JP2000280474A - インクジェット式記録ヘッド、及びインクジェット式記録ヘッドの板材の製造方法 - Google Patents

インクジェット式記録ヘッド、及びインクジェット式記録ヘッドの板材の製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造工程における板材の変形を可及的に抑
え、もって製造工程の簡素化を図ること。 【解決手段】 流路ユニットを構成する板材6は、エッ
チング可能な材料を圧延して製造された金属板15と、
一方の面に積層された高分子フィルム16とからなり、
長辺6aが金属板15の圧延方向Aに直交していて、圧
延方向の直交方向の大きな剛性により長手方向に生じや
すい反りを抑える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術の分野】本発明は、縦振動モードの
圧電振動子を駆動源とするインクジェット式記録ヘッ
ド、より詳細には圧電振動子の変位に起因する圧力を受
ける弾性板の構造と、その製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】記録ヘッドの記録密度の向上を図るため
にノズル開口列のピッチが小さくなる傾向にあり、この
ためシリコン単結晶のウエハーを異方性エッチングし、
これに他の方法で製作されたノズルプレートや弾性板を
接着剤で固定して流路ユニットを構成し、この流路ユニ
ットに圧電振動子の変位を伝達して圧力発生室に圧力を
発生させ、この圧力によりインク滴をノズル開口から吐
出させるように構成されている。
【0003】このように圧力発生室の配列密度が大きく
なると、圧力発生室の幅が極めて小さくなるるため、圧
力発生室の長手方向全体を効率的に変形させる必要上、
弾性板の表面に圧力発生室の長手方向に延びる凸部、い
わゆるアイランド部を形成し、このアイランド部を介し
て圧電振動子の変位を圧力発生室を封止している弾性板
の広い領域に伝達するように構成されている。
【0004】このような弾性板として高分子フィルムや
金属の薄板を使用し、これの表面に弾性板の剛性を確保
する比較的厚みが大きな金属板材、例えばステンレス板
を積層して、ステンレス板をエッチングして圧電振動子
の変位を圧力発生室全体に伝達させるアイランド部と、
アイランド部の変位により弾性変形して圧力発生室の容
積を変化させるダイヤフラム部とを形成することが提案
されている(WO93/25390号)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、弾性板
となる板材、特に高分子フィルムと剛性を確保する金属
板との熱膨張率に大きな隔たりがあり、また製造工程中
の加熱により高分子材料が収縮するため、流路ユニット
の製造工程において、板材がたわみ変形して流路形成基
板との間に位置誤差が生じるという問題がある。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製造工程における板材の変形を可及
的に抑え、もって製造工程の簡素化を図ることができる
インクジェット式記録ヘッドを提供することである。ま
た、本発明の第2の目的は、上記板材の製造方法を提案
することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】このような問題を解消す
るために本発明においては、ノズル開口、圧力発生室、
リザ-バ及びインク供給口とを備え、少なくとも圧力発
生室またはリザーバが一部弾性変形可能な板材により封
止されたインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記板
材が、外部圧力により弾性変形可能でかつ耐インク性を
備えた弾性板と、エッチング可能な金属材料を圧延して
製造された圧延製金属板とを積層した略長方形の母材に
より構成され、かつ前記母材の長手方向が前記圧延製金
属板の圧延方向に直交している。
【0007】
【作用】一般的に金属材料は、圧延方向と直交する方向
の剛性が大きいため、長手方向に生じやすい反りを圧延
の方向性で増大した剛性で抑える。
【0008】
【実施例】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、本発明のインクジェット
式記録ヘッドの一実施例を示すものであって、流路ユニ
ット1と圧電振動ユニット2をヘッドホルダ3を介して
一体に固定して構成されている。流路ユニット1は、ノ
ズルプレート4、流路形成基板5、及び板材6を積層
し、圧電振動子ユニット2の個々の圧電振動子7の伸縮
により圧力発生室8を縮小、膨張させてインク滴を吐出
するように構成されている。
【0009】ノズルプレート4には圧力発生室8に連通
するノズル開口9が穿設されており、また流路形成基板
5には圧力発生室8、インク供給口10、及びリザ-バ
11が形成されている。
【0010】板材6は、圧電振動子7の先端に当接する
