JPH068450A

JPH068450A - インクジェットヘッド製造方法

Info

Publication number: JPH068450A
Application number: JP16933192A
Authority: JP
Inventors: Hajime Mizutani; 肇水谷
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1992-06-26
Filing date: 1992-06-26
Publication date: 1994-01-18

Abstract

(57)【要約】【目的】流路底面の電極を切削手段により除去するこ
とにより、工程を簡素とするとともに、ノズル間の吐出
性能のバラツキを解消する。【構成】インク流路４とインク流路４に配接されたイ
ンクを吐出せしめるノズル面を有し、インク流路４はそ
の一部または全体が圧電材料で構成されるインクジェッ
トヘッドに於て、流路底面１２に形成された電極１０
を、切削手段８により除去することを特徴とする。

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
関する。更に詳しくは、インク液滴を選択的に記録媒体
に付着させるインクジェットヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年インクジェットプリンタは高速印
字、低騒音、高印字品位等の利点から、急速に発展して
いる。インクジェットプリンタに用いられるインクジェ
ットヘッドにはいくつかの方式が提案されているが、一
般的には二つの方式に分けることができる。すなわち第
一の方式は圧電材料を使用して、インクチャンバー内に
圧力パルスを発生させ、ノズルからインク滴を吐出させ
る。第二の方式は発熱抵抗体を使用して、インクチャン
バー内に蒸気バブルを発生させ、ノズルからインク滴を
吐出させる。

【０００３】第二の方式は、発熱抵抗体の急速な加熱冷
却を繰り返すために、容易に発熱抵抗体が劣化し、耐久
性に乏しいという課題がある。また蒸気バブルが発生す
るインクしか使えないという課題もある。

【０００４】これに対して第一の方式は前述の課題を持
たない。しかしながら第一の方式は圧電材料の効率が低
いため、インクジェットヘッド自体が大型化する。また
複雑な製造工程となり、大量生産に適さず、結果として
高価なものとなる。さらにノズル密度の高密度化が困難
なため、高印字品位を得にくい。これらの課題がある
為、広く普及するには至っていない。

【０００５】第一の、方式の課題を解決する方法とし
て、特開昭６３−２４７５０１号公報に、ノズルの並び
方向に互いに間隔を有する複数の平行な長方形の断面積
の流路を有し、前記流路の側壁の一部または全表面に電
極が形成され、前記側壁はその一部または全体が圧電材
料で構成され、前記側壁が流路の並び方向に平行な変形
をし、前記流路内の圧力を変化させて、流路の一端に形
成されたインク滴を吐出せしめるインクジェットヘッド
が提案されている。

【０００６】特開昭６３−２４７５０１号公報に示され
たインクジェットヘッドの構造を図３を用いて説明す
る。図３はインクジェットヘッドの構成を示す図で、１
は圧電基板、２はノズルプレート、３はノズル、４はイ
ンク流路、５は圧電材料からなる側壁（以下、圧電側壁
と略す）、６は上部基板、７はインク供給口、９はイン
ク吐出口、１０は電極である。

【０００７】このインクジェットヘッドは互いに平行な
流路４が多数形成されている。ノズルプレート２に形成
されたノズル３に接続し、流路４の他の一端は、スリッ
ト状のインク吐出口９に接続する。また、インク流路４
はインク供給口７を有する上部基板により蓋をされ、各
インク流路４に対応するインク供給口を経て、インク貯
蔵タンク（図示せず）に接続している。インク流路４は
圧電側壁５と上部基板６からなり、その断面形状は長方
形である。

【０００８】従来例のインクジェットヘッドのインク吐
出の動作を、流路の断面を示す図４を基に説明する。図
４（ａ）に於て、圧電側壁５は分極方向１１が異なる２
個の圧電側壁により形成されている。図４（ａ）に於
て、圧電側壁５は両面に形成された電極１０に、電気的
アクチュエート手段（図示せず）より電圧パルスを印加
されない為、変形していない。

【０００９】図４（ｂ）に於て、電圧パルスを印加され
ると圧電側壁５は圧電側壁の接合面にズリ変形し、発生
する圧力によりインク流路４を満たすインクの一部を、
図３に示す、ノズル開口３からインク滴として吐出さ
せ、他の一部をインク供給口７を経てインク貯蔵タンク
側に排出する。インク滴吐出後のノズル部へのインク供
給は、ノズル３の毛管力によりインク貯蔵タンクよりイ
ンク供給口７とインク流路４を経てノズル３へ供給され
る。

