JPH07117229A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 印字品質に優れ、大量生産性に優れたインク
ジェットヘッドを提供すること。 【構成】 圧電セラミックスプレート２及びカバープレ
ート３によって、２列のインク流路が形成され、各イン
ク流路の位置に対応した位置にノズル６４が設けられた
ノズルプレート６１が圧電セラミックスプレート２及び
カバープレート３の端面に接着される。このノズルプレ
ート６１は、射出成形によって形成されているので、ノ
ズル６４内の体積を大きくすることができ、ノズル６４
内にエアーを巻き込まず印字品質に優れる。さらに、ノ
ズル６４内部の形状をインク噴射に対して良好な形状に
容易に成形することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インク流路に連通する
インク噴射口が設けられ、且つ複数個のインク噴出口か
らなる列が２列以上形成されたノズルプレートを有する
インクジェットヘッドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ドロップオンデマンド方式のイン
クジェットヘッドとして、例えば、圧電セラミックスの
変形によってインク流路の容積を変化させ、その容積減
少時にインク流路内のインクをノズルから液滴として噴
射し、容積増大時にインク導入口からインク流路内にイ
ンクを導入するようにしたものがある。そして、所要の
印字データに従って所要の位置のノズルからインク滴を
噴射させることにより、インクジェットヘッドと対向す
る紙面上等に所望する文字や画像を形成するものであ
る。

【０００３】この種のインクジェットヘッドとしては、
例えば特開昭６３−２４７０５１号公報に記載されてい
るものがある。このインクジェットヘッドは、圧電セラ
ミックスの隔壁によって隔てられた複数の平行なインク
流路を形成し、前記インク流路の一端をノズルプレート
の前記ノズルに連通し、他の一端にインクを供給するイ
ンク供給手段を接続し、前記隔壁の変形によってインク
流路の容積を変化させて前記ノズルからインクを噴射す
る。

【０００４】また、上述のインクジェットヘッドのノズ
ルを高集積化さるため、複数個のノズルからなる列を２
列形成したインクジェットヘッドが国際出願公開Ｗ０９
１／１７０５１号公報に記載されている。ノズル列が２
列形成されたフィルム状のノズルプレートをインクジェ
ットヘッド本体に接着する際、インク流路の位置に対応
した位置にノズルの位置を合わせ接着することに、高精
度な位置決め装置及び長時間を要していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】インクジェットヘッド
のノズルは、ノズル内の体積が小さいと、ノズル内にエ
アーを巻き込み、良好なインク噴射が行えず、印字品質
が低下するという問題があった。このため、国際出願公
開Ｗ０９１／１７０５１号公報に開示されているノズル
は、エキシマレーザ光とノズルプレートの素材となる板
とを相対的な揺動運動させることにより、テーパ状に形
成して、ノズル内の体積を大きくしている。しかしなが
らこの方法では、ノズル加工のための加工時間が長く、
大量生産性に劣るという問題があった。

【０００６】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、印字品質に優れ、大量生産性に
優れたインクジェットヘッドを提供することを目的とす
るものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の請求項１では、インク流路に連通するノズル
が設けられ、且つ複数個のインク噴出口からなる列が２
列以上形成されたノズルプレートを有するインクジェッ
トヘッドにおいて、ノズルプレートを射出成形法により
形成することを特徴とする。

【０００８】請求項２では、前記ノズルプレートには、
前記インク噴射口と前記インク流路との相対位置におけ
る列方向に直交する方向の位置を決める位置決めガイド
部が形成されていることを特徴とする。

【０００９】

【作用】上記の構成を有する本発明のインクジェットヘ
ッドでは、前記ノズルプレートを射出成形法により形成
することによって、容易にインク噴射口の体積が大きく
なる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。

【００１１】図１に示すように、インクジェットヘッド
１は、圧電セラミックスプレート２と二枚のカバープレ
ート３とノズルプレート６１と二枚の基板４１とから構
成されている。

