JP2002347244A

JP2002347244A - インクジェットヘッド

Info

Publication number: JP2002347244A
Application number: JP2001156582A
Authority: JP
Inventors: Kenji Yamada; 健二山田
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2001-05-25
Filing date: 2001-05-25
Publication date: 2002-12-04

Abstract

(57)【要約】【課題】インク滴を飛翔させ、記録媒体にインク像を
形成する記録装置に用いるインクジェットヘッドにおい
て、流路形成部材間の接着位置精度が確保しやすい、イ
ンクジェットヘッドを提供し、インク吐出特性のばらつ
きを低減する。【解決手段】流路形成部材の基準穴は、中心に向かっ
て３カ所以上の凸部を有し、凸部の内接円の直径は前記
基準ピン外径よりも小さい軸対称な形状とし、また、基
準ピンの係合する箇所は、重なり合う前記流路形成部間
では異なる位置にある。更には、係合する長さの合計
は、基準ピン外周長さの１／２よりも小さくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧力発生手段が発
生する圧力によってインク滴を飛翔させ記録媒体にイン
ク像を形成する記録装置に用いるインクジェットヘッド
に関する。より詳しくは、ヘッド構成部品相互の位置決
め構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明は、圧力発生手段を用いたオンデ
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
ドに関するものである。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、電気ヒータに
よりインク中に気泡を発生させてインクを噴射するサー
マル方式と、圧電素子を用いて圧力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とがある。サー
マル方式は、リソグラフィ技術により微細な加工が可能
で、ノズルピッチを１００μｍ以下に出来るという長所
があるが、噴射する液体の沸点が１００℃程度に限定さ
れ、且つ、連続噴射の際の駆動周波数が１０ｋＨｚ程度
に限られるという短所がある。上記沸点の制限は、イン
クの種類を制限するため、産業応用の面では支障になる
ことがある。一方、圧電素子方式は圧電素子の変位量が
小さく、インク噴射には、圧力室の振動板表面積を大き
くする必要があるため、ノズルピッチを１００μｍ程度
までしか小さくできない。しかし、駆動周波数は圧電素
子の形状に依存するので、圧電素子寸法を適切に選択す
れば、周波数を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言える。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
り、産業用で見受けられる高粘度インクの噴射も可能で
ある。従って、圧電素子方式のインクジェットのニーズ
は今後も大きくなるものと見込まれている。本発明は圧
電素子方式に関するものである。

【０００３】インクジェットヘッドの製造方法の従来例
として、特開平１１−５８７４９では、オリフィスプレ
ートから支持板、共通インク供給路までの流路形成部材
は、夫々の板に設けた基準穴に基準ピンを通して、接着
時の位置合わせを行っていた。位置合わせを高精度に行
うためには、基準ピンと基準穴の寸法を極めて同寸法
に、精密に製造する必要がある。しかしながら、基準ピ
ンと基準穴の寸法を完全に一致する事は製造上出来な
い。また、部品加工上から言えば、インクジェットヘッ
ドの製造において用いられる一般的な金属、または樹脂
材料では、基準穴及び基準ピンの加工寸法精度は実用上
±１０μｍである。

【０００４】基準ピンを利用して組み立てする場合に、
基準穴が基準ピンよりも小さい場合、流路形成部材を構
成する各プレートの基準穴に基準ピンを挿入する工程で
大きな抵抗を伴うため、図３の様に、各プレートの基準
穴に不均一な変形を引き起こし、流路形成部材を構成す
る各プレート間での位置ずれの原因となったり、各プレ
ート間に隙間ｔが発生し、結果として、各プレート間の
接着不良等の不具合を生じる。また、基準ピン２１の曲
がりや損傷を引き起こし、組立不良を引き起こす要因に
もなる。

【０００５】従って、組み立て上、基準穴は基準ピンに
対して、必ず数μｍ大きくする事が必要で、必然的に図
４に示す様な隙間ｘを生じる。更に、図５に示す様に、
この隙間ｘに、部品の製造精度±１０μｍを加味する
と、流路形成部材間の組み立て後の位置誤差ｙは、最大
約５０μｍ程度存在することになる。

【０００６】これ以上の高精度を求めるには、各プレー
トの基準穴径を前もって測定し、測定値の近いものを選
別し、且つ、選別した各プレートの穴径に適合する直径
の基準ピンとで組み立て作業を行うことにより可能であ
る。しかし、前記方法では、非常に歩留まりの悪い、且
つ価格の高い製造方法となってしまう。

