(57)【要約】【課題】インクジェットヘッドの製造において、予め作製された個別の圧電素子を圧力室に対応して精度よく搭載したインクジェットヘッド及びその製造方法を提供することである。【解決手段】  第一圧力室プレート３０ａには、所定の径を有する孔Ａ３からＤ３が、圧力室３２の形成領域の両側に形成されている。また、第二圧力室プレート３０ｂには、第一圧力室プレート３０ａに形成された孔Ａ３からＤ３より径が大きい孔Ａ４からＤ４が形成されている。そして、孔Ａ３からＤ３の中心位置は圧力室３２と正確に対応付けられて形成されている。振動プレート４０及び剛性強化プレート６０には、孔Ａ３からＤ３の内周縁が外部から検知できるように、それぞれ窓部Ａ２からＤ２及び窓部Ａ１からＤ１が開口している。外部から孔Ａ３からＤ３を検知することで圧力室に対応する圧電素子の搭載位置を決定し、振動プレート４０に圧電素子を位置決めして接着固定する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを貯留する複数の圧力室を形成する圧力室プレートと、前記圧力室にそれぞれ対応して圧電素子が複数配置されているとともに前記圧力室プレートの一方の側に配設された振動プレートと、インクを吐出するノズルが形成されているとともに前記圧力室プレートの他方の側に配設されたノズルプレートとを備えたインクジェットヘッドであって、前記圧電素子は、予め個別に作製されたものを前記振動プレート上にそれぞれ独立して接着固定されており、前記圧力室プレートは、前記圧電素子を接着するための基準位置マークを有し、かつ、前記振動プレートには前記基準位置マークを露出する窓部が形成されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記圧力室プレートは、複数箇所に前記基準位置マークを有することを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記基準位置マークは、所定の径を有する孔として形成されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項４】
複数のプレートを積層してインクを貯留する複数の圧力室を形成し、前記プレートに表示された基準位置マークの座標位置を検出し、検出された前記座標位置に基づいて前記圧力室に対応する圧電素子の搭載位置を決定し、予め作製された複数の圧電素子を前記搭載位置に接着固定することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載のインクジェットヘッドの製造方法において、前記圧力室を形成する圧力室プレートに前記基準位置マークが表示されていることを特徴とする製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載のインクジェットヘッドの製造方法において、前記圧力室プレートは複数枚のプレートから構成されるとともに当該プレートに表示されたマークの組み合わせにより前記基準位置マークが表示されることを特徴とする製造方法。
【請求項７】
請求項４から６に記載のインクジェットヘッドの製造方法において、前記基準位置マークは複数箇所に表示されていることを特徴とする製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、記録媒体にインクを吐出して画像形成を行うインクジェットヘッド及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、記録媒体への画像形成方法として、インクジェットヘッドからインクを記録媒体へ吐出して、所望の画像を形成する方法が知られている。
【０００３】
このインクジェットヘッドは、インクタンクからインクが供給される複数の圧力室と、各圧力室に対応した圧電素子を備え、インクが供給されたこれら圧力室のうち、選択された圧力室に対して圧電素子から振動板を介して圧力を加えることで、圧力室に連通するノズルからインクを所定量吐出する。
【０００４】
このインクジェットヘッドのインクを吐出する駆動源となる圧電素子と、圧力室との位置関係がずれると、複数のノズル間においてインクの吐出にばらつきが生じ、例えば濃度差が生じる等して品質が低下する虞がある。
【０００５】
