JP4599748B2

JP4599748B2 - インクジェットヘッドおよびその製造方法

Info

Publication number: JP4599748B2
Application number: JP2001116854A
Authority: JP
Inventors: 敦伊藤
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2001-04-16
Filing date: 2001-04-16
Publication date: 2010-12-15
Anticipated expiration: 2021-04-16
Also published as: JP2002307678A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インク滴を噴射して記録媒体上に記録をおこな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】
インクジェットヘッドとして、インクを収容するインク溝を２列あるいは複数列備えた、いわゆるマルチノズル型のものがあり、特開平１０−２７２７７１号公報には、この例が開示されている。
【０００３】
図１〜図３は、上記インクジェットヘッドの一例を示す。インクジェットヘッドは、インクを収容するインク溝を有する２つの基板１０、４０と、両者間に挟まれたカバー板３０と、インク溝に対応するノズル孔３３を有するノズル板３２から構成されている。２つの基板１０、４０は、はほぼ同構成であるので、主として一方の基板１０について説明し、基板４０については基板１０の各部分１０ａ〜１０ｆと対応する部分を４０ａ〜４０ｆと書き換えて説明を省略する。
【０００４】
基板１０には、インクを収容する複数のインク溝２１と、空間となる複数のダミー溝２２とが交互に平行形成され、その両溝間は隔壁２４で隔てられている。インク溝２１とダミー溝２２は、同じ幅、深さに形成される。隔壁２４は、その高さ方向に相互に逆に分極（図３の矢印Ｐ）した２つの圧電材料を、同じく高さ方向に積層して構成される。本実施の形態において、隔壁２４は、高さ方向の２つの部分ともが圧電材料である必要がなく、少なくとも一方が圧電材料であればよい。
【０００５】
インク溝２１は、その長手方向を基板１０の一方の面１０ａに開放しかつ長手方向両端を基板１０の前後両端面１０ｂ、１０ｃに開放して形成されている。ダミー溝２２は、その長手方向を基板１０の一方の面１０ａに開放し、かつ長手方向一端を基板１０の前端面１０ｂに開放して形成されているが長手方向他端を基板の後端面１０ｃに対して壁２３で閉鎖されている。両溝２１、２２の長手方向の開放面は、上記面１０ａに接着したカバー板３０により覆われている。基板１０の前端面１０ｂには、ダミー溝２２と連続した縦溝２５が形成され、縦溝２５は、基板の一方の面１０ａと反対がわの面１０ｄに接続している。
【０００６】
基板１０の後端面１０ｃには、マニホールド３１（図２）が接続され、図示しないインク供給源から供給口３１ａに供給されたインクが複数のインク溝２１に供給される。ダミー溝２２の後端は壁２３によって覆われているので、インクは供給されない。
【０００７】
２つの基板１０、４０が同色のインクを使用する場合には、１つのマニホールド３１が両基板の後端面１０ｃ、４０ｃにまたがって接合され、両基板に共通のインクを供給するように構成することができる。また、２つの基板１０、４０が別々の色のインクを使用する場合には、両基板の後端面にそれぞれ別のマニホールドが接合される。
【０００８】
基板１０の前端面１０ａには、各インク溝２１の前端に対向するノズル孔３３を複数有するノズル板３２が接合される。
【０００９】
図３に示すように、インク溝２１およびダミー溝２２の内側面、すなわち隔壁２４の側面には、電極２６ａ、２６ｂがそれぞれ形成され、ダミー溝２２の内で対向する電極２６ｂ、２６ｂは溝底に沿って形成された分離溝２７によって相互に絶縁されている。前記一方の面１０ａと反対がわの他方の面１０ｄには、接続端子２８ａ、２８ｂが整列して形成されている。１つのインク溝２１の両外がわに位置する各電極２６ｂ、２６ｂは、ダミー溝２２に連続して形成された縦溝２５の側面に形成された導電層を介して１つの接続端子２８ｂに接続している。縦溝２５の側面の導電層は、ダミー溝２２内の各電極２６ｂ、２６ｂと同様に溝底で分割されており、ダミー溝２２内で対向する電極２６ｂ、２６ｂは、それぞれ別の接続端子２８ｂ、２８ｂに接続している。
【００１０】
複数の接続端子２８ｂの外がわに位置する、他方の面１０ｄ上の導電層は、接続端子２８ａを構成する。この接続端子２８ａは、基板１０の後端面１０ｃ上の導電層を介してすべてのインク溝２１内の電極２６ａと接続している。電極２８ａと電極２８ｂ間、および電極２８ｂどうしの間は、分離溝２９によって絶縁されている。
