JPH11221919A - 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】 【課題】 チャンバーの液室位置とアクチュエーターの
駆動素子部との相対位置決めの経路が長く、高い組立位
置精度が得られない。また、プラフレームの斜面にアク
チュエーターの鋭利なエッジを滑らせながら挿入するた
め、フレーム内周形状面を削りその屑が挟まり高い位置
決め精度の確保を阻害している。 【解決手段】 アクチュエーターの両端に対象形状の凸
部を設け、該アクチュエーターの凸部と同型状の凸部を
チャンバーの液室部の延長上の両端に設けると共に、該
凸部形状に合致した凹部を有する一対の治具を用意す
る。治具の凹部は、高硬度のセラミックス製または熱処
理した鋼とする。これにより、相対位置決めの経路が短
くなると共に、周形状面が削れたりその屑が挟まり事が
無く高い位置精度が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】インクジェットプリンタ用の
ヘッド、特に複数のインク吐出素子を有する多素子型イ
ンクジェットの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェットプリンタはカラープリン
トが簡便に得られるため、写真品質を求めた高画質化の
要求が強い。高画質化の実現手段は、一定寸法内のイン
ク吐出素子数を増すいわゆる高密度化ヘッドが有効であ
る。インク吐出素子は、主にチャンバーとダイヤフラム
とアクチュエーターとノズルの要素で構成する。高密度
化ヘッドは、インク吐出素子の隣接間隔が狭く部品加工
や組立の誤差がインク吐出特性に影響を与えやすくなる
ため、上記構成要素の部品加工精度の向上と共に組立位
置誤差を最小化する技術確立が重要である。

【０００３】従来の例を図９、１０、１１に示す。チャ
ンバー１３０の液室用溝１３２とアクチュエーター１２
０の積層圧電素子１２２の位置合わせ方法を述べる。ア
クチュエーター１２０は、研削加工により積層圧電素子
１２２と外周との寸法精度を確保してある。積層圧電素
子１２２は、ベース１２４に接着固定され、一体となり
アクチュエーター１２０を構成している。プラスチック
ス製の１５０フレームは、その内周形状をアクチュエー
ター１２０の外周形状に一致させ、ここにアクチュエー
ター１２０を勘合し位置決めする。またフレーム１５０
は２個の基準穴を設け、チャンバー１３０にも同位置に
２個の基準穴を設け、該２個の基準穴に鋼製のピン治具
を貫通勘合させることで、フレーム１５０とチャンバー
１３０の位置を決める。チャンバー１３０の２個の丸穴
と液室用溝１３２の位置は金型及び成形精度で確保して
ある。この方法により、チャンバー１３０の液室用溝１
３２とアクチュエーター１２０の積層圧電素子１２２の
位置を決めている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】アクチュエーター１２
０の積層圧電素子１２２とチャンバー１３０の液室用溝
１３２の位置を決める経路は、積層圧電素子１２２、積
層圧電素子１２２の外周、フレーム１５０の内周形状、
フレーム１５０の２個の基準穴１５９、鋼製のピン治
具、チャンバー１３０の２個の基準穴１３９、チャンバ
ー１３０の液室用溝１３２である。このように多くの部
材を介するため、部品加工誤差や組立誤差が集積し圧電
素子と液室用溝の相対位置精度を高く保つ事が難しい。

【０００５】またアクチュエーター１２０のフレーム１
５０への勘合時には、アクチュエータ１２０をフレーム
１５０の案内用斜面１５８を滑らせ、フレーム１５０の
内周形状にアクチュエーター１２０を案内する。アクチ
ュエーター１５０はセラミックス製であり研削加工した
エッジが鋭く、フレーム１５０はプラスチックス製であ
り柔らかく鋭いエッジで容易に傷が付きやすい。このた
めアクチュエーター１２０がフレーム１５０の案内用斜
面１５８の一部を削り取り、この削り屑がアクチュエー
ター１２０とフレーム１５０の間に挟まることがある。
このような現象が生じるため、アクチュエーター１２０
とフレーム１５０の相対位置精度を得難い。

