JP2002019110A - 液体噴射ヘッドユニット及び液体噴射ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 設置面積を小さくすることが可能な液体噴射
ヘッドを提供すること。 【解決手段】 本発明の液体噴射ヘッドユニットの流路
形成部１、７、１０は、対向する両端部を有する細長状
の圧力発生室２の側面及び底面と、圧力発生室２の底部
と前記両端部の一方で連通すると共に当該両端部の一方
側の端面に開口するノズル用開口９と、圧力発生室２の
底部と前記両端部の他方で連通すると共に当該圧力発生
室２の長手方向と略直交する方向側の端面に開口する液
体供給用開口１１と、を区画する。流路形成部１、７、
１０の圧力発生室２の一方側の端面に接合されるノズル
プレート部１２は、ノズル用開口９と連通すると共に圧
力発生室２の長手方向に形成されたノズル孔１３を有す
る。圧力発生室２の上面は、弾性板３によって区画され
る。弾性板３の上面には、圧力発生手段４，５、６が設
けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ノズル孔から液体
を噴射させる液体噴射ヘッド、例えば、ノズル孔からイ
ンク滴を吐出させて記録を行うインクジェット式記録装
置用の液体噴射ヘッドに係り、とりわけ、ノズル孔列の
配置密度をより高めることが可能な液体噴射ヘッドに関
する。

【０００２】

【従来の技術】たわみ変位を利用してインクを加圧する
インクジェット式記録ヘッドは、図８に示すように、圧
力発生室１３０を構成する流路形成基板１３１、これの
一方の面を封止し圧力発生室１３０に対向する位置に圧
電振動子１３２が形成された弾性板１３３、圧力発生室
１３０と後述するリザーバ１３４及びノズル開口１３５
とのそれぞれの連通路１４１及び１４２を形成する第２
の蓋材１３６、リザーバ１３４のインクを一定の流路抵
抗で圧力発生室１３０に供給するインク供給口１３７と
第１ノズル用連通孔１４３とを形成するインク供給口形
成基板１３８、リザーバ１３４及び第２ノズル用連通孔
１４４を形成するリザーバ形成基板１３９、及び、ノズ
ル開口１３５を形成するノズルプレート１４０が、順に
積層されて構成されている。

【０００３】図８に示すような構成によれば、圧電振動
子１３２のたわみ変位によって、圧力発生室１３０の全
体をほぼ均等に変位させることが可能である。このた
め、インク滴を安定して吐出させることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ノズル
開口１３５が、各基板１３１、１３６、１３８及び１３
９の表面に対して垂直に配置されていることにより、記
録ヘッドを搭載するキャリッジが、これら基板と同等の
面を必要とする。

【０００５】このことは、キャリッジの小型化を困難に
する要因となり、インク吐出時の望まない振動や、記録
速度の低下等の問題を生じさせ得る。

【０００６】特に、カラー印刷のために上述した記録ヘ
ッドを記録ヘッドユニットとし、このユニットを複数用
いて多数ノズルの記録ヘッドを構成した場合には、その
面積が各記録ヘッドユニットの面積と記録ヘッドユニッ
トの数との積になり、キャリッジが大型化する。このた
め、インク吐出時の望まない振動や、記録速度の低下等
の問題が現れ易い。

【０００７】本発明は、このような点を考慮してなされ
たものであり、設置面積を小さくすることが可能な記録
ヘッドを提供すること、より広くは、設置面積を小さく
することが可能な液体噴射ヘッドを提供すること、を目
的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、対向する両端
部を有する細長状の圧力発生室の側面及び底面と、圧力
発生室の底部と前記両端部の一方で連通すると共に当該
両端部の一方側の端面に開口するノズル用開口と、圧力
発生室の底部と前記両端部の他方で連通すると共に当該
圧力発生室の長手方向と略直交する方向側の端面に開口
する液体供給用開口と、を区画する流路形成部と、流路
形成部の圧力発生室一方側の端面に接合され、ノズル用
開口と連通すると共に圧力発生室の長手方向に形成され
たノズル孔を有するノズルプレート部と、圧力発生室の
上面を区画する弾性板と、弾性板上面に設けられた圧力
発生手段と、を備えたことを特徴とする液体噴射ヘッド
ユニットである。

