JP2004082716A

JP2004082716A - 液体噴射ヘッド

Info

Publication number: JP2004082716A
Application number: JP2003183949A
Authority: JP
Inventors: Fujio Akaha; 赤羽　富士男
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2002-07-05
Filing date: 2003-06-27
Publication date: 2004-03-18
Anticipated expiration: 2023-06-27
Also published as: US7156504B2; JP3687662B2; US20050116992A1

Abstract

【課題】キャビティユニットとケースとの間の接着信頼性を確保できる液体噴射ヘッドを提供する。
【解決手段】キャビティユニット５を金属で作製し、ケース４を、キャビティユニット接合面側に金属製の補強部材２０を配置した状態で一体成型して、補強部材２０の少なくとも一部をケース４内に没入させた構成とし、キャビティユニット５を、ケース４のキャビティユニット接合面に接合し、圧電素子群２の自由端部をキャビティユニット５に当接させた状態でアクチュエータユニット３をケース４の収納空部１２内に収納する。
【選択図】　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体噴射装置の液体噴射ヘッド、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられるインクジェット式記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレー、ＦＥＤ（面発光ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材噴射ヘッド、バイオチップ（生物化学素子）の製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等の液体を吐出する液体噴射ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の液体噴射ヘッドとしては、圧電素子群を金属製の固定板の表面に接合したアクチュエータユニットと、このアクチュエータユニットを収納するケースと、圧力発生室やノズル開口が設けられ、このケースの先端部に接合されるキャビティユニットとを備えたものがある。
【０００３】
上記のケースは、大量生産や形状加工が容易なことからエポキシ樹脂等の合成樹脂によって形成されており、このケース内にはアクチュエータユニットを収納し固定するための収納空部が設けられている。この収納空部は、アクチュエータユニット毎に設けられているため、複数のアクチュエータユニットを備えた記録ヘッドでは、隣り合う収納空部同士の間に、ケースと一体に成型された隔壁部が設けられている。そして、アクチュエータユニットは、ノズル開口の配列ピッチに一致させて切り分けられた圧電素子群がそれぞれに対応する圧力発生室、詳しくは、圧力発生室を封止する振動板に位置付けられた上で、ケースの隔壁部に接着されることで収納空部内に固定される。
【０００４】
キャビティユニットは、複数のノズルが開設されたノズルプレートと、各ノズルに対応した圧力発生室を形成する圧力発生室形成板と、この圧力発生室形成板を封止するとともに圧電素子の自由端部が接合される振動板とを貼り合わせて形成される。このキャビティユニットのノズルプレートと圧力発生室形成板は、液滴の吐出特性を一定に保つために高い剛性を要するのでシリコン又はステンレス鋼等の金属により形成される。一方、振動板は、金属製の支持板上に樹脂製の弾性フィルム又は金属箔をラミネート加工した二重構造の複合材である。
【０００５】
ケースの材料である合成樹脂とキャビティユニットの材料である金属とでは、両材料の線膨張率の差が大きいため、温度変化による相対的な伸縮差が大きくなる。そのため、例えば２μｍ程度のケースの膨張又は収縮によっても、ケースとキャビティユニットとの間、特に接着領域の端部や、圧力発生室の両端で剥離が生じ易い。
【０００６】
また、液体噴射ヘッドが高湿度環境下や乾燥環境下に置かれた場合、上記のような合成樹脂製のケースは、吸放湿によって変形し、この変形に起因して上述のケースとキャビティユニットとの間の接合部分に剥離が生じる可能性もある。また、ケースが変形してしまうと、このケースに固定されているアクチュエータユニット、つまり圧電素子が傾いてしまう虞がある。圧電素子が傾いた場合、圧電素子及びキャビティユニット間の接着界面に応力が加わり、この部分が剥離し易くなると共に、この状態で圧電素子を駆動すると、クロストークの発生等、液滴の吐出にも悪影響を及ぼす可能性がある。
【０００７】
このため、このケースを金属製にするという試みもあるが、樹脂製の材料に比べて複雑な形状の加工が難しく、生産効率の向上が図り難いという問題点があった。
そこで、ケース（フレーム）とキャビティユニット（インク室構成部材）との間に金属製又は熱硬化性樹脂製の部材（緩衝部材）を介在させ、線膨張係数の差異に起因してケースとキャビティユニットとの間に生じる応力を低減させたものが提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平９−９９５５７号公報（第４頁、第１図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、単にケースとキャビティユニットとの間に緩衝部材を設けただけでは、ケースの変形（膨張又は収縮）を確実に防止することができず、このケースの変形に起因する不具合を完全に抑制することができない問題があった。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、温度変化又は湿度変化による不具合を防止して接着信頼性を確保することができる液体噴射ヘッドを提供することである。また、本発明の他の目的は、液滴の吐出の安定化を図ることができる液体噴射ヘッドを提供することである。本発明のさらに他の目的は、アクチュエータユニットの位置決めを精度良く行うことができる液体噴射ヘッドを提供することである。