【０００６】上記欠点を有するため、従来の方法でヘッ
ドを高密度化した場合には、アクチュエーター１２０と
フレーム１５０の間の組立誤差が大きくなり、インクジ
ェットヘッド間の吐出速度や液滴径にバラツキを生じ、
高画質ヘッドを安定して得る事が難しくなる欠点が有
る。

【０００７】本発明の目的は、高密度化のインクジェッ
トヘッドであっても、アクチュエーターの駆動素子とチ
ャンバーの液室用溝の相対位置決めが高い精度で得ら
れ、インク吐出速度や液滴径のバラツキを小さく抑える
事により、高画質ヘッドを安定して提供する事にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】インクを吐出するための
複数のノズル穴を有するノズル板と、ノズル穴に連通し
インクを充填する液室用溝を複数有するチャンバーと、
積層圧電素子を備えインク吐出の駆動源である変位を発
生するアクチュエーターと、チャンバーに接着固定する
ことで液室の一部を構成しアクチュエーターの変位を液
室内に伝えるダイヤフラムと、チャンバーと協働してノ
ズル板を固着するフレームとを有するインクジェットヘ
ッドにおいて、アクチュエーターの積層圧電素子の分割
方向と直角方向の両端に線対称形状のチャンバー位置合
わせ用凸部を有し、チャンバーの液室用溝の長手方向と
直角方向の両端に線対称形状のアクチュエーター位置合
わせ用凸部を有し、該アクチュエーターの位置合わせ用
凸部と該チャンバーの位置合わせ用凸部の両者の凸部の
頂上部の間隔と幅を同寸法とし、この同型状な凸部を利
用してアクチュエーターとチャンバー位置合わせを行
う。

【０００９】インクを吐出するための複数のノズル穴を
有するノズル板と、ノズル穴に連通しインクを充填する
液室用溝を複数有するチャンバーと、積層圧電素子を備
えインク吐出の駆動源である変位を発生するアクチュエ
ーターと、チャンバーに接着固定することで液室の一部
を構成しアクチュエーターの変位を液室内に伝えるダイ
ヤフラムと、チャンバーと協働してノズル板を固着する
フレームとを有するインクジェットヘッドの製造におい
て、チャンバーとダイヤフラムとフレームの一部を貫通
する長さの棒状の一対の突起部を有し、該突起部の向か
い合う両面に長溝状の凹部を長手方向に沿って形成し、
該凹部の溝幅がチャンバー凸部とアクチュエーター凸部
の両者の突起幅よりも極僅か幅広であり、凹部の溝底部
の間隔がチャンバー凸部とアクチュエーター凸部の両者
の突起頂上部よりも極僅か広く形成した治具を使用し、
請求項１記載のアクチュエーター凸部と請求項１記載の
チャンバー凸部の両者を、治具の突起部の長溝状の凹部
に勘合することで、チャンバーとアクチュエーターの相
対位置精度を確保してインクジェットヘッドを製造す
る。

【００１０】また、チャンバーの２ヶ所の凸部とアクチ
ュエーターの２ヶ所の凸部の両者を、治具の２ヶ所の凹
部に勘合することで、チャンバーとアクチュエーターの
相対位置精度を確保する。更に、治具の内、少なくとも
凹部を含む部分は、高硬度のセラミックス製または熱処
理により硬度を高くした合金工具鋼製とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の一実施例について述べ
る。、図３に示すように、１０はノズル板であり、記録
液体であるインクを吐出する複数のノズル穴１２を有
し、表面には撥水処理を施し、裏面はチャンバー３０と
ダイヤフラム４０とフレーム５０と接着固定する。

【００１２】図１に示すように、２０はアクチュエータ
ーであり、積層圧電素子２２と、ベース２４とから構成
し、図２にしめす線対称形状である２ヶ所のチャンバー
位置合わせ用のアクチュエーター凸部２６を有する。積
層圧電素子２２は、インク吐出するための駆動源となる
変位を発生する素子であり、その数はノズル穴１２と同
数以上の多数個に分割されている。ベース２４は、積層
圧電素子２２の共通固定部材であり、線膨張係数が積層
圧電素子２２とほぼ同じセラミックス材を使用する。

