JPH0811311A - インクジェットヘッドのノズルプレート製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 印字品質に優れ、大量生産性に優れたインク
ジェットヘッドのノズルプレート製造方法を提示するこ
と。 【構成】 オリフィス部が形成され、且つオリフィス部
と底部において連通した有底孔が形成されたノズルプレ
ート本体１０を、ポリサルホンで射出成形する。その射
出成形時、射出成形材料はゲートから導入され、金型の
空間に充填される。この時の金型温度は１５０℃であ
り、材料温度は３７０℃であり、樹脂材料を充填する圧
力は１２００〜１５００ｋｇ／ｃｍ²である。つまり山
部１０３によってノズルのテーパ部となる有底孔が形成
され、インクが噴射される側の面を成形する型板１０４
と各山部１０３との空隙によってオリフィス部が形成さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、テーパ部を有する有底
孔とその有底孔に連通したオリフィス部とからなるノズ
ルからインクを噴射するインクジェットヘッドのノズル
プレート製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ドロップオンデマンド方式のイン
クジェットヘッドとして、例えば、圧電セラミックスの
変形によってインク流路の容積を変化させ、その容積減
少時にインク流路内のインクをノズルから液滴として噴
射し、容積増大時にインク導入口からインク流路内にイ
ンクを導入するようにしたものがある。そして、所要の
印字データに従って所要の位置のノズルからインク滴を
噴射させることにより、インクジェットヘッドと対向す
る紙面上等に所望する文字や画像を形成するものであ
る。

【０００３】この種のインクジェットヘッドとしては、
例えば特開昭６３−２４７０５１号公報に記載されてい
るものがある。このインクジェットヘッドは、圧電セラ
ミックスの隔壁によって隔てられた複数の平行なインク
流路を形成し、前記インク流路の一端をノズルプレート
の前記ノズルに連通し、他の一端にインクを供給するイ
ンク供給手段を接続し、前記隔壁の変形によってインク
流路の容積を変化させて前記ノズルからインクを噴射す
る。

【０００４】上記のようなインクジェットヘッドのノズ
ルプレートの製造方法としては、例えば、特開昭６１−
３２７６１号公報に開示されているように、フィルム状
のノズルプレートにエキシマレーザビームによりノズル
を形成する方法が知られている。また、特開平３−２９
７６５１号公報に開示されているように、高分子樹脂材
料の射出成形法によりノズルが形成されたノズルプレー
トを成形する方法が知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】インクジェットヘッド
のノズルは、ノズル内の体積が小さいと、インク流路内
にエアーを巻き込み、良好なインク噴射が行えず、印字
品質が低下するという問題があった。上述した特開昭６
１−３２７６１号公報に開示されたエキシマレーザビー
ムによりノズルを形成する方法では、ノズル体積を大き
くすることができない。そこで、特開平３−２９７６５
１号公報に開示されたノズルプレートを射出成形で製造
する方法によれば、ノズル内の体積を大きくし、エアー
の巻き込みを防止するなど、インク噴射に対して良好な
ノズル内形状にすることが容易に可能となる。しかしな
がら、ノズルプレートの射出成形時にノズル穴が貫通し
たものを製造すると、ノズル穴近傍やノズル穴内にバリ
が生じ、インクの吐出方向が曲げられ、印字品質が悪い
という問題があった。

【０００６】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、印字品質に優れたインクジェッ
トヘッドのノズルプレートを製造する方法を提示するこ
とを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の請求項１では、ノズルからインクを噴射する
インクジェットヘッドのノズルプレート製造方法であっ
て、前記ノズルを形成するための型と前記ノズルプレー
トのインク噴射側の面を成形するための型との間に隙間
を設けた状態で射出成形を行うことを特徴とする。

【０００８】請求項２では、前記ノズルは、テーパ部を
有する有底孔とその有底孔に連通したオリフィス部とか
らなり、前記テーパ部を形成するための型と前記ノズル
プレートのインク噴射側の面を成形するための型との間
に隙間を設けた状態で射出成形を行うことを特徴とす
る。

