JP3179328B2 - インクジェットヘッド - Google Patents

インクジェットヘッド

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JP3179328B2
JP3179328B2 JP2074796A JP2074796A JP3179328B2 JP 3179328 B2 JP3179328 B2 JP 3179328B2 JP 2074796 A JP2074796 A JP 2074796A JP 2074796 A JP2074796 A JP 2074796A JP 3179328 B2 JP3179328 B2 JP 3179328B2
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三剛 長島
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、インク液滴を画
像記録媒体上へ選択的に付着させるインクジェットヘッ
ドの構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】積層圧電素子の厚さ方向の変位を利用し
て流路の壁の一つを形成した振動板を変位させて圧力室
内に充填したインクを加圧し該圧力室に連通するノズル
よりインクを噴射するインクジェットヘッドは特公平7
−57545に示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】以下、図2を参照しな
がら説明する。積層圧電素子22を用いたインクジェッ
ト記録ヘッドは、インク滴をが噴射するノズル穴29を
有するノズル板28、圧電素子の変位によってインクに
加圧する振動板14、流路溝11およびインク供給口1
2を有する流路基板10からなる。また、振動板30
は、振動板を変形させる積層圧電素子22を接着した駆
動素子ユニット40に接合された固定部材15と積層圧
電素子41とに接合されている。なお、これらの部材を
接合する場合には、例えば、最初に流路基板10と振動
板30を位置関係を管理して接着する必要があり、次に
振動板14と固定部材15と駆動素子ユニット17を位
置関係を管理して接着する必要がある。そして最後に、
駆動素子ユニット17−固定部材15−振動板14−流
路基板10の接合された4部品に、ノズル板28を位置
関係を管理して接着する必要がある。特に、流路基板1
0の流路溝11と積層圧電素子22の位置関係と、流路
基板10の流路溝11とノズル穴29の位置関係とは厳
しく管理して接着されなければならない。位置関係が適
切でないと、適切な大きさと速度ベクトルを持ったイン
ク滴を噴射させることができないからである。
【0004】この発明の目的は、インク滴の噴射方向と
流路溝11の長手方向が平行なインクジェットヘッドに
おいて、流路溝と積層圧電素子とノズル穴の接着位置精
度が確保しやすい、インクジェット記録ヘッドを提供す
ることである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明のインクジェットヘッドは、下記記載の構成を採
用する。積層圧電素子の変位を利用して、振動板を変形
させて流路溝内のインクを加圧し、加圧方向と直交する
流路溝の長手方向にノズル穴よりインク滴を噴射するイ
ンクジェット記録ヘッドであって、振動板を変形させる
積層圧電素子を接着した駆動素子ユニットと、一方の面
に駆動素子ユニットを、他方の面には振動板を接合する
固定部材と、固定部材と積層圧電素子とが一方の面に接
合される振動板と、前記振動板の他方の面に接合されて
いる、流路溝およびインク供給口を有する流路基板と、
固定部材と振動板と流路基板とに接合する、ノズル穴を
有するノズル板とからなり、前記流路基板と振動板と固
定部材と駆動素子ユニットには、加圧方向に2個の位置
決め用の2本のピンを嵌合させるための位置決め穴を有
し、前記流路基板には、加圧方向と直交する流路溝の長
手方向にも丸穴と長穴を有し、ノズル板には、前記丸穴
と長穴に対応する位置に2個の位置決め用の丸穴を有し
ている構成。
【0006】
【発明の実施の形態】図1は同インクジェットヘッドの
断面図、図2は同ヘッドの斜視図である。以下これらの
