JPH11227216A

JPH11227216A - ヘッド構成部品の加工方法及びインクジェットヘッド

Info

Publication number: JPH11227216A
Application number: JP2876298A
Authority: JP
Inventors: Naoki Matsui; 直樹松井
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1998-02-10
Filing date: 1998-02-10
Publication date: 1999-08-24

Abstract

(57)【要約】【課題】振動板２０の加工時における駆動部３８の破
損を防止する。【解決手段】機械加工により振動板２０の長手方向に
複数の長溝４４を所定間隔をもって形成した後、長溝４
４に充填剤４６を充填し、長溝４４の間の残留部４５に
長溝４７を形成することで駆動部３８を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェットヘ
ッドを構成する部品の加工方法、及びこの加工方法によ
り加工された圧電部材を用いたインクジェットヘッドに
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、インクジェットヘッドとして、複
数のインク収容用長溝とこれらの長溝に連通したノズル
とを有するノズル部材と、それぞれの長溝に対応して配
置された圧電部材からなる複数の駆動部とを備え、これ
らの駆動部を変形することにより対応する長溝内のイン
クを加圧して対応するノズルから噴射するものが知られ
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このようなインクジェ
ットヘッドを用いて作成される画像の解像度は、インク
収容用長溝及び駆動部の配列ピッチにより決まる。換言
すれば、高解像度の画像を作成するインクジェットヘッ
ドを得るためには、より配列ピッチを狭くしなければな
らない。ところが、図１３に示すように、一枚の圧電材
料からなる板１００の片面に複数の長溝１０１を加工す
ることによりそれぞれ隣接する長溝１０１間に細長い隆
起部すなわち駆動部１０３を形成した振動板を利用する
インクジェットヘッドでは、駆動部１０３のピッチを狭
くすると当然にこの駆動部１０３の幅が狭くなって強度
が低下する。その結果、長溝１０１加工時の振動や衝撃
が当該加工中の長溝１０１に隣接する駆動部１０３にそ
のまま伝達し、この隣接する駆動部１０３が破損した
り、これに亀裂を生じたりする危険が高い。

【０００４】特に、インクジェットヘッドの駆動部１０
３は低強度の圧電セラミックスで形成されているので、
溝１０１の加工時に駆動部１０３を損傷することが多
く、インクジェットヘッドの歩留まりが悪いという問題
があった。また、駆動部１０３の損傷を防止するために
溝１０１の加工速度を落とさざるを得ず、駆動部１０３
の加工により長い時間を要するという問題があった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】以上の問題を解消するた
めに、本発明に係るヘッド構成部品の加工方法は、
（ａ）ヘッドを構成する部品に該部品の一部を切除する
第１の機械加工を施す工程と、（ｂ）上記工程（ａ）で
切除された部品の一部に充填材を充填する工程と、
（ｃ）上記工程（ｂ）の後に、上記部品に該部品の一部
を切除する第２の機械加工を施す工程と、を含むもので
ある。

【０００６】本発明の具体的な形態では、上記工程
（ａ）の第１の機械加工は、所定の間隔を置いて複数の
長溝を平行に形成する加工である。また、上記工程
（ｃ）の第２の機械加工は、上記第１の機械加工で形成
された隣接する溝の間にこれらの溝と平行に長溝を形成
する加工、又は上記工程第２の機械加工は、上記第１の
機械加工で形成された複数の長溝の長手方向と所定の角
度をなす方向に少なくとも一つの長溝を形成する加工で
ある。

【０００７】本発明の別の形態は、上記工程（ｂ）で充
填された充填材を上記工程（ｃ）の後に除去する工程
（ｄ）を含む。

【０００８】本発明の他の形態は、上記工程（ｃ）で機
械加工された部分に充填材を充填する工程（ｅ）を含
む。

【０００９】本発明のインクジェットヘッドは、上記加
工方法により加工されたヘッド構成部品を利用したもの
で、平行に伸びる複数の長溝状インク収容キャビティと
これら複数のキャビティにそれぞれ連通したインク吐出
用ノズルとを備えたインク収容部材と、上記複数のキャ
ビティにそれぞれ対応して設けられた複数の加圧部材と
を有し、各加圧部材の変形に基づいて、該加圧部材に対
応するキャビティ内のインクを対応するノズルから吐出
するインクジェットヘッドにおいて、上記複数の加圧部
材はそれぞれ、上記請求項１、２、４又は５のいずれか
の方法において上記工程（ａ）と工程（ｃ）でそれぞれ
形成された長溝の間に位置するヘッド構成部品の一部で
あることを特徴とする。

