JP2001010042A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高精度のインク供給路を得られない。 【解決手段】 インク供給路１２を形成する部材は、第
１開口部１５及び第２開口部１６とを細溝１４で接続し
た貫通溝１３を形成した流体抵抗形成板１３を含む。

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
関し、特に加圧室にインクを供給するインク供給路を有
するインクジェットヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プ
ロッタ等の画像記録装置として用いるインクジェット記
録装置において使用するインクジェットヘッドとして
は、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通す
る加圧室（加圧液室、圧力室、吐出室、液室、インク液
室、インク流路等とも称される。）と、この加圧室内の
インクを加圧するエネルギーを発生するエネルギー発生
手段とを備えて、エネルギー発生手段を駆動することで
加圧室内インクを加圧してノズル孔からインク滴を吐出
させるものであり、記録の必要なときにのみインク滴を
吐出するインク・オン・デマンド方式のものが主流であ
る。

【０００３】従来、加圧室内のインクを加圧するエネル
ギーを発生するエネルギー発生手段として、圧電素子を
用いて加圧室の壁面を形成する振動板を変形させて加圧
室内容積を変化させてインク滴を吐出させるようにした
ピエゾ型のもの（特開平２−５１７３４号公報参照）、
或いは、発熱抵抗体を用いて加圧室内でインクを加熱し
て気泡を発生させることによる圧力でインク滴を吐出さ
せるようにしたバブル型のもの（特開昭６１−５９９１
１号公報参照）、また、加圧室の壁面を形成する振動板
を静電気力によって変形させることで加圧室内容積を変
化させてインク滴を吐出させるようにした静電型のもの
（特開平６−７１８８２号）などが知られている。

【０００４】これらの各種インクジェットヘッドにおい
ては、加圧室で消費されたインクに量に応じて共通イン
ク流路から新たなインクを加圧室に供給するためのイン
ク供給路が設けられている。この場合、加圧室内の圧力
変化を効率的にインク滴吐出に利用するため、インク供
給路を微細な穴や溝とし、インクの逆流低減作用を営む
流体抵抗部として機能させるようにしているが、ヘッド
の小型化、多ノズル化に伴なって加圧室やインク供給路
の微細化が要求されている。

【０００５】そこで、例えば特開平６−３１９１４号公
報に開示されているように、結晶面方位（１１０）のＳ
iウェハと任意の面方位のＳiウェハ又はホウケイ酸ガラ
ス基板とを貼り合わせて形成し、（１１０）面方位のＳ
iウェハに加圧室を、任意の面方位のＳiウェハ又はホウ
ケイ酸ガラス基板にノズル又はインク供給路を配置した
ものが知られている。或いは、特開平６−２３９８４号
公報に開示されているように、感光性材料を用いてフォ
トリソグラフィによって加圧室やインク供給路を形成し
たものが知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、加圧室にイ
ンクを供給するインク流路であるインク供給路は、イン
ク滴を吐出したときの加圧室内のインクの逆流を防止す
る流体抵抗部となるものであり、この流体抵抗が大きす
ぎると、インク滴吐出を高周波で行ったときに加圧室へ
のインク補給不足が生じ、流体抵抗が小さすぎると、イ
ンク滴を吐出するときに加圧室からインクが逆流して、
効率的なインク滴吐出を行うことができず、更には他の
加圧室への圧力波の伝搬による相互干渉を生じることに
なる。

【０００７】そのため、インク供給路を高精度に製作し
なければならないが、インク供給路を孔形状（貫通孔）
で形成する場合、加圧室毎に設ける微小径のインク供給
孔を1穴ごとに加工するのではコストが高くなる。そこ
で、多数の微小径、微小ピッチの穴加工を行う方法とし
て、フォトエッチングを用いることが考えられるが、現
状のフォトエッチングは板厚と同程度の径の貫通穴であ
ればバラツキ少なく加工できるが、それ以上は限界があ
る。なお、微小径の穴加工が可能な方法としては放電加
工もあるが、上述したように多数の穴を一度に加工する
ことができず、加工に要する時間が著しく長いため量産
には適していない。

【０００８】また、インク供給路を溝形状で形成するも
のとしては、前述したようなインクジェットヘッドがあ
るが、Ｓiウェハ又はホウケイ酸ガラス基板にインク供
給路を配置したインクジェットヘッドにあっては、材料
が限定される。

【０００９】また、感光性材料を用いるものは、微細の
インク流路を形成することができるが、低剛性なために
液室間隔壁を薄くできず、しかも振動板の変位や発熱抵
抗体によって得られるインク吐出エネルギーが液室の変
形によって吸収されてしまうため、エネルギー効率が悪
く、高周波でインク吐出できない。

