(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動子により圧力発生室のインクを加圧するアクチュエータユニットと、
前記アクチュエータユニットが固定され、前記圧力発生室の両端部において連通する連通孔とインク供給口とを備えた金属からなるインク供給口形成基板と、前記インク供給口を介して前記圧力発生室に連通するリザーバ、及び前記圧力発生室に連通する連通孔とを備えたリザーバ形成基板と、前記リザーバ形成基板の他面を封止するとともに前記各連通孔を介して前記圧力発生室に接続するノズル開口を備えたノズルプレートとを接合してなる流路ユニットとからなるインクジェット式記録ヘッドにおいて、
前記インク供給口形成基板が、少なくともエッチング加工可能な第１の金属層と、実質的にエッチングによる腐蝕を受けず、かつ前記リザーバのインクの圧力変動により弾性変形可能な第２の金属層とからなるクラッド材を、前記リザーバに対向する領域の第１の金属層をエッチングにより除去して構成されているインクジェット式記録ヘッド。
【請求項２】
前記第２の金属層が、前記インクに耐蝕性を有する金属である請求項１に記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項３】
前記第２の金属層のリザーバ側に前記インクに耐蝕性を有する第３の金属層が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。
【請求項４】
前記第１の金属層が不錆鋼、ニッケル、ニッケルークロム合金、クロム、パラジウム、プラチナ、タングステン、モリブデンであり、また第２の金属層がチタン、タンタル、ニオブ、金、白金である請求項１に記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項５】
前記第３の金属層が不錆鋼、ニッケル、ニッケルークロム合金、タングステン、パラジウム、クロムである請求項３に記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項６】
前記第１の金属層が、前記第２の金属層よりも厚く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。
【請求項７】
前記第１の金属層が、前記第２、第３の金属層の合計の厚みよりも厚く形成されている請求項３に記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項８】
圧電振動子により圧力発生室のインクを加圧するアクチュエータユニットと、前記アクチュエータユニットが固定され、前記圧力発生室の両端部において連通する連通孔とインク供給口とを備えた金属からなるインク供給口形成基板と、前記インク供給口を介して前記圧力発生室に連通するリザーバ、及び前記圧力発生室に連通する連通孔とを備えたリザーバ形成基板と、前記リザーバ形成基板の他面を封止するとともに前記各連通孔を介して前記圧力発生室に接続するノズル開口を備えたノズルプレートとを接合してなる流路ユニットとからなるインクジェット式記録ヘッドのインク供給口形成基板の製造方法において、
エッチング可能な第１の金属層と、エッチング剤に対して実質的に耐蝕性を示す第２の金属層からなるクラッド材の第１の金属層のリザーバに対向する領域をエッチングする第１の工程と、
前記第１の工程の終了後の前記クラッド材に対して前記インク供給口、及び前記ノズル連通孔となる貫通孔を機械加工により穿設する第２の工程と、
からなるインクジェット式記録ヘッドのインク供給口形成基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術の分野】
本発明は、圧力発生手段によりインクを加圧するアクチュエータユニットと、外部からインクの供給を受けてアクチュエータユニットにインクを供給するとともに、アクチュエータユニットで加圧されたインクをインク滴として吐出させる流路ユニットとを積層して構成されたインクジェット式記録ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、特開平６−４００３５号公報に示されたように圧力発生室を構成している弾性板の一部領域に圧電振動子を貼着し、圧電振動子のたわみ変位により圧力室の容積を変化させてインク滴を発生させるインクジェット式記録ヘッドは、圧力発生室の広い面積を変位させることが可能なため、インク滴を安定して発生させることができるという特徴を備えている。
【０００３】
このインクジェット式記録ヘッドは、蒸着やスパッタリング等の膜形成技術を適用して精細な圧電振動子を弾性板に作り付けることが可能となるため、記録密度や駆動周波数を飛躍的に向上することができる。
【０００４】
このような高密度、高速駆動が可能になると、インク滴吐出時に圧力発生室からリザーバに逆流するインク量も多くなるため、リザーバを介して他の圧力発生室のインクの圧力を変動させ、インク滴の吐出特性が悪影響を受けるという問題がある。