【００１０】なお、本発明を定義するために用いられて
いる「長溝」は、物体中にあって底面とこれを挟む２つ
の側面又はこれらに対応する部分を有する曲面により形
成される溝に限らず、板状の部材の一方の面からこれに
対向する他方の面に貫通するスリットも含むと理解すべ
きである。

【００１１】

【発明の作用及び効果】上述した本発明によれば、第２
の機械加工によりヘッド構成部品の一部を切除する前
に、第１の機械加工で切除されたヘッド構成部品の切除
部分は充填材で充填されて補強されているので、この第
２の機械加工時に発生する振動や衝撃によって、第１の
機械加工で切除された部分に隣接する部分が損傷した
り、そこに亀裂を生じることがない。

【００１２】特に、第１の機械加工と第２の機械加工に
より複数の長溝を近接して形成する場合でも、第１の機
械加工で形成された長溝は充填材で補強されているの
で、隣接する長溝の間に第２の機械加工で長溝を形成し
ても、そのときの衝撃や振動により、隣接する長溝の間
に形成された細長い残留隆起部が損傷したり、そこに亀
裂を生じることがない。

【００１３】そのため、例えば、圧電材料からなる一枚
の板に多数の細長い駆動部を平行に狭いピッチで形成す
る場合でも、これらの駆動部を損傷したり、そこに亀裂
を生じることがないので、高解像度用のヘッド構成部品
及びインクジェットヘッドを高い歩留まりをもって製造
できる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の好適な実施の形態を説明する。図１は、インクジェッ
トプリンタの一部を示す。このプリンタ３は、記録紙５
を矢印ｙ方向に搬送するための搬送機構７と、記録紙５
の上面に画像を記録するためのインクを収容したカート
リッジ９と、このカートリッジ９を記録紙５の搬送方向
ｙ方向と直交するｘ方向に往復移動させる走査機構１１
とを備えている。カートリッジ９は、本実施形態では箱
形の容器を備えており、記録紙に対向する一側部に、本
発明に係るインクジェットヘッド１を有する。

【００１５】図２はヘッド１の正面を部分的に拡大して
示しており、図３は図２のＩＩ−ＩＩ線に沿ったヘッド
１の断面を示している。これらの図に示すように、ヘッ
ド１は、その中央線１３を挟んで隣接する第１ヘッド部
１２（第１ヘッド領域）と第２ヘッド部１４（第２ヘッ
ド領域）とで構成されている。ヘッド１はまた、画像記
録時に記録紙５に対向する平板状のノズルプレート１６
を備えている。ノズルプレート１６は、記録紙５に対向
する第１面１６ａに対して反対側に位置する第２面１６
ｂに電気鋳造又はフォトリソグラフィー等の加工技術を
適用して、第１ヘッド部１２と第２ヘッド部１４のそれ
ぞれに、インクを収容する複数の長溝すなわち加圧室２
６、２７と、補給用インクを収容する補給室３０、３１
と、各加圧室２６、２７に対応して設けられ、この加圧
室２６、２７を補給室３０、３１に連通する通路３２、
３３と、各加圧室２６、２７に対応して設けられ、この
加圧室２６、２７のインクを吐出する複数のノズル３
４、３５が形成されている。

【００１６】また、ノズルプレート１６の第２面１６ｂ
にはフィルムからなるダイヤフラム（隔壁）１８が貼り
付けてあり、これにより上記第２面１６ｂ上にある加圧
室２６、２７、補給室３０、３１、通路３２、３３の開
口部がそれぞれ閉鎖されている。インクは、図示しない
貯蔵部に収容されており、この貯蔵部から補給室３０、
３１、通路３２、３３を介して各加圧室２６、２７に供
給される。

【００１７】各ヘッド部１２、１３において、複数の加
圧室２６、２７はヘッド中央線１３とほぼ直交する方向
に所定の間隔を置いて平行に形成されている。また、各
ノズル３４、３５は、加圧室２６、２７の中央線寄りに
この中央線から所定の距離を置いて設けられ、各加圧室
２６、２７の内部を第１面１６ａに隣接する大気に連通
している。なお、ノズル３４、３５は第１面１６ａに向
けて次第に細くなるようにテーパが付けられているが、
その内面形状はいかなる形状としてもよい。

