JP2003062990A - 液滴吐出ヘッド - Google Patents

液滴吐出ヘッド

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JP2003062990A
JP2003062990A JP2001253420A JP2001253420A JP2003062990A JP 2003062990 A JP2003062990 A JP 2003062990A JP 2001253420 A JP2001253420 A JP 2001253420A JP 2001253420 A JP2001253420 A JP 2001253420A JP 2003062990 A JP2003062990 A JP 2003062990A
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liquid chamber
thin
head
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JP2001253420A
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Shinichi Tsunoda
慎一 角田
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Ricoh Co Ltd
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Ricoh Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 液室を駆動手段より小さくした場合に安定し
た噴射特性が得られない。 【解決手段】 振動板部材2は、薄層振動板部21と、
圧電素子12と接合して連結するための凸部22と、圧
電素子12に対向する薄層振動板部21及び凸部22以
外の部分であって、凸部22より薄く且つ薄層振動板部
21より厚い中間層部23とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は液滴吐出ヘッドに関す
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(画像形成装置)として用いる
インクジェット記録装置は、インク滴を吐出するノズル
と、このノズルが連通する液室(インク流路、吐出室、
圧力室、加圧液室、流路等とも称される。)と、この液
室内のインクを加圧するための駆動手段(圧力発生手
段)とを備えた液滴吐出ヘッドとしてのインクジェット
ヘッドを搭載したものである。なお、液滴吐出ヘッドと
しては例えば液体レジストを液滴として吐出する液滴吐
出ヘッド、DNAの試料を液滴として吐出する液滴吐出
ヘッドなどもあるが、以下ではインクジェットヘッドを
中心に説明する。
【0003】インクジェットヘッドとしては、液室内の
インクを加圧する圧力を発生するための駆動手段として
圧電素子などの電気機械変換素子を用いて、駆動手段の
変位で液室の壁面を形成する弾性変形可能な振動板を変
形させて液室内容積/圧力を変化させてインク滴を吐出
させるいわゆるピエゾ型のものが知られている(特開平
2−51734号公報参照)。
【0004】このインクジェットヘッドは、圧電素子を
充放電することで変形させ、圧電素子に当接した振動板
を変位させ、振動板が加圧液室の容積を収縮するように
変位することで加圧液室内部の圧力が上昇し、インク滴
をノズルから吐出させるものであり、インク滴を吐出し
た後は、加圧液室の容積を膨張させるように振動板に変
位を与えるべく、圧電素子を変形させる。
【0005】ここで、振動板としては、加圧液室の壁面
の一部を形成する薄膜振動板部を含む振動板部材が用い
られ、駆動手段のエネルギーを効率的に加圧液室内のイ
ンクに伝達するため、薄膜振動板部の厚さは数μm〜数
十μmと極めて薄く、それ単体では取り扱いがかなり難
しいため、薄膜振動板部以外の部分は厚肉部として形成
されることが多い。この厚肉部は振動板部材全体の剛性
を保つ機能の他にも、薄肉振動板部の中央に形成され、
駆動手段と接合される凸部としてエネルギー伝達を効率
的に行う機能などを併せ持っている。
【0006】このような振動板部材は特開平6−143
573号公報などに開示されており、凸部と隔壁部の構
造体部が同一厚さで形成されている。このような振動板
部材を備えたインクジェットヘッドは、例えば、図12
に示すように、インク滴を吐出するノズル101を形成
したノズル板102と、ノズル101が連通する加圧液
室103を形成する液室部材104と、加圧液室103
の壁面の一部を形成する薄層振動板部105を含む振動
板部材106とを積層し、この振動板部材106の薄層
