JP2002264324A - インクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 流路形成基板の剛性を保持し、且つコストを
著しく削減することのできるインクジェット式記録ヘッ
ド及びインクジェット式記録装置を提供する。 【解決手段】 ノズル開口が穿設されたノズルプレート
２０と、ノズル開口に連通する圧力発生室１１が画成さ
れる流路形成基板１０と、流路形成基板１０の一方面側
に振動板３０を介して設けられて圧力発生室１１にイン
ク吐出のための圧力を付与する圧力発生手段４０とを具
備するインクジェット式記録ヘッドにおいて、流路形成
基板１０を、樹脂材料からなる本体部１２と、この本体
部１２のノズルプレート２０との接合側に設けられて本
体部１２よりも剛性が高く且つノズルプレート２０の材
料と熱膨張係数が略同一の材料からなる補強部１３とで
構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インク滴を吐出す
るノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構
成し、この振動板を介して圧電素子を設けて、圧電素子
の変位によりインク滴を吐出させるインクジェット式記
録ヘッド及びインクジェット式記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】インク滴を吐出するノズル開口と連通す
る圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧
電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧して
ノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式
記録ヘッドには、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦
振動モードの圧電アクチュエータを使用したものと、た
わみ振動モードの圧電アクチュエータを使用したものの
２種類が実用化されている。

【０００３】前者は圧電素子の端面を振動板に当接させ
ることにより圧力発生室の容積を変化させることができ
て、高密度印刷に適したヘッドの製作が可能である。

【０００４】これに対して後者は、圧電材料のグリーン
シートを圧力発生室の形状に合わせて貼付し、これを焼
成するという比較的簡単な工程で振動板に圧電素子を作
り付けることができるという利点を有する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなインクジェット式記録ヘッドでは、一般的に、シリ
コン単結晶基板からなる流路形成基板にエッチングによ
って圧力発生室を形成しており、このシリコン単結晶基
板が比較的高価であるため、コストが高くなってしまう
という問題がある。

【０００６】また、流路形成基板として用いるシリコン
単結晶基板は、比較的厚さが薄いため割れやすく歩留ま
りが悪いという問題がある。さらに、圧電材料と電極材
料とを交互に積層した縦振動型の圧電素子を用いる場
合、その駆動力が比較的大きいため、圧電素子の駆動に
よって流路形成基板が変形したり、割れが発生する等の
問題もある。

【０００７】また、流路形成基板とノズルプレートとの
線膨張係数が異なると熱により応力がかかり、剥離や割
れが発生する等の問題がある。

【０００８】本発明は、このような事情に鑑み、流路形
成基板の剛性を保持し、且つコストを著しく削減するこ
とのできるインクジェット式記録ヘッド及びインクジェ
ット式記録装置を提供することを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する第１
の態様は、ノズル開口が穿設されたノズルプレートと、
前記ノズル開口に連通する圧力発生室が画成される流路
形成基板と、該流路形成基板の一方面側に振動板を介し
て設けられて前記圧力発生室にインク吐出のための圧力
を付与する圧力発生手段とを具備するインクジェット式
記録ヘッドにおいて、前記流路形成基板が、樹脂材料か
らなる本体部と、この本体部の前記ノズルプレートとの
接合側に設けられて前記本体部よりも剛性が高く且つ前
記ノズルプレートの材料と熱膨張係数が略同一の材料か
らなる補強部とで構成されていることを特徴とするイン
クジェット式記録ヘッドにある。

【００１０】かかる第１の態様では、流路形成基板の剛
性を保持し、且つ製造コストを著しく削減できると共
に、ノズルプレートと流路形成基板とを容易且つ確実に
接合することができる。

【００１１】本発明の第２の態様は、第１の態様におい
て、前記ノズルプレートが前記流路形成基板の補強部の
みと接合されていることを特徴とするインクジェット式
記録ヘッドにある。

【００１２】かかる第２の態様では、流路形成基板とノ
ズルプレートをより確実に接合することができ、剥がれ
等の不良の発生率が著しく低下する。

【００１３】本発明の第３の態様は、第１又は２の態様
において、前記圧力発生室が前記本体部のみで画成され
ていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドに
ある。

【００１４】かかる第３の態様では、補強部の構造を簡
略化でき、製造コストを低減できる。

【００１５】本発明の第４の態様は、第１〜３の何れか
の態様において、前記補強部が、金属材料からなること
を特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。

