JP4876554B2 - インクジェットヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェットヘッドに関し、より詳細にはインク流路を形成するプレートに接着剤の逃げ溝及び逃げ穴が正確に形成されたインクジェットヘッド及びその製造方法に関する。

従来のインクジェットヘッドにおいては、複数のプレートを積層してインク流路を接着剤で接合して形成する方法がある。この場合、接着剤がインク流路に流れ込まないようにするため、接着剤の逃げ穴を設ける方法が取られている。

例えば、流路の端部に逃げ穴を設けて余剰な接着剤を吸収する方法がある（特許文献１参照）。

また、溝を複数本持たせることにより均一にはみ出しを制御する方法がある（特許文献２参照）。

また、プレート全面に丸穴で逃げ穴を設ける方法もある。

これらはエッチングにより流路及び逃げ穴を形成している為、流路と逃げ穴の位置が正確にあわせられる。

しかし、エッチングで流路を形成する場合、バラツキが大きく精度があまり良くない。ステンレス材（ＳＵＳ）で精度よく流路を形成する場合、プレス加工を用いることにより精度を上げることが出来る。この場合、逃げ穴を形成出来ないので、レーザー加工などにより形成する方法がある。市販のレーザーマーキング装置を用いれば、任意の位置に溝やパターンを容易に形成することが出来る。

特開平０５−３３００６７号公報

特許３５４６６８３号公報

しかしプレス加工において、流路を形成する場合、圧力室などの細長の部分において五角形状に変形することが多い。この変形は、その形状から「舟形」と称するが、これによって流路プレート間の接合において、特にプレスで型抜きされた圧力室の周囲の接合が「面と面」ではなく、「面と線」の接合になってしまう。そして、この「面と線」の接合に接着剤の逃げ穴を設けると、接着剤の接合強度を保つことができなくなり、インクのリーク等が起きる可能性がある。

上記課題を解決する本願の請求項１記載の発明は、ノズルが形成されたノズルプレートと、ノズルへ連通し、インクを溜める圧力室及びインクの連通路が形成された少なくとも２枚のプレートの積層により構成されている流路プレートと、該流路プレートを封するダイアフラムプレートとを積層接合して形成されたインク流路を有するインクジェットヘッドにおいて、 前記流路プレートの少なくとも１枚は、当該流路プレートの外形よりも大きいブランクプレートを用いてプレス加工により第１の位置決め穴を設ける工程と、
前記第１の位置決め穴を基準に第２の位置決め穴とインク流路をプレス加工にて設ける工程と、前記第２の位置決め穴を基準として、流路プレートの大きさとなるようにブランクプレートの外周を切断する工程と、前記第２の位置決め穴を基準として、他の流路プレート、ノズルプレートまたはダイアフラムプレートの何れかに形成された凸部に対応した逃げ溝を形成する工程にて形成され、形成された前記流路プレートと他の流路プレート、ノズルプレートまたはダイアフラムプレートの何れかとは、前記第２の位置決め穴を基準として、当該流路プレートの逃げ溝と他の流路プレート、ノズルプレートまたはダイアフラムプレートの何れかに形成された凸部が契合するように接合されることを特徴とする。

本願の請求項２記載の発明は、ノズルが形成されたノズルプレートと、ノズルへ連通し、インクを溜める圧力室及びインクの連通路が形成された少なくとも２枚のプレートの積層により構成されている流路プレートと、該流路プレートを封するダイアフラムプレートとを積層接合して形成されたインク流路を有するインクジェットヘッドにおいて、前記ノズルプレートは、当該ノズルプレートの外形よりも大きいブランクプレートを用いてプレス加工により第１の位置決め穴を設ける工程と、前記第１の位置決め穴を基準に第２の位置決め穴とノズルをプレス加工にて設ける工程と、前記第２の位置決め穴を基準として、ノズルプレートの大きさとなるようにブランクプレートの外周を切断する工程と、前記第２の位置決め穴を基準として、流路プレートに形成された凸部に対応した逃げ溝を形成する工程にて形成され、形成された前記ノズルプレートと前記流路プレートは、前記第２の位置決め穴を基準として、前記ノズルプレートの逃げ溝と前記流路プレートの凸部とが契合するように接合されることを特徴とする。