【００１０】本発明は上記の課題に鑑みてなされたもの
であり、高精度なインク供給路を有し、量産性にも優れ
たインクジェットヘッドを提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明に係るインクジェットヘッドは、インク供給
路を形成する部材に加圧室側端部に膨出部を有する溝を
形成した板状部材を含む構成とした。この端部に膨出部
を有する溝とは、端部が大きく開口した括れ部を有する
形状の溝と同じである。また、本明細書において「板状
部材」とは板材の他、例えばメッキ膜などの膜部材、或
いはフィルム状部材を含む意味の用語として用いる。

【００１２】ここで、板状部材の溝は複数の加圧室にイ
ンクを供給するための共通インク流路側にも膨出部を有
することが好ましい。また、板状部材の溝の膨出部はイ
ンクの流れ方向に対して略斜めに広がる壁面を有してい
ることが好ましい。

【００１３】また、インク供給路を形成する部材は、板
状部材を三層積層した部材からなり、中間層の板状部材
に前記膨出部を有する溝が形成されていることが好まし
い。

【００１４】この場合、中間層の板状部材を挟む二枚の
板状部材は同じ材質で厚さが略等しいことが好ましい。
更に、三枚の板状部材は同時に接合されていることが好
ましい。さらにまた、中間層の板状部材は高剛性材料か
らなることが好ましい。また、中間層の板状部材は金属
材料からなり、表面に酸化膜が形成されていることが好
ましい。

【００１５】さらに、中間層の板状部材を挟む板状部材
に設ける開口は中間層の板状部材の溝の内の膨出部以外
の部分にかからない位置関係とすることが好ましい。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面を参照して説明する。図１は本発明の第１実施形態
に係るインクジェットヘッドの断面説明図、図２は図１
の透過状態で示す平面説明図である。

【００１７】このインクジェットヘッドは、加圧室形成
板１に振動板２及びこの振動板２が壁面を形成する加圧
室を形成するための凹部３を設け、振動板２の外面に圧
電素子４を設けてアクチュエータ部を構成している。ま
た、加圧室形成板１上には、流体抵抗形成板５、接続板
６、共通インク流路形成板７及びノズル板８を順次積層
して、複数の加圧室１０、これらの複数の加圧室１０に
インクを供給するための共通インク流路（共通インク
室）１１、共通インク流路１１から加圧室１０にインク
を供給するインク流路となるインク供給路１２などの液
室を形成している。

【００１８】ここで、インク供給路１２は加圧室形成板
１と流体抵抗形成板５と接続板６の三枚の板状部材を積
層することで形成されるものである。これら三層の中間
層の板状部材である流体抵抗形成板５は、例えば厚さ５
０μｍを越えない高剛性な材料からなり、図２に示すよ
うに、流体抵抗部となる細溝（スリット溝）１４の加圧
室１０側の端部及び共通インク流路１１側の端部に大き
く開口した膨出部である第１開口部１５、第２開口部１
６を有する平面略骨形状の貫通溝（貫通穴）１３を形成
した板状部材である。すなわち、この貫通溝１３は両端
に大きく開口した括れ部を有する形状の溝である。

【００１９】そして、流体抵抗形成板５の貫通溝１３の
第１開口部１５を加圧室１０に通じる位置に配置し、第
２開口部１６を共通インク流路１１に通じる位置に配置
している。この場合、第１開口部１５はそのまま加圧室
１０に臨んで連通し、また第２開口部１６は接続板６に
形成した貫通穴からなる共通インク流路連通穴１７を介
して共通インク流路１１に連通している。

【００２０】また、ノズル板８には各加圧室１０に対応
して複数のノズル１８を形成し、流体抵抗形成板５、接
続板６及び共通インク流路形成板７にはこれらの各ノズ
ル１８を加圧室１０を連通するノズル連通路１９を形成
する貫通穴を形成している。

【００２１】このように構成したインクジェットヘッド
においては、圧電素子４に駆動電圧を印加することによ
って、圧電素子４の伸縮が生じて振動板２が加圧室１０
側に変形変位して加圧室１０の内容積が減少し、加圧室
１０内圧力が上昇してノズル連通路１９を通じてノズル
１８からインク滴が吐出される。

【００２２】このとき、加圧室１０内のインクはインク
供給路１２を通じて共通インク流路１１側にも流入しよ
うとするが、インク供給路１２が流体抵抗となって共通
インク流路１１側へのインク流入が抑制されるので、効
率的なインク滴吐出を行なうことができる。

【００２３】そして、インク滴吐出の終了に伴い、加圧
室１０内のインク圧力が低減し、インクの流れの慣性と
駆動電圧の放電過程によって加圧室１０内に負圧が発生
してインク充填行程へ移行し、共通インク流路１１から
接続板６の共通インク流路連通穴１７、流体抵抗形成板
５の貫通溝１３からなるインク供給路１２を通じて加圧
室１０内にインクが充填される。そして、ノズル１８の
出口付近のインクメニスカス面の振動が減衰し、ある程
度定常状態に戻れば次のインク滴吐出動作に移行する。

