JP2003053966A - インクジェット式記録ヘッド - Google Patents

インクジェット式記録ヘッド

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JP2003053966A JP2001175656A JP2001175656A JP2003053966A JP 2003053966 A JP2003053966 A JP 2003053966A JP 2001175656 A JP2001175656 A JP 2001175656A JP 2001175656 A JP2001175656 A JP 2001175656A JP 2003053966 A JP2003053966 A JP 2003053966A
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強 北原
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧力室や共通インク室等を所望の形状に作製
でき、尚且つ、流路形成基板として必要な剛性を確保で
きるようにする。 【解決手段】 ノズル開口１０を穿設したノズルプレー
ト８と、前記ノズル開口１０に連通するように圧力室１
２、インク供給口１３および共通インク室１１が順次形
成された流路形成基板７０と、前記圧力室１２を加圧す
べく変形する振動板９とを備え、これらを積層して流路
ユニット３０を構成する。流路形成基板７０を、補強板
７２を芯材としたインサート成型により作製し、インク
流路となる部分を樹脂７１により区画形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、プリンタやプロッ
タ等に好適に用いられるインクジェット式記録ヘッドに
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のインクジェット式記録ヘッド、例
えば、圧電振動子を圧力発生素子として用いたインクジ
ェット式記録ヘッドにおいては、複数のノズル開口を列
状に開設したノズルプレートと、共通インク室から圧力
室を経てノズル開口に連通するインク流路を形成した流
路形成基板と、圧力室の隔壁の一部となる振動板とを備
え、これらの各部材を積層状態で接合して流路ユニット
を構成し、この流路ユニットをケースに接合した構成を
採るものがある。流路形成基板は、例えば、シリコンウ
ェハーをエッチング処理することによって作製されてお
り、この流路形成基板の一方の表面にステンレス製のノ
ズルプレートが接合され、他方の表面に振動板が接合さ
れる。この振動板は、例えば、ステンレス製の支持板に
樹脂製フィルムをラミネートした複合板材により構成さ
れる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】この様な構成の流路ユ
ニットにおいて、シリコン製の流路形成基板は、そのエ
ッチングの方向性に制限があり、シリコンの結晶の（１
１１）面を残すようにエッチングする必要がある。この
ため、流路形成基板に形成される圧力室や共通インク室
等に形状の制約が生じ、所望の形状にし難いという問題
がある。
【０００４】また、流路形成基板は、シリコンウェハー
から切り出されることからサイズ上の制約を受け、大型
化に適さないという問題もある。
【０００５】さらに、流路形成基板に用いられるシリコ
ンの線膨張係数と、振動板の支持板やノズルプレートに
用いられるステンレス板の線膨張係数との間には差があ
るので、温度変化に伴って流路ユニットが撓んでしてし
まうという問題もある。
【０００６】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、圧力室や共通インク室等を所望の形状に作製でき、
尚且つ、流路形成基板として必要な剛性が確保できるイ
ンクジェット式記録ヘッドを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために提案されたもので、請求項１に記載のもの
は、共通インク室から圧力室を経てノズル開口に連通す
る一連のインク流路が形成された流路形成基板を備える
流路ユニットと、圧力室内のインクを加圧する圧力発生
素子とを備えたインクジェット式記録ヘッドにおいて、
前記流路形成基板を、補強材を芯材にした一体成型によ
って作製し、前記インク流路を樹脂によって区画したこ
とを特徴とするインクジェット式記録ヘッドである。な
お、本願における「芯材」は、その全体が流路形成基板
内に埋設されるものに限らず、その一部が流路形成基板
表面に露出するものも含まれる。
【０００８】請求項２に記載のものは、前記インク流路
内におけるインクとの接触部を樹脂で形成したことを特
徴とする請求項１に記載のインクジェット式記録ヘッド
である。
【０００９】請求項３に記載のものは、前記インク流路
は、共通インク室、インク供給口、圧力室、及びノズル
連通口により構成されていることを特徴とする請求項１
又は請求項２に記載のインクジェット式記録ヘッドであ
る。
【００１０】請求項４に記載のものは、前記補強材を、
成型用樹脂よりも大きいヤング率の材料によって構成し
たことを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記
載のインクジェット式記録ヘッドである。
【００１１】請求項５に記載のものは、前記補強材を、
成型用樹脂よりも大きい密度の材料によって構成したこ
とを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の