【００１８】ダイヤフラムを挟んでノズルプレートの反
対側には、第１ヘッド部１２と第２ヘッド部１４に対応
してそれぞれ振動板２０、２１が配置されている。これ
らの振動板２０、２１は周知の圧電材料で形成されてい
る。各振動板２０、２１はまた、図４に示すように、後
に詳述する本発明の加工方法を用いて、ノズルプレート
１６の加圧室２６、２７と同一の間隔を置いて複数の長
溝を平行に形成することにより、隣接する長溝の間にそ
れぞれ細長い隆起部すなわち駆動部３８、３９が形成さ
れており、これらの駆動部３８、３９をノズルプレート
１６の加圧室２６、２７にそれぞれ対向させて固定され
ている。

【００１９】ダイヤフラム１８に接する駆動部３８、３
９の第１面３８ａ、３９ａにはそれぞれ導電材料からな
る個別電極が設けてあり（図示せず）、ダイヤフラム１
８と反対側にある振動板２０、２１の第２面２０ｂ、２
１ｂには同一の導電材料からなる共通電極の層が設けて
ある（図示せず）。そして、例えば、駆動部３８、３９
に設けた各個別電極はダイヤフラム１８に設けた対応す
るプリント電極を介して外部に引き出され、振動板２
０、２１に設けた共通電極は中央線と平行な方向に延長
されて外部に引き出され、これら各個別電極と共通電極
の引き出し部がそれぞれ画像信号出力部に接続されてい
る。振動板２０、２１は、駆動部３８、３９を含めて、
板厚方向（第１面３８ａ、３９ａ及び第２面２０ｂ、２
１ｂと直交する方向）に分極されている。

【００２０】これにより、第２面２０ｂ、２１ｂに設け
た電極と駆動部３８、３９の第１面３８ａ、３９ａに設
けた電極との間に所定の電圧を印加すると、これらの電
極の間にある駆動部３８、３９が板厚方向に変形し、そ
の変形がダイヤフラム１８を介して対応する加圧室２
６、２７のインクに伝達されるようになっている。な
お、電極を配置する場所はこれに限るものでなく、電圧
を印加することによりそれぞれの駆動部３８、３９を板
厚方向に変形できる場所であればいかなる場所であって
もよいし、振動板２０、２１の第１面２０ａ、２１ａ及
び第２面２０ｂ、２１ｂと平行な平面に沿って伸びる複
数の電極を振動板２０、２１の内部に配置してもよい。

【００２１】また、各振動板２０、２１の外側であって
中央線１３とは反対側には、振動板２０、２１と同一の
厚みを有する支持部材２２が設けてあり、補給室２６、
２７に接するダイヤフラム１８の部分を支持している。
さらに、ダイヤフラム１８と接する面とは反対側にある
振動板２０、２１及び支持部材２２のそれぞれの第２の
面２０ｂ、２１ｂ及び２２ｂはベースプレート２３に接
着されて支持されている。

【００２２】このように構成されたヘッド１の動作を説
明する。ある個別電極と共通電極との間に画像信号出力
部から所定の電圧（画像信号）が印加されると、対応す
る駆動部３８、３９が振動板２０、２１の板厚方向に変
形する。この変形はダイヤフラム１８を介して加圧室２
６、２７のインクに伝達され、これにより加圧室２６、
２７のインクが加圧され、ノズル３４、３５からインク
滴が飛翔する。飛翔したインク滴は記録紙５に付着す
る。そして、カートリッジ９が用紙搬送ｙ方向と直交す
るｘ方向に移動し、画像信号に対応した画像が記録紙５
に記録される。

【００２３】振動板２０の加工方法について説明する。
なお、振動板２１の加工方法は振動板２０の加工方法と
同一であるためその説明を省略する。まず、図５に示す
ように、振動板２０の原板を用意する。次に、この振動
板２０をその板厚方向に分極し、後に個別電極と共通電
極として利用する電極を適当なめっき法で原板の上面４
１と下面４２に設ける。なお、原板にまず電極を形成し
た後、これらの電極間に高圧を印加することで原板を分
極してもよい。また、個別電極となる電極については、
後に個別電極として利用される部分だけを形成してもよ
い。

【００２４】次に、図６に示すように、原板の上面４１
に、所定の間隔を置いて複数の長溝を４４平行に形成す
る（第１の溝加工）。この溝加工は、例えば、円盤状の
ダイシングソー又は針金状のワイヤーソーを用いて行う
のが好ましい。また、例えば、溝加工により形成される
長溝４４の間隔４４ａは約４００μｍ、幅４４ｂは約１
００μｍ、深さ４４ｃは約１０００μｍ、隣接する長溝
４４の間に形成された各残留部４５の幅４５ａは約３０
０μｍである。