【０００９】本発明によれば、流路形成板の側端面（圧
力発生室の両端部の一方側の端面）の面積がキャリッジ
等への設置面積となるため、液体噴射ヘッドユニットの
設置面積が顕著に小さくなる。

【００１０】好ましくは、圧力発生手段のさらに上面
に、ＦＦＣが接続されている。ＦＦＣを圧力発生手段の
上面に設けることにより、圧力発生手段の適宜の制御系
を容易に実現することができる。なお、配線の便宜上の
観点から、ＦＦＣは、圧力発生手段の上面から圧力発生
室の長手方向に延びるように配置されることが好まし
い。

【００１１】圧力発生手段は、例えば、弾性板を変形さ
せるための圧電振動子を有している。

【００１２】流路形成部は、例えば、平行に配置された
複数の細長状の圧力発生室を有しており、ノズル用開口
は、それぞれの圧力発生室に対応して複数が形成されて
おり、ノズルプレート部のノズル孔は、各ノズル用開口
に対応して、複数が列状に配置されており、液体供給用
開口は、全ての圧力発生室に対して共通に形成されてい
る。この場合、ノズル孔を列状に高密度に配置すること
ができる。

【００１３】流路形成部の構造としては、圧力発生室の
側面を区画する第１形成基板と、圧力発生室の底面を規
定すると共に、液体供給用連通孔及びノズル用開口が区
画された第２形成基板と、液体供給用連通孔に連通する
液体供給用開口を区画する第３形成基板と、を有してい
ることが好ましい。これらの各基板はセラミックにより
構成され得て、好ましくは一体焼成される。

【００１４】また、第３形成基板は、さらに、液体供給
用連通孔に連通するリザーバが形成された上部基板部
と、リザーバに連通する液体供給用開口が形成された下
部基板部と、から構成され得る。

【００１５】あるいは本発明は、対向する両端部を有す
る細長状の圧力発生室の側面及び底面と、圧力発生室の
底部と前記両端部の一方で連通すると共に当該両端部の
一方側の端面に開口するノズル用開口と、圧力発生室の
底部と前記両端部の他方で連通すると共に当該両端部の
一方側以外の端面に開口する液体供給用開口と、を区画
する流路形成部と、流路形成部の圧力発生室一方側の端
面に接合され、ノズル用開口と連通すると共に圧力発生
室の長手方向に形成されたノズル孔を有するノズルプレ
ート部と、圧力発生室の上面を区画する弾性板と、弾性
板上面に設けられた圧力発生手段と、圧力発生手段のさ
らに上面に接続されたＦＦＣと、を備え、液体供給用開
口が開口する端面の方向とＦＦＣの延びる方向とは、略
直交していることを特徴とする液体噴射ヘッドユニット
である。

【００１６】以上のような液体噴射ヘッドユニットを複
数個積層して配置することによって、複数列のノズル孔
を有する液体噴射ヘッドを構成することができる。この
場合、複数の液体噴射ヘッドユニットのノズルプレート
部は、共通の一部材で構成されていることが好ましい。
複数列のノズル孔は、マトリクス状または千鳥状に配置
され得る。

【００１７】このような液体噴射ヘッドにおける各ノズ
ル列の間隔は、液体噴射ヘッドユニットの流路形成部の
側端面の高さを低く抑えることができることにより、５
ｍｍ以下、さらには、１ｍｍ以下とすることも可能であ
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照して説明する。

【００１９】図１は、本発明の第１の実施の形態の液体
噴射ヘッドユニットを示す分解斜視図であり、図２は、
本実施の形態の液体噴射ヘッドユニットの圧力発生室の
断面構造を示す図である。

【００２０】図１及び図２において、流路形成基板（第
１形成基板）１は、圧力発生室２を形成するのに適した
厚さ、例えば１５０μｍのジルコニア（ＺｒＯ₂ ）な
どのセラミックス板である。流路形成基板１には、複数
の細長状の圧力発生室２が平行に所定のピッチで穿孔形
成されている。すなわち、流路形成基板１は、各圧力発
生室２の側方面を区画している。各圧力発生室２は、そ
の対向する両端部の一方が後述するノズル用開口９の領
域に重なっており、他方が後述するリザーバ１１の領域
に重なるように配置されている。

