JP2004291362A - インクジェット記録ヘッド及びこれを備えた記録装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ノズルを高密度に実装でき、且つチャンバープレートの剛性を高く維持できるインクジェット記録ヘッドの提供。
【解決手段】インクジェット記録ヘッド１のチャンバー支持プレート１４は、ハウジング１２とは別部材として構成されており、ダイシングソー等により溝１５が高密度に形成されている。圧電素子１３は当該溝１５を介してチャンバープレート１０に接着されている。チャンバー支持プレート１４の櫛部１６が隣接する圧電素子１３間でチャンバープレート１０を支持し、チャンバープレート１０の歪みに起因するクロストーク等の発生を防止する。
【選択図】 図４
【解決手段】インクジェット記録ヘッド１のチャンバー支持プレート１４は、ハウジング１２とは別部材として構成されており、ダイシングソー等により溝１５が高密度に形成されている。圧電素子１３は当該溝１５を介してチャンバープレート１０に接着されている。チャンバー支持プレート１４の櫛部１６が隣接する圧電素子１３間でチャンバープレート１０を支持し、チャンバープレート１０の歪みに起因するクロストーク等の発生を防止する。
【選択図】 図４
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット記録ヘッドに関し、特にチャンバープレートの剛性を高くすることにより安定したインク吐出が可能なインクジェット記録ヘッド及びこれを備えた記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、圧電素子を変位させることにより圧力室内のインクを加圧し、圧力室に連通するノズルよりインク滴を吐出するインクジェット記録ヘッドが知られている（例えば、特許文献１参照。）。図１３にこのようなインクジェット記録ヘッドの一例を示す。
【０００３】
図１３に示すインクジェット記録ヘッドは、圧力室２００が形成されたチャンバープレート２２０と、ノズル２０２が形成されたノズルプレート２０１と、ダイアフラムプレート３１０とを積層してなる流路基板を備え、当該流路基板よりも剛性の高いプレート２０６によって圧力室２００間の剛性を高めている。圧電素子２０４が変位すると、その一端に設けられたフット２２４が上下方向に移動し、これによって圧力室２００内のインクがノズル２０２からインク滴として吐出される。しかし、隣接するフット２２４間でプレート２０６とダイアフラム３１０とを接合し、当該接合部分でフット２２４をガイドしているため、フット２２４ひいては圧電素子２０４を密に並べられず、ノズルの高密度化を阻害するという問題があった。
【０００４】
そこで、かかる問題点を解消したインクジェット記録ヘッドが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。その一例を図１４に示す。図１４に示すインクジェット記録ヘッドは、複数の圧力室４０４が列状に形成されたチャンバープレート４１０を備える。ハウジング４１２はチャンバープレート４１０よりも高剛性で、圧力室４０４の列方向に延びる開口部４２１が形成されている。複数の圧電素子４０２は開口部４２１に収容され、対応の圧力室４０４に対向する位置でチャンバープレート４１０に固定されている。固定基板４００に形成された薄膜電極４０１にはリード４０３が接続されていて、圧電素子４０２は電力の供給により長手方向（図１４における矢印ｚ方向）に縮み、放電により元に戻る。そして、図１３の構成と異なり、隣接する圧電素子４０２間で該圧電素子４０２をガイドする部材がないため、圧電素子４０２を高密度に並べることができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭５８−１１９８７２号公報
【特許文献２】
特開平６−８４２２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図１４の構成において、インク滴の吐出量を確保するために圧力室４０４のサイズを大きくすると、ハウジング４１２の開口部４２１の幅も大きくなり、開口部４２１の総面積が大きくなる。また、印刷速度の向上を図るためにノズル数を増やすと、ノズル列方向における記録ヘッド全体の長さが長くなり、これによっても開口部４２１の総面積が大きくなる。
【０００７】
しかし、チャンバープレート４１０は非常に薄く、厚さが０．８ｍｍ〜１ｍｍ程しかない。その上、圧力室４０４が形成された部分の総厚みは０．４ｍｍ〜０．６ｍｍ程しかない。そのため、ハウジング４１２の開口部４２１が大きくなると、圧電素子４０２の変位により、対応の圧力室４０４だけでなく、チャンバープレート４１０全体が変形してしまい、本来の圧電素子４０２が持つ変位をインク滴吐出に有効に活用することができない。特に、同時に駆動する圧電素子４０２の本数が多くなると、この問題点は顕著になる。また、本来の圧力室４０２だけでなく、隣接する圧力室４０２も同時に変形させてしまうため、ノズル先端部のインクメニスカスが振動し、いわゆる構造的要因によるクロストークを引き起こしてしまう。
【０００８】
更に、圧電素子４０２をチャンバープレート４１０に突き当てて固定する際には、チャンバープレート４１０が押し込まれ中央部が撓むように変形してしまい、中央付近のノズルと両端部のノズルとでは吐出特性が異なるという問題が生じていた。
【０００９】
そこで本発明は、圧電素子を圧力室に対して安定して高密度に配置でき、均一で安定した吐出特性を有する組立の簡単なインクジェット記録ヘッド及びこれを備える記録装置の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の特徴によるインクジェット式記録ヘッドは、複数の圧力室が列状に並べて形成されたチャンバープレートと、該複数の圧力室に対応する位置で該チャンバープレートに固定された複数の圧電素子を有する圧電素子群と、該チャンバープレートを支持するハウジングとを備える記録ヘッドであって、櫛状に分割され複数の櫛部を有する保持部材を更に備え、各櫛部は隣接する２つの圧電素子間で前記チャンバープレートに接着されていることを特徴とする。かかる構成によれば、保持部材の櫛部が隣接する２つの圧電素子間でチャンバープレートを支持するので、チャンバープレート全体の剛性が高く維持される。また、保持部材はハウジングとは別部材として構成されているので、容易に加工できる。更に、圧電素子間に配置される櫛部は、保持部材を櫛状に分割することで容易に形成できる。
【００１１】
請求項２記載のインクジェット記録ヘッドは、請求項１記載のインクジェット記録ヘッドであって、前記ハウジングは前記チャンバープレートより高剛性であり、前記保持部材は該チャンバープレートと同程度或いはそれ以上の剛性を有し、該保持部材は前記複数の櫛部を支える支持部を更に備え、該支持部は前記ハウジングに固定されていることを特徴とする。かかる構成によれば、ハウジングはチャンバープレートより高剛性であり、保持部材はチャンバープレートと同程度或いはそれ以上の剛性を有しているので、チャンバープレートの剛性が更に高く維持される。
【００１２】
請求項３記載のインクジェット記録ヘッドは、請求項１又は２記載のインクジェット記録ヘッドであって、前記保持部材は前記ハウジングに固定され、該保持部材の櫛部配列方向における長さはハウジングの長さよりも短いことを特徴とする。かかる構成によれば、保持部材の両端部からインクがハウジング内部へ侵入するのを防止できる。
【００１３】
請求項４記載のインクジェト記録ヘッドは、請求項１又は２記載のインクジェト記録ヘッドであって、前記保持部材の前記チャンバープレートに対向する面と前記ハウジングが前記チャンバープレートに対向する面とからなる接合面の平坦度が１５μｍ以下であることを特徴とする。平坦度を１５μｍ以下にすることで、良好な液滴吐出性能を維持できる。
【００１４】
請求項５記載のインクジェット記録ヘッドは、請求項１又は２記載のインクジェット記録ヘッドであって、前記ハウジングには第１の位置決め部が設けられており、前記保持部材には第２の位置決め部が設けられており、前記保持部材は該第１の位置決め部を基準に該ハウジングに固定され、前記チャンバープレートは該第２の位置決め部を基準に該保持部材に積層されることを特徴とする。かかる構成によれば、前記保持部材を第１の位置決め部を基準にハウジングに固定し、前記チャンバープレートを第２の位置決め部を基準に保持部材に積層することにより、保持部材とハウジングとチャンバープレート間における位置ずれがなくなる。
【００１５】
請求項６記載のインクジェット記録ヘッドは、請求項１又は２記載のインクジェット記録ヘッドであって、前記圧電素子群は前記複数の圧電素子の両側に配置されたダミー圧電素子を更に備え、該ダミー電圧素子の一端は前記保持部材に固定されていることを特徴とする。かかる構成によれば、ダミー電圧素子の一端を保持部材に当接させて、チャンバープレートに対する圧電素子の位置決めが行われる。また、圧電素子をチャンバープレートに接着する際の荷重はダミー圧電素子にかかり、圧電素子及びチャンバープレートには殆どかからない。
