JP3804415B2

JP3804415B2 - Inkjet recording head

Info

Publication number: JP3804415B2
Application number: JP2000252873A
Authority: JP
Inventors: 強北原
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2000-08-23
Filing date: 2000-08-23
Publication date: 2006-08-02
Anticipated expiration: 2020-08-23
Also published as: JP2002067306A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリンタやプロッタ等のインクジェット式記録装置に好適に用いられるインクジェット式記録ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のインクジェット式記録ヘッド、例えば、圧電振動子を電気機械変換素子として用いた記録ヘッドには、複数のノズル開口を列状に開設したノズルプレートと、共通インク室から圧力室を経てノズル開口に連通するインク流路を形成した流路形成基板と、圧力室及び共通インク室の一方の開口面を封止する弾性体膜を有する弾性板とを備え、これらの各部材を積層状態で接合して流路ユニットを構成し、この流路ユニットをケースに接合した構成を採るものがある。上記の流路形成基板は、例えば、シリコンウェハーをエッチング処理することにより作製されており、この流路形成基板の一方の表面にステンレス鋼製のノズルプレートが接合され、他方の表面に弾性板が接合されている。そして、弾性板は、例えば、接着層と樹脂製フィルムとからなる２層構造の弾性体膜をステンレス鋼製の支持板で支持した複合板材により構成されており、１枚の弾性体膜で圧力室の封止部と共通インク室のコンプライアンス部とを兼ねている。
【０００３】
このインクジェット式記録ヘッドでは、共通インク室から圧力室を経てノズル開口に至る一連のインク流路がノズル開口毎に形成されている。そして、ノズル開口からインク滴を吐出させる場合には、圧電振動子によって弾性体膜を変形させて圧力室の容積を可変し、圧力室内のインクを加減圧する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記した構成のインクジェット式記録ヘッドにおいて、共通インク室には複数のインク供給口が面している。このため、インク滴の吐出時に圧力室を収縮させると、インク供給口から共通インク室に向けて圧力波（インク噴流）が生じる。ここで、共通インク室には各圧力室に連通したインク供給口が連通している。これにより、インク供給口から出た圧力波が他のインク供給口を通じて他の圧力室に作用してしまうと、この圧力室によるインク滴の吐出が不安定になってしまう。
【０００５】
このような不具合を防止するためには、共通インク室については、コンプライアンスを大きく設定することが好ましい。その一方で、インク滴吐出の応答性を高めるという観点からは、圧力室についてはコンプライアンスを小さく設定するのが好ましい。
しかしながら、従来の弾性体膜は、圧力室の封止部と共通インク室のコンプライアンス部とが同一の厚みで形成されており、弾性体膜の厚みはインク滴吐出の応答性にあわせて規定されている。このため、共通インク室に関して必要なコンプライアンスを得るためには、弾性体膜におけるコンプライアンス部の面積を十分に広くする必要があり、これによって共通インク室を大きく形成しなければならず、記録ヘッドの小型化を阻害するという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、インク滴吐出の応答性を良好に維持しつつも、共通インク室のコンプライアンスを大きく設定することができ、共通インク室を小さく形成して記録ヘッドの小型化を促進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にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために提案されたもので、請求項１に記載のものは、共通インク室から圧力室を経てノズル開口に連通する一連のインク流路を形成した流路形成基板と圧力室及び共通インク室の一方の開口面を封止する弾性体膜とを積層状態で接合してなる流路ユニットと、弾性体膜を変形させることで圧力室の容積を変化させる電気機械変換素子とを備えたインクジェット式記録ヘッドにおいて、
前記圧力室とは反対側となる弾性体膜の表面に、電気機械変換素子の変位面を当接固定するための島部を設け、
前記弾性体膜の圧力室に対応した島部周辺の部分の厚さが共通インク室に対応した部分の厚さよりも厚くなるように、弾性体膜の表面に無機物の薄膜を島部をも覆うように形成したことを特徴とするインクジェット式記録ヘッドである。
【０００８】
請求項２に記載のものは、前記弾性体膜の圧力室に対応した部分の曲げ剛性を、共通インク室に対応した部分の曲げ剛性よりも相対的に大きくしたことを特徴とする請求項１に記載のインクジェット式記録ヘッドである。
【０００９】
請求項３に記載のものは、共通インク室から圧力室を経てノズル開口に連通する一連のインク流路を形成した流路形成基板と圧力室及び共通インク室の一方の開口面を封止する弾性体膜とを積層状態で接合してなる流路ユニットと、弾性体膜を変形させることで圧力室の容積を変化させる電気機械変換素子とを備えたインクジェット式記録ヘッドにおいて、
前記圧力室とは反対側となる弾性体膜の表面に、電気機械変換素子の変位面を当接固定するための島部を設け、
前記弾性体膜の共通インク室に対応した部分の厚さが圧力室に対応した島部周辺の部分の厚さよりも薄くなるように、弾性体膜の表面に無機物の薄膜を島部をも覆うように形成したことを特徴とするインクジェット式記録ヘッドである。
【００１０】
請求項４に記載のものは、前記無機物の薄膜を、弾性体膜の表面の圧力室に対応した部分にのみ形成したことを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載のインクジェット式記録ヘッドである。
【００１１】
請求項５に記載のものは、前記無機物の薄膜を、共通インク室に対応した部分となる領域を除いた弾性体膜表面の全域に形成したことを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載のインクジェット式記録ヘッドである。
【００１５】
請求項６に記載のものは、前記無機物の薄膜によりインク溶媒の通過を防止する遮気層を構成したことを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載のインクジェット式記録ヘッドである。
【００１６】
請求項７に記載のものは、前記無機物の薄膜を真空めっき法により形成したことを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載のインクジェット式記録ヘッドである。
【００１７】
請求項８に記載のものは、前記無機物の薄膜を真空蒸着により形成したことを特徴とする請求項７に記載のインクジェット式記録ヘッドである。
【００１８】
請求項９に記載のものは、前記無機物の薄膜をスパッタリングにより形成したことを特徴とする請求項７に記載のインクジェット式記録ヘッドである。
【００１９】
請求項１０に記載のものは、前記無機物の薄膜を印刷法により形成したことを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載のインクジェット式記録ヘッドである。
【００２０】
請求項１１に記載のものは、前記弾性体膜を枠体状の支持板で支持したことを特徴とする請求項１から請求項１０の何れかに記載のインクジェット式記録ヘッドである。
【００２１】
請求項１２に記載のものは、前記支持板を金属材料で構成したことを特徴とする請求項１１に記載のインクジェット式記録ヘッドである。
【００２２】
請求項１３に記載のものは、前記島部を、支持板となる支持板基材の圧力室に対応した部分を環状に除去することにより形成したことを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載のインクジェット式記録ヘッドである。
【００２３】
請求項１４に記載のものは、前記電気機械変換素子を圧電振動子によって構成したことを特徴とする請求項１から請求項１３の何れかに記載のインクジェット式記録ヘッドである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ここで、図１は、本発明のインクジェット式記録ヘッド１の断面図、図２は、弾性板２となる弾性板基材２´の層構成を示す模式図である。
【００２５】
例示した記録ヘッド１は、複数の圧電振動子３…、固定板４、及び、フレキシブルケーブル５等をユニット化した振動子ユニット６と、この振動子ユニット６を収納可能なケース７と、ケース７の先端面に接合される流路ユニット８とを備えている。ケース７は、先端と後端が共に開放された収容空部１０を形成した合成樹脂製のブロック状部材であり、収容空部１０内には振動子ユニット６が収納固定されている。この振動子ユニット６は、圧電振動子３の櫛歯状先端を収容空部１０の先端側開口に臨ませた姿勢とされており、固定板４が収容空部１０の壁面に接着固定されている。
【００２６】
圧電振動子３は、電気機械変換素子の一種であり、縦方向に細長い櫛歯状に形成されている。例えば、５０μｍ〜１００μｍ程度の極めて細い幅のニードル状に切り分けられている。この圧電振動子３は、圧電体と内部電極とを交互に積層して構成された積層型の圧電振動子であって、積層方向に直交する縦方向に伸縮可能な縦振動（ｄ３１効果）型の圧電振動子である。そして、各圧電振動子３…は、基端側部分が固定板４上に接合されており、圧電振動子３の自由端部を固定板４の縁よりも外側に突出させた片持ち梁の状態で取り付けられている。また、変位面として機能する各圧電振動子３…の櫛歯状先端面は、それぞれ対応する島部１１（後述する）に当接固定されている。また、フレキシブルケーブル５は、固定板４とは反対側となる振動子の基端部側面で、圧電振動子３と電気的に接続されている。
【００２７】
流路ユニット８は、流路形成基板１２を間に挟んでノズルプレート１３を流路形成基板１２の一方の面側に配置し、弾性板２をノズルプレート１３とは反対側となる他方の面側に配置して積層状態で接合することで構成されている。
【００２８】
ノズルプレート１３は、ドット形成密度に対応したピッチで複数のノズル開口１４…を列状に開設したステンレス鋼製の薄いプレートである。本実施形態では、例えば、１８０ｄｐｉのピッチで９６個のノズル開口１４…を開設し、これらのノズル開口１４…によってノズル列を構成する。そして、このノズル列を、吐出可能なインクの種類に対応した複数列形成する。
【００２９】
流路形成基板１２は、共通インク室１６、インク供給口１７、圧力室１８、及びノズル連通口１９からなるインク流路が形成された板状部材である。具体的には、この流路形成基板１２は、各ノズル開口１４…に対応させて圧力室１８となる空部を隔壁で区画した状態で複数形成するとともに、インク供給口１７および共通インク室１６となる空部を形成した板状の部材である。
【００３０】
圧力室１８は、ノズル開口１４の列設方向（ノズル列方向）に対して直交する方向に細長い室であり、堰部２０で区画された偏平な凹室で構成されている。この堰部２０は共通インク室１６の出口からノズル連通口１９の入口に亘って形成してあり、該堰部２０によって流路幅の狭い狭窄部の形で、インク供給口１７が形成されている。ノズル連通口１９は、圧力室１８とノズル開口１４とを連通する部分であり、圧力室１８の一端、即ち圧力室１８内における共通インク室１６から最も離れた位置に形成されている。共通インク室１６は、インクカートリッジ（図示せず）に貯留されたインクを各圧力室１８…に供給するための室であり、インク供給口１７を通じて対応する圧力室１８の他端と連通している。また、共通インク室１６における長手方向のほぼ中央には、インク供給管２１が連通するインク導入口が開設されている。そして、インクカートリッジ（図示せず）からのインクは、インク供給管２１を通ってインク導入口から共通インク室１６内に導入される。
【００３１】
このように流路形成基板１２には、共通インク室１６、インク供給口１７、圧力室１８、及び、ノズル連通口１９を順に経る一連のインク流路が形成される。つまり、共通インク室１６とノズル開口１４との間を連通するインク流路がノズル開口１４に対応する複数設けられている。
【００３２】
弾性板２は、ステンレス鋼板により作製された枠体状の支持板３０に弾性体膜３１を積層した構造の複合板材である。そして、圧力室１８とは反対側の弾性体膜表面であって、各圧力室１８に対応した位置には、島部１１が形成されている。この島部１１は、圧電振動子３の先端部を当接固定するための接合部であり、圧力室１８と同様にノズル開口１４の列設方向と直交する方向に細長く、圧力室１８の平面形状よりも一回り小さいブロック状に作製されている。
【００３３】
上記の構成を有する記録ヘッド１では、圧電振動子３を振動子長手方向に伸長させることにより、島部１１がノズルプレート１３側に押圧され、島部周辺で弾性体膜３１が変形して圧力室１８が収縮する。また、圧電振動子３を振動子長手方向に収縮させると、弾性体膜３１の弾性により圧力室１８が膨張する。そして、圧力室１８の膨張や収縮を制御することにより、圧力室１８内のインク圧力が変動してノズル開口１４からインク滴が吐出される。
【００３４】
次に、本発明の主要部を成す弾性板２の構造について説明する。
【００３５】
例示した弾性板２は、インク圧力や圧電振動子３の変形によって弾性変形する弾性体膜３１と、この弾性体膜３１を支持する枠体状の支持板３０とからなる複合板材によって構成される。これは、弾性体膜３１を支持板３０で支持した方が弾性体膜単体よりも製造時における取り扱いが容易であり、製造の効率化が図れるためである。
【００３６】
上記の支持板３０を構成する材料としては、加工性や強度の観点から金属材料が好適に用いられる。本実施形態ではステンレス鋼を用いている。また、弾性体膜３１は、圧力室１８の一方の開口面を封止する封止部３１Ａとして機能すると共に、共通インク室１６の一方の開口面を封止するコンプライアンス部３１Ｂとしても機能する部分である。本実施形態の弾性体膜３１は、弾性膜層３２と接着層（ＡＤ層）３３とからなる２層構造であり、接着層３３が支持板３０に接着する。さらに、弾性体膜３１における圧力室側の表面（弾性膜層３２の外側表面）に薄膜層３４を選択的に形成している。従って、弾性板２は、薄膜層３４、弾性膜層３２、接着層３３及び支持板３０からなる４層構造ということもできる。
【００３７】
上記の弾性膜層３２としてはＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の樹脂フィルムが好適に用いられ、接着層３３としてはウレタン系、ポリエステル系、及びエポキシ系等の樹脂系接着剤が好適に用いられる。また、薄膜層３４は、本発明の薄膜に相当する部分であり、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、シリカ（ＳｉＯ_２）等の無機材料が好適に用いられる。そして、本実施形態における弾性板２の各層の厚みは、例えば、支持板３０が１０〜６０μｍ（マイクロメートル）、接着層３３が１〜５μｍ、弾性膜層３２が３〜１０μｍ、薄膜層３４としては５０〜１０００Å（オングストローム）程度の範囲で適宜設定される。
【００３８】
この弾性板２は、例えば、次の手順で作製される。まず、図２に示すように、支持板３０となる支持板基材３０´（つまり、加工前のステンレス鋼板）上に接着層３３を挟んで弾性膜層３２を接着することにより、３層構造の弾性板基材２´を作製する。弾性板基材２´を作製したならば、封止部３１Ａとして機能する部分とコンプライアンス部３１Ｂとして機能する部分とについて加工を行う。
【００３９】
