JPH1086370A - インクジェット式印刷ヘッド及びそのインク通路の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明はインクジェット式印刷ヘッドの通路
プレートに、互いに隣接する多数の通路を優れた性状に
形成することを目的とする。 【解決手段】 インクジェット式印刷ヘッド用通路プレ
ートに隣接する多数の通路を所望の通路深さ及び通路間
隔で形成する方法であって、歯が形成された非回転工具
を開始位置から通路プレートに押し込み、通路プレート
に第１の溝が切削されるように工具及び通路プレートを
相対的に移動させ、工具及び／又は通路プレートを開始
位置に戻し、工具の第１の歯の隣に位置する次の歯が第
１の溝の真上にくるように、工具を通路プレートに対し
て相対的に第１の溝に垂直な方向に移動させ、溝の深さ
が所望の深さに一致するように上記段階を繰り返す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェット式
印刷ヘッドの通路プレートに互いに隣接する多数の通路
を形成する方法、及びこの方法により製造された通路プ
レートを備えるインクジェット式印刷ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】かかる種類のインクジェット式印刷ヘッ
ドは印刷装置等において、圧電素子を対応するインク通
路に向けて膨張させ、対応するインク通路からインク小
滴を排出させるために使用される。この場合、各圧電素
子への供給電流を制御することにより所望のインク通路
からインク小滴を排出させることができる。

【０００３】圧電素子は、一般には、くし型構造を有し
ており、各素子はインク通路の反対側に配設される。イ
ンク通路は、互いに隣接する溝として通路プレートに形
成され、これらの溝はノズル通路を経てノズルへと達し
ている。これまで、かかるインク通路を形成するために
幾つかの技術が用いられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】金属製の通路プレート
のレーザ加工を行なった場合、粗い溶融エッジが生成さ
れ、通路の底面及び側面の表面粗さが大きくなる。これ
は、印刷ヘッドが良好に動作するうえで好ましくない。
エッチング技術では、均一な通路が得られず、また、イ
ンク通路とノズル通路との間の遷移部を傾斜させること
も困難である。本発明の目的は、上記した欠点のない方
法を提供し、良好なインクジェット式印刷ヘッドを製造
することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、本発明の
請求項１に係る方法により達成される。本方法を用いる
ことにより、全てのインク通路を正確に同一形状に形成
できると共に、インク通路及びノズル通路の壁面の表面
粗さを非常に小さくすることができ、これにより、これ
らの通路でのインクの流動挙動が大幅に改善された通路
プレートを得ることができる。本方法によれば、インク
通路とノズル通路との遷移部を、実際上、任意の所望の
形状に形成することができる。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明につ
いて詳細に説明する。図１に示す如く、インクジェット
式印刷ヘッドは、圧電部材を支持するベースプレート１
を備えている。圧電部材については後に詳細に説明する
が、図１において、圧電部材はベースプレート１の上で
プラスティック製振動プレート２により覆われている。

【０００７】インクジェット式印刷ヘッドは、また、通
路プレート３を備えている。通路プレート３のベースプ
レート１に対向する側の面には、互いに平行に延びる多
数のインク通路４が設けられている（図６を参照）。正
確に位置決めされた穴５及び６は、それぞれ、互いの延
長部となるようにベースプレート１及び通路プレート３
に設けられている。インクジェット式印刷ヘッドを組み
立てる場合、通路プレート３を、そのインク通路４が形
成された面がプラスティック製、ガラス製、又は金属製
の振動プレート２上に位置するように設置すると共に、
穴５及び６に正確に嵌合する位置決めブッシュ８を関連
する穴５及び６に押し込み、ベースプレート１と通路プ
レート３とを互いに正確に位置決めする。ブッシュ８に
は、内面にねじが切られた小孔９が設けられている。小
孔９にボルト１０が螺入されることで、ベースプレート
１と通路プレート３とが互いに固定される。幅の広い印
刷ヘッドの場合には、所要の締め付け力を得るために付
勢ばねリング又はクランプばねを用いることができる。
このように、上記印刷ヘッドは、失陥が生じた場合にも
修理が可能である。

