JPH1120174A - 記録ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ノズルプレートにおいて、信頼性及び生産性
を向上することにより、その生産コストが低減されるよ
うにする。 【解決手段】 インクジェット式の記録ヘッド１のノズ
ルプレート３１に設けられるノズル３２の列方向両外側
に隣接して、チャンネルに連通しない凹部３４を形成す
る。これにより、ノズルプレート３１を成形する際、ノ
ズル３２成形用の複数の凸状コア、及び凸状コアの両外
側に凸状コア保護用の凸部が設けられた成形用金型が使
用できるので、ノズルプレート３１の成形と同時に、ノ
ズル３２を正確に成形することができる。そのため、ノ
ズルプレート３１の信頼性及び生産性が向上するので、
その生産コストを低減することができる。また、凹部３
４はチャンネルに連通しないので、印字性能に影響を及
ぼさない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、記録ヘッドに関
し、特に、インクジェット方式の記録ヘッドに用いられ
るノズルプレートを有した記録ヘッドに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から、インクジェット方式の記録ヘ
ッドとして、例えば、圧電セラミックスの変形によって
インク流路の容積を変化させ、その容積減少時にインク
流路内のインクをノズルから液滴として噴射し、容積増
大時にインク導入口からインク流路内にインクを導入す
るようにしたものが知られている。この種の記録ヘッド
においては、圧電セラミックスの隔壁によって隔てられ
た複数のインク室が形成されており、これら複数のイン
ク室の一端にインクカートリッジ等のインク供給手段が
接続され、他端にはインク噴射ノズル（以下、ノズルと
いう）が設けられ、印字データに従った前記隔壁の変形
によってインク室の容積を減少させることにより、記録
媒体に対して前記ノズルからインク液滴を噴射し、文字
や図形等が記録される。

【０００３】ここで、上記のノズルが設けられているノ
ズルプレートの製造は、一般には、高分子樹脂材料を射
出成形することによってノズルプレート用の基板を形成
し、このノズルプレート用基板に対してエキシマレーザ
装置等でレーザ加工を施してノズルを形成することによ
って行われる。しかし、エキシマレーザ装置等は非常に
高価であるため、ノズルの加工時間に比例してノズルプ
レートの生産コストが高くなるという問題がある。

【０００４】そこで、ノズルプレート用基板を成形する
ための金型に、ノズルを形成するための凸状コアを設け
ておき、ノズルプレート用基板の成形と同時にノズル成
形されるようにしたノズルプレートが提案されている。
このノズルプレートによれば、エキシマレーザ装置等に
よる加工を行う必要がなくなるために生産コストが低減
される。少なくとも、射出成形時に、ノズルが形成され
る部位に凹状のノズル概形が成形されるようにしておけ
ば、上記加工に要する時間及び手間が低減される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようなノズルプレートは、その製造時において、射出成
形用金型に設けられた凸状コアが、ノズルの大きさに対
応した微細なものとなるため、溶融樹脂材料が金型に充
填される際に、その充填圧力で凸状コアが折れてしまう
ことがある。従って、製造されたノズルプレートは、各
ノズルが正確に成形されないために信頼性が低く、生産
性も悪くなる。これによって、記録ヘッド自体の生産性
も悪くなり、その分、生産コストが高くなるという問題
があった。

【０００６】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、ノズルプレートの信頼性及び生
産性が向上されることにより、生産コストが低減される
記録ヘッドを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１に記載の発明に係る記録ヘッドは、インクが
充填される複数のインク室を形成するアクチュエータ
と、このアクチュエータにより前記インク室内のインク
が噴射される複数のインク噴射ノズルが列状に形成され
たノズルプレートとを有する記録ヘッドであって、ノズ
ルプレートには、インク噴射ノズルの列方向両外側に隣
接して、インク室に連通しない凹部が形成されているも
のである。