図を用いてインクジェットヘッドの概要構成を説明す
る。流路基板10と振動板14とを流路基板に形成され
た流路溝11側の面で接着し、流路溝11と振動板14
によって複数個の圧力室30を形成している。また振動
板14をはさんでもう一方の面に固定部材15を接着し
ている。また固定部材15の上部には窓16が設けら
れ、圧力室30の部分に開口している。また流路溝の一
端が貫通した垂直端面、すなわち流路基板10と振動板
14と固定部材15との積層端面にノズル板28をノズ
ル穴29と圧力室30が一致するように接着している。
また駆動素子ユニット17を、積層圧電素子22の自由
端が圧力室30一つ一つに対応するように固定部材の窓
16から挿入し振動板14に接着する。
【0007】ここで図2に示すようにこれらの部材の位
置関係は、ヘッドを組み立てる組み立て治具26上に2
本の位置決めピン27を設け、駆動素子ユニット17と
振動板14と流路基板10と固定部材15に治具上の2
本のピン27に対応する位置にピンに嵌合する径の位置
決め穴25a,25b,25c,25dを設け、治具上
のピン27によって位置決めを行う。またノズル板28
も他の部材と同様にノズル接着治具(図示せず)に2本
の位置決めピンを設け、そのピンと、ノズル板に設けた
ノズル位置決め穴13a及び流路基板10の端面に設け
たノズル位置決め穴13bを嵌合させ位置決めを行う。
【0008】このような構成のインクジェットヘッドの
任意の積層圧電素子22に電圧が印加されると厚さ方向
に必要量変位し、その自由端に接着された振動板14を
変形させる。圧力室30の一つの壁である振動板14の
変形によって圧力室30の容量が変化し、発生した圧力
によって対応するノズル穴29からインク的32が吐出
する。インク吐出には積層圧電素子22の一つ一つとそ
れに対応する圧力室30一つ一つの位置関係が極めて重
要であり、位置関係のばらつきはヘッドの性能ばらつき
に直接的に影響する。各部材の位置決めの基準となる2
本のピンを組み立てる部材自体にではなく組立治具26
の方に設けることで、位置決め嵌合の片一方であるピン
の径・距離等の精度を精密に作り込むことができ、それ
が生産を通して変わらない組み立ての絶対基準となるの
で部材の寸法ばらつきの影響が少なく、各部材が高精度
に位置決めされたインクジェットヘッドを生産できるよ
うになる。
【0009】次に駆動素子ユニット17について説明す
る。駆動素子ユニット17とは、セラミック等の絶縁材
料等に位置決め穴25dを設けた絶縁性基板21上に積
層圧電体20を接着し、積層圧電体20の上面からワイ
ヤーソー、ブレードソー等の機械加工手段で複数本の溝
を加工することで独立に駆動可能な積層圧電素子22に
分割したものであり、FPC(フレキシブル、プリン
ト、ケーブル)24の接点24aと、集電極23a集電
極23bとをハンダ付け等の方法で接続して外部から電
力を供給する。位置決め穴25dと分割された積層圧電
素子22の位置関係は、位置決め穴25d基準での溝加
工の精度で決まってくるが、他の方法では、積層圧電体
20への溝加工の後で、加工した溝を基準として位置決
め穴25dを加工することによって積層圧電体20の絶
縁性基板21への接着精度および溝加工精度を吸収する
ことができ、極めて高い位置決め精度が得られる。また
ここで積層圧電体20とは、圧電効果を有する20μm
程度の薄いペースト状の圧電材料板18上に銀を主成分
とするペースト状の電極層19を積層し、さらに圧電材
料板18と電極層19を順次複数積層した後に焼成する
ことで積層圧電体20を形成する。尚電極層19は一つ
一つの圧電材料板の両面に形成され一方が端面の集電極
23aに露出し、他方が対向する端面の集電極23bに
露出している。集電極23a,23bは積層圧電体20
にクロム、ニッケル、金を順次真空蒸着法等の薄膜形成
手段を施すことによって形成する。積層圧電体20の集
電極23aと23b間に電圧を印加すると一つ一つの圧
電材料板18に電界が発生し一つ一つの圧電材料板は厚
さ方向に微小な寸法だけ伸び、その集積として積層圧電
体20は厚さ方向に必要量変位する。
【0010】また振動板14は、電鋳法・エッチング・
プレス加工等で形成した厚さ3μm〜30μmの板状部
材で、材質はニッケル、ステンレス、PPS等を用い