圧力室１８に対応した封止部３１Ａについては、圧力室１８側の表面に無機物の薄膜層３４を形成する。この薄膜層３４の形成方法としては、スパッタリングや真空蒸着等の真空めっき法、印刷法等が好適に用いられる。これは、弾性体膜３１上の所望の部分（領域）に薄膜層３４を容易に積層することができるからである。
【００４０】
上記のスパッタリングは、１０^−１〜１０^−２ｍｍＨｇ程度の低真空容器中で二つの電極間に電圧を負荷してグロー放電を起こさせることで気体分子をイオン化し、このイオン化した気体分子を陰極に引き付けて衝突させて陰極表面から積層原子をたたき出し、被積層体の表面に薄膜を形成する方法である。真空蒸着は、１０^−２〜１０^−４ｍｍＨｇ程度の高真空中で積層材を加熱蒸発させて、被積層体の表面に薄膜を形成する方法である。印刷法は、印刷技術を用いて、被積層体の表面に積層材を形成する方法である。
なお、これらの方法で薄膜層３４を形成する場合には、封止部３１Ａのみが露出するように、つまり、封止部３１Ａに薄膜層３４が選択的に形成されるように、弾性板基材２´の他の部分をマスキングしておく。
【００４１】
また、弾性板基材２´の圧力室１８側となる表面、つまり、弾性膜層３２の外側表面の全面に薄膜層３４を形成した後に、不要部分の薄膜層３４を選択的に除去するようにしてもよい。この場合において、薄膜層３４の選択的除去は、加工のエネルギー源として電気エネルギー、化学エネルギー、電気化学エネルギー、光エネルギー、熱エネルギーなどを利用した物理・化学的処理や、加工のエネルギー源として力学的エネルギーを用いた処理（便宜上、力学的処理と称する。）により行うことができる。そして、物理・化学的処理としては、エッチング加工、プラズマアッシング、レーザ処理等が好適に用いられ、力学的処理としては、噴射処理、超音波処理が好適に用いられる。
【００４２】
上記のエッチングには、大きく分けてドライエッチングとウエットエッチングがある。ドライエッチングは、酸化雰囲気やアルカリ雰囲気中にマスキングを施した振動板を暴露して、マスキングを施していない部分を選択的にエッチング加工する処理である。ウエットエッチングは、例えば、ＫＯＨ等の強アルカリ液にマスキングを施した振動板を接触させ、マスキングを施していない部分を選択的にエッチング加工する処理である。プラズマアッシングは、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）などの不活性ガスをアークによってプラズマ化し、これを細いノズルから噴出させて超高温、高速流のプラズマジェットで不要部分を選択的に除去する処理である。レーザ処理は、除去したい部分にレーザビームを照射して選択的に除去を行う処理である。噴射処理は、粉体や流体等の媒体に圧力を加えてノズルから噴射する等により、この媒体を工作物（つまり、弾性板基材２´）に衝突させて表面を加工する処理であり、例えば、ブラスト処理やウォータージェット処理がある。また、超音波処理は、砥粒スラリを超音波で振動させて加工を行う処理である。
【００４３】
また、封止部３１Ａにおける圧力室１８側の表面は、支持板基材３０´の部分を環状に除去して島部１１を形成する。即ち、支持板基材３０´側から支持板基材３０´のみが選択的に除去されるように厚さ方向の途中までの部分を除去する。これにより、島部１１周辺のダイヤフラム部は、接着層３３と弾性膜層３２と薄膜層３４とから構成される。そして、この支持板基材３０´の選択的な除去は、例えば、上記の物理・化学的処理で行うこともできるし、力学的処理で行ってもよい。
【００４４】
一方、共通インク室１６に対応したコンプライアンス部３１Ｂについては、支持板基材３０´を選択的に除去して弾性体膜３１だけにする。このコンプライアンス部３１Ｂに対する支持板基材３０´の選択的除去もまた、上記の物理・化学的処理や力学的処理によって行うことができる。
【００４５】
このように、圧力室１８に対応する封止部３１Ａについては弾性体膜３１に薄膜層３４を積層すると共に、支持板基材３０´の部分を環状に除去して島部１１を形成し、一方、共通インク室１６に対応するコンプライアンス部３１Ｂについては支持板基材３０´を除去する。これにより、支持板基材３０´は枠体状の支持板３０となり、上記した弾性板２が得られる。
【００４６】
このような構成の弾性板２では、圧力室１８に面する封止部３１Ａの厚さが、薄膜層３４の分だけ共通インク室１６に面するコンプライアンス部３１Ｂの厚さよりも厚くなる。この構成により、弾性体膜３１における封止部３１Ａの曲げ剛性が、コンプライアンス部３１Ｂの曲げ剛性よりも相対的に大きくなる。その結果、圧力室１８内のインクを効率よく加圧したり減圧したりすることができ、インク滴吐出時において高い応答性を得ることができる。
さらに、本実施形態では、圧力室１８とは反対側の弾性体膜表面に、ステンレス鋼で作製された島部１１を設けているので、この島部１１によっても曲げ剛性が高められる。従って、圧力室１８内のインクを一層効率よく加減圧できる。
【００４７】
また、薄膜層３４を設けることによって当該部分における弾性体膜３１の剛性が高められるので、弾性体膜３１に高いコンプライアンスの材料を使用しても必要な剛性が確保でき、インク滴吐出時において高い応答性を得ることができる。そして、高いコンプライアンスの材料で弾性体膜３１を構成することにより、コンプライアンス部３１Ｂについては従来よりも高いコンプライアンスを得ることができる。そして、共通インク室１６として必要なコンプライアンスは従来と同じであるため、共通インク室１６を小さく形成しても圧力室１８側からの圧力波（インク噴流）を吸収することができる。その結果、記録ヘッド１の小型化を図ることができる。さらに、曲げ剛性の観点でも、コンプライアンス部３１Ｂの曲げ剛性の方が封止部３１Ａの曲げ剛性よりも相対的に小さくなるので、コンプライアンス部３１Ｂの方が撓み変形し易くなり、共通インク室１６のコンプライアンスを従来よりも高めることができる。
【００４８】
また、薄膜層３４は、上記した無機物の薄膜により構成されているので、インク溶媒の通過を防止する遮気層としても機能する。これにより、圧力室１８内のインクの溶媒が弾性体膜３１を透過しようとしても、薄膜層３４が透過を防止する。このため、従来、弾性体膜３１（弾性膜層３２、接着層３３）をインク溶媒が透過してしまうことで生じていた圧力室１８内のインクの粘度上昇を防止することもできる。
【００４９】
さらに、本実施形態では、圧力室１８側となる弾性体膜３１の表面に薄膜層３４を形成している。そして、圧力室１８側の弾性体膜表面は、平滑面に構成されているので、均一な膜厚の薄膜層３４を容易に形成できる。また、上記したように、薄膜層３４は遮気層としても機能するので、薄膜層３４を圧力室１８側の弾性体膜表面に設けることで、インク溶媒が弾性膜層３２や接着層３３内に浸透することを防止することもできる。
【００５０】
ところで、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づき、種々の変形が可能である。
【００５１】
例えば、上記の実施形態では、無機物の薄膜層３４を圧力室１８に対応した弾性体膜３１の表面に部分的に形成したものを例示したが、弾性体膜３１の表面全体に薄膜層３４を形成し、圧力室１８に対応した部分の薄膜層３４の厚さを他の部分よりも厚くしてもよい。この場合、例えば、薄膜層３４の形成処理を複数回行うことで、一部分の膜厚が他の部分よりも厚い薄膜層３４を形成することができる。具体的には、１回目の形成処理では弾性体膜３１の表面全体に薄膜層３４を形成し、２回目の形成処理では封止部３１Ａの部分にのみ選択的に薄膜層３４を形成する。そして、このように構成しても上記形態と同様の作用効果が得られる。さらに、この構成では、上記の遮気層が弾性体膜３１の表面を覆うように形成されるので、インク溶媒の透過を防止する観点からはより好ましい。
【００５２】
また、図３に示すように、弾性体膜３１のコンプライアンス部３１Ｂについては薄膜層３４を形成せずに弾性体膜３１（弾性膜層３２、接着層３３）のみで構成し、この領域を除いた弾性体膜表面の全域に薄膜層３４を形成するようにしてもよい。この構成でも、基本的には第１の実施形態と同様の作用効果を奏する。
さらに、この構成では、薄膜層３４を形成するに際して、共通インク室１１に面する部分のみにマスキングを行えば良い。或いは、弾性体膜３１の全面に薄膜層３４を形成した後、共通インク室１１に面する部分の薄膜層３４を選択的に除去すれば良い。このため、第１の実施形態に比べて、製造工数を低減することができるものである。
【００５３】
また、図４及び図５に示すように、薄膜層３４を圧力室１８とは反対側の弾性体膜３１の表面に形成してもよい。即ち、薄膜層３４を、支持板３０側に形成してもよい。この場合、弾性体膜３１のコンプライアンス部３１Ｂについては、マスキング等を施すことによって薄膜層３４が形成されないようにし、その他の部分に薄膜層３４を形成する。この構成では、ダイヤフラム部となる島部周辺の弾性体膜３１の表面に薄膜層３４が形成されるので、当該部分の曲げ剛性を高めることができ、コンプライアンスを低くすることができる。これにより、インク滴吐出時における応答性を高めることができる。また、薄膜層３４が島部１１をも覆うように形成されるので、島部１１の剛性を高めることができる。従って、この点でも、インク滴吐出時における応答性を高めることができる。
【００５４】
さらに、薄膜層３４を設けることによって、弾性体膜３１に高いコンプライアンスの材料を使用してもインク滴吐出時において高い応答性を得ることができる。そして、弾性体膜３１に高いコンプライアンスの材料を使用することにより、共通インク室１６を小さく形成しても圧力室１８側からの圧力波を吸収することができる。その結果、記録ヘッド１の小型化を図ることができる。
また、ステンレス鋼板からなる支持板３０の上に薄膜層３４を形成するので、被積層面に耐熱性があり、積層方法の選択自由度を増大させることもできる。
【００５５】
また、薄膜層３４は弾性体膜３１の一方の表面にのみ形成されるものに限定されない。即ち、薄膜層３４を弾性体膜３１の両面、つまり、圧力室１８側の表面と島部１１側の表面のそれぞれに設けても良い。
【００５６】
また、本実施形態では、流路形成基板１２とノズルプレート１３とを別部材により構成した流路ユニット８を例に挙げて説明したが、この構成に限定されるものではなく、ノズルプレート１３を流路形成基板１２に一体に形成した流路ユニットであってもよい。
【００５７】
また、上記の電気機械変換素子に関し、撓み振動型の圧電振動子を用いてもよい。この圧電振動子は、圧電体を上電極と下電極とで挟んだ構成であり、上電極と下電極との電位差に応じて、圧電体は電界方向に撓み圧力室の容積を変化させる。さらに、電気機械変換素子は、圧電振動子に限らず、駆動信号の印加により機械的変形を生じる素子であればよく、例えば磁歪素子であってもよい。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、以下の効果を奏する。
即ち、圧力室とは反対側となる弾性体膜表面に、電気機械変換素子の変位面を当接固定するための島部を設け、弾性体膜の圧力室に対応した島部周辺の部分の厚さが共通インク室に対応した部分の厚さよりも厚くなるように、弾性体膜の表面に無機物の薄膜を島部をも覆うように形成したので、ダイヤフラム部となる島部周辺の弾性体膜の表面に薄膜が形成され、これにより、当該部分の曲げ剛性を高めることができ、コンプライアンスを低くすることができる。また、薄膜によって島部が覆われるので、この島部の剛性を高めることもできる。従って、弾性体膜にコンプライアンスの高い材料を用いてもインク滴吐出時における応答性を一層高めることができる。そして、弾性体膜にコンプライアンスの高い材料を用いることで、コンプライアンス部については従来よりも高いコンプライアンスを得ることができるため、共通インク室を小さく形成しても必要なコンプライアンスを得ることができる。これにより、インク滴吐出の応答性を一層高めつつも、記録ヘッドの小型化を促進することができる。
【００５９】
また、圧力室とは反対側となる弾性体膜表面に、電気機械変換素子の変位面を当接固定するための島部を設け、弾性体膜の共通インク室に対応した部分の厚さが圧力室に対応した島部周辺の部分の厚さよりも薄くなるように、弾性体膜の表面に無機物の薄膜を島部をも覆うように形成した場合には、ダイヤフラム部となる島部周辺の弾性体膜の表面に薄膜が形成されるので、当該部分の曲げ剛性を高めることができ、コンプライアンスを低くすることができる。そして、薄膜によって島部が覆われるので、この島部の剛性を高めることもできる。従って、共通インク室に対応した部分のコンプライアンスを圧力室に対応した島部周辺の部分よりも高めることができる。このため、弾性体膜にコンプライアンスの高い材料を用いてもインク滴吐出時における応答性を一層高めることができる。その結果、コンプライアンス部については従来よりも高いコンプライアンスを得ることができ、共通インク室を小さく形成しても必要なコンプライアンスが得られる。これにより、インク滴吐出の応答性を一層高めつつも、記録ヘッドの小型化を促進することができる。
【００６２】
また、無機物の薄膜によりインク溶媒の通過を防止する遮気層を構成した場合には、圧力室内のインク溶媒が弾性体膜を透過しようとしても、薄膜層が透過を防止する。このため、圧力室内のインクの粘度上昇を防止することができる。
【００６３】
また、無機物の薄膜を真空めっき法により形成した場合には、支持板または弾性体膜上の所望の部分に無機物の薄膜を容易に積層することができる。
【００６４】
また、無機物の薄膜を印刷法により形成した場合には、支持板または弾性体膜上の所望の部分に無機物の薄膜を容易に積層することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態のインクジェット式記録ヘッドを示す断面図である。
【図２】図１に示す記録ヘッドの振動板の層構成を示す要部断面図である。
【図３】インクジェット式記録ヘッドの変形例を示す断面図である。
【図４】インクジェット式記録ヘッドの他の変形例を示す断面図である。
【図５】図４に示す記録ヘッドの振動板の層構成を示す要部断面図である。
【符号の説明】
１記録ヘッド
２弾性板
２´弾性板基材
３圧電振動子
４固定板
５フレキシブルケーブル
６振動子ユニット
７ケース
８流路ユニット
１０収容空部
１１島部
１２流路形成基板
１３ノズルプレート
１４ノズル開口
１６共通インク室
１７インク供給口
１８圧力室
１９ノズル連通口
２０堰部
２１インク供給管
３０支持板
３０´ 支持板基材
３１弾性体膜
３１Ａ圧力室に対応する封止部
３１Ｂ共通インク室に対応するコンプライアンス部
３２弾性膜層
３３接着層
３４薄膜層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ink jet recording head suitably used for an ink jet recording apparatus such as a printer or a plotter.
[0002]
[Prior art]
