JP2002137404A - インクジェットヘッドおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ピエゾアクチュエータに対して振動板、流路
形成板、ノズルプレートを高精度に位置決めすることの
できるインクジェットヘッドおよびその製造方法を提供
する。 【解決手段】ピエゾアクチュエータ１の端面１ｇの加工
を２段階の工程で行い、平面度、直角度の精度の高い端
面部１ｆを突き当て冶具２１に突き当て、ピエゾアクチ
ュエータ１を位置決めし、インクジェットヘッド５０の
組立を行う。

Description

【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プリ
ンタのインクジェットヘッドおよびその製造方法に関
し、特に、ノズルから微小なインク滴を吐出して文字や
画像の記録を行うインクジェットヘッドおよびその製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ピエゾアクチュエータを用いて、インク
が充填された圧力発生室内に圧力波（音響波）を発生さ
せ、その圧力波によって圧力発生室に連結されたノズル
からインク滴を吐出するドロップオンデマンド型インク
ジェットヘッドは、特公昭５３−１２１３８号公報、特
開平１０−１９３５８７号公報などに開示されており、
一般によく知られている。

【０００３】上記公報などで公知の一般的なインクジェ
ットヘッドについて、図面を参照して説明する。

【０００４】図６は、従来のインクジェットヘッド１０
０の概略構成を示す斜視図、図７は、図６中のＨ部詳細
図である。

【０００５】図６、７を参照すると、インクジェットヘ
ッド１００は、駆動電圧を印加することにより変位する
複数のピエゾアクチュエータ１０１と、ピエゾアクチュ
エータ１０１上に接着剤（図示せず）で固定される振動
板１０４と、インク滴１０７を吐出するための複数のノ
ズル穴１０２ａが形成されたノズルプレート１０２と、
振動板１０４とノズルプレート１０２との間に配設され
圧力発生室（図示せず）とインク室（図示せず）とが形
成される流路形成板１０３とから構成され、ピエゾアク
チュエータ１０１は、振動板１０４が固定される上面１
０１ｃ側に幅Ｗ方向に平行に等間隔ピッチで複数の溝１
０１ｂが設けられた機能部１０１ａを有して構成され
る。

【０００６】上述のように構成されたインクジェットヘ
ッド１００は、以下のように動作する。

【０００７】インク滴１０７吐出時には、圧力発生室外
部に設けられたピエゾアクチュエータ１０１によって振
動板１０４を変位させ、圧力発生室に体積変化を生じさ
せることにより、圧力発生室内に圧力波を発生させる。
この圧力波によって、圧力発生室内に充填されていたイ
ンクの一部がノズル穴１０２ａを通って外部に噴射さ
れ、インク滴１０７となって飛翔し、飛翔したインク滴
１０７は、記録紙などの記録媒体上に着弾し、記録ドッ
トを形成する。

【０００８】こうした記録ドットの形成を、画像データ
に基づいて繰り返し行うことによって、記録紙上に文字
や画像が記録される。

【０００９】次に、インクジェットヘッド１００のピエ
ゾアクチュエータ１０１の製造方法について、図面を参
照して説明する。

【００１０】図８は、インクジェットヘッド１００のピ
エゾアクチュエータ１０１の端面１０１ｇの製造工程を
示す図、図９は、図８の製法により形成された端面１０
１ｇ形状を示す図である（なお、図８中、Ｗは幅を示
し、Ｌは奥行きを示す）。

【００１１】図８および図９を参照すると、ピエゾアク
チュエータ１０１の上面１０１ｃを上側にセッティング
し、研削砥石１１１により基準面となる端面１０１ｇの
加工を行う（図８）。

【００１２】端面１０１ｇの加工後、上面１０１ｃに等
間隔ピッチで複数の溝１０１ｂを加工し、機能部１０１
ａを形成し、所定の幅Ｗに個別化してピエゾアクチュエ
ータ１０１を作製するが、ここでは図示を省略する。