【００２４】このように、このインクジェットヘッドに
おいては、上述したようにインク供給路１２を形成する
部材には、細溝１４の加圧室１０側端部及び共通インク
流路１１側端部に大きく開口した膨出部である第１開口
部１５、第２開口部１６を有する平面略骨形状の貫通溝
１３を形成した流体抵抗形成板５を含み、この流体抵抗
形成板５の貫通溝１３で形成される流路をインク供給路
１２の少なくとも一部としている。

【００２５】これにより流体抵抗形成板５の貫通溝１３
の中央部に位置するスリット溝（細溝）１４がインク供
給路１２中の流体抵抗部を形成する。この流体抵抗部の
流体抵抗は、流体抵抗形成板５の厚さと細溝１４の幅と
長さによって決定される。細溝１４が長辺長ａ、短辺長
ｂの断面長方形状をなす場合、流れる流量Ｑは、Ｑ∝ａ
*ｂ³で求められることから、短辺長ｂに大きく支配され
る。

【００２６】したがって、厚みが均一で薄い材料である
板状部材（流体抵抗形成板５）を用いて流体抵抗部とな
る細溝（スリット溝）１４を形成することで、スリット
溝の形状のバラツキの影響を受け難く安定した流体抵抗
を有するインク供給路を得ることができる。また、厚み
の薄い板を用いることで、溝幅を比較的大きくすること
ができるので、金属板のエッチング等でも高精度な微細
加工が可能になり、低コスト化を図れる。

【００２７】ここで、流体抵抗部となる細溝１４の両端
部に形成する大きく開口した膨出部である第１、第２開
口部１５、１６の形状（平面形状）について図３乃至図
５を参照して説明する。この第１、第２開口部１５、１
６の形状（平面形状）としては、図３（ａ）に示すよう
に平面方形状とすることができる。ただし、この形状で
は細溝１４と第１、第２開口部１５，１６との接続部に
角張った角部が生じることから、この角部付近にインク
滴吐出特性に悪影響を及ぼす気泡がトラップされ易くな
る。

【００２８】そこで、第１、第２開口部１５、１６の形
状（平面形状）としては、図４に示すように楕円形状に
して、細溝１４と第１、第２開口部１５，１６との接続
部が滑らかになるようにすることで、気泡のトラップを
低減することができる。ただし、この楕円形状でも（溝
幅と楕円の径によるが）細溝１４から第１開口部１５に
流れ込むインクが開口部１５の壁面に沿いにくく、渦流
が発生するおそれがある。したがって、楕円形状にする
場合には少なくともインク流れ方向を長径にすることが
好ましい。

【００２９】より好ましい第１、第２開口部１５、１６
の形状（平面形状）としては、図５（ａ）或いは（ｂ）
に示すように、インクの流れ方向に対して略斜めに広が
る壁面１５ａ、１６ａ又は１５ｂ、１６ｂを有している
ことである。つまり、細溝１４と第１、第２開口部１
５、１６とのなす角度θが鈍角になり、溝１４から第１
開口部１５の流入付近に三角州形状が形成されることが
好ましい。このような形状にすれば、細溝１４から第１
開口部１５に流入するインクは壁面１５ａ、１５ａに沿
って全体的に広がり易くなり、気泡のトラップや渦流の
発生も極めて低減する。

【００３０】これらの場合、第１、第２開口部１５、１
６は同じ形状としているが、加圧室１０側の第１開口部
１５は例えば図５（ａ）又は（ｂ）に示すような形状と
し、共通インク流路１１側の第２開口部１６は図４に示
すような形状とするなど、両方の開口部１５、１６の形
状を異ならせることもできる。

【００３１】次に、第１、第２開口部１５、１６とこれ
に対応する加圧室１０側の開口（ここでは凹部３の開
口）及び共通インク流路１１側の開口（ここでは接続板
６の共通インク流路連通穴１７）との位置関係について
図６を参照して説明する。前述したように流体抵抗部と
なる細溝１４による流体抵抗値は細溝１４の幅、厚さ、
長さで決定されるので、同図（ａ）に示すように、第１
開口部１５に対応する加圧室１０側の開口位置は細溝１
４の端部とし、同様に第２開口部１６に対応する共通イ
ンク流路１１側の開口位置は細溝１４の端部とすること
で、細溝１４によって定まる抵抗値の流体抵抗を形成す
ることができる。

【００３２】ところで、この実施形態のようにインク供
給路を複数の板状部材を積層して形成すると、板状部材
同士の接合位置ずれが避けられないので、その位置ずれ
によって、同図（ｂ）に示すように加圧室１０側の開口
が細溝１４の端部からずれて第１開口部１５に入り込
み、同様に共通インク流路１１側の開口が細溝１４の端
部からずれて細溝１４にかかることが生じ得る。このよ
うな状態になると、流体抵抗となる細溝１４の長さなど
が変化してしまい、所望の流体抵抗値を得られなくなる
おそれがある。その結果、流体抵抗値にバラツキが生じ
る。