アイランド部12と、弾性変形可能なダイヤフラム部1
3と各圧力発生室8に対向するように形成し、またリザ
-バ11に対向する領域にも上述のダイヤフラム部13
と同様のダイヤフラム部14が構成されている。
【0011】本発明が特徴とする板材6は、図2に示し
たように剛性が高く、かつエッチングが可能な材料、例
えばステンレス鋼を一方向に圧延した厚さ10乃至30
μm程度の圧延製金属板15に、圧電振動子7の変位に
より弾性変形が可能で、インクに対する耐蝕性を備えた
例えばポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂等の
高分子フィルム16を熱溶着、または接着してラミネー
トしたものを母材として構成されている。
【0012】なお、高分子フィルム16は、軟化しない
程度の温度、例えば80乃至150°C程度の温度で予
めアニール処理した後、金属板15に積層すると、アニ
ール処理により収縮が完了しているため、後の工程での
収縮がなく、反りを大幅に抑えることができて望まし
い。
【0013】この母材を圧延製金属板15の圧延方向
(図中、矢印Aの方向)に対して直交する方向が、個々
の板材6の長辺6aとなるように切断し、要所に貫通孔
からなる位置決め孔17、17を穿設してから、ダイヤ
フラム部13、14を形成すべき領域をエッチングして
圧延製金属板15によりアイランド部12を形成する
か、または大判の状態で板材としての長辺側となるよう
にダイヤフラム部13、14を形成すべき領域をエッチ
ングして圧延製金属板15によりアイランド部12を形
成し、要所に位置決め孔17、17を穿設し、最後に圧
延製金属板15の圧延方向が板材6の短辺6bとなるよ
うに裁断する。
【0014】このように形成された板材6は、一方の面
にノズルプレート4が積層された流路形成基板5の他方
の面に、各アイランド部12、及びダイヤフラム部13
が圧力発生室8に対して規定の位置となるように位置決
め孔17、17を用いて位置合わせして積層される。
【0015】この積層工程において、板材6は、圧延製
金属板15の圧延方向に直角な方向が長辺6aとなるよ
うに構成されているため、金属板15の長辺方向の剛性
が短辺方向の剛性よりも10%程度大きな剛性を有する
ため、反りが、従来のものに比較して30%程度小さく
なるため、板材6を流路形成基板5、より詳細にはアイ
ランド部12やダイヤフラム部13を各圧力発生室8に
対して正確に位置決めすることができ、また板材6と流
路形成基板5との間に空隙を残すことなく接着すること
が可能となる。
【0016】また、高分子延伸フィルム16は、予めア
ニール処理が施されているため、圧延製金属板15との
接着作業時に加熱を受けたとしても収縮せず、板材6と
しての反りを小さく抑えることができる。さらに、接着
前とほぼ同等の弾性率を維持しているから、インク滴吐
出時にインク供給口からリザ-バ11に逆流したインク
による圧力によりダイヤフラム部14が充分に変形して
大きなコンプライアンスにより圧力変動を確実に吸収す
る。
【0017】なお、上述の実施例においては、板材6を
構成する金属板15の圧延方向に直交する方向にリザ-
バ及びアイランド部の列を配置しているが、図3に示し
たように1列に多数のアイランド部12が形成され、か
つ列数が少なく、したがってアイランド部12の配列方
向が長尺化する場合には、アイランド部12の配列方
向、つまり長辺6a’が金属板15の圧延方向(図中、
矢印A方向)に直交、したがって短辺6bが圧延方向に
一致するように金属板15を切り出しても同様の作用を
奏する。
【0018】上述の実施例においては、高分子フィルム
16の一方の面にのみ圧延製金属板15を積層している
が、図4に示したように高分子フィルム16の両面に圧
延製金属板15を積層し、高分子フィルム16を対称面
とするようにエッチングして、圧力発生室8に陥入する
ように第2のアイランド部12’を形成し、またリザ-
バ11に対向する内面の金属板をエッチングで除去して
ダイヤフラム部14を確保しても同様の作用を奏する。
【0019】また、上述の実施例においては、ダイヤフ
ラム部13にアイランド部12だけを形成しているが、
図5に示したように隣接する圧力発生室8を区画する壁
に対向する領域を非エッチング領域としてブリッジッ部
18を形成すると、このブリッジ部18が補強材として
機能する。
【0020】ところで、本発明は、基材となる圧延製金
属板の圧延加工による剛性の異方性を、インクジェット
記録ヘッドの構造に好適に応用するものであるから、上
述した形式の記録ヘッド、つまり軸方向に伸縮する圧電
素子により圧力発生室を膨張、収縮させる形式の記録ヘ
ッドばかりでなく、板状の圧電振動子を用いてたわみ変
位によりインク滴を吐出させる記録ヘッドの構成部材に
適用しても同様の作用を奏する。
【0021】すなわち、図6に示したように複数のグル
ープに分離されたノズル開口列が形成された1つの流路