【０００８】上記構成においては、インク噴射ノズルを
形成するための複数の凸状コア、及びこの凸状コアを保
護するための凸部が凸状コアの両外側に設けられた成形
用金型を使用してノズルプレートを成形することができ
る。そのため、溶解樹脂材料が金型に充填される際に、
その充填圧力で凸状コアが折れることがなく、ノズルプ
レートの成形と同時に、インク噴射ノズルを正確に成形
することができる。そのため、ノズルプレートの信頼性
及び生産性が向上するので、このノズルプレートを有す
る記録ヘッドの生産コストを低減することができる。ま
た、上記凸部によって形成された凹部は、インク室に連
通しないので、印字性能に影響を及ぼすこともない。

【０００９】また、請求項２に記載の発明に係る記録ヘ
ッドは、請求項１に記載の記録ヘッドであって、凹部
が、ノズルよりもインク噴射ノズルの列方向に幅広とさ
れているものである。

【００１０】上記構成においては、金型成形により製造
する場合、凸状コアの両外側の凸部が凸状コアよりも、
凸状コアの列方向に幅広となるので、より確実に凸状コ
アを保護することができる。そのため、より正確、か
つ、確実にインク噴射ノズルを成形することができる。

【００１１】また、請求項３に記載の発明に係る記録ヘ
ッドは、請求項２に記載の記録ヘッドであって、凹部
は、ノズルプレートがアクチュエータと接合する面に形
成され、かつ、該アクチュエータ側へ近づくにつれてノ
ズル列方向に幅広とされているものである。

【００１２】上記構成においては、金型成形により製造
する場合、凸状コアを保護するための凸部が下側になる
ほど凸状コアの列方向に幅広となるので、凸状コアを保
護するための高い強度が確保される。そのため、より正
確、かつ、確実にインク噴射ノズルを成形することがで
きる。

【００１３】また、請求項４に記載の発明に係る記録ヘ
ッドは、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の記録
ヘッドであって、ノズルプレートに形成された凹部は、
その深さがノズルと略同等に形成されているものであ
る。

【００１４】上記構成においては、金型成形による製造
時において、凸部によって溶融樹脂材料の流入が妨げら
れるということがなく、しかも、凸状コアを溶融樹脂の
充填圧力からより確実に保護することができる。そのた
め、製造に要する時間が、より短縮され、その分、ノズ
ルプレート及び記録ヘッドの生産コストを低減すること
ができる。

【００１５】また、請求項５に記載の発明に係る記録ヘ
ッドは、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の記録
ヘッドであって、各インク室及びインク噴射ノズルの相
互に対向する側の開口部は、それぞれ、インク噴射ノズ
ルの列方向の幅がそれと直角方向の高さよりも小さいも
のである。

【００１６】上記構成においては、成形に使用する金型
に設けられた凸状コアを、厚みの小さい山形の形状とす
ることができ、これによって成形される各インク噴射ノ
ズル及びインク室の容積を大きくでき、しかも、複数の
インク噴射ノズルを高密度にレイアウトすることができ
る。また、上記の凸状コアは、凹部を成形する凸部で効
果的に保護される。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態に係る
記録ヘッドについて図面を参照して説明する。図１は本
発明の一実施形態に係る記録ヘッドの分解斜視図、図２
は記録ヘッドのノズル近傍の断面図である。インクジェ
ット方式の記録ヘッド１は、分極された圧電部によって
構成された複数のチャンネル壁１１が形成されている圧
電素子基板（アクチュエータ）２と、この圧電素子基板
２の上部に接着固定されるカバープレート３とを備えて
おり、圧電素子基板２、カバープレート３及びチャンネ
ル壁１１，１１によって、印字のために噴射されるイン
クが供給されるチャンネル（インク室）８が多数溝状に
形成されている。