【００３３】したがって、同図（ｃ）に示すように、加
圧室１０側の開口（ここでは凹部３の開口）及び共通イ
ンク流路１１側の開口（ここでは接続板６の共通インク
流路連通穴１７）は第１、第２開口部１５、１６側に入
り込み、これらの開口部１５，１６以外の部分、すなわ
ち中央の細溝１４にかからない位置関係とすることが好
ましく、これにより流体抵抗値の変動やバラツキを低減
することができる。

【００３４】次に、この実施形態では貫通溝１３を形成
した流体抵抗形成板５を上下から加圧室形成板１と接続
板６で挟んでサンドイッチにした三層構造としている
が、このように複数の板状部材を積層してインク供給路
を形成する場合、積層される部材の材質が異なると、積
層、接合する際に加熱を伴うことによって熱膨張率の差
などに起因した反りが発生し易くなる。

【００３５】したがって、複数の板状部材を積層するに
あたっては、すべてが同一材料であることが好ましい
が、中間層を形成する板状部材（ここでは流体抵抗形成
板５）のみが別材料になる場合には、中間層の板状部材
を挟みこむ２枚の板状部材（ここでは加圧室形成板１と
接続板６）の材質と厚さを等しくし、三層を同時に接合
することで、接合時の反りが低減する。

【００３６】このような接合を行うことで、異種材料を
反りなく積層することができ、精密な加工形状が必要と
される中間層の板状部材の材料の選択の幅を広げること
ができる。

【００３７】中間層となる板状部材としては、できるだ
け金属やセラミックスなどの高剛性材料を用いることが
好ましい。中間層に低剛性材料を使用すると、積層、接
合時に大きな圧力が作用した場合に中間層が潰されて、
インク供給路のギャップの高さや幅が狭まり、流体抵抗
が不均一になるなどの不都合が生じる。

【００３８】そこで、中間層の板状部材としては、厚み
が均一で薄く高剛性な材料が最も適しており、例えば、
ステンレス、銅、リン青銅、ニッケルなどの金属板を挙
げることができる。これらの金属板は、安価であるだけ
でなく、エッチング等の量産性に富んだ加工が可能であ
る。特にステンレスは市場性が高いために安価で、エッ
チングやプレスなどの加工ができ、耐インク性の点でも
優れている。また、ニッケル系の材料もエレクトロフォ
ーミング工法により高品質な微細形状を実現することが
できる。

【００３９】こうした金属材料を用いる場合には、熱処
理や酸処理によって表面に酸化層を形成することによ
り、耐インク性が向上すると共に濡れ性が良くなるた
め、接着性も向上する。特に熱処理は、接合前だけでな
く穴加工前に行なっておくことで、金属材料の熱収縮に
よる形状変化による接合時の反りの発生を回避し、かつ
寸法精度の良い流路を形成することができる。

【００４０】次に、本発明の第２実施形態について図７
及び図８を参照して説明する。なお、図７は同実施形態
に係るインクジェットヘッドの断面説明図、図８は図７
の透過状態で示す平面説明図である。

【００４１】このインクジェットヘッドは、加圧室を形
成する貫通穴を有する加圧室形成板２１の下面側に振動
板２２を設け、この振動板２２の外面に積層型の圧電素
子２４を設けてアクチュエータ部を構成している。ま
た、加圧室形成板２１上には、流体抵抗形成板２５、接
続板２６、共通インク流路形成板２７及びノズル板２８
を順次積層して、複数の加圧室３０、これらの複数の加
圧室３０にインクを供給するための共通インク流路（共
通インク室）３１、共通インク流路３１から加圧室３０
にインクを供給するインク流路となるインク供給路３２
を形成している。

【００４２】ここで、インク供給路３２は加圧室形成板
２１と流体抵抗形成板２５と接続板２６の三層を板状部
材を積層することで形成されるものである。これら三層
の中間層である流体抵抗形成板２５は、図８に示すよう
に、流体抵抗部となる細溝３４の加圧室３０側の端部及
び共通インク流路３１側の端部に大きく開口した膨出部
である第１開口部３５、第２開口部３６を有する平面略
骨形状の貫通溝（貫通穴）３３を形成した板状部材であ
る。すなわち、貫通溝３３は両端が大きく開口した括れ
部を有する形状の溝である。

【００４３】そして、流体抵抗形成板２５の貫通溝３３
の第１開口部３５を加圧室３０に通じる位置に配置し、
第２開口部３６を共通インク流路３１に通じる位置に配
置している。この場合、第１開口部３５はそのまま加圧
室３０に臨んで連通し、また第２開口部３６は接続板３
６に形成した共通インク流路連通穴３７を介して共通イ
ンク流路３１に連通している。