【００１１】
【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あり、共通液体室から圧力発生室を通ってノズル開口に至る一連の液体流路を備えるキャビティユニットと、
圧電素子群及びこの圧電素子群を支持する固定板を有するアクチュエータユニットと、
該アクチュエータユニットが収納される収納空部を有する樹脂製のケースと、を備えた液体噴射ヘッドにおいて、
前記キャビティユニットを金属で作製し、
前記ケースを、キャビティユニット接合面側に金属製の補強部材を配置した状態で一体成型して、補強部材の少なくとも一部をケース内に没入させた構成とし、
前記キャビティユニットを、前記ケースのキャビティユニット接合面に接合し、
前記圧電素子群の自由端部を前記キャビティユニットに当接させた状態で前記アクチュエータユニットを前記ケースの収納空部内に収納したことを特徴とする。
【００１２】
この構成において、前記補強部材は、前記ケースの収納空部を囲む貫通空部を少なくとも有する板状部材であることが好ましい。
なお、キャビティユニット接合面側とは、補強部材の一部又は全体がケース内部に埋没した状態で、補強部材が、キャビティユニットとケース間の接合に対する補強効果を発揮することができる範囲を示す。具体的には、例えば、キャビティユニット接合面から１ｍｍ程度内部までの範囲が好適である。
【００１３】
上記構成によれば、金属製の補強部材を、少なくとも一部がケース内に没入した状態でケースとキャビティユニット間に配設したので、ケースの変形、特に、キャビティユニット接合面近傍の変形を抑制すること、即ち、キャビティユニット接合面近傍の線膨張係数をキャビティユニットの線膨張係数に揃えることができる。これにより、ケースとキャビティユニットとの接着信頼性を確保することが可能となると共に、ケースと補強部材との間の位置ずれや剥がれ等も防止することができる。
【００１４】
また、本発明は、共通液体室から圧力発生室を通ってノズル開口に至る一連の液体流路を備えるキャビティユニットと、
圧電素子群及びこの圧電素子群が支持される固定板を有するアクチュエータユニットと、
該アクチュエータユニットが収納される収納空部を有する樹脂製のケースと、を備えた液体噴射ヘッドにおいて、
前記キャビティユニット及び前記固定板を金属で作製し、
前記キャビティユニットと前記ケースとの間に金属製の補強部材を配設し、
該補強部材は、前記ケースの収納空部と連通して前記アクチュエータユニットを収納可能な貫通空部を有し、
該貫通空部を、少なくとも、前記固定板が収納される第１貫通空部と、前記圧電素子群が収納される第２貫通空部とにより構成し、
前記第１貫通空部の開口部の短尺方向の内寸法を、前記固定板の板厚方向の両端を挟持可能な長さに設定し、
前記第２貫通空部の開口部の長尺方向の内寸法を、前記圧電素子群の圧電素子配設方向の両端を挟持可能な長さに設定し、
前記アクチュエータユニットの前記貫通空部への収納時において、前記第１貫通空部の開口部により前記固定板の板厚方向の位置を規制し、前記第２貫通空部の開口部により前記圧電素子群の圧電素子列設方向の位置を規制し、前記圧電素子群の自由端部を前記キャビティユニットに当接させた状態で前記補強部材に前記固定板を接合したことを特徴とする。
【００１５】
この構成において、前記補強部材を、複数の板部材を積層して構成し、これら複数の板部材のうち、前記固定板が収納される板部材に前記第１貫通空部を形成し、前記圧電素子群の自由端部が収納される板部材に前記第２貫通空部を形成する構成を採ることができる。また、前記補強部材を、鍛造と打ち抜きにより一体に形成するのが望ましい。
【００１６】
上記構成によれば、補強部材、固定板、及びキャビティユニットを金属材料で構成しているので、これらの線膨張率を揃えることができる。したがって、温度変化又は湿度変化に伴う各部材間の相対的な伸縮差を抑えることができ、接着後における各部材間での位置ずれや剥離を防止することができる。
また、アクチュエータユニットの固定板を金属製の補強部材に接合するので、ケースの変形による影響、即ち、アクチュエータユニットが傾いてクロストークが発生する等の不具合を防止することができると共に、圧電素子の伸縮時の反力を補強部材で十分に受け止めることができ、圧電素子の駆動を正常に行わせることができる。したがって、液滴の吐出を安定して行うことができる。
さらに、補強部材の貫通空部の寸法を、アクチュエータユニットの位置を規制可能に設定したので、アクチュエータユニットを高い位置精度で容易に位置決めすることができ、生産性の向上を図ることが可能となる。
【００１７】
上記構成において、前記補強部材の厚さを圧電素子の長手方向の長さに揃える構成を採った場合には、アクチュエータユニットを支持するための支持（接着）領域を必要充分に確保することができ、これにより、駆動時における圧電素子からの反力を補強部材で充分に受け止めることができ、液滴の吐出特性をより安定化することが可能となる。
【００１８】
また、上記構成において、前記ケースを、前記補強部材の全体をケース内に埋設した状態で一体成型する構成を採ることもできる。この際、前記補強部材に、一体成型時に前記ケースの樹脂材料が流入可能な貫通孔を開設することにより、補強部材とケースの結合をより強めることができる。
なお、本明細書において、「全体を埋設させた状態」とは、補強部材の殆どがケース内に没入した状態であればよく、ごく一部がケースから露出した状態も含まれる。
【００１９】
上記構成において、前記ケースを、前記補強部材の一方の面をキャビティユニット接合面としてケースの外側に露出させた状態で一体成型する構成を採ることもできる。また、上記各構成において、前記補強部材に、キャビティユニット接合面とは反対方向に突出したアンカー部を設け、一体成型時に前記アンカー部が前記ケース内に没入するように構成することもできる。これにより、補強部材をケースから離脱しにくくすることができる。
