JP2003127356A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は圧電素子と固定ブロックの接着に関
するものであり、部品の寸法精度を広くし、圧電素子の
傾きを押さえることを課題とする。 【解決手段】 固定ブロックまたは圧電素子に、弾性部
材または押し付け機構を設けることにより、部品の厚さ
寸法が変化しても、ある一面に任意の圧力で固定ブロッ
クに負荷をかけながら組立てることにより、固定ブロッ
クの面にならって取り付けられるため、組立時の傾きを
減らすことが可能である。

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ヘッ
ドに関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット方式はその他の画像記録
装置に比べ、コストが安価で、フルカラー化が容易であ
り優れた特徴を有している。そして、インクジェット方
式はコンティニュアス型とオンデマンド型の二通りに分
かれ、現在一般的に使用されているオンデマンド方式は
更に幾つかの方式がある。その代表的なものとして電気
エネルギーの熱エネルギー変換により気泡を発生させイ
ンクを吐出するサーマル方式と、電気エネルギーを機械
エネルギー変換して圧電素子の変位力でインク吐出させ
るピエゾ方式の二つがある。本発明はオンデマンド型で
ピエゾ方式のインクジェットヘッドに関するものであ
る。

【０００３】ピエゾ方式の具体的な構成は、圧電素子の
長手方向変位を利用して振動板を変位させ、圧電素子に
対向する圧力室内のインクを加圧してノズルよりインク
滴を吐出するといった構造及びメカニズムのユニットを
多数集合させたものである。

【０００４】その製造方法及び材料は様々であるが、近
年、ヘッドの小形化、高密度化が進む中、マイクロマシ
ーニング技術、すなわち、超微細加工技術、超精密接
合、あるいは超精密接着技術が取入れられる傾向にあ
る。

【０００５】ヘッドの組立において、圧電素子と振動板
の接合は、インク吐出に多大な影響を及ぼすことから、
特に重要な箇所である。

【０００６】その組立の一例として、固定ブロック部に
なにも位置決め部材を設けずに、外部に設けた位置決め
組立冶具で目視しながら圧電素子と振動板の位置決めを
行う方法がある。この場合、圧電素子や固定ブロックの
部品精度がある程度低くても接合自体には影響が無い。

【０００７】更に、別の組立の例として、まず、振動板
との位置決め穴を固定ブロック部に設け、固定ブロック
部と接合する流路形成部材を高精度に位置決めする。一
方、圧電素子と板状の部材とを貼り付けて高精度加工し
たものを圧電素子ユニットとする。その圧電素子ユニッ
トを前記固定ブロック部の穴に挿入するだけで位置決め
可能な組立方法がある。この場合、位置合わせの為の特
別な冶具は必要無く、工程が簡素なものとなる。しか
し、固定ブロックの穴の加工と圧電素子ユニットの寸法
公差に高い精度が求められる為、コストが上がってしま
う。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】位置決めには、圧電素
子の変位方向と、変位方向と直交する面で圧電素子の並
びに平行な長手方向、及び長手方向と直交する短手方向
がある。

【０００９】しかし、前述の２つの従来例のうち前者で
は、圧電素子を振動板の所定の位置に位置決めする為の
位置決め冶具で前記３方向について位置決めしなければ
ならない為に冶具が大掛かりとなり、また、工程が複雑
になる為、コストがかかる。また、固定ブロックに接し
ない為に、上記３つの位置決め以外に、圧電素子と振動
板の取り付け位置で傾きが発生する可能性があり、精度
に信頼性がない。

【００１０】後者の例では、圧電素子と振動板の位置決
めや傾きは、固定ブロックの部品精度にすべて依存す
る。そのため、固定ブロックの寸法精度、高精度加工等
のコストがかさむことになる。

【００１１】本発明は、このような問題点に鑑みなされ
たものであり、その目的とするところは、圧電素子を流
路形成部材に高い精度で位置決めすることができるイン
クジェットヘッドを提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する為、
本発明では、インクを貯える複数の加圧室及び、該加圧
室からインクを吐出する複数のノズルを有するインク流
路プレートと、該インク流路プレートを固定する固定ブ
ロックと、櫛歯状に形成され、櫛歯側の端部を前記イン
ク流路プレートの加圧室の壁面に接合し、他端を前記固
定ブロック部に固定した圧電素子よりなるインクジェッ
トヘッドにおいて、前記圧電素子と前記固定ブロック部
とを面接合し、前記固定ブロック部に配設した押し付け
機構によって、前記圧電素子の固定ブロック部と接合す
る面の裏面側から圧電素子を押し付けるようにしたこと
を特徴とする。