In a conventional ink jet recording head, for example, a recording head using a piezoelectric vibrator as an electromechanical conversion element, a nozzle plate having a plurality of nozzle openings arranged in a row, and a nozzle opening from a common ink chamber to a nozzle opening. A flow path forming substrate having an ink flow path communicating therewith, and an elastic plate having an elastic film that seals one of the opening surfaces of the pressure chamber and the common ink chamber, and these members are joined in a stacked state. In some cases, a flow path unit is formed and the flow path unit is joined to a case. The flow path forming substrate is manufactured by, for example, etching a silicon wafer. A stainless steel nozzle plate is joined to one surface of the flow path forming substrate, and an elastic plate is bonded to the other surface. It is joined. The elastic plate is composed of a composite plate material in which, for example, a two-layered elastic film composed of an adhesive layer and a resin film is supported by a stainless steel support plate. It serves as both the chamber sealing part and the common ink chamber compliance part.
[0003]
In this ink jet recording head, a series of ink flow paths from a common ink chamber to a nozzle opening through a pressure chamber is formed for each nozzle opening. When ink droplets are ejected from the nozzle openings, the elastic film is deformed by the piezoelectric vibrator to change the volume of the pressure chamber, and the pressure in the pressure chamber is increased or decreased.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Incidentally, in the ink jet recording head having the above-described configuration, a plurality of ink supply ports face the common ink chamber. For this reason, if the pressure chamber is contracted when ink droplets are ejected, a pressure wave (ink jet) is generated from the ink supply port toward the common ink chamber. Here, an ink supply port communicating with each pressure chamber communicates with the common ink chamber. As a result, when a pressure wave coming out of the ink supply port acts on another pressure chamber through another ink supply port, ejection of ink droplets by this pressure chamber becomes unstable.
[0005]
In order to prevent such a problem, it is preferable to set a large compliance for the common ink chamber. On the other hand, from the viewpoint of enhancing the responsiveness of ink droplet ejection, it is preferable to set the compliance of the pressure chamber to be small.
However, in the conventional elastic film, the sealing part of the pressure chamber and the compliance part of the common ink chamber are formed with the same thickness, and the thickness of the elastic film is defined according to the responsiveness of ink droplet ejection. ing. For this reason, in order to obtain the required compliance with respect to the common ink chamber, the area of the compliance portion in the elastic film needs to be made sufficiently large. There was a problem of inhibiting miniaturization.
[0006]
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and maintain a good response of ink droplet discharge while maintaining a large common ink chamber compliance. An object of the present invention is to provide an ink jet recording head that can promote downsizing of the head.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been proposed in order to achieve the above object. According to the first aspect of the present invention, there is provided a flow path forming substrate in which a series of ink flow paths communicating from a common ink chamber to a nozzle opening through a pressure chamber are formed. And an elastic body film that seals one opening surface of the pressure chamber and the common ink chamber in a laminated state, and an electric machine that changes the volume of the pressure chamber by deforming the elastic body film In an ink jet recording head provided with a conversion element,
On the surface of the elastic film on the side opposite to the pressure chamber, an island is provided for abutting and fixing the displacement surface of the electromechanical transducer,
Cover the island with an inorganic thin film on the surface of the elastic film so that the thickness of the area around the island corresponding to the pressure chamber of the elastic film is greater than the thickness of the area corresponding to the common ink chamber. The ink jet recording head is formed as described above.
[0008]
According to a second aspect of the present invention, the bending rigidity of the portion corresponding to the pressure chamber of the elastic film is relatively larger than the bending rigidity of the portion corresponding to the common ink chamber. The ink jet recording head described in 1.
[0009]
According to a third aspect of the present invention, the flow path forming substrate that forms a series of ink flow paths that communicate with the nozzle openings from the common ink chamber via the pressure chamber and the one opening surface of the pressure chamber and the common ink chamber are sealed. In an ink jet recording head comprising a flow path unit formed by joining an elastic film in a stacked state, and an electromechanical transducer that changes the volume of a pressure chamber by deforming the elastic film,
On the surface of the elastic film on the side opposite to the pressure chamber, an island is provided for abutting and fixing the displacement surface of the electromechanical transducer,
Cover the surface of the elastic film with an inorganic thin film so that the thickness of the portion corresponding to the common ink chamber of the elastic film is thinner than the thickness of the portion around the island corresponding to the pressure chamber. The ink jet recording head is formed as described above.
[0010]
4. The inkjet according to claim 1, wherein the inorganic thin film is formed only in a portion corresponding to the pressure chamber on the surface of the elastic film. Type recording head.
[0011]
According to a fifth aspect of the present invention, the inorganic thin film is formed over the entire area of the elastic film surface excluding the region corresponding to the common ink chamber. An ink jet recording head according to any one of the above.
[0015]
The ink jet recording head according to any one of claims 1 to 5, wherein an air shielding layer that prevents passage of an ink solvent is configured by the inorganic thin film. is there.
[0016]
A seventh aspect of the present invention is the ink jet recording head according to any one of the first to sixth aspects, wherein the inorganic thin film is formed by a vacuum plating method.
[0017]
An ink jet recording head according to claim 7, wherein the inorganic thin film is formed by vacuum deposition.
[0018]
A ninth aspect of the present invention is the ink jet recording head according to the seventh aspect, wherein the inorganic thin film is formed by sputtering.
[0019]
A tenth aspect of the present invention is the ink jet recording head according to any one of the first to sixth aspects, wherein the inorganic thin film is formed by a printing method.
[0020]
According to an eleventh aspect of the present invention, there is provided an ink jet recording head according to any one of the first to tenth aspects, wherein the elastic film is supported by a frame-shaped support plate.
[0021]
According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided the ink jet recording head according to the eleventh aspect, wherein the support plate is made of a metal material.
[0022]