【００２１】流路形成基板１の上面には、弾性板３が固
定されている。すなわち、弾性板３によって、各圧力発
生室２の上面が規定されている。弾性板３は、流路形成
基板１と一体に焼成したときの接合力が強く、しかも弾
性率の高い材料、例えば厚さ１０μｍのジルコニアの薄
板等で構成され得る。

【００２２】弾性板３の更に上面には、圧力発生手段と
して、共通電極４及び圧電振動子５が積層形成されてい
る。圧電振動子５は、ＰＺＴ等の圧電振動材料の薄板を
貼付することによって、あるいは、圧電材料をスパッタ
リング等の膜形成手段により作り付けることによって、
長手方向を軸とする幅方向の湾曲たわみ変位を生じるよ
うに構成され、各圧力発生室２の上面に対応する位置に
配置されている。

【００２３】そして、圧電振動子５の上面に、各圧電振
動子５に駆動信号を印加するためのセグメント個別電極
６を有するＦＦＣ４０が接合されている。この場合、配
線の便宜上の観点から、ＦＦＣ４０は圧力発生室２の長
手方向に延びるように配置されている。

【００２４】流路形成基板１の下方側には、連通路形成
基板（第２形成基板）７が固定されている。すなわち、
連通路形成基板７によって、圧力発生室の底面が規定
（封止）されている。もっとも、連通路形成基板７は、
圧力発生室２の一方の端の底部で連通すると共に当該一
方の端側の端面に開口するノズル用開口９と、圧力発生
室２の他方の端の底部で連通すると共に当該連通路形成
基板７を貫通するインク供給口８と、を有している。こ
こで、ノズル用開口９とインク供給口８とは、各圧力発
生室２に対応して複数が設けられている。

【００２５】このような連通路形成基板７は、例えば図
３に示すように、余分幅広部ΔＬを有する連通孔形成基
板７’に対して細長い通孔９’を形成した後、所定のＣ
−Ｃ線で余分幅広部ΔＬを切断することによって形成す
ることができる。この場合、特にノズル用開口９の開口
部分を、正確な寸法で形成することができる。

【００２６】連通路形成基板７の下方側には、リザーバ
形成基板（第３形成基板）１０が固定されている。リザ
ーバ形成基板１０は、圧力発生室２の長手方向と略直交
する方向側の端面に開口するインク供給用開口（液体供
給用開口）１１を有している。図１から明らかなよう
に、インク供給用開口１１は、全インク供給口８に対し
て共通に１つが形成されている。すなわち、インク供給
用開口１１は、平行に配置された全圧力発生室２の他端
側をカバーする長さを有している。これにより、インク
供給用開口１１は、いわゆるインクのリザーバとして機
能するようになっている。

【００２７】以上に説明した弾性板３、流路形成基板
１、連通路形成基板７及びリザーバ形成基板１０は、そ
れぞれセラミックのグリーンシートに所要の通孔を穿設
した上で、重ね合わせて乾燥し、一定の圧力を加えて一
体に焼成したアクチュエータユニットとして構成され
る。このようなセラミックスによる構成とした場合、接
着剤を必要とすることなく一体に接合することが可能と
なるため、組立作業の簡素化が図れると共に、接着剤の
流れ込みを防止することができる。

【００２８】一方、フレーム形成板１２（ノズルプレー
ト部）が、不錆鋼等比較的加工が容易な板材から、ある
いは、熱硬化性エポキシ樹脂またはフェノール樹脂の焼
成により製造されるアモルファスカーボン（ユニヘック
ス）等から、断面Ｌ字状に形成される。このフレーム形
成板１２は、リザーバ形成基板１０の下面とノズル用開
口９が開口する端面とに、例えば熱溶着フィルム等の接
着剤層１６、１７を介して密着固定されている。

【００２９】そして、フレーム形成板１２には、各ノズ
ル用開口９に対応する位置から圧力発生室２の長手方向
に複数のノズル孔１３が列状に形成されており、また、
リザーバとして機能するインク供給用開口１１に対応す
る部分の少なくとも一部は薄肉部１４となっている。

