JP2001063037A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インクによる膨潤で経時的にインク滴吐出特
性が変化する。 【解決手段】 感光性樹脂からなる流体抵抗層６を金属
材料などの感光性樹脂以外の材料からなる振動板２３と
液室下板５で挟んで流体抵抗部を形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はインクジェットヘッドに
関し、特に流体抵抗部を有するインクジェットヘッドに
関する。

【０００２】

【従来の技術】プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プ
ロッタ等の画像形成装置（画像記録装置）として使用す
るインクジェット記録装置におけるインクジェットヘッ
ドは、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通
する加圧液室（圧力室、吐出室、液室、インク室、イン
ク流路等とも称される。）と、この吐出室内のインクを
加圧するエネルギーを発生するアクチュエータ手段（エ
ネルギー発生手段）とを備えて、アクチュエータ手段を
駆動することで吐出室内インクを加圧してノズルからイ
ンク滴を吐出させるものである。

【０００３】そして、インク滴（記録液体）を吐出させ
るためのアクチュエータ手段の種類により、幾つかの方
式に大別される。例えば、特開平１０−１００４０１号
公報に記載されているように、液室の壁の一部を薄い振
動板とし、これに対応して電気機械変換素子としての圧
電素子を配置し、電圧印加に伴って発生する圧電素子の
変形により振動板を変形させることで液室内の圧力を変
化させて、インク滴を吐出させるピエゾ方式のもの、液
室内部に発熱体素子を配置し、通電による発熱体の加熱
によって気泡を発生させ、気泡の圧力によってインク滴
を吐出させるバブルジェット方式のものが一般に良く知
られている。

【０００４】また、例えば特開平２−２８９３５１号公
報に記載されているように、液室の壁面を形成する振動
板と、この振動板に対向して配置された液室外の個別電
極とを備え、振動板と電極との間に電界を印加すること
で発生する静電力により振動板を変形させて、液室内の
圧力／体積を変化させることによりノズルからインク滴
を吐出させる静電型のものも提案されている。

【０００５】ところで、インクジェツト記録装置に対す
る高速、高画質化の要求に伴ってインクジェットヘッド
のノズルの集積度の高密度化、ノズル径の微細化が必要
になっている。そのために、液室構造の集積度の向上や
流体的にバランスをとるための流体抵抗部の微細化が不
可欠になっている。

【０００６】しかし、一方で、飛翔インク滴体積を確保
しなければ画質が低下するために、加圧液室や加圧液室
にインクを供給するためのインク液室（これは「共通液
室」、「共通インク流路」、「共通インク液室」などと
称される。）の体積をあまり縮小することができない。
そこで、ノズル配列方向のピッチを大きくすることで液
室体積を確保することは集積度の低下を招くために、ノ
ズル配列方向と垂直な方向、主に厚み方向を厚くするこ
とによって液室体積の確保を図るようにしている。

【０００７】したがって、液室部には共通液室と加圧液
室との間のインク供給路となる厚さの薄い流体抵抗部
と、厚さの厚い加圧液室、共通液室が必要になり、これ
らを任意に形成するために、厚み方向に金属板或いはフ
ィルム状感光性樹脂層(ドライフィルムレジスト)等の薄
層部材を積層してインク流路を形成するインクジェツト
ヘツドが種々提案されている。

【０００８】例えば、特開平１０−７１７２２号公報に
記載されているように、基板上に積層型圧電素子を接合
したアクチュエータユニット上に、振動板と、加圧液室
及び加圧液室に連通する共通液室を形成するフィルム状
感光性樹脂からなる液室形成部材と、加圧液室に連通す
るノズルを形成したノズルプレートとを積層接合してな
る液室ユニットを接合したものなどがある。また、感光
性樹脂の１層で液室を含むインク流路を形成したものも
知られている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが、液室をフィ
ルム状感光性樹脂層或いはその積層体で形成した場合、
は、ドライフィルムは吸水性を有するために、インクに
よる膨潤によってヤング率が低下して液室全体の剛性が
更に低下し、チャンネル間の相互干渉が悪化し、吐出効
率の低下を生じる。そのため、印写開始直後と長時間使
用後とでは、飛翻するインク滴の大きさ、速度などに差
が生じることになり、画質に大きな差が生じるという課
題がある。