インクジェット式記録ヘッドである。
【００１２】請求項６に記載のものは、前記補強材を、
成型用樹脂以下の線膨張係数の材料によって構成したこ
とを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の
インクジェット式記録ヘッドである。
【００１３】請求項７に記載のものは、前記補強材の厚
さを、流路形成基板の厚さの半分以上に設定したことを
特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載のイン
クジェット式記録ヘッドである。
【００１４】請求項８に記載のものは、前記補強材は、
ノズル連通口の列を囲う矩形状の開口を備えた板状部材
であることを特徴とする請求項３から請求項７の何れか
に記載のインクジェット式記録ヘッドである。
【００１５】請求項９に記載のものは、前記補強材の厚
さを流路形成基板の厚さに揃え、補強材の内壁部分を樹
脂で覆うことによりインク流路を区画したことを特徴と
する請求項７に記載のインクジェット式記録ヘッドであ
る。
【００１６】請求項１０に記載のものは、アウトサート
成型によって補強材の一側表面を流路形成基板の一側表
面に露出させたことを特徴とする請求項１から請求項８
の何れかに記載のインクジェット式記録ヘッドである。
なお、「アウトサート成型」とは、芯材の一部分が成型
品の表面に露出する状態で一体成型することを意味す
る。
【００１７】請求項１１に記載のものは、厚さ方向の曲
げに対する補強材単体の中立線と流路形成基板の中立線
とを揃えたことを特徴とする請求項１から請求項９の何
れかに記載のインクジェット式記録ヘッドである。
【００１８】請求項１２に記載のものは、前記流路ユニ
ットは、ノズル開口を穿設したノズルプレートを備え、
流路形成基板の線膨張係数とノズルプレートの線膨張係
数とを揃えたことを特徴とする請求項１から請求項１１
の何れかに記載のインクジェット式記録ヘッドである。
【００１９】請求項１３に記載のものは、前記流路ユニ
ットは、ノズル開口を穿設したノズルプレートを備え、
前記インク流路の側壁に、流路形成基板におけるノズル
プレートとの接合面から反対面に向けて拡開する抜きテ
ーパーを形成したことを特徴とする請求項１から請求項
１１の何れかに記載のインクジェット式記録ヘッドであ
る。
【００２０】請求項１４に記載のものは、前記補強板と
ノズルプレートとを同一の金属材料で構成したことを特
徴とする請求項１２又は請求項１３に記載のインクジェ
ット式記録ヘッドである。
【００２１】請求項１５に記載のものは、前記ノズル開
口を、樹脂成型によって流路形成基板に一体的に形成し
たことを特徴とする請求項１から請求項１１の何れかに
記載のインクジェット式記録ヘッドである。
【００２２】請求項１６に記載のものは、前記共通イン
ク室におけるノズル開口側の底部を樹脂成型によって流
路形成基板に一体的に形成すると共に、該底部の樹脂を
薄肉に形成してコンプライアンス部としたことを特徴と
する請求項１５に記載のインクジェット式記録ヘッドで
ある。
【００２３】請求項１７に記載のものは、前記流路ユニ
ットは、圧力室の一部を封止すると共に変形によって圧
力室の容積を変化させる振動板を備え、流路形成基板の
線膨張係数と振動板の線膨張係数とを揃えたことを特徴
とする請求項１から請求項１４の何れかに記載のインク
ジェット式記録ヘッドである。
【００２４】請求項１８に記載のものは、前記振動板
を、支持板に弾性体膜をラミネートした複合板材により
構成し、前記補強板と支持板とを同一の金属材料で構成
したことを特徴とする請求項１７に記載のインクジェッ
ト式記録ヘッドである。
【００２５】請求項１９に記載のものは、前記補強板
を、電圧の供給によって発熱する発熱部材によって構成
したことを特徴とする請求項１から請求項１１の何れか
に記載のインクジェット式記録ヘッドである。
【００２６】請求項２０に記載のものは、前記発熱部材
がセラミックスヒータであることを特徴とする請求項１
９に記載のインクジェット式記録ヘッドである。
【００２７】請求項２１に記載のものは、前記圧力発生
素子を圧電振動子によって構成したことを特徴とする請
求項１から請求項２０の何れかに記載のインクジェット
式記録ヘッドである。
【００２８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。ここで、図１は、本実施形態のイ
ンクジェット式記録ヘッド１の断面図、図２は、図１に
示す記録ヘッド１のＡ−Ａ断面図、図３は、同じくＢ−
Ｂ断面図、図４は、図２のＣ−Ｃ断面図である。
【００２９】例示した記録ヘッド１は、複数の圧電振動
子２１…、固定板２２、及び、フレキシブルケーブル２
４等をユニット化した圧電振動子ユニット４と、この圧
電振動子ユニット４を収納可能なケース２と、ケース２
の先端面に接合される流路ユニット３０とを備えてい
る。ケース２は、先端と後端が共に開放された収容空部
５を形成した合成樹脂製のブロック状部材であり、収容
空部５内には圧電振動子ユニット４が収納固定されてい
る。この圧電振動子ユニット４は、圧電振動子２１の櫛
歯状先端を収容空部５の先端側開口に臨ませた状態であ
り、固定板２２が収容空部５の壁面に接着されている。
【００３０】圧電振動子２１は、圧力発生素子の一種で
あり、縦方向に細長い櫛歯状に形成されている。例え
ば、５０μｍ〜１００μｍ程度の極めて細い幅のニード
ル状に切り分けられている。この圧電振動子２１は、圧
電体と内部電極とを交互に積層して構成された積層型の
