(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
前面に列状に配置された複数個のノズルと、前記各ノズル毎の圧力室とそれらに連通するインク流通路とを有するキャビティユニットと、前記各圧力室毎に選択的に駆動可能な活性部を有し、インクを吐出させる板状のアクチュエータとを積層させてなるインクジェットプリンタヘッドにおいて、
前記キャビティユニットの圧力室が存在する面に、前記アクチュエータと、そのアクチュエータの少なくとも両側を含み、且つ前記キャビティユニットの少なくとも長手方向に沿って延びる歪み矯正部材とを、熱硬化性接着剤により同時に接合することを特徴とするインクジェットプリンタヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電式等の扁平なインクジェットプリンタヘッドの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
先行技術のオンディマンド型のインクジェットプリンタヘッドにおいて、本出願人は先に、特開２００１−２４６７４４号公報や特開２００２−３６５４５号公報等に開示したように、圧力室を備えたベースプレートに対してマニホールドを備えた複数枚のマニホールドプレートを隣接積層し、その下側のマニホールドプレートの下面にノズルプレートを配置し、前記各プレートを接着剤を介して積層固定してキャビティユニットを構成し、このキャビティユニットにおけるベースプレートの上面に、その各圧力室の箇所に対応した位置に対面するように圧電素子を組み込んだ板状の扁平な圧電アクチュエータを接着固定したものを提案した。
【０００３】
このように構成すると、圧電アクチュエータとキャビティユニットとが平面視の面積内で重なった位置に配置できるからインクジェットヘッドをコンパクトにできるという効果があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記の構成では、キャビティユニットは、金属板等からなる複数枚のプレートを積層しており、他方、圧電アクチュエータはセラミックス材料のシート材を複数枚積層したものであり、両者を接着固定するときに、両者間にエポキシ樹脂等の熱硬化性接着剤を介挿して加熱すると、キャビティユニットのほうが大きく膨張する。その状態で圧電アクチュエータをキャビティユニットの背面に接着固定し、その後、前記接着剤樹脂の固化後に冷却すると、線膨張係数の小さい圧電アクチュエータが貼り付けられたキャビティの背面側の収縮が抑制される一方、キャビティユニットの下面（ノズル側）側の収縮量が大きいので、前記ノズル側が凹状（逆にいうと圧電アクチュエータ側で凸状）に湾曲変形し、特にその凹状の湾曲はキャビティユニットの長手方向、つまりノズル列方向に著しく現れるから、インクの噴射方向が前記湾曲した前面と直交する方向となるので、用紙などに形成された画像品質が劣る等の問題があった。
【０００５】
本発明は、このような問題を解消したインクジェットプリンタヘッドを提供することを技術的課題とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
【０００８】
【０００９】
【００１０】
【００１１】
【００１２】
前記技術的課題を達成するため、請求項１に記載の発明のインクジェットプリンタヘッドの製造方法は、前面に列状に配置された複数個のノズルと、前記各ノズル毎の圧力室とそれらに連通するインク流通路とを有するキャビティユニットと、前記各圧力室毎に選択的に駆動可能な活性部を有し、インクを吐出させる板状のアクチュエータとを積層させてなるインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記キャビティユニットの圧力室が存在する面に、前記アクチュエータと、そのアクチュエータの少なくとも両側を含み、且つ前記キャビティユニットの少なくとも長手方向に沿って延びる歪み矯正部材とを、熱硬化性接着剤により同時に接合することを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面について説明する。図１〜図５は、本発明の圧電式インクジェットプリンタヘッドの第１実施形態を示す。これらの図において、キャビティユニット９に対して接合されるプレート型の圧電アクチュエータ２０の外周を囲むようにして、後述する枠状の歪み矯正部材５０がキャビティユニット９の背面に接着剤により接合されるものである。そして、圧電アクチュエータ２０の上面には、外部機器との接続のために、フレキシブルフラットケーブル４０が接着剤にて重ね接合されているものであり、キャビティユニット９の下面側に開口されたノズル１５から下向きにインクが噴射するものとする。