【００４４】また、ノズル板３８には各加圧室３０に対
応して複数のノズル３８を形成し、流体抵抗形成板２
５、接続板２６及び共通インク流路形成板２７にはこれ
らの各ノズル３８を加圧室３０を連通する貫通穴からな
るノズル連通路３９を形成している。

【００４５】このインクジェットヘッドにおいても、上
述した第１実施形態のインクジェットヘッドと同様な作
用効果を得ることができる。

【００４６】そこで、以下に本発明のより具体的な実施
例について説明する。 （実施例１）先ず、実施例１について前述した図１及び
図２をも参照して説明する。このインクジェットヘッド
は、第１実施形態に係るものであり、加圧室形成板１に
結晶面方位（１００）の単結晶Ｓi基板を用いて、この
Ｓi基板に熱酸化膜を形成し、振動板２の形状に対応し
てレジストをパターニングし、レジストを開口後、フッ
酸系エッチング溶液或いはＫＯＨ水溶液を用いてＳｉ基
板エッチングして、加圧室１０となる凹部３及び凹部３
の底部である振動板２を形成した。このときの振動板２
の厚さは約７μｍ、幅２００μｍとなるようにした。

【００４７】そして、振動板２の外面側（裏面側）に圧
電素子中の鉛のＳi基板への拡散を防止する中間層とし
てのジルコニアをスパッタ法にて厚さ１μｍで成膜し、
この中間層上に厚さ５μｍの白金電極をスクリーン印刷
法にて形成した。さらに重ねて、ＰＺＴを主成分とする
圧電体の仮焼粉をペースト加工したものを厚さ２０μｍ
にスクリーン印刷し、９００〜１１００℃の温度で大気
中にて焼成した。この焼成後の圧電体の上に銀電極をパ
ターニングして、圧電素子４を形成した。

【００４８】一方、流体抵抗形成板５には厚さ３０μｍ
のコバール板を用いて、直径２００μｍのノズル連通穴
１９を形成する穴、及び貫通溝１３をエッチングで加工
形成した。この貫通溝１３は図３に示すように細いスリ
ット溝（細溝）１４の両端部に大きく開口した膨出部で
ある第１、第２開口部１５，１６を有する括れ部を有す
る形状の貫通穴であり、両端の開口部１５、１６は直径
１８０μｍの略円形状とし、中央のスリット部（細溝１
４）は幅６０μｍ、長さ３００μｍとした。

【００４９】そして、この流体抵抗形成板５に金メッキ
を施した後、振動板２を形成したＳｉ基板からなる加圧
室形成板１上に位置決めして重ね合せ、窒素雰囲気中で
４５０℃で加熱して両者を接合した。さらに、直径２０
０μｍのノズル連通穴１９を形成する穴と共通インク流
路連通穴１７を有する接続板６を厚さ１００μｍのコバ
ール板で形成し、この接続板６をエポキシ系接着剤（セ
メダイン製ＥＰ−１７０：商品名）を用いて１１０℃で
加熱硬化させて接合した。

【００５０】さらに、共通インク流路１１を形成する貫
通穴とノズル連通穴１９を形成する貫通穴を有する共通
インク流路形成板７を厚さ１００μｍのコバール板で形
成し、接続板６上に接着した。最後に、ニッケルの電鋳
で直径３０μｍのノズル１８を形成し、表面にＰＴＦＥ
の撥水層を形成した厚さ５０μｍのノズル板８を共通イ
ンク流路形成板７上に接合した。

【００５１】このような工法により１００dpiのインク
ジェットヘッドを形成し、噴射実験を行なったところ、
良好な印字特性を得ることができた。

【００５２】（実施例２）次に、第２実施例について前
述した図７及び図８を参照して説明する。このインクジ
ェットヘッドは、上述した第２実施形態に係るものであ
り、振動板２２、加圧室形成板２１、流体抵抗形成板２
５、接続板２６、共通インク流路形成板２７、ノズル板
２８を順次積した６層構造となっている。ここで、振動
板２２とノズル板２８はニッケル電鋳により形成し、そ
の他の加圧室形成板２１、流体抵抗形成板２５、接続板
２６、共通インク流路形成板２７はステンレス板のエッ
チングにより形成した。

【００５３】この場合、加圧室３０の幅は約１００μｍ
とし、ノズル連通路３９と共通インク流路連通穴１７の
直径は１００μｍとした。振動板２２は略長方形状で、
長さ２ｍｍ、幅４０μｍ、厚さ３０μの加圧室３０の周
囲を厚さ５μｍの薄肉部で囲む構造とした。ステンレス
板は、流体抵抗形成板（流体抵抗形成板）２５のみ厚さ
２５μｍとし、加圧室形成板２１、接続板２６、共通イ
ンク流路形成板２７は厚さ１００μｍとした。流体抵抗
形成板２５の貫通溝３３は両端に設けた直径１００μｍ
の略円形状の穴である第１、第２開口部３５，３６を幅
６０μｍ、長さ２００μｍの細溝３４で接続した形状と
した。