【００１０】本発明は上記の点に鑑みてなされたもの
で、経時的に安定した画質品質が得られるインクジェッ
トヘッドを提供することを目的とする。

【００１１】上記の課題を解決するため、本発明に係る
インクジェットヘッドは、インク滴を吐出するノズルが
連通する液室にインクを供給する流体抵抗部を感光性樹
脂からなる流体抵抗層を感光性樹脂以外の材料からなる
二つの部材で挟んで形成した構成としたものである。

【００１２】ここで、流体抵抗層はフィルム状感光性樹
脂又は液状の感光性樹脂で形成することができる。ま
た、流体抵抗層を挟む一方の部材は液室の壁面を形成す
る振動板とすることができる。さらに、流体抵抗層を挟
む部材の少なくともいずれかの部材に密着向上剤を塗布
することが好ましい。さらにまた、流体抵抗層を挟む部
材の少なくともいずれかの部材の表面に酸化膜を形成す
ることが好ましい。

【００１３】さらに、流体抵抗層は複層構造にすること
ができる。この場合、流体抵抗層を挟む部材にそれぞれ
流体抵抗層を形成する感光性樹脂層を形成して、感光性
樹脂層同士を接合することが好ましい。

【００１４】また、流体抵抗層の厚さは５０μｍを越え
ないことが好ましく、流体抵抗層の厚さのばらつきは±
５μｍを越えないことが好ましい。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て添付図面を参照して説明する。図１は本発明を適用し
たインクジェットヘッドの一例を示す分解斜視図、図２
は同ヘッドの列間方向の要部拡大断面図、図３は同ヘッ
ドのチャンネル間方向の要部拡大断面図である。

【００１６】このインクジェットヘッドは、駆動ユニッ
ト１と、液室ユニット２と、ヘッドカバー３とを備えて
いる。駆動ユニット１は、セラミック、ガラスエポキシ
樹脂等からなる絶縁性基板１１上に、複数の積層型圧電
素子１２を接合して二列配置し、これらの各列の積層型
圧電素子１２の周囲を取り囲む液室支持部材であるフレ
ーム部材１３を接合している。また、基板１１上には共
通電極パターン１４及び個別電極パターン１５を設け、
これらの共通電極パターン１４及び個別電極パターン１
５はそれぞれ導電性接着剤１６を介して圧電素子１２の
各内部電極を交互に接続した端面電極１７，１８と接続
している。なお、共通電極パターン１４は、フレーム部
材１３に設けた穴１９内に導電性接着剤を充填すること
で各パターン部の導通を取っている。

【００１７】そして、基板１１をヘッド支持部材である
スペーサ部材（ヘッドホルダ）２１上に支持して保持
し、このスペーサ部材２１内に配設したヘッド駆動用Ｉ
Ｃ等を有するＰＣＢ基板と駆動ユニット１の各圧電素子
１２とを各電極パターン１４，１５に接合したＦＰＣケ
ーブル２２を介して接続している。

【００１８】液室ユニット２は、金属或いは樹脂の薄膜
からなる振動板２３と、液室隔壁部材を構成する積層構
造の金属板からなる液室下板２４及び液室上板２５と、
フィルム状感光性樹脂からなる流体抵抗層２６と、ノズ
ル孔２７を形成した金属、樹脂等からなるノズルプレー
ト２８とを順次を積層し、熱融着して形成している。

【００１９】なお、これらの各部材によってノズル孔２
７が連通する加圧液室３１と、この加圧液室３１の両側
に位置する共通インク室３２，３２と、共通液室３２か
ら加圧液室３１へインクを供給するための流体抵抗部３
３，３３を形成している。したがって、流体抵抗部３３
は、感光性樹脂からなる流体抵抗層２６を側壁部とし
て、この流体抵抗層２６を感光性樹脂以外の材料からな
る部材である振動板２３と同じく感光性樹脂以外の材料
からなる部材である液室下板２５とで挟んで流路が形成
されたものとなる。