【００１３】幅Ｗ方向に厚さを１回の加工により端面１
０１ｇを形成しているため、加工時に研削砥石１１１の
切削加工負荷が大きくなり、図９に示すように底面１０
１ｄに近づくにつれ、研削逃げなどによりなだらかな曲
線を描く形状（以下スカート形状と称す）を形成する。

【００１４】このスカート形状を成す端面１０１ｇを基
準面として利用して機能部１０１ａを形成すると、スカ
ート形状の不安定な端面１０１ｇ形状が原因で、基準面
に対する機能部１０１ａの位置も不安定に形成されるこ
とになる。

【００１５】スカート形状を成す端面１０１ｇ形状のピ
エゾアクチュエータ１０１を用いると、後工程のインク
ジェットヘッド１００組立てで、精密な位置決めでの組
立てが要求される工程で位置ずれを起こし、インクジェ
ット記録装置（図示せず）本来の動作であるインク滴１
０７の吐出を不可能とし、印字ができなくなるという不
具合が発生する。

【００１６】そこで、インクジェットヘッド１００のピ
エゾアクチュエータ１０１の端面１０１ｇは、後工程の
組立工程で精密な位置決めが必要となるため、ピエゾア
クチュエータ１０１の端面１０１ｇ自体に平面度および
垂直度の精度が出ていることが重要な要素の一つとなっ
ており、通常は、端面１０１ｇ加工における加工条件
で、加工速度を落とすことや、加工熱を冷却する水量を
増やすことで、加工面の平面度および直角度を精度良く
仕上げるという方法がとられているが、加工条件の最適
化のみでは、平面度および直角度を多少良くできるもの
の、やはり、端面１０１ｇ形状としてスカート形状を形
成してしまう。

【００１７】上述のピエゾアクチュエータ１０１を使用
したインクジェットヘッド１００の組立方法は、図示し
ないが、ノズルプレート１０２と振動板１０４とによる
圧力発生室の形成にはピン嵌合による位置決めにより接
着剤で貼り合せて組み立て、ピエゾアクチュエータ１０
１と流路形成板１０３との位置決め接合には、画像認識
でピエゾアクチュエータ１０１の位置決めを行い、接着
剤で貼り合せ接合している。

【００１８】従って、上記インクジェットヘッド１００
は、ピエゾアクチュエータ１０１の端面１０１ｇがスカ
ート形状のため、加工基準面となる端面１０１ｇに対す
る機能部１０１ａの位置がばらつき、不安定に形成さ
れ、端面１０１ｇを突き当てによる位置決め方法を取る
と精密な位置決めができず、画像認識などの方法によら
ないと精密な位置決めで組立てができず、設備の大型
化、設備コストの肥大化、組立製造工数時間の増大を招
くという欠点がある。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来のインクジェットヘッドは、ピエゾアクチュエータ
の端面の加工を１回の加工工程により形成しているた
め、端面がスカート形状となり、加工基準面となる端面
に対する機能部の位置がばらつき、機能部が不安定に形
成され、端面を突き当てによる位置決め方法を取ると精
密な位置決めができず、画像認識などの方法によらない
と精密な位置決めで組立てができず、設備の大型化、設
備コストの肥大化、組立製造工数時間の増大を招くとい
う課題がある。

【００２０】本発明の目的は、ピエゾアクチュエータの
端面の加工を２段階の工程で行い、端面の平面度、直角
度の精度を高くし、端面部を突き当て冶具に突き当てる
ことによりピエゾアクチュエータを位置決めし、高精度
に組立てを行うことのできるインクジェットヘッドおよ
びその製造方法を提供することにある。

