流路用孔が形成され、流路用孔によってインクの流路が形成されたことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のインクジェットヘッドにおいて、インクの流路が複数枚のセラミックス製薄板の流路用孔を合致させることにより形成されたことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のインクジェットヘッドにおいて、上記ヘッド本体の吐出口が形成された面にオリフィスプレートが接合されたことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のインクジェットヘッドにおいて、ヘッド本体の両側に吐出口に対応して振動板が接合されたことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のインクジェットヘッドにおいて、振動板の表面に回路基板が接着されされたことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項８】
請求項７に記載のインクジェットヘッドにおいて、回路基板に圧電素子が接着されたことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれかに記載のインクジェットヘッドにおいて、表面が耐酸性、耐アルカリ性保護層で被覆されたことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項１０】
孔を設けた複数枚のグリーンシートからそれぞれセラミックス製薄板を焼成し、これらのセラミックス製薄板間に釉薬とガラスの一方又は双方を介在させて加熱しセラミックス製薄板同士を接合することによりヘッド本体を形成し、同時に上記孔を連通させてヘッド本体にインクの流入口、吐出口及び両口間を結ぶインクの流路を形成することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載のインクジェットヘッドの製造方法において、ヘッド本体に振動板、回路基板及び圧電素子を順次接合することを特徴とす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、プリンタ等で使用されるインクジェットヘッドとその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、インクジェットヘッドをセラミックスで作ることが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。インクジェットヘッドをセラミックスで作ると、酸、アルカリ等金属を腐食する成分を含んだインクを使用する場合であっても耐久性に優れ、インク漏れ防止効果が高まる。酸やアルカリを含んだインクには、例えばエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）ディスプレイの製造に用いられものがある。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−４００３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、インクジェットヘッドのヘッド本体は、セラミックスのグリーンシートを積層し、一体焼成することにより作られる。このようにヘッド本体を一体で焼成すると、焼成時の収縮率を予測し難く、また歪みを生じやすいことから、寸法精度の良いヘッド本体を得難いという問題がある。
【０００５】
従って、本発明は上記問題点を解決することができるインクジェットヘッド及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記問題点を解決するため、請求項１に係る発明は、セラミックス製ヘッド本体の表面の所定箇所にインクの流入口及び吐出口がそれぞれ形成され、ヘッド本体の内部に流入口と吐出口とを結ぶインクの流路が形成されたインクジェットヘッドにおいて、複数枚の焼成されたセラミックス製薄板が積み重ねられ、各セラミックス製薄板間が釉薬とガラスの一方又は双方の溶着層を介して接合されることによりヘッド本体が形成されたインクジェットヘッドを採用する。
【０００７】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載のインクジェットヘッドにおいて、所定のセラミックス製薄板にその厚さ方向に貫通する吐出口用孔が形成されると共にこの吐出口用孔がセラミックス製薄板の端面と交差する位置に端面口が形成され、上記吐出口がこの端面口によってセラミックス製薄板の端面の集積面上に形成されたインクジェットヘッドを採用する。
【０００８】
また、請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載のインクジェットヘッドにおいて、所定のセラミックス製薄板にその厚さ方向に貫通する流路用孔が形成され、流路用孔によってインクの流路が形成されたインクジェットヘッドを採用する。
【０００９】