【００２０】
そして、上記各構成において、前記補強部材を、ステンレス綱、ニッケル、アルミニウム、又は表面をアルマイト処理若しくはニッケルメッキ処理したアルミニウムの何れかの金属材料により作製するのが好ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は液体噴射ヘッドの一種であるインクジェット式記録ヘッド（以下、記録ヘッドと略す）の外観を示す分解斜視図、図２は、キャビティユニットとケースの一部の内部構造を示す要部断面図である。
【００２２】
記録ヘッド１は、圧電素子群２を有するアクチュエータユニット３と、このアクチュエータユニット３を収納し支持するケース４と、ケース４の一方の面に接合されるキャビティユニット５と、キャビティユニット５とは反対側のケース４の他方の面に配置される接続基板６と、接続基板６を介してケース４に取り付けられる供給針ユニット７等から概略構成されている。
【００２３】
上記のアクチュエータユニット３は、圧電素子群２と、この圧電素子群２が接合される固定板８と、圧電素子群２に駆動信号を供給するためのフレキシブルケーブル９とにより構成される。
【００２４】
圧電素子群２は、列状に形成された複数の圧電素子１０を備える。これらの各圧電素子１０は、列の両端に位置する一対のダミー素子１０ａ，１０ａと、これらのダミー素子１０ａ，１０ａの間に配置された複数の駆動素子１０ｂとから構成されている。そして、各駆動素子１０ｂは、例えば、５０μｍ〜１００μｍ程度の極めて細い幅の櫛歯状に切り分けられ、１８０本設けられる。また、ダミー素子１０ａは、駆動素子１０ｂよりも十分広い幅であり、駆動素子１０ｂを衝撃等から保護する保護機能と、アクチュエータユニット３を所定位置に位置付けるためのガイド機能とを有する。
【００２５】
圧電素子群２は、固定端部を固定板８上に接合することにより、自由端部を固定板８の先端面よりも外側に突出させている。即ち、圧電素子群２は、所謂片持ち梁の状態で固定板８上に支持されている。そして、圧電素子群２の自由端部は、圧電体と内部電極とを交互に積層して構成されており、対向する電極間に電位差を与えることで素子長手方向に伸縮するようになっている。
【００２６】
フレキシブルケーブル９は、固定板８とは反対側となる固定端部の側面で圧電素子群２と電気的に接続されている。そして、このフレキシブルケーブル９の表面には、各圧電素子１０の駆動等を制御するための制御用ＩＣ（図示せず）が実装されている。また、圧電素子群２を支持する固定板８は、圧電素子群２からの反力を受け止め得る剛性を備えた金属製の板状部材であり、本実施形態においては、ステンレス鋼を用いている。
【００２７】
接続基板６は、記録ヘッド１に供給する各種信号用の電気配線が形成されると共に、信号ケーブルを接続可能なコネクタ１１が取り付けられた配線基板である。そして、この接続基板６は、フレキシブルケーブル９の電気配線が半田付け等によって接続される。また、コネクタ１１には、制御装置（図示せず）からの信号ケーブルの先端が挿入される。
【００２８】
上記のケース４は、例えば、形状の加工が容易なエポキシ系樹脂等の合成樹脂で成型されたブロック状部材である。そして、このケース４の内部には、アクチュエータユニット３が収納される収納空部１２と、インク（本発明における液体の一種）の流路の一部を構成するインク供給路１３（液体供給路）とが形成されている。
【００２９】
ケース４のキャビティユニット接合面側には、共通インク室（共通液体室）となる先端凹部１４が形成されている。また、本実施形態におけるケース４は、キャビティユニット接合面近傍に金属製の補強部材２０を配設した状態で一体成型（インサート成型）して構成されている。この補強部材２０の詳細については、図４等を用いて後述する。
【００３０】
インク供給路１３は、ケース４の高さ方向を貫通するように形成され、一端は、共通インク室４４となる先端凹部１４に連通するようになっている。また、インク供給路１３における上面側の端部は、ケース４の上面から突設した接続口１３´内に形成されている。なお、高さ方向とは、ノズルプレートを基準（最下部）とした、ヘッド構成部材の積層方向を示す。
【００３１】
上記の供給針ユニット７は、インクカートリッジ（図示せず）が接続される部分であり、針ホルダ２１と、インク供給針２２と、フィルタ２３とから概略構成される。
【００３２】
インク供給針２２は、インクカートリッジ内に挿入される部分であり、インクカートリッジ内に貯留されたインクを導入する。このインク供給針２２の先端部は円錐状に尖っており、インクカートリッジ内に挿入し易くなっている。また、この先端部には、インク供給針２２の内外を連通するインク導入孔が複数穿設されている。そして、本実施形態の記録ヘッド１は４種類のインクを吐出可能であるため、このインク供給針２２を４本備えている。
【００３３】
針ホルダ２１は、インク供給針２２を取り付けるための部材であり、その表面にはインク供給針２２の根本部分を止着するための台座２４を形成している。この台座２４の底面には、針ホルダ２１の板厚方向を貫通するインク排出口２５を形成している。また、この針ホルダ２１は、フランジ部を側方に延出している。
【００３４】
フィルタ２３は、埃や成型時のバリ等のインク内の異物の通過を阻止する部材であり、例えば、目の細かな金属網によって構成される。このフィルタ２３は、台座２４内に形成されたフィルタ保持溝に接着されている。
【００３５】
そして、この供給針ユニット７は、ケース４の上面に配設される。この配設状態において、供給針ユニット７のインク排出口２５と、ケース４のインク供給路１３とは、パッキン２６を介して液密状態で連通する。
【００３６】
