(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力室を形成する複数の区画壁と、
前記圧力室を覆うようにして接合材を介して前記区画壁上に固定された振動板と、
前記振動板の上に形成された強誘電体膜と、
前記強誘電体膜の上に形成され、前記圧力室の容積を変化させる方向に前記強誘電体膜を変位させる個別電極とを有し、
前記接合材のヤング率を１．０×Ｅ＋８〜１．０×Ｅ＋１０Ｎ／ｍ2にすると共に、
前記圧力室内において、前記接合材を、前記振動板の平面に沿って、前記強誘電体膜の形成範囲の内側まではみ出すように構成したことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記接合材における前記振動板の平面に沿った方向へのはみ出し幅が５μｍ以上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。
【請求項３】
前記接合材はアクリル樹脂またはエポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１〜２の何れか一項に記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記振動板が電極を兼ねていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項に記載のインクジェットヘッドを備えたことを特徴とするインクジェット式記録装置。
【請求項６】
圧力室を形成する複数の区画壁に、前記圧力室を覆うようにして接合材を介して振動板を接着し、
前記区画壁と前記振動板とを相互に圧接する方向の押圧力を付加して、前記圧力室内において、前記接合材を、前記振動板の平面に沿って、前記強誘電体膜の形成範囲の内側まではみ出すようにしたインクジェットヘッドの製造方法であって、
前記接合材を、前記区画壁または、前記区画壁に対応する位置の前記振動板に塗布する際に、
個々の圧力室に対応した塗布領域の端部に、端部以外の領域よりも隆起した状態で、前記接合材を塗布すること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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットヘッドおよびその製造方法ならびにインクジェット式記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット式記録装置のインクジェットヘッドは、インク液を収容する圧力室を持つ圧力室部品と、この圧力室からインク滴を吐出させるためのアクチュエータ部である強誘電体素子とを備えている。強誘電体素子には、強誘電体膜と、この強誘電体膜に電圧を印加して収縮及び伸張させる個別電極及び共通電極とを備えており、強誘電体膜の圧電効果により圧力室の容積を変化させてインク滴をノズル孔から吐出させるように構成されている。
【０００３】
そして、多数のノズル孔から吐出されるインク滴の吐出特性を安定化させるには、強誘電体素子の変位特性、共振特性のバラツキを抑制する必要がある。
【０００４】
ここで、特開２０００−３０１７１５号公報には、ヘッド本体部とアクチュエータ部とが接着されてなるインクジェットにおいて、振動板の変位部に接合材が付着することを防止する技術が開示されている。その構成は、振動板のヘッド本体部側の面に振動板の変位部を圧力室に晒す窓部が設けられた中間層を形成し、中間層と本体部との区画壁とを電着層からなる接合材により接着したもので、中間層は銅より形成され、接合材のはみ出し部が振動板の変位部に付着しないよう、その厚みは５μｍに設定されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した技術によれば、中間層を新たに設ける必要があるので、製造時の工数が増加し、生産性の低下や製造コストの増大を招く。
【０００６】
また、このような中間層を設けずに、直接振動板と圧力室の区画壁を接合する場合には、塗布された接合材が圧力室を構成する区画壁の接着面より少なくなってその端面が接着されなかったり、端面まで接着されたりする。すると、変位特性や共振特性がばらついてインク吐出効率が悪化し、信頼性の高いインクジェットヘッドを得ることができない。