【００１３】また、前記固定ブロック部に設けられた押
し付け機構は、固定ブロック部に設けられた穴及びプラ
ンジャにより構成されることを特徴とする。

【００１４】また、前記圧電素子において、前記固定ブ
ロック部に設けられた押し付け機構が押す部分は、圧電
素子部の両端に設けられるダミー圧電素子部であること
を特徴とする。

【００１５】また、前記固定ブロック部との前記圧電素
子の長手方向の位置決めには、前記ダミー圧電素子部と
対応するテーパ状の部分を備える長手方向位置決め冶具
を用い、前記圧電素子部を前記長手方向位置決め冶具の
テーパ状の部分に沿わせて挿入して位置決めすることを
特徴とする。

【００１６】また、インクを貯える複数の加圧室及び、
該加圧室からインクを吐出する複数のノズルを有するイ
ンク流路プレートと、該インク流路プレートを固定する
固定ブロックと、櫛歯状に形成され、櫛歯側の端部を前
記インク流路プレートの加圧室の壁面に接合し、他端を
前記固定ブロック部に固定した圧電素子よりなるインク
ジェットヘッドにおいて、前記圧電素子と前記固定ブロ
ック部とを面接合し、前記圧電素子の固定ブロック部と
接合する面の裏面側と固定ブロック部の隙間に、前記圧
電素子を押し付ける為の弾性部材を有することを特徴と
する。

【００１７】また、前記弾性部材は、前記圧電素子部の
両端にあるダミー圧電素子部に設けられる突起状の樹脂
であることを特徴とする。

【００１８】また、前記弾性部材は、固定ブロック部に
設けられることを特徴とする。

【００１９】また、前記弾性部材は、前記圧電素子部に
貼り付けられたフレキシブルケーブル上に設けられてい
る弾性部材であることを特徴とする。

【００２０】更に、前記固定ブロック部との前記圧電素
子の長手方向の位置決めには、前記ダミー圧電素子部に
対応するテーパ状の部分を備える長手方向位置決め冶具
を用い、前記圧電素子部を前記長手方向位置決め冶具の
テーパ状の部分に沿わせて挿入して位置決めすることを
特徴とする。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に用いるインクジ
ェットヘッドの構造説明図である。

【００２２】インク吐出の為の複数のノズル３を形成し
たノズルプレート１と、ノズル３に連通する圧力室５
と、その圧力室５にインクを運ぶ絞り流路であるリスト
リクタ６と、インクをリストリクタ６に供給するマニホ
ールド７を形成したチャンバープレート４と、樹脂フィ
ルム部と金属板を張り合わせて選択的なパターンニング
（例えばエッチング）加工を施し、圧力室５に対向する
部分は樹脂フィルムのみで構成される低弾性の変形部１
０と、金属板からなる高弾性な補強部９を形成した振動
板８が、圧電素子１５と接合する面が高平面度に加工さ
れた固定ブロック１１に固着されている。固定ブロック
１１の部材は金属または樹脂で形成され、金属ならば機
械加工、樹脂ならば射出成型により作り出され、内部空
洞１２は圧電素子１５の動きを干渉しないようにある程
度の距離を保った大きさになっている。

【００２３】ノズルの開口面積、ノズルプレートの厚
さ、ノズル断面形状、圧力室、インク供給路を構成する
チャンバープレートの形状精度は、インク吐出特性（イ
ンク吐出速度・インク吐出量）に大きな影響を及ぼすの
で、高精度な加工技術が要求される。こうした要求か
ら、ノズルプレート１とチャンバープレート４は、精密
プレス加工、エキシマレーザー加工、または、シリコン
ウエハ等の異方性エッチング加工、等により形成される
ものである。