【００１０】また従来例では、圧電側壁について別の構
造が提案されている。以降、前述の構造を圧電側壁構造
Ａと呼びこれから説明する構造を圧電側壁構造Ｂと呼
ぶ。

【００１１】圧電側壁構造Ｂの構造を図５を用いて説明
する。この圧電側壁構造Ｂでは各インク流路４を区画す
る圧電側壁５は流路方向に対して垂直方向１１に分極さ
れている。図５（ａ）は電圧パルスが印加がされない状
態を示す図、図５（ｂ）は電圧パルスが印加がされた状
態を示す図である。

【００１２】図５（ａ）に於て、圧電側壁５は両面に形
成された電極１０に、電気的アクチュエート手段（図示
せず）より電圧パルスを印加されない為、変形していな
い。図５（ｂ）に於て、電圧パルスを印加されると圧電
側壁５の上部がズリ方向に変形し、発生する圧力により
インク流路４を満たすインクの一部をノズル３からイン
ク滴として吐出させる。

【００１３】さらに、圧電側壁構造Ａ、Ｂの双方で、電
極１０上に絶縁層（図示せず）を形成することにより電
導度の高いインクを電極を侵すことなく吐出する事が可
能である。

【００１４】以下に図６を用いて従来のインクジェット
ヘッドの製造方法を以下に示す。

【００１５】厚さ１ｍｍの圧電基板に、厚さ０．２ｍ
ｍの圧電セラミックス板を対向する分極方向で貼り合わ
せ、圧電基板１を形成しする。

【００１６】圧電基板１に、ダイヤモンドブレードに
より、溝幅80μmの圧電側壁５を形成する。

【００１７】圧電側壁５に、真空蒸着法により電極１
０を形成する。電極１０はＮｉ−Ｃｒを1.0μm、Ａｕを
0.5μm形成する。

【００１８】圧電側壁構造Ａの場合は圧電基板１平面を
を蒸着源に対して垂直方向として行うが、圧電側壁構造
Ｂの場合は、図７の様に圧電基板１を蒸着源の方向１４
に対して傾けて、両壁側面に対し一度づつ蒸着の操作を
行う。圧電壁構造Ｂでは圧電基板１は１枚の圧電セラミ
ックスからなる。

【００１９】圧電基板１の上面の不要な電極１０を平
面研磨により除去する。

【００２０】以上の、電極形成までの工程を終了した状
態は図６（ａ）に示した。

【００２１】圧電側壁５の上部に接着剤を塗布し、圧
電基板１と上部基板６、インク供給口７を接着する。上
部基板６はインク流路４の天壁となる。使用する接着剤
は流れ出しの少ないものが望ましい。

【００２２】圧電基板１、上部基板６のインク吐出側
の端面に、接着剤を塗布し、ノズルプレート２を接着す
る。この場合も使用する接着剤は流れ出しの少ないもの
が望ましい。

【００２３】以上の、ノズルプレート２の接着までの工
程を終了した状態は図６（ｂ）に示した。

【００２４】インク供給手段、駆動手段と接続する。

【００２５】以上の工程によりインクジェットヘッドと
しての動作が可能である。

【００２６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
の圧電構造Ａのインクジェットヘッドでは、電極が底面
にまで形成されており、基板底面に電界の回り込みがあ
り、インク滴吐出に対し、影響を及ぼす。

【００２７】図８は従来例の圧電構造Ａのインクジェッ
トヘッドのインク流路の断面図である。インク流路４に
充填されたインクを、インク滴として吐出するために、
電極１０に電圧をかける。すると、電界曲線１５は図８
の様に圧電基板１内に生じ、圧電側壁５は点線１６の様
に変形する。しかし図８に示すとおり、電界曲線１５は
インク流路底面１２上の電極に対しても生じ、基板底面
はが点線１７の様に波打ってしまう。このため、隣接す
るキャビティ側壁に対して影響を及ぼし、クロストーク
の原因となり、ノズル毎の一定水準での吐出が困難であ
った。

【００２８】従来は、底面に電極を形成しないことを目
的に、真空蒸着法での方法を検討した。図９に示すよう
に、真空蒸着法において、蒸着源方向１４に対して圧電
基板１を傾けて行うことが考えられた。しかし、インク
流路４の両壁面に電極形成を行うためには、二度の蒸着
操作が必要であり、さらに真空槽から基板を取り出して
基板の角度を変えなければならない。また真空槽内を一
度大気圧に戻し、再度槽内を真空状態にしなければなら
ないために、プロセス上工数が要し、真空槽内で前記の
評価を行うには装置構成の規模が大きくなり、高価とな
る。また、結果的に底面に全く電極を形成しないことは
困難であった。