また、請求項４に係る発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のインクジェットヘッドにおいて、インクの流路が複数枚のセラミックス製薄板の流路用孔を合致させることにより形成されたインクジェットヘッドを採用する。
【００１０】
また、請求項５に係る発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のインクジェットヘッドにおいて、上記ヘッド本体の吐出口が形成された面にオリフィスプレートが接合されたインクジェットヘッドを採用する。
【００１１】
また、請求項６に係る発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のインクジェットヘッドにおいて、ヘッド本体の両側に吐出口に対応して振動板が接合されたインクジェットヘッドを採用する。
【００１２】
また、請求項７に係る発明は、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のインクジェットヘッドにおいて、振動板の表面に回路基板が接着されされたインクジェットヘッドを採用する。
【００１３】
また、請求項８に係る発明は、請求項７に記載のインクジェットヘッドにおいて、回路基板に圧電素子が接着されたインクジェットヘッドを採用する。
【００１４】
また、請求項９に係る発明は、請求項１乃至請求項８のいずれかに記載のインクジェットヘッドにおいて、表面が耐酸性、耐アルカリ性保護層で被覆されたインクジェットヘッドを採用する。
【００１５】
また、請求項１０に係る発明は、孔を設けた複数枚のグリーンシートからそれぞれセラミックス製薄板を焼成し、これらのセラミックス製薄板間に釉薬とガラスの一方又は双方を介在させて加熱しセラミックス製薄板同士を接合することによりヘッド本体を形成し、同時に上記孔を連通させてヘッド本体にインクの流入口、吐出口及び両口間を結ぶインクの流路を形成するインクジェットヘッドの製造方法を採用する。
【００１６】
また、請求項１１に係る発明は、請求項１０に記載のインクジェットヘッドの製造方法において、ヘッド本体に振動板、回路基板及び圧電素子を順次接合するインクジェットヘッドの製造方法を採用する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、セラミックス製インクジェットヘッドの寸法精度を高めることができ、従って精度の良いパターンを形成することができる。また、耐酸性、耐アルカリ性に優れたインクジェットヘッドとし、酸、アルカリを含んだインキを使用しても腐食せず、従ってインキ漏れを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【００１９】
図１及び図２に示すように、このインクジェットヘッドは、セラミックス製のヘッド本体１を備える。
【００２０】
ヘッド本体１は、インクの微小な液滴を噴射する一列に並んだ複数個のオリフィス２とその背後の吐出口４とを略長方形の正面に有し、背面にインクの流入口３を有する。ヘッド本体１の内部には、流入口３と吐出口４とを結ぶインクの流路が形成される。
【００２１】
ヘッド本体１は、図３に示すように、セラミックス製の数種類の薄板５，６，７，８，９，１０が積み重ねられ接合されることにより形成される。
【００２２】
すなわち、ヘッド本体１の中心部にセラミックス製の第一の薄板５が配置され、この第一の薄板５の両側に第二の薄板６が配置され、この第二の薄板６の外側に第三の薄板７がそれぞれ配置され、この第三の薄板７の外側に第四の薄板８がそれぞれ配置され、この第四の薄板８の外側にそれぞれ第五の薄板９が配置され、この第五の薄板９の外側にそれぞれ第六の薄板１０が配置される。
【００２３】
ヘッド本体１の中心部に置かれる第一の薄板５は、この薄板５の長手方向に伸びる第一の流路用孔１１を中央部に有する。第一の流路用孔１１は、第一の薄板５をその厚さ方向に広い面積で貫通する。第一の流路用孔１１からは、第一の薄板５をその厚さ方向に貫通する吐出口用孔１４、流入口用孔１２がそれぞれ分岐する。吐出口用孔１４が第一の薄板５の端面と交差する位置には端面口４ａが形成され、この端面口４ａが図２に示すように吐出口４となって薄板５，６，７，８の端面の集積面１３であるヘッド本体１の正面に開口する。流入口用孔１２が第一の薄板５の他の端面と交差する位置にもそれぞれ端面口が形成され、この端面口の存在によって流入口３が薄板５，６，７，８の端面の集積面であるヘッド本体１の背面に開口する。
【００２４】
第二の薄板６には、上記第一の薄板５と重なり合って同じ流路を形成する第一の流路用孔１１と流入口用孔１２が、第二の薄板６を厚さ方向に貫通するように形成される。また、上記吐出口用孔１４の始端にそれぞれ合致する小さい長円形の第二の流路用孔１５が、第二の薄板６をその厚さ方向に貫通するように形成される。
【００２５】
第三の薄板７には、第一と第二の薄板５，６の第一の流路用孔１１に合致する第三の流路用孔１６が、第三の薄板７をその厚さ方向に貫通するように形成される。また、上記第二の薄板６と重なり合って同じ流路を形成する第二の流路用孔１５が形成される。
【００２６】