振動板部105に形成した凸部107に駆動素子である
圧電素子108を連結している。ここで、振動板部材1
06は、薄層振動板部105以外の凸部107及び加圧
液室103間の隔壁部109に対応する構造体部110
の厚さは同一厚さで形成される。
【0007】しかしながら、振動板部材を用いたインク
ジェットヘッドにあっては、高速高画質記録を実現する
ため、より高集積度になる傾向にある。インクジェット
ヘッドの部材の中でも、フォトリソ技術などの工程を用
いて形成することができるノズル、振動板、液室部材は
比較的に高集積化が可能であるが、ダイシングソー、ワ
イヤーソーなどで機械的に個別チャンネルに分断される
駆動手段となる圧電素子などの駆動素子の集積度に限界
がある。このため、液室の大きさが圧電素子等の大きさ
に比べて小さくなるというヘッド構成が採用されつつあ
る。
【0008】ところが、上述した特開平6−14357
3号公報に記載のような振動板部材では、隔壁部の構造
体部と駆動素子が接触してしまい、ヘッド全体が振動し
てしまうという問題が生じる。すなわち、図12で説明
したインクジェットヘッドにおいて液室の幅が圧電素子
の幅よりも小さくなると、図13に示すように、圧電素
子108が振動板部材106の構造体部110に接して
しまい、圧電素子108の変位でヘッド全体が振動する
ことになる。
【0009】そこで、特開平6−270403号公報
に記載されているようにギャップ材を接着剤に混入し、
凸部に該当する部位にのみ、接着剤を塗布し接合する。
特開平9−39232号公報に記載されているように
振動板部材は薄層振動板部に形成した凸部以外はすべて
薄肉層とする。すなわち、図14に示すように、振動板
部材106は凸部107以外の部分はすべて薄層振動板
部105と同じ厚さにする。特開2000−9468
2号公報に記載されているように駆動素子の接合部を削
り、実際の接合領域を凸部幅程度に小さくするなどの構
成が考えられている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のインクジェットヘッドのうち、については、
凸部該当部のみに選択的に接着剤を塗布すると考える
と、工法的にはスクリーン印刷が有力であるが、塗布膜
厚が10μm程度と厚く、はみ出し等を考慮すると塗布
パターンは100μm幅程度が限界である。
【0011】また、については、振動板部材の薄肉層
が多くなることで、ピンホール欠陥等が生じ易くなり、
歩留まりの低下や薄層振動板部の形状が振動板部材で規
定できず、液室の隔壁位置(液室形状)により決定され
てしまうため、液室部材と振動板部材との接合の位置ず
れが特性のばらつきに大きく影響してしまうことにな
り、更に全体の剛性も低くなる。
【0012】さらに、については、駆動素子自体を限
界まで微細加工した状態では更なる加工は困難であり、
特に集積度の高い加圧液室整列方向の加工が困難である
という課題がある。
【0013】本発明は上記の課題に鑑みてなされたもの
であり、高速高画質を実現できる高集積ヘッドを提供す
ることを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、振動板部材の薄層
振動板部には駆動手段と連結する凸部が形成され、この
振動板部材の駆動手段と対向する部位のうち、凸部及び
薄層振動板部を除く部分の厚みが、凸部より薄く、か
つ、薄層振動板部よりも厚い中間層部として形成されて
いる構成としたものである。
【0015】ここで、中間層部の厚みが薄層振動板部の
厚みの2倍以上であることが好ましい。また、中間層部
は振動板部材の液室整列方向に形成されていることが好
ましく、或いは、中間層部は振動板部材の液室整列方向
と直交する方向に形成されていることが好ましい。
【0016】また、駆動手段が厚電素子の縦方向振動に
より前記薄層振動板部を変形させるものであることが好
ましい。さらに、振動板部材のうち少なくとも凸部及び
中間層部が高剛性部材であることが好ましい。さらにま
た、振動板部材は多段電鋳により形成されていることが
好ましい。
【0017】
【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。本発明の液滴吐出ヘッドの第
1実施形態に係るインクジェットヘッドについて図1乃
至図4を参照して説明する。なお、図1は同ヘッドの分
解斜視説明図、図2は同ヘッドの液室長手方向に沿う断
面説明図、図3は図2の要部拡大説明図、図4は同ヘッ
ドの液室短手方向に沿う断面説明図である。
【0018】このインクジェットヘッドは、単結晶シリ
コン基板で形成した流路形成基板(液室基板)1と、こ
の流路形成基板1の下面に接合した振動板部材2と、流
路形成基板1の上面に接合したノズル板3とを有し、こ
れらによってインク滴を吐出するノズル5が連通する流