【００１６】
請求項７記載のインクジェット記録ヘッドは、請求項６記載のインクジェット記録ヘッドであって、前記ダミー圧電素子の幅は、前記圧電素子の幅より広いことを特徴とする。かかる構成によれば、ダミー圧電素子は比較的大きな荷重にも耐えることができる。
【００１７】
請求項８記載のインクジェット記録ヘッドは、請求項１又は２記載のインクジェット記録ヘッドであって、前記圧電素子群は、前記複数の圧電素子を他端で固定する固定部材を更に備え、該固定部材はチャンバープレートに向かって延びる腕部を有し、該腕部の先端は前記保持部材に固定されていることを特徴とする。かかる構成によれば、腕部の一端を保持部材に当接させて、チャンバープレートに対する圧電素子の位置決めが行われる。また、圧電素子をチャンバープレートに接着する際の荷重は腕部にかかり、圧電素子及びチャンバープレートには殆どかからない。
【００１８】
請求項９記載のインクジェット記録ヘッドは、請求項１又は２記載のインクジェット記録ヘッドであって、前記保持部材は断面略コ字型であることを特徴とする。かかる構成によれば、前記櫛部をより簡単に且つ精度良く形成できる。請求項１０記載のインクジェット記録ヘッドは、請求項１記載のインクジェット記録ヘッドであって、前記保持部材は断面略Ｌ字型であることを特徴とする。かかる構成によっても、前記櫛部をより簡単に且つ精度良く形成できる。
【００１９】
請求項１１記載のインクジェット記録ヘッドは、請求項１記載のインクジェット記録ヘッドであって、前記保持部材は、断面略Ｌ字型の一対のＬ字部材を有し、該一対のＬ字部材は互いに対向するように配設されていることを特徴とする。また、請求項１２記載のインクジェット記録ヘッドは、請求項１１記載のインクジェット記録ヘッドであって、前記一対のＬ字部材は、前記複数の圧力室の配列ピッチに対し、互いに１／２ピッチずれて配置されていることを特徴とする。かかる構成によれば、前記圧電素子群が２列に配列された圧電素子を有する場合であっても、インクジェット記録ヘッドに保持部材を設けることができる。また、
【００２０】
請求項１２記載の記録装置は、請求項１乃至１１いずれか記載のインクジェット記録ヘッドを備えることを特徴としている。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態によるインクジェット記録装置について添付の図面を参照して説明する。
【００２２】
図１に、本実施の形態におけるインクジェット記録装置１００の概略を示す。図１に示すように、インクジェット記録装置１００は、インクジェット記録ヘッド１と、ヘッド保全部１０２と、メインインクタンク１０３と、サブインクタンク１０１と、フレーム（図示せず）から伸びる一対のガイド軸１１０、１１１とを備える。記録ヘッド１は、図示しないタイミングベルトに連結され、駆動モータ（図示せず）の正逆転によりガイド軸１１０、１１１上を往復運動しながら、印刷用紙Ｐ上にインク滴を吐出して文字や図形等を印刷する。メインインクタンク１０３内のインクは、供給チューブ１０４Ａを経由してサブインクタンク１０１へ送られ、更に供給チューブ１０４Ｂを介して記録ヘッド１へ供給される。
【００２３】
ヘッド保全部１０２はキャップ１０５を備え、印刷停止中は記録ヘッド１のノズル面をキャップ１０５で覆うことにより、ノズル面でのインク乾燥や異物の付着を防止する。キャップ１０５は更に、サブインクタンク１０１から記録ヘッド１へのインク充填時やパージ動作時の吸引キャップとしても活用される。パージ動作とは、記録ヘッド１内に停滞した気泡等を除去するために実施されるものである。ヘッド保全部１０２は更に、ノズル面に付着したインクなどを除去するためのワイパーブレード（図示せず）を備えている。
【００２４】
次に、第１の実施の形態における記録ヘッド１の具体的な構成について説明する。図２に示すように、記録ヘッド１は、チャンバープレート１０と、高剛性プレートからなるハウジング１２と、圧電素子１３と、固定基板１８と、チャンバー保持プレート１４とを備える。図４に示すように、チャンバープレート１０は、ノズルプレート３と、圧力室プレート６と、振動板９とを有する。ノズルプレート３の板厚は５０μｍ〜１００μｍ程であり、複数のノズル孔２がニッケル電鋳、ステンレスのプレス加工、プラスチックのレーザー加工等によって形成されている。
【００２５】
圧力室プレート６は、０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ程の厚さを有し、ノズル孔２に対応する複数の圧力室４と、共通インク室５と、各圧力室４を共通インク室５へ連通するリストリクタ７が形成されている。振動板９は、厚さ１０μｍ〜３０μｍ程のステンレスプレート又は樹脂製のプラスチックプレートであり、圧力室４を封止するものである。また、振動板９には、メインインクタンク１０３から供給されるインク内の異物を除去するためのフィルター５０が設けられている。
【００２６】
図２において、ハウジング１２にはマニホールド１２０と開口部１２１が形成されている。開口部１２１は凹部１２１ａ（図４）を有する。圧電素子１３は開口部１２１に収容され、その一端は固定基板１８に固定され、他端はチャンバープレート１０の圧力室４に対向する位置に接着固定されている。
【００２７】
圧電素子１３は方位面がｄ３３タイプの積層型圧電素子であり、次のように形成される。まず、図５に示すように、圧電材料２０と導電材料２１とを交互に積層して、バルク状の圧電素子体２２を作成する。圧電素子体２２の一端を固定基板１８に接着固定し、その両面に電極４０を塗付する。そして、圧電素子体２２の固定基板１８と反対側の自由端側から櫛歯状に切り込みを入れることにより、図３に示すような複数の圧電素子１３を形成する。切り込みの方法としては、ダイシングソーで複数回切断して加工する方法や、ワイヤーソーにより一度に加工する方法が挙げられる。本実施の形態では、個々の圧電素子１３の寸法を、幅Ｗ１を０．１２ｍｍ、長さＬ１を１．５ｍｍ、高さＴ１を約３ｍｍとし、１／１００インチ（２５４μｍ）のピッチで数十本の圧電素子１３を形成した。なお、電極４０は固定基板１８に配設された電極６０を経由してＦＰＣケーブル１９に接続され、図示しないドライバ基板に接続される。
【００２８】
固定基板１８は、セラミック等にあらかじめ電極パターン（電極６０）を設けたものでも、ステンレス等で板状に加工されたもので導電性を有する材料で構成されたものであっても構わない。電極４０を塗付する代わりにＦＰＣケーブル１９を直接圧電素子１３へ接続するように構成してもよい。
【００２９】
図２に示すように、チャンバープレート１０はハウジング１２及び圧電素子１３に接着されているが、圧力室４を囲む部分において、ハウジング１２及び圧電素子１３の何れにも接着されていない非接着領域が存在している。本実施の形態におけるチャンバー保持プレート１４は、当該非接着領域内においてハウジング１２に接着されている。図４に示すように、本実施例におけるチャンバー保持プレート１４は、断面形状コ字型となっていて、複数の溝１５によって櫛部１６が複数個形成されている。
【００３０】
ここで、チャンバー保持プレート１４の製作方法について説明する。先ず板状の部材に長手方向（幅方向Ｗ）に延びる溝１４ａを入れ、全体をコ字型に形成する。その後、コ字部の低面Ａを厚さ方向Ｔ及び長さ方向Ｌに貫通する複数の溝１５を形成することにより、チャンバー保持プレート１４を厚さ方向Ｔに貫通する貫通孔１７を形成する。ダイシングソー或いはワイヤーソー等を用いれば、溝１４ａ及び溝１５は容易に精度良く形成できる。溝１５のピッチは、少なくとも圧電素子１３の分割ピッチと同等で、溝１５の数は少なくとも圧電素子１３の分割数と同数とする。本実施の形態では、櫛部１６の幅Ｗ２を０．０９４ｍｍ、貫通孔１７の幅Ｗ３を０．１６ｍｍ、貫通孔１７の長さＬ２を約１．８ｍｍとし、前記圧電素子１３を貫通孔１７へ挿入するのに十分な寸法として構成した。このとき、完成したチャンバー保持プレート１４が、前記チャンバープレート１０と同等或いはそれ以上の高剛性を有すようにする。
【００３１】
次に、本実施の形態による記録ヘッド１の組立て方法について、図４を参照して説明する。先ず、ノズルプレート３と、圧力室プレート６と、振動板９とを接着し、チャンバープレート１０を形成する。次に、チャンバー保持プレート１４を、ハウジング１２の凹部１２１ａに接着固定し、チャンバープレート１０に接合されるハウジング１２及びチャンバー保持プレート１４の接合面（図４における上面）を、研削加工或いはラッピング加工し、段差をなくして平坦度を１５μｍ以下に仕上げる。発明者らの実験により、平坦度を１５μｍ以下にすれば良好な液滴吐出性能を維持できるが、平坦度が１５μｍを超えると圧電素子１３への電圧印加によりチャンバープレート１０全体に変形が生じ、圧電振動子１３の有効変位を阻害してインク滴の吐出特性のバラツキが許容範囲を越えて大きくなることが分かったためである。
【００３２】