【００２９】上記と同様な方法で電極形成を行う圧電側
壁Ｂの構造では、圧電側壁の上部半分に電極を形成す
る。底面に電極がないためキャビティ間の干渉は無い
が、電極面積が小さいために、変位できる圧電素子の容
積が小さく、画像形成に必要なインク滴の吐出速度を得
るには、さらに高い電圧を必要とし消費電力が大きくな
ることが問題になる。

【００３０】また、従来は真空蒸着法を用いて電極形成
を行っていた。しかし、ドライプロセスによる金属層形
成は表面に直径１μｍ程度の金属塊が形成する。これ
は、金属薄膜のドライプロセスに於ける形成過程に起因
する。

【００３１】金属原子は、基板表面に到達した時、基板
上で表面運動を行い、凝集して核を形成する。形成した
核は、さらに飛来してきた金属原子の凝集により、三次
元的に成長する。このような成長過程を経て、金属薄膜
が形成される。このため、金属薄膜の表面全域に、島状
にクラスターが存在する。

【００３２】さらに、基板である圧電セラミックスは直
径２〜３μｍの粒塊で形成されており、蒸着源に対し、
陰の部分を生じる。飛来する金属原子は陰には直接到達
しないため、金属原子の量に差があらわれる。

【００３３】上記二点により、電極の表面粗度は最大で
５μｍ程度に達してしまう。さらに無電解メッキ等のウ
ェットプロセスを用いる場合では、金属層密着性の向上
のために表面を粗化するため、形成電極の表面は、ドラ
イプロセスのものより粗くなる。

【００３４】流路壁面が平滑でないことは、流路抵抗が
大きくなり、キャビティ中に存在する気泡が抜けにくい
という問題が生じる。キャビティ中の気泡の存在は、圧
電セラミックスの変位を、インク滴吐出圧力に効率良変
換することを不可能とし、吐出不良を引き起こす。

【００３５】さらに電極表面に凹凸が存在することによ
り、絶縁処理等の処理を行う場合、欠陥が数多く存在
し、完全な被覆が困難であった。例えば絶縁処理を行っ
た場合では、導電性の高い水系インクを使用した場合
に、インク中への電流の漏洩により、吐出不能となっ
た。インク滴吐出に支障の無い微量の電流漏洩でも、長
期に渡る使用より、電極の腐食やインクの変質に起因し
て吐出不良となった。

【００３６】本発明はかかる問題を解決するもので、幅
広いインク種の対応性を持ち、かつ良好な製造歩留ま
り、ノズル毎の一定したインク吐出性能水準、長期信頼
性を備えたインクジェットヘッドを提供することを目的
とする。

【００３７】

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
ヘッドはかかる問題を解決するために、流路と前記流路
に配接されたインクを吐出せしめるノズル面を有し、前
記流路はその一部または全体が圧電材料で構成されるイ
ンクジェットヘッドに於て、前記流路底面に形成された
電極を、切削手段により除去に切削手段を用い、前記流
路側壁に形成された電極表面を平滑化するのに切削手段
を用い、前記流路底面に形成された電極の除去と、前記
流路側壁に形成された電極表面の平滑化を同一の工程で
行うことを特徴とする。

【００３８】

【実施例】以下に図を用いて本発明を説明する。本発明
は以下の実施例により限定されるものではない。

【００３９】まず図１に本発明のインクジェットヘッド
の製造方法の一例を示し説明する。図１は、本発明の一
実施例を示すインクジェットヘッド製造過程に於けるイ
ンク流路の断面図である。１は圧電基板、４はインク流
路、５は圧電側壁、８はダイヤモンドブレード、１０は
電極、１１は圧電側壁の分極方向、１２はインク流路底
面である。

【００４０】対抗する分極方向１１で貼り合わされた
圧電基板１に、厚さ７０μｍのダイヤモンドブレードに
より、溝幅80μmの圧電側壁５を形成する。

【００４１】次に圧電基板上に、電極１０を形成す
る。電極１０は真空蒸着、スパッタリングあるいはメッ
キ等の金属薄膜形成手段を用いる。

【００４２】形成した８０μｍのインク流路に対し
て、厚さ６５μｍのダイヤモンドブレードで当初形成し
た溝深さよりさらに深く切削し流路底面の電極を除去す
る。このとき同時に小径の砥粒を吹きつけることによ
り、電極表面の研磨を行う。