【００５４】そして、これらの各板状部材をインクに対
する長期信頼性に優れるポリイミド系の接着剤で加圧室
形成板２１−流体抵抗形成板２５−接続板２６−ノズル
板２７−振動板２２の順に、温度２１０℃、圧力１００
ｋｇｆ／ｃｍ２で接着し、最後に振動板２２を駆動する
アクチュエータとしての積層型圧電素子２４を接合しよ
うとしたところ、最初の加圧室形成板２１と流体抵抗形
成板２５との接着で板に５００μｍ以上の反りが発生
し、以後の接着に支障を来した。

【００５５】そこで、使用した接着剤の硬化温度が２０
０℃以上と高温であることと、加圧室形成板２１と流体
抵抗形成板２５の板厚の違いによる熱収縮率の違いなど
が原因と推測して、加圧室形成板２１、流体抵抗形成板
２５及び接続板２６を同時に接合し、薄い流体抵抗形成
板２５を厚い加圧室形成板２１と接続板２６で挟む形で
接合したところ、接合後の反り量が１００μｍ程度に減
少した。

【００５６】さらに、これらの加圧室形成板２１、流体
抵抗形成板２５及び接続板２６に接着剤を塗布する前に
３００℃で熱処理を行なったところ、加圧室形成板２
１、流体抵抗形成板２５及び接続板２６の接合面が酸化
され、接着剤をより均一に塗布でき、接着強度が向上し
た。しかも、接着後の板の反り量が５０μｍ程度に小さ
くなり、すべての層（板状部材）を良好に接着すること
ができた。

【００５７】比較実験として、液室部品を塩化第二鉄水
溶液に数分間浸折したところ、同様に接着強度が増加す
る効果が得られた。

【００５８】また、より高精度な形状の流体抵抗形成板
２５をニッケル電鋳で形成した板状部材、ポリイミドフ
ィルムに貫通溝をエキシマレーザ加工で形成した板状部
材につき、上記の方法でサンドイッチ状態にして接合し
たところ、良好に接合することができた。

【００５９】これらの３種類の材料の流体抵抗形成板２
５を用いたインクジェットヘッドを製作して、その噴射
特性を評価した。その結果、ポリイミドフィルムを用い
た流体抵抗形成板２５を有するヘッドの場合、チャンネ
ル間の特性バラツキが若干大きい結果となった。これ
は、接着時の圧力が大きく流体抵抗形成板２５の潰れに
起因している可能性があることから、確認のために流体
抵抗形成板２５をガラス板で挟み、同様の条件で加熱加
圧して接合し、硬化後に流体抵抗部（細溝３４）を観察
した結果、細溝に不均一な変形があり、ギャップの高さ
も不均一であることが確認された。そこで、硬化圧力が
７ｋgｆ／ｃｍ²程度の接着剤に切り替えて同様の観察を
行なったところ、ポリイミドフィルムでも変形が無く、
噴射特性も安定することを確認した。

【００６０】これに対して、流体抵抗形成板２５にステ
ンレス板、ニッケル電鋳板を用いたヘッドについても同
様に観察したところ、流体抵抗部の変形がないことが確
認された。これより、噴射特性に影響するレベルの変形
が流体抵抗部に生じるか否かは、使用する接着剤や液室
の形状などの条件にもよるが、流体抵抗形成板２５のの
剛性を高くすることにより前記条件が緩くなり、その結
果接着剤等の選択の余裕度が広がり好ましいことが分か
る。

【００６１】（実施例３）次に、実施例３について実施
例２と同様に図７及び図８を参照して説明する。このイ
ンクジェットヘッドでは、上記実施例２の流体抵抗形成
板２５を厚さ３０μｍのニッケル板で形成した。そし
て、インク供給路３２を形成している第１、第２開口部
３５、３６の形状とインク滴吐出特性の関係を見出すた
めに、第１、第２開口部３５、３６の形状を図３乃至図
５（ａ）に示す形状にした複数のヘッドを製作し、評価
した。

【００６２】先ず、図３に示すように略正方形状の角穴
を開口部３５，３６とするスリット溝（細溝）３４を有
する貫通溝３３を形成した流体抵抗形成板２５を電鋳で
加工した。そして、エポキシ接着剤で各板状部材を接合
し、インク噴射実験を行なったところ、インクが吐出さ
れないチャンネルが多数生じた。

【００６３】この要因を解析するために、振動板３２の
代わりにガラス板を貼り付け、インクを注入した時のイ
ンクの流れを観察したところ、両端の角穴（開口部３
５，３６）の角部に気泡がトラッブされており、このた
めにインク供給が安定に行なわれなかったり、加圧室内
部へ気泡が混入してインク吐出圧が気泡の体積変化に使
われる現象が生じて、インク滴非吐出（吐出不能）が起
こっていることが確認された。