According to a thirteenth aspect of the present invention, the island portion is formed by annularly removing a portion corresponding to the pressure chamber of the support plate base material to be a support plate. The ink jet recording head described in 1.
[0023]
According to a fourteenth aspect of the present invention, there is provided an ink jet recording head according to any one of the first to thirteenth aspects, wherein the electromechanical transducer is constituted by a piezoelectric vibrator.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Here, FIG. 1 is a cross-sectional view of the ink jet recording head 1 of the present invention, and FIG. 2 is a schematic diagram showing a layer structure of an elastic plate base material 2 ′ that becomes the elastic plate 2.
[0025]
The illustrated recording head 1 includes a vibrator unit 6 in which a plurality of piezoelectric vibrators 3..., A fixing plate 4, a flexible cable 5, and the like are unitized, a case 7 in which the vibrator unit 6 can be stored, and a case 7. And a flow path unit 8 joined to the front end surface of the. The case 7 is a block-shaped member made of a synthetic resin in which an accommodation space 10 whose both front and rear ends are open. The vibrator unit 6 is accommodated and fixed in the accommodation space 10. The vibrator unit 6 has a posture in which the comb-like tip of the piezoelectric vibrator 3 faces the opening on the tip side of the accommodation space 10, and the fixing plate 4 is bonded and fixed to the wall surface of the accommodation space 10. Yes.
[0026]
The piezoelectric vibrator 3 is a kind of electromechanical conversion element, and is formed in a comb-teeth shape elongated in the vertical direction. For example, it is cut into needles with an extremely narrow width of about 50 μm to 100 μm. The piezoelectric vibrator 3 is a laminated piezoelectric vibrator configured by alternately laminating piezoelectric bodies and internal electrodes, and is a longitudinal vibration (d31 effect) type capable of expanding and contracting in a vertical direction perpendicular to the stacking direction. This is a piezoelectric vibrator. Each of the piezoelectric vibrators 3... Is joined to the fixed plate 4 at the base end portion, and is a cantilever beam in which the free end portion of the piezoelectric vibrator 3 protrudes outward from the edge of the fixed plate 4. It is attached in a state. In addition, the comb-like tip surfaces of the piezoelectric vibrators 3... Functioning as displacement surfaces are abutted and fixed to corresponding island portions 11 (described later). The flexible cable 5 is electrically connected to the piezoelectric vibrator 3 on the side surface of the base end portion of the vibrator that is opposite to the fixed plate 4.
[0027]
In the flow path unit 8, the nozzle plate 13 is disposed on one surface side of the flow path formation substrate 12 with the flow path formation substrate 12 interposed therebetween, and the elastic plate 2 is disposed on the other surface opposite to the nozzle plate 13. It is comprised by arrange | positioning in the side and joining in a laminated state.
[0028]
The nozzle plate 13 is a thin plate made of stainless steel in which a plurality of nozzle openings 14 are opened in a row at a pitch corresponding to the dot formation density. In the present embodiment, for example, 96 nozzle openings 14 are opened at a pitch of 180 dpi, and a nozzle row is configured by these nozzle openings 14. And this nozzle row is formed in a plurality of rows corresponding to the type of ink that can be ejected.
[0029]
The flow path forming substrate 12 is a plate-like member in which an ink flow path including a common ink chamber 16, an ink supply port 17, a pressure chamber 18, and a nozzle communication port 19 is formed. Specifically, the flow path forming substrate 12 is formed with a plurality of vacant spaces serving as pressure chambers 18 partitioned by partition walls corresponding to the respective nozzle openings 14... And the ink supply port 17 and the common ink chamber 16. It is the plate-shaped member which formed the empty part which becomes.
[0030]
The pressure chamber 18 is a long and narrow chamber in a direction perpendicular to the direction in which the nozzle openings 14 are arranged (nozzle row direction), and is configured by a flat concave chamber partitioned by the dam portion 20. The dam portion 20 is formed from the outlet of the common ink chamber 16 to the inlet of the nozzle communication port 19, and the ink supply port 17 is formed by the dam portion 20 in the form of a narrow portion having a narrow flow path width. Yes. The nozzle communication port 19 is a part that communicates the pressure chamber 18 and the nozzle opening 14, and is formed at one end of the pressure chamber 18, that is, at a position farthest from the common ink chamber 16 in the pressure chamber 18. The common ink chamber 16 is a chamber for supplying ink stored in an ink cartridge (not shown) to the pressure chambers 18 and communicates with the other end of the corresponding pressure chamber 18 through the ink supply port 17. Yes. In addition, an ink introduction port through which the ink supply pipe 21 communicates is opened at substantially the center in the longitudinal direction of the common ink chamber 16. Then, ink from an ink cartridge (not shown) is introduced into the common ink chamber 16 from the ink introduction port through the ink supply pipe 21.
[0031]
In this way, a series of ink flow paths are formed on the flow path forming substrate 12 through the common ink chamber 16, the ink supply port 17, the pressure chamber 18, and the nozzle communication port 19 in this order. That is, a plurality of ink flow paths corresponding to the nozzle openings 14 are provided to communicate between the common ink chamber 16 and the nozzle openings 14.
[0032]
The elastic plate 2 is a composite plate material having a structure in which an elastic film 31 is laminated on a frame-shaped support plate 30 made of a stainless steel plate. And the island part 11 is formed in the position corresponding to each pressure chamber 18 on the elastic film surface on the opposite side to the pressure chamber 18. The island portion 11 is a joint portion for abutting and fixing the tip portion of the piezoelectric vibrator 3, and is elongated in a direction orthogonal to the direction in which the nozzle openings 14 are arranged in the same manner as the pressure chamber 18. It is made into a block shape that is slightly smaller than the shape.
[0033]
In the recording head 1 having the above-described configuration, by extending the piezoelectric vibrator 3 in the longitudinal direction of the vibrator, the island portion 11 is pressed toward the nozzle plate 13, and the elastic film 31 is deformed around the island portion to cause pressure. Chamber 18 contracts. Further, when the piezoelectric vibrator 3 is contracted in the vibrator longitudinal direction, the pressure chamber 18 is expanded by the elasticity of the elastic film 31. Then, by controlling the expansion and contraction of the pressure chamber 18, the ink pressure in the pressure chamber 18 varies and ink droplets are ejected from the nozzle openings 14.