【００２０】ノズルカバー（ヘッドカバー）３は、ノズ
ルプレート２８の周縁部及びヘッド側面を覆う箱状に形
成したものであり、ノズルプレート２８に対応して開口
部を形成し、ノズルプレート２８の周縁部に接着剤にて
接着接合している。なお、ノズルプレート２８の表面に
は撥水膜２９を形成している。

【００２１】また、このインクジェットヘッドには、図
示しないインクカートリッジからのインクを液室に供給
するため、スペーサ部材２１、基板１１、フレーム部材
１３及び振動板２１にそれぞれインク供給穴３５〜３８
を設けている。

【００２２】次に、液室ユニット２の加工組立工程につ
いて図４及び図５を参照して説明する。先ず、次のよう
にして、振動板２３上に感光性樹脂からなる流体抵抗層
２６を形成した部材を製作する。すなわち、図４（ａ）
に示すように、例えばエッチングしたエツチングしたＳ
ＵＳ基板上にポリイミドフィルムをラミネートした振動
板２３を製作した後、同図（ｂ）に示すように感光性樹
脂であるネガ型ドライフィルムレジスト４１を熱及び圧
力によってラミネートする。このドライフィルムレジス
トの厚さは例えば２０〜５０μｍ程度である。

【００２３】次いで、同図（ｃ）に示すように、インク
流路形状（流体抵抗部３３の形状）に応じたパターン
（同図中、黒塗り部分が光遮蔽、白部分が光透過）を有
するフォトマスク４２を用いて紫外線（ＵＶ光）露光を
して、ドライフィルムレジスト４１の露光部分を硬化さ
せる。これにより、ドライフィルムレジスト４１は、同
図（ｄ）に示すように、溶剤不溶化領域である硬化領域
（露光部分）４１ａと溶剤溶化領域である未硬化領域
（未露光部分）４１ｂとが生じる。

【００２４】そこで、同図（ｅ）に示すように、未露光
部分を除去できる溶剤を用いて現像し、未露光部分４１
ｂを除去して、露光部分４１ａを残し、乾燥、再度紫外
光と熱で本硬化することにより、この露光部分（硬化領
域）４１ａで所定のパターン形状を形成した感光性樹脂
からなる流体抵抗層２６を形成する。

【００２５】このとき、ノズル面から見たドライフィル
ムからなる流体抵抗層２６の平面形状は、図６に示すよ
うに、流体抵抗部３３となる部分、加圧液室３１となる
部分及び共通液室３２となる部分が開口した形状にな
る。

【００２６】次いで、図５（ａ）に示すように、ドライ
フィルムからなる流体抵抗層２６上に、ＳＵＳなどの剛
性の高い板材からなる液室下板２５を積層し、加圧及び
前記本硬化のときより高い温度での加熱を行い接合す
る。そして、同図（ｂ）に示すように液室上板２４、ノ
ズルプレート２８をエポキシ系、もしくはポリイミド系
接着剤にて対応する面同士を接合して、液室ユニット２
を形成する。

【００２７】次に、本発明の第２実施形態について説明
する。この実施形態は、前記実施形態における流体抵抗
層２６を液状の感光性樹脂を用いて形成したものであ
り、その他は前記実施形態と同一である。そこで、図７
及び前述した図５を用いて、この実施形態における液室
ユニット２の製作工程について説明する。

【００２８】すなわち、図７（ａ）に示すように、例え
ばエッチングしたエツチングしたＳＵＳ基板上にポリイ
ミドフィルムをラミネートした振動板２３を製作した
後、同図（ｂ）に示すように感光性ポリイミド接着剤で
あるネガ型レジスト５１をスピンコータで均一に塗布す
る。厚みを確保するために重ね塗りをする際は1回毎に
プリベークし、コートする。レジストの厚さは最終的に
キュア工程で膜厚が半減することを考慮して目的の厚み
の２倍の厚みに塗布する。

