(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルプレートの背面に、所定ピッチで位置決め用貫通穴が開設された補強プレートを積層して貼着し、次いで、前記位置決め用貫通穴側から前記ノズルプレートに、インク流路を備えたヘッドユニットの複数のインク流路終端に対応する複数のノズル開口を穿孔し、この後、前記位置決め用貫通穴に前記ヘッドユニットを嵌合させて、前記ヘッドユニットを前記ノズルプレート上に固定するものであって、
前記位置決め用貫通穴は、前記ヘッドユニットと前記ノズルプレートとの接合面となる前記ヘッドユニットの先端面と同一形状であり、
前記位置決め用貫通穴の隣接する２辺が、当該位置決め用貫通穴に前記ヘッドユニットを嵌合させる際に該ヘッドユニットの壁面が当接する寸法基準辺となり、
前記寸法基準辺から各前記ノズル開口までの間隔が前記ヘッドユニットの前記寸法基準辺に対応する壁面から各前記インク流路終端までの間隔と合致するように前記複数のノズル開口を穿孔し、
この後、前記ヘッドユニットの前記壁面を前記寸法基準辺に当接させることにより、前記ヘッドユニットを位置決めしながら、該ヘッドユニットを前記位置決め用貫通穴に嵌合させて、前記ヘッドユニットを前記ノズルプレート上に固定する印字ヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記位置決め用貫通穴が千鳥状に配列される請求項１に記載の印字ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は印字ヘッドおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
複数のヘッドユニットを並べて例えばラインプリンタを構成する場合のマルチユニット型のインクジェット式ヘッドとしては特開平６−１９８８７６号公報記載のものが知られている。この従来例は、複数のベース板ユニットをインク流路板に固定したインク流路板ユニットに薄板状の振動板、隔壁板、およびノズルプレートを積層状に接着して形成される。各ベース板ユニットは複数の圧力室、および圧力室に連通するインク流路を備えており、振動板、隔壁板、およびノズルプレートにはベース板ユニットのインク流路終端に対応する小孔が予め穿孔される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来例には以下の問題がある。すなわち、振動板、隔壁板、およびノズルプレートへの小孔の穿孔作業はインク流路板を覆う程度の大きさの薄板材に対して各々行われるものであるから、穿孔作業時に変形しやすい。とりわけ、ノズルプレートには狭ピッチで多数の小孔（ノズル開口）が穿孔されるために、変形しやすく、製造歩留まりが悪い。また、単体状態で穿孔された小孔はインク流路板に接着された状態で各ベース板ユニットのインク流路終端に対応している必要があるために穿孔作業時における加工精度に加え、インク流路板ユニットへの接着作業時の位置精度も求められるために、作業性が悪い。
【０００４】
本発明は以上の欠点を解消すべくなされたもので、製造歩留まり、および製造作業性の良好な印字ヘッド、およびその製造方法の提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば上記目的は、ノズルプレートの背面に、所定ピッチで位置決め用貫通穴が開設された補強プレートを積層して貼着し、次いで、前記位置決め用貫通穴側から前記ノズルプレートに、インク流路を備えたヘッドユニットの複数のインク流路終端に対応する複数のノズル開口を穿孔し、この後、前記位置決め用貫通穴に前記ヘッドユニットを嵌合させて、前記ヘッドユニットを前記ノズルプレート上に固定するものであって、前記位置決め用貫通穴は、前記ヘッドユニットと前記ノズルプレートとの接合面となる前記ヘッドユニットの先端面と同一形状であり、前記位置決め用貫通穴の隣接する２辺が、当該位置決め用貫通穴に前記ヘッドユニットを嵌合させる際に該ヘッドユニットの壁面が当接する寸法基準辺となり、前記寸法基準辺から各前記ノズル開口までの間隔が前記ヘッドユニットの前記寸法基準辺に対応する壁面から各前記インク流路終端までの間隔と合致するように前記複数のノズル開口を穿孔し、この後、前記ヘッドユニットの前記壁面を前記寸法基準辺に当接させることにより、前記ヘッドユニットを位置決めしながら、該ヘッドユニットを前記位置決め用貫通穴に嵌合させて、前記ヘッドユニットを前記ノズルプレート上に固定する印字ヘッドの製造方法を提供することにより達成される。
