JPH068429A - 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】 【目的】 ノズル配置を高密度化すると共に振動子群組
み込み時の圧力室に対する位置精度を向上させること、
複数の振動子を確実に固定すること、よってインク滴の
安定吐出を実現することを図る。 【構成】 同一平面上に並んだ複数の圧力室と、各々の
該圧力室に対しその一端部により選択的に加圧する、他
端で互いに連結した複数の振動子から成る振動子群と、
該振動子群には治具により案内可能で該案内により前記
圧力室に対し配置する為の位置決め部１４とを備え、さ
らに前記配置された該振動子群を固定部材を介して固定
する固定プレート１０とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はインク滴の吐出によって
記録を行うインクジェット記録装置に適したインクジェ
ットヘッドおよびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】振動子の一端部の変位により圧力室内の
インクを加圧し、圧力室に連通するノズルよりインク滴
を吐出する、本発明の基本構成に最も近いインクジェッ
トヘッドは特開平３ー２６４３６０に開示されている。
その構造を図１４に示す。

【０００３】この種のヘッドは低電圧駆動、高密度化、
振動子の高パワー化の可能性を有し、優れた吐出特性を
も備えるが、反面、細長い振動子を倒れを生じることな
く、圧力室に対していかに高精度に、合理的に配置する
かと言った課題がある。特に高密度化を行うと振動子が
細く且つ密に並ぶためこの種のヘッドにとって益々大き
な課題となる。

【０００４】例えばノズルピッチを１８０ＤＰＩ、すな
わち１４１μｍピッチのとき、圧力室幅は１００μｍ前
後、振動子幅は７０〜８０μｍと非常に微細な構造を呈
す。そして振動子と各圧力室の位置ずれを１０〜１５μ
ｍ以下に抑えなければ振動子は圧力室におさまらなくな
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】先の従来例によればく
し歯状を呈した振動子２３は支持部２２をガイドとして
インク室ブロック２４に配置されているようである。圧
力室の位置及びピッチ精度、圧力室と支持台２１および
支持部２２の精度、振動子２３と支持部２２のクリアラ
ンス、各振動子２３のピッチ精度を勘案するとそれぞれ
に数μｍの精度が要ることになる。

【０００６】この高精度位置決めの要求に答えるには支
持台及び支持部（本発明に於いては固定プレートに相当
する）には上記のごとく数μｍの精度が必要であるが、
現在の加工技術からみて部品に非常な高精度を要求する
ことはマスプロダクションにおける品質ばらつきを許容
するか、非常に高価な部品を許すことになる。

【０００７】また振動子の倒れを防ぐには支持部を長く
すれば改善できるが、振動子自身が長くなり振動子のハ
ンドリングやコストアップにつながる。

【０００８】振動子と支持部のクリアランスは振動子の
位置精度及び倒れを生む、しかしクリアランスをゼロに
近づけると接着剤が入らず振動子の固定が甘くなって、
圧力室側に所要の変位が出ない。

【０００９】またこの構造では振動子と支持部との接合
の際に振動子が支持部からはずれてしまうと言った問題
もある。

【００１０】本発明は上記した従来の重要な問題点を解
決して、振動子を高密度に配置でき、且つ圧力室に対し
て位置決め精度が高く、従って安定した吐出特性が得ら
れ、また組立の簡単化をも実現したインクジェットヘッ
ドを提供するもである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】そこで本発明によるイン
クジェットヘッドでは、同一平面上に並んだ複数の圧力
室と、各々の該圧力室に対しその一端部により選択的に
加圧する、他端で互いに連結した複数の振動子から成る
振動子群と、該振動子群には治具により案内可能で該案
内により前記圧力室に対し配置する為の位置決め部とを
備え、さらに前記配置された該振動子群を固定部材を介
して固定する固定プレートとを備える。また本発明によ
れば、同一平面上に複数の圧力室を有するチャンバープ
レートを形成する工程、他端で互いに連結した複数本の
振動子からなる振動子群を形成する工程、前記チャンバ
ープレートに固定プレートを結合する工程、前記振動子
群に設けた位置決め部を案内としてチャンバープレート
に振動子群を配置する工程、配置した振動子群を結合部
材により前記固定プレートに結合する工程より成る製造
方法で製造される。