【００１８】各チャンネル８は、図１における圧電素子
基板２の後端部近傍が浅くなるように形成され、カバー
プレート３には、図示しないインクカートリッジからの
インクを導入するためのインク導入口２１と、このイン
ク導入口２１に接続したマニホールド２２が形成されて
いる。このカバープレート３が各チャンネル８の上面に
接着固定されると、これらインク導入口２１及びマニホ
ールド２２によって、インクカートリッジからのインク
が各チャンネル８に到達可能になる。圧電素子基板２及
びカバープレート３の一端面には、図２に示すように、
ノズル（インク噴射ノズル）３２が設けられたノズルプ
レート３１が接着され、ノズル３２が各チャンネル８の
位置に対応するように設定されている。また、ノズル３
２は、テーパ部３２ｂ及びノズル孔３２ａからなり、特
に各ノズル孔３２ａの立体的な形状、口径及びピッチは
記録ヘッド１の印字品質を決定する要因となる。

【００１９】また、各チャンネル８のチャンネル壁１１
には、このチャンネル壁１１の圧電部に分極方向とほぼ
直交する駆動電界を発生させるために電極１３，１３が
設けられている。基板４１には、各チャンネル８に対応
した導電パターン４２が形成され、この導電パターン４
２と電極１３，１３とはワイヤボンディングによって導
線４３で接続されている。そして、導電パターン４２に
は、インク噴射を駆動制御する図示しないヘッドドライ
バが連結されている。そして、電極１３に電圧を印加す
ることによるチャンネル壁１１，１１の圧電厚み滑り効
果で変形してチャンネル８内のインクが噴射される。

【００２０】また、上記のノズルプレート３１について
図３を参照して説明する。図３（ａ）はテーパ部３２ｂ
のみが形成されたノズルプレート３１の断面図、（ｂ）
はノズル３２が形成されたノズルプレート３１の断面
図、（ｃ）はノズルプレート３１と圧電素子基板２とを
接着した状態を示す断面図である。ノズルプレート３１
は、ノズルプレート３１の成形と同時にノズル３２が成
形されるが、図３（ａ）に示すように、ノズルプレート
３１の成形時にはテーパ部３２ｂのみを成形しておき、
その後、レーザ加工等によってノズル孔３２ａを設けて
ノズル３２を完成させるようにしてもよい。ノズルプレ
ート３１には、複数のノズル３２が設けられており、そ
の両外側には凹部３４が設けられている。この凹部３４
は、ノズルプレート３１と圧電素子基板２とを接着した
とき、図３（ｃ）に示すように、チャンネル８とは連通
しない位置に設けられているため、凹部３４の存在が、
記録ヘッド１の印字性能に影響を及ぼすことはない。

【００２１】ノズルプレート３１の製造装置について図
４を参照して説明する。図４（ａ）はノズルプレート３
１の製造装置の断面図、（ｂ）はこの製造装置の成形用
金型近傍の断面図である。ノズルプレート製造装置１０
０は、固定側金型１０１と、この固定側金型１０１に型
組みされてキャビティ１０２を形成する可動側金型１０
３とを有し、可動側金型１０３には、ノズルを形成する
複数の凸状コア部１０４ａ、及びこれら凸状コア部１０
４ａの両外側に配置され、凸状コア部１０４ａの列方向
に幅広とされた凸部１０４ｂが形成された成形用金型１
０４が設けられている。また、凸部１０４ｂは、凸状コ
ア部１０４ａと高さをほぼ等しく、かつ、凸状コア部１
０４ａよりもノズル列方向に幅広にして設けられてい
る。さらに、図５（ａ）に示すように、凸状コア部１０
４ａと凸部１０４ｂ，１０４ｂは、凸状コア部１０４ａ
と反対側の面が湾曲面１０４ｃ，１０４ｃとなり、下側
になるほどノズル列方向に幅広とされ、溶融樹脂材料の
充填圧力に耐えられるように凸状コア部１０４ａよりも
強度が高められている。