また、上記目的は、圧力室１０とインク流路１１を備えた複数のヘッドユニット１と、各ヘッドユニット１のインク流路終端１２に対応するノズル開口２０を備えたノズルプレート２とを有する印字ヘッドであって、前記ノズルプレート２の背面にはヘッドユニット１を嵌合して該ヘッドユニット１の位置決めを行う位置決め用貫通穴３０が開設された補強プレート３が接合される印字ヘッドを提供することにより達成される。
【０００６】
ヘッドユニット１には圧力室１０とインク流路１１の複数組が形成されており、インク流路１１に導入されたインクは圧力室１０内で圧縮されてインク流路終端１２から放出される。インクの吐出方向を規制するためにインク流路終端１２に固定されるノズル開口２０は長尺状のノズルプレート２に形成されており、並設された複数のヘッドユニット１に固定される。
【０００７】
ノズルプレート２の背面（以下、本明細書においてノズルプレート２の背面とは、ヘッドユニット１対向面をさすものとする。）には予め補強プレート３が貼着されて剛性が高められる。補強プレート３により剛性が高められたノズルプレート２は多数のノズル開口２０を狭ピッチで穿孔する際にも変形することがなく、製造歩留まりが向上する。また、補強プレート３はノズルプレート２の背面に貼着され、かつ、ヘッドユニット１は補強プレート３の位置決め用貫通穴３０に嵌合するために、補強プレート３の厚さに制限はなく、ノズル開口２０の穿孔作業に必要な剛性を確保するために必要な厚さの板材を使用することができる。さらに、ヘッドユニット１は位置決め用貫通穴３０により位置決めされるために、長尺のノズルプレート２を並設された複数のヘッドユニット１に対して別途固定する場合に比して、ノズル開口２０とインク流路１１の開放端との位置合わせの精度が高くなり、かつ、作業性も向上する。
【０００８】
ヘッドユニット１の固定には接着剤等を使用することも可能であるが、ヘッドユニット１を着脱自在に構成することも可能である。ヘッドユニット１を着脱可能に補強プレート３あるいはノズルプレート２に固定するためには、例えばヘッドユニット１と補強プレート３に相互に係合する係合部を形成することにより達成可能である。
【０００９】
また、本発明は、ノズルプレート２の背面に所定ピッチで位置決め用貫通穴３０が開設された補強プレート３を積層、貼着し、次いで位置決め用貫通穴３０側からノズルプレート２にインク流路１１を備えたヘッドユニット１のインク流路終端１２に対応するノズル開口２０を穿孔し、この後、位置決め用貫通穴３０により位置決めしながらヘッドユニット１を嵌合、固定する印字ヘッドの製造方法を提供する。
【００１０】
本発明において、ノズルプレート２へのノズル開口２０の穿孔作業に際して、まずノズルプレート２の背面に補強プレート３が貼着される。補強プレート３はノズルプレート２に所定のノズルプレート２に多数のノズル開口２０を穿孔する際にノズルプレート２に撓み等の変形が生じない程度の厚さに形成される。印字ヘッドの製造は、以上のようにして形成されたノズルプレート２と補強プレート３との積層接合体にヘッドユニット１を固定することにより行われ、補強プレート３に開設された位置決め用貫通穴３０によりヘッドユニット１の固定位置は位置決めされ、インク流路終端１２とノズル開口２０が確実に一致する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