【０００７】
そこで、本発明は、インク吐出効率の優れたインクジェットヘッドに関する技術を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、本発明のインクジェットヘッドは、圧力室を形成する複数の区画壁と、圧力室を覆うようにして接合材を介して区画壁上に固定された振動板と、振動板の上に形成された強誘電体膜と、強誘電体膜の上に形成され、圧力室の容積を変化させる方向に強誘電体膜を変位させる個別電極とを有し、接合材のヤング率を１．０×Ｅ＋８〜１．０×Ｅ＋１０Ｎ／ｍ2にすると共に、圧力室内において、接合材を、振動板の平面に沿って、強誘電体膜の形成範囲の内側まではみ出すように構成したものである。
【０００９】
これにより、複数の強誘電体素子の相互間における変位特性や共振特性が均一化されてインク吐出効率の優れたインクジェットヘッドを得ることが可能になる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、圧力室を形成する複数の区画壁と、圧力室を覆うようにして接合材を介して区画壁上に固定された振動板と、振動板の上に形成された強誘電体膜と、強誘電体膜の上に形成され、圧力室の容積を変化させる方向に強誘電体膜を変位させる個別電極とを有し、接合材のヤング率を１．０×Ｅ＋８〜１．０×Ｅ＋１０Ｎ／ｍ2にすると共に、圧力室内において、接合材を、振動板の平面に沿って、強誘電体膜の形成範囲の内側まではみ出すように構成したインクジェットヘッドであり、複数の強誘電体素子の相互間における変位特性や共振特性が均一化されてインク吐出効率の優れたインクジェットヘッドを得ることが可能になるという作用を有する。
【００１１】
本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、接合材における振動板の平面に沿った方向へのはみ出し幅が５μｍ以上であるインクジェットヘッドであり、複数の強誘電体素子の相互間における変位特性や共振特性が均一化されてインク吐出効率の優れたインクジェットヘッドを得ることが可能になるという作用を有する。
【００１３】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１〜２の何れか一項に記載の発明において、接合材はアクリル樹脂またはエポキシ樹脂であるインクジェットヘッドであり、これらの樹脂材料を用いることにより、振動板の変位量のばらつきを比較的小さくすることができるので、複数の強誘電体素子の相互間における変位特性や共振特性が均一化されてインク吐出効率の優れたインクジェットヘッドを得ることが可能になるという作用を有する。
【００１４】
本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の発明において、振動板が電極を兼ねているインクジェットヘッドであり、複数の強誘電体素子の相互間における変位特性や共振特性が均一化されてインク吐出効率の優れたインクジェットヘッドを得ることが可能になるという作用を有する。
【００１５】
本発明の請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の何れか一項に記載のインクジェットヘッドを備えたインクジェット式記録装置であり、安定したインク吐出により高画質の印字を行うことが可能になるという作用を有する。
【００１８】
本発明の請求項６に記載の発明は、圧力室を形成する複数の区画壁に、圧力室を覆うようにして接合材を介して振動板を接着し、区画壁と振動板とを相互に圧接する方向の押圧力を付加して、圧力室内において、接合材を、振動板の平面に沿って、強誘電体膜の形成範囲の内側まではみ出すようにしたインクジェットヘッドの製造方法であって、接合材を、区画壁または、区画壁に対応する位置の振動板に塗布する際に、個々の圧力室に対応した塗布領域の端部に、端部以外の領域よりも隆起した状態で接合材を塗布するインクジェットヘッドの製造方法であり、確実な接合材のはみ出しと、ヘッドの接合・固定を行うことができるので、複数の強誘電体素子の相互間における変位特性や共振特性が均一化されてインク吐出効率の優れたインクジェットヘッドを得ることが可能になるという作用を有する。
