(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基盤と、この基盤上に接着した圧電部材とを有し、前記圧電部材をスリットにより分割して多数の駆動素子を形成してなるインクジェットヘッド用圧電アクチュエータの製造方法であって、
少なくとも前記圧電部材を複数個一定間隔をおいて並べた分の寸法を有する圧電基材と、前記基盤と同一材料からなり、前記圧電基材を複数個並べて搭載可能な寸法を有する基盤板材とを用意し、
前記基盤板材の上面に前記圧電基材を並べて接着することにより前記圧電アクチュエータを多数個取り可能な圧電アクチュエータブロックを形成し、
該圧電アクチュエータブロックの所定箇所に前記スリットを形成するとともに、該圧電アクチュエータブロックを分割することにより、多数の圧電アクチュエータを一括して製造することを特徴とするインクジェットヘッド用圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項２】
請求の範囲１記載のインクジェットヘッド用圧電アクチュエータの製造方法において、
前記基盤板材を矩形状に形成するとともに、
少なくとも、前記圧電アクチュエータブロックへの前記スリットの形成を、前記基盤板材の直交する二側面及び底面を加工基準として行なうことを特徴とするインクジェットヘッド用圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項３】
請求の範囲１記載のインクジェットヘッド用圧電アクチュエータの製造方法において、
前記基盤板材に、あらかじめ前記圧電アクチュエータの縦寸法と対応する間隔毎に横方向の分割溝を形成しておき、
前記複数個の圧電基材を、これら分割溝で仕切られた領域にそれぞれ位置決めして接着することにより前記圧電アクチュエータブロックを形成し、
この圧電アクチュエータブロックの所定箇所に、前記圧電アクチュエータの横寸法と対応する間隔毎に縦方向の分割溝を形成し、
前記縦方向の分割溝部分と前記横方向の分割溝部分とを切断することにより、多数の圧電アクチュエータを一括して製造するようにしたことを特徴とするインクジェットヘッド用圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項４】
請求の範囲３記載のインクジェットヘッド用圧電アクチュエータの製造方法において、
前記基盤板材にあらかじめ形成した横方向の分割溝の底部に勾配を形成し、該勾配により肉厚の薄くなった端縁部分で前記横方向の分割溝部分が切断されるようにしたことを特徴とするインクジェットヘッド用圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項５】
基盤板材に圧電材料からなる圧電基材を接着し、所定寸法ごとに前記基盤板材及び圧電基材を分割し、前記基盤板材の分割面に突出したバリが残存する状態で形成したインクジェットヘッド用圧電アクチュエータの支持フレームであって、
前記基盤板材の分割面に残存するバリとの干渉を回避するための逃げ空間を形成したことを特徴とするインクジェットヘッド用圧電アクチュエータの支持フレーム。
【発明の詳細な説明】
技術分野
この発明は、オンデマンド型インクジェットプリンタに用いるインクジェットヘッド用圧電アクチュエータの製造方法及び同アクチュエータの支持フレームに関する。
背景技術
インクジェットヘッド用圧電アクチュエータ（以下、単に圧電アクチュエータという）は、基盤に圧電部材を接着するとともに、該圧電部材を平行スリットで分割することにより、多数の駆動素子を形成した構造となっている。
第16図〜第19図は、従来のこの種のインクジェットヘッド用圧電アクチュエータの製造方法を説明するための斜視図である。
まず、第16図に示すように、単一の圧電アクチュエータに対応した寸法，形状の基盤201及び圧電部材202を用意し、基盤201の上面に圧電部材202を接着する。