【００１４】
前記キャビティユニット９は、図２〜図５に示すように構成されている。すなわち、ノズルプレート１０、二枚のマニホールドプレート１１、１２、スペーサプレート１３及びベースプレート１４の五枚の薄い板をそれぞれ接着剤にて重ね接合して積層した構造であり、実施形態では、合成樹脂製のノズルプレート１０を除き、各プレート１２、１３、１４は、ステンレス鋼板製で、５０μｍ〜１５０μｍ程度の厚さを有する。前記ノズルプレート１０には、微小径（実施形態では２５μｍ程度）のインク噴出用のノズル１５が、当該ノズルプレート１０における第１の方向（長辺方向）に沿って２列の千鳥状配列に設けられている。即ち、ノズルプレート１０の前記第１の方向に延びる２つの平行状の基準線１０ａ、１０ｂに沿って、微小ピッチＰの間隔で千鳥状配列にて多数個のノズル１５が穿設されている。前記二枚のマニホールドプレート１１、１２には、外部のインク供給源からのインクを溜めた後、後述するような各圧力室１６にインクを供給するためのインク流通路としてのマニホールド室１２ａ、１２ｂが、前記ノズル１５の列の両側に沿って延びるように穿設されている。但し、ノズルプレート１０に対面する下側のマニホールドプレート１１におけるマニホールド１２ｂは、当該マニホールドプレート１２の上側にのみ開放するように凹み形成されている（図３及び図４参照）。このマニホールド１２ａ、１２ｂは、上側のマニホールドプレート１２に対する前記スペーサプレート１３の積層により密閉される構造になっている。
【００１５】
また、前記ベースプレート１４には、その長辺（前記第１の方向）に沿う中心線に対して直交する第２の方向（短辺方向）に延びる細幅の圧力室１６の多数個が穿設されている。そして、前記中心線を挟んで左右両側にて平行状の長手基準線１４ａ、１４ｂを設定すると、前記中心線より左側の圧力室１６の先端流路１６ａは前記右側の長手基準線１４ａ上に位置し、逆に前記長手中心線より右側の圧力室１６の先端流路１６ａは前記左側の長手基準線１４ｂ上に位置し、且つこの左右の圧力室１６の先端流路１６ａが交互に配置されているので、左右両側の圧力室１６は一つおきに互いに逆方向に延びるように交互に配置されていることになる。
【００１６】
また、前記各ノズル１５に対応する圧力室１６と、後述する圧電アクチュエータ２０における圧電素子の活性部とは各プレートの平面視において上下に重なり対応する位置となるように配列され、前記各圧力室１６は前記第１の方向と交差（直交）する方向に延びるように形成されて、圧力室１６の列は前記第１の方向に沿って延びる。
【００１７】
この各圧力室１６の先端流路１６ａは、前記ノズルプレート１０における前記千鳥状配列のノズル１５に、前記スペーサプレート１３及び両マニホールドプレート１１、１２に同じく千鳥状配列にて穿設されているインク流路（液体通路）としての微小径の連通孔１７、１７、１７を介して連通している。一方、前記各圧力室１６の他端は、断面積の小さいインク流路としての細長い絞り部１６ｄを介して直径が大きい他端流路１６ｂに接続されており、他端流路１６ｂは、前記スペーサプレート１３における左右両側部位に穿設された液体通路としての貫通孔１８を介して、前記両マニホールドプレート１１、１２におけるマニホールド１２ａ、１２ｂに連通している。なお、前記他端流路１６ｂ及び細長の絞り部１６ｄは、図３及び図４に示すように、ベースプレート１４の下面側にのみ開口するように凹み形成されているものであり、前記他端流路１６ｂの直径は前記貫通孔１８の直径とほぼ等しく形成する。絞り部１６ｄは圧電アクチュエータ２０が駆動されたときに、圧力室１６からマニホールド１２ａ，１２ｂへ向かうインクの流れを制限するため、圧力室１６よりも断面が小さくなっている。