本願の請求項３記載の発明は、ノズルが形成されたノズルプレートと、ノズルへ連通し、インクを溜める圧力室及びインクの連通路が形成された少なくとも２枚のプレートの積層により構成されている流路プレートと、該流路プレートを封するダイアフラムプレートとを積層接合して形成されたインク流路を有するインクジェットヘッドにおいて、前記ダイアフラムプレートは、当該ダイアフラムプレートの外形よりも大きいブランクプレートを用いてプレス加工により第１の位置決め穴を設ける工程と、前記第１の位置決め穴を基準に第２の位置決め穴をプレス加工にて設ける工程と、前記第２の位置決め穴を基準として、ダイアフラムプレートの大きさとなるようにブランクプレートの外周を切断する工程と、前記第２の位置決め穴を基準として、流路プレートに形成された凸部に対応した逃げ溝を形成する工程にて形成され、形成された前記ダイアフラムプレートと前記流路プレートとは、前記第２の位置決め穴を基準として、前記ダイアフラムプレートの逃げ溝と前記流路プレートの凸部とが契合するように接合されることを特徴とする。

本願の請求項４記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の発明において、前記逃げ溝を形成する工程において、更に接着剤の逃げ穴も形成することを特徴とする。

本願の請求項５記載の発明は、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の発明において、前記逃げ溝はレーザー加工にて形成されることを特徴とする。

本願の請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記第２の位置決め穴の周縁に逃げ溝を形成することを特徴とする。

本発明によれば、インクの流路を形成するプレートをプレス加工で形成する際、プレス加工によって変形した部分と契合するように逃げ溝を形成したことにより、接着強度の向上と、インクのリーク防止を図ることが出来る。また、船底状の凸部と逃げ溝を契合させたことにより、肉厚が薄い部分においても接着強度を高めることが出来る。

また、レーザー加工で逃げ溝や逃げ穴を設けたことにより、プレス加工後に逃げ溝と逃げ穴を設けることが出来、位置を正確に配置させることが出来る。

また位置決め穴の周囲に溝を設けたことにより、位置決めピンなどを挿入した場合、狭い部分が少ないので、抜き易くすることが出来る。

また、金属のプレートにプレス加工にてインク流路構成要素と位置決め穴を形成する工程と、位置決め穴を基準に接着剤の逃げ溝または逃げ穴を設ける工程と、位置決め穴を基準に接着剤を用いてプレートを接合する工程により流路ユニットを製造することにより、流路の位置関係と逃げ溝または逃げ穴の位置関係を正確に配置することが出来、接合の信頼性が向上する。

また、金属のプレートにプレス加工にて第一の位置決め穴を設ける工程と、圧力室などの流路構成要素と第二の位置決め穴を設ける工程と、第二の位置決め穴を基準に接着剤の逃げ溝又は逃げ穴を設ける工程と、第二の位置決め穴を基準にプレートを接合する工程によりインクジェットを製造することにより、位置決め穴精度が向上するので、プレス加工時の位置ズレを抑えることが出来る。

プレス加工で作製されたインク流路部品を信頼性よく接合することを、プレス加工によって変形した部分とレーザー加工で形成した逃げ溝とを契合することにより実現した。

発明の実施の形態を実施例にもとづき図面を参照して説明する。

図１は本実施例が示すインクジェットヘッドの正面から見た断面図で、図２は図１の側面断面図、図３はインク流路を形成する各構成部品の接合する前の状態を示す平面図である。本実施例で説明するインクジェットヘッドは、大きく分けて２つあり、一つはインクの流れを制御するハウジングユニット１と、インク吐出エネルギを発生する駆動ユニット２である。