[0034]
Next, the structure of the elastic plate 2 constituting the main part of the present invention will be described.
[0035]
The illustrated elastic plate 2 is composed of a composite plate material including an elastic film 31 that is elastically deformed by ink pressure or deformation of the piezoelectric vibrator 3 and a frame-shaped support plate 30 that supports the elastic film 31. . This is because the elastic film 31 supported by the support plate 30 is easier to handle at the time of manufacture than the elastic film alone, and the production efficiency can be improved.
[0036]
As a material constituting the support plate 30, a metal material is preferably used from the viewpoint of workability and strength. In this embodiment, stainless steel is used. The elastic film 31 functions as a sealing portion 31A that seals one opening surface of the pressure chamber 18, and also functions as a compliance portion 31B that seals one opening surface of the common ink chamber 16. It is. The elastic film 31 of this embodiment has a two-layer structure including an elastic film layer 32 and an adhesive layer (AD layer) 33, and the adhesive layer 33 adheres to the support plate 30. Further, a thin film layer 34 is selectively formed on the pressure chamber side surface of the elastic film 31 (the outer surface of the elastic film layer 32). Accordingly, the elastic plate 2 can be said to have a four-layer structure including the thin film layer 34, the elastic film layer 32, the adhesive layer 33, and the support plate 30.
[0037]
As the elastic film layer 32, a resin film such as PPS (polyphenylene sulfide) is preferably used, and as the adhesive layer 33, a resin adhesive such as urethane, polyester, and epoxy is preferably used. The thin film layer 34 corresponds to the thin film of the present invention. For example, nickel (Ni), titanium (Ti), aluminum (Al), chromium (Cr), alumina (Al ₂ O ₃ ), Silica (SiO ₂ Inorganic materials such as) are preferably used. The thickness of each layer of the elastic plate 2 in the present embodiment is, for example, 10 to 60 μm (micrometer) for the support plate 30, 1 to 5 μm for the adhesive layer 33, 3 to 10 μm for the elastic film layer 32, and the thin film layer 34. Is appropriately set within a range of about 50 to 1000 angstroms.
[0038]
The elastic plate 2 is produced by the following procedure, for example. First, as shown in FIG. 2, the elastic film layer 32 is bonded to the support plate base material 30 ′ (that is, the stainless steel plate before processing) serving as the support plate 30 with the adhesive layer 33 interposed therebetween, thereby forming a three-layer structure. An elastic plate base material 2 ′ is prepared. If the elastic plate base material 2 ′ is manufactured, the portion that functions as the sealing portion 31A and the portion that functions as the compliance portion 31B are processed.
[0039]
For the sealing portion 31 </ b> A corresponding to the pressure chamber 18, an inorganic thin film layer 34 is formed on the surface on the pressure chamber 18 side. As a method for forming the thin film layer 34, a vacuum plating method such as sputtering or vacuum deposition, a printing method, or the like is preferably used. This is because the thin film layer 34 can be easily laminated on a desired portion (region) on the elastic film 31.
[0040]
The above sputtering is 10 ^-1 -10 ^-2 Gas molecules are ionized by applying a voltage between two electrodes in a low vacuum vessel of about mmHg to cause glow discharge, and the ionized gas molecules are attracted to and collided with the cathode to cause stacked atoms from the cathode surface. It is a method of knocking out and forming a thin film on the surface of the laminated body. Vacuum deposition is 10 ^-2 -10 ^-4 In this method, the laminated material is heated and evaporated in a high vacuum of about mmHg to form a thin film on the surface of the laminated body. The printing method is a method of forming a laminated material on the surface of a laminated body using a printing technique.
When the thin film layer 34 is formed by these methods, the elastic plate base is formed so that only the sealing portion 31A is exposed, that is, the thin film layer 34 is selectively formed on the sealing portion 31A. Mask the other part of the material 2 '.
[0041]
Further, after the thin film layer 34 is formed on the entire surface of the elastic plate substrate 2 ′ on the pressure chamber 18 side, that is, the outer surface of the elastic film layer 32, the unnecessary thin film layer 34 is selectively removed. It may be. In this case, the thin film layer 34 is selectively removed by physical / chemical treatment using electrical energy, chemical energy, electrochemical energy, light energy, thermal energy, or the like as a processing energy source, or as a mechanical energy source for processing. It can be performed by a process using mechanical energy (referred to as a mechanical process for convenience). Etching, plasma ashing, laser processing, and the like are preferably used as the physical / chemical treatment, and jetting processing and ultrasonic processing are preferably used as the mechanical processing.
[0042]
The etching is roughly classified into dry etching and wet etching. Dry etching is a process of selectively etching a portion that has not been masked by exposing a diaphragm that has been masked in an oxidizing atmosphere or an alkaline atmosphere. The wet etching is, for example, a process in which a diaphragm subjected to masking is contacted with a strong alkaline solution such as KOH, and a portion not subjected to masking is selectively etched. Plasma ashing is a process in which an inert gas such as argon (Ar) or helium (He) is turned into plasma by an arc, and this is ejected from a thin nozzle, and unnecessary portions are selectively removed with an ultra-high temperature, high-speed plasma jet. It is. The laser processing is processing for selectively removing a portion to be removed by irradiating a laser beam. The injection process is a process for processing the surface by causing the medium to collide with the workpiece (that is, the elastic plate substrate 2 ') by applying pressure to the medium such as powder or fluid and spraying from the nozzle. For example, there are blast processing and water jet processing. Further, the ultrasonic treatment is a processing for processing by vibrating an abrasive slurry with ultrasonic waves.
[0043]
Further, the surface on the pressure chamber 18 side in the sealing portion 31 </ b> A forms the island portion 11 by removing the portion of the support plate base material 30 ′ in an annular shape. That is, a portion from the support plate base material 30 ′ side to the middle in the thickness direction is removed so that only the support plate base material 30 ′ is selectively removed. Thus, the diaphragm portion around the island portion 11 is composed of the adhesive layer 33, the elastic film layer 32, and the thin film layer 34. Then, the selective removal of the support plate base material 30 'can be performed, for example, by the physical / chemical treatment described above, or by a mechanical treatment.