【００１２】まず、圧電セラミックスプレート２は矢印
５の方向に分極処理が施され、上下両面に薄い円板状の
ダイヤモンドブレード等により切削加工され、複数の溝
８が形成されている。その溝８は、圧電セラミックスプ
レート２の上面と下面とで１／２ピッチだけずれてい
る。また、その溝８の側面は側壁１１となり、各溝８を
隔てている。溝８は同じ深さであり、かつ平行である
が、圧電セラミックスプレート２の一端面１５に近づく
につれて徐々に浅くなっており、一端面１５付近には浅
溝１６が形成されている。ここで、溝８の深さは４８５
μｍ、溝８の幅は８５μｍ、側壁１１の幅は８５μｍで
ある。そして、溝８の内面には、その両側面の上半分に
金属電極１３がスパッタリング等によって形成されてい
る。また、浅溝１６の内面には、その側面及び底面に金
属電極９がスパッタリング等によって形成されている。

【００１３】次に、カバープレート３は、ガラス材料、
セラミックス材料または樹脂材料等から形成されてい
る。そして、カバープレート３には、研削または切削加
工等によって、インク導入口２１及びマニホールド２２
が形成されている。そして、圧電セラミックスプレート
２の上下両面とカバープレート３のマニホールド２２加
工側の面とがエポキシ系接着剤等によって接着される。
従って、インクジェットヘッド１には、溝８の上面が覆
われて横方向に互いに間隔を有する複数のインク流路１
２（図２）が構成される。そのインク流路１２は長方形
断面の細長い形状である。

【００１４】そして、圧電セラミックスプレート２及び
カバープレート３の一端面１５の後方には、基板４１が
エポキシ系接着剤等によって接着されている。その基板
４１には各インク流路１２の位置に対応した位置に導電
層のパターン４２が形成されている。その導電層のパタ
ーン４２と浅溝１６の底面の金属電極９とは、周知のワ
イヤボンディングによって導線４３で接続されている。

【００１５】そして、圧電セラミックスプレート２及び
カバープレート３の端面に、各インク流路１２（図２）
の位置に対応した位置にノズル６４が設けられたノズル
プレート６１を接着する。このノズルプレート６１に形
成されているノズル６４は、図２に示すようにテーパ部
６３及びオリフィス部６２から成る。そして、ノズル６
４のインク流路１２側の大きさは、インク流路１２の幅
方向が６０μｍ、インク流路１２の高さ方向が４００μ
ｍであり、ノズル６４のインク噴射側の大きさは、イン
ク流路１２の幅方向が６０μｍ、インク流路１２の高さ
方向が６０μｍである。また、ノズルプレート６１に
は、図１中Ｙ方向の位置決めのためのガイド部６５が設
けられている。

【００１６】ここで、インク流路１２の幅が８５μｍに
対してノズル６４のインク流路１２側の幅が６０μｍで
あるので、ノズル６４とインク流路１２との図１中Ｘ方
向の位置決めとしては、２５μｍの余裕であり、つまり
ノズル６４の左右として１２．５μｍの余裕である。こ
のため、ノズル６４とインク流路１２との図１中Ｘ方向
の位置決めは高精度が要求され、公知の方法により高精
度に位置決めする。すなわち、前記ノズルプレート６１
に形成されているノズル６４と前記圧電セラミックスプ
レート２及びカバープレート３によって形成される前記
インク流路１２のＸ方向の相対位置をＣＣＤカメラ等に
よりモニターし、その画像処理データに基づいてロボッ
トによって、相対位置を補正して位置決めする。

【００１７】一方、インク流路１２の高さが４８５μｍ
に対してノズル６４のインク流路１２側の高さが４００
μｍであるので、ノズル６４とインク流路１２との図１
中Ｙ方向の位置決めとしては、８５μｍの余裕であり、
つまりノズル６４の上下として４２．５μｍの余裕であ
る。このため、ノズル６４とインク流路１２との図１中
Ｙ方向の位置決めは、Ｘ方向の位置決めより高精度が要
求されない。従って、前記ノズルプレート６１の２カ所
に形成されたガイド部６５を利用して、Ｙ方向の位置決
めが行なわれる。すなわち、２カ所の前記ガイド部６５
の間隔は、前記圧電セラミックスプレート２及び２枚の
カバープレート３の総厚みにほぼ等しく、２カ所の前記
ガイド部６５の間に前記圧電セラミックスプレート２及
び２枚のカバープレート３を挿入することにより、Ｙ方
向の位置精度は達成される。