ハウジングユニット１は、インクの流れを制御するインク流路ユニット３と、インク流路ユニット３を支えるハウジング４からなる。

インク流路ユニット３は複数の金属プレートを積層して形成される。この実施例では、インク吐出口であるノズル６１が設けられたノズルプレート３１と、インクを溜める圧力室６２が設けられたチャンバプレート３２及び流体抵抗であるリストリクタ６３が設けられたリストリクタプレート３３よりなる流路プレートと、振動板６４とリストリクタ６３に連通する連通孔７０をもつダイアフラムプレート３４、振動板６４の領域を囲むサポートプレート３５からなる。材質は全てステンレス（ＳＵＳ）である。ノズルプレート３１、チャンバープレート３２、リストリクタプレート３３及びサポートプレート３５はプレス加工にて流路を形成する。ダイアフラムプレート３４はエッチングで流路を形成する。各プレートには位置決め穴７１〜７２が設けられている。なお、本実施例において、流路プレートは２枚の金属プレートで形成されているが、更に多くの金属プレートを積層して流路プレートを形成してもよい。

ハウジング４は、ＳＵＳを機械加工で研削して形成する。ハウジング４には駆動ユニット２を挿入する貫通孔６６と、インク溜であるマニホールド６８と、マニホールド６８に連通するインク供給口６５と、位置決め穴７３が設けられる。

駆動ユニット２は、セラミック基板２１と、セラミック基板２１の端面にノズルピッチに合わせて配置した圧電素子２２と、電気信号を印加するフレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）２３からなる。電気信号が印加されると圧電素子２２が伸縮をおこなう。

プレス加工によるインク流路部品の作製方法を説明する。本実施例では、ノズルプレート３１、チャンバープレート３２、リストリクタプレート３３とサポートプレート３５をプレス加工で形成している。ここでは、図４の（ａ）〜（ｄ）に、チャンバープレート３２を用いた展開例を示す。抜き方向はノズル側である。

実際の流路よりも一回り大きい長方形のＳＵＳのブランクプレート５を用意し、外形を基準にプレス加工機の第一の治具（図示せず）に取り付ける（図４（ａ））。
外形の角を基準に第一の位置決め穴７１を形成する。この際、外形の角からの位置は不正確でも良い。第一の位置決め穴７１はプレートの両端に丸穴と長穴で形成される（図４（ｂ））。
第一の位置決め穴７１をプレス加工機の第二の治具（図示せず）に取り付ける。第一の位置決め穴７１を基準に、プレートの両端に第二の位置決め穴７２とインク流路を形成する。第二の位置決め穴７２はプレート両端に設けられ、丸穴と長穴である。圧力室６２は丸穴と長穴の間に形成される（図４（ｃ））。
第二の位置決め穴７２を基準に、プレートの外形をプレス加工機（図示せず）で形成する（図４（ｄ））。

このように加工を行うことで、ブランクプレート５には厚み以外の精度を一切要求せずに加工を行うことが出来、コスト削減を図ることが出来る。従来はプレス加工機に取り付ける位置決め穴をエッチングで形成していたが、この場合、穴の精度が悪いと位置精度や幅などがずれて不良品になりやすかった。

チャンバープレート３２やリストリクタプレート３３、サポートプレート３５のように細長の流路形状である場合、プレス抜き方向において、その流路間の隔壁に船底状の凸部５１、いわゆる「船形」が形成される。図５にその状態を示す。圧力室６２の形状に型抜きしてパンチを引き抜く際に、穴近傍のプレート面がパンチに引き込まれて歪むために発生する。この歪みにより、プレートの一方の面には、その長手方向に沿って五角形の頂部のような形状の凸部５１が生じる。凸部５１は周囲の面に対して出っ張った状態であり、抜き方によって中心よりもずれた位置に凸の中心がくる。このため、この部分が接合時に接着不良を起こす可能性がある。

