JP3089765B2 - インクジェット記録ヘッド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液滴の吐出によって記録
を行うインクジェット記録装置に適したインクジェット
ヘッドの構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】感光性樹脂を利用して流路を形成したイ
ンクジェット記録ヘッドは特開昭５６ー１２３８６９に
開示されている。しかしこのヘッドにあっては、感光性
樹脂層を切断、研磨してインク滴吐出ノズルを作るた
め、切断時のノズル欠けやゴミの侵入が問題であり、ま
た樹脂層が記録紙とのコスレに弱いといった問題もあ
る。インク吐出ノズルをプレートに形成した記録ヘッド
は特開昭５６ー１７２にある。しかしこの種のヘッドに
感光性樹脂をそのまま適用しても、樹脂の積層や露光、
融着等のヘッド製造過程において機械的な力を受け、ま
た露光、加温の影響による樹脂の収縮や熱膨張差を受け
るため、記録ヘッドにとって非常に重要部分であるノズ
ルプレートや振動子が乗る壁部に凹凸やうねりが出てし
まい、また流路にも寸法変化を生じるなど、吐出インク
滴の曲がりや悪いものでは吐出しないといった問題があ
る。

【０００３】その他にも樹脂とプレートとの接着面での
剥離や樹脂に掛かる応力にも問題があり、特に長期のイ
ンク浸漬後は密着力と許容応力が低下するためその対策
が課題となっている。

【０００４】完成後にあっては、ノズル部にキャップを
着脱するとその力によって変形を発生しやすいといった
問題もある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】流路を高精度に形成で
き、そして２枚のプレート間を接合できる感光性樹脂を
使用しながらも、安定且つ信頼性の高い吐出を実現し、
さらには多数高密度ノズルヘッドにおいて、各ノズルか
らのばらつきのない吐出を実現することが本発明の目的
とするところである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そこで本発明では、イン
ク吐出ノズルを有する第１のプレートと圧力室の弾性壁
を成す第２のプレートと、該第１、第２のプレートの間
に積層されて圧力室や共通のインク室のための流路を形
成する感光性樹脂層を備え、該感光性樹脂に密着積層さ
れて前記流路に連通する流路を有する補強プレートを第
１、第２のプレートに平行に設ける。さらには該補強プ
レートは圧力室の片壁面を成すと共に、圧力室と共通の
インク室との間の流路を形成する。

【０００７】

【実施例】以下に本発明の実施例に沿って詳細に説明す
る。図１は本発明によるインクジェット記録ヘッドの基
本構造を示す実施例の平面図（ａ），Ａ−Ａ断面図
（ｂ）である。図１において１は圧力室、その圧力室１
の一端４は通孔５を通じてノズル３に連通し、圧力室１
の他端６は絞り流路２を通じて各圧力室共通のインク室
７に連通する。インク室７には図示されない注入口を通
じてインクタンクからインクが入ってくる。１０はノズ
ル３を有するノズルプレートであり、吐出特性との関係
上その厚さは３０〜１２０μｍの範囲から選ばれる。ノ
ズル３は電鋳やプレス或はレーザー加工、エッチングな
ど公知の方法により作られ、その径は３０〜４０μｍの
範囲から最適化される。

【０００８】１１は薄い金属フィルム１２とやや厚い層
１３とから成る変位プレートである。金属フィルム１２
の材料は金属箔として一般的なステンレス、ニッケル、
ベリリウム、チタンなどが良く、厚さは１〜 １０μ
ｍ、高密度ヘッドにあっては１〜５μｍが望ましい。
厚い層１３はプラスチックプレートやステンレス等の金
属プレートなど厚さ２０〜５０μｍの均一な材料で構成
され、フィルム１２と接合状態にある。尚、変位プレー
ト１１は例えば電鋳手段によれば金属フィルム１２と厚
い層１３とを一体化したプレートとすることも可能であ
る。

【０００９】１５は圧電素子で、その一端は圧力室１に
対応してその外壁の層１３の上に接着剤１４で接合す
る。圧電素子１５の片側は図示されない固定板に固着さ
れており、圧電素子１５への電圧印加、解除に呼応して
矢印方向に伸縮し、圧力室１内のインクを加圧する。

