JPH08192517A - ノズルプレートの製造方法 - Google Patents

ノズルプレートの製造方法

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JPH08192517A
JPH08192517A JP725095A JP725095A JPH08192517A JP H08192517 A JPH08192517 A JP H08192517A JP 725095 A JP725095 A JP 725095A JP 725095 A JP725095 A JP 725095A JP H08192517 A JPH08192517 A JP H08192517A
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nozzle
plate
nozzle plate
ink
manufacturing
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Mitsuru Muto
満 武藤
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Brother Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 インクジェットヘッドに用いられ、印字品質
に優れ、且つ大量生産性に優れたノズルプレートの製造
方法を提示すること。 【構成】 ノズルが形成される部分が凸形状となったノ
ズルプレート本体10をポリサルホンで射出成形する。
次に、ノズルプレート本体10の凸形状部5の少なくと
もバリ200が形成された領域をエッチング液210に
浸漬する。すると、エッチング液210に浸漬された領
域のみが選択的に除去される。これにより、ノズルの内
面及び開口部にバリ200のないノズルプレートが得ら
れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、インクジェットヘッド
に用いられ、インクが噴射される複数のノズルが形成さ
れたノズルプレートの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】元来、インクジェット
ヘッドのノズルは、ノズル内の容積が小さいと、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。
【0006】上述した特開昭61−32761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、直線的な孔加工しかできず、ノズル内面の
テーパ角を大きくとれない。よって、形成するノズルの
オリフィス径が決まれば、その径を有する直線的な孔が
形成されるのみであり、ノズル容積を大きくすることが
できない。
【0007】そこで、特開平3−297651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、ノズル内の容積を大きくし、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形状
にすることが容易に可能となる。しかしながら、射出成
形では金型の組合せ部分にバリが生じ易く、特に、ノズ
ルプレートの射出成形時にノズル孔が貫通したものを製
造すると、ノズル孔近傍やノズル孔内にバリが生じ、イ
ンクの吐出方向が曲げられ、印字品質が悪くなるという
問題があった。
【0008】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、大量生産性に優れ、且つ印字品
質に優れたノズルプレートを製造するノズルプレートの
製造方法を提示することを目的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明のノズルプレートの製造方法は、インクが噴射
される複数のノズルが形成されたノズルプレートを製造
する方法であり、射出工程により前記ノズルを有するプ
レートを成形する工程であって、前記ノズルが形成され
る部位が、前記ノズルがインクを噴射する方向へ突出し
た凸形状となるように形成する工程と、離型後、前記プ
レートの凸形状部の少なくとも頂部を除去する工程とか
らなる。
【0010】尚、前記プレートの凸形状部の少なくとも
頂部を除去する工程は、エッチング法によるものでもよ
い。更に、前記エッチング法は、前記プレートの凸形状
の頂部をエッチング液に浸漬させ、化学的に腐食させて
除去するものであってもよい。
【0011】尚、前記プレートの凸形状部の少なくとも
頂部を除去する工程は、ダイシング法によるものであっ
てもよい。
【0012】尚、前記プレートの凸形状部の少なくとも
頂部を除去する工程は、研削加工によるものであっても
よい。
【0013】また、前記プレートの材質として樹脂材料
を用いてもよい。
【0014】また、前記プレートの材質として金属材料
を用いてもよい。
【0015】
【作用】上記の構成を有する本発明の請求項1に係るノ
ズルプレートの製造方法においては、ノズルプレートを
射出成形する際には、ノズルが形成される部位が凸形状
となるように成形する。そして、離型後、この凸形状の
少なくとも頂部を除去することで、前記射出成形時にノ
ズル内及び近傍に生じたバリも除去される。
【0016】請求項2に係るノズルプレートの製造方法
においては、大量生産性が良く、且つ製造装置のコスト
がかからないエッチング法を用いて、前記プレートの凸
部形状の少なくとも頂部を腐食させて除去する。
【0017】請求項3に係るノズルプレートの製造方法
においては、前記プレートの凸形状の頂部をエッチング
液に浸漬させ、化学的に腐食させて除去する。
【0018】請求項4に係るノズルプレートの製造方法
においては、ダイシング法を用いて、前記プレートの凸
部形状の少なくとも頂部を切り取って除去する。
【0019】請求項5に係るノズルプレートの製造方法
においては、研削加工によって、前記プレートの凸部形
状の少なくとも頂部を摩耗させて除去する。
【0020】請求項6に係るノズルプレートの製造方法
においては、材質として加工性に富んだ樹脂材料を用い
てノズルプレートを成形する。
【0021】請求項7に係るノズルプレートの製造方法