【０００７】図６は、流路形成部材を位置ずれの少ない
状態で組み立てた場合の、理想的なインクジェットヘッ
ドの部分断面図である。しかしながら、実際の組み立て
においては、基準穴と基準ピンの寸法差のため、図７で
示されたインクジェットヘッドの断面図の様に、流路形
成部材を構成する各プレートが位置ずれした状態を生じ
る。図６の例では、振動板の薄肉部が、圧電素子の変形
に伴って均等に変位するので液室容積変化が安定し、ま
た、ノズル位置も振動板中心と一致しているのでインク
吐出性能が高効率であり、吐出速度、吐出体積等の特性
が安定する。更に、圧電素子の伸縮方向に対して振動板
の薄肉部が均等に位置しているので、圧電素子に横方向
の応力が発生せず、寿命等の特性が向上する。

【０００８】これに対し、図７の例では、振動板の薄肉
部が不均一に変位し、最悪の場合、変形しない流路形成
部材を圧電素子が押してしまうこととなり、結果とし
て、インク吐出効率が悪く、吐出速度、吐出体積等の特
性が不安定となる。更には、全く吐出しないインクジェ
ットヘッドとなることもあり、印刷品質を著しく低下さ
せる。また、圧電素子の伸縮方向に対して振動板の薄肉
部が不均等に位置しているので、圧電素子に横方向の応
力が発生して、圧電素子の破損や振動板薄肉部の破損と
いった不良を引き起こし、寿命特性にも悪影響を及ぼ
す。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】基準穴が基準ピンより
も小さい場合、各プレートの基準穴に不均一な変形を引
き起こし、各プレート間の接着不良等の不具合を生じ
る。また、基準穴が基準ピンに対して大きい場合も、組
み立て後の位置誤差が生じ、インク吐出効率が悪く、吐
出速度、吐出体積等の特性が不安定となる。

【００１０】本発明の目的は、インク吐出特性のばらつ
きを低減し、流路形成部材を構成する各プレート間の接
着位置の精度が確保し易いインクジェットヘッドを提供
することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、本発明では、インクを蓄える複数圧力室と、電気信
号の印加により前記圧力室内に圧力変動を発生させる圧
力発生手段と、前記圧力室の壁面の少なくとも一部を形
成し且つ圧力発生手段に連結されている振動板と、前記
圧力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、インク液滴を圧力室から噴射するための噴射口とな
るノズルから構成され、インク流路の一部を構成する流
路形成部材は複数のプレートの張り合わせで形成され、
前記複数のプレートに設けられた２ヶ所以上の組立用の
基準穴と基準ピンとの填め合いにより、貼り合わせ位置
を決定するインクジェットヘッドにおいて、少なくとも
１ヶ所の前記基準穴は、中心に向かって少なくとも３カ
所以上の凸部を有し、凸部の内接円の直径は、前記基準
ピン外径よりも小さい軸対称な形状であることを特徴と
する。

【００１２】また、本発明では、前記基準穴の複数の凸
部と、前記基準ピンの係合する位置は、重なり合う前記
流路形成部間では異なる位置にあることを特徴とする。

【００１３】更には、本発明では、前記基準穴の複数の
凸部と、前記基準ピンの係合する長さの合計は前記基準
ピン外周長さの１／２よりも小さいことを特徴とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明に関して図面に基づ
いて説明する。

【００１５】図１は、本発明に関するインクジェットヘ
ッドの構造及び部品構成を説明する斜視図であり、図２
は、本発明に関するインクジェットヘッドの組み立て状
態を示す部分断面図である。

【００１６】２は、複数のノズル１を形成したオリフィ
スプレートである。ノズル１の開口形状の加工精度は、
インクジェットヘッドのインク吐出特性に大きな影響を
及ぼす。複数のノズル間において、これらのノズル精度
のばらつきを低く押さえるため、オリフィスプレート２
の製法は高い加工精度が要求される。このため、オリフ
ィスプレート２はニッケルの電鋳加工、ステンレス板等
の精密プレス加工法、またはレーザ加工法等により形成
される。

【００１７】４は圧力室３が形成されたチャンバプレー
トであり、６は共通インク供給路１１と圧力室３とを連
結し、圧力室３へのインク流入量を制御するリストリク
タ５を形成したリストリクタプレートである。チャンバ
プレート４、リストリクタプレート６は、ステンレス材
のエッチング加工法またはニッケル材の電鋳加工法等で
作られる。