次に、上記のキャビティユニット５について説明する。このキャビティユニット５は、圧力発生室形成板３０の一方の面にノズルプレート３１を、他方の面に振動板３２をそれぞれ配置して積層し、接着して一体化することで構成される。なお、本発明におけるキャビティユニット５は金属で作製するが、後述するように、その一部に樹脂フィルムを含ませてもよい。要はキャビティユニット全体の線膨張率が金属の線膨張率と同等であればよい。
【００３７】
ノズルプレート３１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３３を列状に開設したステンレス鋼製のプレートである。本実施形態では、例えば、１８０ｄｐｉのピッチで１８０個のノズル開口３３により１つのノズル列を構成し、４種類のインクに対応して計４列のノズル列を横並び（ヘッド主走査方向）に開設している。
【００３８】
圧力発生室形成板３０は、ノズルプレート３１の各ノズル開口３３にそれぞれ対応する凹室３４をノズル開口３３の列設方向（ヘッド副走査方向）に列設し、各凹室３４の一端にノズル開口３３に連通する連通口３５を形成した板状部材である。凹室３４は、振動板３２により封止されて圧力発生室３６を区画形成する部分である。また圧力発生室形成板３０には、共通インク室４４におけるコンプライアンス部４２の作動用空間となる逃げ凹部３７が形成されている。この圧力発生室形成板３０は、ステンレス鋼やニッケル等の金属やシリコン等の基板が好適に用いられるが、本実施形態では、ステンレスの基板をプレス加工することで作製している。
【００３９】
振動板３２は、図３（ａ）に示すように、支持板３８と弾性体膜３９とからなる２層構造の板材である。本実施形態では、支持板３８としてステンレス板を用い、弾性体膜３９としてステンレスフィルム（金属箔の一種）を用いている。なお、弾性体膜３９としては、上記のステンレスフィルム以外のもの、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の樹脂フィルムを用いることも可能である。即ち、この場合、振動板３２は金属板と樹脂フィルムの２層構造となる。
【００４０】
振動板３２には、ダイヤフラム部４０と、インク供給口４１と、コンプライアンス部４２とが形成されている。図３（ｂ）に示すように、ダイヤフラム部４０は、圧力発生室形成板３０の凹室３４の開口面を封止する封止領域に対し、各凹室３４に対応させて圧電素子列設方向に列設されている。このダイヤフラム部４０は、凹室３４に対応する部分を環状に薄くして弾性体膜３９のみとすることで作製され、この環内には島部４３を形成している。この島部４３は、圧電素子１０の先端面が接合される部分である。
【００４１】
インク供給口４１は、圧力発生室３６と共通インク室４４とを連通するための孔であり、振動板３２の板厚方向を貫通している。このインク供給口４１も、ダイヤフラム部４０と同様に、各凹室３４に列設されている。
【００４２】
コンプライアンス部４２は、共通インク室４４の一部を区画する部分である。即ち、コンプライアンス部４２と、ケース４の先端凹部１４とで共通インク室４４を区画形成する。このコンプライアンス部４２もまた、弾性体膜３９によって構成される。
【００４３】
この振動板３２では、圧電素子１０を駆動して素子長手方向に伸長させると、島部４３が凹室３４側に押圧され、島部４３周辺の弾性体膜３９が変形して圧力発生室３６が収縮する。また、圧電素子１０を素子長手方向に収縮させると、弾性体膜３９の弾性により圧力発生室３６が膨張する。
そして圧力発生室３６の膨張や収縮を制御すると、圧力発生室３６内のインク圧力が変動するので、ノズル開口３３からインク滴（液滴）が吐出される。
【００４４】
次に、ケース４の補強部材２０について説明する。図４（ａ）は、補強部材２０の外観を示す図である。この補強部材２０は、厚さが約１ｍｍの金属製の板状部材であり、本実施形態においては、ステンレス鋼の板材を用いて作製している。また、その平面形状は、ケース４のキャビティユニット接合面の形状よりも若干小さめに形成されている。
【００４５】
補強部材２０には、ケース４の収納空部１２の周囲を囲繞可能に形成されている収納開口部５１（本発明の貫通空部の一種に相当）と、インク供給路１３を囲繞可能に形成されている供給路開口部５２を有する。つまり、収納開口部５１は、収納空部１２の開口よりも一回り大きく形成されており、供給路開口部５２は、インク供給路１３の開口よりも一回り大きく形成されている。本実施形態においては、４種類のインクに対応させて、アクチュエータユニット３（収納空部１２）及びインク供給路１３をそれぞれ４つ設けている。このため、収納開口部５１と供給路開口部５２もそれぞれ４つずつ形成されている。
また、本実施形態においては、補強部材２０のヘッド主走査方向両端に、ケース４との一体成型時に所定位置に位置付けるための突出部５３，５３が設けられている。
【００４６】
上記補強部材２０には、複数の貫通孔５４を開設している。インサート成型時において、これらの貫通孔５４にケースの樹脂材料が入り込むので、補強部材２０とケース４との結合を強めることができる。そして、これにより、温度変化又は湿度変化に起因するケース４の変形（膨張又は収縮）をより確実に抑制することができる。なお、本実施形態においては、これらの開口部５１，５２、及び貫通孔５４は、打ち抜き加工によって開設している。
【００４７】
補強部材２０は、図４（ｂ）に示すように、キャビティユニット接合面の近傍に配置された状態で、ケース４と一体成型される。本実施形態においては、補強部材２０を、キャビティユニット接合面から０．２ｍｍ〜１ｍｍ程度ケース４の内部にキャビティユニット接合面と平行に配置している。つまり、補強部材２０は、突出部５３を除くほぼ全体がケース４に没入した（埋設された）状態でケース４と一体成型されている。これにより、ケース４と補強部材２０とを確実に結合した状態で一体成型することができる。なお、補強部材２０は、キャビティユニット接合面から離れるほど、キャビティユニット５とケース４間の接合に対する補強効果が減殺されてしまうので、キャビティユニット接合面により近い位置に配設するのが好ましい。
【００４８】