そこで、画像形成の品質低下を防止するために、上記圧電素子と圧力室との位置ずれを抑制することが必要である。
【０００６】
この問題を解決するものとして、複数の圧力室を形成したキャビティプレート上の所定の位置に第一のマークを、複数の個別電極（圧電素子）を有する圧電シート上の所定の位置に第二のマークをそれぞれ形成して、キャビティプレートと、圧電シート、その他のプレートとを金属拡散接合により接合するときに、上記２つのマークの位置関係に基づいて、個別電極と圧力室との位置のずれを算出し、位置ずれを防止するインクジェットヘッドの製造方法が知られている（特許文献１参照）。
【０００７】
しかしながら、このインクジェットヘッドの製造方法において、複数の個別電極はそれぞれが一体に形成されているため、ノズル数が増加してヘッドを構成するプレートの面積が大きくなると、すべての圧力室及び圧電素子の間の位置ずれが大きくなるのを避けることは難しくなる。また、いずれか一つのノズルに不具合が生じた場合、圧電シート全体の交換が必要となり、個別電極の再形成による経済的な弊害がより顕著となる。
【０００８】
また、個別電極が一体に形成されていると、ノズルのレイアウトを変更する必要が生じた場合、既存の個別電極のレイアウトも変更しなければならず、それに伴って個別電極を形成するためのインフラ（設備）等も再構築する必要が生じる。
【０００９】
さらに、各プレートが同一部材（材質）で形成されている場合は、上記２つのマークの位置を検出するときに、上記２つのマークの境目が光学式センサでは検出しにくく、誤検出する虞もある。
【００１０】
また、特許文献１に記載されたインクジェットヘッドの製造方法では、各プレート同士を金属拡散接合により接着しているため、熱によりワークの収縮が発生して、圧電層がワークごとに変化し、１次の演算による設計値通りに圧電層を形成しても、圧力室との位置ずれが生じる虞がある。また、この場合、個別電極が一体に形成されているため、位置ずれの補正ができないという問題がある。
【特許文献１】特開２００７−１３０７８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたものであって、その目的は、インクジェットヘッドの製造において、予め作製された個別の圧電素子を圧力室に対応して精度よく搭載したインクジェットヘッド及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係るインクジェットヘッドは、インクを貯留する複数の圧力室を形成する圧力室プレートと、前記圧力室にそれぞれ対応して圧電素子が複数配置されているとともに前記圧力室プレートの一方の側に配設された振動プレートと、インクを吐出するノズルが形成されているとともに前記圧力室プレートの他方の側に配設されたノズルプレートとを備えたインクジェットヘッドであって、前記圧電素子は、予め個別に作製されたものを前記振動プレート上にそれぞれ独立して接着固定されており、前記圧力室プレートは、前記圧電素子を接着するための基準位置マークを有し、かつ、前記振動プレートには前記基準位置マークを露出する窓部が形成されていることを特徴とする。さらに、前記圧力室プレートは、複数箇所に前記基準位置マークを有することを特徴とする。さらに、前記基準位置マークは、所定の径を有する孔として形成されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係るインクジェットヘッドの製造方法は、複数のプレートを積層してインクを貯留する複数の圧力室を形成し、前記プレートに表示された基準位置マークの座標位置を検出し、検出された前記座標位置に基づいて前記圧力室に対応する圧電素子の搭載位置を決定し、予め作製された複数の圧電素子を前記搭載位置に接着固定することを特徴とする。さらに、前記圧力室を形成する圧力室プレートに前記基準位置マークが表示されていることを特徴とする。さらに、前記圧力室プレートは複数枚のプレートから構成されるとともに当該プレートに表示されたマークの組み合わせにより前記基準位置マークが表示されることを特徴とする。