【００１６】かかる第４の態様では、流路形成基板の剛
性を確実に向上できると共に、補強部を比較的容易に形
成できる。

【００１７】本発明の第５の態様は、第１〜４の何れか
の態様において、前記圧力発生手段が、圧電材料と電極
形成材料とが交互に積層されて軸方向に伸縮する縦振動
型の圧電素子であることを特徴とするインクジェット式
記録ヘッドにある。

【００１８】かかる第５の態様では、駆動力が比較的大
きい縦振動型の圧電素子を用いた場合でも、その駆動に
よって流路形成基板が変形することなく、良好なインク
吐出特性が保持される。

【００１９】本発明の第６の態様は、第１〜５の何れか
の態様のインクジェット式記録ヘッドを具備することを
特徴とするインクジェット式記録装置にある。

【００２０】かかる第６の態様では、良好なインク吐出
特性を保持し、且つ低コストで製造できるインクジェッ
ト式記録装置を実現することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下に本発明を実施形態に基づい
て詳細に説明する。

【００２２】（実施形態１）図１は、本実施形態に係る
インクジェット式記録ヘッドの断面図であり、図２は、
その一部を構成する流路形成基板の斜視図である。

【００２３】図１に示すように、本実施形態のインクジ
ェット式記録ヘッドは、圧力発生室１１が形成された流
路形成基板１０と、その一方面側に接合されノズル開口
２１が穿設されたノズルプレート２０と、流路形成基板
１０の他方面側に接合される振動板３０と、この振動板
３０に当接して固定され圧力発生室１１にインク吐出の
ための圧力を付与する圧電素子４０とを有する。

【００２４】流路形成基板１０は、図２に示すように、
樹脂材料からなる本体部１２と、この本体部１２のノズ
ルプレート２０側に設けられて本体部１２よりも剛性の
高い材料からなる補強部１３とで形成されている。ま
た、圧力発生室１１は、基本的には流路形成基板の厚さ
方向の一部に形成され、ノズル開口２１と連通する部分
は流路形成基板１０を厚さ方向に貫通して形成されてい
る。すなわち、圧力発生室１１は、本体部１２にその厚
さ方向に貫通して形成された溝部１４と、補強部１３の
ノズル開口２１に連通する領域にその厚さ方向に貫通し
て形成された連通部１５とで構成されている。

【００２５】なお、流路形成基板１０には、圧力発生室
１１と共に各圧力発生室１１の共通インク室となるリザ
ーバ１６が流路形成基板１０の本体部１２及び補強部１
３を貫通して形成されており、本体部１２と補強部１３
との間に形成されたインク供給口１７を介して各圧力発
生室１１の長手方向一端部と連通されている。

【００２６】このような流路形成基板１０の本体部１２
に用いられる樹脂材料は、特に限定されないが、比較的
剛性の高い樹脂、例えば、エポキシ系の樹脂等を用いる
ことが好ましい。また、本体部１２の厚さは、圧力発生
室間の隔壁１８の剛性を確保するために比較的薄くする
ことが好ましく、例えば、本実施形態では、約７０μｍ
とした。

【００２７】一方、補強部１３の材料は、流路形成基板
１０の剛性を確保できるものであり、且つノズルプレー
トの材料と熱膨張係数が略同一の材料を用いることが好
ましい。このような補強部１３の材料としては、金属材
料等が挙げられ、本実施形態では、ノズルプレートをス
テンレス鋼（ＳＵＳ）で形成しているため、補強部１３
もステンレス鋼で形成するようにした。また、補強部１
３の厚さは、本体部１２の剛性等を考慮して適宜決定さ
れればよいが、少なくともシリコン基板と同等以上の剛
性となることが好ましく、本実施形態では、約３２０μ
ｍとした。

【００２８】このように本実施形態では、流路形成基板
１０を樹脂材料からなる本体部１２と、本体部１２より
も剛性の高い材料からなる補強部１３とで形成するよう
にしたので、流路形成基板１０の製造コストを著しく削
減することができ、且つ所望の剛性を確保することがで
きる。

【００２９】また、流路形成基板１０のノズルプレート
２０との接合面側に補強部１３を設け、この補強部１３
をノズルプレート２０の材料と熱膨張係数が略同一の材
料で形成するようにしたので、両者の熱による変形が略
同一となり、熱硬化性の接着剤等を用いて両者を容易且
つ確実に接合することができる。

