(57)【要約】【課題】  多ノズル化し長尺化するインクジェット記録ヘッドにおいて、振動板の反りを小さくすることで、圧電振動子と振動板間の接着剤の厚さを一定にすることができ、製品の歩留まりを向上させ、安価で信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを提供する。【解決手段】  複数の圧電振動子の一端が支持基板に固定され、他端を自由端とした圧電アクチュエータと、複数のオリフィス及び該複数のオリフィスに連通するべく個々に対応して設けられたインクを蓄える圧力室と該圧力室の圧力を変化させる振動板を有するインク流路ユニットと、該インク流路ユニットを保持するハウジングを備え、前記インク流路ユニットの複数の振動板に前記圧電振動子の自由端を当接してなるインクジェット記録ヘッドにおいて、前記複数のオリフィスの並び方向における前記振動板の反り量を５μｍ以下とする。【選択図】  図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の圧電振動子の一端が支持基板に固定され、他端を自由端とした圧電アクチュエータと、複数のオリフィス及び該複数のオリフィスに連通するべく個々に対応して設けられたインクを蓄える圧力室と該圧力室の圧力を変化させる振動板を有するインク流路ユニットと、該インク流路ユニットを保持するハウジングを備え、前記インク流路ユニットの複数の振動板に前記圧電振動子の自由端を当接してなるインクジェット記録ヘッドにおいて、
前記複数のオリフィスの並び方向における前記振動板の反り量を５μｍ以下とすることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【請求項２】
請求項１記載のインクジェット記録ヘッドにおいて、前記ハウジングの前記インク流路ユニットとの接合面の反り量を８μｍ以下とすることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電アクチュエータが発生する変位によってインク滴を飛翔させ、記録媒体にインク像を形成するインクジェット記録装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、圧電振動子を用いて圧力室内のインクの圧力を変化させ、オリフィスからインクを吐出させる圧電振動子方式のインクジェット記録ヘッドが知られている（例えば、特許文献１参照）。圧電振動子に圧電材料と導電材料とをそれぞれ層状に交互に積層して形成された積層圧電振動子を用いたインクジェット記録ヘッドの従来例の分解斜視図を図１１に示す。
【０００３】
同図において、２は複数のオリフィス１を形成したオリフィスプレートである。オリフィス１の開口形状の加工精度は、インクジェット記録ヘッドのインク吐出特性に大きな影響を及ぼす。複数のオリフィス1間において、これらの位置や穴径などのばらつきを低く抑えるため、オリフィスプレート２の製造には高い加工精度が要求される。このため、オリフィスプレート２は、ステンレスの精密プレス加工法、レーザー加工法、あるいはニッケルの電鋳加工法等で形成される。
【０００４】
このオリフィスプレート２と、圧力室３が形成されたチャンバープレート４と、インク供給路１０と圧力室３とを連結し、圧力室３へのインク流入を制御するリストリクタ５が形成されたリストリクタプレート６と、圧電振動子１６の圧力を効率よく圧力室３に伝えるための弾性壁となる振動板７と、共通インク流路１２からリストリクタ５に流入するインク中のゴミ等を取り除くフィルタ部８が形成された弾性を有するダイアフラムプレート９と、共通インク流路１２を形成したハウジング１３を位置決めして接合する。
【０００５】
上記チャンバープレート４、リストリクタプレート６、ダイアフラムプレート９は、ステンレス材の精密プレス法やエッチング加工法またはニッケル材の電鋳加工法で作られる。
【０００６】
ハウジング１３は、ステンレス材の切削加工等で形成され、インクを共通インク流路１２まで導くインク導入パイプ２３が接合されている。
【０００７】
そして、複数の圧電振動子１６と、それを固定する支持基板１９からなる圧電アクチュエータ１５をハウジング１３の開口部より、挿入し接合する。