【００１２】

【実施例】以下に本発明の実施例に沿って詳細に説明す
る。

【００１３】先ず図１（ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明によ
るインクジェットヘッドのチャンバープレート３０の製
造方法の一実施例を模式的に示したものである。図１
（ａ）において、ノズル６を有するノズルプレート４に
厚さ５０μｍのドライフィルムレジスト４１を２層ラミ
ネートし、所要のパターンをもつマスク４３ａを介して
紫外線露光する、次にその上にさらに同様のフィルムを
１層ラミネートして別のマスク４３ｂを介して露光す
る、そして以上のドライフィルムを現像処理すれば圧力
室、圧力室からノズルに到る流路、各圧力室共通のイン
ク室等の流路を得ることができる。マスク４３ａ、４３
ｂをノズルプレートの基準穴に合わせて露光を行うの
で、流路はその基準穴基準で形成される。一方図１
（ｂ）に示すように、圧力室プレート５側にも同様にし
てノズルプレート４側と相符合する流路を作る。そして
図１（ｃ）に示すように、以上の２体を両基準穴を合わ
せて加熱、加圧下で融着せしめれば圧力室７ａ、圧力室
７ａからノズル６に連通する流路７ｃ、各圧力室共通の
インク室７ｂを備えたチャンバープレート３０が完成す
る。

【００１４】ノズルプレート４の板厚は３０〜１２０μ
ｍ程であり、ノズル６はニッケル電鋳、ステンレスプレ
ートへのプレス加工、プラスチックフィルムに対するレ
ーザー加工、のいずれかで製造できる。

【００１５】チャンバープレート３０をさらに説明する
ため、図２にノズルプレート４、ドライフィルムから成
る流路部７、圧力室プレート５に分けた分解斜視図を示
した。ノズルプレート４は等ピッチで並んだインク滴吐
出ノズル６を２列備える。流路はノズルと同ピッチで並
んだ長方形状の圧力室７ａを２列と各圧力室共通のイン
ク室７ｂを備える。ノズルピッチ、圧力室ピッチは共に
後述の振動子のピッチと同じである。

【００１６】尚、離れて存するノズル穴６ａは流路７ｄ
を通じて共通インク室７ｂ内の気泡を排出するためのも
のである。

【００１７】図３（ａ）（ｂ）（ｃ）に振動子１と支持
基板２から成る振動子群３１の組立実施例を斜視図で示
す。支持基板２はＵ字形の切りかき２ｂを有し、その片
面に薄膜電極２ｖが付けられている。支持基板２の薄膜
電極面に板状の振動子プレート１ｂを接着剤または半田
等ろう付けにより接合する。このとき治具を用いて切り
欠き２ｂと振動子プレート１ｂの一端１ｃの距離、すな
わち振動子１の自由端長さＬを規格に正確に合わせるこ
とが必要変位量を得る上で肝要である。また、振動子先
端１ａがチャンバープレート３０に接合できるために
は、振動子プレート１ｂの前記一端１ｃには予め回転ブ
レードによるスライシングマシンで数μｍの真直度を出
しておくことも重要である。さらに、後の図６で説明す
る組立方法の場合、支持基板２の側面２ｄと振動子プレ
ート１ｂの側面１ｄ間の距離をも正確に合わせる。

【００１８】次に回転ブレードやワイヤソー等を使った
スライシングマシンで、側面１ｄを基準として振動子プ
レート１ｂと支持基板２上の薄膜電極２ｖを同時に切断
し、振動子１および振動子両サイドの度決め部１ｆを短
冊状に作ると共に薄膜電極を分割して各振動子毎の引出
し電極２ｖを作る。このとき支持基板２をもわずかだが
切り込むことになる。