路(インク液室)である加圧液室6、加圧液室6に流体
抵抗部となるインク供給路7を介してインクを供給する
共通液室8を形成している。
【0019】そして、振動板部材2の面外側(液室6と
反対面側)に各加圧液室6に対応して駆動手段としての
圧電素子12を接合し、この圧電素子12はベース基板
13に接合して固定し、このベース基板13の圧電素子
12の列の中央部にはインク供給口形成部材14をベー
ス基板13に接合している。なお、インク供給口形成部
材14はベース基板13をエッチングすることでベース
基板13と一体形成することもできる。
【0020】この圧電素子12は、圧電材料層と内部電
極とを交互に積層したものである。この場合、圧電素子
12の圧電方向としてd33方向の変位(ここでは積層
方向と直交する方向の変位)を用いて加圧液室6内イン
クを加圧する構成とすることも、圧電素子12の圧電方
向としてd31方向の変位(ここでは積層方向と直交す
る方向の変位)を用いて加圧液室6内インクを加圧する
構成とすることもできる。ベース基板13及びスペーサ
部材14には共通液室8に外部からインクを供給するた
めのインク供給口9を形成する貫通穴を形成している。
【0021】また、流路形成基板1の外周部及び振動板
2の下面側外縁部をエポキシ系樹脂或いはポリフェニレ
ンサルファイトで射出成形により形成したヘッドフレー
ム17に接着接合し、このヘッドフレーム17とベース
基板13とは図示しない部分で接着剤などで相互に固定
している。なお、ヘッドフレーム17は2つの部品に分
けているが1つの部品で構成することもできる。
【0022】さらに、圧電素子12には駆動信号を与え
るために半田接合又はACF(異方導電性膜)接合若し
くはワイヤボンディングでFPCケーブル18を接続
し、このFPCケーブル18には各圧電素子12に選択
的に駆動波形を印加するための駆動回路(ドライバI
C)19を実装している。
【0023】ここで、流路形成基板1は、結晶面方位
(110)の単結晶シリコン基板を水酸化カリウム水溶
液(KOH)などのアルカリ性エッチング液を用いて異
方性エッチングすることで、各加圧液室6となる貫通
穴、インク供給路7となる溝部、共通液室8となる貫通
穴をそれぞれ形成している。この場合、各加圧液室6は
隔壁20によって区画している。
【0024】振動板部材2は、加圧液室6の壁面を形成
し変形を容易にするための薄層振動板部21と、この薄
層振動板部21の面外側に形成した圧電素子12と接合
して連結するための凸部22と、圧電素子12に対向す
る薄層振動板部21及び凸部22以外の部分であって、
凸部22より薄く且つ薄層振動板部21より厚い中間層
部23と、液室間の隔壁部20の一部に対応する厚肉部
24とを有している。
【0025】この振動板部材2は平坦面側を流路形成基
板1に接着剤接合し、周囲の厚肉部23をフレーム17
に接着剤接合している。なお、振動板部材2は、例えば
ニッケルの金属プレートから形成したものであるが、こ
の他、樹脂部材或いは樹脂部材と金属部材の積層部材な
どで形成することができる。
【0026】ここで、振動板部材2の少なくとも凸部2
2及び中間層部23は、ニッケル、ステンレス等の金
属、あるいはシリコン等、高剛性部材を用いて形成す
る。すなわち、凸部22は圧電素子12の駆動エネルギ
ーを薄層振動板部21に伝達しなければならず、この部
位の剛性の低下はエネルギーロスを発生させるため、剛
性体であることが必須である。また、中間層部23も振
動板部材2全体の剛性を保ち、かつ薄層振動板部21の
外郭を決定する機能を併せ持つため、高剛性とすること
が好ましい。
【0027】これに対し、薄層振動板部21は、振動を
隔壁部20に伝達しないためには柔らかい材料が好まし
いが、エネルギー効率の観点からは剛性が高い方が望ま
しく、双方のバランスを考えた材料選定が必要である。
振動板部材2を金属材料で形成する場合には厚さ1〜5
μm、樹脂系の材料で形成する場合には5〜20μm程
度が好ましい。
【0028】また、振動板部材2の中間層部23の厚み
は、薄層振動板部21の2倍以上とすることが好まし
い。この中間層部23は、薄層振動板部21の外周を決
定する構造部を形成しているため、この部位の剛性の低
下は振動領域のばらつきをもたらし、インク噴射特性の
ばらつきを生じる。したがって、中間層部23をあまり
薄く形成することは好ましくなく、薄層振動板部21の
少なくとも2倍以上とすることで剛性を確保する。一
方、中間層部23の厚みは、厚くなる方に関しては、駆
動素子(圧電素子12)と接触しなければよいので、凸
部22の高さから圧電素子12に塗布する接着層の厚み
と駆動変位量の和をひいた高さまで厚くすることが可能
である。
【0029】さらに、ここでは中間層部23を加圧液室