本実施形態において、ケース４とキャビティユニット５は、例えば、フィルム転写等の接着方法により接着される。このフィルム転写は、まず、定盤上に接着剤を１０μｍ程度の厚さに延ばし、そこにフィルムを気泡が入り込まぬように載置して接着剤をフィルムに転写させる。転写されたフィルムを接着面に貼った後にこれを剥がすと、接着剤がフィルムから剥離して５μｍ程度の厚さで接着面に転写される。そして、加熱することで接着剤を硬化させる。これにより、薄く均一な接着層で接合できるので、精度良く各部材を組み付けることができる。
【００４９】
そして、ケース４とキャビティユニット５の接合後、圧電素子群２の自由端部をキャビティユニット５（詳しくは、島部４３）に当接させた状態でケース４の収納空部１２内にアクチュエータユニット３が収納され、固定板８と収納空部１２内の内壁面とが接合される。この際、固定板８と収納空部１２内の内壁面とは、例えば、毛細管現象を利用して固定板８と内壁面との間に接着剤を流し込むことにより接着される。
【００５０】
以上のように、上記ケース４を、キャビティユニット接合面近傍に、金属材料で作製された補強部材２０をケース４内に没入状態で配設したので、換言すれば、キャビティユニット接合面近傍の線膨張係数をキャビティユニット５の線膨張係数に揃えたので、温度変化又は湿度変化時にケース４とキャビティユニット５との間に生じる相対的な伸縮差を可及的に抑えることができる。これにより、ケース４とキャビティユニット５との接着信頼性を確保することが可能となる。また、ケース４に補強部材２０を単に接着した場合と比較して、ケース４と補強部材２０との間の位置ずれや剥がれ等をより確実に防止することができる。
【００５１】
さらに、この補強部材２０は、プレス加工による作成が可能であり、短時間で大量に作製することができる。このため、ケース自体を金属製にする場合と比較して生産効率が良く、コストも抑えることができる。そして、補強部材２０は、その大きさや厚さを適宜選択できるため、記録ヘッドの大型化にも容易に対応することができる。
【００５２】
次に、上記第１実施形態の変形例について説明する。
【００５３】
図５は、本変形例における、ケース４とキャビティユニット５の要部断面図であり、図２と同じ部分には同一の符号を付し、その説明は省略する。この変形例は、補強部材２０の一方の面が、ケース４の外側に露出していることに特徴を有する。即ち、この補強部材２０の露出面がキャビティユニット接合面として機能し、この面にキャビティユニット５（詳しくは、支持板３８）が直接接合されるように構成されている。
【００５４】
図６（ａ）は、本変形例の補強部材２０の外観を示す図である。この補強部材２０は、前記の例と同様にステンレス鋼製の板状部材である。この補強部材２０には、ケース４の収納空部１２の周囲を囲繞するように形成されている収納開口部５１と、共通インク室４４の一部となるインク室開口部５７とが形成されている。即ち、インク室開口部５７は、ケース４の底面と振動板３２のコンプライアンス部４２とによって上下の開口が塞がれて共通インク室４４を区画形成するように構成されている。
【００５５】
また、補強部材２０には、露出面（キャビティユニット接合面）とは反対方向に突出した複数のアンカー部６０が設けられている。このアンカー部６０は、補強部材２０の一部を鋸刃状の爪片に形成し、露出面とは反対方向に約９０度屈曲することにより構成されている。本変形例においては、補強部材２０のヘッドの主走査方向において、一端側（図において、右手前側）に１つ、他端側（同じく左奥側）に２つ、合計３つのアンカー部６０が形成されている。また、補強部材２０の副走査方向の両縁には、それぞれ４つずつ、合計８つのアンカー部６０が形成されている。即ち、本変形例の補強部材２０には、全部で１１個のアンカー部６０が形成されている。
【００５６】
そして、この補強部材２０は、図６（ｂ）に示すように、一方の面がキャビティユニット接合面としてケース４の外側に露出した状態で、ケース４と一体成型される。この露出した補強部材２０にキャビティユニット５が直接接合されるため、両者の線膨張係数が揃い、ケース４とキャビティユニット５との接着信頼性をより確実にすることができる。
また、各アンカー部６０と補強部材２０の板厚方向の一部が、樹脂（ケース４）内に没入した状態で一体成型されるため、補強部材２０とケース４との結合を強めることが可能となる。
なお、アンカー部６０に関し、例示した態様には限らず、形状や形成数を適宜変更することができる。
【００５７】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図７は、本実施形態における記録ヘッド１の外観を示す分解斜視図、図８は、同じく記録ヘッド１の内部構造を示す要部断面図であり、上記第１実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、その説明は省略する。本実施形態における記録ヘッド１は、ケース４とキャビティユニット５との間に本発明の補強部材の一種であるホルダ６９を配設している。このホルダ６９は、金属製のブロック状部材であり、固定板８やキャビティユニット５の各部材と同じ金属材料であるステンレス鋼を用いて、鍛造と打ち抜きにより作製されている。本実施形態においては、このホルダ６９にアクチュエータユニット３が支持・固定されるように構成されている。そして、このホルダ６９の厚さを３．５ｍｍとし、圧電素子１０の長手方向の長さに揃えてある。即ち、ホルダ６９の厚さと圧電素子１０の長手方向の長さとを略等しく設定してある。ホルダ６９をこのような厚さにしたのは、アクチュエータユニット３を支持するための支持（接着）領域を十分に確保するためである。これにより、駆動時における圧電素子１０からの反力をホルダ６９で充分に受け止めることができ、インク滴の吐出特性の安定化が可能となる。
【００５８】
ホルダ６９には、アクチュエータユニット３を収納するアクチュエータ収納空部７０（本発明の貫通空部の一種に相当）を開設してある。このアクチュエータ収納空部７０は、ホルダ６９のケース接合面側に形成された上部収納空部７１と、同じくキャビティユニット接合面側に形成され、上部収納空部７１と連通する下部収納空部７２とにより構成されている。