【００１９】各振動子１のピッチ精度はスライシングマ
シンの送り精度で決まり、５μｍ前後かそれ以下に加工
可能である。尚、図３では図面簡略化のため振動子１を
４本とした。

【００２０】私どもの開発ヘッドによれば振動子１は１
／１８０インチ（１４１μｍ）のピッチで２４本並び、
その振動子１の寸法は幅７０μｍ、厚さ５００μｍ、自
由端長さＬは５ｍｍであった。また度決め部１ｆは幅５
００μｍとして組み込みに耐える強度を確保した。振動
子には低電圧で大きな変位量と変位速度を得るため、且
つ振動子の剛性を得るため２５μｍ厚の圧電材を電極を
介して多層に積層した積層型圧電振動子を用いた。

【００２１】支持基板２には後述する振動子群の組立に
備えて、両サイドに位置決め部２ａを設ける。従ってこ
こには良好な板厚精度、平坦度、また場合によっては側
面２ｄの真直度を具備させる。

【００２２】支持基板２は他に振動子１を強固に固定
し、且つ振動子にソリや曲げを発生させないこと、また
各振動子１間にクロストークを起こさないこと、接合部
では電気的接続が可能なこと、等の諸機能を担う。従っ
て、支持基板２は平坦性を有し、高ヤング率、またでき
るだけ振動子に近い熱膨張率の材料が適す。材料として
はプラスチック、金属も可能であるが、望ましくはセラ
ミック材が最もよい結果であった。

【００２３】本発明によるインクジェットヘッドの基本
構成を理解するため、以上に説明したチャンバープレー
ト３０、振動子群３１を用いたヘッドの分解斜視図を図
４に示した。図５はある流路に着目した断面図である。
図４では２個の前述した振動子群３１をチャンバープレ
ート３０に配置している。支持基板２の薄膜電極２ｖに
リード３が接続しており、電力を供給すれば振動子１は
長手方向に、すなわち図に於ける矢印ｚ方向に縮み、放
電すると伸びてチャンバープレートの圧力室７ａのイン
クを加圧する。固定プレート１０は支持基板２を後述す
るように強固に固定して振動子１がチャンバープレート
３０から逃げるのを防ぐ。

【００２４】開発例によれば圧力室７ａは幅０．１ｍ
ｍ、長さ２ｍｍ、深さ０．１ｍｍである。インクは図示
されないインクカートリッジからパイプ８を通ってイン
ク室７ｂに供給される。

【００２５】図４、図５から本発明のインクジェットヘ
ッドの吐出原理は理解されよう。尚、１３は回路基板で
あって、リード３に接続した駆動用集積回路を搭載す
る。また図５では図１に見られたノズルに到る流路７ｃ
を廃した。

【００２６】圧力室プレート５は、図５に示す様に、圧
力室７ａをカバーしてインク漏れを防止すると共に、振
動子先端１ａと結合する。プレート５は剛性を高めた長
方形で島状の厚肉部５ａと振動子１の変位を受けてたわ
みを起こす薄肉部５ｂおよび圧力室周辺の厚肉部５ｃか
ら成る。圧力室プレート５は例えばニッケル電鋳で作ら
れ、薄肉部５ｂの厚さは０．５μｍ〜３μｍ、厚肉部５
ａ、５ｂの厚さは１０〜１００μｍの範囲から選ばれ
る。圧力室プレート５は薄肉部と厚肉部に分けて作るこ
とも可能で、例えば薄い金属フィルムにメッキや樹脂層
で厚肉部を形成することもできる。

【００２７】図６は圧力室プレート５を振動子結合面か
らみた斜視図である。また図７には振動子先端１ａと度
決め部１ｆが圧力室プレート５上に配置した状態を拡大
して示した。

【００２８】開発例によれば、圧力室幅０．１ｍｍ、長
さ２ｍｍに対し島状厚肉部５ａは圧力室中央に位置して
その幅０．０３ｍｍ、長さ１．７ｍｍであった。振動子
幅７０μｍ、厚肉部５ａ幅３０μｍであるので、振動子
先端１ａが厚肉部５ａから外れないためには相対位置精
度２０μｍ以下が必要になる。