[0044]
On the other hand, for the compliance portion 31B corresponding to the common ink chamber 16, the support plate base material 30 ′ is selectively removed to make only the elastic film 31. The selective removal of the support plate base material 30 ′ with respect to the compliance portion 31B can also be performed by the above physical / chemical treatment or mechanical treatment.
[0045]
Thus, for the sealing portion 31A corresponding to the pressure chamber 18, the thin film layer 34 is laminated on the elastic film 31, and the island portion 11 is formed by removing the support plate base material 30 ′ in an annular shape, On the other hand, for the compliance portion 31B corresponding to the common ink chamber 16, the support plate base material 30 'is removed. Thereby, support board base material 30 'turns into the support body 30 of frame shape, and the above-mentioned elastic board 2 is obtained.
[0046]
In the elastic plate 2 having such a configuration, the thickness of the sealing portion 31 </ b> A facing the pressure chamber 18 is larger than the thickness of the compliance portion 31 </ b> B facing the common ink chamber 16 by the amount of the thin film layer 34. With this configuration, the bending rigidity of the sealing portion 31A in the elastic film 31 is relatively larger than the bending rigidity of the compliance portion 31B. As a result, the ink in the pressure chamber 18 can be efficiently pressurized or depressurized, and high responsiveness can be obtained during ink droplet ejection.
Furthermore, in this embodiment, the island part 11 made of stainless steel is provided on the surface of the elastic film opposite to the pressure chamber 18, so that the bending rigidity is also enhanced by this island part 11. Therefore, the ink in the pressure chamber 18 can be more efficiently pressurized or depressurized.
[0047]
In addition, since the rigidity of the elastic film 31 in the portion is increased by providing the thin film layer 34, the required rigidity can be ensured even when a highly compliant material is used for the elastic film 31, and the rigidity is high at the time of ink droplet ejection. Responsiveness can be obtained. By configuring the elastic body film 31 with a high compliance material, the compliance portion 31B can have higher compliance than before. Since the compliance required for the common ink chamber 16 is the same as the conventional one, the pressure wave (ink jet) from the pressure chamber 18 side can be absorbed even if the common ink chamber 16 is made small. As a result, the recording head 1 can be reduced in size. Furthermore, from the viewpoint of bending rigidity, the bending rigidity of the compliance portion 31B is relatively smaller than the bending rigidity of the sealing portion 31A, so that the compliance portion 31B is more likely to bend and deform, and the common ink chamber 16 Compliance can be increased than before.
[0048]
Moreover, since the thin film layer 34 is comprised by the inorganic thin film mentioned above, it functions also as an air shielding layer which prevents passage of an ink solvent. Thereby, even if the solvent of the ink in the pressure chamber 18 tries to permeate the elastic film 31, the thin film layer 34 prevents permeation. For this reason, it is possible to prevent an increase in the viscosity of the ink in the pressure chamber 18 which has been caused by the permeation of the ink solvent through the elastic film 31 (the elastic film layer 32 and the adhesive layer 33).
[0049]
Further, in the present embodiment, the thin film layer 34 is formed on the surface of the elastic body film 31 on the pressure chamber 18 side. And since the elastic body film surface by the side of the pressure chamber 18 is comprised by the smooth surface, the thin film layer 34 with a uniform film thickness can be formed easily. Further, as described above, the thin film layer 34 also functions as an air shielding layer. Therefore, by providing the thin film layer 34 on the elastic film surface on the pressure chamber 18 side, the ink solvent is contained in the elastic film layer 32 and the adhesive layer 33. It is also possible to prevent penetration into the water.
[0050]
By the way, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made based on the description of the scope of claims.
[0051]
For example, in the above embodiment, the inorganic thin film layer 34 is partially formed on the surface of the elastic film 31 corresponding to the pressure chamber 18. However, the thin film layer 34 is formed on the entire surface of the elastic film 31. The thin film layer 34 in the portion corresponding to the pressure chamber 18 may be formed thicker than the other portions. In this case, for example, by performing the formation process of the thin film layer a plurality of times, it is possible to form the thin film layer 34 in which a part of the film thickness is thicker than the other part. Specifically, in the first formation process, the thin film layer 34 is formed on the entire surface of the elastic film 31, and in the second formation process, the thin film layer 34 is selectively formed only on the sealing portion 31A. And even if comprised in this way, the effect similar to the said form is acquired. Further, in this configuration, the air shielding layer is formed so as to cover the surface of the elastic film 31, which is more preferable from the viewpoint of preventing permeation of the ink solvent.
[0052]
Further, as shown in FIG. 3, the compliance portion 31B of the elastic film 31 is formed only of the elastic film 31 (the elastic film layer 32 and the adhesive layer 33) without forming the thin film layer 34, and this region is excluded. Alternatively, the thin film layer 34 may be formed over the entire surface of the elastic film. Even in this configuration, the same operational effects as those of the first embodiment are basically obtained.
Furthermore, in this configuration, when the thin film layer 34 is formed, only the portion facing the common ink chamber 11 may be masked. Alternatively, after forming the thin film layer 34 on the entire surface of the elastic film 31, the thin film layer 34 facing the common ink chamber 11 may be selectively removed. For this reason, compared with 1st Embodiment, a manufacturing man-hour can be reduced.
[0053]
Further, as shown in FIGS. 4 and 5, the thin film layer 34 may be formed on the surface of the elastic film 31 on the side opposite to the pressure chamber 18. That is, the thin film layer 34 may be formed on the support plate 30 side. In this case, the compliance portion 31B of the elastic film 31 is masked to prevent the thin film layer 34 from being formed, and the thin film layer 34 is formed in other portions. In this configuration, since the thin film layer 34 is formed on the surface of the elastic body film 31 around the island portion serving as the diaphragm portion, the bending rigidity of the portion can be increased and the compliance can be lowered. Thereby, the responsiveness at the time of ink droplet discharge can be improved. Moreover, since the thin film layer 34 is formed so as to cover the island portion 11, the rigidity of the island portion 11 can be increased. Therefore, also in this respect, the responsiveness at the time of ink droplet ejection can be improved.