上部収納空部７１は、塑性加工によりホルダ６９のケース接合面から高さ方向（記録ヘッド構成部材積層方向）の途中まで形成されている。そして、この上部収納空部７１の底面からキャビティユニット接合面までを打ち抜いて、下部収納空部７２が形成される。従って、これらの収納空部７１，７２はホルダ６９の高さ方向を貫通して形成されている。
【００５９】
また、ホルダ６９には、ケース４のインク供給路１３と連通してインクの流路の一部を構成するインク供給路７３と、共通インク室４４の一部を区画する先端凹部７４とが形成されている。この先端凹部７４は、ホルダ６９の底面を、塑性加工によって部分的に窪ませることにより作製される。
【００６０】
図９（ａ）は、ホルダ６９の上部収納空部７１の開口部、図９（ｂ）は、下部収納空部７２の開口部を示す平面図である。同図においては、説明の便宜上、ヘッド副走査方向をＸ方向、ヘッド主走査方向をＹ方向、ヘッド構成部材積層方向をＺ方向とする。上部収納空部７１は、寸法の異なる二つの上部収納空部７１Ａ，７１ＢをＹ方向に並設して構成されており、その開口形状は凸状（図においては、上下逆凸状）に形成されている。上部収納空部７１Ａは、固定板８を収納して支持するための空部であり、開口形状はＸ方向に長尺な矩形状である。そして、この上部収納空部７１Ａは、本発明の第１貫通空部として機能する。上部収納空部７１Ｂは、圧電素子群２が挿通される空部であり、開口形状は上部収納空部７１Ａよりも小さい矩形状である。また、下部収納空部７２の開口形状は、圧電素子群２の自由端部を収納可能な形状とされている。この下部収納空部７２は、本発明の第２貫通空部として機能するものである。
【００６１】
上部収納空部７１ＡのＸ方向（ヘッド副走査方向）の寸法Ｌ１は、収納状態における固定板８のＸ方向の寸法よりも若干長く設定され、Ｙ方向（ヘッド主走査方向）の寸法Ｌ２は、収納状態における固定板８のＹ方向の両端をガタなく挟持可能な長さ、即ち、固定板８の板厚の寸法と略等しい長さに設定されている。また、上部収納空部７１ＢのＸ方向の寸法Ｌ３は、下部収納空部７２の寸法Ｌ５よりも多少長く設定されており、Ｙ方向の寸法Ｌ４は、収納状態における圧電素子群２のＹ方向の寸法よりも若干長く設定されている。
【００６２】
下部収納空部７２の開口部のＸ方向（ヘッド副走査方向）の寸法Ｌ５は、収納状態における圧電素子群２のＸ方向、即ち、圧電素子列設方向の両端（ダミー素子１０ａ，１０ａ）をガタなく挟持可能な長さに設定され、Ｙ方向（ヘッド主走査方向）の寸法Ｌ６は、収納状態における圧電素子群２のＹ方向の寸法よりも若干長く設定されている。
なお、本実施形態におけるケース４の収納空部１２には、アクチュエータユニット３を支持・固定しないため、収納空部１２の開口部の内寸法は、ホルダ６９の上部収納空部７１の開口部寸法よりも一回り大きく設定されている。
【００６３】
組み付け時においては、ホルダ６９とキャビティユニット５が接合された後、アクチュエータユニット３は、各圧電素子１０の先端がそれぞれ対応する振動板３２の島部４３に当接した状態でアクチュエータ収納空部７０（即ち、上部収納空部７１及び下部収納空部７２）内に収納される。これにより、振動板３２（キャビティユニット５）に対する圧電素子１０（アクチュエータユニット３）のＺ方向（ヘッド構成部材積層方向）の位置が規定される。同時に、下部収納空部７２の内壁７５Ｌと、これに対向する内壁７５Ｒとで圧電素子群２のダミー素子１０ａ，１０ａが挟持されることにより、島部４３に対する圧電素子１０のＸ方向位置、即ち、ヘッド副走査方向位置が規定される。さらに、上部収納空部７１Ａの支持壁７６と、これに対向する内壁７７Ｌ，７７Ｒとで固定板８が挟持されることにより、島部４３に対する圧電素子１０の先端のＹ方向位置、即ち、ヘッド主走査方向が規定される。
【００６４】
上記のように、ホルダ６９のアクチュエータ収納空部７０（７１，７２）の寸法を設定したので、各圧電素子１０の先端が、振動板３２の然るべき位置、即ち、それぞれに対応する島部４３に正しく当接するように、精度良くアクチュエータユニット３の位置決めをすることができる。
【００６５】
アクチュエータユニット３を位置決めしたならば、固定板８を、上部収納空部７１の支持壁７６に接着する。この際、固定板８をさらに内壁７７Ｌ，７７Ｒに接着してもよい。この際の接着方法としては、例えば、固定板８の接着面と支持壁７６の接着面との隙間、あるいは内壁７７Ｌ，７７Ｒとの隙間にも流動性の接着剤を毛細管現象により流し込み、流し込んだ接着剤を硬化させる方法が用いられる。なお、固定板８の接着方法としては、これ以外の接着方法を採用することもできる。
【００６６】
そして、ホルダ６９の上面にフィルム転写によってケース４が接合され、各アクチュエータユニット３のフレキシブルケーブル９に接続された状態で接続基板６がケース４の上面に取り付けられる。さらにケース４には、パッキン２６を介在させて供給針ユニット７が取り付けられる。
【００６７】
以上のように、ホルダ６９、固定板８、及び、キャビティユニット５を構成する各部材を、同じ金属材料であるステンレス鋼で構成しているので、これらの線膨張率を揃えることができる。したがって、温度変化又は湿度変化に伴う各部材間の相対的な伸縮差を抑えることができる。このため、接着後における圧電素子１０と振動板３２の島部４３との位置ずれや、ホルダ６９とキャビティユニット５間、又はキャビティユニット５を構成する各部材間の剥離を防止することができる。
【００６８】
また、この種の記録ヘッド１では水性インクが多く用いられているので、長期間に亘って水が接触しても錆び等の変質が生じないことが肝要である。その点、ステンレス鋼は防錆性に優れており、錆び等の変質が生じ難い。このステンレス鋼は、コストの面でも他の金属材料に比べて良好である。
【００６９】