【０００８】通路プレート３には、突起部１１が設けら
れている。突起部１１には、インク通路４と連通する細
長室１２が形成されている。ブロック１４はボルト１５
によりパッキン１３を介して突起部１１上に固定されて
いる。ブロック１４には室１６が形成されている。室１
６の下側は凹部１２に連通し、動作中には、室１６はイ
ンクジェット式印刷ヘッドへインクを供給するのに利用
される。

【０００９】図２からわかるように、ベースプレート１
の上面には、両側が開放された矩形上の断面形状を有す
る凹部１７が設けられている。この凹部１７は、圧電部
材１８を高さが揃うように取り付けるためのものであ
る。圧電部材１８は、好ましくはセラミック製である基
板１９と、その表面に接合された圧電プレート２０とよ
り構成されている。プレート１９のプレート２０に対向
する側の表面は薄い金属層２１により覆われている。図
２からわかるように、プレート１９は一端においてプレ
ート２０を越えて突出している。

【００１０】かかる構成の圧電部材１８は、プレート１
９及び２０の同一平面上に位置する端面が、隣接するプ
レート１の上面を凹部１７の内側にオフセットするよう
に、ベースプレート１の凹部１７に例えば接着剤により
固定されている（図３参照）。また、図３から明らかな
ように、セラッミックプレート１９の長さは凹部の長さ
に比べて僅かに小さく、従って、プレート１９はその全
長にわたり凹部１７の底面上に支持されている。

【００１１】圧電部材１８が上述の如く凹部１７に固定
された後、ベースプレート１が適当な加工機に設置さ
れ、圧電部材の長手方向に互いに平行に延びる多数の溝
が、プレート２０を突き抜けてプレート１９へ僅かに食
い込むように形成される。従って、プレート２０は、溝
即ち切り込み２２により互いに分離された多数の圧電素
子２３に分割される。溝即ち切り込み２２を形成してい
る間、正確な寸法に形成され正確に位置決めされた穴５
の少なくとも一方が、スロット即ち切り込み２２の基準
とされる。また穴５はベースプレート１に対する通路プ
レート１３の基準でもあるため、このことは、インクジ
ェット式印刷ヘッドの組み立てに対して好ましい影響を
与える。これについては、後に詳述する。

【００１２】切り込み２２が形成された後、振動プレー
ト２が圧電部材２０に接着される。図４から明らかなよ
うに、圧電素子２３は振動プレート２を僅かに越えて突
出している。圧電素子２３の振動プレート２を越えて突
出する側の端部は、導体２５により互いに接続されてい
る。装置の使用時には、導体２５を導線２６により接地
することができる。

【００１３】切り込み２２が設けられることにより、プ
レート１９の上面の金属層２１は多数の電極２７に分割
されている。各電極２７は、圧電素子２３の１つに接続
されている。配線２８が各電極に接続され、電流が供給
される。通路プレート３のベースプレート１に対向する
側の表面、すなわち、プレート３の図１における底面に
は、互いに平行に延びる多数のインク通路４（図６参
照）が形成されている。インク通路４は、インク小滴が
排出されるノズル３１へ至っている。

【００１４】インクジェット式印刷ヘッド（図７）を組
み立てるには、通路プレート３のインク通路４が形成さ
れた表面を振動プレート２に設置する。これにより、振
動プレート２が、インク通路４を互いに分離すると共に
通路プレート３の一部を構成する隆起部３２に当接する
ことで、隣接するインク通路４間の良好なシール性が確
保される。

【００１５】この組み立ての間、図７に示す如く、イン
ク通路４と平行に延びる圧電素子２３は、各インク通路
４とは反対側から振動プレート２に当接する。この圧電
素子２３（幅が約２００μｍ）のインク通路４（厚さが
約２５０μｍ）に対する正確な位置合わせは、プレート
１及び３にそれぞれ設けられ、位置決めブッシュ８と共
にプレート間の正確な位置決めを実現する穴５及び６
を、切り込み２２及びインク通路４の位置を決定する基
準として用いることにより、簡単かつ効果的に実現され
る。２枚のプレート１及び３がボルト１０により結合さ
れて組立体が形成された後、この組立体の、ノズル３１
が開口する上面の仕上げを行なうことができる。

