(57)【要約】【課題】  従来のエッチング加工に比べて振動板が高精度かつ安価に得られるインクジェット式記録ヘッド及びその振動板の製造方法を提供する。【解決手段】  インクジェット式記録ヘッド１５は、ノズル開口４３が穿設されたノズルプレート４１と、圧力発生室４７、インク供給口４９、及び共通のインク室５１を形成するスペーサ４５と、及び圧力発生室４７に対向するアイランド部６１を備えた振動板５３とを接合して形成された流路ユニット６６と、アイランド部６１に当接してインク滴を吐出させる縦振動モードの圧電振動子６３とからなる。振動板５３が、高分子延伸フィルム５５と、穴抜き加工してアイランド部６１のノズル開口近接部を形成した金属薄板５９との接合板材により構成される。【選択図】図１
2006255935.tif 000002
【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、圧力発生室、インク供給口、及び共通のインク室を形成するスペーサと、及び前記圧力発生室に対向するアイランド部を備えた振動板とを接合して形成された流路ユニットと、
前記アイランド部に当接してインク滴を吐出させる縦振動モードの圧電振動子とからなるインクジェット式記録ヘッドにおいて、
前記振動板が、高分子延伸フィルムと、剪断穴抜き加工して前記アイランド部のノズル開口近接部を形成した金属薄板との接合板材からな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】
ノズル開口に近接配置されるアイランド部を備えた振動板の製造方法であって、
金属薄板を剪断穴抜き加工してアイランド部のノズル開口近接部を形成する工程と、
前記アイランド部の形成された金属薄板に高分子延伸フィルムを接着する工程と、
からなることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの振動板の製造方法。
【請求項３】
複数の前記アイランド部を、接続部を介して枠部に接続して剪断穴抜き加工するとともに、前記接続部を包囲する破断部を前記金属薄板に形成する工程と、
前記高分子延伸フィルムの接着された前記金属薄板から前記破断部を破断して前記接続部を除去する工程と、
を含むことを特徴とする請求項２に記載のインクジェット式記録ヘッドの振動板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェットプリンタなどに使用される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に関し、さらに詳しくは、圧電振動子の伸縮を受けて圧力発生室を収縮、膨張させる振動板の構造と、その製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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インクジェット式記録ヘッドにおいては、複数のノズル開口を列状に開設したノズルプレート上に流路形成板と振動板とを積層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する。
【０００３】
すなわち、流路形成板には、ノズル開口部とそれぞれ連通する貫通孔状の圧力発生室と、各圧力発生室に供給するインクを貯留する共通インク室と、この共通インク室とそれぞれの圧力発生室との間を連通するインク供給口などを隔壁によって区画することにより形成してある。また、振動板は、厚肉部（アイランド部）と、この厚肉部を囲む薄肉部（フィルム部）とからなる。具体的には、厚さ３〜１０μｍの樹脂フィルムと厚さ２０〜５０μｍのステンレス板の複合板をエッチング加工し、ステンレス部分を残したアイランド部とフィルム部とを形成している。
【０００４】
そして、流路形成板の一方の面にノズルプレートを、他方の面に振動板を接着することにより流路ユニットを構成する。そして、圧力発生室に対応させて圧電振動子をケース側に配置固定し、上記流路ユニットをケースに取り付けることにより各圧電振動子を対応した圧力発生室の振動板の所定部位（アイランド部）に当接して固定する。
【０００５】
このように構成された記録ヘッドは、共通インク室からインクを各圧力発生室内に供給し、圧電振動子の作用により振動板を撓ませて圧力発生室内を加圧し、この圧力によりノズル開口からインク滴を吐出する(例えば、特許文献1参照)。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２３４１５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この種の記録ヘッドは、近年、例えば７２０ｄｐｉや１４４０ｄｐｉと極めて高い解像度が求められており、しかも黒色、黄色、マゼンタ、シアン等の４色以上のインクを使用して高い解像度が求められている。このため、インク滴を１ドット当たり数ｎｇと小さくして吐出する必要があり、圧力発生室内のインクの固有振動周期を高めなくてはならない。