【００３０】アクチュエータユニットのノズル孔１３と
対向する側からはＦＦＣ４０が延びているが、インク供
給用開口１１は、圧力発生室２の長手方向と略直交する
方向の端面に開口しているため、インクカートリッジ
（図示せず）からインク供給用開口１１までのインク流
路部材（図示せず）が、ＦＦＣ４０と干渉することなく
容易に配置され得る。

【００３１】次に、本実施の形態の作用について説明す
る。

【００３２】本実施の形態において、複数の圧電振動子
５のいずれか１つに駆動信号が印加されると、当該圧電
振動子５が長手方向を軸として幅方向に湾曲し、弾性板
３を変形させて圧力発生室２を収縮させる。これによ
り、圧力発生室２の容積が縮小し、圧力発生室２内に存
在するインクが加圧されて、連通路形成基板７のノズル
用開口９を介してフレーム形成板１２のノズル孔１３か
らインク滴として吐出される。

【００３３】一方、圧力発生室２で加圧されたインクの
一部は、インク供給口８からリザーバ１１に逆流し、リ
ザーバ１１の圧力を高めようとする。しかし、フレーム
形成板１２の薄肉部１４が弾性変形することによってリ
ザーバ１１内の圧力上昇を吸収し、インク滴を吐出しな
い圧力発生室２の圧力が上昇することを防止する。

【００３４】インク滴の吐出が終了して、当該圧電振動
子５が元の状態に復帰すると、リザーバ１１のインクが
インク供給口８を経由して対応する圧力発生室２に流れ
込み、次のインク滴吐出に備える。

【００３５】以上のような実施の形態によれば、アクチ
ュエータユニットの底面及び側面を剛性の高いフレーム
形成板１２によって補強しているため、インク滴吐出時
の圧電振動子５の変位に起因する記録ヘッド全体の変形
を可及的に防止して、インク滴の着弾位置の精度を高め
ることができる。

【００３６】また、本実施の形態の液体噴射ヘッドユニ
ット２０は、その厚みが高々１〜３ｍｍ程度に形成され
得る。このため、図４（ａ）に示すように、フレーム形
成板１２をそのまま連結部材として用いて複数個（図の
場合、４個）の液体噴射ヘッドユニット２０を積層し、
マトリクス状の多数ノズルを有する液体噴射ヘッドを構
成することができる。このような液体噴射ヘッドは、キ
ャリッジなどへの設置面積が極めて小さいものであり、
結果的にキャリッジの大幅な小型化を図ることができ
る。各ノズル列の間隔は、５ｍｍ以下、さらには、１ｍ
ｍ以下とすることも可能である。

【００３７】例えば、図４（ａ）に示すように、４個の
液体噴射ヘッドユニット２０の各ノズル列を主走査方向
（キャリッジの移動方向）に対して垂直に並ぶように配
列し、各液体噴射ヘッドユニット２０に、ブラック、イ
エロ、シアン、マゼンタのインクをそれぞれ供給する
と、カラー印刷用の小型のインクジェット式記録ヘッド
を構成することができる。

【００３８】また、ノズル孔１３の配置については、例
えば図４（ｂ）に示すように、隣接する第１列のノズル
孔１３と第２列のノズル孔１３’とを相互に若干（図４
（ｂ）の場合、半ピッチ）ずらして、ノズル列をいわゆ
る千鳥状の配置とすることも可能である。

【００３９】なお、前記の実施の形態では、連通孔形成
基板７’を所定のＣ−Ｃ線で切断してノズル用開口９を
形成してから、流路形成基板１、弾性板３、リザーバ形
成基板１０とともに積層してアクチュエータユニットを
構成している。しかしながら、図５（ａ）に示すよう
に、余分幅広部ΔＬを有する連通孔形成基板７’の大き
さに合わせて流路形成基板１’、弾性板３’及びリザー
バ形成基板１０’をグリーンシートで形成し、これらを
全て積層した段階で所定のＡ−Ａ線で切断してもよい。
この場合、図５（ｂ）に示すように、ノズル用開口９の
開口端９ａ近傍のつぶれ等を効果的に防止することがで
き、フレーム形成板１２との液密な接続が容易となる。