整列方向(図4の左右方向:液室並び方向)に形成して
いる。加圧液室整列方向は多数の加圧液室6が密集して
並んでいるため、もっとも高集積となるのに対して、圧
電素子12を用いる場合、この加圧液室間に対応して溝
加工を施す必要があり、この機械加工工程のために圧電
素子12の高集積化には限界がある。そこで、凸部22
以外の圧電素子12に対向する部分を凸部22より薄く
形成することにより、圧電素子12を最大限まで集積す
ることが可能になる。
【0030】また、図14において従来例として説明し
たように中間層部を用いずに薄層部のみで形成した場合
に比べて、隔壁部に十分な剛性を持たせる構造とするこ
とができ、かつ図14のように薄層振動板部の端部(振
動可能領域)が接合される液室部材によって決定される
ことがなくなるため、振動可能領域が接合時の位置ずれ
の影響を受けることがなく、安定したヘッド噴射特性を
得ることができる。
【0031】この振動板2の液室間隔壁20(加圧液室
6、6間の隔壁20)に対応する厚肉部24とベース基
板13との間には支持部材などを設けず空間としてい
る。この場合、上部の加圧液室6の剛性を保つとともに
圧電素子12の変形による振動板部材2の凸部22の変
位効率を確保するために、加圧液室6、すなわち、隔壁
20やノズル板3及び振動板6の剛性を高くし、また、
それぞれの接合部分の強度を十分に確保している。
【0032】ノズル板3は各加圧液室6に対応して直径
10〜30μmのノズル5を形成し、流路形成基板1に
接着剤接合している。このノズル板3としては、ステン
レス、ニッケルなどの金属、金属とポリイミド樹脂フィ
ルムなどの樹脂との組み合せ、、シリコン、及びそれら
の組み合わせからなるものを用いることができる。ま
た、ノズル面(吐出方向の表面:吐出面)には、インク
との撥水性を確保するため、メッキ被膜、あるいは撥水
剤コーティングなどの周知の方法で撥水膜を形成してい
る。このノズル板3の周囲とヘッドフレーム17との間
には封止剤26を充填している。この封止剤26は接着
の役割も兼ねている。
【0033】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12に対して選択的に20〜50
Vの駆動パルス電圧を印加することによって、パルス電
圧が印加された圧電素子12が積層方向(d33方向を
用いる場合)に変位して振動板2をノズル5方向に変形
させ、加圧液室6の容積/体積変化によって加圧液室6
内のインクが加圧され、ノズル5からインク滴が吐出
(噴射)される。
【0034】そして、インク滴の吐出に伴って加圧液室
6内の液圧力が低下し、このときのインク流れの慣性に
よって加圧液室6内には若干の負圧が発生する。この状
態の下において、圧電素子12への電圧の印加をオフ状
態にすることによって、振動板2が元の位置に戻って加
圧液室6が元の形状になるため、さらに負圧が発生す
る。このとき、インク供給口9から共通液室8、流体抵
抗部であるインク供給路7を経て加圧液室6内にインク
が充填される。そこで、ノズル5のインクメニスカス面
の振動が減衰して安定した後、次のインク滴吐出のため
に圧電素子12にパルス電圧を印加しインク滴を吐出さ
せる。
【0035】このインクジェットヘッドにおいては、振
動板部材2のうち、圧電素子12と対向する部位を薄く
して、中間層部23を形成しているので、振動板部材2
と圧電素子12との接触を防止するために、従来のよう
に、ギャップ規制材を混入した接着剤のパターニング
塗布の必要がなく、薄層部(薄層振動板部)を必要以
上に広げることなく、圧電素子に更なる微細加工を強
いることなく、凸部だけで接合することができる。これ
により、液室を圧電素子などの駆動手段よりも小さく形
成することができ、駆動手段の機械加工精度の限界まで
ヘッドを集積することが可能になって高速高画質記録が
可能になる。
【0036】次に、本発明の液滴吐出ヘッドの第2実施
形態に係るインクジェットヘッドについて図5を参照し
て説明する。なお、同図は同ヘッドの液室並び方向(液
室短手方向)に沿う断面説明図である。この実施形態
は、上記第1実施形態における圧電素子12、12間に
設けた凸部22と同じ高さ(厚み)の厚肉部24をなく
して、この部分も中間層部23としたものであり、この
ようにしても、第1実施形態と同様な作用効果を得るこ
とができる。
【0037】次に、本発明の液滴吐出ヘッドの第3実施
形態に係るインクジェットヘッドについて図6を参照し
て説明する。なお、同図は同ヘッドの液室並び方向と直
交する方向(液室長手方向)に沿う断面説明図である。
この実施形態は、中間層部23を加圧液室整列方向に垂
直な方向(液室長手方向の両端部側)に形成したもので
ある。なお、このヘッドでは、流路形成部材(液室部
材)1には加圧液室6とノズル5とを連通するノズル連