圧電振動子であって、積層方向に直交する縦方向に伸縮
可能な縦振動（ｄ３１効果）型の圧電振動子である。そ
して、各圧電振動子２１…は、基端側部分が固定板２２
上に接合されており、圧電振動子２１の自由端部を固定
板２２の縁よりも外側に突出させた片持ち梁の状態で取
り付けられている。また、各圧電振動子２１…の櫛歯状
先端は、それぞれ図４に示すように、流路ユニット３０
の所定部位である島部１６に当接固定されている。フレ
キシブルケーブル２４は、固定板２２とは反対側となる
振動子の基端部側面で、圧電振動子２１と電気的に接続
されている。
【００３１】流路ユニット３０は、流路形成基板７０を
間に挟んでノズルプレート８を流路形成基板７０の一方
の面側に配置し、振動板９をノズルプレート８とは反対
側となる他方の面側に配置して積層することで構成され
ている。
【００３２】ノズルプレート８は、ドット形成密度に対
応したピッチで複数のノズル開口１０…を列状に開設し
たステンレス製の薄いプレートである。本実施形態で
は、１８０ｄｐｉのピッチで９６個のノズル開口１０…
を開設し、これらのノズル開口１０…によってノズル列
を構成する。そして、このノズル列を、吐出可能なイン
クの色に対応した複数列形成する。
【００３３】流路形成基板７０は、共通インク室１１、
インク供給口１３、圧力室１２、及びノズル連通口１８
からなるインク流路が形成された板状部材である。本実
施形態では、この流路形成基板７０を、補強材７２を芯
材にして一体成型することで作製し、インク流路を樹脂
によって区画している。なお、この流路形成基板７０に
ついては、後で詳しく説明する。
【００３４】振動板９は、ステンレス製の支持板１５上
にＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の樹脂フィ
ルム１４をラミネート加工した二重構造の複合板材であ
り、圧力室１２の一方の開口面を封止する封止部として
機能すると共に、共通インク室１１の一方の開口面を封
止するコンプライアンス部としても機能する。そして、
封止部として機能する部分、すなわち圧力室１２に対応
した部分にエッチング加工を施し、当該部分を環状に除
去して圧電振動子２１の先端部を当接固定するための島
部１６を形成する。この島部１６は、圧力室１２の平面
形状と同様に、ノズル開口１０の列設方向と直交する方
向に細長いブロック状であり、この島部１６の周りの樹
脂フィルム１４が弾性体膜として機能する。また、コン
プライアンス部として機能する部分、すなわち共通イン
ク室１１に対応する部分のステンレス板をエッチング加
工で除去して樹脂フィルム１４だけにする。
【００３５】上記の構成を有する記録ヘッド１では、圧
電振動子２１を振動子長手方向に伸長させることによ
り、島部１６がノズルプレート８側に押圧され、島部周
辺で樹脂フィルム１４が変形して圧力室１２が収縮す
る。また、圧電振動子２１を振動子長手方向に収縮させ
ると、樹脂フィルム１４の弾性により圧力室１２が膨張
する。そして、圧力室１２の膨張や収縮を制御すること
により、圧力室１２内のインク圧力が変動してノズル開
口１０からインク滴が吐出される。
【００３６】次に、流路形成基板７０について詳細に説
明する。図２に示すように、この流路形成基板７０は、
各ノズル開口１０…に対応させて圧力室１２となる空部
を隔壁７３で区画した状態で複数形成するとともに、イ
ンク供給口１３および共通インク室１１となる空部を形
成した板状の部材である。圧力室１２は、ノズル開口１
０の列設方向（ノズル列方向）に対して直交する方向に
細長い室であり、堰部１９で区画された偏平な凹室で構
成されている。この堰部１９は共通インク室１１の出口
からノズル連通口１８の入口に亘って形成してあり、該
堰部１９によって流路幅の狭い狭窄部の形で、インク供
給口１３が形成されている。
【００３７】ノズル連通口１８は、圧力室１２とノズル
開口１０とを連通する部分であり、圧力室１２の一端、
即ち圧力室１２内における共通インク室１１から最も離
れた位置に形成されている。共通インク室１１は、イン
クカートリッジ（図示せず）に貯留されたインクを各圧
力室１２…に供給するための室であり、インク供給口１
３を通じて対応する圧力室１２の他端と連通している。
また、共通インク室１１における長手方向のほぼ中央に
は、インク供給管６が連通するインク導入口１１ａが開
設されている。そして、インクカートリッジからのイン
クは、インク供給管６を通ってインク導入口１１ａから
共通インク室１１内に導入される。
【００３８】このように流路形成基板７０には、共通イ
ンク室１１、インク供給口１３、圧力室１２、及びノズ
ル連通口１８を順に経る一連のインク流路が形成され、
このインク流路によってインク導入口１１ａとノズル開
口１０…とを連通する。
【００３９】本実施形態の流路形成基板７０は、補強材
７２を芯材にしたインサート成型によって作製されてお
り、樹脂７１の内部に補強材７２を埋設した構成であ
る。この補強材７２は、図１に示すように、ノズル連通
口１８の列に対応する位置に、この連通口列を囲う矩形
状に開口したノズル側開口部２０Ａと、共通インク室１
１に対応する位置に、この共通インク室１１よりも一回
り大きい形状に開口したインク室側開口部２０Ｂとを開
設したステンレス性の板状部材であり、その厚さは、流
路形成基板７０の厚さの約半分に設定されている。そし
て、この補強材７２の周りに樹脂７１を設けて、共通イ
ンク室１１や圧力室１２等からなるインク流路を区画形
成している。
【００４０】このように、流路形成基板７０をインサー
ト成型によって作製したのは、インク流路の形状の自由