【００６４】そこで、開口部３５，３６の形状を図４に
示すような楕円形状にとした流体抵抗形成板２５を同じ
く電鋳で製作し、インクジェットヘッドを構成して、噴
射評価を行なった。その結果、低周波駆動領域でのイン
ク滴吐出は良好な結果が得られたが、高周波駆動でイン
ク滴を吐出した場合に噴射特性が不安定になった。

【００６５】この要因を解析するため、上記と同様に振
動板２２の代わりにガラス板を接合してインクを注入
し、液室内部のインクの流れを観察した。その結果、イ
ンクの流量が多い場合に、加圧室側の開口部３５のスリ
ット溝（細溝３４）との接続部に渦流が発生しているの
が観察され、これにより加圧室３０へのインク供給が不
安定になっているものと推測された。

【００６６】そこで、開口部３５，３６の形状を図５
（ａ）に示すように細溝（スリット溝）３４の出入口で
のインクの流れの速度変化が比較的滑らかになるよう
に、スリット溝３４の出口から斜めに広がる壁面１５ａ
を有するテーパー形状として、細溝３４と両端開口部３
５、３６の接続部の交わる角度θが鈍角になるようにし
たところ、インク流量が多い場合でも渦の発生を防止で
き、高周波でのインク滴吐出を良好に行えることを確認
した。

【００６７】この場合、角度θの大きさとしては、スリ
ット幅（溝幅）、開口部の大きさ、駆動周波数など他の
条件にもよるが、本実施例の構成でのインクジェットヘ
ッドで１２ｋＨｚ程度の周波数でインク吐出させる場合
には、最低でも９０°を越えること、より好ましくは１
３５°以上にすると良い。

【００６８】また、本実施例で示した直線状のテーパー
の壁面を形成してスリット溝と開口部とを接続する方法
に代えて、図５（ｂ）に示すようにより滑らかな壁面を
有する形状として滑らかにインクの流速が変化するよう
な形状にすれば同様な効果が得られる。

【００６９】（実施例４）次に、実施例４について前記
実施例２と同様に図７及び図８を参照して説明する。こ
のインクジェットヘッドでは、流体抵抗形成板２５を厚
さ３０μｍのステンレス板で形成した。そして、流体抵
抗形成板２５に設けた第１、第２開口部３５，３６と加
圧室形成板３１の開口及び接続板３６の開口との位置関
係について評価するために複数のヘッドを製作した。

【００７０】先ず、加圧室形成板２１の開口部及び接続
板２６の開口部が図６（ａ）に示すようにスリット溝
（細溝）３４の端に位置するようにインク供給路を形成
する３枚の板の穴位置を決定し、ヘッドを組み立て、噴
射評価を行なった。その結果、ヘッド内でインク滴の噴
射速度にバラツキがあることが判明した。

【００７１】この評価を行なったヘッドの組み立て精度
は±１５μｍであり、同図（ｂ）に示すように積層時の
アライメントズレにより流体抵抗長さがばらつき、噴射
特性に影響したものと推測できた。

【００７２】そこで、同図（ｃ）に示すように、加圧室
形成板２１の開口部及び接続板２６の開口部が図６
（ａ）に示すようにスリット溝（細溝３４）の端からア
ライメントズレ分の３０μｍだけ離れる位置に穴位置を
決定して、先と同様に積層によりヘッドを構成し、噴射
評価を行なったところ、ヘッド内での噴射特性のバラツ
キが低減し、良好な結果が得られた。

【００７３】これより複数の板状部材を積層した構成と
する場合、中間層の板状部材の溝の開口部と中間層を挟
む板状部材の開口との位置関係を、中間層を挟む板状部
材の開口が中間層の板状部材の溝の開口部以外の部分に
かからない位置関係とすることによってアライメントマ
ージンを確保して高精度の流体抵抗を形成できることが
分かる。

【００７４】なお、上記実施形態においては本発明をピ
エゾ型インクジェットヘッドに適用した例で説明した
が、これ以外の方式のインクジェットヘッド、例えば静
電型インクジェットヘッド、バブルジェット方式のイン
クジェットヘッドなどにも同様に適用することができ
る。また、溝が貫通溝である例で説明したが、全体が有
底の溝とすることもでき、或いは膨出部のみが貫通穴で
ある溝とすることもできる。さらに、加圧室側と共通イ
ンク流路側に膨出部（開口部）を有する例で説明してい
るが、一方の側のみに膨出部を設けることもできる。加
圧室側と共通インク流路側に膨出部を設けることで流体
抵抗部を溝で完結することができ、より高精度なインク
供給路となる。