【００２４】前記したノズルプレート１、チャンバープ
レート４、振動板８、固定ブロック１１の接合には接着
剤が用いられ、組立においてそれぞれの板の位置合わせ
はピンを用いて行う。その為、各プレートにはピンを貫
通させる高精度なピン穴２が設けられる。ノズルプレー
ト１、チャンバープレート４、振動板８の集合体を流路
形成部とし、流路形成部と固定ブロック１１の集合体を
フレーム組とする。

【００２５】これに対し、駆動源である圧電素子は、厚
さ１５〜３０μｍ程度の圧電材料と、厚さ１〜５μｍ程
度の電極材料を交互に積層して成る電気機械変換素子で
ある。これを単板状態で支持板に接合した後、ダイシン
グ加工等によりノズルの配列ピッチに合わせて複数に切
断する。両端には切残し部１４，１６が形成される。ま
た、切断した圧電素子１５同士がフレキシブルプリント
ケーブルを介して導通することを防ぐため、圧電素子非
変位部でフレキシブルプリントケーブル１７と接合する
部分について、変位に使用する圧電素子部に当る部分の
電極を残し、それ以外の表面の電極を取り除くように処
理する。

【００２６】圧電素子１５の自由端は、振動板８に形成
される変形部１０に接着等により接合されている。変形
部の周りにはエッチング時に残った補強部９があり、隣
り合う変形部の中間に位置する。よって、圧電素子１５
と変形部１０の接着の際には、圧電素子１５を、この補
強部９に接触させないことが要求され、高精度な位置合
わせが要求される。

【００２７】次に、本発明の第１例を図２を用いて説明
する。

【００２８】図２は、本発明の第１例による圧電素子と
固定ブロックの接合面の断面図である。

【００２９】固定ブロック１１の内側空洞１２の一つの
面は、圧電素子の非変形領域と接合するための接合面で
あり、研磨等により高精度に加工されている。この高精
度に加工された接合面と内部空洞において対向する面に
穴１３を設ける。この穴１３は、固定ブロック１１の外
側から圧電素子１５を高精度加工された接合面に押し当
てる為の押し付け機構用である。ここでは押し付け機構
としてプランジャ１９が穴１３に埋め込まれている。プ
ランジャ１９の先端は球形状になっており、穴１３が傾
いていても負荷を接合面側にかけることができる。ま
た、締め込むことで圧電素子１５への負荷を強くするこ
とができる。

【００３０】前述のようにピン穴２を用いて位置決めし
て流路形成部を形成し、更に、流路形成部と固定ブロッ
クを位置決め接着しフレーム部を完成させる。その後、
圧電素子１５とフレーム組の接着を行う。プランジャ１
９を適当な距離に取り付けて、圧電素子１５には接触し
ないようにする。

【００３１】長手方向の位置決めは図６にあるように、
長手方向位置決め冶具２２により位置決めされる。位置
決め方法は圧電素子１５の両端にある切残し部１６を長
手方向位置決め冶具２２に沿わせて圧電素子１５をフレ
ーム組に挿入し、振動板８に突き当てることにより行わ
れる。長手方向位置決め冶具２２の前記切残し部１６が
当る面は図６に示すようなテーパ状になっている。

【００３２】次に、切残し部１６の端と、その切残し部
と最も近い圧電素子との距離Ｌを圧電素子の両端で測定
する。次に、長手方向位置決め冶具２２をフレーム組に
挿入して長手方向位置決め冶具２２の端と振動板８の圧
電素子１５が接合する部分との距離Ｍを圧電素子１５の
切残し部１６と圧電素子との距離ＬよりＳだけ大きくす
る。Ｓは嵌めあいをスムーズにする為の公差で、この値
が長手方向のズレ量となり、値は５〜１０μｍの範囲に
ある。

【００３３】この時、圧電素子１５の両端の切残し部１
６は高精度にカットされている。但し、距離Ｌは任意の
値で良く、長手方向位置決め冶具２２もテーパが設けら
れているので距離Ｌは多少ずれても良い。もう一つの切
残し部１４についても同様である。尚、上記第１、第２
例で、切残し部１６とした部分（ダミー圧電素子）は圧
電素子を切残すことによりその機能を得たが、圧電素子
の切残し部に相当する部分に別の部材を用いてその部材
を圧電素子の長手方向の両端に貼り合わせて加工しても
良い。この場合、その部材には強度を持たせた素材を使
用するのが好適である。