【００２５】続いて、図７に示すように、各長溝４４に
充填材４６を充填する。充填材４６は、次の加工工程で
残留部４５に溝加工を施す際に生じる衝撃や振動により
この残留部が損傷するのを防止できる硬化強度（例え
ば、ヤング率が５０ｋｇｆ／ｍｍ²）を有するのが好ま
しい。また、後に充填材４６を溶融して除去する場合
は、この充填材４６は熱により容易に溶融するものが好
ましい。これら２つの条件を満たす充填材４６として、
例えば、エポキシ系接着剤アラルダイトＡＺ−１５（日
本チバガイキー株式会社製）に平均粒径２μｍのガラス
ビーズを分散させたものがある。

【００２６】次に、図８に示すように、第１の溝加工で
使用したソーと同一のものを用いて、各残留部４５の長
手方向中央線に、最初の溝加工と同一の大きさ（幅は約
１００μｍ、深さは約１０００μｍ）の長溝４７を形成
する（第２の溝加工）。

【００２７】最後に、長溝４４に充填した充填材４６を
加熱溶融して除去し、図９に示すように、所定の間隔を
置いて複数の長溝４４、４７を平行に形成した振動板２
０を得る。

【００２８】この加工技術によれば、第２の溝加工時、
第１の溝加工時に形成された長溝４４に充填材４６が充
填されて各残留部４５がその両側から補強されているの
で、この残留部４５に機械加工を施しても、そのときの
振動や衝撃により残留部４５が損傷する危険は殆どな
い。また、充填材４６はこれを加熱することで容易に除
去できるので、形成された長溝４４にストレスを与える
ことが殆どない。

【００２９】一般に、振動板２０の原板にダイシングソ
ーを用いて長溝４４を加工する場合、長溝４４の最終加
工段階（すなわち、長溝終端部の加工時）に、この長溝
終端部に隣接する残留部４５一端側を損傷したり、そこ
に亀裂を発生する傾向がある。そこで、上記説明では、
第２の溝加工前に第１の溝加工で形成した長溝４４をそ
の全長に亘って充填材４６で補強したが、図１０に示す
ように、第１の溝加工で形成した長溝４４の終端側だけ
に充填材４６を充填して残留部４５を補強するようにし
てもよい。

【００３０】比較実験：本発明の加工方法Ａ，Ｂと従来
の加工方法Ｃで振動板２０を作成し、それぞれについて
不良品（破損、亀裂）の発生率を求めた。加工方法Ａで
は、振動板２０の原板に第１の長溝４４を形成し、形成
した長溝４４に充填材４６を充填し、第１の長溝４４と
同一の大きさの第２の長溝４７をそれぞれの残留部４５
に形成した。加工方法Ｂでは、第１の長溝４４の加工し
た後、第１の長溝４４の終端側だけに充填材４６を充填
した。従来方法では、充填材４６を用いることなく、原
板の一側部側から順番に長溝を形成した。各加工方法に
おいて、溝加工にはワイヤーソーを利用し、各原板に１
００個の長溝を形成した。各加工方法で最終的に加工さ
れた振動板２０における駆動部３８の高さ（Ｈ）と駆動
部３８の幅（Ｄ）及びアスペクト比（Ｈ／Ｄ）、長溝４
４の加工速度、充填材４６の硬化強度（硬化状態でのヤ
ング率）、良品率を図１１に示す。

【００３１】この図１１から、従来の加工方法Ｃでは、
アスペクト比が２．５の場合のみ不良品が発生しなかっ
たが、アスペクト比が３．３以上の場合はいずれの不良
品が発生し、アスペクト比の増加に従って良品率が低下
し、アスペクト比が２０では良品率が僅か３〜４％とな
った。また、従来の加工方法Ｃでは、加工速度を上げる
と良品率が著しく低下した。したがって、従来の加工方
法Ｃではアスペクト比が約３以上の駆動部３８を高い歩
留まりをもって形成することは実質的に不可能であるこ
とが理解できる。

【００３２】これに対して、本発明の加工方法Ａでは、
殆どの場合、アスペクト比が２０まで不良品率を皆無に
維持できる。また、加工速度を上げても不良品の発生率
に悪い影響を与えることが少ない。

【００３３】本発明の他の加工方法Ｂでは、アスペクト
比１０以下の場合には、加工方法Ａと同様に、不良品の
発生率が皆無である。また、アスペクト比を１３．３以
上にすると不良品の発生が認められるが、その不良品発
生率は従来方法Ｃの不良品発生率に比べて格段に低い。
よって、アスペクト比１０までの振動板２０の製造に充
分適用できる。

