JP2001315345A - インクジェットヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造の組立精度に起因するマルチノズルイン
クジェットヘッドのインク噴射特性にばらつきを解消す
る。 【解決手段】 圧電素子と振動板を接着する際に、予め
治具を用意し、位置決めに直接関係する支持板、あるい
はリストリクタプレート（位置決めプレート）のみを取
り出し、これに合わせて、駆動モジュールを位置決めし
て固定し、次に、前記支持板あるいはリストリクタプレ
ートを除去して、代りに流路プレートをおいて、圧電素
子と振動板とを接着する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電素子を用いた
オンデマンド型インクジェットヘッドで、特に多数のノ
ズルを高密度に集積させたマルチノズルインクジェット
ヘッドの製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】オフィス用並びに産業用インクジェット
プリントヘッドのうち、オンデマンド型インクジェット
ヘッドにはインクを噴射する方式として、圧電素子を用
いて、加圧室の壁面の一部を変形させてインクを噴射す
る圧電素子方式がある。

【０００３】この圧電素子方式は圧電素子の変位量が小
さいのでインク噴射のためには加圧室の振動板表面積を
大きくする必要があり、そのため、ノズルピッチを１４
０μｍ程度までしか小さくできない。しかし、駆動周波
数は各ノズルに対応して配置された圧電素子片の長さに
依存するので長さを適当に選べば２０ｋＨｚ以上にする
ことが出来、印刷速度の高速化に適した方式といえる。
また、サーマル方式と違ってインクの種類を選ばないと
いう利点もある。

【０００４】以下、従来のインクジェットヘッドについ
て、図２及び図６に示す。

【０００５】図６は従来のインクジェットヘッド組立方
法を示す斜視図である。また、図２は従来のインクジェ
ットヘッド組立方法を示す圧電素子の列方向から見た断
面図であり、図６のＡ−Ａ断面図である。

【０００６】図２に示すように、まず、オリフィスプレ
ート１２から支持板１３、共通インク供給路部材１９ま
でを接着した流路プレート２０、並びに圧電素子４と圧
電素子固定板６とを接着した駆動モジュール３０とを別
々に作製し、準備しておく。次いで、図６に示すよう
に、流路プレート２０及び駆動モジュール３０に設けた
位置決めピン穴１６ａ、１６ｂに治具４０上のピン４６
を通して位置合わせを行う。以上の工程により、インク
ジェットヘッドが組み立てられていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、流路プ
レート２０と駆動モジュール３０との組み立てに際して
は、ピン４６と位置決めピン穴１６ａ、１６ｂとのがた
が５０μｍ程度あるため、振動板３の各々の自由振動面
と圧電素子４の自由端面との位置合わせが正確に行われ
ず、振動板３の自由振動面の中心と圧電素子４の自由端
面の中心との位置関係が正規の値から最大５０μｍずれ
ることが有った。このような位置ずれの存在により、各
々のノズルの液滴速度、ひいてはインク噴射量が１０〜
２０％程度変動し、印刷品質を低下させしまっていた。

【０００８】そこで、本発明では前記のインク噴射量の
ばらつきを低減する製造方法を提案するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明においては、インクを蓄える加圧室と、電気
信号の印加により前記加圧室内に圧力変動を発生させる
圧電素子と、前記加圧室の壁面の少なくとも一部を形成
し、前記圧電素子と弾性材料で連結されている振動板
と、該振動板と圧電素子との間にあって振動板の所定領
域を補強するために設けられた支持板と、前記加圧室に
インクを供給する流路となるリストリクタと、該リスト
リクタにインクを供給する共通インク供給路と、インク
液滴を加圧室から噴射するオリフィスと、前記圧電素子
を固定する圧電素子固定板等によって構成された複数の
ノズルを有し、該ノズルが複数配置されたインクジェッ
トヘッドにおいて、前記オリフィスを形成するオリフィ
スプレートと、加圧室を形成する加圧室プレートと、リ
ストリクタを形成するリストリクタプレートと、振動板
と、支持板及び共通インク供給路を形成する共通インク
供給路部材を夫々のプレートに予め設けられている位置
決めピン穴を基準に一体に接着して１組の流路プレート
を作製すると共に、圧電素子と圧電素子固定板とを接着
して駆動モジュールを作成し、振動板の自由振動面を規
定する支持板またはリストリクタプレートのいずれかを
取り出して位置決めプレートとし、この位置決めプレー
トの位置決めピン穴を利用して治具の所定の位置に固定
し、駆動モジュールと前記位置決めプレートとを位置合
わせし、駆動モジュールの固定位置を決定し、前記位置
決めプレートを取り除き、代りに流路プレートを治具に
装着し、前記駆動モジュールと流路プレートとを組み立
てるようにした。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明につい
て説明する。本発明はノズル列が１列の場合あるいは２
列以上の場合でも適用できるが、ここではノズル列が１
列の場合を説明する。