【００２２】この装置１００によるノズルプレート製造
は、キャビティ１０２内に、注入通路１０５及び注入口
１０６を通じて溶融樹脂材料（例えば、ポリフェニレン
サルファイド）を充填することによって行われる。この
とき、溶融樹脂材料充填時の圧力の影響を強く受け易い
複数の凸状コア部１０４ａの両外側に、凸状コア部１０
４ａよりも幅広とされ凸状コア部１０４ａより強度に優
れる凸部１０４ｂ，１０４ｂが設けられているので、溶
融樹脂材料が充填されるときの充填圧力が凸部１０４
ｂ，１０４ｂによって緩衝され、凸状コア部１０４ａ、
特に、両端部の凸状コア部１０４ａ，１０４ａに対する
充填圧力の影響を軽減することができる。よって、溶融
樹脂材料が充填される際に凸状コア部１０４ａが折れる
ことが少なくなり、ノズルプレートの成形と同時にノズ
ルを確実に成形することが可能になる。また、このよう
にして製造されたノズルプレート３１は、図３（ｂ）に
示すように、複数のノズル３２の両外側に凸部１０４ｂ
によって凹部３４が形成されたものとなる。

【００２３】成形用金型１０４について図５を参照して
説明する。図５は成形用金型を示す斜視図であり、
（ａ）は加工後の成形用金型を示す図、（ｂ）は加工前
の成形用金型を示す図である。上記のように、成形用金
型１０４には、凸状コア部１０４ａ及び凸部１０４ｂが
形成されている。図５（ｂ）に示すように、基部２０１
に対して一連の突部２０２が設けられ、その後、突部２
０２を切断加工して、図５（ａ）に示すように、ノズル
に対応する凸状コア部１０４ａ及びその両外側に凸部１
０４ｂ，１０４ｂを形成する。

【００２４】このようにすると、ノズル列方向の厚さが
それと直角方向の幅よりも小さい凸状コア部１０４ａを
容易に加工することができる。つまり、ノズル３２のテ
ーパ部３２ｂは、ノズル列方向の寸法をそれと直角方向
の寸法よりも小さくでき、図１のようにチャンネル８も
それと対向する側の開口部において幅よりも深さを大き
くできる。その結果、容積の大きいチャンネル８、ノズ
ル３２を高密度に配置することができる。凸部１０４ｂ
は、薄い凸状コア部１０４ａの列をその両端で樹脂材料
の圧力から効果的に保護することができる。

【００２５】なお、各凸部１０４ｂ，１０４ｂの寸法
は、成形するノズルプレートのノズル寸法やピッチ等、
射出成形時の充填圧力に応じて適宜変更することが可能
であるが、凸部１０４ｂ，１０４ｂが溶融樹脂材料の流
入を妨げず、かつ、溶融樹脂材料の充填圧力を緩衝して
凸状コア部１０４ａを保護するためには、凸部１０４
ｂ，１０４ｂと凸状コア部１０４ａの高さが同じである
ことが好ましい。

【００２６】ノズルプレート製造装置１００及び成形用
金型１０４は他の構成のものを使用してもよい。図６は
ノズルプレート製造装置の他の構成を示す図である。上
記実施形態においては、成形用金型１０４を、凸状コア
部１０４ａ、及び凸部１０４ｂ，１０４ｂを含めて一体
的に形成しているが、図６に示すように、基部２１１に
対し、ノズルを形成する凸状コア２１２ａを有する凸状
成形用金型２１２のみを別体で成形し、凸状成形用金型
２１２が、金型本体の一部である基部２１１に着脱可能
に嵌着されるようにすることもできる。このように構成
すれば、製造されるノズルプレートのノズル寸法、ピッ
チ等を広い範囲にわたって任意に設定することができ、
平面的に高集積化されたノズルの成形にも対応できる。
この場合には、図７に示すように、凸状成形用金型２１
２Ａを、凹部３４を成形するための幅広の凸部２２２
ａ，２２２ａを有するベース部２２２と、このベース部
２２２に嵌挿されノズルを成形するための部材２２３と
でもって構成することも可能である。また、図８に示す
ように、ノズルを成形するための凸状コア２３１と、凹
部３４を成形するための幅広の凸部２３２ａ，２３２ａ
を有する部材２３２，２３２とを積層して凸状成形用金
型２１２Ｂを形成することもできる。