【０００８】
この固有振動周期ｆは、記録ヘッドのコンプライアンス（変形のしやすさであり、単位圧力あたりの容積変化。）Ｃによって大きく変動するので（ｆ＝１／２π√〔（Ｍ・Ｃ）-1〕）、製造段階における記録ヘッドの吐出特性のバラツキが問題になる。
すなわち、流路形成板の圧力発生室やインク供給口などの空部を形成したり、振動板にアイランド部を形成したりする際に、μｍ単位の非常に高い加工精度が要求される。この記録ヘッドのコンプライアンスＣの主要な成分には、圧力発生室を構成している隔壁や振動板やノズルプレートなど圧力発生室構成部材のコンプライアンスＣがある。
【０００９】
しかしながら、従来の金属のエッチング加工によりアイランド部とフィルム部を形成する振動板の製造方法では、例えばアイランド部の長手方向で±２０μｍ、幅方向で±７μｍのバラツキが生じ、フィルム部の面積にバラツキが発生する。このように振動板のフィルム部で製造精度にバラツキが発生すれば、コンプライアンスＣに変動が生じ、その結果、固有振動周期を高めて高い解像度を実現することが困難となった。
また、金属薄板と高分子延伸フィルムとからなるラミネート材を感光性樹脂フィルムにより基台に固定して、アイランド部、及びダミーの振動子が当接する領域等の所要のエッチングパターンを形成し、金属薄板を貫通させるエッチング加工は煩雑であり、製造コストが増大するという不利があった。
【００１０】
本発明の目的は上記課題を解消することに係り、製造コストの低減、固有振動周期を高めることによる解像度の向上を図ることができるインクジェット式記録ヘッド及びその振動板の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の上記目的は、ノズル開口が穿設されたノズルプレートと、圧力発生室、インク供給口、及び共通のインク室を形成するスペーサと、及び前記圧力発生室に対向するアイランド部を備えた振動板とを接合して形成された流路ユニットと、
前記アイランド部に当接してインク滴を吐出させる縦振動モードの圧電振動子とからなるインクジェット式記録ヘッドにおいて、
前記振動板が、高分子延伸フィルムと、剪断穴抜き加工して前記アイランド部のノズル開口近接部を形成した金属薄板との接合板材からなることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにより達成される。
【００１２】
上記構成のインクジェット式記録ヘッドによれば、金属薄板が剪断穴抜き加工されることで、数μｍ〜１０数μｍ程度が限界であった従来のエッチング加工に比べ、高い寸法精度のアイランド部が得られるようになる。また、剪断穴抜き加工によりアイランド部が形成されるので、エッチング加工に比べ、加工工程が少なくなる。
【００１３】
また、本発明の上記目的は、ノズル開口に近接配置されるアイランド部を備えた振動板の製造方法であって、
金属薄板を剪断穴抜き加工してアイランド部のノズル開口近接部を形成する工程と、
前記アイランド部の形成された金属薄板に高分子延伸フィルムを接着する工程と、
からなることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの振動板の製造方法により達成される。
【００１４】
上記インクジェット式記録ヘッドの振動板の製造方法によれば、金属薄板が高精度な金型によって穴抜き加工されるので、従来の化学処理によるエッチング加工に比べ、振動板が高精度に製造可能となる。
また、金属薄板を金型で一度に穴抜き加工してアイランド部が形成されるので、エッチング加工に比べて加工工程が少なくなる。
【００１５】
尚、上記インクジェット式記録ヘッドの振動板の製造方法において、
複数の前記アイランド部を、接続部を介して枠部に接続して剪断穴抜き加工するとともに、前記接続部を包囲する破断部を前記金属薄板に形成する工程と、
前記高分子延伸フィルムの接着された前記金属薄板から前記破断部を破断して前記接続部を除去する工程と、
を含むことが望ましい。
【００１６】
上記インクジェット式記録ヘッドの振動板の製造方法によれば、穴抜き加工によって複数のアイランド部のノズル開口近接部が高精度に形成される一方、これら複数のアイランド部が接続部を介して枠部に連結されるので、アイランド部と枠部との相対位置関係が高精度に保持可能となる。そして、高分子延伸フィルムが接着された後、接続部が除去されることで、複数の独立したアイランド部の全てが、枠部（すなわち、枠部によって相対位置が定められるノズル開口）に対して高精度に配設可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係るインクジェット式記録ヘッドによれば、振動板が、高分子延伸フィルムと、剪断穴抜き加工してアイランド部のノズル開口近接部を形成した金属薄板との接合板材からなるので、数μｍ〜１０数μｍ程度が限界であった従来のエッチング加工に比べ、アイランド部の製造精度をそれ以上に高めることができる。