【００１３】積層圧電素子２２とベース２４は、エポキ
シ系接着剤で接着した後、液室用溝３２の長手方向と同
方向にワイヤーソーにより複数個に平行に分割する。積
層圧電素子２２のベース２４に接着固定されていない自
由端は、後述するダイヤフラム４０のアイランド４４に
接着固定する。アクチュエーター凸部２６は、チャンバ
ー３０のチャンバー凸部３４との位置合わせ用の線対称
形状の一対の凸部であり、積層圧電素子２２の分割方向
と直角方向の両端に設ける。積層圧電素子２２とアクチ
ュエーター凸部２６の相対位置は、積層圧電素子２２の
分割溝位置計測技術と、研削盤の高精度ワーク送り技術
により、高い精度が確保できる。

【００１４】図３に示すように、３０はチャンバーであ
り、熱硬化性プラスチックス製であり、液室用溝３２
と、ダイヤフラム被接着面３５と、ノズル板被接着面３
９とを有し、図４に示すような線対称形状である２ヶ所
のアクチュエーター位置合わせ用のチャンバー凸部３４
と、凹部７２を形成した治具の一対の突起部材７４が貫
通するチャンバー治具用穴３６を設ける。液室用溝３２
は、ダイヤフラム４０を接着することでインクを充填す
る液室を形成し、その数はノズル穴１２と同数以上を設
ける。液室用溝３２には、インクが供給されてくる液室
入口３７と、これと対抗する側に液室出口３８を設け
る。

【００１５】チャンバー凸部３４は、アクチュエーター
２０のアクチュエーター凸部２６との位置合わせ用の凸
部であり、アクチュエーター凸部２６と同型状の線対称
形状の一対の凸部であり、液室用溝３２と直角方向の両
端に形成する。液室用溝３２とチャンバー凸部３４の相
対位置は、金型精度の確保と成形条件の最適化により、
高い精度が確保できる。

【００１６】４０はダイヤフラムであり、厚さ３〜１０
μｍのプラスチックス製の可撓部４２と、厚さ２０〜５
０μｍのニッケル電鋳製のアイランド４４と、アイラン
ド４４と同じ厚さの桟部と、凹部７２を形成した治具の
一対の突起部材７４が貫通するダイヤフラム治具用穴を
有する。アイランド４４は、積層圧電素子２２の自由端
と接着し、その厚さと材質による剛性により、積層圧電
素子２２の変位を液室内のインクに伝える。桟部は、そ
の厚さによりチャンバー３０に塗布された接着剤を確実
に押圧し、接着シール性を確保し液室の漏れを防ぐ。ダ
イヤフラム治具用穴の位置は、チャンバー治具用穴３６
の位置と一致し、ダイヤフラム治具用穴の形状はチャン
バー治具用穴３６よりも一回り大きな穴形状とし、治具
との接触を防ぐ。

【００１７】５０はフレームであり、ノズル被接着面５
２と、ダイヤフラム被接着面５６を有し、凹部７２を形
成した治具の一対の突起部材７４がが貫通するフレーム
治具用穴５４を設ける。ノズル被接着面５２は、チャン
バー３０と協働してノズル板１０を接着固定する。ダイ
ヤフラム被接着面５６は、チャンバー３０と協働してダ
イヤフラム４０を両側から挟むように接着する。フレー
ム治具用穴５４は、アクチュエーター接着用治具７０の
突起部材７４が貫通でき、アクチュエーター２０が接触
しない位置と大きさとする。

【００１８】図３を用い、以下に本発明の組立手順を説
明する。第一に、チャンバー３０のダイヤフラム被接着
面３５にエポキシ系接着剤を塗布し、液室用溝３２の長
手方向の中心とアイランド４４の長手方向の中心が一致
するように位置決めした後、チャンバー３０とダイヤフ
ラム４０を押圧し加熱し接着固定する。