【００１０】８は補強プレートであり、９はドライフィ
ルム等の感光性樹脂層である。すなわち圧力室１、絞り
流路２、インク室７及び通孔５の側壁は感光性樹脂層の
フォト工程により形成しており、圧力室１とインク室７
の上壁面は変位プレート１１で、下壁面は補強プレート
８で作られる。そして感光性樹脂層９はノズルプレート
１０と変位プレート１１を補強プレート８を中間にして
互いを結合する接着層としても作用する。

【００１１】補強プレート８には通孔５のための孔１７
がある。補強プレート８の材料としてはやはり金属が優
れ、なかでも耐インク性を考えるとステンレスが適す。
補強プレート８はノズルプレート１０と変位プレート１
１のほぼ中間に挿入する。

【００１２】補強プレート８を積層することにより、感
光性樹脂では不可能だった剛性が増す。また樹脂が有す
る特有の濡れの悪さや表面粗さ、インクによる膨潤とい
った流路として好ましくない問題に対しても、圧力室１
の壁面を滑らかで且つ経時変化を起こさない補強プレー
ト８で構成することで解決できる。

【００１３】図２は図１に於ける変位プレート１１や圧
電素子１５を取り除いて、流路部分を平面図で示したも
ので、圧力室１を４列配置している。２つの穴１９は変
位プレート１１、ノズルプレート１０、補強プレート８
を積層するときの位置決め用ガイド穴、２０は気泡排出
用流路、１８はインクタンクからのインク流入口に相当
する。

【００１４】補強プレート８の外周に対し感光性樹脂層
９を破線の様に少なくとも２０〜１００μｍは内側に形
成する。変位プレート１１とノズルプレート１０は補強
プレート８と同外周か感光性樹脂同様少し内側とする。
そうすることで流路部分を作る樹脂層や薄いプレートを
保護出来る。

【００１５】また位置決め用ガイド穴１９についても感
光性樹脂層９を破線の様に穴より外側へ逃がし、位置決
め用軸に対する保護および感光性樹脂の穴精度に影響さ
れない位置決めを行なう。

【００１６】図３は図１の実施例で示したヘッドの製造
方法の説明図で、同図（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように
変位プレート１１、補強プレート８、ノズルプレート１
０各々の片面または両面に感光性の樹脂層を積層する。
そして従来周知の露光、現像、リンスといったフォト工
程を経て各々の樹脂層に流路に相当する凹部を作る。次
いで出来上がった３ブロックを加圧加温のもと積層融着
せしめれば第１図（ｂ）の所要の流路が完成する。

【００１７】吐出特性を確保するには流路を作る感光性
樹脂に適当な厚みが必要である。そこで図示の（ａ）
（ｂ）（ｃ）ように樹脂層を配分して積層してフォト工
程を行い、その後積層融着する。フォト工程に於て樹脂
層は収縮する。またノズルプレート１０と変位プレート
１１は薄く、しかも片面のみの積層であるため変形し易
い。そのためノズルプレート、変位プレートには樹脂層
を薄く積層し、ソリ、変形を小さくする。ソリ、変形が
小さいと後の積層融着時重ね易く精度と作業性が向上す
る。一方比較的厚い補強プレート８には流路に必要な厚
さを、しかも両面に、好ましくはほぼ同厚さの樹脂層を
積層する。補強プレートの剛性を高めておけばソリ、変
形は生じない。

【００１８】例えばノズルプレートに１５から３０μｍ
を、変位プレートに同じく１５から３０μｍを、補強プ
レートには両面にそれぞれ７５から１５０μｍを積層す
る。積層融着せしめるとノズルプレート１０と変位プレ
ート１１は補強プレートに矯正されてさらに平坦度が増
す。その際、矯正時に樹脂とプレートの界面には剪断力
が、樹脂自身にも応力が加わるが、元々ソリ、変形が小
さいので加わる力は小さく、従来課題であったインク浸
漬による剥離と破壊を防止できる。

