JPH07156387A - 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Info
- Publication number
- JPH07156387A JPH07156387A JP5310789A JP31078993A JPH07156387A JP H07156387 A JPH07156387 A JP H07156387A JP 5310789 A JP5310789 A JP 5310789A JP 31078993 A JP31078993 A JP 31078993A JP H07156387 A JPH07156387 A JP H07156387A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ink jet
- recording head
- jet recording
- plate
- island
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高密度圧力室配置においてもインク滴生成時
における圧力室の圧力上昇を十分に吸収でき、且つ振動
板の破損等の問題のない振動板を有するインクジェット
式記録ヘッドを提供する。 【構成】 ノズル開口部２ａを有するノズルプレート
２、島状突起部５と周囲の薄肉部４より成る振動板、前
記島状突起部５に接合された圧電振動子ユニット１、前
記ノズルプレート２と前記振動板に挟みこまれ圧力発生
室６を形成した流路形成部材３より成り、前記島状突起
部５は前記流路形成部材３に沿って細長く形成され、前
記振動板薄肉部４の厚みを他の振動板薄肉部分４ａと比
較して前記島状突起部の両脇部分でのみ薄く構成したこ
とを特徴とする。
における圧力室の圧力上昇を十分に吸収でき、且つ振動
板の破損等の問題のない振動板を有するインクジェット
式記録ヘッドを提供する。 【構成】 ノズル開口部２ａを有するノズルプレート
２、島状突起部５と周囲の薄肉部４より成る振動板、前
記島状突起部５に接合された圧電振動子ユニット１、前
記ノズルプレート２と前記振動板に挟みこまれ圧力発生
室６を形成した流路形成部材３より成り、前記島状突起
部５は前記流路形成部材３に沿って細長く形成され、前
記振動板薄肉部４の厚みを他の振動板薄肉部分４ａと比
較して前記島状突起部の両脇部分でのみ薄く構成したこ
とを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はインクジェット式記録ヘ
ッドに関するものである。
ッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、ノズルと連通する圧力室の一
壁面を振動板により封止し、その振動板に圧電振動子等
によりインク吐出の圧力を印加するインクジェット式記
録ヘッドが多数提案されている。その中でも特開平３−
２８４９５０号公報に提案されたインクジェット記録ヘ
ッドは、図５に示す様に圧力室２１の壁面を形成する振
動板２２に圧電振動子２３を当接させてた構成におい
て、隣接するノズル間の相互干渉を防止するため、圧電
振動子２３及び圧力室を区画する隔壁２４と振動板２２
の接合部以外に凹部２５を設けた構成となっている。
壁面を振動板により封止し、その振動板に圧電振動子等
によりインク吐出の圧力を印加するインクジェット式記
録ヘッドが多数提案されている。その中でも特開平３−
２８４９５０号公報に提案されたインクジェット記録ヘ
ッドは、図５に示す様に圧力室２１の壁面を形成する振
動板２２に圧電振動子２３を当接させてた構成におい
て、隣接するノズル間の相互干渉を防止するため、圧電
振動子２３及び圧力室を区画する隔壁２４と振動板２２
の接合部以外に凹部２５を設けた構成となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の構造に
於いてヘッドを１５０ｄｐｉ以上の高解像度にするた
め、隣接する圧力室間隔及び圧力室幅を狭めるととも
に、吐出インク滴を減少させないために圧電振動子の変
位を大きくとると、振動板の凹部２５の角部分には圧力
集中が生じ易くなり、振動板に破損が生じる問題があ