【００２９】図８（ａ）（ｂ）に振動子群３１とチャン
バープレート３０との結合に関する組立実施例を示す。
図８（ａ）は、図４におけるＸ方向に沿って切断した断
面図、図８（ｂ）はＹ方向に沿って切断した断面図であ
る。

【００３０】図８（ａ）に示すように、チャンバープレ
ート３０の２個の位置決め穴１４にピン３３を合わせて
治具３２をセットする。尚、圧力室等の流路および圧力
室プレート５の厚肉部５ａ，薄肉部５ｂは位置決め穴１
４を基準に作られている。

【００３１】固定プレート１０またはチャンバープレー
ト３０の接合面に接着剤を薄く塗布した後、固定プレー
ト１０の位置決め穴１６をピン３３に合わせ、固定プレ
ート１０とチャンバープレート３０を接合する。

【００３２】接着剤がピン３３に回り込むことを防ぐた
め、固定プレート１０には位置決め穴１６周囲に浅い穴
１０ｅを設けた。

【００３３】次に振動子先端１ａ及び前述の度決め部１
ｆ先端に接着剤を転写法により塗布した後、図８（ｂ）
に示すように、位置決め穴１４を基準にセットされた治
具３２の案内３２ａに、図３で説明済みの振動子群３１
の位置決め部２ａを合わせる。次いでピン３６とばね３
５により支持基板２の側端を治具３２の案内壁３２ｃに
押し付けつつ、すなわち図４のＸ、Ｙ方向位置を案内３
２ａ、３２ｃと位置決め部２ａで決めつつ、振動子群３
１の度決め部１ｃ先端がチャンバープレート３０に度当
たるまで図面上方からスライドさせる。

【００３４】度決め部１ｃ先端がチャンバープレート３
０上に当たれば、板ばね３４で振動子群が浮き上がるの
を防止し、その状態で仮止め接着剤、例えば紫外線硬化
型接着剤で固定プレート１０に仮止めを行う。仮止めは
固定プレート１０との任意の間隙で可能である。そうす
れば治具３２やばね３４からの開放が可能となる。この
仮止めはマスプロダクションに際し、治具の数量を抑制
するために実施する。仮止めの後、熱硬化型接着剤１１
（図９）で、振動子の動きを阻害しない箇所、例えば図
９の隙間１５で本格的に固定する。こうして振動子先端
１ａをチャンバープレート３０に接合、配置する。尚、
度決め部１ｆ先端が当たるチャンバープレート３０部分
には流路等はなく硬い。

【００３５】図９に振動子群３１の挿入方向から見た平
面図を示す。支持基板２に設けた位置決め部２ａと２点
鎖線で表した治具３２に設けた案内３２ａの関係が理解
されよう。

【００３６】以上に説明したように本実施例のインクジ
ェットヘッドとその製造方法によれば、振動子群３１の
固定とそのＸ、Ｙ方向位置決め部を分離した。そして従
来部品毎で変動していた振動子先端１ａとチャンバープ
レート３０との位置ずれを目標の２０μｍ前後に抑える
ことができ、安定した吐出を得られるようになった。治
具により位置決めを行うため固定プレートの精度を緩和
できる。

【００３７】また実施例の位置決め部２ａと治具の案内
３２ａから解るように、振動子長さを増すことなく長い
案内を確保でき、振動子の倒れを生じることなく配置で
きるようになった。

【００３８】また、振動子は治具で確実に固定保持され
ているので、振動子群と固定プレートの結合工程に際し
ても振動子が動いて位置ずれを起こすようなことはな
い。固定プレートと振動子群との間には固定部材として
の接着剤に適した間隙を確保でき、固定の弱いものは発
生しなくなった。