ユニット20に、インクを加圧するアクチュエータユニ
ット21を複数、この実施例では3個装着して構成され
た記録ヘッドにも適用することができる。図7は、上述
の記録ヘッドを構成する部材を分離して示すものであっ
て、流路ユニット20は、ノズル開口22が穿設された
ノズルプレート23と、リザーバ24を形成する通孔が
穿設されたリザーバ形成基板25と、リザーバの他方の
面を封止してリザーバ24とアクチュエータユニット2
1とのインク流路26を形成し、かつアクチュエータユ
ニット21の取付け部材となる板材27とを積層して構
成されている。
【0022】一方、アクチュエータユニット21は、封
止基板28と圧力発生室形成基板29と振動板30とを
順次積層して構成されいる。振動板30の表面にはそれ
ぞれの圧力発生室31に対応して、個別に分離された下
部電極32が形成されていて、この下部電極32の表面
に対応して電歪材料からなる圧電振動子33の層が形成
され、さらに圧電振動子33の表面には上部電極34が
形成され、フレキシブルケーブル35により駆動信号の
供給を受けるように構成されている。
【0023】このように構成された記録ヘッドの板材2
7として前述の部材を使用することができる。図8は、
上述の部材を使用したインクジェット記録ヘッドの一実
施例を示すものであって、図中符号36は、剛性が高
く、かつエッチングが可能な材料、例えばステンレス鋼
を一方向に圧延した厚さ10乃至30μm程度の圧延製
金属板37に、リザーバ24のインク圧力の変動により
弾性変形してコンプライアンスを発現し、かつインクに
対する耐蝕性を備えた例えばポリフェニレンサルファイ
ド(PPS)樹脂等の高分子フィルム38を熱溶着、ま
たは接着してラミネートしたものを母材として構成され
ている。なお、高分子フィルム38は、軟化しない程度
の温度、例えば80乃至150°C程度の温度で予めア
ニール処理した後、金属板37に積層すると、アニール
処理により収縮が完了しているため、後の工程での収縮
がなく、反りを大幅に抑えることができて望ましい。
【0024】この母材を圧延製金属板37の圧延方向に
直交する方向が、流路ユニット21の配列方向が長辺と
なるように切断し、リザーバ24に対向する領域の金属
板37をエッチングにより除去してコンプライアンス付
与部39を形成して板材36が構成されている。
【0025】このように形成された板材36は、コンプ
ライアンス付与部39の高分子フィルム38の一方の面
がリザーバ24に、また金属板37が除去された凹部3
7aから露出している他方の面が接着剤層40による空
隙Gを介してアクチュエータユニット21に対向する。
これにより、圧電振動子33の変位により圧力発生室3
1で加圧されたインクが連通孔41から逆流してリザー
バ24の圧力を上昇させた場合にも、高分子フィルム3
8により形成されているコンプライアンス付与部39が
変位してリザーバ24の圧力変動を吸収する。
【0026】もとより、板材36を構成している金属板
37の圧延方向が、短辺方向であるため、たとえ複数の
アクチュエータユニット21の列設方向の辺長が大きく
なっても剛性を維持できて、反りなどを可及的に抑制で
きる。
【0027】なお、上述の実施例においては、圧延製金
属板としてステンレス鋼を使用しているが、圧延加工及
びエッチングが可能で、しかも接着性が高い他の金属、
例えば銅、ニッケル、鉄を使用しても同様の作用を奏す
る。
【0028】また、上述の実施例においては高分子フィ
ルムとしてポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂
を用いているが、他の高分子材料、例えば、ポリイミド
(PI)樹脂、ポリエーテルイミド(PEI)樹脂、ポ
リアミドイミド(PAI)樹脂、ポリバラバン酸(PP
A)樹脂、ポリサルホン(PSF)樹脂、ポリエーテル
サルホン(PES)樹脂樹脂、ポリエーテルケトン(P
EK)樹脂、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)
樹脂、ポリオレフィン(APO)樹脂、ポリエチレンナ
フタレート(PEN)樹脂、アラミド樹脂、ポリプロピ
レン樹脂、塩化ビニリデン樹脂、ポリカーネート樹脂等
を用いることもできる。
【0029】さらに、上述の実施例においては、耐エッ
チング性を備え、かつ弾性変形可能な層を高分子フィル
ムにより形成しているが、耐エッチング性を備え、かつ
リザーバのインク圧力の変動や、圧電振動子の変位によ
り弾性変形可能な他の材料、例えばアルミナや金属を使
用しても同様の作用を奏することは明らかである。
【0030】弾性変形領域を金属材料により構成する場
合には、図9に示したように圧延製金属板40と、弾性
変形領域を構成する金属板41とを耐エッチング性を備
えた接着剤層42を介して積層し、圧延製金属板40の
表面40aからエッチングすることにより接着剤層42
をエッチングストッパとして機能させて、圧延製金属板