【００１１】
電極２８ａ、２８ｂには、図示しないフレキシブルな配線材がハンダ接合され、外部の噴射パルス信号発生源に接続される。
【００１２】
接続端子２８ａすなわちすべてのインク溝２１内の電極２６ａをアースし、インクを噴射しようとするインク溝２１に対応する電極２８ｂを介して電極２６ｂ、２６ｂにパルス信号を印加すると、図３に示すように、そのインク溝２１の両がわの隔壁２４、２４に分極方向Ｐと直交する電界Ｅが生じる。その結果、隔壁の上部および下部がそれぞれ反対方向に圧電厚みすべり変形し、全体としてインク溝の２１の容積を拡大する。それにより、マニホールド３１からインク溝２１内にインクを吸引する。その後、パルス信号の印加を停止すると、隔壁２４が復帰して、インク溝内のインクに圧力が加えられ、インクは、ノズル孔３３からインク滴として噴射される。
【００１３】
以下に、上記インクジェットヘッドの製造方法を説明する。
【００１４】
まず、基板１０を形成するために、予め厚さ方向に分極された圧電材料１１、１２を接着する。そして、図４に示すように、両圧電材料１１、１２にわたってインク溝２１、ダミー溝２２および縦溝２５となる溝を、回転工具例えばダイヤモンドブレード５１によって研削すなわち機械加工する。このダイヤモンドブレード５１は、特開平１−１４０９７０号公報および特開平３−１１７５６５号公報に開示されているように、複数のブレード部５１ａを一体に有するものを使用するが、インク溝２１とダミー溝２２は、後端の壁２３の有無において形状が異なり、それらを同時に加工することができないので、一方ずつ加工する。さらに、図５に示すように、ダイヤモンドブレード５１のブレード部５１ａは、インク溝２１の１個おきに対応している。加工に際して基板１０、４０を、その後端面１０ｃ、４０ｃどうしが対向するように置く。ダイヤモンドブレード５１を回転しながら基板１０と相対移動させ、基板１０に１つおきのインク溝２１ｅを加工する。次に、ダイヤモンドブレード５１と基板４０とを、正規のインク溝のピッチに対して半ピッチずらし、基板４０に同様にインク溝２１ｅを加工する。そして、ダイヤモンドブレード５１と基板１０とを、破線で示すようにブレード部５１ａの半ピッチ分ずらして、基板１０に形成したインク溝２１ｅ間に、残りのインク溝２１ｆを加工し、同様に、基板４０にも残りのインク溝２１ｆを加工する。
【００１５】
ダミー溝２２の加工も、同じダイヤモンドブレード５１を使用し、上記とほぼ同じ動作を繰り返して、インク溝２１間とそのインク溝２１の列の一方の端に、複数のダミー溝２２を加工する。ただし、ダミー溝２２の加工に際しては各溝の後端に壁２３を残すようにダイヤモンドブレード５１を基板１０の後端の手前で上昇させる必要がある。縦溝２５も同じダイヤモンドブレード５１を使用し、ダミー溝２２に連続して加工することができる。
【００１６】
このように、２つの基板１０、４０を組にして、インク溝２１、ダミー溝２２を連続加工するのは、ダイヤモンドブレード５１のフレード部５１ａの摩耗等の加工条件が、２つの基板１０、４０に対してほぼ均一になり、図５に破線矢印で示すように、両基板１０、４０を、インク溝２１、ダミー溝２２の配列関係をそのままにして向かい合わせるように組み合わせると、両列のインク溝２１、２１の寸法、ひいては噴射特性を揃えることができるためである。
【００１７】
なお、上記のようにダイヤモンドブレード５１を使用して、複数のインク溝２１、ダミー溝２２を加工すると、それらの溝の列の一方の端にダミー溝２２が位置し、他方の端（図５において右端）にインク溝２１ａが位置することになるが、端のインク溝２１ａにはインクを供給せず、インク噴射のための溝としては使用しない。
【００１８】
そして図６に示すように、上記のように溝を加工した基板１０、４０に、各溝の内面を含む全面にわたって導電層５２を、メッキ等によって形成する。次に図７に示すように、基板の前記一方の面１０ａを平面研削することによって、その面１０ａ上の導電層を除去する。さらにダミー溝２２および縦溝２５の溝底に沿って、レーザ照射機５３から発射したＹＡＧレーザ光を照射して、その溝底の導電層をアブレーション加工により除去し、分割溝２７を形成する。
【００１９】
その後、図８に示すように、基板１０、４０を、インク溝２１とダミー溝２２が対向するように、カバー板３０の両面に接着剤により接合する。そして、両基板１０、４０の前端面１０ｂ、４０ｂをカバー板３０とともに１つの平面に揃えるために、その面を平面研削する。このとき同時に前端面１０ｂ、４０ｂの導電層を除去することで、インク溝２１内の導電層とダミー溝２２内の導電層は、分離されて、それぞれ電極２６ａ、２６ｂとなる。