度を確保しつつ、流路形成基板７０として必要な剛性を
確保するためである。即ち、インク流路の部分を樹脂７
１により区画形成しているので、インク流路を比較的自
由な形状に作製できると共に、高い寸法精度で作製でき
る。また、インクとの接触部が樹脂７１で作製されてい
るため、インクの濡れ性が均一になり、インクを安定し
て流すことができる。さらに、芯材としてステンレス製
の補強板７２を用いているので、樹脂７１だけでは不足
しがちな剛性や重量をこの補強板７２によって補うこと
ができる。これにより、限られた薄さの流路形成基板７
０であっても必要な剛性や重量を得ることができる。こ
のため、圧電振動子２１の作動に伴う流路形成基板７０
の変形を防止することができ、インク吐出の安定化を図
ることができる。つまり、流路形成基板７０の変形に起
因してインク吐出が不安定となってしまう不具合を防止
することができる。
【００４１】また、補強板７２は、その大きさや厚さを
適宜に選択できるため、記録ヘッド１の大形化にも容易
に対応することができる。さらに、この補強板７２は、
プレス加工による作製が可能なので、短時間で大量に作
製することもでき、記録ヘッド１のコストダウンにも寄
与する。
【００４２】そして、成型用の樹脂７１としてはエポキ
シ樹脂が好適に使用できるが、これに限らず、ポリサル
フォン樹脂やポリイミド樹脂等、各種のエンジニアリン
グプラスチックが使用できる。また、補強板７２に関し
ては、必要な剛性や重量が得られるものであれば良く、
ステンレス以外の金属材料を用いてもよいし、セラミッ
クスを用いてもよい。なお、補強板７２にセラミックス
を用いた場合には、補強板７２が樹脂７１によって被覆
されるので、この樹脂７１によって保護されることによ
り、靱性が比較的低いセラミックスであっても補強板７
２として好適に使用できる。
【００４３】ところで、上記したように、流路形成基板
７０を構成する成型用の樹脂７１は、主にインク流路の
形状や寸法精度を保証し、補強材７２は、主に流路形成
基板全体の剛性を保証しているので、補強材７２は以下
に示す条件を満たすよう選択される。
【００４４】即ち、ヤング率に関し、補強材７２には樹
脂７１のヤング率よりも大きいヤング率の材料が用いら
れる。また、密度に関し、補強板７２には樹脂７１の密
度よりも大きい密度の材料が用いられる。これは、流路
形成基板全体として必要な剛性や重量を確保するためで
ある。そして、この観点からすれば、補強材７２の厚さ
を、流路形成基板７０の厚さの半分以上に設定すること
が望ましい。
【００４５】また、線膨張係数（線膨張率）に関し、補
強板７２には、樹脂７１の線膨張係数以下の線膨張係数
の材料が用いられる。即ち、流路形成基板７０の一方の
側面にはノズルプレート８が接合されており、他方の側
面には振動板９が接合されているため、流路ユニット全
体としては、ノズルプレート８と流路形成基板７０と振
動板９とからなる三層構造となる。ここで、ノズルプレ
ート８と流路形成基板７０、或いは、流路形成基板７０
と振動板９との間に線膨張係数の差があると、熱応力が
かかったときに歪みが発生して厚さ方向に反り上がり、
流路ユニット３０が撓み変形してしまう。従って、この
撓み変形を防止するためには、ノズルプレート８、流路
形成基板７０及び振動板９の線膨張係数が揃っているこ
とが求められる。一般に、合成樹脂材料は、金属材料よ
りも線膨張係数が大きい傾向がある。例えば、合成樹脂
は、１０×１０−６〜４０×１０−６程度の線膨張係数
を有し、ノズルプレート８や振動板９の支持板１５に用
いられるステンレスは、１１×１０−６〜１７×１０
−６程度の線膨張係数を有する。このため、補強板７２
に樹脂７１の線膨張係数以下の材料を用いると、各プレ
ート材８，７０，９の線膨張係数を揃えることができ
る。
【００４６】そして、振動板９は、支持板１５と樹脂フ
ィルム１４とからなる複合板材であり、樹脂フィルム１
４の厚さは支持板１５よりも十分に薄いので、振動板９
の線膨張係数は支持板１５の線膨張係数に依存して定ま
る。同様に、流路形成基板７０についてもその線膨張係
数は、補強板７２の線膨張係数に依存して定まる。この
点に着目して、本実施形態では、これらのノズルプレー
ト８、補強板７２、及び、支持板１５を、同一の金属材
料であるステンレス鋼で構成した。これは、各プレート
材８，７０，９の線膨張係数を揃えるという点におい
て、同じ材料の部材を用いることが最も好ましいためで
ある。
【００４７】また、流路形成基板７０の構造に関し、本
実施形態では、厚さ方向の曲げに対する補強材７２の単
体の中立線と流路形成基板７０の中立線とを揃え、略一
致させている。これは、熱応力による流路形成基板７０
の撓み変形を防止するためである。即ち、仮に補強材７
２の中立線と、流路形成基板７０の中立線とがずれてい
たとすると、補強材７２と合成樹脂７１との間に線膨張
係数の差が存在していることに起因して、熱応力がかか
ったときに歪みが発生し、流路形成基板７０は、厚さ方
向に反り上がってしまう可能性がある。そして、補強材
７２の中立線と流路形成基板７０の中立線とを略一致さ
せることにより、熱応力による厚さ方向への反り上がり
を防止することができる。具体的には、補強材７２の表
側と裏側に設ける樹脂７１の厚みを調整して、バランス
をとった形態にする。
【００４８】なお、この実施形態では、補強材７２のノ
ズル側開口部２０Ａを、ノズル連通口１８の列を囲う矩
形状のものについて説明したがこれに限定されない。例
えば、図５に示すように、各ノズル連通口１８に対応さ
せて複数開設したノズル側開口部２０Ａ´として構成し
