(57)【要約】【課題】インク滴の吐出特性の改善をはかり、より高速、高品質な印刷を行うインクジェット記録装置の実現をはかることを課題とする。【解決手段】インクを貯留するインク溜部と、該インク溜部からインクを供給するインク路と、容積が膨張、収縮する圧力室とからなるインク流路を有するチャンバプレートと、前記圧力発生室の膨張、収縮によるエネルギーによりインク滴を吐出する複数のノズル開口を有するノズルプレートと、前記チャンバプレートの圧力発生室の壁面に配設された薄板からなる振動板と、前記圧力室に対向する位置に前記振動板を介して当接された圧電振動子とを備えたインクジェット記録ヘッドにおいて、前記振動板のインク流路形成側に少なくとも一つの凸部を設け、該凸部の長さは、前記圧電振動子の長さより大きくかつ前記インク流路が形成される長さより小さいことを特徴とする。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを貯留するインク溜部と、該インク溜部からインクを供給するインク路と、容積が膨張、収縮する圧力室とからなるインク流路を有するチャンバプレートと、前記圧力発生室の膨張、収縮によるエネルギーによりインク滴を吐出する複数のノズル開口を有するノズルプレートと、前記チャンバプレートの圧力発生室の壁面に配設された薄板からなる振動板と、前記圧力室に対向する位置に前記振動板を介して当接された圧電振動子とを備えたインクジェット記録ヘッドにおいて、前記振動板のインク流路形成側に少なくとも一つの凸部を設け、該凸部の長さは、前記圧電振動子の長さより大きくかつ前記インク流路が形成される長さより小さい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】
インクを貯留するインク溜部と、該インク溜部からインクを供給するインク路と、容積が膨張、収縮する圧力室とからなるインク流路を有するチャンバプレートと、前記圧力発生室の膨張、収縮によるエネルギーによりインク滴を吐出する複数のノズル開口を有するノズルプレートと、前記チャンバプレートの圧力発生室の壁面に配設された薄板からなる振動板と、前記圧力室に対向する位置に前記振動板を介して当接された圧電振動子とを備えたインクジェット記録ヘッドにおいて、前記振動板のインク流路形成側、及び前記圧電振動子が当接する側夫々に少なくとも一つの凸部を設け、該凸部の長さは、前記振動板のインク流路形成側の前記圧電振動子の長さより大きくかつ前記インク流路が形成される長さより小さい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】
前記凸部の幅は、前記振動板のインク流路形成側の前記圧力室側より前記インク溜部側の方が大きいことを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項４】
前記圧電振動子の幅は、前記インク流路形成側の前記凸部幅よりも大きく、且つ当接固定する接着材の硬度はショア硬度（Ｄスケール）４０°以下、または、ヤング率が５×１０６（Ｐａ）以下であることを特徴とする請求項１または２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】
【産業上の利用分野】
本発明は、インクジェット式記録装置に用いられる記録ヘッドの関するものであり、更に詳しくは、ヘッドを構成する振動板の形状に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット式記録装置は、ノズル開口部からインク滴を吐出させて紙などの記録媒体に文字や画像を印刷するものである。近年、より高速、高品質な印刷を行うインクジェット式記録装置が求められている。そのような印刷装置を実現するためには、ノズルの実装密度の向上や高周波駆動可能なインクジェット式記録ヘッドを必要とする。その一例として、ヘッド寸法から定義されるヘルムホルツ周波数を大きくするような技術が提案されている。
【０００３】
図７は、従来の技術におけるインクジェット記録式記録ヘッドの断面図である。
【０００４】
図７において、複数のノズル１０を有するノズルプレート２と、各ノズル１０に対応する圧力室６、そしてインク供給路であるリストリクタ７を有し、各リストリクタ７につながる共通インク室８を形成するチャンバプレート３と、該チャンバプレート３のインク経路を上部より封止するようにダイアフラムプレートで構成した振動板４が積層されている。前記圧力室６に対応した圧電振動子９が、前記振動板４に接着剤２０にて固定され、前記圧電振動子９の伸縮あるいは歪み変形により、前記圧力室６を加圧し前記ノズル１０よりインク滴を吐出する。
【０００５】
インクは、図示していないメインタンクより共通インク室８に供給され、各ノズル１０に対応したリストリクタ７を介して、圧力室６にインクが補充される。ここで、前記リストリクタ７は、インク滴を吐出させるために重要な役割を果たしている。圧電振動子９が、収縮し圧力室６の容積が増えることでインクが充填される。この状態から前記圧電振動子９を急激に伸長することで前記圧力室６内の圧力が上昇し、ノズル１０からインク滴が吐出されるわけであるが、前記リストリクタ７のもつイナータンスやレジスタンスが適切でないとインク流路からのインク流出が大きくなり、インクを吐出できなくなる。つまり、安定してインク滴を吐出するためには、インク流路からノズルまでの各部寸法を最適化必要があり、それらの寸法によって、下記式で定義されるヘルムホルツ共振周波数を大きくする種々の提案がなされている。