通路5aを形成している。また、圧電素子12は、圧電
層31と内部電極32とを交互に積層した積層型圧電素
子を用いて、この圧電素子12のd31方向の変位を利
用して加圧液室6内のインクを加圧する。
【0038】この方向には流体抵抗部7、共通液室8部
などが形成されることが多く、剛体の構造が求められ
る。この実施形態の構造とすることにより、この剛性を
保ちつつ、駆動素子12よりも小さな加圧液室6を形成
することができる。また、中間層部23を形成すること
により、相対的に薄層部の面積が減少し、ピンホールな
どによる歩留まりの低下も抑制できる。
【0039】次に、本発明の液滴吐出ヘッドの第4実施
形態に係るインクジェットヘッドについて図7を参照し
て説明する。なお、同図は同ヘッドの液室並び方向と直
交する方向(液室長手方向)に沿う断面説明図である。
この実施形態においても、第3実施形態と同様に、中間
層部23を加圧液室整列方向に垂直な方向(液室長手方
向の両端部側)に形成している。なお、このヘッドで
は、流路形成部材(液室部材)1には加圧液室6とノズ
ル5とを連通するノズル連通路5aを形成している。
【0040】そして、この実施形態では圧電素子の縦方
向振動を用いて加圧液室6内のインクを加圧するため、
圧電素子12は、圧電層31と内部電極32とを交互に
積層した積層型圧電素子を用いて、この圧電素子12の
d33方向の変位を利用して加圧液室6内のインクを加
圧する。
【0041】このように、駆動手段としての圧電素子の
縦方向振動により振動板を駆動する場合、同図に示すよ
うに、圧電素子12の両端部に不活性領域33が形成さ
れてしまう。圧電素子12のサイズが小さくなればなる
ほどこの不活性領域33の大きさは無視できなくなる。
この領域を全て振動板部材と接しないように薄層で形成
すると、従来の特開平9−300609号公報にあるよ
うに、共通液室に及ぶまで広範囲な領域を薄肉化しなけ
ればならず、ヘッド全体の剛性の低下と薄肉部のピンホ
ール等による歩留まりの低下が懸念される。これに対し
て、中間層部23を形成することにより、中間層部23
を不活性領域33に対応させることができ、振動板部材
2の全体の剛性を保ち、薄肉層の領域を抑えつつ、液室
体積を小さくすることが可能となる。
【0042】次に、振動板部材2の製造方法の第1例に
ついて図8を参照して説明する。先ず、同図(a)に示
すように、導電性基板(絶縁性基板に導電性薄膜を形成
したものを含む。)からなる電鋳支持基板41上に、振
動板部材2の薄膜振動板部(ダイヤフラム部)21を電
鋳で形成する。
【0043】そして、同図(b)に示すように、ダイヤ
フラム部21上にレジスト32を塗布し、フォトリソを
用いてレジスト32をパターニングし、同図(c)に示
すように中間層部23を形成するためのレジストパター
ン33を形成し、同図(d)に示すように中間層部23
を電鋳で形成する。
【0044】さらに、同図(e)に示すように、全面に
再度レジスト32を塗布し、フォトリソを用いてレジス
ト32をパターニングし、同図(f)に示すように凸部
22を形成するためのレジストパターン35を形成し、
同図(g)に示すように所定の中間層部23上に凸部2
2を電鋳で形成する。
【0045】その後、レジストを剥離し、電鋳支持基板
31から電鋳部材を剥離することにより、同図(h)に
示すように、薄層振動板部21、凸部22及び中間層部
23を有する振動板部材2を得る。
【0046】このように、電鋳とフォトリソ工程を繰り
返し行う多段電鋳にて振動板部材2を容易に形成するこ
とができる。なお、レジストとしては、液状の薄層レジ
スト、厚膜レジスト、ドライフィルムレジストなどを用
いることもできる。
【0047】レジストの厚膜化はフォトリソの解像度が
低下するため、高集積化には薄層レジストが好ましい
が、同図(h)に示すように、どうしてもせり出し部が
形成されてしまう。これを避けるためには厚膜レジスト
を用いる必要がある。
【0048】そこで、厚膜レジストを用いた他の製造方
法について図9を参照して説明する。先ず、同図(a)
に示すように、導電性基板(絶縁性基板に導電性薄膜を
形成したものを含む。)からなる電鋳支持基板41上
に、振動板部材2の薄膜振動板部(ダイヤフラム部)2
1を電鋳で形成する。
【0049】そして、同図(b)に示すように、ダイヤ
フラム部21上に厚膜レジスト42を塗布又は貼り付
け、フォトリソを用いてレジスト42をパターニング
し、同図(c)に示すように中間層部23を形成するた
めのレジストパターン43を形成し、同図(d)に示す
ように中間層部23を電鋳で形成する。
【0050】さらに、同図(e)に示すように、全面に
再度厚膜レジスト42を塗布又は貼り付け、フォトリソ
を用いてレジスト42をパターニングし、同図(f)に
示すように凸部22を形成するためのレジストパターン