【００１１】図１は、本発明で用いたマルチノズルイン
クジェットヘッドのノズル部の構成を示す断面図であ
る。

【００１２】図において、１はオリフィス、２は加圧
室、３は振動板、４は圧電素子、５ａと５ｂは信号入力
端子、６は圧電素子固定板、７は共通インク供給路８と
加圧室２とを連結し加圧室２へのインク流入を制御する
絞り流路（以後リストリクタと呼ぶ）、８は共通インク
供給路、９は振動板３と圧電素子４とを連結するシリコ
ン接着剤等の弾性を有する接着剤、１０はリストリクタ
７を形成するリストリクタプレート、１１は加圧室２を
形成する加圧室プレート、１２はオリフィス１を形成す
るオリフィスプレート、１３は振動板３を補強する支持
板、１９は共通インク供給路８を形成するための共通イ
ンク供給路部材である。

【００１３】振動板３、リストリクタプレート１０、加
圧室プレート１１、支持板１３は、例えばステンレス材
から作られ、オリフィスプレート１２はニッケル材ある
いはステンレス材から作られている。また、圧電素子固
定板６は、セラミックス、ポリイミドなどの絶縁物から
作られている。

【００１４】インクは、上流から下流へ向かって、共通
インク供給路８、リストリクタ７、加圧室２、オリフィ
ス１の順に流れる。

【００１５】圧電素子４は信号入力端子５ａと５ｂの間
に電位差が印加されたときに伸縮し、信号入力端子５ａ
と５ｂ間に電位差が無くなれば伸縮前の形に戻る。

【００１６】この構造において、圧電素子４の自由端１
７と振動板３の自由振動面との位置関係がインク噴射特
性に大きな影響を与える。この様子を図７に示す。

【００１７】図７において、支持板１３並びにリストリ
クタプレート１０の溝等によって挟まれた長方形の枠１
８の中が振動板３の自由振動面（図１の１８ａの領域）
となっている。この振動板３の自由振動面のほぼ中央部
分に圧電素子４の自由端面１７を配置することにより、
インク噴射に適した圧電素子、振動板からなる振動系の
振動モードを得ることが出来る。

【００１８】本発明のインクジェットヘッドを製作する
順序を以下に説明する。

【００１９】まず、オリフィスプレート１２、加圧室プ
レート１１、リストリクタプレート１０、振動板３、支
持板１３、及び共通インク供給路部材１９を位置決めピ
ン穴を基準に一体に接着しておく。この組み合わせを流
路プレート２０と呼ぶ。

【００２０】一方、図示しないが、圧電素子固定板６に
棒状圧電素子を接着・固定する。その後、棒状圧電素子
をダイシングソー、ワイヤソー等を利用した切断により
分割する。この時、分割された各々の圧電素子４は加圧
室２の一つずつに対応するようになっている。この状態
の部品を駆動モジュール３０と呼ぶ。

【００２１】すでに述べたように、位置決めピン４６の
直径は位置決めピン穴１６より５０μｍ程度小さめに製
作されている。このガタのために流路プレート２０と駆
動モジュール３０とを組み合わせた場合に圧電素子４の
自由端１７と振動板３の自由振動面１８との位置関係が
最大５０μｍ程度ずれる。具体的には、例えば図７の点
線枠１７２に示すように圧電素子４の自由端１７の位置
がずれる。そこで、この点を改めるために、次のような
方法で組み立てを行う。まず、本発明の製造方法に用い
る接着治具４０を図３にて説明する。

【００２２】図に示すように、接着治具４０は接着治具
下台４１と接着治具上台４２から構成されており、どち
らも高剛性の材料で製作されている。また、接着治具上
台４２は直動機構４４を介して接着治具下台４１に取り
付けられており、平行の位置を保ったまま上下に移動す
ることが出来る。更に、接着治具上台４２には可動治具
４３が設置されている。接着治具上台４２には複数のマ
イクロメータヘッド４５が取り付けられており、接着治
具上台４２上の可動治具４３の位置を微少移動する働き
をする。

【００２３】上記組立治具４０を用い、下記工程にて組
み立てを行う。まず、駆動モジュール３０及び支持板１
３（またはリストリクタプレート）を上記構成の接着治
具４０に、所定の位置に固定する。すなわち、駆動モジ
ュール３０は可動治具４３に固定ネジ等（図示せず）に
より固定する。支持板１３は接着治具下台４１に位置決
めピン４６を介して固定する。ここで、支持板１３のみ
固定するのは、位置決め用のサンプル、位置決めプレー
トとして利用するためである。つまり、支持板１３は振
動板３の自由端面１８の枠を形成する（相当する）もの
であるため、位置決めの確認のみ行うには支持板１３の
みを装着するだけで足りるのである。

【００２４】次に、図４に示すように、接着治具上台４
２を図中下方に移動させ、駆動モジュール３０の個々の
圧電素子４と支持板１３の相対位置が観察できるところ
まで近づける。