ここで、ハウジング１２の凹部１２１ａの深さＨよりもチャンバー保持プレート１４の厚みＴ３を５μｍ以下の範囲で予め僅かに小さく設定しておくこともできる。このようにすれば、チャンバー保持プレート１４をハウジング１２の凹部１２１ａに接着固定した時点で、ハウジング１２及びチャンバー保持プレート１４の接合面の平坦度を５μｍ以下にできるため、接着後の研削加工やラッピング加工を省くことができ、比較的容易に接合面の平坦性を確保できる。
【００３３】
また、ハウジング１２及びチャンバー保持プレート１４の材質は、ステンレス等の金属が加工上好ましいが、セラミックや樹脂成形品であっても良い。いずれにおいてもチャンバープレート１０より同等以上の高剛性を有するのが望ましい。
【００３４】
次に、チャンバープレート１０をチャンバー保持プレート１４及びハウジング１２に固定する。このとき、チャンバー保持プレート１４の位置決め部ａ、ｂとチャンバープレート１０の位置決め部ｃ、ｄとを合わせて組み立てれば、チャンバー保持プレート１４の貫通孔１７と圧力室４との位置ずれを最小限にできる。なお、位置決め部ａ、ｂ、ｃ、ｄとしては位置決め孔や位置決め凸部等を利用できる。
【００３５】
その後、チャンバー保持プレート１４の貫通孔１７に固定部材１８に固定された圧電素子１３の先端を挿入し、当該先端を振動板９に、固定部材１８をハウジング１２の内壁に接着固定することで、記録ヘッド１が完成する。
【００３６】
かかる構成において、圧電素子１３に電荷が印可されると歪みによる変位を生じ、その時の変位発生力により圧力室４が変形し、圧力室４内のインクがインク滴としてノズル２から吐出される。このとき、高剛性を有するチャンバー保持プレート１４の櫛部１６がチャンバープレート１０の変形を支持するので、チャンバープレート１０の変形による圧力室４の体積変化損失を少なくでき、クロストークを防止できる。
【００３７】
また、チャンバー保持プレート１４はハウジング１２とは別部材として設けられているので、チャンバー保持プレート１４の加工形成を容易にできる。特に、溝１５をダイシングソー或いはワイヤーソー等で容易に精度良く、しかも高密度に形成できるので、ノズル高密度化を阻害することがない。また、チャンバー保持プレート１４によりチャンバープレート１０の剛性を高く維持できるので、構造的要因によるクロストーク等を有効に防止して、高性能な記録装置を提供できる。
【００３８】
次に、本実施の形態における記録ヘッド１の変形例について図６を参照して説明する。図６に示す変型例では、ハウジング１２には幅Ｗ方向に延びる溝２０が形成されている。そして、溝１４ａを形成する代わりに、チャンバー保持プレート１４の片面を箱状にくりぬいて空間１４Ａを形成し、これによってチャンバー保持プレート１４を断面形状コ字型としている。このようにすればハウジング１２の開口部１２１内へのインクの侵入を防止することができる。つまり、図４に示す前述の構成では、インクや粉塵等が矢印Ｉで示すチャンバー保持プレート１４の側面開口部からハウジング１２の開口部１２１内へ侵入するおそれがあるが、本変型例にはこのような側面開口部Ｉがないため、インク等の侵入を防止でき、圧電素子１３の損傷を防ぐことができる。また、インク等の侵入によるチャンバー保持プレート１４とハウジング１２との接着部における不具合も回避することもできる。なお、チャンバー保持プレート１４とハウジング１２との位置決めは、図６に示す位置決め部ａ、ｂと位置決め部ｅ、ｆとを用いることで精度良く行うことができる。
【００３９】
一方、チャンバー保持プレート１４の一面を前述のように箱状にくりぬくと、精度確保のため製造コストが増加することがあるため、チャンバー保持プレート１４は図４に示す形状としつつ、ハウジング１２へ接着後に側面開口部Ｉにシリコンや樹脂等を充填することとしても良い。これによっても前記変形例の場合と同様の効果が得られる。
【００４０】
次に、本発明の第２の実施の形態における記録ヘッド１Ａについて図７を参照して説明する。なお、前記第１の実施の形態における記録ヘッド１と同一の部材には同一の符号を付し、説明は省略することとする。
【００４１】
図７に示すように、記録ヘッド１Ａの圧電素子１３の両端部には、電圧が印加されないダミー圧電素子３０が設けられている。ダミー圧電素子３０は圧電素子１３よりも短く形成されており、ダミー圧電素子３０の自由端面は、チャンバー保持プレート１４のコ字型部底面Ａ（図３）に固定されている。
【００４２】
ここで、研削加工或いはラッピング加工を施すことにより、チャンバー保持プレート１４の平面を高平坦度の平面とすることができ、チャンバー保持プレート１４の厚み誤差も±５μｍ程に抑えることができる。更に、圧電素子１３及びダミー圧電素子３０の自由端面にも研削加工或いはラッピング加工を施すことにより、圧電素子１３とダミー圧電素子３０の段差誤差を±５μｍ以下にすることができる。従って、ダミー圧電素子３０の自由端面をチャンバー保持プレート１４のコ字型部底面Ａに突き当てて圧電素子１３をチャンバープレート１０に接着すれば、圧電素子１３の自由端面位置をチャンバープレート１０に対して所定位置にすることができ、その位置誤差も±１０μｍ以下に抑えることができる。よって、圧電素子１３をチャンバープレート１０に接着する際に、圧電素子１３がチャンバープレート１０を押し出し歪めてしまうのを防止することができる。また、チャンバー保持プレート１４は高剛性を有するので、ダミー圧電素子３０をチャンバー保持プレート１４に突き当てても、これによってチャンバープレート１０が変形することもない。よって、製造過程に生じるチャンバープレート１０の歪み発生を防止して、インク滴の吐出性能を安定化できる。
【００４３】
ダミー圧電素子３０の幅Ｗｄは、圧電素子１３の幅Ｗ１よりも大きいことが望ましい。これは、ダミー圧電素子３０を底面Ａに接着する際に要する荷重は、そのほぼ全てがダミー電圧素子３０にかかるため、ダミー圧電素子３０の幅Ｗｄをあまり狭くすると、接着時における僅かな傾き等によってもダミー電圧素子３０が破損する恐れがあるためである。ダミー電圧素子３０の幅Ｗｄを大きくすることで、このような破損を回避することができる。また、十分な幅Ｗｄを確保することで、圧電素子１３の形成加工後に前記段差加工を施すことができる。
【００４４】
次に、本発明の第３の実施の形態における記録ヘッド１Ｂについて図８を参照して説明する。記録ヘッド１Ｂは前記第２の実施の形態における記録ヘッド１Ａと類似しているが、本実施の形態ではダミー圧電素子３０の代わりに固定基板１８の両端に凸部１８Ａを設けた。これによっても前記記録ヘッド１Ａと同様の効果が得られる。更に、固定基板１８はダミー圧電素子３０よりも高剛性を有しているので、接着の際の荷重にばらつきが生じても破損などの心配がない。
【００４５】
なお、固定基板１８は圧電素子１３よりも剛性が高いため、先ず固定基板１８の凸部１８Ａを研削加工し、その後、研削された凸部１８Ａの高さに合わせて圧電素子１３の先端部を研削加工すれば、凸部１８Ａと圧電素子１３との段差誤差を±５μｍに抑えることができる。
【００４６】
次に、本発明の第４の実施の形態における記録ヘッド１Ｃについて図９乃至図１１を参照して説明する。記録ヘッド１Ｃは矢印Ｄ方向に往復移動しながらインク滴を吐出して印刷を行うが、１パスでの印刷密度の向上を図るため、記録ヘッド１Ｃには複数の圧力室４が互いに１／２ピッチだけずらして千鳥状に２列に並べて形成されている。ここで、記録ヘッド１Ｃの往復移動精度やインク吐出タイミングの補正誤差を少なく抑えて印刷品質の向上を図るには、ノズル列間距離Ｌｎは小さい方が良い。しかし、ノズル列間距離Ｌｎをあまり狭くすると、圧電素子１３間の長さＬ方向における隙間が非常に狭くなり、当該隙間に前述のようなチャンバー保持プレートを配置することは非常に困難となる。
【００４７】
一方、図１０に示すように、記録ヘッド１Ｃのハウジング１２に形成された開口部１２１は、圧力室４が１列に形成された前記記録ヘッド１の開口部１２１に比べ、ほぼ２倍の幅を有する。その結果、圧電素子１３の変位力によるチャンバープレート１０の変形も大きくなる。しかも、長さＬ方向に互いに対向する圧電素子１３がほぼ同時に駆動すると、その力も２倍となり、変形の度合いが大きい。
【００４８】
そこで本実施の形態では、図１１に示すように、断面Ｌ字型で、複数の櫛状のスリット２６が形成された一対のチャンバー保持プレート２５を用いた。図１１に示すようにチャンバー保持プレート２５を互いに対向させてハウジング１２の凹部１２１ａに固定し、スリット２６を介して圧電素子１３をチャンバープレート１０に固定する。このとき、一対のチャンバー保持プレート２５は、圧力室４と同様に幅Ｗ方向に１／２ピッチずらして配置される。
【００４９】
このように、チャンバー保持プレート２５をＬ字型部材とすることで、図９に示されるように各圧力室列がずれて形成されている場合においても、チャンバー保持プレート２５を圧力室列のずれ分に相当する量だけずらして容易に配置することができる。また、ノズル列間距離Ｌｎを小さく設定しても、チャンバー保持プレート２５を配置することができ、チャンバープレート１０の剛性を高く維持することができる。なお、スリット２６は、前記溝１５と同様にダイシングソー或いはワイヤーソー等により容易に且つ高密度に形成できる。
