JPH0957961A - インクジェット式記録ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インク供給口としての流路抵抗を確保しつ
つ、インク供給口近傍の接着強度を高めること。 【解決手段】 ノズル開口１２の各々と連通する圧力発
生室１３と、圧力発生室１３にインクを供給するための
共通のインク室１４と、圧力発生室１３と共通のインク
室１４と接続するインク供給口１５とを形成する流路形
成基板１６のインク供給口１５を、インク滴吐出性能を
支配する最狭部１５ａを有し、ここから複数の段差部１
５ｂ、１５ｃ、１５ｄを経由して圧力発生室１３に向け
て拡開するよう構成して、流体抵抗を変化させることな
く長さを稼いで、インク供給口近傍の接着面積を拡大す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術の分野】本発明は、印字信号に応じ
てインク滴を吐出し、記録媒体にドットを形成するオン
デマンド型のインクジェツト式記録ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェツト記録ヘッドは、ノズル開
口を備えたノズルプレート、ノズル開口に連通する圧力
発生室と、共通のインク室とインク供給口を形成する流
路形成基板、これを封止して外部からの変位を受けて、
圧力発生室を膨張、収縮させる振動板とからなる流路ユ
ニット、及び振動板を介して圧力発生室にインク吐出の
ための機械的エネルギーを与える変位発生ユニットとか
ら構成されている。

【０００３】インクジェットヘッドのインク供給口は、
ノズル開口と並んで印字品質を大きく左右する重要な因
子で、インク供給口とノズル開口との流路インピーダン
ス比、及び流路インビータンスの絶対値を変動させる大
切な要素であって、これの寸法や流体抵抗の如何によっ
てインク滴の飛翔速度、インク滴のインク量、インク滴
の吐出可能なくり返し周波数といった記録ヘッドの諸特
性が大きな影響を受ける。このような問題は、例えば、
特開平5‐229114号公報に開示されているようにシリコ
ン単結晶基板を異方性エッチングすることにより圧力発
生室、共通のインク室、及びインク供給口を高い寸法精
度で成形することが可能となる。ところが、高密度印刷
に対応するための記録ヘッドでは、圧力発生室はアスペ
クト比が大きくなり、また隣接する各々の圧力発生室を
隔てる壁４５（図７）も薄くなり、流路形成基板に固着
すべきノズルプレートや振動板の接着代が極端に狭く、
また小さくなる。

【０００４】例えば、上述のように構成される記録ヘッ
ドのサイズの一例を挙げると、図７に示したようにノズ
ル開口４０側で確保できる接着領域４１は８００μｍ×
１４１μｍと大きく、圧力発生室４２の反対側のインク
供給口４３周囲での接着領域４４は、２５μｍ×２００
μｍの小片として存在し、これらを合わせてもインク供
給口４３近傍の接着面積がノズル開口４０の近傍の約２
０分の１と極めて小さく、ここでの接着強度を確保する
ことが困難となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】これに起因して、イン
ク流路を形成する基板とノズルプレート、振動板との接
合面での、接着剤の塗布ムラに起因する剥離や圧力発生
室間でのインクの漏洩等が発生し、信頼性が低下すると
いう問題がある。

【０００６】本発明はこのような問題に鑑みてなされた
ものであってその目的とするところは、インク供給口の
流路抵抗を管理しつつ、ノズルプレート、流路形成基
板、振動板の接合強度を確保することができるインクジ
ェット式記録ヘッドを提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このような問題を解決す
るため本発明においては、前記ノズル開口の各々と連通
する圧力発生室と、該圧力発生室にインクを供給するた
めの共通のインク室と、前記圧力発生室と共通のインク
室と接続するインク供給口とを形成する流路形成基板、
インク滴を吐出するためのノズル開口を有し、前記流路
形成基板の一方の面を封止するノズルプレート、前記圧
力発生室を膨張、収縮させる弾性変形領域を備え、前記
流路形成基板の他方の面を封止する振動板、及び前記振
動板を介して前記圧力発生室を膨張、収縮させる変位発
生手段とからなるインクジェット式記録ヘッドにおい
て、前記流路形成基板の前記インク供給口が、前記圧力
発生室に向けて拡開するように複数の段差部を有する形
状として形成するようにした。