【０００８】
支持基板１９の端面には、それぞれの圧力室３の一つずつに対応するように圧電振動子１６が配置され、支持基板１９の側面には個別電極２０と共通電極２１がパターン印刷されており、共通電極２１は、支持基板１９に設けられたスルーホール２２より支持基板１９の反対面に配線されている。そのため圧電振動子１６の外部電極１７は、支持基板１９の個別電極２０と共通電極２１が両側面から対となって配線できるようになっている。
【０００９】
さらに、支持基板１９の個別電極２０及び共通電極２１と圧電振動子１６の外部電極１７は、導電性接着剤１８により電気的に接続されている。これにより、外部駆動回路からの電気信号は図示しない配線ケーブルより、支持基板１９の個別電極２０及び共通電極２１に送られ、さらに導電性接着剤１８を通じ、外部駆動回路から選択的な電気信号が圧電振動子１６に印加されることにより、圧電振動子１６はひずみを生じる。このひずみが振動板７に変位を与え、圧力室３の圧力が変化する。インクジェット記録ヘッドはこうした原理によってオリフィス１からインクを吐出して、記録媒体上にインク画像を形成する装置に用いられる。
【００１０】
従来のインクジェト記録ヘッドのノズル構造の概略断面を図１２に示す（例えば、特許文献２参照）。
【００１１】
同図において、圧電アクチュエータ１５は、支持基板１９と圧電振動子１６とで構成されており、該支持基板１９と該圧電振動子１６は図示しないエポキシ系接着剤で接着されている。また、該圧電振動子１６の反対面は、接着剤１４を介して振動板７と当接されており、圧力室３内の圧力は振動板７が変形することにより急激に変動する。すなわち、外部駆動回路から選択的な電気信号が圧電振動子１６に印加されることにより、圧電振動子１６はオリフィス１へ向かう方向に変位を発生する。この変位により接着剤１４を介して振動板７が変形し、圧力室３内に充填されたインクは、加圧され、オリフィス１からインク滴となって吐出する。
【００１２】
【特許文献１】特公平１−１１５６３８号公報
【特許文献２】特開２００２−９６４６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
インクジェット記録ヘッドによって良好な記録を行うには、複数のノズルから吐出されるインク滴の吐出速度や吐出量などのインク吐出特性が均一であることが望ましい。各ノズルのインク吐出特性を揃えるためには、個々の部品を精度良く製造することが重要であるが、加えて、個々の部品を組み立てる際は、特に振動板と圧電振動子とを接着剤で当接させる工程も重要となる。この当接部には、圧電振動子の変位を効率よく振動板に伝えて、圧力室内に発生した圧力変動によりノズルからインクを吐出させる働きを助長する役割がある。従って、圧電振動子の変位による振動板の動きは、圧力室の圧力変化と密接に関係する。
【００１４】
ノズル毎に当接する接着剤の厚さが異なり、振動板の動きがノズル毎に異なると、直ちにインク吐出特性のばらつきに反映される。すなわち、振動板と圧電振動子とを当接する接着剤の厚さを一定にすることは、吐出特性安定化のために必要である。
【００１５】
一方、近年ではインクジェット記録ヘッドの記録速度を上げるためにノズル数を増やす傾向に有り、これに伴ってインクジェット記録ヘッドは長尺なものになっている。このため、ステンレス材の切削加工等で形成されるハウジング１３の流路部材との接着面は、高い加工精度が要求されている。つまり、ハウジング１３の流路部材との接着面に反りがあると、流路部材はハウジング１３の反りにならい接着され、振動板７は反った状態となる。この状態で、振動板７との当接面に接着剤１４を塗布した圧電アクチュエータ１５をハウジング１３の開口部より挿入し、複数の圧電振動子１６を振動板７と当接すると、接着剤１４は、振動板１５の反りの厚さを持った状態で、振動板７と当接することになった。このため、ノズル毎の接着剤１４の厚さが異なり、圧電振動子１６の振動板７への変位伝達量がノズル毎に異なり、ノズルから吐出するインク滴の吐出速度や吐出量の吐出特性がノズル毎に異なり印刷品質を低下させることになった。
【００１６】