【００１９】第二に、フレーム５０のダイヤフラム被接
着面５６にエポキシ系接着剤を塗布し、上記チャンバー
３０とダイヤフラム４０の接合体のダイヤフラム４０に
フレーム５０を押圧加熱し接着固定する。

【００２０】第三に、ノズル板１０を接着固定するノズ
ル被接着面を作り出す。チャンバー３０の液室出口３８
を含むノズル被接着面３９と、ダイヤフラム４０の端面
と、フレーム５０のノズル被接着面５２をラップ加工
し、同一加工面とし、これをノズル被接着面にする。

【００２１】第四に、ラップ後のノズル被接着面にエポ
キシ系接着剤を塗布し、液室出口３８の中心とノズル板
１０のノズル穴１２の中心を一致させた後、ノズル板１
０を押圧加熱し接着固定する。

【００２２】上述したチャンバー３０とダイヤフラム４
０とフレーム５０とノズル板１０とを接着固定したもの
をワーク６０と称する。

【００２３】図５に、アクチュエーター接着用治具７０
を示す。図６は、アクチュエーター接着用治具７０に、
ワーク６０とアクチュエーター２０を組み付けた状態を
示す。 図７は、アクチュエーター接着用治具７０の突
起部材７４に、アクチュエーター２０のアクチュエータ
ー凸部２６を勘合させた状態を示す。図８は、アクチュ
エーター接着用治具７０の突起部材７４に、ワーク６０
の一部であるチャンバー３０のチャンバー凸部３４が勘
合した状態を示す。

【００２４】第五に、該ワーク６０をアクチュエーター
接着用治具７０に装着する。図５において、アクチュエ
ーター接着用治具７０は、長溝状の凹部７２と案内斜面
７８を有する角棒状の一対の突起部材７４と、ワーク固
定ネジ７６と、基台７５で構成する。一対の突起部材７
４はチャンバー３０とダイヤフラム４０とフレーム５０
の一部を貫通する長さを有し、一対の突起部材７４の向
かい合う面の両者の長手方向に沿って長溝状の凹部７２
を形成し、溝底面が互いに向き合う状態で基台７５に固
定する。

【００２５】凹部７２の溝幅はアクチュエーター凸部２
６とチャンバー凸部３４の突起幅の寸法に２〜４μｍを
加えた寸法とし、向かい合う凹部７２の溝底部の間隔は
アクチュエーター凸部２６とチャンバー凸部３４の突起
頂上部の寸法に２〜４μｍを加えた寸法とする。突起部
材７４の先端には、凹部７２に沿って１０〜３０度の斜
面状の案内斜面７８を設ける。

【００２６】突起部材７４は、硬質のセラミックスを使
用し、凹部７２と案内斜面７８の表面粗さは、小粒径砥
石による研削加工により、極力平滑な面で所定の形状を
形成する。また、突起部材７４は、熱処理により硬度を
高くした高速度鋼や合金工具鋼や炭素工具鋼を研削仕上
げして使用しも良い。

【００２７】図６に示すように、ワーク固定ネジ７６
は、基台７５で支持し、ワーク６０を固定する。ワーク
６０を装着しワーク固定ネジ７６を締める事により、ワ
ーク６０のチャンバー３０のチャンバー凸部３４の一方
が、一方の突起部材７４の凹部７２の溝底部に押圧す
る。これにより、アクチュエーター接着用治具７０とワ
ーク６０との２〜４μｍの隙間は解消し、装着誤差はゼ
ロに出来る。

【００２８】ワーク６０は、アクチュエーター接着用治
具７０の突起部材７４の案内斜面７８に、チャンバー凸
部３４を滑らせながら挿入し、勘合させる。凹部７２及
び案内斜面７８は、高硬度な平滑面であるので、チャン
バー凸部３４が削れたり壊れたりすることは無く、滑ら
かにすべる。突起部材７４の凹部７２とチャンバー凸部
３４と勘合させてワーク６０を装着した後、ワーク固定
ネジ７６により治具に固定する。このワーク６０の装着
とワーク固定ネジ７６による固定において、突起部材７
４はチャンバー３０のみと接触し、ダイヤフラム４０や
フレーム５０に接触することは無い。