さらに、前記基準位置マークは複数箇所に表示されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、予め作製された個別の圧電素子を圧力室に対応して精度よく搭載したインクジェットヘッドを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態に係るインクジェットヘッドの製造方法について、添付した図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本実施形態に関する概略構成図である。インクジェットヘッド１は、インク吐出のための複数のノズルが形成されたノズルプレート１０と、このノズルにインクを供給するための流路を形成する複数枚（図では３枚）の流路プレート２０と、この流路を介して各ノズルに連通する圧力室３２（後述する図５参照）が形成された２枚の圧力室プレート３０と、後述する圧電素子５０の変形による圧力波を圧力室３２に伝達する振動プレート４０と、この振動プレート４０を補強するための剛性強化プレート６０とから構成される。そして、後述するように、これら８枚のプレートを順次積層して接合し、インクジェットヘッド１が製造される。
【００１７】
圧力室プレート３０により形成される圧力室３２には、インクを供給するための絞り流路であるリストリクタ（図示せず）が設けられており、このリストリクタには、図示しないインクタンクからインクを供給する流路（図示せず）が接続されている。
【００１８】
また、これらのプレートは例えば金属材料から成形加工されており、プレートに形成される流路や圧力室等は、例えば金属材料にエッチングなどの加工を施してパターニングされる。
【００１９】
振動プレート４０の表面には、インク吐出の駆動源である複数の圧電素子５０が、後述する方法により各圧力室３２に対応する搭載位置に、それぞれ独立して搭載されている。圧電素子５０は、予め個別に作製されたものが各搭載位置に接着固定されている。そのため、一部の圧電素子に不具合が生じた場合には、不具合の生じた圧電素子だけ交換することができ、振動プレートに圧電素子を一体形成する場合と比較してインクジェットヘッドの不良品を減らすことができる。また、インクジェットヘッドのレイアウトが変更になった場合にもそれに合せて圧電素子の搭載位置を設定すればよく、容易に圧電素子を搭載することができる。
【００２０】
各圧電素子５０には図示しない信号用ケーブルが接続されており、各圧電素子５０に対して独立に電気信号を与えることができる。この信号用ケーブルを介して各圧電素子５０に電気信号を与えることで、各圧電素子５０に歪みを生じさせ、その結果、振動プレート４０が変位し、振動プレート４０と接合している圧力室プレート３０の圧力室３２内の容積が拡大及び収縮し、圧力室３２内に充填されたインクに圧力波が加わってノズルからインクが吐出される。
【００２１】
インクジェットヘッド１は、複数枚のプレートで圧力室３２やインク流路等を形成しているため、インクジェットヘッド１を製造するにあたって圧力室３２やインク流路等を各圧電素子５０に対して同じように形成するには、各プレートを精度よく位置決めして積層することが重要である。
【００２２】
図２は、インクジェットヘッド１を構成する各プレートの積層工程に関する模式図である。図２では最下位と最上位に位置するプレートのみを示している。各プレートには、位置決め用の孔７０を予め形成しておき、例えば高精度の位置決めピンに孔７０を通して、各プレートを積層し、各プレート間の位置決めをした後、例えば接着剤や金属拡散接合等によって各プレートを接合して一体化させ、インクジェットヘッド１を形成する。
【００２３】
上述したように、本発明では、複数の圧電素子５０として予め個別に作製されたものを用いて搭載位置にそれぞれ独立して接着固定するようにしている。そのため、プレートに基準位置マークを予め表示しておき、表示された基準位置マークに基づいて搭載位置を決定し、決定された搭載位置に各圧電素子を位置決めすることで、各圧電素子を圧力室に対応させて精度よく接着固定することができる。
【００２４】
図３は、基準位置マーク４１を表示する振動プレート４０に関する模式図である。この例では、振動プレート４０上の搭載位置に圧電素子５０を接着固定するために、予め振動プレート４０上の２箇所に基準位置マーク４１が表示されている。基準位置マーク４１の表示位置は、一点鎖線で示す圧力室に対応した矩形状の搭載領域４２の対角線上に設定すれば、各圧力室に対応する各搭載位置を精度よく位置決めすることができる。
【００２５】