【０００６】
【数１】
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【０００７】
ここで、Ｍｎはノズル部のイナータンス、Ｍｒはノズル部のレジスタンス、Ｃｃは圧力室内のインクに関するコンプライアンス、Ｃｄは振動板のコンプライアンスである。
【０００８】
上記のように高速、高品質なオンデマンド方式のインクジェット記録装置が求められ、それに使用する記録ヘッド１は、高応答性を有し、高集積なノズル構成が要求される。しかし、高集積化が進むと前記圧電振動子４間の接合状態によっては、各ノズル間バラツキ、相互干渉いわゆるクロストーク等、インクジェット吐出性能に多大な悪影響を与える。
【０００９】
そこで、前記振動板と前記圧電振動子との接合部近傍の弾性率を非接合部の弾性率より大きくするため前記接郷部に凸部を設けた提案がなされている（例えば、特許文献１参照）。これは、圧電振動子との接合部と非接郷部の弾性率を変えるためのものであり、インク供給路の流体抵抗を変化させ得ず、また、凸部の具体的な形状も示していない。
【００１０】
また、圧電振動子が当接する部分にアイランド部を形成し、その周りを部分的に弾性変形可能な薄肉部として効率的でクロストークの低減や圧電振動子の位置ずれを解消し、特性バラツキを押さえる工夫が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。しかしながら、上記構成において振動板の圧力室側の面は平面であり、インク流路の抵抗変化に対しては、全く寄与し得ない。
【００１１】
さらに、前記振動板の圧力室側の面に、前記圧電振動子が振動板に当接する領域と同程度の面積を有す凸部を形成することで、駆動電圧を低減できるという提案がされている（例えば、特許文献３参照。）。しかし、上記構成は、圧力室におけるインクとの接触面積を大きくするということでインクへの圧力変換効率を向上させるのみで、クロストーク、特性バラツキ、周波数特性向上等の効果は奏し得ない。
【００１２】
【特許文献１】
特開平３−２８４９５０号公報
【特許文献２】
特開平６−１４３５７３号公報
【特許文献３】
特開平１１−１３８８０５号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したように種々改良案が提案されているが、インク滴の特性バラツキ、クロストーク、その他多くの変動を両立させながら改善する効果的な案は提案されていない。
【００１４】
本発明の課題は、このような従来の問題点を解消可能なインクジェット式記録ヘッドの構造を提案することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、インクを貯留するインク溜部と、該インク溜部からインクを供給するインク路と、容積が膨張、収縮する圧力室とからなるインク流路を有するチャンバプレートと、前記圧力発生室の膨張、収縮によるエネルギーによりインク滴を吐出する複数のノズル開口を有するノズルプレートと、前記チャンバプレートの圧力発生室の壁面に配設された薄板からなる振動板と、前記圧力室に対向する位置に前記振動板を介して当接された圧電振動子とを備えたインクジェット記録ヘッドにおいて、前記振動板のインク流路形成側に少なくとも一つの凸部を設け、該凸部の長さは、前記圧電振動子の長さより大きくかつ前記インク流路が形成される長さより小さいことを特徴とする。
【００１６】
また、前記振動板のインク流路形成側の前記凸部の幅は、前記圧力室側より前記インク溜部側の方が大きいことを特徴とする。さらには、前記圧電振動子の幅は、前記凸部幅よりも大きく、且つ当接固定する接着材の硬度は、ショア硬度（Ｄスケール）４０°以下、または、ヤング率が５×１０６（Ｐａ）以下であることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１に本発明のインクジェット式記録ヘッドの断面図を示す。基本構成は、従来技術である図７と同じなので、以下発明部分の詳細について説明する。
【００１８】
振動板４には、圧力室６側に突出した凸部１３が設けられている。この凸部１３は、ノズル開口１０上部近傍からリストリクタ７の共通インク室８側端部まで形成されている。つまり、圧電振動子９が、振動板４に当接する長さよりも長く、圧力室６とリストリクタ７を合わせた長さより小さくしている。図２は、圧力室６を横切るように切断した時の断面図を示す。圧力室６側に設けられた前記凸部１３は、リストリクタ７の幅よりは狭く、その寸法は、ノズルとのイナータンスやレジスタンスのバランスによって決まるものである。また、リストリクタ７の底部とにも僅かなクリアランスを設け、そのクリアランスは、部品精度上からも１〜２μｍが適当である。
【００１９】
上記のように構成されたヘッド１の圧電振動子９に電圧が印加され、前記圧力室６の容積が膨張した状態を図３に示す。圧電振動子９と当接している領域の凸部１３は、該圧電振動子９の変位に対応して上側に変形する。その変形は、大きくても０．５μｍ程度であるが、圧電振動子９との非接着領域は、図のように変形が見られる。つまり、リストリクタ７側は、共通インク室８側の前記クリアランスが狭く、圧力室６側の流路は拡大される。