【００３４】以上、本発明の具体的な実施形態の例を説
明したが、本発明はこれらの実施形態に限るものでな
い。例えば、第２の溝加工後に、この第２の溝加工で形
成した長溝４７にも充填材４６を充填すると共に、長溝
４４に充填した充填材４６を除去することなく保持して
駆動部３８、３９の補強部として利用してもよい（図１
２参照）。この場合、充填材４６には硬化後のヤング率
が２００ｋｇｆ／ｍｍ²以下のものを使用し、この充填
材４６が駆動部３８、３９の変形を阻害することのない
ようにするのが好ましい。

【００３５】また、第１の溝加工で形成した長溝４４と
平行な方向に第２の溝加工の長溝４７を形成したが、第
１の溝加工で形成した長溝４４と所定の角度をなす方向
（例えば、斜め方向、直交方向）に向けて第２の溝加工
で長溝４７を形成する場合でも本発明は適用可能であ
る。

【００３６】さらに、本発明は、圧電部材の一面に溝加
工を施して複数の細長い隆起部（駆動部）を形成するも
のに限らず、板状圧電部材の一端側から、又は対向する
両端側から、若しくは中央領域に細長い貫通孔（すなわ
ちスリット）を形成する場合にも本発明は適用可能であ
る。

【００３７】さらにまた、本発明は、圧電部材に溝加工
を施す場合に限るものでなく、ヘッド構成部品の複数の
個所にその一部を除去する加工を施す場合に広く適用で
きるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るインクジェットヘッドを備えた
プリンタの部分斜視図である。

【図２】本発明に係るインクジェットヘッドの部分正
面図である。

【図３】図２のII−II線断面図である。

【図４】図３のIII−III線断面図である。

【図５】振動板の加工方法を示す説明図である。

【図６】振動板の加工方法を示す説明図である。

【図７】振動板の加工方法を示す説明図である。

【図８】振動板の加工方法を示す説明図である。

【図９】振動板の加工方法を示す説明図である。

【図１０】振動板の加工方法を示す説明図である。

【図１１】本発明に係るヘッド構成部品の加工方法と
従来の加工方法との比較実験の結果を示す図表である。

【図１２】全ての長溝に充填剤を充填した状態の振動
板の斜視図である。

【図１３】従来の振動板の斜視図である。

【符号の説明】

１…インクジェット記録ヘッド、２０、２１…振動板、
３８、３９…駆動部、４４、４７…溝、４６…充填剤。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）ヘッドを構成する部品に該部品の
一部を切除する第１の機械加工を施す工程と、（ｂ）上
記工程（ａ）で切除された部品の一部に充填材を充填す
る工程と、（ｃ）上記工程（ｂ）の後に、上記部品に該
部品の一部を切除する第２の機械加工を施す工程と、を
含むことを特徴とするヘッド構成部品の加工方法。
【請求項２】上記工程（ａ）の第１の機械加工は、所
定の間隔を置いて複数の長溝を平行に形成する加工であ
り、上記工程（ｃ）の第２の機械加工は、上記第１の機械加
工で形成された隣接する溝の間にこれらの溝と平行に長
溝を形成する加工である、ことを特徴とする請求項１の
ヘッド構成部品の加工方法。
【請求項３】上記工程（ａ）の第１の機械加工は、所
定の間隔を置いて複数の長溝を平行に形成する加工であ
り、上記工程第２の機械加工は、上記第１の機械加工で形成
された複数の長溝の長手方向と所定の角度をなす方向に
少なくとも一つの長溝を形成する加工である、ことを特
徴とする請求項１のヘッド構成部品の加工方法。
【請求項４】上記工程（ｂ）で充填された充填材を上
記工程（ｃ）の後に除去する工程（ｄ）を含むことを特
徴とする請求項１から３のいずれかのヘッド構成部品の
加工方法。
【請求項５】上記工程（ｃ）で機械加工された部分に
充填材を充填する工程（ｅ）を含むことを特徴とする請
求項１から３のいずれかのヘッド構成部品の加工方法。
【請求項６】平行に伸びる複数の長溝状インク収容キ
ャビティとこれら複数のキャビティにそれぞれ連通した
インク吐出用ノズルとを備えたインク収容部材と、上記
複数のキャビティにそれぞれ対応して設けられた複数の
加圧部材とを有し、各加圧部材の変形に基づいて、該加
圧部材に対応するキャビティ内のインクを対応するノズ
ルから吐出するインクジェットヘッドにおいて、上記複
数の加圧部材はそれぞれ、上記請求項１、２、４又は５
のいずれかの方法において上記工程（ａ）と工程（ｃ）
でそれぞれ形成された長溝の間に位置するヘッド構成部
品の一部であることを特徴とするインクジェットヘッ
ド。