この結果、圧力発生室内のインクの固有振動周期を向上させ、インク滴を小さくして吐出することが可能となり、解像度を向上させることができる。また、工程数の少ない剪断穴抜き加工によりアイランド部が形成できるので、安価に加工が行え、製造コストを低減することができる。
【００１８】
また、本発明に係るインクジェット式記録ヘッドの振動板の製造方法によれば、金属薄板を剪断穴抜き加工してアイランド部のノズル開口近接部を形成する工程と、アイランド部の形成された金属薄板に高分子延伸フィルムを接着する工程とを含むので、高精度な金型を用いて金属薄板からアイランド部を正確に穴抜き加工でき、従来の化学処理によるエッチング加工に比べ、振動板を高精度に製造することができる。また、金属薄板を金型で一度に穴抜き加工してアイランド部を形成できるので、エッチング加工に比べて加工工程が少なく、製造コストを安価にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付図面に基づいて本発明の一実施形態に係るインクジェット式記録ヘッド及びその振動板の製造方法を詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るインクジェット式プリンタの内部機構を表す斜視図である。
本発明に係るインクジェット式記録ヘッドを備えるインクジェット式プリンタ１１は、図１に示すようなキャリッジ機構１３を有する。キャリッジ機構１３は、インクジェット式記録ヘッド（以下、単に「記録ヘッド」と称す。）１５及びインクカートリッジ１７を搭載可能であってガイド部材１９に移動自在に取り付けられたキャリッジ２１と、駆動プーリー２３と従動プーリー２５との間に架け渡されると共にキャリッジ２１に接続されたタイミングベルト２７と、駆動プーリー２３を回転させるパルスモータ２９と、記録紙幅方向に平行な状態（主走査方向に沿って）でプリンタ筐体３１に架設されたリニアエンコーダ３３と、キャリッジ２１に取り付けられて、リニアエンコーダ３３の不図示のスリットを検出可能なスリット検出器３５とを備えている。
【００２０】
本実施形態のリニアエンコーダ３３は、３６０或いは３６０／Ｎ（ｄｐｉ）のピッチでスリットを形成した透明な薄板状部材である。また、スリット検出器３５は、例えば、フォトインタラプタによって構成する。
【００２１】
このキャリッジ機構１３では、パルスモータ２９の作動により、記録紙３７の幅方向に沿ってキャリッジ２１を往復移動させる。即ち、キャリッジ２１に搭載された記録ヘッド１５を主走査方向に沿って移動させる。このキャリッジ２１の移動は、ホームポジション側の基準位置を起点にして行われる。ここで、ホームポジションとは、電源が投入されていない状態や、記録を行わない状態が長時間に亘った場合等において、キャリッジ２１を待機させる位置である。本実施形態では、図１における右端部にホームポジションを設けてあり、この部分には、記録ヘッド１５のノズル開口４３（後述）におけるインク溶媒の蒸発を防止するキャッピング機構３９を設ける。また、基準位置は、このホームポジションから少し左側の位置に設定する。具体的には、記録紙３７の右側縁とキャッピング機構３９との間に記録ヘッド１５が位置するような場所に基準位置を設定する。
【００２２】
そして、この記録ヘッド１５を基準位置から主走査方向に沿って往復移動させ、この往復移動に連動させて記録ヘッド１５からインク滴を吐出させ、さらに、記録紙３７を記録紙送り方向に移動させることにより記録紙３７上に所望の画像を記録することができる。
【００２３】
次に、上記記録ヘッド１５の構成をさらに説明する。
図２は図１に示したインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図、図３は図２に示したインクジェット式記録ヘッドの断面図である。
図中符号４１は、ノズル開口４３、４３、４３……が穿設されたノズルプレートであり、４５は、圧力発生室４７、４７、４７、インク供給口４９、４９、４９……、及びリザーバ５１を区画するスペーサであり、５３は、本発明が特徴とする振動板である。
これらノズルプレート４１及び振動板５３は、スペーサ４５の両面を封止するように接着剤により接合されて流路ユニットを構成している。
【００２４】
振動板５３は、金属薄板５９を剪断穴抜き加工して形成されたアイランド部６１が、高分子延伸フィルム５５の表面に接着剤５７を介して積層されており、圧力発生室４７の幅方向の中心領域において圧力発生室４７の長手方向に延びるこのアイランド部６１を介して、後述する圧電振動子６３により変位を受けるようになっている。