る。このような破損を防止するだけならば、振動板を可
及的に厚くして機械強度をもたせる方法がある。しかし
インク滴生成時には圧力室の急激な圧力上昇が生じるた
め、この圧力上昇を緩和させないと不要なインク滴の発
生を招いて印字品質を低下させてしまうという問題があ
る。
於いてヘッドを１５０ｄｐｉ以上の高解像度にするた
め、隣接する圧力室間隔及び圧力室幅を狭めるととも
に、吐出インク滴を減少させないために圧電振動子の変
位を大きくとると、振動板の凹部２５の角部分には圧力
集中が生じ易くなり、振動板に破損が生じる問題があ
る。このような破損を防止するだけならば、振動板を可
及的に厚くして機械強度をもたせる方法がある。しかし
インク滴生成時には圧力室の急激な圧力上昇が生じるた
め、この圧力上昇を緩和させないと不要なインク滴の発
生を招いて印字品質を低下させてしまうという問題があ
る。
【０００４】したがって本願発明の目的とするところ
は、高集積のインクジェットヘッドであってもインク滴
生成時における圧力室の圧力上昇を十分に吸収でき、且
つ振動板の破損等の問題のない耐久性に優れた振動板を
有するインクジェット式記録ヘッドを提供することにあ
る。
は、高集積のインクジェットヘッドであってもインク滴
生成時における圧力室の圧力上昇を十分に吸収でき、且
つ振動板の破損等の問題のない耐久性に優れた振動板を
有するインクジェット式記録ヘッドを提供することにあ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
式記録ヘッドは、インクを吐出するためのノズルと、該
ノズルと連通する圧力室と、該圧力室の一壁面を形成
し、薄肉部によって囲まれた島状突起部を有する振動板
と、該振動板の島状突起部と当接し圧力室を加圧する機
械的加圧手段とを有するインクジェットヘッドにおい
て、前記島状突起部の長手方向の端部近傍の薄肉部の厚
みが他の薄肉部の厚みよりも厚く形成されていることを
特徴とする。
式記録ヘッドは、インクを吐出するためのノズルと、該
ノズルと連通する圧力室と、該圧力室の一壁面を形成
し、薄肉部によって囲まれた島状突起部を有する振動板
と、該振動板の島状突起部と当接し圧力室を加圧する機
械的加圧手段とを有するインクジェットヘッドにおい
て、前記島状突起部の長手方向の端部近傍の薄肉部の厚
みが他の薄肉部の厚みよりも厚く形成されていることを
特徴とする。
【０００６】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用い詳細に説
明する。
明する。
【０００７】図１及び図２は本発明の第１の実施例にお
けるインクジェット式記録ヘッドの上面図とその断面図
であり、図３は記録ヘッドの全体構成の断面図である。
けるインクジェット式記録ヘッドの上面図とその断面図
であり、図３は記録ヘッドの全体構成の断面図である。
【０００８】１は縦振動モードを備えた積層型の圧電振
動子ユニットであり、その先端は振動板４の上に形成さ
れた島状突起部５とエポキシ系の接着剤で接合する。振
動板４はニッケル０．５μｍとクロム０．３μｍをシリ
コン単結晶より成るキャビティ３に蒸着しその上に振動
板厚肉部４ａとして０．５μｍのニッケルをメッキによ
り部分的に追加形成する。次に、同じく３０μｍの島状
突起部５をニッケル電鋳により形成した後、キャビティ
３をＫＯＨでノズルプレート２を接着する側から片面エ
ッチングする。これによりキャビティ３に圧力発生室６
およびインク供給部３ａが形成され、その先には既知の
リザーバ、インク供給口（図示せず）等も形成される。
そしてノズルプレート２はノズル開口部２ａが加工され
ており、エポキシ系の接着剤によりキャビティ３に接合
する。なお、図３より解るように前記圧電振動子ユニッ
ト１はその対向する面に電極がそれぞれに構成され、一
方の面の電極は制振板８上のリード電極１０に、他方の
面の電極は接続部材１１に電気的に導通を取り、リード
板や回路基板（図示せず）により記録ヘッドから引き出
して駆動回路に接続している。また、前記制振板８は快
削性のセラミックよりなり一方の面を前記圧電振動子ユ
ニット１と接着固定すると共に、他方の面をエポキシ系