【００５０】
本発明による記録ヘッドは上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。例えば、圧電素子１３は面方位がｄ３３タイプのものに限られず、面方位がｄ３１タイプのものであってもかまわない。また、チャンバープレート１０は、図１３に示すように、ノズルプレート３と、圧力室４が形成された圧力室プレート６’と、リストリクタ７が形成されたリストリクタプレート８と、振動板９からなるを積層して構成しても良い。
【００５１】
また、卓上型の小型シリアルスキャン印刷方式のインクジェット記録装置１００を例に説明したが、ポスターなどの大判メディア用の印刷装置であるいわゆるワイドフォーマットプリンタや、記録ヘッドを複数並べて固定してなるライン印刷方式のインクジェット記録装置にも本発明を適用することができる。
【００５２】
本発明を印刷装置以外の装置に用いることも可能である。例えば、産業用途等に使われるディスペンサーやインクジェット方式の３次元造形機等で用いられるヘッドとして使用できる。
【００５３】
インク滴の吐出の安定化を図るため、圧力室プレート６の圧電素子１３が当接する領域に凸部を形成しても良い（例えば、図１４に示すアイランド４１１に対応するもの）。
【００５４】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、保持部材によってチャンバープレート全体の剛性が高く維持されるので、本来の圧電素子が持つ変位をインク滴吐出に有効に活用することができると共に、記録ヘッドの構造的要因によるクロストークを防止でき、高品質な記録が可能なインクジェット記録ヘッドを提供できる。また、保持部材はハウジングとは別部材として構成されているので、加工がし易い。また、櫛部は保持部材を櫛状に分割することで形成できるので、複数の櫛部を容易に精度良く且つ高密度に形成することができる。よって、保持部材の存在が圧電素子の高密度配置を阻害することがなく、ノズル高密度化を実現できる。
【００５５】
請求項２記載の発明によれば、チャンバープレートの剛性が更に高く維持されるので、記録ヘッドの構造的要因によるクロストークを確実に防止することができる。請求項３記載の発明によれば、保持部材の両端部からインクがハウジング内部へ侵入するのを防止できるので、ハウジング内部へ侵入したインクにより圧電素子が損傷するのを防ぐことができる。また、請求項４記載の発明によれば、液滴吐出性能を維持できるので、信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを提供できる。
【００５６】
請求項５記載の発明によれば、保持部材とハウジングとチャンバープレート間における位置ずれをなくしているので、チャンバープレートに形成された圧力室と保持部材に形成された隣接する櫛部間の隙間との位置関係を正確にできる。よって、製造時における位置誤差に起因した吐出不良等の弊害を防止できる。
【００５７】
請求項６記載の発明によれば、圧電素子をチャンバープレートに接着する際の荷重は該ダミー圧電素子にかかり、圧電素子及びチャンバープレートには殆どかからない。また、ダミー電圧素子の一端を保持部材に当接させて、チャンバープレートに対する圧電素子の位置決めが行われる。よって、圧電素子をチャンバープレートへ接着する際に、圧電素子がチャンバープレートを押し出すことによりチャンバープレートを変形させることがなく、製造過程に生じるチャンバープレートの歪み発生を防止して安定したインク滴吐出性能を有するインクジェット記録ヘッドを提供できる。また、請求項７記載の発明によれば、ダミー圧電素子は、比較滴大きな荷重にも耐えることができるので、圧電素子をチャンバープレートへ接着する際の荷重がダミー圧電素子にかかっても、ダミー圧電素子が破壊することがない。
【００５８】
請求項８記載の発明によれば、圧電素子をチャンバープレートに接着する際の荷重は腕部にかかり、圧電素子及びチャンバープレートには殆どかからない。また、腕部一端を保持部材に当接させて、チャンバープレートに対する圧電素子の位置決めが行われる。よって、圧電素子をチャンバープレートへ接着する際に、圧電素子がチャンバープレートを押し出すことによりチャンバープレートを変形させることがなく、製造過程に生じるチャンバープレートの歪み発生を防止して安定したインク滴吐出性能を有するインクジェット記録ヘッドを提供できる。
【００５９】
請求項９及び請求項１０記載の発明によれば、櫛部をより簡単に且つ精度良く形成できるので、櫛部を高密度に並べることができ、保持部材によってノズル高密度化が阻害されることがない。
【００６０】
請求項１１記載及び１２記載の発明によれば、圧電素子が２列に配列されている場合であっても、保持部材を設けることができるので、チャンバープレートの剛性を高く維持することができる。
【００６１】
請求項１３記載の発明によれば、請求項１乃至１２記載のインクジェット記録装置と同様の効果を奏する記録装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態によるインクジェット記録ヘッドを搭載したインクジェット記録装置を示す概略斜視図。
【図２】本発明の第１の実施の形態によるインクジェット記録ヘッドを示す断面図。
【図３】本発明の第１の実施の形態によるチャンバー保持プレートを示す斜視図。
【図４】本発明の第１の実施の形態によるインクジェット記録ヘッドを示す分解斜視図。
【図５】本発明の第１の実施の形態によるインクジェット記録ヘッドの圧電素子の製造過程を示す図。
【図６】本発明の第１の実施の形態によるインクジェット記録ヘッドの変型例を示す分解斜視図。
【図７】本発明の第２の実施の形態によるインクジェット記録ヘッドを示す断面図。
【図８】本発明の第３の実施の形態によるインクジェット記録ヘッドを示す断面図。
【図９】本発明の第４の実施の形態によるインクジェット記録ヘッドを示す底面一部切り欠き図。
【図１０】本発明の第４の実施の形態によるインクジェット記録ヘッドを示す図９のＸ―Ｘ線断面図。
【図１１】本発明の第４の実施の形態によるインクジェット記録ヘッドに使用されるチャンバー保持プレートを示す斜視図。
【図１２】本発明によるインクジェット記録ヘッドで使用可能な他のチャンバープレートの一例を示す分解斜視図。
【図１３】従来技術のインクジェット記録ヘッドの一例を示す断面図。
【図１４】従来技術の他のインクジェット記録ヘッドを示す断面図。
【符号の説明】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ 記録ヘッド
２ ノズル孔
３ ノズルプレート
４ 圧力室
６ 圧力室プレート
７ リストリクタ
８ リストリクタプレート
９ 振動板
１０ チャンバープレート
１２ ハウジング
１３ 圧電素子
１４ チャンバー保持プレート
１４ａ、１５ 溝
１７ 貫通孔
１８ 固定基板
１８Ａ 凸部
２５ チャンバー保持プレート
２６ スリット
３０ ダミー圧電素子
１００ インクジェット記録装置
１２０ マニホールド
１２１ 開口部
１２１ａ 凹部
ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ 位置決め部
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット記録ヘッドに関し、特にチャンバープレートの剛性を高くすることにより安定したインク吐出が可能なインクジェット記録ヘッド及びこれを備えた記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、圧電素子を変位させることにより圧力室内のインクを加圧し、圧力室に連通するノズルよりインク滴を吐出するインクジェット記録ヘッドが知られている（例えば、特許文献１参照。）。図１３にこのようなインクジェット記録ヘッドの一例を示す。
【０００３】
図１３に示すインクジェット記録ヘッドは、圧力室２００が形成されたチャンバープレート２２０と、ノズル２０２が形成されたノズルプレート２０１と、ダイアフラムプレート３１０とを積層してなる流路基板を備え、当該流路基板よりも剛性の高いプレート２０６によって圧力室２００間の剛性を高めている。圧電素子２０４が変位すると、その一端に設けられたフット２２４が上下方向に移動し、これによって圧力室２００内のインクがノズル２０２からインク滴として吐出される。しかし、隣接するフット２２４間でプレート２０６とダイアフラム３１０とを接合し、当該接合部分でフット２２４をガイドしているため、フット２２４ひいては圧電素子２０４を密に並べられず、ノズルの高密度化を阻害するという問題があった。
【０００４】