【０００９】

【作用】上記の構成を有する本発明のインクジェットヘ
ッドのノズルプレート製造方法では、前記テーパ部を形
成するための型と前記ノズルプレートのインク噴射側の
面を成形するための型との間に隙間を設けた状態で射出
成形を行うことにより、前記テーパ部を形成するための
型によって、前記テーパ部を有する前記有底孔が形成さ
れ、前記テーパ部を形成するための型と前記ノズルプレ
ートのインク噴射側の面を成形するための型との間の隙
間によって、前記オリフィス部が形成される。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。

【００１１】図３、図４及び図５に示すように、インク
ジェットヘッド３００は、圧電セラミックスプレート３
０２とカバープレート３２０とノズルプレート１とマニ
ホールド部材３０１とから構成されている。

【００１２】その圧電セラミックスプレート３０２は、
チタン酸ジルコン酸鉛系（ＰＺＴ）等のセラミックス材
料で形成され、圧電セラミックスプレート３０２には、
ダイヤモンドブレード等により切削加工された複数の横
溝３０３が形成されている。また、その横溝３０３の側
面となる隔壁３０６は矢印３０５の方向に分極されてい
る。それらの横溝３０３は同じ深さであり、かつ平行で
あり、圧電セラミックスプレート３０２の対向する端面
３０２ａ、３０２ｂに開口して加工されている。

【００１３】また、圧電セラミックスプレート３０２の
端面３０２ａには、縦溝３１１ａが横溝３０３に連通す
るように１つ置きに形成されている。圧電セラミックス
プレート３０２の端面３０２ｂには、縦溝３１１ｂが横
溝３０３に連通するように１つ置きに形成されている。
そして、縦溝３１１ａ、３１１ｂは交互に形成されてお
り、縦溝３１１ａと縦溝３１１ｂとは、隣合う横溝３０
３に形成されている。尚、縦溝３１１ａは、両外側の横
溝３０３に設けられている。また、圧電セラミックプレ
ート３０２の横溝３０３加工側に対して反対側の面３０
２ｃには、パターン３２４、３２５が形成されている。

【００１４】そして、圧電セラミックスプレート３０２
の溝加工面、且つ端面３０２ａに対して斜め上方の位置
に配置されたスパッタリング等の蒸着源（図示せず）か
ら金属電極３０８、３０９、３１０が形成される（矢印
３３０ａ、３３０ｂの方向から蒸着される）。尚、圧電
セラミックスプレート３０２の端面３０２ａ及び隔壁３
０６の天頂部に金属電極が形成されないようにマスクし
ておく。すると、図３に示すように、金属電極３０８は
横溝３０３の両側面の上半分の領域に形成され、金属電
極３０９は、縦溝３１１ａが形成されていない横溝３０
３の端面３０２ａ側の側面の一部及び底面の一部に形成
され、金属電極３１０は縦溝３１１ａの側面のうち端面
３０２ａ側に形成される。尚、金属電極３０８と金属電
極３０９とは電気的に接続され、金属電極３０８と金属
電極３１０とは電気的に接続されている。

【００１５】次に、圧電セラミックスプレート３０２の
面３０２ｃ、且つ端面３０２ｂに対して斜め上方の位置
に配置されたスパッタリング等の蒸着源（図示せず）か
ら金属電極３１６、３１７が形成される（矢印３３１
ａ、３３１ｂの方向から蒸着される）。尚、圧電セラミ
ックスプレート３０２の端面３０２ｂ及び面３０２ｃの
パターン３２４、３２５が形成された領域に金属電極が
形成されないようにマスクしておく。すると、図５に示
すように、その金属電極３１６は、圧電セラミックスプ
レート３０２の面３０２ｃにおいて縦溝３１１ａの底面
より端面３０２ａ側の領域及び縦溝３１１ａ内面の側面
の一部に形成される。このとき、縦溝３１１ａに形成さ
れた金属電極３１０上にも金属電極３１６が形成され
て、縦溝３１１ａの側面に形成された金属電極３１６が
金属電極３１０を介して金属電極３０８と電気的に接続
される。このため、縦溝３１１ａが形成された横溝３０
３ａの片側の隔壁３０６に形成された金属電極３０８
が、その隔壁３０６によって構成される横溝３０３ｂを
挟む他の横溝３０３ａにおける該横溝３０３ｂを構成す
るもう一つの隔壁３０６に形成された金属電極３０８と
電気的に接続される。また、金属電極３１６はパターン
３２４に電気的に接続される。