【０００８】

【作用】開口面積が大きな共通のインク室と圧力発生室
との間に接着面積の確保が可能となり、変位発生手段に
より作用するせん断力に抗する接着力を得ることができ
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】そこで以下に本発明の詳細を図示
した実施例に基づいて説明する。図１は、本発明の実施
例であるインクジェツトヘッドの構成を示す斜視図であ
り、図２は、１つの圧力発生室の長手方向の断面構造を
示す図である。インクジェツト記録ヘッドは、基本的に
は流路ユニット１と変位発生ユニット２との２つのユニ
ットにより構成されている。この流路ユニット１は、ノ
ズルプレート１１と、圧力発生室１３、共通のインク室
１４及びインク供給口１５等のインク流路を形成する流
路形成基板１６と、振動板１７との３つの基板から構成
されている。

【００１０】流路形成基板１６は、図４、５に示したよ
うにノズルプレート１１のノズル開口１２、１２、１２
‥‥の配列に合わせて圧力発生室１３が列状に等間隔に
形成されており、各圧力発生室１３は、その−端がイン
ク供給口１５を介して共通のインク室１４に連通されて
いる。これらノズルプレート１１、流路形成基板１６、
及び振動板１７は、流路形成板１６を挟むように一方の
面にノズルプレート１１を、また他方の面を振動板１７
により液密に封止するように接着剤層２６、２７を介し
て流路ユニット１に纏められている。

【００１１】一方、変位発生ユニット２は、インク滴を
吐出させるために圧力発生室１３を膨張、収縮させるた
めの変位発生部１８を、圧力発生室１３の配列方向（図
１においてはＸ方向）に列状に配置して、先端が振動板
１７の島状部２４に当接させることができるように片持
梁状に基台１９に固定して構成されている。

【００１２】この変位発生部１８は、自由端となってい
る領域で圧電材料層２０を挟んで交互に電極層２１、２
２を積層配置してなる活性部が形成されている。電極層
２１、２２の一方は、駆動電極として各変位発生部毎
に、また他方は共通の電極として全ての変位発生部１８
のものを並列に接続されてリードフレーム２３により図
示していない外部の駆動回路に接続されている。

【００１３】これら流路ユニット１と変位発生ユニット
２とは、変位発生部１８の先端が、圧力発生室１３に対
向する領域の振動板１７に形成された島状部２４に当接
するように接着剤２５によりヘッドフレーム３に固定さ
れている。

【００１４】ところで、印刷時には変位発生部１８は圧
力発生室１３を膨張収縮させてノズル開口１２からイン
ク滴を吐出させる関係上、変位発生ユニット２には極め
て大きな反力が作用するため、変位発生部１８を保持し
ている基台１９とヘッドフレーム３との接合は、接着力
が大きく、かつ疲労が少ない接着剤を使用する必要があ
る。このような特性を備えた接着剤は、常温では硬化速
度が低いため、作業能率を上げるべく６０°Ｃ程度の温
度に加温して硬化を促進する処置が採られている。

【００１５】一方、ヘッドフレーム３は、製造の容易さ
から高分子材料の射出成形により製造され、また変位発
生部１８はＰＺＴ等の圧電特性を示すセラミックスによ
り構成されている。

【００１６】このように高分子材料とセラミックスとい
う異なる材料で構成されているため、常温においては接
着時との温度差によりヘッドフレーム３と変位発生部１
８との熱膨張率の差に基づく長さの違いが生じる。この
長さの相違は、変位発生部１８の先端に当接している圧
力発生室１３の近傍に集中的に押圧力として作用し、流
路形成基板１６や振動板１７、ノズルプレート１１を図
３に示したように押し上げて変形させ、これに伴って発
生する流路形成基板１６、振動板１７、ノズルプレート
１１への負荷は、これらを相互に接合している接着剤層
２６、２７に対してせん断力として作用する。

【００１７】図４は、このような問題に対処するための
流路形成基板１６の一実施例を示すものであって、表面
に（１１０）結晶面を持つ厚さ２００〜３００μｍのシ
リコン単結晶基板のウエファーＳに、複数個分の記録ヘ
ッドの圧力発生室１３、共通のインク室１４、及びイン
ク供給口１５を貫通穴として形成し、インクジェット記
録ヘッドの大きさに切りだして構成されている。