【００１８】１０は積層圧電体素子１４の圧力を効率よ
く圧力室に伝えるための振動板７と、図１中には図示さ
れていない島状剛体突起８と、共通インク通路１１から
リストリクタ５に流入するインク中のゴミ等を取り除く
フィルタ部９とを形成したダイアフラムプレートであ
る。ダイアフラムプレート１０は、ダイアフラムプレー
トＡ１０１とダイアフラムプレートＢ１０２の２層から
なる。ダイアフラムプレートＡ１０１は、厚みが約２０
μｍのポリイミド樹脂等の高分子樹脂フィルムから作ら
れ、フィルタ部９は、ノズル１の穴径よりも小さな無数
の微細穴をレーザ加工で形成した。ダイアフラムプレー
トＢ１０２は、厚みが約５０μｍのステンレス材で、ダ
イアフラムプレートＡ１０１と張り合わせ接着した後、
エッチング加工法で島状剛体突起８を形成した。

【００１９】１２は共通インク通路１１を形成したハウ
ジングであり、金属または樹脂で作られ、外部インクタ
ンクからインクを共通インク通路１１まで導くインク導
入パイプ１３が接合されている。

【００２０】次に、本発明の一例について、より詳細に
説明する。

【００２１】図１において、流路形成部材は、ハウジン
グ１２と各プレートとから構成され、ここで各プレート
は、オリフィスプレート２と、チャンバプレート４と、
リストリクタプレート６と、ダイアフラムプレート１０
とする。前記流路形成部材の組立方法は、次の様に行
う。

【００２２】まず、ハウジング１２の２個の基準穴２４
に、２個の基準ピン２１を圧入する。

【００２３】次に、この２個の基準ピン２１を位置あわ
せとして順次、エポキシ樹脂等の接着剤を適量塗布した
他の各プレートを重ねて圧着する。ここで、各プレート
は、基準ピン２１が嵌合する１個の基準穴２２及び周り
止めの長穴２３を有する。

【００２４】本例では、基準穴２２は、図８に示す様に
三角形状に形成し、その内接円の直径φＨは、前記基準
ピン外径φＰよりも２０μｍ以上小さく設定している。
このような形状にすることにより、基準穴２２に基準ピ
ン２１を挿入時、基準穴２２内部の実質的に凸部となる
３カ所の接触部を極僅かに変形させれば、基準ピン２１
とは嵌合間隔０とする事が出来る。また、基準穴形状は
軸対称な形状であるため、基準ピンを挿入する事による
変形は各凸部において均等となり、基準ピンの中心は、
必ず基準穴の中心と一致する。

【００２５】この様に、各プレートは、基準穴２２に基
準ピン２１を挿入する工程で大きな抵抗を受けずに間隔
０で嵌合出来るので、各プレートの変形や、基準ピン２
１の曲がり、損傷を防止する事が出来、常に精度の良い
組立状態を達成することが出来る。基準穴２２の形状
は、基準ピン２１と３カ所以上の接触部が存在すれば良
く、図９や図１０に示す様に、例えば４つ、ないしは６
つの凸部を持つ形状においても同様の機能を果たす。

【００２６】更に、図１１に示す様に、本発明の他の例
として、互いに重なり合う前記各プレート間では、一方
の基準穴２２の形状が、重なり合う他方の基準穴の中心
に対して１８０度回転した形状とする。この例の様に、
基準穴２２の基準ピンと係合する位置は、重なり合う各
プレート間では異なる位置にあるように形成し、尚且
つ、図１２で示す様に、一枚のプレートが基準ピンと係
合する長さＬの合計は、基準ピンの円周の１／２以下と
する事により、図１３で示す断面形状の様に、各プレー
トの嵌合による基準穴２２の変形部が互いに干渉する事
がなくなり、各プレートは、組立状態の精度がより良く
なる。

【００２７】以下に、圧力発生手段の組立について説明
する。

【００２８】複数の積層圧電体素子１４と、それを固定
する支持基板１５とからなる圧力発生手段１８を、位置
決めを行い、接合する。圧力発生手段１８を製作する順
序は、まず支持基板１５に、棒状の積層圧電体素子を複
数本並べて接着固定する。支持基板１５は剛性の高い、
又はヤング率の高い材料である方が積層圧電体素子１４
の変位を振動板７に効率よく伝えることが出来るので、
セラミック基板を用いた。その後、棒状の積層圧電体素
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、分割された各々の積層圧電体素子
１４は圧力室の一つずつに対応するようになっている。