【００２１】

【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、駆動電圧を印加することにより変位する複数
のピエゾアクチュエータと、ピエゾアクチュエータ上に
固定される振動板と、複数のノズル穴が形成されたノズ
ルプレートと、振動板とノズルプレートとの間に配設さ
れ圧力発生室とインク室とが形成される流路形成板とを
有するインクジェットヘッドであって、ピエゾアクチュ
エータは、振動板が固定される上面側に幅方向に平行に
等間隔ピッチで複数の溝が設けられた機能部と、ピエゾ
アクチュエータの端面を底面から厚さの半ばまで加工さ
れた第１端面部と、第１端面部を加工後に加工される端
面の上面側の第２端面部とを有することを特徴とする。

【００２２】第１端面部と第２端面部とは、厚さ方向に
段差を有することを特徴とする。

【００２３】第１端面部は、ピエゾアクチュエータの底
面を上側にセッティングして加工され、第２端面部は、
ピエゾアクチュエータを裏返して上面を上側にセッティ
ングして加工されることを特徴とする。

【００２４】機能部と第２端面部とは、ピエゾアクチュ
エータのセッティングが同一状態で加工されることを特
徴とする。

【００２５】ピエゾアクチュエータは、セラミック材料
からなることを特徴とする。

【００２６】本発明のインクジェットヘッドの製造方法
は、駆動電圧を印加することにより変位する複数のピエ
ゾアクチュエータと振動板とを固定する工程と、複数の
ノズル穴が形成されたノズルプレートと振動板との間に
流路形成板を配設し圧力発生室とインク室とを形成する
工程とを有するインクジェットヘッドの製造方法であっ
て、ピエゾアクチュエータは、振動板が固定される上面
側に幅方向に平行に等間隔ピッチで複数の溝を設ける機
能部加工工程と、ピエゾアクチュエータの端面を底面か
ら厚さの半ばまで加工する第１端面加工工程と、第１端
面加工工程後上面側の端面を加工する第２端面加工工程
とを有することを特徴とする。

【００２７】第１端面加工工程時は、ピエゾアクチュエ
ータの底面を上側にセッティングする工程を有し、第２
端面加工工程時は、ピエゾアクチュエータを裏返して上
面を上側にセッティングする工程を有することを特徴と
する。

【００２８】第２端面加工工程は、第１端面加工工程よ
り削り込み量を少なく加工することを特徴とする。

【００２９】機能部加工工程と第２端面加工工程とは、
ピエゾアクチュエータのセッティング状態が同一である
ことを特徴とする。

【００３０】ピエゾアクチュエータは、セラミック材料
からなることを特徴とする。

【００３１】ピエゾアクチュエータの加工は、研削加工
であることを特徴とする。

【００３２】ピエゾアクチュエータの上面側の端面は、
ピエゾアクチュエータと振動板と流路形成板とノズルプ
レートとを位置決め固定する工程において、突き当て基
準面となることを特徴とする。

【００３３】ピエゾアクチュエータと振動板、振動板と
流路形成板、流路形成板とノズルプレートとは、各々接
着剤で固定されることを特徴とする。

【００３４】

【発明の実施の形態】次に、本発明のインクジェットヘ
ッドの一実施の形態について、図面を参照して説明す
る。

【００３５】図１は、本発明のインクジェットヘッド５
０の概略構成を示す斜視図、図２は、図１中のＡ部詳細
図、図３は、図２中のＢＢ断面図である。

【００３６】図１、図２および図３を参照すると、イン
クジェットヘッド５０は、駆動電圧を印加することによ
り変位するセラミック材料からなる複数のピエゾアクチ
ュエータ１と、ピエゾアクチュエータ１上に接着剤８で
固定される振動板４と、複数のノズル穴２ａが形成され
たノズルプレート２と、振動板４とノズルプレート２と
の間に配設され圧力発生室５とインク室６とが形成され
る流路形成板３とから構成され、ピエゾアクチュエータ
１は、振動板４が固定される上面１ｃ側に幅方向に平行
に等間隔ピッチで複数の溝１ｂが設けられた機能部１ａ
と、ピエゾアクチュエータ１の端面１ｇを底面１ｄから
厚さの半ばまで加工された第１端面部１ｅと、第１端面
部１ｅを加工後に加工される端面１ｇの上面１ｃ側の第
２端面部１ｆとから構成されている。