マルチユニット型インクジェット式印字ヘッドは図１に示すように、複数のヘッドユニット１、１・・・と、ノズルプレート２の補強プレート３を接合させた積層接合体４から構成される。ヘッドユニット１の装着個数は適宜決定することができ、用紙幅に対応するだけ並べることによりフルライン型インクジェットを構成してもよい。
【００１２】
ヘッドユニット１は図２に示すように、共同インク室１３から平行に分岐する複数のインク流路１１、１１・・・を備え、ヘッドユニット１の下端近傍には、各インク流路１１に対応して圧力室１０、１０・・・が配置される。圧力室１０にはピエゾ素子１０ａとピエゾ素子１０ａの駆動により圧力室１０の容積を変化させるための圧力板１０ｂが配置される。インクは図示しない予備タンクからインク供給パイプ５を経由して共同インク室１３内に供給され、その後、各インク流路１１に供給される。圧力室１０内にインクが充填されている状態で駆動信号線６によりプリンタ本体よりピエゾ駆動回路１０ｃに印字指令されピエゾ素子１０ａを駆動すると、圧力室１０の隔壁面を構成する圧力板１０ｂは圧力室１０内方に移動して圧力室１０の容積を小さくし、圧力室１０、およびその下方に形成されるインク溜まり部１４内のインクはインク流路終端１２からヘッドユニット１外に吐出される。なお、インク供給パイプ５、および駆動信号線６をヘッドユニット１に対して着脱可能に形成した場合には、ヘッドユニット１の交換等が可能になる。
【００１３】
積層接合体４は、複数のヘッドユニット１間に張り渡すことができる程度の長さの長尺体であり、ノズルプレート２と補強プレート３とを積層して接合することにより形成される。上記各ヘッドユニット１は補強プレート３に開設された位置決め用貫通穴３０に嵌合された状態で保持されており、固定状態においてノズルプレート２に開設されたノズル開口２０とヘッドユニット１のインク流路終端１２が合致する。
【００１４】
印字ヘッドの製造方法を図３、４に基づいて説明する。まず、所定長さのノズルプレート２と補強プレート３を用意する。ノズルプレート２はノズル開口２０からインクが吐出される際の抵抗を少なくするために可及的に薄い肉厚のものを使用するのが望ましく、２０μｍ程度の板厚の合成樹脂シート、例えば株式会社帝人製のＰＥＮ（テオネックス（商品名））が使用できる。
【００１５】
一方、補強プレート３は適宜の剛性を有する板材であり、金属板材、セラミック、あるいは合成樹脂材を使用できる。金属板材を使用する場合には、インク等の付着に対して長期に渡って錆等の腐食が生じないように、板厚１ｍｍ程度のステンレス板（ＳＵＳ３１６、あるいはＳＵＳ４３０）を使用するのが望ましい。また、補強プレート３にセラミックを使用する場合には、形状安定性、硬度、熱膨張係数を考慮してアルミナの使用が望ましいが、本実施例では加工性を考慮し、株式会社住金ホトンセラミック製ホトベール（商品名）を使用した。さらに、補強プレート３は剛性をより向上させるために、例えば金属板を用いた場合には辺縁を長手方向に沿って曲げ加工を施してもよい。さらに、補強プレート３には所定ピッチで位置決め用貫通穴３０が形成される。位置決め用貫通穴３０は上記ヘッドユニット１が嵌合可能な大きさを有する矩形形状をなし、隣接する２辺が寸法基準辺とされる。ヘッドユニット１を連接した際にヘッドユニット１の連結部位においてもインク流路終端１２のピッチが変わらないように、補強プレート３の位置決め用貫通穴３０は千鳥状に配列される。なお、位置決め用貫通穴３０は機械加工の他に、エッチングを利用して形成することもできる。
【００１６】
上記ノズルプレート２と補強プレート３とは図３（ｂ）に示すように、適宜の接着剤を使用して接合された後、ノズルプレート２にノズル開口２０が穿孔される。接着剤にはエポキシ系の熱硬化性接着剤が使用され、例えば株式会社ステイクティック社製のステイスティック３８３（商品名）を使用する場合には、ノズルプレート２と補強プレート３の接合面に塗布した後、１５０℃で７分の仮硬化を行った後、２ｋｇｆ／ｃｍ2の加圧条件下で２００℃、３０分の本接着を行う。
