(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、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部材と、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、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ているインクジェット式記録ヘッド。
【請求項２】
前記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部材が、前記圧延製金属板との積層以前に、軟化しない程度の温度で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。
【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、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部材と、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、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、長手方向に生じ易い反りを圧延の方向性で増大した剛性で抑えて、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。
【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１３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３０μｍ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２１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２７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３７ａ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３１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３８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（ＰＰＡ）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（ＰＥＫ）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。
【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
【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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