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図１０を用いて説明する。なお、これらの図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。
【００２０】
図１は本発明の一実施の形態である強誘電体素子が用いられたインクジェット式記録装置の全体概略構成を示す斜視図、図２は図１のインクジェット式記録装置におけるインクジェットヘッドの全体構成を示す断面図、図３は図２の要部を示す斜視図、図４は図２のインクジェットヘッドを示す断面図、図５は接合材のはみ出し幅と強誘電体素子の変位量との関係を示すグラフ、図６は接合材のヤング率が１．０×Ｅ＋７Ｎ／ｍ2で振動板兼共通電極の平面に沿った方向へのはみ出し幅が＋１０μｍのときの共振特性と、接合材のヤング率が１．０×Ｅ＋８Ｎ／ｍ2で振動板兼共通電極の平面に沿った方向へのはみ出し幅が＋１０μｍのときの共振特性とを示すグラフ、図７は本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドの製造方法を連続的に示す断面図、図８は本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドの製造過程における接合材の塗布形状を示す断面図、図９は図８における接合材の隆起部分の寸法の一例を示す説明図、図１０は本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドの製造過程における接合材の塗布形状を示す断面図である。
【００２１】
図１に示すインクジェット式記録装置４０は、強誘電体素子の圧電効果を利用して記録を行う本発明のインクジェットヘッド４１を備え、このインクジェットヘッド４１から吐出したインク滴を紙等の記録媒体４２に着弾させて、記録媒体４２に記録を行うものである。インクジェットヘッド４１は、主走査方向Ｘに配置したキャリッジ軸４３に設けられたキャリッジ４４に搭載されていて、キャリッジ４４がキャリッジ軸４３に沿って往復動するのに応じて、主走査方向Ｘに往復動する。さらに、インクジェット式記録装置４０は、記録媒体４２をインクジェットヘッド４１の幅方向（すなわち、主走査方向Ｘ）と略垂直方向の副走査方向Ｙに移動させる複数個のローラ（移動手段）４５を備える。
【００２２】
図２は本発明の実施の形態のインクジェットヘッド４１の全体構成を示し、図３はその要部の構成を示す。図２および図３において、Ａは圧力室部品であって、圧力室用開口部１が形成される。Ｂは圧力室用開口部１の上端開口面を覆うように配置されるアクチュエータ部、Ｃは圧力室用開口部１の下端開口面を覆うように配置されるインク液流路部品である。圧力室部品Ａの圧力室用開口部１は、その上下に位置するアクチュエータ部Ｂおよびインク液流路部品Ｃにより区画されて圧力室２となる。アクチュエータ部Ｂには、圧力室２の上方に位置する個別電極（第２の電極）３が配置されている。これ等圧力室２および個別電極３は、図２から判るように、千鳥状に多数配列されている。インク液流路部品Ｃには、インク液供給方向に並ぶ圧力室２間で共用する共通液室５と、この共通液室５を圧力室２に連通する供給口６と、圧力室２内のインク液が流出するインク流路７とが形成される。Ｄはノズル板であって、インク流路７に連通するノズル孔８が形成されている。また、図２において、ＥはＩＣチップであって、ボンディングワイヤーＢＷを介して多数の個別電極３に対して電圧を供給する。
【００２３】
次に、アクチュエータ部Ｂの構成を図４に基づいて説明する。
【００２４】
図４では、直交方向に並ぶ圧力室２を持つ圧力室部品Ａが参照的に描かれている。
【００２５】
このアクチュエータ部は、圧力室２を形成する複数の区画壁２ａ、圧力室２を覆うようにして区画壁２ａ上に固定された振動板兼共通電極（振動板あるいは第１の電極）１１、振動板兼共通電極１１上に形成された強誘電体膜１０、強誘電体膜１０上に形成された個別電極（第２の電極）３とを有している。そして、個別電極３と振動板兼共通電極１１とは、圧力室２の容積を変化させる方向に強誘電体膜１０を相互に協働して変位させる。
【００２６】