本発明の目的は、多ノズル化し長尺化するインクジェット記録ヘッドにおいて、振動板の反りを小さくすることで、圧電振動子と振動板間の接着剤の厚さを一定にすることができ、製品の歩留まりを向上させ、安価で信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
前記目的を達成するため、本発明の第１の手段は、複数の圧電振動子の一端が支持基板に固定され、他端を自由端とした圧電アクチュエータと、複数のオリフィス及び該複数のオリフィスに連通するべく個々に対応して設けられたインクを蓄える圧力室と該圧力室の圧力を変化させる振動板を有するインク流路ユニットと、該インク流路ユニットを保持するハウジングを備え、前記インク流路ユニットの複数の振動板に前記圧電振動子の自由端を当接してなるインクジェット記録ヘッドにおいて、前記複数のオリフィスの並び方向における前記振動板の反り量を５μｍ以下とすることを特徴とするものである。
【００１８】
本発明の第２の手段は前記第１の手段において、前記ハウジングの前記インク流路ユニットとの接合面の反り量を８μｍ以下とすることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、多ノズル化し長尺化するインクジェット記録ヘッドにおいて、振動板の反りを小さくすることで、圧電振動子と振動板間の接着剤の厚さを一定にすることができ、製品の歩留まりを向上させ、安価で信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明は、当接する圧電振動子と振動板の間の接着剤の厚さを均一にすることを最も重要な特徴とし、インクジェット記録ヘッドから吐出されるインク滴のノズル毎のばらつきを小さくするという目的を、部品点数を変えることなく実現でき、信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを提供することができる。
【００２１】
図１は、本発明のインクジェット記録ヘッドの一実施例を示す分解斜視図である。
【００２２】
オリフィスプレート２は、インクを吐出するオリフィス１が複数個列状に設けられている。このオリフィス１に対応して圧力室３が形成されたチャンバープレート４、及びインク供給路１０と圧力室３とを連結し、圧力室３へのインク流入を制御するリストリクタ５を形成したリストリクタプレート６を、位置決めして接合している。
【００２３】
さらに、圧電振動子１６の圧力を圧力室３に伝えるための振動板７と、フィルタ部８とを形成した弾性を有するダイアフラムプレート９と振動板７の振動範囲を規定する穴部１０を有するサポートプレート１１を、位置決めして接合している。ここで、前記した各プレートの接合体をインク流路ユニット２４と呼ぶ。
【００２４】
次に、共通インク流路１２を形成したハウジング１３を同じように位置決めして接合する。ここで、ハウジング１３のインク流路ユニット２４との接着面の反り量が重要になってくる。インク流路ユニット２４の剛性は、ハウジング１３に比べはるかに小さいため、インク流路ユニット２６とハウジング１３を接合する際、インク流路ユニット２４は、ハウジング１３の反りにならい接合されるため、インク流路ユニット２４を構成する振動板７も反った状態で接合されることになる。
【００２５】
図２は、ハウジング１３のインク流路ユニット２４接着面の反りと、ハウジング１３とインク流路ユニット２４を接合した状態での振動板7の反りを非接触式レーザー変位計で測定したものである。図の中で、反り量の縦軸に示す正の向きはオリフィス１のある方向であり、負の向きは圧電振動子１６のある方向である。
【００２６】
この図より、ハウジング１３の反りにならい振動板７も反ることが分かるが、ハウジング１３の反り量が約12μｍであるのが、振動板７の反り量は約8μｍと２／３程度になっている。これは、ハウジング１３とインク流路ユニット２４とを接合する際の接着によって反り量が緩和されているためである。尚、本発明で用いたインクジェット記録ヘッドのノズルピッチは０．３３８７ｍｍ、ハウジング１３のインク流路ユニット２４の接着面の長さは１０４ｍｍ、ノズル数は１９２ノズルであるが、これらの数値に限定されるものではなく、特に長尺のインクジェット記録ヘッド、つまりは長尺のハウジング１３を用いる場合に関係する問題である。