40だけを選択的に加工することができる。
【0031】また、図9(b)に示したように圧延製金
属板43を予めエッチング加工した後、接着剤を形成す
るフィルム44により弾性変形領域となる金属板45に
積層してもよい。
【0032】
【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、圧力発生室、リザ-バ及びインク供給
口とを備え、少なくとも圧力発生室またはリザーバが一
部弾性変形可能な板材により封止されたインクジェット
式記録ヘッドにおいて、板材が、外部圧力により弾性変
形可能でかつ耐インク性を備えた弾性板と、エッチング
可能な金属材料を圧延して製造された圧延製金属板とを
積層した略長方形の母材により構成され、かつ母材の長
手方向が圧延製金属板の圧延方向に直交しているので、
圧延方向と直交する方向の剛性が大きく、長手方向に生
じやすい反りを圧延の方向性で増大した剛性で抑えるこ
とができ、組立工程における位置決め精度を確保するこ
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、圧力発生室の長手方向の断面で示す図である。
【図2】同上記録ヘッドに使用する弾性板の一実施例を
示す図である。
【図3】同上記録ヘッドに使用する弾性板の他の実施例
を示す図である。
【図4】本発明のインクジェット式記録ヘッドの他の実
施例を、圧力発生室の長手方向の断面で示す図である。
【図5】本発明の他の実施例を弾性板のアイランド部を
拡大して示す図である。
【図6】本発明が適用可能なたわみ振動子を駆動源とし
たインクジェット記録ヘッドの概要を示す図である。
【図7】同上記録ヘッドの構造を示す組立斜視図であ
る。
【図8】同上記録ヘッドに本発明を適用した場合の構造
を示す断面図である。
【図9】図(a)、(b)は、それぞれ金属板により弾
性領域を形成する場合に製造方法を示す図である。
【符号の説明】
1 流路ユニット 2 圧電振動ユニット 3 ヘッドホルダ 4 ノズルプレート 5 流路形成基板 6 板材 7 圧電振動子 12 アイランド部 13 ダイヤフラム部13
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古畑 淳 長野県諏訪市大和3丁目3番5号 セイコ ーエプソン株式会社内 Fターム(参考) 2C057 AF24 AF70 AF93 AG14 AG45 AG55 AP02 AP16 AP31 AP77 AQ06 BA04 BA14

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ノズル開口、圧力発生室、リザ-バ及び
    インク供給口とを備え、少なくとも圧力発生室またはリ
    ザーバが一部弾性変形可能な板材により封止されたイン
    クジェット式記録ヘッドにおいて、 前記板材が、外部圧力により弾性変形可能でかつ耐イン
    ク性を備えた弾性板と、エッチング可能な金属材料を圧
    延して製造された圧延製金属板とを積層した略長方形の
    母材により構成され、かつ前記母材の長手方向が前記圧
    延製金属板の圧延方向に直交しているインクジェット式
    記録ヘッド。
  2. 【請求項2】 前記弾性板が、高分子フィルムにより構
    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。
  3. 【請求項3】 前記弾性板が、前記圧延製金属板との積
    層以前にアニール処理された高分子フィルムにより構成
    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。
  4. 【請求項4】 前記弾性板が、外部圧力により弾性変形
    可能でかつ耐インク性を備えた金属板により構成され、
    接着剤層を介して前記圧延製金属板に積層されている請
    求項1に記載のインクジェット式記録ヘッド。
  5. 【請求項5】 ノズル開口、圧力発生室、リザ-バ及び
    インク供給口とを備え、前記圧力発生室に対向するアイ
    ランド部、及びダイヤフラム部を備えた板材により封止
    された流路ユニットと、前記アイランド部に当接してイ
    ンク滴を吐出させる圧電振動子とからなるインクジェッ
    ト式記録ヘッドにおいて、 前記板材が、前記圧電素子の変位により弾性変形可能で
    かつ耐インク性を備えた弾性板と、エッチング可能な金
    属材料を圧延して製造された圧延製金属板とを積層した
    略長方形の母材により構成され、かつ前記母材の長手方
    向が前記圧延製金属板の圧延方向に直交しているインク
    ジェット式記録ヘッド。
  6. 【請求項6】 前記弾性板が、高分子フィルムにより構
    成されている請求項5に記載のインクジェット式記録ヘ
    ッド。
  7. 【請求項7】 前記弾性板が、前記圧延製金属板との積
    層以前にアニール処理された高分子フィルムにより構成