そこで、かかる問題点を解消したインクジェット記録ヘッドが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。その一例を図１４に示す。図１４に示すインクジェット記録ヘッドは、複数の圧力室４０４が列状に形成されたチャンバープレート４１０を備える。ハウジング４１２はチャンバープレート４１０よりも高剛性で、圧力室４０４の列方向に延びる開口部４２１が形成されている。複数の圧電素子４０２は開口部４２１に収容され、対応の圧力室４０４に対向する位置でチャンバープレート４１０に固定されている。固定基板４００に形成された薄膜電極４０１にはリード４０３が接続されていて、圧電素子４０２は電力の供給により長手方向（図１４における矢印ｚ方向）に縮み、放電により元に戻る。そして、図１３の構成と異なり、隣接する圧電素子４０２間で該圧電素子４０２をガイドする部材がないため、圧電素子４０２を高密度に並べることができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭５８−１１９８７２号公報
【特許文献２】
特開平６−８４２２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図１４の構成において、インク滴の吐出量を確保するために圧力室４０４のサイズを大きくすると、ハウジング４１２の開口部４２１の幅も大きくなり、開口部４２１の総面積が大きくなる。また、印刷速度の向上を図るためにノズル数を増やすと、ノズル列方向における記録ヘッド全体の長さが長くなり、これによっても開口部４２１の総面積が大きくなる。
【０００７】
しかし、チャンバープレート４１０は非常に薄く、厚さが０．８ｍｍ〜１ｍｍ程しかない。その上、圧力室４０４が形成された部分の総厚みは０．４ｍｍ〜０．６ｍｍ程しかない。そのため、ハウジング４１２の開口部４２１が大きくなると、圧電素子４０２の変位により、対応の圧力室４０４だけでなく、チャンバープレート４１０全体が変形してしまい、本来の圧電素子４０２が持つ変位をインク滴吐出に有効に活用することができない。特に、同時に駆動する圧電素子４０２の本数が多くなると、この問題点は顕著になる。また、本来の圧力室４０２だけでなく、隣接する圧力室４０２も同時に変形させてしまうため、ノズル先端部のインクメニスカスが振動し、いわゆる構造的要因によるクロストークを引き起こしてしまう。
【０００８】
更に、圧電素子４０２をチャンバープレート４１０に突き当てて固定する際には、チャンバープレート４１０が押し込まれ中央部が撓むように変形してしまい、中央付近のノズルと両端部のノズルとでは吐出特性が異なるという問題が生じていた。
【０００９】
そこで本発明は、圧電素子を圧力室に対して安定して高密度に配置でき、均一で安定した吐出特性を有する組立の簡単なインクジェット記録ヘッド及びこれを備える記録装置の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の特徴によるインクジェット式記録ヘッドは、複数の圧力室が列状に並べて形成されたチャンバープレートと、該複数の圧力室に対応する位置で該チャンバープレートに固定された複数の圧電素子を有する圧電素子群と、該チャンバープレートを支持するハウジングとを備える記録ヘッドであって、櫛状に分割され複数の櫛部を有する保持部材を更に備え、各櫛部は隣接する２つの圧電素子間で前記チャンバープレートに接着されていることを特徴とする。かかる構成によれば、保持部材の櫛部が隣接する２つの圧電素子間でチャンバープレートを支持するので、チャンバープレート全体の剛性が高く維持される。また、保持部材はハウジングとは別部材として構成されているので、容易に加工できる。更に、圧電素子間に配置される櫛部は、保持部材を櫛状に分割することで容易に形成できる。
【００１１】
請求項２記載のインクジェット記録ヘッドは、請求項１記載のインクジェット記録ヘッドであって、前記ハウジングは前記チャンバープレートより高剛性であり、前記保持部材は該チャンバープレートと同程度或いはそれ以上の剛性を有し、該保持部材は前記複数の櫛部を支える支持部を更に備え、該支持部は前記ハウジングに固定されていることを特徴とする。かかる構成によれば、ハウジングはチャンバープレートより高剛性であり、保持部材はチャンバープレートと同程度或いはそれ以上の剛性を有しているので、チャンバープレートの剛性が更に高く維持される。
【００１２】
請求項３記載のインクジェット記録ヘッドは、請求項１又は２記載のインクジェット記録ヘッドであって、前記保持部材は前記ハウジングに固定され、該保持部材の櫛部配列方向における長さはハウジングの長さよりも短いことを特徴とする。かかる構成によれば、保持部材の両端部からインクがハウジング内部へ侵入するのを防止できる。
【００１３】
請求項４記載のインクジェト記録ヘッドは、請求項１又は２記載のインクジェト記録ヘッドであって、前記保持部材の前記チャンバープレートに対向する面と前記ハウジングが前記チャンバープレートに対向する面とからなる接合面の平坦度が１５μｍ以下であることを特徴とする。平坦度を１５μｍ以下にすることで、良好な液滴吐出性能を維持できる。
【００１４】
請求項５記載のインクジェット記録ヘッドは、請求項１又は２記載のインクジェット記録ヘッドであって、前記ハウジングには第１の位置決め部が設けられており、前記保持部材には第２の位置決め部が設けられており、前記保持部材は該第１の位置決め部を基準に該ハウジングに固定され、前記チャンバープレートは該第２の位置決め部を基準に該保持部材に積層されることを特徴とする。かかる構成によれば、前記保持部材を第１の位置決め部を基準にハウジングに固定し、前記チャンバープレートを第２の位置決め部を基準に保持部材に積層することにより、保持部材とハウジングとチャンバープレート間における位置ずれがなくなる。
【００１５】
請求項６記載のインクジェット記録ヘッドは、請求項１又は２記載のインクジェット記録ヘッドであって、前記圧電素子群は前記複数の圧電素子の両側に配置されたダミー圧電素子を更に備え、該ダミー電圧素子の一端は前記保持部材に固定されていることを特徴とする。かかる構成によれば、ダミー電圧素子の一端を保持部材に当接させて、チャンバープレートに対する圧電素子の位置決めが行われる。また、圧電素子をチャンバープレートに接着する際の荷重はダミー圧電素子にかかり、圧電素子及びチャンバープレートには殆どかからない。
【００１６】
請求項７記載のインクジェット記録ヘッドは、請求項６記載のインクジェット記録ヘッドであって、前記ダミー圧電素子の幅は、前記圧電素子の幅より広いことを特徴とする。かかる構成によれば、ダミー圧電素子は比較的大きな荷重にも耐えることができる。
【００１７】
請求項８記載のインクジェット記録ヘッドは、請求項１又は２記載のインクジェット記録ヘッドであって、前記圧電素子群は、前記複数の圧電素子を他端で固定する固定部材を更に備え、該固定部材はチャンバープレートに向かって延びる腕部を有し、該腕部の先端は前記保持部材に固定されていることを特徴とする。かかる構成によれば、腕部の一端を保持部材に当接させて、チャンバープレートに対する圧電素子の位置決めが行われる。また、圧電素子をチャンバープレートに接着する際の荷重は腕部にかかり、圧電素子及びチャンバープレートには殆どかからない。
【００１８】
請求項９記載のインクジェット記録ヘッドは、請求項１又は２記載のインクジェット記録ヘッドであって、前記保持部材は断面略コ字型であることを特徴とする。かかる構成によれば、前記櫛部をより簡単に且つ精度良く形成できる。請求項１０記載のインクジェット記録ヘッドは、請求項１記載のインクジェット記録ヘッドであって、前記保持部材は断面略Ｌ字型であることを特徴とする。かかる構成によっても、前記櫛部をより簡単に且つ精度良く形成できる。
【００１９】
請求項１１記載のインクジェット記録ヘッドは、請求項１記載のインクジェット記録ヘッドであって、前記保持部材は、断面略Ｌ字型の一対のＬ字部材を有し、該一対のＬ字部材は互いに対向するように配設されていることを特徴とする。また、請求項１２記載のインクジェット記録ヘッドは、請求項１１記載のインクジェット記録ヘッドであって、前記一対のＬ字部材は、前記複数の圧力室の配列ピッチに対し、互いに１／２ピッチずれて配置されていることを特徴とする。かかる構成によれば、前記圧電素子群が２列に配列された圧電素子を有する場合であっても、インクジェット記録ヘッドに保持部材を設けることができる。また、
【００２０】
請求項１２記載の記録装置は、請求項１乃至１１いずれか記載のインクジェット記録ヘッドを備えることを特徴としている。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態によるインクジェット記録装置について添付の図面を参照して説明する。
【００２２】
図１に、本実施の形態におけるインクジェット記録装置１００の概略を示す。図１に示すように、インクジェット記録装置１００は、インクジェット記録ヘッド１と、ヘッド保全部１０２と、メインインクタンク１０３と、サブインクタンク１０１と、フレーム（図示せず）から伸びる一対のガイド軸１１０、１１１とを備える。記録ヘッド１は、図示しないタイミングベルトに連結され、駆動モータ（図示せず）の正逆転によりガイド軸１１０、１１１上を往復運動しながら、印刷用紙Ｐ上にインク滴を吐出して文字や図形等を印刷する。メインインクタンク１０３内のインクは、供給チューブ１０４Ａを経由してサブインクタンク１０１へ送られ、更に供給チューブ１０４Ｂを介して記録ヘッド１へ供給される。