る。位置決め穴25bはパターン加工の際外形などと同
時に形成する。また流路基板10は、積層圧電素子22
の一つ一つに対応した複数の流路溝11と、インク供給
口12を備えた樹脂材料の成型品あるいはセラミックス
を射出成型した部材である。流路溝11の一端は溝が形
成された面と直行する垂直な端面まで貫通していて、も
う一端は各流路溝が連通した共通溝31を形成し、共通
溝31はインク供給口12に連結している。また流路溝
は位置決め穴25aに対して位置出しされている。また
固定部材15は、駆動素子ユニット17を上から覆うよ
うな形の箱形部材で、上部に積層圧電素子22が収まる
大きさの窓16と位置決め穴25bが形成されている。
材質は樹脂材料の成型品あるいはセラミックスを射出成
型したものである。
【0011】またノズル板28は、流路基板10の流路
溝11の一つ一つに対応した直径20μm〜40μmの
小穴を備えた部材で、電鋳法によって形成したニッケル
板または、塑性加工によって形成したステンレス板等を
用いる。ノズル板28を接着する際、接着面すなわち流
路基板10と振動板14と固定部材15の積層面に各部
材間の段差があると接着が正常にできなくて隣接ノズル
間でのインクのリークやノズル剥がれ等の問題が生じ
る。従ってノズル接着面は段差のない平滑面であること
が要求される。しかし各部材の精度と組立精度のみでノ
ズル接着面の段差をなくすことは困難なため、流路基板
10と振動板14と固定部材15とを接着した後ノズル
接着面を研削もしくはラップ加工して平面度数μmの平
滑面にすることによって、ノズル板28の接着時におけ
る信頼性が大幅に向上する。さらにノズル接着面の研削
もしくはラップ加工のことをいえば、流路基板10と固
定部材15の材質が違うと、材質からくる加工レートの
差あるいは弾性率の差によって加工によって逆に段差が
できてしまい高精度な平滑面にする事が困難である。従
ってノズル板接着面を研削もしくはラップ加工する際に
は、流路基板10と固定部材15を同じ材質にすること
によって加工後高精度な平滑面を得ることができる。
【0012】図3及び図4は本実施例のインクジェット
ヘッドのノズル接着面方向での断面図である。ここで駆
動素子ユニットの接着についてこれらの図を用いて説明
する。 積層圧電素子22の自由端に接着剤33を塗布
し、振動板14の圧力室30に対応したポイントに接着
する場合について説明する。積層圧電素子22の自由端
及び振動板14の接着面は共にフラットな面である。振
動板14は厚さ3〜30μmほどの薄板部材で剛性が低
いうえに、裏側の流路基板10が圧力室となって逃げて
いるので、振動板14に積層圧電素子22の自由端を押
しつけただけでは接着圧力をコントロールすることが困
難で、各圧電素子間の接着状態がばらついたり接着不良
を起こす等の原因となる。
【0013】そこで、この発明では図3aのように積層
圧電素子22の自由端を振動板14に接着する際、積層
圧電素子22の自由端のうち、圧力室30と対応した駆
動部のみに接着剤33を塗布し、両サイドの非駆動部に
は接着剤を塗布しないで振動板14に押しつける。こう
することによって両サイドの非駆動部は直接振動板14
に突き当たるが、駆動部は接着剤33が塗布されている
ため接着剤厚み分だけ振動板14を押すことになる。振
動板14は低剛性であるので押されることによって撓む
が、その反力が接着面にかかる。従って駆動部に塗布す
る接着剤33にスペーサを添加する等で接着厚さをコン
トロールすることによって、全ての積層圧電素子の駆動
部を均一に、しかも適正な接着圧力で接着することが可
能となる。 なお、駆動素子ユニット17は積層圧電素
子22の自由端を振動板14に接着した後固定部材15
に固定する。固定方法は固定部材15と絶縁性基板21
との隙間に接着剤34を充填しておこなう(図3b参
照)。
【0014】図4は積層圧電素子22の自由端を振動板
14に接着する他の例を示した図である。ここでは積層
圧電素子22の自由端全てに接着剤33を塗布するが、
圧力室30に対応した駆動部と両サイドの非駆動部の接
着剤にそれぞれスペーサ35a,35bを添加し、駆動
部の接着厚みが非駆動部より厚くなるように、駆動部の
スペーサ35aを非駆動部のスペーサ35bより大きく