次いで、圧電部材202を接着した基盤201を加工治具203に並べて接着し、ワイヤーソー加工機に位置決めして装着した後、順次所定位置に平行スリット204を形成していく（第17図）。さらに、研削装置を使い、圧電部材202の側面にインクジェットヘッドの支持フレームへの組立て基準面205を形成する。
このようにして平行スリット204及びインクジェットヘッドの支持フレームへの組立て基準面205を形成した後、加工治具203から各基盤201（圧電部材202が接着してある）を取外し（第18図）、洗浄工程，検査工程を経て、最終的にフレキシブル電極基板（FPC）206を半田付けして圧電アクチュエータ200が完成する（第19図）。
上述したように、従来の圧電アクチュエータの製造方法は、単一の圧電アクチュエータ200を形成する寸法，形状の基盤201及び圧電部材202を多数用意し、これらを加工治具203に位置決め接着して加工機械へ装着していたので、加工治具203への位置決め接着作業に手間がかかり、生産性が低いという課題があった。
しかも、洗浄工程，検査工程等の後工程は、加工治具203から圧電アクチュエータ200を取外し、一個毎に処理していたので、小形部品である圧電アクチュエータ200の取扱いが不便であり、このことが一層生産性を低下させていた。
また、平行スリット204が加工されて櫛歯形状になり脆くなっている圧電部材202を直接掴むため、破損や変型等により歩留が低下し、品質も不安定となっていた。
さらに加工治具203は、加工対象となる圧電アクチュエータ200の寸法，形状等に対応した仕様の専用治具として用意する必要があるため、圧電アクチュエータ200の仕様変更や新製品開発に迅速に対応できないという課題を有していた。
この発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、専用の加工治具を用意する必要がなく、しかも加工治具への一個単位での基盤の接着作業を排除するとともに、圧電アクチュエータの洗浄，検査等といったスリット加工後の工程を、複数単位の圧電アクチュエータに対し一括して処理できるようにして生産性と歩留の向上および品質の安定化を図ることを目的とする。
発明の開示
上記の目的を達成するためにこの発明は、基盤と、この基盤上に接着した圧電部材とを有し、圧電部材をスリットにより分割して多数の駆動素子を形成してなるインクジェットヘッド用圧電アクチュエータを、次のごとき方法で製造するようにしたことを特徴としている。
まず、少なくとも圧電部材を複数個一定間隔をおいて並べた分の寸法を有する圧電基材と、基盤と同一材料からなり圧電基材を複数個並べて搭載可能な寸法を有する基盤板材とを用意する。
次いで、基盤板材の上面に圧電基材を並べて接着することにより、圧電アクチュエータを多数個取り可能な圧電アクチュエータブロックを形成する。
この圧電アクチュエータブロックに対し、所定箇所に多数の平行スリットを形成することにより、平行に配列した駆動素子部分を形成する。
ここで、スリット加工後の洗浄工程，検査工程等の後工程は、圧電アクチュエータブロックの状態で一括して処理すればよく、これにより、生産性を格段に向上させることができる。また、平行スリットを加工された圧電部材を直接掴むことがないので、圧電部材の破損や変形を防止し、歩留を向上させ、品質を安定にすることができる。
その後、該圧電アクチュエータブロックを分割して、多数の圧電アクチュエータに分け、所要寸法の圧電アクチュエータが完成する。
上述した工程のうち、加工機械に対する材料の位置決めが必要となる工程、例えば平行スリットの加工工程は、基盤板材を加工治具として利用し位置決めすることができる。このようにすれば、専用の加工治具を用意する必要もなく、圧電アクチュエータの仕様変更等にも迅速かつ容易に対応でき、しかも製造コストの低価格化を実現することができる。
この場合、基盤板材を矩形状に形成するとともに、基盤板材の直交する二側面及び底面を加工基準として行えばよい。