【００２９】次いで、同図（ｃ）に示すように、インク
流路形状（流体抵抗部３３の形状）に応じたパターン
（同図中、黒塗り部分が光遮蔽、白部分が光透過）を有
するフォトマスク４２を用いて紫外線（ＵＶ光）露光を
して、レジスト５１の露光部分を硬化させ、１５０℃で
加熱処理する。これにより、レジスト５１は、同図
（ｄ）に示すように、溶剤不溶化領域である硬化領域
（露光部分）５１ａと溶剤溶化領域である未硬化領域
（未露光部分）５１ｂとが生じる。

【００３０】そこで、同図（ｅ）に示すように、未露光
部分を除去できる溶剤を用いて現像し、未露光部分５１
ｂを除去して、露光部分５１ａを残し、窒素雰囲気中で
２５０℃以上で加熱キュアすることにより、この露光部
分（硬化領域）５１ａで所定のパターン形状を形成した
感光性樹脂からなる流体抵抗層２６を形成する。

【００３１】次いで、前述した図５（ａ）に示すよう
に、ドライフィルムからなる流体抵抗層２６上に、ＳＵ
Ｓなどの剛性の高い板材からなる液室下板２５を流体抵
抗層２６の対応する面同士を載せて、加圧しながら３０
０℃で加熱して接合する。そして、同図（ｂ）に示すよ
うに液室上板２４、ノズルプレート２８をエポキシ系、
もしくはポリイミド系接着剤にて対応する面同士を接合
して、液室ユニット２を形成する。

【００３２】次に、本発明の第３実施形態について図８
を参照して説明する。なお、同図はインクジェットヘッ
ドの流体抵抗部分の要部拡大説明図である。この実施形
態では、振動板２３上に例えばスピンコートにてシラン
カップリング剤などの密着向上剤６１を塗布した後に、
感光性樹脂をラミネート或いは塗布して前記各実施形態
と同様にして流体抵抗層２６を形成して液室下板２５と
接合している。

【００３３】また、液室下板２５の流体抵抗層２６との
接合面にもポジレジストなどの密着向上剤６２をパター
ニングして、流体抵抗層２６と接合している。

【００３４】このように流体抵抗層２６を挟む２つの部
材である振動板２３、液室下板２５に密着向上剤６１、
６２を塗布することにより、流体抵抗層２６との接着力
（接合力）が向上し、感光性樹脂からなる流体抵抗層６
の剥離を防止できて信頼性が向上する。

【００３５】この場合、密着向上剤としては、パターニ
ングが必要なときにはポジレジストを、全面塗布の場合
はシランカップリング剤を用いることによって、容易に
密着向上剤を塗布することができる。また、塗布膿厚は
０．５μｍを越えないようにすることが好ましい。

【００３６】次に、本発明の第４実施形態について図９
を参照して説明する。なお、同図はインクジェットヘッ
ドの流体抵抗部分の要部拡大説明図である。この実施形
態では、液室下板２５の流体抵抗層２６との接合面に酸
化膜６３を形成している。例えば、液室下板２５にＳＵ
Ｓ板を用いた場合、流体抵抗層２６と接合する前に、予
め、大気中にて３００℃−１時間程度の熱処理を施して
熱酸化膜６３を形成することができる。

【００３７】このように流体抵抗層２６を挟む部材であ
る液室下板２５に酸化膜６３を形成することによって、
感光性樹脂からなる流体抵抗層２６と金属板からなる液
室下板２５との密着力を向上することができて、信頼性
が向上する。なお、振動板２３の表面に酸化膜をパター
ニングなどで形成することもできる。

【００３８】次に、本発明の第５実施形態について図１
０を参照して説明する。なお、同図はインクジェットヘ
ッドの液室ユニット部分の分解説明図である。この実施
形態では、流体抵抗層２６を感光性樹脂からなる下流体
抵抗層２６ａと感光性樹脂からなる上流体抵抗層２６ｂ
とを接合した２層構造としている。

