(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のノズル開口が列設されたノズルプレートと、前記複数のノズル開口に１対１に対応した複数の圧力発生室と、前記圧力発生室の一側面を形成する振動板と、前記複数の圧力発生室に圧力変化を与える複数の振動子と、前記振動板及び前記振動子を固定するヘッドフレームとを備えたインクジェット式記録ヘッドにおいて、
前記複数のノズル開口は直線に配列され、前記複数のノズル開口の配列方向、及び前記振動子の変位方向に沿って配置された補強板をヘッドフレームと一体的に備え、前記補強板が直接振動板に接着固定されていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
【請求項２】
複数のノズル開口が列設されたノズルプレートと、前記複数のノズル開口に１対１に対応した複数の圧力発生室と、前記圧力発生室の一側面を形成する振動板と、前記複数の圧力発生室に圧力変化を与える複数の振動子と、前記振動板及び前記振動子を固定するヘッドフレームとを備えたインクジェット式記録ヘッドにおいて、
前記複数のノズル開口は直線に配列され、前記複数のノズル開口の配列方向、及び前記振動子の変位方向に沿って配置された補強板をヘッドフレームと一体的に備え、前記補強板の熱膨張係数と前記ヘッドフレームの熱膨張係数がほぼ同じことを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
【請求項３】
複数のノズル開口が列設されたノズルプレートと、前記複数のノズル開口に１対１に対応した複数の圧力発生室と、前記圧力発生室の一側面を形成する振動板と、前記複数の圧力発生室に圧力変化を与える複数の振動子と、前記振動板及び前記振動子を固定するヘッドフレームとを備えたインクジェット式記録ヘッドにおいて、
前記複数のノズル開口は直線に配列され、前記複数のノズル開口の配列方向、及び前記振動子の変位方向に沿って配置された補強板をヘッドフレームと一体的に備え、前記補強板には穴があけられていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、記録媒体にインク滴を吐出して記録画像を形成するインクジェット式記録ヘッドに関し、詳細には振動子および振動板を固定するヘッドフレームの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ノズルと連通する圧力発生室の壁面に振動板を積層し、この振動板を圧電振動子により加圧することによりインク滴を吐出し記録媒体に記録するインクジェット式記録ヘッドとしては、特開平５−２１２８６０号公報に提案されている。この公報の記録ヘッドはノズルを有するノズル基板と、圧力発生室とリザーバとインク流路が形成されたスペーサ部材と、振動板とをサンドイッチ状に積層し、ヘッドフレームに位置決めされた圧電振動子によって振動板を変形させ圧力発生室内のインク圧力を高めて、ノズルからインク滴を吐出させている。この記録ヘッドを構成するヘッドフレームは、圧電振動子の位置決めと接着固定および圧電振動子の自由端と連結している振動板の枠部を接着固定している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、近年インクジェット式記録ヘッドは、高速印字、高精細をねらって多ノズル化を進めている。多ノズルにより振動子と振動板の数は増え、振動子および振動板を固定するへッドフレームは長くなる。ヘッドフレームには振動板枠部が接着固定されおり、振動子の変位が振動板を通じてへッドフレームに力を加えることになる。延長されたヘッドフレームに増加された振動子の力が加わるためヘッドフレームは振動子の変位に合わせ変形することになる。そのため振動板のたわみ量がヘッドフレームの変形量分だけ減少しインクの吐出量の減少や吐出速度の低下がおきる。また両端支持状となっている梁は中央部の変形量が最大で両端部に近づくほど変形量が減少するためヘッド内のノズルの位置によってインク滴の吐出量や吐出速度がばらつき印字品質が悪化する。
【０００４】
これを防ぐにはヘッドフレームの剛性を向上させ変形量を減少させる必要がある。しかしヘッドフレームの材質の変更は、剛性だけでなく、制振板や振動板との接着性、成形性、コストとすべてのバランスを考慮しなければならず非常に困難である。またヘッドフレームの大型化による強度向上を図ろうとすると、ヘッドが大きくなってしまうため製品の小型化ができない。特にへッドフレーム中央梁部は、幅を大きくすると並列ノズル列間の距離が長くなり印字ズレという問題が発生する。
【０００５】
そこで本発明はこのような問題点を解決するもので、その目的とするところはヘッドフレームに一体的に備えられた補強材により、ヘッドフレームの変形を抑え、インク吐出量およびインク吐出速度を高いレベルで安定させ、多ノズル化に対応できるインクジェット式記録ヘッドを提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のインクジェット式記録ヘッドは、複数のノズル開口が列設されたノズルプレートと、前記複数のノズル開口に１対１に対応した複数の圧力発生室と、前記圧力発生室の一側面を形成する振動板と、前記複数の圧力発生室に圧力変化を与える複数の振動子と、前記振動板及び前記振動子を固定するヘッドフレームとを備えたインクジェット式記録ヘッドにおいて、