【００２３】
ヘッド保全部１０２はキャップ１０５を備え、印刷停止中は記録ヘッド１のノズル面をキャップ１０５で覆うことにより、ノズル面でのインク乾燥や異物の付着を防止する。キャップ１０５は更に、サブインクタンク１０１から記録ヘッド１へのインク充填時やパージ動作時の吸引キャップとしても活用される。パージ動作とは、記録ヘッド１内に停滞した気泡等を除去するために実施されるものである。ヘッド保全部１０２は更に、ノズル面に付着したインクなどを除去するためのワイパーブレード（図示せず）を備えている。
【００２４】
次に、第１の実施の形態における記録ヘッド１の具体的な構成について説明する。図２に示すように、記録ヘッド１は、チャンバープレート１０と、高剛性プレートからなるハウジング１２と、圧電素子１３と、固定基板１８と、チャンバー保持プレート１４とを備える。図４に示すように、チャンバープレート１０は、ノズルプレート３と、圧力室プレート６と、振動板９とを有する。ノズルプレート３の板厚は５０μｍ〜１００μｍ程であり、複数のノズル孔２がニッケル電鋳、ステンレスのプレス加工、プラスチックのレーザー加工等によって形成されている。
【００２５】
圧力室プレート６は、０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ程の厚さを有し、ノズル孔２に対応する複数の圧力室４と、共通インク室５と、各圧力室４を共通インク室５へ連通するリストリクタ７が形成されている。振動板９は、厚さ１０μｍ〜３０μｍ程のステンレスプレート又は樹脂製のプラスチックプレートであり、圧力室４を封止するものである。また、振動板９には、メインインクタンク１０３から供給されるインク内の異物を除去するためのフィルター５０が設けられている。
【００２６】
図２において、ハウジング１２にはマニホールド１２０と開口部１２１が形成されている。開口部１２１は凹部１２１ａ（図４）を有する。圧電素子１３は開口部１２１に収容され、その一端は固定基板１８に固定され、他端はチャンバープレート１０の圧力室４に対向する位置に接着固定されている。
【００２７】
圧電素子１３は方位面がｄ３３タイプの積層型圧電素子であり、次のように形成される。まず、図５に示すように、圧電材料２０と導電材料２１とを交互に積層して、バルク状の圧電素子体２２を作成する。圧電素子体２２の一端を固定基板１８に接着固定し、その両面に電極４０を塗付する。そして、圧電素子体２２の固定基板１８と反対側の自由端側から櫛歯状に切り込みを入れることにより、図３に示すような複数の圧電素子１３を形成する。切り込みの方法としては、ダイシングソーで複数回切断して加工する方法や、ワイヤーソーにより一度に加工する方法が挙げられる。本実施の形態では、個々の圧電素子１３の寸法を、幅Ｗ１を０．１２ｍｍ、長さＬ１を１．５ｍｍ、高さＴ１を約３ｍｍとし、１／１００インチ（２５４μｍ）のピッチで数十本の圧電素子１３を形成した。なお、電極４０は固定基板１８に配設された電極６０を経由してＦＰＣケーブル１９に接続され、図示しないドライバ基板に接続される。
【００２８】
固定基板１８は、セラミック等にあらかじめ電極パターン（電極６０）を設けたものでも、ステンレス等で板状に加工されたもので導電性を有する材料で構成されたものであっても構わない。電極４０を塗付する代わりにＦＰＣケーブル１９を直接圧電素子１３へ接続するように構成してもよい。
【００２９】
図２に示すように、チャンバープレート１０はハウジング１２及び圧電素子１３に接着されているが、圧力室４を囲む部分において、ハウジング１２及び圧電素子１３の何れにも接着されていない非接着領域が存在している。本実施の形態におけるチャンバー保持プレート１４は、当該非接着領域内においてハウジング１２に接着されている。図４に示すように、本実施例におけるチャンバー保持プレート１４は、断面形状コ字型となっていて、複数の溝１５によって櫛部１６が複数個形成されている。
【００３０】
ここで、チャンバー保持プレート１４の製作方法について説明する。先ず板状の部材に長手方向（幅方向Ｗ）に延びる溝１４ａを入れ、全体をコ字型に形成する。その後、コ字部の低面Ａを厚さ方向Ｔ及び長さ方向Ｌに貫通する複数の溝１５を形成することにより、チャンバー保持プレート１４を厚さ方向Ｔに貫通する貫通孔１７を形成する。ダイシングソー或いはワイヤーソー等を用いれば、溝１４ａ及び溝１５は容易に精度良く形成できる。溝１５のピッチは、少なくとも圧電素子１３の分割ピッチと同等で、溝１５の数は少なくとも圧電素子１３の分割数と同数とする。本実施の形態では、櫛部１６の幅Ｗ２を０．０９４ｍｍ、貫通孔１７の幅Ｗ３を０．１６ｍｍ、貫通孔１７の長さＬ２を約１．８ｍｍとし、前記圧電素子１３を貫通孔１７へ挿入するのに十分な寸法として構成した。このとき、完成したチャンバー保持プレート１４が、前記チャンバープレート１０と同等或いはそれ以上の高剛性を有すようにする。
【００３１】
次に、本実施の形態による記録ヘッド１の組立て方法について、図４を参照して説明する。先ず、ノズルプレート３と、圧力室プレート６と、振動板９とを接着し、チャンバープレート１０を形成する。次に、チャンバー保持プレート１４を、ハウジング１２の凹部１２１ａに接着固定し、チャンバープレート１０に接合されるハウジング１２及びチャンバー保持プレート１４の接合面（図４における上面）を、研削加工或いはラッピング加工し、段差をなくして平坦度を１５μｍ以下に仕上げる。発明者らの実験により、平坦度を１５μｍ以下にすれば良好な液滴吐出性能を維持できるが、平坦度が１５μｍを超えると圧電素子１３への電圧印加によりチャンバープレート１０全体に変形が生じ、圧電振動子１３の有効変位を阻害してインク滴の吐出特性のバラツキが許容範囲を越えて大きくなることが分かったためである。
【００３２】
ここで、ハウジング１２の凹部１２１ａの深さＨよりもチャンバー保持プレート１４の厚みＴ３を５μｍ以下の範囲で予め僅かに小さく設定しておくこともできる。このようにすれば、チャンバー保持プレート１４をハウジング１２の凹部１２１ａに接着固定した時点で、ハウジング１２及びチャンバー保持プレート１４の接合面の平坦度を５μｍ以下にできるため、接着後の研削加工やラッピング加工を省くことができ、比較的容易に接合面の平坦性を確保できる。
【００３３】
また、ハウジング１２及びチャンバー保持プレート１４の材質は、ステンレス等の金属が加工上好ましいが、セラミックや樹脂成形品であっても良い。いずれにおいてもチャンバープレート１０より同等以上の高剛性を有するのが望ましい。
【００３４】
次に、チャンバープレート１０をチャンバー保持プレート１４及びハウジング１２に固定する。このとき、チャンバー保持プレート１４の位置決め部ａ、ｂとチャンバープレート１０の位置決め部ｃ、ｄとを合わせて組み立てれば、チャンバー保持プレート１４の貫通孔１７と圧力室４との位置ずれを最小限にできる。なお、位置決め部ａ、ｂ、ｃ、ｄとしては位置決め孔や位置決め凸部等を利用できる。
【００３５】
その後、チャンバー保持プレート１４の貫通孔１７に固定部材１８に固定された圧電素子１３の先端を挿入し、当該先端を振動板９に、固定部材１８をハウジング１２の内壁に接着固定することで、記録ヘッド１が完成する。
【００３６】
かかる構成において、圧電素子１３に電荷が印可されると歪みによる変位を生じ、その時の変位発生力により圧力室４が変形し、圧力室４内のインクがインク滴としてノズル２から吐出される。このとき、高剛性を有するチャンバー保持プレート１４の櫛部１６がチャンバープレート１０の変形を支持するので、チャンバープレート１０の変形による圧力室４の体積変化損失を少なくでき、クロストークを防止できる。
【００３７】
また、チャンバー保持プレート１４はハウジング１２とは別部材として設けられているので、チャンバー保持プレート１４の加工形成を容易にできる。特に、溝１５をダイシングソー或いはワイヤーソー等で容易に精度良く、しかも高密度に形成できるので、ノズル高密度化を阻害することがない。また、チャンバー保持プレート１４によりチャンバープレート１０の剛性を高く維持できるので、構造的要因によるクロストーク等を有効に防止して、高性能な記録装置を提供できる。
【００３８】
次に、本実施の形態における記録ヘッド１の変形例について図６を参照して説明する。図６に示す変型例では、ハウジング１２には幅Ｗ方向に延びる溝２０が形成されている。そして、溝１４ａを形成する代わりに、チャンバー保持プレート１４の片面を箱状にくりぬいて空間１４Ａを形成し、これによってチャンバー保持プレート１４を断面形状コ字型としている。このようにすればハウジング１２の開口部１２１内へのインクの侵入を防止することができる。つまり、図４に示す前述の構成では、インクや粉塵等が矢印Ｉで示すチャンバー保持プレート１４の側面開口部からハウジング１２の開口部１２１内へ侵入するおそれがあるが、本変型例にはこのような側面開口部Ｉがないため、インク等の侵入を防止でき、圧電素子１３の損傷を防ぐことができる。また、インク等の侵入によるチャンバー保持プレート１４とハウジング１２との接着部における不具合も回避することもできる。なお、チャンバー保持プレート１４とハウジング１２との位置決めは、図６に示す位置決め部ａ、ｂと位置決め部ｅ、ｆとを用いることで精度良く行うことができる。