【００２７】また、上記実施形態では、カバープレート
３にインク導入口２１及びマニホールド２が設けられた
構成とされているが、必ずしもこの構成に限定されるわ
けではなく、カバープレート３とは別に、インク導入口
及びマニホールドが設けられたマニホールド部材を圧電
素子基板２の側端部に接着した構成であってもよい。図
９はこのような構成の記録ヘッドを示す分解斜視図、図
１０はこの記録ヘッドの横断面図である。この記録ヘッ
ド１’においては、圧電素子基板２のノズルプレート３
１が接着されない側端部に、インク導入口２１’及びマ
ニホールド２２’が設けられたマニホールド部材４０が
接着される。

【００２８】また、この状態において、チャンネル８，
８間に設けられた間隙８ａは、インクが流入しないよう
に、マニホールド部材４０と接続する側の端部が隔壁８
ｂによって隔てられ、マニホールド２２’とは連通しな
いようになっている。この記録ヘッド１’においても、
凹部３４はチャンネル８と連通しないように設定されて
いるため、凹部３４が印字性能に影響を及ぼすことはな
い。

【００２９】各チャンネル壁１１は、互いに反対方向に
分極された圧電材料をチャンネル８の深さ方向に積層し
て構成され、両圧電材料にわたって電極１３が形成され
ている。このため、チャンネル内の電極１３を接地し、
間隙８ａ内の電極に電圧を印加すると、図１１に示すよ
うに、チャンネル８の容積が広がる方向に両圧電材料が
それぞれ変形し、マニホールドからインクを吸入する。
電圧印加を中止すると、チャンネル壁１１がもとの状態
に戻り、チャンネル内のインクに圧力を加え、インクを
噴射することができる。

【００３０】このように、本実施形態の記録ヘッド１に
よれば、ノズルプレート３１の射出成形時に、ノズル３
２形成のための複数の凸状コア部１０４ａ、及び凸状コ
ア部１０４ａを保護するための凸部１０４ｂが設けられ
たノズルプレート成形用金型を使用することができるの
で、溶融樹脂材料流入時に凸状コア部１０４ａが破損す
ること等による成形の失敗が少なくなり、ノズルプレー
ト３１の成形と同時にノズル３２を正確、かつ、確実に
成形することができる。そのため、成形されたノズルプ
レート３１の信頼性及び生産性が向上するので、このノ
ズルプレート３１を有する記録ヘッド１の生産コストを
低減することができる。なお、両実施例において凹部３
４は、ノズルプレートを貫通した形状であってもよい。

【００３１】

【発明の効果】以上のように請求項１に記載の発明に係
る記録ヘッドによれば、インク噴射ノズル成形用の複数
の凸状コア、及び凸状コア保護用の凸部が設けられたノ
ズルプレート成形用金型を使用して、ノズルプレートの
成形と同時にインク噴射ノズルを成形することができ、
インク噴射ノズルを正確、かつ、確実に成形することが
できる。そのため、成形されたノズルプレートの信頼性
及び生産性が向上するので、このノズルプレートを有す
る記録ヘッドの生産コストが低減される。また、保護用
の凸部によって成形されたノズルプレートの凹部は、イ
ンク室に連通しないので、凹部の存在が印字性能に影響
を及ぼすことがない。

【００３２】また、請求項２に記載の発明に係る記録ヘ
ッドによれば、ノズルプレートの成形時に使用される金
型に設けられた凸部によって凸状コアがより確実に保護
され、より正確、かつ、確実にインク噴射ノズルを成形
することができるため、さらに生産性が向上し、生産コ
ストが低減する。