45を形成し、同図(g)に示すように所定の中間層部
23上に凸部22を電鋳で形成する。
【0051】その後、レジストを剥離し、電鋳支持基板
31から電鋳部材を剥離することにより、同図(h)に
示すように、薄層振動板部21、凸部22及び中間層部
23を有する振動板部材2を得る。
【0052】このように厚膜レジストを用いることで、
凸部22及び中間層部23に張り出し部(せり出し部)
が生じない振動板部材2を得ることができる。なお、上
記薄膜レジストと厚膜レジストを併用することも可能で
ある。
【0053】次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドである
インクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装
置の一例について図10及び図11を参照して説明す
る。なお、図10は同記録装置の斜視説明図、図11は
同記録装置の機構部の側面説明図である。このインクジ
ェット記録装置は、記録装置本体51の内部に主走査方
向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載した本発
明に係るインクジェットヘッドからなる記録ヘッド、記
録ヘッドへインクを供給するインクカートリッジ等で構
成される印字機構部52等を収納し、装置本体51の下
方部には前方側から多数枚の用紙53を積載可能な給紙
カセット(或いは給紙トレイでもよい。)54を抜き差
し自在に装着することができ、また、用紙53を手差し
で給紙するための手差しトレイ55を開倒することがで
き、給紙カセット54或いは手差しトレイ55から給送
される用紙53を取り込み、印字機構部52によって所
要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ
56に排紙する。
【0054】印字機構部52は、図示しない左右の側板
に横架したガイド部材である主ガイドロッド61と従ガ
イドロッド62とでキャリッジ63を主走査方向(図1
1で紙面垂直方向)に摺動自在に保持し、このキャリッ
ジ63にはイエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ
(M)、ブラック(Bk)の各色のインク滴を吐出する
本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッ
ドからなるヘッド64を複数のインク吐出口を主走査方
向と交差する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に
向けて装着している。またキャリッジ63にはヘッド6
4に各色のインクを供給するための各インクカートリッ
ジ65を交換可能に装着している。
【0055】インクカートリッジ65は上方に大気と連
通する大気口、下方にはインクジェットヘッドへインク
を供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔
質体を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジェ
ットヘッドへ供給されるインクをわずかな負圧に維持し
ている。また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘッド
64を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズル
を有する1個のヘッドでもよい。
【0056】ここで、キャリッジ63は後方側(用紙搬
送方向下流側)を主ガイドロッド61に摺動自在に嵌装
し、前方側(用紙搬送方向上流側)を従ガイドロッド6
2に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ
63を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ6
7で回転駆動される駆動プーリ68と従動プーリ69と
の間にタイミングベルト70を張装し、このタイミング
ベルト70をキャリッジ63に固定しており、主走査モ
ーター67の正逆回転によりキャリッジ63が往復駆動
される。
【0057】一方、給紙カセット54にセットした用紙
53をヘッド64の下方側に搬送するために、給紙カセ
ット54から用紙53を分離給装する給紙ローラ71及
びフリクションパッド72と、用紙53を案内するガイ
ド部材73と、給紙された用紙53を反転させて搬送す
る搬送ローラ74と、この搬送ローラ74の周面に押し
付けられる搬送コロ75及び搬送ローラ74からの用紙
53の送り出し角度を規定する先端コロ76とを設けて
いる。搬送ローラ74は副走査モータ77によってギヤ