【００２９】更に、図２において、支持基板１５の両面
には、それぞれの積層圧電体素子１４に外部駆動回路か
ら独立した電気信号を送るための個別電極１６と、及び
共通電極１７とが形成されている。共通電極１７は、ス
ルーホールにより、支持基板１５の共通電極１７側に配
線され、フレキシブルケーブル１９と一括して接続され
る。フレキシブルケーブル１９の端末は外部駆動回路に
接続されている。

【００３０】選択的な電気信号が外部駆動回路から積層
圧電体素子１４に印加されることにより、積層圧電体素
子１４はひずみを生じる。積層圧電体素子１４は、高剛
性の支持基板１５上に接合されているため、島状剛体突
起８を介して振動板７に優先的に変位を与え、圧力室３
の圧力を高める。

【００３１】本例にて説明するインクジェットプリント
ヘッドは、こうした原理によってノズル１からインクを
吐出して記録媒体上にインク画像を形成する装置に用い
られる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、
基準穴が凸部を有する形状とすることにより、基準ピン
と基準穴とが係合し、従って、寸法差が０となる事によ
り、流路形成部材間の組み立てに伴う位置誤差を常に高
精度にでき、また、製造の歩留まりも向上できるインク
ジェットヘッドを提供出来る。

【００３３】更には、インク吐出速度、吐出体積等の特
性が安定し、寿命が向上し、結果として印字品質が向上
したインクジェットヘッドを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一例を示すインクジェットヘッドの
構造及び部品構成を説明する斜視図である。

【図２】本発明の一例の組み立て状態を示す部分断面
図である。

【図３】従来のインクジェットヘッドの基準穴と基準
ピンの嵌合状態の一例を示す断面図である。

【図４】従来のインクジェットヘッドの基準穴と基準
ピンの嵌合状態の別の例を示す断面図である。

【図５】従来のインクジェットヘッドの基準穴と基準
ピンとを用いて位置合わせを行った場合の、流路形成部
材を形成する各プレート間の組立誤差を示す平面図であ
る。

【図６】流路形成部材が正確に位置決めされ、組み立
てられた状態を示す断面図である。

【図７】流路形成部材が異常に位置決めされ、組み立
てられた状態を示す断面図である。

【図８】本発明の基準穴の第一の例を示す平面図であ
る。

【図９】本発明の基準穴の第二の例を示す平面図であ
る。

【図１０】本発明の基準穴の第三の例を示す平面図で
ある。

【図１１】本発明の一例の組み立て状態を説明する部
分斜視図である。

【図１２】本発明の一例の組み立て状態を説明する平
面図である。

【図１３】本発明の一例の基準穴と基準ピンの嵌合状
態を示す断面図である。

【符号の説明】

１はノズル、２はオリフィスプレート、３は圧力室、４
はチャンバプレート、５はリストリクタ、６はリストリ
クタプレート、７は振動板、８は島状剛体突起、９はフ
ィルタ部、１０はダイアフラムプレート、１０１はダイ
アフラムプレートＡ、１０２はダイアフラムプレート
Ｂ、１１は共通インク供給路、１２はハウジング、１３
はインク導入パイプ、１４は積層圧電体素子、１５は支
持基板、１６は個別電極、１７は共通電極、１８は圧力
発生手段、１９はフレキシブルケーブル、２０は導電性
接合部材、２１は基準ピン、２２は基準穴、２３は長
穴、２４は基準穴、３０は接着剤、３１は固定用接着剤

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インクを蓄える複数の圧力室と、電気信号
の印加により前記圧力室内に圧力変動を発生させる圧力
発生手段と、前記圧力室の壁面の少なくとも一部を形成
して圧力発生手段と連結されている振動板と、前記圧力
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
ンク液滴を圧力室から噴射するための噴射口となるノズ
ルとから構成され、インク流路の一部を構成する流路形
成部材は複数のプレートで形成され、前記プレートの張
り合わせ時には、プレートに設けられた少なくとも２ヶ
所以上の組立用の基準穴と基準ピンとの填め合いによ
り、張り合わせ位置を決定するインクジェットヘッドに
おいて、少なくとも１ヶ所の前記基準穴は、中心に向かって少な
くとも３カ所以上の凸部を有し、凸部の内接円の直径
は、前記基準ピン外径よりも小さい軸対称な形状である
ことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】前記基準穴の複数の凸部と、前記基準ピン
とが係合する位置は、前記流路形成部材を構成するプレ
ート間相互においては異なることを特徴とする、請求項
１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】前記基準穴の複数の凸部と、前記基準ピン
の係合する長さの合計は、前記基準ピンの円周の１／２
よりも小さいことを特徴とする、請求項１に記載のイン
クジェットヘッド。