【００２０】
また、基板４０の面４０ｄ上の導電層に対してレーザ照射機５３からＹＡＧレーザ光を照射しながら、レーザ照射機５３と基板４０とをＸ−Ｙ方向に相対移動することで、面４０ｄ上の導電層をアブレーション加工により除去して、分離溝２９を形成し、接続端子２８ａ、２８ｂを分割形成する。基板１０の面１０ｄに対しても同様に接続端子２８ａ、２８ｂを形成する。
【００２１】
そして、基板１０、４０の積層体の後端面にマニホールド３１を接着剤により接合し、前端面にノズル板３２を接着剤により接合することで、インクジェットヘッドは完成する。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
上記の構成では、２つの基板１０、４０の対向方向のインク溝２１、ダミー溝２２は、ほぼ均一に加工されるが、ダイヤモンドブレード５１の１つのブレード部５１ａに製作誤差があると、上記のように同じブレード部５１ａによって、両基板で互い違いになって隣接する４つのインク溝２１を加工するから、図９に示すように、ノズル孔３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄからの噴射量が大きくなってしまい、これによる印字ドットＡが、他の部分の印字ドットＢに比して大きくなり、印字むらになって現れる。また、複数のブレード部５１ａが不均一に摩耗することによっても、このような状況になりやすい。
【００２３】
このように、１つのブレード部５１ａの誤差が、４倍になって印字結果にあらわれ、印字品質を悪くしていた。
【００２４】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、ダイヤモンドブレード等の加工手段に誤差があっても、印字結果において目立たなくすることができるインクジェットヘッドおよびその製造方法を提案する。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明は、噴射するインクを収容する複数のインク溝を複数列、平行に備えるインクジェットヘッドにおいて、前記複数のインク溝は、列装した複数の同じ種類の切削工具を用いて加工されたものであって、異なる列間で隣接するインク溝どうしを、前記列装した複数の同じ種類の切削工具のうちの互いに異なる切削工具で形成されたものとする。つまり、１つの切削工具に誤差があっても、異なる列間で隣接するインク溝どうしを、それと異なる状態の切削工具によって形成することで、誤差が倍増してあらわれることのないようにする。
【００２６】
具体的には、各列の複数のインク溝を、列装した複数の切削工具で形成し、その切削工具の列に対応するインク溝の列方向が、逆に向きになるように、各列の複数のインク溝を組み合わせる。これにより、同じ切削工具により形成した溝が異なる列間で隣接するインク溝には、１つの切削工具に誤差があっても、誤差が倍増してあらわれることのないようにする。
【００２７】
さらに具体的には、前記各列の複数のインク溝をそれぞれ異なる基板に形成し、その基板を積層してインクジェットヘッドを構成する。
【００２８】
また、本発明は、上記インクジェットヘッドを好適に製造する方法を提供する。その１つは、列装した複数の同じ種類の切削工具で複数列のインク溝を形成し、他の列との間で隣接するインク溝どうしが、前記列装した複数の同じ種類の切削工具のうちの互いに異なる切削工具で形成されたものとなるように、複数列のインク溝を組み合わせ、インク溝を複数列、平行に備えるインクジェットヘッドを製造する。
【００２９】
上記製造方法において、具体的には、各列の複数のインク溝をそれぞれ異なる基板に形成し、各列の複数のインク溝を、切削工具に対応する列方向が逆になるように、各基板を組み合わせることが好ましい。あるいは、切削工具による基板へのインク溝形成が複数回、間に入った各基板どうしを組み合わせることもできる。
【００３０】
また、他の製造方法は、複数のインク溝をｎ（ｎ＝整数）個おきに列装した複数の同じ種類の切削工具で形成し、その形成したインク溝間に、前記切削工具と同じ種類であって、かつ異なる切削工具で、残りのインク溝を形成する。この場合も、インク溝を間隔を置いて形成した後、そのインク溝とは、切削工具に対応する列方向が逆になるように、材料または切削工具を反転するなどして、そのインク溝間に、残りのインク溝を形成することが好ましい。
【００３１】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態は、従来の技術で説明した図１から図３の構成と同一構成であり、また図４、図６〜図８で説明した製造工程も同一である。本発明の好ましい実施の形態は、図１０、図１１に示す。