基準位置マーク４１は、凹凸部、孔部といった形状により表示してもよいし、表示位置に光学的又は電磁気的に識別可能な材料を付着させて表示するようにしてもよい。
【００２６】
各圧電素子の搭載位置を決定する場合には、まず、２箇所に表示された基準位置マーク４１を検知センサにより検知してその座標位置を取得する。検知センサは、光学検知センサ、接触検知センサ等基準位置マークに応じて適宜選択される。取得した座標位置に基づいて、後述するように、振動プレート４０のオフセット成分及び回転成分を算出し、振動プレート４０上における圧電素子５０の搭載位置に関する座標位置を決定する。圧電素子５０の搭載位置は、搭載装置の座標系と振動プレート４０上の座標系とで表現することができる。圧電素子５０の搭載位置を装置に入力する際は、振動プレート４０上の座標系での座標にて行う。この時振動プレート４０の基準位置マーク４１の位置も、振動プレート４０上の座標系で入力する。基準位置マーク４１の位置を搭載装置上の検知センサにより検知し、搭載装置の座標系での座標を求める。基準位置マーク４１の振動プレート４０の座標系での座標と装置座標系での座標から、双方の座標系のオフセット成分と回転成分を求める。ここで、オフセット成分とは、２つの座標系の原点を基準点として平行移動したＸ、Ｙ方向の配置ずれ成分をいい、回転成分とは、２つの座標系の原点を基準点として回転した配置ずれ成分をいう。求めたオフセット成分及び回転成分を元にして、先に入力してある振動プレート４０の座標系での圧電素子５０の搭載座標を、装置座標系での座標に座標変換する。そして、搭載装置は決定された装置座標系での座標位置に基づいて圧電素子５０を実装して接着固定する。
【００２７】
こうした圧電素子を個別に搭載するシステムとしては、圧電素子５０を接着するための接着剤の塗布量を高精度に制御するためのディスペンサ、基準位置マーク４１を検知する検知センサ、圧電素子５０の搭載位置に関する座標位置を算出する演算処理部、圧電素子５０の搭載位置の高さを検知する高さ検出器、圧電素子５０を個別に取り出して振動プレート４０上に実装する実装機構、実装された圧電素子５０を押圧して確実に接着固定させる押圧機構等を備えているとよい。
【００２８】
以上で説明したインクジェットヘッド１において、インクを吐出する際に圧電素子５０から圧力室３２に効率よく圧力波を伝達するためには、積層された圧力室プレート３０の圧力室３２の中心部分上に圧電素子５０が位置決めされるように搭載すればよい。
【００２９】
圧電素子５０を振動プレート４０上に搭載する場合に、図２に示すように、位置決め用の孔７０に位置決めピンを通して、圧力室プレート３０上に振動プレート４０を接合して一体化する際、振動プレート４０が、例えば金属等で形成されている場合は、圧力室プレート３０の圧力室３２の位置を直接視認又は検知することはできない。圧力室３２の中心部分に対応させて圧電素子５０を精度よく振動プレート４０上に搭載するためには、圧力室３２の位置をできるだけ正確に検知する必要がある。
【００３０】
そこで、圧力室プレート３０に圧力室３２に対応付けられた基準位置マークを予め表示しておき、表示された基準位置マークを振動プレート４０に開口した窓部から検知できるように構成することで、圧力室３２の中心部分に対応した圧電素子５０の位置決め精度をさらに高めることができる。
【００３１】
図４は、圧力室３２に対応付けられた基準位置マークが表示された圧力室プレート３０に関する模式図である。この例では、圧力室プレート３０は、第一圧力室プレート３０ａ及び第二圧力室プレート３０ｂの２枚のプレートから構成されている。
【００３２】
第一圧力室プレート３０ａには、所定の径を有する孔Ａ３、Ｂ３、Ｃ３及びＤ３が、圧力室３２の形成領域の両側にそれぞれ２つずつ形成されている。また、第二圧力室プレート３０ｂには、第一圧力室プレート３０ａに形成された孔Ａ３からＤ３より径が大きい孔Ａ４、Ｂ４、Ｃ４及びＤ４が形成されている。
【００３３】
第一圧力室プレート３０ａ及び第二圧力室プレート３０ｂが位置合せされて積層された場合に、孔Ａ３及び孔Ａ４は、上下方向に同心円状に設定される。そして、孔Ａ３及び孔Ａ４の組み合せにより基準位置マークが表示される。孔Ａ３の中心位置は、第一圧力室プレート３０ａにより形成される圧力室３２と正確に対応付けられて形成されている。孔Ｂ３及び孔Ｂ４、孔Ｃ３及び孔Ｃ４、孔Ｄ３及び孔Ｄ４についても２つの孔の組み合せにより基準位置マークが表示され、４箇所に基準位置マークが表示される。