このような問題を解消するため、例えば欧州特許公開第７５９３６１号公報に見られるごとくインクジェット式記録ヘッドのリザーバを区画するインク供給口形成基板に圧力発生室から逆流したインクの圧力により弾性変形可能な凹部を形成したとしたインクジェット式記録ヘッドも提案されている。
すなわち、このインク供給口形成基板は、図４に示したようにウレタン等の有機材料を接着層５０として２枚の金属板５１、５２を貼合わせた板材５３を用い、接着層５０をエッチングストッパとして一方の金属板５１をエッチングして凹部１７’を形成し、接着層５０と金属板５２により薄肉部１８’を形成したものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、リザーバ形成基板やアクチュエータユニット等の他の部材との強固な接合を確保するため、加熱、加圧により接合しようとすると、接着層５０からガスが発生して２枚の金属板５１、５２の間に空洞が生じたり、またノズル連通孔１４’やインク供給口１６’をプレス加工により穿孔すると、接着層５０に返りが生じて孔位置に誤差が生じたり、さらにノズル連通孔１４’やインク供給口１６’から露出している接着層５０がインクに腐蝕される等、数々の不都合を生じ、記録ヘッドやリザーバ毎にばらつきが生じ、インク滴の吐出特性を均一にすることが困難であるという問題を抱えている。
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インク滴の吐出特性が安定なインクジェット式記録ヘッドを提供することである。
本発明の他の目的は、インクジェット式記録ヘッドに適したインク供給口形成基板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、圧電振動子により圧力発生室のインクを加圧するアクチュエータユニットと、
前記アクチュエータユニットが固定され、前記圧力発生室の両端部において連通する連通孔とインク供給口とを備えた金属からなるインク供給口形成基板と、前記インク供給口を介して前記圧力発生室に連通するリザーバ、及び前記圧力発生室に連通する連通孔とを備えたリザーバ形成基板と、前記リザーバ形成基板の他面を封止するとともに前記各連通孔を介して前記圧力発生室に接続するノズル開口を備えたノズルプレートとを接合してなる流路ユニットとからなるインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記インク供給口形成基板が、少なくともエッチング加工可能な第１の金属層と、実質的にエッチングによる腐蝕を受けず、かつ前記リザーバのインクの圧力変動により弾性変形可能な第２の金属層とからなるクラッド材を、前記リザーバに対向する領域の第１の金属層をエッチングにより除去して構成するようにした。
【０００７】
【作用】
インク供給口形成基板の薄肉部が、圧力発生室から逆流したインクの圧力に応じて変位するため、他の圧力発生室への圧力の伝搬が防止され、かつ薄肉部がエッチングによる高い精度で形成されているため、ばらつきが小さく、個体差を最小限に抑えることがでる。
【０００８】
【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、本発明の記録ヘッドの全体を、熱溶着フィルム等部材間の接着層を省略して示す組み立て斜視図であり、また図２（イ）は、１つのアクチュエータユニットの圧力発生室近傍の構造を示す断面図であって、アクチュエータユニット１と、流路ユニット２とから構成されている。
【０００９】
アクチュエータユニット１は、厚さ１０μｍ程度のジルコニアの薄板からなり、表面に圧力発生室５に対向する領域に圧電振動子３が固定された第１の蓋材４と、圧力発生室５を区画する貫通孔を備えた例えば厚さ１５０μｍ程度のジルコニアからなる流路形成基板６と、流路ユニット２との接続流路を形成する第２の蓋材７を液密に積層して構成されている。なお、第２の蓋材７には、ノズル開口、及びインク供給口１４と連通する通孔８、９が形成されている。
【００１０】
流路ユニット２は、インク供給口形成基板１０と、リザーバ形成基板１１と、ノズルプレート１２を順番に液密に積層して構成されている。
【００１１】
インク供給口形成基板１０は、アクチュエータユニット１や、インク導入口形成部材１３の固定基板としての機能を必要とするため、比較的剛性の高い板材を使用して構成されており、圧力発生室５の一端側にはノズル連通孔１４が、また他側側にはリザーバ１５と接続するインク供給口１６を穿設し、さらにリザーバ１５に対向する領域には可及的に広い面積を有し、かつ流路ユニット側を凹部１７とする薄肉部１８を形成して構成されている。
【００１２】
インク供給口形成基板１０は、この実施例においては耐インク性を備えた第１の金属層２０が６０μｍ程度に、また第２の金属層２１が厚さ１０μｍ程度に、さらに第１の金属層２０と同等の耐インク性を備えた第３の金属層２２が５μｍ程度となるように、金属板を重ねあわせて冷間または熱間における圧延によるクラッド材からなり、薄肉部１８は、第１の金属層２０をエッチングすることにより構成されている。
【００１３】