    されている請求項5に記載のインクジェット式記録ヘッ
    ド。
  8. 【請求項8】 前記弾性板が、外部圧力により弾性変形
    可能でかつ耐インク性を備えた金属板により構成され、
    接着剤層を介して前記圧延製金属板に積層されている請
    求項5に記載のインクジェット式記録ヘッド。
  9. 【請求項9】 前記圧延製金属板が、前記アイランド部
    を形成するようにエッチングされている請求項5に記載
    の記載のインクジェット式記録ヘッド。
  10. 【請求項10】 前記リザ-バに対向する領域の前記圧
    延製金属板がエッチングにより除去されてダイヤフラム
    部が形成されている請求項5に記載のインクジェット式
    記録ヘッド。
  11. 【請求項11】 前記アイランド部の列が、前記長手方
    向に複数配列されている請求項5に記載のインクジェッ
    ト式記録ヘッド。
  12. 【請求項12】 前記アイランド部の列が、前記長手方
    向に直交するように配列されている請求項5に記載のイ
    ンクジェット式記録ヘッド。
  13. 【請求項13】 ノズル開口が穿設されたノズルプレー
    トと、リザーバを形成する通孔が穿設されたリザーバ形
    成基板と、リザーバの他方の面を封止してリザーバとア
    クチュエータとのインク流路を形成し、かつアクチュエ
    ータユニットの取付け部材となる板材とを積層して構成
    された流路ユニットの、前記板材の表面に、封止基板と
    圧力発生室形成基板と振動板とを順次積層して構成され
    たアクチュエータユニットを複数個固定して構成された
    インクジェット式記録ヘッドにおいて、 前記板材が、前記リザーバの圧力により弾性変形可能
    で、かつ耐インク性を備えた弾性板と、エッチング可能
    な金属材料を圧延して製造された圧延製金属板とを積層
    した略長方形の母材により構成され、前記アクチュエー
    タユニットが、前記圧延製金属板の圧延方向に直交する
    方向に複数配置されいるインクジェット式記録ヘッド。
  14. 【請求項14】 前記弾性板が前記リザーバに対向する
    面に配置され、また前記圧延製金属板が、前記リザーバ
    に対向する領域をエッチングにより除去されている請求
    項9に記載の記載のインクジェット式記録ヘッド。
  15. 【請求項15】 前記弾性板が、高分子フィルムにより
    構成されている請求項13に記載のインクジェット式記
    録ヘッド。
  16. 【請求項16】 前記弾性板が、前記圧延製金属板との
    積層以前にアニール処理された高分子フィルムにより構
    成されている請求項13に記載のインクジェット式記録
    ヘッド。
  17. 【請求項17】 前記弾性板が、外部圧力により弾性変
    形可能でかつ耐インク性を備えた金属板により構成さ
    れ、接着剤層を介して前記圧延製金属板に積層されてい
    る請求項13に記載のインクジェット式記録ヘッド。
  18. 【請求項18】 前記圧延製金属板が、前記リザーバに
    コンプライアンス部を形成するようにエッチングされて
    いる請求項13に記載の記載のインクジェット式記録ヘ
    ッド。
  19. 【請求項19】 高分子フィルムと、圧延製金属板とを
    積層、接着して母材を形成する工程と、 前記圧延製金属板の圧延方向が、弾性板としての長辺側
    となるように前記圧延製金属板をエッチングして弾性変
    形領域となる貫通孔を形成する工程と、 からなるインクジェット式記録ヘッドの弾性板の製造方
    法。
  20. 【請求項20】 予めアニール処理が施された高分子フ
    ィルムと、圧延製金属板とを積層、接着して母材を形成
    する工程と、 前記圧延製金属板の圧延方向が、弾性板としての長辺側
    となるように前記圧延製金属板をエッチングして弾性変
    形領域となる貫通孔を形成する工程と、 からなるインクジェット式記録ヘッドの弾性板の製造方
    法。
  21. 【請求項21】 弾性変形可能な金属板と、圧延製金属
    板とを耐エッチング性を備えた接着剤層を介して積層、
    接着して母材を形成する工程と、 前記圧延製金属板の圧延方向が、弾性板としての長辺側
    となるように前記圧延製金属板の表面からエッチングし
    て弾性変形領域となる貫通孔を形成する工程と、 からなるインクジェット式記録ヘッドの弾性板の製造方
    法。
  22. 【請求項22】 圧延製金属板の圧延方向が、弾性板と
    しての長辺側となるように前記圧延製金属板に貫通孔を
    形成し、接着剤層を介して弾性変形可能な金属板と接合
    するインクジェット式記録ヘッドの弾性板の製造方法。
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