【００３０】また、このような流路形成基板１０の形成
方法は、特に限定されないが、本実施形態では、本体部
１２と補強部１３とを別々に形成した後、両者を接合す
るようにした。このため、補強部１３に設けられる連通
部１５は、溝部１４の幅よりも狭く形成されていること
が好ましい。これにより、本体部１２と補強部１３とを
接合する際に、溝部１４と連通部１５との位置合わせが
容易となり、製造工程を簡略化することができる。勿
論、このような流路形成基板１０は、例えば、本体部１
２と補強部１３とを成型等によって一体的に形成するよ
うにしてもよい。

【００３１】なお、このような流路形成基板１０のノズ
ルプレート２０とは反対側の面には、振動板３０が接合
されて圧力発生室１１が封止されている。そして、この
振動板３０の圧力発生室１１とは反対側の面に圧電素子
４０の先端が当接している。圧電素子４０は、圧電材料
４１と、電極形成材料４２及び４３とを交互にサンドイ
ッチ状に挟んで積層構造になるように構成され、振動に
寄与しない不活性領域が固定基板４４に固着されてい
る。なお、固定基板４４、振動板３０、流路形成基板１
０及びノズルプレート２０は、基台４５を介して一体的
に固定されている。

【００３２】このように構成されたインクジェット式記
録ヘッドは、圧電素子４０の電極形成材料４２及び４３
に電圧が印加されると、圧電素子４０がノズルプレート
２０側に伸張することによって振動板３０が変位し、圧
力発生室１１の容積が圧縮される。従って、例えば、予
め３０Ｖ程度のバイアス電圧を印加した状態から電圧を
零ボルトまで下げて圧電素子４０を収縮させてインクを
リザーバ１６からインク供給口１７を介して圧力発生室
１１に流れ込ませることができる。また、その後、電圧
を印加することにより、圧電素子４０を伸張させて振動
板３０により圧力発生室１１を収縮させ、ノズル開口２
１からインク滴を吐出させることができる。

【００３３】なお、このような縦振動型の圧電素子４０
は、電圧印加による駆動力が比較的大きいため、流路形
成基板１０の剛性が低いと、圧電素子４０の駆動によっ
て流路形成基板１０に変形や割れが発生し、インク吐出
特性が低下する虞がある。しかしながら、本実施形態の
ように、流路形成基板１０に補強部１３を設けて剛性を
確保することにより、インク吐出特性を良好に保持する
ことができる。

【００３４】（実施形態２）図３は、実施形態２に係る
インクジェット式記録ヘッドの断面図であり、図４は、
その一部を構成する流路形成基板の斜視図である。

【００３５】本実施形態は、圧力発生室を樹脂材料から
なる本体部のみで画成するようにした例である。すなわ
ち、本実施形態では、図示するように、圧力発生室１１
Ａの溝部１４Ａが流路形成基板１０Ａの本体部１２Ａを
貫通することなく形成されている。また、本体部１２Ａ
は、ノズル開口２１の列に対向する領域にノズルプレー
ト２０側に突出する突出部１２ａを有し、この突出部１
２ａを厚さ方向に貫通して連通部１５Ａが形成されてい
る。一方、補強部１３Ａは、本体部１２Ａの突出部１２
ａに対応する領域に貫通孔１３ａを有し、この貫通孔１
３ａに突出部１２ａが嵌合されている。また、インク供
給路１７が、本体部１２Ａの振動板３０側に形成されて
いる以外は、実施形態１と同様である。

【００３６】このような本実施形態では、圧力発生室１
１Ａが、樹脂材料からなる本体部１２Ａのみに形成され
ているため、金属材料からなる補強部１２Ａの構造が簡
素化される。したがって、補強部１２Ａをより容易に形
成することができ、製造コストを低減することができ
る。

【００３７】（他の実施形態）以上、本発明の各実施形
態を説明したが、勿論、本発明は上述したものに限定さ
れるものではない。

【００３８】例えば、上述した実施形態では、電圧を印
加することにより、圧力発生室を収縮させるタイプのイ
ンクジェット式記録ヘッドを例示したが、勿論、電圧を
印加することにより、圧力発生室を膨張させるタイプの
インクジェット式記録ヘッドを用いてもよい。