の接着剤により液晶ポリマー樹脂より成る固定板７の内
壁に接着固定されている。また同時に、前記固定板７は
振動板枠部１２と接着固定されており、前記圧電素子ユ
ニット１の電極に前記リード電極１０および前記接続部
材１１を通して約３０Ｖの電圧を加減することにより前
記圧電素子ユニット１が矢印１３方向に約２μｍ伸び縮
みし、島状突起部５を介して振動板４を振動させる。
動子ユニットであり、その先端は振動板４の上に形成さ
れた島状突起部５とエポキシ系の接着剤で接合する。振
動板４はニッケル０．５μｍとクロム０．３μｍをシリ
コン単結晶より成るキャビティ３に蒸着しその上に振動
板厚肉部４ａとして０．５μｍのニッケルをメッキによ
り部分的に追加形成する。次に、同じく３０μｍの島状
突起部５をニッケル電鋳により形成した後、キャビティ
３をＫＯＨでノズルプレート２を接着する側から片面エ
ッチングする。これによりキャビティ３に圧力発生室６
およびインク供給部３ａが形成され、その先には既知の
リザーバ、インク供給口（図示せず）等も形成される。
そしてノズルプレート２はノズル開口部２ａが加工され
ており、エポキシ系の接着剤によりキャビティ３に接合
する。なお、図３より解るように前記圧電振動子ユニッ
ト１はその対向する面に電極がそれぞれに構成され、一
方の面の電極は制振板８上のリード電極１０に、他方の
面の電極は接続部材１１に電気的に導通を取り、リード
板や回路基板（図示せず）により記録ヘッドから引き出
して駆動回路に接続している。また、前記制振板８は快
削性のセラミックよりなり一方の面を前記圧電振動子ユ
ニット１と接着固定すると共に、他方の面をエポキシ系
の接着剤により液晶ポリマー樹脂より成る固定板７の内
壁に接着固定されている。また同時に、前記固定板７は
振動板枠部１２と接着固定されており、前記圧電素子ユ
ニット１の電極に前記リード電極１０および前記接続部
材１１を通して約３０Ｖの電圧を加減することにより前
記圧電素子ユニット１が矢印１３方向に約２μｍ伸び縮
みし、島状突起部５を介して振動板４を振動させる。
【０００９】ここでキャビティ３のエッチングについて
詳細に述べる。キャビティ３のシリコン単結晶は結晶方
位（１１０）面を振動板４およびノズルプレート２の接
合面とし、ノズルプレート２側の表面の結晶方位（２１
１）方向に添ってキャビティ３の上面図形状（図１の破
線形状）をパターンニングする、なお保護膜としてはシ
リコン表面を酸化した二酸化珪素を用いており、θ１は
約７０．５度となる。この状態でＫＯＨの８０℃・１０
％水溶液でエッチングするとシリコン単結晶板の結晶方
位（１１１）面がきれいに出現し、この面により圧力発
生室６およびインク供給部３ａが形成される。しかもノ
ズル開口部２ａの部分にはθ２（約５７度），θ３（約
３５度）の斜面部３ｂが出来上がり、記録ヘッドにイン
クを充填する時の気泡残りを極度に少なくすることが可
能となる。
詳細に述べる。キャビティ３のシリコン単結晶は結晶方
位（１１０）面を振動板４およびノズルプレート２の接
合面とし、ノズルプレート２側の表面の結晶方位（２１
１）方向に添ってキャビティ３の上面図形状（図１の破
線形状）をパターンニングする、なお保護膜としてはシ
リコン表面を酸化した二酸化珪素を用いており、θ１は
約７０．５度となる。この状態でＫＯＨの８０℃・１０
％水溶液でエッチングするとシリコン単結晶板の結晶方
位（１１１）面がきれいに出現し、この面により圧力発
生室６およびインク供給部３ａが形成される。しかもノ
ズル開口部２ａの部分にはθ２（約５７度），θ３（約
３５度）の斜面部３ｂが出来上がり、記録ヘッドにイン
クを充填する時の気泡残りを極度に少なくすることが可
能となる。
【００１０】次に、振動板４の機能について述べる。振
動板４はノズル開口部２ａからインク滴を吐出する時に
は島状突起部５を介して圧電振動子ユニット１によって
上方に引かれ、インクがインク供給部３ａからその体積
変化分だけ供給される。ここで圧電振動子ユニット１が
約１０μｓという短時間の間に振動板４を元の状態まで
押し下げることにより発生する瞬間的な圧力によりイン
ク滴がノズル開口部２ａから吐出するものである。よっ