列を介して回転駆動される。
【0058】そして、キャリッジ63の主走査方向の移
動範囲に対応して搬送ローラ74から送り出された用紙
53を記録ヘッド64の下方側で案内する用紙ガイド部
材である印写受け部材79を設けている。この印写受け
部材79の用紙搬送方向下流側には、用紙53を排紙方
向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ81、拍車
82を設け、さらに用紙53を排紙トレイ56に送り出
す排紙ローラ83及び拍車84と、排紙経路を形成する
ガイド部材85,86とを配設している。
【0059】記録時には、キャリッジ63を移動させな
がら画像信号に応じて記録ヘッド64を駆動することに
より、停止している用紙53にインクを吐出して1行分
を記録し、用紙53を所定量搬送後次の行の記録を行
う。記録終了信号または、用紙53の後端が記録領域に
到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ
用紙53を排紙する。
【0060】また、キャリッジ63の移動方向右端側の
記録領域を外れた位置には、ヘッド64の吐出不良を回
復するための回復装置87を配置している。回復装置8
7はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有し
ている。キャリッジ63は印字待機中にはこの回復装置
87側に移動されてキャッピング手段でヘッド64をキ
ャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことにより
インク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中
などに記録と関係しないインクを吐出することにより、
全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性
能を維持する。
【0061】吐出不良が発生した場合等には、キャッピ
ング手段でヘッド64の吐出口を密封し、チューブを通
して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い
出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニン
グ手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸
引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜
(不図示)に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体
に吸収保持される。
【0062】なお、上記実施形態においては、本発明を
振動板変位方向とインク滴吐出方向が同じになるサイド
シュータ方式のインクジェットヘッドに適用したが、振
動板変位方向とインク滴吐出方向とが直交するエッジシ
ュータ方式のインクジェットヘッドにも同様に適用する
ことができる。
【0063】また、上記実施形態においては、液滴吐出
ヘッドとしてインクジェットヘッドに適用した例で説明
したが、インクジェットヘッド以外の液滴吐出ヘッドと
して、例えば、液体レジストを液滴として吐出する液滴
吐出ヘッド、DNAの試料を液滴として吐出する液滴吐
出ヘッドなどの他の液滴吐出ヘッドにも適用できる。
【0064】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る液滴
吐出ヘッドによれば、振動板部材における駆動手段に対
向する厚膜領域を凸部よりも薄い中間層部として形成す
ることにより、液室構成を駆動手段よりも小さく形成す
ることが可能となり、駆動手段の機械加工精度の限界ま
でヘッドを集積することができ、高速高画質記録が可能
になる。
【0065】ここで、中間層部の厚みを薄層振動板部の
厚みの2倍以上とすることにより、振動部外周部に十分
な剛性を与えることができ、噴射特性のばらつきを抑制
することができる。また、加圧液室整列方向に中間層部
を設けることによりチャンネル間の集積度を駆動手段の
加工精度限界まで上げることが可能となる。
【0066】さらに、加圧液室整列方向と直交する方向
に中間層部を設けることにより、ピンホール等で歩留ま
りを低下させる薄膜領域を減らし、かつ剛性を上げるこ
とができ、これにより生産性を向上でき、また、ヘッド
の噴射効率を高めることができる。
【0067】また、駆動手段の縦方向振動を用いて加圧
する場合、駆動手段となる圧電素子の不活性領域に対向
する振動板側に中間層部を形成することによって、振動
板薄層部を最小限に抑え、生産性を向上でき、また、噴
射効率も向上する。
【0068】さらに、少なくとも凸部と中間層部を高剛