【００３７】また、振動板４と流路形成板３、流路形成
板３とノズルプレートと２は、各々接着剤８で固定され
る構成となっている。

【００３８】上述のように構成されたインクジェットヘ
ッド５０は、次のように動作する。

【００３９】インク滴７吐出時には、圧力発生室５の外
部に設けられたピエゾアクチュエータ１に駆動電圧を印
加することによって振動板４を変位させ、圧力発生室５
に体積変化を生じさせ、圧力発生室５内に圧力波を発生
させる。

【００４０】この圧力波によって、圧力発生室５内に充
填されていたインクの一部がノズル穴２ａを通って外部
に噴射され、インク滴７となって飛翔し、飛翔したイン
ク滴７は、記録紙等の記録媒体（図示せず）上に着弾
し、記録ドットを形成するが、こうした記録ドットの形
成を、画像データに基づいて繰り返し行うことによっ
て、記録媒体に文字や画像が記録される。

【００４１】次に、インクジェットヘッド５０の製造方
法について、図面を参照して説明する。

【００４２】図４（ａ）〜図４（ｄ）は、インクジェッ
トヘッド５０を構成するピエゾアクチュエータ１の製造
工程を示す概略図、図５は、インクジェットヘッド５０
の製造方法（組立方法）を示す概略分解斜視図である。

【００４３】先ず、図４（ａ）〜図４（ｄ）を参照し
て、ピエゾアクチュエータ１の製造方法について説明す
る（なお、図４中、Ｗは幅を示し、Ｌは奥行きを示
す）。

【００４４】ピエゾアクチュエータ１の底面１ｄを上側
にセッティングし、研削砥石１１により、厚さの半ばま
で加工して第１端面部１ｅを形成する（工程１）。

【００４５】工程１の後、ピエゾアクチュエータ１を裏
返して上面１ｃを上側にセッティングし、上面１ｃから
残りの未研削の厚さ分を研削砥石１１で加工して第２端
面部１ｆを形成する（工程２）。

【００４６】その際、第１端面部１ｅと第２端面部１ｆ
とは、厚さ方向に段差を有する端面１ｇとし、第２端面
部１ｆは、底面１ｄ側から入れた切り込みの第１端面部
１ｅより凸面になるところまで研削する。

【００４７】次に、ピエゾアクチュエータ１を工程２の
セッティング状態のまま、第２端面部１ｆから所定のオ
フセット量を経た所から等ピッチ間隔で複数の溝１ｂを
研削加工して、機能部１ａを形成する（工程３）。

【００４８】工程３により、複数個取りのピエゾアクチ
ュエータ１の加工が完了後、所定の幅Ｗに個別化してピ
エゾアクチュエータ１を作製する（工程４）。

【００４９】以上説明したように、ピエゾアクチュエー
タ１の端面１ｇの加工を２段階の工程で行うことで、切
り込み深さが少ない分加工負荷が低減でき、後述するイ
ンクジェットヘッド５０の組立時に突き当て基準面とな
る第２端面部１ｆを、平面度、直角度の精度に優れたも
のとすることができ、安定した機能部１ａ位置を得るこ
とができ、組立工程における精密な位置決めができると
いう効果がある。

【００５０】次に、上述の工程にて形成されたピエゾア
クチュエータ１を使用したインクジェットヘッド５０の
製造方法（組立方法）について、図５を参照して説明す
る。

【００５１】インクジェットヘッド組立冶具３０のステ
ージ２３上にピエゾアクチュエータ１を載置し、ピエゾ
アクチュエータ位置決めピン２５に側面を押し当てなが
ら第２端面部１ｆを突き当て冶具２１に突き当て、ピエ
ゾアクチュエータ１を位置決めする。