【００１６】そして、図４及び図５に示すように、金属
電極３１７は、圧電セラミックスプレート３０２の面３
０２ｃにおいて縦溝３１１ｂの底面より圧電セラミック
スプレート３０２の中央側から端面３０２ｂ側の領域、
縦溝３１１ｂ内面の側面の全部及び縦溝３１１ｂの端面
３０２ｂ側に形成される。このとき、縦溝３１１ｂと連
通する横溝３０３ｂの金属電極３０８上にも金属電極３
１７が形成されて、縦溝３１１ｂの側面に形成された金
属電極３１７と電気的に接続される。このため、縦溝３
１１ｂが形成された横溝３０３ｂの全ての金属電極３０
８が金属電極３１７によって電気的に接続される。ま
た、金属電極３１７はパターン３２５に電気的に接続さ
れる。

【００１７】次に、前記圧電セラミックスプレート３０
２の少なくとも金属電極３０８、３０９、３１７をスピ
ンコート法によりエポキシ樹脂の保護膜７７（図７）で
被覆する。

【００１８】尚、スピンコート法によるエポキシ樹脂膜
のほか、ディッピング法、ＣＶＤ法、などによりアクリ
ル樹脂などの他の有機材質或はＳｉＯ₂などの無機材質
の保護膜７７で被覆してもよい。

【００１９】尚、金属電極３１０及び後述する空気室３
２７を形成する横溝３０３ａに形成されている金属電極
３０８はインクに接しないので、保護膜７７により必ず
しも被覆する必要はない。

【００２０】次に、カバープレート３２０はセラミック
ス材料、ガラス材料または樹脂材料等から形成されてお
り、圧電セラミックスプレート３０２の横溝３０３加工
側の面と、カバープレート３２０とをエポキシ系接着剤
１２０（図７）によって接着する。従って、インクジェ
ットヘッド３００には、横溝３０３の上面が覆われて、
縦溝３１１ｂと連通するインク室３０４（図７参照）及
び縦溝３１１ａと連通する非噴射領域としての空気室３
２７（図７参照）が構成される。尚、インク室３０４は
横溝３０３ｂに対応しており、空気室３２７は横溝３０
３ａに対応している。インク室３０４及び空気室３２７
は長方形断面の細長い形状であり、全てのインク室３０
４はインクが充填され、空気室３２７は空気が充填され
る領域である。

【００２１】そして、圧電セラミックスプレート３０２
の端面３０２ａ及びカバープレート３２０の端面に、各
インク室３０４の位置に対応した位置にノズル２が設け
られたノズルプレート１を接着する。このノズルプレー
ト１に形成されているノズル２は、図８に示すようにテ
ーパ部３を有する有底孔６及びオリフィス部４から成
る。

【００２２】このノズルプレート１は樹脂材料であるポ
リサルホンで射出成形により製造される。このときの金
型構造の概略図を図２（ａ）、図２（ｂ）に示す。図２
（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ断面を示す。図２中、テー
パ部３を形成する山部１０３は有底孔６に対応する。山
部１０３はコア１１０に形成されている。そして、射出
成形時、射出成形材料はゲート１００から導入され、金
型の空間に充填される。この時の金型温度は１５０℃で
あり、材料温度は３７０℃であり、樹脂材料を充填する
圧力は１２００〜１５００ｋｇ／ｃｍ²である。これに
よって、ノズル２のテーパ部３となる有底孔６が形成さ
れたノズルプレート本体１０が射出成形される。そし
て、インクが噴射される側の面を成形する型板１０４と
各山部１０３との空隙によってオリフィス部４が形成さ
れる。