【００１７】
ノズルプレート２へのノズル開口２０の穿孔作業にはパンチング等の機械加工のほかに、エキシマレーザ等を使用できる。各ノズル開口２０は直径２０μｍ程度に形成され、ノズル開口２０間のピッチは上記ヘッドユニット１のインク流路終端１２間のピッチに合致するように管理される。加工方向、すなわちパンチング刃物、あるいはレーザ照射方向を図４（ａ）で矢印で示すように、ノズルプレート２の背面側に設定することにより、表面側に行くに従ってテーパ角度６．２°程度で徐々に縮径されるテーパ穴とするのが望ましい（図４（ｂ）参照）。積層接合体４はノズルプレート２の背面に補強板が裏打ちされた状態となっており、ノズルプレート２は位置決め用貫通穴３０領域のみが変形可能であるために、該位置決め用貫通穴３０領域への穿孔加工による変形が確実に防止される。
【００１８】
この後、図５に示すように、積層接合体４にヘッドユニット１を固定する。ヘッドユニット１の固定は、補強プレート３に開設された位置決め用貫通穴３０にヘッドユニット１の先端部を嵌合させて行われる。ヘッドユニット１の位置決め用貫通穴３０への嵌合は、位置決め用貫通穴３０の寸法基準辺に対応する壁面を当接させて行われ、この状態で積層接合体４のノズル開口２０とヘッドユニット１のインク流路終端１２が正しく合致するように、ヘッドユニット１の対応壁面からインク流路終端１２までの間隔、あるいは位置決め用貫通穴３０の寸法基準辺からノズル開口２０までの間隔は各々の部品の製造時に所定精度で管理される。
【００１９】
積層接合体４へのヘッドユニット１の固定には接着剤が使用され、例えば株式会社エイブルスティック社製のエイブルフィルム５５０：２５μｍ（商品名）を使用する場合には、該接着剤を１２０℃のヒータ上に置いた上からヘッドユニット１の接合面、すなわち先端面を押し当てた後引き剥してヘッドユニット１の接合面に接着剤を付着させ、次いで、ヘッドユニット１を位置決め用貫通穴３０によりアライメントして接合面をノズルプレート２に押し付け、この後、１５０℃、１時間の本接着を行う。なお、ヘッドユニット１の接着後の剥離を防止するために、上記ヘッドユニット１の接合面での接着に加え、図１（ｂ）に示すように、ヘッドユニット１と位置決め用貫通穴３０の間隙、および補強プレート３の上面に補強接着部７を形成するのが望ましい。補強接着部７形成のためには、例えば株式会社エイブルスティック社製のエイブルスティック３４２−３（商品名）等の接着剤が使用できる。
【００２０】
図６に本発明の第２の実施の形態を示す。なお、この実施の形態の説明において上述した実施の形態の説明と本質的に同一の構成要素は図中に同一符号を付して説明を省略する。この実施の形態において、補強プレート３は合成樹脂材により形成され、位置決め用貫通穴３０の周縁には弾性変形可能な係止フック３１が突設される。
【００２１】
また、ノズルプレート２は板厚４０μｍ程度のステンレス板（ＳＵＳ３１６）により形成され、その背面には補強プレート３の位置決め用貫通穴３０に合致する位置に弾性層２１が形成される。弾性層２１は弾性体により形成される薄膜をノズルプレート２の背面に貼着したり、あるいはシルク印刷することにより形成することができる。弾性体としては、インクによる溶融、硬化等が発生しにくい耐インク性に優れた材料の使用が望ましく、シリコンゴムが使用できる。シリコンゴムは、ジエチレングリコールとエタノールを含有するインクに対する耐薬品性が高く、かつ、成形性に優れているために、好適な材料である。また、シリコンゴムは後述するように、常温でのシルク印刷が可能なために、作業性を考慮しても弾性層２１の形成材料として好適であるが、他にフッ素ゴムの使用も可能である。フッ素ゴムは高温での成形を要するために、弾性層２１と使用する場合には、予めシート状に成形したものを接着剤等により接着して使用する。
【００２２】