第四の薄板８には、第三の薄板７の第三の流路用孔１６に合致し、吐出口４ごとに分割された小面積の第四の流路用孔１７が、第四の薄板８をその厚さ方向に貫通するように形成される。また、上記第二と第三の薄板６，７と重なり合って同じ流路を形成する第二の流路用孔１５が形成される。
【００２７】
第五の薄板９には、上記第四の薄板８と重なり合って、第四の流路用孔１７と第二の流路用孔１５とを連通させる第五の流路用孔１８が、第五の薄板９を厚さ方向に貫通するように形成される。
【００２８】
第六の薄板１０は、振動板として機能する板であり、第五の薄板９の第五の流路用孔１８を遮蔽する。
【００２９】
上記第一乃至第六の薄板５，６，７，８，９，１０は、セラミックス製であり、それぞれグリーンシートを焼成することにより得られる。
【００３０】
なお、第六の薄板１０は、振動板として機能するものであり、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）で作ることも可能である。その場合ステンレス鋼の表面は金メッキされ耐酸性、耐アルカリ性が付与される。第六の薄板１０は、金属のほか、耐酸性・耐アルカリ性樹脂フィルムであるポリイミドフィルムで形成してもよい。
【００３１】
上記第一乃至第六のセラミックス製薄板５，６，７，８，９，１０は、相互間に釉薬とガラスの一方又は双方の溶着層を介して接合され、ヘッド本体として一体化される。そして、一体化されると同時に、第一乃至第六の薄板５，６，７，８，９，１０の内部において、第一乃至第五の流路用孔１１，１５，１６，１７，１８が連通しインクの流路が形成される。流入口３からヘッド本体１内に流入したインクは、第一の流路用孔１１、第三の流路用孔１６、第四の流路用孔１７、第五の流路用孔１８、第二の流路用孔１５、吐出口用孔１４へと流れ、吐出口４に到達してオリフィス２からヘッド本体１の前方へ噴射される。
【００３２】
このように、第一の薄板５にその厚さ方向に貫通する吐出口用孔１４が形成されると共にこの吐出口用孔１４が第一の薄板５の端面と交差する位置に端面口４ａが形成され、吐出口４がこの端面口４ａによってすべての薄板５，６，７，８，９，１０の端面の集積面１３上に形成されることから、第一の薄板５の厚さの変更、位置の変更、端面口４ａの位置又は幅の変更等によって、適正な開口面積、位置、向き、長さの吐出口４が形成される。また、第一の薄板５を複数枚重畳し、これら第一の薄板５の厚さや枚数を適宜変更することにより、吐出口４の開口面積が自在に加減される。また、同様に第一乃至第五の薄板５，６，７，８，９を増減変更することにより、適正な形状、大きさのインク流路が形成される。
【００３３】
なお、第一の薄板５から一方の積層方向に積層される第二乃至第五の薄板６，７，８，９は、奇数番目の吐出口４を形成し、他方の積層方向に積層される第二乃至第五の薄板６，７，８，９は、偶数番目の吐出口４を形成する。
【００３４】
オリフィス２は、図２及び図３に示すように、セラミックスからなるオリフィスプレート１９に円形の小孔として形成される。このオリフィスプレート１９は、ヘッド本体１の上記集積面１３である正面に、釉薬とガラスの一方又は双方の溶着層を介して接合される。あるいは接着剤により接着される。オリフィスプレート１９の各オリフィス２はヘッド本体１の各吐出口４にそれぞれ対応する。ヘッド本体１の吐出口４をオリフィスとしてこの吐出口４から直にインクの液滴を噴射することができる場合は、このオリフィスプレート１９は省略可能である。
【００３５】
なお、オリフィス２は金属製例えばステンレス鋼製の薄板に穿孔することによっても形成可能である。その場合は、オリフィスプレート１９の表面は金メッキされ耐酸性、耐アルカリ性が付与される。オリフィスプレート１９は、金属のほか、耐酸・アルカリ性樹脂で形成してもよく、その場合は金メッキは省略される。
【００３６】
図１乃至図３に示すように、ヘッド本体１の両側面における振動板である第六の薄板１０の表面には、回路基板であるフレキシブルプリントサーキット（ＦＰＣ）２０が接着剤により接着される。接着剤としては、メチルシアノアクリレート、エポキシ系、アクリル系等を使用することができる。また、ピエゾ素子からなる圧電素子２１が帯シート状に配列され、圧電素子２１の各帯シートがフレキシブルプリントサーキット２０の上に熱圧着により接合される。圧電素子２１は各吐出口４ごとに配置されるが、例えば一方の帯シートの圧電素子２１の列は偶数番目の吐出口４に対応して配置され、他方の帯シートの圧電素子２１の列は奇数番目の吐出口４に対応して配置される。
【００３７】
圧電素子２１及びその周辺部は図２に示すように耐酸性、耐アルカリ性保護層２３で被覆される。保護層２３は、例えば化学蒸着、塗工等により形成される。
【００３８】
ここで、上記構成のインクジェットヘッドの作用について説明する。
【００３９】
インクジェットヘッドは、図示しないプリンタ内に装着される。この装着はたとえばヘッド本体１に設けられた図１及び図３に示す孔２４に図示しない固定ネジを通すことにより行われる。
【００４０】
インクは流入口３ａからヘッド本体１内に流入し、第一の流路用孔１１、第三の流路用孔１６、第四の流路用孔１７、第五の流路用孔１８、第二の流路用孔１５、吐出口用孔１４へと流れ、オリフィス２の先端に到達しメニスカスを形成する。
【００４１】