振動板兼共通電極１１は、たとえばアクリル樹脂またはエポキシ樹脂からなる接合材１４を介して区画壁２ａに固定されており、図示するように、この接合材１４は圧力室２内にはみ出している。そして、接合材１４のはみ出し幅は、振動板兼共通電極１１の平面に沿った方向へ５μｍ以上となっている。また、ヤング率が１．０×Ｅ＋８〜１．０×Ｅ＋１０Ｎ／ｍ2となっている。
【００２７】
ここで、接合材１４のはみ出し幅と強誘電体素子の変位量との関係を図５に示す。
【００２８】
図５に示すように、ヤング率の小さな接合材を用いた場合で、且つはみ出し幅が５μｍ以上であれば、変位量が安定しているのが分かる。そして、接合材のヤング率が大きくなればなるほど変位の変動が大きくなり、またはみ出し幅が５μｍ以下、特にはみ出し幅が−（マイナス）になると、変位の変動が大きくなる。よって、図５から、接合材１４の振動板兼共通電極１１の平面に沿った方向へのはみ出し幅が５μｍ以上で、接合材１４のヤング率が１．０×Ｅ＋１０Ｎ／ｍ2以下のときに強誘電体素子の変位が安定することが読み取れる。
【００２９】
図６に、接合材のヤング率が１．０×Ｅ＋７Ｎ／ｍ2で振動板兼共通電極の平面に沿った方向へのはみ出し幅が＋１０μｍのときの共振特性（図６（ａ））と、接合材のヤング率が１．０×Ｅ＋８Ｎ／ｍ2で振動板兼共通電極の平面に沿った方向へのはみ出し幅が＋１０μｍのときの共振特性（図６（ｂ））とを示す。
【００３０】
図６（ａ）に示す場合つまり接合材のヤング率が小さい場合には共振がばらつき、図６（ｂ）に示す場合つまり接合材のヤング率が大きい場合には共振がばらつかないことが分かる。したがって、共振特性の点からは、接合材のヤング率は１．０×Ｅ＋８Ｎ／ｍ2以上であることが望ましいことが読み取れる。
【００３１】
以上説明した図５および図６から、本実施の形態では、前述したように、接合材１４のはみ出し幅が、振動板兼共通電極１１の平面に沿った方向へ５μｍ以上で、そのヤング率が１．０×Ｅ＋８〜１．０×Ｅ＋１０Ｎ／ｍ2となっているものである。
【００３２】
なお、本実施の形態では第１の電極と振動板とを一体とした構造（振動板が第１の電極を兼ねている）となっているが、両者は別々に形成されていても良い。その場合には、区画壁２ａの上に振動板を固定し、その上に第１の電極が形成されていれば良い。
【００３３】
本実施の形態において、個別電極３は例えばＰｔ（白金）で、強誘電体膜１０は例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）で、振動板兼共通電極１１は例えばＣｕ（銅）で、それぞれ形成されている。また、個別電極３は例えば厚さ０．２μｍに、強誘電体膜１０は例えば厚さ３μｍに、振動板兼共通電極１１は例えば厚さ５．５μｍに、各々成膜されている。
【００３４】
また、個別電極３、強誘電体膜１０、振動板兼共通電極１１などの形成方法は、公知の各種の膜形成法、例えばスクリーン印刷の如き厚膜法やディッピング等の塗布法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、真空蒸着法、ゾルゲル法、メッキ等の薄膜形成法等が適宜採用され得るが、それらに何等限定されるものではない。
【００３５】
なお、本実施の形態に示す、振動板兼共通電極１１、強誘電体膜１０、個別電極３のそれぞれの膜間には、例えばそれぞれの膜の接合を良くするなどの目的で、これら以外の層を介在させても構わない。
【００３６】
ここで、以上説明した構成を有するインクジェットヘッドの製造方法について図７を用いて説明する。
【００３７】
図７において、先ず、例えばＭｇＯ基板１５上に個別電極３をエピタキシャル成長により成膜し（図７（ａ））、個別電極３上にペロブスカイト構造の強誘電体膜１０を成膜し（図７（ｂ））、強誘電体膜１０上に振動板兼共通電極１１を成膜する（図７（ｃ））。なお、振動板を第１の電極とは別に設ける場合には、さらに第１の電極上に振動板を成膜する。
【００３８】
その後、振動板兼共通電極１１を接合材１４がはみ出すようにして区画壁２ａに固定し（図７（ｄ））、例えばリン酸を用いたウエットエッチングによりＭｇＯ基板１５を除去する（図７（ｅ））。最後に、個別電極３および強誘電体膜１０を所定の形状にパターニングすると（図７（ｆ））、図４に示したインクジェットヘッドが得られる。
【００３９】