てもよい。このように、ノズル連通口１８毎にノズル側
開口部２０Ａ´を設けると、隣接クロストークを防止で
きる利点がある。即ち、インクを吐出する際にはインク
流路内のインクに圧力変動が生じるが、その圧力変動が
ノズル連通口１８にも作用する。そして、この図５の形
態のように、ノズル連通口１８毎にノズル側開口部２０
Ａ´を設けると、ノズル連通口１８，１８同士の間に、
補強板７２の一部が存在するので、当該部分の剛性が高
められ、隣のノズル連通口１８からの圧力伝播を防止す
ることができ、ノズル連通口１８，１８同士の干渉を少
なくすることができる。
【００４９】ところで、この第１実施形態において、成
形型のインク流路に対応する部分に抜き勾配を形成し、
成形型の分割線（パーティングライン）を流路形成基板
におけるノズルプレートとの接合面に揃えることが好ま
しい。
【００５０】即ち、図６（ａ）に示すように、流路形成
基板７０を成型するための成形型８０は、流路形成基板
７０の外形に合わせて作製されたキャビティ（凹部）８
１を有する第１金型８２と、第１金型８２の表面に配置
される平板状の第２金型８３とから構成されている。そ
して、キャビティ８１を区画する各側面８１ａを、開口
に向けて拡開するよう傾斜させることにより抜きテーパ
ーを形成し、成形型８０のパーティングラインＰＬ、つ
まり、第１金型８２と第２金型８３との当接面を、流路
形成基板７０におけるノズルプレート８との接合面に揃
えている。
【００５１】この成形型８０では、側面８１ａに抜きテ
ーパーを形成したので、第１金型８２からの流路形成基
板７０の取り外しが容易に且つ確実に行える。また、パ
ーティングラインＰＬをノズルプレート８との接合面に
揃えているので、成型時に生じるバリを容易に除去でき
る。即ち、成型時にバリが生じたとしても、このバリを
ラッピングによって除去できる。さらに、このラッピン
グは、ノズルプレートとの接合面を平滑にする処理と同
時に行えるので、作業効率もよい。
【００５２】この成形型８０によって作製された流路形
成基板７０では、図６（ｂ），（ｃ）に示すように、イ
ンク流路の側壁、即ち、共通インク室１１や圧力室１２
の側壁１１ａ，１２ａやノズル連通口１８等に、ノズル
プレート８との接合面から反対側となる振動板９との接
合面に向かって拡開する抜きテーパーが形成される。そ
して、この記録ヘッド１は、ノズル開口１０を下側に向
けた状態で使用されるので、共通インク室１１や圧力室
１２に入り込んでしまった気泡は、振動板９側に浮上し
易くなる。また、ノズル連通口１８の内径は、ノズル開
口１０に近いほど小さくなる。このため、ノズル連通口
１８内におけるインクの流れは、ノズル開口１０に近い
ほど速くなり、インク流の淀みも生じ難い。これによ
り、ノズル開口１０から連続的にインクを排出すること
で気泡を強制的に排出する気泡排出動作において、共通
インク室１１や圧力室１２の気泡を確実にインクの流れ
に乗せることができ、停留を防止できる。また、ノズル
連通口１８内では、気泡をノズル開口１０から確実に排
出できる。
【００５３】ところで、上記の第１実施形態では、流路
形成基板７０とノズルプレート８とを別部材により構成
した流路ユニット３０を例に挙げて説明したが、本発明
はこの構成に限定されない。例えば、ノズル開口を樹脂
成型によって流路形成基板に一体に形成してもよい。以
下、このように構成した第２実施形態について説明す
る。
【００５４】図７は、この第２実施形態における流路ユ
ニット３０を説明する図であり、第１実施形態と同じ部
材には同一符号を付して示す。なお、この第２実施形態
において、図示した以外の部分については先の第１実施
形態と同じである。
【００５５】この第２実施形態の流路ユニット３０は、
ノズル開口１０を一体に形成したノズル付流路形成基板
７７と振動板９とを備えて構成される。ノズル開口１０
は、ノズル連通口１８の先端部分を、先端側（図６にお
ける上方側）に向けて徐々に縮径させて形成した略漏斗
状の部分である。このように、ノズル開口１０を一体に
形成すると、ノズル連通口１８とノズル開口１０とを継
ぎ目なく一連に形成することができ、インクを淀みなく
流すことができる。これにより、インク滴の吐出安定性
を一層高めることができる。また、ノズル開口１０の部
分も樹脂７１で形成されるので、当該部分におけるイン
クの濡れ性も、インク流路（共通インク室１１からノズ
ル連通口１８までの部分）におけるインクの濡れ性と同
じになり、この点においてもインク滴の吐出安定性の向
上に寄与する。
【００５６】また、ノズル開口１０を流路形成基板７７
に一体的に形成した関係から、共通インク室１１のノズ
ル開口１０側の底部、つまり閉鎖面部７４もまた流路形
成基板７７に一体的に形成される。従って、共通インク
室１１は、有底形状つまり溝の形に成型される。本実施
形態では、この閉鎖面部７４の樹脂を薄肉に形成するこ
とで、この閉鎖面部７４を共通インク室１１のコンプラ
イアンス部として機能させている。なお、この閉鎖面部
７４をコンプライアンス部として機能させるために必要
な厚さｄは、流路形成基板７７の厚さＤや共通インク室
１１の幅Ｗに応じて定まる。例えば、ノズル付流路形成
基板７７の厚さＤが５００μｍ程度、共通インク室１１
の幅Ｗがほぼ１〜２ｍｍ程度の場合には、閉鎖面部７４
の厚さｄを１００μｍ程度とすることで、この閉鎖面部
７４をコンプライアンス部として機能させることができ
る。このように、閉鎖面部７４をコンプライアンス部と
して機能させることにより、共通インク室１１のコンプ
ライアンスが容易に確保できるようになり、設計上の自
由度が増す。また、コンプライアンスの調整は、閉鎖面