また、基盤板材に、あらかじめ圧電アクチュエータの縦寸法と対応する間隔毎に横方向の分割溝を形成しておき、複数個の圧電基材を、これら分割溝で仕切られた領域にそれぞれ位置決めして接着することにより圧電アクチュエータブロックを形成し、さらにこの圧電アクチュエータブロックの所定箇所に、圧電アクチュエータの横寸法と対応する間隔毎に縦方向の分割溝を形成するようにすれば、該縦方向の分割溝部分及び横方向の分割溝部分を切断することにより、圧電アクチュエータブロックの分割作業を容易かつ正確に処理することができる。
この分割作業は、例えば上記分割溝部分を破断するだけで簡易に処理することができる。もっとも、分割溝部分を破断した場合、破断面にバリが残存することは避けられない。このバリがフレキシブル電極基板の半田付け面側に突出して残存した場合、該電極基板の半田付けを確実に行えなくなるおそれがある。
そこで、基盤板材に形成する横方向の分割溝の底部に勾配を形成し、該勾配により肉厚の薄くなった端縁部分で横方向の分割溝部分が切断されるようにすれば、バリが突出して残存する面を特定することができる。
すなわち、フレキシブル電極基板の半田付け面側を、上記勾配により肉厚の薄くなった端縁部分とすることにより、該電極基板の半田付け面側にバリが残存することを回避することができる。
また、このように形成した圧電アクチュエータは、基盤板材におけるいずれかの分割面に突出したバリが残存することは避けられない。そこで、該圧電アクチュエータをインクジェットヘッドに組み込むための支持フレームには、基盤板材の分割面に残存するバリとの干渉を回避するための逃げ空間を形成しておくことが好ましい。
【図面の簡単な説明】
第１図は、この発明の方法により製造される圧電アクチュエータの外観を示す斜視図である。
第２図は、この発明の実施形態に係る圧電アクチュエータの製造方法に用いる圧電基材を示す斜視図である。
第３図は、この発明の実施形態に係る圧電アクチュエータの製造方法に用いる基盤板材を示す斜視図である。
第４図は、この発明の実施形態に係る圧電アクチュエータの製造方法を説明するための斜視図である。
第５図は、第４図に続く、この発明の実施形態に係る圧電アクチュエータの製造方法を説明するための斜視図である。
第６図は、第５図に続く、この発明の実施形態に係る圧電アクチュエータの製造方法を説明するための斜視図である。
第７図は、第６図に続く、この発明の実施形態に係る圧電アクチュエータの製造方法を説明するための斜視図である。
第８図は、第７図に示した工程が終了した圧電アクチュエータブロックの一部を拡大して示す斜視図である。
第９図は、第７図に続く、この発明の実施形態に係る圧電アクチュエータの製造方法を説明するための斜視図である。
第10図は、第９図に続く、この発明の実施形態に係る圧電アクチュエータの製造方法を説明するための斜視図である。
第11図は、基盤板材に形成した横分割溝の形状を示す断面図である。
第12図は、第11図に示した形状の横分割溝部で基盤板材を分割したときの構造を示す断面図である。
第13図は、圧電アクチュエータにバリを残存させない手段を示す断面図である。
第14図は、この発明の実施形態により製造した圧電アクチュエータを組み込むインクジェットヘッドの構造を示す分解斜視図である。
第15図は、第14図に示したインクジェットヘッドにおける支持フレームの内部構造を示す断面図である。
第16図は、従来の圧電アクチュエータの製造方法を説明するための斜視図である。
第17図は、第16図に続く、従来の圧電アクチュエータの製造方法を説明するための斜視図である。
第18図は、第17図に続く、従来の圧電アクチュエータの製造方法を説明するための斜視図である。
第19図は、第18図に続く、従来の圧電アクチュエータの製造方法を説明するための斜視図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
第１図はこの発明の方法により製造される圧電アクチュエータの外観を示す斜視図である。
同図に示すように、圧電アクチュエータ１は、絶縁性の合成樹脂材等で形成した基盤２と、この基盤上に接着した圧電部材３とを有している。圧電部材３は、電圧の印加によって変形する圧電材料を、電極板を挟んで積層した構造となっている。この種の圧電部材３（積層圧電部材）は、既に周知であるためその詳細な構造は省略する。