【００３９】この場合、振動板２３上にパターニングさ
れた感光体樹脂層からなる下流体抵抗層２６ａを形成
し、一方、液室下板25上にパターニングされた感光体樹
脂層からなる上流体抵抗層２６ｂを形成して、これらの
下、上流体抵抗層２６ａ、２６ｂ同士を対応する位置で
積層し、加圧及び加熱して接合する。

【００４０】このように流体抵抗層２６を複層構造とす
ることにより流体抵抗層２６の接着強度が向上して信頼
性が向上する。すなわち、ラミネートしたフィルム状感
光性樹脂層同士は、ラミネートしたフィルム状感光性樹
脂層と金属板とを加圧加熱したときの接着強度の二倍以
上になる。

【００４１】次に、流体抵抗層２６の層厚（膜厚）及び
膜厚むら（バラツキ）の程度について説明する。例え
ば、１５０dpiピッチで加圧液室を形成するとき、流体
抵抗の幅は６０μｍ以下であることが好ましく、感光性
樹脂膜のエッチング解像度を考慮すると、流体抵抗層２
６の厚さは５０μｍを越えないことが好ましい。

【００４２】また、流体抵抗層２６の厚さのバラツキは
±５μｍを越えないことが好ましい。すなわち、振動板
２３上にパターニングされた感光体樹脂層からなる流体
抵抗層２６に液室下板２５を接合した接合前の膜厚及び
そのバラツキが異なる複数のサンプルを製作し、これを
脱気したインク中に浸透させた後、乾燥させ、顕微鏡に
て接着領域へのインク浸透状態を観察した。この結果を
表１に示している。

【００４３】

【表１】

【００４４】この表１から分かるように、接合前の膜厚
むら（膜厚のばらつき）が±５μｍを越えなければ、接
合時の加圧、加熱による感光性樹脂層の変形で凹凸によ
る膜むらを吸収できるが、それ以上の膜厚むらでは接合
時の圧力むらが発生して、接着力が低下し、インクシー
ル性が低下する。したがって、接合前の膜厚のばらつき
を±５μｍ以下にして接合後の膜厚むらが±５μｍを越
えないようにすることで、インクシール性を確保するこ
とができる。

【００４５】なお、上記実施形態においては本発明を電
気機械変換素子をアクチュエータ手段に用いるピエゾ型
インクジェットヘッドに適用した例で説明したが、振動
板と対向電極とを用いる静電型インクジェットヘッド、
発熱抵抗体による膜沸騰でインク滴を吐出させるインク
ジェットヘッドにも同様に適用することができる。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るイン
クジェットヘッドによれば、インク滴を吐出するノズル
が連通する液室にインクを供給する流体抵抗部を感光性
樹脂からなる流体抵抗層を感光性樹脂以外の材料からな
る二つの部材で挟んで形成した構成としたので、インク
膨潤による画質の低下を低減することができ、経時的に
高画質を安定して確保することができる。

【００４７】ここで、流体抵抗層はフィルム状感光性樹
脂又は液状の感光性樹脂で形成することで、容易に流体
抵抗層を形成できる。また、流体抵抗層を挟む一方の部
材は液室の壁面を形成する振動板とすることで、液室構
成が簡単になる。

【００４８】さらに、流体抵抗層を挟む部材の少なくと
もいずれかの部材に密着向上剤を塗布することにより、
感光性樹脂からなる流体抵抗層をこれを挟む部材との接
合力が向上して信頼性が向上する。さらにまた、流体抵
抗層を挟む部材の少なくともいずれかの部材の表面に酸
化膜を形成することにより、感光性樹脂からなる流体抵
抗層をこれを挟む部材との接合力が向上して信頼性が向
上する。