【００３９】このような構造のインクジェット式記録ヘ
ッドの一例を図５に示す。図５のインクジェット式記録
ヘッドは、図１の圧電素子４０の代わりに圧電素子４０
Ａを有する以外は同様な構造を有する。圧電素子４０Ａ
は、圧電体材料４１Ａの中に電極形成材料４２Ａ及び４
３Ａを交互に縦に配置して積層したものである。従っ
て、両電極型性材料４２Ａ及び４３Ａに電圧を印加する
と圧電素子４０Ａが収縮して圧力発生室１１が膨張し、
この状態から電圧の印加を解除すると圧力発生室１１が
収縮し、ノズル開口２１からインク滴を吐出させること
ができる。

【００４０】また、例えば、上述した実施形態では、縦
振動モードの圧電素子を有するインクジェット式記録ヘ
ッドについて説明したが、成膜及びリソグラフィプロセ
スを応用して製造される薄膜型の圧電素子、あるいはグ
リーンシートを貼付する等の方法により形成される厚膜
型の圧電素子等のたわみ変位型の圧電素子を有するイン
クジェット式記録ヘッドにも応用することができる。

【００４１】このように、本発明は、その趣旨に反しな
い限り、種々の構造のインクジェット式記録ヘッドに応
用することができる。

【００４２】また、これら各実施形態のインクジェット
式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するイン
ク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成し
て、インクジェット式記録装置に搭載される。図６は、
そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図であ
る。

【００４３】図６に示すように、インクジェット式記録
ヘッドを有する記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、イ
ンク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ及び２Ｂが着
脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａ及び１
Ｂを搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けら
れたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられてい
る。この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、例えば、
それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物
を吐出するものとしている。

【００４４】そして、駆動モータ６の駆動力が図示しな
い複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリ
ッジ３に伝達されることで、記録ヘッドユニット１Ａ及
び１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿っ
て移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ３に沿
ってプラテン８が設けられている。このプラテン８は図
示しない紙送りモータの駆動力により回転できるように
なっており、給紙ローラなどにより給紙された紙等の記
録媒体である記録シートＳがプラテン８に巻き掛けられ
て搬送されるようになっている。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、樹脂材
料からなる本体部と、この本体部よりも剛性の高い材料
からなる補強部とで流路形成基板を形成するようにした
ので、流路形成基板の剛性を低下させることなく製造コ
ストを著しく削減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの断面図である。

【図２】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドを構成する流路形成基板の斜視図である。

【図３】本発明の実施形態２に係るインクジェット式記
録ヘッドの断面図である。

【図４】本発明の実施形態２に係るインクジェット式記
録ヘッドを構成する流路形成基板の斜視図である。

【図５】本発明の他の実施形態に係るインクジェット式
記録ヘッドの断面図である。

【図６】本発明の一実施形態に係るインクジェット式記
録装置の概略図である。

【符号の説明】

１０ 流路形成基板 １１ 圧力発生室 １２ 本体部 １３ 補強部 １４ 溝部 １５ 連通部 １６ リザーバ １７ インク供給口 ２０ ノズルプレート ２１ ノズル開口 ３０ 振動板 ４０ 圧電素子

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ノズル開口が穿設されたノズルプレート
   と、前記ノズル開口に連通する圧力発生室が画成される
   流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に振動板を
   介して設けられて前記圧力発生室にインク吐出のための
   圧力を付与する圧力発生手段とを具備するインクジェッ
   ト式記録ヘッドにおいて、 前記流路形成基板が、樹脂材料からなる本体部と、この
   本体部の前記ノズルプレートとの接合側に設けられて前
   記本体部よりも剛性が高く且つ前記ノズルプレートの材
   料と熱膨張係数が略同一の材料からなる補強部とで構成
   されていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッ
   ド。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記ノズルプレート
   が前記流路形成基板の補強部のみと接合されていること
   を特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
3. 【請求項３】 請求項１又は２において、前記圧力発生
   室が前記本体部のみで画成されていることを特徴とする
   インクジェット式記録ヘッド。
4. 【請求項４】 請求項１〜３の何れかにおいて、前記補
   強部が、金属材料からなることを特徴とするインクジェ
   ット式記録ヘッド。
5. 【請求項５】 請求項１〜４の何れかにおいて、前記圧
   力発生手段が、圧電材料と電極形成材料とが交互に積層
   されて軸方向に伸縮する縦振動型の圧電素子であること
   を特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
6. 【請求項６】 請求項１〜５の何れかのインクジェット
   式記録ヘッドを具備することを特徴とするインクジェッ
   ト式記録装置。