圧電部材３には、多数の平行スリット４が形成してあり、これら平行スリット４で分割された各部又は一部が、インクジェットヘッドの駆動素子５を構成している。
圧電部材３の背面には、各駆動素子５に電圧を印加するためのフレキシブル電極基板（FPC）６が半田付けしてある。また、圧電部材３の両側面は、第14図に示すインクジェットヘッドの支持フレーム100に圧電アクチュエータ１を装着する際の組立て基準面3aとなっている。なお、この組立て基準面3aについては後述する
この発明の実施形態では、上述したような構成の圧電アクチュエータ１を、以下に示す方法で製造する。第２図〜第10図は、この実施形態に係る圧電アクチュエータ１の製造方法を説明するための図である。
まず、第２図，第３図に示すような圧電基材10を複数個と、一枚の基盤板材20を用意する。圧電基材10は、第１図に示した圧電部材３と同様、圧電材料を電極板を挟んで積層した内部構造となっており、基盤板材20は、第１図に示した基盤２と同一材料で形成してある。
圧電基材10の横幅Ｌは、第１図に示した圧電部材３を複数個一定間隔をおいて並べた分の寸法に設定してある。ここで加味される一定間隔とは、第７図に示すように、この発明により基盤板材20上に一括して形成された圧電アクチュエータ１における圧電部材３の間隔であり、圧電部材３の側面に、インクジェットヘッドの支持フレーム100への組立て基準面3aを形成する際の研削代に対応する間隔である。
圧電基材10の奥行き及び高さは、第１図に示した圧電部材３と略同じ寸法に設定してある。
また、基盤板材20は、複数個の圧電基材10を縦方向に一定間隔をあけ並べて搭載できる寸法に設定してある。この基盤板材20には、並べて搭載される圧電基材10の間隙に対応して、横方向の分割溝（横分割溝）21があらかじめ形成してある。これら横分割溝21は、この発明の方法により一括して製造した圧電アクチュエータ１を分割するときの縦方向の境界を形成している。
この基盤板材20は矩形状に形成してあり、直交する二つの側面20a,20b及び底面が、後述する加工工程において、加工装置に対する位置決め基準となっている。したがって、これら位置決め基準となる二側面（基準側面）20a,20b及び底面は、高い寸法精度に形成しておく。
次に、上述した基盤板材20の上面に圧電基材10を並べて接着することにより、第１図に示した圧電アクチュエータ１を多数個取り可能な圧電アクチュエータブロック30を形成する。このとき、基盤板材20と各圧電基材10との間の位置決めを容易化するために、この実施形態では第４図に示すような位置決め治具40を使用している。
この位置決め治具40は、定盤41及び位置決め枠42からなり、定盤41には直交する基準突条43,43が設けてある。この基準突条43,43に基盤板材20の基準側面20a,20bを合わせて配置し、続いて位置決め枠42を定盤41に組み合わせる。このとき、位置決め枠42と定盤41は、位置決め枠42に設けた位置決め孔42aと、定盤41に設けた位置決め突起41aとの係合によって互いに位置決めされる。
位置決め枠42の内側両端部には、基盤板材20上への圧電基材10の配置間隔に対応して位置決めガイド42bが延出しており、この位置決めガイド42bに沿って圧電基材10を配置することにより、基盤板材20上の所定位置に圧電基材10を接着できるようになっている。
第５図はこのようにして形成した圧電アクチュエータブロック30の斜視図である。この圧電アクチュエータブロック30に対し、平行スリット４及びインクジェットヘッドの支持フレーム100に対する組立て基準面3aを形成することにより、第１図に示した圧電アクチュエータ１を基盤板材20上に一括して形成する。
すなわち、圧電アクチュエータブロック30を、ワイヤカット放電加工機に装着して圧電基材10の所定位置に平行スリット４を形成する（第６図）。このとき、基盤板材20が加工治具の機能を果たす。すなわち、基盤板材20の底面及び基準側面20a,20bを位置決め基準として、基盤板材20をワイヤカット放電加工機に装着する。