【００４０】また、図５（ｃ）に示すように、流路形成
基板１”、弾性板３”、連通孔形成基板７”及びリザー
バ形成基板１０”を、それぞれの圧力発生室２、インク
供給口８及びリザーバ１１等が中心線Ｂ−Ｂに対して対
称となるようにグリーンシートに形成し、これらを積層
した後、中心線Ｂ−Ｂで切断する形成方法も有効であ
る。

【００４１】次に、図６及び図７を用いて、本発明の液
体噴射ヘッドユニットの第２の実施の形態について説明
する。図６は、本実施の形態の液体噴射ヘッドユニット
を示す分解斜視図であり、図７は、本実施の形態の液体
噴射ヘッドユニットの圧力発生室の断面構造を示す図で
ある。

【００４２】本実施の形態では、リザーバ形成基板１０
（第３形成基板）が、全インク供給口８に連通するリザ
ーバ１１ａが形成された上部基板部１０ａと、リザーバ
１１ａに連通するインク供給用開口１１ｂが形成された
下部基板部１０ｂと、の２層構造となっている。インク
供給用開口１１ｂのノズル列方向の長さは、比較的短く
なっている。このため、下部基板部１０ｂが構造的に強
く、組立時に扱い易い。

【００４３】また、本実施の形態では、薄肉部１４が下
部基板部１０ｂに形成されている。

【００４４】また、本実施の形態では、フレーム形成板
１２が、底板部１２ａと、ノズルプレート部１２ｂと、
に分離されて構成されている。

【００４５】その他については、図１乃至図５に示す第
１の実施の形態の液体噴射ヘッドユニットと略同様であ
る。第２の実施の形態において、図１乃至図５に示す第
１の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して詳
細な説明は省略する。

【００４６】本実施の形態においても、第１の実施の形
態と略同様の効果が得られる。

【００４７】さらに、本実施の形態を複数個積層して、
多数ノズルの液体噴射ヘッドを構成する場合には、ノズ
ルプレート部１２ｂを共通に構成することが可能であ
る。この場合、ノズル孔１３の配置精度を顕著に向上さ
せることができる。ノズル孔１３は、マトリクス状や千
鳥状に形成され得る。

【００４８】なお、本発明は、インクジェット式記録装
置以外の任意の液体噴射装置に適用され得る。液体の例
としては、インクの他に、グルー、マニキュア等が使用
され得る。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
流路形成板の側端面の面積がキャリッジ等への設置面積
となるため、液体噴射ヘッドユニットの設置面積が顕著
に小さくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施の形態による液体噴射ヘッド
ユニットの組立斜視図である。

【図２】図１の液体噴射ヘッドユニットの圧力発生室の
断面の構造を示す図である。

【図３】図１の連通路形成基板の製造方法の一例を示す
図である。

【図４】図１の液体噴射ヘッドユニットを複数個積層し
て構成した液体噴射ヘッドを示す図である。

【図５】図１のアクチュエータユニットの製造方法の例
を示す図である。

【図６】本発明の第２実施の形態による液体噴射ヘッド
ユニットの組立斜視図である。

【図７】図６の液体噴射ヘッドユニットの圧力発生室の
断面の構造を示す図である。

【図８】従来のインクヘッドユニットの圧力発生室の断
面の構造を示す図である。

【符号の説明】

１ 流路形成基板 ２ 圧力発生室 ３ 弾性板 ４ 共通電極 ５ 圧電振動子 ６ セグメント個別電極 ７ 連通孔形成基板 ８ インク供給口 ９ ノズル用開口 １０ リザーバ形成基板 １１ インク供給用開口（リザーバ） １１ａ リザーバ １１ｂ インク供給用開口 １２ フレーム形成板 １２ａ 底板 １２ｂ ノズルプレート部 １３ ノズル孔 ４０ ＦＦＣ