性部材で形成することによりヘッドの剛性を上げること
ができ、駆動手段の駆動エネルギーの伝達効率が向上
し、噴射効率が向上する。また、振動板部材を多段電鋳
を用いて形成することにより、容易に高剛性な振動板部
材を精度良く形成することができる。
【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
ッドの分解斜視説明図
【図2】同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図
【図3】図2の要部拡大説明図
【図4】同ヘッドの液室短手方向に沿う断面説明図
【図5】本発明の第2実施形態に係るインクジェットヘ
ッドの液室短手方向に沿う断面説明図
【図6】本発明の第3実施形態に係るインクジェットヘ
ッドの液室長手方向に沿う断面説明図
【図7】本発明の第4実施形態に係るインクジェットヘ
ッドの液室短手方向に沿う断面説明図
【図8】振動板部材の製造方法の一例を説明する説明図
【図9】振動板部材の製造方法の他の例を説明する説明
【図10】本発明に係るインクジェットを搭載したイン
クジェット記録装置の一例を示す斜視説明図
【図11】同記録装置の機構部の側面説明図
【図12】従来のインクジェットヘッドの一例を説明す
る液室短手方向に沿う断面説明図
【図13】同ヘッドの不具合の説明に供する液室短手方
向に沿う断面説明図
【図14】従来のインクジェットヘッドの他の例を説明
する液室短手方向に沿う断面説明図
【符号の説明】
1…流路形成基板、2…振動板、3…ノズル板、5…ノ
ズル、6…加圧液室、7…インク供給路、8…共通液
室、9…インク供給口、12…圧電素子、13…ベース
基板、17…ヘッドフレーム、20…隔壁、21…薄肉
部、22…凸部、23…中間層部。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 液滴を吐出するノズルと、このノズルが
    連通する液室と、この液室の少なくとも一部の壁面を形
    成する薄層振動板部を含む振動板部材と、この振動板に
    当接されて前記液室内の液体を加圧する圧力を発生する
    ための駆動手段とを備えた液滴吐出ヘッドにおいて、前
    記振動板部材の薄層振動板部には前記駆動手段と連結す
    る凸部が形成され、この振動板部材の前記駆動手段と対
    向する部位のうち、前記凸部及び薄層振動板部を除く部
    分の厚みが、前記凸部より薄く、かつ、前記薄層振動板
    部よりも厚い中間層部として形成されていることを特徴
    とする液滴吐出ヘッド。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の液滴吐出ヘッドにおい
    て、前記中間層部の厚みが薄層振動板部の厚みの2倍以
    上であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2に記載の液滴吐出ヘッド
    において、前記中間層部は前記振動板部材の液室整列方
    向に形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
  4. 【請求項4】 請求項1又は2に記載の液滴吐出ヘッド
    において、前記中間層部は前記振動板部材の液室整列方
    向と直交する方向に形成されていることを特徴とする液
    滴吐出ヘッド。
  5. 【請求項5】 請求項1又は2に記載の液滴吐出ヘッド
    において、前記駆動手段が厚電素子の縦方向振動により
    前記薄層振動板部を変形させることを特徴とする液滴吐
    出ヘッド。
  6. 【請求項6】 請求項1乃至5のいずれかに記載の液滴
    吐出ヘッドにおいて、前記振動板部材のうち少なくとも
    凸部及び中間層部が高剛性部材であることを特徴とする
    液滴吐出ヘッド。
  7. 【請求項7】 請求項1乃至6のいずれかに記載の液滴
    吐出ヘッドにおいて、前記振動板部材が多段電鋳により
    形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008068489A (ja) * 2006-09-13 2008-03-27 Ricoh Co Ltd 液体吐出ヘッド、画像形成装置、液体吐出ヘッドの製造方法
JP2010201718A (ja) * 2009-03-02 2010-09-16 Ricoh Co Ltd 液体吐出ヘッド及び画像形成装置
JP2012139991A (ja) * 2010-12-17 2012-07-26 Ricoh Co Ltd インクジェットヘッド及びインクジェット記録装置

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