アイランド部６１は、短冊状に形成され、長手方向の一端側が後述のノズル開口近接部６１ａとなって、ノズル開口４３に近接配置される。
【００２５】
振動子ユニット６８は、縦振動モードを有する複数の圧電振動子６３、６３を固定板６５に固定して構成されており、基台６７に形成された振動子ユニット収容孔６９に収容されると共に、先端が振動板５３のアイランド部６１に当接するように位置決めされ、固定板６５を介して基台６７に固定されている。
【００２６】
基台６７には、図示しないインクタンクに接続するインク供給管７１が設けられており、インク供給管７１は、その先端を振動板５３のインク供給口７３を介してスペーサ４５により構成された共通のインク室５１に連通されている。
なお、図中符号７５は、ノズルプレート４１、スペーサ４５、及び振動板５３により構成される流路ユニット６６と基台６７とを固定する枠体であり、また符号７７は、ヘッドをキャリッジに固定する基板をそれぞれ示す。
【００２７】
図４は、複数個の振動板５３、５３、５３……を１枚のラミネート材に一括して作り付けた状態を、また図５は、ラミネート材から切り離された１つの振動板を示すものである。
上記の構成を有する記録ヘッド１５では、圧電振動子６３を振動子長手方向に伸長させることにより、アイランド部６１がノズルプレート４１側に押圧され、アイランド部６１周辺の高分子延伸フィルム５５が変形して圧力発生室４７が収縮する。また、圧電振動子６３を振動子長手方向に収縮させると、高分子延伸フィルム５５の弾性により圧力発生室４７が膨張する。そして、圧力発生室４７の膨張・収縮を制御することによりノズル開口４３からインク滴が吐出される。
【００２８】
次ぎに、上述した振動板５３の製造方法を図６及び図７に基づいて説明する。
図６は振動板の製造手順を（ａ）乃至（ｄ）で示した工程説明図、図７は図６（ｂ）に示した金属薄板の要部拡大図である。
図６（ａ）に示すように、インクに対して耐久性を備えた例えば厚さ３０μｍの金属薄板（例えば、ステンレス鋼板）５９を剪断穴抜き加工（ピアシング）してアイランド部６１のノズル開口近接部６１ａを形成する。金属薄板５９は、打ち抜いて捨て穴をあけた方が製品となる。すなわち、図６（ｂ）に示すように、アイランド部６１は、櫛歯状に形成されて枠部８１に接続されている。
【００２９】
アイランド部６１は、複数のものが穴抜き加工によって平行に形成され、その先端となるノズル開口近接部６１ａが固定枠部８１ａに対して高精度な間隔Ｄ（図６（ｄ）参照）に位置決め形成される。
それぞれのアイランド部６１の基端部は、接続部８３を介して枠部８１に接続される。接続部８３は、金属薄板５９の例えば一方の面に形成された破断部８５によって包囲される。図７に示すように、本実施形態では、この破断部８５がＶ溝によって形成されるが、この破断部はスリットを所定間隔で穿設した所謂ミシン目構造等の他の構成であってもよい。
【００３０】
この破断部８５は、アイランド部６１を穴抜き加工する際に用いられる金型に突起を設けておき、穴抜き加工と同時に金属薄板５９を塑性変形させるものであってもよく、また、穴抜き加工の終了した後の金属薄板５９に別工程で施すものであってもよい。
【００３１】
次いで、図６（ｃ）に示すように、アイランド部６１の形成された金属薄板５９を高分子延伸フィルム５５に接着する。すなわち、一方の面に接着剤５７を塗布し、接着剤５７をプレ乾燥させた後に、厚さ４μｍ程度の高分子延伸フィルム（例えばポリフェニレンサルフアイド（ＰＰＳ）樹脂の延伸フィルム）５５を接着してラミネート材を構成する。
【００３２】
このラミネート材を所要のサイズに切断して大判を切り出し、プレスにセットする時の位置決め用の図４に示した基準孔８７、８９、９１、９３と、大判から切断された単独の振動板５３としての位置決め用の基準孔９５、９７と、インク供給口となる孔９９等の通孔と、を予めプレス加工により穿設しておく。
【００３３】
そして、金属薄板５９は、高分子延伸フィルム５５が接着された後、破断部８５を破断して接続部８３が除去される。これにより、金属薄板５９は、図６（ｄ）に示すように、それぞれのアイランド部６１が高分子延伸フィルム５５に接着された状態で、枠部８１から独立して切り離された状態となる。
【００３４】
図４は、複数の振動板５３からなる大判の構造を示すものであって、この実施形態においては、上述の穴抜き加工において、アイランド部６１、６１の形成に合わせて各振動板５３、５３、５３の周囲の金属薄板５９に破断部８５を加工し、この破断部８５を除去することにより、高分子延伸フィルム５５だけの溝１０１が形成される。各振動板５３、５３、５３‥‥は、高分子延伸フィルム５５を介して接続されている。
【００３５】
この大判のラミネート材は、位置決め用の基準孔８７、８９、９１、９３をプレスの位置決めピンに挿入し、各振動板５３、５３、５３‥‥を溝１０１で切断して、個々の振動板５３、５３、５３に切分ける。このように切断領域の金属薄板が破断部８５により除去されているため、高分子延伸フィルム５５を切断するだけでよいから、プレスのダイの寿命が延長されることになる。