【００２９】第六に、アクチュエーター２０は、複数の
積層圧電素子２２の自由端にエポキシ系接着剤を塗布し
た後、アクチュエーター凸部２６を突起部材７４の案内
斜面７８に滑らせながら挿入し凹部７２に勘合させる。
更に、アクチュエーター２０は、ダイヤフラム４０のア
イランド４４に押圧し加熱し、接着固定する。必要に応
じ、フレーム５０とベース２４を接着しても良い。

【００３０】このアクチュエーター凸部２６を突起部材
７４の案内斜面７８に滑らせる場合においても、凹部７
２及び案内斜面７８が高硬度な平滑面であるので、アク
チュエーター２０が削れたり壊れたりすることは無く、
また削り屑の挟み込みも無い。

【００３１】図６に示すように、アクチュエーター凸部
２６とチャンバー凸部３４の両者を、アクチュエーター
接着用治具７０の長溝状の凹部７２に勘合することで、
アクチュエーター２０とチャンバー３０の相対位置精度
を確保する。アクチュエーター２０の積層圧電素子２２
の中心とチャンバー３０の液室用溝３２の位置を決める
経路は、積層圧電素子２２、アクチュエーター凸部２
６、凹部７２、チャンバー凸部３４、液室用溝３２であ
り、位置を決める経路が単純化できるので、積層圧電素
子２２と液室用溝３２の相対位置精度が向上する。

【００３２】上述の如く、チャンバー３０の位置合わせ
用のチャンバー凸部３４とアクチュエーター２０の位置
合わせ用のアクチュエーター凸部２６の両者は同一形状
であり、アクチュエーター接着用治具７０の凹部７２に
アクチュエーター凸部２６とチャンバー凸部３４の両者
が勘合する構成である。また、アクチュエーター凸部２
６と積層圧電素子２２の相対位置は、積層圧電素子２２
の分割溝位置計測技術と研削盤の高精度ワーク送り技術
により高い精度が確保でき、液室用溝３２とチャンバー
凸部３４の相対位置は、金型精度の確保と成形条件の最
適化により高い精度が確保できる。さらに、アクチュエ
ーター接着用治具７０のワーク固定ネジ７６により、チ
ャンバー３０と突起部材７４間の僅かな隙間による誤差
も取り去ることができる。従って、チャンバー３０の液
室用溝３２の相対位置を高い精度で一致させる事ができ
る。

【００３３】以上は、突起部材７４を有するアクチュエ
ーター接着用治具７０を使用し組み立てた例だが、位置
合わせ用のアクチュエーター凸部２６と位置合わせ用の
チャンバー凸部３４を光学式位置合わせ装置を使用し、
光学的に位置合わせしても良い。

【００３４】まず、チャンバー凸部３４及びアクチュエ
ーター凸部２６を読み取るＣＣＤカメラは固定してお
く。チャンバー３０をフレーム５０を上にして第一ＸＹ
テーブルに装着し、チャンバー凸部３４をＣＣＤカメラ
で読み取り、第一ＸＹテーブルを移動しチャンバー凸部
３４を視野内基準線に合わせ込むみ、第二ＸＹテーブル
をロックし移動禁止にする。ロック後、チャンバー３０
をＺ方向に一旦待避する。

【００３５】次に、アクチュエーター２０の積層圧電素
子２２の自由端に接着剤を塗布する。アクチュエーター
２０をベース２４を上にして第二ＸＹテーブルに装着
し、アクチュエーター凸部２６をＣＣＤカメラで読み取
り、第二ＸＹテーブルを移動しアクチュエーター凸部２
６を視野内基準線に合わせ込むみ、第二ＸＹテーブルを
ロックし移動禁止にする。