している。この例でも積層圧電素子22の自由端を振動
板14に押しつけたときは、駆動部と非駆動部のスペー
サの厚みの差分だけよけいに振動板14の圧力室30に
対応する部分が押され、その反力が接着面にかかる。従
って接着圧力をコントロールするには積層圧電素子22
の駆動部と非駆動部にそれぞれ添加するスペーサの大き
さをコントロールすればよい。この例は、2種類のスペ
ーサ35a,35bを用いるため接着剤のスペーサの管
理がめんどうだが、積層圧電素子22の非駆動部分にも
接着剤を塗布するため、振動板14と駆動素子ユニット
17の固定力が増し、振動板14に駆動素子ユニット1
7を接着してから固定部材15に固定するまでのハンド
リング性を向上させるというメリットを持っている。更
に図示はしていないが、前述の2つの例の中間的な例と
して、積層圧電素子22の非駆動部分にはスペーサを添
加しない接着剤のみを塗布し、駆動部にはスペーサを添
加した接着剤を塗布するということも考えられる。そう
すれば1種類のスペーサの使用でしかも駆動素子ユニッ
トと振動板の固定力を増すことができる。
【0015】
【発明の効果】この発明によれば、インク滴の噴射方向
と流路溝11の長手方向が平行なインクジェットヘッド
において、流路溝と積層圧電素子とノズル穴の接着位置
精度が確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例のインクジェットヘッドを表す
断面図。
【図2】本発明の実施例のインクジェットヘッドを表す
分解斜視図。
【図3】本発明の実施例の駆動素子ユニットと振動板の
接着方法を示す部分断面図。
【図4】本発明の実施例の駆動素子ユニットと振動板の
接着方法を示す部分断面図。
【符号の説明】
10 流路基板 11 流路溝 12 インク供給口 14 振動板 15 固定部材 17 駆動素子ユニット 27 ピン 28 ノズル板 29 ノズル穴 41 積層圧電素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−126968(JP,A) 特開 平4−185345(JP,A) 特開 昭59−111857(JP,A) 特開 平7−285223(JP,A) 特開 平2−62244(JP,A) 特開 昭56−84659(JP,A) 特開 平5−177838(JP,A) 特開 平4−344251(JP,A) 特開 平8−156270(JP,A) 国際公開95/26271(WO,A1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B41J 2/045 B41J 2/055 B41J 2/16

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 積層圧電素子(22)の変位を利用し
    て、振動板を変形させて流路溝(11)内のインクを加
    圧し、加圧方向と直交する流路溝の長手方向にノズル穴
    (29)よりインク滴を噴射するインクジェット記録ヘ
    ッドであって、振動板を変形させる積層圧電素子(2
    2)を接着した駆動素子ユニット(17)と、一方の面
    に駆動素子ユニットを、他方の面には振動板を接合する
    固定部材(15)と、固定部材(15)と積層圧電素子
    (22)とが一方の面に接合される振動板と、前記振動
    板の他方の面に接合されている、流路溝(11)および
    インク供給口(12)を有する流路基板(10)と、固
    定部材と振動板と流路基板とに接合する、ノズル穴を有
    するノズル板とからなり、 前記流路基板と振動板と固定部材と駆動素子ユニットに
    は、加圧方向に2個の位置決め用の2本のピンを嵌合さ
    せるための位置決め穴を有し、 前記流路基板には、加圧方向と直交する流路溝の長手方
    向にも丸穴と長穴を有し、ノズル板には、前記丸穴と長
    穴に対応する位置に2個の位置決め用の丸穴を有し、 積層圧電素子(22)と振動板とを接合する接着剤にス
    ペーサを添加したことを特徴とするインクジェットヘッ
    ド。
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