部７４の厚さを調整することで行えるので、所望のコン
プライアンスを容易に得ることができる。
【００５７】このノズル付流路形成基板７７を成型する
にあたり、上記流路形成基板７７の成形型（金型）にお
けるノズル開口１０に対応する部分について、成形型同
士の間に隙間を設けると良い。このように、成形型同士
の間に隙間を設けて成型すると、離型後の流路形成基板
７７では、図８（ａ）に示すように、ノズル開口１０と
なる部分の先端面が樹脂層７５によって覆われた状態と
なる。その後、図９（ｂ）に示すように、この樹脂層７
５をラッピング（ポリッシング）して除去し、ノズル開
口１０を露出させる。
【００５８】これは、型の摩耗に伴うノズル開口１０の
寸法ばらつきを防止するためである。即ち、ノズル開口
１０の部分に関し、成形型同士をすり合わせた状態で成
形してしまうと、当該すり合わせ部分の摩耗等により、
ノズル開口１０の形状が次第に大きくなってしまうとい
う問題が生じてしまう。このノズル開口１０の形状はイ
ンク出口の一番重要な部分であるので、ノズル開口１０
が過剰に広がってしまった型は使用できない。また、ノ
ズル開口１０は非常に小さい直径であるので、摩耗は比
較的容易に発生する。
【００５９】そこで、上記のように、成形型同士の間
に、少しギャップを開けておいて成型を行うことによ
り、成形型におけるノズル開口１０を成型する部分の摩
耗を防止することができ、成形型を長期に亘って使用す
ることができる。これにより、製造コストの削減が図
れ、記録ヘッド１を安価に提供することができる。
【００６０】ところで、上記した各実施形態は何れも補
強材７２を樹脂７１内に埋設した構成であったが、本発
明はこの構成に限定されない。例えば、所謂アウトサー
ト成型により、補強材７２の一部を流路形成基板の表面
に露出させた状態で一体成型してもよい。
【００６１】即ち、図９（ａ）に示すように、成形型８
０におけるパーティングラインＰＬ上に一側表面が位置
するように補強材７２をキャビティ８１内に配置し、こ
の状態で第１金型８２´の開口面を第２金型８３で封止
して成型を行う。このようにして得られた流路形成基板
７０´では、図９（ｂ）に示すように、ノズルプレート
８側の表面に補強材７２の一部表面が露出した状態とな
る。即ち、ノズルプレート８側において、樹脂７１の表
面と補強材７２の表面とが揃えられて同一平面上に位置
する。この構成では、流路形成基板７０´を薄く作製す
ることができる。これにより、ノズル連通口１８の長
さ、即ち、流路形成基板７０´の厚さ方向の長さを短く
でき、圧力室１２とノズル連通口１８とで構成される圧
力発生部（広義の圧力室）の固有振動周期Ｔｃを短くで
きる。その結果、駆動周波数を高めてもインク滴を安定
して吐出させることができるし、圧電振動子２１を駆動
する際の動作電圧を従来よりも下げることもできる。
【００６２】また、上記のアウトサート成型に関し、補
強材の厚さを流路形成基板の厚さに揃え、補強材の内壁
部分を樹脂で覆うことによりインク流路を区画するよう
に構成してもよい。
【００６３】図１０に示すように、流路形成基板７８
は、補強材７２´と、この補強材７２´の内壁部分を被
覆する樹脂７１とからなる。補強材７２´は、流路形成
基板７８と同じ厚さに形成された板状部材であり、ステ
ンレス等の金属材料やセラミックス等により構成され
る。この補強板７２´の内部には、共通インク室１１、
圧力室１２、インク供給口１３、及び、ノズル連通口１
８となる溝や空部が形成されている。そして、この補強
板７２´を芯材としてアウトサート成型することによ
り、補強材７２´の内壁部分、つまり、共通インク室１
１、圧力室１２、インク供給口１３、及び、ノズル連通
口１８の表面に樹脂７１の被膜を形成する。
【００６４】この構成でも、インク流路となる部分は樹
脂７１により区画形成されるので、当該部分におけるイ
ンクの濡れ性を均一化することができ、インクの流れを
安定化させることができる。さらに、補強材７２´を十
分な厚さに形成できることから流路形成基板７８の剛性
をさらに高めることができる。なお、この流路形成基板
７８の作製は、補強材７２´の全体を樹脂７１で被覆し
た後にノズルプレート８との接合面及び振動板９との接
合面をラッピングし、これらの面で補強材７２´を露出
させることで行ってもよい。また、本実施形態でも、図
中点線で示すように、ノズル開口１０を、樹脂成型によ
って流路形成基板７８に一体的に形成してもよい。
【００６５】なお、本発明は、上記した実施形態に限定
されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づき、
種々の変形が可能である。
【００６６】例えば、図１１に示すように、圧力発生素
子として、撓み振動型の圧電振動子２３を用いてもよ
い。この圧電振動子２３は、圧電体２７を上電極２５と
下電極２６とで挟んだ構成であり、上電極２５と下電極
２６との電位差に応じて、圧電体２７は電界方向に撓み
圧力室１２の容積を変化させる。さらに、圧力発生素子
は、圧電振動子に限らず、駆動信号の印加により圧力室
１２内のインクを加減圧して圧力変動を生じさせる素子
であれば良い。例えば、圧力室内のインクを沸騰させて
泡（バブル）を生成する発熱素子を用いても良いし、磁
歪素子を用いても良い。
【００６７】また、補強材７２を電圧の供給によって発
熱する発熱部材によって構成してもよい。補強材７２を
発熱部材によって構成すると、インク流路内のインクを
加熱でき、インクの温度管理を行うことができる。これ
により、低温環境下で使用する場合においてもインクを