てまず振動板４は上方に引かれ、そして元に戻る時の変
形くり返し応力に耐え、かつ吐出時に発生する約５気圧
程度の圧力を吸収するために設けられたコンプライアン
ス部すなわち４ａ部が圧力で膨張変形する時の応力が島
状突起部５の先端とその近傍の圧力発生室隔壁接合部に
集中することに１０億回以上耐える必要がある。しか
も、前者の変形くり返し応力に対しては振動板４は厚み
が薄い程よく、後者の膨張変形応力に対しては振動板４
は厚い方が有利となるのである。特に前記キャビティ３
の材質がシリコン単結晶でヤング率が高く固い為に、従
来より多く使用される樹脂製のキャビティよりも前記振
動板４に応力が集中し易くなっている。また、圧電振動
子ユニット１が積層型であるため、従来から使用してき
た単層曲げ振動タイプの圧電振動子と比較して発生する
力が強く、圧力発生室６内に発生する圧力がより短時間
で高い圧力のピークを持つように成ってきている。
動板４はノズル開口部２ａからインク滴を吐出する時に
は島状突起部５を介して圧電振動子ユニット１によって
上方に引かれ、インクがインク供給部３ａからその体積
変化分だけ供給される。ここで圧電振動子ユニット１が
約１０μｓという短時間の間に振動板４を元の状態まで
押し下げることにより発生する瞬間的な圧力によりイン
ク滴がノズル開口部２ａから吐出するものである。よっ
てまず振動板４は上方に引かれ、そして元に戻る時の変
形くり返し応力に耐え、かつ吐出時に発生する約５気圧
程度の圧力を吸収するために設けられたコンプライアン
ス部すなわち４ａ部が圧力で膨張変形する時の応力が島
状突起部５の先端とその近傍の圧力発生室隔壁接合部に
集中することに１０億回以上耐える必要がある。しか
も、前者の変形くり返し応力に対しては振動板４は厚み
が薄い程よく、後者の膨張変形応力に対しては振動板４
は厚い方が有利となるのである。特に前記キャビティ３
の材質がシリコン単結晶でヤング率が高く固い為に、従
来より多く使用される樹脂製のキャビティよりも前記振
動板４に応力が集中し易くなっている。また、圧電振動
子ユニット１が積層型であるため、従来から使用してき
た単層曲げ振動タイプの圧電振動子と比較して発生する
力が強く、圧力発生室６内に発生する圧力がより短時間
で高い圧力のピークを持つように成ってきている。
【００１１】よって本発明においては、振動板４が上方
に引かれた時の変形くり返し応力に耐えるようニッケル
０．５μｍとクロム０．３μｍ、合計０．８μｍという
厚みに押さえている。次にコンプライアンス部が圧力で
膨張変形する時の応力集中に耐えるように４ａ部にニッ
ケルを０．５μｍ追加し厚み合計１．３μｍとし、しか
もコンプライアンス部４ａの長さＬを０．１ｍｍと十分
な長さを確保し圧力変形に対する耐久性を確保してい
る。これにより印字耐久評価１０億ドットに耐えること
が可能となりしかも適切なコンプライアンスが確保され
る。従って、インク滴の吐出後に発生する微小インク滴
が押さえられ印字品質の向上を図ることが可能となる。
に引かれた時の変形くり返し応力に耐えるようニッケル
０．５μｍとクロム０．３μｍ、合計０．８μｍという
厚みに押さえている。次にコンプライアンス部が圧力で
膨張変形する時の応力集中に耐えるように４ａ部にニッ
ケルを０．５μｍ追加し厚み合計１．３μｍとし、しか
もコンプライアンス部４ａの長さＬを０．１ｍｍと十分
な長さを確保し圧力変形に対する耐久性を確保してい
る。これにより印字耐久評価１０億ドットに耐えること
が可能となりしかも適切なコンプライアンスが確保され
る。従って、インク滴の吐出後に発生する微小インク滴
が押さえられ印字品質の向上を図ることが可能となる。
【００１２】図４は振動板４の厚み設定を変えた第２の
実施例の上面図であり、圧力で膨張変形する時に応力集
中し易い島状突起部５の先端とその近傍の圧力発生室隔
壁接合部分のみにニッケルを追加メッキし、コンプライ
アンスを取り易くして小型化を図ったものである。この
他にも厚みを数段階に変えることも可能である。また、
本実施例に於いては振動板４としてニッケル，クロム等
の金属の例を示したが、ポリイミドの様な感光性の合成
樹脂ならフォトレジストの工程を使ってほぼ同様の構造