【００１８】
さらに、各圧力室１６の長手方向に中途部には、ベースプレート１４の板厚の半分程度の連設部１６ｃを設けることにより、多数並設された圧力室１６の側壁の剛性の低下を防止する。
【００１９】
また、スペーサプレート１３の一端に穿設された供給孔１９ｂは、前記マニホールド１２ａに連通すると共に、最上層のベースプレート１４の一端部に穿設された供給孔１９ａにも連通している。
【００２０】
次に、歪み矯正部材５０の構成について説明すると、図１、図４及び図５は第１実施形態を示し、平面視略四角形の枠状の歪み矯正部材５０は、厚さ寸法の大きい金属製（ステンレス鋼等）の金属部材５１と、その下面に接着剤を介して接合させたポリイミド製等の薄い厚さの合成樹脂製のシート部５２とからなる複合部材である。
【００２１】
そして、前記第１実施形態では、複合部材としての歪み矯正部材５０の線膨張係数は、全体として、金属製のキャビティユニット９の線膨張係数と略等しくなるように設定されている。なお、圧電アクチュエータ２０は焼成したセラミックス材からなるので、圧電アクチュエータ２０の線膨張係数は金属製のキャビティユニット９のそれよりもはるかに小さいものとする。
【００２２】
また、歪み矯正部材５０は平面視略矩形状の大穴５３を有する枠状であり、上側の金属部材５１の一側部には、供給穴１９ａと対応する位置において、上下方向に貫通する小判型の供給孔５４が形成されている。同じく前記シート部５２の一側部には、前記供給孔５４に連通する個所に、フィルタ部５５が形成されている。なお、前記合成樹脂製のシート部５２にフィルタ部５５を一体的に形成するには、プラズマ加工、レーザ加工等で、シート部５２の板厚方向に貫通する微小径の孔を多数個穿設するのである。
【００２３】
これにより、図示しないインク供給源（インクタンク）から供給穴５４に流入したインクは、フィルタ部５５で異物を除去され、供給孔１９ａ，１９ｂを介して前記左右両マニホールド１２ａ，１２ａ内に流入する。さらに、この各インク通路１２ａから前記各貫通孔１８を通って前記各圧力室１６内に分配されたのち、この各圧力室１６内から前記貫通孔１７を通って、当該圧力室１６に対応するノズル１５に至るという構成になっている（図３及び図６参照）。
【００２４】
なお、供給穴５４は、左右両マニホールド１２ａ，１２ｂに同じ色のインクを供給するために２つの供給穴１９ａに対応した小判型になっているが、左右両マニホールド１２ａ，１２ｂに別の色のインクを供給するために、２つの供給穴１９ａにそれぞれ対応して２個設けることもできる。
【００２５】
一方、前記各圧電アクチュエータ２０は、特開平３−２７４１５９号公報に記載のものとほぼ同様の公知の構造であり、図４に示すように、１枚の厚さが３０μｍ程度の圧電セラミックス板からなる複数枚（４〜１０枚）の圧電シート２１とその最上層のトップシート２２とを積層した構造である。そして、最下段の圧電シート２１とそれから上方へ数えて奇数番目の圧電シート２１の上面（広幅面）には、前記キャビティユニット９における各圧力室１６に対応した箇所ごとに細幅の個別電極（図示せず）が圧電シート２１の長辺方向に沿って列状に形成される。
【００２６】
下から偶数番目の圧電シート２１の表面には、コモン電極（図示せず）が印刷形成され、個別電極と平面視で重複する位置に配置されている。
【００２７】
トップシート２２の表面（上面）には、前記各個別電極に対応する表面電極３１と、コモン電極に対応する表面電極３１とが設けられている。そして、前記各表面電極３１と、それらにそれぞれ対応する上下位置の個別電極とが上下方向に連通する電気的スルーホールを介して互いに接続されている。同様にして、トップシート２２における表面電極３１と、それに対応する下層の圧電シート２１におけるコモン電極の引き出し部とが、電気的スルーホールを介して互いに電気的に導通できるように接続されている。
【００２８】
なお、圧電アクチュエータ２０の製造方法としては、圧電シートであるセラミックス基板の表面に、個別電極、コモン電極並びに表面電極はそれぞれ、銀−パラジゥムペースト等の導電性ペーストをスクリーン印刷形成し、積層したのち焼成して形成するものである。