【００５２】振動板４をベース基板２２に設けられた２
本の位置決めピン２４に振動板４の位置決め穴２７ｃと
長穴形状の位置決め穴２６ｃとを嵌合挿入し、流路形成
板３を２本の位置決めピン２４に流路形成板３の位置決
め穴２７ｂと位置決め穴２６ｂとを嵌合挿入し、ノズル
プレート２を２本の位置決めピン２４にノズルプレート
２の位置決め穴２７ａと長穴形状の位置決め穴２６ａと
を嵌合挿入する。

【００５３】次に、荷重（錘）２８をノズルプレート２
の上に載せ、ピエゾアクチュエータ１と振動板４と流路
形成板３とノズルプレート２とを、接着剤８を加圧する
ことにより、接着固定する。

【００５４】上述のように、ピエゾアクチュエータ１の
端面１ｇの加工を２段階の工程で行い、平面度、直角度
の精度の高い第２端面部１ｆを突き当て冶具２１に突き
当て、ピエゾアクチュエータ１を位置決めし、インクジ
ェットヘッド５０の組立を行うことにより、隙間無く直
角に突き当て冶具２１に突き当てることができ、常に機
能部１ａの位置精度が安定し、振動板４、流路形成板
３、ノズルプレート２に対する機能部１ａの相対的位置
を高精度にすることができるという効果がある。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のインクジ
ェットヘッドは、ピエゾアクチュエータの端面の加工を
２段階の工程で行い、突き当て冶具に突き当てる端面部
の平面度、直角度の精度を高くし、ピエゾアクチュエー
タを冶具に突き当て位置決めして、インクジェットヘッ
ドの組立を行うことにより、常にインクジェットヘッド
の機能部の位置精度が安定し、振動板、流路形成板、ノ
ズルプレートに対する機能部の相対的位置を高精度にす
ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェットヘッドの概略構成を示
す斜視図である。

【図２】図１中のＡ部詳細図である。

【図３】図２中のＢＢ断面図である。

【図４】本発明のインクジェットヘッドのピエゾアクチ
ュエータの製造工程を示す概略図である。

【図５】インクジェットヘッドの製造方法（組立方法）
を示す概略分解斜視図である。

【図６】従来のインクジェットヘッドの概略構成を示す
斜視図である。

【図７】図６中のＨ部詳細図である。

【図８】従来のインクジェットヘッドのピエゾアクチュ
エータの端面の製造工程を示す概略図である。

【図９】従来のピエゾアクチュエータの端面形状を示す
図である。

【符号の説明】

１、１０１ ピエゾアクチュエータ １ａ、１０１ａ 機能部 １ｂ、１０１ｂ 溝 １ｃ、１０１ｃ 上面 １ｄ、１０１ｄ 底面 １ｅ 第１端面部 １ｆ 第２端面部 １ｇ、１０１ｇ 端面 ２、１０２ ノズルプレート ３、１０３ 流路形成板 ４、１０４ 振動板 ５ 圧力発生室 ６ インク室 ７、１０７ インク滴 ８ 接着剤 １１、１１１ 研削砥石 ２１ 突き当て冶具 ２２ ベース基板 ２３ ステージ ２４ 位置決めピン ２５ ピエゾアクチュエータ位置決めピン ２６ａ、２６ｂ、２６ｃ 位置決め穴 ２７ａ、２７ｂ、２７ｃ 位置決め穴 ２８ 荷重（錘） ３０ インクジェットヘッド組立冶具 ５０、１００ インクジェットヘッド