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】対向する両端部を有する細長状の圧力発生
   室の側面及び底面と、圧力発生室の底部と前記両端部の
   一方で連通すると共に当該両端部の一方側の端面に開口
   するノズル用開口と、圧力発生室の底部と前記両端部の
   他方で連通すると共に当該圧力発生室の長手方向と略直
   交する方向側の端面に開口する液体供給用開口と、を区
   画する流路形成部と、 流路形成部の圧力発生室一方側の端面に接合され、ノズ
   ル用開口と連通すると共に圧力発生室の長手方向に形成
   されたノズル孔を有するノズルプレート部と、 圧力発生室の上面を区画する弾性板と、 弾性板上面に設けられた圧力発生手段と、を備えたこと
   を特徴とする液体噴射ヘッドユニット。
2. 【請求項２】圧力発生手段のさらに上面に、ＦＦＣが接
   続されていることを特徴とする請求項１に記載の液体噴
   射ヘッドユニット。
3. 【請求項３】圧力発生手段は、弾性板を変形させるため
   の圧電振動子を有していることを特徴とする請求項１ま
   たは２に記載の液体噴射ヘッドユニット。
4. 【請求項４】流路形成部は、平行に配置された複数の細
   長状の圧力発生室を有しており、 ノズル用開口は、それぞれの圧力発生室に対応して複数
   が形成されており、 ノズルプレート部のノズル孔は、各ノズル用開口に対応
   して、複数が列状に配置されており、 液体供給用開口は、全ての圧力発生室に対して共通に形
   成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれ
   かに記載の液体噴射ヘッドユニット。
5. 【請求項５】流路形成部は、 圧力発生室の側面を区画する第１形成基板と、 圧力発生室の底面を規定すると共に、液体供給用連通孔
   及びノズル用開口が区画された第２形成基板と、 液体供給用連通孔に連通する液体供給用開口を区画する
   第３形成基板と、を有していることを特徴とする請求項
   １乃至３のいずれかに記載の液体噴射ヘッドユニット。
6. 【請求項６】流路形成部は、平行に配置された複数の細
   長状の圧力発生室を有しており、 ノズル用開口及び液体供給用連通孔は、それぞれの圧力
   発生室に対応して複数が形成されており、 ノズルプレート部のノズル孔は、各ノズル用開口に対応
   して、複数が列状に配置されており、 液体供給用開口は、全ての液体供給用連通孔に対して共
   通に１つが形成されている、ことを特徴とする請求項５
   に記載の液体噴射ヘッドユニット。
7. 【請求項７】対向する両端部を有する細長状の圧力発生
   室の側面及び底面と、圧力発生室の底部と前記両端部の
   一方で連通すると共に当該両端部の一方側の端面に開口
   するノズル用開口と、圧力発生室の底部と前記両端部の
   他方で連通すると共に当該両端部の一方側以外の端面に
   開口する液体供給用開口と、を区画する流路形成部と、 流路形成部の圧力発生室一方側の端面に接合され、ノズ
   ル用開口と連通すると共に圧力発生室の長手方向に形成
   されたノズル孔を有するノズルプレート部と、 圧力発生室の上面を区画する弾性板と、 弾性板上面に設けられた圧力発生手段と、 圧力発生手段のさらに上面に接続されたＦＦＣと、を備
   え、 液体供給用開口が開口する端面の方向とＦＦＣの延びる
   方向とは、略直交していることを特徴とする液体噴射ヘ
   ッドユニット。
8. 【請求項８】請求項１乃至７のいずれかに記載の液体噴
   射ヘッドユニットを複数個備え、 複数の液体噴射ヘッドユニットのノズルプレート部は、
   共通の一部材で構成されていることを特徴とする液体噴
   射ヘッド。
9. 【請求項９】前記共通の一部材に形成されるノズル孔
   は、マトリクス状に配置されていることを特徴とする請
   求項８に記載の液体噴射ヘッド。
10. 【請求項１０】前記共通の一部材に形成されるノズル孔
    は、千鳥状に配置されていることを特徴とする請求項８
    に記載の液体噴射ヘッド。
11. 【請求項１１】請求項４または６に記載の液体噴射ヘッ
    ドユニットを複数個備え、 各ノズル孔列の間隔が、５ｍｍ以下となっていることを
    特徴とする液体噴射ヘッド。