【００２９】
そして、前記歪み矯正部材５０における金属部材５１とシート部５２とを予めエポキシ樹脂等の熱硬化性接着剤を塗着し、加熱することにより、一体化させておき、次いで、前記の構成のプレート型の圧電アクチュエータ２０における下面（圧力室１６と対面する広幅面）全体に、エポキシ樹脂等の熱硬化性接着剤を塗着する一方、前記歪み矯正部材５０におけるシート部５２の下面にも前記熱硬化性接着剤を塗着し、圧電アクチュエータ２０を前記歪み矯正部材５０における大穴５３内に配置した状態で、両者をキャビティユニット９の背面に重ねて押圧状態のまま加熱して、接着固定する。これにより、キャビティユニット９の背面のうち外周側には、枠状の歪み矯正部材５０が固定され、その枠内に圧電アクチュエータ２０が固定される。このとき、第１実施形態では、歪み矯正部材５０の全体の厚さ寸法Ｔ１を、圧電アクチュエータ２０の厚さ寸法より若干薄くなるように設定しておく（図４参照）ことにより、後に、圧電アクチュエータ２０の背面（上面）にフレキシブルフラットケーブル４０が重ね押圧されることにより、このフレキシブルフラットケーブル４０における各種の配線パタ一ン（図示せず）が、前記各表面電極３０、３１に電気的に接合されるとき、当該フレキシブルフラットケーブル４０が歪み矯正部材５０の個所を越えて外側に延びるときに、フレキシブルフラットケーブル４０を平坦状のままにでき、前記電気的接合部を確実にならしめることができる。
【００３０】
そして、従来では、圧電アクチュエータ２０側の剛性がキャビティユニット９の剛性より少なく、且つ圧電アクチュエータ２０の線膨張係数がキャビティユニット９の線膨張係数よりも小さいが故に、キャビティユニット９のノズル噴射面側で凹状に湾曲していたが、本実施形態では、歪み矯正部材５０における金属部材５１の線膨張係数とキャビティユニット９（金属製）の線膨張係数と略同じものを使用し、キャビティユニット９の背面側（圧電アクチュエータ２０との接合側）に、前記歪み矯正部材５０を添設することで、圧電アクチュエータ２０と歪み矯正部材５０との合計の剛性（断面係数）及び圧電アクチュエータ２０と歪み矯正部材５０との合成した線膨張係数がキャビティユニット９の剛性（断面係数）及び線膨張係数に近づくように設定すれば、前記接着作業時の部材の加熱冷却に伴う膨張・伸縮量は、キャビティユニット９側と、圧電アクチュエータ２０と歪み矯正部材５０との合成側とで差が小さくでき、キャビティユニット９のノズル噴射面側での湾曲歪みが矯正され、印字（画像形成）品質が悪化しないという効果を奏する。
【００３１】
なお、線膨張係数が歪み矯正部材５０で最も大きく、キャビティユニット９の線膨張係数が次に大きく、圧電アクチュエータ２０で最小となる組み合わせであっても、温度変化によるこれら３者の接合したもの全体の歪みを無くするまたは少なくするように矯正できる。さらに、他の材質のアクチュエータの線膨張係数が最も大きく、次にキャビティユニット９であり、キャビティユニット９の線膨張係数が最も小さいという組み合わせであっても同様に歪み矯正が可能である。
【００３２】
なお、前記の構成において、圧電アクチュエータ２０における表面電極３０、３１を介して全個別電極とコモン電極との間に分極用の高電圧を印加することで、各個別電極とコモン電極との間に挟まれた圧電シート２１の部分を分極処理する。これにより、各個別電極とコモン電極との間に挟まれた圧電シート２１の部分を活性部とする。そして、任意の表面電極３９と表面電極４０とを介して個別電極３６とコモン電極３７との間に駆動電圧を印加して、対応する活性部に分極方向と平行な電界を発生させると、その活性部が積層方向に伸長し、対応する圧力室１６の内容積が縮小され、この圧力室１６内のインクが、ノズル１６から液滴状に噴出して、所定の印字が行われる。
【００３３】
図６及び図７に示す変形例では、前記歪み矯正部材５０における金属部材５１の上面側の一側に段部５６を切欠き形成したものであり、歪み矯正部材５０の大穴５３内に位置する圧電アクチュエータ２０の上面に貼着したフレキシブルフラットケーブル４０の下面が前記段部５６より上位置になり、且つ、そのフレキシブルフラットケーブル４９の上面は、前記歪み矯正部材５０の他の部分の上面より低い位置になるように構成されているものである（図６及び図７参照）。