最適な温度に調整することができ、インク滴の安定吐出
が実現できる。そして、この発熱部材としては、セラミ
ックスヒータが好適に用いられる。即ち、セラミックス
ヒータを補強材７２として用いると、補強材７２の本来
の機能である剛性の付与を損なわずに、インクの加熱を
行うことができるからである。また、この発熱部材を、
ヒーターを内蔵した金属板により構成してもよい。さら
に、この発熱部材として、所定温度になると抵抗値が増
加して電流量を少なくするリミッター機能付きのヒータ
を使用すると、インク温度を一定に保てるので、より好
適である。
【００６８】なお、上記した各実施形態において、成形
型は、樹脂の成形が行えれば、金型に限定されるもので
はない。
【００６９】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、以
下の効果を奏する。即ち、流路形成基板を、補強材を芯
材にした一体成型によって作製し、インク流路を樹脂に
よって区画したので、インク流路を比較的自由な形状に
作製できると共に、高い寸法精度で作製できる。さら
に、インクの濡れ性が均一になり、インクを安定して流
すことができる。また、芯材として補強板を用いている
ので、樹脂だけでは不足しがちな剛性を補強板によって
補うことができ、限られた薄さの流路形成基板であって
も必要な剛性を得ることができる。このため、圧力発生
素子の作動によって流路形成基板に作用する外力に対抗
することができ、インク吐出の安定化を図ることができ
る。
【００７０】また、流路形成基板の線膨張係数とノズル
プレートの線膨張係数とを揃えた場合には、線膨張係数
の差に起因する流路ユニットの撓み変形を防止すること
ができる。
【００７１】また、アウトサート成形によって補強材の
一側表面を流路形成基板の一側表面に露出させた場合に
は、流路形成基板を薄く作製できて、ノズル連通口の長
さを短くできる。これにより、駆動周波数を高めてもイ
ンク滴を安定して吐出させることができ、また、圧電振
動子を駆動する際の動作電圧を従来よりも下げることが
できる。
【００７２】また、インク流路の側壁に、ノズルプレー
トとの接合面から反対面に向けて拡開する抜きテーパー
を設けた場合には、インク流路内における気泡の停留を
防止でき、気泡排出性を高めることができる。また、成
形型のパーティングラインを、流路形成基板におけるノ
ズルプレートとの接合面に揃えることもでき、成型時に
生じたバリをラッピング等の処理で容易に除去できる。
【００７３】また、ノズル開口を成型によって流路形成
基板に一体的に形成した場合には、インク流路とノズル
開口のつなぎ目をなくして一連に形成することができ
る。これにより、インクの流れをより円滑にすることが
でき、インク吐出の安定化が図れる。また、インク流路
とノズル開口とが同じ樹脂により区画形成されるので、
インクの濡れ性も均一になり、この点でもインク吐出の
安定性が図れる。
【００７４】また、共通インク室におけるノズル開口側
の底部を成型によって流路形成基板に一体的に形成する
と共に、該底部を薄肉に形成してコンプライアンス部と
した場合には、共通インク室のコンプライアンスが容易
に確保できるようになり、設計上の自由度が増す。ま
た、コンプライアンスの調整は、コンプライアンス部の
厚さを調整することで行えるので、所望のコンプライア
ンスを容易に得ることができる。
【００７５】また、流路形成基板の線膨張係数と振動板
の線膨張係数とを揃えた場合には、線膨張係数の差に起
因する流路ユニットの撓み変形を防止することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態のインクジェット式記録ヘッドを
示す断面図である。
【図２】図１に示す記録ヘッドのＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１に示す記録ヘッドのＢ−Ｂ断面図である。
【図４】図２のＣ−Ｃ断面図である。
【図５】ノズル側開口部の変形例を示す図であり、図１
のＢ−Ｂ断面図である。
【図６】第１実施形態の変形例を説明する図であり、
（ａ）は成形型を説明する図、（ｂ）及び（ｃ）は要部
を示す断面図である。
【図７】第２実施形態の要部を示す断面図である。
【図８】（ａ）及び（ｂ）は第２実施形態の製造方法を
説明する模式図である。
【図９】アウトサート成型の実施形態を説明する図であ
り、（ａ）は成形型を説明する図、（ｂ）は記録ヘッド
を示す断面図である。
【図１０】アウトサート成型の変形例の要部を示す断面
図である。
【図１１】さらに他の実施形態の要部を示す断面図であ
る。
【符号の説明】
１ 記録ヘッド ２ ケース ４ 圧電振動子ユニット ５ 収容空部 ６ インク供給管 ８ ノズルプレート ９ 振動板 １０ ノズル開口 １１ 共通インク室 １２ 圧力室 １３ インク供給口 １４ 樹脂フィルム（弾性体膜） １５ 支持板 １６ 島部 １８ ノズル連通口 １９ 堰部 ２０Ａ ノズル側開口部 ２０Ｂ インク室側開口部 ２１ 圧電振動子 ２２ 固定板 ２３ 圧電振動子 ２４ フレキシブルケーブル ２５ 上電極 ２６ 下電極 ２７ 圧電体 ３０ 流路ユニット ７０，７０´ 流路形成基板 ７１ 合成樹脂 ７２，７２´ 補強材 ７３ 隔壁 ７４ 閉鎖面部 ７５ 樹脂層 ７７ ノズル付の流路形成基板 ７８ 流路形成基板 ８０ 成形型 ８１ キャビティ ８２，８２´ 第１金型 ８３ 第２金型

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 共通インク室から圧力室を経てノズル開