【００１６】圧電素子２３が導線２８を介して供給され
た制御電流により駆動されると、この圧電素子が膨張す
ることで、振動プレート２の前記圧電素子を覆って延び
る部分が、対応するインク通路４内において上向きに撓
む。その結果、インクは小滴となって対応するインク通
路のノズル３１から排出される。導線２６は面２５を介
して全ての圧電素子の接続された共通電極である。

【００１７】本発明によれば、インク通路４はダイヤモ
ンド工具によりアルミニウム製通路プレート３に切削加
工される。６４本の通路が０．２５ｍｍ間隔で約１６×
１２ｍｍのプレートに形成される。各通路は長さが約１
０ｍｍであり、長さが約２ｍｍ、幅が約０．０３ｍｍの
ノズル通路へ遷移する。ノズル通路の深さは約０．０３
ｍｍである。工具は天然ダイヤモンド製であり、ＹＧレ
ーザにより溝の所要の断面形状に形成され、必要に応じ
てダイヤモンド砥粒により研磨される。工具は人工ダイ
ヤモンド製であってもよい。

【００１８】工具は平削り用ベンチ上のホルダーに固定
され、通路プレート３は平削りベッド上に固定される。
工具は、開始位置から降下され、通路プレート３に深さ
０．０５ｍｍの溝を切削しながら通路プレート上を移動
する。溝の長さが約１０ｍｍに達した後、工具は所定の
方法で持ち上げられる。次に、工具は開始位置に戻り、
再び通路プレート３へ降下されて、同じ溝に今度は約
０．１ｍｍの深さの通路を切削する。次の行程におい
て、同じ溝を深さ約０．１５ｍｍで切削し、最後の行程
において深さ０．１６ｍｍの最初のインク通路が完成す
る。

【００１９】次に、通路プレート３は溝に対して垂直な
方向に０．２５ｍｍだけシフトされ、新たな通路が最初
の通路に対して平行に切削される。こうして６４本の通
路が形成された後、幅約０．０３ｍｍのダイヤモンド工
具がホルダーに固定される。この工具により、上述の如
く、各通路の残りの２ｍｍがプレート３に切削される。

【００２０】切削工程は、くし型工具を用いることによ
り迅速化することができる。この工具は隣合う５つの歯
を有している。各歯は０．２５ｍｍ間隔で所望の通路形
状に形成されている。上記の方法をこの工具にも適用す
ることができるが、この場合には、５本の通路が同時に
切削されることになる。これら５本の通路が完成する
と、通路プレートは１．２５ｍｍだけシフトされ、次の
５本の通路について切削工程が繰り返される。

【００２１】歯の間隔を、２本の通路間の所望の間隔の
倍数となるように選択することもできる。例えば、歯の
間隔が０．５ｍｍで、通路の所望の間隔が０．２５ｍｍ
であるならば、５本の通路の最初の群が最初の工程で切
削される。次に、通路プレート３は０．２５ｍｍだけシ
フトされ、切削工程が繰り返される。次に、通路プレー
ト３は（開始位置に対して）２．５ｍｍだけシフトさ
れ、通路の３番目の群が通路プレート３に切削される。
最後に、幅０．０３ｍｍの工具を用いて各通路に隣接す
るように各ノズル通路が切削される。

【００２２】全てのインク通路が切削された後、ノズル
通路用の工具を再固定する際には、通路プレート３を再
度シフトしなければならないため、この工具の再固定は
誤差の問題を伴うことになる。この問題に対するより良
い解決策は、インク通路を切削する工具、及びノズル通
路を切削する工具の双方が取り付けられるホルダーを製
作することである。ノズル通路用工具は、通路の方向に
関してインク通路用工具の後に配置される。インク通路
はノズル通路よりも深いので、ノズル通路用工具は幾分
低く設置される。

