JPH09207333A

JPH09207333A - インクジェットヘッド

Info

Publication number: JPH09207333A
Application number: JP2074796A
Authority: JP
Inventors: Takeo Komiyama; 剛男小味山; Mitsutake Nagashima; 三剛長島; Osamu Konno; 治今野
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 1996-02-07
Filing date: 1996-02-07
Publication date: 1997-08-12
Anticipated expiration: 2016-02-07
Also published as: JP3179328B2

Abstract

(57)【要約】【課題】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を確保する。【解決手段】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１７と、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、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たこと。

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

Claims

【特許請求の範囲】

【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てい
ることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】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請求
項１記載のインクジェットヘッド。