また、アクチュエータユニット３の固定板８を、金属製のホルダ６９に接合するので、ケース４の変形による影響、即ち、アクチュエータユニット３（圧電素子１０）が傾いてクロストークが発生する等の不具合を防止することができると共に、圧電素子１０の伸縮時の反力をホルダ６９で十分に受け止めることができ、圧電素子１０の駆動を正常に行わせることができる。したがって、インク滴の吐出を安定して行うことができる。
【００７０】
さらに、ホルダ６９と固定板８が共に熱伝導率が高い金属材料で構成されていることから、圧電素子１０の駆動時の熱を、固定板８やホルダ６９を通じて効率よく放出することができる。これにより、圧電素子１０の温度が過度に高くなることを防止することもできる。
【００７１】
次に、上記第２実施形態の変形例について説明する。
【００７２】
図１０は、本変形例における記録ヘッド１の断面図であり、図８と同じ部分には同一の符号を付し、その説明は省略する。この変形例においては、二つのホルダ部材６９Ａ及び６９Ｂを積層して一つのホルダを構成していることを特徴としている。即ち、これらのホルダ部材６９Ａ，６９Ｂは、本発明の板部材の一種として機能する。ホルダ部材６９Ａ，６９Ｂは、上記のホルダ６９と同様に、ステンレス鋼を鍛造と打ち抜きにより形成した部材である。本変形例においては、ホルダ部材６９Ａの厚さを１ｍｍ、ホルダ部材６９Ｂの厚さを２．５ｍｍとしている。
【００７３】
ホルダ部材６９Ａの内部には、下部収納空部７２、インク供給路７３Ａ、先端凹部７４を形成している。また、ホルダ部材６９Ｂの内部には、上部収納空部７１（７１Ａ，７１Ｂ）とインク供給路７３Ｂを形成している。即ち、ホルダ部材６９Ａは、上記ホルダ６９における下部収納空部７２が形成されている部分、ホルダ部材６９Ｂはホルダ６９において上部収納空部７１が形成されている部分にそれぞれ対応している。したがって、ホルダ部材６９Ａは、アクチュエータユニット３のヘッド副走査方向の位置決めを行う部材、ホルダ部材６９Ｂは、アクチュエータユニット３のヘッド主走査方向の位置決めをする部材、ということができる。
【００７４】
ホルダ部材６９Ａ，６９Ｂは、厚さがホルダ６９に比べて薄く、上部収納空部７１及び下部収納空部７２をそれぞれ打ち抜き加工により貫通口として形成できるので、作製が容易であるという利点がある。なお、本変形例においては、このホルダ部材６９Ａ，６９Ｂ間の接合も、上述のフィルム転写で行われる。
【００７５】
ところで、本発明は、上記各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いて種々の変形が可能である。
【００７６】
補強部材２０、ホルダ６９（ホルダ部材６９Ａ，６９Ｂ）、固定板８、及びキャビティユニット５を構成する各部材に関し、上記した各要件、即ち、線膨張係数の要件、防錆性の要件等を満たすのであれば、ステンレス鋼以外の金属、例えば、純ニッケル、アルミニウム（表面処理を施していないもの）、又は、表面をアルマイト処理若しくはニッケルメッキ処理をしたアルミニウムで構成してもよい。なお、各部材の金属材料としてそれぞれ異なるものを使用することもできるが、線膨張係数を揃えるという観点から、同一の金属で構成するのが望ましい。
【００７７】
また、上記では各部材間をフィルム転写により接合する例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、部材の接着面に接着剤を直接塗布するようにしてもよいし、又、粘着テープを用いるようにしてもよい。
【００７８】
上記第２実施形態におけるホルダ６９に関し、アクチュエータ収納空部７０を、上部収納空部７１Ａ，７１Ｂと下部収納空部７２とで構成した例を示したが、ホルダ６９の厚さ（３．５ｍｍ）を一回のプレスで打ち抜けるのであれば、上部収納空部７１Ｂと下部収納空部７２を一つの貫通空部として構成することもできる。この場合、この貫通空部は、開口部の長尺方向の内寸法が圧電素子群２の圧電素子列設方向両端を挟持可能な長さに設定され、本発明の第２貫通空部として機能する。
【００７９】
上記第２実施形態においては、ホルダ６９（６９Ａ，６９Ｂ）とケース４をフィルム転写により接合した例を示したが、ケース４との一体成形によって、上記ホルダ６９（６９Ａ，６９Ｂ）の一部又は全部がケース４内に没入するように構成することもできる。この際、ホルダ６９（６９Ａ，６９Ｂ）に、一体成型時にケース４の樹脂材料が流入可能な貫通孔を開設しても良い。また、キャビティユニット接合面とは反対側に突出したアンカー部を設けるようにしても良い。
【００８０】
また、上記第２実施形態では、ホルダ（補強部材）として、１つのホルダ６９、又は２つのホルダ部材６９Ａ，６９Ｂで構成した例を示したが、これに限らない。ホルダを、複数（３つ以上）のホルダ部材（板部材）を積層して構成し、これら複数のホルダ部材のうち、少なくとも、固定板８が収納されるホルダ部材に上部収納空部７１（７１Ａ，７１Ｂ）を設け、残りの、圧電素子１０の自由端部が収納されるホルダ部材に下部収納空部７２を設けるようにしてもよい。例えば、先端凹部７４と下部収納空部７２が形成されているホルダ部材、下部収納空部７２とインク供給路が形成されているホルダ部材、及び、上部収納空部７１とインク供給路７３が形成されているホルダ部材の合計３つのホルダ部材により構成することもできる。これにより、先端凹部７４も貫通口として打ち抜き加工することができるので、加工が容易となる。
【００８１】
なお、以上では、インクジェット式記録ヘッドに本発明を適用した例を説明したが、これに限定されるものではない。本発明は、例えば、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ等の電極形成に用いられる電極材噴射ヘッド、バイオチップの製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等の液体を吐出する液体噴射ヘッド等といった他の液体噴射ヘッドにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態における記録ヘッドの分解斜視図である。