【００３９】また細長く脆い振動子部を位置決めに用い
ないので折れや破損を防止できた。図１０は振動子群３
１とチャンバープレート３０との結合に関する他の実施
例である。先のばね３５とピン３６を廃した外は先の実
施例と同様である。先ず振動子群３１は、度決め部１ｆ
の外側両端面、特にその先端位置を正確に加工し、振動
子はその位置基準で短冊状に加工される。この振動子群
３１を治具３２の案内３２ａを使って組み込むと、度決
め部１ｆ先端は固定プレート１０の２カ所の斜面１０ｂ
に接触して導かれ、短い直線部１０ｃに入り、度決め部
１ｆ先端がチャンバープレート３０に度当たる。こうし
て振動子先端１ａの図面左右方向（Ｙ方向）は２箇所の
短い直線部１０ｃで、またＸ方向は案内３２ａと位置決
め部２ａで、上下方向（Ｚ方向）は度決め部１ｆ先端で
決まる。その後固定プレート１０に固定部材としての接
着剤で固定することは先の実施例と同様である。

【００４０】本実施例によればＹ方向位置を振動子の先
端近傍で決めれる利点がある。

【００４１】図１１はさらに他の実施例で、図１２は振
動子群３１の実施例である。支持基板２の薄膜電極面に
振動子プレート１ｂを、振動子の自由端長さＬを正確に
合わせて接合する。

【００４２】スライシングマシンで先ず位置決めスリッ
ト１ｈを加工し、その加工位置を基準に度決め部１ｆ，
振動子１、他の位置決めスリット１ｈを短冊状に加工す
る。従って、スリット１ｈと各振動子はマシン精度で決
まる数μｍの相対位置精度を有する。

【００４３】一方、図面は省略するが、チャンバープレ
ート３０には別の基準穴１１を設け、圧力室、圧力室プ
レートは穴１１基準で作られる。この基準穴１１は圧力
室列の両サイドに計４個設ける。

【００４４】先の実施例の図８（ａ）同様、チャンバー
プレート３０に治具３２をセットする。次にに固定プレ
ート１０を結合する。次いで治具の先端テーパ状のピン
３８に穴１１に合わせてチャンバープレート３０をセッ
トする。次に治具または固定プレート１０を案内として
Ｘ方向位置を決めつつ、予め接着剤を先端に塗布した振
動子群３１を組み込むと、先端テーパ状のピン３８とス
リット１ｈが勘合し、Ｙ方向位置が決まり、最後に度決
め部１ｆ先端がチャンバープレート３０に当たる。その
後、振動子群を固定プレートに固定部材で固定すること
は既述の通りである。

【００４５】本実施例によれば、振動子１の左右（Ｙ方
向）位置はピン３８とスリット１ｈで決まり、スリット
１ｈが位置決め部として機能する。

【００４６】本構造は今まで述べた実施例にも増して最
も高精度に振動子とチャンバープレートとの相対位置を
決める。開発例によればそのＹ方向ずれ量は１０μｍ前
後以下を実現できた。圧力室７ａは図の特に左右方向に
密なため、精度上厳しいが、この構造は特に優れる。

【００４７】応用例として、スリット１５を振動子と一
体化された支持基板２に形成することも可能で、この場
合振動子に比べ材質、形状の自由度と加工の自由度が高
く、また強度的に優れ、押し付けても破損や曲がりが出
ないので組立精度が上がるばかりでなく、組立やすく、
また多少乱暴な機械組立をも可能とする。また振動子プ
レートを小さくできる為コスト的にも利点がある。

【００４８】図１３は櫛歯状に加工した振動子群３１の
他の実施例で、前述の実施例で説明した支持基板２を廃
し、位置決め部１ｅを同ピッチで配列した振動子１の両
サイドに備えた。

【００４９】以上に本発明の実施例を説明したが、他に
も応用例が可能である。例えば振動子群と固定プレート
の固定部材としてねじ締めなどの他の手段が可能であ
る。実施例では圧力室プレートを採用しているが先の従
来例のごとく振動子先端で直接駆動するものも可能であ
る。