[0054]
Further, by providing the thin film layer 34, even when a highly compliant material is used for the elastic film 31, high responsiveness can be obtained when ink droplets are ejected. By using a highly compliant material for the elastic film 31, pressure waves from the pressure chamber 18 side can be absorbed even if the common ink chamber 16 is made small. As a result, the recording head 1 can be reduced in size.
Moreover, since the thin film layer 34 is formed on the support plate 30 made of a stainless steel plate, the surface to be laminated has heat resistance, and the degree of freedom in selecting a lamination method can be increased.
[0055]
Further, the thin film layer 34 is not limited to one formed only on one surface of the elastic film 31. That is, the thin film layer 34 may be provided on both surfaces of the elastic film 31, that is, on the surface on the pressure chamber 18 side and on the surface on the island portion 11 side.
[0056]
In the present embodiment, the flow path unit 8 in which the flow path forming substrate 12 and the nozzle plate 13 are configured by separate members has been described as an example. However, the present invention is not limited to this configuration. A flow path unit formed integrally with the flow path forming substrate 12 may be used.
[0057]
In addition, a flexural vibration type piezoelectric vibrator may be used for the electromechanical transducer. This piezoelectric vibrator has a configuration in which a piezoelectric body is sandwiched between an upper electrode and a lower electrode, and the piezoelectric body bends in the electric field direction and changes the volume of the pressure chamber in accordance with a potential difference between the upper electrode and the lower electrode. Furthermore, the electromechanical conversion element is not limited to a piezoelectric vibrator, and may be any element that causes mechanical deformation when a drive signal is applied. For example, the electromechanical conversion element may be a magnetostrictive element.
[0058]
【The invention's effect】
As described above, the present invention has the following effects.
That is, an island part for abutting and fixing the displacement surface of the electromechanical conversion element is provided on the elastic film surface opposite to the pressure chamber, and the area around the island part corresponding to the pressure chamber of the elastic film is provided. An inorganic thin film is formed on the surface of the elastic film so as to cover the island part so that the thickness is larger than that of the part corresponding to the common ink chamber. A thin film is formed on the surface of the film, whereby the bending rigidity of the part can be increased and the compliance can be lowered. Moreover, since an island part is covered with a thin film, the rigidity of this island part can also be improved. Therefore, even when a highly compliant material is used for the elastic film, the responsiveness during ink droplet ejection can be further improved. By using a highly compliant material for the elastic film, the compliance portion can obtain higher compliance than before, so that necessary compliance can be obtained even if the common ink chamber is made small. Accordingly, it is possible to promote the downsizing of the recording head while further improving the responsiveness of ink droplet ejection.
[0059]
In addition, an island portion for abutting and fixing the displacement surface of the electromechanical conversion element is provided on the elastic film surface opposite to the pressure chamber, and the thickness of the portion corresponding to the common ink chamber of the elastic film is set. When an inorganic thin film is formed on the surface of the elastic film so as to cover the island part so as to be thinner than the thickness of the part around the island part corresponding to the pressure chamber, Since a thin film is formed on the surface of the elastic film, the bending rigidity of the part can be increased, and the compliance can be lowered. And since an island part is covered with a thin film, the rigidity of this island part can also be improved. Therefore, the compliance of the portion corresponding to the common ink chamber can be made higher than the portion around the island portion corresponding to the pressure chamber. For this reason, even when a highly compliant material is used for the elastic film, the responsiveness at the time of ink droplet ejection can be further improved. As a result, the compliance portion can obtain higher compliance than before, and necessary compliance can be obtained even if the common ink chamber is formed small. Accordingly, it is possible to promote the downsizing of the recording head while further improving the responsiveness of ink droplet ejection.
[0062]
In addition, when an air shielding layer that prevents the ink solvent from passing through is formed of an inorganic thin film, the thin film layer prevents permeation even if the ink solvent in the pressure chamber attempts to permeate the elastic film. For this reason, an increase in the viscosity of the ink in the pressure chamber can be prevented.
[0063]
Further, when an inorganic thin film is formed by vacuum plating, the inorganic thin film can be easily laminated on a desired portion on the support plate or the elastic film.
[0064]
Further, when an inorganic thin film is formed by a printing method, the inorganic thin film can be easily laminated on a desired portion on the support plate or the elastic film.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an ink jet recording head according to a first embodiment.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part showing a layer configuration of a diaphragm of the recording head shown in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a modification of the ink jet recording head.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing another modification of the ink jet recording head.
5 is a cross-sectional view of a principal part showing a layer configuration of a diaphragm of the recording head shown in FIG. 4;
[Explanation of symbols]
1 Recording head
2 Elastic plate
2 'elastic plate base material
3 Piezoelectric vibrator
4 fixed plate
5 Flexible cable
6 vibrator unit
7 cases
8 Channel unit
10 accommodation space
11 island
12 Channel formation substrate
13 Nozzle plate
14 Nozzle opening
16 Common ink chamber
17 Ink supply port
18 Pressure chamber
19 Nozzle communication port
20 Weir
21 Ink supply pipe
30 Support plate
30 'support plate base material
31 Elastic membrane
Sealing part corresponding to 31A pressure chamber
31B Compliance section for common ink chambers
32 Elastic membrane layer
33 Adhesive layer
34 Thin film layer