【００２３】歯が設けられた工具を用いる場合、上記方
法における高い要求を満足させるように、各歯は同一の
特性を有していなければならない。歯が互いに異なるな
らば、製造される通路プレート３のインク通路は互いに
異なることになり、従って、各通路の噴射挙動も異なる
ことになる。この問題を回避するため、図８に示す工具
５０が用いられる。このダイヤモンド工具５０は５つの
歯５１〜５５を有している。第１の歯５５は直線５６か
ら０．１５ｍｍだけ離れている。また、第２の歯５４は
０．１１ｍｍ、第３の歯５３は０．６６ｍ、第４の歯５
２は０．０１ｍｍ、それぞれ直線５６から離れており、
最後の歯５１は直線５６に正確に接している。開始位置
において第１の歯は通路プレート３の前部に、通路プレ
ート３に対して図面における垂直な向きに対向するよう
に配置される。歯５５は通路プレート３の表面よりも約
０．０４ｍｍ低く、この歯５５が進行すると深さ０．０
４ｍｍの最初の溝が通路プレート３に切削される。

【００２４】次の工程で、通路プレート３は工具５０の
歯のピッチ分（０．２５ｍｍ）だけ左方にシフトされ
る。かかる状況下で、歯５４は最初の溝の正面前方に位
置し、歯５４が進行すると最初の溝は深さ約０．０９ｍ
ｍまで深く切削される。これと同時に、歯５５は深さ
０．０４ｍｍの新たな溝を通路プレートに切削する。こ
の工程が繰り返され、４回の切削及び通路プレート３の
シフト動作の後、最初の溝は最後の歯５１の正面に位置
することになる。この歯５１は通路の所要の形状と全く
同一の形状を有しており、工具５０が紙面に垂直な方向
に５回移動すると、最初の溝は最終的な所要の形状及び
深さに形成される。この工程全体は、最後の（すなわ
ち、６４番目の）溝が歯５１により所要の形状に形成さ
れるまで続けられる。各通路に対する最後の溝は常に歯
５１により切削されるので、全ての通路は正確に同一で
ある。

【００２５】図１０は、上記工程を三次元的に示してい
る。工具５０は、第１の歯５５が溝７２とは反対側に位
置する状態で、通路プレート３上をＹ方向に移動する。
上述の如く、最初の溝が切削された後、工具５０は戻さ
れてＸ方向にそのピッチ分だけシフトされる。そして、
再び、工具５０はＹ方向に移動して、第１の歯５５は溝
７３を切削する。図１０は、工具５０が進行して、歯５
５が溝７４を切削した状態を示している。この状態で
は、歯５１は溝７５を丁度その所要の深さに切削してい
る。

【００２６】工具５０は、点７１に達するまで、常に、
一定の深さでＹ方向に移動される。次に、工具５０はＺ
方向にやはり所定の方法で移動され、ノズル通路が形成
される。工具５０を持ち上げながら同時にＹ方向に進行
させることで、高い形状自由度を有するインク通路ノズ
ルが得られる。最後に、ノズル通路が上記した方法で最
後の２ｍｍにわたって切削される。

【００２７】図９は、ノズル通路を切削するのに用いら
れるもう一つの工具６０を示す。この工具６０はノズル
通路を予備切削する第１の歯６２と、ノズル通路の最終
形状を切削する第２の歯６１とを有している。工具６０
は、工具５０（図８）と共に、工具の移動方向に関して
工具６０が工具５０の後方に配置され、かつ、溝の方向
に関して工具６０の歯６１が工具５０の歯５１と同一直
線上に配置されるように、ホルダーに固定される。工具
６０は、また、歯６１の直線５６（図８）からの距離
が、インク通路とノズル通路との深さの差の所望値に一
致するように配置される。工具５０が、通路プレート３
に深さ０．２ｍｍの溝が切削されるように調整された場
合、直線５６と歯６１（図９）との間の距離は０．１７
ｍｍとなり、深さが０．０３ｍｍのノズル通路が得られ
る。