【００３６】次に、Ｚ方向に待避していたチャンバー３
０をゆっくり戻し、アクチュエーター２０に押圧する。
この押圧状態を保持治具で維持したまま光学式位置合わ
せ装置から取り出し、加熱し接着剤を硬化させる。これ
により、アクチュエーター２０とチャンバー３０の位置
合わせを行う。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、
チャンバー３０の液室用溝３２とアクチュエーター２０
の積層圧電素子２２の中心を高い精度で一致させること
ができるので、一定寸法内のインク吐出素子数を増すヘ
ッドの高密度化が実現でき、高画質のインクジェットプ
リントを顧客に提供できる。

【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断面で示す正
面図。

【図２】本発明のインクジェットヘッドの上面図。

【図３】本発明のインクジェットヘッドの断面で示す側
面図。

【図４】本発明のインクジェットヘッドの下面図。

【図５】本発明の組立用治具の断面で示す正面図。。

【図６】本発明のインクジェットヘッドと治具の組み合
わせ状態を示す正面図。

【図７】本発明のインクジェットヘッドと治具の組み合
わせ状態を示す上面図。

【図８】本発明のインクジェットヘッドと治具の組み合
わせ状態を示す下面図。

【図９】従来のインクジェットヘッドの断面で示す正面
図。

【図１０】従来のインクジェットヘッドの上面図。

【図１１】従来のインクジェットヘッドの断面で示す側
面図。

【符号の説明】

１０ ノズル板 ２０ アクチュエーター ２２ 積層圧電素子 ２４ アクチュエーター凸部 ３０ チャンバー ３２ 液室 ３４ チャンバー凸部 ４０ ダイヤフラム ５０ フレーム ６０ ワーク ７０ アクチュエーター接着用治具 ７２ 凹部 ７４ 突起部 ７８ 案内斜面

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクを吐出するための複数のノズル穴
   を有するノズル板と、ノズル穴に連通しインクを充填す
   る液室用溝を複数有するチャンバーと、積層圧電素子を
   備えインク吐出の駆動源である変位を発生するアクチュ
   エーターと、チャンバーに接着固定することで液室の一
   部を構成しアクチュエーターの変位を液室内に伝えるダ
   イヤフラムと、チャンバーと協働してノズル板を固着す
   るフレームとを有するインクジェットヘッドにおいて、
   アクチュエーターの積層圧電素子の分割方向と直角方向
   の両端に線対称形状のチャンバー位置合わせ用凸部を有
   し、チャンバーの液室用溝の長手方向と直角方向の両端
   に線対称形状のアクチュエーター位置合わせ用凸部を有
   し、該アクチュエーターの位置合わせ用凸部と該チャン
   バーの位置合わせ用凸部の、両者の凸部の頂上部の間隔
   と幅が同寸法である事を特徴とするインクジェットヘッ
   ド。
2. 【請求項２】 インクを吐出するための複数のノズル穴
   を有するノズル板と、ノズル穴に連通しインクを充填す
   る液室用溝を複数有するチャンバーと、積層圧電素子を
   備えインク吐出の駆動源である変位を発生するアクチュ
   エーターと、チャンバーに接着固定することで液室の一
   部を構成しアクチュエーターの変位を液室内に伝えるダ
   イヤフラムと、チャンバーと協働してノズル板を固着す
   るフレームとを有するインクジェットヘッドの製造にお
   いて、チャンバーとダイヤフラムとフレームの一部を貫
   通する長さの棒状の一対の突起部を有し、該突起部の向
   かい合う両面に長溝状の凹部を長手方向に沿って形成
   し、該凹部の溝幅が請求項１記載のチャンバー凸部とア
   クチュエーター凸部の両者の突起幅よりも極僅か幅広で
   あり、凹部の溝底部の間隔が前記チャンバー凸部と前記
   アクチュエーター凸部の両者の突起頂上部よりも極僅か
   広く形成した治具を使用し、前記アクチュエーター凸部
   と前記チャンバー凸部の両者を、治具の突起部の長溝状
   の凹部に勘合することで、チャンバーとアクチュエータ
   ーの相対位置精度を確保して製造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。
3. 【請求項３】 治具の突起部が、高硬度のセラミックス
   製、または熱処理により硬度を高くした合金工具鋼製で
   あることを特徴とする請求項２記載のインクジェットヘ
   ッドの製造方法。