Claims

共通インク室から圧力室を経てノズル開口に連通する一連のインク流路を形成した流路形成基板と圧力室及び共通インク室の一方の開口面を封止する弾性体膜とを積層状態で接合してなる流路ユニットと、弾性体膜を変形させることで圧力室の容積を変化させる電気機械変換素子とを備えたインクジェット式記録ヘッドにおいて、
前記圧力室とは反対側となる弾性体膜の表面に、電気機械変換素子の変位面を当接固定するための島部を設け、
前記弾性体膜の圧力室に対応した島部周辺の部分の厚さが共通インク室に対応した部分の厚さよりも厚くなるように、弾性体膜の表面に無機物の薄膜を島部をも覆うように形成したことを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。A flow path forming substrate in which a series of ink flow paths communicating from the common ink chamber through the pressure chamber to the nozzle opening is formed and the elastic film sealing one opening surface of the pressure chamber and the common ink chamber are joined in a laminated state. In an ink jet recording head comprising a flow path unit formed and an electromechanical conversion element that changes the volume of a pressure chamber by deforming an elastic film,
On the surface of the elastic film on the side opposite to the pressure chamber, an island is provided for abutting and fixing the displacement surface of the electromechanical transducer,
Cover the island with an inorganic thin film on the surface of the elastic film so that the thickness of the area around the island corresponding to the pressure chamber of the elastic film is greater than the thickness of the area corresponding to the common ink chamber. An ink jet recording head formed as described above.

前記弾性体膜の圧力室に対応した部分の曲げ剛性を、共通インク室に対応した部分の曲げ剛性よりも相対的に大きくしたことを特徴とする請求項１に記載のインクジェット式記録ヘッド。 2. The ink jet recording head according to claim 1, wherein a bending rigidity of a portion corresponding to the pressure chamber of the elastic film is relatively larger than a bending rigidity of a portion corresponding to the common ink chamber.

共通インク室から圧力室を経てノズル開口に連通する一連のインク流路を形成した流路形成基板と圧力室及び共通インク室の一方の開口面を封止する弾性体膜とを積層状態で接合してなる流路ユニットと、弾性体膜を変形させることで圧力室の容積を変化させる電気機械変換素子とを備えたインクジェット式記録ヘッドにおいて、
前記圧力室とは反対側となる弾性体膜の表面に、電気機械変換素子の変位面を当接固定するための島部を設け、
前記弾性体膜の共通インク室に対応した部分の厚さが圧力室に対応した島部周辺の部分の厚さよりも薄くなるように、弾性体膜の表面に無機物の薄膜を島部をも覆うように形成したことを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。A flow path forming substrate in which a series of ink flow paths communicating from the common ink chamber through the pressure chamber to the nozzle opening is formed and the elastic film sealing one opening surface of the pressure chamber and the common ink chamber are joined in a laminated state. In an ink jet recording head comprising a flow path unit formed and an electromechanical conversion element that changes the volume of a pressure chamber by deforming an elastic film,
On the surface of the elastic film on the side opposite to the pressure chamber, an island is provided for abutting and fixing the displacement surface of the electromechanical transducer,
Cover the surface of the elastic film with an inorganic thin film so that the thickness of the portion corresponding to the common ink chamber of the elastic film is thinner than the thickness of the portion around the island corresponding to the pressure chamber. An ink jet recording head formed as described above.

前記無機物の薄膜を、弾性体膜の表面の圧力室に対応した部分にのみ形成したことを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載のインクジェット式記録ヘッド。 4. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the inorganic thin film is formed only in a portion corresponding to the pressure chamber on the surface of the elastic film.

前記無機物の薄膜を、共通インク室に対応した部分となる領域を除いた弾性体膜表面の全域に形成したことを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載のインクジェット式記録ヘッド。 4. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the inorganic thin film is formed on the entire surface of the elastic film except a region corresponding to a common ink chamber. .

前記無機物の薄膜によりインク溶媒の通過を防止する遮気層を構成したことを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載のインクジェット式記録ヘッド。 6. The ink jet recording head according to claim 1, wherein an air shielding layer that prevents the ink solvent from passing through is formed of the inorganic thin film.

前記無機物の薄膜を真空めっき法により形成したことを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載のインクジェット式記録ヘッド。 The ink jet recording head according to claim 1, wherein the inorganic thin film is formed by a vacuum plating method.

前記無機物の薄膜を真空蒸着により形成したことを特徴とする請求項７に記載のインクジェット式記録ヘッド。 8. The ink jet recording head according to claim 7, wherein the inorganic thin film is formed by vacuum deposition.

前記無機物の薄膜をスパッタリングにより形成したことを特徴とする請求項７に記載のインクジェット式記録ヘッド。 8. The ink jet recording head according to claim 7, wherein the inorganic thin film is formed by sputtering.

前記無機物の薄膜を印刷法により形成したことを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載のインクジェット式記録ヘッド。 7. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the inorganic thin film is formed by a printing method.

前記弾性体膜を枠体状の支持板で支持したことを特徴とする請求項１から請求項１０の何れかに記載のインクジェット式記録ヘッド。 11. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the elastic film is supported by a frame-shaped support plate.

前記支持板を金属材料で構成したことを特徴とする請求項１１に記載のインクジェット式記録ヘッド。 The ink jet recording head according to claim 11, wherein the support plate is made of a metal material.

前記島部を、支持板となる支持板基材の圧力室に対応した部分を環状に除去することにより形成したことを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載のインクジェット式記録ヘッド。 13. The ink jet recording head according to claim 11, wherein the island portion is formed by annularly removing a portion corresponding to a pressure chamber of a support plate base material serving as a support plate.

前記電気機械変換素子を圧電振動子によって構成したことを特徴とする請求項１から請求項１３の何れかに記載のインクジェット式記録ヘッド。 The ink jet recording head according to claim 1, wherein the electromechanical transducer is constituted by a piezoelectric vibrator.