ここで、接合材１４は、図８に示すように、その塗布端部が隆起した状態となるように電着技術で区画壁２ａに塗布すれば（図８（ａ））、振動板兼共通電極１１と区画壁２ａとを接合した際に接合材１４の隆起部分が圧力室内にはみ出すようになるので（図８（ｂ））、接合材１４のはみ出しを容易に形成することができる。なお、接合材１４は、たとえば印加電圧８．５Ｖ、電圧印加時間６０ＳＥＣ、なじみ時間２０ＳＥＣの形成条件の下、図９に示すように、全体の塗布厚を３μｍ、隆起部分の隆起量を１μｍ、隆起幅を３０μｍ程度とすることができる。但し、このように塗布端部が隆起した接合材１４は振動板兼共通電極１１側に塗布することも可能である。
【００４０】
そして、塗布端部が隆起するように接合材１４を塗布（図８（ａ））したならば（図８（ａ））、図１０に示すように、区画壁２ａと振動板兼共通電極１１とを相互に圧接する方向の押圧力たとえば７ｋｇ／ｃｍ2程度付加して接合材１４を圧力室２内にはみ出させ、押圧力を付加したまま、接合材１４の粘度が低下するとともにこの接合材１４の硬化が発生しない温度（たとえば８０℃）で６０分〜１２０分程度にわたって加熱する第１の加熱処理を行う。この第１の加熱処理後には、常温でたとえば３０分間冷却する。冷却後、押圧力を除去した状態で接合材が硬化する温度（たとえば１８０℃）で１２０分程度にわたって加熱する第２の加熱処理を行い、インクジェットヘッドを形成する。第２の加熱処理における昇温時間はたとえば２４０分、降温時間はたとえば６０分とする。
【００４１】
なお、第１の加熱処理後、冷却を行うことなく、第２の加熱処理を行ってもよい。
【００４２】
以上説明したように、本実施の形態によれば、インクを吐出するすべての圧力室において接合材を振動板の少なくとも面内方向の圧力室内にはみ出させることにより複数の強誘電体素子の相互間における変位特性や共振特性が均一化されるので、インク吐出効率の優れたインクジェットヘッドを得ることが可能になる。
【００４３】
そして、このようなインクジェットヘッドを備えたインクジェット式記録装置によれば、安定したインク吐出により高画質の印字を行うことが可能になる。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、接合材を圧力室内にはみ出させることによって、複数の強誘電体素子の相互間における変位特性や共振特性が均一化されるので、インク吐出効率の優れたインクジェットヘッドを得ることが可能になるという有効な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態である強誘電体素子が用いられたインクジェット式記録装置の全体概略構成を示す斜視図
【図２】図１のインクジェット式記録装置におけるインクジェットヘッドの全体構成を示す断面図
【図３】図２の要部を示す斜視図
【図４】図２のインクジェットヘッドを示す断面図
【図５】接合材のはみ出し幅と強誘電体素子の変位量との関係を示すグラフ
【図６】接合材のヤング率が１．０×Ｅ＋７Ｎ／ｍ2で振動板兼共通電極の平面に沿った方向へのはみ出し幅が＋１０μｍのときの共振特性と、接合材のヤング率が１．０×Ｅ＋８Ｎ／ｍ2で振動板兼共通電極の平面に沿った方向へのはみ出し幅が＋１０μｍのときの共振特性とを示すグラフ
【図７】本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドの製造方法を連続的に示す断面図
【図８】本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドの製造過程における接合材の塗布形状を示す断面図
【図９】図８における接合材の隆起部分の寸法の一例を示す説明図
【図１０】本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドの製造過程における接合材の塗布形状を示す断面図
【符号の説明】
２  圧力室
２ａ  区画壁
３  個別電極（第２の電極）
１０  強誘電体膜
１１  振動板兼共通電極（振動板、第１の電極）
１４  接合材
４１  インクジェットヘッド
４０  インクジェット式記録装置
【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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