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動電圧を印加することにより変位する
   複数のピエゾアクチュエータと、前記ピエゾアクチュエ
   ータ上に固定される振動板と、複数のノズル穴が形成さ
   れたノズルプレートと、前記振動板と前記ノズルプレー
   トとの間に配設され圧力発生室とインク室とが形成され
   る流路形成板とを有するインクジェットヘッドであっ
   て、前記ピエゾアクチュエータは、前記振動板が固定さ
   れる上面側に幅方向に平行に等間隔ピッチで複数の溝が
   設けられた機能部と、前記ピエゾアクチュエータの端面
   を底面から厚さの半ばまで加工された第１端面部と、前
   記第１端面部を加工後に加工される前記端面の上面側の
   第２端面部とを有することを特徴とするインクジェット
   ヘッド。
2. 【請求項２】 前記第１端面部と前記第２端面部とは、
   厚さ方向に段差を有す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。
3. 【請求項３】 前記第１端面部は、前記ピエゾアクチュ
   エータの前記底面を上側にセッティングして加工され、
   前記第２端面部は、前記ピエゾアクチュエータを裏返し
   て前記上面を上側にセッティングして加工されることを
   特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
4. 【請求項４】 前記機能部と前記第２端面部とは、前記
   ピエゾアクチュエータのセッティングが同一状態で加工
   され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。
5. 【請求項５】 前記ピエゾアクチュエータは、セラミッ
   ク材料からなることを特徴とする請求項１乃至４の何れ
   か１項記載のインクジェットヘッド。
6. 【請求項６】 駆動電圧を印加することにより変位する
   複数のピエゾアクチュエータと振動板とを固定する工程
   と、複数のノズル穴が形成されたノズルプレートと前記
   振動板との間に流路形成板を配設し圧力発生室とインク
   室とを形成する工程とを有するインクジェットヘッドの
   製造方法であって、前記ピエゾアクチュエータは、前記
   振動板が固定される上面側に幅方向に平行に等間隔ピッ
   チで複数の溝を設ける機能部加工工程と、前記ピエゾア
   クチュエータの端面を底面から厚さの半ばまで加工する
   第１端面加工工程と、前記第１端面加工工程後前記上面
   側の前記端面を加工する第２端面加工工程とを有するこ
   とを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
7. 【請求項７】 前記第１端面加工工程時は、前記ピエゾ
   アクチュエータの前記底面を上側にセッティングする工
   程を有し、前記第２端面加工工程時は、前記ピエゾアク
   チュエータを裏返して前記上面を上側にセッティングす
   る工程を有することを特徴とする請求項６記載のインク
   ジェットヘッドの製造方法。
8. 【請求項８】 前記第２端面加工工程は、前記第１端面
   加工工程より削り込み量を少なく加工することを特徴と
   する請求項６または７記載のインクジェットヘッドの製
   造方法。
9. 【請求項９】 前記機能部加工工程と前記第２端面加工
   工程とは、前記ピエゾアクチュエータのセッティング状
   態が同一であることを特徴とする請求項６記載のインク
   ジェットヘッドの製造方法。
10. 【請求項１０】 前記ピエゾアクチュエータは、セラミ
    ック材料からなることを特徴とする請求項６乃至９の何
    れか１項記載のインクジェットヘッドの製造方法。
11. 【請求項１１】 前記ピエゾアクチュエータの加工は、
    研削加工であることを特徴とする請求項６、８、１０の
    何れか１項記載のインクジェットヘッドの製造方法。
12. 【請求項１２】 前記ピエゾアクチュエータの前記上面
    側の前記端面は、前記ピエゾアクチュエータと前記振動
    板と前記流路形成板と前記ノズルプレートとを位置決め
    固定する工程において、突き当て基準面となることを特
    徴とする請求項６記載のインクジェットヘッドの製造方
    法。
13. 【請求項１３】 前記ピエゾアクチュエータと前記振動
    板、前記振動板と前記流路形成板、前記流路形成板と前
    記ノズルプレートとは、各々接着剤で固定されることを
    特徴とする請求項６記載のインクジェットヘッドの製造
    方法。