【００２５】更に、この状態で下方より光学顕微鏡等に
より圧電素子４の自由端１７と支持板１３の位置関係を
観察する。例えば、図７において、圧電素子自由端１７
が点線で示されたような不適な位置１７２にあるときに
は、複数のマイクロメータヘッド４５を調整することに
より可動治具４３を微動させ、図７において実線で示さ
れた所定の位置に圧電素子自由端１７を移動させる。

【００２６】所定の位置にあることを確認後、可動治具
４３は位置が変わらないように固定ネジ（図示せず）に
より接着治具上台４２に固定される。

【００２７】次に、図５のように接着治具上台４２を上
方に移動させる。そして、支持板１３は接着治具下台４
１から取り外され、代わりに流路プレート２０を位置決
めピン４６を介して固定する。

【００２８】続いて、流路プレート２０の振動板３か、
あるいは圧電素子４のいずれかに硬化前のシリコン接着
剤９を塗布する。

【００２９】その後、直ちに接着治具上台４２を下方に
移動させ、圧電素子４と振動板３を接触させる。このと
き圧電素子４は振動板３の自由振動面を規制する支持板
１３に対しては既に位置合わせを完了しているので、正
確に規定の位置に合わせることが出来る。

【００３０】より強く圧電素子４と振動板３接触させた
い場合は、この状態で更に接着治具上台４２に適度な荷
重を与える。シリコン接着剤９が熱硬化性である場合
は、この治具全体を加熱炉に入れシリコン接着剤９を硬
化させる。

【００３１】シリコン接着剤９の硬化後、インクジェッ
トヘッドを治具から取り外して製作作業は完了する。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、圧電素子の自由端を支
持板の個別の所定位置に位置決め出来るので、ノズル毎
のインク噴射特性を一様にすることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明で用いたインクジェットヘッドのノズ
ル断面図である。

【図２】 従来のインクジェットヘッド組立方法を示す
断面図（図６のＡ−Ａ断面図）である。

【図３】 本発明のインクジェットヘッド組立方法を示
す断面図である。

【図４】 本発明のインクジェットヘッド組立方法を示
す断面図である。

【図５】 本発明のインクジェットヘッド組立方法を示
す断面図である。

【図６】 従来のインクジェットヘッド組立方法を示す
斜視図である。

【図７】 支持板１３の枠１８と圧電素子の自由端１７
の相対位置関係を示す説明図である。

【符号の説明】

１はオリフィス、２は加圧室、３は振動板、４は圧電素
子、５ａと５ｂは信号入力端子、６は圧電素子固定板、
７はリストリクタ、８は共通インク供給路、９はシリコ
ン接着剤、１０はリストリクタプレート、１１は加圧室
プレート、１２はオリフィスプレート、１３は支持板、
１６ａ，１６ｂは位置決めピン穴、１７は圧電素子の自
由端、１７２は不正な位置にある時の圧電素子の自由
端、１８は枠、１９は共通インク供給路部材、２０は流
路プレート、３０は駆動モジュール、４０は接着治具、
４１は接着治具下台、４２は接着治具上台、４３は可動
治具、４４は直動機構、４５はマイクロメータヘッド、
４６は位置決めピンである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒沢 信広 茨城県ひたちなか市武田1060番地 日立工 機株式会社内 Ｆターム(参考） 2C057 AF93 AG12 AG44 AP02 AP25 AP77 BA04 BA14

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】インクを蓄える加圧室と、電気信号の印加
   により前記加圧室内に圧力変動を発生させる圧電素子
   と、前記加圧室の壁面の少なくとも一部を形成し、前記
   圧電素子と弾性材料で連結されている振動板と、該振動
   板と圧電素子との間にあって振動板の所定領域を補強す
   るために設けられた支持板と、前記加圧室にインクを供
   給する流路となるリストリクタと、該リストリクタにイ
   ンクを供給する共通インク供給路と、インク液滴を加圧
   室から噴射するオリフィスと、前記圧電素子を固定する
   圧電素子固定板等によって構成された複数のノズルを有
   し、該ノズルが複数配置されたインクジェットヘッドに
   おいて、 前記オリフィスを形成するオリフィスプレートと、加圧
   室を形成する加圧室プレートと、リストリクタを形成す
   るリストリクタプレートと、振動板と、支持板及び共通
   インク供給路を形成する共通インク供給路部材を夫々の
   プレートに予め設けられている位置決めピン穴を基準に
   一体に接着して１組の流路プレートを作製すると共に、
   圧電素子と圧電素子固定板とを接着して駆動モジュール
   を作成し、 振動板の自由振動面を規定する支持板またはリストリク
   タプレートのいずれかを取り出して位置決めプレートと
   し、この位置決めプレートの位置決めピン穴を利用して
   治具の所定の位置に固定し、 駆動モジュールと前記位置決めプレートとを位置合わせ
   し、駆動モジュールの固定位置を決定し、 前記位置決めプレートを取り除き、代りに流路プレート
   を治具に装着し、 前記駆動モジュールと流路プレートとを組み立てるよう
   にしたことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方
   法。