【００２３】ここで、オリフィス部４の形成に付いて説
明する。図１に示すように型板１０４と山部１０３との
隙間の大きさによりオリフィス部４が形成されたり、オ
リフィス部４が形成されなかったりする。すなわち、隙
間の全くない図１（ａ）の状態から図１（ｂ）に示すあ
る大きさまでは成形樹脂材料が隙間に流れ込まず、オリ
フィス部４が形成されずにバリを有するノズル（図示せ
ず）が形成され。そして、図１（ｂ）より隙間が大きく
なり、図１（ｃ）の状態ではオリフィス部４が形成され
る。そして、さらに隙間を大きくすると、図１（ｄ）の
ようにオリフィス部４が形成されないとともに、有底孔
の底部の厚さはかなり厚くなる。図１（ｄ）の状態で
は、厚さが厚いので、エキシマレーザビームなどを用い
てオリフィス部４を加工しなければならなくなり、加工
コストが高い。

【００２４】尚、上述した図１（ｃ）における型板１０
４と山部１０３との隙間の大きさは３０μｍ程度であ
る。そして、オリフィス部４が形成される隙間の大きさ
は、金型温度、材料温度、材料、充填圧力等によって変
化する。また隙間の大きさや、金型温度、材料温度、材
料、充填圧力等の変化によりオリフィス部４の大きさを
変化させることもできる。

【００２５】なお、ノズルプレート１の材質としては、
ポリサルホンのほか、液晶ポリマー、ポリアセタール、
ポリフェニルサルホン、ポリフタルアミド、ポリフェニ
レンオキサイド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルサ
ルホン、ポリカーボネートなどの樹脂材料を用いること
ができる。

【００２６】また、セラミックス粉末、或いは金属粉末
の射出成形技術を用いてノズルプレート１を作製するこ
ともできる。すなわち、セラミックス粉末、或いは金属
粉末を樹脂材料などのバインダーと混合混練し、金型に
射出成形し、射出成形体を得た後、脱脂処理し樹脂材料
を射出成形体より除去し、脱脂体を得る。さらに、脱脂
体を焼結炉に挿入して焼結処理を行う。この焼結処理に
より脱脂体は収縮し、金型寸法よりも約１０〜３０％程
度小さくなる。このため、金型側のノズル寸法及びピッ
チは製品よりも収縮分を見込んで大きくしておく必要が
ある。セラミックス粉末及び金属粉末としては、例え
ば、アルミナ、ジルコニア、窒化珪素、炭化珪素、ステ
ンレスなどを用いることができる。

【００２７】そして、図５に示すように、マニホールド
部材３０１が、圧電セラミックスプレート３０２の端面
３０２ｂ及び圧電セラミックスプレート３０２の面３０
２ｃにおける縦溝３１１ｂ側に接着される。マニホール
ド部材３０１にはマニホールド３２２が形成されてお
り、そのマニホールド３２２は縦溝３１１ｂを包囲して
いる。

【００２８】圧電セラミックスプレート３０２の面３０
２ｃに形成されたパターン３２４、３２５は、図示しな
いフレキシブルプリント基板の配線パターンと接続され
る。そのフレキシブルプリント基板の配線パターンは、
後述する制御部に接続された図示しないリジット基板に
接続されている。