【００２７】
さらに、複数の圧電振動子１６と、それを固定するために圧電振動子１６と支持基板１９からなる圧電アクチュエータ１５を、インク流路ユニット２４のハウジング１３の開口部より挿入し、振動板７に当接して固着することにより、インクジェット記録ヘッドが完成する。
【００２８】
図３は、本発明によるインクジェト記録ヘッドのノズル構造を示した断面図である。図において、圧電アクチュエータ１５は支持基板１９と圧電振動子１６とで構成される。圧電振動子１６は接着剤１４を介して振動板７と固着されている。従って、圧力室３内の圧力は振動板７が変形することにより急激に変動する。すなわち、外部駆動回路から選択的な電気信号が圧電振動子１６に印加されることにより圧電振動子１６は、オリフィス１へ向かう方向に変位を発生する。この変位により接着剤１４を介して振動板７が変形し、圧力室３内に充填されたインクは、加圧され、オリフィス１からインク滴となって吐出する。
【００２９】
図４は、図３のＡ−Ａ断面図である。複数のノズルよりインクを吐出させるために、複数個のオリフィス１が横一列に配置され、これらのオリフィス１に個々に連通する圧力室３によりノズルが形成されている。これらの圧力室３には、振動板７がそれぞれに設けられており、その振動板７には、圧電アクチュエータ１５の圧電振動子１６の自由端面が接着剤１４にて当接されている。
【００３０】
この当接部分は、圧電振動子１６の変位を効率よく振動板７に伝え、圧力室３内に圧力変動を発生させ、この結果として、ノズルからインクを吐出させる働きを受け持つ。従って、圧電振動子１６の変位による振動板７の動きは、圧力室の圧力変化と密接に関係する。ノズル毎に接着剤１４の量が異なり、振動板７へ伝達される変位が接着剤１４に吸収される量が異なり、振動板７の動きがノズル毎に異なって、インク吐出特性のばらつきに反映することになる。
【００３１】
本発明に用いた圧電アクチュエータ１５の圧電振動子１６の自由端側に接着剤１４を均一な厚さに塗布する方法として、転写法を用いた。転写法の手順を図５（ａ）〜（ｄ）に示す。
まず、平らな硬い板２５（例えばガラスプレート）上に、均一な厚さのスペーサ２６（例えば粘着テープ）を２列平行に接着する(図５（ａ）)。該スペーサ２６の厚みにより塗布される接着剤の量をコントロールできる。次に、この２列のスペーサ２６間に接着剤１４を盛り、この接着剤１４をガラスプレート等でスペーサ２６と同じ厚さになるように平らにならし、余分な接着剤をかき取る。これにより、スペーサ２６と同じ厚さの均一な接着剤１４の層ができる(図５（ｂ）)。
【００３２】
そして、該接着剤１４の層に垂直な方向から圧電アクチュエータ１５の圧電振動子１６の自由端面を平行に当接する(図５（ｃ）)。その後、一定角度かつ一定速度で、圧電アクチュエータ１５を引き上げ、これにより均一な厚さの接着剤１４を圧電振動子１６の自由端面に塗布することができる(図５（ｄ）)。
【００３３】
上記の様にして、均一な厚さの接着剤１４を圧電振動子１６の自由端面に塗布した圧電アクチュエータ１５をハウジング１３にならい接合したインク流路ユニット２４を用いて振動板７に当接して固着することにより、インクジェット記録ヘッドを完成させた。
【００３４】
このインクジェット記録ヘッドの各ノズルの振動板７の反り量と、各ノズルから吐出されるインク滴の吐出速度の関係を図６に示す。尚、振動板７の反り量は、ハウジング１３とインク流路ユニット２４を接着させた後、ハウジング１３の圧電アクチュエータ挿入口から非接触式レーザー変位計を用いて、各ノズルの振動板７の反りを予め測定していたものである。図の中で、反り量の縦軸に示す正の向きはオリフィス１のある方向であり、負の向きは圧電振動子１６のある方向である。この図より、振動板７の反りが凹形状になると、吐出速度は逆に凸形状になることがわかる。
【００３５】
また、別のインクジェット記録ヘッドについて、上記と同じ製造方法にてインクジェット記録ヘッドを完成させた。このインクジェット記録ヘッドの各ノズルの振動板７の反り量と、各ノズルから吐出されるインク滴の吐出速度の関係を図７に示す。振動板７の反りが凸形状になると、吐出速度は逆に凹形状になることがわかり、図６とは、逆の現象となっている。