【００５０】

【発明の効果】以上に説明したように本発明によるイン
クジェットヘッドは同一平面上に並んだ複数の圧力室
と、各々の圧力室に対しその一端部により選択的に加圧
する、他端で互いに連結した複数の振動子から成る振動
子群と、該振動子群には治具により案内可能で、該案内
により前記圧力室に配置するための位置決め部を備え、
さらに前記配置された振動子群を固定部材を介して固定
する固定プレートを備える。 また、本発明によるイン
クジェットヘッドの製造方法は、同一平面上に複数の圧
力室を有するチャンバープレートを形成する工程、他端
で互いに連結した複数本の振動子からなる振動子群を形
成する工程、前記チャンバープレートに固定プレートを
結合する工程、前記振動子群に設けた位置決め部を案内
としてチャンバープレートに振動子群を配置する工程、
配置した振動子群を固定部材により前記固定プレートに
固定する工程より成る。したがって、 （１）従来固定プレートに持たせていた振動子群の固定
機能と位置決め機能を分離し、位置決め機能は治具に持
たせた。よって、高精度位置決めが可能となったのみな
らず、マスプロダクションにおける吐出の安定化、コス
ト合理化を可能とした。

【００５１】（２） しかも高精度に位置が決まるのみ
ならず、複数の振動子を確実に固定できるようになり、
各振動子間でばらつきがなく、各ノズルからのインク滴
吐出が揃い、優れた記録品質が可能となった。

【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チャンバープ
レートの製造実施例の説明図。

【図２】本発明のインクジェットヘッドのチャンバープ
レートの分解斜視図。

【図３】本発明のインクジェットヘッドの振動子群の組
立説明図。

【図４】本発明のインクジェットヘッドの基本構成を説
明する分解斜視図。

【図５】本発明のインクジェットヘッドの一部断面図。

【図６】圧力室プレートの実施例の図。

【図７】振動子と圧力室プレートの接合状態の説明図。

【図８】本発明のインクジェットヘッドの振動子群とチ
ャンバープレートの組立説明図。

【図９】本発明のインクジェットヘッドの振動子群とチ
ャンバープレートの組立説明図。

【図１０】本発明のインクジェットヘッドの振動子群と
チャンバープレートの組立説明図。

【図１１】本発明のインクジェットヘッドの振動子群と
チャンバープレートの組立説明図。

【図１２】本発明のインクジェットヘッドの振動子群の
組立説明図。

【図１３】本発明のインクジェットヘッドの振動子群の
他の実施例の説明図。

【図１４】従来のインクジェットヘッドの説明図。

【符号の説明】

１ 振動子 １ａ 振動子先端 １ｆ 度決め部 １ｈ 位置決めスリット ２ 支持基板 ２ａ 振動子群の位置決め部 ４ ノズルプレート ５ 圧力室プレート ５ａ 圧力室に対応する圧力室プレートの厚肉部 ５ｂ 圧力室プレートの薄肉部 ６ ノズル ７ 流路プレート ７ａ 圧力室 ７ｂ 共通のインク室 １０ 固定プレート １１ 固定部材 １４ チャンバープレートの位置決め穴 １６ 固定プレートに設けた位置決め穴 ３０ チャンバープレート ３１ 振動子群 ３２ 治具 ３２ａ 治具に設けた案内部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同一平面上に並んだ複数の圧力室と、各
   々の該圧力室に対しその一端部により選択的に加圧す
   る、他端で互いに連結した複数の振動子から成る振動子
   群と、該振動子群には治具により案内可能で、該案内に
   より前記圧力室に対し配置する為の位置決め部を備え、
   さらに前記配置された振動子群を固定部材を介して固定
   する固定プレートとを備えたことを特徴とするインクジ
   ェットヘッド。
2. 【請求項２】 同一平面上に複数の圧力室を有するチャ
   ンバープレートを形成する工程、他端で互いに連結した
   複数本の振動子からなる振動子群を形成する工程、前記
   チャンバープレートに固定プレートを結合する工程、前
   記振動子群に設けた位置決め部を案内としてチャンバー
   プレートに振動子群を配置する工程、配置した振動子群
   を固定部材により前記固定プレートに固定する工程より
   成ることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方
   法。