そこで、接合の信頼性を上げるため、凸部５１が形成された一方のプレート（例えばリストリクタプレート３３）に接合する他方のプレート（例えばチャンバプレート３２）には、一方のプレートの凸部５１に当接する位置に逃げ溝５２を設ける。逃げ溝５２は凸部５１が形成された隔壁部などのインク流路の周囲に設けられ、かつ隔壁部の逃げ溝５２は凸部５１と契合する位置に形成される。図６に、チャンバープレート３２に逃げ溝５２が形成された状態を示す。逃げ溝５２の形成はレーザー加工により行われる。第二の位置決め穴７２を基準にレーザーマーキング装置により、プレートの全面に逃げ溝５２を形成する。逃げ溝５２の深さは塗布する接着剤の膜厚程度が理想である。深すぎると加工に時間がかかり、量産性が低下する。なお、凸部５１は逃げ溝５２に完全に収めなくても良い。

また、本例においては、逃げ溝５２を形成する工程で、同時に余剰の接着剤を吸収する逃げ穴５３も同時に形成するようにした。図６に示すように、逃げ穴５３は主にインク流路の外周領域に配置されている。そして、逃げ溝５２や逃げ穴５３はレーザー加工で形成することにより、その深さを場所によって変えることができ、接着剤の塗布面積が広い部分を深く、狭い部分は浅く形成して、接着剤のはみ出し量を制御することが出来る。

更に、第二の位置決め穴７２の周囲にも逃げ溝５２を形成する。図７にその状態を示す。これにより、位置決めピンの摺動性が向上する。

逃げ溝５２や逃げ穴５３を第二の位置決め穴７２を基準に形成したことにより、インク流路に対して正確に配置することが出来る。

このように形成されたインク流路の各構成要素は接着剤を用いて接合される。ここでは接着剤をスプレーで塗布している。塗布するのはチャンバープレート３２のノズル６１側、リストリクタプレート３３の両面、サポートプレート３５の振動板５４側、ハウジング４のサポートプレート３５側である。接合の際、位置決めは第二の位置決め穴７２に位置決めピンを挿入して行う。各プレートを積層した後、加圧して高温槽にて接合する。

その後、図８に示すように、インク流路ユニット３にハウジング４と接合し、ハウジングユニット１を形成した後、駆動ユニット２と接合してヘッドを完成させる。位置決めはハウジング位置決め穴７３と流路の第二の位置決め穴７２をピンで合わせて行う。

このようにして出来たインクジェットヘッドは、エッチング工程を全く無くし、プレス加工のみでヘッドを作製できるので、コストを安くすることが出来る。また、プレス加工による変形を用いて強固に接合できるので、接着領域の信頼性が高い。プレス加工で第一の位置決め穴７１を形成し、その後第二の位置決め穴７２と流路を形成するので、繰り返しでの位置決め精度を向上することが出来る。逃げ溝５２を流路のプレス加工後に形成しているので、船底状の凸部５１と逃げ溝５２の契合が容易に形成出来る。

なお、本実施例においてはチャンバプレート３２とリストリクタプレート３３との関係について説明したが、ノズルプレート３１、もしく流路プレートとしてチャンバプレート３２とリストリクタプレート３３以外に更にプレートが追加された場合においても、本発明と同様の構成とすることにより、本発明と同様の効果、すなわちインクリークの問題は解消される。

本発明のインクジェットヘッドの正面断面図である。 本発明のインクジェットヘッドの側面断面図である。 本発明におけるインク流路ユニットの分解平面図である。 本発明のチャンバプレートの製作工程を示す平面図である。 プレス加工により形成されたチャンバプレートの平面図と部分断面図である。 本発明のチャンバプレートの加工後の平面図である。 本発明のチャンバプレートの加工後の平面図である。 本発明におけるハウジングユニットの製作方法を示す斜視図である。

符号の説明

１ ハウジングユニット
２ 駆動ユニット
３ インク流路ユニット
４ ハウジング
５ ブランクプレート
２１ セラミック基板
２２ 圧電素子
２３ ＦＰＣ
３１ ノズルプレート
３２ チャンバプレート
３３ リストリクタプレート
３４ ダイアフラムプレート
３５ サポートプレート
４４ ヘッド取り付け段
４５ ヘッド取り付け穴
５１ 凸部
５２ 逃げ溝
５３ 逃げ穴
６１ ノズル
６２ 圧力室
６３ リストリクタ
６４ 振動板
６５ インク供給口
６６ 貫通孔
６８ マニホールド
７０ 連通孔
７１ 第一の位置決め穴
７２ 第二の位置決め穴
７３ ハウジング位置決め穴