【００３６】
上記現象は、図８、図９に示す模式図で説明できる。
図８は図６の状態を現しており、振動板７が凹形状に反っているため中央ノズル付近の圧電振動子１６と振動板７間の距離が、両端付近ノズルの距離に比べ長くなり、圧電振動子１６と振動板７間の接着剤１４の厚さが厚くなっている。このため、オリフィス１からインク滴を吐出させるために外部駆動回路から選択的な電気信号が圧電振動子１６に印加されることにより圧電振動子１６が、オリフィス１へ向かう方向に変位を発生させても、接着剤１４により吸収され、振動板７の変形量が減少し、圧力室３内にインクの加圧量が減少し、オリフィス１から吐出するインク吐出速度が低下することになる。
【００３７】
また、図９は図７の状態を表しており、振動板７が凸形状に反っているため両端ノズル付近の圧電振動子１６と振動板７間の距離が、両端付近ノズルの距離に比べ長くなり、圧電振動子１６と振動板７間の接着剤の厚さが厚くなっている。このため、図８とは逆の現象が発生し、両端付近のノズル程インク吐出速度が低下することになる。
【００３８】
そこで、インク流路ユニット２４との着面の反り量が８μｍのハウジング１３を用いて、インク流路ユニット２４と接合した後に、非接触式レーザー変位計により振動板の反りを測定したところ、ハウジング１３の反り量の約２／３の約５μｍとなった。その後、圧電アクチュエータ１５を、インク流路ユニット２４のハウジング１３の開口部より挿入し、振動板７に当接させ、インクジェット記録ヘッドを完成させた。該インクジェット記録ヘッドのインク滴の吐出速度と振動板７の反り量を図１０に示す。振動板の反りが小さいために、吐出速度のばらつきが小さくなり、信頼性の高いインクジェット記録ヘッドが得られる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
ノズルより吐出されるインク滴のバラツキは、印字品質を低下させることになる。本発明のように、インク流路ユニットとハウジングを接合させた時に、複数の振動板の反りを小さくすることで、ノズル毎のインク滴の吐出速度や吐出量等の吐出特性ばらつきを小さくすることができ、信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施例に係るインクジェット記録ヘッドの分解斜視図である。
【図２】振動板とハウジングの反り量を示す特性図である。
【図３】本発明の実施例に係るインクジェット記録ヘッドの断面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線の断面図である。
【図５】本発明の実施例における圧電アクチュエータに接着剤を塗布する転写法の説明図である。
【図６】振動板の反りとインク滴の吐出速度を示す特性図である。
【図７】振動板の反りとインク滴の吐出速度を示す特性図である。
【図８】本発明の実施例に係る圧電振動子と接着剤の関係を示す模式図である。
【図９】本発明の実施例に係る圧電振動子と接着剤の関係を示す模式図である。
【図１０】振動板の反りとインク滴の吐出速度を示す特性図である。
【図１１】従来のインクジェット記録ヘッドの分解斜視図である。
【図１２】そのインクジェット記録ヘッドの断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１：オリフィス、２：オリフィスプレート、３：圧力室、４：チャンバープレート、５：リストリクタ、６：リストリクタプレート、７：振動板、８：フィルタ、９：ダイアフラムプレート、１０：穴部、１１：サポートプレート、１２：共通インク通路、１３：ハウジング、１４：接着剤、１５：圧電アクチュエータ、１６：圧電振動子、１７：外部電極、１８：導電性接着剤、１９：支持基板、２０：個別電極、２１：共通電極、２２：スルーホール、２３：インク導入パイプ、２４：インク流路ユニット、２５：板、２６：スペーサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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