そして、基盤板材20の基準側面20a,20bを原点として、圧電アクチュエータブロック30から切り取られる圧電アクチュエータ１の位置を特定し、各圧電アクチュエータ１に対し、第１図に示した平行スリット４の形成箇所と対応する位置に、縦方向の平行スリット４を形成していく（第６図）。この平行スリット４は、基盤板材20の上面より任意の深さにまで切り込んで形成し、圧電基材10を完全に分割するようにする。
続いて、圧電アクチュエータブロック30を研削装置に装着して、インクジェットヘッドの支持フレーム100に対する組立て基準面3aを形成する（第７図）。ここでも、基盤板材20が加工治具の機能を果たし、基盤板材20の底面及び基準側面20a,20bを位置決め基準として、基盤板材20を研削装置に装着すればよい。
そして、平行スリット４の加工と同様、基盤板材20の基準側面20a,20bを原点として、圧電アクチュエータブロック30から切り取られる圧電アクチュエータ１の位置を特定し、各圧電アクチュエータに対し、第１図に示した圧電部材３の側面と対応する位置に組立て基準面3aが形成されるように、圧電基材10の所定位置に一定幅の溝31を形成する。この溝31は基盤板材20の上面より任意の深さにまで切り込んで形成し、圧電基材10を完全に分割するようにする（第８図）。
この実施形態では、研削装置による組立て基準面3aの加工と同時に、圧電アクチュエータブロック30に対し、圧電アクチュエータ１を切り取るための縦方向の分割溝（縦分割溝）22を形成している。これらの縦分割溝22は、圧電アクチュエータブロック30に一括して形成された圧電アクチュエータ１の最外側面に対応する位置に形成する。
この縦分割溝22は、圧電アクチュエータブロック30に形成される溝31の略中央部から、さらに下方に掘り下げるようにして基盤板材20に形成される。
したがって、これら溝31と縦分割溝22を同時形成する研削砥石50は、第７図に示すように、溝31の幅に対応した厚さの研削面51における中央部に、縦分割溝に対応した断面の突条部52を有している。
次に、圧電アクチュエータブロック30を、横分割溝21及び縦分割溝22に沿って分割し、第１図に示した固体の圧電アクチュエータ１を形成するとともに、同アクチュエータ１における圧電部材３の背面にフレキシブル電極基盤６を半田付けする。
例えば、第９図に示すうように、まず横分割溝21に沿って圧電アクチュエータブロック30を分割し、横方向に圧電アクチュエータ１が並んだ小ブロックを形成し、この状態で一括してフレキシブル電極基板６を半田付けした後（第10図）、縦分割溝22に沿って小ブロックを分割するとともに、フレキシブル電極基板６を切断するようにして作業を進めていけばよい。もっとも、圧電アクチュエータブロック30の分割及びフレキシブル電極基板６の半田付け作業は、上述した順序に限らず、任意の順序で行なうことができる。
さて、以上により第１図に示した圧電アクチュエータ１を多数個まとめて製造することができるが、上述したように縦分割溝22及び横分割溝21で圧電アクチュエータブロック30を分割すると、その分割面にバリ23が突出して残存することは避けられない。
特に、フレキシブル電極基板６を半田付けする側面20cに、このようなバリ23が突出していた場合、フレキシブル電極基板６を圧電部材３の電極面に密着させるときの障害となり好ましくない。
そこで、この実施形態では、第11図，第12図に示すように、基板板材20に形成した横分割溝21の底部に勾配21aをつけ、フレキシブル電極基板６を半田付けする側の側面20cに対応した底部端縁の肉厚を形成してある。これにより、横分割溝21の底壁部分はフレキシブル電極基板６を半田付けする側面20cとは逆側の側面20dから突き出て残存することになる（第12図）。その結果、フレキシブル電極基板６を半田付けする側の側面20cに、同電極基板６を圧電部材３の電極面に密着させるときに障害となるような突起がなくなり、確実に半田付けを行なうことが可能となる。