前記複数のノズル開口は直線に配列され、前記複数のノズル開口の配列方向、及び前記振動子の変位方向に沿って配置された補強板をヘッドフレームと一体的に備え、前記補強板が直接振動板に接着固定されていることを特徴とする。
または、複数のノズル開口が列設されたノズルプレートと、前記複数のノズル開口に１対１に対応した複数の圧力発生室と、前記圧力発生室の一側面を形成する振動板と、前記複数の圧力発生室に圧力変化を与える複数の振動子と、前記振動板及び前記振動子を固定するヘッドフレームとを備えたインクジェット式記録ヘッドにおいて、
前記複数のノズル開口は直線に配列され、前記複数のノズル開口の配列方向、及び前記振動子の変位方向に沿って配置された補強板をヘッドフレームと一体的に備え、前記補強板の熱膨張係数と前記ヘッドフレームの熱膨張係数がほぼ同じことを特徴とする。
または、複数のノズル開口が列設されたノズルプレートと、前記複数のノズル開口に１対１に対応した複数の圧力発生室と、前記圧力発生室の一側面を形成する振動板と、前記複数の圧力発生室に圧力変化を与える複数の振動子と、前記振動板及び前記振動子を固定するヘッドフレームとを備えたインクジェット式記録ヘッドにおいて、
前記複数のノズル開口は直線に配列され、前記複数のノズル開口の配列方向、及び前記振動子の変位方向に沿って配置された補強板をヘッドフレームと一体的に備え、前記補強板には穴があけられていることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施例を図面を参照し詳細に説明する。
【０００８】
図１は本発明の一実施例であり、インクジェット式記録ヘッドの分解斜視図である。また図２はそれをＹ方向に切った全体構成の断面図である。（６）は縦振動モードを備えた振動子であり積層型とすることにより低い印加電圧で大きな変位が発生するよう構成している。この振動子（６）の自由端は振動板（３）の上に形成された島状突起部（３ｂ）と接着剤により固定されている。振動板（３）は樹脂フィルムに金属製の振動板枠部（３ｃ）が固着されており、振動板枠部（３ｃ）がヘッドフレーム（４）に接着固定されている。また振動子（６）はその対抗する面に電極がそれぞれ構成され、一方の面の電極は制振板（７）上のリード電極に、他方の電極は接続部材に電気的に導通を取り、リード板（８）や図示しない回路基板によりインクジェット式記録ヘッドから引き出して駆動回路に接続している。制振板（７）は快削性のセラミックからなり一方の面を前記振動子（６）と接着固定するとともに、他方の面を接着剤にて樹脂製ヘッドフレーム（４）の内壁に接着固定されている。振動子（６）の電極に前記リード電極および接続部材を通して約３０Ｖの電圧を加減することにより振動子（６）が矢印方向（６ａ）に約２μｍ延び縮みし、島状突起物（３ｂ）を介して振動板（３）を振動させる。ヘッドフレーム（４）には金属プレートからなる補強材（５）が振動板（３）とほぼ垂直方向にインサート成形によって埋め込まれている。このへッドフレーム（４）はノズル数や使用条件に合わせて、高いヤング率を示す熱硬化性樹脂を使用している。
【０００９】
前述したように振動子（６）に電圧を加減することにより振動板（３）を変形させ圧力発生室（２Ｂ）に圧力変化を発生させるわけであるが、振動板（３）が柔らかすぎると振動子（６）を変位させたときに圧力発生室（２ｂ）のコンプライアンスが大きいため振動板（３）自体が圧力発生室（６）の力で変形してしまい、圧力発生室（６）に有効な圧力が発生しなくなってしまう。有効な圧力を得るため振動板（３）には適度な剛性が求められている。そのため振動子（６）の変位により振動板（３）に加えられた力はへッドフレーム（４）にも伝えられる。振動子（６）の変形につられ、へッドフレーム（４）は振動子の変位方向と同じ向きに変形しようとする。図３はＸ方向に切った全体構成の断面図である。へッドフレーム（４）は振動子口（４ｃ）に振動子（３）を納める構成になっている。ヘッドフレーム（４）の両端部は穴がないため厚肉で比較的剛性があるが、振動子口（４ｃ）部は肉厚が薄くなるため変形しやすい。特に、ヘッドフレームの中央梁部（４ａ）はノズル列間距離を長くすると印字ズレ等の問題が発生するため中央梁部を厚くできなく、剛性を上げにくい。多ノズル化により振動子（６）と振動板（３）が増えるとへッドフレーム（４）は長くなり、振動子（６）が伸縮すると図４に示すような変形を起こすことになる。ヘッドフレーム中央梁部（４ａ）が振動子（６）の変位方向と同じ向きに変形すると、振動板枠部（３ｃ）が接着固定されているヘッドフレーム中央梁部（４ａ）の変形とともに振動板（３）も同方向に移動することになり、振動板（３）のたわみ量がヘッドフレーム中央梁部（４ａ）の変形量分だけ減少する。そのためインクの吐出量の減少や吐出速度の低下が発生する。ほかに、両端支持の梁は中央部の変形量が最大で両端部に近づくほど変形量が減少するためヘッド内の位置によってインク滴の吐出量や吐出速度がばらつき印字品質が悪化する。変形量を減少させるためにへッドフレーム（４）の剛性を上げることが求められている。この一つの対策としてへッドフレーム（４）の材質自体を高い剛性のものに変更することがあげられるが、樹脂成形材のヤング率には限界があり、しかもヘッドフレームの材質は制振板（７）や振動板（３）との接着性や成形性、コストなどすべてのバランスを考慮しなければならない。ヤング率の高い材質は成形性が悪いものやコストが非常に高いものが多く、材料の入手性からいっても問題は多い。