【００２０】
図４は、インク滴を吐出するために圧力室６を収縮させた時の状態を示す。前記凸部１３は、上記とは逆に下側変形するので、圧力室６に連通する側のリストリクタ７出口部のクリアランスが狭くなる。
【００２１】
上記のように動くことにより、リストリクタ７部の流路が変化する。つまり、インクを吸引する時はレジスタンスが小さくなり、吐出する時は、レジスタンスが大きくなるという現象が発生し、結果としてインク滴吐出の周波数応答性が向上する方向に働く。
【００２２】
ここで、前記凸部１３は、全長にわたって同一形状であっても良いが、圧力室部とリストリクタ側の剛性を変化させ、実質リストリクタ側の剛性を低くすることで、より顕著に上記効果が得られる。さらに、凸部１３の幅は、共通インク室側の幅より圧力室６側の幅を大きくすることでもより効果が大きくなる。
【００２３】
また、図５に示すように、前記圧電振動子９が当接する領域にも凸部２５を設けることでも良い。これにより、圧電振動子９の位置ずれが発生しても、圧力室６の体積変化は、変わることがなく特性の安定化が図れる。
【００２４】
次ぎに、前記振動板４に圧電振動子９との固定方法について説明する。
【００２５】
図６は、それを示すヘッド断面拡大図である。圧力室６側に設けられた振動板４の凸部１３の幅よりも圧電振動子９の幅を大きくし、且つダイアフラム面に固定する接着剤の硬度は、ショア硬度（Ｄスケール）で４０度以下、または、ヤング率が、５×１０６（Ｐａ）以下とすることが望ましい。当然、圧電振動子９の幅は、圧力室６の幅よりは小さいことは当然のことである。
【００２６】
ここで、接着剤を比較的柔らかいものを使用する目的は、圧力室６の中心に対して、圧電振動子９の中心がズレ、インク滴吐出特性のヘッド毎のバラツキを大きくするという問題を解消するためにある。圧力室６の中心と圧電振動子９の中心の位置がずれた状態で高硬度の接着剤２０で固定すると圧電振動子９両側の振動板４の弾性率が極端に変化する。さらには、弾性率が高くなった側の振動板４側の張力が高くなり、隣接圧力室６の側壁を変形させているので、構造的なクロストークの発生要因となる。その結果、ヘッド毎、ノズル毎に特性が変化してしまうことになる。そこで、圧力室側６に凸部１３を有する振動板４と圧電振動子９との接着を弾性率の低い接着剤２０で固定することで、圧力室６の膨張収縮による体積変化のバラツキを小さくできる。つまり、前記凸部１３の幅より圧電振動子９の幅を大きくする。圧力室６中心との位置ずれが発生しても前記凸部１３の領域から外れることはなくなる。具体的には、５０から１００μｍ程度大きいことが望ましい。大きすぎるとダイアフラム４の弾性率が高くなってしまい、より剛性の小さい振動板４が必要になり、製作、取り扱いが容易でなくなる。逆に、小さすぎると前記凸部１３の領域に乗り上げてしまうという問題もある。
【００２７】
上記のように構成した後に、接着剤２０を柔らかいものを使用すると図６に示すように、圧電振動子９の接着稜線部での前記接着剤２０の変形が生じる。その変形によって、位置ずれした部位も弾性を有する。従って、ずれによって生じる振動板４の弾性率の変化を低減することができる。
【００２８】
以上のように構成された振動板４の凸部１３の形成は、エレクトロフォーミングによる方法、薄板樹脂プレートと薄板金属プレートとを密着したものの金属部をエッチングにて形成する方法、或いは、シリコンウェハーをエッチング方法など多種多様にあり、容易に形成することができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、前記振動板のインク流路形成側に少なくとも１本以上の凸部を有し、該凸部の長さは前記圧電振動子の長さ方向より大きくかつ前記インク流路が形成される長さより小さくすることで、圧電振動子の伸縮によりインク流路の抵抗に変化をつけることが可能となり、周波数特性の向上が図れる。
【００３０】
また、圧力室側に設けられたダイアフラムの凸部の幅よりも圧電振動子の幅を大きくし、且つダイアフラム面に固定する接着剤の硬度は、ショアＤ硬度で４０度以下、または、ヤング率が、５×１０６（Ｐａ）以下としたので、圧力室と圧電振動子の位置ずれが生じても、振動板の弾性率の変化を小さくできるので、ヘッド毎の吐出特性のバラツキ、クロストークを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の一例において列方向から見た断面図を示す。
【図３】本発明の一例における圧力室が膨張した状態を示す断面図である。
【図４】本発明の一例における圧力室が収縮した状態を示す断面図である。
【図５】本発明の他の例を示す断面図である。
【図６】本発明の一例において圧電素子の位置ずれが起きた状態を示す断面図である。
【図７】従来技術の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１はヘッド、２はノズルプレート、３はチャンバプレート、４は振動板、５はハウジング、６は圧力室、７はリストリクタ、９は圧電振動子、１０ノズル、１３は凸部、２０は接着剤、２５は凸部である。
【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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