【００３９】
一方、チャンバー保持プレート１４の一面を前述のように箱状にくりぬくと、精度確保のため製造コストが増加することがあるため、チャンバー保持プレート１４は図４に示す形状としつつ、ハウジング１２へ接着後に側面開口部Ｉにシリコンや樹脂等を充填することとしても良い。これによっても前記変形例の場合と同様の効果が得られる。
【００４０】
次に、本発明の第２の実施の形態における記録ヘッド１Ａについて図７を参照して説明する。なお、前記第１の実施の形態における記録ヘッド１と同一の部材には同一の符号を付し、説明は省略することとする。
【００４１】
図７に示すように、記録ヘッド１Ａの圧電素子１３の両端部には、電圧が印加されないダミー圧電素子３０が設けられている。ダミー圧電素子３０は圧電素子１３よりも短く形成されており、ダミー圧電素子３０の自由端面は、チャンバー保持プレート１４のコ字型部底面Ａ（図３）に固定されている。
【００４２】
ここで、研削加工或いはラッピング加工を施すことにより、チャンバー保持プレート１４の平面を高平坦度の平面とすることができ、チャンバー保持プレート１４の厚み誤差も±５μｍ程に抑えることができる。更に、圧電素子１３及びダミー圧電素子３０の自由端面にも研削加工或いはラッピング加工を施すことにより、圧電素子１３とダミー圧電素子３０の段差誤差を±５μｍ以下にすることができる。従って、ダミー圧電素子３０の自由端面をチャンバー保持プレート１４のコ字型部底面Ａに突き当てて圧電素子１３をチャンバープレート１０に接着すれば、圧電素子１３の自由端面位置をチャンバープレート１０に対して所定位置にすることができ、その位置誤差も±１０μｍ以下に抑えることができる。よって、圧電素子１３をチャンバープレート１０に接着する際に、圧電素子１３がチャンバープレート１０を押し出し歪めてしまうのを防止することができる。また、チャンバー保持プレート１４は高剛性を有するので、ダミー圧電素子３０をチャンバー保持プレート１４に突き当てても、これによってチャンバープレート１０が変形することもない。よって、製造過程に生じるチャンバープレート１０の歪み発生を防止して、インク滴の吐出性能を安定化できる。
【００４３】
ダミー圧電素子３０の幅Ｗｄは、圧電素子１３の幅Ｗ１よりも大きいことが望ましい。これは、ダミー圧電素子３０を底面Ａに接着する際に要する荷重は、そのほぼ全てがダミー電圧素子３０にかかるため、ダミー圧電素子３０の幅Ｗｄをあまり狭くすると、接着時における僅かな傾き等によってもダミー電圧素子３０が破損する恐れがあるためである。ダミー電圧素子３０の幅Ｗｄを大きくすることで、このような破損を回避することができる。また、十分な幅Ｗｄを確保することで、圧電素子１３の形成加工後に前記段差加工を施すことができる。
【００４４】
次に、本発明の第３の実施の形態における記録ヘッド１Ｂについて図８を参照して説明する。記録ヘッド１Ｂは前記第２の実施の形態における記録ヘッド１Ａと類似しているが、本実施の形態ではダミー圧電素子３０の代わりに固定基板１８の両端に凸部１８Ａを設けた。これによっても前記記録ヘッド１Ａと同様の効果が得られる。更に、固定基板１８はダミー圧電素子３０よりも高剛性を有しているので、接着の際の荷重にばらつきが生じても破損などの心配がない。
【００４５】
なお、固定基板１８は圧電素子１３よりも剛性が高いため、先ず固定基板１８の凸部１８Ａを研削加工し、その後、研削された凸部１８Ａの高さに合わせて圧電素子１３の先端部を研削加工すれば、凸部１８Ａと圧電素子１３との段差誤差を±５μｍに抑えることができる。
【００４６】
次に、本発明の第４の実施の形態における記録ヘッド１Ｃについて図９乃至図１１を参照して説明する。記録ヘッド１Ｃは矢印Ｄ方向に往復移動しながらインク滴を吐出して印刷を行うが、１パスでの印刷密度の向上を図るため、記録ヘッド１Ｃには複数の圧力室４が互いに１／２ピッチだけずらして千鳥状に２列に並べて形成されている。ここで、記録ヘッド１Ｃの往復移動精度やインク吐出タイミングの補正誤差を少なく抑えて印刷品質の向上を図るには、ノズル列間距離Ｌｎは小さい方が良い。しかし、ノズル列間距離Ｌｎをあまり狭くすると、圧電素子１３間の長さＬ方向における隙間が非常に狭くなり、当該隙間に前述のようなチャンバー保持プレートを配置することは非常に困難となる。
【００４７】
一方、図１０に示すように、記録ヘッド１Ｃのハウジング１２に形成された開口部１２１は、圧力室４が１列に形成された前記記録ヘッド１の開口部１２１に比べ、ほぼ２倍の幅を有する。その結果、圧電素子１３の変位力によるチャンバープレート１０の変形も大きくなる。しかも、長さＬ方向に互いに対向する圧電素子１３がほぼ同時に駆動すると、その力も２倍となり、変形の度合いが大きい。
【００４８】
そこで本実施の形態では、図１１に示すように、断面Ｌ字型で、複数の櫛状のスリット２６が形成された一対のチャンバー保持プレート２５を用いた。図１１に示すようにチャンバー保持プレート２５を互いに対向させてハウジング１２の凹部１２１ａに固定し、スリット２６を介して圧電素子１３をチャンバープレート１０に固定する。このとき、一対のチャンバー保持プレート２５は、圧力室４と同様に幅Ｗ方向に１／２ピッチずらして配置される。
【００４９】
このように、チャンバー保持プレート２５をＬ字型部材とすることで、図９に示されるように各圧力室列がずれて形成されている場合においても、チャンバー保持プレート２５を圧力室列のずれ分に相当する量だけずらして容易に配置することができる。また、ノズル列間距離Ｌｎを小さく設定しても、チャンバー保持プレート２５を配置することができ、チャンバープレート１０の剛性を高く維持することができる。なお、スリット２６は、前記溝１５と同様にダイシングソー或いはワイヤーソー等により容易に且つ高密度に形成できる。
【００５０】
本発明による記録ヘッドは上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。例えば、圧電素子１３は面方位がｄ３３タイプのものに限られず、面方位がｄ３１タイプのものであってもかまわない。また、チャンバープレート１０は、図１３に示すように、ノズルプレート３と、圧力室４が形成された圧力室プレート６’と、リストリクタ７が形成されたリストリクタプレート８と、振動板９からなるを積層して構成しても良い。
【００５１】
また、卓上型の小型シリアルスキャン印刷方式のインクジェット記録装置１００を例に説明したが、ポスターなどの大判メディア用の印刷装置であるいわゆるワイドフォーマットプリンタや、記録ヘッドを複数並べて固定してなるライン印刷方式のインクジェット記録装置にも本発明を適用することができる。
【００５２】
本発明を印刷装置以外の装置に用いることも可能である。例えば、産業用途等に使われるディスペンサーやインクジェット方式の３次元造形機等で用いられるヘッドとして使用できる。
【００５３】
インク滴の吐出の安定化を図るため、圧力室プレート６の圧電素子１３が当接する領域に凸部を形成しても良い（例えば、図１４に示すアイランド４１１に対応するもの）。
【００５４】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、保持部材によってチャンバープレート全体の剛性が高く維持されるので、本来の圧電素子が持つ変位をインク滴吐出に有効に活用することができると共に、記録ヘッドの構造的要因によるクロストークを防止でき、高品質な記録が可能なインクジェット記録ヘッドを提供できる。また、保持部材はハウジングとは別部材として構成されているので、加工がし易い。また、櫛部は保持部材を櫛状に分割することで形成できるので、複数の櫛部を容易に精度良く且つ高密度に形成することができる。よって、保持部材の存在が圧電素子の高密度配置を阻害することがなく、ノズル高密度化を実現できる。
【００５５】
請求項２記載の発明によれば、チャンバープレートの剛性が更に高く維持されるので、記録ヘッドの構造的要因によるクロストークを確実に防止することができる。請求項３記載の発明によれば、保持部材の両端部からインクがハウジング内部へ侵入するのを防止できるので、ハウジング内部へ侵入したインクにより圧電素子が損傷するのを防ぐことができる。また、請求項４記載の発明によれば、液滴吐出性能を維持できるので、信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを提供できる。
【００５６】
請求項５記載の発明によれば、保持部材とハウジングとチャンバープレート間における位置ずれをなくしているので、チャンバープレートに形成された圧力室と保持部材に形成された隣接する櫛部間の隙間との位置関係を正確にできる。よって、製造時における位置誤差に起因した吐出不良等の弊害を防止できる。
【００５７】