【００３６】
図５は、切り分けられた振動板５３を示すものであって、振動子ユニット６８が当接する領域１０３、１０３及びアイランド部６１、６１は、溝１０１を形成することで金属薄板５９が除去され、接着剤５７が露出する堀状の領域により囲まれており、振動子ユニット６８が当接しない領域と電気的に絶縁されている。そのため、圧電振動子６３の先端からの電流の流れ出しを防止して、電蝕による振動板５９の破損を防止することができる。なお、図中符号１０５は、流路内に存在するインク溜り部のインクの振動を吸収するための窓であり、ラミネート材の金属薄板５９だけを除去して、高分子延伸フィルム５５と接着剤５７との層だけとして形成されている。
【００３７】
したがって、上述した本実施形態に係る記録ヘッド１５によれば、振動板５３が、高分子延伸フィルム５５と、剪断穴抜き加工してアイランド部６１のノズル開口近接部６１ａを形成した金属薄板５９との接合板材からなるので、数μｍ〜１０数μｍ程度が限界であった従来のエッチング加工に比べ、アイランド部６１の製造精度をそれ以上に高めることができる。
【００３８】
この結果、圧力発生室４７内のインクの固有振動周期を向上させ、インク滴を小さくして吐出することが可能となり、解像度を向上させることができる。また、工程数の少ない剪断穴抜き加工によりアイランド部６１が形成できるので、安価に加工が行え、製造コストを低減することができる。
【００３９】
また、上述した記録ヘッド１５における振動板５３の製造方法によれば、金属薄板５９を剪断穴抜き加工してアイランド部６１のノズル開口近接部６１ａを形成する工程と、アイランド部６１の形成された金属薄板５９に高分子延伸フィルム５５を接着する工程とを含むので、高精度な金型を用いて金属薄板５９からアイランド部６１を正確に穴抜き加工でき、従来の化学処理によるエッチング加工に比べ、振動板５３を高精度に製造することができる。また、金属薄板５９を金型で一度に穴抜き加工してアイランド部６１を形成できるので、従来のエッチング加工に比べ、加工工程が少なく、製造コストを安価にすることができる。
【００４０】
更に、本実施形態に係る振動板５３の製造方法によれば、穴抜き加工によって複数のアイランド部６１のノズル開口近接部６１ａが高精度に形成される一方、これら複数のアイランド部６１が接続部８３を介して枠部８１に連結されるので、アイランド部６１と固定枠部８１ａとの相対位置関係が高精度に保持可能となる。
そして、高分子延伸フィルム５５が接着された後、接続部８３が除去されることで、複数の独立したアイランド部６１の全てが、枠部８１（すなわち、固定枠部８１ａによって相対位置が定められるノズル開口４３）に対して高精度に配設可能となる。
【００４１】
尚、本発明のインクジェット式記録ヘッド及びその振動板の製造方法における振動板、高分子延伸フィルム及びアイランド部等の構成は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の形態を採りうることは云うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施形態に係るインクジェット式プリンタの内部機構を表す斜視図である。
【図２】図１に示したインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図である。
【図３】図２に示したインクジェット式記録ヘッドの断面図である。
【図４】図２に示した振動板を同一のラミネート材に複数形成した状態を示す図である。
【図５】図４に示したラミネート材から切り離された１つの振動板の拡大平面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る振動板の製造手順を（ａ）乃至（ｄ）で示した工程説明図である。
【図７】図６（ｂ）に示した金属薄板の要部拡大図である。
【符号の説明】
【００４３】
１５…記録ヘッド（インクジェット式記録ヘッド）、４１…ノズルプレート、４３…ノズル開口、４５…スペーサ、４７…圧力発生室、４９…インク供給口、５１…インク室、５３…振動板、５５…高分子延伸フィルム、５９…金属薄板、６１…アイランド部、６１ａ…ノズル開口近接部、６３…圧電振動子、６６…流路ユニット、８１…枠部、８３…接続部、８５…破断部
【図１】
2006255935.tif 000003
【図２】
2006255935.tif 000004
【図３】
2006255935.tif 000005
【図４】
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【図５】
2006255935.tif 000007
【図６】
2006255935.tif 000008
【図７】
2006255935.tif 000009