【００４９】さらに、流体抵抗層は複層構造にすること
で、複雑な形態の流体抵抗を容易に形成することができ
ると共に、感光性樹脂からなる流体抵抗層をこれを挟む
部材との接合力が向上して信頼性が向上する。この場
合、流体抵抗層を挟む部材にそれぞれ流体抵抗層を形成
する感光性樹脂層を形成して、感光性樹脂層同士を接合
することで、接合力の向上を図ることができる。

【００５０】また、流体抵抗層の厚さは５０μｍを越え
ないものとすることにより、高密度ヘッドで要求される
流体抵抗幅のエッチング加工精度を保証することができ
て信頼性が向上する。さらに、流体抵抗層の厚さのばら
つきは±５μｍを越えないものとすることにより、確実
にインクシール性を保証できて信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係るインクジェットヘ
ッドの一例を示す分解斜視図

【図２】同ヘッドの列間方向の要部拡大断面図

【図３】同ヘッドのチャンネル間方向の要部拡大断面図

【図４】同インクジェットヘッドの液室ユニットの製作
工程を説明する説明図

【図５】同じく液室ユニットの製作工程を説明する説明
図

【図６】図４（ｅ）の流体抵抗層の平面説明図

【図７】本発明の第２実施形態に係る液室ユニットの製
作工程を説明する説明図

【図８】本発明の第３実施形態に係る流体抵抗部分の要
部説明図

【図９】本発明の第４実施形態に係る流体抵抗部分の要
部説明図

【図１０】本発明の第５実施形態に係る液室部分の要部
説明図

【符号の説明】

１…駆動ユニット、２…液室ユニット、３…ノズルカバ
ー、４…スペーサ部材、１１…基板、１２…圧電素子、
１３…フレーム部材、２３…振動板、２４…液室上板、
２５…液室下板、２６…流体抵抗層、２６ａ…下流体抵
抗層、２６ｂ…上流体抵抗層、２７…ノズル、２８…ノ
ズルプレート

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インク滴を吐出するノズルが連通する液
   室に流体抵抗部を介してインクを供給するインクジェッ
   トヘッドにおいて、前記流体抵抗部は感光性樹脂からな
   る流体抵抗層を感光性樹脂以外の材料からなる二つの部
   材で挟んで形成したことを特徴とするインクジェットヘ
   ッド。
2. 【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、フィルム状感光性樹脂又は液状の感光性樹脂
   で前記流体抵抗層が形成されていることを特徴とするイ
   ンクジェットヘッド。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載のインクジェット
   ヘッドにおいて、前記流体抵抗層を挟む一方の部材が前
   記液室の壁面を形成する振動板であることを特徴とする
   インクジェットヘッド。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれかに記載のイン
   クジェットヘッドにおいて、前記流体抵抗層を挟む部材
   の少なくともいずれかの部材に密着向上剤を塗布してい
   ること特徴とするインクジェットヘッド。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれかに記載のイン
   クジェットヘッドにおいて、前記流体抵抗層を挟む部材
   の少なくともいずれかの部材の表面に酸化膜を形成して
   いること特徴とするインクジェットヘッド。
6. 【請求項６】 請求項１乃至５のいずれかに記載のイン
   クジェットヘッドにおいて、前記流体抵抗層が複層構造
   であることを特徴とするインクジェットヘッド。
7. 【請求項７】 請求項６に記載のインクジェットヘッド
   において、前記流体抵抗層を挟む部材にそれぞれ流体抵
   抗層を形成する感光性樹脂層を形成して、感光性樹脂層
   同士を接合していることを特徴とするインクジェットヘ
   ッド。
8. 【請求項８】 請求項１乃至７のいずれかに記載のイン
   クジェットヘッドにおいて、前記流体抵抗層の厚さが５
   ０μｍを越えないことを特徴とするインクジェットヘッ
   ド。
9. 【請求項９】 請求項１乃至８のいずれかに記載のイン
   クジェットヘッドにおいて、前記流体抵抗層の厚さのば
   らつきが±５μｍを越えないことを特徴とするインクジ
   ェットヘッド。