請求項６記載の発明によれば、圧電素子をチャンバープレートに接着する際の荷重は該ダミー圧電素子にかかり、圧電素子及びチャンバープレートには殆どかからない。また、ダミー電圧素子の一端を保持部材に当接させて、チャンバープレートに対する圧電素子の位置決めが行われる。よって、圧電素子をチャンバープレートへ接着する際に、圧電素子がチャンバープレートを押し出すことによりチャンバープレートを変形させることがなく、製造過程に生じるチャンバープレートの歪み発生を防止して安定したインク滴吐出性能を有するインクジェット記録ヘッドを提供できる。また、請求項７記載の発明によれば、ダミー圧電素子は、比較滴大きな荷重にも耐えることができるので、圧電素子をチャンバープレートへ接着する際の荷重がダミー圧電素子にかかっても、ダミー圧電素子が破壊することがない。
【００５８】
請求項８記載の発明によれば、圧電素子をチャンバープレートに接着する際の荷重は腕部にかかり、圧電素子及びチャンバープレートには殆どかからない。また、腕部一端を保持部材に当接させて、チャンバープレートに対する圧電素子の位置決めが行われる。よって、圧電素子をチャンバープレートへ接着する際に、圧電素子がチャンバープレートを押し出すことによりチャンバープレートを変形させることがなく、製造過程に生じるチャンバープレートの歪み発生を防止して安定したインク滴吐出性能を有するインクジェット記録ヘッドを提供できる。
【００５９】
請求項９及び請求項１０記載の発明によれば、櫛部をより簡単に且つ精度良く形成できるので、櫛部を高密度に並べることができ、保持部材によってノズル高密度化が阻害されることがない。
【００６０】
請求項１１記載及び１２記載の発明によれば、圧電素子が２列に配列されている場合であっても、保持部材を設けることができるので、チャンバープレートの剛性を高く維持することができる。
【００６１】
請求項１３記載の発明によれば、請求項１乃至１２記載のインクジェット記録装置と同様の効果を奏する記録装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態によるインクジェット記録ヘッドを搭載したインクジェット記録装置を示す概略斜視図。
【図２】本発明の第１の実施の形態によるインクジェット記録ヘッドを示す断面図。
【図３】本発明の第１の実施の形態によるチャンバー保持プレートを示す斜視図。
【図４】本発明の第１の実施の形態によるインクジェット記録ヘッドを示す分解斜視図。
【図５】本発明の第１の実施の形態によるインクジェット記録ヘッドの圧電素子の製造過程を示す図。
【図６】本発明の第１の実施の形態によるインクジェット記録ヘッドの変型例を示す分解斜視図。
【図７】本発明の第２の実施の形態によるインクジェット記録ヘッドを示す断面図。
【図８】本発明の第３の実施の形態によるインクジェット記録ヘッドを示す断面図。
【図９】本発明の第４の実施の形態によるインクジェット記録ヘッドを示す底面一部切り欠き図。
【図１０】本発明の第４の実施の形態によるインクジェット記録ヘッドを示す図９のＸ―Ｘ線断面図。
【図１１】本発明の第４の実施の形態によるインクジェット記録ヘッドに使用されるチャンバー保持プレートを示す斜視図。
【図１２】本発明によるインクジェット記録ヘッドで使用可能な他のチャンバープレートの一例を示す分解斜視図。
【図１３】従来技術のインクジェット記録ヘッドの一例を示す断面図。
【図１４】従来技術の他のインクジェット記録ヘッドを示す断面図。
【符号の説明】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ 記録ヘッド
２ ノズル孔
３ ノズルプレート
４ 圧力室
６ 圧力室プレート
７ リストリクタ
８ リストリクタプレート
９ 振動板
１０ チャンバープレート
１２ ハウジング
１３ 圧電素子
１４ チャンバー保持プレート
１４ａ、１５ 溝
１７ 貫通孔
１８ 固定基板
１８Ａ 凸部
２５ チャンバー保持プレート
２６ スリット
３０ ダミー圧電素子
１００ インクジェット記録装置
１２０ マニホールド
１２１ 開口部
１２１ａ 凹部
ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ 位置決め部
Claims (13)
- 複数の圧力室が列状に並べて形成されたチャンバープレートと、該複数の圧力室に対応する位置で該チャンバープレートに固定された複数の圧電素子を有する圧電素子群と、該チャンバープレートを支持するハウジングとを備える記録ヘッドであって、
櫛状に分割され複数の櫛部を有する保持部材を更に備え、
各櫛部は隣接する２つの圧電素子間でチャンバープレートに接着されていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。 - 前記ハウジングは前記チャンバープレートより高剛性であり、前記保持部材は該チャンバープレートと同程度或いはそれ以上の剛性を有し、該保持部材は前記複数の櫛部を支える支持部を更に備え、該支持部は前記ハウジングに固定されていることを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録ヘッド。
- 前記保持部材は前記ハウジングに固定され、保持部材の櫛部配列方向における長さはハウジングの長さよりも短いことを特徴とする請求項１又は２記載のインクジェット記録ヘッド。
- 前記保持部材の前記チャンバープレートに対向する面と前記ハウジングが前記チャンバープレートに対向する面とからなる接合面の平坦度が１５μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２記載のインクジェト記録ヘッド。
- 前記ハウジングには第１の位置決め部が設けられており、前記保持部材には第２の位置決め部が設けられており、前記保持部材は該第１の位置決め部を基準に該ハウジングに固定され、前記チャンバープレートは該第２の位置決め部を基準に該保持部材に積層されることを特徴とする請求項１又は２記載のインクジェット記録ヘッド。
- 前記圧電素子群は前記複数の圧電素子の両側に配置されたダミー圧電素子を更に備え、該ダミー電圧素子の一端は前記保持部材に固定されていることを特徴とする請求項１又は２記載のインクジェット記録ヘッド。
- 前記ダミー圧電素子の幅は、前記圧電素子の幅より広いことを特徴とする請求項６記載のインクジェット記録ヘッド。
- 前記圧電素子群は、前記複数の圧電素子を他端で固定する固定部材を更に備え、該固定部材はチャンバープレートに向かって延びる腕部を有し、該腕部の先端は前記保持部材に固定されていることを特徴とする請求項１又は２記載のインクジェット記録ヘッド。
- 前記保持部材は断面略コ字型であることを特徴とする請求項１又は２記載のインクジェット記録ヘッド。
- 前記保持部材は断面略Ｌ字型であることを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録ヘッド。
- 前記保持部材は、断面略Ｌ字型の一対のＬ字部材を有し、該一対のＬ字部材は互いに対向するように配設されていることを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録ヘッド。
- 前記一対のＬ字部材は、前記複数の圧力室の配列ピッチに対し、互いに１／２ピッチずれて配置されていることを特徴とする請求項１１記載のインクジェット記録ヘッド。
- 請求項１乃至１２いずれか記載のインクジェット記録ヘッドを備えた記録装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003086150A JP2004291362A (ja) | 2003-03-26 | 2003-03-26 | インクジェット記録ヘッド及びこれを備えた記録装置 |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003086150A JP2004291362A (ja) | 2003-03-26 | 2003-03-26 | インクジェット記録ヘッド及びこれを備えた記録装置 |
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| JP (1) | JP2004291362A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016179699A (ja) * | 2016-07-20 | 2016-10-13 | セイコーエプソン株式会社 | 液体噴射ヘッド、液体噴射装置、液体噴射ヘッドの製造方法 |
-
2003
- 2003-03-26 JP JP2003086150A patent/JP2004291362A/ja active Pending
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|---|---|---|---|---|
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