【００１９】図４は電気機械変換素子として平板状圧電
素子２１を用いた実施例で、インク滴の吐出原理は既に
知られているとおりである。ここでは変位プレート１１
は薄い一層のプレートで構成される。剛性を上げ、平坦
度を上げることは平板状圧電素子の密着と電気的接続に
とって、また圧力室壁の均一なたわみの生起にとって非
常に効果的である。

【００２０】図５は本発明の他の実施例で補強プレート
８に絞り流路２を形成したものである。絞り流路２の加
工にはエッチング、プレス、レーザー、電鋳、ドリルな
ど材料や必要精度に適した加工が選択される。この構成
によれば記録ヘッドにとって高精度寸法が要求されるノ
ズルと絞り流路をプレートに作ることで高精度化でき
る。すなわちノズル３と絞り流路２をプレートに作れる
ため高精度加工が可能なこと、且つ膨潤等インクによる
経時変化をなくせること、積層融着時のツブレによる寸
法変化を回避できる。実績によると絞り流路の幅、深さ
精度が感光性樹脂でプラスマイナス５μｍであったがプ
レス加工ではプラスマイナス２μｍであった。絞り流路
の長さも板厚で管理可能なため、さらに好都合である。

【００２１】以上に説明した実施例の図では感光性樹脂
として、その取扱い、及び厚さの制御が容易で正確な固
体タイプのドライフィルムフォトレジストを例としてい
る。この他、感光性樹脂として液状タイプも本発明の記
録ヘッドに使用可能である。これらの感光性樹脂は既に
特開昭５８ー１１１７３やその他この種樹脂メーカーの
資料等に示されており、適宜選択可能である。

【００２２】

【発明の効果】以上に説明したように本発明によるイン
クジェット記録ヘッドはインク吐出ノズルを有する第１
のプレートと圧力室の弾性壁を成す第２のプレートと、
該両プレートの間に積層されて流路を形成する感光性樹
脂層を備え、該樹脂層に密着積層して前記流路に連通す
る流路を有する補強プレートを前記両プレートに平行に
設けたものである。また補強プレートで圧力室の片壁面
成すと共に圧力室と共通のインク室との間の流路を形成
したものである。その結果、剛性不足に起因する種々の
問題を解決できたこと、製造精度と組立性が向上したこ
と、樹脂にかかる応力の低減と積層界面の剥離解消によ
る信頼性の向上が達成できたこと、また補強プレートで
圧力室壁面を滑らか且つ安定化することで吐出安定性が
増したこと、補強プレートに高精度に流路を形成できて
吐出特性が向上したこと、などインクジェット記録ヘッ
ドが直面していた多くの課題を解決できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の記録ヘッドの平面図と断面図。

【図２】本発明の記録ヘッドの流路配置を示す平面図。

【図３】本発明の記録ヘッドの組立説明図。

【図４】本発明による記録ヘッドの他の平面図と断面
図。

【図５】本発明による記録ヘッドの更に他の平面図と断
面図。

【符号の説明】

１ 圧力室 ２ 絞り流路 ３ ノズル ７ インク室 ８ 補強プレート ９ 感光製樹脂 １０ ノズルプレート １１ 変位プレート １２ 金属フィルム １４ 接着 １５ 電気ー機械変換素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/045 B41J 2/055

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の圧力室を配置し、その各圧力室の
   一端はインク吐出ノズルに、他端は共通のインク室に連
   通し、該インク室にインクタンクよりインクを供給する
   記録ヘッドであり、前記インク吐出ノズルを有する第１
   のプレートと前記圧力室の弾性壁を成す第２のプレート
   と、該第１、第２のプレートの間に積層されて前記圧力
   室、インク室のための流路を形成する感光性樹脂の層を
   備え、さらに該感光性樹脂に密着積層されて前記流路に
   連通する流路を有する補強プレートを前記第１、第２プ
   レートと平行に設けたことを特徴とするインクジェット
   記録ヘッド。
2. 【請求項２】 前記補強プレートは圧力室の片壁面を成
   すと共に該圧力室と前記共通のインク室間の流路を形成
   す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。