においては、材質として加工性に富んだ金属材料を用い
てノズルプレートを成形する。
【0022】
【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。
【0023】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。
【0024】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。
【0025】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、導電材料によるパターン324,325が形
成されている。
【0026】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(図3
における矢印330a,330bの方向から蒸着され
る)。尚、その際、圧電セラミックスプレート302の
端面302a及び隔壁306の天頂部には金属電極が形
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303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。
【0027】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(図5における
矢印331a,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3
11aの底面より端面302a側の領域及び縦溝311
a内面の側面の一部に形成される。このとき、縦溝31
1a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303a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3
03bを挟む他の横溝303aにおいて、前記横溝30
3b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31
6はパターン324に電気的に接続される。
【0028】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。
【0029】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。さらに、この保護膜77は絶縁膜としての機
能も有する。
【0030】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。
【0031】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。
【0032】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327(図7参照)が構成される。尚、インク室3
04は横溝303bに対応しており、空気室327は横
溝303a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304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。
【0033】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及びオリフィス部4から成る。
【0034】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。
【0035】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。
【0036】次に、ノズルプレート1の製造方法を説明
する。
【0037】まず、図1に示すようなノズル2の形成さ
れる部分が凸形状となった凸形状部5を有するノズルプ
レート本体10を、樹脂材料であるポリサルホンで射出
成形する。このときの金型構造の概略図を図9(a),
図9(b)に示す。図9(b)は図9(a)のA−A断
面を示す。図9中、テーパ部3を形成する山部103は
ノズル2に対応する。山部103はコア110に形成さ
れている。尚、ノズル2のオリフィス部4に対応する山
部103の先端部は、後述する凸形状部5の除去処理を
見越して、その分伸長されている。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の近傍に凸形状部5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、材料、金
型温度、材料温度、充填圧力等にもよるが、通常、イン
クが噴射される側の面を成形する型板104と各山部1
03との空隙によりバリ200が形成される。
【0038】次に、凸形状部5の少なくともバリ200
が形成された部分を除去する。図2にエッチング液によ
り除去する方法を示す。ポリサルホンをエッチングする
エッチング液210に、凸形状部5のバリ200が形成
された部分を浸漬する。すると、エッチング液210に
浸漬された凸形状部5のバリ200が形成された部分が
化学的に腐食することで除去されて、ノズルプレート1
が製造される。このとき、凸形状部5のみが選択的に除
去されるので、信頼性が高い。尚、バリ200の大部分
はノズル内面のオリフィズ部4先端部に生ずるので、凸
形状部5の頂部のみエッチング液に浸漬し、除去しても
よい。
【0039】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。
【0040】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。そして、さら
に脱脂体を焼結炉に挿入して焼結処理を行うことで作成
される。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。
【0041】尚、使用す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。
【0042】なお、凸形状部5のバリ200が形成され
た部分のみを選択的に除去する方法としては、上記した