第１の金属層２０は、エッチングが可能な材料、例えば不錆鋼、ニッケル、ニッケルークロム合金、クロム、パラジウム、プラチナ、タングステン、モリブデン等が、また第２の金属層２１は、第１の金属層２０のエッチング剤に耐蝕性を有する材料で、かつ第１の金属層２０と高い接合強度を確保でき、さらにヤング率が小さな材料、例えばチタン、タンタル、ニオブ、金、白金等が使用されている。
【００１４】
また、第３の金属層２２は、インクに対して耐蝕性を備えた材料、例えば不錆鋼、ニッケル、ニッケルークロム合金、タングステン、パラジウム、クロム等が使用されている。なお、第３の金属層２２は、第２の金属層２１を形成する材料と熱溶着フィルム２３との接着強度が低い場合には、接着強度を確保する上から必要であり、第２の金属層２１にチタンを使用した場合には第３の金属層２２を形成するのが望ましい。
なお、金属層２１を形成する材料と熱溶着フィルム２３との接着強度が高い場合には、図２（ロ）に示したように第３の金属層２２を設ける必要がないことは明らかである。
【００１５】
このインク供給口形成基板１０は、例えば第１の金属層として厚さ６０μｍの不錆鋼３０と、第２の金属層３１として厚さ１０μｍのチタンと、第３の金属層３２として厚さ５μｍの不錆鋼を接合してなるクラッド材３３を用意し（図３（Ｉ））、位置決め等に使用する貫通孔３４をプレス等により穿設する（図３（ＩＩ））。
【００１６】
第１の金属層３０の表面に、凹部１７に一致する窓を備えたエッチングレジストパターンを形成して、第１の金属層３０を溶解させ、かつ第２の金属層３１には腐蝕作用を有しないエッチング液、この実施例では塩化第二鉄の水溶液によりエッチングを行うと、第２の金属層３１がエッチングストッパとして機能し、第１の金属層３０だけがエッチングマスクに規定される形状で高い精度でエッチングを受け、第２、第３の金属層３１、３２からなる薄肉部３５が形成される。
【００１７】
ついで、インク供給口１６、及びノズル連通孔１４となる貫通孔３６を微細穿孔技術により穿設することによりインク供給口形成基板１０が完成する。
【００１８】
このようにして製造されたインク供給口形成基板１０の薄肉部側をリザーバ形成基板１１の一方の開口面に、またノズル開口１９を備えたノズルプレート１２をリザーバ形成基板１１の他方の開口面に熱溶融フィルム２３、２４を介装して加圧しながら加熱すると、これら部材が溶着されて流路ユニット２が完成する。なお、図中符号２５は、インク導入口を、また２６は、インク供給口連通孔を、符号４１乃至４６は位置決め用の基準孔を示す。
【００１９】
最後に、流路ユニット２のインク供給口形成基板１０の表面にアクチュエータユニット１を接着手段で接合すると、インクジェット式記録ヘッドが完成する。
【００２０】
このように構成されたインクジェット式記録ヘッドにおいて、圧電振動子３に駆動信号を印加して弾性板４を圧力発生室側に変形させると、圧力発生室５のインクが加圧され、一部がノズル連通孔からノズル開口１９に流れ込み、インク滴として吐出される。同時に圧力発生室５のインクはインク供給口１６からリザーバ１５に逆流してリザーバ１５のインクの圧力を上昇させようとする。
【００２１】
リザーバ１５の一方の面を封止しているインク供給口形成基板１０の薄肉部１８が凹部１７側に逆流したインクの圧力により弾性変形するため、リザーバ１５のインクの圧力率が抑えられ、他の圧力発生室５の圧力変動が抑制される。これにより、ノズル開口近傍のメニスカスがインク滴吐出に適した位置に保持され、安定なインク滴の吐出が可能となる。
【００２２】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、圧力発生室から逆流したインクの圧力を薄肉部の変位により吸収して他の圧力発生室への圧力変動を防止でき、かつ薄肉部がエッチングによる高い精度で形成されているため、個体差を最小限に抑えてインク吐出特性の安定なインクジェット式記録ヘッドを提供することができる。
【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示す組み立て斜視図である。
【図２】図（イ）、（ロ）は、それぞれ本発明のインクジェット式記録ヘッドの一実施例を、１つのアクチュエータユニットの圧力発生室近傍の構造でもって示す断面図である。
【図３】図（Ｉ）乃至（ＩＶ）は、それぞれ同上記録ヘッドに使用する流路形成基板の製造方法を示す図である。
【図４】従来の流路形成基板の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１  アクチュエータユニット
２  流路ユニット
３  圧電振動子
１０  インク供給口形成基板
１１  リザーバ形成基板
１２  ノズルプレート
１５  リザーバ
１６  インク供給口
１８  薄肉部
２０〜２２  クラッド材を構成する金属層
【図１】
0003596586.tif 000002
【図２】
0003596586.tif 000003
【図３】
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【図４】
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