弾性層２１の形成は、上述した貼着、シルク印刷の他に、転写による形成が可能である。シルク印刷による場合には、例えばシリコンゴムをステンレスメッシュと角スキージを使用し、ギャップ０．２ｍｍ、印圧２ｋｇｆ／ｃｍ2、スキージ速度３０ｍｍ／ｓｅｃの条件で厚さ約２０μｍに成膜した後、室温状態で２４時間放置し、さらに、１００℃で１時間加熱して行われる。
【００２３】
以上のようにして形成される補強プレート３とノズルプレート２は上述した実施の形態と同様に接合された後、図６（ｂ）に示すように、ノズルプレート２にノズル開口２０が穿孔される。ノズルプレート２にステンレス板を使用するこの実施の形態において、ノズル開口２０の穿孔作業は銅レーザが使用され、上述した実施の形態に比して傾斜角度の小さなテーパ穴か、あるいはストレート穴に形成される。
【００２４】
この後、図７に示すように、積層接合体４にヘッドユニット１を連結する。ヘッドユニット１の連結のために、ヘッドユニット１には係止爪１５が設けられ、ヘッドユニット１の先端を位置決め用貫通穴３０に嵌合させるようにして押し込むと、係止爪１５が補強プレート３の係止フック３１に弾発係止して所定位置に保持される。ヘッドユニット１の装着状態においてヘッドユニット１の先端は弾性層に圧接しており、密着性が確保される。
【００２５】
したがってこの実施の形態において、ヘッドユニット１は積層接合体４に対して個別に取り外しできるために、ヘッドユニット１に不良があった場合には、当該不良ヘッドユニット１のみを交換できるために、製造歩留まりを飛躍的に向上させることができる。なお、ヘッドユニット１に連結されるインクインク供給パイプ５、および駆動信号線６をヘッドユニット１に対して着脱可能に形成した場合には、ヘッドユニット１の交換作業も簡単になる。
【００２６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、ノズルプレートへのノズル開口の穿孔作業に当たって、ノズルプレートには補強プレートが貼着されているために、ノズルプレートの変形がなくなり、インクの飛翔方向を均一にすることができる。
【００２７】
また、補強プレートを貼着することによりノズルプレートの平面度が高くなるために、プレス加工、レーザ加工によるノズル開口の加工性が向上する上に、ノズル面の清掃等が容易になる。
【００２８】
さらにヘッドユニットの装着に際してはヘッドユニットを位置決め用貫通穴の寸法基準辺に押し当てるだけで寸法出しが可能であるために、組み立て作業性を向上させることができる上に、寸法精度も高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図２】ヘッドユニットを示す図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）の１Ｂ−１Ｂ線断面図である。
【図３】積層接合体の製造工程を示す図で、（ａ）は接合前の状態を示す斜視図、（ｂ）は接合後の状態を示す斜視図である。
【図４】ノズル開口の穿孔工程を示す図で、（ａ）は全体斜視図、（ｂ）は（ａ）の４Ｂ−４Ｂ線断面図である。
【図５】ヘッドユニットの固定工程を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態を示す図で、（ａ）は接合前のノズルプレートと補強プレートを示す図、（ｂ）は積層接合体を示す図である。
【図７】ヘッドユニットの装着工程を示す図である。
【符号の説明】
１          ヘッドユニット
１０        圧力室
１１        インク流路
１２        インク流路終端
２          ノズルプレート
２０        ノズル開口
３          補強プレート
３０        位置決め用貫通穴
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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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