    口に連通する一連のインク流路が形成された流路形成基
    板を備える流路ユニットと、圧力室内のインクを加圧す
    る圧力発生素子とを備えたインクジェット式記録ヘッド
    において、 前記流路形成基板を、補強材を芯材にした一体成型によ
    って作製し、前記インク流路を樹脂によって区画したこ
    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】 前記インク流路内におけるインクとの接
    触部を樹脂で形成したことを特徴とする請求項１に記載
    のインクジェット式記録ヘッド。
  3. 【請求項３】 前記インク流路は、共通インク室、イン
    ク供給口、圧力室、及びノズル連通口により構成されて
    いることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のイ
    ンクジェット式記録ヘッド。
  4. 【請求項４】 前記補強材を、成型用樹脂よりも大きい
    ヤング率の材料によって構成したことを特徴とする請求
    項１から請求項３の何れかに記載のインクジェット式記
    録ヘッド。
  5. 【請求項５】 前記補強材を、成型用樹脂よりも大きい
    密度の材料によって構成したことを特徴とする請求項１
    から請求項４の何れかに記載のインクジェット式記録ヘ
    ッド。
  6. 【請求項６】 前記補強材を、成型用樹脂以下の線膨張
    係数の材料によって構成したことを特徴とする請求項１
    から請求項５の何れかに記載のインクジェット式記録ヘ
    ッド。
  7. 【請求項７】 前記補強材の厚さを、流路形成基板の厚
    さの半分以上に設定したことを特徴とする請求項１から
    請求項６の何れかに記載のインクジェット式記録ヘッ
    ド。
  8. 【請求項８】 前記補強材は、ノズル連通口の列を囲う
    矩形状の開口を備えた板状部材であることを特徴とする
    請求項３から請求項７の何れかに記載のインクジェット
    式記録ヘッド。
  9. 【請求項９】 前記補強材の厚さを流路形成基板の厚さ
    に揃え、補強材の内壁部分を樹脂で覆うことによりイン
    ク流路を区画したことを特徴とする請求項７に記載のイ
    ンクジェット式記録ヘッド。
  10. 【請求項１０】 アウトサート成型によって補強材の一
    側表面を流路形成基板の一側表面に露出させたことを特
    徴とする請求項１から請求項８の何れかに記載のインク
    ジェット式記録ヘッド。
  11. 【請求項１１】 厚さ方向の曲げに対する補強材単体の
    中立線と流路形成基板の中立線とを揃えたことを特徴と
    する請求項１から請求項９の何れかに記載のインクジェ
    ット式記録ヘッド。
  12. 【請求項１２】 前記流路ユニットは、ノズル開口を穿
    設したノズルプレートを備え、 流路形成基板の線膨張係数とノズルプレートの線膨張係
    数とを揃えたことを特徴とする請求項１から請求項１１
    の何れかに記載のインクジェット式記録ヘッド。
  13. 【請求項１３】 前記流路ユニットは、ノズル開口を穿
    設したノズルプレートを備え、 前記インク流路の側壁に、流路形成基板におけるノズル
    プレートとの接合面から反対面に向けて拡開する抜きテ
    ーパーを形成したことを特徴とする請求項１から請求項
    １１の何れかに記載のインクジェット式記録ヘッド。
  14. 【請求項１４】 前記補強板とノズルプレートとを同一
    の金属材料で構成したことを特徴とする請求項１２又は
    請求項１３に記載のインクジェット式記録ヘッド。
  15. 【請求項１５】 前記ノズル開口を、樹脂成型によって
    流路形成基板に一体的に形成したことを特徴とする請求
    項１から請求項１１の何れかに記載のインクジェット式
    記録ヘッド。
  16. 【請求項１６】 前記共通インク室におけるノズル開口
    側の底部を樹脂成型によって流路形成基板に一体的に形
    成すると共に、該底部の樹脂を薄肉に形成してコンプラ
    イアンス部としたことを特徴とする請求項１５に記載の
    インクジェット式記録ヘッド。
  17. 【請求項１７】 前記流路ユニットは、圧力室の一部を
    封止すると共に変形によって圧力室の容積を変化させる
    振動板を備え、 流路形成基板の線膨張係数と振動板の線膨張係数とを揃
    えたことを特徴とする請求項１から請求項１４の何れか
    に記載のインクジェット式記録ヘッド。
  18. 【請求項１８】 前記振動板を、支持板に弾性体膜をラ
    ミネートした複合板材により構成し、 前記補強板と支持板とを同一の金属材料で構成したこと
    を特徴とする請求項１７に記載のインクジェット式記録
    ヘッド。
  19. 【請求項１９】 前記補強板を、電圧の供給によって発
    熱する発熱部材によって構成したことを特徴とする請求
    項１から請求項１１の何れかに記載のインクジェット式
    記録ヘッド。
  20. 【請求項２０】 前記発熱部材がセラミックスヒータで
    あることを特徴とする請求項１９に記載のインクジェッ
    ト式記録ヘッド。
  21. 【請求項２１】 前記圧力発生素子を圧電振動子によっ
    て構成したことを特徴とする請求項１から請求項２０の
    何れかに記載のインクジェット式記録ヘッド。
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