エッチング法のほか、切断加工(例えば、ダイシング
法)、研削加工などの機械的な加工法を用いることがで
きるが、製造装置のコスト、大量生産性の観点からエッ
チング法がより好ましい。
【0043】また、エッチング法に関しては、樹脂材
料、セラミックス材料、金属材料の各材料に適したエッ
チング液210を選定することが肝要であるが、通常、
セラミックス材料のエッチングは所定の量だけ除去する
のに時間がかかり、大量生産性に劣るので、樹脂材料、
金属材料がより好ましい。尚、各々の材料に適切なエッ
チング液210を例示すると、樹脂材料にはメチルエチ
ルケトン(MEK)が、セラミック材料にはフッ酸,硝
酸及び水酸化ナトリウムの混合溶液が、金属材料には塩
酸、硝酸または塩化第二鉄の溶液がよく用いられる。ま
た、金属材料としては、加工性において有利なニッケル
が好ましく、その際に用いられるエッチング液210と
しては塩化第二鉄の溶液が好ましい。
【0044】同様に、機械的な除去加工の場合にも、ノ
ズルプレート1の材料としては、セラミック材料より加
工性の良好な樹脂材料、金属材料を用いるのがより好ま
しい。
【0045】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。
【0046】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。
【0047】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。
【0048】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、前記ノズル2が形成される部
分が凸形状部5のノズルプレート本体10が射出成形に
より成形され、前記ノズルプレート本体10の凸形状部
5の少なくとも一部を除去するので、ノズル2の開口部
にバリ200がない。従って、インクの噴射方向が良好
で、印字品質に優れる。
【0049】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。
【0050】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。
【0051】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。
【0052】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
ジェット式やコンティニュアスジェット式等の様々な印
字方式のインクジェットヘッドに適応可能である。
【0053】
【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、前記ノズルが形成される部分が凸形状部のプレ
ートが射出成形により成形され、前記プレートの凸形状
部の少なくとも一部を除去するので、ノズルの内部及び
開口部にバリがない。従って、インクの噴射方向が良好
で、印字品質に優れる。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。
【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示す
断面図である。
【図2】前記実施例のエッチング法によるノズルプレー
ト本体の凸形状部の除去方法を示す説明図である。
【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。
【図9】前記実施例のノズルプレート本体を製造するた
めの射出成形金型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 5 凸形状部 10 ノズルプレート本体 200 バリ 210 エッチング液 300 インクジェットヘッド

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 インクジェットヘッドに用いられ、イン
    クが噴射される複数のノズルが形成されたノズルプレー
    トの製造方法において、 射出工程により前記ノズルを有するプレートを成形する
    工程であって、前記ノズルが形成される部位が、前記ノ
    ズルがインクを噴射する方向へ突出した凸形状となるよ
    うに形成する工程と、 離型後、前記プレートの凸形状部の少なくとも頂部を除
    去する工程とからなることを特徴とするノズルプレート
    の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記プレートの凸形状部の少なくとも頂
    部を除去する工程は、エッチング法によるものであるこ
    とを特徴とする請求項1に記載のノズルプレートの製造
    方法。
  3. 【請求項3】 前記エッチング法は、前記プレートの凸
    形状の頂部をエッチング液に浸漬させ、化学的に腐食さ
    せて除去するものであることを特徴とする請求項2に記
    載のノズルプレートの製造方法。
  4. 【請求項4】 前記プレートの凸形状部の少なくとも頂
    部を除去する工程は、ダイシング法によるものであるこ
    とを特徴とする請求項1に記載のノズルプレートの製造
    方法。
  5. 【請求項5】 前記プレートの凸形状部の少なくとも頂
    部を除去する工程は、研削加工によるものであることを
    特徴とする請求項1に記載のノズルプレートの製造方
    法。
  6. 【請求項6】 前記プレートの材質として樹脂材料を用
    いることを特徴とする請求項3乃至5のいずれかに記載
    のノズルプレートの製造方法。
  7. 【請求項7】 前記プレートの材質として金属材料を用
    いることを特徴とする請求項3乃至5のいずれかに記載
    のノズルプレートの製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005199430A (ja) * 2004-01-13 2005-07-28 Hitachi Home & Life Solutions Inc インクジェット記録装置

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