【００３４】冶具は、短手方向について、固定ブロック
との隙間を多めにとっておき、圧電素子の短手方向の厚
みバラツキに対し、余裕をもった設計とする。

【００３５】変位方向の位置決めは櫛歯にカットされた
後に圧電素子１５に貼り付けた位置決め冶具により振動
板の補強部９に当接させることにより行う。

【００３６】圧電素子１５と振動板８を接合する際、圧
電素子が固定ブロック１１との接合面を擦りながら挿入
される。この時、プランジャ１９で接合面に向けて負荷
をかけることにより、短手方向は接合面に常に当接しな
がら圧電素子を挿入することが可能となる。

【００３７】プランジャ１９が押し当てる部分は、左右
の圧電素子切残し部１４，１６が好適である。このよう
にすることにより、圧電素子自体を破損することが防げ
る。

【００３８】このように、圧電素子１５の先端に接着剤
をつけて振動板と接合し、その後固定ブロック１１と圧
電素子１５とを固定するように内部空洞１２に接着剤を
埋め込んだ構成とすることで、圧電素子の短手方向を確
実に位置決めすることが可能となり、尚且つ、圧電素子
及び固定ブロックの接合面以外の部品精度を緩やかする
ことが出来る。従って、コストダウンに繋がる。また、
この方法により、圧電素子１５と振動板８との傾きを無
くし、且つ固定ブロック１１と圧電素子１５を強固に接
合することが出来る。

【００３９】図３は本発明の第２例となる圧電素子と固
定ブロックの接合面の断面図である。

【００４０】固定ブロックや流路形成部の構成は、第１
例と同様である。ここで、圧電素子１５の短手方向の位
置決めを行う為に、圧電素子１５の固定ブロック１１と
接合する面の反対側に弾性部材を設ける。これにより、
固定ブロック１１の内部空洞１２に圧電素子１５を挿入
した際、弾性部材が内部空洞で押し縮められることによ
り、反発力で自動的に固定ブロック１１の接合面に押し
付けられることになる。よって圧電素子１５と振動板８
の接合において、短手方向の位置決めが自動的に行われ
る。

【００４１】弾性部材２０は圧電素子１５に貼り付けら
れたフレキシブルプリントケーブル１７上に設けられ
る。前記弾性部材２０は、衝撃吸収性を持ったもので無
く、押し当てた荷重に対して線形的に反発するものを用
いる。その取り付け方は弾性部材２０の一面に接着剤を
塗り、圧電素子１５の変位部にかからないように接着さ
れる。

【００４２】図４のように、弾性部材２０の代わりに弾
性接着剤２１を定量塗布して硬化させることにより弾性
部材とすることが出来る。この場合、接着剤の塗布面が
平らになることが重要である。その為、接着剤を塗布
後、ドクターブレード等により圧電素子１５の面に対し
平行になるように接着剤をなめす。

【００４３】弾性部材２０の厚さは固定ブロック１１と
圧電素子１５の隙間と弾性力で決まる。強固に固定ブロ
ック１１に押し付ける場合は隙間よりも大きく厚くする
か、弾性定数が高いものを選ぶ。固定ブロック１１の接
合面は高精度が要求される為、樹脂の射出成型の場合、
接合面を後で加工する。

【００４４】図５は弾性部材２０を使った、押し付け効
果以外の効果である。弾性部材２０をうまく圧電素子１
５周囲に配置して弾性部材２０が内部ブロック１１と圧
電素子１５の隙間を内部に空洞が出来るように蓋をす
る。これにより、固定ブロック１１の内部空洞１２を密
閉することが可能で、圧電素子１５にインクミストやほ
こりなどが進入することを防止する。圧電素子自体を保
護する効果も同時に併せ持つ。

【００４５】弾性部材２０の一般的なものとしてゴムや
樹脂、接着剤が挙げられる。これらは弾性係数や部材の
硬度等により採用される。接着剤の場合、粘度に注意を
払わないと塗布後に接着剤が圧電素子の変位部に流れて
しまうので注意が必要である。

【００４６】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によるイ
ンクジェット記録ヘッドは、圧電素子を固定ブロックに
押し付ける押し付け機構、または弾性部材を設けること
により、部品の寸法精度を緩和させ、圧電素子と振動板
のひとつの位置決めを行う為、高品位で信頼性のあるイ
ンクジェットヘッドを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明で使用するインクジェットヘッド内部
の縦断面図である。