【００３４】
第一圧力室プレート３０ａ上に積層される振動プレート４０及び剛性強化プレート６０には、圧力室プレート３０ａの孔Ａ３からＤ３の内周縁が外部から検知できるように、それぞれ窓部Ａ２，Ｂ２，Ｃ２及びＤ２並びに窓部Ａ１，Ｂ１，Ｃ１及びＤ１が開口している。
【００３５】
図５は、図４に示す各プレートが積層された状態において孔Ａ１からＡ４での基準位置マーク及び窓部を上方から見た平面図である。図６は、基準位置マーク及び窓部が形成された部分に関する断面図である。
【００３６】
孔Ａ１からＡ４は、上下方向に同心円状となるように位置合せされている。そして、振動プレート４０の窓部Ａ２は、剛性強化プレート６０の窓部Ａ１よりも径が大きく形成されており、上方から見た場合に窓部Ａ２が剛性強化プレート６０に隠れて見えないようになっている。窓部Ａ１は、基準位置マークとなる孔Ａ３よりも大きい径に形成されており、孔Ａ３を検知する場合に窓部Ａ１を孔Ａ３と誤って検知しないようになっている。
【００３７】
また、窓部Ａ２が窓部Ａ１及び孔Ａ３よりも径が大きいため、剛性強化プレート６０及び第一圧力室プレート３０ａの間に間隙が生じて孔Ａ３の周囲に窓部Ａ１を投影した影９０が表示される。
【００３８】
圧力室プレート３０、振動プレート４０及び剛性強化プレート６０が、全て同一の材質で形成されている場合に、光学検知センサを用いて孔Ａ３の内周縁を検知しようすると、内周縁の識別が難しく誤検知するおそれがある。そのため、本実施形態では、孔Ａ３の下方にそれよりも径の大きい孔Ａ４を組み合せている。
【００３９】
こうした２つの孔の組み合せにより、第一圧力室プレート３０ａの上面と第二圧力室プレート３０ｂの下に位置する流路プレート２０の上面との間に間隙が生じて流路プレート２０の上面に孔Ａ３が投影した影８０が表示される（図６参照）。そして、第一圧力室プレート３０ａの孔Ａ３の周囲に表示される影９０と流路プレート２０上に表示される影８０とに間に影の濃度差があるため、影９０と影８０との境界となる孔Ａ３の内周縁（エッジ）が強調され、光学検知センサによる誤検知を低減させることができる。
【００４０】
以上、孔Ａ１からＡ４での基準位置マーク及び窓部について説明したが、孔Ｂ１からＢ４、孔Ｃ１からＣ４及び孔Ｄ１からＤ４についても同様に孔Ｂ３、Ｃ３及びＤ３の内周縁が影の濃度差により強調されて正確に検知できるようになる。
【００４１】
振動プレート４０上に圧電素子５０を搭載する場合には、所定の光学検知センサにより孔Ａ３、Ｂ３、Ｃ３及びＤ３の内周縁を検知してその中心の座標位置を取得する。これらの孔と圧力室との位置関係を示すデータを予め登録しておくことで、これらの孔の座標位置に基づいて、圧力室プレート３０（第一の圧力室プレート３０ａ、第二の圧力室プレート３０ｂ）により形成される圧力室３２の座標位置を算出することができる。
【００４２】
圧電素子５０の搭載位置は、搭載装置の座標系と圧力室プレート３０上の座標系とで表現することができる。圧電素子５０の搭載位置を装置に入力する際は、圧力室プレート３０上の座標系での座標にて行う。この時圧力室プレート３０の基準位置マークの位置も、振動プレート４０上の座標系で入力する。基準位置マークの位置を搭載装置上の検知センサにより検知し、搭載装置の座標系での座標を求める。基準位置マークの圧力室プレート３０の座標系での座標と装置座標系での座標から、双方の座標系へ変換する座標変換成分を求める。また、本実施形態では４箇所に基準位置マークを表示するようにしているため、オフセット成分、回転成分に加え、ゲイン成分、台形成分など、より高次の成分まで考慮に入れた演算をすることができ、より厳密に変換することができる。ここで、ゲイン成分とは、２つの座標系の原点を基準点として伸縮した配置ずれ成分をいう。また台形成分とは、２つの座標系の原点を基準として台形歪みによる配置ずれ成分をいう。演算の結果、圧力室プレート３０の座標系での圧電素子５０の搭載座標を、装置座標系の座標に座標変換する。搭載装置は決定された装置座標系での座標に基づき、インクジェットヘッド１が製造工程内で変形しても、各圧力室の座標、即ち圧電素子５０を搭載する位置を精度よく決定することができる。
【００４３】