【００３４】
その他の構成は、第１実施形態（図１〜図５）と同じであるので同じ部品
（構成）については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。この変形例によれば、フレキシブルフラットケーブル４０を平面状にしたまま歪み矯正部材５０の外側に延びるように配置できる。
【００３５】
本発明の他の実施形態として、図示しないが、キャビティユニット９の背面側に貼着された圧電アクチュエータ２０の一対の長辺と平行状に、当該キャビティユニット９の背面に直線棒状の歪み矯正部材を接着剤にて固定しても、キャビティユニット９のノズル噴射面側での湾曲歪みを矯正することができる。
【００３６】
前記各実施形態において、キャビティ９の背面に対する圧電アクチュエータ２０の接着と歪み矯正部材５０との接着とを、熱硬化性接着剤により同時に行えば、インクジェットプリンタヘッドの組み立て作業が至極簡単になるという効果を奏する。また、歪み矯正部材５０は前記金属部材または合成樹脂部材のみによる単一部材であっても良い。
【００３７】
なお、キャビティユニット９、アクチュエータ、歪み矯正部材５０の各部材の材質は、本発明の効果を有するように任意に選択することができる。上記実施の形態におけるシート部５２は薄い金属材料であってもよい。
【００３８】
【発明の作用・効果】
【００３９】
【００４０】
【００４１】
【００４２】
【００４３】
【００４４】
【００４５】
【００４６】
請求項１に記載の発明のインクジェットプリンタヘッドの製造方法は、前面に列状に配置された複数個のノズルと、前記各ノズル毎の圧力室とそれらに連通するインク流通路とを有するキャビティユニットと、前記各圧力室毎に選択的に駆動可能な活性部を有し、インクを吐出させる板状のアクチュエータとを積層させてなるインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記キャビティユニットの圧力室が存在する面に、前記アクチュエータと、そのアクチュエータの少なくとも両側を含み、且つ前記キャビティユニットの少なくとも長手方向に沿って延びる歪み矯正部材とを、熱硬化性接着剤により同時に接合することを特徴とするものである。このような製造方法を採用すれば、上記のように各部品の接合に伴う歪みを矯正して印字品質の良いインクジェットプリンタヘッドの製造工程を少なくし、製造コストを低減できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態による圧電式インクジェットプリンタヘッド信品を示す分解斜視図である。
【図２】  キャビティユニットの分解斜視図である。
【図３】  キャビティユニットの部分的拡大斜視図である。
【図４】  図１のIV−IV線矢視拡大断面図である。
【図５】  図１のＶ−Ｖ線矢視拡大側断面図である。
【図６】  変形例を示す斜視図である。
【図７】  図６のVII −VII 線矢視拡大側断面図である。
【符号の説明】
９          キャビティユニット
１０          ノズルプレート
１１、１２        マニホールドプレート
１２ａ、１２ｂ        マニホールド
１３          スペーサプレート
１４          ベースプレート
１５          ノズル
１６          圧力室
２０          圧電アクチュエータ
３０，３１    表面電極
４０          フレキシブルフラットケーブル
５０          歪み矯正部材
５１          金属部材
５２          シート部
５３          大穴
５４          取付け孔
５５          フィルタ
５６          段部
【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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