を実現することが可能であり、ヤング率も低いため耐応
力性能としては金属よりも余裕がある。
実施例の上面図であり、圧力で膨張変形する時に応力集
中し易い島状突起部５の先端とその近傍の圧力発生室隔
壁接合部分のみにニッケルを追加メッキし、コンプライ
アンスを取り易くして小型化を図ったものである。この
他にも厚みを数段階に変えることも可能である。また、
本実施例に於いては振動板４としてニッケル，クロム等
の金属の例を示したが、ポリイミドの様な感光性の合成
樹脂ならフォトレジストの工程を使ってほぼ同様の構造
を実現することが可能であり、ヤング率も低いため耐応
力性能としては金属よりも余裕がある。
【００１３】
【発明の効果】以上述べたように本発明のインクジェッ
ト式記録ヘッドは、少なくとも開口部を有するノズルプ
レート、島状突起部と周囲の薄肉部より成る振動板、前
記島状突起部に接合された圧電振動子ユニット、前記ノ
ズルプレートと前記振動板に挟みこまれ圧力発生室を形
成した流路形成部材より成り、前記島状突起部は前記流
路形成部材に沿って細長く形成され、前記振動板薄肉部
の厚みを他の振動板薄肉部分と比較して前記島状突起部
の両脇部分でのみ薄く構成したことにより、１５０ｄｐ
ｉ以上にノズル密度を増した記録ヘッドを製品化した場
合も、ノズルが隣り合う方向では振動板４の厚みが充分
薄いため曲げ応力に耐えることが可能となる。しかもコ
ンプライアンス部４ａは島状突起部５の先端部と流路形
成部材３の隔壁との距離を充分に取り振動板厚みを増し
て有るため、インク吐出時に圧力発生室６に生ずる高圧
力により破れるという問題点も回避でき、耐久性に優れ
印字のきれいな安定性のあるインクジェット式記録ヘッ
ドが実現化できるのである。
ト式記録ヘッドは、少なくとも開口部を有するノズルプ
レート、島状突起部と周囲の薄肉部より成る振動板、前
記島状突起部に接合された圧電振動子ユニット、前記ノ
ズルプレートと前記振動板に挟みこまれ圧力発生室を形
成した流路形成部材より成り、前記島状突起部は前記流
路形成部材に沿って細長く形成され、前記振動板薄肉部
の厚みを他の振動板薄肉部分と比較して前記島状突起部
の両脇部分でのみ薄く構成したことにより、１５０ｄｐ
ｉ以上にノズル密度を増した記録ヘッドを製品化した場
合も、ノズルが隣り合う方向では振動板４の厚みが充分
薄いため曲げ応力に耐えることが可能となる。しかもコ
ンプライアンス部４ａは島状突起部５の先端部と流路形
成部材３の隔壁との距離を充分に取り振動板厚みを増し
て有るため、インク吐出時に圧力発生室６に生ずる高圧
力により破れるという問題点も回避でき、耐久性に優れ
印字のきれいな安定性のあるインクジェット式記録ヘッ
ドが実現化できるのである。
【図１】本発明の第１の実施例におけるインクジェット
式記録ヘッドの上面図である。
式記録ヘッドの上面図である。
【図２】本発明の第１の実施例におけるインクジェット
式記録ヘッドの断面図である。
式記録ヘッドの断面図である。
【図３】本発明の実施例におけるインクジェット式記録
ヘッドの全体構成の断面図である。
ヘッドの全体構成の断面図である。
【図４】本発明の第２の実施例におけるインクジェット
式記録ヘッドの上面図である。
式記録ヘッドの上面図である。
【図５】従来のインクジェット式記録ヘッドである。
１ 圧電振動子ユニット ２ ノズルプレート ２ａ ノズル開口部 ３ 流路形成部材 ３ａ インク供給部 ３ｂ 斜面部 ４ 振動板 ４ａ 振動板厚肉部 ５ 島状突起部 ６ 圧力発生室 ７ 固定板 ８ 制振板 ９ 接着剤 １０ リード電極 １１ 接続部材 １２ 振動板枠部
Claims (4)
- 【請求項１】 インクを吐出するためのノズルと、該ノ
ズルと連通する圧力室と、該圧力室の一壁面を形成し、
薄肉部によって囲まれた島状突起部を有する振動板と、
該振動板の島状突起部と当接し圧力室を加圧する機械的
加圧手段とを有するインクジェットヘッドにおいて、 前記島状突起部の長手方向の端部近傍の薄肉部の厚みが
他の薄肉部の厚みよりも厚く形成されていることを特徴
とするインクジェット式記録ヘッド。 - 【請求項２】 前記圧力室がシリコン単結晶により形成