【００２９】次に、制御部のブロック図を示す図６によ
って、制御部の構成を説明する。圧電セラミックスプレ
ート３０２の面３０２ｃに形成されたパターン３２４、
３２５は、前記フレキシブルプリント基板、前記リジッ
ト基板を介して各々個々にＬＳＩチップ１５１に接続さ
れ、クロックライン１５２、データライン１５３、電圧
ライン１５４及びアースライン１５５もＬＳＩチップ１
５１に接続されている。ＬＳＩチップ１５１は、クロッ
クライン１５２から供給された連続するクロックパルス
に基づいて、データライン１５３上に現れるデータか
ら、どのノズル２からインク滴の噴射を行うべきかを判
断し、噴射するインク室３０４の両側の空気室３２７の
金属電極３０８に導通するパターン３２４に、電圧ライ
ン１５４の電圧Ｖを印加する。また、他のパターン３２
４及びインク室３０４の金属電極３０８に導通するパタ
ーン３２５をアースライン１５５に接続する。

【００３０】次に、本実施例のインクジェットヘッド３
００の動作を説明する。図７（ｂ）のインク室３０４ｂ
からインク滴を噴射するために、当該インク室３０４ｂ
の両側の空気室３２７ｂ、３２７ｃのインク室３０４ｂ
側の金属電極３０８ｃ、３０８ｆに対し電圧パルスをパ
ターン３２４を介して与え、他の金属電極３０８には、
他のパターン３２４、パターン３２５を介して接地す
る。すると、隔壁３０６ｂには矢印１１３ｂ方向の電界
が発生し、隔壁３０６ｃには矢印１１３ｃ方向の電界が
発生して、隔壁３０６ｂと３０６ｃとが互いに離れるよ
うに動く。インク室３０４ｂの容積が増えて、ノズル２
付近を含むインク室３０４ｂ内の圧力が減少する。この
状態をＬ／ａで示される時間だけ維持する。すると、そ
の間縦溝３１１ｂを介してマニホールド３２２からイン
クがインク室３０４ｂに供給される。なお、上記Ｌ／ａ
は、インク室３０４内の圧力波が、インク室３０４の長
手方向（縦溝３１１ｂからノズルプレート１４まで、ま
たはその逆）に対して、片道伝播するに必要な時間であ
り、インク室３０４の長さＬとインク中での音速ａによ
って決まる。

【００３１】圧力波の伝播理論によると、前記の立ち上
げからちょうどＬ／ａの時間経つとインク室３０４ｂ内
の圧力が逆転し、正の圧力に転じるが、このタイミング
に合わせて電極３０８ｃ、３０８ｆに印加されている電
圧を０Ｖに戻す。すると、隔壁３０６ｂと３０６ｃは変
形前の状態（図７（ａ））に戻り、インクに圧力が加え
られる。その時、前記正に転じた圧力と隔壁３０６ｂ、
３０６ｃが変形前の状態に戻って、発生した圧力とがた
し合わされ、比較的高い圧力がインク室３０４ｂ内のイ
ンクに与えられて、インク滴がノズル２から噴出され
る。

【００３２】以上説明したように、本実施例のノズルプ
レート１の製造方法では、テーパ部３を形成するための
山部１０３とノズルプレート１のインク噴射側の面を成
形するための型板１０４との間に隙間を設けた状態で射
出成形を行っているので、テーパ部３を形成するための
山部１０３によってテーパ部３を有する有底孔６が形成
され、山部１０３と型板１０４との間の隙間によってオ
リフィス部４が形成される。即ち、ノズル２のオリフィ
ス部４を加工コストの高いエキシマレーザビームなどを
用いず形成できるので、低コストによってノズルプレー
ト１を製造することができ、大量生産性に優れる。

【００３３】また、射出成形によってノズルプレート１
を成形しているので、ノズル２内部の形状をインク噴射
に対して良好な形状に容易に成形することができ、大量
生産性に優れる。また、このように製造されたノズルプ
レート１を用いたインクジェットヘッド３００では、ノ
ズル２の近傍やノズル２内にバリが生じることがないの
で、インクの噴射方向が良好で、印字品質に優れる。さ
らに、テーパ部３を有したノズル２では、ノズル２内の
体積が大きいので、インク室３０４内にエアーを巻き込
まず印字品質に優れる。