【００１８】図５は、上述の流路形成基板１６のインク
供給口１５及び圧力発生室１３の近傍を拡大して示すも
のであって、インク供給口１５はその流体抵抗がノズル
開口１２とほぼ同等で、かつ圧力発生室１３の流体抵抗
に対して充分大きいことが求められるため、インク供給
口１５は、その流路断面積が圧力発生室１３の断面積に
比較して充分小さく形成されている

【００１９】すなわち一例を挙げると、圧力発生室１３
の幅ｗ１が１００μｍ程度の場合には、最も狭い箇所、
つまり流路抵抗の大半を支配する最狭部１５ａの幅ｗ２
が２５μｍ程度となるように形成されている。

【００２０】その上で、共通のインク室１４を形成する
位置を従来よりも外側にずらせて、インク供給口１５と
圧力発生室１３との間の距離Ｌを従来のものに比較して
長くなるように、この実施例では３倍の６００μｍ程度
となるように構成されている。そして最狭部１５ａから
圧力発生室１３側に向かって段階的に、この実施例では
３つ段差部１５ｂ、１５ｃ、１５ｄを介して圧力発生室
１３と同程度の幅、この実施例では１００μｍとなるよ
うに拡開されている。

【００２１】なお、図中符号２８、２９は、接着領域に
形成した微小な凹部や細い溝で、接着作業時の押圧力で
はみ出しかけた接着剤を吸収して、接着剤が圧力発生室
やインク供給口に流れ込むのを防止するための接着剤吸
収材として機能する。

【００２２】これにより、流路形成基板１６の中で最も
開口面積が大きな共通のインク室１４と、共通のインク
室１４に次いで開口面積が大きな圧力発生室１３の領域
との間に、インク供給口１５としての機能を阻害するこ
と無く或程度の幅を有する長さ６００μｍの接着領域を
確保することができ、従来の記録ヘッドのインク供給口
領域の長さＬ’（図７）よりもＬ２だけ長い分だけ接着
面積を従来の記録ヘッドの２倍程度確保することができ
る。

【００２３】このように接着面積の拡大による効果を確
認するため、記録ヘッドを接着剤の固化のための加熱温
度６０℃から航空機による輸送時に晒される温度マイナ
ス３０℃まで温度を変化させ、流路形成基板、ノズルプ
レート、振動板の接着剤層２６、２７を検査したとこ
ろ、接着剤層２６、２７の剥離は発見されなかった。

【００２４】また、インク供給口１５が共通のインク室
１４から圧力発生室１３に向かって順次大きくなる形状
として形成されているため、インク滴吐出能力回復のた
めにノズル開口１２に負圧を作用させて強制的にインク
を排出させた場合には、従来の記録ヘッドのインク供給
口に比較して圧力発生室との境界の段差の度合が緩和さ
れているため、この境界領域での渦の発生が可及的に抑
制されてこの近傍の気泡をもノズル開口１２から容易に
排出することができる。

【００２５】なお、上述の実施例においては、圧力発生
室の一端側をノズル開口に連通させて、圧力発生室の一
側からインクを供給する形式の記録ヘッドに例を採って
説明したが、図６（イ）、（ロ）に示したように圧力発
生室３０の中央にノズル開口３１を配置し、圧力発生室
３０の両側にインク供給口３２、３３と共通のインク室
３４、３５とを配置して、インクの供給性を高めて高速
駆動ができる形式のものに適用した場合には、より一層
顕著な効果が期待できる。

【００２６】すなわち、圧力発生室３０を挟むように２
つの共通のインク室３４、３５を配置すると、圧力発生
室周辺の接着面積が極めて少なくなるが、共通のインク
室側に最狭部３２ａ、３３ａを設け、ここから複数の段
差部３２ｂ、３２ｃ、３３ｂ、３３ｃを介して圧力発生
室３０に長い距離を介して連通させると、インク供給口
３２、３３の流体抵抗をインク滴吐出に最適な値に維持
しつつ、接着領域を拡大できて接着強度を高めることが
でき、さらには圧力発生室３０の両端で均等に荷重を受
けることができるため、特定箇所での接着剤層の剥離を
より確実に防止することができる。