【００３２】
図１０は、本発明の第１の実施の形態の基板１０、基板４０を製造する過程を説明するものである。この実施の形態では、基板１０、基板４０は、同じ向きに平行に、つまり一方の後端面１０ｃと他方の前端面４０ｂを対向させて配置される。そして、従来の技術で説明したものと同様に、ダイヤモンドブレード５１により基板１０および基板４０に１つ置きのインク溝２１ｅを加工し、さらにそのインク溝の間に残りのインク溝２１ｆを加工する。さらにそのインク溝間にダミー溝２２を同じダイヤモンドブレード５１で加工する。この場合、図５の従来の技術の場合とは、基板１０と基板４０との間で、インク溝２１、ダミー溝２２のずれ方向が異なるので、基板１０から基板４０へ加工が移る際にダイヤモンドブレード５１と基板との相対的な移動方向を考慮する必要がある。つまり、各基板１０、４０の例えば図１０において左端２個ずつのインク溝２１は、ダイヤモンドブレード５１の左端の１つのブレード部５１ａで加工されている。
【００３３】
そして、基板１０と基板４０とをカバー板３０を介して組み立てる際、図１０に破線矢印で示すように、基板４０の左右を反転して基板１０の溝と対向させる。この結果、ダイヤモンドブレード５１の各ブレード部５１ａに対応する溝の配列方向は、両基板１０、４０で逆になる。つまり、例えばダイヤモンドブレード５１の左端のブレード部５１ａで加工されたインク溝２１は、基板１０では左端に位置するが、基板４０では右端となる。また、基板１０の左端のインク溝２１に隣接する基板４０のインク溝２１は、ダイヤモンドブレード５１の右端のブレード部５１ａで加工されたものとなる。例えば、ダイヤモンドブレード５１の左端のブレード部５１ａがわずか大きく製作されていたとしても、右端のブレード部５１ａは、それとは異なる状態にあると考えられるから、図１２に示すように、同じブレード部で加工されたインク溝に対応するノズル孔３３ａ、３３ｂから噴射されたドットの間に、他のブレード部で加工されたインク溝に対応するノズル孔から噴射されたドットが位置することになり、印字むらを少なくすることができる。
【００３４】
なお、上記場合好ましくは、基板１０、４０をそれぞれ図１０において左右方向に偶数個並べ、ダイヤモンドブレード５１をそれに対応した長さに製作し、偶数組の基板を一度に加工する。このようにすると、基板４０を反転させて基板１０と対向させたとき、基板１０、４０の中央において、同じブレード部で加工されたインク溝どうしが隣接することがない。また、１組あるいは奇数組の基板を加工する場合、各基板に対応するブレード部５１ａの数を奇数にするよりも偶数にした方が、中央寄りのブレード部の製作誤差が分散される。
【００３５】
さらに、基板１０、４０の組を図１０において上方に複数組み並べ、これらを１つのダイヤモンドブレードによって順次加工し、数個おきの基板１０と基板４０とを組み合わせて１つのヘッドとすることもできる。このようにしても、ダイヤモンドブレード５１の摩耗状態が異なるインク溝どうしが互い違いに隣接することになるから、印字むらが少なくなる。
【００３６】
図１１は、本発明の第２の実施の形態の基板を製造する過程を説明するものであり、この実施の形態では、１つの基板１０において、インク溝２１の加工誤差の偏りを少なくするものである。この場合、ダイヤモンドブレード５１は、前記実施の形態と同じものを使用し、基板１０に１個おきにインク溝２１ｅを形成することも前記実施の形態と同様である。この後、ダイヤモンドブレード５１と基板１０とを、図１１に破線矢印で示すように、左右反転し、先に形成したインク溝２１ｅ間に残りのインク溝２１ｆを形成する。またダミー溝２２の誤差は隔壁２４の厚さに影響するので、ダミー溝２２も同様に、１個おきに形成した後、基板１０をダイヤモンドブレード５１に対して相対的に反転し、残りを形成することが望ましい。
【００３７】
このようにすることで、先に形成したインク溝２１ｅ間に、状態の異なるブレード部によって加工されたインク溝２１ｆが位置することになり、インク溝２１の加工誤差が分散され、印字むらがすくなくなる。
【００３８】
また、図１１に実線と一点鎖線で示すように、２つのダイヤモンドブレード５１、５２を用意し、１つのダイヤモンドブレード５１で１つおきのインク溝２１ｅを加工した後、もう１つのダイヤモンドブレード５２で残りのインク溝２１ｆを加工することによっても、インク溝２１の加工誤差を分散することができる。
【００３９】
なお、上記各実施の形態では、ダイヤモンドブレード５１の１回の動作によって１つおきのインク溝を形成したが、２以上のｎ（ｎ＝整数）個おきにインク溝を形成し、２回以上のダイヤモンドブレード５１の動作によって全インク溝を完成するようにしてもよい。