【００３４】尚、前記実施例においては、まず駆動電圧
をインク室３０４ｂの容積が増加する方向に印加し、次
に駆動電圧の印加を停止しインク室３０４ｂの容積を自
然状態に減少してインク室３０４ｂからインク滴を噴射
していたが、まず駆動電圧をインク室３０４ｂの容積が
減少するように印加してインク室３０４ｂからインク滴
を噴射し、次に駆動電圧の印加を停止してインク室３０
４ｂの容積を前記減少状態から自然状態へと増加させて
インク室３０４ｂ内にインクを供給してもよい。

【００３５】また、本実施例では、隔壁３０６は、圧電
セラミックスで形成されていたが、隔壁の上半分の領域
を圧電セラミックスで形成し、下半分をアルミナ等の圧
電セラミックスでない材料で形成してもよい。

【００３６】更に、本実施例では、隔壁３０６の上半分
の領域による圧電変形によって、インク室３０４からイ
ンクを噴射していたが、隔壁の上半分の領域の圧電セラ
ミックスの分極方向と反対方向の分極方向である圧電セ
ラミックスで隔壁の下半分の領域を形成し、隔壁の側面
全面に金属電極を形成して、隔壁全体の圧電変形によっ
て、インク室からインクを噴射させてもよい。

【００３７】また、本実施例では、圧電セラミックスを
用いたインクジェットヘッドであったが、周知のバブル
ジェット式のインクジェットヘッドであっても良い。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように本発
明のインクジェットヘッドのノズルプレート製造方法に
よれば、前記ノズルを形成するための型と前記ノズルプ
レートのインク噴射側の面を成形するための型との間に
隙間を設けた状態で射出成形を行っているので、前記隙
間によってバリの無い前記ノズルが形成される。また、
ノズルを加工コストの高いエキシマレーザビームなどを
用いず形成できるので、低コストによってノズルプレー
トを製造することができ、大量生産性に優れる。また、
射出成形によって前記プレートを成形しているので、ノ
ズル内部の形状をインク噴射に対して良好な形状に容易
に成形することができ、大量生産性に優れる。また、こ
のように製造されたノズルプレートを用いたインクジェ
ットヘッドでは、ノズルの近傍やノズル内にバリが生じ
ることがないので、インクの噴射方向が良好で、印字品
質に優れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のノズルプレート本体を射出
成形するための説明図である。

【図２】前記実施例のノズルプレートを製造するための
射出成形金型を示す断面図である。

【図３】前記実施例のインクジェットヘッドを示す斜視
図である。

【図４】前記実施例の圧電セラミックスプレートを示す
斜視図である。

【図５】前記実施例のインクジェットヘッドを示す斜視
図である。

【図６】前記実施例のインクジェットヘッドの制御部を
示すブロック図である。

【図７】前記実施例のインクジェットヘッドの作動状態
を示す説明図である。

【図８】前記実施例のインクジェットヘッドのノズル部
を示す断面図である。

【符号の説明】

１ ノズルプレート ２ ノズル ３ テーパ部 ４ オリフィス部 ６ 有底孔 １０ ノズルプレート本体 １０４ 型板 １０３ 山部 １１０ コア ３００ インクジェットヘッド

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ノズルからインクを噴射するインクジェ
   ットヘッドのノズルプレート製造方法であって、 前記ノズルを形成するための型と前記ノズルプレートの
   インク噴射側の面を成形するための型との間に隙間を設
   けた状態で射出成形を行うことを特徴とするインクジェ
   ットヘッドのノズルプレート製造方法。
2. 【請求項２】 前記ノズルは、テーパ部を有する有底孔
   とその有底孔に連通したオリフィス部とからなり、前記
   テーパ部を形成するための型と前記ノズルプレートのイ
   ンク噴射側の面を成形するための型との間に隙間を設け
   た状態で射出成形を行うことを特徴とする請求項１記載
   のインクジェットヘッドのノズルプレート製造方法。