【図２】第１実施形態における記録ヘッドの要部断面図である。
【図３】（ａ）は、振動板の要部断面図、（ｂ）は、振動板の一部を拡大して示した平面図である。
【図４】（ａ）は、補強部材の外観を示す斜視図、（ｂ）は、ケース内に補強部材を配設した状態を示す斜視図である。
【図５】第１実施形態における変形例を説明する要部断面図である。
【図６】（ａ）は、変形例における補強部材の外観を示す斜視図、（ｂ）は、ケース内に補強部材を配置した状態を示す斜視図である。
【図７】第２実施形態における記録ヘッドの分解斜視図である。
【図８】第２実施形態における記録ヘッドの断面図である。
【図９】（ａ）は、ホルダの上部収納空部を示す平面図、（ｂ）は、下部収納空部を示す平面図である。
【図１０】第２実施形態における変形例を説明する断面図である。
【符号の説明】
１…記録ヘッド，２…圧電素子群，３…アクチュエータユニット，４…ケース，５…キャビティユニット，６…接続基板，７…供給針ユニット，８…固定板，９…フレキシブルケーブル，１０…圧電素子，１１…コネクタ，１２…収納空部，１３…インク供給路，１４…先端凹部，２０…補強部材，２１…針ホルダ，２２…インク供給針，２３…フィルタ，２４…台座，２５…インク排出口，２６…パッキン，３０…圧力発生室形成板，３１…ノズルプレート，３２…振動板，３３…ノズル開口，３４…凹室，３５…連通口，３６…圧力発生室，３７…逃げ凹部，３８…支持板，３９…弾性体膜，４０…ダイヤフラム部，４１…インク供給口，４２…コンプライアンス部，４３…島部，４４…共通インク室，５１…収納開口部，５２…供給路開口部，５３…突出部，５４…貫通孔，５７…インク室開口部，６０…アンカー部，６９…ホルダ，７０…アクチュエータ収納空部，７１…上部収納空部，７２…下部収納空部，７３…インク供給路，７４…先端凹部，７５…内壁，７６…支持壁，７７…内壁

Claims

共通液体室から圧力発生室を通ってノズル開口に至る一連の液体流路を備えるキャビティユニットと、
圧電素子群及びこの圧電素子群を支持する固定板を有するアクチュエータユニットと、
該アクチュエータユニットが収納される収納空部を有する樹脂製のケースと、を備えた液体噴射ヘッドにおいて、
前記キャビティユニットを金属で作製し、
前記ケースを、キャビティユニット接合面側に金属製の補強部材を配置した状態で一体成型して、補強部材の少なくとも一部をケース内に没入させた構成とし、
前記キャビティユニットを、前記ケースのキャビティユニット接合面に接合し、
前記圧電素子群の自由端部を前記キャビティユニットに当接させた状態で前記アクチュエータユニットを前記ケースの収納空部内に収納したことを特徴とする液体噴射ヘッド。
前記補強部材は、前記ケースの収納空部を囲む貫通空部を少なくとも有する板状部材であることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
共通液体室から圧力発生室を通ってノズル開口に至る一連の液体流路を備えるキャビティユニットと、
圧電素子群及びこの圧電素子群が支持される固定板を有するアクチュエータユニットと、
該アクチュエータユニットが収納される収納空部を有する樹脂製のケースと、を備えた液体噴射ヘッドにおいて、
前記キャビティユニット及び前記固定板を金属で作製し、
前記キャビティユニットと前記ケースとの間に金属製の補強部材を配設し、
該補強部材は、前記ケースの収納空部と連通して前記アクチュエータユニットを収納可能な貫通空部を有し、
該貫通空部を、少なくとも、前記固定板が収納される第１貫通空部と、前記圧電素子群が収納される第２貫通空部とにより構成し、
前記第１貫通空部の開口部の短尺方向の内寸法を、前記固定板の板厚方向の両端を挟持可能な長さに設定し、
前記第２貫通空部の開口部の長尺方向の内寸法を、前記圧電素子群の圧電素子配設方向の両端を挟持可能な長さに設定し、
前記アクチュエータユニットの前記貫通空部への収納時において、前記第１貫通空部の開口部により前記固定板の板厚方向の位置を規制し、前記第２貫通空部の開口部により前記圧電素子群の圧電素子列設方向の位置を規制し、前記圧電素子群の自由端部を前記キャビティユニットに当接させた状態で前記補強部材に前記固定板を接合したことを特徴とする液体噴射ヘッド。
前記補強部材を、複数の板部材を積層して構成し、
これら複数の板部材のうち、前記固定板が収納される板部材に前記第１貫通空部を形成し、前記圧電素子群の自由端部が収納される板部材に前記第２貫通空部を形成したことを特徴とする請求項３に記載の液体噴射ヘッド。
前記補強部材を、鍛造と打ち抜きにより一体に形成することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の液体噴射ヘッド。
前記補強部材の厚さを圧電素子の長手方向の長さに揃えたことを特徴とする請求項３から請求項５の何れかに記載の液体噴射ヘッド。
前記ケースを、前記補強部材の全体をケース内に埋設した状態で一体成型することを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載の液体噴射ヘッド。
前記補強部材に、一体成型時に前記ケースの樹脂材料が流入可能な貫通孔を開設したことを特徴とする請求項７に記載の液体噴射ヘッド。
前記ケースを、前記補強部材の一方の面をキャビティユニット接合面としてケースの外側に露出させた状態で一体成型することを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載の液体噴射ヘッド。
前記補強部材に、キャビティユニット接合面とは反対方向に突出したアンカー部を設け、
一体成型時に前記アンカー部が前記ケース内に没入するようにしたことを特徴とする請求項１から請求項９の何れかに記載の液体噴射ヘッド。
前記補強部材を、ステンレス綱、ニッケル、アルミニウム、又は表面をアルマイト処理若しくはニッケルメッキ処理したアルミニウムの何れかの金属材料により作製することを特徴とする請求項１から請求項１０の何れかに記載の液体噴射ヘッド。