【００１８】よって、高位置精度が要求されるＸ方向の
みに対して、複雑な位置決め手法を用いればよいので、
位置決めの処理時間が従来より短くなる。また、位置決
めロボットに関しても簡素化することができる。

【００１９】次に、ノズルプレート６１の製造方法を説
明する。ノズルプレート６１は、樹脂材料であるポリフ
ェニレンサルファイドで射出成形により成形した。この
ときの金型構造の概略図を図３（ａ）、図３（ｂ）に示
す。図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ断面を示す。図
中、山部１０３はノズルプレート６１のテーパ部６３及
びオリフィス部６２に対応する。そして、射出成形時、
射出成形材料はゲート１００から導入され、金型の空間
に充填される。これによって、図１に示すノズルプレー
ト６１が製造される。

【００２０】この時の金型コア１１０の斜視図を図４に
示す。２つの金型コア１１０に形成される山部１０３の
相対位置は、１列のノズル６４のピッチの半分オフセッ
トしている。そのため、２列以上のノズル列が形成され
るノズルプレートの金型コアは、一体で形成するのは困
難であるので、２つ以上の金型コアを組み合わせる構造
となる。これら金型コア１１０の製造方法としては、ま
ず、山部１０３が連続した形状の金型コアの素材を切削
加工、研削加工、ワイヤカット加工などにより作製した
あと、ダイヤモンドブレードを用いて各山部１０３が独
立した形状に切断加工することにより得られる。

【００２１】図５に、他の形状のノズル９４が形成され
たノズルプレート９４を示す。射出成形により形成され
たノズルプレート９１のノズル９４は、オリフィス９２
と放物線状のテーパ部９３から成る。この放物線状のテ
ーパ部９３により、直線状のテーパ部６３よりもさらに
インクの流動が良好となる。

【００２２】この様にノズル６４、９４が形成されたノ
ズルプレート６１、９１を射出成形法により製作するの
で、ノズル６４、９４の形状設計の自由度が大きい、例
えばテーパ角度、ノズル内体積等をインク噴射に好適な
形状に容易に形成することができる。

【００２３】なお、ノズルプレート６１、９１の材質と
しては、ポリフェニレンサルファイドのほか、液晶ポリ
マー、ポリアセタール、ポリフェニルサルホン、ポリフ
タルアミド、ポリフェニレンオキサイド、ポリサルホ
ン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルサルホン、ポリ
カーボネートなどの樹脂材料を用いることができる。

【００２４】また、セラミックス粉末、或いは金属粉末
の射出成形技術を用いてノズルプレート６１、９１を作
製することもできる。すなわち、セラミックス粉末、或
いは金属粉末を樹脂材料などのバインダーと混合混練
し、金型に射出成形し、射出成形体を得た後、脱脂処理
し樹脂材料を射出成形体より除去し、脱脂体を得る。そ
して、脱脂体を焼結炉に挿入して焼結処理を行う。この
焼結処理により脱脂体は収縮し、金型寸法よりも約１０
〜３０％程度小さくなる。このため、金型側のノズル寸
法及びピッチは製品よりも収縮分を見込んで大きくして
おく必要がある。セラミックス粉末及び金属粉末として
は、例えば、アルミナ、ジルコニア、窒化珪素、炭化珪
素、ステンレスなどを用いることができる。

【００２５】インクジェットヘッド１は図示しない制御
部によってインク噴射の制御がされる。前記制御部は、
インクジェットヘッド１の上面のインク流路１２の金属
電極１３には、噴射するインク流路１２の金属電極１３
に電圧Ｖを印加し、且つ他の噴射しないインク流路１２
の金属電極１３を接地して、噴射するインク流路１２か
らインクを噴射させ、下面のインク流路１２の金属電極
１３には、噴射するインク流路１２の金属電極１３を接
地し、且つ他の噴射しないインク流路１２の金属電極１
３に電圧Ｖを印加して、噴射するインク流路１２からイ
ンクを噴射させる。