図７は、圧電素子５０を振動プレート４０に搭載する処理フローである。まず、予め個別に作製された複数の圧電素子を実装機構のトレイにセットし、図１に示すように複数のプレートを積層して形成されたインクジェットヘッドを実装ステージにセットする（Ｓ１００）。プレートに表示された基準位置マークを光学検知センサを用いて検知する（Ｓ１０１）。
【００４４】
検知された基準位置マークの座標位置を取得して圧力室３２に対応する圧電素子５０のすべての搭載位置に関する座標位置を算出する（Ｓ１０２）。次に、算出された１つの搭載位置の座標位置における振動プレート４０上の搭載位置の高さをレーザ等の高さ検出器により測定する（Ｓ１０３）。測定された高さに基づいて搭載位置とディスペンサとの間のギャップが一定になるようにディスペンサをセットし、ディスペンサにより搭載位置に一定量の接着剤を塗布する（Ｓ１０４）。搭載位置に接着剤を塗布後、実装機構によりトレイから圧電素子５０を１個取り出して搭載位置へ実装する（Ｓ１０５）。そして、実装された圧電素子５０を押圧機構により所定時間押圧して（Ｓ１０６）接着剤を硬化させ、圧電素子５０を搭載位置に接着固定する。こうして接着剤が硬化するまで押圧することで、圧電素子５０の接着不良を抑止することができる。
【００４５】
すべての圧電素子５０が搭載されたかチェックし（Ｓ１０７）、搭載されていない圧電素子５０が残っている場合には、ステップＳ１０３に戻り、残りの圧電素子５０について接着固定処理を繰り返す。こうして、個別に作製された圧電素子５０を振動プレート４０の搭載位置に独立して接着固定する。図８は、接着固定された圧電素子５０と圧力室３２との位置関係を示す断面図である。圧電素子５０は、圧力室３２の中心部分に正確に位置決めされて接着固定されている。
【００４６】
以上で説明したように、予め個別に作製された圧電素子を搭載位置に接着固定するようにしているので、圧電素子の接着不良を低減できるとともにインクジェットヘッドのレイアウト変更にも容易に対応することができる。また、圧電素子に不具合が生じた場合でも不具合の生じた圧電素子のみ交換すれば、製造されたインクジェットヘッドの不良品を低減することができる。
【００４７】
そして、圧電素子を振動プレートに搭載する際に、プレートに表示された基準位置マークを検知して搭載すれば、圧電素子を圧力室に対応して正確に位置決めして搭載することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本実施形態に関する概略構成図である。
【図２】インクジェットヘッドを構成する各プレートの積層工程に関する模式図である。
【図３】基準位置マークを表示する振動プレートに関する模式図である。
【図４】圧力室に対応付けられた基準位置マークが表示された圧力室プレートに関する模式図である。
【図５】図４に示す各プレートが積層された状態において孔Ａ１からＡ４での基準位置マーク及び窓部を上方から見た平面図である。
【図６】基準位置マーク及び窓部が形成された部分に関する断面図である。
【図７】圧電素子を振動プレートに搭載する処理フローである。
【図８】接着固定された圧電素子と圧力室との位置関係を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１    インクジェットヘッド
10    ノズルプレート
20    流路プレート
30    圧力室プレート
32    圧力室
40    振動プレート
41    基準位置マーク
50    圧電素子
60    剛性強化プレート
70    位置決め孔
80    影
90    影
【図１】
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【図２】
2010023251.tif 000004
【図３】
2010023251.tif 000005
【図４】
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【図５】
2010023251.tif 000007
【図６】
2010023251.tif 000008
【図７】
2010023251.tif 000009
【図８】
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