【００１０】
ここで補強材（５）の機能について述べる。ヘッドフレーム中央梁部（４ａ）に金属プレートからなる補強材（５）をヘッドフレーム（４）と一体的にインサート成形することにより、ヘッドフレーム中央梁部（４ａ）の幅を厚くすることなく剛性を上げるができる。この補強材（５）はノズル列と平行に且つヘッドフレームの一端から多端にわたって連続的に配置されているため振動板（３）に対して高い剛性を得る。これにより図５に示すように振動子（６）の変位時にヘッドフレーム中央梁部（４ａ）が振動子変位方向（６ａ）に変形する量が極めて小さく、振動子（６）の変位が損なわれることなく振動板（３）に伝わることになる。結果、圧力発生室（２ａ）に目標の圧力変化を与えることができ必要なインク滴の吐出量と吐出速度が確保できる。例えばヘッドフレームに使われている樹脂のヤング率１８×１０９Ｐａ程度に対し、ＳＵＳ４３０は２１０×１０９と１０倍以上剛性が高い。一般に梁の変形量は梁の厚さの３乗に反比例するため、補強材は極めて幅の薄い金属プレートでも振動板（３）と垂直方向に長くすることにより高い効果を上げることができる。図６に示すＬ１が梁の厚さに相当する。さらに図７のように補強材（５）を振動子変位方向に延長し、直接振動板（３）に接着固定することで、より高い剛性を得ることも可能である。補強材（５）はインサート成形により一体成形されるため、製作工数の増加が少なく、制振板（７）や振動板（３）との接着性や成形性、コストなどを加味した成形材を選ぶことが可能である。この補強材（５）は金属プレートだけでなく高剛性なセラミック製のものであっても同様な効果を得ることができる。また補強板をセラミックヒータとし、ヘッドフレームの剛性を上げるとともにインクを温度補正することにより低温環境下でもインク粘度を一定に保ち、インク滴の吐出特性を安定させることができる。
【００１１】
補強材（５）のインサート成形による諸問題については、以下のようにする必要がある。精密部品であるヘッドフレーム（６）は高度な寸法精度が要求されるため樹脂の流れを妨げないよう補強材（５）には流動改善のための穴（５ａ）が多数開けられている。そのため成形時の樹脂の流れを邪魔せず樹脂圧力の偏りをなくし必要寸法精度を維持する。また温度変化によるヘッドフレーム（４）と補強材（５）のはがれが発生しないよう熱膨張係数が似たものである樹脂と補強材を選定する必要がある。例えば熱膨張係数１．３×１０−５／゜Ｃの熱硬化性樹脂に対してＳＵＳ４３０が１．１×１０−５／゜Ｃと近似値であり有効である。
【００１２】
【発明の効果】
上述した本発明のインクジェット式記録ヘッドによれば、多ノズル化によってヘッドフレームが延長された場合にも振動子ユニットの変位によるヘッドフレームの変形を抑え、振動子の変位を損なうことなく振動板に伝え吐出量および吐出速度を向上させることができる。また、ヘッドの中央部や両端部での吐出量や吐出速度のバラつきを無くし高品位な印字を可能とする多ノズルインクジェット式記録ヘッドにより、高速印字を可能とするプリンタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の構成を示す分解斜視図である。
【図２】本発明の実施例の部分断面図である（Ｙ方向断面図）。
【図３】本発明の実施例の部分断面図である（Ｘ方向断面図）。
【図４】従来技術のヘッドフレームの部分断面図である（補強材なし、Ｘ方向断面図）。
【図５】本発明の実施例のヘッドフレームの部分断面図である（補強材あり、Ｘ方向断面図）。
【図６】本発明の実施例の部分断面図である（Ｙ方向断面図）。
【図７】本発明の実施例の部分断面図である（Ｙ方向断面図）。
【符号の説明】
１    ノズルプレート
１ａ  ノズル開口部
１ｂ  ノズル列方向
２    スペーサ
２ａ  リザーバ
２ｂ  圧力発生室
３    振動板
３ａ  供給口
３ｂ  島状突起部
３ｃ  振動板枠部
４    ヘッドフレーム
４ａ  中央梁部
４ｂ  供給管
４ｃ  振動子口
５    補強材
５ａ  穴
６    振動子
６ａ  振動子変位方向
７    制振板
８    リード板
Ｌ１  補強板厚さ
【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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