【００７５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るイン
クジェットヘッドによれば、インク供給路を形成する部
材に加圧室側端部に膨出部を有する溝を形成した板状部
材を含む構成としたので、高精度のインク供給路を形成
することができる。

【００７６】ここで、板状部材の溝は複数の加圧室にイ
ンクを供給するための共通インク流路側にも膨出部を有
することで、より高精度のインク供給絽を形成すること
ができる。また、板状部材の溝の膨出部はインクの流れ
方向に対して略斜めに拡がる壁面を有していることで、
気泡の滞留や渦の発生を防止でき、バラツキの少ない安
定したインク滴吐出が行える。

【００７７】また、インク供給路を形成する部材は、板
状部材を三層積層した部材からなり、中間層の板状部材
に膨出部を有する貫通溝が形成されているものとするこ
とで、高精度のインク供給路を容易に形成することがで
きる。

【００７８】この場合、中間層の板状部材を挟む二枚の
板状部材は同じ材質で厚さが略等しいものとすること
で、平面性の高い液室部材を形成することができる。更
に、三枚の板状部材は同時に接合されているものとする
ことで、平面性及び接合性が向上する。中間層の板状部
材を高剛性材料とすることで流体抵抗部の高さを一定に
することができる。中間層の板状部材は金属材料からな
り、表面に酸化膜が形成されているものとすることで接
合性を向上させることができる。

【００７９】さらに、中間層の板状部材を挟む板状部材
は中間層の板状部材の溝の内の膨出部以外の部分にかか
らない開口を有するものとすることで、接合時に位置ず
れによる流体抵抗部の抵抗値変化を防止でき、高精度の
流体抵抗部を形成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係るインクジェットヘ
ッドの断面説明図

【図２】図１の透過状態で示す平面説明図

【図３】溝の開口部の平面形状の一例を示す説明図

【図４】溝の開口部の平面形状の他の例を示す説明図

【図５】溝の開口部の平面形状の更に他の例を示す説明
図

【図６】溝の開口部とこれに対応する開口部の位置関係
を説明する説明図

【図７】本発明の第２実施形態に係るインクジェットヘ
ッドの断面説明図

【図８】図７の透過状態で示す平面説明図

【符号の説明】

１，２１…加圧室形成板、２，２２…振動板、４，２４
…圧電素子、５，２５…流体抵抗形成板、６，２６…接
続板、７，２７…共通インク流路形成板、８，２８…ノ
ズル板、１０，３０…加圧液室、１１，３１…共通イン
ク流路、１２，３２…インク供給路、１３，３３…貫通
溝、１４，３４…細溝、１５，３５…第１開口部、１
６，３６…第２開口部、１７，３７…共通インク流路連
通穴、１８，３８…ノズル、１９，３９…ノズル連通
路。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インク滴を吐出するノズルと、このノズ
   ルが連通する加圧室と、この加圧室にインクを供給する
   インク供給路とを有するインクジェットヘッドにおい
   て、前記インク供給路を形成する部材には、前記加圧室
   側に膨出部を有する溝を形成した板状部材を含むことを
   特徴とするインクジェットヘッド。
2. 【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、前記板状部材の溝は複数の前記加圧室にイン
   クを供給するための共通インク流路側にも膨出部を有す
   ることを特徴とするインクジェットヘッド。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載にインクジェット
   ヘッドにおいて、前記板状部材の溝の膨出部はインクの
   流れ方向に対して略斜めに広がる壁面を有していること
   を特徴とするインクジェットヘッド。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれかに記載のイン
   クジェットヘッドにおいて、前記インク供給路を形成す
   る部材は板状部材を三層積層した部材であり、中間層の
   板状部材に前記膨出部を有する溝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。
5. 【請求項５】 請求項４に記載のインクジェットヘッド
   において、前記中間層の板状部材を挟む二枚の板状部材
   は同じ材質で厚さが略等しいことを特徴とするインクジ
   ェットヘッド。
6. 【請求項６】 請求項４又は５に記載のインクジェット
   ヘッドにおいて、前記三枚の板状部材は同時に接合され
   ていることを特徴とするインクジェットヘッド。
7. 【請求項７】 請求項４乃至６のいずれかに記載のイン
   クジェットヘッドにおいて、前記中間層の板状部材が高
   剛性材料からなることを特徴とするインクジェットヘッ
   ド。
8. 【請求項８】 請求項４乃至７のいずれかに記載のイン
   クジェットヘッドにおいて、前記中間層の板状部材は金
   属材料からなり、表面に酸化膜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。
9. 【請求項９】 請求項４乃至８のいずれかに記載のイン
   クジェットヘッドにおいて、前記中間層の板状部材を挟
   む板状部材には前記中間層の板状部材の溝の膨出部に対
   応する開口を有し、この開口は前記中間層の板状部材の
   溝の内の膨出部以外の部分にかからないことを特徴とす
   るインクジェットヘッド。