【００２８】上記したインクジェット式印刷ヘッドは、
特に、６０°Ｃ〜１３０°Ｃの融点を有する室温で固体
のインク（ホットメルト・インクジェット・システム）
と共に使用することを意図したものである。作動中、イ
ンクを液体状に保持するため、加熱手段（図示せず）を
例えばベースプレート１の下に配設することができる。
プレート２０（図１）は、セラミック材料基板１９上で
互いに完全に分離した多数の圧電素子２３（図７）に分
割されているので、インクジェット式印刷ヘッドを加熱
した場合に、圧電材料の膨張係数により圧電素子２３が
通路プレート３に対してシフトし、隣のインク通路４に
移動することは起こらない。これは、特に、通路プレー
ト３もまたセラミック材料製である場合にいえることで
ある。高温下での良好な動作は、基板１９の膨張係数と
大きく違わない膨張係数を有する金属又はプラスティッ
クから構成された通路プレート３によっても得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る通路プレートを用いたインクジェ
ット式印刷ヘッドの斜視図であり、異なる部品を互いに
分離した状態を示している。

【図２】圧電部材、及び、圧電部材を支持するベースプ
レートを示す斜視図である。

【図３】図２のベースプレートに圧電部材が固定され、
圧電部材に切り込みが設けられて圧電素子が形成された
状態を示す図である。

【図４】圧電部材が振動プレートに覆われ、電流源から
圧電素子への配線が設けられた状態を示す図３と同様の
図である。

【図５】図４の丸で囲んだ部分の拡大図である。

【図６】本発明に係る通路プレートを図１の矢印の方向
から見た拡大底面図である。

【図７】圧電部材及び通路プレートの断面部分図であ
る。

【図８】本発明に係る方法の一つにおいて用いられるく
し型刃を示す図である。

【図９】本発明に係る方法の一つにおいて用いられる別
のくし型刃を示す図である。

【図１０】図８に示す種類の刃の使用中における通路プ
レートを示す図である。

【符号の説明】

３ 通路プレート ４ インク通路 ２２ 切り込み ３１ ノズル通路 ５０、６０ 工具 ５１〜５５、６１〜６２ 歯

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクジェット式印刷ヘッド用通路プレ
   ートに互いに隣接する多数の通路を所望の通路深さ及び
   通路間隔で形成する方法であって、 ａ） 前記所望の通路間隔に等しい歯間隔の歯が設けら
   れた工具を用い、 ｂ） 前記工具の第１の歯を開始位置から前記通路プレ
   ートに押し込み、 ｃ） 前記通路プレートに第１の溝が切削されるように
   前記工具及び前記通路プレートを相対的に移動させ、 ｄ） 前記工具及び／又は前記通路プレートを前記開始
   位置に戻し、 ｅ） 前記工具の前記第１の歯の隣に位置する次の歯が
   前記第１の溝の真上にくるように、前記工具を前記通路
   プレートに対して相対的に前記第１の溝に垂直な方向に
   移動させ、 ｆ） 前記次の歯が前記第１の歯よりも前記第１の溝に
   深く押し込まれた状態で前記第１の溝を通って移動する
   ように、再び前記工具及び前記通路プレートを相対的に
   移動させ、 ｇ） 前記工具の次の歯が常に前記第１の溝を更に深く
   し、前記工具の最後の歯が前記所望の通路深さを生成す
   るように前記段階ｅ）乃至ｆ）を繰り返す、各段階より
   なることを特徴とする方法。
2. 【請求項２】 前記工具を溝の終端部において前記通路
   プレートから所定の方法で取り外すことを特徴とする請
   求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 ダイヤモンド工具を使用することを特徴
   とする請求項１記載の方法。
4. 【請求項４】 溝の方向に関して前記工具の後方に配設
   された第２の工具を用いてノズル通路を切削することを
   特徴とする請求項１記載の方法。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４のうち何れか１項記載の
   方法により製造されえた通路プレートを備えるインクジ
   ェット式印刷装置。