なお、第12図に示すように、フレキシブル電極基板６を半田付けする側の側面20cには、同電極基板６を強固に接着する目的で粘着テープ７を介在させている。このため、粘着テープ７の厚さだけ、基盤２の側面20cを圧電部材３の側面より内側に配置し、粘着テープ７の表面と圧電部材３の側面とが同一平面となるようにしてある。
第13図は、圧電アクチュエータブロック30を分割したときに、その分割面にバリ23が突出して残存することを防止するための分割溝構造を示す断面図である。
同図に示すように分割溝（縦分割溝22,横分割溝21の一方又は双方）の底壁部分に連結枠24を形成し、この連結枠24から基盤２の側面と接する端縁部分に向かって両方向に勾配24a,24aを形成し、各端縁部分の肉厚が連結枠24の底壁よりも薄くなるように形成する。
このような分割溝構造とすれば、連結枠24に対して各圧電アクチュエータ１の基盤２を分割したとき、突出したバリ23は連結枠24側に残存するため、バリの残らない圧電アクチュエータ１を形成することができる。
さて、上述した方法で製造した圧電アクチュエータ１は、第14図に示すように、支持フレーム100に装着してインクジェットヘッドの駆動部を構成する。インクジェットヘッドは、これら圧電アクチュエータ1,支持フレーム100の他、ダイヤフラム101、チャンバ102、ノズル板103の各構成要素で構成される。
すなわち、ダイヤフラム101を挟んで支持フレーム100の上面にチャンバ102を装着する。チャンバ102には横方向に複数のインク室102aが形成してあり、このインク室102aにダイヤフラム101を介して駆動素子５が対向するように、圧電アクチュエータ１を位置決めして支持フレーム100に装着する。
このときの組立て基準面3aは圧電部材３の側面となっており、該組立て基準面3aを支持フレーム100の装着孔100aに嵌合させて、圧電アクチュエータ１を装着する。
ここで、圧電アクチュエータ１の側面にバリ23が突出して残存しているときは、支持フレーム100の内壁とこのバリ23との干渉を回避するために、支持フレーム内にバリの逃げ空間100bを形成することが好ましい。
最後に、複数のノズル孔103aを有するノズル板103を、前面に装着してインクジェットヘッドが完成する。このとき、ノズル孔103aをチャンバ102に形成したインク室102aと連通させる。
なお、この発明は上述した実施形態に限定されるものではない。
すなわち、この発明は加工治具を必要とする加工工程を圧電アクチュエータブロック30の状態で一括処理することにより、生産性と歩留の向上および品質の安定化を図ることができるとともに、専用の加工治具を不要として生産コストの低価格化を実現するものである。
したがって、上述した実施形態では、平行スリット４の加工と、組立て基準面3a及び縦分割溝22の加工を、圧電アクチュエータブロック30の状態で処理したが、これらの加工に限定されず、加工治具を必要とする他の加工工程を含む場合には、それらの加工も圧電アクチュエータブロック30の状態で一括処理することが好ましい。
また、上述した平行スリット４の加工と、組立て基準面の加工は、いずれを先に処理してもよい。
産業上の利用可能性
この発明をインクジェットヘッド用圧電アクチュエータの製造に利用することにより、専用の加工治具を用意する必要がなく、しかも加工治具への一個単位での基盤の接着作業を排除するとともに、圧電アクチュエータの洗浄，検査等といったスリット加工後の工程が、複数単位の圧電アクチュエータに対し一括して処理できるようになり、生産性と歩留の向上および品質の安定を図ることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図１６】
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【図１８】
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【図１９】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１７】
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