【００４０】
また、本発明は、隔壁２４が圧電厚みすべり変形するものだけでなく、特許第２８７３２８７号公報に記載のように縦効果または横効果変形するものにも適用でき、さらに、特許第３１３２２９１号公報に記載のように１つの基板の両面に２列のインク溝を形成するものにも適用することができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように、本発明のインクジェットヘッドおよびその製造方法によれば、インク溝に加工誤差等があっても、印字結果において印字むらを少なくすることができるので、印字品質の優れたインクジェットヘッドを安価に製造することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】インクジェットヘッドの分解斜視図である。
【図２】図１の一部水平断面図である。
【図３】図１の一部縦断面図である。
【図４】基板にインク溝、ダミー溝を加工する過程を説明する斜視図である。
【図５】従来のインク溝、ダミー溝を加工する過程を説明する平面図である。
【図６】基板に導電層をメッキする製造過程を説明する斜視図である。
【図７】基板の導電層に分割溝を形成する製造過程を説明する斜視図である。
【図８】２つの基板を組み合わせ裏面の導電層に分離溝を形成する製造過程を説明する斜視図である。
【図９】従来のインクジェットヘッドでの印字状態を説明する平面図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態のインクジェットヘッドの製造過程を説明する図で、インク溝とダミー溝を形成する過程の平面図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態のインクジェットヘッドの製造過程を説明する図で、インク溝とダミー溝を形成する過程の平面図である。
【図１２】本発明の第１の実施の形態のインクジェットヘッドでの印字状態を説明する平面図である。
【符号の説明】
１０、４０基板
２１インク溝
５１ａダイヤモンドブレードのフレード部（加工手段）

Claims

噴射するインクを収容する複数のインク溝を複数列、平行に備えるインクジェットヘッドにおいて、前記複数のインク溝は、列装した複数の同じ種類の切削工具を用いて加工されたものであって、異なる列間で隣接するインク溝どうしが、前記列装した複数の同じ種類の切削工具のうちの互いに異なる切削工具で形成されたものであることを特徴とするインクジェットヘッド。
請求項１において、列装した複数の前記切削工具で形成した前記各列の複数のインク溝を、前記切削工具に対応する列方向が逆になるように、他の列の複数のインク溝と対応させたことを特徴とするインクジェットヘッド。
請求項１または２において、前記各列の複数のインク溝はそれぞれ異なる基板に形成され、その基板が積層されて構成されていること特徴とするインクジェットヘッド。
噴射するインクを収容する複数のインク溝を複数列、平行に備えるインクジェットヘッドの製造方法において、
列装した複数の同じ種類の切削工具で前記各列の複数のインク溝を形成し、
異なる列間で隣接するインク溝どうしが、前記列装した複数の同じ種類の切削工具のうちの互いに異なる切削工具で形成されたものとなるように、前記各列の複数のインク溝を組み合わせることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
請求項４において、
前記各列の複数のインク溝をそれぞれ異なる基板に形成し、
前記各列の複数のインク溝を、前記切削工具に対応する列方向が逆になるように、前記各基板を組み合わせることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
請求項４において、
前記各列の複数のインク溝をそれぞれ異なる基板に形成し、
前記切削工具による前記基板へのインク溝形成が複数回、間に入った各基板どうしを組み合わせることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
噴射するインクを収容する複数のインク溝をｎ（ｎ＝整数）個おきに列装した複数の同じ種類の切削工具で形成し、
前記の形成したインク溝間に、前記切削工具と同じ種類であって、かつ異なる切削工具で、残りのインク溝を形成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。
請求項７において、前記の形成したインク溝とは、前記切削工具に対応する列方向が逆になるように、そのインク溝間に、残りのインク溝を形成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。