【００３３】また、請求項３に記載の発明に係る記録ヘ
ッドによれば、凸状コアを保護するための高い強度が確
保されるので、さらにノズルプレートの生産性が向上
し、記録ヘッドの生産コストが低減する。

【００３４】また、請求項４に記載の発明に係る記録ヘ
ッドによれば、金型成形による製造時に、凸部によって
溶融樹脂材料の流入が妨げられるということがなく、し
かも、凸状コアが溶融樹脂の充填圧力からより確実に保
護されるので、ノズルプレートの成形に要する時間が更
に短縮され、その分、ノズルプレート及び記録ヘッドの
生産コストを低減することができる。

【００３５】また、請求項５に記載の発明に係る記録ヘ
ッドによれば、成形に使用する金型に設けられた凸状コ
アを、厚みの小さい山形の形状とすることができ、これ
によって成形される各インク噴射ノズル及びインク室の
容積を大きくでき、しかも、複数のインク噴射ノズルを
高密度にレイアウトすることができる。また、上記の凸
状コアは、凹部を成形する凸部で効果的に保護される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る記録ヘッドの分解斜
視図である。

【図２】記録ヘッドのノズル近傍の断面図である。

【図３】（ａ）はテーパ部のみが形成されたノズルプレ
ートの断面図、（ｂ）はノズルプレートを示す断面図、
（ｃ）はノズルプレートと圧電素子基板とを接着した状
態を示す断面図である。

【図４】（ａ）はノズルプレートの製造装置の断面図、
（ｂ）はこの製造装置の成形用金型近傍の断面図であ
る。

【図５】成形用金型を示す斜視図であり、（ａ）は加工
後の成形用金型を示す図、（ｂ）は加工前の成形用金型
を示す図である。

【図６】ノズルプレート製造装置の他の構成を示す図で
ある。

【図７】他の構成による成形用金型の断面図である。

【図８】他の構成による成形用金型の斜視図である。

【図９】他の構成による記録ヘッドを示す分解斜視図で
ある。

【図１０】上記記録ヘッドの横断面図である。

【図１１】圧電素子基板のチャンネル壁が圧電厚みすべ
りにより変形した状態を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１ 記録ヘッド ２ 圧電素子基板（アクチュエータ） ８ チャンネル（インク室） ３１ ノズルプレート ３２ ノズル（インク噴射ノズル）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクが充填される複数のインク室を形
   成するアクチュエータと、このアクチュエータにより前
   記インク室内のインクが噴射される複数のインク噴射ノ
   ズルが列状に形成されたノズルプレートとを有する記録
   ヘッドにおいて、 前記ノズルプレートには、前記インク噴射ノズルの列方
   向両外側に隣接して、前記インク室に連通しない凹部が
   形成されていることを特徴とする記録ヘッド。
2. 【請求項２】 前記凹部は、前記ノズルよりもインク噴
   射ノズルの列方向に幅広とされていることを特徴とする
   請求項１に記載の記録ヘッド。
3. 【請求項３】 前記凹部は、前記ノズルプレートが前記
   アクチュエータと接合する面に形成され、かつ、該アク
   チュエータ側へ近づくにつれてノズル列方向に幅広とさ
   れていることを特徴とする請求項２に記載の記録ヘッ
   ド。
4. 【請求項４】 前記ノズルプレートに形成された凹部
   は、その深さが前記ノズルと略同等に形成されているこ
   とを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載
   の記録ヘッド。
5. 【請求項５】 前記各インク室及び前記インク噴射ノズ
   ルの相互に対向する側の開口部は、それぞれ、前記イン
   ク噴射ノズルの列方向の幅がそれと直角方向の高さより
   も小さいことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいず
   れかに記載の記録ヘッド。