Claims (6)

1. ノズルが形成されたノズルプレートと、ノズルへ連通し、インクを溜める圧力室及びインクの連通路が形成された少なくとも２枚のプレートの積層により構成されている流路プレートと、該流路プレートを封するダイアフラムプレートとを積層接合して形成されたインク流路を有するインクジェットヘッドにおいて、
   前記流路プレートの少なくとも１枚は、
   当該流路プレートの外形よりも大きいブランクプレートを用いてプレス加工により第１の位置決め穴を設ける工程と、
   前記第１の位置決め穴を基準に第２の位置決め穴とインク流路をプレス加工にて設ける工程と、
   前記第２の位置決め穴を基準として、流路プレートの大きさとなるようにブランクプレートの外周を切断する工程と、
   前記第２の位置決め穴を基準として、他の流路プレート、ノズルプレートまたはダイアフラムプレートの何れかに形成された凸部に対応した逃げ溝を形成する工程にて形成され、
   形成された前記流路プレートと他の流路プレート、ノズルプレートまたはダイアフラムプレートの何れかとは、前記第２の位置決め穴を基準として、当該流路プレートの逃げ溝と他の流路プレート、ノズルプレートまたはダイアフラムプレートの何れかに形成された凸部が契合するように接合されることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
2. ノズルが形成されたノズルプレートと、ノズルへ連通し、インクを溜める圧力室及びインクの連通路が形成された少なくとも２枚のプレートの積層により構成されている流路プレートと、該流路プレートを封するダイアフラムプレートとを積層接合して形成されたインク流路を有するインクジェットヘッドにおいて、
   前記ノズルプレートは、
   当該ノズルプレートの外形よりも大きいブランクプレートを用いてプレス加工により第１の位置決め穴を設ける工程と、
   前記第１の位置決め穴を基準に第２の位置決め穴とノズルをプレス加工にて設ける工程と、
   前記第２の位置決め穴を基準として、ノズルプレートの大きさとなるようにブランクプレートの外周を切断する工程と、
   前記第２の位置決め穴を基準として、流路プレートに形成された凸部に対応した逃げ溝を形成する工程にて形成され、
   形成された前記ノズルプレートと前記流路プレートは、前記第２の位置決め穴を基準として、前記ノズルプレートの逃げ溝と前記流路プレートの凸部とが契合するように接合され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. ノズルが形成されたノズルプレートと、ノズルへ連通し、インクを溜める圧力室及びインクの連通路が形成された少なくとも２枚のプレートの積層により構成されている流路プレートと、該流路プレートを封するダイアフラムプレートとを積層接合して形成されたインク流路を有するインクジェットヘッドにおいて、
   前記ダイアフラムプレートは、
   当該ダイアフラムプレートの外形よりも大きいブランクプレートを用いてプレス加工により第１の位置決め穴を設ける工程と、
   前記第１の位置決め穴を基準に第２の位置決め穴をプレス加工にて設ける工程と、
   前記第２の位置決め穴を基準として、ダイアフラムプレートの大きさとなるようにブランクプレートの外周を切断する工程と、
   前記第２の位置決め穴を基準として、流路プレートに形成された凸部に対応した逃げ溝を形成する工程にて形成され、
   形成された前記ダイアフラムプレートと前記流路プレートとは、前記第２の位置決め穴を基準として、前記ダイアフラムプレートの逃げ溝と前記流路プレートの凸部とが契合するように接合されることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
4. 前記逃げ溝を形成する工程において、更に接着剤の逃げ穴も形成することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
5. 前記逃げ溝はレーザー加工にて形成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
6. 前記第２の位置決め穴の周縁に逃げ溝を形成することを特徴とする請求項５記載のインクジェットヘッドの製造方法。

Images