【図２】 本発明の第１例となるインクジェットヘッド
内部の横断面図である。

【図３】 本発明の第２例となるインクジェットヘッド
内部の横断面図である。

【図４】 図３の圧電素子の状態を表す斜視図である。

【図５】 本発明による弾性部材の接着状態を表す斜視
図である。

【図６】 長手方向の位置決め冶具と圧電素子の位置関
係を表す部分断面図である。

【符号の説明】

１はノズルプレート、２はピン穴、３はノズル、４はチ
ャンバープレート、５は圧力室、６はリストリクタ、７
はマニホールド、８は振動板、９は補強部、１０は変形
部、１１は固定ブロック、１２は内部空洞、１３は穴、
１５は圧電素子、１４,１６は切残し部、１７はフレキ
シブルプリントケーブル、１８は接着剤、１９はプラン
ジャ、２０は弾性部材、２１は弾性接着剤、２２は長手
方向位置決め冶具である。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】インクを貯える複数の加圧室及び、該加圧
   室からインクを吐出する複数のノズルを有するインク流
   路プレートと、該インク流路プレートを固定する固定ブ
   ロックと、櫛歯状に形成され、櫛歯側の端部を前記イン
   ク流路プレートの加圧室の壁面に接合し、他端を前記固
   定ブロック部に固定した圧電素子よりなるインクジェッ
   トヘッドにおいて、前記圧電素子と前記固定ブロック部
   とを面接合し、前記固定ブロック部に配設した押し付け
   機構によって、前記圧電素子の固定ブロック部と接合す
   る面の裏面側から圧電素子を押し付けるようにしたこと
   を特徴とするインクジェットヘッド。
2. 【請求項２】前記固定ブロック部に設けられた押し付け
   機構は、固定ブロック部に設けられた穴及びプランジャ
   により構成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。
3. 【請求項３】前記圧電素子において、前記固定ブロック
   部に設けられた押し付け機構が押す部分は、圧電素子部
   の両端に設けられるダミー圧電素子部であることを特徴
   とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
4. 【請求項４】前記固定ブロック部との前記圧電素子の長
   手方向の位置決めには、前記ダミー圧電素子部と対応す
   るテーパ状の部分を備える長手方向位置決め冶具を用
   い、前記圧電素子部を前記長手方向位置決め冶具のテー
   パ状の部分に沿わせて挿入して位置決めすることを特徴
   とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
5. 【請求項５】インクを貯える複数の加圧室及び、該加圧
   室からインクを吐出する複数のノズルを有するインク流
   路プレートと、該インク流路プレートを固定する固定ブ
   ロックと、櫛歯状に形成され、櫛歯側の端部を前記イン
   ク流路プレートの加圧室の壁面に接合し、他端を前記固
   定ブロック部に固定した圧電素子よりなるインクジェッ
   トヘッドにおいて、前記圧電素子と前記固定ブロック部
   とを面接合し、前記圧電素子の固定ブロック部と接合す
   る面の裏面側と固定ブロック部の隙間に、前記圧電素子
   を押し付ける為の弾性部材を有することを特徴とするイ
   ンクジェットヘッド。
6. 【請求項６】前記弾性部材は、前記圧電素子部の両端に
   あるダミー圧電素子部に設けられる突起状の樹脂である
   ことを特徴とする請求項５記載のインクジェットヘッ
   ド。
7. 【請求項７】前記弾性部材は、固定ブロック部に設けら
   れることを特徴とする請求項５記載のインクジェットヘ
   ッド。
8. 【請求項８】前記弾性部材は、前記圧電素子部に貼り付
   けられたフレキシブルケーブル上に設けられている弾性
   部材であることを特徴とする請求項５記載のインクジェ
   ットヘッド。
9. 【請求項９】前記固定ブロック部との前記圧電素子の長
   手方向の位置決めには、前記ダミー圧電素子部と対応す
   るテーパ状の部分を備える長手方向位置決め冶具を用
   い、前記圧電素子部を前記長手方向位置決め冶具のテー
   パ状の部分に沿わせて挿入して位置決めすることを特徴
   とする請求項５記載のインクジェットヘッド。