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
ット式記録ヘッド。 - 【請求項３】 前記機械的加圧手段が積層型の圧電振動
子であることを特徴とする請求項１記載のインクジェッ
ト式記録ヘッド。 - 【請求項４】 前記島状突起部の長手方向の端部にほぼ
円状に他の薄肉部の厚みよりも厚く形成されていること
を特徴とする請求項１記載のインクジェット式記録ヘッ
ド。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5310789A JPH07156387A (ja) | 1993-12-10 | 1993-12-10 | インクジェット式記録ヘッド |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5310789A JPH07156387A (ja) | 1993-12-10 | 1993-12-10 | インクジェット式記録ヘッド |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07156387A true JPH07156387A (ja) | 1995-06-20 |
Family
ID=18009482
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5310789A Pending JPH07156387A (ja) | 1993-12-10 | 1993-12-10 | インクジェット式記録ヘッド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07156387A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8042911B2 (en) * | 2006-11-10 | 2011-10-25 | Ricoh Company, Ltd. | Liquid dispenser head, liquid dispensing unit using same, and image forming apparatus using same |
| US8393716B2 (en) | 2009-09-07 | 2013-03-12 | Ricoh Company, Ltd. | Liquid ejection head including flow channel plate formed with pressure generating chamber, method of manufacturing such liquid ejection head, and image forming apparatus including such liquid ejection head |
-
1993
- 1993-12-10 JP JP5310789A patent/JPH07156387A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8042911B2 (en) * | 2006-11-10 | 2011-10-25 | Ricoh Company, Ltd. | Liquid dispenser head, liquid dispensing unit using same, and image forming apparatus using same |
| US8393716B2 (en) | 2009-09-07 | 2013-03-12 | Ricoh Company, Ltd. | Liquid ejection head including flow channel plate formed with pressure generating chamber, method of manufacturing such liquid ejection head, and image forming apparatus including such liquid ejection head |
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