【００２６】次に、図６，図７によって、インクジェッ
トヘッド１の動作を説明する。

【００２７】所要のデータに従って、インクジェットヘ
ッド１の上面のインク流路１２ｂからインクの噴出を行
なうとすると、金属電極１３ｅと１３ｆとに正の駆動電
圧Ｖが印加され、金属電極１３ｄと１３ｇとが接地され
る。すると、図７に示すように、側壁１１ｂには矢印１
４ｂの方向の駆動電界が発生し、側壁１１ｃには矢印１
４ｃの方向の駆動電界が発生する。駆動電界方向１４ｂ
及び１４ｃは分極方向５と直交しているため、側壁１１
ｂ及び１１ｃは、圧電厚みすべり効果により、この場
合、インク流路１２ｂの内部方向に急速に変形する。こ
の変形によってインク流路１２ｂの容積が減少してイン
ク圧力が急速に増大し、圧力波が発生して、インク流路
１２ｂに連通するノズル６４（図１）からインク滴が噴
射される。また、駆動電圧Ｖの印加が停止されると、側
壁１１ｂ及び１１ｃが変形前の位置（図６参照）に戻る
ためインク流路１２ｂ内のインク圧力が低下する。する
と、インク供給口２１からマニホールド２２を通してイ
ンク流路１２ｂ内にインクが供給される。

【００２８】尚、インク流路１２の容積を自然状態から
増加させ、その増加状態から自然状態への容積変化によ
って、インクを噴射させる噴射方法でもよい。

【００２９】上述のようなインクジェットヘッド１のイ
ンク噴射テストを行ったところ、ノズル６４内の容積が
大きいのでエアーの巻き込みがなく、良好なインク噴射
が行われた。

【００３０】尚、本実施例では、２列のインク流路１２
に対応して、２列のノズル列を設けていたが、複数列の
インク流路を形成し、ノズル列を複数列設けても良い。

【００３１】また、本実施例では、圧電セラミックスを
用いたインクジェットヘッドであったが、周知のバブル
ジェット式のインクジェットヘッドであっても良い。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように本発
明のインクジェットヘッドによれば、ノズルプレートを
射出成形法により成形するので、ノズル内の体積を大き
くすることができ、ノズル内にエアーを巻き込まず印字
品質に優れる。さらに、ノズル内部の形状をインク噴射
に対して良好な形状に容易に成形することができ、大量
生産性に優れる。

【００３３】また、ノズルプレートに位置決め用のガイ
ド部を形成すれば、インク流路とノズルとの相対位置を
合わせのための処理時間を短くすることができるので、
大量生産性に優れる。また、位置決め装置が簡略化する
ことができ、製造コストを低くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のインクジェットヘッドを示
す斜視図である。

【図２】前記実施例のインクジェットヘッドのノズル部
を示す断面図である。

【図３】前記実施例のインクジェットヘッドのノズルプ
レートを製造するための射出成形金型を示す断面図であ
る。

【図４】前記実施例のインクジェットヘッドのノズルプ
レートを製造するための射出成形用金型のコアを示す斜
視図である。

【図５】前記実施例のインクジェットヘッドの他の形状
のノズル部を示す断面図である。

【図６】前記実施例のインクジェットヘッドの断面図で
ある。

【図７】前記実施例のインクジェットヘッドの作動状態
を示す説明図である。

【符号の説明】

１ インクジェットヘッド ３ カバープレート １２ インク流路 ６１ ノズルプレート ６２ オリフィス部 ６３ テーパ部 ６４ ノズル ６５ ガイド部 ９１ ノズルプレート ９２ オリフィス部 ９３ テーパ部 ９４ ノズル １１０ 金型コア １０３ 山部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インク流路に連通するインク噴射口が設
   けられ、且つ複数個のインク噴出口からなる列が２列以
   上形成されたノズルプレートを有するインクジェットヘ
   ッドにおいて、 前記ノズルプレートを射出成形法により形成したことを
   特徴とするインクジェットヘッド。
2. 【請求項２】 前記ノズルプレートには、前記インク噴
   射口と前記インク流路との相対位置における列方向に直
   交する方向の位置を決める位置決めガイド部が形成され
   てい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。