【００２７】なお、両側にインク供給口３２、３３を形
成する場合には、１つのインク供給口により圧力発生室
にインクを供給する場合に比較して、各インク供給口の
流体抵抗を大きくする必要があるが、最狭部の幅を狭く
して流体抵抗を増加させると、寸法精度の確保が困難と
なるので、ハーフエッチングによりインク供給口３２、
３３の深さｄを浅くしておくのが望ましい。

【００２８】

【発明の効果】以上、説明したように本発明において
は、ノズル開口の各々と連通する圧力発生室と、圧力発
生室にインクを供給するための共通のインク室と、圧力
発生室と共通のインク室と接続するインク供給口とを形
成する流路形成基板、インク滴を吐出するためのノズル
開口を有し、流路形成基板の一方の面を封止するノズル
プレート、圧力発生室を膨張、収縮させる弾性変形領域
を備え、流路形成基板の他方の面を封止する振動板、及
び振動板を介して圧力発生室を膨張、収縮させる変位発
生手段とからなるインクジェット式記録ヘッドにおい
て、流路形成基板のインク供給口が、圧力発生室に向け
て拡開するように複数の段差部を有する形状としたの
で、開口面積が大きな共通のインク室と圧力発生室との
間に接着面積の確保することができ、変位発生手段によ
り作用するせん断力に抗する接着力を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェット式記録ヘッドの一実施
例を示す組立分解斜視図である。

【図２】同上記録ヘッドが理想的に製作された場合の断
面図である。

【図３】ヘッドフレームと変位発生ユニットとの接合に
加温した記録ヘッドの常温での状態を示す断面図であ
る。

【図４】単結晶シリコン単結晶ウエファから切り出され
た流路形成基板の一実施例を示す正面図である。

【図５】本発明の記録ヘッドに使用する流路形成基板の
一実施例を圧力発生室近傍を拡大して示す正面図であ
る。

【図６】図（イ）、（ロ）は、それぞれ本発明の他の実
施例を、流路形成基板の圧力発生室近傍を拡大して示す
正面及びＡ−Ａ線における断面図である。

【図７】従来のインクジェット式記録ヘッドにおける流
路構造の一例を流路形成基板の圧力発生室近傍を拡大し
て示す正面図である。

【符号の説明】

１ 流路形成基板 ２ 変位発生ユニット ３ ヘッドフレーム １１ ノズルプレート １２ ノズル開口 １３ 圧力発生室 １４ 共通のインク室 １５ インク供給口 １５ａ 最狭部 １５ｂ〜１５ｄ 段差部 １６ 流路形成基板 １７ 振動板 １８ 変位発生部 ２４ 島状部 ２６、２７ 接着剤層

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ノズル開口の各々と連通する圧力発生室
   と、該圧力発生室にインクを供給するための共通のイン
   ク室と、前記圧力発生室と共通のインク室と接続するイ
   ンク供給口とを形成する流路形成基板、インク滴を吐出
   するためのノズル開口を有し、前記流路形成基板の一方
   の面を封止するノズルプレート、前記圧力発生室を膨
   張、収縮させる弾性変形領域を備え、前記流路形成基板
   の他方の面を封止する振動板、及び前記振動板を介して
   前記圧力発生室を膨張、収縮させる変位発生手段とから
   なるインクジェット式記録ヘッドにおいて、 前記流路形成基板の前記インク供給口が、前記圧力発生
   室に向けて拡開するように複数の段差部を有する形状と
   して形成されているインクジェット式記録ヘッド。
2. 【請求項２】 前記圧力発生室の一端が前記ノズル開口
   に連通し、他端が前記インク供給口を介して１つの共通
   のインク室に連通している請求項１に記載のインクジェ
   ット式記録ヘッド。
3. 【請求項３】 前記圧力発生室の中央部が前記ノズル開
   口に連通し、また両側が前記インク供給口を介して２つ
   の共通のインク室に連通している請求項１に記載のイン
   クジェット式記録ヘッド。
4. 【請求項４】 前記流路形成基板がシリコン単結晶基板
   からなり、前記圧力発生室、共通のインク室、及びイン
   ク供給口が前記シリコン単結晶基板の異方性エッチング
   により形成されている請求項１に記載のインクジェット
   式記録ヘッド。