そこで、フレキシブルプリントサーキット２０から圧電素子２１に所定の信号が入力されると、圧電素子２１が振動板である第六の薄板１０を振動させる。これにより、オリフィス２の箇所でメニスカスを形成したインキがオリフィス２から微細な液滴となって噴射される。
【００４２】
このインクの液滴が紙、ガラス板等の被塗布材の表面に付着し、被塗布材の表面にパターンを形成する。
【００４３】
次に、上記ヘッド本体の製造方法について説明する。
【００４４】
（１）第一乃至第五の薄板５，６，７，８，９ごとにセラミックスのグリーンシートを成形し、打ち抜き加工等によってグリーンシートに第一の流路用孔１１、吐出口用孔１４、流入口用孔１２ａ、流出用孔１２ｂ、第二の流路用孔１５、第三の流路用孔１６、第四の流路用孔１７、第四の流路用孔１７、第五の流路用孔１８を形成する。
【００４５】
また、第六の薄板１０、オリフィスプレート１９についてもそれぞれセラミックスのグリーンシートを成形する。
【００４６】
（２）図４（Ａ）に示すように、第一の薄板５のグリーンシート５ａを焼成炉２８の中に装填する。グリーンシート５ａは当て板２９，３０で上下から挟んだ状態で収納し、錘３１によって加圧した状態で加熱する。焼成温度は例えば１０００℃程度である。これにより、グリーンシート５ａを前駆体として第一のセラミック製薄板５を得る。
【００４７】
同様な方法により、第二乃至第六の各グリーンシートを前駆体として第二乃至第六の各セラミック製薄板６，７，８，９，１０を作る。同様にオリフィスプレート１９のグリーンシートを前駆体としてセラミック製薄板を作る。
【００４８】
第一乃至第六のセラミック製薄板５，６，７，８，９，１０は厚さは別としてすべて同じ形状、大きさに形成される。
【００４９】
（３）図５（Ａ）（Ｂ）に示すように、第一乃至第五のセラミック製薄板５，６，７，８，９を重ね合わせる。このとき、セラミックス製薄板５，６，７，８，９間の接触面に釉薬を塗布するか又はセラミックス製薄板５，６，７，８，９間に接合面と同じ形状の薄いガラス板を挟み込む。或いは、釉薬を塗布した薄いガラス板を挟み込む。
【００５０】
（４）図４（Ｂ）に示すように、重畳した第一乃至第五のセラミックス製薄板５，６，７，８，９を焼成炉２８の中に装填する。第一乃至第五のセラミックス製薄板５，６，７，８，９は当て板２９，３０で上下から挟んだ状態で収納し、錘３１によって加圧した状態で加熱する。焼成温度は例えば１０００℃程度である。これにより、第一乃至第五のセラミックス製薄板５，６，７，８，９が一体化される。また、同時に上記各種孔がヘッド本体１内で連通し、ヘッド本体１内にインクの吐出口４、流入口３及びこれらの口４，３間を結ぶインクの流路が形成される。
【００５１】
このように、第一乃至第五の薄板５，６，７，８，９をセラミックス板とした後に相互間を接合するので、寸法精度のよいヘッド本体１が形成される。
【００５２】
（５）接合のための焼成が終了したセラミックス板の重畳体を焼成炉２８から取り出し、図５（Ｃ）に示すように、その両面に第六の薄板１０を接着剤で接着する。
【００５３】
セラミックス製の第六の薄板１０を上記（４）と同様な方法で釉薬、ガラス板等により上記（４）で出来た重畳体の両面に接合する。もちろん、この（５）の工程を上記（４）の工程と同時に行うことも可能である。
【００５４】
（６）上記（５）の工程を終えたセラミックス板の重畳体の正面は図５（Ｄ）に示すような薄板５，６，７，８，９，１０の端面の集積面１３となって現れ、この集積面１３に吐出口４が開口する。必要に応じてこの集積面１３を研磨盤等により研磨して平滑面に仕上げ、この平滑面に図５（Ｅ）に示すようにセラミックス製のオリフィスプレート１９を接合する。オリフィスプレート１９の円形の各オリフィス２が集積面１３上の矩形の吐出口４に合致し、吐出口４の形状を整える。オリフィスプレート１９は上記（４）と同様な方法で釉薬、ガラス板等により集積面１３に接合する。
【００５５】
なお、吐出口４のみよってインクを適正に吐出することができるときは、オリフィスプレート１９は省略可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明に係るインクジェットヘッドをオリフィス側から見た斜視図である。
【図２】図１に示すインクジェットヘッドのヘッド本体の垂直断面図である。
【図３】図１に示すインクジェットヘッドの分解斜視図である。
【図４】ヘッド本体の製造に使用する焼成炉の概念図である。
【図５】ヘッド本体の製造工程を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５７】
１…ヘッド本体
３…流入口
４…吐出口
４ａ…端面口
５，６，７，８，９，１０…薄板
５ａ…グリーンシート
１１，１５，１６，１７，１８…流路用孔
１３…集積面
１４…吐出口用孔
１９…オリフィスプレート
２０…回路基板
２１…圧電素子
２３…保護層
【図１】
2007062125.tif 000003
【図２】
2007062125.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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