【００４３】底面の電極は、一度の切削でも除去できる
が、厚さの薄いダイヤモンドブレードで複数回切り込む
ことによっても可能である。

【００４４】得られた電極表面は極めて平坦であり、表
面の凹凸を０．５μｍ以下とすることが可能であった。

【００４５】底面の電極を除去する事により、図８に示
したような基板の波打ちの解消が可能で、隣接キャビテ
ィの挙動に拘らず、安定した吐出が可能となった。ま
た、従来用いていた斜方蒸着による方法に比較すると、
工程を大きく簡素にできた。また、砥粒によりインク流
路の底面が研磨され、平滑になるので流路抵抗の低減に
有効であった。

【００４６】さらに電極の表面が研磨されたことにより
流路抵抗を低減することができた。また電極上に絶縁層
を形成する場合では、絶縁層に欠陥が生じることがな
く、容易に、しかも長期的に安定した絶縁性が得ること
ができた。

【００４７】上記方法を用いれば、同一の工程で複数の
効果が得られ、工程の簡素化が可能である。

【００４８】さらに図２に示すように、毛足の長いバフ
研磨筒を、基板上面に密着し、前述の吐粒のさらに粒径
の細かいものを吹き付け回転させる。これにより、電極
表面はさらに平滑となり、電極表面の凹凸は０．１μｍ
を下回るものとなる。

【００４９】絶縁処理を行う場合では、さらに電極表面
が平滑になったことにより、より薄い膜厚での絶縁処理
が可能である。

【００５０】本発明のインクジェット製造方法により、
導電性インクに対して、安定した絶縁性と長期信頼性を
得ている。従来工法で６０％程度であった製造歩留まり
が、ほぼ１００％満足し、電流漏洩による製造不良を解
消することができた。

【００５１】また従来１０％程であったノズル毎のイン
ク滴の吐出速度のバラツキを、３％程度に抑えることが
できた。

【００５２】さらに、電極表面の研磨に関しては、圧電
側壁構造Ｂで構成される図５のインク流路断面構造を持
つインクジェットヘッドにも有用で、上記と同様の効果
を得ることができた。

【００５３】本発明は他のインク流路に電極が露出する
構造を持つインクジェットヘッドに対しても有用であ
る。

【００５４】

【発明の効果】本発明のインクジェット製造方法によれ
ば、良好な製造歩留まり、ノズル毎の一定したインク吐
出性能水準、優れた量産性、また、広範なインク種対応
性を持ち、さらに長期的に高い信頼性を確保したインク
ジェットヘッドを安価に提供できるという優れた効果を
持つ。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の、一実施例のインクジェットヘッド製
造方法を示すインク流路の断面図。

【図２】本発明の、一実施例のインクジェットヘッド製
造方法を示す斜視図。

【図３】従来のインクジェットヘッドの構成を示す斜視
図。

【図４】従来の圧電側壁構造Ａのインクジェットヘッド
の吐出原理を示すインク流路の断面図。

【図５】従来の圧電側壁構造Ｂのインクジェットヘッド
の吐出原理を示すインク流路の断面図。

【図６】従来のインクジェットヘッドの製造方法を示す
斜視図。

【図７】従来の圧電側壁構造Ｂのインクジェットヘッド
の電極形成方法を示すインク流路の断面図。

【図８】従来の圧電側壁構造Ａのインクジェットヘッド
の電極形成方法を示すインク流路の断面図。

【図９】従来のインクジェットヘッドの駆動時のインク
流路断面の変形を示す図。

【符号の説明】

１圧電基板２ノズルプレート３ノズル４インク流路５圧電側壁６上部基板７インク供給口８ダイヤモンドブレード９インク排出口１０電極１１圧電側壁の分極方向１２インク流路底面１３バフ研磨筒１４蒸着源の方向１５圧電基板中の電界曲線１６圧電基板駆動時の圧電側壁の変形を示す線１７圧電側壁駆動時の圧電基板の変形を示す線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流路と前記流路に配接されたインクを吐
出せしめるノズル面を有し、前記流路はその一部または
全体が圧電材料で構成されるインクジェットヘッドに於
て、前記流路底面に形成された電極を、切削手段により
除去することを特徴とするインクジェットヘッド製造方
法。
【請求項２】流路と前記流路に配接されたインクを吐
出せしめるノズル面を有し、前記流路はその一部または
全体が圧電材料で構成されるインクジェットヘッドに於
て、前記流路側壁に形成された電極表面を研磨したこと
を特徴とするインクジェットヘッド製造方法。
【請求項３】流路と前記流路に配接されたインクを吐
出せしめるノズル面を有し、前記流路はその一部または
全体が圧電材料で構成されるインクジェットヘッドに於
て、前記流路底面に形成された電極の除去と、前記流路
側壁に形成された電極表面の研磨を同一の工程で行うこ
とを特徴とするインクジェットヘッド製造方法。